터널에서 미학적 문제를 야기하는 진균 및 항진균 활성을 가진 탄산칼슘 형성세균의 분리와 특성

박종명 ( Jong Myong Park ),박성진 ( Sung Jin Park ),김사열 ( Sa Youl Ghim ) 한국미생물생명공학회(구 한국산업미생물학회) 2011 한국미생물·생명공학회지 Vol.39 No.3

본 연구는 터널표면의 퇴색 및 변색을 초래할 것으로 생각되는 주요 균사형진균을 결정하고, 그 진균을 방제하기 위해 부근 장소에서 분리된 세균들이 항진균 길항능을 가지는 동시에 탄산칼슘 형성을 확인하였다. 이 균주를 이용하여 모르타르에 적용했을 때 항진균 및 압축강도 증진효과를 가진 세균자원을 확보하는데 그 목적이 있다. 터널내의 오염된 지역에서 시료를 취하여 다양한 배지를 이용하여 곰팡이, 효모 및 세균을 분리하였고, 분리된 진균의 ITS-5.8S rRNA gene sequene와 세균의 16s rDNA sequence를 이용해 부분동정을 실시했다. 분리된 미생물의 터널 내 분포를 결정하였으며, 분리된 세균 5종의 탄산칼슘 형성능력을 확인하였다. 터널내 오염지역에서 가장 널리 분포하는 곰팡이인 C. sphaerospermum KNUC253 과 감수성시험에 널리 이용되는 공시균인 A. niger KCTC6906을 대상으로 항진균 시험을 실시하였다. 터널 분리세균 5종 모두 urea-CaCl2 고체배지에서 배양했을 때 콜로니 주변부 에서 종 특이적으로 다양한 크기와 형태의 탄산칼슘을 형성함을 확인하였다. 그 중 B. aryabhatti KNUC205는 감수성 곰팡이를 대상으로 뛰어난 항진균 길항능을 보였다. The purpose of this study was to isolate and characterize fungal deteriogens, which induce discoloration of the cement tunnel, and calcite forming bacteria (CFBs), which have antifungal activity against fungal deteriogens. Isolation of mold, bacteria and yeast was performed using several solid media and partially identified using internal transcribed spacer (ITS); 5.8S rRNA gene sequencing and 16s rDNA sequencing. A total of 19 microbial strains were identified with the most widely distributed fungal strain being Cladospirum sphaerospermum. In addition, five bacteria derived from the tunnel were identified as CFBs. Amongst the latter, Bacillus aryabhatti KNUC205 exhibited antifungal activity against Cladospirum sphaerospermum KNUC253 and Aspergillus niger KCTC6906 as concentrated filtered supernatants.

다기능 탄산칼슘 형성세균의 시멘트 건축물 적용위한 부식능 평가 및 건축물 정주미생물 중 방제 대상 결정

박종명(Jong-Myong Park),박성진(Sung-Jin Park),김사열(Sa-Youl Ghim) 한국생명과학회 2015 생명과학회지 Vol.25 No.2

