선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 기존 현장조사 결과에 의하면, MTBE 이외에도 여러 종류의 가솔린첨가제가 동시에 오염될 수도 있어 이에 대한 연구 필요성을 제시하였다. 본 연구에서는 장 등6) Chang 등16)의 연구에서 MTBE 분해특성 파악 결과를 바탕으로 휘발유에 첨가되는 MTBE 외 다른 여러가지 가 솔린산화제 (oxygenates)의 ENV42와 혼합균주에 의한 공 대사적 분해에 대한 가능성을 조사하였다.
- 본 실험에서는 균체농도 변화 및 초기 MTBE 농도변화에 따른 MTBE 분해 특성을 관찰하였다. ENV425와 혼합 균주 모두 균주 주입농도는 0.
- 이러한 이유로 호기성 생물학적 분해조건에서는 공대사에 의한 MTBE 분해를 유도하는 방법이 일반적이다. 본 연구에서는 propane을 탄소원으로 이용하여 분리된 ENV425와 butane을 탄소원으로 이용하여 분리된 혼합균주를 대상으로 성장기질로 이용 가능한 기 질을 검토하고, MTBE에 대한 활성도를 비교•평가하였다.
- 본 연구에서는 기존에 MTBE 공대사에 검증된 순수 균주 ENV42와 국내유류오염토양게서 분리된 혼합 균주를 대상으로 MTBE 및 기타 가솔린산화제 분해특성 파악에 대한 연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 기존 현장조사 결과에 의하면, MTBE 이외에도 여러 종류의 가솔린첨가제가 동시에 오염될 수도 있어 이에 대한 연구 필요성을 제시하였다. 본 연구에서는 장 등6) Chang 등16)의 연구에서 MTBE 분해특성 파악 결과를 바탕으로 휘발유에 첨가되는 MTBE 외 다른 여러가지 가 솔린산화제 (oxygenates)의 ENV42와 혼합균주에 의한 공 대사적 분해에 대한 가능성을 조사하였다.
- 본연구에서는 기존에 MTBE 분해연구에 검증된 pure culture인 ENW425와 국내유류오염토양에서 직접 분리된 혼합 균주를 대상으로 butane을 기질로서의 이용율, MTBE 및 기타 가솔린산화제의 분해특성, MTBE 공대사를 위한 기타 성장기질 조사 등을 비교 . 분석함으로써 현장 적용에 있어 현실성있는 혼합균주의 효율성을 제시하고자 한다.
제안 방법
- 따른 MTBE 분해 특성을 관찰하였다. ENV425와 혼합 균주 모두 균주 주입농도는 0.14, 0.28, 0.42(mg/ml)로 변화를 주었으며 초기 MTBE 양은 2, 8, 16 |imol로 설정하였다.
- 52 |_tm film) 과불꽃이온화검줄기 (flame ionization detector, FID), 그리고 HP 3394의 integrator가 연결된 Hewlett-Packard 5890 series II를 사용했다. GC의 운전 조건은 주입부, 검출부의 온도가 각각 200℃, 200℃이며, 오븐은 4(TC에서 등온으로 운전하였다. Carrier gas는 1 ml/min의 속도로 질소가스를 사용했다.
- TSS의 값과 원심분리 후 농축시킨 미생물 농축액의 농도를 계산하여 필요량을 serum bottle 에 주입하는 방식을 유지하였다6). MTBE 및 가솔린 산화제 분해실험은 120 ml serum bottle에 50 ml BSM과 MTBE 및 가솔린 산화제를 주입한 후, teflon-silicon septa와 aluminum crimp cap으로 밀봉하고 균주를 접종한 후에 실험을 시작되었다. 그리고, 비교 실험으로는 위와 동일한 조건에 acetylene( 1.
- MTBE(Methyl tert-Butyl Ether, C5H12O), ETBE(Ethyl tert-Butyl Ether, CgHuO), TAME(Tert-amyl Methyl Ether, C6Hi4O) 측정은 Hamilton 1710N gas-tight syringe를 이용하여 bottle의 headspace에서 100 μl를 채취하B GC에 직접 주입하여 분석하였다. GC는 HP-5 칼럼 (Crosslinked 5% Ph Me Silicone, 25 mX 0.
- 6&] 범위였다. TSS(Total Suspended Solid)를 측정하고 원심 분리하여 미생물을 농축시켰다. TSS의 값과 원심분리 후 농축시킨 미생물 농축액의 농도를 계산하여 필요량을 serum bottle 에 주입하는 방식을 유지하였다6).
- 그리고 butane 900 |il 를 vial headspace 부분에 주입한 후 배양된 균주 100 μ1 를 vial에 주입함으로써 실험이 시작되었다. Vial은 shaking incubator에서 25℃, 150 rpm조건에서 운전하였으며, 액상 시료(3 μ1)를 추출하여 GCC에서 분석하였다.
