Development of Novel Marine Microbial exopolysaccharide with High Emulsifying Ability

Hong Kum Lee(이홍금) 한국생물공학회 2004 한국생물공학회 학술대회 Vol.2004 No.4

Streptomyces sp. 8321에 의한 석유 유상액의 탈유화

고성환,이득수,김상진,이홍금,Ko, Sung-Hwan,Lee, Deuk-Soo,Kim, Sang-Jin,Lee, Hong Kum 한국미생물학회 1998 미생물학회지 Vol.34 No.3

기름-물 유상액의 탈유화능이 있는 Streptomyces sp. 8321을 분리하여 이의 탈유화 특성을 조사하였다. 이 방선균의 탈유화능은 포자에 기인하였으며, 배양기간에 따라 포자표면의 소수성이 증가하였고, 이에 따라 탈유화능이 증가함을 보였다. 8일간 고체배지에서 배양한 Streptomyces sp. 8321의 포자용액이 kerosene-0.2% Triton X-100(2:1) 표준 유상액 3 ml을 완전 탈유화 시키는 농도는 $1.1{\times}10^8spores/ml$였다. 이 포자용액의 탈유화능을 유기상 종류 및 유화제 종류에 따라 조사해본 결과, 저점성의 유기상에서는 n-hexadecane 및 diesel 등 탄소수가 높은 것이 쉽게 탈유화 되었고, 고점성 유상액의 탈유화는 24시간 후에도 20-30%만이 일어났다. Corexit, Finalsol, BP series의 유화제와 kerosene으로 이루어진 O/W 유상액은 1분 이내에 완전 탈유화가 일어났으며, Corexit 7664, 8667, Triton X-100 및 Tween 80으로 이루어진 O/W 유상액은 이들 유화제의 농도가 증가함에 따라 탈유와 속도가 감소하였다. Seagreen으로 이루어진 W/O 유상액의 경우 $t_{1/2}$이 24시간 이상으로 나타나 이 균주의 탈유화능은 O/W 유상액에 효과적임을 보여주었다. The characteristics of demulsification of petroleum emulsion by Streptomyces sp. 8321 were investigated. Demulsification ability of Streptomyces sp. 8321 appeared to be confined within the spores. Spore surface hydrophobicity was increased with culture age stimulating the demulsification ability. Over $1.1{\times}10^8spores/ml$ completely demulsified kerosene-0.2% Triton X-100 (2:1) emulsion. Among the low viscosity hydrocarbons, hydrocarbons with longer chain such as n-hexadecane and diesel were more rapidly demulsified. However, only 20-30% of the emulsion with high viscosity hydrocarbons was demulsified after 24 hours. Oil-in-water emulsions made by Corexit, Finalsol and BP series surfactants were completely demulsified within one minute. Demulsification rate ($t_{1/2}$) of oil-in-water emulsions made by Corexit 7664, 8667, Triton X-100 and Tween 80 decreased as their concentration increased. In case of water-in-oil emulsion made by Seagreen, $t_{1/2}$ was over 24 hours. Therefore, demulsification ability of Streptomyces sp. 8321 was more effective on oil-in-water emulsions.

미생물 세포표면의 소수성과 이용

박신혜(Shin Hye Park),이홍금(Hong Kum Lee) 한국생물공학회 2001 KSBB Journal Vol.16 No.3

남북극 유래 저온성 박테리아 Culture Collection에서 저온활성 프로테아제 생산균주의 스크리닝과 효소 특성

김덕규,박하주,이영미,홍순규,이홍금,임정한,Kim, Doc-Kyu,Park, Ha-Ju,Lee, Yung-Mi,Hong, Soon-Gyu,Lee, Hong-Kum,Yim, Joung-Han 한국미생물학회 2010 미생물학회지 Vol.46 No.1

