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개발동향

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개발동향 상세정보 게시판
분류 [생태계복원] 생태계복원기술
과제명 메타유전체/전사체 정보 활용 메탄생성군집의 핵심 생물인자 발굴 및 군집개조 기술 개발
연구기관 부산대학교
연구기간 2016.11.01.~2017.10.31.
연구비 50,000 천원
핵심키워드 기후변화, 미생물, 메탄공정, 생성군집
요약

연구목적 및 필요성

 O 기후변화와 에너지 문제가 부각되면서 혐기소화를 통한 메탄생산 기술에 대한 관심이 고조되고 있음. 메탄공정의 생촉매는 다양한 미생물(fungi, bacteria archaea )이 유기적으로 연결된 복합 콘소시움으로 구성됨

 O 메탄공정 생촉매(미생물군집)에 대한 생물학적 정보의 한계와 생물학적 조절 전략의 부재로 인하여, 기존 연구는 주로 조업 조건 변화 및 공정 개발에 의한 공정 개선에 초점이 맞추어져 왔음

 O 본 연구는 메탄 생성 생촉매인 미생물군집을 조절하는 신개념의 조절 전략을 구축·활용하여 메탄생성 미생물시스템을 조절함으로써 메탄공정의 기능성 및 안정성을 향상 할 수 있는 기술을 개발하고자 함

 

연구 내용 및 범위

 O 메탄생성 군집 확보 및 생태, 유전정보 구축

 O 메탄생성시스템의 미생물 상호작용 및 대사 네트워크 구축

 O 생물제재로써의 미생물 후보군 도출

연구성과

연구결과

 O 메탄생성 군집 확보 및 생태, 유전정보 구축

  - 부산광역시의 생활하수를 처리하는 수영과 강변하수처리장의 활성슬러지와 혐기소화조 슬러지를 활용하여 메탄생성군집 획득 및 연속배양시스템 구축함

  - 다양한 조건에서 혐기소화조의 미생물 군집 변화를 분석하기 위해 기질의 농도 및 종류 등을 변화시켜 다양한 운전조건에서 안정화된 메탄생성군집을 확보함. 다양한 조건의 메탄생성군집에서 총 411개의 샘플을 선택하여 DNA를 추출하고 miseq 차세대염기서열분석기법을 이용하여 미생물 군집 분석을 수행함

  - Miseq으로부터 획득한 유전정보로부터 미생물 군집의 생태 및 유전정보 구축을 위해 생물정보프로그램 (Mothur, QIIME, R)을 사용하여 미생물 정보를 확보함

  - 구축된 메탄생성군집의 특성(메탄/이산화탄소 생성효율, COD 제거율, pH)을 비교함

 O 메탄생성시스템의 미생물 상호작용 및 대사 네트워크 구축

  - 바이오마커 유전자 기반 메탄생성군집 구조 및 세균(Bacteria), 고세균(Archaea) 군집의 다양성 정보를 구축하고 메타유전체 기반 메탄생성군집 유전체 정보를 구축함

  - 수영하수처리장 및 강변하수처리장 유래의 메탄생성 미생물 네트워크를 구축하고 411개의 미생물 군집 라이브러리를 분석함

  - 각 네트워크를 NetworkAnalyzer를 활용하여 구조적 특성을 분석함

  - 수영하수처리장 기반의 미생물 네트워크는 96개의 노드와 1,941 에지(60.3% 양의 상관관계)로 구성되어 있고 수영하수처리장의 주요 메탄생성균 기반의 서브네트워크를 분석하였을 때 다양한 세균들과 상호 작용을 하고 있음을 보여줌

  - 다양한 메탄생성균이 우점하고 있으며, 특히 Methanosaeta가 전체 archaea36.6%를 차지하며 가장 중요한 메탄생성 균주일 것이라 사료됨

  - 이를 통해 대용량 미생물 생태 및 유전체 정보를 융합하는 기술을 구축함

 O 생물제재로써의 미생물 후보군 도출

  - 네트워크 분석 기반으로 수영하수처리장과 강변하수처리장에 공통으로 존재하는 Petrimonas, Ruminococcaceae, Smithella, Synergistaceae, Syntrophomonas의 생물제재 후보군을 도출함

  - 또한 추가적으로 전통적인 배양법에 기반하여 생물제재로써 12종의 미생물 후보군을 도출함

  - 메탄생성시스템에 미생물 후보군을 생물제재로써 첨가하고 각 후보군에 대한 가스 생성량을 비교함.

 

활용계획

 O 미생물군집 개조기술은 하폐수 처리, 오염물제거 및 에너지 생성 등 다양한 생명공학분야에서 이용할 수 있는 새로운 패러다임의 차세대 생물공학 기술

 O 미생물생태학, 생물공학, 환경공학, 생물정보학 및 합성생물학과의 융합적인 기술 개발 추진을 통해 실현 가능

 

주요성과

 O 보고서 1

 O 국제학술대회 2

첨부파일 ndslOrgDocDown(220).pdf
출처
등록일 2020-02-12

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