Biological Treatment of TNT-containing Wastewater (pink water) by Stenotrophomonas maltophilia OK-5, and RT-PCR Quantification of the Nitroreductase (pnrB) Gene

Stenotrophomonas maltophilia OK-5에 의한 TNT 함유폐수 (pink water)의 생물학적 처리 와 Nitroreductase (pnrB) 유전자의 RT-PCR 정량화

The biological treatment of TNT-containing wastewater, known commonly as pink water, was investigated using a stirred tank reactor with Stenotrophomonas maltophilia OK-5 bacterial culture. S. maltophilia OK-5 exhibited effective degradation of TNT contained in pink water, completely degrading TNT (100 mg/L) within 6 days of incubation. The dark-red brown color derived from Hydride-Meisenheimer complex became more pronounced during the incubation period, which was determined quantitatively. High-pressure liquid chromatography was used to measure residual TNT, which also resolved the metabolic intermediates (i.e., 2,4-dinitrotoluene, 2,6-dinitrotoluene and 2,4-dinitro-6-hydroxytoluene). Gas chromatography-mass spectrometry was used to verify these intermediates. Quantification of the nitroreductase (pnrB) gene isolated from S. maltophilia OK-5 growing in pink water was performed with real-time PCR. The amount of pnrB gene copies increased to $10^3$-fold after 5 days of incubation time.

본 연구는 TNT 분해능이 우수한 세균인 S. maltophilia OK-5를 이용하여 TNT 함유 폐수인 pink water의 미생물학적 처리 가능성에 대한 연구를 하였다. Pink water에 함유된 TNT 제거를 위해 S. maltophilia OK-5를 교반탱크 반응조에서 배양한 결과 pink water 내에 존재하는 100 mg/L의 TNT를 배양 6일 만에 완전 분해하였다. Hydride-Meisenheimer complex에서 유래하는 진한 적갈색은 배양기간 내에 증가하였으며, 이를 정량적으로 확인하였다. 본 연구에서 pink water에 잔류하는 TNT 뿐만 아니라 2,4-dinitrotoluene, 2,6-dinitrotoluene, 2,4-dinitro-6-hydroxytoluene 등의 대사산물도 HPLC 분석방법으로 측정하였으며, GC-MS를 사용하여 확인하였다. 또한 pink water에서 배양된 S. maltophilia OK-5에서 발현되는 nitroreductase (pnrB)의 유전자 발현 정량을 real time PCR로 측정하였다. 그 결과 배양 5일째 pnrB copy 수가 $10^3$ 이상 증가하는 것을 확인하였다.