유류로 오염된 토양에 있어서의 미생물의 분포 및 활성도에 관한 연구는 오염토양의 생물학적 복원기술을 적용시키고자 하는 지역에서는 매우 중요한 연구이다. 따라서 본 연구에서는 유류 오염된 지역에서의 미생물 활성도를 ETS(Electron Transport System) 및 그 이외의 몇 가지 방법을 통하여 고찰해 보았다. 본 연구결과에 따르면 순화된 토양에서는 이미 유류를 산화시킬 수 있는 Burkholderia spp.가 이미 우점을 이루고 있었고, 생물학적 복원기술 중 Biostimulation법을 적용할 경우 이미 존재하는 미생물(Indigeonous microorganism)에 의한 유류오염물질의 산화를 가속화시킬 수 있는 것으로 나타났다.
자연수계 생태계는 해양, 하천, 호수, 지하수 등과 같이 그 특성에 따라 많은 종류로 구분할 수 있는데, 그중에서 하구는 물리, 화학적 성질은 물론 미생물을 포함한 많은 생물이 끊임없이 변천(transition)하는 생태계의 하나의 꼽을 수 있다. 환경의 변화는 수온, 염분, pH, Eh, 투명도, 부유물질 등의 변화를 포함하는데, 하구 감조수역에서 가장 심한 변화를 일으키는 것은 일반적으로 영양염류의 양과 종류, 수온, 염분 등이다(Morita et al., 1973: Rublee et al., 1984). 그러므로 본 연구에서는 1985년 7월부터 1986년 12월까지 낙동강에 위치한 3개 정점에서 물리, 화학적 환경, 영양염류, BOD, 세균 및 heterotrophic activity의 28개 변수의 변화를 살펴보았다. 이렇게 측정된 결과를 중회귀 및 요인 분석으로 생태계에서 세균의 분포와 활성에 미치는 영향을 분석하고자 한다.
최근 평화의 댐 건설에 따른 영향으로 다량의 물을 방류하여 미생물 생태계의 큰 변화가 예상되는 파로호에서 미생물 분포 및 활성도에 관하여 1987년 1월부터 11월까지 격월로 조사, 연구하였다. 총 세균수는 $0.3\times 10^{5}-13.1\times10 ^{5}$cells/ml의 비교적 낮은 값을 나타내었으며 3월에 급격한 증가를 보여 $10.7\times 10^{5}-13.1\times10 ^{5}$ cells/ml 의 최고치를 나타애었다. 종속영양세균은 $1.9\times 10^{3}$ - $3.1\times 10^{4}$CFUs/m의 변화를 갖으며 총 세균수의 변화와 유사한 경향을 나타내었다. Alpha-및 beta-glucosidase를 분비하는 세균의 비율은 지역적인 차이보다는 계절적인 변화가 우세하였으며 Phosphatase를 분비하는 세균의 비율은 22.7-63.0%로 최고치를 나타내었다. 전자전달계 활성도는 480-1696${\mu}gO_{2}$/l/day의 변화를 갖으며 지역적으로 유입수에서, 계절적으로 여름에 높았다. 유기연산염의 분해율은 0.4-9.1%/h로 다른 댐보다 낮았으며, 수온이 상승함에 따라 분해율이 커졌으며 Phosphatase를 분비하는 세균의 비율변화와 관계가 있음을 알 수 있였다. 종속영양세균의 생리적 활성도는 여름의 최고치가 8.2%/h로 계절적으로 DOM 증가 에 따른 활성도의 증가가 관찰되었다. 파로호의 급격한 변화는 세균류의 개체수 변화에 큰 영향을 미쳤으냐, 활성도 및 특정호소 분비세균비율에는 영향을 주지 못 하였다. 활성도 및 특정효소 분비비율은 계절적 소장이 뚜렷하여, 식물성플라크톤의 증식과 일차 생산력과의 밀접한 관계를 보였다.
