북극 Svalbard 지역 해양 퇴적물의 고세균 amoA 유전자의 다양성 분석

박수제,이성근,Park, Soo-Je,Rhee, Sung-Keun 한국미생물학회 2014 미생물학회지 Vol.50 No.2

북극지역은 지구온난화로 인하여 생태계에 큰 영향을 받고 있다. 본 연구는 북극 Svalbard 지역에서 육지 빙하의 해빙(ice melt)의 영향을 받는 해양퇴적층에서 질산화 과정에 핵심역할을 하는 고세균의 질산화유전자(ammonia monooxygenase, AMO)의 공간적 분포의 변화를 조사하였다. 해빙으로 인한 퇴적물 퇴적속도와 고세균 AMO의 alpha subunit를 코딩하는 amoA 유전자와의 관계를 클론라이브러리 분석을 통하여 분석하였다. 육지와 근접하여 퇴적속도가 가장 빠른 정점(188)에서 고세균 amoA 유전자의 다양성이 육지에서 비교적 먼 지역의 정점(176과 184)에 비해 현저히 낮음을 알 수 있었다. 3 정점의 고세균 amoA 유전자 클론들의 평균 아미노산 서열의 상동성은 94%(염기서열 91%)로 나타났다. 176과 184 정점에서 분석된 고세균 amoA 유전자 클론들 중 약 45%가 Nitosopumilus clade와 근연관계에 있는 반면, 188 지역의 경우 낮은 염농도에서 발견되는 Nitrosoarchaeaum clade와 근연관계에 있는 클론들이 발견되었다. 토양 고세균유래 amoA 유전자는 육지에 근접하여 해빙에 의한 영향을 가장 많이 받는 188정점에서만 발견이 되었다. 본 연구를 통하여, 해빙으로 인하여 육지로부터 운반되는 퇴적물의 량이 증가함에 따라, 해양퇴적층의 질소순환관련 미생물 군집에 변화가 유발되는 것으로 추정되며, 고세균의 amoA 유전자가 해양퇴적층 질소순환생태계 변화의 지표로 이용될 수 있음을 알 수 있었다. The ecosystem of the Arctic region has been increasingly affected by global warming. Archaeal ammonia monooxygenase alpha subunit coding gene (amoA) which is a key enzyme for nitrification was used to investigate the effect of runoff water of ice melt on microbial community of nitrogen cycle. The archaeal amoA genes at coastal area of Svalbard, Arctic region were PCR-amplified and sequenced after clone library construction. Analysis of archaeal amoA gene clone libraries suggested that the station 188 which is in the vicinity to the area of runoff water harbor lower ammonia-oxidizing archaeal diversity than the station 176 and 184. The average amino acid sequence identity within all archaeal amoA gene clones was 94% (with 91% nucleotide sequence identity). While all the clones of the station 188 were affiliated with Nitrosoarchaeaum clade containing strains isolated from low-salinity and terrestrial environments, about 45% of total clones of the station 176 and 184 were related to marine Nitosopumilus clade. Interestingly, other typical archaeal amoA gene clones of thaumarchaeal I.1b clade frequently retrieved from terrestrial environments was identified at station 188. Microbial community of nitrogen cycle in marine sediment might be affected by input of sediments caused by runoff glacier melt waters.

Draft genome sequence of Miniimonas arenae KCTC 19750^T isolated from sea sand

박수제,Park, Soo-Je The Microbiological Society of Korea 2019 미생물학회지 Vol.55 No.3

Actinobacteria 문 Beutenbergiaceae 과에 속하는 Miniimonas arenae KCTC $19750^T$는 해양모래에서 분리되었다. 본 연구에서는 KCTC $19750^T$의 비완전 유전체를 보고한다. 본 유전체는 3,402,690 bp의 크기와 73.6%의 평균 G + C 함량을 지니고 있으며, 2,947개의 단백질 코딩 유전자, 2개의 ribosomal RNA 및 44개의 transfer RNA로 구성되어 있다. 또한, 삼투압과 관련된 유전자를 포함하고 있다. 본 유전체 서열의 가용성은 Miniimonas 속의 유일한 구성원으로KCTC $19750^T$에 대한 더 많은 이해를 제공할 것이다. Miniimonas arenae KCTC $19750^T$ belonging to family Beutenbergiaceae of the phylum Actinobacteria was isolated from sea sand. I report here the draft genome sequence of strain KCTC $19750^T$. The draft genome comprises a size of 3,402,690 bp, a mean G + C content of 73.6%, 2,957 coding sequences, 2 ribosomal RNA genes, and 44 transfer RNA genes. Also, we found that genes involved in osmotic stress response were identified in its genome. The availability of the genome sequences will provide a more understanding of strain KCTC $19750^T$ as a unique member of the genus Miniimonas.

