• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제31권8호
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• pp.1123-1133
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• 2021

Biodegradation is the key process involved in natural lignocellulose biotransformation and utilization. Microbial consortia represent promising candidates for applications in lignocellulose conversion strategies for biofuel production; however, cooperation among the enzymes and the labor division of microbes in the microbial consortia remains unclear. In this study, metagenomic analysis was performed to reveal the community structure and extremozyme systems of a lignocellulolytic microbial consortium, TMC7. The taxonomic affiliation of TMC7 metagenome included members of the genera Ruminiclostridium (42.85%), Thermoanaerobacterium (18.41%), Geobacillus (10.44%), unclassified_f__Bacillaceae (7.48%), Aeribacillus (2.65%), Symbiobacterium (2.47%), Desulfotomaculum (2.33%), Caldibacillus (1.56%), Clostridium (1.26%), and others (10.55%). The carbohydrate-active enzyme annotation revealed that TMC7 encoded a broad array of enzymes responsible for cellulose and hemicellulose degradation. Ten glycoside hydrolases (GHs) endoglucanase, 4 GHs exoglucanase, and 6 GHs β-glucosidase were identified for cellulose degradation; 6 GHs endo-β-1,4-xylanase, 9 GHs β-xylosidase, and 3 GHs β-mannanase were identified for degradation of the hemicellulose main chain; 6 GHs arabinofuranosidase, 2 GHs α-mannosidase, 11 GHs galactosidase, 3 GHs α-rhamnosidase, and 4 GHs α-fucosidase were identified as xylan debranching enzymes. Furthermore, by introducing a factor named as the contribution coefficient, we found that Ruminiclostridium and Thermoanaerobacterium may be the dominant contributors, whereas Symbiobacterium and Desulfotomaculum may serve as "sugar cheaters" in lignocellulose degradation by TMC7. Our findings provide mechanistic profiles of an array of enzymes that degrade complex lignocellulosic biomass in the microbial consortium TMC7 and provide a promising approach for studying the potential contribution of microbes in microbial consortia.

• Ocean Science Journal
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• 제40권3호
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• pp.145-153
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• 2005

Variation in the microbial biomass and community structure found in sediment of heavily polluted bays and the adjacent unpolluted areas were examined using phospholipid fatty acid analysis. Total microbial biomass and microbial community structure were responding to environmental determinants, sediment grain size, depth of sediment, and pollution due to petroleum hydrocarbons. The marker fatty acids of microeukaryotes and prokaryotes - aerobic, anaerobic, and sulfate-reducing bacteria - were detected in sediments of the areas studied. Analysis of the fatty acid profiles revealed wide variations in the community structure in sediments, depending on the extent of pollution, sediment depth, and sediment grain size. The abundance of specific bacterial fatty acids points to the dominance of prokaryotic organisms, whose composition differed among the stations. Fatty acid distributions in sediments suggest the high contribution of aerobic bacteria. Sediments of polluted sites were significantly enriched with anaerobic bacteria in comparison with clean areas. The contribution of this bacterial group increased with the depth of sediments. Anaerobic bacteria were predominantly present in muddy sediments, as evidenced from the fatty acid profiles. Relatively high concentrations of marker fatty acids of sulfate-reducing bacteria were associated with organic pollution in this site. Specific fatty acids of microeukaryotes were more abundant in surface sediments than in deeper sediment layers. Among the microeukaryotes, diatoms were an important component. Significant amounts of bacterial biomass, the predominance of bacterial biomarker fatty acids with abundance of anaerobic and sulfate-reducing bacteria are indicative of a prokaryotic consortium responsive to organic pollution.

• KSBB Journal
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• 제17권1호
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• pp.80-87
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• 2002

유기물 제거뿐만 아니라 안정적으로 질소와 인의 동시 제거를 위한 순환식 생물막 반응기를 제작, 운전하여 최적의 운전 인자를 도출하고, 질소 제거의 텃 번째 단계인 질산화 및 뒤이은 탈질에 관여하는 미생물들의 군집 구조 분석을 수행하였다. 유기물 제거와 질소와 인의 동시 제거를 위한 순환식 생물막 반응기는 143일 동안 운전되었다. 이 결과 $COD_{cr},\;BOD_5$, SS의 경우 각각 88, 88, 97%의 평균 제거효율을 보였다 이 기간 중 질산화율은 약 96% 정도로 유입 ${{NH_4}^{+}}_{-}N$의 대부분이 제거됨을 보였다. 하지만 탈질율은 평균 45% 정도로 나타났다. 반응기로 유입되는 총 인의 경우 약 44%가 제거되었다. 질소제거의 첫 번째 단계인 질산화가 일어나는 호기성 반응조 내 질산화 미생물의 경우 FISH 관찰 결과, 주요 암모니아 산화균 및 아질산 산화균으로는 Nitrosomonas spp.와 Nitrospira sap.가 관찰되었다. 또한 탈질 반응이 일어나는 준혐기성 반응조에서는 Rhodobacter, Rhodovulum, Roseebacter 그리고 Paracoccus 속에 속하는 탈질 미생물들이 전체 미생물의 약 10~20% 정도를 차지하며 분포하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권9호
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• pp.1193-1201
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• 2012

