포름산염 활용 균주 분리 및 특성분석 = Isolation and Characterization of formate-utilizing bacteria

국문 초록 (Abstract)

포름산염 활용 균주 분리 및 특성분석 지구에 존재하는 원핵생물의 총 수는 약 5 x 1030 개체이며, 지구의 종 다양성의 50% 이상을 차지한다. 하지만 2021년 7월 기준으로 집계 된 원핵생물의 종 수는 17,470개로 매우 미진한 수준이며, 우리나라에 서 발굴된 미생물은 고균을 포함하여 3,606종 정도이다. 예상한 종 수 에 비하면 0.5% 미만으로 발굴된 셈이다. 원핵생물의 분류는 유전체적 종의 기준으로는 dDDH 70% 미만 또는 ANI 95~96% 미만과 16S rRNA sequence의 유사도 98.7%의 기준을 사용하며 이러한 기준을 통 해 서로 다른 종 임을 밝혀내고 있다. 유전체의 유사도나 유전자 정보 이외에도 quinone, polar lipid와 같은 생화학적 특성 및 생리적특성을 분석하여 차이를 입증해야 한다. 환경미생물은 지구의 생태계나 생리화학적 순환를 이해하는데 중요한 지표이지만 현재 1%만이 배양되었다, 그렇기에 신종미생물 및 미배양 미생물을 확보하여 생물다양성을 확보할 필요가 있다. 우리는 국내 환경 에 서식하고 있는 신종 세균을 분리동정을 목표로 실험을 진행하였고 그 결과 Olleya 속 신종 세균 1종을 분리동정하였다. 또한 산업에서 미생물로부터 만들어지는 고부가가치 물질의 중요성이 점차 강조되고 있다. 현재 전세계적으로 이산화탄소 배출량이 증가되어 농도가 그 어느 때보다 높아지고 있으며 자연 광합성 과정으로는 배출량 을 포집할 수 없다. 그렇기에 환경문제인 탄소중립의 해결방안으로 현재 온실가스를 이용하여 포름산염 (HCOOH/HCOO-)으로 전환하여 환경적 으로 지속가능한 원료로 사용할 수 있다. 우리는 포름산염을 활용하여 우리에게 이로운 고부가가치 물질을 만들어내는 기능성 세균을 분리동정 하는 것을 목표로 실험을 진행하였다. 그 결과 포름산염을 활용하는 균 주 4종을 분리동정하였다. Lysinibacter 속, Cupriavidus 속, Herbaspirillum 속, Ancylobacter 속 균주였으며, 본 연구에서 분리한 균주 는 모두 포름산탈수소효소 (FDH)를 보유하고 있는 것으로 밝혀졌으며, 그 중 Lysinibacter sp. HNR은 신종 균으로 확인되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Isolation and Characterization of formate-utilizing bacteria
The total number of prokaryotic microorganisms on Earth is estimated to be around 5 x 10^30 individuals, constituting over 50% of the Earth's species diversity. However, as of July 2021, the recorded number of prokaryotic species is relatively low, at 17,470, with only approximately 3,606 microbial species identified in South Korea, including archaea. This accounts for less than 0.5% of the estimated species. Prokaryotic classification is based on genomic criteria, such as digital DNA-DNA hybridization (dDDH) below 70% or average nucleotide identity (ANI) below 95-96%, as well as a 16S rRNA sequence similarity of 98.7%. These criteria help establish distinctions between different species.
Environmental microorganisms play a crucial role in understanding ecosystems and biochemical cycling on Earth. However, only 1% of them have been cultured so far, emphasizing the need to secure novel microorganisms and uncultured microbes to ensure biodiversity. In an experimental effort to isolate and identify novel bacteria inhabiting the domestic environment, a new species of genus Olleya was successfully isolated and identified.
Additionally, there is a growing emphasis on the importance of high-value compounds produced by microorganisms in industries. The current global increase in carbon dioxide emissions, with concentrations higher than ever, highlights the need for sustainable solutions to carbon neutrality. Utilizing greenhouse gases, particularly formic acid (HCOOH/HCOO-), offers an environmentally sustainable raw material. In this context, experiments were conducted to isolate and identify functional bacteria capable of utilizing formate for the production of high-value compounds. As a result, four strains utilizing formate were isolated and identified, belonging to the genus Lysinibacter, Herbaspirillum, Cupriavidus, and Ancylobacter. All isolated strains were found to possess formate dehydrogenase (FDH), with Lysinibacter sp. HNRT confirmed as a novel species.

목차 (Table of Contents)

• INTRODUCTION 1
• I. Part 1. ISOLATION NOVEL MARINE BACTERIA
• I-1. Olleya yeosunesis sp. nov., marine bacterium isolated from the South Sea of
• Korea
• Introduction · 7
• Materials And Methods 8
• Bacterial strain and culture condition · 8
• 16s rRNA gene Phylogeny 9
• Genome feature 10
• Phenotypic and Physiological characterization 11
• Chemotaxonomic characterization 12
• Result and Discussion 13
• 16S rRNA gene phylogeny 13
• Genome features · 15
• Phenotypic characterization and Physiological characterization 17
• Chemotaxonomic characterization 20
• Conclusion 23
• II. Part 2. ISOLATION AND CHARACTERIZATION OF FORMATE-UTILIZING BACTERIA
• II-1. Lysinibacter pondri sp. nov., formate-utilizing bacterium isolated from the
• pond of South Korea
• Introduction 25
• Materials And Methods 25
• Bacterial strain and culture condition 25
• 16s rRNA gene Phylogeny · 26
• Genome feature 27
• Phenotypic and Physiological characterization 28
• Chemotaxonomic characterization 29
• Result and Discussion 30
• 16S rRNA gene phylogeny 30
• Genome features · 32
• Phenotypic characterization and Physiological characterization 34
• Chemotaxonomic characterization 38
• Conclusion 41
• II-2. Complete genome sequence of Cuprividus sp. WKF15, Herbaspirllum sp.
• WKF16 and Ancylobacter sp. WKF20, formate-utilizing bacteria
• Introduction 42
• Materials And Methods 43
• Bacterial strain and culture condition 43
• Genome feature 45
• Result 46
• Discussion · 52