진균 Formate dehydrogenase를 이용한 인공적인 이산화탄소 환원

장석윤 ( Seokyoon Jang ),안지은 ( Ji-eun An ),이수민 ( Soo Min Lee ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

Carbon dioxide is a trace gas in the atmosphere, but it is known as the major cause of global warming. CO₂ is known to be able to reduced by biochemical reactions not only photosynthesis of the plant, but also and artificial methods for carbon dioxide reduction. Among them, NAD⁺ dependent formate dehydrogenase (FDH) can be forming the formic acid from carbon dioxide and NADH. To study the efficient artificial carbon dioxide reduction method, we tested the enzyme activity using commercial formate dehydrogenase from Candida boidinii (cbFDH). NaHCO₃ used as the source of CO₂ gas, with acidic buffer solution: citric acid buffer (pH 5.0). As a result, the formic acid formation was detected by HPLC. To explore indigenous fungal FDH producers, we also examined formic acid tolerance of fungi. The genus Trichoderma was selected as the target taxon. The formic acid tolerance tests for Trichoderma were carried out by measuring germination and growth rates of the conidia were in different concentrations of formic acid. The growth rates were determined through absorbance of fungal culture at 550 nm.

국내 목재부후균 유래의 개미산 탈수소화효소 탐색 및 기능 분석

장석윤 ( Seokyoon Jang ),이수연 ( Su-yeon Lee ),이수민 ( Soo Min Lee ),박미진 ( Mi-jin Park ),김미경 ( Mi Kyung Kim ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.1

최근 전지구적인 기후변화가 진행됨에 따라서, 그 원인 물질로 이산화탄소(Carbon dioxide, CO₂)가 주목받고 있다. 따라서 대기 중의 이산화탄소 농도를 줄이기 위한 이산화탄소 저감 및 자원화 기술에 대 하여 다양한 연구가 진행되고 있다. 그 중에서 포름산 탈수소화효소(Formate dehydrogenase, FDH)를 이용하면 생물학적인 방법으로 이산화탄소를 유기산인 포름산 전환할 수 있는 가능성이 보고되어 있다. FDH는 자낭균 효모인 Candida boidinii의 효소가 잘 알려져 있고 연구가 많이 되어 있지만, C. boidinii FDH의 이산화탄소 환원 효율이 낮기 때문에 추가적인 효소 생산 미생물의 탐색이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 진균 중에서도 산림유전자원인 목재부후균 유래 FDH 발굴 연구를 수행하고 있으며, 배양체에 대한 포름산 저항성 시험을 통해 Phanerochaete sordida와 Wolfiporia cocos를 잠재적인 우수균주로 선별하였다. 각 균주의 균사체를 배양하여 RNA를 추출하고, RT-PCR을 통해 각 균주 FDH mRNA의 cDNA를 확보하였다. 얻은 mRNA는 둘 다 1077 bp였으며, 예상되는 단백질 크기의 경우 P. sordida FDH (PsFDH)는 39.27 kDa, W. cocos FDH (WcFDH)는 39.24 kDa로 거의 같았다. 각 단백질의 과발현 실험을 위하여 QIAexpress Type IV Kit를 이용하였다. 각 cDNA와 pQE-30 벡터에 제한효소 BamHI, SmaI로 처리하고, T4 DNA 리가아제를 이용하여 접합시켰다. 그리고 재조합된 플라스미드를 M15[pREP4] 대장균에 삽입하였다. PCR로 FDH 유전자의 삽입 여부를 확인하여 형질전환 균주를 선별하고, 배양 후 IPTG를 투입하여 각 FDH를 과발현 시키고, Ni-NTA로 정제하여 SDS-PAGE를 통해 결과를 확 중인 중에 있다.

Formate dehydrogenase를 이용한 이산화탄소의 인공적 유기산 전환 연구

장석윤 ( Seokyoon Jang ),이수연 ( Su-yeon Lee ),이수민 ( Soo Min Lee ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

Carbon dioxide is an essential gas in the global biosphere ecosystem. However, the concentration of CO₂ has become too high due to human activities, and it is considered a major cause of global warming. Forest ecosystems are important for the CO₂ cycle. Forest ecosystems fix CO₂ to the biological systems from the atmosphere by various biosynthetic pathways. Our study aimed to design an artificial carbon dioxide fixation using forest biological resources. The known biosynthesis pathways were investigated to search the suitable artificial biosynthesis pathway. We chose formate dehydrogenase (FDH) for biosynthesis formic acid, the simplest organic acid, from CO₂. Commercial FDH from candida boidinii (CbFDH) was used in this study. NAD⁺ and NADH are a coenzyme of the FDH, and act as a limiting factor of the reaction. Thus, enzymatic NADH regeneration was designed using glucose dehydrogenase (GDH). Reaction optimization experiments was conducted to maximize formic acid production.

