아스페르길루스 니게르
1. 개요
아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger)는 아스페르길루스 속의 곰팡이로, 검은 포자를 생성하며 여러 산업적, 의학적 중요성을 갖는다. 이 곰팡이는 다양한 환경에서 생장 가능하며, 구연산, 글루콘산, 효소 등을 생산하는 데 사용된다. 또한, 오크라톡신과 같은 마이코톡신을 생성하여 식품 오염을 일으키고, 아스페르길루스증, 이진균증 등 질병의 원인이 되기도 한다.
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| 학명 | Aspergillus niger |
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| 명명자 | van Tieghem, 1867 |
| 이명 | Aspergillus niger var. niger Aspergillopsis nigra (Tiegh.) Speg. Rhopalocystis nigra (Tiegh.) Grove Sterigmatocystis nigra (Tiegh.) Sacc. (1877) |
| 속 | 아스페르길루스속 |
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| 종 | 아스페르길루스 니제르 |
| 참고 문헌 | "Ellena V, Seekles SJ, Vignolle GA, Ram AF, Steiger MG (2021년 9월). Aspergillus niger의 신종 균주 CBS 554.65의 게놈 시퀀싱은 MAT1-2 유전자좌를 밝힌다. BMC Genomics. 22 (1): 679. doi:10.1186/s12864-021-07990-8. PMC 8454179. PMID 34548025." Curtis L (2020). Aspergillus. Salem Press Encyclopedia of Health. Salem Press. "Kurt T, Marbà-Ardébol AM, Turan Z, Neubauer P, Junne S, Meyer V (2018년 8월). Aspergillus rocking: 2차 대사 산물 생산을 위한 wave-mixed bioreactor에서 Aspergillus niger의 형태 제어 배양. Microbial Cell Factories. 17 (1): 128. doi:10.1186/s12934-018-0975-y. PMC 6102829. PMID 30129427." "Behera BC (2020년 11월). Aspergillus niger로부터의 구연산: 포괄적인 개요. Critical Reviews in Microbiology. 46 (6): 727–749. doi:10.1080/1040841X.2020.1828815. PMID 33044884." "Samson RA, Houbraken J, Summerbell RC, Flannigan B, Miller JD (2001). 실내 환경에서 흔하고 중요한 곰팡이 및 방선균 종. Microorganisms in Home and Indoor Work Environments. CRC. pp. 287–292. ISBN 978-0415268004." "Singh, Nikita; Gaur, Smriti (2021). GRAS 곰팡이: 더 안전한 식품 생산의 새로운 지평. Fungi in Sustainable Food Production. Cham: Springer International Publishing. pp. 27–37. doi:10.1007/978-3-030-64406-2_3. ISBN 978-3-030-64406-2." |
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눈꽃동충하초강 -
누룩곰팡이
누룩곰팡이는 전분과 단백질 분해 능력이 뛰어나 조미료, 감미료, 발효주 제조에 사용되며 아밀라아제, 프로테아제 등 다양한 효소와 코지산, 말산 등 대사산물을 생성하고, 특히 아밀라아제는 의약품으로도 활용되는 곰팡이이다. -
눈꽃동충하초강 -
푸른곰팡이
푸른곰팡이는 *페니실리움* 속에 속하는 곰팡이의 총칭으로, 자연환경에 널리 분포하며, 치즈 제조나 항생제 생산에 활용되기도 하지만, 식품 부패를 일으키거나 작물에 병을 유발하고 인체에 유해한 마이코톡신을 생성하는 종도 있어 인류에게 유익한 측면과 유해한 측면을 모두 가진다. -
제목이 라틴어 학명인 문서 -
호모 에렉투스
호모 에렉투스는 약 200만 년 전부터 10만 년 전까지 생존하며 직립 보행을 하고 아슐리안 석기를 제작했으며 불을 사용한 최초의 인류로 추정되는 종이다. -
제목이 라틴어 학명인 문서 -
인디고페라 틴토리아
인디고페라 틴토리아는 열대 아프리카와 아시아에 분포하며 인디고 염료의 원료로 재배되는 1~2m 높이의 관목으로, 밝은 녹색 잎과 분홍색 또는 보라색 꽃이 피고, 짙은 청색을 내는 천연 염료를 제공하며, 토양 개량 피복 작물 및 역사적으로 중요한 염료 식물로서의 가치를 지닌다.
2. 분류
아스페르길루스(Aspergillus) 아속 Circumdati와 Nigri절에 속한다. Nigri절은 A. niger와 혼동될 수 있는 검은 포자 종 15종을 포함하며, A. 투빙겐시스, A. 페티두스, A. 카보나리우스, A. 아와모리 등이 있다. 2004년, Samson et al.에 의해 형태학적으로 유사한 여러 종이 기술되었다.
