• 한국미생물·생명공학회지
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• 제44권2호
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• pp.171-179
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• 2016

최근 빙하의 융해로 인해 빙하 해안지역에 다양한 토양 미생물과 초목들이 드러나고있다. 본 연구에서는 북극 스발바르 군도 중앙로벤 빙하 해안 지역으로부터 Ion Torrent Personal Genome Machine(PGM)을 활용한 메타지놈 분석을 통해 세균(bacteria), 고균(archaea), 및 진핵생물(eukaryotes)를 포함하는 다양한 미생물 군집을 분석하였다. 연구에 사용된 토양시료는 빙하 후퇴에 따른 토양의 노출 시기에 따라 2개 지역(ML4 및 ML7)으로부터 수집하였다. ML4 및 ML7 시료의 메타지놈 염기서열을 기반으로 총 2,798,108 및 1,691,859 reads가 각각 미생물 군집 분석에 활용되었다. Domain (계) 수준에서 미생물 군집의 상대 빈도를 분석한 결과 2개 시료 모두 세균(86−87%)이 높은 반면 고균과 진핵생물은 1% 미만으로 존재하는 것으로 나타났다. 또한 약 12%의 염기서열은 기존에 분류되지 않은(unclassified) 서열로 분석되었다. 세균의 경우 Proteobacteria(40.3% for ML4 and 43.3% for ML7)와 Actinobacteria(22.9% and 24.9%)가 우점하는 것으로 분석되었다. 고균의 경우에는 Euryarchaeota(84.4% and 81.1%) 및 Crenarchaeota(10.6% and 13.1%), 그리고 진핵생물의 경우에는 Ascomycota(33.8% and 45.0%)가 우점하는 것으로 분석되었다. 본 연구를 통해 Ion Torrent PGM 플랫폼을 활용한 메타지놈 분석이 북극의 중앙로벤 빙하 해안 지역의 전체 미생물 군집 구조를 파악하는데 충분히 적용될 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제21권7호
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• pp.312-320
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• 2020

본 연구의 목적은 Ribosomal Database Project에서 공적으로 활용 가능한 16S rRNA 유전자 시퀀스들의 메타분석을 통해 반추위 고세균의 계통발생 다양성을 조사하는 것이다. 총 8,416개의 시퀀스가 Ribosomal Database Project(출시버전 11, 업데이트 5)로부터 회수되었고, taxonomy tree를 구축하는데 사용되었다. Species 수준의 OTUs가 97% sequence 유사성 기준으로 QIIME 프로그램을 사용하여 분석되었다. 총 8,416개의 시퀀스 중에서 8,412개의 시퀀스는 총 3개의 문으로 분류되었고, 나머지 4개의 시퀀스는 어떤 알려진 문으로 분류되지 못했다. Euryarchaeota는 가장 우점하는 문으로, 전체 고세균 시퀀스의 99.8%를 차지하였다. 이 중에서 차례로 Methanobrevibacter가 65.4%, Methanosphaera가 10.4%, Methanomassillicoccus가 10.4%, Methanomicrobium가 7.9%, Methanobacterium가 1.9%, Methanimicrococcus가 0.5%, Methanosarcina가 0.1%, Methanoculleus가 0.1%를 차지하였다. V2와 V3 영역으로 자른 7,544개의 시퀀스는 493개의 OTUs로 분류되었다. 총 493 OTUs 중에서 단지 17개만 우점하였고, 총 7,544 시퀀스 중 1% 이상을 차지하였다. 본 연구는 반추동물로 부터 메탄발생에 크게 기여하는 반추위 우점 메탄생성균 분석에 대한 향후 연구를 인도하는데 도움을 주고, 사료나 가축품종이 달라져도 이러한 메탄생성균을 억제하는 메탄저감제를 개발하는데 도움을 줄 것이다.