Draft genome sequence of Pseudoalteromonas sp. meg-B1 isolated from marine sediment

박수제,박세욱,Park, Soo-Je,Park, Sewook The Microbiological Society of Korea 2018 미생물학회지 Vol.54 No.3

Gammaproteobacteria에 속하는 Pseudoalteromonas sp. meg-B1을 제주도 해양 퇴적물로부터 분리하였다. 본 연구에서는 대략 4.15 Mb의 크기와 41.2%의 평균 G + C 함량을 가진 meg-B1 균주의 완전한 유전체를 보고한다. 유전체는 3,606개의 코딩 서열, 9개의 리보솜 RNA 및 94개의 전사 RNA 유전자가 존재하며, 한 개의 완전한 프로파지 영역이 발견되었다. 본 유전체는 해양환경에서 생존하기 위한 삼투화합성 용질합성과 관련된 유전자(예, choline dehydrogenase)들이 확인되었다. Pseudoalteromonas sp. meg-B1 belonging to Gammaproteobacteria was isolated from marine sediment in Jeju island. Here, we report the draft genome sequence of strain meg-B1 with a size of approximately 4.15 Mbp and a mean G + C content of 41.2%. The draft genome included 3,606 coding sequences, and 9 ribosomal RNA and 94 transfer RNA genes. In the draft genome, genes (e.g. choline dehydrogenase) involved in the accumulation of compatible solutes required for survival in marine environments have been identified.

Genome sequence of Ochrobactrum anthropi AM3 isolated from compost

이승제,박수제,채종찬,Patil, Kishor Sureshbhai,Lee, Seung Je,Park, Soo-Je,Chae, Jong-Chan 한국미생물학회 2016 미생물학회지 Vol.52 No.4

단일 탄소원과 에너지원으로 리그닌을 이용하여 성장할 수 있는 Ochrobactrum anthropi AM3 균주를 퇴비로부터 분리하였다. 본 연구에서는 AM3 균주로부터 56.2% G+C 함량의 약 5.11 Mb 크기 유전체 염기서열을 결정하였으며 연구 결과는 Ochrobactrum속의 유전적 다양성과 리그닌 분해기작 연구를 위한 유전체 정보를 제공한다. Ochrobactrum anthropi AM3 was isolated for the ability to utilize lignin as a sole carbon and energy source from compost in South Korea. Here we report the 5.11 Mb draft genome of strain AM3 with a G+C content of 56.2%, which is helpful for understanding the genetic diversity among Ochrobactrum spp. and the mechanism of lignin degradation.

Levanoligosaccharide의 장내미생물의 생육에 미치는 생리효과

강수경(Soo-Kyung Kang),박수제(Soo-Je Park),이재동(Jae-Dong Lee),이태호(Tae-Ho Lee) 한국식품영양과학회 2000 한국식품영양과학회지 Vol.29 No.1

