[논문]음식물 쓰레기 퇴비화 과정에 따른 세균군집 구조의 변화

신지혜; 이진우; 남지현; 박세용; 이동훈

음식물 쓰레기 퇴비화 과정에 따른 세균군집 구조의 변화
Bacterial Community Dynamics during Composting of Food Wastes 원문보기

Korean journal of microbiology = 미생물학회지, v.45 no.2, 2009년, pp.148 - 154

신지혜 (충북대학교 미생물학과) , 이진우 (충북대학교 미생물학과) , 남지현 (충북대학교 미생물학과) , 박세용 (한양대학교 토목공학과) , 이동훈 (충북대학교 미생물학과)

초록
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퇴비화 과정은 유기성 폐기물을 비료와 같은 유용한 자원으로 전환하는 생물학적 과정이다. 본 연구에서는 음식 물 쓰레기를 2달 동안 퇴비화시켜 세균군집의 변화를 조사하였다. 온도의 변화를 기준으로 하여 퇴비화 과정은 1단계($2\sim55^{\circ}C$), 2단계($55\sim97^{\circ}C$), 3단계($50\sim89^{\circ}C$)로 나뉘었다. 각 단계별 총세균수는 1단계 $1.66\times10^{11}$ cell/g, 2단계 $0.29\times10^{11}$ cell/g, 3단계 $0.28\times10^{11}$ cell/g으로 관찰되었다. 또한 총세균수에 대한 고온미생물의 비율은 초기에 33% 였으나 2단계 시료에서 최대비율인 89%로 증가하였다. 16S rRNA 유전자를 대상으로 T-RFLP 방법과 염기서열 분석방법을 이용하여 세균군집의 구조가 퇴비화 과정에 따라 변화됨을 확인할 수 있었다. 초고온인 2단계의 세균군집의 발달은 스타터 접종의 영향을 받았으며, Bacillus 및 Pseudomonas와 유연관계가 가까운 세균군집이 퇴비화 과정을 이끄는 주요 미생물임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Composting is a biological process converting solid organic waste into valuable materials such as fertilizer. The change of bacterial populations in a composting reactor of food waste was investigated for 2 months. Based on shifts in temperature profile, the composting process could be divided into the first phase ($2^{\circ}C\sim55^{\circ}C$), the second phase ($55^{\circ}C\sim97^{\circ}C$), and the third phase ($50^{\circ}C\sim89^{\circ}C$). The number of total bacteria was $1.66\times10^{11}$ cell/g, $0.29\times10^{11}$ cell/g, and $0.28\times10^{11}$ cell/g in the first, second, and third stages, respectively. The proportions of thermophiles increased from 33% to 89% in the second stage. T-RFLP analysis and nucleotide sequencing of 16S rRNA gene demonstrated that the change of bacterial community structure was coupled with shifts in composting stages. The structure of bacterial community in the ultra-thermophilic second stage reflected that of seeding starter. The major decomposers driving the ultra-thermophilic composting were identified as phylotypes related to Bacillus and Pseudomonas.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

)에서 수입한 제품으로 70℃~85℃에서 활발하게 생육하는 Bacillus와 Geobacillus 외에도 배양이 어려운 다양한 초호열균이 포함되어 있으며, 이들은 50℃ 이하에서는 증식하지 않는다고 알려져 있다(17). 초고온이라는 제한적인 환경에서 나타나는 군집의 변화를 조사하기 위하여 16S rRNA 유전자 분석을 수행하였고, 총세균 및 고온 미생물 수의 변화와 병원성 지표미생물의 존재유무를 조사하여 효율적인 퇴비화 공정의 개발에 유용한 정보를 제공하고자 한다.

