Although physiological and ecological characteristics of cyanobacteria have been studied extensively for decades, unknown areas still remain greater than the already known. Recently, the development of omics techniques based on molecular biology has made it possible to view the ecosystem from a new and holistic perspective. The molecular mechanism of toxin production is being widely investigated, by comparative genomics and the transcriptomic studies. Biological interaction between bacteria and cyanobacteria is also explored: how their interactions and genetic biodiversity change depending on seasons and environmental factors, and how these interactions finally affect each component of ecosystem. Bioinformatics techniques have combined with ecoinformatics and omics data, enabling us to understand the underlying complex mechanisms of ecosystems. Particularly omics started to provide a whole picture of biological responses, occurring from all layers of hierarchical processes from DNA to metabolites. The expectation is growing further that algal blooms could be controlled more effectively in the near future. And an important insight for the successful bloom control would come from a novel blueprint drawn by omics studies.

전세계적으로 2000년대 이후로 남조류에 의한 녹조의 발생이 증가하고 있으며, 이와 관련된 환경 문제가 공중건강을 위협하고 인간 활동을 제한하고 있다. 1970년대 캐나다의 호수를 중심으로 수행된 다년간의 현장 연구를 통하여, 녹조발생의 핵심적인 영양 제한인자로 인이 제시되었고, 인 저감에 대한 수계 관리가 진행되었다. 그러나 2000년대 이후, 대형 담수수계에서 특히 Microcystis에 의한 녹조 현상에서는 인뿐만 아니라 질소가 남조류 녹조 발생에 미치는 영향이 부각되고 있다. 한국의 담수 수계에서도 이와 비슷한 남조류에 의한 위해성 녹조 번성 특징을 갖고 있으므로, 이러한 패러다임의 변화는 국내 담수수계의 영양염류 관리에서 중요한 의미를 갖는다. 최근 국제적인 관련 연구를 통하여, 위해성 남조류 번성을 막기 위해 제안된 방법은 다음과 같다. 1) 질소와 인을 함께 관리하는 전략, 2) 폐수의 수집 및 처리, 3) 호소 유입수의 사전처리, 4) 저니의 준설, 5) 체류시간의 단축, 6) 조류의 효율적 회수법, 7) 조류의 침강 및 응집 등이 제시되고 있다. 추가적으로 남조류의 생태학적 특성에 기반한 지속가능하고 통합적인 담수수계의 녹조 관리기법이 수립되어야 한다. 녹조를 유발하는 남조류는 척결되어야 할 생물체가 아니라, 담수 수계에 필수적인 미생물 구성원이기 때문이다.

우리나라는 겨울철에 미세조류가 성장하기에 적합하지 않은 기후조건을 가진다. 따라서, 차세대 바이오매스의 공급원료로서의 미세조류 배양을 겨울철에 이룩하기는 쉽지 않다. 본 연구에서는 적은 에너지를 이용하여 미세조류가 성장이 불가한 영외환경에서 미세조류를 성장시키기 위해서, 삼중막의 비닐하우스를 설치하였다. 또한 투명한 아크릴 재질로 수조를 제작하여 빛을 수조의 모든 면에서 받을 수 있게 함으로써, 빛의 이용성을 최대화하였다. 6가지의 다양한 실험조건을 설정하여 겨울철 영하의 기후조건에서 최소한의 비용으로 하수종말처리장 폐수를 사용하여 미세조류를 배양하였다. 또한 미세 조류 바이오매스를 증가시킴과 동시에 환경오염의 원인이 될 수 있는 영양염류 성분 중 질소를 최대 92%, 인을 최대 99%까지 제거시켰다. 본 연구에서 바이오디젤의 원료가 될 수 있는 가장 주된 지방산은 리놀렌산(C18 : 3n3)으로 총 지질량의 최대 61%까지 차지했다. 지방산의 생산성은 2.4 g m-2 day-1이었다. 결론적으로, 본 연구를 통하여 차세대 바이오매스 생산을 위한 미세조류 배양을 저온 시기에서도 이룩하였으며, 그에 따른 폐수처리에서도 좋은 성과를 이루었다.

Cyanobacteria(blue-green algae) are not only the first oxygenic organisms on earthbut also the foremost primary producers in aquatic environment. Massive growth of cyanobac-teria, in eutrophic waters, usually changes the water colour to green and is called as algal(cyano-bacterial) bloom or green tide. Cyanobacterial blooms are a result of high levels of primary pro-duction by certain species such as Microcystissp., Anabaenasp., Oscillatoriasp., Aphanizomenonsp. and Phormidiumsp. These cyanobacterial species can produce hepatotoxins or neurotoxins aswell as malodorous compounds like geosmin and 2-methylisoborneol(MIB). In order to solve thenationwide problem of hazardous cyanobacterial blooms in Korea, the following technically andstrategically sound approaches need to be developed. 1) As a long-term strategy, reduction of thenutrients such as phosphorus and nitrogen in our water bodies to below permitted levels. 2) As ashort term strategy, field application of combination of already established bloom remediationtechniques. 3) Development of emerging convergence technologies based on information and com-munication technology(ICT), environmental technology(ET) and biotechnology(BT). 4) Finally,strengthening education and creating awareness among students, public and industry for effectivereduction of pollution discharge. Considering their ecological roles, a complete elimination ofcyanobacteria is not desirable. Hence a holistic approach mentioned above in combination toaddressing the issue from a social perspective with cooperation from public, government, industry,academic and research institutions is more pragmatic and desirable management strategy.

