서 론
효모는 진균류 중 자낭균류와 담자균류에 주로 분포하고 있는 유포자 효모와 일부 무성세대만을 갖는 불완전 균류로 구분되는 고등 미생물 중의 하나로 이미 오래 전부터 전통 발효식품 제조에 주로 이용되어왔다[1, 2].
최근 필자 등은 우리나라 여러 지역들의 다양한 야생화들과 일부 토양으로부터 야생효모들을 분리, 동정하였고[3-14]. 이들 중 국내에 보고되지 않은 미기록 효모들의 균학적 특성을 조사하여 보고하였다[11, 13, 15]. 그러나 하천이나 연못, 강이나 바다 등에서 다양한 유기물들의 분해와 유용 대사산물들을 생산하는 수생균류들은 이들의 산업적 응용성이 매우 큼에도 불구하고 필자 등이 장성호수 주변의 꽃과 토양[11], 낙동강과 영산강 담수와 주변 토양으로부터 야생효모들을 분리하여 보고[16] 하였을 뿐 아직까지 이들의 종 다양성 규명을 위한 균주 발굴 연구와 이들의 특성 연구 등은 매우 미흡하다.
따라서 대전광역 시내를 흐르는 주요 하천들의 야생효모 종 분포 특성을 알아보기 위해 전보[17]에서는 대전광역시 주요 하천인 대전천과 갑천의 담수와 토양으로부터 국내 미기록 효모들을 분리하여 이들의 특성을 보고하였다. 본 연구에서는 대전광역시 3대 하천인 대전천과 갑천 및 유등천과 이들의 합류 지점의 물과 주변 토양들로부터 야생효모들을 분리, 동정하여 이들의 분포 특성을 조사 하였다.
재료 및 방법
야생효모의 분리 및 동정
대전광역시 대전천, 갑천과 유등천 및 이들의 합류 지점에 있는 물과 주변 토양들을 2016년 8월과 2017년 2월에 각각 148점을 무균적으로 채취하여 멸균 튜브에 넣고, 5 mL의 멸균수를 첨가한 후 2시간 동안 진탕하였다. 이들 현탁액 일부를 스트렙토마이신(100 µg/mL)과 앰피실린(100 µg/mL)이 들어 있는 yeast extract-peptone-dextrose (YPD) 한천배지에 도말하고 30°C에서 48시간 배양한 후 형성된 효모 집락들을 분리하였다[5].
분리효모들의 동정을 위하여 먼저 이들의 26S rDNA의 D1/D2 부위의 염기서열들을 결정한 후 결정된 염기서열들을 NCBI의 BLAST를 사용하여 데이터베이스에 등록되어 있는 효모들과의 상동성을 비교하여 분자생물학적 유연관계를 분석하여 동정하였다[5, 7].
결과 및 고찰
대전천의 물과 토양으로부터 야생효모의 분리 및 동정
대전천은 대전광역시 동구 하소동에 위치한 만인산과 비파산의 계곡에서 시작하여 산내동과 옥계동을 거쳐 인동과 원동을 흘러 오정동에서 유등천과 합류하는 대전광역시 3대 하천 중의 하나이다. 이와 같은 대전천의 물과 주변 토양 44점을 2016년 8월과 2017년 2월에 동일 장소에서 채취하여 야생효모들을 분리, 동정한 결과는 Table 1과 같다.
먼저 대전천에서 2016년 8월 채취한 물과 주변 토양 22점으로부터 모두 13종 20균주의 야생효모들을 분리, 동정하였다. 이들 중 Saccharomyces cerevisiae가 5균주로 가장 많았고 Candida속 균, Trichosporon속 균과 Metschnikowia속 균 등이 다양하게 분리되었다. 특히 주류 제조와 제빵 등 발효식품 등에 산업적으로 매우 유용한 효모로서 그동안 전통 발효식품과 이들 주, 부원료 등에서 주로 분리되어온 S. cerevisiae균이 하천의 물과 주변 토양에서 분리된 것은 매우 특이한 점으로 아마도 대전천이 시내 주택가와 상가 지역을 흐르면서 이들로부터 다양한 유기탄소물들이 축적되어 효모들의 서식 환경이 제공되었기 때문으로 추정된다.