자생하는 미생물의 활성을 촉진시킴으로써 오염된 연안퇴적물을 현장생물정화하기 위하여 사용하는 미생물활성촉진제의 용출특성에 대한 연구를 수행하였다. 미생물의 생리활성을 촉진하는 황산염, 질산염을 오염되지 않은 연안퇴적물과 혼합하였으며, 혼합물을 볼 형태로 만든 뒤 셀룰로스 아세테이트 및 폴리설펀으로 각각 표면을 코팅하여 볼 형태의 미생물활성촉진제 2종을 제작하였다. 또한, 황산염과 질산염이 용해된 생리활성물질 용액에 입상활성탄을 침지시켜 입자상 미생물활성촉진제를 별도로 준비하였다. 셀룰로스 아세테이트로 코팅한 미생물활성촉진제를 전자현미경으로 관찰한 결과 코팅층 내부는 다소 큰 공극이 불규칙적으로 존재하였으나 코팅층 외부는 촘촘한 벌집모양의 공극들이 분포되어있었다. 폴리설펀으로 코팅한 미생물활성촉진제의 경우는 코팅층의 내부와 외부 모두 공극이 없는 치밀한 구조를 보였다. 셀룰로스 아세테이트로 코팅한 미생물활성촉진제의 생리활성물질 용출율은 폴리설펀으로 코팅한 미생물활성촉진제에 비해 증류수와 해수에서 모두 높았으며, 입자상 미생물활성촉진제로부터의 생리활성물질의 용출율은 폴리설펀으로 코팅한 미생물활성촉진제에 비해 약 9배 이상 높았다. 미생물활성촉진제로부터 생리활성물질들의 용출속도는 정체조건에 비해 난류조건에서 약 3배 이상 빠른 것으로 평가되었으며, 생리활성물질들 중에서 질산염은 황산염에 비해 빠르게 용출되는 특성을 보였다.
P. mirabilis 로부터 정제한 cysteinylglycine 분해효소의 성질 및 세포내 국재성을 검토하였다. 본 효소의 일반적 성질은 pH가 7.3 온도 37$^{\circ}C$에서 최대 활성을 냐타내었으며 pH 8.0에서 안정하였고, 열안정성은 $50^{\circ}C$, 30분처리에 30%의 활성 손실을 보였다. 또한 $Mn^{+2}$이온과 $Mg^{+2}$ 이온에 의해 활성이 촉진되었으며 본 효소를 반응전 30분 Preincubation 하므로서 최대 활성을 보였다. 본 효소는 glutathione 일단계 분해효소인 ${\gamma}$-glutamyl transpeptidase와 마찬가지로 세포내의 periplasmic space에 존재하였다.
본 연구에서는 개선된 바이오필터설계를 가지는 새로운 바이오필터의 압력강하 및 미생물 population 분포 등을 관찰하고, 같은 유효부피를 갖고 unidirectional flow (UF)를 갖는 전통적 바이오필터의 경우와 비교하였다. 개선된 바이오필터는 운전 초기 또는 정상상태의 장기운전에서 전통적 바이오필터 압력강하의 약 40~80% 이상을 감소시켰다. 미생물 population 분포는 바이오필터 담체인 폐타이어담체와 입상 활성탄의 두 경우 모두 바이오필터 top 단에서 가장 낮았고 바이오필터 밑으로 내려갈수록 미생물 population이 커졌다. 한편 폐타이어담체는 입상활성탄 담체보다 월등히 큰 미생물 population을 나타내는 미생물 콜로니 개체수(CFU counts)를 보였다. 개선된 바이오필터에서 악취가스가 $bottom{\rightarrow}up$으로 공급되는 경우에 악취가스가 $top{\rightarrow}down$으로 공급되는 경우보다 미생물 population 성장이 더욱 컸으며, 입상활성탄 담체보다 폐타이어담체에서 이 현상이 더욱 두드러졌다. 전통적 바이오필터와 개선된 바이오필터시스템 각각의 미생물 population 분포도를 비교하였을 때에, 개선된 바이오필터의 미생물 population은 전통바이오필터보다 입상 활성탄 담체와 폐타이어담체의 경우에 각각 약 15배 및 2.5배 만큼 더 고르게 분포되었다.
국내 삼천포 및 서천에서 채집한 갯장어(Muraenesox cinereus)의 장내기관으로부터 분리된 미생물들의 다양성 및 특성에 관하여 조사하였다. 장내 미생물의 순수 분리를 위하여 marine agar 배지를 사용하였으며 $37^{\circ}C$에서 호기적으로 배양하였다. 순수 분리 후, 49 균주를 분리하였으며 16S rRNA 염기서열 분석 결과를 바탕으로 계통학적 분석을 실시한 결과, 3문, 13과, 14속, 34종으로 구성되어 있는 것을 확인하였다. 특히, Proteobacteria 문은 83.7%의 분포를 나타내었으며 8과, 8속, 26종으로 Aeromonadaceae, Pseudoalteromonadaceae, Shewanellaceae, Enterobacteriaceae, Morganellaceae, Moraxellaceae, Pseudomonadaceae와 Vibrionaceae로 분포하는 것을 확인하였다. 그리고 분리한 균주들이 amylase, lipase, protease와 같은 산업적으로 유용한 효소를 생산하는지 확인하기 위하여 효소 활성 평가를 실시하였으며, 39 균주가 최소 한 종류 이상의 효소 활성을 가지고 있는 것을 확인하였다. 특히 Aeromonas 속의 균주들은 테스트한 모든 효소의 활성을 나타내는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 본 연구를 통하여 분리한 미생물들의 산업적 활용 가능성을 나타내었다. 그러므로 이번 연구는 국내 유전자원 확보 및 갯장어의 장내마이크로비옴의 과학적 지식 확장에 도움이 될 것으로 생각된다.
