| 초록 |
□연구개요 황산염 환원미생물에 의한 황 동위원소 분별작용은 수 십 년의 실험 및 이론 연구를 통해 다양한 환경 요인과의 정성적인 상관관계가 보고되었지만, 환경자료의 해석에 요구되는 정량적인 동위원소 분별 데이터의 확보는 미진한 상황이다. 황산염 환원의 짝이 되는 유기 전자공여체의 순환에 대한 연구 또한 상대적으로 부족했는데, 이번 과제에서는 지구화학적으로 중요한 C1화합물인 메탄올을 비롯해 다양한 알코올을 호흡기질로 이용하는 그람음성 황산염 환원세균 Desulfovibrio carbinolicus 을 중심으로, 안정동위원소 분별작용, 내막구조의 형성, 게놈서열 분석, 황화수소가 동위원소 기록에 미치는 영향에 대한 연구를 지난 2년간 수행하였다. □연구 목표대비 연구결과 1. 황산염 환원미생물의 성장과 동위원소 분별작용에 알코올이 미치는 영향: 실험에 이용한 두 종의 황산염 환원미생물 모두 메탄올을 이용하는 경우 에탄올보다 더 큰 황동위원소 분별작용을 보였다. 다만 둘 이상의 탄소를 지니는 알코올을 이용한 실험에서 D. carbinolicus 는 황 동위원소 분별작용의 변화를 보이지 않았다. 흥미롭게도 메탄올과 에탄올을 이용한 혼합배지에서 단순배지와는 달리 메탄올이 전혀 소모되지 않았으며 이는 에탄올과 같은 유기 전자공여체가 알코올 탈수효소를 통한 메탄올 대사를 매우 효과적으로 억제함을 지시한다. 2. 황산염 환원미생물 세포의 내막구조 형성과 입체구조: D. carbinolicus 는 진핵생물 미토콘드리아의 크리스테와 유사한 내막구조를 형성하는데, 이는 세포의 생리와 상관관계를 보인다. 이번 연구과제에서 내막구조의 3차원 입체구조를 새로운 전자현미경 기술을 이용해 확보하였다. 3. 게놈서열 연구를 바탕으로 한 황산염 환원 미생물의 메탄올 대사경로 이해: 배양실험에 이용한 두 종의 미생물 중 D. carbinolicus 는 메탄올 대사에 알코올 탈수효소를 이용하며, Desulfotomaculum kuznetsovii 는 메탄올 메틸전이효소 또한 이용한다. 경로에 따른 대사 속도의 차이와 동위원소 분별, 계통발생학적 비교를 통해 자연환경에서 황산염 환원미생물에 의한 메탄올 대사를 이해하기 위한 실험 방향을 제시하였다. 4. 황화수소의무기적 동위원소 분별과 대사 작용에 따른 분별의 실험적 비교: 황화수소의 농도가 미생물에 의한 황 동위원소 분별작용에 미치는 영향과 황화수소의 산염기 평형에 따른 동위원소 분별작용을 보고하였으며, 이는 용존 황화수소가 존재하는 환경에서 동위원소 거동을 해석하기 위한 정량적 기반을 마련해 주었다. □연구개발결과의 중요성 유기 전자공여체가 황산염 환원미생물의 동위원소 분별작용에 미치는 영향에 대한 연구는 과거에도 여러 차례 수행되었으나, 생물학적인 반응과 지구화학적인 반응 양쪽에서 중요한 역할을 담당하는 C1화합물인 메탄올의 산화와 연계된 황 동위원소 분별작용은 이번 과제에서 최초로 보고되었다. 보다 긴 사슬길이를 지니는 알코올과는 뚜렷하게 다른 성장패턴, 동위원소 분별작용, 세포 내 구조가 메탄올 배지에서 확인되었으며, 생지구화학적 메탄올 순환에 대한 입체적인 시각을 제공하였다. 이번 연구개발성과는 고기의 퇴적암이나 현생환경에 존재하는 황산이온과 황화수소 사이의 황 동위원소 기록 해석의 신뢰도를 높여줄 것이며, 이에 더해 고등동물의 체액과 같은 비전통적인 시료의 황 동위원소 조성 연구를 통해 생리 등의 정보를 파악할 수 있는 가능성 또한을 제시해 준다. (출처 : 요 약 문 2p) |