- 그리고 butane이 포화된 phosphate buffer 150μ}를 syringe로 주가시킨 후, 균주를 접종함으로써 실험을 시작하였다. viale shaking incubator에서 25℃, 150 rpm조건에서 운전하였으며, 액상 시료(3 μl)를 추출하여 GC에서 분석하였다.
- 채웠다. 그리고 7일간 shaking incubator에서 25℃, 150rpm의 조건으로 배양시켜 butane 분해가 관찰된 후 1 ml를 빼내 같은 조건의 serum bottle(120 ml)에 접종시켜 1주 간격으로 1개월간의 계대배양을 반복하여, butane> 탄소 원으로 이용하는 혼합균주를 분리하였다6).
- MTBE 및 가솔린 산화제 분해실험은 120 ml serum bottle에 50 ml BSM과 MTBE 및 가솔린 산화제를 주입한 후, teflon-silicon septa와 aluminum crimp cap으로 밀봉하고 균주를 접종한 후에 실험을 시작되었다. 그리고, 비교 실험으로는 위와 동일한 조건에 acetylene( 1.0%(vol/vol); gas phase)을 첨가하여 실험을 진행하였다6).
- 본연구에서는 기존에 MTBE 분해연구에 검증된 pure culture인 ENW425와 국내유류오염토양에서 직접 분리된 혼합 균주를 대상으로 butane을 기질로서의 이용율, MTBE 및 기타 가솔린산화제의 분해특성, MTBE 공대사를 위한 기타 성장기질 조사 등을 비교 . 분석함으로써 현장 적용에 있어 현실성있는 혼합균주의 효율성을 제시하고자 한다.
- 유류오염토양에서 분리된 혼합균주와 ENV425를 대상으로 butane을 기질로서의 이용정도를 평가하기 위해 resting cell 조건에서 butane 분해속도를 비교하였다. ENV425는 propane을 탄소원으로 이용하여 분리된 균주이나, Table 1 의 결과를 보면, ENV425에 의한 butane 분해속도는 38.
대상 데이터
- Envirogen, Inc.(U.S.A.)로 부터 기증 받아 본 실험에 이용하였다. ENV425는 propane을 탄소원 및 에너지원으로 이용하여 분리되었으며, 오렌지 colony로 빨간 형태의 gram-variable, acid-fast, filamentous, rod-shape을보여주었고, fatty acid 분석으로 Nocarditi속의한 종류로확인되었다义 처음 밀봉된 유리 용기에 고형화 상태였던 ENV425를 영양한천배지에 도말하여 30℃에서 24시간 평판 배양한 후 50ml의 탄소원이 존재하지 않는 BSM media 와 butane 30 ml, O2 10 ml, 그리고 air 30 ml로 headspace 를 채운 serum bottle(120 ml)에 접종하여 7일간 shaking incubatoi에서 25℃, 150rpm으로 배양시키고, 1 ml를 빼내어 배양액 50 ml, 그리고 butane 30 ml, O2 10 ml, air 30ml가 넣어져 있는 serum botle(120ml)에 접종 시켜 혼합 균주와 같은 방법으로 이용하였다.
- 주입하여 분석하였다. GC는 HP-5 칼럼 (Crosslinked 5% Ph Me Silicone, 25 mX 0.32 mmX 0.52 |_tm film) 과불꽃이온화검줄기 (flame ionization detector, FID), 그리고 HP 3394의 integrator가 연결된 Hewlett-Packard 5890 series II를 사용했다. GC의 운전 조건은 주입부, 검출부의 온도가 각각 200℃, 200℃이며, 오븐은 4(TC에서 등온으로 운전하였다.
이론/모형
- Protein 농도는 균주를 3 NNaOH 용액에 65℃의 조건에 30분 동안 용해시킨 후 Biuret assay 방법에 의해서 분석하였다'8).
성능/효과
- Hamamura등20)의 결과에서도 일부 언급되었지만, 본 연구에서 이루어진 ENV425 및 혼합균주의 butane monooxygenase가 직 • 간접적으로 관여하고 있는 사실은 다음의 사실로 증명된다. 1) 호기성 조건에서 butane 분해 가 일어났다. 2) 1-butaimole butane의 분해산물로 축적되었다.
- 1. ENV425 및 혼합균주의 기질로서 butane 분해속도는 유사하였으나, 1차 부산물인 1-butanol 축적속도에서는 ENW425가 우수했다. 즉, monooxygenase의 역할에 따라 부산물 형성의 차이점이라고 사료된다.
- 2. 국내유류오염토양에서 분리된 혼합균주의 MTBE 및 기타 가솔린산화제 분해능력이 기존에 검증된 ENV425에비교해 뒤떨어지지 않음을 관찰하였다. 즉, 혼합균주의 분해 특성 결과는 유류오염지역의 생물학적 현장적용의 가능성을 높여준다.
