R. sphaereides K7 및 E15-1은 혐기적 광합성조건에서 glucose를 탄소원으로 하여 배양초기 24시간 동안은 수소가스를 계속 생산하였으나, 그 이후에는 배양액에 축적된 acetic acid및 formic acid가 배양액의 pH를 4.2-4.8로 저하시켜 수소를 거의 생산하지 못하였다. 또한 배양 6일 후에도 R. sphaeroides K7 및 E15-1의 glucose의 이용율은 각각 43% 및 74%에 불과하였다. 그러나 배양액의 pH를 6.8-7.0으로 유지하면서 배양한 결과 R. sphaeroides K7및 E15-1 두 균주 모두의 수소생산율과 glucose의 이용율이 증가되어, 수소생산은 배양 10일까지도 계속 증가되었으며, glucose도 두 균주 각각 배양후 2.5일 및 4.5일 후에 완전 소비하였다. 뿐만 아니라 균체 배양액의 pH를 중성으로 유지하면서 R. sphaeroides K7 및 E15-1을 배양할 경우 균체의 표백현상이 제거되어 배양 7일 후에는 각각 균체의 bacteriochlorophyll 함량이 약 44배 및 9배 증가되었으며, 이때 균체의 농도는 각각 약 10배 및 2.4배 증가되었다. R. sphaeroides K7 및 E15-1은 혐기적 광합성조건에서 acetic, lactic, butyric 및 malic acid로 부터도, 비록 그 양이 glucose로 부터보다는 적으나, 수소를 생산하였다. 본 실험 결과로 미루어 혐기적 광합성 조건에서 R. sphaeroides K7 및 E15-1은 glucose로부터 수소를 생성할 때 NADH 산화 및 hydrogenase가 관여한 대사가 우선적으로 일어나고, 2차적으로는 이때 생성된 유기산을 전자 공여체로 광합성 작용에 의해 질소원이 존재하지 않을 때 nirogenase에 의해서 양성자(H$^{+}$)가 환원되어 수소(H$_2$)가 생성되는 것으로 생각된다.

여러 가지 외부 탄소원(acetic acid, glucose, methanol, molasses)으로 활성 슬러지를 이용하여 탈질 효과를 살펴보았다. 질산성 질소와 아질산성 질소를 질소원으로 하는 혐기성 슬러지의 회분식 배양을 통해 탈질속도, COD 소비, 탈질율을 조사해 본 결과 molasses는 탈질속도나 COD 소비에서 glucose와 비슷하고 acetic acid나 methanol보다 높았으나, 탈질 효율에 있어서는 질산성 질소나 아질산성 질소배지에서 30-40%가 암모니아로 축적되어 탈질 효율이 떨어졌다. 이러한 현상은 molasses와 glucose를 탄소원으로 이용한 경우 발효에 의해 pH저하를 초래하고 이로 인해 탈질 효율이 감소되는 것으로 생각된다. 따라서 초기 pH를 조절하고 외부 탄소원은 molasses를 이용, 탈질 효과를 조사한 결과 pH 8일 때 암모니아의 축적은 거의 없었으며 탈질 속도에 있어서도 acetic acid의 경우보다 12시간정도 빠른 24시간 안에 99% 이상 탈질 효율이 증가함을 알 수 있었다.

