김치는 한국의 전통음식으로서 젖산균이 관여하는 발효 식품으로 널리 알려져 있다. 김치발효에서 젖산균의 역할을 규명하기 위해서는 발효에 관여하는 미생물 균총의 역학관계를 조사하는 것이 필수적이다. 지금까지 김치로부터 많은 미생물이 보고되어 왔지만, 그 미생물에 대한 분류학적 연구는 미흡하였다. 본 연구에서는 전통적인 배양기법과 새로운 무배양기법을 이용하여 김치발효동안 미생물 균총의 변화를 살펴보았다.배양기법을 이용한 실험에서는 분리된 젖산균을 분류하기 위하여 균체 지방산 조성 분석 방법과 탄소원 ...
김치는 한국의 전통음식으로서 젖산균이 관여하는 발효 식품으로 널리 알려져 있다. 김치발효에서 젖산균의 역할을 규명하기 위해서는 발효에 관여하는 미생물 균총의 역학관계를 조사하는 것이 필수적이다. 지금까지 김치로부터 많은 미생물이 보고되어 왔지만, 그 미생물에 대한 분류학적 연구는 미흡하였다. 본 연구에서는 전통적인 배양기법과 새로운 무배양기법을 이용하여 김치발효동안 미생물 균총의 변화를 살펴보았다.배양기법을 이용한 실험에서는 분리된 젖산균을 분류하기 위하여 균체 지방산 조성 분석 방법과 탄소원 이용성 분석방법을 이용하였다. 균체 지방산 조성 분석의 결과, Euclidian distance 17.5를 기준으로 7개의 major cluster와 1개의 single cluster를 형성하였다. 그리고 탄소원 이용성 분석에서는 SSM 80%에서 5개의 major cluster와 1개의 minor cluster 및 12개의 single cluster가 형성되었다. 이 결과는 균체 지방산 조성 분석이나 탄소원 이용성 분석이 젖산균의 그룹화와 이에 따른 데이터베이스 구축이 가능함을 보여주었고, 각각의 데이터베이스를 이용하여 분리된 젖산균을 분류하는 것도 가능하였다. 그러나, 두가지 방법에 따른 데이타베이스 상호간의 일치점을 명확히 규명하기는 어려웠다. 그러므로 전통적인 배양기법을 이용한 연구의 한계점을 극복할만한 새로운 측면의 연구방법 모색이 필요하였다. 그래서 무배양기법인 분자모니터링방법을 이용하여 김치발효에 따른 젖산균의 변화 연구에 적용하였다.무배양기법인 분자모니터링방법을 이용한 김치발효중의 젖산균 변화를 살펴보기 위해서 denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) fingerprinting과 partial 16S ribosomal DNA (rDNA) gene sequencing 및 16S rRNA-targeted oligonucleotide pobes를 이용한 RNA 정량분석 등의 방법을 적용하였다. 이 결과로서 젖산균이 김치발효의 주된 미생물임을 알 수 있었고, 배양기법의 결과와는 다른 종류들이 우점종을 나타냄을 보여주었다. 그리고 Weissella, Leuconostoc, Lactobacillus 같은 속의 젖산균이 우점종임이 밝혀졌고, 이런 분자모니터링 방법들이 균총 변화 연구에 적절한 방법임을 보여주었다. 그리고 본 연구에서는 김치로부터 새로운 종을 분리하여 보고하였다. 이 신종은 형태학적, 생리생화학적, 화학분류학적 및 분자분류학적 연구 결과에 의해 Weissella koreensis로 명명되었고, 국내외 균주은행에 기탁되었으며, 국제 분류학회지에 보고되어 새로운 종으로 인정되었다.결론적으로, 김치발효중의 변화 양상을 연구하기 위해서는 배양기법을 이용한 전통적인 방법만으로는 미흡하며, 배양기법과 더불어 무배양기법의 분자모니터링방법을 함께 적용하는 다상 연구를 통해서만 더 정확한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 이런 다상 연구는 궁극적으로는 김치의 대량 생산과 유통에서 발효과정의 관리와 품질검사에 응용될 수 있다.