- 2) 1-butaimole butane의 분해산물로 축적되었다. 3) acetylene 공급시 butane 분해 및 1-butanol 축 적이 일어나지 않았다.
- 3. MTBE 분해활성에 영향을 미치는 성장기질로는 butane, propane, pentane 등의 alkane류가 효과적이었으며, butanol, ethanol 등 alchol류는 기질로서 MTBE 분해 유도에 효과적인 못했다. 또한 MTBE 중요 부산물인 TBA 역시 MTBE 분해를 유도하지 못했다.
- 4. 균체농도 및 MTBE 초기농도에 따른 MTBE 분해 특성 실험에서 주입 균체농도에 따라 MTBE 분해량은 다소 증가하였으나, Tc(transformation capacity)는 오히려 감소하는 경향을 보였다.
- 5. MTBE 및 기타 가솔린산화제의 분해특성 실험에서는 ENV425 및 혼합균주에 의해 MTBE, ETBE, TAME 를 효과적으로 제거할 수 있었다. 그러나, ETBE가 2차 기질로는 가장 우수했으며, MTBE, TAME 순으로 관찰되었다.
- Butane 분흐H실험동안 1-butanot을 검줄하기 위흐1-butanol 과 구조적으로 유사한1-propanol을 첨가해줌으로써 1-butanol 의 추가 대사과정을 일시적으로 차단하였다20). ENV425 및 혼합균주에서의 butane 소비에 대한 1-butanol 축적은 각각 71.9%, 52.3%로 혼합균주인 경우 ENV425보다 상대적으로 낮은 결과를 보여주었는데, 이 결과는 일시적으 로 축적된 1-butanol이 지속적인 추가 분해가 일어나거나, 2-butanol로 전환된 것으로 추측된다. 이와 유사한 실험결 과로, Hamamura 등20)에서는 R butanovora에 의한 butane 이용시 1-butanol 축적율은 96.
- ENV425는 propane을 탄소원으로 이용하여 분리된 균주이나, Table 1 의 결과를 보면, ENV425에 의한 butane 분해속도는 38.4 nmol/min/mg protein으로 혼합균주 35.2 nmol/min/mg protein 보다 다소 빠른 것으로 관찰되었다. Nocadia TB1 인 경우 4.
- Table 2를 보면, propane을 성장기질로 이용시에는 ENV425와 혼합균주 모두 butanei- 기질로 공급한 경우보다 MTBE에 대한 활성도가 더 높았다. Pentane 공급시 에도 효과적인 MTBE에 대한 활성도를 보였다. 1-butanol, ethanoFe 0D505(가 7일 배양 후에 각각 1.
- 2는 ENV425를 대상으로 MTBE, ETBE, TAME가 단독, 혼합으로 존재할 때의 분해경향을 나타내고 있다. 가솔린산화제가 단독 또는 혼합으로 존재할 때 모두 ETBE가 가장 빠르게 분해가 일어났으며, MTBE, TAME 순서로 분해가 일어났으며, 분해속도는 각각 111±12, 44 ±8, 37+6 nmol/hr/mg(dry weight)이었다. 즉, ETBE가 MTBE, TAME에 비해 2.
- MTBE 및 기타 가솔린산화제의 분해특성 실험에서는 ENV425 및 혼합균주에 의해 MTBE, ETBE, TAME 를 효과적으로 제거할 수 있었다. 그러나, ETBE가 2차 기질로는 가장 우수했으며, MTBE, TAME 순으로 관찰되었다. 또한 여러 종류의 가솔린 산화제가 혼합된 경우에는 분해순서는 유사했으나, 전반적으로 분해시간이 길어졌으며, 분해속도도 다소 느려지는 것으로 관찰되었다.
- 그리고, butane, propane, pentane, ethanol, BTEX에 의한 MTBE 분해시에 1% acetylene 주입시에는 MTBE 분해활성도가 차단되었다. 즉, butane인 경우 butane monooxygenase 등 기질분해 효소가 MTBE 분해에 관여하고 있음을 보여주는 결과이다.
- ENV420인 경우, MTBE, TAME는 효과적으로 분해하였으나, ETBE는 전혀 분해가 일어나지 않은 상반적인 결과를 보여주었다“). 기존 연구 결과와 본 연구에서의 결과를 종합할 때, MTBE를 비롯한 가솔린 산화제는 공대사에 의한 분해시 성장기질에 따라 생성되는 효소의 역할에 따라 많은 차이를 나타냄을 알 수 있다. 그러므로 생물학적방법에 의한 오염토양/지하수 현장 적용시에는 오염지역 토착미생물의 특성 파악에 따른 정화 방법 및 방안이 제시되어져함을 예상 할 수 있다.
