염농도는 미생물 생육에 중요한 환경요인의 하나로서 대부분의 미생물들은 염농도 1% 이내를 생육 최적조건으로 하지만 자연계에는 염농도 1% 이상에서 포화염농도까지 생육이 가능한 것들도 많다. 미생물 중에는 생육 최적염농도보다 높은 환경에 처하면 여러가지 적응기작에 의해 고염분 농도에 적응하면서 생육할 수 있는 내염성 미생물과 고염농도 환경을 생육 최적조건으로 하는 호염성 미생물로 대별할 수 있다.
미생물은 고등생물과 그들이 생육하는 환경을 조절할 수 있는 능력이 제한되어 있다. 환경 변화에 따라 자신을 적응시킬 수 있는 능력이 있어야 끊임없이 변하는 환경에서 살아 남을 수 있고 다른 미생물과의 경재에서 이길 수 있다. 온도, 삼투압, 영양물질의 온도, 수소 ion농도는 자연계에서 짧은 시간에 넓은 폭으로 변하며 미생물에서 energy 대사의 중심이 되는 proton motive force를 이루는 proton gradient (.DELTA.pH)의 크기를 결정한는 중요한 환경인자이다.
대부분의 생물은 온화한 환경조건 즉 중성부근의 pH, 30~37 .deg.C, 1 기압하에서 적당한 농도의 영양과 염류를 함유한 환경속에서 생활을 영위하고 있으나 하등생물인 미생물 중에는 특수환경 즉 강알칼리성 또는 강산성 pH, 고온, 고압하에서 생육하며 고농도의 염을 요구하는 것이 있다. 이러한 특수환경 미생물은 자신의 환경조건에 적응할 수 있도록 생체 system을 구성하기 위하여 독특한 효소나 물질을 생성하므로 이를 산업적으로 유용하게 이용할 수 있다. 여러가지 특수환경 미생물 중 여기서는 호알칼리성 미생물의 산업적 이용면을 간단히 기술하고자 한다.
원유에 오염된 토양으로부터 톨루엔을 분해할 수 있는 미생물을 분리하였으며 동정결과 Pseudomonas fluorescence였다. 이 미생물을 생물학적 톨루엔 처리공정에 사용하기 위해 온도, 톨루엔 농도, pH, 질소원 등의 환경영향이 분해에 미치는 영향에 대해서 연구를 하였다. 이 미생물의 최적 분해 온도는 $30^{\circ}C$였으며 이 때 최대 비성장속도와 최대 비소모속도는 각각 $0.76hr^{-1}$와 $0.36hr^{-1}$이었다. $10^{\circ}C$ 와 $40^{\circ}C$에서는 톨루엔을 분해하지 못하였으나 $30^{\circ}C$에 적응한 미생물은 $10^{\circ}C$에서 17시간 만에 100mg/L의 톨루엔을 완전히 분해하였고 $40^{\circ}C$ 에서는 30시간 동안 80% 정도 분해할 수 있었다. 본 미생물은 200mg/L 이상의 톨루엔은 분해할 수 없었으나 20mg/L의 낮은 농도의 톨루엔에 적응을 시킴으로써 300mg/L의 톨루엔까지 분해할 수 있었다. pH는 5.5~9.0 범위에서 분해 속도에 별다른 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 암모늄 (${NH_4}^+$) 대신 질산염(${NO_3}^-$)을 사용했을 때 적응기가 2~10시간 정도 길어졌고 미생물 수율이 45% 정도 감소하였다. 그러나 적응기가 지난 후의 톨루엔 분해속도에서는 별 차이를 보이지 않았다. 본 연구에서 얻은 결과들은 향후 바이오필터 등의 생물학적 톨루엔 처리공정 개발에 유용하게 사용될 것으로 기대된다.