극지연구소(KOPRI)는 국내외적으로 유일하게 남북극 지역에서 분리한 저온적응성 박테리아 균주를 대상으로 culture collection(약 6,300균주)을 구축하여 운영하고 있다. 보유 중인 프로테아제(protease) 생산 균주들(총 874균주) 중에서 활성이 높은 프로테아제를 생산하는 78개의 균주들을 1차 선발한 후, 1% skim milk가 포함된 0.1${\times}$ ZoBell 고체배지에 접종하고 다양한 온도($5-30^{\circ}C$)에서 배양하면서 세포외분비성 프로테아제의 활성을 비교하였다. 위의 신속하고 직접적인 균주 스크리닝 방법을 통해서, 최종적으로 저온활성 프로테아제를 생산하는 15개의 저온적응성 균주들을 선발하였다. 최종 선발된 균주들은 16S rRNA 유전자의 분석결과 Pseudoalteromonas (13균주)와 Flavobacterium (2균주) 속(genus)으로 분류되었고, $5-15^{\circ}C$ 저온에서도 활성을 나타내는 저온성 프로테아제를 생산하였다. 15개 균주들이 생산하는 각각의 프로테아제는 특이적 화합물에 의한 효소활성 억제 정도에 따라 5개의 그룹(serine protease, aspartic protease, cysteine protease, metalloprotease, 그리고 미분류 프로테아제)으로 분류되었다. 본 실험을 통해서 선발한 남북극 유래 박테리아 균주들은 새로운 저온활성 프로테아제를 발굴하기 위한 유용한 생물자원으로서의 가치를 가지고 있다. The Korea Polar Research Institute (KOPRI) has assembled a culture collection of cold-adapted bacterial strains from both the Arctic and Antarctic. To identify excellent protease-producers among the proteolytic bacterial collection (874 strains), 78 strains were selected in advance according to their relative activities and were subsequently re-examined for their extracellular protease activity on $0.1{\times}$ ZoBell plates supplemented with 1% skim milk at various temperatures. This rapid and direct screening method permitted the selection of a small group of 15 cold-adapted bacterial strains, belonging to either the genus Pseudoalteromonas (13 strains) or Flavobacterium (2 strains), that showed proteolytic activities at temperatures ranging between $5-15^{\circ}C$. The cold-active proteases from these strains were classified into four categories (serine protease, aspartic protease, cysteine protease, and metalloprotease) according to the extent of enzymatic inhibition by a class-specific protease inhibitor. Since highly active and/or cold-adapted proteases have the potential for industrial or commercial enzyme development, the protease-producing bacteria selected in this work will be studied as a valuable natural source of new proteases. Our results also highlight the relevance of the Antarctic for the isolation of protease-producing bacteria active at low temperatures.

Diversity and Physiological Characteristics of Culturable Bacteria from Marine Sediments of Ross Sea, Antarctica

이영미,정유정,홍순규,김지희,이홍금,Lee, Yung Mi,Jung, You-Jung,Hong, Soon Gyu,Kim, Ji Hee,Lee, Hong Kum The Microbiological Society of Korea 2014 미생물학회지 Vol.50 No.2

