미생물생태학

목차

1.미생물생태학의 정의

2.생태계의구조

3.비생물적 구성요소

4. 미생물 생태계의 영양단계

5.기능적인 측면에서 구성요소

6.생물권의물리적 특성

7.대기

8.물

9.토양

10.태양에너지

11.미생물생태계의 영양단계

12.미생물 생태계의 물질 순환

13.탄소

14.산소

15.질소

16.황

17.미생물생태계의 제한요인

18.개쳬군의 상호작용

19.미생물 생태계 관찰방법

20.참고문헌

본문내용

분석을 진행할 수 있다. 또한 이러한 방법을 통해서 생태계의 오염 실태 파악 및 그 방지를 위한 연구로서 병원성 미생물과 여러 난분해성 오염물질의 분포를 파악하고 이의 조기 검출과 제거에 관한 연구가 가능하다. 오염실태의 파악을 위해 하천수, 호소수, 지하수 등의 생태계 전반에 대한 monitoring을 수행하고, 수인성 질병의 원인이 되는 Salmonella, Shigella 등의 병원성 세균 및 Enterovirus, HAV 등 의 바이러스의 신속하고 정확한 검출을 위해 분자생물 학적 방법을 응용한 검출기법에 대한 연구도 가능하다. 이와 연관지어 음용수 수질개선을 위한 연구로서 주로 상수도 배, 급수 계통에서의 미생물의 재생장 및 분포에 대해서도 연구할 수 있고 또 다른 연구영역은 환경생물공학(Environmental Biotechnology)적 연구이다. 오염된 생태계를 회생시키기 위한 연구로서 PAH(다핵방향족 화합물) 및 유류로 오염된 토양에 존재하는 유류분해세균을 탐색하고 이들의 활성증진과 생태계로의 도입을 통한 생태계 정화방법을 연구하고 조기 경보시스템의 도입을 위해 cyanobacteria 등의 미생물을 이용한 생물감지장치(biosensor)에 대한 연구와 미생물을 이용한 생분해성 플라스틱 개발과 생물계면활성제(Biosurfactant) 생산균주 연구 등 환경친화적 신물질을 개발하는 연구도 수행할 수 있다.
현미경 관찰이나 진탕배양에 의한 전통적인 미생물학적 기법들은 미생물의 분류와 동정에 는 한계가 있어, 자연계에 존재하는 미생물들의 다양성과 역할에 대한 우리의 지식은 매우 미약하였다. 미생물은 작고 단순한 형상으로 신뢰성 있게 그룹화하기에는 특징적인 외관이 부족하여 형태적 특징에 의한 분류는 매우 어렵다. 게다가, 생리학적 또는 생화학적 특징만으로 미생물을 분류한다는 것은 거의 불가능하다. 이는 미생물들이 번성하는 실제 생장환경을 구현할 수 없는 탓에, 99%에 해당하는 대부분의 자연계의 미생물들은 순수 분리되지 못하고 있기 때문이다. 그러므로 좀더 나은 미생물들의 다양성과 이들의 생태계 유지에 관한 역할이해를 위해 또 다른 거시적인 미생물학적 접근방법이 필요하다.
분자생물학적 기법의 발달로 인해 미생물의 다양성은 유전자 수준으로 접근이 가능해졌다. 미생물들은 유전자의 상동성에 따라 그룹화 되었고, 이는 진화적 상관관계를 대변한다. 미생물 다양성을 연구하기에 가장 효과적인 접근방법은 16S rRNA를 cloning하여 서열을 분석하는 것이다. 이 방법을 통해 현재 미생물의 다양성은 기존에 예측된 것에 비해 훨씬 더 크다. 이러한 중요성에도 불구하고, 미생물 다양성은 미생물 생태학의 단 한가지의 관점에 불과하다. 미생물 군락에서의 연속적인 개체군 변화가 또 한 가지의 중요한 예가 될 것이다. 그러나 분자생물학적 클로닝 방법들은 많은 노력과 시간을 요구하며, 비용도 많이 들어 채택하기 힘든 실험 기법이다. 또한 특이적인 oligonucleotide를 이용한 hybridization은 개체 수 동역학에 적절한 방법이긴 하나, 이 또한 probe가 염기서열 데이터에 의존한다는 단점과 지나치게 특이적이어서 한가지의 개체군에만 적용되거나 지나치게 일반적이어서 밀접한 관계는 있으나 계통적으로 전혀 다른 개체군까지 훑어보게 되는 단점이 있었다. 그리하여 생태계에서의 다른 미생물군의 다양성을 결정하거나, 미생물 군락의 시간에 따른 추이를 monitering할 때에는 새로운 접근방식이 필요하다. 이렇게 탄생한 것이 복잡한 미생물 군의 유전자 fingerprinting이다.
유전자 fingerprinting 기법은 특징적인 핵산종이 물리적으로 분리됨에 따라 군락 다양성의 패턴이나 프로파일을 제공한다. 몇 가지 유전자 fingerprinting 기법을 통해 다른 환경에 속하는 미생물 군락을 비교할 수 있고, 시간에 따라 하나의 군락의 변화추이를 살필 수도 있다 유전자 fingerprinting 기법의 일반적 전략은 첫째, DNA나 RNA를 추출하고, 둘째, 16S rRNA를 코딩하는 유전자를 증폭하여, 셋째, DGGE나 TGGE와 같이 유전자 fingerprinting을 통해 PCR 산물을 분석하는 것이다.
미생물 군락의 구성원에 대한 보다 나은 해석을 위해 taxon-specific primer를 이용하거나, 16S rRNA의 hypervariable 부위를 코딩하는 polynucleotide prove를 이용하기도 한다. 특히 후자는 특정 박테리아 종의 rDNA만을 효소적으로 증폭하거나 universal primer로 증폭한 후 TGGE를 걸어 밴드를 잘라 얻어진 dioxigenin-labeled prove를 이용한 연구이다. 이러한 prove들은 이후에 충분한 특이성을 획득하기 위한 hybridization 조건 하에서 DGGE/TGGE 패턴을 분석할 때 사용되어진다. 이러한 작전의 유리한 점은 특이적인 염기서열 정보가 없을 때에도 prove를 만들 수 있다는 것이다. 속(Genus)-특이적 oligonucleotide prove를 이용한 hybridization 분석 후 PCR-DGGE를 이용하여 토양 pH가 암모니아 산화균주에 어떠한 영향을 주는가를 살핀 보고가 있었다.
또 다른 연구에서는 연체동물문에 속하는 이매패류(二枚貝類)의 껍질에 생성되는 바이오필름에 존재하는 박테리아들을 연구할 때 좀더 많은 정보를 얻기 위해 PCR-DGGE와 함께 클로닝 및 서열분석을 동시에 시행하기도 하였다. 이러한 접근방식을 통해 바닷가 모래언덕에 존재하는 암모니아 산화균들의 분포를 연구하여 Nitrosomonas속에 속하는 균주들이 바다에 가까이 존재하는 반면, Nitrosospira에 속하는 균주들은 바닷가 전체적으로 분포되어 있음을 알아내었다. 클로닝과 TGGE분석은 사람의 위장 내의 우위균주들의 다양성 및 계통발생학적 위치를 알아내는데 사용되기도 한다.
9. Reference
http://www.personal.psu.edu/users/j/s/jsc193/autotroph.htm
< 환경생태학 > 박석환 지음 신광문화사
< 환경미생물학 > 송홍규, 오계헌 공저 동화서적

키워드

미생물,   개쳬군,   황,   태양에너지,   생물권