• 미생물학회지
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• 제48권2호
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• pp.125-133
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• 2012

혐기성 소화는 음식물 쓰레기와 같은 폐기물로부터 재생 가능한 에너지원으로 메탄을 생성하는 공정이다. 본 연구에서는 음식물 쓰레기와 폐수를 동시에 처리하는 3단계 메탄생산 공정을 이용한 혐기성 소화공정의 bacteria와 archaea 군집 변화를 조사하였다. 3단계 메탄생산 공정은 음식물 쓰레기 및 폐수를 메탄과 이산화탄소로 전환하는 반혐기성 가수분해/산생성, 혐기성 산생성과 혐기성 메탄생성조로 구성되어있으며, 16 rRNA 유전자 라이브러리의 염기서열 분석과 정량 PCR 등의 분자생물학적 방법으로 주요 미생물 군집을 조사하였다. 메탄생산 공정의 주요 미생물 군집은 VFA-산화 박테리아와 Methanoculleus 속에 속하는 hydrogenotrophic methanogen의 두 종(species)이었다. 또한, 소수의 Picrophilaceae 과(Thermoplasmatales 목)의 archaea도 확인하였다. 음식물을 이용한 3단계 메탄생산 공정은 acetogenesis를 기반으로 하는 고전적 메탄생성 공정과 달리 주로 hydrogenotrophic methanogen의 분해 경로에 의해 이루어 짐을 알 수 있다. 이들 균주의 우점은 중온 소화공정, 중성 pH, 높은 암모니아 농도, 짧은 HRT, Tepidanaerobacter 속 등과 같은 VFA 산화세균과의 상호작용 등에서 기인한 것으로 생각된다.

• 생명과학회지
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• 제23권10호
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• pp.1295-1303
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• 2013

현재까지 밝혀진 사실에 의하면 지구상에는 55개 phylum의 bacteria와 13개 phylum의 archaea가 존재하여 총 68개 phylum 있으며, 대장에는 9개 phylum의 미생물이 존재하여 일반 토양환경이나 해양환경에 비하여 상대적으로 낮은 미생물 다양성을 가지고 있다. 장내 미생물의 다양성은 Host의 고유특성(genetic background, sex, age, immune system, gut motility)과 식이(nondigestible carbohydrates fat, prebiotics or probiotics), 항생제 섭취 등으로 인하여 영향 받으며, 이러한 영향이 에너지 저장 과정과 유전자 발현을 영향을 주고 나아가 비만과 같은 대사질환에 영향을 미친다. Probiotics는 숙주의 장내 균총을 개선하여 건강에 유익함을 줄 수 있는 살아있는 미생물을 말하며, 주로 lactic acid bacteria들이 이용되어 왔다. 최근 probiotics를 이용한 설사나 과민성대장증후군 등과 같은 질병 치료를 위하여 bacteriotherapy가 활용되고 있다. Prebiotics는 장내 미생물을 선택적으로 조절할 수 있는 식품 성분으로 inulin, fructo-oligosaccharides, galacto-oligosaccharides, lactulose 등이 이용되고 있으며, 최근에는 비만, 항암과 관련하여 대장 내 식이섬유소의 이용과 단쇄지방산(short-chain fatty acids) 생산에 대한 관심이 집중되고 있다. 다양한 nondigestible carbohydrates와 prebiotics, probiotics에 의해서 조절되는 대장 내 특정 미생물 종을 규명하고, 이들 미생물 종이 생산하는 단쇄지방산과 같은 대사산물들과 질병과의 연관성 규명하는 대장 미생물 연구가 더욱 필요하다.

