시안세균(Anabaena cylindrica)의 생장을 효과적으로 억제하는 세균을 분리하여 NG-2로 구분하였다. 이 세균은 그람 음성의 막대형 세균으로서 1.3∼$1.8{\times}0.35{\mu}m$ 정도의 크기를 보였으며, 카탈라제와 옥시다제 양성 반응을 나타내었고, 35∼$40^{\circ}C$아 pH 9.0의 적정생장 조건을 보였다. A.cylindrica의 NG-2를 JM 배지에서 혼합배양할 경우 두 미생물군은 서로 반비례적으로 성장하였으며, 24시간 이내에 A. cylindrica의 영양세포가 거의 완전히 소멸하였다. NG-2는 빛이 있는 조건에서만 효과적으로 A. cylindrica를 분해하였는데, 이는 NG-2의 A. cylindrica 분해활성이 숙주의 광합성 작용에 매우 의존적임을 의미한다. 분리세균의 A. cylindlica 분해작용을 현미경으로 관찰한 결과 NG-2는 숙주세포에 부착하지 않고 배지 내에 산재한 상태에서 영양세포를 분해하였으며, 이형세포는 분해되지 않았다. 또한 영양세포의 세포벽이 분해되면 분해세균들이 filament 주위에 집중적으로 부착하는 콜로니를 형성함으로써 A. cylindrica를 완전히 분해하는 것이 확인되었다. A. cylindrica에 대한 NG-2의 분해활성은 인공배지 뿐만 아니라 강물에서도 유사한 결과를 나타내었다. 또한 발포 polystyrene 재질의 bead에 세균을 부착함으로써 A. cylindrica 분해 효율을 더 상승시킬 수 있었다.
Loess, PAC, MACF and plants were applied to the control of the phytoplankton bloom in laboratory and in field, In field experiment using oil fence, 5ppm concentration of coagulant(PAC) was observed to be effective in controlling the cyanobacterial bloom, resulting in 90% removal of cyanobacteria and phytoplankton from the water column, hi case of Synedra sp., however, only 50% of biomass decreased with the same PAC concentration. MACF(micro-air bubble coagulation and floating), a kind of physicochemical method, was applied to the column of the Kyongan stream and resulted in over 80% chlorophyll a and 73.5% TP removal, Chlorophyll a and total phosphorus were effectively removed from water body when 2.0 g/L of loess with the particle radius of 125 ${\mu}m$ was inputted. In case of experiments involving plants, big cone pine, gingko, and pine needle were observed to be effective in restraining phytoplankton bloom at 0.5g/200ml level. During a field test done at Kyungan stream, where Microcystis heavily occurred, Pine needle and big cone pine were observed to be effective on suppressing algal growth.
Fusaricidin analogs, produced by Paenibacillus polymyxa, were tested for selective control of a major bloom-forming cyanobacterium, Microcystis sp. Fusaricidin (A and B mixtures) and four analogs were isolated from P. polymyxa E681 and investigated for their inhibition of cyanobacterial cell growth. Among the four fusaricidin analogs, fraction 915 Da (designated as Fus901) showed growth inhibition activity for Microcystis aeruginosa but not for Anabaena variabilis and Scenedesmus acutus. Microcystin concentration decreased up to 70% and its content per cell also decreased over 50% after 3 days. Fusaricidin exhibited growth inhibition against Gram-positive bacteria but Fus901 did not. Molecular weights of fusaricidin A and B were 883 Da and 897 Da, whereas that of Fus901 was 915 Da. Structure analysis by a ring-opening method revealed a linear form for Fus901. Expression of the pod gene related to oxidative stress was increased 2.1-fold by Fus901 and that of mcyD decreased up to 40%. These results indicate that Fus901 exerts oxidative stress against M. aeruginosa. Thus, Fus901 can be used as a selective cyanobactericide without disturbing the ecological system and could help in decreasing the microcystin concentration.
