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베타프로테오박테리아

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1. 개요

베타프로테오박테리아는 다양한 대사 방식을 가진 세균의 강으로, 토양 pH 유지, 폐수 정화, 질소 고정 등 환경 정화에 기여하며, 일부는 인간과 식물에 질병을 일으키기도 한다. 이들은 종속영양, 광종속영양, 자가영양 방식을 사용하며, 부르크홀데리아목, 나이세리아목, 니트로소모나스목, 로도사이클루스목 등으로 분류된다. 베타프로테오박테리아는 폐수 처리, 농업 등에서 경제적, 생태적으로 중요하며, 폐수에서 암모니아를 제거하는 데 사용되는 질산화 과정을 수행한다.

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베타프로테오박테리아 - [생물]에 관한 문서
개요
부르크홀데리아 슈도말레이, 많은 병원성 베타프로테오박테리아 중 하나
부르크홀데리아 슈도말레이, 많은 병원성 베타프로테오박테리아 중 하나
분류
세균
프로테오박테리아문
베타프로테오박테리아강
하위 분류군
하위 분류부르크홀데리아목
페리트로피칼레스목
페로발레스목
나이세리아목
니트로소모나스목
프로카박테리아목
로도사이클루스목

2. 대사

베타프로테오박테리아는 종속영양생물, 광종속영양생물, 자가영양생물 등 다양한 대사 전략을 가진다.[1] 화학리소자가영양생물도 존재한다.[1]

토양 pH 유지, 탈질화를 통한 폐수 처리, 질소 고정 등 환경적, 경제적으로 중요한 역할을 한다.[1] 특히 질소 고정은 농업에서 콩과 식물 없이도 토양의 암모늄 수치를 높이는 주요 수단이다.

2. 1. 영양 방식

베타프로테오박테리아는 다양한 대사 전략을 가진다. 대부분은 유기 탄소원에서 탄소와 전자를 모두 얻는 종속영양생물이지만, 일부는 빛에서 에너지를 얻고 유기 탄소원에서 탄소를 얻는 광종속영양생물이다.[1] 다른 속은 자가영양생물로, 중탄산염 또는 이산화 탄소에서 탄소를 얻고, 아질산염, 암모늄, 티오황산염 또는 황화물과 같은 환원된 무기물 이온에서 전자를 얻는다.[1] 이들 중 다수는 화학리소자가영양생물이다.

로도시클루스속(Rhodocyclus)과 같은 일부 속은 광합성 능력을 가지며, 질산균의 스피릴룸목과 같은 많은 속은 무기물로부터 에너지를 얻는다.

2. 2. 환경 적응

베타프로테오박테리아는 75개 이상의 과 400종을 포함한다.[2] 이들은 다양한 대사 전략을 나타내며, 숙주 유기체 내에 사는 절대적인 병원체에서 빈영양 지하수 생태계에 이르기까지 다양한 환경을 차지한다. 대부분의 베타프로테오박테리아 구성원은 유기 탄소원에서 탄소와 전자를 모두 얻는 종속영양생물이지만, 일부는 빛에서 에너지를 얻고 유기 탄소원에서 탄소를 얻는 광종속영양생물이다. 다른 속은 자가영양생물로, 중탄산염 또는 이산화 탄소에서 탄소를 얻고, 아질산염, 암모늄, 티오황산염 또는 황화물과 같은 환원된 무기물 이온에서 전자를 얻는다.[1] 이들 중 다수는 화학리소자가영양생물이다.

베타프로테오박테리아는 토양 pH 유지 및 기본 순환에 중요한 역할을 하며 경제적으로 중요하다. 베타프로테오박테리아의 일부 경제적으로 중요한 구성원은 질산염을 최종 전자 수용체로 사용하며, 탈질화를 통해 폐수에서 질산염을 제거하는 데 산업적으로 사용될 수 있다. 또한 여러 베타프로테오박테리아는 다이아조트로프이며, 공기 중의 분자 질소를 성장에 필요한 질소원으로 고정할 수 있다. 이는 농업에서 중요한데, 이는 콩과 식물이 없어도 토양의 암모늄 수치를 높이는 주요 수단이기 때문이다.

베타프로테오박테리아 강 내에서 대사 특성은 매우 다양하다. 로도시클루스속(Rhodocyclus) 등 일부 속종은 광합성 능력을 갖는다. 그 외, 질산균의 스피릴룸목과 같은 많은 속종은 무기물로부터 에너지를 얻는다.

3. 계통 발생

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''베타프로테오박테리아강''은 감마프로테오박테리아강과 가장 가까운 관계에 있으며, 이 둘은 과거 ''Chromatibacteria''라는 분류군으로 함께 묶이기도 했다. 현재 베타프로테오박테리아강에는 부르크홀데리아목, 나이세리아목, 니트로소모나스목, 로도사이클루스목의 4개 목이 알려져 있다.