제안 방법

16S rRNA gene의 염기서열을 분석하고 유사도가 높은 균주를 확인함으로써 군집구조를 조사하였다(Fig. 3). 시료당 40~45개 클론의 염기서열을 분석한 결과, 스타터의 경우 Bacteroidetes 문이 50.
27F와 1492R로 증폭한 PCR 산물을 pGEM-T vector (Promega, USA)를 이용하여 E. coli DH10B에 형질전환 시킨 뒤 시료 당 100개 이상의 재조합 클론을 선별하였다. T-vector의 염기서열에 상보적인 prGTf (5’-TACGACTCACTATAGGGCGA-3’)와 16S rRNA의 1492R primer 쌍을 사용하여 direct amplified PCR을 수행하고(4), 전기영동으로 PCR 산물의 크기를 확인하여 5’에서 3’ 방향으로 삽입된 재조합 클론을 2차 선별하였다.
Filter에 여과된 시료는 acridine orange(1 mg/ml) 500 µl를 이용하여 염색시키고 형광현미경(Excitation; 500 nm, Emission; 520 nm, Nikon, Japan)을 이용하여 1,500배의 배율로 미생물 수를 측정하였다(10).
coli numbering 1492-1510; 5’-GGYTACCTTGTTACGACTT3’)을 사용하였다(14). PCR 반응은 Core Bio System (Korea)의 Taq polymerase와 시약을 사용하였으며, 95℃에서 3분간 초기 열처리한 후, 95℃에서 30초, 49℃에서 30초, 72℃에서 1분씩 30회 반복하고, 72℃에서 10분 동안 반응하였다. PCR 증폭산물은 GENEALL™ PCR SV Mini kit (General Biosystem, Korea)로 정제한 후에 제한효소 AluI (Quantum Biotechnologies, Canada) 5 unit을 첨가하여 37℃에서 5시간 이상 반응시켰다.
PCR 증폭산물은 GENEALL™ PCR SV Mini kit (General Biosystem, Korea)로 정제한 후에 제한효소 AluI (Quantum Biotechnologies, Canada) 5 unit을 첨가하여 37℃에서 5시간 이상 반응시켰다.
T-vector의 염기서열에 상보적인 prGTf (5’-TACGACTCACTATAGGGCGA-3’)와 16S rRNA의 1492R primer 쌍을 사용하여 direct amplified PCR을 수행하고(4), 전기영동으로 PCR 산물의 크기를 확인하여 5’에서 3’ 방향으로 삽입된 재조합 클론을 2차 선별하였다.
각 단계의 시료에서 확인된 16S rRNA 유전자 염기서열들을 GenBank (http://ncbi.nlm.nih.gov)와 RDP (http://rdp.cme.msu.edu)의 database 서열과 비교 분석하였다(Fig. 4). 스타터 시료에서 16.
고온 처리한 시료는 polycarbonate membrane filter에 여과한 후 Live/Dead BacLight™ Bacterial Viability kit (Invitrogen, USA)를 이용하여 염색시키고, 형광현미경(Excitation: 470 nm, Emission: 540 nm, Nikon)을 이용하여 1,500배의 배율로 고온미생물 수를 측정하였다(3).
그 후 80℃ 수준으로 온도가 감소하였을때 퇴비를 섞어주었고, 2일 동안의 정체기를 보인 후 온도가 90℃ 이상으로 다시 증가하였다. 고온퇴비 섞어주기 작업은 총 6회 실시하였으며, 최고 온도는 26일에 97℃이었다. 퇴비화 과정은 60℃를 기준으로 온도 상승 단계(1단계; 1~6일), 초고온 단계(2단계; 7~43일), 안정화 단계(3단계; 44~56일)의 3단계로 구분하였다.
모든 증균배지에서 배양액을 한 백금이씩 취하여 비스무스 한천 선택배지(Difco™ Bismuth Sulfite agar)에 선상도말 하고 37℃에서 24~48시간 배양한 후에 살모넬라 양성결과를 판정하였고, 최적확 수표를 이용하여 살모넬라 수를 산출하였다.