유통 생씩 5종의 수분 함량 4.22~7.18%의 범위였으며 수분활성은 0.15~0.26의 분포를 보여 미생물에 의한 변패보다는 낮은 수분활성에서도 생존해 있는 병원성 미생물의 제거가 생식의 중요한 품질관리 요소일 것으로 판단된다. 생식의 미생물분포는 Bacillus group $10^4$~$10^{7}$ cfu/g, 사상균류 $10^2$~$10^3$cfu/g, coliform group $10^1$~ $10^4$cfu/g, SS agar plate 분리 enteric bacteria group $10^1$~$10^3$cfu/g의 수준으로 특히 병원성 미생물의 오염가능성이 컸다. 감마선 조사 결과 coliform group, SS agar plate 분리 enteric bacteria group, 그리고 사상균류는 3 kGy의 조사선량에서 완전살균 수준으로 제거되었다. 생식 분포 미생물의 D값은 coliform group은 0.68~0.80 kGy, SS agar plate 분리 enteric bacteria group은 0.59~0.74 kGy, Bacillus group은 1.84~2.18 kGy, 사상균류는 0.36~0.57 kGy의 범위를 나타내었다. 생식제품의 위생화를 목적으로 할 경우 감마선조사 선량은 생식제품에 분포하는 coliform group과 SS agar plate 분리 enteric bacteria group 미생물의 사멸기준인 3~5 kGy의 수준으로 설정하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
본 연구는 양송이 배지의 관행적인 발효기술 개선에 대한 기초자료를 제공하기 위하여 배지 발효에 중요한 역할을 하는 다양한 미생물에 대한 밀도변화 및 분류학적인 특징을 밝혔고, 이들 미생물이 분비하는 세포벽 분해 관련 효소활성 변화를 조사하였다. 양송이 배지 발효와 밀접한 관련이 있는 미생물의 밀도 변화를 분석한 결과 고온성 세균, 방선균, 형광성 Pseudomonas spp., 사상균 등 다양한 미생물들이 분포하였으며, 고온성 발효가 진행됨에 유해균은 사멸되는 경향을 보였다. 야외발효 과정에서는 Psychrobacter속, Pseudomonas속, Bacillus속, Pseudoxanthomonas속이 가장 많이 분포하였고, 후발효 완료 배지에서는 Bacillus속, Psychrobacillus속이 우점하였다. 이러한 볏짚 발효 과정 중 분리한 미생물의 효소활성은 발효 초기에 cellulose 분해효소가 먼저 배지에 작용하여 탄소원을 분해한 후 hemicellulose 분해효소가 부차적으로 작용하는 양상을 보였고, 이들 효소를 분비하는 미생물들은 2차와 3차 뒤집기에서 많이 분포하였다.
북한강 수계의 지류인 수동천에서 1986년 7월부터 1987년 3월까지 4개의 정점으로부터 종속영양 세균의 크기와 생리적 활성도를 조사하였다. 총 세균수는 0.8-$25.2\times 10^{5}$ cells/ml의 범위를 나타냈으며, 글루코오즈 흡수능 $V_{max}$은 0.006-24.39mg-C/l/hr의 변화폭을 보여주었다. 계절적인 분포에 있어서 $V_{max}$값은 여음에 높고, 겨울에 낫은 뚜렷한 계절적 양상이 판찰 되었으나 콜로니 생성균 수의 변화는 특정적 양상을 볼 수 없었다. 지역적으로는 인간활동의 영향을 거의 받지 않는 상류 정점에서 세균수와 생리적 활성도가 가장 낮으며, 유기 오염물질이 대량 유입되는 쟁점을 제외하고는 유사한 수푼을 나타내어 이러한 유입 현상이 전 수동천 생태계의 세균 군집의 크기 및 생리적 활성도의 변화에 가장 중요한 요인으로 작용함이 관찰되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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