Avery, MacLeod, McCarty가 1944년에 세균에서 유전적 재조합이 이루어진다는 사실을 발견한 후 세균은 진화 학자들과 미생물 학자들로 부터 주목을 받기 시작했다. 왜냐하면 세균은 자연생태계에서 또다른 형태의 유전적 적응성을 지니고 그러한 돌영변이 중 일부는 모세포(parent cell)보다도 주변환경에 더 잘 적응되었기 때문이다. 이제까지 GEM들이 생태계에서 유전자들 전이시키는 빈도가 대부분 낮았고, 토양이나 다른 자연생태계애서 유전자의 전이가 지속적으로 일어난다는 실험적 증거는 없었지만 이들을 생태계에 방출한 결과 유전자 전이가 몇몇 실험에서 확인된 적이 있어 토양에서의 유전적 전이의 가능성을 강하게 암시하고 있다. 하지만 어떻게 전이되고 토양의 물리, 화학및 전이에 필요한 최소한의 donor와 recipient의 수와 정확한 감지 방법등이 아직까지 밝혀져 있지 않은 상태이다. 더우기 토양환경에서 미생물의 활성과 생태, 군집 동태에 영향을 줄 수 있는 기능을 나타내려면 얼마만큼의 재조합 세균이 단위면적당 필요한지도 밝혀지지 않은 상태이다. 따라서 이러한 여러가지 문제점을 밝히는 것은 학문적인면 뿐만 아니라 진화론적인 이론에도 도움이 되며 GEM들이 토양이나 다른 생태계에 유출되었을 때의 환경영향평가나 규제를 하는데에도 도움이 될 수 있다고 본다.
2011년도 Nobel 생리(生理) 의학상(醫學賞) : 자연(自然)(선천)(先天) 면역(免疫)(innate immunity)의 활성화에 관한 연구업적으로 B. A. Beutler와 J. A. Hoffmann, 그리고 수지상세포(樹枝狀細胞)(dendritic cell; DC)발견과 적응(適應)(획득)(獲得)면역(免疫)(adaptive immunity)에 있어서의 그들 세포의 역할을 밝혀낸 R. M. Steinman의 공동수상으로 금년도 Nobel 생리 의학상 수상자가 결정되었다는 보도가 지난 10월 3일 있었다(1-3). 그들의 업적을 요약하면 대략 다음과 같다. (Steinman교수는 Nobel수상자 발표 3일전인 9월 30일 암으로 사망함). 그들은 면역기구(immune system)의 활성화의 관건(key)이 되는 원리를 밝혀냄으로써, 면역기구에 관한 우리들의 이해를 혁신하였던 것이다. 과학자들은 오랫동안 세균(bacteria)이나 기타 미생물병원체들에 의한 공격에 대비하여 그들 자신을 방어하는 사람이나 기타 동물체에서의 면역응답(免疫應答)(immune response)의 문지기들을 탐색해 왔다. Beutler와 Hoffmann은 그와 같은 병원미생물을 인식하여 생체의 면역응답의 첫 단계인 자연면역을 활성화 할 수 있는 수용체 단백질(toll-like receptor protein)을 규명한 것이다(4,5). 한편 Steinmann은 면역계의 수지상세포(DC)와 병원미생물이 생체로부터 배제되는 면역응답의 후기단계인 적응면역을 활성화하고 조절하는 그들의 독특한 재능을 규명해 낸 것이다(6-8). 그들 3명의 발명은, 면역응답의 자연 및 적응 양상(樣相)이 어떻게 활성화되는 가를 밝혀냄으로써 질병의 기전에 관한 참신한 식견(識見)을 제공한 것이다. 그들의 연구는 감염병(感染病)(infectious disease), 암(癌)(cancer) 그리고 염증성질환(炎症性疾患)(inflammatory disease)에 대응하는 예방과 치료의 개발을 위한 새로운 방법을 개척한 것이다.
본 연구에서는 기아상태에 있는 토양 미생물, Arthrobacter crystallopoietes cell의 2-hydroxypyridine대사능력의 변화 와 이 미생물의 대사능력에 대한 부식산의 영향에 대해 다루어졌다. 기질 2-HP에 대한 대수기 세포(exponential phase cell)는 적응기 세포(lag phase cell)와 비교할 때 기아상태에 있어서도 더 높은 2-HP대사능력을 보여 기아상태 3일 후 대수기 세포에서 2-HP반감기는 14시간으로 나타난 반면 적응기 세포의 경우 46.5시간으로 나타났다. 부식산은 기아상태에서 이 미생물 세포의 유도효소, 2-HP monooxygenase의 안정성을 높여주어 기아시간 2일 후 표준조건에서 기아상태에 있던 미생물의 효소활성이 처음의 1.5%로 남아 있는 반면 0.2% 부식산 용액에서 기아상태로 있던 미생물의 효소활성은 12%까지 남아 있었다. 기아시간 14일 후 까지도 부식산 용액 속에서 기아상태로 있던 이 미생물 세포의 2-HP대사능력은 표준 조건의 것에 비해 월등히 높아 2-HP반감기를 비교해 보면 표준 조건의 경우 43시간인 반면 부식산의 경우 1.25시간으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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