고온균

극한미생물(extremophile)의 일종으로 고온(41~122도씨) 환경에 적응하여 생존하는 생명체이다¹⁾. 고온균은 20~45도씨에서 생장하는 중온균(mesophile)과 구별된다. 대부분은 고균(archaea)이지만, 세균(bacteria), 곰팡이도 존재한다. 주로 지질학적으로 가열된 지역인 온천, 심해열수구(deep sea hydrothermal vents), 토탄 축적 수렁(peat bog) 등에 서식한다. 

Grand Prismatic Spring, Yellowstone National Park (출처: GettyImages-506725942)

심해열수구 (출처: GettyImages-521194228)

목차

여러 기준으로 분류할 수 있다.

최적 온도에 따른 분류

- Simple thermophiles: 50~64도씨 생장,

- Extreme thermophiles: 65~79도씨 생장

- Hyperthermophiles: 80도씨 이상 생장, 50도씨 이하 생존 불가능 

고온성의 필수성에 따른 분류

- obligate thermophiles (필수 고온균): 생장과 생존을 위해서는 반드시 고온이 필요한 균, extreme thermophile과 일치

- facultative thermophiles (조건 고온균): 비교적 저온인 50도씨 이하에서 생존하지만, 고온에서도 생존가능한 균

- hyperthermophiles (초고온균): 생존 최적 온도로서 80도씨 이상의 온도를 선호하는 고온균. 50도씨 이하에서는 생존할 수 없음. 대부분 고균이다.   

심해열수구에서 분리된 고온균. (A)와 (B)는 SEM 사진이며, (C)와 (D)는 TEM 사진이다. ()

세균으로서는 Thermus aquaticus, Bacillus stearothermophilus 등이 존재하며, 고균(Archaea)으로는 Thermoplasma acidophilum, Pyrolobus fumarii, Pyrococcus abyssi 등이 대표적인 고온균들이다.

퇴비에 서식하는 고온성 세균과 곰팡이

유기물을 쌓아두어 놓은 퇴비(compost)는 미생물에 의한 유기물이 활발히 분해된다. 이런 미생물의 활동에 의해 열이 발생하여 퇴비 안쪽에는 고온 환경이 발생하며, 여기에 고온성 세균과 고온성 곰팡이 등이 서식한다. 일부 고온성 곰팡이는 항생제를 생산하기도 한다. 

퇴비 ()

고온균에 의한 황(Sulfur)의 이용

고온에서는 물속에 녹아 있는 산소양이 매우 적기 때문에, 많은 고온균은 산소를 잘 활용하지 않는다. 고균의 일종인 황세균(Sulfur bacteria)은 혐기성이며 황(S, elemental sulfur)을 세포호흡에서 전자의 최종 수용체로 이용하여 H₂S를 생성한다. 한편, chemolithotroph인 황산화세균(Sulfur-oxidizing bacteria)는 황을 산소로 산화시켜 황산을 만들 때 나오는 에너지를 이용하며(최종 전자 수용체는 산소), 산성 pH에서 자란다(호산균 acidophile이기도 한다). 

고온균 유래 효소들은 고온에서 작용하므로 분자생물학이나 산업용으로 사용되고 있다. 예를 들어 분자생물학에서는 많은 PCR을 위한 DNA polymerase가 이용되고 있으며, Thermophilus aquaticus 유래 DNA 중합효소 (polymerase)는 PCR에서 최초로 사용되었다. 현재 산업적으로 이용되고 있는 고온균 유래 효소들은 cellulase, amylase, pullulanse, xylanase, mannase, pectinase, hitinase, protease, lipase, esterase와 phytase 등이다²⁾. 내열성 amylase는 녹말의 산업적 처리과정 중 녹말입자의 호화(gelatinization)나 액화과정(liquefaction process)에 사용되고 있다.

고균(archaea), 세균(bacteria), 곰팡이

하남출/서울대학교

이창로/명지대학교

1. Madigan MT, Marrs BL. 1997. Gli estremofili. Le Scienze 346, 78–85.
2. Sunna A, Bergquist PL. 2003. A gene encoding a novel extremely thermostable 1,4-beta-xylanase isolated directly from an environmental DNA sample. Extremophiles 7, 63–70.