• 자원환경지질
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• 제47권4호
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• pp.431-439
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• 2014

이 연구의 목적은 KURT(KAERI underground research tunnel) 지하수 내에 금속이온을 환원시키는 미생물의 존재 여부를 확인하고 배양하여, 이들의 활동에 따른 철과 망간 환원의 관찰과 환원물의 광물학적 특성을 연구함으로써, 금속환원미생물에 의한 산화상태로 존재하는 철과 망간의 환원과 광물 상전이 가능성을 확인하는 것이다. KURT 지하수 내 금속을 환원하는 미생물은 전자공여체로 포도당, 초산, 젖산, 개미산, 피루브산을, 전자수용체로 Fe(III)-citrate를 사용하여 농화배양 하였으며, 16S rRNA 분석을 통해 종 다양성을 확인하였다. 농화배양된 금속환원미생물에 의한 철과 망간의 환원과 생광물화작용을 알아보기 위해 전자공여체로 포도당, 초산, 젖산, 개미산, 피루브산을, 전자수용체로 철수산화물인 아카가나이트(akaganeite, ${\beta}$-FeOOH)와 망간산화물(manganese oxide, ${\lambda}-MnO_2$)을 이용하여 금속환원 실험을 실시하였다. 미생물 활동에 의해 형성된 환원물의 광물학적 특성은 SEM, EDX, XRD 분석을 통해 확인되었다. 연구 결과 KURT 지하수에서 금속을 환원하는 혐기성 미생물로는 Fusibacter, Desulfuromonas, Actinobacteria, Pseudomonas sp. 등이 확인되었고, 이 미생물들은 체외에서 철과 망간을 환원하여 이들 광물의 상전이를 확인하였다. 철(Fe)은 $Fe^{3+}$을 포함한 아카가나이트(${\beta}$-FeOOH)에서 $Fe^{2+}/Fe^{3+}$를 포함한 자철석($Fe_3O_4$)으로 환원되었고, 망간(Mn)은 $Mn^{4+}$를 포함한 망간산화물(${\lambda}-MnO_2$)에서 $Mn^{2+}$을 포함한 능망간석($MnCO_3$)으로 환원되었다. 이러한 지하 140 m의 KURT 지하수에서 서식하는 미생물들에 의해 철과 망간이 환원됨은 다른 중금속과 핵종원소의 환원 가능한 환경이 조성되었을 뿐 만 아니라, 미생물에 의하여 환원된 철의 재산화에 의해서도 주변 핵종원소가 환원될 수 있음을 의미한다. 따라서 이러한 직 간접적인 산화-환원 반응에 의해 KURT 지하수 내에서는 금속환원미생물들이 유해금속물질을 침전시켜 이동성을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 고준위 폐기물에서 유해물질의 유출시 핵물질의 확산을 막는데 중요한 역할을 할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국광물학회지
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• 제15권3호
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• pp.231-240
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• 2002

미생물에 의한 금속이온의 환원은 탄소와 금속의 생지화학적 순환에 영향을 줄 뿐만 아니라 또한 금속, 방사성원소, 그리고 유기물로 오염된 지하수와 토양의 정화에 있어서 중요한 역할 가능성을 시사하고 있다. 지구의 극한 환경(예: 심해저 퇴적, 알칼리성 호수 등)에서 서식하는 철환원 박테리아를 분리하여 금속이온의 환원과 광물 형성 등의 실험에 이용하여 본 결과에 의하면, 이들 철환원 박테리아는 Fe(III), Mn(IV), Cr(VI), Co(III), and U(VI)이온 등을 환원시킬 뿐만 아니라, 자철석($Fe_3$$O_4$), 능철석($FeCO_3$), 방해석($CaCO_3$), 능망간석($MnCO_3$), 비비아나이트 [$Fe_3$($PO_4$)$_2$ .$8H_2$O], 우라니나이트(UO) 등의 광물을 형성한다. 철 환원 박테리아에 의한 광물 형성과 금속이온의 환원에 영향을 미치는 주요소는 대기의 조성, 화학 조성, 및 박테리아의 종이다. 호열성 철환원 박테리아는 철수화물과 금속이온(Co, Cr, Ni) 등을 동시에 환원시켜 금속 치환된 자철석을 합성하며, 또한 석탄회 등을 이용하여 탄산염 광물을 형성하여 대기 중의 이산화탄소를 고정하는 역할을 하기도 한다. 따라서 미생물에 의한 금속이온이 환원은 자연계에서 철과 탄소의 지화학적인 순환에 영향 미치며, 또한 미생물에 의한 자철석의 합성은 산업적으로 많은 이용가치가 있을 것으로 본다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제48권3호
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• pp.189-200
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• 2005

