본 연구에서는 유류오염 토양현장샘플을 이용한 실험실 규모의 회분식 실험을 통해 다양한 환원조건하에서 BTEX와 MTBE의 자연정화 평가 및 현장 생복원 기술 적용 타당성을 검토하는데 있다. 첫째, 오염토양과 비오염 토양에서 충분한 전자수용체의 존재는 유류오염물질의 생분해능을 증가시킬 수 있었음 알았다. 둘째, 같은 토양이라도 전자수용체의 종류와 유류오염물질의 특성에 따른 생분해능의 다양성을 확인할 수 있었다. 셋째, BTEX에 비해 MTBE의 분해가 매우 느림을 확인하였다. 본 실험은 아직 초기 단계의 실험으로 현장 조건을 충분히 만족 시키지는 못한다. 추가적인 pH 변화에 따른 전자수용체의 이용 특성 및 토양-지하수 microcosm test, 혐기성 생분해 부산물인 $CO_2$, $N_2$ 또는 $N_2$O, TBA의 연구가 실시되어야 하겠다.
나비목과 파리목 곤충에 독성을 보이는 B. thuringiensis NT0423을 수용체로 하여 형질전환된 B. thuringiensis PT0529에서 원래 수용체가 생성하는 내독소 단백질과 도입된 CryIVD 및 CytA 단백질들간의 발현 특성을 분석하기 위하여, B. thuringiensis PT0529에서 내독소 단백질들간의 발현을 성장 과정에 따라 투과 전자 현미경 관찰 및 단백질 전기영동으로 분석하였다. 그 결과, B. thuringiensis PT0529에서 내독소 단백질의 발현은 원래의 수용체 내독소 단백질보다 도입된 CryIVD와 CytA가 먼저 합성되었으며, 그 발현량에 있어서도 높게 나타났다. 또한, B. thuringiensis PT0529에서 세가지 내독소 단백질은 그들 자신의 고유 형태로 잘 발현되었으나, 수용체인 B. thuringiensis NT0423의 내독소 단백질은 그 크기에 있어서 다소 작게 관찰되었다. 따라서 형질전환체 내에서 도입된 내독소 단백질 유전자의 발현은 수용체의 내독소 단백질 유전자 발현에 영향을 받지 않는 반면 외부 유전자의 도입으로 인하여 수용체가 생성하는 내독소 단백질은 그 발현에 있어서 간섭을 받는 것으로 나타났다.
본 연구에서는 퇴적물에서 일어나는 유기물 분해과정 중 이용된 전자 수용체와 분해과정에서 생산된 환원 물질의 농도 변화를 적절히 파악하고 정량화하기 위한 수치모델을 개발하였다. 퇴적물에 서식하는 미생물이 전자 수용체를 이용하여 유기물을 분해하는 반응들은 전자 수용체의 종류에 따라서 다음과 같이 6가지 형태로 구분 할 수 있다: (1) 호기성 분해(Aerobic Respiration), (2) 탈질(Denitrification), (3) 망간 환원(Manganese Reduction), (4) 철 환원(Iron Reduction), (5) 황산염 환원(Sulfate Reduction), (6) 메탄 환원(Methanogenesis). 이와 같은 6가지 반응은 양론(Stoichiometry)적으로 표현되어지며, 여기에 관여하는 3개의 고형물질(침전성 유기물질, manganese oxides, iron oxides)과 8개의 용존물질 (oxygen, nitrate, sulfate, ammonia, dissolved manganese, dissolved iron, sulfide, methane)의 움직임은 1차원 물질수지 방정식으로 모델에서 재현되어졌다. 퇴적물에서 미생물에 의한 유기물 분해 반응은 Monod 반응식을 이용하여 간단히 표현되어졌다. 퇴적물에 포함된 물질들에 대한 물질수지 방정식들은 Monod 반응식에 포함된 비선형성을 제거하기 위해서 다단계의 반복적인 수치해석법에 의해 안정적인 해를 구할 수 있었다. 모델의 타당성을 검토하기 위하여 Sweert et al.(1991a)이 Netherland의 Veluwe 호수의 퇴적물에서 조사한 자료에 모델결과를 비교하였고, 결과로써 산출된 전자 수용체와 환원 물질의 수직적 분포형태는 관측간과 비교적 잘 부합하였다. 그러나 모델을 통하여 예측된 $NH_4^+$의 농도는 측정된 농도보다 훨씬 낮은 것이 관찰이 되었는데, 이는 모델에서 유기물질을 표현할 때 사용한 Redfield의 유기물식이 본 연구에 적용된 퇴적물에서의 높은 질소 함유율을 적절히 표현하지 못한 결과로 해석되어 질 수 있다. 퇴적물 깊이에 따른 전자 수용체와 환원된 물질의 분포변화는 중금속의 재용출과 생물이용도를 조절하는 주요인이 되기 때문에, 이 연구에서 개발된 수치모델은 퇴적물에서 일어나는 미량 오염 물질의 거동을 파악하기 위해 유용하게 사용되어질 수 있을 것으로 사료된다.