2007년, ATCC 16404 균주의 아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger)는 아스페르길루스 브라질리엔시스(Aspergillus brasiliensis)로 재분류되었다. 이는 미국 약전과 유럽 약전에서 이 균주를 제약 산업 전반에 걸쳐 일반적으로 사용하기 때문에 업데이트가 필요했다.
3. 배양
A. niger는 절대적 호기성 균이므로 생장하기 위해 산소가 필요하다. 이 곰팡이는 다양한 환경 조건에서 생장할 수 있으며, 6°C~47°C의 온도 범위에서 생장할 수 있다. 중온성 균으로서, 최적 온도는 35°C~37°C이다. pH 1.5~9.8의 범위를 견딜 수 있다. A. niger는 건조 내성이 있어 수분이 매우 적은 환경에서도 생장하고 번식할 수 있다. 또한 습한 조건에서도 생장할 수 있으며, 상대 습도 90~100%의 환경도 견딜 수 있다. 이 곰팡이는 일반적으로 감자 덱스트로스 한천(PDA)에서 배양되지만, Czapek-Dox 한천, 리그노셀룰로스 한천 등 다양한 종류의 배지에서도 생장할 수 있다.
4. 유전체
아스페르길루스 니게르는 대략 34 메가베이스(Mb)의 8개 염색체로 구성된 게놈을 가지고 있다. DNA는 10,785개의 유전자를 포함하며, 이 유전자들은 전사되어 10,593개의 단백질로 번역된다.
두 가지 균주의 A. 니게르가 염기 서열 분석되었다. 균주 CBS 513.88은 산업적 응용 분야에 사용되는 효소를 생산하며, 균주 ATCC 1015는 산업용 구연산(CA) 생산에 사용되는 ATCC 11414의 야생형 균주이다. A. 니게르 ATCC 1015 게놈은 공동 게놈 연구소에서 다른 기관과의 협력을 통해 염기 서열 분석되었다. 완료된 염기 서열은 곰팡이 대사, 특히 단당류의 이화 작용에 관련된 상동 유전자 및 경로를 밝히는 데 사용되었다. A. 니게르가 환경에 존재하는 탄소원 및 기타 영양분에 따라 대사를 변화시키는 능력은 이 미생물이 거의 모든 생태계에서 생존하고 발견될 수 있도록 했다. A. 니게르의 완전한 염기 서열 분석된 게놈을 이용하여 모든 곰팡이에 대한 이러한 메커니즘을 연구하기 위한 추가 연구가 진행 중이다.
5. 산업적 이용
아스페르길루스 니게르는 고체 발효(SSF)와 액체 발효(SmF) 두 가지 방식으로 산업적 배양이 가능하다. 고체 발효는 영양분과 최소한의 수분을 함유한 고체 기질을 사용하며, 밀기울, 설탕 펄프, 쌀겨, 옥수수 가루와 같은 농업 부산물에서 영양소를 얻는다. 고체 발효는 농업 부산물을 사용하므로 액체 발효보다 생산물의 수율이 높고 비용 효율적이며 주로 사용된다. 반면 액체 발효는 무균 발효 용기 내 액체 배지에서 배양되며, 온도 및 pH 등 환경 요소를 엄격하게 제어할 수 있는 고가 장비가 필요하다.
아스페르길루스 니게르는 구연산(E330), 글루콘산(E574) 등 여러 물질의 산업 생산에 사용되며, 세계 보건 기구는 일일 섭취에 적합하다고 평가했다. 미국 식품의약국(FDA)은 A. 니게르 발효를 연방 식품, 의약품 및 화장품법에 따라 "일반적으로 안전하다고 인정" (GRAS)한다. 또한 천연 식품 등급 색소의 잠재적 공급원으로 고려되고 있다.
구연산 생산은 설탕과 무기 염의 고농도, 산성 pH (2.5-3.5)를 포함하는 영양 배지에서 A. 니게르 균주를 배양하여 이루어진다. 곰팡이 발효 과정을 통해 연간 100만 톤 이상의 구연산이 생산되며, 이는 식품 및 음료 맛 개선, 산도 조절, 제약 등 다양한 분야에 활용된다.