총세균수 측정과 동일한 방법으로 인산완충용액에 희석된 시료를 라우릴 트립토스 부이온 배지(Difco™ Lauryl Tryptose broth)에 접종한 후, 37℃에서 24±2시간 배양하였다. 배양후 가스발생이 관찰된 양성시험관의 수와 최적확수표로 검체 1 g 중의 대장균수를 산출하였다. 살모넬라 측정을 위해 셀레나이트 배지(Difco™ Selenite broth)에 희석 시료를 접종하여 37℃에서 18∼24시간 배양하였다.
본 연구에서 조사한 음식물 쓰레기의 퇴비화 과정은 스타터(starter)를 폐기물에 식종하였으며, 초고온 단계에서는 온도가 95℃ 이상 상승하였다. 스타터는 일본(Sanyu Co.
선별된 재조합 클론들은 T7 (5’-TAATACGACTCACTATAGGG-3’) primer를 이용하여 ABI 3730XL DNA Analyzer (Applied Biosystems, USA)로 염기서열을 분석하였다.
, Japan)를 4:5의 비율로 혼합(총 34톤)하고 실내(5 m×8 m×3 m)에 야적하여 2개월 동안 퇴비화 과정을 진행시켰다. 인위적인 산소 공급 및 온도 조절은 없었으며, 퇴비의 온도 증가가 정체될 때마다 셔블로더(shovel loader)로 섞어주기를 반복하고 깊이 1 m 지점의 퇴비 시료 10 g 이상을 총 6회(1일, 10일, 16일, 29일, 36일, 56일) 채취하였다. 퇴비화 과정 초기부터 안정화 시기까지 온도, pH, 함수율을 측정하였다.
정읍시에서 수거된 음식물 쓰레기와 스타터(starter; Sanyu Co., Japan)를 4:5의 비율로 혼합(총 34톤)하고 실내(5 m×8 m×3 m)에 야적하여 2개월 동안 퇴비화 과정을 진행시켰다.
제한효소에 의해 절단된 핵산단편을 polyacrylamide gel에서 전기영동(ABI PRISM® 3100 Genetic Analyzer; Applied Biosystems, USA)하여 말단단편(T-RF; terminal restriction fragment)의 profile을 확인하였다.
총세균수 측정과 동일한 방법으로 인산완충용액에 희석된 시료 1 ml를 80℃ 항온수조에서 1시간 동안 방치하여 고온미생물을 제외한 다른 미생물을 사멸시켰다. 고온 처리한 시료는 polycarbonate membrane filter에 여과한 후 Live/Dead BacLight™ Bacterial Viability kit (Invitrogen, USA)를 이용하여 염색시키고, 형광현미경(Excitation: 470 nm, Emission: 540 nm, Nikon)을 이용하여 1,500배의 배율로 고온미생물 수를 측정하였다(3).
총세균수 측정과 동일한 방법으로 인산완충용액에 희석된 시료를 라우릴 트립토스 부이온 배지(Difco™ Lauryl Tryptose broth)에 접종한 후, 37℃에서 24±2시간 배양하였다.
2 g에서 핵산을 직접 추출하였다. 추출된 핵산은 QIAamp DNA Micro kit (QIAGEN, Germany)로 정제하였다. 시료 속에 존재하는 세균군집의 16S rRNA 유전자를 증폭하기 위해 eubacterial primer인 27F에 형광물질 6-carboxy-fluorescine (FAM)을 표식 시킨 27FF (E.
인위적인 산소 공급 및 온도 조절은 없었으며, 퇴비의 온도 증가가 정체될 때마다 셔블로더(shovel loader)로 섞어주기를 반복하고 깊이 1 m 지점의 퇴비 시료 10 g 이상을 총 6회(1일, 10일, 16일, 29일, 36일, 56일) 채취하였다. 퇴비화 과정 초기부터 안정화 시기까지 온도, pH, 함수율을 측정하였다.
고온퇴비 섞어주기 작업은 총 6회 실시하였으며, 최고 온도는 26일에 97℃이었다. 퇴비화 과정은 60℃를 기준으로 온도 상승 단계(1단계; 1~6일), 초고온 단계(2단계; 7~43일), 안정화 단계(3단계; 44~56일)의 3단계로 구분하였다. 퇴비화 과정 동안 고온으로 인한 수분증발로 시료의 함수율은 초기 40%에서 26%까지 지속적으로 감소했다.

