• 미생물학회지
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• 제50권2호
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• pp.164-168
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• 2014

북극지역은 지구온난화로 인하여 생태계에 큰 영향을 받고 있다. 본 연구는 북극 Svalbard 지역에서 육지 빙하의 해빙(ice melt)의 영향을 받는 해양퇴적층에서 질산화 과정에 핵심역할을 하는 고세균의 질산화유전자(ammonia monooxygenase, AMO)의 공간적 분포의 변화를 조사하였다. 해빙으로 인한 퇴적물 퇴적속도와 고세균 AMO의 alpha subunit를 코딩하는 amoA 유전자와의 관계를 클론라이브러리 분석을 통하여 분석하였다. 육지와 근접하여 퇴적속도가 가장 빠른 정점(188)에서 고세균 amoA 유전자의 다양성이 육지에서 비교적 먼 지역의 정점(176과 184)에 비해 현저히 낮음을 알 수 있었다. 3 정점의 고세균 amoA 유전자 클론들의 평균 아미노산 서열의 상동성은 94%(염기서열 91%)로 나타났다. 176과 184 정점에서 분석된 고세균 amoA 유전자 클론들 중 약 45%가 Nitosopumilus clade와 근연관계에 있는 반면, 188 지역의 경우 낮은 염농도에서 발견되는 Nitrosoarchaeaum clade와 근연관계에 있는 클론들이 발견되었다. 토양 고세균유래 amoA 유전자는 육지에 근접하여 해빙에 의한 영향을 가장 많이 받는 188정점에서만 발견이 되었다. 본 연구를 통하여, 해빙으로 인하여 육지로부터 운반되는 퇴적물의 량이 증가함에 따라, 해양퇴적층의 질소순환관련 미생물 군집에 변화가 유발되는 것으로 추정되며, 고세균의 amoA 유전자가 해양퇴적층 질소순환생태계 변화의 지표로 이용될 수 있음을 알 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권9호
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• pp.1187-1196
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• 2013

Global warming will have far-reaching effects on our ecosystem. However, its effects on Antarctic soils have been poorly explored. To assess the effects of warming on microbial abundance and community composition, we sampled Antarctic soils from the King George Island in the Antarctic Peninsula and incubated these soils at elevated temperatures of $5^{\circ}C$ and $8^{\circ}C$ for 14 days. The reduction in total organic carbon and increase in soil respiration were attributed to the increased proliferation of Bacteria, Fungi, and Archaea. Interestingly, bacterial ammonia monooxygenase (amoA) genes were predominant over archaeal amoA, unlike in many other environments reported previously. Phylogenetic analyses of bacterial and archaeal amoA communities via clone libraries revealed that the diversity of amoA genes in Antarctic ammonia-oxidizing prokaryotic communities were temperature-insensitive. Interestingly, our data also showed that the amoA of Antarctic ammonia-oxidizing bacteria (AOB) communities differed from previously described amoA sequences of cultured isolates and clone library sequences, suggesting the presence of novel Antarctic-specific AOB communities. Denitrification-related genes were significantly reduced under warming conditions, whereas the abundance of amoA and nifH increased. Barcoded pyrosequencing of the bacterial 16S rRNA gene revealed that Proteobacteria, Acidobacteria, and Actinobacteria were the major phyla in Antarctic soils and the effect of short-term warming on the bacterial community was not apparent.

• 미생물학회지
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• 제51권4호
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• pp.329-337
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• 2015