김치 starter로 개량된 내산성 변이균주 M-100이 획득한 증가된 내산성에 관한 생리적 성질을 규명하기 위하여 수소 이온 투과도, ATPase 활성, 해당 작용 활성, $Mg^{2+}$ 해리도 그리고 막지방산 조성등을 그것의 야생균주 Mw와 비교 분석하였다. 수소 이온 투과도 실험 결과 150mM KCI수용액 및 3% NaCl수용액에서 변이균주 M-100의 $t_{1/2}$값이 pH 4.0, 5.0 그리고 6.0에서 모두 야생 균주 Mw보다 낮은 값을 보였다. ATPase 활성의 결과에서도 전체 pH 범위에서 변이균주 M-100이 야생균주 Mw보다 높은 활성을 보였다. 해당 작용의 pH 의존성 결과에서는 최대 활성의 해당 작용이 일어나는 pH가 야생 균주 Mw는 5.0, 변이균주 M-100의 경우는 6.0으로 예상과는 약간 상이하였으나, pH 5.0을 제외한 전체적인 범위에서 변이균주 M-100의 해당 작용 활성이 야생균주 Mw보다 높게 유지됨을 확인하였다. $Mg^{2+}$ 해리도에 있어서는 pH 4에서 2시간 경과후 야생균주 Mw에 비해 변이균주 M-100이 약 1/3가량 적게 $Mg^{++}$이 유출되었다. 막지방산 조성의 변화는 환경상의 낮은 pH에 대한 반응 양상을 나타내는 중요한 지표로 측정된 결과를 보면, 야생균주 MW와 변이균주 M-100간의 비교결과 $C_{12}$, $C_{14}$, $C_{18:1}$, $C_{19:0cyclo}$ 등에서 주된 차이를 나타내었으며, 특히 $C_{18:1}$은 야생균주 Mw가 23.4%, 변이균주 M-100이 15.1%로서 변이균주M-100에서 감소된, $C_{19:0cyclo}$는 변이균주 M-100이 12.2%로, 야생균주 Mw이 10.2%에 비해 증가되었다.

몇 가지 그람양성 세균에서 secY 유전자가 함유된 operon의 구성이 rplO(L15)-secY-adk라는 결과를 토대로 L15와 adk 유전자일부를 primer로 제작하여 Streptomyces lividans TK24에서 secY 유전자가 함유된 1.8kb 단편을 PCR로 증폭하여 얻은 후 secY 유전자를 cloning하였다. 전 단편을 sequencing하여 추론한 아미노산으로 상동성을 조사해 본 결과 Escherichia coli, Bacillus subtilis, Micrococcus luteus, Bacillus licheniformis, Staphylococcus carnosus, Brevibacterium flavum, Streptomyces scabies의 SecY와 각각 46%, 43%, 57%, 44%, 42%, 56%, 90%의 유사성을 보이는 것으로 나타났으며 SecY의 소수성 profile 또한 서로 유사하고 10개의 membrane spanning segment를 동일하게 가지는 것으로 나타났다. 유전자 구조도 다른 그람양성균에서와 같이 L15-SecY-Adk순 이였으며 secY 유전자의 종결코돈과 adk 유전자의 개시코돈이 한 염기를 공유하는 상태의 translational coupling 구조를 하고 있었다. 이와 같이 단백질분비에 관여하는 유전자와 ribosome 구성요소, 그리고 ATP 합성에 관여하는 요소는 세포성장에 상호 연관 작용이 있는 것으로 사료된다.

김치로부터 분리한 Lactobacillus plantarum bacteriophage SC 921은 M.O.I가 0.2일 경우 용균효과가 빠르게 진행됨을 알 수 있었고, SDS-PAGE를 실시하여 phage particle protein을 조사해 본 결과 4개의 major protein으로 구성되어 있는데 이들은 각각 48, 34, 32, 29 kDa으로 구성되어 있다. Exo III로 30분간 반응시킨 후 S1 nuclease를 처리하여 DNA의 형태를 조사해 본 결과 intact DNA는 linear form의 double strand를 유전전달 물질로 가지고 있었다. 제한효소에 대한 절단 효과를 조사한 결과, Sma I에 대해서 1개, Xba I, Cla I, Kpn I, EcoRI에 대해서 각각 2, 4, 5, 6개의 절단부위를 가지고 있으며, Hind III에 대해서는 절단부위가 매우 많은 것을 알 수 있었다. Hind III를 이용하여 intact DNA의 genome size를 측정해본 결과 약 66.5 kbp정도였다. 위의 실험결과와 restriction enzyme mapping을 통해 기존에 알려진 bacteriophage B2와 비교해본 결과 숙주 균주는 같으나 단백질적인 구조나 유전전달물질로 본 구조는 서로 다름을 알 수 있었다.

