지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 오현석
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 서울과학기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수39
이 논문의 연구 히스토리 (4)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
혐기성 반응기는 낮은 바이오매스 수율에 의해 잉여 슬러지 생산이 적고, 메탄 생산을 통해 에너지를 회수할 수 있다는 장점이 있어 현재 하폐수처리 공정에서 많이 활용되고 있다. 그러나 혐기성 처리 공정에서는 황산염환원균의 활동으로 인한 공정 효율의 저하 문제가 종종 발생한다. 황산염환원균은 기질 경쟁을 통해 메탄생성균의 활동을 저해하여 메탄 생성량을 감소시키고 반응기 효율을 저하시킨다. 또한 유독하고 부식성 가스인 황화수소를 생성하여 반응기 내 미생물 활성을 저하시키며 금속 부식 문제를 일으킨다. 따라서 황산염환원균의 활동을 효과적으로 억제하는 기술은 혐기성 반응기의 효율 증대에 크게 기여할 수 있을 것이다.
미생물은 정족수 감지 기작(quorum sensing, QS)을 통해 생물막 형성, 병원성 등의 단체행동을 발현시키는데, 다양한 공정에서 이의 조절을 통해 원치 않는 단체행동을 억제하는 연구가 활발히 진행되고 있다. QS 억제는 미생물 성장을 저해하지 않으면서 QS를 통해 일어나는 생물막 형성 등의 단체행동만을 저감 시킬 수 있기 때문에 기존의 살균제나 항생제보다 지속 가능한 미생물 제어 기술로 알려져 있다. 바닐린은 특정 미생물에 QS 억제물질로서 작용할 수 있다는 사실이 여러 연구에서 증명되었으나 아직까지 황산염환원균에 미치는 효과는 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 Desulfovibrio vulgaris Hildenborough을 모델 황산염환원균으로 이용하여 batch test를 진행하였고 이를 통해 바닐린이 균주의 성장, 황산염환원, 생물막 형성, N-Acyl homoserine lactone (AHL) 생성 및 유전자 발현에 미치는 영향을 확인하고자 하였다.
바닐린 주입시 0.4 ~ 1.2 mM 농도 까지는 균주 성장에 유의미한 영향을 끼치지 않았으며, 3.3 mM 농도에서는 크게 저하시킴을 확인하여 QS 억제 효과를 관찰하기에 적절한 주입 농도 범위는 0.4 ~ 1.2 mM 인 것으로 판단하였다. 실험된 모든 농도(0.4 ~ 3.3 mM)에서 바닐린은 생물막 형성, 황산염환원, AHL 생성을 저해하였다. 미생물 증식은 저해 받지 않고 AHL 생성량은 낮아진 것을 통해 바닐린이 QS를 억제 할 수 있다는 사실을 실험적으로 확인하였다. 그 중 바닐린을 0.4 mM 농도로 주입했을 때 차등발현유전자 (differentially expressed gene, DEG) 분석결과 황산염환원 저해에는 질소 고정 pathway의 유전자가 관여한 것으로, 생물막 형성이 저해된 것은 비오틴 pathway 의 유전자가 관여한 것으로 추정하였다.
본 연구는 바닐린이 황산염환원균 모델 미생물인 D. vulgaris Hildenborough 의 물질대사와 생물막 형성, AHL 생성에 끼치는 영향과 DEG 분석을 통해 0.4 mM의 바닐린이 유전자 발현에 끼치는 영향을 확인하였으며, 이는 향후 바닐린과 같은 정족수 감지 억제제가 황산염환원균의 활동 저해를 통해 혐기성 소화 반응기의 효율을 증대시키는 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
미생물은 정족수 감지 기작(quorum sensing, QS)을 통해 생물막 형성, 병원성 등의 단체행동을 발현시키는데, 다양한 공정에서 이의 조절을 통해 원치 않는 단체행동을 억제하는 연구가 활발히 진행되고 있다. QS 억제는 미생물 성장을 저해하지 않으면서 QS를 통해 일어나는 생물막 형성 등의 단체행동만을 저감 시킬 수 있기 때문에 기존의 살균제나 항생제보다 지속 가능한 미생물 제어 기술로 알려져 있다. 바닐린은 특정 미생물에 QS 억제물질로서 작용할 수 있다는 사실이 여러 연구에서 증명되었으나 아직까지 황산염환원균에 미치는 효과는 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 Desulfovibrio vulgaris Hildenborough을 모델 황산염환원균으로 이용하여 batch test를 진행하였고 이를 통해 바닐린이 균주의 성장, 황산염환원, 생물막 형성, N-Acyl homoserine lactone (AHL) 생성 및 유전자 발현에 미치는 영향을 확인하고자 하였다.
