메탄생성균
[ methanogen ]
메탄생성균(methanogen)은 산소가 없는 환경에서 대사 부산물로 메탄을 생성하는 생명체로서 모두 고균(archaea)에 속한다. 세포는 구형, 막대 모양, 또는 나선형이다. 이들은 절대혐기성 생명체이며 호기성 조건에서는 생장할 수 없는데, 이는 미량의 산소의 존재에도 메탄생성 반응이 방해받기 때문이다. 따라서 메탄생성균을 이용한 실험을 위해서는 혐기적 배양 기술을 이용하여 혐기성 배양기에서 실험이 수행된다. 메탄생성균은 대개 동물의 장이나 열수구, 습지, 슬러지 하수 처리시설, 해양 심층 퇴적물 등 많은 수생 서식지에서 발견된다.
Methanosarcina barkeri의 주사전자현미경 사진 (출처: GettyimagesKorea)
목차
분류학적 위치
메탄생성균은 모두 유리아케오타 문(phylum Euryarchaeota)에 속하며 5개의 강, 7개의 목, 15개의 과로 분류된다. 한국에서는 Methanobrevibacter boviskoreani와 Methanomethylovorans uponensis 균주가 2013년에 각각 분리되어 신종 고균으로 발표되었다.
메탄생성균의 분류학적 위치
| Class | Order | Family |
|
Methanobacteria
(Boone 2002) |
Methanobacteriales
(Balch et al. 1981) |
Methanobacteriaceae (Barker 1956) (Approved Lists 1980) |
| Methanothermaceae (Stetter et al. 1982) | ||
|
Methanococci
(Boone 2002) |
Methanococcales
(Balch et al. 1981) |
Methanocaldococcaceae (Whitman et al. 2002) |
| Methanococcaceae (Balch et al. 1981) | ||
|
Methanomicrobia
(Garrity et al. 2003) |
Methanomicrobiales
(Balch et al. 1981) |
Methanocalculaceae (Zhilina et al. 2014) |
| Methanocorpusculaceae (Zellner et al. 1989) | ||
| Methanomicrobiaceae (Balch et al. 1981) | ||
| Methanoregulaceae (Sakai et al. 2012) | ||
| Methanospirillaceae (Boone et al. 2002) | ||
|
Methanosarcinales
(Boone et al. 2002) |
Methanosaetaceae (Boone et al. 2002 ) | |
| Methanosarcinaceae (Balch et al. 1981 emend. Sowers et al. 1984) | ||
| Methermicoccaceae (Cheng et al. 2007) | ||
|
Methanocellales
(Sakai et al. 2008) |
Methanocellaceae (Sakai et al. 2008) | |
|
Methanopyri
(Garrity and Holt 2002) |
Methanopyrales
(Huber and Stetter 2002) |
Methanopyraceae (Huber and Stetter 2002) |
|
Thermoplasmata
(Reysenbach 2002) |
Methanomassiliicoccales
(Iino et al. 2013) |
Methanomassiliicoccaceae (Iino et al. 2013) |
생장 환경
메탄생성균은 혐기성 환경에서 높은 농도로 존재하는 수소 가스를 제거하고 혐기적 호흡을 통해 발효 산물을 생성하는 생태적 역할을 한다. 이러한 이유에서 메탄생성균은 이산화탄소가 많고 다른 전자수용체(산소, 질산염, 철, 황산염 등)가 적은 환경에서 주로 생장한다. 몇몇 메탄생성균은 온천지대나 해저 열수구, 온도가 높고 건조한 사막 등의 환경에서도 생장하며, 반추동물의 위장, 흰개미 및 인간의 장내에도 존재한다고 알려져 있다. 메탄생성균은 그린란드의 얼음 수천 킬로미터 아래의 지각의 단단한 암석에서도 발견된다.
메탄 생성 경로
이산화탄소: CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O
포름산: 4CHOOH -> CH4 +3CO2 +2H2O
아세트산: CH3COOH -> CH4 + CO2
메탄올: 4CH3OH -> 3CH4 +CO2 +2H2O
메틸아민: 4CH3NH2 +2H2O -> 3CH4 +CO2 + 4NH3
디메틸황화물: 2(CH3)2S + 2H2O ->3CH4 +CO2 +2H2S
이산화탄소는 환원과정을 통해 수소와 결합하여 메탄생성 과정의 공통적인 생성물인 물과 메탄을 만들어낸다. 이산화탄소를 환원시키는 메탄생성균은 이산화탄소와 수소, 그리고 질소와 다른 무기물을 이용하여 자라는 독립영양생장이 가능하다. 한편 유기물(포름산, 아세트산, 메탄올)을 에너지원으로 사용하는 종속영양생장도 가능하며 이때 메탄과 함께 이산화탄소를 생성한다. 질소를 포함하는 물질인 메틸아민을 이용할 경우 메탄, 이산화탄소와 함께 암모니아를 생성하며, 황을 포함하는 물질인 다이메틸황화물을 이용할 경우에는 최종 산물로 황화수소를 생성한다.
집필
노성운/세계김치연구소
감수
김승범/충남대학교
참고문헌
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8. Lee JH, Kumar S, Lee GH, Chang DH, Rhee MS, Yoon MH, Kim BC (2013) Methanobrevibacter boviskoreani sp. nov., isolated from the rumen of Korean native cattle. Int J Syst Evol Microbiol. 63(11):4196-201
동의어
Methanogen, methanogen, 메탄생성균