탄산칼슘 형성세균에 의한 건축물 균열보수 및 그들의 내구성 증진은 기존 화학제에 비해 친환경적이며, 영구적이라는 측면에서 그들의 응용에 대한 연구는 중요한 위치를 차지하고 있다. 그러나 균열복구 기전이 세균의 대사에 의한 calcite crystal 형성과정에서 기인되는 것으로, 대사과정 중 산 형성으로 시멘트 기반 콘크리트 건축물에 대한 위해 가능성 논란이 지속 제기되었다. 따라서 본 연구는 시멘트 모르타르에 대한 생물학적 부식능이 있는 방제대상 미생물을 결정하고 시멘트 콘크리트 건축물에의 안전한 적용을 위한 다기능성 탄산칼슘 형성세균을 평가하기 위해 수행되었다. 이를 위해 첫째, 건축물에서 분리된 균사형 진균, 효모, 세균 균주들을 대상으로 chalky test를 실시하여 CaCO₃에 대한 가용화능을 평가하였다. 그 결과 건축물에서 분리된 세균 균주의 경우 가용화 능이 없는 것으로 평가되었으며, C. sphaerospermum KNUC253 및 P. prolifica KNUC263 균주가 CaCO₃에 대한 가용화 활성을 보여, 시멘트 기반 건축물 표면에서 방제되어야 균주로 판단된다. 둘째, 독도 토양 및 건축물에서 분리되어 시멘트 표면 진균생장 억제효과, 시멘트 표면균열을 수복 및 수분 침투력 감소효과가 보고된 특허등록균주 A. nicotianae KNUC2100, B. thuringiensis KNUC2103, S. maltophilia KNUC2100 및 B. aryabhatti KNUC205들이 CaCO₃을 가용화하지 않음을 볼 때 산 형성으로 인한 시멘트 모르타르 주성분인 CaCO₃에 대한 위해는 없을 것으로 평가된다. 이에 더하여 그들 중 B. aryabhatti KNUC205, A. nicotianae KNUC2100의 경우 건축소재 열화가능성의 판단근거로 널리 활용되고 있는 bio-degradative assay 에서 다양한 고분자물질 구성요소에 대해 활성을 나타내지 않아 다양한 건축환경에 대해 활용 가능성을 보여주었다. The use of calcite-forming bacteria (CFB) in crack remediation and durability improvements in construction materials creates a permanent and environmentally-friendly material. Therefore, research into this type of application is stimulating interdisciplinary studies between microbiology and architectural engineering. However, the mechanisms giving rise to these materials are dependent on calcite precipitation by the metabolism of the CFB, which raises concerns about possible hazards to cement-based construction due to microbial metabolic acid production. The aim of this study was to determine target microorganisms that possibly can have bio-corrosive effects on cement mortar and to assess multi- functional CFBs for their safe application to cement structures. The chalky test was first used to evaluate the CaCO₃ solubilization feature of construction sites by fungi, yeast, bacterial strains. Not all bacterial strains are able to solubilize CaCO₃, but C. sphaerospermum KNUC253 or P. prolifica KNUC263 showed CaCO₃ solubilization activity. Therefore, these two strains were identified as target microorganisms that require control in cement structures. The registered patented strains Bacillus aryabhatti KNUC205, Arthrobacter nicotianae KNUC2100, B. thuringiensis KNUC2103 and Stenotrophomonas maltophilia KNUC2106, reported as multifunctional CFB (fungal growth inhibition, crack remediation, and water permeability reduction of cement surfaces) and isolated from Dokdo or construction site were unable to solubilize CaCO₃. Notably, B. aryabhatti KNUC205 and A. nicotianae KNUC2100 could not hydrolyze cellulose or protein, which can be the major constituent macromolecules of internal materials for buildings. These results show that several reported multi-functional CFB can be applied to cement structures or diverse building environments without corrosive or bio-deteriorative risks.

독도 해안식물로부터 분리된 호염성 세균들의 특성 및 계통학적 분석

유영현,박종명,이명철,김종국,You, Young-Hyun,Park, Jong Myong,Lee, Myung-Chul,Kim, Jong-Guk 한국미생물학회 2015 미생물학회지 Vol.51 No.1

