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Environment effects on microbial growth<br /><br />미생물의 activites는 화학적 요인과 물리적 요인에 의해 많은 영향을 받는다. 환경적 영향을 이해하는 것은 자연 상태 안에서 미생물의 문포를 설명하는 데 도움을 준다. 그리고 미생물을 enhancing 하거나, controlling 을 하기 위한 방법들을 가능하게 해 준다.<br />많은 환경적인 요인들은 미생물의 성장과 많은 관련이 있다.<br />하지만, microbial growth를 조절할 때 4가지 중요한 요소의 역할을 분명히 알아야 한다. 그 4가지의 요소는 temperature(온도), pH, water availability, 그리고 oxygen이다.<br /><br /><br />Cardinal temperatuers<br /><br />미생물이 성장하고 생존 하는 데 환경적으로 가장 중요한 요인 중 하나는 Temperature(온도)이다. 너무 뜨겁거나, 너무 낮은 온도는 미생물이 생존하기 어렵다. 그러나, 최저 온도와 최고 온도에서도 잘 살 수 있는 다른 미생물들도 존재하는데, 그들은 그들의 서식지의 평균온도와 그 온도의 범위에 따라서 growth를 하고, 생존해 나갈 수 있다.<br />온도는 살아있는 유기체에 많은 영향을 줄 수 있다. 온도가 올라가면서, cell proceed 안에 enzymeatic reactions와 chemical의 확산에 의해서 더 빨리 성장할 수 있다.<br />그러나, 특정 온도 이상이 되면 특정 proteins는 아마 손상을 입을 것이다. 그래서 온도는 적정한 주어진 범위, 성장 그리고 metabolic function이 증가하는 범위 안에서 증가 시켜야 한다. 그 이상이 되면 cell function은 급속도로 떨어지게 된다. 그래서 모든 organisms는 주변 환경의 온도가 그 organisms가 살아갈 수 있는 온도의 최저 온도 아래로 내려가면 더 이상 성장하지 않는다. 이들은 proteins이기 때문에 최적 온도에서 가장 빠르게 성장한다. 그리고 이들이 생장할 수 있는 범위를 넘어선 가장 높은 온도까지 올라가면 성장이 불가능하게 된다.<br />적정 온도는 항상 최저 온도보다 최고 온도에 더 가깝다. 이 세 가지 온도를 cardinal temperatures라고 한다.<br />Cardinal temperatures는 일반적으로 각각의 organisms의 일반적 특성이다. 그러나 완전히 고정되어 있는 것은 아니다.<br />그 온도들은 환경의 여러 요소에 의해서 변화될 수가 있다.<br />주어진 organisms의 최고 성장 온도는 cell 내에서 하나거나 그 이상의 key proteins의 활성에 영향을 준다.<br />그러나 organisms의 최저 성장 온도를 조절하는 proteins는 분명하지가 않다.<br />Cytoplamic membrane은 알맞은 기능을 하기 위해서 유동적인 상태이며, 아마도 organism의 최저 온도는 cytoplasmic membrane이 freezing(결빙)되는 온도일 것이다. 그래서 membrane이 영양분을 transport 하거나 전자의 형성을 하는 적절한 기능을 하지 못하게 된다.<br />이 설명은 최저 온도에서 membrane lipid composition 안의 조절 장치에 의해서 organism의 약간의 면적이 변화하는 실험에 의해서 뒷받침되어 진다.<br />또한, 여러가지 다른 미생물들의 다른 cardinal temperatures가 관찰된다. 몇몇 organisms는 4℃만큼 낮은 온도가 적정 온도인 것도 있고, 100℃보다 더 높은 온도가 적정 온도인 것도 있다.<br />성장할 수 있는 온도 범위는 앞의 예 보다 더 광범위하게 나타난다. 그러나 전체 온도 범위에서 성장할 수 있는 single organisms는 아직까지는 밝혀진 것이 없다.<br /><br />-Temperature classes of organisms<br /><br />비록 organisms이 연속적으로 자라나지만, 이들은 매우 낮은 온도 상태와 매우 높은 온도 상태에서 자랄 수 있는 것까지 포함해서 온도 상태에 따른 groups를 네 가지로 나누어 볼 수 있다. Psychrophiles는 낮은 온도 상태를 이야기 하고, mesophiles는 중간 온도 상태를, thermophiles는 높은 온도 상태를 그리고 hyperthermophiles는 매우 높은 온도 상태를 이야기 한다.