The analysis and quantification of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) is crucial, as they initiate the biological removal of ammonia-nitrogen from sewage. Previous methods for analyzing the microbial community structure, which involve the plating of samples or culture media over agar plates, have been inadequate because many microorganisms found in a sewage plant are unculturable. In this study, to exclusively detect AOB, the analysis was carried out via denaturing gradient gel electrophoresis using a primer specific to the amoA gene, which is one of the functional genes known as ammonia monooxygenase. An AOB consortium (S1 sample) that could oxidize an unprecedented 100% of ammonia in 24 h was obtained from sewage sludge. In addition, real-time PCR was used to quantify the AOB. Results of the microbial community analysis in terms of carbon utilization ability of samples showed that the aeration tank water sample (S2), influent water sample (S3), and effluent water sample (S4) used all the 31 substrates considered, whereas the AOB consortium (S1) used only Tween 80, D-galacturonic acid, itaconic acid, D-malic acid, and $_L$-serine after 192 h. The largest concentration of AOB was detected in S1 ($7.6{\times}10^6copies/{\mu}l$), followed by S2 ($3.2{\times}10^6copies/{\mu}l$), S4 ($2.8{\times}10^6copies/{\mu}l$), and S3 ($2.4{\times}10^6copies/{\mu}l$).

• 대한환경공학회지
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• 제31권10호
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• pp.919-926
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• 2009

혐기성 암모늄 산화공정을 안정화시키기 전에 많은 양의 식종 미생물 투여가 필요하므로 혐기성 암모늄 산화균의 농후배양은 실규모의 혐기성 암모늄 산화 반응기를 운영할 때 필수적인 과정이다. 본 연구에서는 활성슬러지 미생물을 식종한 연속 회분식 반응기를 이용하여 혐기성 암모늄 산화균을 농후배양하고, 미생물 군집구조의 변화를 관찰하여 농후배양 결과를 검증하였다. 혐기성 암모늄 산화균의 농후배양은 70일간 시행되었고, 농후배양 후 활성시험에서 $NH_4\;^+$와 $NO_2\;^-$의 기질제거효율이 각각 98.5%와 90.7%로 관찰되어 혐기성 암모늄 산화균의 배양이 성공적으로 수행된 것으로 판단되었다. 계통분류학적 분지도 작성 결과, 다양하였던 Planctomycetes 문(phylum)의 미생물 군집구조가 농후배양 이후에 현저하게 단순해졌다는 것이 밝혀졌다. 농후배양 이후 발견된 36개의 clone들 모두가 혐기성 암모늄 산화균이었으며, Candidatus Brocadia (36%) 와 Candidatus Anammoxoglobus (64%) 속(genus)에 속하였다. RTQ-PCR (real-time quantitative PCR)을 통해 혐기성 암모늄 산화균을 정량한 결과, 혐기성 암모늄 산화 상향류식 연속 배양기에서 1년 이상 선택 배양된 붉은색 혐기성암모늄 산화 입상 슬러지에 비해 혐기성 암모늄 산화균의 16S rDNA 농도가 74.8%인 것으로 나타났다. 상기의 분자생물학적 분석을 통해 70일간 농후배양된 활성슬러지가 혐기성 암모늄 산화 실용화 공정의 접종 미생물로 활용 가능할 것으로 판단되었다.

• 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.

• 미생물학회지
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• 제54권4호
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• pp.369-378
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• 2018

본 연구는 순환여과양식시스템(RAS)에 있어서 복합프로바이오틱스의 적용이 넙치의 성장과 병저항성에 미치는 영향과 이 프로바이오틱스를 RAS에 생물증강처리 시 미생물군집 구조 및 수질에 미치는 영향을 평가하고자 실시하였다. RAS 내에서 80미의 넙치치어($25.7{\pm}7.6g$; $15.2{\pm}1.7cm$)에 프로바이오틱스 CES-AQ1를 첨가하여 사료를 제조하여(CES 사료; $1{\times}10^9\;CFU/kg$) 8주일 동안 급이하였다. 이 경우 넙치의 증체율, 비성장속도, 사료효율, 및 단백질 전환효율은 비유수식 양식시스템에 있어서 CON, PI 및 OTC 사료를 처리한 경우에 비해 1.5~2.5배 정도 높게 나타났다. 1주일간 병원균 저항성 시험에 있어서 비유수식에서 항생제함유 사료(OTC)를 급이한 경우와 RAS에서 CES 사료를 처리한 경우간에는 별 차이가 나타나지 않았다. 따라서 이 CES 프로바이오틱스를 RAS에서 넙치를 양식하는데 있어서 항생제 대용으로 활용할 수 있을 것으로 판단되었다. RAS의 생물여과막에서는 가장 높은 미생물다양성이 나타났으며 암모니아의 산화 및 탈질능을 가진 미생물이 관찰되었고, 병원미생물의 성장억제도 관찰되었다. 더구나 RAS 운전 19일 경과 시 암모니아가 0.5 mg/L이하의 농도로 감소하여 양호한 RAS 수질의 유지에 있어서 프로바이오틱스 처리가 효과가 있음이 밝혀졌다. 사료에 프로바이오틱스(CES-AQ1)를 첨가하여 넙치 장내 미생물이 안정화되고 또한 이 프로바이오틱스를 RAS 양식수에도 처리하여 RAS를 운전할 경우 건강한 넙치의 양식과 양호한 수질을 유지할 수 있어서 경제적이고 환경친화적인 넙치양식이 가능할 것으로 판단되었다.