• 미생물학회지
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• 제52권2호
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• pp.125-139
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• 2016

생물막은 미생물들의 표면 부착 성장으로부터 유래된 복잡하게 구조화된 미생물들의 군집이다. 인간의 삶속에서 생물막은 다양한 감염을 매개하고 여러 사회, 문화, 산업 시설물들에서 많은 문제를 일으킨다. 생물막에 대한 이해가 과학자들에게 큰 관심을 끌고 있기는 하지만, 자연계에 존재하는 다양한 생물막을 직접 연구하는 것은 매우 어렵다. 따라서 다양한 연구실에서 생물막을 형성하기 위한 다양한 모델 시스템들이 제안되어 왔으며, 이들 모델에 기반한 많은 생물막 연구 방법들이 실제 생물막 연구에 쓰이고 있다. 이러한 생물막 모델들은 실제 환경속의 생물막들의 특징들을 모사하고 있지만 각기 나름대로의 장단점들을 가지고 있다. 본 리뷰에서는 현재 사용되고 있는 생물막 모델 시스템들을 소개하고, 그들의 장단점들을 설명하고자 한다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
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• 한국환경과학회 2001년도 정기총회 및 봄 학술발표회 초록집
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• pp.162-163
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• 2001

기질농도, HRT, 온도, pH, $Ca^{2+}$ 농도변화에 따른 반응기의 생물막형성과 세포외고분자물질의 조성변화에 따른 기질 제거율을 살펴보았다. 그 결과 반응기의 초기 생물막 형성은 각 조건에 따라서 약간의 차이를 보였다. 반응기 운전 초기에 균에 의해 생산된 세포외고분자물질은 점액질의 형태로 세포벽에 부착되어 주위환경의 해로운 요인으로부터 세포를 보호하는 기능을 가지고 있어 생물막 형성을 촉진시키는 역할을 하였으나, 생물막이 안정화된 후에는 오히려 생물막의 산소투과와 영양분의 접촉을 떨어뜨리는 역할을 하여 기질 제거율을 저하시키는 작용을 하는 것으로 나타났다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제35권1호
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• pp.73-80
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• 2007

생물막 매개체를 도자기 격막으로 구획된 오수처리 반응기에 장착하고 직류 2volt의 전압을 부과하여 생물막 매개체가 산화 전위를 유지할 수 있게 유도하였다. 반면 대조실험을 위해 사용한 반응조의 생물막 매개체에는 전압을 부과하지 않았다 ABM-반응기와 CBM-반응기에서 배양시간에 따른 생물막의 구조, 생물량의 변화, 오수처리 효율 등을 측정하여 상호 차이를 비교하였다. 전자현미경으로 관찰한 ABM의 생물막은 CBM의 생물막에 비해 분산성이 크고 미생물이 과밀하게 성장하지 않았으나 CBM의 생물막은 배양 시간에 비례하여 지속적으로 성장하면서 생물막 매개체를 완전히 덮어 과밀 생물막을 형성하였다. ABM의 ORP는 CBM의 ORP 100 mV에 비해 매우 큰 차이를 보이는 800 mV를 유지하였으며, 반응액의 ORP 또한 ABM과 CBM의 영향을 받아 각각 550 mV와 400 mV를 유지하였다. ABM-반응기에서 오수처리 효율은 CBM-반응기에서 오수처리 효율의 약 2배 정도의 차이를 나타내었다. 이러한 결과로부터 생물막 매개체에 부과한 양전위의 전기 에너지는 생물막을 구성하는 미생물 과밀현상을 억제하고 매개체의 ORP를 높게 유지함으로서 미생물의 대사 활성을 촉진하고 결과적으로 오수내 함유된 유기물의 산화효율을 증가시키는 작용이 있는 것으로 확인되었다.

• 미생물학회지
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• 제50권2호
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• pp.108-113
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• 2014