남조류 물꽃현상이 나타나는 일본의 Suwa호에서 방류수를 통해 하류하천 (Tenryu강과 Nishitenryu 수로)으로 유출된 남조류세포와 남조류 독소 (microcystin-LR,-RR, YR)의 유하과정에서의 변동을 1998년 5월부터 10 월까지 조사하였다. 하천 내 모든 지점에서 식물플랑크톤 종조성은 상류의 호수와 일치하였다. 6월과 7월에 우점한 남조류는 M. ichthyoblabe였고, 8월부터 증가한 M. viridis는 10월까지 우점종이었다. Microcystin은 남조류의 현존량이 증가한 7월부터 검출되기 시작하여 남조류 세포밀도의 계절변동에 따라 농도가 변동하였으며, 3종류 microcystin의 조성변화는 남조류 종조성과 관련이 있었다. Microcystis. ichthyoblabe가 우점한 7월에는 MC-RR과 -LR만이 검출된 반면, M. viridis가 우점한 8월 부터 10월까지는 3종류의 microcystin이 모두 검출 되었다. Microcystin은 호수로부터 32 km 떨어진 하류지점에서도 3.2${\sim}$0.3 ${\mu}$g/l의 농도로 검출되었다. Tenryu강 지점 2와 지점 5사이의 29 km 구간 (유하시간 11시간)에서 세포밀도와 microcystin 농도의 감소율은 각각 73%, 72%이었고, 희석에 의한 세포밀도와 microcystin 농도의 감소율이 각각 61%와 57%로서 감소요인의 대부분을 차지하였다. 인공수로에서는 자연하천보다 남조류 세포와 독소의 제거율이 더 낮았다. 이러한 결과들은 남조류가 번성한 부영양호의 하류하천에서는 먼 거리까지 남조류의 독소가 전달되어 공중보건에 위해성을 줄 수 있음을 보여 주고 있다.
Cyanotoxins in aquatic ecosystems have been investigated by many researchers worldwide. Cyanotoxins can be classified according to toxicity as neurotoxins (anatoxin-a, anatoxin-a(s), saxitoxins) or hepatotoxins (microcystins, nodularin, cylindrospermopsin). Microcystins are generally present within cyanobacterial cells and are released by damage to the cell membrane. Cyanotoxins have been reported to cause adverse effects and to accumulate in aquatic organisms in lakes, rivers and oceans. Possible pathways of microcystins in Lake Suwa, Japan, have been investigated from five perspectives: production, adsorption, physiochemical decomposition, bioaccumulation and biodegradation. In this study, temporal variability in microcystins in Lake Suwa were investigated over 25 years (1991~2015). In nature, microcystins are removed by biodegradation of microorganisms and/or feeding of predators. However, during water treatment, the use of copper sulfate to remove algal cells causes extraction of a mess of microcystins. Cyanotoxins are removed by physical, chemical and biological methods, and the reduction of nutrients inflow is a basic method to prevent cyanobacterial bloom formation. However, this method is not effective for eutrophic lakes because nutrients are already present. The presence of a cyanotoxins can be a potential threat and therefore must be considered during water treatment. A complete understanding of the mechanism of cyanotoxins degradation in the ecosystem requires more intensive study, including a quantitative enumeration of cyanotoxin degrading microbes. This should be done in conjunction with an investigation of the microbial ecological mechanism of cyanobacteria degradation.
Ve Van Le;So-Ra Ko;Mingyeong Kang;Seonah Jeong;Hee-Mock Oh;Chi-Yong Ahn
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제33권11호
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pp.1428-1436
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2023
The three Gram-negative, catalase- and oxidase-positive bacterial strains RS43T, HBC28, and HBC61T, were isolated from fresh water and subjected to a polyphasic study. Comparison of 16S rRNA gene sequence initially indicated that strains RS43T, HBC28, and HBC61T were closely related to species of genus Curvibacter and shared the highest sequence similarity of 98.14%, 98.21%, and 98.76%, respectively, with Curvibacter gracilis 7-1T. Phylogenetic analysis based on genome sequences placed all strains within the genus Curvibacter. The average nucleotide identity (ANI) and digital DNA-DNA hybridization (dDDH) values between the three strains and related type strains supported their recognition as two novel genospecies in the genus Curvibacter. Comparative genomic analysis revealed that the genus possessed an open pangenome. Based on KEGG BlastKOALA analyses, Curvibacter species have the potential to metabolize benzoate, phenylacetate, catechol, and salicylate, indicating their potential use in the elimination of these compounds from the water systems. The results of polyphasic characterization indicated that strain RS43T and HBC61T represent two novel species, for which the name Curvibacter microcysteis sp. nov. (type strain RS43T =KCTC 92793T=LMG 32714T) and Curvibacter cyanobacteriorum sp. nov. (type strain HBC61T =KCTC 92794T=LMG 32713T) are proposed.