대상 데이터

시료 속에 존재하는 세균군집의 16S rRNA 유전자를 증폭하기 위해 eubacterial primer인 27F에 형광물질 6-carboxy-fluorescine (FAM)을 표식 시킨 27FF (E. coli numbering 8-27; 5’-AGAGTTTGATCMTGGCTCAG-3’)와 1492R (E. coli numbering 1492-1510; 5’-GGYTACCTTGTTACGACTT3’)을 사용하였다(14).

데이터처리

제한효소에 의해 절단된 핵산단편을 polyacrylamide gel에서 전기영동(ABI PRISM^® 3100 Genetic Analyzer; Applied Biosystems, USA)하여 말단단편(T-RF; terminal restriction fragment)의 profile을 확인하였다. GelCompar II 프로그램(Applied Maths, Belgium)를 이용하여 각 시료에서 확인된 T-RF profile의 피어슨(Pearson) 상관계수를 계산하였고, UPGMA (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic mean) 방법으로 집괴분석(Cluster analysis)을 수행하였다.
시료에서 확인된 16S rRNA 유전자의 염기서열과 Ribosomal Database Project (RDP; http://rdp.cme.msu.edu), GenBank (http://ncbi.nlm.nih.gov)의 database로부터 확인된 염기서열을 CLUSTAL X (version 1.83) 프로그램을 이용하여 정렬하였다(24). 정렬된 염기서열은 PHYLIP package (version 3.

이론/모형

The dendrogram was constructed by Pearson’s correlation coefficient and UPGMA method.
Prefixes “Starter”, “Comp2”, and “Comp3” in clone name represent the 1st phase, 2nd phase, and 3rd phase, respectively. The tree was constructed by using the neighbor-joining method. The sequence of Methanothermobacter defluvii(X99046) was used as an outgroup.
대장균과 살모넬라 측정은 수질오염공정시험방법(2)에 제시된 최적확수법을 이용하였다. 총세균수 측정과 동일한 방법으로 인산완충용액에 희석된 시료를 라우릴 트립토스 부이온 배지(Difco™ Lauryl Tryptose broth)에 접종한 후, 37℃에서 24±2시간 배양하였다.
83) 프로그램을 이용하여 정렬하였다(24). 정렬된 염기서열은 PHYLIP package (version 3.6a3)를 이용하여 Jukes and Cantor distance model (12)과 neighbor-joining method (20)로 염기서열간의 진화적 거리와 계통도를 추론하였다(8). 또한, bootstrap 값은 1,000회의 resampled data로부터 계산하였다(7).