혐기성 소화조 슬러지 주입에 의한 디젤오염(10,000 mg/kg soil) 토양 내 석유계 탄화수소의 혐기성 분해에 관하여 조사하였다. 오염된 토양 50 g에 총휘발성 고형물 농도 2,000 mg/L인 소화조 슬러지를 15 mL/kg soil와 30 mL/kg soil 농도로 주입하고 90일간 배양한 결과, 각각 37.2%와 58.0%의 총석유계 탄화수소(TPH)의 분해율을 나타내었다. 슬러지를 주입하지 않은 오염토양 대조군과 멸균된 토양에 멸균된 슬러지를 주입한 대조군에서는 120일간의 배양에서 초기 첨가한 디젤의 17%와 4%가 각각 제거된 것에 비하여, 전자수용체의 종류를 달리한 여러 혐기성 조건, 즉, 질산염 환원 조건, 황산염 환원 조건, 메탄생성 조건, 혼합 전자수용체 조건 모두에서 소화조 슬러지 주입에 의해 토양 내 디젤의 40% 이상이 분해됨을 확인할 수 있었다. 배양 120일 동안의 오염토양 내 TPH의 분해율은 혼합 전자수용체 조건에서 75%로 가장 높았으며, 황산염 환원 조건(67%), 질산염 환원 조건(13%), 메탄생성 조건(43%) 순으로 나타났다. 그러나 난분해성 물질로 알려진 isoprenoid의 분해율은 황산염 환원 조건이 다른 전자수용체 조건에 비해 가장 높은 분해율을 나타내었다. 본 연구 결과를 통하여, 소화조 슬러지를 이용하여 혐기성 상태에서 오염토양 내 디젤을 분해하는 기술은 석유계 탄화수소로 오염된 토양의 실질적인 복원에 유용한 것으로 판단되었다.
Shewanella putrefaciens DK-1은 그람음성, 통성 혐기성 세균으로 $NO_{3}$, Fe(III), Mn(IV), humic acid와 같은 다양한 전자수용체를 이용한다. S. putrefaciens DK-1의 전자공여체의 이용능력은 제한적이며, lactate나 formate는 좋은 전자공여체로 이용되지만 acetate나 toluene은 이용하지 못하였다. 다양한 전자수용체간의 경쟁을 살펴보기 위해 전자수용체로 Fe(III)와 같이 $NO_{3}^{-}$, $NO_{2}^{-}$를 넣어 주었을 매 Fe(III)의 환원은 저해되었다. 또한 5. putrefaciens DK-1은 전자수용체로 토양에 광범위하게 존재하는 humic acid를 이용하였으며, 환원된 humic acid는 질산염에 의해서 다시 산화되었다. Fe(III) 환원능이 있는 환경 시료를 이용하여 탄소, 질소, 인과 같은 제한 요인이 Fe(III) 환원세균의 활성에 미치는 효과를 조사하였다. 천호지의 저질토와 대호의 농토에 각각 탄소원, 질소원, 인을 첨가해 주었을 경우 S. putrefaciens DK-1과 탄소원을 동시에 첨가해 주었을 때 가장 높은 철 환원능을 보여주었다.
본 실험은 An-Ax 조건에서 $NO_3$ loading에 변화를 주면서 DNPAOs의 존재 유무를 확인하고 과연 이 미생물이 무산소조에서 이 PHA를 탄소원으로 인섭취를 할 수 있는지의 여부를 조사하고자 수행하였다. 유입 $NO_3$농도에 따라 전체를 4개의 case로 분류하여 실험을 수행하였다. case I에서는 인섭취가 43.68 mg/day로 거의 일어나지 않았는데 이는 전자수용체로서 $NO_3$가 부족했기 때문 이였다. 다음 caseII에서는 333.36 mg/day로 인섭취량이 많이 증가하였고 case III, IV에서는 각각 447.48, 428.64 mg/day로 거의 일정해졌다. 이를 통해 전자수용체로 $NO_3$를 이용하는 DNPAOs가 존재함을 분명히 알 수 있었고 또한 이 미생물이 최적으로 P 섭취를 할 수 있는 유입 $NO_3$농도는 본 실험 조건에서 는 20mg/L였다.
안드로겐 수용체 길항제로서 N-아릴아미드의 신규한 아다만틸 유도체들을 합성하고 항안드로겐 활성을 평가 하였다. 아다만틸 유도체를 함유하는 N-아릴아미드는 아다만틸 치환체가 없는 유도체보다 더 높은 활성을 가졌다. 아다만틸의 공간부피 및 방향족 고리에 전자밀도 상승효과를 주는 pendant 작용기들이 강력한 길항작용에 결정적인 영향을 미쳤다. 리간드와 수용체 사이의 상호 작용을 설명하기 위해 분자 모델링 연구를 수행 하였다.
