An efficient cellulose-degrading microbial consortium obtained from Suncheon bay was analyzed to degrade cellulosic materials. In order to determine the properties of its cellulose degradation efficiency, the metabolic products, and its microbial composition, the capabilities of our microbial consortium were compared to two other cellulase systems after enrichment processes. Filter paper was more efficiently degraded by the cellulases (I; 57.1 % and II; 55.7 %) than the microbial community (20 %). However, the pretreated rice straw was decomposed nearly 56 % by the microbial community. The cellulases degraded the pretreated rice straw to 69 % and 49 %, respectively. The metabolic concentrations of the glucose and the acetate in the culture medium of the microbial system were higher than the cellulases in both filter paper and the pretreated rice straw degradations. 16s rDNA sequence analysis of the cellulolytic isolates showed that the microorganisms in our microbial consortium were one bacterium (Bacillus cereus strain 5YW5, 99 %) and three fungi (unidentified; Penicillium sp. KH00319, 99 %; Aspergillus sydowii strain QLF51, 100 %). Furthermore, three more cellulolytic bacteria were isolated from the mixed-culture of some Suncheon bay samples (namely Pseudomonas aeruginosa strain 1248, Alcaligenes sp. A72, and Ochrobactrum sp. c261). It was also performed that the comparison between the pure strain and of the mixed-culture in filter paper degradation processes. Cellulose-degrading efficiency of the single cellulolytic isolate, P. aeruginosa, was remarkably lower than that of the mixed-culture in terms of the concentrations of metabolic products. Pseudomonas aeruginosa strain 1248 isolated through this work can produce a unique biosurfactant called rhamnolipid. It has the ability to enhance the cellulose degradation efficiency. Extracted biosurfactant was added to enzymatic hydrolysis of filter paper and cellulase activity was more effectively stimulated in cooperation with a biosurfactant. Since our microbial systems are quite valuable resources, it seems to be prospective microbial strategies for bioethanol production.
본 연구는 섬유소계 바이오매스를 원료로 하는 바이오에탄올의 생산성 향상을 위해서 high throughput system 을 통한 새로운 바이오매스 분해 미생물 군집 또는 단일 균주의 분리를 목적으로 수행되었다. 자연계로부터 이와 같은 미생물 시스템을 확보하고, 이를 이용해 난분해성 물질인 섬유소계 바이오매스의 분해 과정을 높은 효율과 빠른 속도로 처리함으로써 생물학적 방법을 적용한 바이오에탄올 생산 가능성에 대해 연구하였다.
제안한 방법의 전략적 검증을 위해 기본적으로 enrichment culture, diluting and plating 등 cultivation methods 를 활용하였으며, 이 과정을 통해 섬유소계 바이오매스 분해 능력이 뛰어난 미생물 군집 및 단일 균주의 획득이 이루어졌다. 확보된 미생물 군집의 성능을 입증하기 위해서 현재 상용화된 두종류의 섬유소 분해 효소(cellulase)와의 비교분석을 통해 섬유소 분해 능력 및 분해산물의 농도 차이를 실험하였다. 그리고 복합 균주와 그로부터 분리한 단일 균주의 성능 비교를 통해 복합 시스템의 우수성을 밝혔다.
또한 분리된 미생물 균주로부터 섬유소계 바이오매스의 분해 효율을 향상시키는 유용한 생산물질인 biosurfactant 즉, rhamnolipid 를 정제하였으며, 이를 이용한 섬유소 분해 효소의 성능 향상의 가능성을 증명하였다.
본 연구를 통해 우리가 보유하고 있는 미생물 시스템이 섬유소계 바이오에탄올 생산에 적용 가능함을 입증하였으며, 해당 미생물 군집에 대한 보다 정확한 이해와 배양 최적 환경에 관한 연구 등을 추가로 이를 발전시켜 향후 생물학적 방법을 이용한 바이오에탄올 생산성 향상에도 크게 기여할 것으로 기대된다.