성능/효과

16S rRNA gene clone library에서 확인된 균주들을 속 수준으로 구분하고 세균군집 다양성 지수(H; Shannon-Weiner diversity index)와 우점도(D; Simpson dominance index)를 계산하였을 때 스타터에서는 H=4.07, D=0.07 이었으나 초고온 단계의 29일 시료에서는 H=2.43, D=0.25로 특정 군집의 우점이 진행되었음을 나타낸다. 퇴비화 과정이 완료된 생산물의 일부를 다음 퇴비화 공정의 스타터로 공급하는 상황을 고려하면, 안정화 단계를 거친 스타터에는 중온성 군집이 다수 포함되어 있으며 음식물 쓰레기에 포함된 군집과 함께 초기 유기물 분해와 열 발생에 기여하였으나 변화된 환경에서는 고온 세균의 성장이 촉진되었기 때문이라고 생각된다(9).
fluorescens (Z7662)와 유사 균주들이 확인되었다. 2단계 시료에서 40.0%를 차지한 Pseudomonas 속은 Pseudomonas veronii (AF064460)의 16S rRNA 유전자와 98% 이상의 유사도를 나타내었다. 또한 2단계에서 26.
3단계 시료의 17.5%를 차지한 γ-proteobacteria 강의 Psychrobacter 속은 P. faecalis (AJ421528), P. pulmonis (AJ437696), P. martimus (AJ609272) 유사균주로 확인되었다.
8%)를 나타낸 것은 고온발효에 스타터 군집이 중요함을 암시한다. Pseudomonas 및 Bacillus 속과 유연관계가 가까운 균주들이 스타터 시료에서는 각각 11.9%, 9.5%로 낮은 비율을 나타내었지만 2단계 시료에서는 40.0%, 26.6%로 증가하였으며, Pseudomonas veronii와 Bacillus thermocloacae의 증가가 2단계의 세균 군집에 많은 영향을 끼친 것으로 보인다.
선행 공정의 생산물인 스타터의 세균군집과 안정화 과정을 거친 3단계 56일 시료의 세균군집에 상당한 차이가 있음은 T-RF profile과 16S rRNA 염기서열 결과를 비교하면 알 수 있다. Salegentibacter, Thermobifida, Bacillus 등은 스타터와 3단계 시료에서 함께 확인되었고 스타터 시료와 유사하게 2단계를 거친 후 Bacteroidetes 문이 증가하였다는 공통적인 특징이 관찰되었지만, 생산된 퇴비의 일부를 다음 공정의 스타터로 사용하는 현재 방법은 퇴비화 공정이 반복하여 진행될수록 스타터의 품질관리가 어려울 것으로 예상된다. 생산된 퇴비의 군집이 스타터의 군집과 차이가 있으면, 공정이 반복됨에 따라 스타터의 군집 조성 변화가 커지며 주요 고온균주가 감소할 가능성이 있기 때문이다.
각 단계 퇴비 시료의 T-RF profile로 부터 계산된 피어슨 상관계수를 이용하여 집괴분석을 한 결과, 온도 변화에 따라 구분한 퇴비 진행 단계별로 구분되는 클러스터가 확인되었다(Fig. 2). 1단계 시료는 음식물 쓰레기에 포함된 세균군집 때문에 스타터와 구분되는 클러스터를 나타내었으나, 퇴비화가 진행됨에 따라 10일, 16일의 2단계 시료는 스타터와 90% 이상의 유사도를 나타내었다.
8%로 증가하였다. 그러나 스타터 시료에서 50.0%로 가장 우점하였던 Bacteroidetes 문은 2.2% 수준으로 급격히 줄어든 것을 확인할 수 있었다.
6% 수준으로 오히려 증가하였다. 따라서 97℃까지온도의 상승으로 인하여 중온성 세균의 성장이 저해되는 환경적 압박이 60℃ 내외에서 진행되는 일반적인 퇴비화 과정보다 컸으며 2단계의 세균군집의 대부분을 고온성 세균이 점유하는 결과를 초래하였다고 생각된다.
0%를 차지한 Pseudomonas 속은 Pseudomonas veronii (AF064460)의 16S rRNA 유전자와 98% 이상의 유사도를 나타내었다. 또한 2단계에서 26.6%를 차지한 Bacillus 속은 B. circulans (X60613), B. thermocloacae (Z26939) 유사균주로 확인되었으며, 각각 전체의 6.6%, 20.0%를 차지하였다. 3단계 시료의 17.
또한 Firmicutes 문 Bacillus 속의 B. fortis (AY443038), B. circulans (X60613), B. humi (AJ627210)와, γproteobacteria 강 Pseudomonas 속의 P. veronii (AF064460), P. fluorescens (Z7662)와 유사 균주들이 확인되었다.
자체 발열반응에 의하여 온도가 빠른 속도로 상승하는 음식물 쓰레기의 퇴비화 과정에서 미생물 군집의 변화를 관찰한 결과, 퇴비화 단계에 따른 세균군집의 천이과정과 초고온 단계에서 중요한 역할을 할 것이라 예상되는 미생물의 우점을 확인할 수 있었다. 또한 스타터의 중요성과 고온으로 인한 병원성 세균의 사멸 효과도 확인할 수 있었다. 우수한 퇴비를 경제적으로 만들기 위해서는 퇴비 공정의 효율적인 제어가 필요하므로, 이번 연구에서 확인된 초고온 미생물을 분리하여 생리, 생화학적 특성을 조사하고 스타터를 개발하여 퇴비 공정에 이용한다면 음식물 쓰레기의 자원화에 기여할 수 있을 것이다.