To study the halobacterial diversity at the rhizospheric soil of coastal plant native to Dokdo islands, several host plant were selected and its rhizospheric soil was sampled. Soil sample was diluted serially and pure isolation was done by sub-culture using marine agar media. 26 halophilic strains cultivable at the marine medium containig concentration of 9.0% sodium chloride were selected among total 161 isolates. Their partial 16S rRNA gene sequences extracted from genomic DNA were analyzed and partially identified. Furthermore, to identify their genetic relationship, phylogenetic tree was deduced. Total 26 strains were belongs to Firmicutes (30.8%), Gamma proteobacteria (53.8%), Bacteroidetes (7.7%), Alpha proteobacteria (7.7%), and Actinobacteria (7.7%). These results showed the specific difference from previous researches which has been reported the microbial flora of soil or sea water around the Dokdo islands. Furthermore, 4 among 26 halophilic strains grew at above 12.0% NaCl concentrated marine broth, and 2 strains Idiomarina abyssalis LM4H23 and Halomonas huangheensis AS4H13 grew at 15.0% concentration. These halophilic strains thought to overcoming the severe stress like high salt concentration or variation derived from Dokdo-specific climate and might have unknown, specific relationship with their host coastal plant native to Dokdo islands. 독도의 해안에 군락을 이룬 해안식물 근권에서 호염성 및 염내성을 가지는 세균의 분리를 위해 3종의 해안식물의 군락을 선정한 후 각 식물의 군집 하부에서 토양시료를 채취하였다. 시료는 marine broth 한천배지를 이용하여 형태학적인 구분을 통해 순수분리 되었다. 분리된 161개 세균들을 NaCl 9.0% 농도로 조정된 배지에서 생존하는 26개 균주를 선발하여 genomic DNA를 얻은 후, 16S rRNA gene sequence를 증폭하여 부분동정 하였다. 이들의 유연관계 확인을 위해 계통수를 작성한 결과, 이들은 각각 Firmicutes (30.8%), Gamma proteobacteria (53.8%), Bacteroidetes (7.7%), Alpha proteobacteria (7.7%), Actinobacteria (7.7%)에 속하였으며, 이는 기존의 독도 토양 및 해수 미생물상 연구와 특징적 차이를 보인다. 또한, 분리된 세균의 종 조성도 기존 독도 토양 및 해양연구와 유의적으로 상이함을 보였다. 이에 더하여 선발된 26개 균주들 중에서 4균주가 12.0% 이상의 염농도에서 생장하였으며, 이들 중에서 3개 균주가 15.0% 이상의 염농도에서 생장하여 극호염성의 특성을 나타내었으며, 광범위한 염분농도에서도 생장하는 특성을 보였다. 이들은 해안식물 근권에서 독도 특유의 고염분 및 염분변화라는 환경적 스트레스를 극복하며 해안식물과 어떠한 상호작용을 하는 것으로 생각된다.

주남저수지와 동판저수지의 수생식물에서 분리된 내생균류의 비교 분석

유영현,박종명,한경숙,박종한,김종국,You, Young-Hyun,Park, Jong Myong,Han, Kyung-Sook,Park, Jong-Han,Kim, Jong-Guk 한국균학회 2015 韓國菌學會誌 Vol.43 No.2

대표적인 담수습지인 경상남도 창원시 주남저수지와 동판저수지에서 우점하는 수생식물종인 자라풀 및 생이가래를 채집하였다. 주남저수지의 자생식물 뿌리에서 19균주와 동판저수지의 자생식물 뿌리에서 9균주를 순수분리 하였다. 이들 내생균류들의 internal transcribed spacer (ITS) 영역 염기서열을 분석하여 계통수를 작성한 결과 분리된 28균주는 주남저수지의 경우 11속, 동판저수지의 경우 5속에 속하는 것으로 확인되었으며, 두 습지에서 모두 13속의 내생균류가 분리되었다. 이들 중 담수습지별로 공통적으로 분리된 균주는 Fusarium, Phoma 및Talaromyces속으로 확인되었다. 담수습지 및 식물종별 내생균류의 다양성을 분석하였을 때 각각 상이한 지수를 보였으며, 그들 중 환경생태학적으로 중요한 위치를 차지하는 생이가래가 높은 지수를 나타내었다. Hydrocharis dubia Backer and Salvinia natans All. were sampled from the Junam and Dongpan reservoirs, representative freshwater wetlands of Korea. A total of 19 endophytic fungal strains were isolated from hydrophytes native to the Junam wetlands and 5 strains were isolated from the Dongpan wetlands. Depending on phylogenetic analysis based on internal transcribed spacer (ITS) region, strains from Junam belonged to 11 genera and from Dongpan belonged to 5 genera. Fusarium, Phoma and Talaromyces were commonly distributed genera from two wetlands. The fungal diversity index showed clear differences between each wetlands or each host hydrophyte. Above all, the highest diversity value was observed from Salvinia natans All., which have been reported as promising biological resources as eutrophication controller in environmental ecology.

