미생물 배양은 오염균과의 싸움
미생물을 배양할 때 액상으로 배양하는 방법과 고체 상태로 배양하는 2가지 방법이 있다.
액상 배양은 스테인레스로 만든 원통 발효기에 미생물의 먹이를 넣어주고 종균을 접종하여 휘휘 저어주면서 배양하는 방식이다. 이때 오염을 막기 위해서 121℃ 고온으로 내용물을 완전하게 삶아 주어야 잡균이 오염되는 것을 막을 수 있다. 미생물 배양은 오염균과의 싸움이라 해도 과언이 아닐 정도로 멸균에 신경을 엄청 써야한다. 기껏 비용과 시간을 들여서 멸균을 했다가 잡균이 오염되면 다 버리고 다시 시작해야 하기 때문에 오염균이 못 들어오도록 철저하게 차단해야 한다.
오염이 되는 미생물들은 주로 고초균(Bacillus subtilis)이며 이 녀석들은 고온에도 견딜 수 있는 포자(spore)라는 형태로 변신할 수 있는 재주가 있기 때문에 멸균 시스템이 취약한 필터 하우징이나 펌프에 움츠리고 있다가 힘든 시기가 지나가면 배양기 내부로 들어와 오염을 시키는 주범이 된다. 고초균은 자라는 속도도 빨라서 효모나 광합성세균 배양시에는 각별한 주의가 필요한 미생물이다.

본능에 충실하게 효율적으로 살아가는 아주 세밀하게 설계되어진 피조물
미생물을 액상으로 배양하는 반면 고체상태로 배양하는 방법이 있는데 미생물을 고체 상태에서 배양하면 미생물이 생산하는 유기산이나 효소나 항생물질과 같은 2차 대사산물이 엄청 많이 쏟아져 나오기 때문이다. 그러면 왜 미생물 고체 배양이 액상 배양에 비하여 유용한 물질들이 더 많이 생산되는지를 알아보도록 하겠다.
눈에도 안 보이는 아주 작은 미생물들도 나름대로 체계적으로 ‘효율’이라는 개념을 아주 정확하게 정립하고 있는 녀석들이다. 본능에 충실하게 효율적으로 살아가는 아주 세밀하게 설계되어진 피조물이라는 것이다. 미생물들이 이동하여 몰려드는 것은 분명 그 쪽에 먹이가 있거나 적이 쫓아온다는 것이고, 항생제를 분비한다는 것은 적을 물리치기 위함이고, 효소를 분비하는 것은 먹을 것을 마련하기 위해서 하는 일련의 과정이다. 미생물들은 전혀 쓸데없는 짓을 하지 않는다. 오히려 만물의 영장이라고 하는 인간이 미생물과 비교해 볼 때 쓸데없는 짓은 더 많이 한다고 생각된다.

미생물이 효소를 분비하는 목적은 단백질이나 탄수화물 또는 지방산과 같은 거대한 고분자를 먹기 좋게끔 아미노산이나 포도당 그리고 지방산으로 분해하기 위함이다. 그러다가 아미노산이나 포도당과 같은 물질들을 배부르게 먹고 나면 그제서야 효소 분비를 그만 두는 것이다. 그런데 아직 뱃구레가 덜 차게 되면 효소를 추가로 더 분비해서 먹을거리를 조달하게 된다.
미생물을 액상으로 배양할 때에는 미생물이 분비한 효소에 의해서 분해된 고분자 분쇄물(아미노산, 포도당 등)이 쉽게 미생물과 접촉이 되므로 미생물이 쉽게 먹이를 취득할 수 있다. 그렇게 하기 위해서 잘 저어주고, 공기도 넣어주고 온도도 맞추어 주는 것이다.
그러나 고상으로 배양을 할 경우 미생물은 제한된 환경, 즉 수분이 적거나, 영양분이 적거나, 덥거나 등 다양한 여건에 처하게 된다. 그때부터 미생물은 생존을 위한 처절한 몸부림이 시작된다. 너무나도 각박한 환경에서 먹고살기 위해서 효소를 외부로 부지런히 방출해 봐도 돌아오는 것은 아주 작은 포도당과 아미노산 뿐이다.
아무리 효소를 만들어 밖으로 내보내어 만족 할 만큼 일을 신통하게 해치우지 못하는 것이다. 그러면 어쩔 수 없이 효소를 만들어 외부로 방출시켜야 한다. 그렇다고 외부로 방출된 효소가 일을 안 하는 것은 아니다. 미생물 몸 밖으로 배출된 효소는 부지런히 고분자 물질을 분해하여 포도당이나 아미노산과 같은 저분자 물질로 전환시켜도 이 물질이 모함 격인 미생물에게 전달이 잘 안 되는 것이다.
이유는 바로 물이 부족하기 때문이다. 모든 것이 물을 매개로 왔다 갔다 해야 하는데 물이 부족하기 때문에 서로 커뮤니케이션에 오류가 발생하는 것이다.

세포가 흡수하기 좋은 형태인 저분자 물질은
고스란히 남아 결국에는 식물의 양분으로 이용이 되는 것
액상 배양은 미생물과 먹이가 물로 연결되어 있어 효소가 물을 타고 고분자물질에 접촉이 되고 효소에 의해 분해된 저분자 물질은 물을 타고 미생물에게 전달되어 미생물이 흡수하는 그러한 경로인데 반해 고체 배양은 아무래도 수분이 액상 배양때처럼 충분하지는 않고 미생물과 먹이가 수분으로 간헐적으로 연결되다 보니 물질 전달이 용이하지가 않은 것이다.
그런 상황을 알리없는 미생물은 계속해서 효소를 만들어 외부로 보내는 것이고 그렇게 분비된 효소는 고분자 물질을 분해해서 흡수하기 용이한 저분자 물질로 전환을 시키는 것이다. 세포가 흡수하기 좋은 형태인 저분자 물질은 고스란히 남아 결국에는 식물의 양분으로 이용이 되는 것이다. 그러면 미생물의 입장에서는 어떨까?

미생물은 결국 먹이를 얻지 못해 죽음에 이르게 되고, 이 과정에서 세포막이 터지는 ‘라이시스(lysis)’현상이 일어난다. 세포가 파괴되면서 내부 물질이 방출되는데 여기에 우리가 흔히 들어봤던 귀중한 물질들이 들어있다. 유기산, 비타민, 유기태 미네랄, 피틴분해효소 그리고 섬유소분해효소 등 그동안 말로만 들어왔던 물질들이 고체 배양체 내에 남게 된다.
그러므로 고체 배양은 미생물로 하여금 적절하게 약을 올리면서 농작물의 생장에 도움이 되는 물질을 많이 만들어내는 인간에게 매우 효과적인 배양 방법이라고 할 수 있다. 농가 현장에서는 쌀겨를 이용해서 고체 배양을 진행할 수 있는데 유산균과 효모를 종균으로 사용하여 60일 이상 발효를 시킬 때 이제까지 경험하지 못한 미생물의 효과를 확인할 수 있을 것이다.