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미생물이야기 특수환경 미생물의 중요성
2013-08-16 17:57:12
이엠생명과학연구원

특수환경 미생물의 중요성

 

(1) 기술적 중요성

 

특수환경 미생물은 오래 전부터 신규 유용 미생물의 개발 및 활용을 위해 선진국을 중심으로 활발히 탐색, 분리되어 왔으며 대표적인 경우로 고세균(Archaea)이라는 새로운 분류군(domain or empire)을 탄생시킨 일은 이미 널리 알려진 사실이다. 특수환경 미생물은 지금까지 많은 연구가 이루어져 온 일반적인 자연환경이 아닌 접근이 용이하지 않았던 특수환경으로부터 분리, 탐색 되므로 기존에 알려지지 않은 신규 미생물다양성을 확보하는데 크게 기여할 수 있을 것으로 보인다. 특수환경 미생물은 현재 다양한 바이오산업에 활발히 활용되고 있으며 특히 이들로부터 생산되는 내열성효소(thermostable enzymes)와 같은 극한효소(extremozyme)는 생물촉매, 생물전환공정, 정밀화학 산업 등에 광범위하게 사용되고 있다. 따라서 이러한 측면에서 특수환경 미생물의 지속적인 탐색 및 개발은 기존 바이오산업의 획기적 개선 및 미래 산업의 창출 등에 크게 기여할 수 있을 것으로 예상되므로 이들에 대한 체계적인 확보가 절대적으로 필요하다고 할 수 있다. 표 1은 특수한경 미생물의 종류에 따른 그들의 대표적인 산업적 응용에 대해서 간략히 나타내고 있다.

 

표 1. 주요 특수환경 미생물 및 응용 분야.

Organism

Application

Hyperthermophiles

Thermophiles

Thermostable and solvent stable biocatalysts, biohydrometallurgy

Psychrophiles

Cold-active biocatalysts, bioremediation, surfactants for pharmaceuticals, bioantifreeze

Barophiles

Novel and improved biocatalysts and chemistry

Halophiles

Halotolerant biocatalysts, novel metabolites

Alkaliphiles

High pH stable biocatalysts, novel metabolites

Acidophiles

Desulfurication, metal recovery

Anaerobes

Anaerobic biotransformations

 

 

(2) 경제적 중요성 특수환경 미생물 및 그들이 생산하는 각종 유용 산물은 산업용 효소산업, 화학산업, 제약산업, 제지 및 펄프 산업, 식품 및 사료, 섬유 및 피혁, 금속 및 광산, 에너지 산업 등 다양한 분야의 바이오산업 및 관련 산업 분야에서 활발히 이용되고 있다. 특수환경 미생물은 특히 최근 효소산업 및 생물전환공정 산업의 주요 소재로 각광을 받고 있다. 효소 시장은 효소자체의 시장과 효소를 이용하여 생산되는 고부가가치 정밀화학/의약품 시장으로 구분할 수 있다. 효소자체의 세계 시장 규모는 2001년 약 20억불에 이르렀고 매년 증가 추세에 있다. 이중 특수 기능성 효소인 DNA 중합효소시장이 4억불에 이르고 있으며 다음으로 세제용으로 쓰이는 단백질 분해효소, 섬유소 분해효소, 지방분해 효소 등이 큰 시장을 형성하고 있다. 효소 자체의 시장은 효소의 응용분야가 특수 기능성 및 연구용으로 확대되는 추세이기 때문에 향후 급속히 증가 할 것으로 예상된다.  표2 – 표 5은 특수환경 미생물의 분류별 주요 응용 분야 및 제품을 간략히 보여준다.

 

 

표 2. 고온성 미생물(hyperthermophile or thermophile)의 주요 응용 분야.

Biomolecule/Use

Application or Product

DNA polymerase

DNA amplification (PCR)

Proteases

Food processing, baking, brewing, detergents, amino acid production etc.

Amylases

Baking, brewing, production of dextrin, maltodextrin, corn syrups

Lipases

Food processing, detergents

Xylanases

Paper bleaching

Alcohol dehydrogenase

Chemical synthesis

Oil-degrading

Surfactants for oil recovery

Sulfur-oxidizing

Bioleaching, desulfurization

 

표 3. 미생물 저온성 (psychrophile)의 주요 응용 분야

Biomolecule/Use

Application or Product

Proteases

Food processing, cheese maturation, dairy production, detergents, contact-lens cleaning solution, meat tenderizing

Amylases, cellulases

Detergents

Lipases

Cheese manufacture, dairy production, detergents

Polyunsaturated fatty acids

Food additives, pharmaceuticals, dietary supplements

Dehydrogenases

Biotransformations, biosensors

b-galactosidase

Lactose hydrolysis of milk products

other enzymes

Modifying flavors, bioremediations

Ice nucleating proteins

Artificial snow, ice cream, other freezing applications in food industry

 

 

 

 

표 4. 호염성 미생물(halophile)의 주요 응용 분야

Biomolecule/Use

Application or Product

Various enzymes (proteases, amylases, nucleases etc.)

Various industrial uses

Lipids

Liposomes for drug delivery, cosmetic packaging

Polyhydroxyalkanoates

Medical plastics

Linoleic acid, b-carotene

Health foods, dietary supplements, food coloring

Membranes

surfactants for pharmaceuticals

Compatible solutes

Protein and cell protectants in industrial uses

Rheological polymers

Oil recovery

Microorganisms

Waste transformation and degradation, fermenting fish sauces, modifying food textures and flavors

 

 

표 5. 호알칼리성 미생물(alkaliphile)의 주요 응용 분야

Biomolecule/Use

Application or Product

Proteases

Detergents, pulp bleaching, gelatin removal on X-ray film

Cellulases, lipases,

pullulanases

Detergents

Xylanases

Detergents, pulp bleaching

Pectinases

Fine papers, waste treatment, degumming

Cyclodextrins

Foodstuffs, chemicals, pharmaceuticals

Microorganisms

Oil recovery, antibiotics




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