Streptomyces sp. 366L로부터 분비되는 levanase의 반응생성물인 levanheptaose의 각종 장내 미생물들에 대한 생육인자로서의 영향을 조사하였다. Levanase를 부분정제하여 기질과 반응시킨 뒤 반응산물을 ethanol 침전법에 의해 고분자물질를 제거하고 Sephadex G-10 column chromatography를 거쳐 levanheptaose를 정제하여 탄소원으로 사용하였다. In vitro 실험에서 0.5% levanheptaose를 탄소원으로 하여 glucose와 비교 분석한 결과, levanheptaose가 Bifidobacterium adolescentis, Lactobacillus acidophilis, Eubacterium limosum의 생육에 효율적으로 이용됨을 알 수 있었다. 반면 Clostridium perfringens, Staphylococcus aureus, E. coli 등과 같은 유해한 균에는 levanheptaose의 이용효율이 낮게 나타났다. 쥐를 이용한 in vivo 실험에서는 levanheptaose를 탄소원으로 하였을때 장내 Bifidobacteria의 수와 butyrate의 양 및 β-fructosidase의 활성은 현저하게 증가하여 생육촉진효과가 우수함을 보여주었다. The effect of levanheptaose produced by levanase from Streptomyces sp. 366L on principle intestinal microflora was investigated. The reaction product, levanheptaose, was used as a carbon source for various intestinal microflora. As a results, Bifidobacterium adolescentis, Lactobacillus acidophilus, and Eubacterium limosum grew effectively in the in vitro experiment, whereas Clostridium perfringens, E. coli, and Staphylococcus aureus did not. Therefore levanheptaose seems to promote selectively the growth of B. adolescentis and L. acidophilus. In the in vivo experiment, the effect of levanheptaose on the growth of intestinal microflora, β-fructosidase activity, pH, and butyrate concentration were examined in rats. Apparently, the number of fecal Bifidobacteria, the amount of butyrate, and β-fructosidase activity were increased, whereas total aerobes and pH were reduced in rats fed by levanheptaose diets, compared with those of control diets. We concluded that those effects may be beneficial in improving gastrointestinal health.

디지털 PCR을 응용한 특정 amoA유전자를 가진 질산화 Archaea 동정

박병준,박수제,이성근,Park, Byoung-Jun,Park, Soo-Je,Rhee, Sung-Keun 한국미생물학회 2007 미생물학회지 Vol.43 No.3

Mesophilic Crenarchaeota have been known to be predominant among ammonia-oxidizing microorganisms in terrestrial and marine environments. In this study, we determined the archaeal phylotypes carrying specific amoA by combining digital PCR and multiplex-nested PCR. Analysis of samples in which amoA and 16S rRNA gene were amplified showed that amoA gene diversity was relatively higher than that of 16S rRNA gene. Nitrifying archaeal group I.1a was dominant over I.1b group of crenarchaota and euryarchaeota. This approach could be applied for interrelating a functional gene to a specific phylotype in natural environments. 해양 및 토양에서의 암모니아 산화는 세균에 비해 Crenarchaeota 그룹의 archaea에 의해 우세하게 일어나고 있음이 알려졌다. 서해 갯벌에서, 배양에 의존하지 알고, 특정 암모니아 산화유전자(amoA)를 가진 archaea을 동정하고자 디지털 PCR법을 응용한 nested PCR법을 개발하였다. amoA와 16S rRNA유전자가 동시에 증폭된 샘플의 분석결과, 16S rRNA유전자에 비해 amoA 유전자의 다양성 이 높았으며, I.1a 그룹의 crenarchaea가 I.1b 그룹의 crenarchaea보다 갯벌지역에서 암모니아 산화에 우점적으로 기여하고 있음을 알 수 있었다. 본 연구에서 시도된, 디지털 PCR과 multiplex-nested PCR을 접목한 접근법을 이용하면 특정 기능유전자를 가진 미생물을 환경에서 검증하는데 응용할 수 있을 것이다.

염전으로부터 농화배양된 호염 메틸영양미생물 군집의 특성

김종걸,박수제,이성근,Kim, Jong-Geol,Park, Soo-Je,Rhee, Sung-Keun 한국미생물학회 2010 미생물학회지 Vol.46 No.3