최근 생물방제균으로 주목받고 있는 Enterobacter cloacae의 방제기작이 이 균에 의해 토양내에서 생산된 휘발성 ammonia이며 ammonia의 생산에는urease가 관계한다는 보고를 근거로 하여, 항생물질 생산성 균주로 선발된 우수한 길항균주에 암모니아 생성능, 즉 urease 유전자를 유전적으로 부가함으로써 항진균성 길항물질 생산과 암모니아 생산이 동시에 이루어 질 수 있는 새로운 다기능의 생물방제균을 유전적으로 육종하고자 하였다. 저병해 인삼경작지로부터 식물근부균 Fusarium solani의 생육을 강하게 억제하는 길항세균 한 균주 SH14균주를 분리, 선발하였으며, 분리된 균주를 동정한 결과 Bacillus subtilis이거나 그 근연종으로 추정되었다. 억제기작 실험을 통해 길항균주 B. subtilis SH14에 의해 생산되는 항진균성 길항물질은 외막가수분해효소와 같은 고분자 물질이 아니라 열에 안정한 저분자의 항생물질임을 알 수 있었다. 한편 ammonia 생산을 위한 urease의 유전자는 urease 생산력이 강력한 호알칼리성 Bacillus pasteurii의 urease 생산유전자를 E. coli-Bacillus shuttle vector인 pEB203에 subcloning하였고, 이어서 pGU 366으로 명명된 이 recombinant plasmid를 선발된 항진균성 길항균주 B. subtilis SH14에 PEG-induced protoplast transformation 방법으로 도입, 발현시켰으며, 최적조건을 조사하여 90분간의 lysozyme 처리과정 후 1.5 $\mu\textrm{g}$/$m\ell$의 DNA와 40% PEG4000의 첨가로 약 6.5$\times$$10^{-4}$의 형질전환율을 얻을 수 있었다. 아울러 암모니아 생성능이 부가된 생물방제균 B. subtilis SH14(pGU366)에 의해 식물근부균 F. solani에 대한 생육억제력이 증가되는지 여부를 억제거리 측정법과 균체중량법을 통해 확인한 결과 urease 유전자가 도입된 형질전환체 B. subtilis SH14(pGU366)의 근부균 생육억제능이 각각 36.7%, 44.0%정도로 숙주균주인 B. subtilis SH14에 비해 근부균 생육억제능을 보다 강하게 나타내었음을 알 수 있었다. 따라서 항진균성 항생물질 생산성 생물방제균 B. subtilis SH14에 외부의 urease유전자를 도입하여 ammonia 생성능을 부가함으로써 생물방제력의 상승효과를 거둘 수 있었다.

참당귀 세포(Angelica gigas H4)를 현탁배양하여 면역 증강성 다당을 생산하기 위한 최적배지 설계 및 생산조건 최적화 연구를 수행하였다. 우선 세포의 성장에 가장 좋은 배지로서 Schenk and Hildebrandt(SH) 배지를 선택하여 배양한 결과 $25^{\circ}C$, 암배양조건에서 각각 15.8g DCW/l와 0.85 g/l의 세포 및 다당을 얻을 수 있었다. 한편 다당 생산용 배지의 개발을 위하여 여러 가지 식물세포배양용 배지 중에서 다당 생산능이 가장 높은 배지로서 Gamborg B5 배지를 선정하였으며 B5 배지를 변형하여 면역증강성 다당생산을 위한 최적배지(PPM)를 개발하였다. 그리고 최적배지를 이용한 당귀 세포증식과 다당 생산을 위한 최적 pH는 6.0-6.5, 배양온도는 $20^{\circ}C$, 그리 고 광조건보다는 암조건이 좋은 것으로 밝혀졌다. 상기 최적조건에서의 최대 세포증식과 다당생산은 각각 14.8 g/l, 1.5 g/l 이었다.

