Minjae Kim;Suin Park;Juyun Lee;Hyebin Lee;Seonmin Kang;Hyokwan Bae;Joonyeob Lee
Journal of Environmental Science International
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v.31
no.12
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pp.1051-1059
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2022
This study investigated microbial communities and their diversity in a full-scale mesophilic anaerobic digester treating sewage sludge. Influent sewage sludge and anaerobic digester samples collected from a wastewater treatment plant in Busan were analyzed using high-throughput sequencing. It was found that the microbial community structure and diversity in the anaerobic digester could be affected by inoculation effect with influent sewage sludge. Nevertheless, distinct microbial communities were identified as the dominant microbial communities in the anaerobic digester. Twelve genera were identified as abundant bacterial communities, which included several groups of syntrophic bacteria communities, such as Candidatus Cloacimonas, Cloacimonadaceae W5, Smithella, which are (potential) syntrophic-propionate-oxidizing bacteria and Mesotoga and Thermovigra, which are (potential) syntrophic-acetate-oxidizing bacteria. Lentimicrobium, the most abundant genus in the anaerobic digester, may contribute to the decomposition of carbohydrates and the production of volatile fatty acids during the anaerobic digestion of sewage sludge. Of the methanogens identified, Methanollinea, Candidatus Methanofastidiosum, Methanospirillum, and Methanoculleus were the dominant hydrogenotrophic methanogens, and Methanosaeta was the dominant aceticlastic methanogens. The findings may be used as a reference for developing microbial indicators to evaluate the process stability and process efficiency of the anaerobic digestion of sewage sludge.
To examine whether the signal sequence of Bacillus endo-1, 4-glucanase can act functionally in a yeast, a lower eucaryote, two recombinant plasmids were constructed and introduced into Saccharomyces cerevisiae: recombinant plasmid pGCMC10 containing the complete signal sequence of Bacillus endoglucanase, and pGCMC11 without the signal sequence. Secretion of endoglucanase into culture medium was obtained with the yeast transformant containing plasmid pGCMC10. The secreted endoglucanase was glycosylated and was apparently processed to be about 36 kilodaltons (KDa) and 43KDa proteins. The glycosylated endoglucanase from yeast transformant was more thermostable than the nonglycosylated endoglucanase from Escherichia coli transformant.
Ha, Jinho;Kim, Seonghoon;Lim, Hyunsoo;Jung, Woosik;Kim, Dajung;Lee, Keumyoung;Park, Joonhong
Journal of Soil and Groundwater Environment
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v.26
no.4
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pp.20-26
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2021
In this work, an indigenous microbial consortium was obtained by selectively cultivating microbes using a long-aged petroleum-contaminated soil (Kuwait) containing recalcitrant petroleum hydrocarbons. The obtained microbial consortium was able to grow on and degrade the remaining petroleum hydrocarbons which could not have been utilized by the indigenous microbes in the original Kuwait soil. The following microbial community analysis using 16S rRNA gene sequencing suggested that the enhanced degradation of the remaining recalcitrant petroleum hydrocarbons by the novel microbial consortium may have been attributed to the selected bacterial populations belonging to Bacillus, Burkholderia, Sphingobacterium, Lachnospiraceae, Prevotella, Haemophilus, Pseudomonas, and Neisseria.
Park, Jeong-Ann;Lee, Chang-Gu;Park, Seong-Jik;Kim, Jae-Hyeon;Kim, Song-Bae
Environmental Engineering Research
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v.15
no.3
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pp.149-156
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2010
The objective of this study was to investigate microbial removal using layered double hydroxides (LDHs) and iron (hydr)oxides (IHs) immobilized onto granular media. Column experiments were performed using calcium alginate beads (CA beads), LDHs entrapped in CA beads (LDH beads), quartz sand (QS), iron hydroxide-coated sand (IHCS) and hematite-coated sand (HCS). Microbial breakthrough curves were obtained by monitoring the effluent, with the percentage of microbial removal and collector efficiency then quantified from these curves. The results showed that the LDH beads were ineffective for the removal of the negatively-charged microbes (27.7% at 1 mM solution), even though the positively-charged LDHs were contained on the beads. The above could be related to the immobilization method, where LDH powders were immobilized inside CA beads with nano-sized pores (about 10 nm); therefore, micro-sized microbes (E. coli = 1.21 ${\mu}m$) could not diffuse through the pores to come into contact with the LDHs in the beads, but adhere only to the exterior surface of the beads via polymeric interaction. IHCS was the most effective in the microbial removal (86.0% at 1 mM solution), which could be attributed to the iron hydroxide coated onto the exterior surface of QS had a positive surface charge and, therefore, effectively attracted the negatively-charged microbes via electrostatic interactions. Meanwhile, HCS was far less effective (35.6% at 1 mM solution) than IHCS because the hematite coated onto the external surface of QS is a crystallized iron oxide with a negative surface charge. This study has helped to improve our knowledge on the potential application of functional granular media for microbial removal.