C-1화합물은 고염분성 환경의 혐기적인 퇴적층에서 관찰되며, 이 퇴적층의 표면과 수면에는 호기성 메틸영양미생물의 잠재적인 서식지가 된다. 염전과 갯벌에서 채취한 토양 시료를 접종원으로 하여 메탄올을 탄소원과 에너지원으로 공급하고 염분농도에 따라 계대배양한 후 메탄올 산화 세균 성장 조건을 살펴 본 결과, 메탄올 산화 세균이 성장 할 수 있는 염분의 최대 농도는 20% 조건이었다. 변성 구배 젤 전기영동 (Denaturing gel gradient electrophoresis)을 이용하여 농화배양액 내 미생물 군집구조를 분석한 결과, 메탄올 산화 미생물인 Methylophaga 관련 세균이 우점하는 것으로 나타났다. 정량 PCR결과 고세균이 세균의 1-10%로 존재하는 것으로 나타났다. 세균용 항생제 실험결과, 메탄올 산화가 억제되어 고세균이 메탄올 산화에 관여하지 않는다는 것을 추정할 수 있었다. 이번 연구를 통해, 메틸영양세균이 고염분환경(염분 농도 20%까지)에서도 C-1 화합물을 산화할 수 있음을 확인 할 수 있었다. C-1 compounds are observed in anaerobic sediment of high salt environments. Thus, surface sediments and waters from these environments are therefore potential habitats for aerobic methylotrophic microorganisms. The soil samples collected from saltern and tidal flat as inoculums and methanol as carbon and energy source was supplied. After subculture depending on the salt concentration, methanol oxidizing bacteria growth condition investigated, the results of methanol oxidizing bacteria can grow in salt conditions, and the maximum concentration was 20%. Analysis based on denaturing gradient gel electrophoresis of 16S rRNA genes indicates that Methelyophaga-like bacteria were dominants of methylotrophs in the enrichment culture. Quantitative PCR showed that archaeal cells were about 1-10% of bacterial cells. Additionally archaea were assumed not to be involved in methanol oxidation since bacterial antibiotics completely blocked the methanol oxidation. Our results suggest that Methelyophaga-like bacteria could be involved in C-1 compounds oxidation in hypersaline environments although those activities are sensitive to salinity above 20%.

Draft genome sequence of Streptococcus sp. strain NM isolated from head and neck cancer patients

김영석,도경탁,박수제,Kim, Young Suk,Do, Kyoung-Tag,Park, Soo-Je The Microbiological Society of Korea 2019 미생물학회지 Vol.55 No.1

Firmicutes에 속하는 Streptococcus sp. strain NM을 두경부암 환자로부터 분리하였다. 본 연구에서는 약1.90 Mb의 크기와 39.3%의 평균 G+C 함량을 가진 NM 균주의 비완전한 유전체를 보고한다. 유전체는 1,845개의 코딩서열, 12개의 리보솜 RNA 및 58개의 전사 RNA유전자를 포함하였다. 본 유전체로 부터, 항생제내성, 용혈 및 방어시스템과 관련된 유전자들이 확인되었다. Streptococcus sp. strain NM belonging to Firmicutes was isolated from head and neck cancer patients. Here, we report the draft genome sequence of strain NM with a size of approximately 1.90 Mbp and a mean G+C content of 39.3%. The draft genome included 1,845 coding sequences, and 12 ribosomal RNA and 58 transfer RNA genes. In the draft genome, genes involved in the antimicrobial resistance, hemolysis and defense system have been identified.

Characterization of Miniimonas sp. S16 isolated from activated sludge

고현우,김홍익,박수제,Koh, Hyeon-Woo,Kim, Hongik,Park, Soo-Je The Microbiological Society of Korea 2019 미생물학회지 Vol.55 No.3

폐수 처리 설비에서 생물학적 요인은 유기물 분해 또는 제거에 필수적인 역할을 수행한다. 본 연구에서는, 폐수처리장의 미생물 기능적 역할을 이해하기 위해, 활성 슬러지 샘플로부터 박테리아 균주를 분리하고 그들의 특성 분석을 시도했다. S16 균주는 대한민국 대전광역시의 폐수처리장의 활성슬러지로 부터 분리되었다. 세포들은 그람음성, 비운동성, 통성 혐기성 그리고 막대모양이였다. S16 균주는 $15{\sim}40^{\circ}C$ (최적 $30^{\circ}C$), 0~9.0% (w/v) NaCl (최적 1.0~2.0%), pH 5.5~9.0 (최적 pH 7.0~7.5)에서 성장하였다. 분자계통학적 분석결과, S16은 Miniimonas 속의 고유종인 Miniimonas areae NBRC $106267^T$ (99.79%, 16S rRNA 유전자 염기서열 유사성)와 가장 밀접한 것으로 나타났다. 해양 미생물로 여겨지는 표준균주 NBRC $106267^T$의 분리 원은 바다 모래이지만 S16 균주는 육상 환경이다. 이는 서식지 전환에 대한 생태학적 의문을 제기할 수 있다. 따라서 비교 유전체 분석은 잠재적인 대사 특성 및 유전체 간소화를 밝히기 위한 가치있는 연구가 될 것이다. Biological factors (e.g. microorganism activity) in wastewater treatment plant (WWTP) play essential roles for degradation and/or removal of organic matters. In this study, to understand the microbial functional roles in WWTP, we tried to isolate and characterize a bacterial strain from activated sludge sample. Strain S16 was isolated from the activated sludge of a municipal WWTP in Daejeon metropolitan city, the Republic of Korea. The cells were a Gram-stain-positive, non-motile, facultative anaerobe, and rod-shaped. Strain S16 grew at a temperature of $15{\sim}40^{\circ}C$ (optimum, $30^{\circ}C$), with 0~9.0% (w/v) NaCl (optimum, 1.0~2.0%), and at pH 5.5~9.0 (optimum, pH 7.0~7.5). Phylogenetic analysis based on 16S rRNA gene sequences indicated that strain S16 was most closely related to the unique species Miniimonas arenae NBRC $106267^T$ (99.79%, 16S rRNA gene sequence similarity) of the genus Miniimonas. The cell wall contained alanine, glutamic acid, serine, and ornithine. Although the isolation source of the type strain NBRC $106267^T$ which considered as a marine microorganism is sea sand, that of strain S16 is terrestrial environment. It might raise an ecological question for habitat transition. Therefore, comparative genome analysis will be valuable investigation for shedding light on their potential metabolic traits and genomic streamlining.

