지금까지 효모균의 분리, 동정은 초기 전통 발효식품과 이들의 원료로부터 실시되었고[1-3] 최근에는 야생화와 토양[4-15] 및 낙동강, 금강 등 우리나라 주요 강과 하천 주변의 자연환경으로부터 다양한 야생 효모들이 분리, 동정되어 보고되었다[16-24]. 또한, 이들 자연환경으로부터 150여종의 국내 미기록 야생 효모들이 선별되어 이들의 균학적 특성 등이 보고되었다[12,14,16,18-21,24]. 한편, 남해안 한려수도에는 해운대와 같은 수많은 해수욕장과 순천만 국가 정원 등 해양 공원들이 많아 해마다 수많은 사람들이 이용하고 있다. 그러나 이들 해수욕장 주변에 대한 생태 환경 연구는 이 등[18]이 동해안의 경포대와 하조대 해수욕장, 서해안의 격포 해수욕장[21]과 남해안의 순천만 국가정원주변의 야생 효모 분포특성[20]이 보고되었을 뿐 매우 미흡하다.

따라서 본 연구에서는 남해안 최대 해수욕장인 해운대와 인근 몽돌 해수욕장 주변의 야생 효모 종 분포 특성을 알아보기 위해 이들 지역 주변의 바다 물과 모래, 주변 논, 밭 토양 등으로부터 야생 효모들을 분리하여 동정하였다. 또한, 이들 야생 효모들 중 국내에 보고되지 않은 미기록 야생 효모들로 선별한 2 균주와 전라북도 운주군 장선천 주변 및 대전광역시 장태산 호수 주변 등에서 분리, 선별한 3균주들의 균학적 특성을 조사하였다.

야생 효모의 분리, 동정 및 국내 미기록 효모들의 특성 조사

부산 해운대 해수욕장(35°09'29.0"N,129°09'30.7"E)과 인근 몽돌 해수욕장(35°00'24.5"N,128°42'07.2"E), 주변 물, 토양과 야생화 등 시료 70점들을 2021년 5월과 7월에 falcon tube에 일정량씩 무균적으로 채취하였다. 이들 시료에 5 mL의 멸균수를 첨가한 후 2시간 동안 진탕한 후 이들 현탁액 일부를 스트렙토마이신(100 µg/mL)과 앰피실린(100 µg/mL)이 들어있는 YPD (yeast extract-peptone-dextrose, pH 6.5) 한천배지에 도말하고 30℃에서 48시간 배양한 후 형성된 효모 집락들을 일반 야생 효모 균주로, YPD배지의 초기 pH를 9.0으로하여 분리한 효모들을 호알칼리성 효모로 각각 분리하였다[20,21].

분리 효모들의 동정을 위하여 먼저 이들의 26S rDNA의 D1/D2 부위의 염기서열들을 결정한 후 결정된 염기서열들을 NCBI (National Center for Biotechnology Information)의 BLAST (Basic Local Alignment Search Tool)를 사용하여 데이터베이스에 등록되어 있는 효모들과의 상동성 비교와 분자생물학적 유연관계를 분석하여 동정하였다[21,22].

위와 같이 분리, 동정한 야생 효모들을 대상으로 국립 생물자원관 DB와 한국 진균 관련 학술자료들을 이용하여 국내 미기록 효모들을 선별한 후 일반 미생물 실험방법 등을 이용하여 이들의 형태학적 특성과 배양학적 특성을 조사하였다[22]. 또한, 탄소원들에 대한 자화성과 발효성은 YNB (yeast nitrogen base)배지를 최소배지로 하여 배양한 후 생육과 이산화탄소 생성 유무를 확인하여 조사하였고 CoCl2등의 중금속들을 400/800 ppm씩 각각 YPD배지에 첨가하여 30℃에서 96시간까지 배양하면서 이들의 생육도를 측정하여 내성을 조사하였다[22].

남해안 해운대 해수욕장과 몽돌 해수욕장 주변 생태환경으로부터 야생 효모의 분리 및 미기록 야생 효모들의 선별

해운대 해수욕장과 몽돌 해수욕장 주변 바닷물과 모래, 토양 70점에서 일반 효모와 호알칼리성 균주 등 모두 37종, 41균주의 야생 효모들을 분리하였고 이들 중 pH 9.0의 호염성 배지에서 14균주가 분리되었고 27균주는 pH 6.5 배지의 일반 야생 효모 YPD배지에서 분리되었다. 또한 이들 중 13종의 효모들은 일반 효모 배지와 알칼리성 배지에서 동시에 분리되었다(Table 1).

한편, 이들 야생 효모 균주들 중 Candida insectorum HUD16-3 (JSL-KSS-002)와 Metschnikowia citriensis HUD12-5 (JSL-KSS-001)등 2균주들이 우리나라에 아직까지 보고되지 않은 국내 미기록 야생 효모들로 선별되었다(Table 1).