Aldehyde production by cells of a methanol utilizing yeast, Hansenula nonfermentans KYP-1 was improved when they were grown in a methanol-limited continuous culture, in comparison with cells grown in a batch culture. A higher cell yield was also obtained in continuous culture than in batch culture. This could be due to the fact that a lower methanol concentration was maintained in the jar fermentor to minimize growth inhibition by methanol. A maximum cell productivity of 0.219 g.$liter^{-1}.hr^{-l}$ and a cell yield of 47% were obtained at dilution rates of 0.1 $hr{-1}$ and 0.06 hr{-1}, respectively. The greatest amount of aldehyde was measured at a dilution rate of 0.08 $hr{-1}$. Under optimum reaction conditions, 915.7 mM of acetaldehyde was produced from 1.5 M ethanol after 21 hours reaction, with a conversion rate of 61%. Propionaldehyde and acrolein were produced with conversion rates of 32.7% and 44%, respectively.
Vo, Nguyen Xuan Que;Kang, Ho-Jeong;Park, Joon-Hong
Environmental Engineering Research
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v.12
no.5
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pp.231-237
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2007
The microbial eco-physiology has been the vital key of microbial ecological research. Unfortunately, available methods for direct identity of microorganisms and for the investigation of their activity in complicated community dynamics are limited. In this study, metagenomics was considered as a promising functional genomics tool for improving our understanding of microbial eco-physiology. Its potential applications and challenges were also reviewed. Because of tremendous diversity in microbial populations in environment, sequence analysis for whole metagenomic libraries from environmental samples seems to be unrealistic to most of environmental engineering researchers. When a target function is of interest, however, sequence analysis for whole metagenomic libraries would not be necessary. For this case, nucleic acids of active populations of interest can be selectively gained using another cutting-edge functional genomic tool, SIP (stable isotope probing) technique. If functional genomes isolated by SIP can be transferred into metagenomic library, sequence analysis for such selected functional genomes would be feasible because the reduced size of clone library may become adequate for sequencing analysis. Herein, integration of metagenomics with SIP was suggested as a novel functional genomics approach to study microbial eco-physiology in environment.
Kim, In-S.;Chae, Kyu-Jung;Choi, Mi-Jin;Verstraete, Willy
Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.51-65
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2008
The increasing demand for energy in the near future has created strong motivation for environmentally clean alternative energy resources. Microbial fuel cells (MFCs) have opened up new ways of utilizing renewable energy sources. MFCs are devices that convert the chemical energy in the organic compounds to electrical energy through microbial catalysis at the anode under anaerobic conditions, and the reduction of a terminal electron acceptor, most preferentially oxygen, at the cathode. Due to the rapid advances in MFC-based technology over the last decade, the currently achievable MFC power production has increased by several orders of magnitude, and niche applications have been extended into a variety of areas. Newly emerging concepts with alternative materials for electrodes and catalysts as well as innovative designs have made MFCs promising technologies. Aerobic bacteria can also be used as cathode catalysts. This is an encouraging finding because not only biofouling on the cathode is unavoidable in the prolonged-run MFCs but also noble catalysts can be substituted with aerobic bacteria. This article discusses some of the recent advances in MFCs with an emphasis on the performance, materials, microbial community structures and applications beyond electricity generation.
Electrochemically active bacteria were successfully enriched in an electrochemical cell using a positively poised working electrode. The positively poised working electrode (+0.7 V vs. Ag/AgCl) was used as an electron acceptor for enrichment and growth of electrochemically active bacteria. When activated sludge and synthetic wastewater were fed to the electrochemical cell, a gradual increase in amperometric current was observed. After a period of time in which the amperometric current was stabilized (generally 8 days), linear correlations between the amperometric signals from the electrochemical cell and added BOD (biochemical oxygen demand) concentrations were established. Cyclic voltammetry of the enriched electrode also showed prominent electrochemical activity. When the enriched electrodes were examined with electron microscopy and confocal scanning laser microscopy, a biofilm on the enriched electrode surface and bacterium-like particles were observed. These experimental results indicate that the electrochemical system in this study is a useful tool for the enrichment of an electrochemically active bacterial consortium and could be used as a novel microbial biosensor.
This study evaluated microbial risk that could develop within soil microbial communities after amended with organic fertilizers from stabilized swine manure waste. For this purpose, we assessed the occurrences and competitiveness of antibiotic resistance and pathogenicity in soil microbial communities that were amended with swine manure wastes stabilized by a traditional lagoon fermentation process and an autothermal thermophilic aerobic digestion process, respectively. According to laboratory cultivation detection analysis, soil applications of the stabilized organic fertilizers resulted in increases in absolute abundances of antibiotic resistant bacteria and of two tested pathogenic bacteria indicators. The increase in occurrences might be due to the overall growth of microbial communities by the supplement of nutrients from the fertilizers. Meanwhile, the soil applications were found to reduce competitiveness for various types of antibiotic resistant bacteria in the soil microbial communities, as indicated by the decrease in relative abundances (of total viable heterotrophic bacteria). However, competitiveness of pathogens in response to the fertilization was pathogens-specific, since the relative abundance of Staphylococcus was decreased by the soil applications, while the relative abundance of Salmonella was increased. Further testes revealed that no MAR (multiple antibiotic resistance) occurrence was detected among cultivated pathogen colonies. These findings suggest that microbial risk in the soil amended with the fertilizers may not be critical to public health. However, because of the increased occurrences of antibiotic resistance and pathogenicity resulted from the overall microbial growth by the nutrient supply from the fertilizers, potential microbial risk could not be completely ruled out in the organic-fertilized soil samples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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