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16S rRNA 유전자 기반의 Pyrosequencing을 이용한 하수처리시설 생물반응기의 세균군집구조 분석
김택승,김한신,권순동,박희등,Kim, Taek-Seung,Kim, Han-Shin,Kwon, Soon-Dong,Park, Hee-Deung 한국미생물학회 2010 미생물학회지 Vol.46 No.4
서로 다른 처리공정으로 운영되는 4개의 하수시설을 대상으로 16S rRNA 유전자 기반의 pyrosequencing을 이용해 활성슬러지 하수처리 생물반응기의 세균군집구조를 분석하였다. 활성 슬러지에는 Rhodocyclales, Burkholderiales, Sphingobacteriales, Myxococcales, Xanthomonadales, Acidobacteria group 4, Anaerolineales, Methylococcales, Nitrospirales, Planctomycetales 목에 속하는 염기서열이 전체의 54-68%를 차지해, 소수의 세균 분류군이 활성슬러지 세균군집의 대부분을 차지하고 있었다. 이들 소수 세균 분류군의 조성은 처리장별로 차이가 있었으며, 하수처리장의 운전조건 및 환경조건에 영향을 받는 것으로 추측되었다. 또한, 활성슬러지는 매우 다양한 세균 종을 가지는 것으로 관찰되었는데(Chao1 richness estimate: 1,374-2,902 operational taxonomic units), 대부분의 다양성은 희귀 종에 기인한 것으로 나타났다. 특히, 분리막으로 운영되는 하수처리시설에서 높은 다양성을 나타내었는데, 처리공정이 매우 긴 고형물체류시간으로 운영되어 느리게 성장하는 다양한 세균이 서식하는데 용이하기 때문인 것으로 판단되었다. High-throughput pyrosequencing 기술을 이용하여 활성슬러지 세균군집을 처리장별로 비교 분석한 본 연구는 향후 활성슬러지 미생물의 생태학적 특성을 보다 잘 이해하고 하수처리공정을 개선하는데 도움이 될 것이다. Bacterial community composition in activated sludge wastewater treatment bioreactors were analyzed using 16S rRNA gene-based pyrosequencing for the four different wastewater treatment processes. Sequences within the orders Rhodocyclales, Burkholderiales, Sphingobacteriales, Myxococcales, Xanthomonadales, Acidobacteria group 4, Anaerolineales, Methylococcales, Nitrospirales, and Planctomycetales constituted 54-68% of total sequences retrieved in the activated sludge samples, which demonstrated that a few taxa constituted majority of the activated sludge bacterial community. The relative ratio of the order members was different for each treatment process, which was assumed to be affected by different operational and environmental conditions of each treatment process. In addition, activated sludge had very diverse bacterial species (Chao1 richness estimate: 1,374-2,902 operational taxonomic units), and the diversity was mainly originated from rare species. Particularly, the bacterial diversity was higher in membrane bioreactor than conventional treatment processes, and the long solids retention time of the operational strategy of the membrane bioreactor appeared to be appropriate for sustaining diverse slow growing bacteria. This study investigating bacterial communities in different activated sludge processes using a high-throughput pyrosequencing technology would be helpful for understanding microbial ecology in activated sludge and for improving wastewater treatment in the future.
Dewetting된 Pt Islands를 Etch Mask로 사용한 GaN 나노구조 제작
김택승,이지면,Kim, Taek-Seung,Lee, Ji-Myon 한국재료학회 2006 한국재료학회지 Vol.16 No.3
A method for fabrication of nano-scale GaN structure by inductively coupled plasma etching is proposed, exploiting a thermal dewetting of Pt thin film as an etch mask. The nano-scale Pt metal islands were formed by the dewetting of 2-dimensional film on $SiO_2$ dielectric materials during rapid thermal annealing process. For the case of 30 nm thick Pt films, pattern formation and dewetting was initiated at temperatures greater $600^{\circ}C$. Controlling the annealing temperature and time as well as the thickness of the Pt metal film affected the size and density of Pt islands. The activation energy for the formation of Pt metal island was calculated to be 23.2 KJ/mole. The islands show good resistance to dry etching by a $CF_4$ based plasma for dielectric etching indicating that the metal islands produced by dewetting are suitable for use as an etch mask in the fabrication of nano-scale structures.