본 연구에서 측정된 퇴비화 과정의 온도는, 외부 기온이 낮은 12~2월에 진행되었음에도 불구하고, 2℃에서 97℃까지 상승하였으며 일반적으로 보고된 퇴비의 최고 온도를 초과하는 특징을 나타내었다. 또한 온도의 변화를 기준으로 구분한 3단계의 퇴비화 과정에서 미생물 군집의 변화와 함께 총세균 및 고온 미생물의 분포 변화가 관찰되었다.
퇴비화 과정에 있어 온도는 미생물 군집의 천이를 유도하는 가장 중요한 인자로 작용하며, 높은 온도에서 진행되는 퇴비화 과정은 분해가 어려운 다양한 물질을 빠르게 분해할 수 있는 장점이 있다(9). 본 연구에서 측정된 퇴비화 과정의 온도는, 외부 기온이 낮은 12~2월에 진행되었음에도 불구하고, 2℃에서 97℃까지 상승하였으며 일반적으로 보고된 퇴비의 최고 온도를 초과하는 특징을 나타내었다. 또한 온도의 변화를 기준으로 구분한 3단계의 퇴비화 과정에서 미생물 군집의 변화와 함께 총세균 및 고온 미생물의 분포 변화가 관찰되었다.
Ryckeboer 등(19)은 일반적인 퇴비화 과정에서 총세균수는 퇴비화가 진행되는 동안 점점 증가하여 고온 단계에서 최고치를 이루고, 온도가 떨어지며 안정화 단계에 진입하면서 점점 감소한다고 보고하였다. 본 연구에서는 2단계에서 퇴비의 온도가 최고치인 97℃까지 증가하면서 1단계에 비해 17.4% 수준으로 총세균수가 급격히 감소하였다. 그러나 고온 미생물의 분포는 1단계에서 총세균의 33.
속 수준에서는 Firmicutes에 속하는 Bacillus가 전체의 20%로 우점하였고, γ-proteobacteria인 Psychrobacter가 각각 전체의 17.5%를 차지하였다.
속(genus) 수준에서는 Bacteroidetes 문에 속하는 Salegentibacter가 전체의 16.6%, γ-proteobacteria 강의 Pseudomonas가 11.9%, Firmicutes 문의 Bacillus가 9.5%를 차지하였다.
4). 스타터 시료에서 16.6%를 차지하며 우점하였던 균주는 Bacteroidetes 문의 Salegentibacter 속인 S. flavus (AY682200)와 92~93%의 유사도를 나타내었다. 또한 Firmicutes 문 Bacillus 속의 B.
스타터에서는 대장균과 살모넬라가 검출되지 않았으나, 음식물 쓰레기가 혼합된 1단계 시료에서는 1,000 MPN/g (dry-weight) 이상의 대장균과 955 MPN/g의 살모넬라가 검출되었다(Table 1). 그러나 높은 온도에 노출된 후의 3단계 시료에서는 대장균과 살모넬라가 검출되지 않았다.
시료당 40~45개 클론의 염기서열을 분석한 결과, 스타터의 경우 Bacteroidetes 문이 50.0%, Firmicute 문은 21.4%, γ-proteobacteria 강이 11.9%를 차지하였다.
안정화 단계인 3단계 시료에서는 Firmicutes가 47.5%, γ-proteobacteria가 17.5%를 차지하였으며, 그 밖에도 β-proteobacteria 15.0%, Bacteroidetes 12.5%, Actinobacteria 7.5%로 나타났다.
음식물 쓰레기 퇴비화 과정 중 가장 높은 온도가 관찰되었던 2단계 29일 시료의 염기서열 분석결과, 스타터 시료에서 9~11% 수준이었던 Bacillus와 Pseudomonas 속이 각각 26.6%, 40.0%로 증가함에 따라 21.4%를 차지하던 Firmicute 문이 46.6%로, 11.9%였던 γ-proteobacteria 강은 42.2%로 증가하였다.
자체 발열반응에 의하여 온도가 빠른 속도로 상승하는 음식물 쓰레기의 퇴비화 과정에서 미생물 군집의 변화를 관찰한 결과, 퇴비화 단계에 따른 세균군집의 천이과정과 초고온 단계에서 중요한 역할을 할 것이라 예상되는 미생물의 우점을 확인할 수 있었다. 또한 스타터의 중요성과 고온으로 인한 병원성 세균의 사멸 효과도 확인할 수 있었다.
16S rRNA 염기서열을 이용한 군집분석 결과에서도 병원성 지표 세균은 확인할 수 없었다. 퇴비 발효과정에서 효율적인 병원성 세균의 제거는 안전한 퇴비 생산에 필수적인 요소이며 본 퇴비화 공정에서는 높은 온도로 인하여 병원성 세균이 사멸됨으로써 생산된 퇴비 제품의 안전성을 높였다고 할 수 있다.
14×10¹¹ cell/g로 측정되었다. 퇴비화 진행에 따른 총세균의 급격한 감소로 인하여, 1단계에서 총세균수의 33%를 차지하던 고온미생물의 비율은 2단계가 되며 89%로 증가하였고, 3단계에서는 50%를 차지하였다.