국내 목재부후균에 의한 목재의 음향 특성 개선 연구

장석윤 ( Seokyoon Jang ),이수연 ( Su-yeon Lee ),박미진 ( Mi-jin Park ),안병준 ( Byoung Jun Ahn ),김미경 ( Mi Kyung Kim ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.2

균류에 의한 부후는 목재의 구조적 강도에 큰 영향을 주지 않으면서 적절한 수준으로 목재의 밀도를 감소시켜서 목재의 음색을 개선시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 기타 제조에 사용되는 5 종의 목재로 시편을 제작하였으며, 여기에 각각 10 종의 목재부후균을 접종하여 4 주간 부후실험을 진행하였다. 주파수 응답 함수 방법으로 목재 시편의 공진주파수를 측정하였다. 실험을 통해 얻은 수치를 이용하여 목재의 Acoustic constant (A), Acoustic conversion efficiency (ACE) 값을 계산하였다. 대체로 목재의 중량감소율과 A 값 증가율은 비례하는 것으로 나타났으며, 따라서 목재부후에 의한 음향특성 개선 효과를 확인할 수 있었다.

인공적인 이산화탄소 고정을 위한 목재부후균의 Formate Dehydrogenase 탐색

장석윤 ( Seokyoon Jang ),안지은 ( Ji-eun An ),이수민 ( Soo Min Lee ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.1

Carbon dioxide is a trace gas, and an essential factor in the ecosystem. On the one hand, it is known to be the cause of global warming. CO₂ is fixed from the atmosphere to the forest biological systems by various biosynthetic pathways and enzymes. Among them, NAD⁺ dependent formate dehydrogenase (FDH) can reduce CO₂ to formic acid. This study aimed to construct an artificial carbon dioxide fixation by FDH. It is necessary to explore indigenous biological resources by the Nagoya Protocol. To explore indigenous fungal FDH producers, we also examined formic acid tolerance of the basidiomycetous fungi from Korea. A total of 61 fungal cultures were selected as the targets. To test the formic acid tolerances of target fungi, growth rates were measured in PDA media with different concentrations of formic acid. To analyze the result, an phylogenetic tree based on Internal transcribed spacer (ITS) was construct.

질산바륨 대체재 개발을 위한 에탄올 마이크로캡슐화

이재정 ( Jaejung Lee ),장석윤 ( Seokyoon Jang ),양지욱 ( Jiwook Yang ),안지은 ( Ji-eun An ),전재형 ( Jae Hyeong Jeon ),안동우 ( Dong Woo Ahn ),박유라 ( Yu Ra Kang ),이수민 ( Soo-min Lee ) 한국목재공학회 2023 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2023 No.1

Miseq 시퀀서를 이용한 부후된 신갈나무 내 곰팡이 군집 분석 및 미생물 분리

안지은 ( Ji-eun An ),박미진 ( Mi-jin Park ),장석윤 ( Seokyoon Jang ),이수민 ( Soo Min Lee ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