남극 로스해의 퇴적물로부터 배양을 통해 분리한 균주의 분류 및 생리학적 특성 분석을 수행하였다. 분리 세균 63균주의 16S rRNA 유전자 염기서열을 이용한 계통분류학적 분석 결과, 이들은 Actinobacteria, Bacteroidetes, Alphaproteobacteria 및 Gammaproteobacteria 내의 21개의 파일로타입(phylotypes)에 속하였다. 98.65% 염기서열 유사도를 기준으로, 약 49%의 균주가 잠재적으로 신종 또는 신속 후보인 것으로 나타났다. 분리된 균주 중, 각각 46%, 25% 및 32%의 균주가 세포외 단백질분해효소, 지질분해효소 및 외부다당체 생성에 대한 활성을 나타냈다. 43개의 균주는 최소 1개의 세포외 분비 물질을 생산하였고, 이들 중 21개 균주는 최소 2개의 세포외 단백질분해효소, 지질분해효소 또는/및 세포외다당체를 생성하였다. 이러한 결과는 남극 로스해 퇴적물 내의 배양된 세균 군집이 해당 환경에서 탄소와 질소와 관련된 유기물질의 가수분해에 영향을 미치고 있다는 것을 시사한다. The affiliations and physiological characteristics of culturable bacteria isolated from the sediments of Ross Sea, Antarctica were investigated. Sixty-three isolates obtained by cultivation were grouped into 21 phylotypes affiliated with the phyla Actinobacteria and Bacteroidetes and with the classes Alphaproteobacteria and Gammaproteobacteria by phylogenetic analysis of 16S rRNA gene sequences. Based on phylogenetic analysis (<98.65% sequence similarity), approximately 49% of total isolates represented potentially novel species or genus. Among them, extracellular protease, lipase, and exopolysaccharide activities at $10^{\circ}C$ or $20^{\circ}C$ were detected in approximately 46%, 25%, and 32% of the strains, respectively. Forty-three isolates produced at least one type of extracellular material and 21 of them produced at least two extracellular protease, lipase, and/or exopolysaccharides. Our findings indicate that culturable bacterial diversity present within the marine sediments of Ross Sea, Antarctica may contribute to the hydrolysis of the major organic constituents which is closely related with carbon and nitrogen cycling in this environment.

Hydrocarbon Uptake Modes에 따른 유류분해 미생물 혼합제의 원유분해능

고성환(Sung-Hwan Ko),이홍금(Hong-Kum Lee),김상진(Sang-Jin Kim) 한국생물공학회 1998 KSBB Journal Vol.13 No.5

초기 해양생물막으로부터 분리된 미생물의 특성

권개경(Kae Kyoung Kwon),이순재(Soon Jae Lee),박재현(Jae Hyun Park),이유경(Yoo Kyung Lee),조경희(Kyeung Hee Cho),이홍금(Hong Kum Lee) 한국해양환경·에너지학회 2004 한국해양환경·에너지학회 학술대회논문집 Vol.2004 No.-

Biofilm is a starting point of biofouling and biocorrosion. However there was not enough informations about the biofilm forming bacteria in marine environments. In the present study, phylogenetic position and bacterial properties thought to be concerned in biofilm formation such as cell surface hydrophobicity, attachment on surface, production of quorum sensing (QS) signal molecule etc. were investigated for 76 isolates of 3 days old biofilm. Based on the partial sequences of 16S rDNA, the isolates could be assigned to 30 known genera which have been reported as widespread in marine environment. Approximately 31% of the isolates had been reported previously as uncultured or unidentified in GenBank database. Cell surface hydrophobicity and attachment ability were usually incompatible in a same strain except two strains. Among the 39 strains producing Acyl-Homoserine Lactone (AHL), 21 strains could degrade AHL molecules. Among the isolates, high values of cell surface hydrophobicity were found in the strains belong to high GC gram positive group and attachment ability was relatively high in low GC gram positive bacteria. To the contrary, average value of EPS productivity was highest in γ-Proteobacteria These results implied that the role of bacterial strains in the process of biofilm formation is closely related to the phylogenetic position.

몽골 훕스굴 호수 수층에서 유기물질 분해세균의 분포

정유정,정다운,김주영,조영근,임정한,이홍금,안태석,Jung, You-Jung,Jung, Da-Woon,Kim, Ju-Young,Zo, Young-Gun,Yim, Joung-Han,Lee, Hong-Kum,Ahn, Tae-Seok 한국미생물학회 2009 미생물학회지 Vol.45 No.2