김치는 한국의 전통음식으로서 젖산균이 관여하는 발효 식품으로 널리 알려져 있다. 김치발효에서 젖산균의 역할을 규명하기 위해서는 발효에 관여하는 미생물 균총의 역학관계를 조사하는 것이 필수적이다. 지금까지 김치로부터 많은 미생물이 보고되어 왔지만, 그 미생물에 대한 분류학적 연구는 미흡하였다. 본 연구에서는 전통적인 배양기법과 새로운 무배양기법을 이용하여 김치발효동안 미생물 균총의 변화를 살펴보았다.배양기법을 이용한 실험에서는 분리된 젖산균을 분류하기 위하여 균체 지방산 조성 분석 방법과 탄소원 이용성 분석방법을 이용하였다. 균체 지방산 조성 분석의 결과, Euclidian distance 17.5를 기준으로 7개의 major cluster와 1개의 single cluster를 형성하였다. 그리고 탄소원 이용성 분석에서는 SSM 80%에서 5개의 major cluster와 1개의 minor cluster 및 12개의 single cluster가 형성되었다. 이 결과는 균체 지방산 조성 분석이나 탄소원 이용성 분석이 젖산균의 그룹화와 이에 따른 데이터베이스 구축이 가능함을 보여주었고, 각각의 데이터베이스를 이용하여 분리된 젖산균을 분류하는 것도 가능하였다. 그러나, 두가지 방법에 따른 데이타베이스 상호간의 일치점을 명확히 규명하기는 어려웠다. 그러므로 전통적인 배양기법을 이용한 연구의 한계점을 극복할만한 새로운 측면의 연구방법 모색이 필요하였다. 그래서 무배양기법인 분자모니터링방법을 이용하여 김치발효에 따른 젖산균의 변화 연구에 적용하였다.무배양기법인 분자모니터링방법을 이용한 김치발효중의 젖산균 변화를 살펴보기 위해서 denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) fingerprinting과 partial 16S ribosomal DNA (rDNA) gene sequencing 및 16S rRNA-targeted oligonucleotide pobes를 이용한 RNA 정량분석 등의 방법을 적용하였다. 이 결과로서 젖산균이 김치발효의 주된 미생물임을 알 수 있었고, 배양기법의 결과와는 다른 종류들이 우점종을 나타냄을 보여주었다. 그리고 Weissella, Leuconostoc, Lactobacillus 같은 속의 젖산균이 우점종임이 밝혀졌고, 이런 분자모니터링 방법들이 균총 변화 연구에 적절한 방법임을 보여주었다. 그리고 본 연구에서는 김치로부터 새로운 종을 분리하여 보고하였다. 이 신종은 형태학적, 생리생화학적, 화학분류학적 및 분자분류학적 연구 결과에 의해 Weissella koreensis로 명명되었고, 국내외 균주은행에 기탁되었으며, 국제 분류학회지에 보고되어 새로운 종으로 인정되었다.결론적으로, 김치발효중의 변화 양상을 연구하기 위해서는 배양기법을 이용한 전통적인 방법만으로는 미흡하며, 배양기법과 더불어 무배양기법의 분자모니터링방법을 함께 적용하는 다상 연구를 통해서만 더 정확한 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 이런 다상 연구는 궁극적으로는 김치의 대량 생산과 유통에서 발효과정의 관리와 품질검사에 응용될 수 있다.
Kimchi is one of best-known traditional Korean fermented food. The fermentation of kimchi is well-known microbial process that the genera belong to lactic acid bacteria are known to play an important role in its fermentation. In order to demonstrate the role of lactic acid bacteria in kimchi ferment...
Kimchi is one of best-known traditional Korean fermented food. The fermentation of kimchi is well-known microbial process that the genera belong to lactic acid bacteria are known to play an important role in its fermentation. In order to demonstrate the role of lactic acid bacteria in kimchi fermentation, it is essential to investigate the dynamics of the overall microbial communities. Although many lactic acid bacteria have been isolated from kimchi, systematic taxonomic studies on them are rarely reported. In this study, I described the changes in microbial populations during fermentation based on traditional culture-dependent methods and culture-independent molecular monitoring methods.In the culture-dependent method, I explained the taxonomic studies of lactic acid bacteria isolated from kimchi using analysis of cellular fatty acids and carbon source utilization patterns. In cellular fatty acid analysis, clusters revealed 7 major FAMEs clusters and 1 single cluster defined at Euclidian distance of 17.5. And the analysis of carbon source utilization patterns was recovered in five major, one minor and twelve single clusters defined at the SSM level of 80%. In this experiments, I found that these traditional approaches have the limitations of proper estimation of microbial communities, and the disadvantages of the cultivation methods are likely to results in an underestimation andor bias in the evaluation of the microbial diversity in these areas of research. So, I applied culture-independent molecular monitoring method to study of microbial diversity during fermentation of kimchi.In culture-independent molecular monitoring method, the dynamics of the microbial communities for kimchi fermentation was studied by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) fingerprinting of total community DNA with bacterial primers, partial 16S ribosomal DNA (rDNA) gene sequencing, and quantification of microbial taxa with 16S rRNA-targeted oligonucleotide pobes. The study was performed at 10°C and 20°C for 30 days and 20 days, respectively. This results demonstrate that DGGE fingerprinting and rRNA quantification should allow workers to precisely and rapidly characterize the microbial assemblage in a spontaneous lactic acid fermented food. Lactic acid bacteria accounted for over 80% of active microflora through fermentation of kimchi. The dominant organisms by sequencing of the DGGE bands and by quantification of rRNAs from dominant microbial taxa with phylogenetic oligonucleotide probes were lactic acid bacteria, mainly close relatives of the genera Weissella, Leuconostoc and Lactobacillus. I isolated two novel strains belong to lactic acid bacteria from kimchi. The DNA base compositions of them were 37 mol%. All of the strains contained Lys-Ala-Ser in the cell walls. On the basis of morphological, physiological and chemotaxonomic characteristics, together with 16S ribosomal DNA sequence comparison data and DNA-DNA hybridization, it is proposed the new species of the genus Weissella as Weissella koreensis sp. nov. The type strain of Weissella koreensis is S-5623T (= KCTC 3621T = KCCM 41516T = JCM 11263T).In conclusion, I demonstrated that the ecology of kimchi fermentation can not be effectively studied by cultivation-dependent methods alone, because some of dominating taxa, although culturable, are not recovered by these traditional methods. A polyphasic approach should allow us to better understand the microbial dynamic changes during kimchi fermentation, and is able to apply to control the process and the quality of final product of kimch.
