생물학적 질소 제거(Biological nitrogen removal; BNR) 시스템의 효율적인 처리 공정을 이재하기 위하여 질산화 반응조 내 세균 군집 구조를 16S rRNA 유전자의 PCR 및 terminal restriction fragment length polymorphism (T-RELP)방법을 이용하여 분석하였다. 본 연구에서 사용한 BNR 시스템은 국내에서 비교적 많이 적용되고 있는 부상여재를 이용한 고도처리 시스템, Nutrient Removal Laboratory 시스템, 반추기법을 이용한 영양염류 처리 Sequencing Batch Reactor (SBR)시스템이었고, 실험 결과 모든 시료에서 암모니아 산화 세균과 $\beta-proteobacteria$에 해당되는 말단 단편을 확인할 수 있었다. 암모니아 산화세균 군집에서 유래된 말단 단편의 염기서열을 분석한 결과 SBR공정에서는 Nitrosomonas와 Nitrosolobus에 속하는 군집 이 우점종임을 확인할 수 있었다. 그러나 다른 두 공정들에서는 $\beta-proteobacteria$에 속하는 미배양 균주와 Cardococcus australiensis와 염기서열 유사도가 높은 군집이 우점하였다. 또한, 암모니아산화 세균군집을 분석한 결과, SBR 공정이 암모니아 산화세균의 농화 배양에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 이러한 결과는 각 BNR 시스템에 동일한 폐수가 유입되었음에도 불구하고 서로 다른 세균 군집 구조를 형성하고 있음을 의미한다.
2012년 2월 미크로네시아의 축(Chuuk)주에서 채집한 해양해면 Dactylospongia meachromia의 공생세균의 주요 군집구조를 Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) 방법을 이용하여 분석하였다. D. metachromia의 두 개체 CH607과 CH840를 이용하여 DGGE 분석을 수행한 결과, 동종의 두 개체 해면에서 동일한 밴드 패턴을 나타내었다. DGGE 밴드로부터 DNA를 추출하여 염기서열을 분석한 결과, 알려진 염기서열들과 93-100%의 유사도를 나타내었으며 밴드로부터 밝혀진 모든 서열들은 배양되지 않은 세균 클론들과 높은 상동성을 나타내었다. D. metachromia (CH607, CH840)의 공생세균 군집구조는 Alphaproteobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Acidobacteria, Actinobacteria, Chloroflexi, Cyanobacteria, Spirochaetes로 총 6문 8강으로 구성되었으며 동일한 지역에서 채집한 같은 종의 해면은 동일한 공생세균 군집구조를 나타냄을 확인하였다.
토양과 작물근계에 있어서 유용미생물의 농업적 이용을 위해서는 토양-근계의 미생물군집구조를 명확히 이해하고 파악하는 것이 무엇보다도 중요하다. 따라서 본 연구는 비닐하우스내에서 재배한 고추와 토마토의 생육이 건전한 지점과 역병이 이병되어 생육이 불량한 지점에서 토양과 작물근계의 미생물군집을 분석하여, 앞으로 생물비료 생물농약의 실용화를 위한 미생물의 농업적 이용에 대한 기초 자료로 활용하고자, 다각적인 측면에서 미생물 군집을 분석한 일련의 연구를 수행하는 데 있어서 배양이 되는 세균군집구조 결석의 결과를 보고 하고자 한다. 세균군집 구조를 분석한 결과 전세균 및 방선균의 개체군은 토양, 근면시료에 있어서 큰 변동을 보이지 않은 반면, 형광성 pseudomonas의 개체수는 토양보다는 근면(rhizoplane)에서 큰 변동을 보였으며 특히 근면에서 높은 개체군을 보였다. 또한 근면에 있어서는 건전한 근면이 역병이 이병된 비건전한 근면보다도 높은 개체군을 보였다. 그리고 고추와 토마토작목간에는 큰 차를 보이지 않았다. MIDI system을 이용한 지방산조성 분석에 의한 세균 285균주에 대하여 각각을 동정한 결과, 크게 두 그룹으로 뚜렸하게 나타났다. 가장 높은 것이 주로 Bacillus 속인 저(低) G + C 그램양성세균군이 52%를 보였고, 방선균 등의 고(高) G + C 그램양성세균군이 33%를 보였다. 따라서 토양 및 근권세균의 농업적 이용에 있어서 형광성 pseudomonas. Bacillus spp., 방선균등의 적절한 활용이 기대된다.
