미산소성 세균으로 알려진 질소고정균 Arcobacter nitrofigilis는 brucella 액체배지에서 호기적 생장의 특성을 나타내었다. 일반대기의 산소조건(21% $O_2$)하에서 최대생장의 특성을 보여주었다. 2% 이하의 산소조건하에서 산소 이외의 다른 최종산소수용체를 첨가하지 않은 액체배지에서 이 세균은 적은 정도의 생장을 나타내었다. 이 세균은 전자전달계 구성성분인 세포막에 함유되어 있는 cytochrome b 및 c, 그리고 용해성 cytochrome c를 가지고 있었다. 일반대기의 산소조건에서의 최대생장, 낮은 산소 농도하에서의 적은 정도의 생장 및 cytochrome c의 존재로 볼 때 이 세균은 미산소성 세균이나 통성혐기성 세균이 아니고, 호기성 세균임을 나타내주며, 또한 이 세균은 산소를 이용한 호픕에 의해 에너지를 얻음을 나타내준다.
수소를 생산하는 미생물은 크게 광합성 세균(photosynthetic bacteria), 혐기성세균(non-photosynthetic anaerobic bacteria), 조류(algae) 등으로 구분되고, 이들의 수소 생성 기작, 사용가능기질 및 수소 발생량은 상당한 차이가 있다. 광합성세균은 Rhodospirillaceae, Chromatiaceae 및 Chlorobiaceae로 구분되며, 이는 각각 홍색비유황세균(purple non-sulfur bacteria), 홍색유황세균(purple sulfur bacteria), 녹색유황세균(green sulfur bacteria)으로 통칭된다. 혐기성 세균은 절대 또는 통성혐기세균중 일부가 수소생산에 관여하며, 조류는 녹조류(green algae)와 남조류(blue-green algae, cyanobacteria)가 알려져 있다. 생물학적 수소생산 기술은 (1) 녹조류(green algae)가 광합성 메카니즘에 의해 수소를 생산하는 직접 물 분해 수소생산(direct bio-photolysis) (2) 광합성 작용에 의해 물을 분해하여 산소를 발생하고, 동시에 공기 중 이산화탄소를 고정하여 고분자 저장물질로 균체 내에 저장한 후 혐기 발효 또는 광합성 발효에 의해 수소를 발생하는 간접 물 분해 수소생산(indirect bio-photolysis or two stage photolysis) (3) 빛이 존재하는 혐기상태 배양 조건에서 홍색 세균에 의한 광합성 발효(photo-fermentation) 또는 (4) 광이 존재하지 않는 조건에서 혐기 미생물에 의해 수소와 유기산을 내는 혐기 발효(dark anaerobic fermentation) (5) 균체 외(in virro) 수소 발생 (6) 일산화탄소 가스 전환 반응(microbial gas shift reaction)에 의한 수소 생산 기술로 구분할 수 있다. 물로부터 생물학적 기술에 의한 수소생산은 공기 중의 이산화탄소를 고정하고, 수소와 산소를 발생하는 원천기술로써 오래 전부터 미국, 유럽에서 태양에너지를 이용하는 광합성 미생물의 분리, 개선 및 반응기에 관한 연구가 축적되어 왔으며, 유기물 즉 바이오매스로부터 혐기 및 광합성 발효를 연속적으로 적용하는 기술은 비교적 최근에 일본을 비롯한 유기성 폐기물이 많은 국가에서 수소에너지 생산과 유기성 폐기물 처리라는 두 가지 목적에 부합하는 연구로써 활발히 진행되고 있다. 유기성 폐기물이나 폐수와 같은 수분함량이 높은 바이오매스는 대부분이 매립처리 되는 실정이지만 높은 수분 함량 때문에 매립 시 발생하는 침출수는 환경오염의 주범으로 가까운 장래에는 매립도 금지될 전망이다. 이와 같은 수소에너지 생산기술과 이용시스템 개발은 화석연료 사용을 최소화 할 수 있으며, 국내에서 다량 발생하는 유기성 폐기물을 이용한 에너지 생산으로 자원 강대국 입지에 설 수 있다. 미생물에 의한 수소생산 기술은 청정에너지 생산과 아울러, 동시에 산소 발생, 공기 중 이산화탄소 고정, 식품공장 폐수 및 음식쓰레기와 같은 유기성 폐기물 처리 등 환경에 이로운 방향으로 진행될 뿐만 아니라, 미생물 자체가 갖는 생물 산업성도 높아서 비타민류, 천연색소, 피부암 치료제등의 고부가가치 의약품 생산도 활성화할 수 있다.