녹농균(Pseudomonas aeruginosa)과 비브리오 불니피쿠스균(Vibrio vulnificus)은 그람 음성의 병원균들로써, quorum sensing(QS) 기전을 통해 병원성을 발현하는 세균들이다. 이들 병원균의 감염은 많은 경우 생물막 형성에 의해 매개된다고 알려져 있는데, 이에 본 연구에서는 P. aeruginosa와 V. vulnificus를 대상으로 QS 기전의 유무에 따른 생물막 형성의 시간적 추이를 분석해 보았다. 그 결과 P. aeruginosa의 경우 QS 기전이 결핍된 균주가 야생형에 비해 초기 부착은 더 잘 하였으나, 이후 생물막 구조의 성숙 능력은 야생형에 비해 현저히 떨어짐을 알 수 있었다. 이러한 특성 때문에 야생형과 QS 결핍 균주의 생물막 형성을 시간의 추이에 따라 정량적으로 비교해 보면 초기 10시간 정도 까지는 QS 결핍 균주가 더 많은 생물막을 형성하다가, 이후 야생형이 더 많이 생물막을 형성하는 역전 현상이 관찰되었다. V. vulnificus는 P. aeruginosa와는 달리 QS 결핍 균주가 야생형보다 더 많은 생물막을 형성한다고 보고된 균주이다. 이 균주에서 같은 방식으로 생물막 형성을 조사해 본 결과, 108시간의 장시간 동안에도 항상 QS 결핍 균주가 야생형 보다 더 많은 생물막을 형성하여, 역전 현상은 관찰되지 않았다. 이 결과는 P. aeruginosa의 경우에는 QS 기전이 초기 부착은 저해하는 방향으로, 성숙과정은 촉진시키는 방향으로 작용하며, V. vulnificus에서는 일관되게 생물막 형성을 저해하는 방향으로 작용함을 보여주는 것이다. 따라서 생물막 제어를 위한 타겟으로 QS기전을 이용할 때에는 제어하고자 하는 생물막 형성 단계와 세균 종을 함께 고려하여야 한다고 제안한다.

• KSBB Journal
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• 제16권4호
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• pp.337-343
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• 2001

탈질화 유동층 생물막 반응기에 모래와 활성탄 입자를 담체로 사용한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 1. 정상상태 생물막 두께는 부하율이 증가할수록 증가하였다. 2. 활성탄 담체의. 경우 모래 담에의 경우보다 두꺼운 생물막이 형성되었다. 3. 생물막 건조밀도는 생물막 두께가 증가함에 따라 감소 하였다. 4. 모래담체 유동층 생물막 반응기가 질산성질소 제거효율 및 제거속도 면에서 활성탄담체 유동층 생물막 반응기보다 유리하였다. 5. 모래를 담체로 사용하였을 때 반응기 내 최대 균체량은 37 kg/㎥, 최대 질산성질소 제거속도는 21 kg N/㎥d의 값을 각각 나타내었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제40권2호
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• pp.83-91
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• 2012

본 총설은 N-acyl-homoserine lactone (AHL)에 기반한 quorum sensing(QS)을 비롯한 다양한 QS 시스템 및 생물막 형성과의 관련성에 대한 연구 동향을 정리하였다. 또한 anti-QS으로서 quorum quenching 전략을 이용한 생물막 억제 연구 동향에 대해 중점적으로 서술하였다. 세균의 독특한 신호전달 체계인 QS는 AHL과 같은 특정한 신호분자의 농도에 의해 세균의 집단적 행동 양식이 결정되는 세포밀도-의존성 유전자 발현 조절 메커니즘이다. QS 시스템은 미생물의 부착 및 생물막 형성에 있어 중요한 역할을 한다. AI-1이나 AI-2에 의한 QS는 생물막 형성 과정에 필요한 세포외 다당류, 단백질, 세포 외 DNA 등 주요한 구성 성분 등의 생산뿐만 아니라, 세균의 운동성 조절, 부착, 생물막 해체 과정까지도 조절하는 기능을 한다. 일부 세균의 경우 QS시스템 이외에도 second messenger로 알려진 c-di-GMP에 의한 signaling이 QS와 서로 연결되어 생물막 형성이나 병독성과 같은 타깃들을 함께 조절한다. 생물막은 병원성 세균에 의한 감염 시 여러 가지 병독성 가운데 가장 중요한 요소 중 하나이기 때문에, 생물막 형성을 조절하는 QS를 차단하기 위한 다양한 anti-quorum sensing 전략이 연구되고 있다. Anti-QS 접근 방식은 의학적 이용뿐만 아니라 물에 노출되어있는 MBR을 비롯한 많은 산업적 장치 등에서 생물막 형성으로 인한 손상 및 오염을 방지하기 위해 쓰일 수 있다. Anti-QS 전략 중 신호분자인 AHL을 무력화 시키는 quorum quenching 효소(AHL-lactonase, AHL-acylase, oxidoreductas)를 이용하여 생물막 형성을 억제할 수 있으며, 막을 이용한 수처리 공정에서 막에 발생하는 biofouling을 완화시킬 수 있는 새로운 anti-fouling 처리 기술로서 이러한 QQ 효소의적용 가능성을 보여 주고 있다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권1호
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• pp.26-33
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• 2006