생물학적 질소고정과정의 연구는 학문적으로나 산업적으로 매우 중요한 과정이다. 본 총설에서는 공업적 질소고정과 비교되는 생물학적 질소고정의 특징을 간단히 살펴보고, Azotobacter vinelandii에서 연구되고 있는 생물학적 질소고정효소의 특징을 다룬다. 생물학적 질소고정과정은 다양한 생명체에서 일어나며, 최근에는 미생물인 A. vinelandii에 그 작용 메커니즘에 관한 연구가 집중되어 있다. 공기중의 질소를 암모니아로 변환시키는 질소고정은 화학적으로 환원 반응에 해당하므로 전자의 공급이 필요하다. 생물학적 질소고정을 담당하는 질소고정효소는 촉매반응을 위해 생물학적인 환원력을 사용하여 전자를 공급받아, Fe 단백질의 $Fe_4S_4$ cluster와 MoFe 단백질의 P-cluster를 거쳐 질소 환원 반응이 일어나는 FeMo-cofactor로 전달한다. 이러한 전자전달의 과정과 수소이온의 전달 과정은 질소고정효소의 반응 메커니즘 이해에 매우 중요한 과정이며, FeMo-cofactor와 질소분자의 상호작용은 생물학적 질소고정 메커니즘의 중심에 있다. 질소고정 작용 메커니즘의 연구에는 X-선 단백질 결정학, EPR과 $M{\ddot{u}}ssbauer$ 등의 다양한 분광학적 방법과, 효소의 기질과 저해제의 상호작용을 연구하고 mutant와 비교하는 생화학적 접근방법, 그리고 FeMo-cofactor의 모델 화합물을 합성하여 연구하는 화학적 방법 등이 적용되었다. 이들 분야의 최근 연구결과를 소개하며, 마지막으로, 다양한 연구 결과에 바탕하여 새로운 질소고정효소의 작용 기작이 제안하였다.

• 미생물학회지
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• 제48권1호
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• pp.42-47
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• 2012

열수구(Hydrothermal vent)는 빛이 없는 환경에서 생명체의 진화가 일어나는 독특한 환경을 유지하고 있다. 남태평양 Tonga의 Tofua arc의 열수구로부터 퇴적물을 채취하여 산화철[iron(III)], 황(elemental sulfur, $S^0$) 그리고 질산염을 전자수용체로 사용하고, 수소($H_2$), yeast extract를 전자공여체로 사용하여 배양에 의한 미생물의 다양성을 연구하였다. 배양 온도는 각각 $65^{\circ}C$와 $80^{\circ}C$였으며, 연속희석배양법과 16S rRNA 유전자의 PCR-Denaturing Gradient Gel Electrophoresis를 분석하고, 검출된 염기서열의 정보분석을 통하여 고세균을 동정하였다. 16S rRNA 유전자의 계통분류학적 분석 결과 배양된 대부분의 고세균은 Thermococcus 속(T. alcaliphilius, T. litoralis, T. celer, T. barossii, T. thoreducens, T. coalescens)에 속하며 그들과 98-99%의 상동성을 가지고 있었다. Thermococcus 속의 미생물들이 일반적으로 이용할 수 없는 질산염과 산화철을 전자수용체로 첨가한 배양에서 관찰되었으나, 이는 환원제로 첨가한 $Na_2S$의 산화물을 이용하여 성장한 것으로 추정된다. Thermococcus 속에 속하는 고세균 외의 다양한 고세균의 배양을 위해서는 $Na_2S$ 대신 다른 환원제를 사용하는 배양조건의 이용이 요구된다.

• 미생물학회지
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• 제50권3호
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• pp.254-260
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• 2014

황화합물은 혐기성환경에서 혐기성호흡을 위한 매우 중요한 전자수용체이다. 본 연구를 통하여 한국의 다양한 습지에서 배양을 통한 황산염/황-환원세균의 특성연구를 실시하였다. 이를 분리하기 위하여 혐기성 roll tube법을 통해 총 11개의 순수 배양체를 확보하였다. 16S rDNA를 이용한 계통분석 및 상동성 분석을 실시하여 Desulfovibrio 속의 세균 8종, Sulfurospirillum 속의 세균 2종, Desulfitobacterium 속의 세균 1종을 얻을 수 있었다. 이들 황산염/황-환원세균은 모두 lactate와 pyruvate를 전자공여체로 이용하였으며, sulfite and thiosulfate를 전자수용체로 이용할 수 있었다. 앞으로, 다양한 전자공여체와 배양조건을 통하여 유용한 절대혐기성 황산염/황-환원세균의 생물자원 확보에 기여할 것으로 기대된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제10권5호
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• pp.580-586
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• 2000