또한 대전천에서 2017년 2월 채취한 물과 주변 토양 22점으로부터 모두 19종 56균주들을 분리, 동정하였다. 이들 중 Candida tropicalis가 22균주로 가장 많았고 C. intermedia도 8균주가 분리되었으며 Saccharomyces cerevisiae도 5균주 분리되었다.
또한 전체 분리 균주 중 Candida속 균이 9종, 40균주로 71%를 차지하여 가장 많았고, 특히 탄화수소 자화성이 우수하여 석유효모로 알려졌고, 균체 단백질 생산에 유용한 C. tropicalis가 거의 독점적으로 많이 분리된 것은 매우 특이한 것으로 이 균이 분리된 대전천 하류에는 대전 제1공단과 주택 밀집 지역으로 다른 지역에 비하여 탄화수소 같은 유기물이 많기 때문으로도 추정된다.
위와 같이 대전천의 여름, 겨울 시료 모두에서 야생효모 32종, 76균주가 분리되었고 공통적으로는 S. cerevisiae와 C. tropicalis가 분리되었으며 동일한 장소의 여름 채취 시료보다 겨울 채취 시료에서 6종, 36균주가 더 분리되었다. 여름 시료에서 적게 분리된 것은 여름 채취 시의 온도가 28~32°C로 겨울 시료 채취 시(0~15°C)보다 효모 생육에 적당한 온도보다 높아 적게 분리된 것으로 추정되나 여름과 겨울, 계절에 따른 자연환경에서의 야생효모의 다양성에 관해서는 추가의 연구가 요구된다.
갑천의 물과 토양으로부터 야생효모의 분리 및 동정
갑천은 계룡산 줄기의 두계천과 대둔산에서 시작하는 벌곡천이 대전광역시 서구 용천동에서 모여 가수원동을 흐르다 진잠지천, 유성지천, 탄동지천과 합류하여 도안동을 거쳐 둔산동에서 유등천과 대전천과 합류하는 대전광역시 3대 하천 중의 하나이다. 이러한 갑천의 물과 주변 토양 44점을 2016년 8월과 2017년 2월에 동일 장소에서 채취하여 야생효모들을 분리, 동정한 결과는 Table 2와 같다.
먼저 갑천에서 2016년 8월 채취한 물과 주변 토양 22점으로부터 모두 10종, 17 균주의 야생효모들을 분리, 동정하였다. 이들 중 C. glabrata가 5균주로 가장 많았고 Meyerozyma guilliermondii, Pichia kudriavzevii, Rhodotonula mucilaginosa 등이 각각 2균주씩 분리 되었다.
또한 갑천에서 2017년 2월 채취한 물과 주변 토양 22점으로부터 모두 15종, 27 균주의 야생효모들을 분리, 동정하였다. 이들 중 C. vartiovaarae가 8균주로 가장 많았고 Sampaiozyma ingeniosa가 3균주이었으며 전체 분리 균주 중 Candida 속 균이 10균주로 가장 많이 분리되었다.
위와 같이 갑천에서 모두 야생효모 25종, 44균주가 분리되었고 위의 대전천 결과처럼 겨울 채취 시료가 여름 채취 시료보다 5종, 10균주가 더 분리되었고, 여름 시료와 겨울 시료에서 공통으로 분리된 균은 R. mucilaginosa 한 균주뿐으로 하천 지역의 야생효모들은 계절에 따라 다른 효모 종 다양성을 보이는 것으로 추정되었다. 또한, 분리 균주 중 Lachancea thermotolerans는 고온성 효모로 산업적으로 매우 유용할 것으로 생각한다.