본 실험에서는 만성위염, 위궤양, 십이지장궤양, 위암발생의 원인균으로 알려진 H. pylori를 저해하는 특이항균물질을 생성하는 균주를 토양에서 분리한 방선균액과 곰팡이 추출액을 대상으로 탐색하여 곰팡이 균주번호 60686을 선별하였다. Jar fermentor로 배양하여 얻은 균체를 acetone 및 EtOAc로 추출하였고, 얻어진 추출액을 silica column chromatography와 LH-20 gel chromatography를 수행하여 활성분획을 농축하였고 HPLC를 사용하여 항균 활성을 나타내는 단일물질 IDA를 분리 정제하였다. 항균 활성물질 IDA의 구조를 MS, NMR 분석등을 통해 추정한 결과 곰팡이의 2차 대사산물인 cytochalasan의 전형적 구조를 갖는 분자식 $C_{32}H_{36}N_2O_5$의 chaetoglobosin A라는 물질로 판명되었다. 항균물질 IDA의 항균력을 paper disk법으로 실험한 결과 그람양성 균주중에서는 S. aureus SG 511, 285와 503 3주에서만 항균력을 보였고, 그람음성 균주중에서는 H. pylori 4주에서만 항균력을 보였으나 동일농도 처리시 H. pylori에 대한 항균력이 S. aureus에 비해 우수한 항균효과를 가진다고 판단되었다.

덱스트란수크라제는 sucrose를 이용하여 덱스트란의 합성을 촉진하는데 sucrose이외에 다른 탄수화물이 효소 반응기 중에 존재하는 경우에는 sucrose의 glucose기를 이 탄수화물에 전달하는 반응을 촉진하여 새로운 구조의 산물을 생산한다. Leuconostoc mesenteroides B-742CB로 부터 얻은 덱스트란수크라제를 이용하여 입자 전분과 호화 전분에 sucrose의 glucose를 수식함으로써 변형을 시도하였다. 사용한 전분의 종류(Small starch 또는 Potato starch)에 따라 그리고 전분의 상태(입자 혹은 호화된 상태)에 따라 이론적 수율의 46-72%(s.d.<${pm}$5)를 얻었다. 변형 전분을 ${alpha}$-amylase, isoamylase, pullulanase 그리고 endo-dextranase로 처리하여 변형 전의 전분과 가수분해 상태를 비교한 결과 변형전의 산물에 비해 이들 가수분해효소에 대해 저항성을 보였다. 변형에서 얻어진 산물들의 methylation결과 입자 전분을 이용한 변형 반응의 산물의 변형 정도가 더 컸으며, 변형입자를 SEM으로 관찰하면 불규칙한 크기의 작은 조각의 산물을 확인할 수 있었다. 변형 반응으로 sucrose의 glucose가 전분 glucose의 C3, C4, 그리고 C6 위치의 free-OH group에 수식된 새로운 구조의 변형 산물을 생산하였고 이는 iodine에 의한 염색 정도를 크게 감소시켰으며 용해성을 증가시켰다.