Nitrosomonadales 목에서 속하는 균주 중 현재 유전체 서열이 알려진 모든 유전체(N=10)를 이용하여 범유전체 및 핵심유전체 분석을 수행한 결과, 각각 9,808개와 908개 유전자클러스터를 포함하는 것을 확인하였다. Betaproteobacteria의 다른 목의 참조군들과 비교를 통하여 범유전체와 핵심유전체의 크기에 유전체의 수와 집단 내의 유전체들의 차이가 영향을 미치는 것을 확인하였다. Nitrosomonas 속과 Nitrosospira 속의 범유전체는 7,180개와 4,586개, 핵심유전체는 1,092개와 1,600로로 각각 측정되어 Nitrosospira 속의 동질성이 더 높은 것을 확인하였다. Nitrosomonadales 목의 범유전체와 핵심유전체의 크기에 Nitrosomonas 속이 대부분의 영향을 미치는 것을 확인하였다. COG 분석을 통하여 핵심유전체의 크기에는 J (translation, ribosomal structure and biogenesis) 범주가 가장 큰 비율(9.7-21.0%)을 차지하며, 유전체 사이의 유전적 거리가 먼 집단일수록 그 비율이 높아지는 것을 확인하였다. 범유전체의 크기에는 "-" (unclassified) 범주가 34-51%의 높은 비율을 차지하고 있을 정도로 큰 영향을 미치는 것을 확인하였다. 총 97개의 유전자 클러스터가 참조군에는 없고 Nitrosomonadales에만 존재하는 것을 확인하였다. 이들 클러스터들은 Nitrosomonadales을 특징 지우는 유전자들인 ammonia monooxygenase의 유전자인 amoA와 amoB와 그와 관련 있는 amoE와 amoD들을 포함하는 반면에 unclassified 유전자들도 상당량(16-45%)을 포함하고 있다. 이러한 유전자 클러스터는 Nitrosomonadales의 유전적 특이성을 밝히는 데 중요한 역할을 할 것이다.

• 한국물환경학회지
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• 제36권3호
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• pp.220-228
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• 2020

Anaerobic ammonium oxidation (AMX) is a cost-efficient biological nitrogen removal process. The coexistence of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) in an AMX reactor is an interesting research topic as a nitrogen-related bacterial consortium. In this study, a sequencing batch reactor for AMX (AMX-SBR) was operated with a conventional activated sludge. The AOB in an AMX bioreactor were identified and quantified using terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) and real-time qPCR. A T-RFLP assay based on the ammonia monooxygenase subunit A (amoA) gene sequences showed the presence of Nitrosomonas europaea-like AOB in the AMX-SBR. A phylogenetic tree based on the sequenced amoA gene showed that AOB were affiliated with the Nitrosomonas europaea/mobilis cluster. Throughout the enrichment period, the AOB population was stable with predominant Nitrosomonas europaea-like AOB. Two OTUs of amoA_SBR_JJY_20 (FJ577843) and amoA_SBR_JJY_9 (FJ577849) are similar to the clones from AMX-related environments. Real-time qPCR was used to quantify AOB populations over time. Interestingly, the exponential growth of AOB populations was observed during the substrate inhibition of the AMX bacteria. The specific growth rate of AOB under anaerobic conditions was only 0.111 d^-1. The growth property of Nitrosomonas europaea-like AOB may provide fundamental information about the metabolic relationship between the AMX bacteria and AOB.

• 한국물환경학회지
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• 제22권6호
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• pp.1014-1021
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• 2006

SMMIAR (Submerged Moving Media Intermittent Aeration Reactor) Process is a very efficient system which remove ammonia to nitrogen gas in one reactor. In this study, we determined the diversity of ammonia oxidizing bacteria and denitrifying bacteria using specific PCR amplification and the clone library construction. An ammonia monooxygenase gene(amoA) was analyzed to investigate the diversity of nitrifiers. Most of amoA gene fragments (27/29, 93%) were same types and they are very similar (>99%) to the sequences of Nitrosomonas europaea and other clones isolated from anoxic ammonia oxidizing reactors. ANAMMOX related bacteria have not determined by specific PCR amplification. A nitrite reductase gene(nirK) was analyzed to investigate the diversity of denitrifying bacteria. About half (9/20, 45%) of denitrifiers were clustered with Rhodobacter and most of others were clustered with Mesorhizobium (6/20, 30%) and Rhizobium (3/20, 15%). All of these nirK gene clones were clustered in alpha-Proteobacteria and this result is coincide with other system which also operate nitrification and denitrification in one reactor. The molecular monitoring of the population of nitrifiers and denitrifiers would be helpful for the system stabilization and scale-up.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권9호
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• pp.1193-1201
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• 2012

