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고정화한 유전자 재조합 균주 Pseudomonas putida mt-2 KG1206의 톨루엔 계열 화합물에 대한 생물발광 활성 조사
Bioluminescence Activity of Toluene Analogs by Alginate-immobilized Pseudomonas putida mt-2 KG1206

공인철    (영남대학교 환경공학과   ); 정홍경    (영남대학교 환경공학과   ); 고경석    (한국지질자원연구원 지구환경연구본부  );
  • 초록

    본 연구에서는 톨루엔 계열 화합물로 오염된 환경에 대해 고정화한 유전자 재조합 균주 KG1206의 적용 가능성에 대해 조사하였다. 재조합 균주 KG1206은 직접 유도제인 m-toluate, benzoate 뿐만 아니라 톨루엔, 자일렌 이성질체가 간접 유도제로서 발광 활성을 나타낸다. 연구에 의해 결정된 고정화 프로토콜의 최적 조건은 다음과 같다: 균주 농도(1 : 1 (v/v)), 오염원 용액(인산염 완충액), 발광 측정에 필요한 비드 수(4개), 5가지 오염원에 대한 최대 발광 활성은 일반적으로 m-toluate > p-xylene > 톨루엔 > o-xylene > m-xylene 순으로 나타났다. 생물발광과 오염원 감소는 HPLC로 확인하였으며, 고정 균주에 의해 초기 5 mM m-toluate는 5시간 배양 후 약 48%의 감소율을 나타내었으며 계속 분해되는 경향이 관찰되었다. 알긴산 균주 고정화에 대한 본 연구 결과는 톨루엔 계열 화합물을 함유한 석유계 탄화수소에 오염된 특정 환경을 생물학적 모니터링에 유용한 방법으로 사용할 수 있을 것이다.


    In this study, the applicability of alginate-immobilized Pseudomonas putida mt-2 KG1206 on the environments, contaminated with toluene analogs was conducted. Genetically engineered strain KG1206 produces light by direct (m-toluate, benzoate) and indirect (toluene, xylenes) inducers. The protocol for the alginate-immobilization was determined in terms of the cell to alginate ratio, solution, proper number of alginate beads, and other conditions. Maximum bioluminescences of five chemicals by immobilized strain were generally observed in following orders: m-toluate > p-xylene > toluene > o-xylene > m-xylene. In relationship between bioluminescence activity and inducer reduction, initial m-toluate (5 mM) in solution was removed approximately 48% of initial at 5 h exposure, showing continuous decrease of inducer chemical in solution. These results of study with alginate-immobilized beads would be useful, especially, for biomonitoring of contaminated environments with specific compounds, such as petroleum hydrocarbon compounds including toluene analogs.


  • 주제어

    알긴산 .   생물발광 .   유전자 재조합 균주 .   고정화 .   톨루엔 계열 화합물.  

  • 참고문헌 (13)

    1. Shim, H. J., Shin, E. B., and Yang, S. T., “A continuous fibrous-bed bioreactor for BTEX biodegradation by a co-culture of Pseudomonas putida and Pseudomonas fluorescens,” Adv. Environ. Res., 7, 203-216(2002) 
    2. Willardson, B. M., Wilkins, J. F., Rand, T. A., Schupp, J. M., Hill, K. K., Keim, P., and Jackson, P. J., “Development and testing of a bacterial biosenseor for toluenebased environmental contaminants,” Appl. Environ. Microbiol., 64(3), 1006-1012(1998) 
    3. Kong, I. C., Park, T. H. and Ahn, T. B., “Bioluminescence activity and degradation kinetics of genetically engineered strain P. putida mt-2 RB1401 in soil system with m-xylene,” Soil. Sediment Contam., 14, 135-142(2005) 
    4. Kong, I. C., Kim, M., Ko, K. S., Kim, J. G., Jeon, C. W., and Bhandari, A., “Use of recombinant bioluminescence bacteria for on-site monitoring of toluene analogs at petroleum contaminated sites,” J. Environ. Eng., 133(7), 772-776(2007) 
    5. Nealson, K. H. and Hastings, J. W., “Bacterial bioluminescence: Its control and ecological significance,” Microbiol. Rev., December, 496-518(1979) 
    6. Xi, W. W. and Xu, J. H., “Preparation of enantiopure(S)-ketoprofen by immobilized Candida rugosa lipase in packed bed reactor,” Process Biochem., 40(6), 2161-2166(2005) 
    7. Assinder, S. J. and Willams, P. A., “The TOL Plasmid: Determinants of the catabolism of toluene and the xylenes,” Adv. Microbiol. Phys., 31, 2-69(1990) 
    8. Hotel, A., Marques, S., Mohler, I., Jakubzik, U., and Timmis, K. N., “Carbon source-dependent inhibition of xyl operon expression of the Pseudomonas putida TOL plasmid,” J. Bacteriol., 176(6), 1773-1776(1994) 
    9. 공인철, 서혜영, 이건우, 김승현, 백성옥, “토양에 오염된 휘발성 유기화합물의 모니터링을 위한 발광 유전자 재조합 균주 이용 가능성,” 대한환경공학회지, 25(4), 440-445(2003) 
    10. Cheetham, P. S. J. and Bucke, C., “Immobilizatin of microbial cells and their use in waste water treatment,” Microbiological Methods for Environmental Biotechnology, Grainger, J. M. and Lynch, J. M.(Eds.), Academic Press Inc, London, UK, pp. 219-235(1984) 
    11. 이상민, 배희경, “재조합 발광대장균과 해양 발광 미생물을 이용한 중금속 급성독성평가,” 대한환경공학회지, 27(8), 900-906(2005)     
    12. 하상안, 염혜경, “저온 열 탈착에 의한 유류 오염토의 처리 조건의 연구,” 대한환경공학회지, 29(8), 956-960(2007)     
    13. Li, Y. F., Li, F., Y., Ho, C. L., and Liao, V. H. C., “Construction and comparison of fluorescence and bioluminescence bacterial biosensors for the detection of bioavailable toluene and related compounds,” Env. Pollut., 152(1), 123-129(2008) 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (1)

    1. Kong, In Chul ; Kim, Jin Young ; Ko, Kyung-Seok 2013. "Effects of Heavy Metals on Biomonitoring using Recombinant Bioluminescence Bacteria" 지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, 18(4): 32~39     

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