김치로부터 Leu. paramesenteroides의 야생균주 Pw를 분리하여 내산성 변이균주 P-100으로 개량하였다. 야생균주 Pw는 HCI로 조정한 pH 4.0이상에서부터 증식하였으며, 유기산 혼합용액으로 조정한 pH 4.0에서는 증식하지 못하였다. 변이균주 P-100은 HCI로 조정한 pH 3.8 이상부터 증식하였으며, 유기산 혼합용액으로 조정한 pH 4.0에서부터 증식하였다. 내산성으로 개량한 변이균주 P-100과 야생균주 PW를 starter로 김치에 첨가하여 1$0^{\circ}C$에서 발효시킨 결과를 보면, 무첨가군에 비해 야생균주 Pw 첨가군은 2.25배, 변이균주 P-100 첨가군은 2.67배 정도의 산패지연 효과를 나타내었다. 유기산 함량의 변화에서도 숙신산 및 아세트산 함량이 변이균주 P-100 첨가군과 야생균주 Pw 첨가군에서 무첨가군에 비해 상대적으로 높고, 젖산의 함량은 상대적으로 낮았다. 관능검사에 있어서 전체적인 기호도의 경우, 숙성 21일째 첨가군에서 무첨가군보다 매우 높은 기호도 점수(4.0)를 얻었다. 김치 발효 기간중 Leuconostoc 속 균수는 내산성 변이균주 P-100 첨가군, 야생균주 Pw 첨가군, 그리고 무첨가군의 순이였으며, Lactobacillus 속 균수는 이와 반대를 보여 lactobacillus 속 균이 생육억제됨을 확인하였다. 이상 젖산 발효균으로서 산 생성 수율이 낮고 풍미 향상에 기여할 수 있는 내산성 변이균주 Leu. paramesenteroides P-100을 starter로 첨가함으로써 발효말기까지 Lac. plantarum과 경쟁적으로 생육이 가능하여 김치 가식 기간의 연장과 함께 기호도가 증대되는 것을 확인할 수 있었다.

AcNPV에 대해 감수성을 보이는 파밤나방 세포주인 Se301 세포주의 AcNPV를 이용한 발현 벡터계에서의 유용성을 알아보기 위하여 Se301세포주에서 AcNPV의 감염 특성을 Sf-21 세포주에서와 비교하였다. 그 결과, 바이러스의 감염상은 두 세포주에서 거의 유사하였으나 감염 7일 후에 세포로부터 방출된 다각체의 비율은 Se301 세포주에서 훨씬 높았다. 또한 전체 다각체 생성율은 Se301 세포주에서 약간 높았지만 그 차이는 매우 근소하여 대체적으로 두 세포주에서 거의 비슷하였으나 생성된 다각체의 크기는 Se301세포주에서 더욱 컸다. 한편, 세포주나 바이러스의 증식율과는 무관하게 AcNPV에 의한 다각체 단백질의 발현량이 Se301 세포주에서 약 2.4배 높게 나타남으로써 Se301 세포주가 AcNPV를 이용한 발현 벡터계에서 숙주 세포로서 매우 유용하게 이용될 수 있음을 보여 주었다.

의료용 아미노산인 오르니틴을 생산하는, 용존산소농도와 pH가 일정하게 유지되는 회분식 배양에서 산화환원전위의 시간에 따른 변화를 주요 발효 상태변수들(균체, 포도당, 오르니틴 농도)과 함께 관찰하였다. 산화환원전위는 배양상태를 반영하는 네 개의 다른 구간을 나타내었으며 특히 균체농도의 변화와 밀접한 관계가 있으며 오르니틴 농도에 의해서도 영향을 받음을 알 수 있었다. 산화환원전위와 발효상태변수들과의 상관관계를 구하기 위해 먼저 오르니틴 및 포도당이 산화환원전위에 미치는 영향을 별도의 실험을 통해 알아보았다. 이들 실험 결과들을 바탕으로 하여 산화환원전위의 발효상태변수에 대한 상관관계를 제시하였다. 이 상관관계는 산화 환원전위, 포도당 농도, 균체농도의 on-line data로부터 오르니틴 농도를 on-line 추정하는데 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 양돈폐수의 생물학적 처리의 난점 중 하나인 NH$_4$-N이 혐기성 미생물에 미치는 영향을조사하기 위해 폐수를 여러 가지 비율로 희석하여 혐기성 회분식 배양을 시도하였으며 COD제거율과 NH$_4$-N의 농도를 측정 비교하였다. 또한 MgO를 첨가하여 폐수내의 NH$_4$-N를 $MgNH_4PO_4{cdot}6H_2O$의 결정체로 형성시킨 후 침전 제거하고 같은 조건에서 배양하였다. 3개월 이상 원폐수에서 적응된 master culture는 75%의 폐수와 25%의 희석수에서 빠른 COD 제거율을 보였으며, MAP법으로 NH$_4$-N를 60% 제거한 폐수에서는 200시간 후 80%이상의 COD 제거율을 보였다. 같은 조건에서 NH$_4$-N를 함유하고 있는 폐수는 50%정도의 COD 제거율을 보여, MAP법으로 NH$_4$-N를 제거한 폐수의 혐기성소화가 월등함을 알 수 있다. 특히 중요한 결과는 NH$_4$-N 농도가 혐기성 미생물에 미치는 영향보다는 C:N의 비율이 2이하일 때 치명적인 영향을 줌을 규명하였으며 MAP법에 의해 형성된 struvit는 혐기성 미생물에 독성 영향을 주지 않음을 알 수 있었다.

