• 한국수처리학회지
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• 제26권6호
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• pp.27-42
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• 2018

This study analyzed the utility of ammonium chloride ($NH_4Cl$) as a nitrogen source for methanotroph communities. When cultured in nitrate mineral salt (NMS) medium, the methanotroph community we identified four families, seven genera, and 16 type I and type II species of methanotrophs. Among species in the Methylobacter genus, Methylobacter marinus could be actively cultured in NMS medium without NaCl addition. Following the addition of 25 mM $NH_4Cl$, the numbers of the type I genera Methylomonas, Methylococcus, and Methylobacter were increased, whereas the numbers of the type II genera Methylocystis and Methylosinus were decreased after 5 days. In methanotroph communities, certain concentrations of $NH_4Cl$ affected methane consumption and growth of methanotrophs at the community level. $NH_4Cl$ caused a considerable decrease in the methane consumption rate and the expression of soluble methane monooxygenases (sMMOs) but did not inhibit the growth of Methylomonas methanica expressing sMMO. These results could be attributed to competitive antagonism of MMOs due to their direct involvement in ammonia oxidation.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제28권10호
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• pp.1706-1715
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• 2018

Several non-methylotrophic bacteria have been reported to improve the growth and activity of methanotrophs; however, their interactions remain to be elucidated. We investigated the interaction between Methylocystis sp. M6 and Microbacterium sp. NM2. A batch co-culture experiment showed that NM2 markedly increased the biomass and methane removal of M6. qPCR analysis revealed that NM2 enhanced both the growth and methane-monooxygenase gene expression of M6. A fed-batch experiment showed that co-culture was more efficient in removing methane than M6 alone (28.4 vs. $18.8{\mu}mol{\cdot}l^{-1}{\cdot}d^{-1}$), although the biomass levels were similar. A starvation experiment for 21 days showed that M6 population remained stable while NM2 population decreased by 66% in co-culture, but the results were opposite in pure cultures, indicating that M6 may cross-feed growth substrates from NM2. These results indicate that M6 apparently had no negative effect on NM2 when M6 actively proliferated with methane. Interestingly, a batch experiment involving a dialysis membrane indicates that physical proximity between NM2 and M6 is required for such biomass and methane removal enhancement. Collectively, the observed interaction is beneficial to the methanotroph but adversely affects the non-methylotroph; moreover, it requires physical proximity, suggesting a tight association between methanotrophs and non-methylotrophs in natural environments.

• KSBB Journal
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• 제11권2호
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• pp.246-253
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• 1996

생분해성 고분자의 생산 단가를 낮추기 위해 값싼 원료인 LNG와 강제성 메탄자화균인 M. tricha­s sparium OS3b를 이용하여 PHS 생산 가능성을 검토하였다. 중요한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 산업용 기질인 LNG를 에탄 원료로 사용한 경 우 LNG 중의 에탄과 프로판에 의해 비성장 속도가 감소하였으내(저해상수 $K_1=0.12%$) PHS 생성에는 영향을 주지 않았다. 2. 배양액 중 구리 이온이 결핍되면 PHS 축적은 현저히 감소하였다. 3. 각종 영양원 결핍조건에서 PHS 축적능을 시험 하였을 때, 칼륨, 마그네숨, 그리고 질소원 결핍이 높은 PHS 축적율을 보였고, 특히 질소원의 경우 최 고 45%의 축적율을 보였다. 4. 최척의 질소원/탄소원의 비는 존재하지 않았고, 질소원의 농도가 낯을수록 PHS 축적율은 증가 하였다. 5. PHS 축척을 위한 최적 온도와 pH는 각각 $30^{\circ}C$와 7.0이었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권12호
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• pp.2098-2105
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• 2016

Massive reserves of methane ($CH_4$) remain unexplored as a feedstock for the production of liquid fuels and chemicals, mainly because of the lack of economically suitable and sustainable strategies for selective oxidation of $CH_4$ to methanol. The present study demonstrates the bioconversion of $CH_4$ to methanol mediated by Type I methanotrophs, such as Methylomicrobium album and Methylomicrobium alcaliphilum. Furthermore, immobilization of a Type II methanotroph, Methylosinus sporium, was carried out using different encapsulation methods, employing sodium-alginate (Na-alginate) and silica gel. The encapsulated cells demonstrated higher stability for methanol production. The optimal pH, temperature, and agitation rate were determined to be pH 7.0, $30^{\circ}C$, and 175 rpm, respectively, using inoculum (1.5 mg of dry cell mass/ml) and 20% of $CH_4$ as a feed. Under these conditions, maximum methanol production (3.43 and 3.73 mM) by the encapsulated cells was recorded. Even after six cycles of reuse, the Na-alginate and silica gel encapsulated cells retained 61.8% and 51.6% of their initial efficiency for methanol production, respectively, in comparison with the efficiency of 11.5% observed in the case of free cells. These results suggest that encapsulation of methanotrophs is a promising approach to improve the stability of methanol production.