본 연구는 변색 및 부후와 같이 목재 자원으로써 가치를 낮추는 요인에 대해 미생물학적 접근법을 이용한 분석을 통해 목재품질 최적화라는 목표에 기여를 하고자 수행하였다. 신갈나무(Quercus mongolica)를 공시재료로 사용하였으며 부후와 같이 결함이 생긴 피해목과 정상목을 각각 실험군과 대조군으로 사용하여 미생물 군집분석을 수행하였다. ‘문’ 수준의 곰팡이 군집분석에서는 9개의 분류군이 조사되었으며, 우점은 크게 Ascomycota (53.36 ~ 80.13%), Basidiomycota (2.84 ~ 32.77%), Fungi_p (1.7 ~ 26.84%) 3개로 조사되었다. 특히 정상목 대비오염목에서 Basidiomycota의 검출비율이 3.84 ~ 39.35% 증가됨을 확인하였는데, 이를 통해 Basidiomycota문에 속한 균류들이 목재의 부후에 영향을 주는 문임을 추정할 수있었다. ‘속’ 수준의 균류 군집분석 결과 369 분류군이 검출되었으며 Capnodiales_g (1.25 ~ 12.82%), Leptodontidium (0 ~ 11.85%), Mycena (0 ~ 22.21%), Phaeoacremonium (0.16 ~ 26.67%) 의 군집조성이 우점함을 확인하였다. 특히 Mycena 속의 경우, 정상목대비 일부 오염목에서 높은 비율로 검출된 결과를 통해 일부 오염목의 부후에 직접적으로 관련 있는 ‘속’임을 추정할 수 있었다. 부후된 신갈나무로부터 곰팡이의 직접 분리를 통해 자낭균류 26종, 털곰팡이문 5종, 담자균류 3종을 분리하였으며, 미생물 군집분석 결과에서 부후목재에 우점하였던 담자균문에 해당하는 곰팡이는 Clitopilussp., Sistotrema brinkmannii, Schizophyllum commune가 있음을 확인하였다.

부후된 굴참나무로부터 곰팡이 분리 및 동정과 군집분석

함영석 ( Youngseok Ham ),박미진 ( Mi-jin Park ),이수연 ( Su-yeon Lee ),윤정하 ( Jeongha Yoon ),나현정 ( Hyunjeong Na ),장석윤 ( Seokyoon Jang ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

활엽수림은 국내에서 가장 넓은 면적으로 분포하고 있으며, 국산 고부가가치 목재 활용을 위한 중요한 자원이다. 본 연구는 미생물학적 접근을 통해 활엽수의 목재 자원으로써 이용 가치를 저하시키는 부후에 관여하는 미생물을 분석하고, 분석된 미생물들을 목재 품질 바이오마커로 활용하고자 하였다. 이에 본 연구에서는 굴참나무(Quercus variabilis)를 공시재료로 사용하였으며, 정상목과 부후 정도에 차이가 있는 4개의 부후목(A - D)을 각각 대조군과 실험군으로 사용하여 미생물 군집분석을 수행하였다. 또한, 부후 부위로부터 곰팡이를 분리 및 동정하였다. 군집분석은 곰팡이의 variable region인 ITS 2 구간을 이용하였으며, Illumina Miseq을 이용하여 염기서열을 분석하였다. ‘Phylum’ 수준의 곰팡이 군집분석 결과, Ascomycota (68.89 - 40.91%), Basidiomycota (23.79 -0.94%), Mucoromycota (10.52 - 0.02%) 순으로 우점하는 것으로 조사되었다. 특히, 대조군 대비 모든 실험군에서 Basidiomycota 비율이 증가하였다. 부후목 B의 경우 대조군과 비교하여 Mucoromycota의 비율 또한 증가하였으며, Mortierellomycota가 새롭게 검출되었다. 대조군과 실험군을 분말화하여 Potato dextrose agar(PDA+Streptomycin+Benomyl) 상에서 곰팡이를 분리하였다. 분리된 곰팡이로부터 genomic DNA를 추출하였으며, ITS 1, 4 구간을 이용하여 동정하였다. 형태학적으로 구분되는 곰팡이가 분리되었으며, 동정 결과 자낭균류(Ascomycota), 담자균류 (Basidiomycota), 접합균류 (Mucoromycota)의 곰팡이가 조사되었다. 앞서 군집분석 결과에서 유의미한 변화를 나타낸 Basidiomycota는 대조군에서 1종 (Schizophyllum commune )이 분리되었으며, 부후목 A에서 7종 (Daedaleopsis rubescens, Dentipellis rhizomorpha, Emmia lacerata, Peniophora incarnata, Phlebia acerina, Spongipellis delectans, Trametes cubensis) , 부후목 B에서 2종 (Dentipellis rhizomorpha, Sistotrema brinkmannii), 부후목 C에서 1종 (Marasmius cladophyllus), 그리고 부후목 D에서 1종 (Phlebia acerina)이 확인되었다. 본 연구결과는 목재 자원의 가치를 저하시키는 부후에 관여하는 미생물학적 정보를 제공하고, 추후 부후기작 연구에 대한 기초자료로 활용될 수 있으며, 궁극적으로는 목재 자원의 품질 바이오마커로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.