A psychrotolerant cyanobacterium, Nodularia spumigena KNUA005, was isolated from a cyanobacterial bloom sample collected near Dasan Station in Ny-${\AA}lesund$, Svalbard Islands during the Arctic summer season. To generate an axenic culture, the isolate was subjected to three purification steps: centrifugation, antibiotic treatment and streaking. The broad antibacterial spectrum of imipenem killed a wide range of heterotrophic bacteria, while the cyanobacterium was capable of enduring both antibiotics, the remaining contaminants that survived after treatment with imipenem were eliminated by the application of an aminoglycoside antibiotic, kanamycin. Physical separation by centrifugation and streaking techniques also aided axenic culture production. According to the cold-tolerance test, this mat-forming cyanobacterium was able to proliferate at low temperatures ranging between 15 and $20^{\circ}C$ which indicates the presence of cold-tolerance related genes in N. spumigena KNUA005. This suggests the possibility of incorporating cold-resistance genes into indigenous cyanobacterial strains for the consistent production of algae-based biofuel during the low-temperature seasons. Therefore, it is needed to determine the cold-tolerance mechanisms in the Arctic cyanobacterium in the next research stage.
Carbon biomass of plankton community, Total Organic Carbon (TOC) and Chlorophyll a (chl.a) concentration were examined in the SeoNakdong river from January to December in 2014, to assess composition of phyto- and zoo-plankton variation, to certify the correlation between chl.a and TOC and to determine the level of contribution of plankton carbon content to TOC in the reservoir-river ecosystem. The correlation level between TOC and chl.a was low in the year 2014 but exceptionally was highly correlated only during the period with cyanobacterial bloom. The high level of contribution of plankton carbon content to TOC was attributed to cyanobacterial carbon biomass from May to November and to Cladocera carbon biomass from March to May, November and December despite of its low abundance. These results suggest that there were inter-relationships between phytoplankton, zooplankton and TOC and also subtle consistency of their properties through the year. These patterns should be discussed in relation to the physiochemical and biological characteristics of the environment, as well as to allochthonous organic matters from non-point pollution sources.
잡식성 어류 붕어(Carassius auratus)의 섭식활동에 퇴적물과 독성남조 Microcystis aeruginosa의 영향을 파악하기 위하여 실내 및 현장 mesocosm실험을 실시하고 어류에 의한 식물플랑크톤과 수질변화를 각각 조사하였다. 퇴적물 실험은 실내 수조(7 L)에서 남조발생 저수지(일감호, 서울)의 현장수와 퇴적물을 이용하였고, 독성남조 실험은 독성(NIES-298) 및 비독성(NIES-101) 남조 M. aeruginosa를 이용하였다. 현장 mesocosm실험은 남조 발생이 극심하였던 2005년 7월에 저수지 연안에 총 9개 mesocosm를 설치하고 어류를 밀도별 처리한 다음 식물플랑크톤 밀도와 수질변화를 조사하였다. 모든 실험은 3회씩 반복으로 실시하였다. 실험결과, 퇴적물이 없는 수조에서는 Chl-a의 감소를 보였으나 퇴적물 수조에서는 오히려 Chl-a의 증가를 보였으며, 독성에 상관없이 뚜렷한 M. aeruginosa 제어능을 나타냈다. 현장 mesocosm 실험에서는 비교적 세포크기가 큰 macrophytoplankton (>$50{\mu}m$)를 선호한 반면 나머지 플랑크톤(<$2{\mu}m,\;2{\sim}20{\mu}m,\;20{\sim}50{\mu}m$)은 오히려 성장을 촉진하였다. 영양염은 조류밀도가 높은 조건에서 어류 도입 이후 암모니아의 급격한 증가를 보였다. 따라서 잡식성 어류인 붕어는 남조독성에 상관없이 도입초기 일시적으로 조류제어능을 보이지만 퇴적물 교란 및 영양염 배출로 인하여 현장 조건보다 퇴적물이 적은 정수장이나 생물관리가 가능한 조건에서 제한적으로 적용하는 것이 타당할 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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