독도 번행초에서 분리된 내생균류의 배양적 특성과 Aspergillus tubingensis YH103의 gibberellin A7의 생산

유영현,박종명,임성환,강상모,박종한,이인중,김종국,You, Young-Hyun,Park, Jong Myong,Lim, Sung Hwan,Kang, Sang-Mo,Park, Jong-Han,Lee, In-Jung,Kim, Jong-Guk 한국미생물학회 2016 미생물학회지 Vol.52 No.1

독도에 자생하는 번행초의 뿌리로부터 순수 분리하여 형태적으로 상이한 17개의 내생균류를 선별하였다. 또한 분리된 균류들에 대하여 각각의 염농도와 pH 농도 구배에 따라 생장 시험을 확인하였다. 내생균류에 대해 각각 난장이벼의 유묘에 식물생장활성시험을 진행하였고, 그 결과 YH103 균주가 가장 높은 활성을 나타내었다. 계통분석은 Maximum likelihood 방법을 활용하여 결합된 ITS영역, beta-tubulin 및 calmodulin 유전자 염기서열을 분석하여 분리된 균주의 유연관계를 분석하였다. YH103 균주의 배양여과액을 HPLC와 GC/MS SIM을 이용하여 분석한 결과 식물호르몬인 지베렐린 $GA_4$, $GA_7$, $GA_8$ 및 $GA_{19}$가 확인되었다. 최종적으로 YH103 균주의 형태학적 관찰 및 결합된 유전자 염기서열의 분자적 분석을 통해 GA를 생산하는 새로운 Aspergillus tubingensis로 동정되었다. Coastal plant species Tetragonia tetragonoides (Pall.) Kuntze native to the Dokdo islands was sampled and then 17 endophytic fungi were purely isolated based on morphological differences. The fungal isolates were characterized by their growth properties under NaCl concentration or pH gradient. Culture filtrates of the 17 fungal isolates were treated to Waito-c rice (WR) seedlings for verifying plant growth-promoting activity. As the results, YH103 strain showed the highest plant growth-promoting activity among them. Phylogenetic analysis of the isolates was done by the maximum likelihood method based on partial internal transcribed spacer region (ITS region: contaning ITS1, 5.8S, and ITS2), beta-tubulin (BenA), and calmodulin (CaM) gene sequences. Chromatographic analysis of the strain YH103 culture filtrate showed the existence of gibberellins ($GA_4$, $GA_7$, $GA_8$, and $GA_{19}$). Finally, the strain YH103 was identified as Aspergillus tubingensis by microscopic observation and molecular analysis and, to our knowledge, this is the first report of GAs producing A. tubingensis.

순천만 칠면초의 근권으로부터 분리된 해양세균의 다양성 및 계통학적 분석

유영현(Young-Hyun You),박종명(Jong Myong Park),남윤종(Yoon-Jong Nam),김현(Hyun Kim),이명철(Myung-Chul Lee),김종국(Jong-Guk Kim) 한국생명과학회 2015 생명과학회지 Vol.25 No.2