제주도 용암동굴 대섭이굴 미생물 막의 독특한 원핵미생물 군집

문종근,정만영,김종걸,박수제,김대신,김종식,이성근,Moon, Jong-Geun,Jung, Man-Young,Kim, Jong-Geol,Park, Soo-Je,Kim, Dae-Shin,Kim, Jong-Shik,Rhee, Sung-Keun 한국미생물학회 2013 미생물학회지 Vol.49 No.2

Cave environment provides special ecosystems for evolution of lives distant from surface environments. We investigated bacterial and archaeal communities of wall biofilm obtained from of a volcanic cave (Daesubee) in Jeju, Republic of Korea. Bacterial and archaeal 16S rRNA genes were PCR-amplified and sequenced using pyrosequencing technologies. Unique prokaryotic communities with low diversities were observed. The main bacterial sequences (ca. 83% of total reads) were affiliated with Pseudonocardia mongoliensis of phylum Actinobacteria and clustered with clones obtained from various caves. Reflection of light on the wall surface of cave might be caused by formation of beads of water caused by hydrophobic filaments of actinobacterial colonies. Main archaeal sequences (ca. 65.7% of total reads) were related with those of I.1a-Associated group of phylum Thaumarchaeota. The sequences were related with that of Candidatus Nitrosotalea devanaterra which was known to oxidize ammonia under acidic condition (ca. pH 5.0). Nutrients leached through volcanic soils contribute formation of unique microbial communities of wall biofilm of cave Daesubee. 동굴환경은 표면 토양환경과는 다른 독특한 생태계를 이루는 것으로 알려져 있다. 본 연구를 통하여 제주도 용암동굴(대섭이굴)의 생물막(biofilm)으로부터 얻은 시료를 pyrosequencing 기술을 통해 16S rRNA 유전자를 증폭하여 세균과 고세균의 군집을 조사하였다. 생물막에 우점하는 세균은 Actinobacteria문(phylum)의 Pseudonocardia mongoliensis (전체 세균 reads수의 82.5%)와 깊은 근연관계가 있었으며, 동굴유래의 다양한 세균들과 같이 무리(cluster)를 형성하였다. 동굴 벽면에 빛을 조사하였을 때 반사되어 빛나는 것은 아마도 방선균의 균사(hypha)들로 이루어진 생물막이 수분을 흡수하지 못하기 때문으로 추정된다. 우점하는 고세균은 Thaumarchaeota문의 I.1a-Associated group (전체 archaeal reads수의 약 66%)에 속한다. 이 고세균 염기서열은 산성 환경(약 pH 5.0)에서 암모니아를 산화하는 고세균으로 알려진 Candidatus Nitrosotalea devanaterra와 높은 근연관계에 있어 동굴환경에서의 질산화에 중요한 기능을 하고 있을 것으로 추정된다. 표층수가 용암토양을 투과하는 과정에서 침출(Leaching)되는 영양분이 대섭이굴 벽면에 다양성이 낮은 독특한 미생물 군집을 형성하는데 기여하고 있는 것으로 추정된다.