지금까지 낙동강[16,19]과 금강[17,19,20,22], 영산강[16]등과 서해안 격포 해수욕장[21], 동해안 경포대와 하조대 해수욕장[18] 및 주요 하천[23,24] 주변환경의 야생 효모들의 종 분포특성 조사가 필자 등에 의하여 실시되어 다양한 야생 효모들이 분리, 동정되었고 이들 중 국내 미기록 효모들의 특성 등이 보고되었다[16,19,20-24]. 남해안 해운대와 몽돌 해수욕장 주변 환경으로부터 야생 효모 분리, 동정은 본 연구에서 처음 실시되었으며 기후환경 변화가 동해안이나 서해안보다 훨씬 심한 남해안의 여러 해수욕장 주변환경의 야생 효모 종 분포 특성 연구는 계속 실시될 예정이다.

Table 1. Isolated wild yeast from sea waters and soils in Haeundae and Mongdol beaches of southern coast, Korea.

Table

국내 미기록 야생 효모들의 균학적 특성

위와 같이 해운대와 몽돌 해수욕장 주변에서 분리한 야생 효모들 중 국내 미기록 야생 효모들로 최종 선별된 C. insectorum HUD16-3 (JSL-KSS-002)와 M. citriensis HUD12-5 (JSL-KSS-001)와 필자 등이 전라북도 장선천(36°04'56.6"N,127°17'14.1"E) 주변 토양에서 분리하여 국내 미기록 균주로 선별한 Cystobasidium lysinophilum JSC52-2 (JSL-GGU-019) 와 대전광역시 장태산 호수(36°13'19.4"N,127°20'01.5"E) 주변 토양에서 분리하여 미기록 균들로 최종 선별한 Candida takata NMD11-1 (JSL-GGU-017), Candida panamensis ASG58M-2 (JSL-GGU-018)등 5주들의 phylogenetic trees는 Figs. 1, 2와 같고 이들의 광학 현미경 사진은 Fig. 3과 같다. 또한 이들 균주들의 균학적 특성으로 형태학적, 배양학적 특성과 중금속 등에 대한 내성 및 탄소원들에 대한 자화성과 발효성 등은 아래와 같다.

Candida insectorum HUD16-3; 2021년 5월 20일 부산 해운대 해수욕장 주변 토양에서 분리한 야생 효모로 1.0-0.7 μm 크기의 난형으로 출아에 의해 영양 증식을 하였고 포자와 의균사를 형성하지 않았다. YPD, YM (yeast malt), PD (potato dextrose)배지에서 비교적 잘 생육하였고 vitamin-free배지에서도 생육하였다. 30% 포도당과 15% NaCl을 함유한 YPD배지에서 각각 생육하는 내염성을 보였고 Ca, Co, Cu, Li, Mg 이온들에 대하여 800 ppm까지 내성을 보였다. 이러한 중금속 이온들에 대한 내성은 이 등[1]이 우리나라 전통 장류에서 분리한 Saccharomyces속 균들과 호염성 Zygosaccharomyces 속 균들 및 충남 삽교호 주변환경에서 분리한 효모들[22]과 유사한 중금속 내성이었다. 또한, 포도당과 fructose, galactose, sucrose, maltose, lactose, cellobiose, starch, xylose, sorbitol등을 자화시켰고 mannose를 발효시켰으나 raffinose, xylose등을 자화시키지 못하였고 구연산을 이용하였으나 초산은 이용하지 못하였다. 한편, 본 미기록 효모에 대한 외국 학술지 발표로Horvath등[25]은 C. insectorum 균주가 Cryptococcus albidus에 대하여 항균활성이 있음을 보고하였다.

Metschnikowia citriensis HUD12-5; 2021년 5월 21일 부산 해운대 해수욕장 주변 토양에서 분리한 야생 효모로 0.9-1.1 μm 크기의 난형으로 출아에 의해 영양 증식을 하였고 포자와 의균사를 형성하지 않았다. YPD, YM, PD배지에서 잘 생육하였고 vitamin-free배지에서도 생육하였다. 50% 포도당과 15% NaCl을 함유한 YPD배지에서 각각 생육하는 내당성과 내염성을 보여 발효산업에서 고농도 당이나 염류 발효 등에 산업적으로 유용한 내삼투압성 대사산물 생산에 매우 유용할 것으로 사료된다. Ca, Co, Cu, Li, Mg, Zn등의 중금속 이온들에 대하여 800 ppm까지 내성을 보였고 포도당과 fructose, galactose, sucrose, maltose, lactose, cellobiose, starch, xylose, sorbitol등을 자화시켰고 포도당과 fructose, mannose등을 발효시켰으나 raffinose, xylose등을 자화시키지 못하였다. 한편, Wang등[26]은 M. citriensis 균주가 감귤 뿌리 시들음에 관여하는 Geotrichum citri-aurantii에 대하여 항균활성이 있음을 보고하였다.