본 연구에서는 dextransucrase hyper-producing Leuconostoc mesenteroides B-512FMCM과 dextransucrase constitutive mutants인 B-742CB 및 B-1355C에서 얻은 dextransucrase 및 alternansucrase를 이용하여 maltose, lactose, gentiobios 및 raffinose의 수용체반응을 수행하였다. B-512FMCM의 경우 수용체로서 maltose와 gentiobiose는 설탕에 대한 농도비가 1/1이하일 때 수용체에 ${alpha}$l-6으로 D-glucose가 결합한 일련의 올리고당을 생성하였고, 9/1이상에서는 단 두 가지의 수용체산물로서 maltose의 경우에는 panose와 isomaltosyl maltose를, gentiobiose의 경우에는 6$^2$-${alpha}$-D-glucopyranosyl gentiobiose와 isomaltosyl gentiobiose만을 생성하였다. 그러나 lactose는 유일한 산물인 2$^1$-${alpha}$-D-glycopyranosyl lactose만을 생성하였다. 효소양의 변화에 대해서 maltose와 gentiobiose의 수용체반응에서 생성된 수용체산물(올리고당)의 수와 양은 효소양이 증가함에 따라 증가하였으나 lactose의 경우에는 효소양의 증가에 대해 수용체산물 양의 변화가 크지 않았다. B-742CB dextransucrase와 B-1355C alternansucrase를 사용하면 B-512FMCM dextransucrase에서는 단 한가지만의 수용체산물을 생산하였던 lactose와 raffinose를 수용체로 하여 여러 가지의 수용체산물(올리고당)을 생산하였다.

수계에서 전분 가수분해효소의 transglycosylation반응을 이용하여 배당체(glycoside)를 합성하였다. Glycosyl donor인 starch와 glycosyl acceptor인 benzylalcohol을 반응기질로 선택하였다. 시판되는 9종의 당가수분해효소의 transglycosylation활성을 조사한 결과 glucose와 한 종류의 glycoside만을 생산하는 amyloglucosidase(from Rhizopus sp.)를 반응효소로 선정하였다. Amyloglucosidase에 의해 합성된 배당체는 여러 가지 분석을 통해 glucose의 1번 OH기에 benzylalcohol이 ${alpha}$형태로 결합된 benzylalcohol-${alpha}$-glucoside(BG)임을 확인하였다. 수계에서 이 효소에 의한 transglycosylation 반응의 최적조건은 starch 50mg/$m\ell$, benzylalcohol 50 mg/ml, 온도 45$^{\circ}C$, 효소량 10 unit/ml, pH 5.0, 반응시간 32시간이었으며 합성된 BG는 amyloglucosidase에 의해서는 분해되지 않았고 ${alpha}$-glucosidase에 의해 glucose와 benzylalcohol로 가수분해되었다.