The analysis and quantification of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) is crucial, as they initiate the biological removal of ammonia-nitrogen from sewage. Previous methods for analyzing the microbial community structure, which involve the plating of samples or culture media over agar plates, have been inadequate because many microorganisms found in a sewage plant are unculturable. In this study, to exclusively detect AOB, the analysis was carried out via denaturing gradient gel electrophoresis using a primer specific to the amoA gene, which is one of the functional genes known as ammonia monooxygenase. An AOB consortium (S1 sample) that could oxidize an unprecedented 100% of ammonia in 24 h was obtained from sewage sludge. In addition, real-time PCR was used to quantify the AOB. Results of the microbial community analysis in terms of carbon utilization ability of samples showed that the aeration tank water sample (S2), influent water sample (S3), and effluent water sample (S4) used all the 31 substrates considered, whereas the AOB consortium (S1) used only Tween 80, D-galacturonic acid, itaconic acid, D-malic acid, and $_L$-serine after 192 h. The largest concentration of AOB was detected in S1 ($7.6{\times}10^6copies/{\mu}l$), followed by S2 ($3.2{\times}10^6copies/{\mu}l$), S4 ($2.8{\times}10^6copies/{\mu}l$), and S3 ($2.4{\times}10^6copies/{\mu}l$).

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권6호
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• pp.775-780
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• 2009

폐수 방류수 중에 포함될 수 있는 내분비계 장애물질의 제거를 위해 생물학적 영양소 제거 공정에 존재하는 질산화 슬러지의 효용성을 탐색하여 보았다. 질산화 슬러지에 포함된 암모니아 산화균은 ammonia monooxygenase(AMO) 활성에 의해 암모니아 산화를 유발하는데, AMO의 기질 특이성이 낮아 암모니아 산화와 동시에 다양한 화합물이 공산화된다고 알려져 왔다. 본 연구에서는 이러한 공산화 활성이 내분비계 장애물질의 제거에 효과적인지 판단하기 위해, 질산화 슬러지, 유기물산화 슬러지, 멸균 슬러지를 각각 이용하여 3가지의 모델물질(bisphenol A(BPA), nonylphenol(NP), dibutyl phthalate(DBP))에 대한 제거 효율을 비교하였다. 질산화 슬러지에 의한 분해에서는 3가지 모델물질 모두, 배지 중에 질소원으로 아질산염보다 암모늄염을 이용했을 때의 초기 분해속도가 빠르게 나타나서 암모니아 산화 활성과 모델 물질의 분해가 관련이 있는 것으로 나타났다. 반면에 아질산염을 공급한 질산화슬러지에서나 혹은 질산화 활성이 낮은 유기물산화 슬러지를 이용한 경우는 일정한 적응 시간이 지난 이후에 모델 물질들의 분해가 시작되었다. 이는 모델 물질을 탄소원으로 이용하는 균주의 성장 및 활성이 일정한 적응 시간 이후에 나타난 것으로 보인다. 모델 물질의 제거에 슬러지에 의한 물리적 흡착이 어느 정도 기여하는지 확인하기 위해서 멸균 슬러지를 이용한 흡착 제거를 시도하였다. 초기 투입량의 10~20% 내외가 흡착에 의해 상등액에서 제거되었는데, 이를 통해 폐수 슬러지를 이용한 BPA, NP, DBP의 제거에는 물리적 흡착보다는 생물학적 분해 기작이 더 중요한 것으로 보인다.

• 미생물학회지
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• 제45권2호
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• pp.112-118
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• 2009

질소제거 하수고도처리공정에서 암모니아산화균은 질소제거에 핵심 역할을 하는 독립영양세균이다. 하수처리 생물반응기에는 다양한 암모니아산화균이 서식하며 군집조성도 시간에 따라 변화한다. 본 연구에서는 생물반응기의 운전인자 및 환경조건이 암모니아산화균 군집구조의 조성과 다양성에 영향을 미친다는 가설을 설정하였다. 이 가설을 검증하기 위해 질산화 반응이 활발한 포항, Palo Alto, Nine Springs, Marshall 하수처리장 활성슬러지 생물반응기로부터 암모니아산화균의 ammonia monooxygenase subunit A 유전자 clone library를 제작하였다. 하수처리 생물반응기에는 Nitrosomonas europaea, N. oligotropha, N.-like, Nitrosospira lineage에 속하는 암모니아산화균이 주로 발견되었으며, N. communis, N. marina, N. cryotolerans lineage에 속하는 암모니아산화균은 주종을 이루지 못했다. 암모니아산화균 군집조성은 하수처리장별로 차이를 보였는데, 포항, Palo Alto, Marshall 하수처리장에서는 N. oligotropha lineage에 속하는 암모니아산화균이 가장 빈번히 발견되었고, Nine Springs 하수처리장에서는 N. europaea lineage에 속하는 암모니아산화균이 주종을 이루었다. 한편, 암모니아산화균 군집조성과 생물반응기 운전인자(HRT, SRT, MLSS) 및 환경조건(온도, pH, COD, $NH_3$, $NO_3{^-}$)의 연관성은 다변수 통계분석법인 Redundancy Analysis 방법을 이용하여 분석하였다. 그 결과, 생물반응조의 COD와 $NO_3{^-}$ 농도가 하수처리 생물반응기에서 암모니아산화균 군집구조를 결정하는 통계학적으로 유의한 변수로 나타났다.