07년 1월부터 11월까지 하수처리장별로 각각의 세균에 대한 계절별 분포도를 조시하였다. 조사에 사용된 미생물은 호기성 및 통성혐기성 종속영양세균으로 대표되는 총 세균과 지표생물군인 대장균, 대장균군, 장내세균군 및 포도상규군과 효모/곰팡이로 구성하였다. 총 세균 및 대장균 대장균군, 장내세균군 등의 지표생물군의 경우엔 대체로 온도가 높은 하절기에 균체수가 증가하고 있는 것으로 나타난 반면, 식중독의 원인균인 황색포도상구균의 경우, 대부분의 하수처리장에서 오히려 11월과 1월에 균체수가 증가하는 등, 계절과 관계없이 출현하는 양상을 나타냈다. 한편, 방류수의 소독처리방법과 균체생성은 큰 상관관계가 없는 것으로 나타났으나, 작은규모의 마을하수의 경우 도시하수와 비교하여 균체수가 감소하고 있는 것으로 조사되었다.
Streptococcus gordonii는 그람 양성이면서, 통성 혐기성, 및 비운동성 구균이다. S. gordonii는 사람의 구강 내 정상세균 총의 하나이고, 치면 생체막 형성의 선구적 세균 종이다. S. gordonii는 감염성 심내막염과 패혈성관절염 뿐만 아니라 유치의 치수염에 연관이 있다. S. gordonii KCOM 1506 (= ChDC B679) 균주가 사람 급성치수염 병소에서 분리되었으며 그 유전체 염기서열을 해독하여 보고한다.
음식물쓰레기 퇴비화를 위한 발효흙 제조를 위하여 토양에서 새로 분리한 Bacillus속의 GM103, V25, V31, V35의 4균주를 사용하였다. 각 균주를 동정한 결과 각각 Bacillus licheniformis, B. subtilis, B. stearothermophilius, B, subtilis로 동정되었다. 이들 균주들은 단백질 분해능, 전분분해능, 그리고 작물 병원성 곰팡이 Rhizopus stronifer에 대한 저해능이 모두 우수하였다. GM103은 전분분해능이 탁월하게 우수하였고, 호기적 성장만 가능하였다. V25, V3l, V35는 모두 호기적 혐기적 성장이 가능하였고, 10% 염분농도와 $50^{\circ}C$에서 좋은 성장도를 보였으며, 토양에서의 생존 및 적응력도 우수하였다. 음식물쓰레기 퇴비화 시험을 위하여 GM103, V25, V31, V35 균주를 배양하여 당밀, 비트펄프, zeolite 등을 혼합하여 발효흙인 BIOTOP-CLEAN을 제조하였다. 제조된 BIOTOP-CLEAN과 무처리구인 대조구, 기존 타사 제품 HS와 음식물쓰레기 시험을 하였는데 대조구의 $30^{\circ}C$, HS의 $35^{\circ}C$ 보다 BIOTOP-CLEAN의 경우가 최대 발효온도는 $50^{\circ}C$로 가장 높았다. 또한 BIOTOP-CLEAN은 냄새도 구수하였고 성상에 있어서도 짙은 암갈색으로 음식물쓰레기의 퇴비화가 가장 잘 되었다. 한편 대조구는 악취가 나고 HS는 별다른 냄새가 없었다. 각 균주의 배양액을 토마토, 배추, 열무, 고추 등의 작물에 1달주기로 살포하여 무처리인 대조구에 비해 상대적 증산율에서 모두 우수한 것으로 나타났다.
Eikenella corrodens는 그람 음성, 통성 혐기성이며 막대 모양의 세균이다. 이 세균 종은 사람의 심내막염, 간농양 및 두개 내 세균감염 등과 같은 전신질환과 연관이 있을 뿐만 아니라 점막의 정상 세균총에 속한다. E. corrodens KCOM 3110 (= JS217) 균주가 사람 치주질환 병소의 치은연하치면세균막에서 분리되었다. 여기에서 E. corrodens KCOM 3110 균주의 유전체 염기서열을 완전 해독하여 보고한다.
