분리된 toluene내성세균 Pseudomonas sp. BCNU 154을 생물분해반응에 적용하고저 그 가능성을 조사하였다. 방향 족화합물 16개을 대상으로 저화능을 조사한 결과 cumene, cyclohexane, ethylbenzene, p-xylen, m-xylen, toluene 그리고 diphenylether가 공시균쥬에 의해 자화됨이 확인 되었다. Pseudomonas sp. BCNU 154는 toluene, ethylbenzene 그리고 p-xylen 그리고 cumene을 호기적으로 분해하였다. Touene은 12시간후에 완전히 분해되었고, p-xylene과 cumene은 12시간배양시 90% 분해되었으며, ethylbenzene은 12시간 배양시 75%가 분해되었다.
유기용매 내성세균들이 항산화 방어시스템에 의하여 독성 유기용매로부터 자신을 보호하는지를 밝히기 위해 두 균주의 유기용매 내성 세균에서 항산화 효소 활성과 총 항산화능(T-AOC)을 조사하였다. 톨루엔 농도 100 mg/l에서 유기용매 내성세균 BCNU 106의 슈퍼옥사이드 디스무타아제(SOD) 레벨은 상대적으로 증가하였으며, 유기용매 내성세균 BCNU 171의 경우에는 톨루엔 농도 200 mg/l에서 상대적으로 증가하였다. 톨루엔 농도 200와 300 mg/l에서 유기용매 내성세균 BCNU 106에서 카타라제(CAT) 레벨이 3배 이상 증가함이 확인되었고, BCNU 171에서는 CAT 레벨이 2배 이상 증가함이 확인되었다. 또한 유기용매 내성세균에서 글루타치온 S- 전이효소(GST) 레벨이 높은 것으로 조사되었다. 총 항산화능도 유기용매에 대하여 내성을 보이지 않는 일반 세균인 KACC 10266보다 유기용매 내성세균들에서 높은 것으로 조사되었다. 한편 톨루엔 농도 200 mg/l 존재 하에서 BCNU 171 균주의 SOD 레벨은 1시간 후 정점에 도달하였다. BCNU 106에서 1시간과 14시간 후 CAT 레벨이 정점에 도달하였고, BCNU 171균주에서는 3시간 후 정점에 도달하였다. T-AOC 레벨의 정점은 BCNU 106에서는 톨루엔에 노출 9시간 후에 나타났으며, BCNU 171에서는 1시간과 9시간 후 두 번 T-AOC 레벨의 정점이 나타났다. 모든 유기용매 내성 세균은 왕성한 항산화 방어 반응을 보였으며, 이러한 항산화 방어 시스템을 통하여 유기용매 내성 세균이 유기용매를 비롯한 가혹한 환경하에서 생존할 수 있는 것으로 판단된다.
Organic solvent tolerant bacterium, designated as strain BCNU 106 is a gram negative, rod-shaped aerobe and grows on benzene, toluene, ethylbenzene, and xylenes (BTEX) as a sole carbon source. According to 16S rDNA analysis and fatty acid analysis, strain BCNU 106 showed highest similarity to Pseudomonas syringae var. savastanoi (Pseudomonas savastanoi). Strain BCNU 106 was able to utilize toluene, ethylbenzene, both o-, m-, p-xylene , m-cresol and o-cresol. The degradation of o-, m-, p-xylene by strain BCNU 106 is particularly important, since o-xylene is a compound of considerable environmental interest, owing to its recalcitrance; and very few microorganism have been reported to utilize both o-, m-, p-xylene as a sole carbon source.
Pseudomonas savastanoi BCNU 106은 o-xylene 뿐만 아니라 m-, p-xylene을 분해할 수 있는 능력을 나타내었고, 비교적 높은 농도인 10 mM toluene, 2 mM o-xylene, 10 mM m-xylene, 10 mM p-xylene에서 높은 분해율을 보여주었다. Pseudomonas savastanoi BCNU 106의 resting cell을 이용하여 o-xylene의 중간대사산물을 GC-MS를 통하여 조사하였다. 주로 2-methylbenzyl alcohol, 2-methylbenzoic acid 등이 발견되었다.
The biodegradation of BTEX components (benzene, toluene, ethylbenzene, o-xylene, m-xylene, and p-xylene) individually and in mixtures was investigated using the o-xylene-degrading thermo-tolerant bacterium Ralsronia sp. strain PHS1 , which utilizes benzene, toluene, ethylbenzene, or o-xylene as its sole carbon source. The results showed that as a single substrate for growth, benzene was superior to both toluene and ethylbenzene. While growth inhibition was severe at higher o-xylene concentrations, no inhibition was observed (up to 100 mg $l^-1$) with ethylbenzene. In mixtures of BTEX compounds, the PHS1 culture was shown to degrade all six BTEX components and the degradation rates were in the order of benzene, toluene, o-xylene, ethylbenzene, and m- and p-xylene. m-Xylene and p-xylene were found to be co-metabolized by this microorganism in the presence of the growth-supporting BTEX compounds. In binary mixtures containing the growth substrates (benzene, toluene, ethylbenzene. and o-xylene), PHS1 degraded each BTEX compound faster when it was alone than when it was a component of a BTEX mixture, although the degree of inhibition varied according to the substrates in the mixtures. p-Xylene was shown to be the most potent inhibitor of BTEX biodegradation in binary mixtures. On the other hand, the degradation rates of the non-growth substrates (m-xylene and p-xylene) were significantly enhanced by the addition of growth substrates. The substrate utilization patterns between PHS1 and other microorganisms were also examined.