• 미생물학회지
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• 제52권1호
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• pp.74-83
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• 2016

안전성이 확보되고 amo 유전자가 있는 토종미생물 Bacillus subtilis SRCM 101269는 전통발효식품으로부터 분리하였으며, cellulase, xylanase 생성능, 동정, 악취저감화능 등을 조사하여 우분 적용을 위한 특성 연구를 진행하였다. 가축분뇨 악취제어 관련 우분 적용 결과, 발효 6일 경과 후 대조구에 비해 2배 이상 암모니아 가스가 감소하였고 9일 경과 후 10 ppm 미만으로 농도가 감소하였다. 우분에 계분과 기타 목질성분이 첨가된 혼합분의 경우 발효 3일 후부터 일정 농도로 암모니아 가스가 유지되는데 반해, B. subtilis SRCM 101269를 접종한 시료에서만 발효시간의 경과에 따라 암모니아 가스가 감소하였으며, 황화수소의 농도 또한 9일이 경과한 시료에서 65 ppm으로 감소됨이 확인되었다. 발효 경과에 따른 아질산염과 황산염의 시료 내 변화량을 측정한 결과 우분에서의 아질산염은 변화가 없었으나, 혼합분에서는 대조구에 비교하여 증가하였다. 황산염의 경우 우분에서는 발효초기보다 감소하였으나 대조구와 비교하여 큰 차이를 보이지 않았고, 혼합분에서는 변화가 없는 것으로 분석되었다. 최종적으로 앞선 연구들을 토대로 B. subtilis SRCM 101269 균주의 우분퇴비 생산의 산업적 활용이 가능함을 확인하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제17권2호
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• pp.253-261
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• 2007

Molecular and cultivation techniques were used to characterize the bacterial communities of biobead reactor biofilms in a sewage treatment plant to which an Aerated Up-Flow Biobead process was applied. With this biobead process, the monthly average values of various chemical parameters in the effluent were generally kept under the regulation limits of the effluent quality of the sewage treatment plant during the operation period. Most probable number (MPN) analysis revealed that the population of denitrifying bacteria was abundant in the biobead #1 reactor, denitrifying and nitrifying bacteria coexisted in the biobead #2 reactor, and nitrifying bacteria prevailed over denitrifying bacteria in the biobead #3 reactor. The results of the MPN test suggested that the biobead #2 reactor was a transition zone leading to acclimated nitrifying biofilms in the biobead #3 reactor. Phylogenetic analysis of 16S rDNA sequences cloned from biofilms showed that the biobead #1 reactor, which received a high organic loading rate, had much diverse microorganisms, whereas the biobead #2 and #3 reactors were dominated by the members of Proteobacteria. DGGE analysis with the ammonia monooxygenase (amoA) gene supported the observation from the MPN test that the biofilms of September were fully developed and specialized for nitrification in the biobead reactor #3. All of the DNA sequences of the amoA DGGE bands were very similar to the sequence of the amoA gene of Nitrosomonas species, the presence of which is typical in the biological aerated filters. The results of this study showed that organic and inorganic nutrients were efficiently removed by both denitrifying microbial populations in the anaerobic tank and heterotrophic and nitrifying bacterial biofilms well-formed in the three functional biobead reactors in the Aerated Up-Flow Biobead process.