산소의 존재 유ㆍ무 등과 같은 배양 환경의 변화에 따라 통성 혐기성 광합성 세균인 Rhodobacter sphaerodes B-230이 만들어내는 산소 유도체에 작용하는 효소의 특성을 조사한 결과 세포내 SOD는 호기적 배양에서는 초기 배양액의 pH가 7일 때, 혐기적 배양에서는pH 8일 때 활성이 높은 반면 세포외 방출 SOD는 두 배양조건에서 모두 약산성인 pH 6에서 활성이 높았다. Catalase는 두 조건 모두 중성 부근에서 최고의 활성을 보였으며, 산성 pH 부위에서는 급격히 활성이 낮아졌다. Mn-SOD의 활성 유도제인 methyl viologen을 첨가했을 때 두 조건 모두에서 성장의 저해를 보였으며, 배지에 철 이온을 첨가하여 배양 하였을 때 호기적 조건에서만 두 배 이상 활성이 증가되었다. 혐기적 조건에서는 전체적인 활성이 낮아 금속이온의 추가적인 첨가에도 더 이상 활성이 유도되지 않았다. Mn-SOD 활성 저해제인 $NaN_3$와 CuZn-SOD활성 저해제인 NaCN를 배양액에 첨가했을 때 NaCN은 두 가지 배양 조건에서 생성되는 SOD 모두를 저해하지 않았으며, $NaN_3$는 혐기적 배양조건에서만 0.3 mM 이상에서 급격한 SOD활성의 저해를 가져왔다. 따라서 Rhodobacter sphaeroides D-230도 혐기적 배양 조건에서 Mn-SOD가 생성되는 것을 확인할 수 있었으며,호기적 조건에서는 Fe-SOD가 생성되는 것을 확인할 수 있었다. Catalase의 활성도 두 가지 배양조건 모두에서 methy1 viologen에 의해 활성이 유도되었으며, NaCN와 $NaN_3$에 의해서 급격히 저해되었다.
신생아 분변으로부터 장내세균 127균주를 분리하였다. 각각의 균주들의 배양균체를 검정종양세포들에 대해 항종양활성을 측정한 결과, 항종양활성을 나타내는 분리균주는 27균주였고, 그 중 비교적 강한 항종양활성을 보이는 균주는 5균주였으며, 5균주중 위암세포주, SNU-1에 선택적으로 강한 항종양활성을 나타내는 2B4-1 균주를 최종분리하였다. API 20 S system kit를 이용하여 분리 균주 2B4-1을 동정한 결과, Enterococcus faecalis와 99.9%의 % ID value를 나타내었다. 동정된 분리균주 2B4-1과 type strain, Enterococcus faecalis NCTC 775와의 생리생화학적 특성들을 비교해 본 결과, 온도별대 성장률, 내염성, 내산성, arabinose등의 당 이용성 및 통성혐기 상태에서의 생육 등에서는 일치된 결과를 나타내었으나 hippurate hydrolysis test의 음성반응 및 $\beta$-hemolysis test의 음성반응을 나타낸 것으로 보아 Enterococcus faecalis NCTC 775와 2가지의 다른 특성을 나타내었다. 따라서 분리균주 2B4-1은 Enterococus faecalis NCTC 775와는 약간의 특성이 다른 변종으로 확인되어 Enterococcus faecalis 2B4-1으로 동정하였다.
생균제 개발을 위하여 한 종류의 유산균을 유아 분변으로부터 분리하였다. 이 세균을 16s rDNA 염기서열 분석을 통하여 확인해 본 결과 Lactobacillus rhamnosus로 동정되었다. 이 유산균은 호기성 조건에서도 잘 자라는 통성 혐기성 세균이었다. 이 유산균은 MRS 배지에 48 시간 액체 배양하였을 때 배양액의 pH를 2.4까지 낮추는 것을 확인 하였다. 이 유산균은 6 종의 병원성 세균, L. monocytogenes, S. aureus, P. aeruginosa, V. parahaemolyticus, S. typhimurium, and E. coli O157의 생육을 저해하는 것을 확인하였다. 이 유산균을 시판 중인 닭 사료에 섞어 먹인 후 분변의 악취를 조사하였을 때, 분변의 악취 중 약 80 %를 차지하는 황화수소는 대조구 보다 50 %가 감소하였고, 암모니아는 상대적으로 함유된 양은 적었지만 대조구 보다 70 %가 감소하였음을 확인할 수 있었다. 유산균 급이구와 대조구의 외형은 변화가 없었으며, 달걀 무게에 있어서 먹인 닭의 달걀이 평균 5 g 정도 무거워진 것을 확인 할 수 있었다.
제주도 연안의 해수로부터 항산화물질을 생산하는 세균을 분리하였으며 항산화물질의 특성을 조사하였다. 분리된 항산화 생성 균주는 그람양성의 통성혐기성균으로 운동성을 가진 단간균이었으며 생육시 NaCl를 필요로 하였다. 분리균주는 형태학적, 배양적, 생화학적 특성 및 165 rDNA 염기서열 분식결과 Exiguobacterium 속으로 동정되어 Ekiguobaoteriurn sp. SC2-1로 명명하였다. 항산화물질 생산균주 배양액의 radical 소거활성은 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 법을 사용하였으며, 항산화물질 생성 최적조건은 $25^{\circ}C,\;NaCl\;4\%,\;pH\;6\~8$ 이었으며, 최적 탄소원은 $1\%$ maltose였다. 배양액의 hydroxyl radical 소거활성은 $73\%$였으며 superoxide radical 소거활성은 $35\%$를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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