[표지] 1
요약문 3
목차 7
Abstract 12
I. 서론 13
II. 연구방법 15
1. 슬러지 내 NGS 분석 15
가. 슬러지 시료 확보 15
나. NGS를 이용한 원핵생물 군집 분석 16
다. Shotgun metagenomics를 이용한 기능 유전자 분석 17
2. 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주 분리 18
가. 고온내성 균주 배양법 최적화 18
나. 고온내성 원핵생물 생장 곡선 측정 19
다. 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주 분리 19
라. 특수 배지를 활용한 단백질 분해효소 활성도 측정 19
마. Protease Assay Kit를 이용한 단백질 분해 효소 활성도 정량분석 20
바. 고형물 및 바이오매스의 soluble COD(sCOD)로의 전환율 평가 21
사. 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주별 soluble COD(sCOD) 전환율 평가 21
3. 아세토젠 균주 분리 22
III. 연구결과 23
1. 오염환경 내 원핵생물 군집구성 23
가. 원핵생물의 종 풍부도와 다양성 23
나. 문 수준의 비교 25
다. 속 수준의 비교 27
라. 원핵생물 상호발생 네트워크 30
2. 오염환경 내 기능 유전자 탐색 31
가. Shotgun metagenomics에 의한 군집구성 특성 31
나. 기능성 유전자 탐색 33
3. 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주 46
가. 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주 분리 46
나. 선별된 고온내성 원핵생물 생장 곡선 46
다. 단백질 분해효소 활성 측정 47
라. 특수 배지를 활용한 지질 분해효소 활성 측정 48
마. Protease Assay Kit를 이용한 단백질 분해 효소 활성 측정 48
바. 슬러지 이용 고온내성 단백질 분해효소 활성 측정 및 sCOD 전환율 평가 50
사. 선별된 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주별 sCOD 전환율 평가 51
4. 아세토젠 균주 53
IV. 고찰 56
1. 연구 목적 및 범위 56
2. 오염환경 내 원핵생물 군집구성 56
3. 오염환경 내 기능 유전자 탐색 57
4. 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주 59
5. 아세토젠 균주 61
V. 결론 62
1. 오염환경 내 원핵생물 군집구성 62
2. 오염환경 내 기능 유전자 탐색 62
3. 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주 63
4. 아세토젠 균주 63
VI. 참고문헌 64
[뒷표지] 67
표 1. 시료 종류 및 채취 장소 15
표 2. 16S rRNA의 V4 구역 증폭용 프라이머 염기서열 정보 16
표 3. 고온성 단백질 분해효소 생산 균주 분리를 위한 시료채취 정보 18
표 4. 시료별 원핵생물 NGS 분석결과 요약 23
표 5. 시료별 상위 우점 13개 문 구성 비율 26
표 6. 시료별 상위 우점 27개 속 구성 비율 29
표 7. Shotgun metagenomics에 의한 시료별 상위 우점 속 구성 비율 31
표 8. 시료별 Shotgun metagenomic raw data QC 및 어셈블리 형성 33
표 9. 어셈블리 대상 PROKKA를 이용한 유전자 코딩 시퀀스 탐색 결과 34
표 10. 21BR-01 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 35
표 11. 21BR-02 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 37
표 12. 21BR-03 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 37
표 13. 21BR-04 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 38
표 14. 21BR-05 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 38
표 15. 21BR-06 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 39
표 16. 21BR-07 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 39
표 17. 21BR-08 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 40
표 18. 21BR-09 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 40
표 19. 21BR-10 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 41
표 20. 21BR-11 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 41
표 21. 21BR-12 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 42
표 22. 21BR-13 시료의 비교 풍부도 상위 20개 기능성 유전자 목록 42
표 23. 시료별 고온성내성 원핵생물의 염기서열 상대적 분포도 45
표 24. 7종의 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주 후보 46
그림 1. 슬러지의 생물학적 처리단계 및 기대효과 14
그림 2. 건조방지를 위한 고온내성 미생물 배양법 19
그림 3. Calbiochem 사의 protease assay kit 사용 및 정량분석 원리 20
그림 4. 고온내성 단백질 분해효소 생산 원핵생물의 sCOD 전환율 평가방법 22
그림 5. Weighted UniFrac distance를 기반으로 한 PCoA를 이용하여 시료 내 미생물 군집 간 유사도 분석 24
그림 6. 시료의 원핵생물 문 수준의 군집 비교. 각 문에 해당하는 계의 정보는 고세균류(A)와 원핵생물(B)로 표기 25
그림 7. 시료의 원핵생물 속 수준의 군집 비교 28
그림 8. 시료 간 원핵생물 문 수준의 긍정적(상) 및 부정적(하) 상호발생 네트워크 30
그림 9. Shotgun metagenomics 군집 분석에 의한 21BR-13 군집 내 Nocardioides 속에 해당하는 다양한 종 분포 32
그림 10. Shotgun metagenomic을 통한 PET 분해 대사과정 예측 36
그림 11. Shotgun metagenomic을 통한 시료 BR21-10 내 benzoate 분해 대사 예측 43
그림 12. Shotgun metagenomic을 통한 시료 BR21-10 내 xylene 분해 대사 예측 43
그림 13. Shotgun metagenomic을 통한 시료 BR21-10 내 dioxin 분해 대사 예측 43
그림 14. 각 시료별 methane monooxygenase 유전자 분포 44
그림 15. 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주별 성장곡선 47
그림 16. Skim milk media를 이용한 단백질 분해효소 활성도 측정 결과 48
그림 17. Lipase 배지를 이용한 지질 분해효소 활성도 측정 결과 49
그림 18. Protease Assay Kit를 통해 7개 균주별 단백질 분해효소 활성도 정량분석 결과 49
그림 19. 잉여슬러지를 이용한 슬러지 상태변화 모니터링 결과 50
그림 20. 잉여슬러지 내 고온내성 단백질 분해효소 생산 균주 주입 및 미주입 조건 간 sCOD 전환율 모니터링 결과 51
그림 21. 선별 균주의 sCOD 전환율 평가 실험 51
그림 22. 균주별 sCOD 전환율 평가 결과 52
그림 23. #2 COMP 65-12 균주와 #4 CompSKIM 14 균주의 성장특성 53
그림 24. 환경시료의 농화배양 53
그림 25. 농화배양체의 acetate 측정 결과 54
그림 26. Roll tube 배양 54
그림 27. 아세토젠 A3, A6 균주들의 계통수 55