Cystobasidium lysinophilum JSC52-2; 2021년 3월 27일 전북 운주군 장선천 주변 토양에서 분리한 야생 효모로 0.7-1.6 μm 크기의 난형으로 출아에 의해 영양 증식을 하였고 포자와 의균사를 형성하지 않았다. YPD, YM, PD배지에서 생육하였고 vitamin-free배지에서도 생육하였다. 30% 포도당과 10% NaCl을 함유한 YPD배지에서 각각 생육하지 못하였고 10-30℃에서 생육하는 저온특성을 보였다. Ca, Cu, Li, Fe등의 중금속 이온들에 대하여 800 ppm까지 내성을 보였고 포도당과 fructose, galactose, sucrose, lactose, starch, xylose, mannitol, sorbitol등을 자화시켰으나 구연산과 초산 등은 이용하지 못하였다. 한편, Cys. lysinophilum 균이 영하의 극저온에서 생육이 가능한 저온성 균주로 효소 등 다양한 대사산물을 생산하였음이 보고[27]된 바 있어 이 균이 저온에서 생산하는 다양한 물질생산에 관한 추가의 연구가 요구된다.

Candida takata NMD11-1; 2021년 10월 25일 대전광역시 장태산 호수 주변 하천 토양에서 분리한 야생 효모로 0.9-1.4 μm 크기의 난형으로 출아에 의해 영양 증식을 하였고 포자와 의균사를 형성하지 않았다. YPD, YM, PD배지에서 생육하였고 vitamin-free배지에서도 생육하였다. 30% 포도당을 함유한 YPD배지에서는 생육하였으나 10% NaCl을 함유한 YPD배지에서는 생육하지 못하였고 Ca, Cu, Fe, Li, Mg Zn등의 중금속 이온들에 대하여 800 ppm까지 내성을 보였다. 포도당과 fructose, sucrose, mannose, cellobiose, reffinose, starch, xylose, sorbitol, mannitol, 구연산 등을 자화시켰으나 초산은 이용하지 못하였다. 한편, Chang등[28]은 대만의 산 토양으로부터 C. takata를 분리하여 보고한 바 있다.

Candida panamensis ASG58M-2; 2021년 10월 25일 대전광역시 장태산 호수 주변 하천 토양에서 분리한 야생 효모로 1.6-1.0 μm 크기의 난형으로 출아에 의해 영양 증식을 하였고 포자와 의균사를 형성하지 않았다. YPD, YM, PD배지에서 생육하였고 vitamin-free배지에서도 생육이 양호하였다. 30% 포도당을 함유한 YPD배지에서는 생육하였으나 10% NaCl을 함유한 YPD배지에서는 생육하지 못하였고 Ca, Co, Cu, Fe, Li, Mg, Zn등의 중금속 이온들에 대하여 800 ppm까지 내성을 보였다. 포도당과 fructose, galactose, mannose, sucrose, maltose, cellobiose, raffinose, starch, xylose, sorbitol, 구연산 등을 자화시켰으나 lactose, mannitol, 초산 등을 자화시키지 못하였다.

적요

본 연구는 남해안 해운대와 인근 몽돌해수욕장 주변의 야생 효모 종 분포특성을 알아보기위해 이들 지역 주변의 물과 모래, 토양 등 70점의 시료들로부터 일반 효모와 호알칼리성 균주 등 모두 37종, 41균주의 야생 효모들을 분리하였다. 이들 야생 효모들 중 Cys. insectorum HUD16-3 (JSL-KSS-002)와 M. citriensis HUD12-5 (JSL-KSS-001)등 두 균주들이 국내 보고되지 않은 미기록 효모들로 선별되었고 필자 등이 전라북도 장선천 주변 토양에서 분리하여 국내 미기록 균주로 선별한 Cys. lysinophilum JSC 52-2 (JSL-GGU-019)와 대전광역시 장태산 호수 주변에서 분리하여 선별한 C. takata NMD11-1 (JSL-GGU-017), C. panamensis ASG58M-2 (JSL-GGU-018)등 5종의 미기록 야생 효모들의 균학적 특성을 조사하였다. 이들 미기록 효모들은 모두 난형으로 출아에 의해 영양 증식을 하였고 포자와 의균사를 형성하지 않았다. 미기록 효모 모두 vitamin-free배지에서도 생육하였고 M. citriensis HUD12-5균주는 50% 포도당을 함유한 YPD배지에서 생육하는 강한 내당성을 보였고 Cys. insectorum HUD16-3과 M. citriensis HUD12-5균주들은 15% NaCl을 함유한 YPD배지에서도 생육이 비교적 양호한 호염성균이었다 또한, 미기록 효모들 모두 포도당과 fructose, sucrose, 전분 등을 자화시켰고 특히 Cys. lysinophilum JSC 52-2등 3균주들은 lactose를 자화시켰다.

Acknowledgements

This work was supported by a grant from the Nakdonggang National Institute of Biological Resources (NNIBR, project No: NNIBR202001207), funded by the Ministry of Environment (MOE) of the Republic of Korea.