A soluble Cr(VI) reductase was purified from the Cr(VI) reducing strain Escherichia coli ATCC33456 by ammonium sulfate fractionation, and chromatographies on Q-Sepharose FF, Cibacron blue 3GA dye affinity, Mono-Q 5/5, and Superdex 200 HR 10/30 columns. The estimated molecular mass of the purified enzyme was 27 kDa on SDS-polyacrylamide gel electrophoresis and 54 kDa on gel filtration, thus indicating a dimeric structure. The isoelectric point of the enzyme was pH 4.85. The optimum reaction pH and storage pH were both 7.0, the optimum reaction temperature was $37^{\circ}C$, and the storage temperature was $4^{\circ}C$. NADH and NADPH both served as electron donors for the reductase, with $V_{max}$ of 68.3 ${\mu}M$ Cr(VI)/min/mg protein and Km of 7.6 $\mu$M using HADH, and Vmax of 42.3 ${\mu}M$ Cr(VI)/min/mg protein and Km of 14.6 $\muM$ using NADPH. When 1 mM EDTA was added, the Cr(VI) reducing activity increased 4-fold.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제32권7호
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• pp.2279-2285
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• 2011

The geometries, electronic structures and absorption spectra of the two organic triphenylamine-based dyes TA-St-CA and TA-DM-CA, containing identical electron donors and acceptors but the different conjugated bridges, were studied by density functional theory (DFT) at the B3LYP and PBE1PBE levels, respectively. The influence of para-orientating methoxyl units on the electronic structures and light absorption properties of the dyes and the consequent photovoltaic performance of the dye-sensitized solar cells (DSSCs) were investigated in detail. The results indicate that the introduction of the para-orientating methoxyl units into the conjugated bridge induces the increased absorption wavelength as well as the more negative EHOMO corresponding to the bigger driving force $(E_{I^-/I^-_3}-E_{HOMO})$ for dye reduction, which together improve the photovoltaic performance of TA-DM-CA, although there is a decline of the open circuit voltage caused by the more negative $E_{LUMO}$.

• 한국물환경학회지
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• 제21권6호
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• pp.669-675
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• 2005

Biological nitrate removal from groundwater was investigated in the biofilters packed with both gravel/sand and plastic media. Removal of particles and turbidity were also investigated in the 2-stage biofilter system consisted of biofilter and subsequent sand filter. In the single biofilter packed with gravel and sand, nitrate removal efficiency was dropped with the increase of filtration velocity and furthermore, nitrite concentration increased up to 3.2 mg-N/L at 60 m/day. Denitrification rate at the bottom layer below 25 cm was faster 8 times than upper layer in the up-flow biofilter. Nitrite build-up, due to the deficiency of organic electron donors, occurred at the upper layer of bed. Besides DO concentration and organic carbon, contact time in media was the main factor for nitrate removal in a biofilter. The most of the effluent particles from biofilter was in the range from 0.5 to $2.0{\mu}m$, which resulted in high turbidity of 1.8 NTU. However, sand filter followed by biofilter efficiently performed the removal of particles and turbidity, which could reduce the turbidity of final filtrate below 0.5 NTU. Influent nitrate was removed completely in the 2-stage biofilter and no nitrite was detected.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제11권3호
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• pp.211-216
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• 1983

R. sphaeroides K- 7에 의한 수소생성과 질소고정효소(nitrogenase)와의 연관성을 조사한 결과 수소생성은 질소고정효소에 의해 이루어지는 것으로 나타났다. 또한 수소생성은 수소효소(hydrogenase)와 무관하며 박테리오클로로필의 농도와도 무관한 것으로 나타났다. 글루타민산이 in vivo에서 질소고정효소의 활성도를 조절하는데 중요한 역할을 할 수 있는 것으로 나타났으며 질소개스를 이용해 키운 세균을 글루타민산 존재하로 옮겼을때 보다 큰 정도의 수소생성능 및 질소고정효소 활성도가 나타났다.

• 유기물자원화
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• 제16권3호
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• pp.75-82
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• 2008

상향류 혐기성 슬러지 블랭킷 반응조을 이용한 프로피온산의 처리시 고농도 황산염의 영향을 조사하였다. 반응조의 평균 유기물 부하와 수리학적 체류시간은 $1.2kg \;COD/m^3{\cdot}d$와 1.6일로 유지하였다. 황산염이 없는 조건에서 UASB 반응조의 경우 95%의 COD 제거율을 보였으며 황산염이 $2,000mgSO_4^{2-}/L$로 존재하는 경우 용존 황화물의 영향으로 COD 제거율이 83%로 감소하였다. 메탄 생성균과 황산염 환원균의 경쟁관계를 평가하기 위하여 미생물의 상호작용에 관해 조사하였다. $COD/SO_4^{2-}$ 비가 1인 경우 이용 가능한 전자 수용체의 평균 58%가 메탄 생성균에 의해 이용되며 나머지가 황산염 환원균에 의해 사용되었다. 초산과 프로피온산을 기질로 이용한 비메탄 활성도의 경우 미생물이 기질에 적응함에 따라 증가하였다.