P. savastanoi BCNU 106 균주에의해 cholesterol 이 전환됨을 확인하였고 toluene에서보다는 p-xylene 에서 전환율이 높음을 관찰할 수 있었다. 또 균주 배양후 cholesterol이 녹아있는 유기용매를 첨가하였을 때가 전환율이 높음을 확인 할 수 있었다
Zaliha Raja Noor;Rahman Raja Abdul;Baharum Syarul Nataqain;Salleh Abu Bakar;Basri Mahiran
Journal of Microbiology
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제44권6호
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pp.583-590
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2006
In this study, an organic solvent tolerant bacterial strain was isolated. This strain was identified as Pseudomonas sp. strain S5, and was shown to degrade BTEX (Benzene, Toluene, Ethyl-Benzene, and Xylene). Strain S5 generates an organic solvent-tolerant lipase in the late logarithmic phase of growth. Maximum lipase production was exhibited when peptone was utilized as the sole nitrogen source. Addition of any of the selected carbon sources to the medium resulted in a significant reduction of enzyme production. Lower lipase generation was noted when an inorganic nitrogen source was used as the sole nitrogen source. This bacterium hydrolyzed all tested triglycerides and the highest levels of pro-duction were observed when olive oil was used as a natural triglyceride. Basal medium containing Tween 60 enhanced lipase production to the most significant degree. The absence of magnesium ions ($Mg^{2+}$) in the basal medium was also shown to stimulate lipase production. Meanwhile, an alkaline earth metal ion, $Na^+$, was found to stimulate the production of S5 lipase.
유기용매 내성 세균 Pseudomonas sp. BCNU 106으로부터 생산된 리파아제 조효소액은 pH 4-10의 넓은 범위의 pH와 37℃에서 매우 안정적이었다. BCNU 106의 리파아제 안정성은 25% xylene, hexane, octane, toluene, chloroform 및 dodecane에서 증가하였으며, 상업적인 고정화 효소와 비교해도 우수한 안정성을 보이고 있다. 그리고 Cu2+, Hg2+, Zn2+ 및 Mn2+ 존재 하에서 110% 이상의 상대활성을 나타낸 반면에, Fe2+에서는 효소활성이 억제되었다. 게다가 계면활성제인 tween 80과 triton X-100 및 SDS에서도 높은 안정성을 유지됨이 확인되었다. 본 연구에서 유기용매 내성 Pseudomonas sp. BCNU 106의 리파아제는 고정화 효소에 못지않은 효소 활성 및 안정성을 유지함이 밝혀져 다양한 산업공정에서 잠재적인 생물촉매로 적용될 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.
Indole은 미생물에 강한 독성을 가지고 있으므로 indole의 생물학적 전환이 어려우므로 단지 소수의 미생물들이 Indole이나 그것의 연관물질들로부터 Indigo와 Indirubin을 생산하는데 응용되어 왔다. 본 연구실에서 분리된 Pseudomonas savastanoi BCNU 106은 toluene에 강한 내성을 가졌으며 P. savastanoi BCNU 106의 Indole 내성 정도는 p-xylene이나 toluene이 배지 부피의 20% 로 첨가되었을 때 160 mg/ml로 매우 높은 내성 정도를 나타내었다. Indole (100 mg/ml) 과 p-xylene (0.2 ml/ml)을 포함한 two-phase culture system에서 자란 P. savastanoi BCNU 106은 indole로부터 푸른색 indigo나 보라색 indirubin의 미생물학적 전환을 보여주었다. indigo와 indirubin의 생산은 P. savastanoi BCNU 106가 적절한 농도의 유기용매가 중층된 two-phase system에서 자랐을 경우에만 형성되었다. 그러므로 본 연구는, 분리된 indole 내성 세균이 유기용매하에서 indirubin과 같은 산업적 가치를 가진 유용물질을 생산하는데 응용될 수 있을 것으로 사료된다.
유기용매 내성 Pseudomonas sp. BCNU 171 균주가 생산하는 유기용매 내성 리파아제의 최적활성은 pH 8과 37℃로 나타났다. BCNU 171 균주가 생산하는 세포외 리파아제는 고농도의 다양한 유기용매하에서 안정성이 증가하는 것으로 나타났다. 리파아제의 안정성은 xylene (137%) 첨가시 가장 높은 것으로 확인되었고, toluene (131%), octane (130%) 그리고 butanol (104%) 순으로 안정성이 높은 것으로 나타났다. 전체적으로 대부분의 용매에서, 상용 고정화 효소(Novozyme 435)와 비교하여 효소안정성이 높은 것으로 나타났다. 나아가 NH4+, Na+, Ba2+, Hg2+, Ni2+, Cu2+및 Ca2+의 존재하에서 약 90%로 효소 안정성을 유지하였으며 다양한 유화제 첨가시에는 현저하게 안정성이 증가하였다. 그러므로 Pseudomonas sp. BCNU 171의 유기용매 내성 리파아제는 잠재성이 높은 whole cell 생물촉매로서 사용가능 할 것이며, 고정화 하지 않고도 유기용매에서의 공업적인 화학공정에서 효소를 이용한 합성에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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