본 연구에서는 최근에 연구되어 온 장내 세균총이 특히 주요 장질환의 발병에 있어서, 어떠한 역할을 하는지 보고된 여러 문헌들을 중심으로 연구 결과들을 요약 하였다. 예를 들자면, 면역체계를 매개하여 병이 악화되는 여러 질환에서 정상일 때와 달리 바뀐 장내 세균총을 통해 악화된다고 보고된 바 있다. 장내 세균총의 역할에 대해 많이 연구된 장질환 중에서, 많이 연구된 3개의 질환은 과민성 장 증후군, 염증성 장질환, 대장암이다. 그러나, 사람의 장내에 존재하는 세균총은 몸에 이로우며, 비타민 A 합성, 단사슬지방산의 생산, 담즙산 대사과정과 같은 장내 생리적 기능 매개를 통해 장내 항상성을 유지한다고 알려져 있다. 이와 같이, 장내에 존재하는 이로운 세균 군집과 해로운 세균 군집의 균형은 장내 건강에 주요한 영향을 미친다. 장질환을 포함한 여러 질환의 발병 및 진행에서 장내 세균총의 변화가 주요 원인으로 추측되고 있는 실정이다. 현재까지 보고된 많은 연구 결과에도 불구하고, 어떤 장내 세균총 구성이 몸에 가장 이로운 지학계에서도 의견이 분분한 상태이다. 본 논문에서는, 주요 장질환으로 알려진 과민성 장 증후군, 염증성 장질환, 대장암과 장내 세균총과의 관계에 대해 연구한 논문들에 대해 연결 지어 요약하였다. 마지막으로, 장내 세균총을 매개로 악화되는 장질환을 완화하며, 장내 건강을 지키기 위한 수단으로 천연물을 이용한 치료 전략을 제시하고자 한다.
대청호에서 세균군집의 생태학적 역할을 조사하기 위하여 대청호 본 댐과 대전 취수탑의 중간 지점인 대청호의 만입부 지점에서 1998년 9월~1999년 8월까지 DAPI 염색법으로 수심에 따른 총 세균수를 조사하였다. 조사지점의 수표면, 수심 5m, 10m, 15m, 및 25m에서 각각 채수하여 총 세균수를 측정하고 이화학적 수질요인과 총 엽록소 $\alpha$의 농도를 측정하였다. 총 세균수는 표층수에서 $1.6-1.7.0x10^6$ cells/ml, 수심 5m에서는 $2.3-11.0x10^6$ cells/ml, 수심 10m에서는 $1.2-1.4.0x10^6$ cells/ml, 수심 15m에서는$1.4-15.0x10^6$ cells/ml, 그리고 수심 25m에서는 $1.4-1.3.0x10^6$ cells/ml이었으며, 본 조사에서는 4월경부터 수온 증가에 따라 표층수의 총세균수는 증가하기 시작하여 7월경에 최대에 도달하였고, 이때 수심이 깊어질수록 총세균수는 감소하는 경향을 보였다. 각 수심에서 총세균수와 총엽록소 $\alpha$ 량 및 이화학적 수질요인과의 관계를 논의하였다.
소양호에서 총세균수와 활성세균수의 계절적.수직적 변화를 측정하였다. 총세균수는 AODC방법을, 활성세균수 측정은 전자전달계를 이용한 호흡활성도 측정인 CTC 방법을 이용하였다. 조사기간 동안 총세균수는 $2.1{\times}10^5 ~ 3.1{\times}10^6 $ cells.$ml^{-1}$이었으며 활성세균수는 $1.8{\times}10^4 ~ 8.0{\times}10^5 $ cells..$ml^{-1}$로 나타났고, 총세균수에 대한 활성세균수의 비율은 3.7~44.2%이였다. 수직 분포를 보면 총세균수는 수온약층에 따라 그 수가 변화하였으나, 활성세균의 수는 큰 변화가 없었다. 총세균수의 값과 $\beta$-glucosidase 활성도의 간이 유사한 1999년 8월과 9월의 조사결과에서 $\beta$-glucosidase specific activity를 활성세균의 값에서 구한 결과, 9월의 활성이 8월보다 약 6.7배 높았다. 이 활성세균의 측정으로 수중생태계에서 세균의 역할에 대한 새로운 정보를 얻을 수 있다.
1987년 9월부터 1988년 8월까지 소양호 4개 정점에서 총 세균수, 종속영양세균수의 분포와 각 종의 alkaline phosphatase의 분비 비율과 활성도를 측정하였다. 총 세균은 $3.2{\times}10^{5}$ - $3.2{\times}10^{6}$ cells/${\mu}\ell$의 범위였으며, 종속 영양세균의 총 세균수는 0.07-2.63%이였다. 종속영양세균의 종 당양성은 여롬과 양어장 인근, Peridinium이 발생하는 곳에서 낮았다. Pseudomonas. Flavobacterium은 모든 정점에서 우점종으로 나타났다. Alkaline phosphatase를 분비하는 비율과 활성도는 Flavobacterium에서 높게 나타나, 유기인산염 분해에 우점세균 중 가장 큰 기여를 하는 것으로 밝혀졌다.