454 Pyrosequencing을 이용한 실규모 혐기성 소화조의 아케아 군집구조 분석
강현진,김택승,이영행,이택준,한금석,최영준,박희등,Kang, Hyun-Jin,Kim, Taek-Seung,Lee, Young-Haeng,Lee, Taek-June,Han, Keum-Suk,Choi, Young-Jun,Park, Hee-Deung 한국미생물학회 2011 미생물학회지 Vol.47 No.3
결론적으로 본 연구에서는 16S rRNA 유전자 기반의 454 pyrosequencing을 통해 혐기성 소화조에 존재하는 다양한 아케아를 규명할 수 있었으며, 지금까지 그 중요성이 잘 알려지지 않은 Methanococcales 목에 속하는 아케아가 소화조에 공통적으로 존재함을 확인할 수 있었다. 또한, 소화조의 운전조건은 아케아의 다양성과 군집구조를 결정하는데 영향을 미치는 중요한 인자라는 것을 알 수 있었다. 실규모 6개 혐기성 소화조를 대상으로 11개 소화 슬러지 시료를 채취해, 16S rRNA 유전자 기반의 454 pyrosequencing을 이용하여 아케아 군집구조를 조사하였다. 아케아 16S rRNA 유전자 염기서열로부터 측정된 observed operational taxanomic units (OTUs)는 13-55 OTUs이었으며(3% cutoff), 이는 Chao1 richness estimate로 계산된 값의 29-89%에 해당하였다. 소화조에는 메탄생성에 직접적으로 관련이 있다고 알려진 Methanomicrobiales, Methanobacteriales, Methanococcales, Methanosarcinales, Methanocellales 목에 속하는 아케아 뿐만 아니라, Thermoproteales, Thermoplasmatales, Desulfurococcales목에 속하는 아케아도 함께 발견되었다. 이 중 수소를 기질로 해서 메탄을 생성한다고 알려진 Methanoacoccales가 전체 염기서열의 51.8-99.7%를 차지해 가장 많이 발견된 분류군으로 나타났다. Heat map 분석결과 각 시료들의 아케아 군집구조는 1개 시료를 제외한 나머지 10개 시료가 매우 비슷한 군집구조를 가지고 있었다(Pearson 상관지수=0.99). 또한, 아케아 군집구조와 환경변수들의 상관성을 분석한 canonical correspondence analysis를 통해 혐기성 소화조의 아케아 군집구조에 영향을 미치는 중요 환경변수는 소화조의 온도와 총고형물 제거율임을 확인하였다. 모든 결과들을 종합해 볼 때 소화조의 운전조건은 아케아의 다양성과 군집구조를 결정하는데 영향을 미치는 중요한 인자라고 사료된다. Archaeal communities were investigated using 454 pyrosequencing technology based on 16S rRNA gene in 11 samples collected from six different full-scale anaerobic digesters. Observed operational taxonomic units (OTUs) estimated from the archaeal 16S rRNA gene sequences were 13-55 OTUs (3% cutoff) which was corresponded to 29-89% of Chao1 richness estimates. In the anaerobic digesters there were archaeal sequences within the orders Thermoproteales, Thermoplasmatales, Desulfurococcales as well as within the orders Methanomicrobiales, Methanobacteriales, Methanococcales, Methanosarcinales, and Methanocellales, which are known to produce methane. Among these orders, Methanococcales known to produce methane using hydrogen was the predominant taxon and constituted 51.8-99.7% of total sequences. All samples showed a very similar community structure (Pearson correlation coefficient=0.99) except for one sample based on a heat map analysis. In addition, canonical correspondence analysis correlating archaeal communities to the environmental variables demonstrated that digester temperature and total solids removal rate were the two important explanatory variables. Overall results suggested that environmental and operational variables of anaerobic digester are important factors determining archaeal diversity and community structure.