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Analysis of microbial diversity in sulfur oxidizing denitrification process with culture dependent and PCR, DGGE, cloning-based culture independent methods = 배양의존적 방법과 PCR, DGGE, cloning기반 배양비의존적 방법을 이용한 황산화 탈질공정 내 미생물 군집분석
서명 / 저자 Analysis of microbial diversity in sulfur oxidizing denitrification process with culture dependent and PCR, DGGE, cloning-based culture independent methods = 배양의존적 방법과 PCR, DGGE, cloning기반 배양비의존적 방법을 이용한 황산화 탈질공정 내 미생물 군집분석 / Chang-Soo Lee.
저자명 Lee, Chang-Soo ; 이창수
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2007].
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Sulfur oxidizing denitrification has many interesting physical, chemical and biological characteristics. Although Sulfur oxidizing denitrification process has been extensively studied since 1978, knowledge about microbial community is still very limited. Sulfur particles covered with thin biofilm are regarded as key area of sulfur oxidization. Also supplement of organic carbon sources into the sulfur oxidizing denitrification process may provide huge diversity to microorganism community. In this study, 16S rDNA-based PCR-DGGE and cloning were applied to analyze the microbial community in the sulfur oxidizing denitrification. The extent of microbial community diversity in two different types of sulfur oxidizing denitrification processes was analyzed with culture-dependent and culture-independent approaches. As the culture-dependent method in lab-scale sulfur oxidizing denitrification process, about 50 isolates were obtained and they were classified into 6 important sulfur oxidizing groups by comparing their partial 16S rDNA in Blastin database. Strains ST1, C1T3, C4T1, C4T2, C4T3 and C4T5 were most closely related to Paracoccus pantotrophus. Strains ST3, C1T4, C3T1, C3T2, C3T4, and C3T5 had high similarities to Paracoccus versutus. Strains ST4, C7T1, C7T2, C7T3, C7T4 and C7T5 had similarities to the genus Thiothrix. Strains ST2, C5T1, C5T2, C5T3, C5T4 and C5T5 had similarities to Sulfurimonas denitrificans. Strains SN2, SN3, SN4, SN5, C1N2, C1N3, C1N5, C2N3 and C2N4 are in the group of SN2 and it could be placed under the genus Pseudomonas. All isolates were 97.4 – 99.8 % similar to the type strains of the related species. Strain ST1 and ST3 were Paracoccus species which were α Proteobacteria. Strain SN2 was Pseudomonas species which were γ Proteobacteria. While ST4 and C7T1 were Thiothrix species which were also γ Proteobacteria. Strain ST2 was Sulfurimonas species which was ε Proteobacteria. ß and δ Proteobacteria were not isolated from culture dependent method. By culture-independent method in pilot-scale sulfur oxidizing denitrification process, a total of 97 clones containing partial 16S rDNA inserts were obtained from samples. Some clones were estimated as chimeras in 16S rDNA gene library and were excluded from subsequent phylogenetic analyses. Total 84 clones from 16S rDNA gene library were subjected to phylogenetic analysis. At first sulfur oxidizing denitrifier like those of lab-scale reactor would be expected to be predominant in the samples but the OTUs related to sulfur oxidizing denitrifier existed only 30% of the total microbial community from cloning analysis. The clones from pilot-scale reactor were not consisted with only the phylum of Proteobacteria, which was the result of lab-scale sulfur oxidizing denitrification but with the phyla of Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes and Spirochaetes. Clone analysis demonstrated that the microorganisms in sulfur oxidizing denitrification process have a much more complex microbial community and metabolic diversity. A lot of heterotrophic microorganisms did exist using by-products of the autotrophs. This indicated that even so-called pure autotrophic microbial communities might contain a certain proportion of heterotrophs. The isolated strain LCS2 in sulfur oxidizing denitrification process give good examples. Growth of these strains under anoxic conditions was possible with nitrite as the electron acceptor. This suggests that heterotrophs were probably introduced through the wastewater and grown by organic compounds from autotrophs. The survival of heterotrophs in autotrophic condition is a matter of the space and resources than metabolic limitation of themselves. In any case, this suggests that novel strain could be observed and isolated in unexpected environments.