순천만 일대 칠면초 군락의 근권 토양에 존재하는 근권 세균의 다양성 분석을 위해 몇 개 지점을 선정한 후 샘플링을 실시하였다. 채취한 토양시료는 marine broth, tryptic soy broth 한천배지를 이용하면서 세균 집락 간 형태학적인 구분을 통해 순수분리 되었다. 분리된 세균의 genomic DNA를 획득한 후, 각각의 16S rDNA 염기서열을 증폭·분석하여 총 29 strain이 부분동정 되었다. 이들의 유연관계 확인을 위해 계통수를 작성한 결과, 이들은 각각 firmicutes문 (44.8%), gamma-proteobacteria group (27.6%), alpha-proteobacteria group (10.3%), bacteriodetes 문(10.3%), actinobacteria 문(6.8%)에 속하였다. 최우점하는 firmicutes 문에서는 Bacillus 속이, 차 우점하는 gamma-proteobacteria group에서는 각각 Marinobacterium, Halomonas, Vibrio 속이 집중 분포하는 것으로 나타났다. 또한 채취지점별로 몇 가지 척도를 사용하여 다양성 지수를 도출하였을 때, 채취 지점 간 지수의 차이를 보여 전체 순천만 갯벌 중 위치에 따라 상이한 미생물상을 가지는 것으로 추측된다. 분리된 균들 중 일부는 갯벌 특유의 극한환경을 극복하면서 칠면초 근권에서 생존하며 물질순환, 식물생장 촉진 및 병원체 방어작용 유도 등 식물생장에 긍정적 역할을 수행할 것으로 생각된다. Bacterial diversity was studied in the rhizosphere of Suaeda japonica Makino, which is native to Suncheon Bay in South Korea. Soil samples from several sites were diluted serially, and pure isolation was performed by subculture using marine agar and tryptic soy agar media. Genomic DNA was extracted from 29 pure, isolated bacterial strains, after which their 16S rDNA sequences were amplified and analyzed. Phylogenetic analysis was performed to confirm their genetic relationship. The 29 bacterial strains were classified into five groups: phylum Firmicutes (44.8%), Gamma proteobacteria group (27.6%), Alpha proteobacteria group (10.3%), phylum Bacteriodetes (10.3%), and phylum Actinobacteria (6.8%). The most widely distributed genera were Bacillus (phylum Firmicutes), and Marinobacterium, Halomonas, and Vibrio (Gamma proteobacteria group). To confirm the bacterial diversity in rhizospheres of S. japonica, the diversity index was used at the genus level. The results show that bacterial diversity differed at each of the sampling sites. These 29 bacterial strains are thought to play a major role in material cycling at Suncheon Bay, in overcoming the sea/mud flat-specific environmental stress. Furthermore, some strains are assumed to be involved in a positive interaction with the halophyte S. japonica, as rhizospheric flora, with induction of growth promotion and plant defense mechanism.

순천만에 자생하는 염생식물 근권에서 유래한 해양세균의 계통학적 분석 및 다양성

유영현 ( Young Hyun You ),박종명 ( Jong Myong Park ),이명철 ( Myung Chul Lee ),김종국 ( Jong Guk Kim ) 한국미생물생명공학회(구 한국산업미생물학회) 2015 한국미생물·생명공학회지 Vol.43 No.1

순천만의 염생식물 근권에서 정주하는 세균의 분리를 위해 순천만에서 우점하는 자생식물인 칠면초 군락 3개 지점을 선발하여 샘플링 하였다. 시료는 marine broth, trypticsoy broth 한천배지를 통해 분리되었으며, 형태학적인 구분을 통해 순수분리되었다. 분리주의 16S rDNA를 분석하여총 92 균주가 동정되었다. 이들의 유연관계 확인을 위한 계통수 작성 결과, 각각 firmicutes (56.5%), gamma-proteobacteria(29.3%), alpha-proteobacteria (5.4%), actinobacteria (5.4%),bacteroidetes (3.3%)에 속하였다. Shannon’s Diversity index(H``)를 산출하였을 때 각각 1.675, 1.924, 2.04로, 채취 지점별로 종 다양성의 차이를 보였다. The bacterial diversity of the rhizosphere soil of S. japonica native to Suncheon bay was analyzed. Ninety two strains showing different morphological characteristics were isolated from the soils around the community of S. japonica. Bacterial diversity and distributions were studied by phylogenetic analysis of the partial 16S rDNA sequences. Ninety two strains were partially sequenced and analyzed phylogenetically. These strains were composed of 5 phyla firmicutes (56.5%), gamma-proteobacteria (29.3%), alpha-proteobacteria (5.4%), actinobacteria (5.4%), bacteroidetes (3.3%) and Shannon’s diversity index (H``) were different from each of sampling sites (1.675, 1.924 and 2.04). Eleven isolates were presumed to be novel species candidates based on similarity analysis of the 16s rRNA gene sequences. Overall, Firmicutes and gamma-proteobacteria of the rhizosphere soil of S. japonica showed a high diversity.