Kimchi is one of best-known traditional Korean fermented food. The fermentation of kimchi is well-known microbial process that the genera belong to lactic acid bacteria are known to play an important role in its fermentation. In order to demonstrate the role of lactic acid bacteria in kimchi fermentation, it is essential to investigate the dynamics of the overall microbial communities. Although many lactic acid bacteria have been isolated from kimchi, systematic taxonomic studies on them are rarely reported. In this study, I described the changes in microbial populations during fermentation based on traditional culture-dependent methods and culture-independent molecular monitoring methods.In the culture-dependent method, I explained the taxonomic studies of lactic acid bacteria isolated from kimchi using analysis of cellular fatty acids and carbon source utilization patterns. In cellular fatty acid analysis, clusters revealed 7 major FAMEs clusters and 1 single cluster defined at Euclidian distance of 17.5. And the analysis of carbon source utilization patterns was recovered in five major, one minor and twelve single clusters defined at the SSM level of 80%. In this experiments, I found that these traditional approaches have the limitations of proper estimation of microbial communities, and the disadvantages of the cultivation methods are likely to results in an underestimation andor bias in the evaluation of the microbial diversity in these areas of research. So, I applied culture-independent molecular monitoring method to study of microbial diversity during fermentation of kimchi.In culture-independent molecular monitoring method, the dynamics of the microbial communities for kimchi fermentation was studied by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) fingerprinting of total community DNA with bacterial primers, partial 16S ribosomal DNA (rDNA) gene sequencing, and quantification of microbial taxa with 16S rRNA-targeted oligonucleotide pobes. The study was performed at 10°C and 20°C for 30 days and 20 days, respectively. This results demonstrate that DGGE fingerprinting and rRNA quantification should allow workers to precisely and rapidly characterize the microbial assemblage in a spontaneous lactic acid fermented food. Lactic acid bacteria accounted for over 80% of active microflora through fermentation of kimchi. The dominant organisms by sequencing of the DGGE bands and by quantification of rRNAs from dominant microbial taxa with phylogenetic oligonucleotide probes were lactic acid bacteria, mainly close relatives of the genera Weissella, Leuconostoc and Lactobacillus. I isolated two novel strains belong to lactic acid bacteria from kimchi. The DNA base compositions of them were 37 mol%. All of the strains contained Lys-Ala-Ser in the cell walls. On the basis of morphological, physiological and chemotaxonomic characteristics, together with 16S ribosomal DNA sequence comparison data and DNA-DNA hybridization, it is proposed the new species of the genus Weissella as Weissella koreensis sp. nov. The type strain of Weissella koreensis is S-5623T (= KCTC 3621T = KCCM 41516T = JCM 11263T).In conclusion, I demonstrated that the ecology of kimchi fermentation can not be effectively studied by cultivation-dependent methods alone, because some of dominating taxa, although culturable, are not recovered by these traditional methods. A polyphasic approach should allow us to better understand the microbial dynamic changes during kimchi fermentation, and is able to apply to control the process and the quality of final product of kimch.
주제어
#김치 젖산균 변화 모니터링 Kimchi monitoring of the dynamics of the lactic acid bacteria Weissella koreensis
학위논문 정보
저자
이정숙
학위수여기관
Graduate School, Yonsei University
학위구분
국내박사
학과
Dept. of Biotechnology
지도교수
Yu-Ryang Pyun, Yong-Ha Park
발행연도
2003
총페이지
x, 132장
키워드
김치 젖산균 변화 모니터링 Kimchi monitoring of the dynamics of the lactic acid bacteria Weissella koreensis
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