- 그러나, ETBE가 2차 기질로는 가장 우수했으며, MTBE, TAME 순으로 관찰되었다. 또한 여러 종류의 가솔린 산화제가 혼합된 경우에는 분해순서는 유사했으나, 전반적으로 분해시간이 길어졌으며, 분해속도도 다소 느려지는 것으로 관찰되었다.
- 24시간 배양 후 제거된 양을 비교하였으므로 Table 4에 제시된 본 연구의 결과와 직접적으로 비교하기는 어려우나, 균주 및 성장기질에 따라 다른 결과를 보여줌을 알 수 있다. 본 실험에서는 butane을 성장기질로 이용시 ENV425 및 혼합균주에서 MTBE 및 TAME 분해경향이 유사했으나, propane 및 기타 성장기질로 이용한 Steffan 등의 결과에서는 TAME 분해율이 MTBE에 비해 확연히 떨어짐을 제시하였다. 그러나, M.
- 있다. 실험결과 ENW425와 혼합균주 모두 최대 1;가 균체밀도 0.14mg/ml, MTBE 16|imol일 때 각각 0.67, 0.410emol of MTBE degraded/mg of biomass added)로 나타났다. 주입 균체농도에 따라 MTBE 분해량은 다소 증가하였으나, L는 감소하는 경향을 보이고 있다.
- 혼합균주의 경우도 . 유사하게 MTBE가 2 |imol일 때 균체농도에 따라 거의 일정한 MTBE 분해량이 관찰되었고, 16μmol일때는 균주밀도에 따라 MTBE 분해량이 약 2.4배의 차이를 보였다. 이처럼 MTBE의 양이 적을 경우 균체농도에 따라 MTBE의 분해랑에는 영향을 미치지 않으나, MTBE의 양이 증가할수록 균체 농도에 따라 큰 차이를 보이고 있다(Table 3, Fig.
- 그러나, butane monooxygenase 는 1-butanol의 분해에 의해 MTBE 공대사에 영향이미 치지 못함을 알 수 있다. 이와 유사한 결과로 hyman등心) 은 propanol을 성장기질로 이용한 Xanthobacter와 M. vaccae는 MTBE를 분해할 수 없었으나, propane 공급시에 는 효과적으로 MTBE를 제거 할 수 있었다. 이러한 결과는 일반적인 균주는 alkane류가 alkane 초기 분해과정을 거쳐 alcholsS.
- 410emol of MTBE degraded/mg of biomass added)로 나타났다. 주입 균체농도에 따라 MTBE 분해량은 다소 증가하였으나, L는 감소하는 경향을 보이고 있다.
- 또한 MTBE 및 TBA는 성장기질로도 이용되지 않았다(Table 2). 즉, ENV425 와 혼합균주에 의해서 MTBE 및 TBA는 단독으로 생물 학적 분해가 일어나지 않는다는 결과이다.
- 가솔린산화제가 단독 또는 혼합으로 존재할 때 모두 ETBE가 가장 빠르게 분해가 일어났으며, MTBE, TAME 순서로 분해가 일어났으며, 분해속도는 각각 111±12, 44 ±8, 37+6 nmol/hr/mg(dry weight)이었다. 즉, ETBE가 MTBE, TAME에 비해 2.5배 이상 빠른 분해속도를 보여주고 있다(Fig. 3(A)).
- 국내유류오염토양에서 분리된 혼합균주의 MTBE 및 기타 가솔린산화제 분해능력이 기존에 검증된 ENV425에비교해 뒤떨어지지 않음을 관찰하였다. 즉, 혼합균주의 분해 특성 결과는 유류오염지역의 생물학적 현장적용의 가능성을 높여준다.
- 혼합균주인 경우에도 가솔린 첨가제의 분해경향은 ENV425와 비숫한 경향을 보였으나, ETBE, MTBE, TAME 모두 ENV425보다 분해속도가 다소 느렸다(Table 4). Kharoune 등잇은 upflow fixed bed reactor 실험에서 가솔린 산화제 농도는 다르지만, ETBE, MTBE, TAME 순으로 분해되었다고 보고하여 본 연구의 결과와 유사성을 보여주었다.
후속연구
- 6. 본 연구 내용과 기존 연구내용을 비교 검토한 결과, 난분해성 오염원인 MTBE 및 가솔린산화제를 생물학적인 방법에 의해 효과적으로 제어하기 위해서는 오염지역 토착미생물의 특성 파악 후 적절한 오염지역 복원방안이 제시되어져야 한다.
- 1). 균주량에따른 MTBE 분해결과는 L 값 자체를 비교할 수도 있으나, 위에서 언급된 것처럼 MTBE의 중요 부산물인 TBA 의 생성량과 TBA 농도에 따른 butane 분해균주의 활성동에 미치는 독성영향에 대한 구체적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.