광합성계를 모방한 인공물의 광분해기에는 광증감제, 전자공여체 및 전자수용체가 필요하다. 광합성계에서는 Mn-tetramer가 물의 산화를 담당하는 종이라는 것이 알려져 있으니 Mn 화합물의 반응성을 아는 것이 중요하다. 이 Mn-tetramer의 모델이 될 수 있는 지용성 및 수용성 Mn(III) porphyrin을 새로이 합성하였다. 지용성 Mn(III) porphyrin은 porphyrin 자체에 금속화하는 방법과 porphyrin 고리 자체를 합성 할 때 긴 탄소사슬을 넣는 방법을 이용하였다. 지용성이나 수용성 Mn(III) Porphyrin은 계면에서 거동이 다를 것으로 생각되기 때문에 그 합성에 의의가 있다고 하겠다. 이 합성된 Mn(III) porphyrin 유도체들은 아민이나 알코올이 존재하는데서 광환원된다는 사실을 알게 되었다. 이 사실은 광증감제와 더불어 이중으로 여기시킬 수 있다는 점에서 큰 의의가 있다.
Aflatoxin $B_1$은 전자수용성(電子受容性)을 높여주는 염화아연(鹽化亞鉛) 존재하(存在下)에서 전자공여성분자(電子供與性分子)인 Benzene과 Charge-transfer Complex를 만들며, 그 생성기구(生成機構)는 Aflatoxin $B_1$이 염화아연(鹽化亞鉛)과 일차적(一次的)으로 배위결합(配位結合)된 화합물(化合物)을 거쳐, 이것이 Benzene과 결합(結合)하여 착물(錯物)을 형성(形成)한다. 이 착물(錯物)의 안정도상수(安定度常數) 즉(卽) 평형상수(平衡常數) 0.198 l/mole이었다. 따라서 Aflatoxin $B_1$은 약(弱)한 전자수용체(電子受容體)이나, Benzene 보다 강(强)한 전자공여체(電子供與體)와는 염화아연(鹽化亞鉛)이 존재(存在)하지 않아도 Charge-transfer Complex를 만들 수 있다는 가능성(可能性)을 제시(提示)해 주는 것이며, Tryptophane, Histidine과 같은 강(强)한 전자공여체(電子供與體)를 함유(含有)한 단백질(蛋白質) 또는 Guanine, Adenine과 같은 전자공여체(電子供與體)를 함유(含有)한 DNA등(等)과의 Aflatoxin $B_1$의 결합(結合)은 그 결합(結合) Mechanism으로서 Charge-transfer Complex 형성(形成)으로 이루어진다는 추정(推定)을 할 수 있다.
폐 형성에 활성적인 또는 억제적인 기능을 갖고 있다고 알려져 있는 FGF-7 성장인자, BMP수용체 II, 그리고 TGF-$\beta$ 수용체 II 유 전자의 비정상 발현이 폐기포 생성에 관여하는지를 각각의 단일성 클론 항체를 사용하여 수술로 절제된 자연기흉 환자의 폐기포 조직들을 면역조직염색 방법으로 염색하여 관찰하였다. 대상 및 방법: 재발성 또는 지속성 기흉으로 흉강경 또는 개흉술로 폐기포 절제술을 실시한 환자들을 대상으로 하였다. 총 31명의 환자로 15세에서 39세까지 연령분포를 보였으며 남자 30명, 여자 1명이었다. 폐기포 절제는 비디오흉강경이나 소절개개흉술을 통하여 폐기포벽의 손상을 가하지 않게 주의하면서 비디오흉강경용 스태플러(Endo GIA stapler)를 이용하여 절제하였으며 가능한 원형을 유지하여 신선한 상태로 포르마린에 고정하여 면역조직화학적 연구를 위한 표본을 만들었다. 폐기포 조직 슬라이드를 단일클론성 항 TGF-$\beta$ 수용체 II, BMP수용체 II 그리고 FGF-7인자 항체를 이용하여 면역조직학적 염색방법으로 관찰하였다. 결론: 전체 환자 31명중 TGF-$\beta$ 수용체 II항체에 양성 반응을 나타낸 환자수는 모두 24명이었다. 이들 중에는 18명이 강한 양성 반응을 보였고, 6명이 약한 양성 반응을 보였다. 면역조직화학적 염색 결과를 고배율 현미경으로 살펴보면, TGF-$\beta$ 수용체 II의 염색이 기흉과 정상 폐조직 경계 부위에서 특히 강하게 염색됨이 관찰되었다. 이에 반하여, BMP수용체 II 그리고 FGF-7인자의 항체를 이용한 면역조직학적 염색 결과는 모든 환자의 조직들에서 음성으로 관찰되었다. 절론: 폐 조직이 형성될 때, 억제유전자의 역할을 담당하고 있다고 알려진 TGF-$\beta$ 수용체 II의 발현이 증가되면서 폐기포가 생성될 수 있다는 가능성을 제시하였다. 이번 결론은 면역조직학적 염색 실험 결과만으로 밝혀진 사실임으로 좀 더 체계적인 분자생물학적 인 연구가 요구된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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