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Environmental effects on microbial growth : pH, osmolarity and oxygen

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<palign="left">미생물 성장을 위해서는 적절한 영양소와 생장에 적합한 환경이 필요하다.  앞에서도 설명한 바 있지만, 환경 요인에 따라서 미생물의 생장을 조절할 수 있는데, 미생물 생장에 영향을 주는 환경 요인에는 수분, 온도, 수소이온농도, 산소 등이 있다.  앞에서는 온도에 대해서 설명을 하였으므로 이번에는 수소이온농도(pH)와 산소, 수분에 대해서 설명하겠다. 1.  수분 미생물 성장에 유용한 수분의 함량도 따로 존재 한다.  물의 함량이나 물의 흡착성(matric effects), 용질이 녹을 수 있는 고체에 대한 용해성(osmotic effects)의 복합적인 요인에 대해서 미생물 생장이 결정된다. 고체 표면에 흡착된 물은 화학적 흡착 정도와 미생물에 의한 유리 정도에 따라 물의 유용성이 결정이 되는데, 물에 용질이 용해되어 있을 때 용질의 농도에 따라 유용할 수 있는 물의 양이 변화한다. 수활력(water activity)란 미생물이 주위 환경으로부터 유용할 수 있는 물의 양을 나타내는데, 이는 상대습도의 개념(%로 표시한다.)과 유사하다고 할 수 있고, 용질의 종류에 따라서 수활력이 다를 수 있다.  즉, 수활력이란, 실제로 그 안에 얼마만큼의 물이 있느냐를 나타내는 것이 아니라, 물 분자가 얼마나 공기중으로 잘 날아갈 수 있느냐를 나타내는 것이다.  물이 적으면 생물체가 잘 살아갈 수가 없으므로, 수활력이 낮은 곳으로 갈 수록 생물체가 잘 살 수가 없다.  용질이 용매에 녹았을 때, 이 용질이 용매를 붙잡고 있으면 붙잡고 있을 수록 물 분자가 쉽게 증발을 하지 못하는데, 이러한 경우 수활력이 떨어지게 된다.  수활력이 낮을 수록 미생물이 잘 자랄 수 없으므로, 식품 미생물학적으로는 식품을 오랫동안 보존하고 싶을 때 수활력을 낮춰주어서 미생물을 잘 자랄 수 없도록 한다.  예를 들면, 염화나트륨 16.2g, 설탕 140g, glycerol 51.5g의 경우 수활력이 0.9 이다.  용질의 농도가 높을수록 수활력이 낮아지며, 미생물이 이용 가능한 물의 양도 낮아지고, 이러한 상태가 되면 미생물이 생장 또는 생존을 할 수가 없다.  [[Prokaryotes]]의 경우는 대부분 0.95~0.99의 수활력에서 가장 잘 자라게 된다. 용질의 농도에 따라서 [[삼투압]](osmotic pressure)가 발생하면, 수활력이 낮아지고, 이러한 상태가 되면 미생물의 생장 또는 생존이 억제가 된다.  삼투압에 견디는 힘은 [[yeast]]나 [[fungi]]가 prokaryotes보다 더 큰데, 높은 삼투압을 좋아하는 osmophilic들은 생장을 하는 데 높은 삼투압이 꼭 필요하다.   Halophiliic 세균들은 호염성 세균이라고도 불리는데, 이들은 높은 염의 농도에서 잘 자랄 수 있는 세균들을 이야기한다.  Halobacterium이 자라기 위해서는 생장에 나트륨 이온이 꼭 필요하고, 수활력이 0.8보다 낮아지도록 한, 염화 나트륨을 함유한 media에서 잘 생장할 수 있다.  해수의 수활력은 0.98 정도이고, 해양 미생물들은 세포막의 안정성과 yeast의 활성화를 위해서 나트륨 이온을 필요로 한다.  Halobacterium도 두 가지로 나눌 수가 있는데, obligate halophile(절대 호염 세균)은 미생물이 생장하기 위해서 염화 나트륨이 꼭 필요한 것들이고, facultative halophile(통성 호염 세균)은 상당히 높은 농도의 염에서 생육은 가능 하지만, 성장에 염화 나트륨이 꼭 필요한 존재는 아니다. Water activity of several materials <table style="WIDTH: 714px; HEIGHT: 223px" cellspacing="1" cellpadding="1" width="714" summary="" border="1"> <tbody> <tr> <td> Water activity </td> <td> Materials </td> <td> Some organisms growing of tatedater activity </td> </tr> <tr> <td> 1.000 </td> <td> Pure water </td> <td> Caulobacter, Spirillum </td> </tr> <tr> <td> 0.995 </td> <td> Human blood </td> <td> Streptococcus, Escherichia </td> </tr> <tr> <td> 0.980 </td> <td> Sea water </td> <td> Pseudomonas, Vibrio </td> </tr> <tr> <td> 0.950 </td> <td> Bread </td> <td> Most gram positive rods </td> </tr> <tr> <td> 0.900 </td> <td> Maple syrup, ham </td> <td> Gram positive cocci </td> </tr> <tr> <td> 0.850 </td> <td> salami </td> <td> Saccharomyces rouxil(yeast) </td> </tr> <tr> <td> 0.800 </td> <td> Fruit cake, Jams </td> <td> Halobacterium bailii, Penicillium(fungus) </td> </tr> <tr> <td> 0.750 </td> <td> Salt lake, Salt fish </td> <td> Halobacterium, Halococcus, Aspergillus </td> </tr> <tr> <td> 0.700 </td> <td> Cereals, Candy, Dried fruits </td> <td> Xerophilic fungi </td> </tr> <tr> <td> 0.600 </td> <td>   </td> <td> Saccharomyces </td> </tr> </tbody></table>●양잿물이 보약?

미생물은 강한 산성 또는 알칼리성의 환경에서도 살고 있다. 특히 우리나라에서는 pH 농도가 11&sim;12에 달하는 양잿물을 좋아하는 극한 미생물이 발견됐다. 한국생명공학연구원 윤정훈 박사팀은 지난 2003년 서해안 대천 근처의 한 석면광산에서 강알칼리를 견디는 미생물 5종을 찾아냈다. 이 미생물들은 독극물인 양잿물을 소화하며 살아가기 때문에 강한 알칼리성 폐수를 처리하는 데 유용하다.  염분이 포화 상태인 염전에서도 많은 미생물들이 살고 있다. 전북 군산 지역의 염전에서 발견된 ‘노카르디옵시스 군산엔시스’도 이에 해당한다.  또 지표면에 있는 한 주먹의 흙 속에는 약 1억&sim;10억의 미생물이 있지만 어두운 땅밑으로 내려가면 온도와 압력이 높아져 그 수가 줄어들게 된다. 미국의 과학자들은 남캐롤라이나주 사바나강 주위에서 무려 500m를 파내려가서 미생물을 확인했다. 또 지금까지 이뤄진 연구에 따르면 미생물은 지표면 2800m 아래에서도 살고 있는 것으로 알려졌다.  미생물이 이처럼 다른 생명체에 비해 다양한 환경에서 살 수 있는 비결은 진화의 과정을 거치면서 극한 환경에 적응할 수 있도록 생존능력을 획득했기 때문으로 추정된다.  한 유전자(리보솜 RNA 유전자)를 예로 들면, 사람과 생쥐의 유전자 변이도가 0.7%에 불과하지만 미생물의 경우 같은 종에 속한 두 개체간의 변이도가 3%나 된다. 이렇게 높은 유전자 변이도가 미생물의 천부적인 환경 적응력과 직결되는 것이다.

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