A. 니게르는 생체 고분자 분해에 유용한 여러 효소를 생성하며, 특정 효소 생산은 산업적 목적으로 증가될 수 있다. 글루코아밀라아제는 고과당 옥수수 시럽 생산에, 펙티나제(GH28)는 사과주와 와인 정제에 사용된다. 알파-갈락토시다아제(GH27)는 비노 및 고창을 줄이는 제품의 구성 요소이다. NMR 분석을 위한 생물학적 거대분자의 자기 동위원소 함유 변이체 생산에도 활용된다. β-D-포도당에 대한 높은 친화력을 가진 포도당 산화 효소 추출을 통해 포도당 바이오센서 설계에도 사용된다.
식품 산업에서 A. 니게르는 프락토올리고당 생산을 위한 효소 프럭토실트랜스퍼라제 분리에 사용된다. 프락토올리고당은 장내 병원성 미생물 성장을 늦추는 특징으로 저칼로리 및 기능성 식품 제조에 사용되며, 프리바이오틱스 섬유 등 건강 증진 특성을 가진다. A. 니게르는 산업 생산에 적합한 속도로 효소를 생산한다. 조개 및 새우 가공에 사용되는 탄수화물 분해 효소 및 셀룰라아제 생산에도 활용된다.
아스페르길루스 니게르는 금 시안화법을 이용한 금, 은, 구리, 철, 아연 추출 및 중금속 황화물 용해에 관여한다. 구리와 망간의 생물 흡착을 통해 산성 광산 배수 정화에도 활용 가능하다.
6. 독성
A. 니게르는 마이코톡신인 오크라톡신 A 등 일부 이차 대사 산물을 생성한다. A. 니게르와 같은 사상균에 의한 오염은 포도 및 포도 기반 제품에서 자주 발생하며, 오크라톡신 A(OTA) 오염을 일으킨다. OTA는 인체 조직에 축적되어 신장 손상, 신부전, 암 등 다양한 심각한 건강 문제를 유발할 수 있다. 미국 식품의약국(FDA)은 식품 내 OTA 최대 허용 수준을 설정하지 않았지만, EU는 최대 허용 수준을 설정하였다. 대한민국은 EU의 기준을 따르고 있다.
7. 병원성
아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger)는 땅콩, 포도, 양파 등 특정 콩류, 과일, 채소에서 흑곰팡이병을 일으켜 식품 오염의 흔한 원인이 된다. 이 자낭균류는 pH, 습도, 열 변화에 대한 내성이 있으며 15°C에서 53°C 범위에서 잘 자란다. 이러한 특성 때문에 A. 니게르 감염은 과일과 채소의 수확 후 부패를 일으켜 식품 산업에서 상당한 경제적 손실을 초래할 수 있다. A. 니게르 감염은 식물의 종자 발아, 묘목 출현, 뿌리 및 줄기 신장을 감소시켜 식물이 성숙하기 전에 죽게 할 수 있다. 특히, 아스페르길루스 니게르는 양파와 관상용 식물에 그을음 곰팡이를 유발한다.
아스페르길루스증은 실내외 Aspergillus 곰팡이 종의 분생자에 의해 발생하는 곰팡이 감염으로, A. 니게르는 병원성이 있다. A. 니게르는 어디에나 존재하므로, 그 포자는 사람이 흔히 흡입한다. 아스페르길루스증 감염은 주로 면역 체계가 손상되었거나 천식, 낭성 섬유증 같은 기존 폐 질환이 있는 사람들에게 발생한다. 아스페르길루스증에는 알레르기성 기관지 폐 아스페르길루스증(ABPA), 알레르기성 아스페르길루스 부비동염, 아졸 내성 아스페르길루스 푸미가투스, 피부 아스페르길루스증, 만성 폐 아스페르길루스증 등이 있다. 약 180종의 아스페르길루스 곰팡이 중 약 40종이 면역 결핍이 있는 사람에게 건강 문제를 일으키는 것으로 알려졌다.
아스페르길루스증은 Aspergillus niger 포자가 많을 수 있는 피트 먼지를 흡입하는 원예 노동자들에게서 특히 흔하다. 이 곰팡이는 고대 이집트 미라에서도 발견되었으며, 미라를 건드릴 때 흡입될 수 있다. 이진균증은 외이도의 표면 곰팡이 감염으로, A. 니게르 등 Aspergillus 곰팡이의 과도한 성장에 의해 발생할 수 있다. A. 니게르로 인한 이진균증은 외이도 피부 장벽의 기계적 손상과 관련이 있으며, 열대 기후에 사는 환자에게서 자주 나타난다. A. 니게르는 Aspergillus flavus, Aspergillus fumigatus, Aspergillus terreus 등 다른 Aspergillus 종에 비해 폐렴을 유발하는 경우는 드물게 보고된다.
8. 갤러리
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