• 한국물환경학회지
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• 제34권2호
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• pp.210-215
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• 2018

It is difficult to count colonial cyanobacteria Microcystis cells since the thickness of colonies is constrained by amorphous mucilage, making it impossible to estimate the number of cells. Disaggregation of Microcystis colonies into single cell is needed to improve the accuracy and precision of cell density estimation of naturally collected samples. Uultrasonic treatment method is commonly used owing to the simplicity and immediacy of the procedure. However, amplitude, frequency, and duration of ultrasonic treatment also cause cell loss during the experiment. Optimal ultrasonic treatment has not been standardized yet. Therefore, the objective of this study was to investigate optimal ultrasonic treatment by analyzing cell density and colony numbers. We collected colonial Microcystis from Changnyeong-Haman weir area in Nakdong River during harmful algal boom period from September to October in 2017. Ultrasonic treatment method was applied to disrupt colonies into single cells to enumerate cell density. Among treatment conditions, results from continuously treated for 100 seconds were found to be the optimum to reduce colonies to a suspension of single cell without cell losses under high and low density of Microcystis cells. Lugol iodine fixed cells followed by sonication showed less negative impact of cell damage within the optimal treatment time (100 seconds). Furthermore, disaggregated cells treated by sonication enables microscopic observation more easily since gas vacuoles were collapsed to facilitate sedimentation of cells under the counting chamber for quantitative enumeration of buoyant Microcystis cells.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제31권5호
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• pp.645-658
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• 2021

Porins are essential for the viability of Gram-negative bacteria. They ensure the uptake of nutrients, can be involved in the maintenance of outer membrane integrity and define the antibiotic or drug resistance of organisms. The function and structure of porins in proteobacteria is well described, while their function in photoautotrophic cyanobacteria has not been systematically explored. We compared the domain architecture of nine putative porins in the filamentous cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 and analyzed the seven candidates with predicted OprB-domain. Single recombinant mutants of the seven genes were created and their growth capacity under different conditions was analyzed. Most of the putative porins seem to be involved in the transport of salt and copper, as respective mutants were resistant to elevated concentrations of these substances. In turn, only the mutant of alr2231 was less sensitive to elevated zinc concentrations, while mutants of alr0834, alr4741 and all4499 were resistant to high manganese concentrations. Notably the mutant of alr4550 shows a high sensitivity against harmful compounds, which is indicative for a function related to the maintenance of outer membrane integrity. Moreover, the mutant of all5191 exhibited a phenotype which suggests either a higher nitrate demand or an inefficient nitrogen fixation. The dependency of porin membrane insertion on Omp85 proteins was tested exemplarily for Alr4550, and an enhanced aggregation of Alr4550 was observed in two omp85 mutants. The comparative analysis of porin mutants suggests that the proteins in parts perform distinct functions related to envelope integrity and solute uptake.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2023년도 학술발표회
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• pp.168-168
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• 2023

The frequent occurrence of cyanobacterial harmful algal blooms (CHABs) in inland waters under climate change seriously damages the ecosystem and human health and is becoming a big problem in South Korea. Satellite remote sensing is suggested for effective monitoring CHABs at a larger scale of water bodies since the traditional method based on sparse in-situ networks is limited in space. However, utilizing a standalone variable of satellite reflectances in common CHABs dual-models, which relies on both chlorophyll-a (Chl-a) and phycocyanin or cyanobacteria cells (Cyano-cell), is not fully beneficial because their seasonal variation is highly impacted by surrounding meteorological and bio-environmental factors. Along with the development of Artificial Intelligence (AI), monitoring CHABs from space with analyzing the effects of environmental factors is accessible. This study aimed to investigate the potential application of AI in the dual-model strategy (Chl-a and Cyano-cell are output parameters) for monitoring seasonal dynamics of CHABs from satellites over Korean inland waters. The Sentinel-3 satellite was selected in this study due to the variety of spectral bands and its unique band (620 nm), which is sensitive to cyanobacteria. Via the AI-based feature selection, we analyzed the relationships between two output parameters and major parameters (satellite water-leaving reflectances at different spectral bands), together with auxiliary (meteorological and bio-environmental) parameters, to select the most important ones. Several AI models were then employed for modelling Chl-a and Cyano-cell concentration from those selected important parameters. Performance evaluation of the AI models and their comparison to traditional semi-analytical models were conducted to demonstrate whether AI models (using water-leaving reflectances and environmental variables) outperform traditional models (using water-leaving reflectances only) and which AI models are superior for monitoring CHABs from Sentinel-3 satellite over a Korean inland water body.