황산화 탈질은 많은 흥미있는 물리적, 화학적, 생물학적 특징을 갖고 있다. 1978년부터 황산화 탈질은 많이 연구되어왔지만, 미생물 군집에 대한 지식은 여전히 매우 제한적이다. 얇은 생물막으로 덮인 황입자가 황산화의 중요한 장소로 간주된다. 또한 황산화 탈질공정에 소량의 유기 탄소원의 첨가는 미생물 군집의 큰 다양성을 제공할 수 있다. 본 연구에서 16S rDNA에 근거한 PCR-DGGE와 클로닝으로 황산화 탈질 공정 내 미생물 군집을 분석하였다. 다른 두 종류의 황산화 탈질 공정 내 미생물 다양성 정도는 배양 의존적 방법과 배양 비의존적 방법으로 분석되었다. Lab-scale 황 산화 탈질 공정에서 배양 의존적 방법으로 약 50개의 분리균을 얻었고 이들은 Blastin database로 partial 16S rDNA비교를 통하여 6개의 중요한 황산화 군으로 분류되었다. 분리균 ST1, C1T3, C4T1, C4T2, C4T3, C4T5은 Paracoccus pantotrophus와 가장 유사하였다. 분리균 ST3, C1T4, C3T1, C3T2, C3T4, C3T5은 Paracoccus versutus와 가장 유사하였다. ST4, C7T1, C7T2, C7T3, C7T4, C7T5은 Thiothrix종과 유사하였다. 분리균 ST2, C5T1, C5T2, C5T3, C5T4, C5T5은 Sulfurimonas denitrificans와 가장 유사하였다. 분리균 SN2, SN3, SN4, SN5, C1N2, C1N3, C1N5, C2N3, C2N4들은 SN2 군으로 Pseudomonaas종에 속하였다. Lab-scale의 황산화 탈질 공정에서 분리된 모든 균은 97.4에서 99.8 %의 높은 유사도를 갖고 있었다. ST1과 ST3는 Paracoccus종으로 α Proteobacteria이며, SN2는 Pseudomonas종으로 γ Proteobacteria ST4와 C7T1은 Thiothrix종으로 역시 γ Proteobacteria였다. ST2는 Sulfurimonas 종으로 ε Proteobacteria였다. ß와 δ Proteobacteria는 배양 의존적 방법으로는 lab-scale 황산화 탈질 공정에서 분리되지 않았다. 배양 비의존적 방법으로 약 100개의 클론을 파일롯 샘플에서 얻었으며 몇 개의 클론은 중합체로 확인되어 총 84개의 클론으로 계통분석을 하였다. 처음에는 lab-scale 실험결과와 비슷한 황산화 탈질균이 샘플에 우점종일 것으로 예상되었으나 클론 분석으로 총 미생물 군집의 30%정도만이 황산화 탈질균이었다. 클론들은 lab-scale 황산화 탈질의 결과처럼 Proteobacteria만이 아니라 Actinobacteria, Bacteroidetes, Firmicutes, Spirochaetes의 다양한 문으로 구성되었다. 클론 분석은 황산화 탈질 공정에 더 다양한 미생물 군집과 대사 다양성을 갖는다는 것을 보여주었다. 많은 종속영양 미생물이 독립영양 미생물의 부산물을 이용하면서 엄연히 존재하였다. 이는 이른바 순수한 독립영양 미생물 군집도 일부분 종속영양 미생물을 함유할 수도 있다는 것을 시사하였다. 분리된 균 중 LCT2가 좋은 예가 되었다. 무산소 조건에서 이들 균주의 성장은 질산성 질소가 전자수용체일 때 가능하였다. 이는 종속영양균들이 폐수에서 유입되어 독립영양균에서 나온 유기물로 자란 것을 제시한다. 종속영양균의 생존은 장소와 자원의 문제이지 대사적 제한의 문제가 아니었다. 아무튼 이것은 예상하지 않은 환경에서도 새로운 균주가 발견될 수 있다는 것을 제시한다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DBS 07013
형태사항 ix, 118 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 이창수
지도교수의 영문표기 : Sung-Taik Lee
지도교수의 한글표기 : 이성택
수록잡지명 : "Rhodanobacter thiooxydans sp. nov., isolated from a biofilm on sulfur particles used in an autotrophic denitrification process.". International journal of systematic and evolutionary microbiology,
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명과학과,
서지주기 Reference : p. 103-112
주제 sulfur oxidizing denitrification microbial diversity PCR DGGE cloning
황 산화 탈질 미생물 군집 PCR DGGE 클로닝
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