효모는 진핵세포를 가지는 고등 미생물중의 하나로 최근까지는 주로 전통 발효식품들로부터 분리되었으며, 일부는 이들의 제조에 이용되어 왔다[1].
그러나 2000년대에 들어와 필자 등이 전국 각지의 야생화와 산, 논, 밭들의 토양 및 하천이나 연못, 강이나 바다 등의 토양 등으로부터 야생효모들을 분리, 동정하여 보고하였다[2-13]. 또한, 이들 중 국내에 보고되지 않은 미기록 효모들을 선별하여 이들의 균학적 특성을 조사하여 보고하였으나[8, 10, 12, 13]. 아직까지 하천과 바다가 만나서 특수한 생태환경을 가진 강 하구지역 토양에 존재하는 효모의 다양성 연구는 수행되지 않았다.
또한, 지금까지 국내에서 분리한 야생효모들의 산업적 활용을 위한 응용연구는 매우 미흡하여 필자 등이 야생효모로부터 항고혈압성 안지오텐신 전환효소 저해물질 등 몇 가지 주요 생리 활성 물질 생산에 관해 보고하였을 뿐이다[3, 6, 7, 14, 15].
따라서 본 연구에서는 충남 서천군 한산면 신성리 갈대밭 토양의 야생효모 분포 특성을 알아보고 이들을 산업적으로 이용하기 위한 자료를 얻고자 이들 갈대밭 토양들로부터 야생효모들을 분리, 동정하였고, 이들 중 국내 미기록 효모들과 알코올 발효능을 가진 효모들을 선별하여 특성을 조사하였다.
충남 서천군 한산면 신성리 금강하구의 갈대밭 토양 20점을 무균적으로 수집하여 5 mL의 멸균수가 들어있는 튜브에 넣고 2시간 동안 진탕하였다. 이들 현탁액 0.1 mL를 스트렙토마이신(100 µg/mL)과 앰피실린(100 µg/mL)이 들어 있는 yeast extract peptone dextrose (YPD) 한천배지에 도말하고 30에서 48시간 배양한 후 효모 집락들을 분리하였다[5].
이들 분리 효모들의 26S rDNA의 D1/D2 부위의 염기서열들을 결정한 후 이들 염기서열들을 NCBI의 BLAST를 사용하여 데이터베이스상의 기등록 효모들과의 상동성 비교를 통해 동정하였다[6,7].
갈대밭 토양들로부터 분리한 야생효모들의 알코올 발효능을 YPD 배지에 Einhorn 관과 Durham 관을 이용하여 조사하였다. 이들 분리균들에 대하여 국립생물자원관 데이터베이스와 RISS, Pubmed 등의 한국 진균 관련 학술자료들을 이용하여 지금까지 국내에 미보고된 야생효모들을 선별하였고, 이들의 형태학적, 배양학적 특성 등을 조사하였다[8,10].
갈대밭 토양들로부터 야생효모의 분리 및 알코올 발효 야생효모의 선별
충남 서천군 신성리 갈대밭 주변토양에서 총 11종 20균주의 야생효모를 분리 및 동정하였다(Table 1). Candida subhashii가 6균주로 가장 많았고 C. tropicalis도 3균주가 분리되는 등 Candida속 균이 주로 분리되었다. 이 결과들은 다른 지역들의 토양들보다 시료를 채취한 갈대 숲 토양들이 강과 인접해 있어 매우 다습하고 공기 유통이 적은 환경임에도 비교적 많은 다양한 야생효모들이 분리된 것으로 환경조건과 야생효모 분포간의 서식 특성을 규명하기 위한 추가의 연구가 요구된다.
분리된 효모들의 알코올 발효능을 조사한 결과 C. tropicalis (Y 5-1, Y6-1)와 Lachancea thermotolerans (MJS 007, MJS 019) 균주들이 강한 알코올 발효능을 보였고, C. subhashii (J7-1, 3과 J8-1, Y9-1,2,3)과 C. boleticola (MS008) 등도 알코올 발효력이 비교적 우수하였으며, C. tropicalis Y5-2도 약하게 알코올 발효능을 보였다(Table 2). 지금까지 알코올 발효 유용효모로는 각종 발효 식품이나 이들의 원료 등에서 분리된 Saccharomyces cerevisiae가 주로 알려져 있고 실제 주류 산업에서 이미 오래 전부터 사용되고 있으나[16, 17], 본 연구에서 새롭게 선별된 알코올 발효성 야생효모인 C. subhashii와 C. tropicalis 균주들은 일반적으로 xylose와 탄화수소 등을 자화시킬 수 있는 효모로 알려져 있으므로 앞으로 이들을 이용한 바이오 에탄올 생산 등에 매우 유용할 것이다. 또한 L. thermotolerance (MJS007, MJS019)는 고온성 효모로 알코올 발효시 품온상승에 의한 효모의 노화로 야기되는 발효 후반부의 발효능 저하를 해결할 수 있고 개방식 발효 중 잡균 오염을 예방할 수 있는 이점이 알려져 있어[18], 산업적으로 유용한 효모로 생각한다.
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Table 1. Yeasts isolated from soils of reed field in Sinseong-ri, Seocheon-gun, Chungcheongnam-do, Korea |
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Table 2. Alcohol fermenting yeasts from soils of reed field in Sinseong-ri, Seocheon-gun,Chungcheongnam-do, Korea |
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국내 미기록 야생효모들의 선별 및 특성
신성리 갈대밭 토양에서 분리한 야생효모들 중 Bullera japonica YJ 10-1, Candida subhashii Y7-1, Kluyveromyces yarrowii YJ11-1, Ustilage shanxiensis Y10-1등 4균주가 국내 미기록 효모 균주들로 최종 동정되었다. 이들 국내 미기록 효모 균주의 계통학적 관계(Fig. 1) 및 대표적인 균학적 특성이 조사되었다(Table 3). 이들 세포의 형태는 구형으로 출아에 의해 영양증식을 하였고 C. subhashii Y7-1 균주만이 자낭포자와 의균사를 형성하였다. K. yarrowii YJ11-1 균주만이 비타민을 첨가하지 않은 YPD 배지에서도 생육하였고 C. subhashii Y7-1는 YM, YPD 배지, 그리고 5% NaCl를 함유한 YPD 배지에서 생육하지 못하였다.
이들 국내 미기록 효모들에 대한 외국 학술지 보고로 Sampaio 등[19]은 분자계통학적 방법으로 전에 Bullera alba로 동정되었던 균을 Bullera japonica로 재동정하여 보고하였다. Hilber-Bodmer 등[20]은 B. japonica가 식물 병원성 균을 방제할 수 있는 경쟁성 길항 토양 효모임을 제시하였다. Belloch 등[21]은 미토콘드리아 cytochrome-c oxidase II 유전자 염기서열을 이용하여 Kluyveromyces phaffii 그룹의 균으로 K. yarrowii를 재동정하였다. 또한 U. shanxiensis (Pseudozyma shanxiensis와 이명)는 콩기름으로부터 계면 활성제인 새로운 형태의 mannosylerythritol 지질 생산균으로 보고되었다[22].