<br />Mesophiles는 육지에서 살고 있는 따뜻한 피를 가지고 있는 동물들과 열대 지방의 위도의 온도인 aquaatic environments에서 살고 있는 동물들에게서 찾을 수 있다. Psychrophiles와 thermophiles는 일반적으로 너무 춥지 않거나 너무 업지 않은 환경에서 찾을 수 있다. Hyperthermophiles는 hot spring, gegysers, 그리고 깊은 바다의 hydrothermal vents같은 한계점의 높은 환경에서 찾아볼 수 있다. <br /> 대장균에서, 이들은 mesophiles인데, 온도의 기능과 성장의 관계에 대해 가장 자세히 연구되어 있는 이들은 가장 중요한 온도를 가지고 있는 것을 찾을 수 잇다. Complex medium에서 대장균이 자랄 수 있는 최상의 온도는 39℃dlrh, chlrh dhsehsms 48℃, 그리고 가장 낮은 온도는 8℃이다. 그러므로, 대장균을 위한 온도의 차이는 약 40℃ 정도이고, prokaryote의 통계를 위한 가장 높은 것 끝에 존제한다.<br /><br />2. Microbial grwoth at cold temperatures<br /><br />기온이 일반적으로 평범한 지구의 표면에서 사람이 살고 있고 일을 하기 때문에, 자연적으로 생각할 수 있는 매우 낮은 온도와 매우 높은 온도를 "extreme"이라고 한다. 그리고 그들은 사람이 살아가기에는 너무 한계적인데 아마도 사람들은 이러한, 물의 끓는 점 혹은 물의 어는 점 부근의 온도에서 존재한다면 빠르게 죽을 것이다. 그러나, 많은 microbiology의 자연적인 환경에서는 한계점의 낮은 온도나 한계점의 높은 온도에서도 자랄 수 있고, 생존할 수 있는데, 이러한 것들을 extremophiles라고 하고, 이들은 이러한 높고 낮은 한계점의 온도가 최적의 온도가 되는 것들이다. 우리는 먼저 추운 온도에서 자랄 수 있는 organisms에 대해서 생각해 보도록 하겠다.<br /><br />-Cold environments<br /><br /><br /><br />끓는 물보다 뜨겁거나 냉장고처럼 차가운 곳을 선호하고, 인체에 치명적인 양잿물을 좋아하는 생명체가 있다. 바로 극한의 생존자 미생물이다. 도저히 생명체가 살지 못할 것 같은 극한 환경 속에서 발견되는 미생물은 외계 생명체의 존재 여부를 밝히는데 실마리를 제공할 수 있다. 또 이들이 보유한 ‘극한 효소’ 등은 다양한 산업분야에 응용될 수 있어 세계 각국은 심해(深海)에 잠수정을 내려보내고, 남극의 빙산 속을 뒤지고 있다. <br />대부분의 생명체는 물이 끓는 온도인 100℃ 안팎에서 단백질이 변형돼 죽는다. 하지만 최적 성장온도가 55℃ 이상인 고온성 미생물과 80℃ 이상인 초고온성 미생물은 예외다. <br />초고온성 미생물로는 ‘파이롤로부스 퓨마리’를 꼽을 수 있다. 독일 레겐스베르크대학 연구팀이 대서양 밑 3650m에 위치한 열수구에서 이 미생물을 발견, 지상으로 가져와 배양에 성공했다. 이 미생물은 끓는 물보다 높은 113℃의 온도에서 활발히 자라고, 사람이 화상을 입을 수 있는 90℃에서는 추위를 느낀 나머지 생장을 멈춘다. <br />또 지난 2002년에는 한국해양연구원 이정현 박사팀이 남서태평양 파푸아뉴기니의 수심 1700m 열수구에서 시료를 채취한 후 배양실험과 DNA분석을 통해 90∼100℃에서 잘 자라는 미생물 2종을 확인했다. <br />이 박사는 “최적 성장온도가 멸균온도(121℃)인 미생물도 있다.”면서 “일본 연구팀은 온도가 400℃에 이르는 해저 열수구에서 미생물을 발견했지만, 이 온도가 최적 성장온도인지는 연구가 필요하다.”고 설명했다. <br />고온성 미생물과 정반대로 평균 1∼2℃인 차가운 바닷물뿐만 아니라 빙산 속에서 사는 저온성 미생물도 있다. 미국 워싱턴대 연구팀이 남극의 빙산에서 발견한 ‘폴라로모나스 바큐올라타’라는 미생물은 4℃에서 가장 활발하게 생장하며,12℃가 넘으면 생장을 중단한다. 즉 4∼5℃를 유지해 세균의 증식을 억제하는 냉장고의 냉장실이 이 미생물에게는 살기 좋은 공간이 되는 셈이다. 서울대 생명과학부 천종식 교수도 해양연구원 극지탐사팀과 함께 남극 세종기지 근처에서 여러 종의 저온성 미생물을 발견하기도 했다.<p>●<strong>각종 산업분야 응용 가능성</strong> </p><p>극한 미생물을 연구하면 우주 생명체의 존재 가능성에 대한 해답을 제시할 수 있을 것으로 기대된다. 미생물이 극한 환경에서도 생명을 유지하는 만큼 우주에서도 적당한 조건만 주어진다면 형태나 종류는 달라도 생명체가 존재할 가능성이 그만큼 커지게 된다. 또 극한 미생물에 포함된 효소나 단백질은 각종 산업분야에 응용될 수 있다. 예컨대 저온성 미생물에서 나온 지방 분해효소를 쓰면 찬물에서도 때가 잘 빠지고 환경오염이 전혀 없는 세제를 만들 수 있다. 또 폐수의 독성물질을 먹어치우는 해가 없는 물질을 내놓는 미생물에서는 폐수처리용 화학약품을 개발할 수 있다. <br />이처럼 극한 미생물은 산업용 효소산업, 화학산업, 제지 및 펄프, 식품 및 사료, 섬유 및 피혁, 금속 및 광산, 에너지 산업 등에 폭넓게 활용될 수 있어 생명과학산업의 한 축을 형성할 것으로 예상된다. </p>