본 연구에서는 염소와 모노클로라민을 이용하여 생물막이 제거되는 특성을 알아보았다. 염소와 모노클로라민을 0.5, 1.0, 2.0 mg/L의 농도로 잔류시킨 수돗물을 생물막이 형성되어 있는 모형 수도관에 연속적으로 공급하고, 관 표면으로부터 부착성 HPC와 biomass를 측정하였다. 염소는 생물막을 구성하는 미생물의 비활성화와 표면으로부터 생물막 matrix를 제거하는데 높은 효과를 나타낸 반면에 모노클로라민은 생물막 matrix를 제거하는데 염소보다 상대적으로 낮은 효율을 나타냈다. 특히 모노클로라민을 이용한 소독 처리에서는 세균과 EPS가 결합된 생물막 matrix가 관 표면으로부터 대부분 제거되지 않은 상태로 존재하였다. 비록 2.0 mg/L의 잔류염소가 생물막 제거에 높은 효과를 보였지만, 관 표면에는 여전히 낮은 수준(<10 $CFU/cm^2$ as 부착성 HPC, <5 ${\mu}g/cm^2$ as biomass)의 생물막이 잔류하고 있었다. 생물막의 제거 특성을 평가하는데 있어서 biomass의 측정이 효과적인 수단인 것으로 판단되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제28권1호
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• pp.81-87
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• 2006

대부분의 산업 시설에서는 biofouling과 부식 등의 문제가 발생하는데, 이러한 현상의 주된 원인은 생물막의 형성이라고 알려져 있다. 특히 경제적인 문제뿐 아니라 수도 관망과 의료시설 등에서 형성된 생물막은 건강상의 문제점을 초래할 수 있다. 이제까지 생물막 형성을 제어하기 위해 많은 연구들이 이루어져 왔지만, 현재까지 효과적인 방안이 정립되지 못하였다. 본 연구에서는 비산화성 소독제인 은 화합물을 효과적인 생물막 소독제로 제시하고자 한다. 은은 반응성이 약해서 물 속의 병원성 미생물을 소독하는데 크게 효과적이지 못하지만, 다른 소독제와 달리 인체에 무해하고, 소독 부산물을 생성시키지 않으며, 안정성이 뛰어나 잔류 효과가 크다는 점에서 2차 소독제로써 가능성을 인정받고 있다. 은 이온과 산화 은을 이용하여 생물막과 수중 미생물에 대한 소독능을 평가한 결과, 은의 약한 반응성이 생물막 소득에는 오히려 장점으로 작용하는 것으로 나타났다. 지표 미생물(E. coli, P. aeruginosa)의 생물막에 대해서 염소에 비해 은이 비슷하거나 오히려 뛰어난 소독능을 보였다. 이는 염소에 비해 반응성이 약한 은이 생물막 외부에서 소모되지 않고 생물막 내부로 잘 침투되었기 때문으로 보인다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 2000년도 침지형 분리막을 이용한 수처리 시스템 Water Treatment System Using Submerged Membranes
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• pp.111-121
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• 2000

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제50권4호
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• pp.548-556
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• 2022

Quorum quenching 활성을 나타내는 acylase 효소는 생물막 형성에 중요한 영향을 미친다. 본 연구에서는 acylase 처리 조건(acylase 처리 시기 및 기간)이 다종 생물막(multispecies biofilm) 형성에 미치는 영향을 규명하였다. 서로 다른 속(genus)에 속하는 9종의 박테리아로 구성된 컨소시엄을 사용하여 acylase 처리 조건에 따른 10가지 episode에서 다양한 acylase 농도(1, 5, 10, 20, 50 mg·l^-1)에 따라 5일 동안 생물막을 형성시켰다. 각 농도별로 5일 동안 acylase를 처리한 조건에서 acylase의 농도가 증가함에 따라 생물막 형성은 억제되었다(linear regression, Y = -0.05· x + 2.37, p < 0.05, R² = 0.88). 모든 acylase 농도 조건에서 acylase를 생물막이 형성된 후에 처리한 경우(L1-L4)에 비해서 생물막 형성 시작 단계에 처리한 경우(B1-B4) 생물막 형성이 더 효과적으로 억제되었다(p < 0.05). ANOVA 결과에 따르면 acylase 10 mg·l^-1 이상 농도에서 acylase 처리 기간(period)은 acylase 처리 시기(application timings, beginning or later)에 상관없이 생물막 형성에 영향을 미쳤다(p < 0.05). 각 농도별 처리 시기(L1-L4 또는 B1-B4)에서 처리 기간과 생물막 형성 사이의 선형 회귀 분석 결과에 따르면 acylase 10 mg·l^-1 이상 농도에서 acylase 처리 기간이 증가함에 따라 생물막 형성은 억제되었다(p < 0.05, 20 mg·l^-1 농도의 L1-L4 제외). 시간에 따른 생물막 형성 결과에 따르면 모든 10가지 episode에서 생물막은 시간에 따라 점차 증가했으며(p < 0.05), 배양 시간과 생물막 형성 사이의 선형 회귀 분석 기울기 값은 acylase를 생물막 형성 시작 단계에 처리했을 때 더 낮게 나타났다(p < 0.05). 본 연구 결과는 생물막 형성 억제에 대한 acylase의 처리 시기 및 기간의 중요성을 시사한다.