후속연구

Pseudomonas veronii는 4℃~36℃의 중저온에서 생장하고 오염된 토양에서 방향족 화합물을 분해하는 특징을 가지고 있는 것으로 보고되었다(16). 2단계에서 전체 군집의 40.0%를 차지한 균주는 P. veronii와 16S rRNA 유전자의 염기서열이 98% 이상의 유사도를 나타내어 동일 종의 유사도 기준인 97% 보다 크지만, 초고온환경에서 성장이 가능한 특징을 고려하면 분리 배양 후 genomic DNA hybridization 실험 등 분류학적 실험을 수행해야 정확한 동정이 가능할 것이다. 또한, 이 균주의 최적생장 환경조건 및 우점을 유도한 환경요인의 변화에 대한 연구가 진행된다면 고온 퇴비화 공정의 효율적인 제어에 도움이 될 것이다.
생산된 퇴비의 군집이 스타터의 군집과 차이가 있으면, 공정이 반복됨에 따라 스타터의 군집 조성 변화가 커지며 주요 고온균주가 감소할 가능성이 있기 때문이다. 따라서 고온 퇴비화 과정에 주요한 세균군집을 고온 시료에서 확보하여 스타터로 사용하는 방안이 퇴비 공정의 효율적인 관리 및 시간 단축에 도움이 될 것이다.
veronii와 16S rRNA 유전자의 염기서열이 98% 이상의 유사도를 나타내어 동일 종의 유사도 기준인 97% 보다 크지만, 초고온환경에서 성장이 가능한 특징을 고려하면 분리 배양 후 genomic DNA hybridization 실험 등 분류학적 실험을 수행해야 정확한 동정이 가능할 것이다. 또한, 이 균주의 최적생장 환경조건 및 우점을 유도한 환경요인의 변화에 대한 연구가 진행된다면 고온 퇴비화 공정의 효율적인 제어에 도움이 될 것이다.
또한 스타터의 중요성과 고온으로 인한 병원성 세균의 사멸 효과도 확인할 수 있었다. 우수한 퇴비를 경제적으로 만들기 위해서는 퇴비 공정의 효율적인 제어가 필요하므로, 이번 연구에서 확인된 초고온 미생물을 분리하여 생리, 생화학적 특성을 조사하고 스타터를 개발하여 퇴비 공정에 이용한다면 음식물 쓰레기의 자원화에 기여할 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	퇴비화 과정에서 우점종 군집은 온도 변화에 따라 어떻게 바뀌는가?	퇴비화 과정은 또한 유기물과 환경조건(온도, pH, 함수율 등)의 변화에 적응하는 미생물 군집의 연속적인 천이 과정으로 이해될 수 있다(25). 초기에는 중온성 군집이 우점하며 이용이 쉬운 유기물을 분해하고 열을 발생시킨다. 그러나 온도가 상승함에 따라 고온성 군집으로 대체되며 리그닌과 같이 분해가 어려운 유기물을 이용한다. 온도가 하강하는 마지막 안정화 단계에서는 중온성 군집이 다시 형성된다. 따라서 각 단계에서 우점하는 미생물을 규명하고 미생물 군집의 변화를 조사하는 연구는 퇴비공정의 효율적인 개선과 생산된 퇴비의 품질 제어 측면에서 매우 중요하다.
	퇴비화 공정과 속도에 영향을 미치는 중요한 요인은 무엇인가?	퇴비화 공정의 유기성 폐기물 분해는 미생물에 의해서 주도되며, 온도변화에 따라 미생물의 활성이 달라진다(22). 온도는 퇴비화 과정과 속도에 영향을 미치는 중요한 요인이며(9), 퇴비 공정의 목적에 따라 최적 온도는 다양하다(21).
	고온에서 퇴비화 과정은 어떤 장점이 있는가?	45°C 이하의 중온에서도 퇴비화 과정이 진행될 수 있으나 일반적으로 고온 미생물이 퇴비화에서 최대의 활성을 갖는 온도범위는 50~60°C이며(23), 40°C~60°C의 고온 퇴비화 과정에서 lignocellulose와 같이 분해하기 힘든 유기물의 분해를 관찰한 보고도 있다(25). 또한, 고온 퇴비화 과정은 미생물의 활성을 증진시키고 병원성 미생물을 불활성화 시킨다는 장점을 갖고 있다(9, 26). 따라서 가능한 최대의 온도에서 퇴비화가 진행되는 것이 낮은 온도의 퇴비화 과정에 비해 효율성과 안전성의 측면에서 유리하다고 볼 수 있다(19).

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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