동토지대 거대 담수호에 서식하는 종속영양세균 군집의 생태학적 기능을 파악하기 위하여, 몽골 북부의 동토지대 경계에 위치한 스굴 호수에서, 전체 세균군집의 구조와 유기물질을 분해할 수 있는 미생물 군집의 구조를 수심별로 비교 분석하였다. 환경인자 분석결과, 수심 5~10 m 사이에서 thermocline과 chemocline이 관찰되었다. Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE)로 전체 세균군집의 구조를 수심별로 비교한 결과 0~5 m 사이에서 군집구조의 변화가 컸고, 10 m 이상에서는 Acidovorax facilis를 위주로 비교적 안정된 군집을 형성하였다. $10^{\circ}C$에서 고분자 유기물 분해 활성도(protease, cellulase, amylase, lipase)가 높은 균주들을 탐색하여 23개 균주를 선별하였다. 표층수로부터 Acidovorax defluvii와 Sphingobacterium faecium이 분리되었는데 cellulase 활성이 높았다. 수심2 m, 5 m 및 10 m 이상의 시료에서 분리된 세균군집은 각각, Flavobacterium succinicans, Mycoplana bullata, A. facilis가 우점하였다. F. succinicans는 높은 protease 활성을 보였고, 수심 5 m의 M. bullata는 protease와 cellulase 활성이 있었지만, 상대적으로 약한 활성을 보였다. 수심10 m의 A. facilis 균주들은 cellulase 또는 lipase를 서로 배타적으로 발현하였다. 온도별 성장속도를 분석한 결과 표층(0~5m) 세균들은 기회성 호냉성 세균이었고, 심층($\geq$10m)에서 분리된 균주들은 $10^{\circ}C$ 이하에서 성장률이 낮았다. 심층의 저온 빈영양 상태 때문에 심층 세균들간의 경쟁에서 빠른 저온 성장이 요구되지 않고, 상층의 경우 육상 또는 식물 플랑크톤으로부터 영양물질이 공급되므로 저온에서 빠른 성장 속도를 보이는 세균들이 상층에 주로 분포하는 것으로 해석되었다. 따라서 스굴 호수수층에서 관찰된 세균군집의 종 분포와 물질분해 작용의 성층화는, 한냉대 빈영양 담수 호수에서 분해자 군집들의 생태학적 기능이 0~10 m 수심의 표층에 집중됨을 시사하였다. To understand the ecological function of heterotrophic bacterial community in water column of large freshwater lakes in the permafrost zone, we investigated the structure and function of bacterial community in Lake Khuvsgul, Mongolia. Species composition of overall bacterial community was analyzed by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of 16S rRNA gene fragments, and bacteria that can be cultured at 10oC were isolated and characterized. Based on the depth profile of environmental parameters, thermocline and chemocline were recognized at the 5~10 m zone of the water column. The stratified DGGE profile indicated that the discontinuity of water properties might influence the structure of bacterial community: band profiles in the 0~5 m zone were diverse with large change by depth, but the profile was relatively stable at the $\geq$10 m zone, with predominance of the band identified as Acidovorax facilis. Bacterial cultures were screened for protease, cellulase, amylase and lipase activity, and 23 isolates were selected for high activity of the hydrolytic enzymes. The isolates were identified based on their 16S rRNA gene sequences. In the surface water (zero meter depth), Acidovorax defluvii and Sphingobacterium faecium with high cellulase activity were present. Flavobacterium succinicans, Mycoplana bullata and A. facilis were stably predominant isolates at 2 m, 5 m, and $\geq$10 m depths, respectively. F. succinicans isolates showed high protease activity while M. bullata isolates showed moderate levels of protease and celluase activity. A. facilis isolates showed either cellulase or lipase activity, exclusively to each other. According to the profile of growth rates of the isolates in the temperature range of $0\sim42^{\circ}C$, the surface-zone (0~5 m) isolates were facultative psychrophiles while isolates from $\geq$10 m depth were typical mesophiles. This stratification is believed to be due to stratified availability of organic materials to the bacterial decomposers. In the water column below the chemoline, the environment is extremely oligotrophic so that the trait of rapid growth in low temperature might not be demanded by deep-lake decomposers. The stratified distribution of community composition and decomposer activity in Lake Khuvsgul implies that ecological functions of bacterial community in lakes of cold region are sharply divided by water column stratification.