• KSBB Journal
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• 제13권4호
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• pp.391-398
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• 1998

The effect of culture medium copper availability on the specific growth rate(${\mu}$) and carbon conversion efficiency (CCE) was sutided for an obligatory methanotroph Methylosinus trichosporium OB3b under various combinations of carbon and nitrogen sources. Methane or methanol was used as a carbon source, and nitrate or ammonium was used as a nitrogen source. Medium copper availability determined the intracellular location or kind of methane monooxygenase (MMO), cell-membrane (particulate or pMMO) when copper was present and cytoplasm (soluble or sMMO) when copper was deficient. When methane was used as a carbon source, copper-containing medium exhibited higher ${\mu}$ and CCE than copper-free medium regardless of the kind of nitrogen source. When methanol was used as a carbon source, however, the effect of copper disappeared. Ammonium gave the higher ${\mu}$ and CCE than nitrate for both methane and methanol. Those observation suggest that there exist an important difference in energy utilization efficiency for methane assimilation between sMMO and pMMO.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권3호
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• pp.392-397
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• 2022

Methane is one of the major greenhouse gases, recently, the biotechnological conversion from methane to high-value added chemicals have emerged as an effort to reduce methane gas emission. In this study, we optimized ectoine bio-milking conditions in which cells were repeatedly used to improve intracellular and extracellular ectoine yield from methane by using Methylomicrobium alcaliphilum 20ZDP2. First, the cultivation and intracellular ectoine accumulation conditions were optimized with respect to the growth phase and medium salinity to achieve the highest yield of synthesis. Second, ectoine excretion was optimized by determining the ectoine secretion time (15 min) in appropriate medium salinity under hypoosmotic conditions (1% NaCl). Finally, bio-milking of ectoine was successfully repeated more than 10 times using M. alcaliphilum 20ZDP2, and the ectoine yield was improved up to 129.29 mg/ DCW g.

• 공업화학전망
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• 제19권2호
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• pp.28-35
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• 2016

천연가스, 셰일가스 및 바이오가스의 주성분인 메탄은 지구온난화 가스로, 감축대상인 동시에 차세대 탄소 자원으로 주목을 받고 있다. 기존의 화학적 메탄전환방법은 대규모 설비투자가 요구되는 규모의 경제가 적용되어 소규모 한계 가스전에는 활용이 어렵다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 최근에 생물학적 전환법이 대안으로 고려되고 있다. 메탄자화균은 메탄산화효소(methane monooxygenase)를 이용하여 상온 상압에서 메탄을 탄소원으로 사용하여 생장할 수 있다. 따라서 메탄자화균의 메탄 대사경로를 기반으로 대사공학을 활용하면 메탄으로부터의 다양한 종류의 고부가가치 산물 생산이 가능하다. 본고에서는 메탄자화균을 이용한 메탄의 바이오전환 기술의 현황 및 전망에 대하여 논의하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제45권3호
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• pp.185-199
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• 2017

메탄은 자연적인 발생원과 인위적인 발생원에 의해 배출되며 지구온난화를 야기하는 대표적인 온실가스이다. 메탄을 탄소원과 에너지원으로 이용하는 메탄산화세균은 메탄의 생물학적 산화에 중요한 역할을 한다. 메탄산화세균의 서식지는 매우 다양하며 메탄산화반응의 핵심 효소인 methane monooxygenases (MMOs)는 메탄뿐 아니라 다른 기질을 산화할 수 있는 기질특이성을 가지고 있다. 이러한 메탄산화세균의 특성으로 인해 생물학적 메탄 저감 기술과 생물정화기술 분야에서 메탄산화세균의 활용에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 총설 논문에서는 메탄산화세균의 종류, MMOs의 특성과 메탄산화세균의 고농도 배양 기술에 관한 최근 정보를 정리하였다. 또한 메탄산화세균을 이용한 생물학적 메탄 저감 관련 실험실 규모와 매립지 현장에서의 기술 개발 현황 및 적용 결과를 소개하였다. 이러한 생물학적 메탄 저감 시스템에서 메탄산화세균의 군집 거동 특성도 고찰하였다. 마지막으로, 메탄산화세균을 활용한 생물공학기술의 혁신을 위해 필요한 과제로 대사활성이 우수하거나 신규 대사능력을 가진 메탄산화세균의 지속적인 탐색 연구, 고농도 세포 대량배양기술 개발 및 미생물 컨소시움(메탄산화세균과 비메탄산화세균의 컨소시움) 디자인 및 관리 기술 등이 필요함을 제안하였다.