구상나무(Abies koreana)는 한국의 고유종이지만 기후 변화로 인한 심각한 개체수 감소 현상이 일어나고 있다. 구상나무의 보전을 위한 다양한 연구가 기존에 진행되었지만 구상나무와 근권 세균 군집의 상관관계에 대한 연구는 비교적 미진한 편이기 때문에 추가적인 연구 진행이 필요하다. 식물의 근권 미생물 군집을 구성하는 일부 세균은 식물이 수분, 양분 등이 부족한 환경에서 살아남을 수 있게 돕는다. 또한 계절 변화에 의한 급격한 환경 변화에 대한 식물의 적응력을 향상시켜 줄 가능성이 있다. 본 연구에서는 이러한 세균 군집이 구상나무의 근권에 존재하거나 구상나무의 서식지 유형(자생지, 대체서식지, 고사지, 비재배토양)과 계절 변화(4월, 6월, 9월, 11월)에 따른 군집 구조의 차이가 발생하는지 파악하기 위해 세균의 16S rRNA V4 영역을 대상으로 한 metagenome amplicon sequencing을 진행하였다. 그 결과 우리는 구상나무와 매우 특이적으로 상호작용하는 근권 세균 군집이나 특정 분류군은 찾을 수 없었지만 구상나무 비재배토양에 비해서 구상나무 자생지의 근권 세균 군집이 계절 변화에 의한 변동성이 적게 나타난다는 사실을 알아냈다. 이러한 결과는 구상나무의 근권의 환경이 비재배토양에 비해 상대적으로 안정하다는 것을 보여준다. 그러나 구상나무와 명확하게 상호작용하는 세균 군집이나 분류군을 찾을 수 없었기 때문에 세균 군집 이외의 진균과 같은 기타 근권 미생물 군집들에 대한 추가 연구의 필요성이 제시된다.
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.
부유 세균의 군집과 구별되는 생물막내 세균 군집은 다양한 수생태계에서 중요한 생태학적 역할을 수행한다. 자연계에서 생물막이 생태학적으로 중요함에도 불구하고, 남극 해양 환경에서 생물막 형성 과정 동안의 세균 군집 구조와 그들의 변화에 대한 연구는 수행되지 않았다. 본 연구에서, 남극 해양 환경에서 생물막 형성 초기 단계에서의 세균 군집 구조 변화를 16S rRNA 유전자의 pyrosequencing을 통해 수행하였다. 생물막내 전반적인 세균 군집은 주변의 해수의 군집과 매우 달랐다. 전체 세균 군집의 78.8%에서 88.3%를 차지한 Gammaproteobacteria와 Bacteroidetes의 상대적 풍부도는 생물막의 형성에 따라 급격하게 변하였다. Gammaproteobacteria는 생물막 형성 진행에 따라 증가하다가 (4일째에 75.7%), 7일째에 46.1%로 감소하였다. 반면, Bacteroidetes는 초기에서 중기로 갈수록 감소하다가 다시 증가하는 양상을 보이며, Gammaproteobacteria와 반대의 변화 양상을 나타내었다. 생물막 형성의 초기 과정에 우점 하는 OTU (>1%)들의 변화 양상은 시기에 따라 뚜렷한 차이를 보였다. Gammaproteobacteria에 속하는 종의 경우, 4일째까지 증가한 반면, 첫째날 가장 우점 하였던 문인 Bacteroidetes에 속하는 종은 4일째까지 감소한 후, 다시 증가하는 양상을 보였다. 흥미롭게, Pseudoalteromonas prydzensis가 67.4%를 차지하며 우점 하였는데, 이는 생물막 형성에 이 종이 중요한 역할을 수행함을 시사하는 것으로 보인다.