• 생명과학회지
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• 제27권4호
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• pp.435-441
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• 2017

퍼클로레이트($ClO_4^-$)는 토양, 지하수, 그리고 지표수의 신규 오염물질이다. 원소 황을 전자공여체로 이용하여 퍼클로레이트를 분해하는 농화배양에 존재하는 세균 군집에 대한 정보는 이전 연구를 통해 밝혀졌다. 본 연구에서는 정량 및 정성적인 분자기법으로 이 농화배양 내 고세균 군집을 조사하였다. 농화배양 내의 16S rRNA 유전자 copy수를 실시간 정량 PCR로 조사한 결과 고세균의 이 유전자 copy수는 세균의 1.5%를 나타냈다. 그래서 이 농화배양 환경에서 적응하는 고세균의 수가 적어 세균이 우점하는 것으로 나타났다. DGGE 밴드패턴을 통해 농화배양과 식종균으로 이용한 활성슬러지의 고세균 군집조성이 다르다는 것을 알 수 있었다. 농화배양의 가장 우세한 DGGE 밴드는 Methanococci와 연관되는 것으로 나타났다. 향후 이 우점 고세균 개체군의 대사적 역할이 규명되면 퍼클로레이트를 제거하는 농화배양 내 존재하는 미생물 군집을 이해하는데 도움이 될 것이다.

• Journal of Animal Science and Technology
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• 제62권6호
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• pp.801-811
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• 2020

The main objective of this in vitro study was to evaluate red ginseng byproduct (RGP) as a protein resource and its effects on rumen fermentation characteristics, microflora, CO2, and CH4 production in ruminants. Four treatments for in vitro fermentation using buffered rumen fluid over a 48 h incubation period were used: 1, RGP; 2, corn gluten feed (CGF); 3, wheat gluten (WG); and 4, corn germ meal. In vitro dry matter digestibility (IVDMD), in vitro neutral detergent fiber digestibility (IVNDFD), in vitro crude protein digestibility (IVCPD), volatile fatty acids, pH, and ammonia nitrogen (NH3-N) were estimated after 48 h incubation. Gas production was investigated after 3, 6, 12, 24, 36 and 48 h. The CO2 and CH4 were evaluated after 12, 24, 36, and 48 h. A significant difference in total gas production and CO2 emissions was observed (p < 0.01) at all incubation times. CH4 production in RGP were higher (p < 0.05) than that in other treatments but a higher CH4 portion in the total gas production was observed in WG (p < 0.05) at 48 h incubation. The IVDMD, IVNDFD, and IVCPD of RGP was lower than those of other conventional ingredients (p < 0.01). The RGP had the lowest NH3-N value among the treatments (p < 0.01). The RGP also had the lowest total VFA concentration (p < 0.01), but presented the highest acetate proportion and acetate to propionate ratio among the treatments (both, p < 0.01). The abundance of Prevotella ruminicola was higher in RGP than in WG (p < 0.01), whereas RGP has lower methanogenic archaea (p < 0.01). In conclusion, based on the nutritive value, IVDMD, low NH3-N, and decreased methanogenic archaea, RGP inclusion as a protein source in ruminant diets can be an option in replacing conventional feed sources.

• 생명과학회지
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• 제32권3호
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• pp.249-255
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• 2022

대사는 생존과 번식에 필수적이다. 2020년에 업그레이드된 COG (cluster of orthologous proteins) 데이터베이스에는 "pathways" 항목이 있다. 본 연구에서는 COG pathways를 이용하여 1,309개의 원핵생물의 대사 경로를 분석하였다. 63개의 대사경로와 관련된 822개의 COG가 있었고, 각 분류단위의 대사관련 COG의 평균은 200.50개(phylum Mollicutes)에서 527.07개(phylum Cyanobacteria)의 사이였다. MPCR을 대사경로구성율(하나의 게놈에 존재하는 COG 수 / 각 대사 경로를 구성하는 COG의 총 수)로 정의하였다. MPCR이 100%인 대사경로의 수는 원핵생물에 따라 0에서 26의 범위였다. 다수의 원핵생물에서 100% MPCR인 대사경로는 세포벽 합성과 관련된 murein biosynthesis (922종), glycine cleavage (918종), ribosome 30S subunits (903종) 등이었다. MPCR이 0%인 대사경로(종의 수)는 photosystem I (1,263종), A/V (archaea/vacuolar)-type ATP synthase (1,028종) 및 Na⁺-translocation NADH dehydrogenase (976종) 등이었다. 원핵생물에 따라 3~49개의 대사경로를 전혀 수행할 수 없었다. MPCR의 보존성이 높은 대사경로의 순서는 ribosome 30S subunit (1,309종의 96.1%), murein biosynthesis (86.8%), arginine biosynthesis (80.4%), serine biosynthesis (80.3%) 및 aminoacyl-tRNA synthetases (82.2%) 등이었다. 단백질과 세포벽 합성이 원핵생물에서 중요한 대사경로인 것을 알 수 있었다. 본 연구의 결과와 원핵생물 사이의 대사경로와 관련된 COG는 항생제 및 인공세포의 개발 등에 활용될 수 있을 것이다.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제4권1호
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• pp.21-25
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• 1999

