1. 해양 박테리아 군집 연구

 일반적으로 해수 1 ml 에는 100만 개체수에 이르는 많은 박테리아가 존재함에도 불구하고, 전통적인 평판배지 배양 방법으로 단지 0.01-0.1%의 박테리아만이 분리(isolation) 가능한 것으로 알려져 있다. 따라서 현장 박테리아 군집의 종조성을 연구하기 위해서는 배양에 의존적이지 않은 방법이 요구되며, 이를 위한 분자생물학적 기법들이 소개되고 있다. 본 연구실에서는 PCR-DGGE (polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis) 기법과 CARD-FISH (fluorescence in situ hybridization with catalyzed reporter deposition) 기법을 이용하여 해양의 박테리아 군집 조성에 관한 연구를 수행하고 있다.

2. 해양 고세균 (archaea) 군집 연구

 고세균은 고온, 고염, 강알카리(strong alkaline), 강산(strong acid), 무산소(anoxic) 등의 극한 환경(extreme environments)에서 서식하는 원핵 생물로 알려져 왔다. 하지만 최근의 연구들을 통해 고세균은 극한 환경뿐 아니라 일반적인 해양 환경에도 널리 분포하고 있다는 사실이 밝혀졌다. 본 연구실에서는 PCR-DGGE 기법과 CARD-FISH 기법을 이용한 해양 고세균의 군집 연구를 수행하고 있다.

3. 해양 바이러스 군집 연구

 일반적으로 해수 1 ml 에는 1000만 개체수에 이르는 많은 바이러스가 존재하고 있고, 해양의 미생물 먹이망(microbial foodweb)에서 중요한 역할을 담당한다는 사실이 알려졌다. 박테리아나 고세균(archaea)과 달리 바이러스의 경우에는 종조성 연구를 위한 핵산의 conserved region이 알려져 있지 않기 때문에, PFGE (pulse field gel electrophoresis) 기법을 이용하여 현장 바이러스들의 genome size의 패턴을 분석하는 방법이 군집 연구에 이용되고 있다. 본 연구실에서는 PFGE의 일종인 CHEF (contour clamped homogeneous electric field)를 이용하여 다양한 해양 환경에서의 바이러스 군집 연구를 수행하고 있다.

 해양에는 1.2x10²⁹ cells의 원핵 생물이 서식하고 있으며, 종(species)의 다양성은 최소 5만 종에서 최대 300만 종에 이를 것으로 추정하고 있다. 현재까지 지구상에서 분리된 validly published species가 1만 종 정도라는 점을 고려하면, 아직도 많은 해양의 원핵 생물이 미지로 남겨져 있다. 특히 새로운 원핵 생물의 분리 및 동정(identification) 연구는 미생물의 산업적 활용(biotechnology)이나 유전자 기능 연구(genomics, proteomics)에 있어 선행되어야 하는 분야이다. 본 연구실에서는 16S rRNA 유전자 염기 서열에 근거할 때 기존에 알려져 있는 종과는 뚜렷이 구별되는 수십 종의 박테리아를 해양 및 담수 환경에서 분리하였고, 그 중 일부 종(20여종)에 대해서는 IJSEM (International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology)에 논문을 투고하여 채택 또는 심사 단계에 있다.

 해양에서 적조 원인 생물을 포함하여 일차생산자의 대발생(bloom)이 소멸하는 기간에 뚜렷이 나타나는 현상으로 바이러스 개체수의 증가가 관찰되었으며, 바이러스에 의한 감염이 일차생산자의 사망에 주요 원인이라는 사실이 많은 연구 보고들에 의해 발표되었다. 국내에서는 적조의 제어 기법에 다양한 접근이 시도되고 있으나, 바이러스를 응용하는 시도는 아직 이루어지고 있지 않다. 본 연구실에서는 식물 플랑크톤에 기생하는 박테리아 및 특이적인 바이러스를 분리하기 위한 연구를 진행중에 있다.

 해양 에어로졸은 기상 현상에 중요한 영향을 미치고 있다. 기존의 해양 에어로졸 연구는 주로 sea-salt나 non-sea-salt sulphate으로부터의 에어로졸 생성에 대해 초점을 맞추었지만, 최근의 연구(O'Dowd et al. 2004)에서 해양의 유기물(organic matter)로부터의 해양 에어로졸 생성이 중요할 가능성을 시사하였다.

 임핀저(Impinger)는 에어로졸 미생물을 연구하는 장치로 폭넓고 편리하게 사용되고 있지만, 에어로졸 바이러스에 대한 연구를 위해서는 cut-off size (포집 가능한 최소한의 크기)가 0.37 ㎛라는 점에 있어서 적절하지 않다. 본 연구진은 임핀저와 PEG (polyethylene glycol)를 이용한 바이러스 포집 방법(특허출원번호 제 2002-24112호)을 개발하여, 해양 에어로졸에 존재하는 바이러스의 개체수 및 군집 구조 연구를 진행하고 있다. 또한 해양 에어로졸에 존재하는 박테리아의 분포 및 활성, 군집 구조 연구도 함께 진행하고 있다.

 최근 해역의 환경을 모니터링 및 평가하는데 있어, 해양 미생물 생태 자료를 이용한 판정이 본 연구진에 의해 성공적으로 개발되어 적용되었다. 예를 들면, 일반 해양 환경에서 관찰되는 물리, 생물학적 변수들 간의 관계들이 인위적인 교란 활동(예를 들면, 온배수 방류, 해양 폐기물 투기)에 의해 변화 또는 약화되는 경향이 관찰되었다. 현재 본 연구실에서 아래의 연구들이 진행되고 있다.

1. 온배수의 저층 방류에 의한 해양 생태계 변화 예측 연구

2. 해사 채취 작업으로 인한 해양 수질 및 미생물 생태계 영향 연구

3. 해양 폐기물 투기로 인한 해양 미생물 생태계 영향 연구

극한 환경인 고염(염전) 환경에서 서식하는 원생동물은 편모류, 섬모충류, 아메바등 다양한 진핵생물이 서식하고 있다. 본 연구실에서는 극한 환경인 염전에서 서식하는 진핵생물의 다양성에 대한 연구를 분자생물학적인 기법을 이용하여 연구하고 있으며, 또한 새로운 호염성 종속영양성 미소 편모류 (HNF)에 대한 분리 및 동정 연구를 진행중에 있다.