• 환경생물
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• 제38권1호
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• pp.114-126
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• 2020

유해 남조류 Microcystis 종에 의한 녹조현상은 매년 빈번하게 일어나며, 이로 인한 수자원의 질적 변화와 먹는 물확보에 문제가 발생하고 있다. Microcystis 종에 의한 피해를 막고자 개발된 naphthoquinone (NQ) 유도체 물질의 장점 분석을 위해 국내에서 빈번히 사용되는 황토를 이용한 microcosm 실험을 하고자 하였다. 그 결과, NQ 40, NQ 2-0 물질은 선행 연구 결과와 동일하게 유해 남조류 Microcystis 종을 선택적으로 99.9%, 99.6% 제어했으며, 식물플랑크톤 종 다양성을 증진시켰다. 그러나, 황토를 처리한 실험구는 실험 초기 일시적인 조류 제어효과를 보인 후 다시 증가하였으며, 유용 조류를 포함한 모든 식물플랑크톤에게 적용되어 다른 조류의 성장은 이루어지지 않았다. 뿐만 아니라, NQ 물질을 처리한 처리구는 비생물학적, 생물학적요인 모두 영향을 미치지 않았으며, 대조구와 유사한 경향이 관찰되었다. 따라서, 최종적으로 개량된 유해 남조류 제어물질 NQ 2-0은 높은 살조효과, 선택적 제어효과, 저독성, 자연분해에 의한 비잔류성 뿐만 아니라, 편의성 및 경제성까지 갖춘 새로운 살조물질로서 현재까지 개발된 살조물질보다 현장 생태계 적용에 가장 적합한 친환경 녹조제어 물질이라고 판단된다.

• 한국습지학회지
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• 제25권4호
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• pp.267-273
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• 2023

조류는 생태계를 구성하는 중요한 요소이다. 그러나 남조류의 과도한 성장은 하천환경에 다양한 악영향을 발생시키고 규조류는 상수원과 정수장 공정관리에 영향을 미친다. 지속적이고 효율적인 조류 관리를 위해 조류 모니터링이 중요하다. 본 연구에서는 You Only Look Once (YOLO)의 최신 알고리즘 YOLO v8을 사용하여 조류경보제 기준에 사용하는 유해 남조류 4종과 정수처리공정에 영향이 큰 규조류 1종 총 5종의 이미지를 분류하는 이미지 분류모형을 구축하였다. 기본모형의 mAP는 64.4로 분석되었다. 모형의 학습에 사용된 원본 이미지에 회전, 확대, 축소를 수행하여 이미지의 다양성을 높인 5가지 모형을 구축하여 입력자료로 사용된 이미지의 구성에 따른 모형 성능의 변화를 비교하였다. 분석결과 회전, 확대, 축소를 모두 적용한 모형이 mAP 86.5로 가장 좋은 성능을 보이는 것을 확인하였다. 이미지의 회전만을 적용한 모형, 회전과 확대를 적용한 모형, 이미지의 회전과 축소만를 적용한 모형의 mAP는 각각 85.3, 82.3, 83.8로 분석되었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제48권2호
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• pp.205-214
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• 2020

남세균은 수계나 토양 생태계에서 질소 고정 능력으로 인해 질소순환 과정에 중요한 역할을 하는 미생물로 다양한 산업분야에서 활용될 수 있는 유용 물질을 생산할 수 있다. 또한 일부 종은 수생태계에서 유해조류 번성을 일으켜 수자원의 이용을 제한한다. 일반적으로 생물소재은행은 관련 연구를 위해 남세균 배양주를 제공하는 역할을 한다. 하지만 국내 생물소재은행에서는 남세균의 체계적인 보존이 미비한 실정이다. 본 연구에서는 국내에서 분리한 Trichormus variabilis (syn. Anabaena variabilis)를 대상으로 알긴산 마이크로캡슐을 이용한 동결보존기술을 개발하였다. 동결보존제만 사용하는 일반 동결보존법과 세포를 마이크로캡슐에 포집한 후 동결보존제를 혼합하는 두 가지 방법으로 실험을 수행하였고 각각의 효율을 비교하였다. T. variabilis 동결보존 후 35일간 재배양하여 세포수를 비교한 결과 두 가지 동결보존법 모두 재생에 성공하였으며, 초기 농도 1.0 × 10⁵ cells에서 마이크로캡슐 방법은 6.7 × 10⁶ cells로, 일반 동결 보존법은 1.1 × 10⁷ cells로 증가되었다. 또한 배양 14일 후 T. variabilis 세포의 부정형 형태를 발견하였다. 세포 소기관을 관찰하기 위해 투과전자현미경(TEM) 분석을 하였고 lacunae와 lipid body의 크기가 줄어든 것을 확인하였다. 세포 형태와 관련된 mreB 유전자가 동결보존 전에 비해 동결 보존 후 발현량이 54.7%로 감소된 것을 확인하였다. 본 연구결과를 통해 향후 사상성 남조류에 대하여 보존제와 마이크로캡슐을 이용한 동결보존이 가능할 것으로 기대된다.