Two low-salt complex media, bactopeptone and desalted yeast extract, were used for high density cultivation of the hyperthermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus (DSM 1617). Bactopeptone, which has low mineral ion content among various complex media, was good for cell growth in batch cultures; the maximal cell density in bactopeptone was comparable to that in yeast extract. However, cell growth was rather poor when bactopeptone was added by the fed-batch procedure. Since several vitamins are deficient in abctopeptone, the effect of vitamins on cell growth was examined. Among the vitamins tested, pyridoxine was found to improve the growth rate of S. solfataricus. To reduce the growth inhibition caused by mineral ions, yeast extract was dialyzed against distilled water and then fed-batch cultures were carried out using a fed medium containing desalted yeast extract. Although the concentrations of mineral ions in yeast extract were significantly lowered by the dialysis whether low molecular weight solutes in yest extract are crucial for cell growth, we investigated the effect of trehalose, a most abundant compatible solute in yeast extract, on the growth pattern. Cell densities were increased and the length of the lag phase was markedly shortened by the presence of trehalose, indicating that trehalose plays an important role in the growth of S. solfataricus.

• KSBB Journal
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• 제26권3호
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• pp.237-242
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• 2011

As a number of archaea are ubiquitously found in non-extreme habitats, elucidation of their functional roles becomes currently an emerging issue. However, most of them are unable to grow in pure culture and so it remains to be established. In order to find genes lacking in the genome of an ammonia-oxidizing archaeon (AOA), we here report on the comparative analyses of an AOA genome with those of experimentally or theoretically established minimal genomes for independent growth. We assessed the genes lacking in AOA using logic of clusters of orthologous groups (COG), remote homology, consensus sequence weight matrix, function-based motif or domain, and then further excluded genes encoding hypothetical orarchaea-specific proteins. The results of these combination analyses revealed 19 candidate genes lacking in the genome of an AOA. Thus, our results provide a possibility of inducing independent growth of AOA when supplemented with product (s) of the lacking gene (s), and also give a chance for finding new proteins with novel sequence or structure space even if the predicted lacking-genes will be found using another algorithms or biochemical studies.

• 한국동물생명공학회지
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• 제34권3호
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• pp.157-165
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• 2019

This study was conducted to analyze the diversity census of fecal microbiome in horses using meta-analysis of equine 16S rRNA gene sequences that are available in the Ribosomal Database Project (RDP; Release 11, Update 5). The search terms used were "horse feces (or faeces)" and "equine feces (or faeces)". A total of 842 sequences of equine feces origin were retrieved from the RDP database, where 744 sequences were assigned to 10 phyla placed within Domain Bacteria. Firmicutes (n = 391) and Bacteroidetes (n = 203) were the first and the second dominant phyla, respectively, followed by Verrucomicrobia (n = 58), Proteobacteria (n = 30) and Fibrobacteres (n = 24). Clostridia (n = 319) was the first dominant class placed within Bacteroidetes while Bacteroidia (n = 174) was the second dominant class placed within Bacteroidetes. The remaining 98 sequences were assigned to phylum Euryarchaeota placed within Domain Archaea, where 74 sequences were assigned to class Methanomicrobia. The current results will improve understanding of the diversity of fecal microbiome in horses and may be used to further analyze equine fecal microbiome in future studies.