We investigated the structure of bacterial communities present in livestock manure-based composting processes and evaluated the bacterial succession during the composting processes. Compost samples were derived separately from swine manure, dairy manure and sewage sludge. The structure of the bacterial community was analyzed by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE) using universal eubacterial primers. The genus Bacillus and related genera were mainly detected following the thermophilic composting phase of swine and dairy manure composts, and the members of the phylum Bacteroidetes were mainly detected in the cattle manure waste-based and sewage sludge compost. We recovered and sequenced limited number of the bands; however, the PCR-DGGE analysis showed that predominant diversities during the composting processes were markedly changed. Although PCR-DGGE analysis revealed the presence of different phyla in the early stages of composting, the members of the phylum Firmicutes and Bacteroidetes were observed to be one of the predominant phyla after the thermophilic phase.
Aromatic L-amino acid transaminase is an enzyme that is able to transfer the amino group from L-glutamate to unnatural aromatic ${\alpha}-keto$ acids to generate ${\alpha}-ketoglutarate$ and unnatural aromatic L-amino acids, respectively. Enrichment culture was used to isolate thermophilic Bacillus sp. T30 expressing this enzyme for use in the synthesis of unnatural L-amino acids. The asymmetric syntheses of L-homophenylalanine and L-phenylglycine resulted in conversion yields of >95% and >93% from 150 mM 2-oxo-4-phenylbutyrate and phenylglyoxylate, respectively, using L-glutamate as an amino donor at $60^{\circ}C$. Synthesized L-homophenylalanine and L-phenylglycine were optically pure (>99% enantiomeric excess) and continuously pre-cipitated in the reaction solution due to their low solubility at the given reaction pH. While the solubility of the ${\alpha}-keto$ acid substrates is dependent on temperature, the solubility of the unnatural L-amino acid products is dependent on the reaction pH. As the solubility difference between substrate and product at the given reaction pH is therefore larger at higher temperature, the thermophilic transaminase was successfully used to shift the reaction equilibrium toward rapid product formation.
본 실험은 농가 관행인 굴삭기를 이용한 뒤집기와 교반기 시제품를 이용한 뒤집기와의 비교 시험을 통해 발효단계별 배지의 특성을 조사하였다. 배지내 온도변화는 굴삭기를 이용한 3차 뒤집기까지는 처리간에 온도의 변화 차이가 거의 없었지만, 4차와 5차 뒤집기에서는 교반기 시제품을 이용하여 뒤집기를 한 처리구에서 온도 상승이 빨라지는 경향을 보였다. 야외발효 단계에서 배지에는 고온성 세균 (Bacillus spp.), 방선균, 형광성 Pseudomonas 속, 사상균 등 다양한 미생물들이 분포하였고, 특히 배지발효 과정에서 배지의 분해와 발열에 호기성 세균의 분포는 2차 뒤집기에서 가장 높은 밀도를 보였고, 발효가 진행되면서 밀도는 감소하는 경향을 보였다. 교반기를 활용한 배지의 호기성 세균과 형광성 Pseudomonas 속은 굴삭기 뒤집기와 뚜렷한 차이가 없었고, 고온성 세균과 고온성 방선균은 교반기 뒤집기에서 조금 높은 밀도를 보였다. 처리별 볏짚의 길이는 교반기 시제품을 사용하였을 경우 조금 짧았고, 수분함량도 교반기 시제품을 사용하였을 때 낮았다. pH와 EC는 처리 간에 뚜렷한 차이를 보이지 않았으며, L값과 a, b값은 교반기 시제품으로 뒤집기가 진행될수록 높아지는 경향을 보였다.
퇴비화 과정은 유기성 폐기물을 비료와 같은 유용한 자원으로 전환하는 생물학적 과정이다. 본 연구에서는 음식 물 쓰레기를 2달 동안 퇴비화시켜 세균군집의 변화를 조사하였다. 온도의 변화를 기준으로 하여 퇴비화 과정은 1단계($2\sim55^{\circ}C$), 2단계($55\sim97^{\circ}C$), 3단계($50\sim89^{\circ}C$)로 나뉘었다. 각 단계별 총세균수는 1단계 $1.66\times10^{11}$ cell/g, 2단계 $0.29\times10^{11}$ cell/g, 3단계 $0.28\times10^{11}$ cell/g으로 관찰되었다. 또한 총세균수에 대한 고온미생물의 비율은 초기에 33% 였으나 2단계 시료에서 최대비율인 89%로 증가하였다. 16S rRNA 유전자를 대상으로 T-RFLP 방법과 염기서열 분석방법을 이용하여 세균군집의 구조가 퇴비화 과정에 따라 변화됨을 확인할 수 있었다. 초고온인 2단계의 세균군집의 발달은 스타터 접종의 영향을 받았으며, Bacillus 및 Pseudomonas와 유연관계가 가까운 세균군집이 퇴비화 과정을 이끄는 주요 미생물임을 확인하였다.