유등천과 3대 하천 합류 지점 물과 토양들로부터 야생효모의 분리
유등천은 충남 금산군 복수면과 진산면 경계 지점에서 발원하여 대전광역시 중구 침산동을 거쳐 안영동, 태평동을 거쳐 둔산동에서 갑천과 대전천과 합류하는 대전광역시 3대 하천 중의 하나이다. 이러한 유등천과 대전천, 갑천의 3대 하천 합류 지점 주위의 물과 주변 토양 60점을 2016년 8월과 2017년 2월에 동일 장소에서 채취하여 야생효모들을 분리, 동정한 결과는 Table 3과 같다.
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Table 3. Yeast isolated from waters and soils in riversides of Yudeungcheon and junction point, Daejeon city, Korea |
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먼저 유등천과 3대 하천(대전천, 갑천, 유등천) 합류 지점에서 2016년 8월 채취한 물과 주변 토양 30점으로부터 모두 11종, 20균주의 야생효모들을 분리, 동정하였다. 이들 중 Aureobasidium pullulans가 4균주로 가장 많았고 Cryptococcus magnus 2균주를 포함하는 병원성 Cryptococcus속 균들이 5주가 분리되었다.
또한 유등천과 3대 하천 합류 지역에서 2017년 2월 채취한 물과 주변토양 30점으로부터 모두 32종, 49균주의 야생효모들을 분리, 동정하였다. 이들 중 Candida sake와 Papiliotrema flavescens가 각각 4균주씩 위의 여름 시료처럼 Cryptoccus속 균이 5균주로 많이 분리되었다.
위와 같이 유등천과 3대 하천 합류 지점에서 모두 야생효모 47종, 69균주가 분리되었고 다른 하천처럼 겨울 채취 시료가 여름 채취 시료보다 17종, 29균주가 더 분리되었다. 또한, 여름 시료와 겨울 시료에서 공통적으로 분리된 균들은 Candida pseudolambica와 Cryptococcus spp. 균주들이었다.
대전 3대 하천 물과 주변 토양의 야생효모 종 분포 특성
이상의 결과들을 종합하였을 때 대전광역시의 대전천과 갑천, 유등천과 이들의 합류 지점들의 여름 채취 물과 주변 토양 74점에서 23종 37균주의 야생효모들이 분리된 반면에 겨울 채취 시료들에서는 약 2배 이상 많은 34종 83균주가 분리되어 이들 하천 지역에는 30°C 내외의 무더운 여름철보다는 0~10°C의 비교적 낮은 온도인 겨울철에 야생 효모들이 더 많이 분포하는 등 계절에 따라 다양한 효모 분포 특성을 나타내는 것으로 추측된다.
여름과 겨울 시료에서 공통으로 분리된 효모들은 Aureobasidium pullulans, Candida glabrata, C. intermedia, C. palmioleophila, C. pseudolambica, C. sake, C. tropicalis, Cryptococcus sp. Meyerozyma guilliermondii, Pseudozyma aphidis, Rhodotorula mucilaginosa, Saccharomyces cerevisiae와 Wickerhamomyces anomalus 등 13종이었다.
또한, 이들 3대 하천에서 가장 많이 분리된 야생효모는 Fig. 1과 같이 Candida속 균이 42%로 가장 많았고 Cryptococcus속 균이 전체 분리균 중 7%로 많았으며 식품에서 주로 분리되는 Saccharomyces속 균도 전체 6%를 차지하였다. 종 수준에서는 C. tropicalis가 25균주로 가장 많았다.
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Fig. 1. Yeast diversity of waters and soil of riversides in summer of 2016 and winter of 2017 in Daejeoncheon, Yudeungcheon and Gapcheon of Daejeon city, Korea. |
지금까지 대전천과 갑천의 미생물 종 다양성에 대한 연구는 전혀 실시되지 않았다. 따라서 대전천의 효모 종 다양성 연구 결과들은 대전천뿐만 아니라 우리나라 하천과 담수 중의 생물 종 다양성 확립과 유용 자원 개발 등에 기초자료로 응용될 수 있을 것으로 생각된다.