환경시료에서 마이크로시스틴 분해능을 나타낸 균주 1종을 분리하였고 16S rRNA gene sequence 분석 결과, Microbacterium sp.로 동정되어 Microbacterium sp. MA21로 명명하였다. R2A배지를 기본 배지로 하여 50 μg L-1 microcystin-LR을 첨가하여 30􀆆C, 12시간 동안 배양한 후 PPIA를 통해 microcystin이 80% 이상 분해되는 것을 확인하였다. Microcystin-LR의 분해를 HPLC 분석을 통해 재확인하였고, microcystin 분해산물로 추정되는 두 개의 peak를 확인하였다. 16S rRNA 염기서열을 이용한 계통분류 분석 결과, 본 연구에서 분리한 Microbacterium sp. MA21은 Alphaproteobacteria의 Sphingomonas 속에 속하지 않는 것은 물론 Actinobacteria에는 속하지만 기존에 보고되지 않은, 새로운 genus로 확인되었다.

Microalgae can grow autotrophically with the supply of light, carbon dioxide and inorganic nutrients in water through photosynthesis. Generally, microalgal growth is limited by the concentrations and relative ratio of nitrogen (N) and phosphorus (P) among the nutrients in the aquatic environment. Each microalga has its specific optimum N : P ratio resulting in dominance in a particular water having similar nutrient composition. Algal bloom is an immense growth of certain microalga commonly cyanobacterium and can be sequestrated by reducing the limiting nutrient, generally P in the freshwater. Moreover, dominance of a less toxic blooming strain can be established by manipulating N : P ratio in the water. On the other hand, microalgal biomass of a certain species can be enhanced by increasing limiting nutrient and adjusting the N : P ratio to the target species. The above-mentioned eco-physiological features of microalgae can be more completely interpreted in connection with their genomic informations. Consequently, microalgal growth regulation which can be achieved on the basis of its eco-physiological and further genomic insights would

한국 내 전국적으로 5곳의 담수에서 2010년 4월부터 2011년 6월에 걸쳐 담수시료를 채취한 후, 각 담수시료에서 Botryococcus braunii의 출현을 확인하고 microcapillary-pipetting method를 이용하여 5주를 분리하였다. 분리된 B. braunii의 18S rRNA sequencing 후, BLAST search를 통한 분석 결과는 B. braunii와 가장 높은 상동성을 나타낸 것으로 확인되어 형태적 동정결과와 일치하였다. 진화, 계통분류학적 분석결과, 분리된 5주의 B. braunii는 단일 계통인 Trebouxiophyceae으로 분류되었다. 18S rRNA sequence의 계통 분류학적 분석에서 B. braunii KNU6는 다른 분리된 B. braunii와 같은 분류군 내에서 거리의 차이가 있었고, 또한 세포크기, 점액질의 양 등의 형태적 특징도 차이를 보였다. 한국에서 분리된 5주의 B. braunii는 모두 race A type의 분류군에 포함되며, 탄소수 C23-C33의 지방산에서 유래된 alkadienes과 alkatrienes를 생산하는 것으로 사료되며, B. braunii를 이용한 바이오디젤을 생산하기 위한 최적의 배양조건을 찾는 연구가 필요하다.

하절기 수화발생이 빈번한 대청호에서 2003~2005년(3년)에 걸쳐 분자생태학적 방법의 하나인 DGGE를 이용하여 시간에 따른 미생물 군집구조의 변화를 연구하였다. 조사기간 동안 출현한 식물플랑크톤을 형태학적으로 분류한 결과 Cyanophyceae가 우점하였고, 이중에서 Microcystis, Planktothrix (Oscillatoria), Phormidium 그리고 Anabaena 속이 크게 우점하였다. 분자적 군집분석 방법으로서 16S rDNA

수화현상의 대표적 원인 생물인 남조류의 M. aeruginosa와 대조구로서 녹조류인 C. zofingiensis를 인공 배양하여 분말세라믹 투여에 따른 선택적 조류 제거 가능성에 대해 실험하였다. 0.05 mm의 분말세라믹을 투여에 따른 M. aeruginosa 및 C. zofingiensis의 침전효율은 각각 82와 63%였으며, 입자크기 0.1과 1 mm의 경우에서 는 M. aeruginosa는 각각 69와 34%, C. zofingiensis는

초음파가 식물플랑크톤에 미치는 영향을 조사할 목적으로, 이화학적 그리고 생물학적으로 유사한 두 군데의 부영양화 연못에서 2003년 8월 18일부터 9월 30일까지 약 4일 간격으로 시료를 채취하여 실험을 실시하였다. 실험기간 동안 출현한 식물플랑크톤 군집은 규조류(Bacillariophyceae)가 거의 대부분을 차지하였으며, 남세균(Cyanophyceae)은 상대적으로 적은 비중을 차지하였다. 분자생물학적 기법중의 하나인 DGGE(denaturing

2001, 2003년의 7월부터 10월까지 대청호에 위치한 댐 지역에서 식물플랑크톤 군집, 환경요인 및 강우량을 조사하였다. 조사 기간동안의 월평균 강우량은 2001, 2003년 각각 91.3, 265.3mm로 조사되었다. 최대 Chl. a의 농도는 2001, 2003년 각각 45.4, 131.5 ㎍ L/sup -1/로 조사되었다. 남조류 세포수는 2003년 최대 49,000 cells mL/sup -1/로 조사되었고, 2001년은 최대 200,000