서론

자낭균 효모는 인류 역사에서 오랫동안 식품을 발효를 위해서 이용되었다. 최근에도 발효식품 뿐 이외에도 화장품소재, 바이오에너지 생산 균주, 오염된 환경을 정화하는 환경개선제 등 다양한 분야에 활용되고 있다[1]. 다양한 용도로 활용될 수 있는 효모들을 발굴하고 특성을 분석하는 일은 지속되고 있으며 최근에도 야생 효모를 발굴하고 동정하며 융복합적으로 효모를 활용하기 위한 연구가 지속되고 있다[1].

국내 토양에서는 다양한 야생 효모들이 많이 존재하며 효모들이 배양되는 일반적인 배지를 이용하여 다양한 효모들이 배양되고 있다. 해외에서는 발견이 되었으나 아직 국내에서 발견되지 못한 미기록종(unrecored species)가 꾸준히 발견되고 있으며, 전세계 어디서도 발표되지 않은 신종(new species)의 가능성이 높은 신종후보 효모들도 꾸준히 발굴되고 있다[1]. 국내에서도 다양한 야생 효모를 발굴한고 산업적으로 이용하고자 하는 노력이 필요하다.

Wickerhamomyces 속 효모들은 자낭균문(Ascomycota)에 속하며, Saccharomycetes, Saccharomycetales, Phaffomycetaceae에 속한다. 가장 일반적으로 알려진 Saccharomyces 속 효모와 같은 문(phylum), 강(class), 목(order)에 속해 있어서 Saccharomyces 속 효모와 비슷한 특징을 보이고 있다[2]. Wickerhamomyces 속 효모들은 구형의 자낭포자(ascospore) 또는 모자 모양(hat-shaped)의 자낭포자를 형성하며, 메탄올을 분해하지 못하고, 세포 내 주요 퀴논으로 유비퀴논 Q-7을 가지고 있다[3].

Archaeorhizomyces 속은 Wickerhamomyces 속 효모와 마찬가지로 자낭균문(Ascomycota)에 속하지만, Archaeorhizomycetes, Archaeorhizomycetales, Archaeorhizomycetaceae에 속한다[4]. Archaeorhizomyces 속은 Saccharomyces 속 효모나 Wickerhamomyces 속 효모와는 다른 특징을 보이는데, 성장이 느리고, 주로 식물 뿌리와 관련된 토양에서 흔히 발견되는 곰팡이류로 알려져 있다[4].

환경 시료의 메타 유전체 분석 결과에 따르면, Archaeorhizomycetes 효모는 토양의 전체 효모 군집 중에서 상당 부분을 차지한다고 알려져 있다. 그러나, Archaeorhizomycetes 효모를 분리하고 동정한 연구는 많이 진행되지 않았다[5].

이 연구에서는 국내 토양으로부터 야생 효모를 분리하였고 동정하였다. 세균과 곰팡이의 생장이 제한된 배지를 이용하여 효모를 배양하고 순수분리가 된 균총은 현미경으로 관찰하여 출아가 일어나고 있음을 확인하였다. 동정이 된 효모 중에서 신종으로 가능성이 있는 균주들을 선별하여 형태학적 특징과 생리학적 특징을 분석하였다. 선발된 신종 후보 효모들의 정확한 분자생물학적 유연관계를 확인하기 위하여 효모 동정에 기준이 되고 있는 26S rRNA 유전자의 D1/D2 영역과 ITS (internal transcribed spacer) 영역에 대해 염기서열 분석을 실시하고 유사한 종의 효모들과 서열을 비교하였다.

재료 및 방법

결과

고찰

불암산 토양 샘플에서 야생 효모 19 균주를 분리하였다. 효모의 D1/D2 영역과 ITS 영역을 기준으로 야생 효모를 동정하여 지금까지 보고되지 않은 신종 후보 효모 2 균주를 선별하였다. 신종 후보 효모 GW1-4 균주와 YB4-103 균주는 위상차 현미경과 API 20C AUX kit를 통해 균학적 특성을 조사하였다. GW1-4 균주와 YB4-103 균주의 세포 모양은 타원형이며, 균총은 볼록하고, 부드러운 형태를 보여주었다. 균주 GW1-4는 glucose, D-sorbitol, 그리고 D-cellobiose를, 균주 YB4-103는 glucose, N-acetyl-D-glucosamine, D-saccharose, 그리고 D-raffinose를 탄소원으로 사용할 수 있음을 확인하였다.