3. 1. 분류

베타프로테오박테리아강에는 다음 4개의 목이 알려져 있다.[5]

특징
부르크홀데리아목 (Burkholderiales)막대, 굽은 막대, 구균, 나선균, 다세포 정제 등 다양한 형태를 나타낸다. 종속영양생물, 광종속영양생물과 일부 조건적 자가영양생물을 포함한다.[5]
나이세리아목 (Neisseriales)구균, 굽은 막대, 나선균, 막대, 다세포 리본 및 필라멘트 형태를 나타낸다. 대부분 종속영양생물이며, 일부 조건적 메틸영양생물과 화학리소종속영양생물을 포함한다.[5]
니트로소모나스목 (Nitrosomonadales)막대, 나선균 및 굽은 막대 형태를 나타낸다. 대부분 화학리소자가영양생물이며, 일부 메틸영양생물과 종속영양생물을 포함한다.[5]
로도사이클루스목 (Rhodocyclales)막대, 굽은 막대, 고리, 나선균 및 구균 형태를 나타낸다. 대부분 종속영양생물이며, 일부 광종속영양생물과 화학리소자가영양생물을 포함한다.[5]



"프로카박테리아목"(Procabacteriales)은 아칸토아메바의 공생체 목으로 제안되었으나, 배양 및 연구가 제한적이어서 정식 명칭으로 인정받지 못하고 있다.[3][4]

2017년 재분류를 통해 히드로게노필리아목 (Hydrogenophilales)이 베타프로테오박테리아강에서 제외되어 히드로게노필리아강 (Hydrogenophilalia)으로 이동되었고, 메틸로필라목 (Methylophilales)은 니트로소모나스목에 통합되었다.[5]

4. 병원성

베타프로테오박테리아의 일부 구성원은 인간을 포함한 다양한 진핵생물 유기체에서 질병을 유발할 수 있다.[6] 예를 들어, 나이세리아속에 속하는 ''임균(Neisseria gonorrhoeae)''과 ''수막염균(Neisseria meningitidis)''은 각각 임질수막염을 유발하며, ''백일해균(Bordetella pertussis)''은 백일해를 유발한다. 이 외에도 ''Ralstonia solanacearum''은 250종 이상의 식물에 세균성 시들음병을, ''Burkholderia cepacia''는 양파에 구근 부패를, ''Xylophilus ampelinus''는 포도나무에 괴사를 유발한다.[6]

4. 1. 인간 병원균

베타프로테오박테리아강의 일부 구성원은 인간을 포함한 다양한 진핵생물 유기체에서 질병을 유발할 수 있다.[6] 예를 들어 나이세리아속(*Neisseria*)의 ''임균(Neisseria gonorrhoeae)''과 ''수막염균(Neisseria meningitidis)''은 각각 임질수막염을 일으킨다.[6] ''백일해균(Bordetella pertussis)''은 백일해의 원인이 된다.[6]

식물 병원균으로는 양파의 뿌리 썩음병 원인균 ''Burkholderia cepacia''와 포도 덩굴의 괴사 원인균 ''Xylophilus ampelinus'', 250종 이상의 식물에 세균성 시들음병을 유발하는 ''Ralstonia solanacearum'' 등이 있다.[6]

4. 2. 식물 병원균

베타프로테오박테리아의 일부 구성원은 사람을 포함한 다양한 진핵생물 유기체에서 질병을 유발할 수 있다. 예를 들어, ''임균(Neisseria gonorrhoeae)''과 ''수막염균(N. meningitidis)''은 각각 임질수막염을 유발하며, ''백일해균(Bordetella pertussis)''은 백일해를 유발한다.[6]

이 외에도 식물에 질병을 일으키는 베타프로테오박테리아에는 다음이 포함된다.[6]

  • 250종 이상의 식물에 세균성 시들음병을 유발하는 ''Ralstonia solanacearum''
  • 양파에 구근 부패를 일으키는 ''Burkholderia cepacia''
  • 포도나무에 괴사를 유발하는 ''Xylophilus ampelinus''

5. 경제적/생태적 중요성

베타프로테오박테리아는 폐수 처리, 농업 등에서 중요한 역할을 하며, 특히 질소 순환 과정에서 핵심적인 역할을 수행한다.