• KSBB Journal
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• 제10권2호
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• pp.212-220
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• 1995

본 연구에서는 강제성 에탄자화균인 M. trichas P parium OB3b를 메탄융기질에서 배양하면서 여러 환 경요인 벚 배지요인의 영향을 조사하고 최적 배양조 건을 구하였다. 또한 배양특성을 메탄기질 성장의 경우와 비교하였다. 본 연구에서 얻어진 결과를 요 약하면 다음과 같다. 1. 최대비성장속도는 메탄 기질 성장시 ${\mu}=$0.08hr^{-1}$ 인데 반해 메탄올 기질 성장시에는 ${\mu}=$0.20hr^{-1}$로 2배 이상의 증가를 보였다. 메탄융 최 척농도는 0.5% (v/v)이였다. 2. 질소원으로는 메탄올 기질에서는 암모니아가 질산염보다 우수한 반면 에탄 기질에서는 질산염이 우수하였다. 3. 질소원에 대한 균체수율 $(Y_{X/N})$ 은 탄소원의 종 류와 관계없이 모두 7.14g dry cells/g N으로 통일 하게 냐타났다. 탄소원(MeOH)에 대한 균체수율 $(Y_{X/S})$은 질소원으로 암모니아를 사용한 경우 0 0.8g dry cells/g MeOH이고 질산염을 사용한 경우 는 0.64g dry cells/g MeOH로 암모니아의 경우가 약 20% 가량 높았다. 4. 배양옹도는 최적옹도가 $30^{\circ}C$ 인데 메탄올의 농 도가 높은 경우 고온에셔 에탄융의 독성 증가에 따 른 비성장속도의 큰 감소를 관찰할 수 있었다. 5. pH는 6.5~8.0 범위에 완만한 최척값을 보여 주었다. 6. 인산염의 농도가 증가함에 따라 메탄올탈수소 효소(MDH)의 활성은 급격히 감소하였으나 에탄융 기질에서 균체의 비성장속도는 인산염농도 60mM까 지 거의 일정하였다. 이 결과는 MDH의 활성이 균 체의 최척성장에 필요한 활성의 거의 2배 이상 수준 으로 유지되고 있음을 보여준다. 7. 생물반응기 배양에 서는 pH조절과 메탄올의 첨 가로 최종 균체농도는 2.10mg dry cells/ml까지 볼 수있었다.

• KSBB Journal
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• 제13권5호
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• pp.483-490
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• 1998

Two unidentified methanotrophic strains (MM-white and MM-red) secreting soluble methane monooxygenase (sMMO) involved in thrichloroethylene biodegradation have been isolated from mixed methanotrophic consortium (MM) around Taejon area. Subsequently four methanotrophic strains were isolated from MM and named according to their color; white (MS-white), yellow (MS-yellow), pink (MS-pink) and reddish brown (MS-rbrown). All strains except MS-yellow which can take glucose as well as methane, metabolized methane as a sole carbon source. They all showed symbiotic behavior when methane was used as the sole carbon source. Optimum conditions of cell growth for MM were pH of 6.8 - 7.2, temperature of 29 - 32$^{\circ}C$, and gas flow rate of 6 (for methane), 40 (for air), and 4 ml/min (for carbon dioxide). The sMMO activity was expressed as naphthalene oxidation rate (${\mu}$mol/ mg protein/ hr). The sMMO activity for MM grown in flask culture with 1 ${\mu}$M of CuSO4 was 36, while it was 61 without copper. The activity for MM grown in the fermentor without CuSO4 was 1077, but is was 197 after reaction with 5 ppm of TCE. The methanotrophs showed significantly high sMMO activity despite the presence of 1 ${\mu}$M of CuSO4, although most of other strains already known could not express sMMO activity under this condition.