Degradation of Aromatic Compounds by a Novel Strain of Paenarthrobacter

국문 초록 (Abstract)

과학이 발전함에 따라 많은 화합물이 만들어졌다. 이러한 화합물은 xenobiotics라 불리우며 인류 사회에 많은 이점을 가져왔다. xenobiotics의 종류에는 항생제, 농약, 석유 등이 있다. 이러한 이점 때문이었을까, 많은 xenobiotics가 합성, 생산되었고 그로인해 생태계는 많은 xenobiotic에 노출되었다. xenobiotics는 자연적으로는 존재하지 않는 물질이기에 자연환경의 군집을 변이시키고, 특유의 독성으로 여러 생물에게 피해를 입힌다. Xenobiotics의 정화에는 물리학적, 화학적, 생물학적 정화가 있는데 앞선 두개의 정화법에는 많은 돈과 시간이 필요하며 추가로 환경에 2차 피해를 야기할 수 있다. 따라서 값이 싸고 자연친화적이며 지속가능한 생물학적 정화에 관심이 많아지고 있다. 본 연구에서는 xenobiotics중 하나인 유기인계 농약인 paraoxon의 분해하는 미생물을 찾기위해 태안의 농가 토양에서 40개의 세균을 분리하였다. 분리된 세균은 단일탄소원으로 paraoxon을 사용해 분리를 하였고 HPLC를 통해 분리된 세균의 paraoxo분해를 확인하였다. 그중 paraoxon분해율이 가장 좋은 한 균주를 MMS21-TAE1-1T로 명명하였으며 16S rRNA를 확인하였을 때 paenarthrobacter의 신종임을 확인하였다. MMS21-TAE1-1T 균주의 전장유전체 분석을 통해 paraoxon분해에 관여하는 phosphotriesterase 유전자를 annotation하였으며, annotation된 유전자는 포유류의 PON1단백질과는 유사성이 멀고 bacterial phosphotriesterase와 유사한것으로 나타났다. 추가로 MMS21-TAE1-1T 균주는 Paraoxon의 분해산물인 p-nitrophenol을 분해하는 것으로 확인되었기에 생물학적 정화에 더 유용할 것으로 예상된다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Materials and Methods 5
• 2.1. Sampling sites 5
• 2.2. Isolation of strains 7
• 2.2.1 Agar plate spreading based assay 7
• 2.2.2 Enrichment culture based assay 7
• 2.3. Identification of strains 8
• 2.4. Phylogenetic analysis based on 16S rRNA gene 9
• 2.5. Cultural and physiological characterization 10
• 2.5.1. Optimization of growth media 10
• 2.5.2. Optimization of growth conditions 11
• 2.5.3. Substrate utilization 12
• 2.6. Chemotaxonomic analysis. 14
• 2.7. Aromatic compounds degrading activity 15
• 2.7.1. Paraoxon degradation activity assay using HPLC 16
• 2.7.2. p-Nitrophenol degrading activity assay using HPLC 16
• 2.8. Whole genome analysis. 17
• 2.8.1 Extraction of genomic DNA. 17
• 2.8.2 Whole genome analysis 18
• 2.8.3 Comparative genomic analysis 19
• 2.8.3.1 Identification of COGs 19
• 2.8.3.2 Annotation of paraoxon degradation gene 20
• 2.9. Hypothetical protein analysis. 21
• 2.9.1. Hypothetical protein analysis based on phylogenetic tree 21
• 2.9.2. Prediction of protein structure using PyMOL 21
• 3. Results 22
• 3.1. Identification of isolates showing paraoxon degrading potential 22
• 3.2. Phylogeny based on 16S rRNA gene 27
• 3.3. Taxonomic description of MMS21-TAE1- 1T 30
• 3.3.1. Genome features 30
• 3.3.2. Physiology features 33
• 3.3.3. Chemotaxonomy features 36
• 3.4. Screening of paraoxon degradation by isolates obtained from enrichment culture 39
• 3.5. Paraoxon degradation activity based on HPLC assay of MMS21-TAE1- 1T 42
• 3.6. p-Nitrophenol degradation by MMS21-TAE1- 1T 44
• 3.7. Comparative genomic analysis 46
• 3.7.1. Whole genome of MMS21-TAE1- 1T 46
• 3.7.2. Clusters of orthologous groups (COGs) within MMS21-TAE1- 1T genome. 47
• 3.7.3. Annotation for putative paraoxon degradation gene of MMS21- TAE1- 1T 49
• 3.8. Hypothetical protein (phosphotriesterase) analysis of MMS21-TAE1- 1T 53
• 3.8.1. Hypothetical protein analysis based on phylogenetic tree 53
• 3.8.2. Prediction of protein structure using PyMOL 55
• 4. Discussion 57
• 5. References 61
• SUMMARY (in Korean) 65