바닐린 주입시 0.4 ~ 1.2 mM 농도 까지는 균주 성장에 유의미한 영향을 끼치지 않았으며, 3.3 mM 농도에서는 크게 저하시킴을 확인하여 QS 억제 효과를 관찰하기에 적절한 주입 농도 범위는 0.4 ~ 1.2 mM 인 것으로 판단하였다. 실험된 모든 농도(0.4 ~ 3.3 mM)에서 바닐린은 생물막 형성, 황산염환원, AHL 생성을 저해하였다. 미생물 증식은 저해 받지 않고 AHL 생성량은 낮아진 것을 통해 바닐린이 QS를 억제 할 수 있다는 사실을 실험적으로 확인하였다. 그 중 바닐린을 0.4 mM 농도로 주입했을 때 차등발현유전자 (differentially expressed gene, DEG) 분석결과 황산염환원 저해에는 질소 고정 pathway의 유전자가 관여한 것으로, 생물막 형성이 저해된 것은 비오틴 pathway 의 유전자가 관여한 것으로 추정하였다.
본 연구는 바닐린이 황산염환원균 모델 미생물인 D. vulgaris Hildenborough 의 물질대사와 생물막 형성, AHL 생성에 끼치는 영향과 DEG 분석을 통해 0.4 mM의 바닐린이 유전자 발현에 끼치는 영향을 확인하였으며, 이는 향후 바닐린과 같은 정족수 감지 억제제가 황산염환원균의 활동 저해를 통해 혐기성 소화 반응기의 효율을 증대시키는 연구에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
목차
I. 서론 11. 연구 배경 및 목적 1II. 이론적 고찰 31. 혐기성 공정 31.1 황산염환원균 31.2 Desulfovibrio vulgaris Hildenborough 32. 바이오 파울링 (Biofouling) 43. 정족수 감지 53.1 N-Acyl homoserine lactone 54. 정족수 감지 억제 84.1 바닐린 9III. 실험 방법 121. 균주 분양 및 배지 제조 121.1 균주 선정 121.2 배지 조성 및 제조방법 121.3 균주 배양 및 보관 122. Batch test 133. 황산이온 분석 144. 생물막 정량 분석 145. Acyl Homoserine Lactone 분석 155.1 AHL 추출 및 농축 155.2 LC-MS/MS 분석 156. 실시간 중합효소 연쇄반응 실험 166.1 DNA 추출 166.2 Primer 제작 166.3 검량선 작성 176.4 qPCR 실험수행 187. RNA-Seq 및 Differentially Expressed Genes (DEG) 분석 197.1 RNA 전처리 및 추출 197.2 라이브러리 제작 및 NGS 시퀀싱 197.3 RNA-Seq 및 DEG 분석 197.3.1 Preprocessing 197.3.2 Alignment 197.3.3 Abundance estimation 207.3.4 DEG 분석 207.3.5 Functional Study 207.3.6 Data QC 208.통계 분석 21IV. 실험 결과 및 고찰 221. 바닐린 적용 농도에 따른 박테리아 성장 변화 실험 222. 바닐린 적용 농도에 따른 황산염 환원 저해 실험 243. 바닐린 적용 농도에 따른 생물막 저해 성능 실험 264. Acyl Homoserine Lactone 정량 분석 실험 285. 차등 발현 유전자 분석 305.1 황산염 환원에 관여한 DEG 분석 315.2 생물막 형성에 관여한 DEG 분석 325.3 정족수 감지에 관여한 DEG 분석 32V. 결론 39참고문헌 40Abstract 47감사의 글 49
최근 본 자료
댓글(0)
0