콘크리트 포장도로에서 분리한 탄산칼슘형성미생물의 다양한 환경 스트레스 반응

국문 초록 (Abstract)

콘크리트나 석재와 같은 건설용 제대의 보호와 강화를 위해 미생물적으로 유도된 탄산염 침전이 조사되어 왔다. 몇몇의 미생물은 요소분해효소의 활성을 통하여 탄산칼슘침전을 유도할 수 있다. 이 연구에서 콘크리트 포장도로에서 분리된 54개의 탄산염 형성 균주들 중 높은 요소분해효소활성을 갖는 5개의 균주를 선별하였다. 선별된 균주들은 16s r RNA 유전자 분석을 통해 동정하였다. 이들 중 한 개 균주는 Sporosarcina luteola로, 나머지 균주들은 Sporosarcina pasteurii로 각각 밝혀졌다. 염화칼슘 영양 배지에서 배양했을 때, 탄산염으로 보이는 결정들이 콜로니 주위에서 발견되었다. 탄산염 형성은 주사전자현미경 (SEM)과 X-선 회절 (XRD) 분석으로 확인되었다. 공시균주로서 Sporosarcina pasteurii KCTC3558을 사용하여, 5개의 분리균주들의 다양한 환경 스트레스에 대한 내성을 시험하였다. 요소분해효소활성과 세포표면소수성 역시 측정하였다. 다섯개 균주 모두 KCTC3558에 비하여 열 (50 °C), 에탄올 (15 %) 및 과산화수소 (0.03 %) 스트레스 하에서 10배에서 1000배까지 높은 생존율을 보였다. 2WP1-2와 Soil2-80-3은 삼투압 (2 M NaCl)과 기아 스트레스에 대한 생존율이 KCTC3558보다 20에서 40 % 가량 더 높았다. 3S1-100-3-1, Soil2-80-3, Soil2-100-1-2는 건조 스트레스에 대해 KCTC3558보다 더 높은 생존율을 보였다. 그러나 알칼리 (pH 12)에 대한 내성과 urease 활성은 KCTC3558이 다른 분리균주들보다 높았다. 3S1-100-3-1은 가장 높은 세포표면소수성을 보였다. 모든 결과를 종합해 보았을 때, Soil2-80-3이 pH 스트레스를 제외하고는 환경 스트레스에 대한 내성이 비교적 높은 것으로 밝혀졌기 때문에, 이 균주를 이용하여 미생물 유도 콘크리트 형성에 적용하기 위한 연구를 진행할 예정이다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ 서 론 11
• 1. 콘크리트 사용과 문제점 11
• 2. 콘크리트에 미생물 적용 13
• Ⅱ. 연 구 목 적 16
• Ⅲ. 재료 및 방법 17
• 1. 시료채취 및 균주선별 17
• 2. 배양 조건 19
• 3. 탄산칼슘형성확인 20
• 3.1 광학현미경 관찰 20
• 3.2 미생물학적 광물 침전 확인 20
• 3.3 주사전자현미경 관찰(SEM) 20
• 3.4 X-선회절(XRD)분석 21
• 4. 균주별 특성조사 22
• 4.1. 생존 pH 범위 22
• 4.2. 세포 표면 소수성 변화 측정 23
• 4.3. 요소분해효소활성 측정 24
• 5. 스트레스 환경에 대한 생존율 비교 27
• 5.1 열 스트레스(heat stress) 29
• 5.2 에탄올, 삼투압, 산화적 스트레스(ethanol, osmotic, oxidative stress) 29
• 5.3 염기 스트레스(alkaline stress) 30
• 5.4 건조 스트레스(desiccation stress) 30
• Ⅳ. 결 과 31
• 1. 분리균주 확인 31
• 2. 탄산칼슘 형성 확인 33
• 2.1 광학현미경 관찰 35
• 2.2 주사전자현미경 관찰(SEM) 36
• 2.3 X선회절분석(XRD) 38
• 3.분리 균주 별 특성 조사 39
• 3.1 생존 pH 범위 39
• 3.2 세포 표면 소수성 변화 측정 41
• 3.3 요소분해효소활성 측정 44
• 4. 스트레스 환경에 대한 생존율 비교 46
• 4.1 열 스트레스(heat stress) 46
• 4.2 에탄올 스트레스(ethanol stress) 48
• 4.3 삼투압 스트레스(osmotic stress) 50
• 4.4 산화적 스트레스(oxidative stress) 52
• 4.5 염기 스트레스(alkaline stress) 54
• 4.6 기아 스트레스(starvation stress) 56
• 4.7 건조 스트레스(desiccation stress) 58
• Ⅴ. 결론 및 고찰 60
• Ⅵ. 참고문헌 64
• 그림1. 2010 MIT유망기술 (Source : techonolgyreviw.com) 12
• 그림2. 요소 가수분해를 통한 미생물 탄산칼슘의 침전 15
• 그림3. 채취장소의 위성사진 18
• 그림4. 요소분해효소활성(specific urease activity) 계산식 26
• 그림5. 균주별 생장곡선 32
• 그림6. CaCl2 nutrient 고체배지에서의 탄산칼슘형성 34
• 그림7. 균주별 결정모양 35
• 그림8. 균주별 형태학적 특성 37
• 그림9. 미생물에 의한 탄산칼슘형성 37
• 그림10. 탄산칼슘형성균에 의해 유도된 탄산칼슘의 X-선회절분석 38
• 그림11. 각 균주별 생존 pH범위 40
• 그림12. 분리균주들의 hexadecane adhesion test 결과 42
• 그림13. 분리균주들의 세포 소수성 비교 43
• 그림14. 분리균주의 요소분해효소활성도 45
• 그림15. 분리균주의 열 스트레스에 대한 생존율 비교 47
• 그림16. 분리균주의 에탄올 스트레스에 대한 생존율 비교 49
• 그림17. 분리균주의 삼투압 스트레스에 대한 생존율 비교 51
• 그림18. 분리균주의 산화적 스트레스에 대한 생존율 비교 53
• 그림19. 분리균주의 염기 스트레스에 대한 생존율 비교 55
• 그림20. 분리균주의 기아 스트레스에 대한 생존율 비교 57
• 그림21. 분리균주의 건조 스트레스에 대한 생존율 비교 59
• 표 목 차
• 표1. 채취장소의 위치 정보 18
• 표2. 스트레스 조건 28
• 표3. 콘크리트 포장도로로부터 분리한 탄산칼슘형성미생물 31