소양호에서 fluorescent in situ hybridization 방법을 이용하여 세균군집의 계절과 수심에 따른 변화를 조사하였다. 이 방법에 사용된 oligonucleotide probe는 EUB338, ALF1b, BET42a, GAM42a 와 CF probe 였다. 조사기간중 Proteobacteria $\alpha$-group 은 0.7~32.9% 이었으며 $\beta$-group은 1.0~25.8%, $\gamma$-group은 2.4~37.1%, Cytophaga-Flavobacterium group은 4.7~23.6%의 분포를 나타내었다. 계절별로 살펴보면 규조류가 우점하는 봄펄에는 $\gamma$-group 이, 유기물의 농도가 낮고 수온이 높은 여름철에는 $\alpha$-group 이 우점하였으며, 남조류가 우점하는 가을철에 총세균수에 대한 Eubacterial group 의 비율이 크게 감소하여 특정 group의 우점현상은 나타나지 않았다. 이처럼 소양호는 계절과 수심에 따라 군집구조가 변화하였으며, 특히 세균의 군집구조는 식물플랑크톤의 천이와 밀접한 관계를 보이는 것으로 나타났다.
2009년 4월 제주도의 운진항에서 채집한 해양 해면 Spirastrella abata와 Cinachyrella sp.의 공생 세균의 주요 군집구조를 16SrDNA-denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) 방법을 이용하여 비교 분석하였다. S. abata와 Cinachyrella sp.는 각각 7개와 8개의 DGGE 밴드를 나타내었으며 이들을 적출하여 염기서열을 분석한 결과, NCBI에 등록된 서열들과 92-100%의 유사도를 나타내었다. S. abata의 주요 공생세균은 Alphaproteobacteria와 Deltaproteobacteria에 속하였으며, Cinachyrella sp.의 경우 Alphaproteobacteria, Gammaproteobacteria와 Actinobacteria에 속하는 세균으로 구성되었다. 두 종의 해면에서 공통되는 공생세균 그룹은 Alphaproteobacteria였으며 이 세균 그룹은 두 종의 해면 모두에서 우점하였다. Deltaproteobacteria는 S. abata에서, Actinobacteria와 Gammaproteobacteria는 Cinachyrella sp.에서만 관찰되었다. 동일지역에서 채집한 서로 다른 두 종의 해면은 각각 다른 공생세균 군집구조를 나타내었다.
호수 생태계내의 생물군집은 생산자로서의 식물플랑크톤과 소비자로서의 동물플랑크톤 및 어류가 주된 위치를 차지하고 세균은 분해자로서 기능한다는 것은 일반적으로 알려진 사실이다. 그러나 1970년대에 들어 세균군집이 생태계내에서 먹이사슬을 연계하는 2차 생산자로서도 기능한다는 사실이 제기되어, 오늘날에는 생태계내에서 세균군집의 역할이 보다 강조되고 있다(6,40,41,42,50). 먹이사슬에 대한 관심은 많은 연구결과들을 생산하였지만 복잡한 먹이사슬 구조는 아직까지 부분적인 이해만을 허락하고 있다. 특히, 어류, 동물 플랑크톤, 식물플랑크톤, 미생물의 각 분야가 서로 구분되어 발전해 왔기 때문에 이들간의 상호작용을 정확하게 밝히는 데에는 많은 한계가 있어 왔다. 1970년대 이래로 담수생태계의 부영양화를 해결하기 위한 방안으로서 생태계내의 먹이 사슬을 이용하는 생물조작의 개념이 대두되었으며, 각 분야의 통합적 연관성을 필요로 함으로써 생태계 이해에 많은 지식을 제공하였다. 이 글에서는 담수생태학의 한 분야로서 생물군집간의 상호작용인 먹이사슬의 연구동향을 생물조작 개념을 중심으로 기술하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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