Fig. 1에서 GW1-4 균주는 다른 Wickerhamomyces 속 효모들과 가까운 유연관계를 보여주었다. 분자계통학적으로 Pichia 속, Debaryomyces 속, Saccharomyces 속 효모들과 가까이 위치하였다. 그러나, Wickerhamomyces 속 효모들은 Phaffomycetaceae 과에 속하며, Pichia 속, Debaryomyces 속, Saccharomyces 속 효모들과는 다른 계통을 보이는 것을 알 수 있다. Wickerhamomyces 속 효모들은 국내 토양에서 종종 발견되며, 국내에 서식하는 곤충의 장에서도 많이 발견되고 있다[13].

GW1-4 균주는 최근연종인 Wickerhamomyces xylosivorus NBRC 111553T 와 11.0%의 염기서열 차이를 보였다. Wickerhamomyces 속 효모들은 Candia 속 효모들과 가까운 유연관계를 보이고 있다(Fig. 1). Candia 속 효모들은 오랜 기간 형태학적으로만 동정된 종이 많아서 계통수를 분석하면 여러 다른 과에 산발적으로 흩어져서 위치하고 있다. 재분류(reclassification)를 비롯한 많은 재동정이 필요한 속이다. 상당수의 Candia 속 효모들은 Wickerhamomyces 속 효모로 재분류가 되어질 것으로 예상되어진다.

GW1-4 균주는 최근연종인 Wickerhamomyces xylosivorus NBRC 111553T 균주와 탄소원 활성에서도 차이를 보였다. GW1-4 균주는 adonitol, D-sorbitol, N-acetyl-D-glucosamine, D-trehalose, D-raffinose의 탄소원 활성 측정 결과에서 차이를 나타내었다[14].

Fig. 2에서 YB4-103 균주는 Archaeorhizomycetes에 속한 효모들과 유연관계를 가지고 있음을 알 수 있다. 이 효모들은 Saccharomyces 속 효모들과는 분류학적으로 거리가 먼 효모들이며 Saccharomyces 속 효모들과는 다른 특성이 기대된다. YB4-103 균주는 최근연종인 Archaeorhizomyces f inlayi CBS 128710T와 9.5%의 염기서열 차이를 보이고 있다. D1/D2 영역의 염기 차이가 3개(0.5%) 차이를 보일 때 다른 종으로 판단되는 기준에 의하면 YB4-103 균주는 최근연종인 Archaeorhizomyces f inlayi CBS 128710T와 유연관계가 아주 멀다는 것을 생각할 수 있다.

Archaeorhizomyces 속 효모들은 균사를 만드는 것으로 알려진 바 있다. 환경 조건에 따라서 출아와 균사 형성을 선택할 수 있다. 출아(budding)가 관찰되지 않는 근연종들과 달리 YB4-103 균주는 출아를 통한 생식이 관찰되었다[4].

이에 따라 GW1-4균주와 YB4-103 균주는 신종 후보종이라고 판단된다. 그러나, 그동안 효모의 분류가 형태학적인 특징에 의해 주로 이루어져 왔고 26S rRNA 유전자 D1/D2 서열에 기준한 분류가 최근에 이루어졌기 때문에 오동정 결과를 많이 포함하고 있다[15]. 효모의 분류에서 중요한 type strain 균주들의 26S rRNA 유전자 D1/D2 서열을 체계적으로 모아 놓은 데이터베이스도 존재하지 않으며 기존의 데이터베이스가 있다고 하더라도 업데이트가 매우 늦게 이루어지고 있는 상황이므로 효모 분류의 체계화를 위한 전세계적 노력이 필요한 실정이다.