• 한국습지학회지
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• 제19권4호
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• pp.443-450
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• 2017

이 연구의 목적은 유해한 남세균인 Microcystis aeruginosa를 생물학적으로 제어하기 위해 남세균생장 억제미생물을 분리하고 그 효과를 조사하는 것이다. 이 연구에서 다양한 남세균생장 억제미생물이 분리되었고, 이중에서 M. aeruginosa의 생장을 효과적으로 억제하는 M1, M2, M3, M4로 명명된 4종의 균주를 분리하였다. 16S rRNA을 통해 동정된 M1~M4 균주는 모두 간균이고 그램 음성으로 나타났다. 분리된 단일종 뿐만 아니라, 혼합된 M1~M4 균주 4종의 공동배양이 M. aeruginosa를 효과적으로 처리하였다. 혼합 균주의 접종 2일 후에 약 50%의 클로로필 a가 감소되었고, 4일 후에 약 70%, 7일 후에 약 80%의 클로로필 a가 감소되었다. 이들 결과는 M1~M4 남세균생장 억제 균주가 유해한 M. aeruginosa를 제어하는데 기여할 것으로 생각된다.

• Applied Microscopy
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• 제34권2호
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• pp.103-111
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• 2004

수생식물 개구리밥(Spirodela polyrhiza)의 식물체 발달 과정에서 나타나는 미생물과의 상호관계를 주사전자현미경 및 세포학적으로 추적하여 연구하였다. 개구리밥은 부유성 식물로 분화 발달 초기부터 잠수부위에 여러 종류의 박테리아, 남조류, 규조류 등이 서식하였다. 미분화된 어린 식물체에는 성숙 발달한 식물체에 비해 미생물들이 낮은 빈도로 출현하였고, 성숙한 식물체에서는 특히 엽상체 하피에 가장 많은 미생물들이 서식하였으며, 그 다음으로는 점액성 물질이 층을 이루는 근관에 많이 관찰되었다. 반면, 신장 발달 중의 뿌리에는 일반적인 분포를 보였으며, 상피에는 미생물이 거의 분포하지 않는 양상을 보였다. 이들 미생물이 개구리밥 조직 내에 침입하여 식물체에 어떠한 영향을 미치는가를 조사하기 위해 엽상체, 연결사, 뿌리, 근관, 무성생식낭 등의 구조를 세포학적으로 추적한 결과, 어느 부위에서도 조직 내로 미생물이 침입하여 세포를 괴사시키거나 감염시키는 일은 거의 관찰되지 않았다. 그러므로, 개구리밥 식물체의 발달과정에 있어 미생물들은 어떠한 해를 주지 않는 것으로 추정된다. 이후 개구리밥에 서식하는 미생물의 질소고정치를 측정하여 그 기능을 식물체의 세포학적 측면과 접목시켜 연구하면 개구리밥과 미생물과의 상호관계가 공생적인지를 더 확실하게 밝힐 수 있을 것이다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권1호
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• pp.79-90
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• 2019

Lichens are generally known as self-sufficient, symbiotic life-forms between fungi and algae/cyanobacteria, and they also provide shelter for a wide range of beneficial bacteria. Currently, bacterial-derived biodegradable polyhydroxyalkanoate (PHA) is grabbing the attention of many researchers as a promising alternative to non-degradable plastics. This study was conducted to develop a new method of PHA production using unexplored lichen-associated bacteria, which can simultaneously degrade two ubiquitous industrial toxins, anthracene and naphthalene. Here, 49 lichen-associated bacteria were isolated and tested for PHA synthesis. During the GC-MS analysis, a potential strain of EL19 was found to be a 3-hydroxyhexanoate (3-HHx) accumulator and identified as Pseudomonas sp. based on the 16S rRNA sequencing. GC analysis revealed that EL19 was capable of accumulating 30.62% and 19.63% of 3-HHx from naphthalene and anthracene, respectively, resulting in significant degradation of 98% and 96% of naphthalene and anthracene, respectively, within seven days. Moreover, the highly expressed phaC gene verified the genetic basis of $PHA_{mcl}$ production under nitrogen starvation conditions. Thus, this study strongly supports the hypothesis that lichen-associated bacteria can detoxify naphthalene and anthracene, store energy for extreme conditions, and probably help the associated lichen to live in extreme conditions. So far, this is the first investigation of lichen-associated bacteria that might utilize harmful toxins as feasible supplements and convert anthracene and naphthalene into eco-friendly 3-HHx. Implementation of the developed method would reduce the production cost of $PHA_{mcl}$ while removing harmful waste products from the environment.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권9호
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• pp.1208-1213
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• 2012

Microcystis aeruginosa is a cyanobacterium that can form harmful algal blooms (HABs) producing toxic secondary metabolites. We provide here draft genome information of four strains of this freshwater cyanobacterium that was obtained by the Next Generation Sequencing approach to provide a better understanding of molecular mechanisms at the physiological and ecological levels. After gene assembly, genes of each strain were identified and annotated, and a genome database and G-browser of M. aeruginosa were subsequently constructed. Such genome information resources will enable us to obtain useful information for molecular ecological studies with a better understanding of modulating mechanisms of environmental factors associated with blooming.