5. 1. 폐수 처리

''베타프로테오박테리아''는 폐기물에서 탈질, 인 제거, 이종 물질 분해에 중요한 역할을 한다.[7] 비료 생산 및 화학 공장 사용과 같은 다양한 인간 활동은 강과 바다로 상당량의 암모늄 이온을 방출한다.[8] 수생 환경에서 암모늄 축적은 높은 암모늄 함량이 부영양화를 유발할 수 있으므로 잠재적으로 위험하다.[8] 생물학적 폐수 처리 시스템 및 기타 생물학적 암모늄 제거 방법은 폐수에서 과도한 암모니아를 제거하기 위해 질산화를 수행하는 ''베타프로테오박테리아''의 ''니트로소모나달레스'' 구성원을 포함한 다양한 ''세균''의 대사에 의존한다. 암모니아는 먼저 아질산염으로 산화되고, 추가로 질산염으로 산화된다. 그런 다음 다양한 다른 유기체가 질산염을 생태계를 떠나 대기 중으로 운반되는 분자 질소 가스(탈질)로 환원시킨다.[9]

5. 2. 농업

베타프로테오박테리아는 농업에서 중요한 역할을 한다. 여러 베타프로테오박테리아가 다이아조트로프이며, 공기 중의 분자 질소를 성장에 필요한 질소원으로 고정할 수 있기 때문에 콩과 식물이 없어도 토양의 암모늄 수치를 높이는 주요 수단이다.[1]

베타프로테오박테리아는 폐기물에서 탈질, 인 제거, 이종 물질 분해에 중요한 역할을 한다.[7] 비료 생산 및 화학 공장 사용과 같은 다양한 인간 활동은 강과 바다로 상당량의 암모늄 이온을 방출한다.[8] 수생 환경에서 암모늄 축적은 부영양화를 유발할 수 있으므로 잠재적으로 위험하다.[8] 생물학적 폐수 처리 시스템 및 기타 생물학적 암모늄 제거 방법은 폐수에서 과도한 암모니아를 제거하기 위해 질산화를 수행하는 베타프로테오박테리아의 ''니트로소모나달레스'' 구성원을 포함한 다양한 ''세균''의 대사에 의존한다. 암모니아는 먼저 아질산염으로 산화되고, 추가로 질산염으로 산화된다. 그런 다음 다양한 다른 유기체가 질산염을 생태계를 떠나 대기 중으로 운반되는 분자 질소(탈질)로 환원시킨다.[9]

5. 3. 기타

''베타프로테오박테리아''는 폐기물에서 탈질, 인 제거, 이종 물질 분해에 중요한 역할을 한다.[7] 비료 생산 및 화학 공장 사용과 같은 다양한 인간 활동은 강과 바다로 상당량의 암모늄 이온을 방출한다.[8] 수생 환경에서 암모늄 축적은 부영양화를 유발할 수 있으므로 잠재적으로 위험하다.[8] 생물학적 폐수 처리 시스템 및 기타 생물학적 암모늄 제거 방법은 폐수에서 과도한 암모니아를 제거하기 위해 질산화를 수행하는 ''베타프로테오박테리아''의 ''니트로소모나달레스'' 구성원을 포함한 다양한 ''세균''의 대사에 의존한다. 암모니아는 먼저 아질산염으로 산화되고, 추가로 질산염으로 산화된다. 그런 다음 다양한 다른 유기체가 질산염을 분자 질소 가스(탈질)로 환원시켜 생태계를 떠나 대기 중으로 운반되도록 한다.[9]

참조

[1] 서적 Microbiology: An Evolving Science W. W. Norton & Company 2014
[2] 서적 The Prokaryotes, Volume 5 - Proteobacteria: Alpha and Beta Subclasses Springer 2006
[3] 웹사이트 Betaproteobacteria http://www.bacterio.[...] List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature (LPSN) 2017-05-21
[4] 논문 Obligate bacterial endosymbionts of ''Acanthamoeba'' spp. related to the beta-Proteobacteria: proposal of " ''Candidatus'' Procabacter acanthamoebae" gen. nov., sp. nov
[5] 논문 Reclassification of ''Thiobacillus aquaesulis'' (Wood & Kelly, 1995) as ''Annwoodia aquaesulis'' gen. nov., comb. nov., transfer of ''Thiobacillus'' (Beijerinck, 1904) from the ''Hydrogenophilales'' to the ''Nitrosomonadales'', proposal of ''Hydrogenophilalia'' class. nov. within the '''Proteobacteria''', and four new families within the orders ''Nitrosomonadales'' and ''Rhodocyclales''.
[6] 서적 The Prokaryotes, Volume 5 - Proteobacteria: Alpha and Beta Subclasses Springer 2006
[7] 논문 Limited Bacterial Diversity within a Treatment Plant Receiving Antibiotic-Containing Waste from Bulk Drug Production 2016-11-03
[8] 논문 Use of immunofluorescence technique for studying a Nitrobacter population from wastewater treatment plant following discharge in river sediments: First experimental data 1997-03
[9] 논문 Bacterial communities in full-scale wastewater treatment systems 2016-03
[10] 웹인용 www.ncbi.nlm.nih.gov http://www.ncbi.nlm.[...] 2009-03-19
[11] 웹사이트 PROTEOBACTERIAE http://comenius.susq[...]



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