본 연구는 논과 밭 토양의 황산염 환원세균의 군집구조와 T-RFLP 패턴을 조사한 논문으로, 유기 농법 토양과 관행 농법 토양 그리고 밭 토양 총 3종류의 토양을 8월과 11월에 채집하여 실험하였다. 토양 성분 분석 결과 총 질소, 총 탄소, 총 인의 값은 모든 토양이 비슷하게 나타났고 계절별로는 수분의 함량은 8월에, 총 탄소는 11월에 가장 높게 나타났다. 황산염 환원세균은 초산보다 젖산을 기질로 이용하는 황산염 환원세균이 더 많이 분포하고, 유기 농법 토양에 황산염 환원세균이 가장 많이 분포하는 것으로 나타났다. 각 토양에서 얻은 총 181개 클론으로 계통학적 분석을 한 결과, 대부분의 클론들은 배양 가능한 황산염 환원세균과는 매우 낮은 상동성을 보였으나, 자연계에서 확인되는 클론들과는 90% 이상의 높은 상동성을 나타내었다. T-RFLP 분석 결과 91, 357, 395, 474 bp의 분포가 가장 높았고, 계절에 따라 황산염 환원세균의 군집 구조가 달라지는 것을 확인하였다.
바이칼호에 서식하는 있는2속(genus Baikalospongia와 Lubomirskia)(5.13)의 해면 내에 서식하고 있는 세균군집 구조를 조사하기 위하여 fluorescent in situ hybridization (FISH) 방법을 적용하였다. Baikalospongia와 Lubomirskia 속에 속하는 해면에 서식하는 총세균수는 각각 $7.2{\times}10^{7}-4.2{\times}10^{8}\;cells/ml$과 $1.2{\times}10^{8}-1.6{\times}10^{8}\;cells/ml$였다. 인근 호숫물의 총세균수는 $2.3{\times}7.7{\times}10^{5}\;cells/ml$ 범위로 해면에 서식하는 총세균수가 약 $10^{3}-10^{4}$배 더 높았다. 총세균수에 대한 세균군집 구조의 비율은 ${\alpha}-,\;{\beta}-,\;{\gamma}-Proteobacteria\;group$과 Cytophaga-Flavobacterium group외 다른 세균군이 genus Baikalospongia는 42.0-60.3%, Lubomirskia에서는 40.7-51.9%로, 호수물에서는 22.6-46.3%와 같이 나타났다. 이는 일반 담수에서 특정 군집이 우점하는 경향과는 다른 것으로써, 바이칼의 호숫물과 해면에 있는 세균들은 독특한 군집구조를 이루고 있음을 확인하였다.
비점오염원 관리를 위하여 영양염류 농축장치를 개발하였다. 이 장치는 저농도 상태인 영양염류를 고농도로 전환시키며, 이 과정에서 세균이 중요한 역할을 하고 있다. 세균은 장치 내 여재에 생물막을 형성하면서 영양염류를 농축하였다. 총인의 농축효율을 확인하기 위해 장치로 유입되는 하천수와, 유출되는 공극수, 여재에서 총인과 용존무기인, 총세균수를 측정하였고 농축과정에서 미생물 군집이 어떻게 달라지는가를 파악하기 위해 DGGE를 수행한 후 염기서열을 분석하였다. 총인의 경우 하천수에서는 0.12~0.35 mg/L로 농도가 낮았지만 농축 후 유출수에서는 0.45~0.86 mg/L, 여재에서는 40.91~242.71 mg/kg로 매우 높았다. 그러나 용존무기인은 농축이 일어나지 않았다. 총세균수 역시 하천수에서는 $0.3\sim2.3\times10^6$ cells/ml이었으나 농축 후 유출수와 여재에서 각각 $0.4\sim4.4\times10^6$ cells/ml, $0.8\sim1.9\times10^9$ cells/g로 높게 나타났으며, 총인의 농도 변화와 비슷한 패턴을 보여 총인의 농도와 세균수 간에 밀접한 관계가 있음을 확인하였다. 또한 세균의 군집은 하천수에서는 Clostridium 속이 주로 나타났으나 여재에서는 Aquabacterium 속이 우점하다가 천이가 일어나서 Clostridium 속과 Enterococcus 속이 출현하였다. 결론적으로, 영양염류 농축장치의 여재에서 부착세균의 생장으로 인하여 총인의 농축이 일어났음을 확인하였다. 따라서 이 농축장치는 총인을 고농도로 회수함으로써, 저농도로 다량 유입되는 비점오염원의 관리를 용이하게 할 수 있으며, 회수된 농축수는 수계에 추가적인 부하로 작용하지 않는 자연비료로서 활용할 수 있다.
하수종말처리장의 처리효율에 미치는 염분의 영향을 알기 위하여 염분의 농도 변화에 따른 종속영양세균, 총세균 그리고 FISH 방법으로 세균 군집 구조를 파악하였다. 총세균수는 염분과 관계없이 큰 변화가 없었으나, 종속영양세균수와 군집구조는 염분에 따라 다르게 변화하였다. 염분이 1% 인 경우에는 대조구에 큰 변화가 없었으나, 염분이 2% 이상이 되면 종속영양세균과 Eubacteria의 비율이 줄어들고, 세균 군집도 큰 변화가 있었다. 특히 Proteobacteria $\alpha$-group, $\gamma$-group 및 Cytophaga-Flavobacterium group의 비율이 감소하였다. 염분이 증가하면, 종속영양세균수와 세균 군집이 변화하므로, 하수처리과정에서 염분이 유입될 경우에는 염분을 1% 이하로 유지하여야 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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