내알카리성 및 내열성 xylanase를 생산하는 토양분리균인 Bacillus stearothermophilus의 chromosomal DNA와 pBR322 plasmid DNA의 HindIII 절단 DNA 단편을 ligation 시켜 E.coli HB101들 형질전환, 약 5천개의 형질전환체를 얻었으며 이들 중에서 세개의 xylanase 양성 형질전환체를 분리하였다. 상기 세 xylanase 양성 형질전환체들로부터 분리한 제조합 plasmid(pMG11, pMG12 및 pMG13)는 다 같이 xylanase 활성과 관계되는 B.stearothermophilus 유래의 동일 4kb 외래 DNA를 가지고 있었으나, pMG13은 외래 DNA의 삽입 방향만이 다름을 확인하였다.
전국 각지에서 채집한 토양과 두엄에서 분리한 25종의 내열성 균주 중 내열성 단백질 가수분해효소 활성을 갖는 균주 DF 218을 선별하였다. 본 균주는 Gram 양성 간균의 특징을 나타냈으며 Bergey's manual of systematic bacteriology와 Biochemical tests for identification of medical bacteria에 준하여 생화학적 특성을 검토한 결과 catalase 양성, 포자형성, motility 양성, glucose 발효, hemolysis ${\beta}$균임을 나타내어 Bacillus sp.으로 추정되었다. 165 rDNA sequence 분석 결과 DF 218 균주는 Bacillus flexus과 sequence가 95% 일치하는 유사성을 보였으나 gene bank data base 상에서 165 rDNA sequence가 일치하는 균주는 검색되지 않았다. 이 같은 실험 결과에 따라 strain DF 218은 기존에 발표되지 않은 새로운 균주로 판단되어 Bacillus sp. DF 218로 명명하였다. Bacillus sp. DF 218은 1% trypton, 1% NaCl, 1% glucose의 배지조성과 배양은도 $60^{\circ}C$에서 32시간동안 배양하였을 때 최대의 단백질 분해효소를 생산하였다. Bacillus sp. DF 218로부터 단백질 분해효소를 acetone으로 침전시키고 DEAE-sepharose column chromatography를 통하여 효소를 정제하고 정제된 단백질을 SDS-PAGE를 통해 분석한 결과 61kDa 크기의 단일 band를 확인할 수 있었다. 이 효소의 최적 반응온도는 $60^{\circ}C$이었으며 최적 pH는 7.5로 측정되었다.
B. Stearothermophilus 단백질 분해 효소는 2가 금속 이온인 $Ca^{2+}$에 의하여 내열성이 향상되며 $75^{\circ}C$에서 최대 역가를 나타내었다. 2mM $Ca^{2+}$를 첨가하여 B. Stearothermophilus를 이용한 호열 ${\cdot}$ 호기성 소화공정 운전할 경우 각각 최대량 대비 51%와 27%의 DOC 및 세포외단백질의 분해가 이루어지는 것을 확인하였다.
Thermophilic microorganisms capable of producing chitinase enzymes were screened from samples collected from several crater and geothermal areas. The chitinolytic microorganisms were grown in a selective medium containing colloidal chitin. The Bacillus K29-14 isolate was found to exhibit the highest chitinase and chitin deacetylase activities. When grown in a chitin-containing medium, the isolate produced extracellular chitinase after 24 h of incubation. The optimum temperature and pH for the chitinase were $55^\circ{C}$ and pH 7, respectively, while those for the chitin deacetylase were $55^\circ{C}$ and pH 8, respectively. The thermostable chitinase and chitin deacetylase also retained 80- 90% of their activity after incubation for 5 h at $70^\circ{C}$. The divalent cations $CoCl_2\;and\;NiCl_2$, increased the chitinase activity, while $ZnCl_2$, inhibited the enzyme. The chitin deacetylase was also activated by the presence of $MgCl_2$ and inhibited by $MnCl_2,\;NiCl_2,\;and\;CaCl_2$. A zymogram analysis revealed several forms of chitinase, with a 67 kDa form being the major enzyme.
A systematic investigation was performed on the bacterial, Bacillus, fungal, and yeast communities of the three types of Daqu (mechanically prepared, manually prepared, and mixed prepared) used in Baiyunbian Company by reconditioning PCR-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE). The DGGE results showed that the microbes in the three types of Daqu were mainly thermotolerant and thermophilic microbes, and the most dominant bacterial species were Bacillus and Virgibacillus, followed by Lactobacillus and Trichococcus. Furthermore, the dominant fungi were found to be molds, such as Rasamsonia, Penicillium, Aspergillus, and Monascus, and the dominant yeasts were Saccharomyces cerevisiae, Saccharomycopsis fibuligera, Pichia anomala, and Debaryomyces hansenii. In general, the three types of Daqu showed slight differences in microbial communities, and the Shannon indexes (H') of the manually prepared and mechanically prepared Daqu were similar. The results suggest that mechanically prepared Daqu can replace manually prepared Daqu in liquor production, and this research provides useful information for liquor production and process improvement.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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