메탄 산화세균의 성장과 활성에 미치는 활성탄의 영향

Abstract

메탄 산화세균의 MMO효소는 다양한 기질을 공대사할 수 있으므로 메탄산화세균은공학적으로 널리 이용될 수 있는 가능성을 지니고 있다. 메탄 산화세균의 이용을 위해서는 높은 MMO 활성을 지닌 고농도 메탄산화세균의 배양이 필요하므로 이를 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 활성탄은 다공성인 표면을 가지고 있어 독성물질을 흡수해주며, 미생물의 부착이 쉽고, 미생물의 biomass 증가와 활성 증가에 기여한다고 알려져 있다. 지금까지 다양한 미생물의 생장에 활성탄의 첨가가 긍정적인 효과를 주었다고 보고되어왔으나, 메탄 산화세균의 메탄 산화나 메탄 산화세균 군집에 활성탄의 첨가가 어떤 영향을 미치는지에 관한 연구는 진행되지 않았다. 따라서 본 연구에서는 배양액 상태의 메탄 산화세균에게 활성탄의 첨가가 어떠한 영향을 미치는지에 관하여 알아보았다. 첫 번째로 메탄 산화세균을 농화배양하여 활성탄의 첨가에 따른 메탄 산화능과 메탄 산화세균 군집을 비교하였고, 두 번째로 메탄 산화세균의 배양시 starvation이 일어날 수 있으므로, starvation이 일어날 때 활성탄이 메탄 산화세균의 메탄 산화와 메탄 산화세균 양에 미치는 영향을 알아보았으며, 본 연구실에서 분리한 메탄 산화 순수균 Methylocystis sp. M6를 대상으로도 starvation에 의한 영향을 분석하였다. 메탄 산화세균 농화배양액에 활성탄을 첨가하였을 때, 활성탄의 첨가에 따른 biomass 증가는 관찰되지 않았다. 하지만 메탄 산화세균당 메탄 산화 효율은 활성탄 첨가에 의하여 유의미하게 증가하였으며, 배양액 부피당 메탄 산화 효율도 활성탄이 첨가되지 않은 조건에 비하여 높게 나타났다. 본 연구에서 활성탄 첨가에 따른 유의미한 다양도나 균등도 증가나 메탄 산화세균 군집 변화는 나타나지 않았다. Starvation이 일어날 때 활성탄이 메탄 산화세균의 메탄 산화에 미치는 영향을 알아보았는데, 실험 결과, 활성탄이 첨가된 농화배양액은 starvation시간의 증가에 따른 메탄 산화속도 저해가 활성탄이 첨가되지 않은 농화배양액에 비하여 적게 나타났으며, 39일의 starvation 후에도 메탄 산화세균의 양이 유의미한 감소를 나타내지 않아, 활성탄이 첨가된 농화배양액은 starvation저항성이 증가하는 것으로 조사되었다. 또한, 본 연구에서 사용한 Methylocystis sp. M6는 메탄 산화 효율이 매우 높았고, starvation에 의한 메탄 산화속도나 메탄 산화세균 군집 감소 효과가 적어 산업적 이용에 적합할 것으로 기대된다. 본 연구 결과 활성탄은 메탄 산화세균의 메탄 산화 효율을 증가시켜주고, starvation에 의한 저해 영향을 감소시켜 주는 등 메탄 산화세균에게 긍정적인 영향을 주는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 메탄 산화세균의 배양에 유용한 정보를 제공해 주어, 향후 메탄 산화세균의 공학적 이용에 도움을 줄 것으로 생각된다.;Methane monooxygenase(MMO) enzyme of methanotrophs can degrade various substrates by co-metabolism including alkan, alken, alicyclics, aromatics, and heterocyclics, making them useful for biotransformation and bioremediation. Cultivation of methanotrophs with high biomass and high MMO activity is important for the industrial application of methanotrophs. Activated carbon is very porous substance with high surface area. They can absorb toxic substances and protect the microorganism from toxic effect, offer habitat to microorganisms on their macropore, possess various functional groups which enhance microbial attachment, attribute to the biomass and activity increase of the attached microorganisms. Although many studies reported these positive effects of activated carbon on various microorganisms, effects of activated carbon on the growth and development of methanotrophs has not been reported. In this study, effects of activated carbon on the methane oxidation and methanotrohic consortium of methanotrophs at various conditions was analyzed. Firstly, effects of activated carbon on the methane oxidation and methanotrohic consortium was studied. Secondly, because limitation of carbon sources could happen during cultivation and industrial application, effects of activated carbon on the methane oxidation and cell number of methanotrphs under methane depletion(starvation) was studied. Additionally, Methylocystis sp. M6 was also studied with similar conditions. When activated carbon was added to methanotrophic culture, enhance of biomass was not detected. However, methane oxidation rate was significantly increased by addition of activated carbon. These results indicate that addition of activated carbin enhanced the methane oxidation rate of methanotrophs. There was no significant effect on the methanotrophic structure by addition of activated carbon. When carbon source was depleted, methanotrophic consortium added with activated carbon had better resistance from methane oxidation and methanotrophic cell number decrease. Also, Methylocystis sp. M6 used in this study had high methane oxidation rate, and was highly resisitant to cell number decrease by starvation, indicating that they have great potential for industrial use. The findings from this study offer valuable informations about the cultivation of methanotrophs, contributing to the industrial use of methanotrophs.