Characterization of microspheres prepared with extracellular polysaccharide p-m10356 for protein delivery system

Hee-Jung Park(박희정),Chang-Moon Lee(이창문),Hong-Kum Lee(이홍금),Joung-Han Yim(임정한),Ki-Young Lee(이기영) 한국생물공학회 2005 한국생물공학회 학술대회 Vol.2005 No.10

Succession of bacterial community structure during the early stage of biofilm development in the Antarctic marine environment

이영미,조경희,황규인,김은혜,김민철,홍순규,이홍금,Lee, Yung Mi,Cho, Kyung Hee,Hwang, Kyuin,Kim, Eun Hye,Kim, Mincheol,Hong, Soon Gyu,Lee, Hong Kum The Microbiological Society of Korea 2016 미생물학회지 Vol.52 No.1

부유 세균의 군집과 구별되는 생물막내 세균 군집은 다양한 수생태계에서 중요한 생태학적 역할을 수행한다. 자연계에서 생물막이 생태학적으로 중요함에도 불구하고, 남극 해양 환경에서 생물막 형성 과정 동안의 세균 군집 구조와 그들의 변화에 대한 연구는 수행되지 않았다. 본 연구에서, 남극 해양 환경에서 생물막 형성 초기 단계에서의 세균 군집 구조 변화를 16S rRNA 유전자의 pyrosequencing을 통해 수행하였다. 생물막내 전반적인 세균 군집은 주변의 해수의 군집과 매우 달랐다. 전체 세균 군집의 78.8%에서 88.3%를 차지한 Gammaproteobacteria와 Bacteroidetes의 상대적 풍부도는 생물막의 형성에 따라 급격하게 변하였다. Gammaproteobacteria는 생물막 형성 진행에 따라 증가하다가 (4일째에 75.7%), 7일째에 46.1%로 감소하였다. 반면, Bacteroidetes는 초기에서 중기로 갈수록 감소하다가 다시 증가하는 양상을 보이며, Gammaproteobacteria와 반대의 변화 양상을 나타내었다. 생물막 형성의 초기 과정에 우점 하는 OTU (>1%)들의 변화 양상은 시기에 따라 뚜렷한 차이를 보였다. Gammaproteobacteria에 속하는 종의 경우, 4일째까지 증가한 반면, 첫째날 가장 우점 하였던 문인 Bacteroidetes에 속하는 종은 4일째까지 감소한 후, 다시 증가하는 양상을 보였다. 흥미롭게, Pseudoalteromonas prydzensis가 67.4%를 차지하며 우점 하였는데, 이는 생물막 형성에 이 종이 중요한 역할을 수행함을 시사하는 것으로 보인다. Compared to planktonic bacterial populations, biofilms have distinct bacterial community structures and play important ecological roles in various aquatic environments. Despite their ecological importance in nature, bacterial community structure and its succession during biofilm development in the Antarctic marine environment have not been elucidated. In this study, the succession of bacterial community, particularly during the early stage of biofilm development, in the Antarctic marine environment was investigated by pyrosequencing of the 16S rRNA gene. Overall bacterial distribution in biofilms differed considerably from surrounding seawater. Relative abundance of Gammaproteobacteria and Bacteroidetes which accounted for 78.9-88.3% of bacterial community changed drastically during biofilm succession. Gammaproteobacteria became more abundant with proceeding succession (75.7% on day 4) and decreased to 46.1% on day 7. The relative abundance of Bacteroidetes showed opposite trend to Gammaproteobacteria, decreasing from the early days to the intermediate days and becoming more abundant in the later days. There were striking differences in the composition of major OTUs (${\geq}1%$) among samples during the early stages of biofilm formation. Gammaproteobacterial species increased until day 4, while members of Bacteroidetes, the most dominant group on day 1, decreased until day 4 and then increased again. Interestingly, Pseudoalteromonas prydzensis was predominant, accounting for up to 67.4% of the biofilm bacterial community and indicating its important roles in the biofilm development.