[논문]스트론튬 격리화를 위한 요소 분해 박테리아의 분리 및 특성 연구

최재호; 강창호; 한상현; 곽대영; 오수지; 소재성

doi:10.7841/ksbbj.2013.28.3.165

[국내논문] 스트론튬 격리화를 위한 요소 분해 박테리아의 분리 및 특성 연구
Isolation and Characterization of Ureolytic Bacteria for Biosequestration of Strontium 원문보기

KSBB Journal, v.28 no.3, 2013년, pp.165 - 169

최재호 (인하대학교 생물공학과) , 강창호 (인하대학교 생물공학과) , 한상현 (인하대학교 생물공학과) , 곽대영 (인하대학교 생물공학과) , 오수지 (인하대학교 생물공학과) , 소재성 (인하대학교 생물공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, 52 ureolytic bacterial strains were newly isolated from various environments. From these, 2 strains (TB-15 and TB-22) were selected based on their high urease activity. XRD spectra clearly showed presence of various sequestration products such as calcite and strontianite in samples. TB-22 showed 20~30% higher survivability upon Sr concentration (20 mM) than Sporosarcina pasteurii KCTC 3558. TB-15 and TB-22 showed 80~90% higher survivability at pH 6 than S. pasteurii. The results demonstrated that the 2 isolates colud be good candidates for the bioremediation of Sr contaminated sites.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구는 국내의 환경에 적합한 탄산칼슘 형성 균주를 선별하여 MICP를 통해 방사능 물질 격리를 위한 기초연구로 강원도 태백 내 탄광촌, 석회암 지대의 환경에서 균주를 분리·동정하여 대조군인 S. pasteurii KCTC 3558과 요소 분해 활성, 탄산칼슘과 SrCO₃의 정성 및 정량 측정, 스트론튬에 대한 내성과 다양한 환경 스트레스에 대해 비교·분석하였다.

제안 방법

국내 지하수의 연평균 pH의 범위는 약 6~8의 약산성 및 중성으로 그 범위가 다양하며 영양요소 또한 매우 열악한 환경을 유지하고 있다 [16]. 따라서 토양과 지하수 범위의 pH를 고려한 실험을 수행하였으며, 열악한 영양상태의 환경조건에 대비하여 기아 조건에서의 생존율을 대조군과 비교하였다. 추가적으로 오염원인 스트론튬의 농도가 각 미생물의 생존에 어떠한 영향을 미치는지 확인하였다.
본 연구에서는 방사성 물질인 스트론튬을 격리화하기 위해 열악한 환경으로부터 요소 분해 활성 미생물들을 분리·동정한 후, 요소 분해 활성과 탄산칼슘, SrCO₃의 정성·정량 측정, 다양한 환경 스트레스 조건에서의 생존율을 비교하였다. 분리한 TB-15와 TB-22 균주 모두 요소를 분해하여 탄산칼슘을 형성하는 것을 확인하였으며 다른 분리 균주에 비해 높은 요소 분해 활성과 탄산칼슘과 SrCO₃의 형성량을 보여주었다.
스트론튬 (0~100 mM), pH (5.0~9.0), 기아 (0~7 day)의 조건에서 균주의 스트레스 내성을 분석하기 위해 각 농도 별 생장 및 생존율을 비교하였다. 각 스트레스 조건으로 실험하기 위해 미생물들을 28^oC, 200 rpm으로 18시간 배양한 뒤 0.
요소 분해 활성 측정은 Natarajan [9] 연구에서 사용한 방법을 변형하여 실험하였다. 5 mL YE 액체 배지에 대조군 S.

대상 데이터

시료의 채취는 강원도 태백 내 탄광촌, 석회암 지대의 토양을 채취하였고, 멸균 용기에 담아 냉장 상태로 운반하였다. 채취한 토양 시료는 PB에 10배 희석한 후 하루 동안 28^oC,200 rpm에서 배양하였다.

이론/모형

1 mM~1 M의 NH₄Cl로 설정된 standard curve를 통해 암모늄의 농도를 계산하였다. 산출된 암모늄의 농도와 Bradford [10]의 단백질 정량법을 통해 얻어진 단백질량을 계산하여 요소 분해 활성을 측정하였다. 그 후 요소 분해 활성이 좋은 2종의 균주를 선택하여 16S rDNA sequencing을 통하여 분자 동정하였다.

성능/효과

대조군인 S. pasteurii KCTC 3558의 경우 높은 요소 분해 능력을 보이지만 분리 균주에 비해 다양한 환경 스트레스에 대해 낮은 생존율을 보였다. 우선 스트론튬의 농도 20 mM 이상에서 TB-22는 대조군보다 20% 높은 생존율을 보였으며, pH 6 범위에서도 대조군은 사멸하였으나, 분리 균주는 모두 생존함을 확인하였다.
의 정성·정량 측정, 다양한 환경 스트레스 조건에서의 생존율을 비교하였다. 분리한 TB-15와 TB-22 균주 모두 요소를 분해하여 탄산칼슘을 형성하는 것을 확인하였으며 다른 분리 균주에 비해 높은 요소 분해 활성과 탄산칼슘과 SrCO₃의 형성량을 보여주었다. 대조군인 S.
pasteurii KCTC 3558의 경우 높은 요소 분해 능력을 보이지만 분리 균주에 비해 다양한 환경 스트레스에 대해 낮은 생존율을 보였다. 우선 스트론튬의 농도 20 mM 이상에서 TB-22는 대조군보다 20% 높은 생존율을 보였으며, pH 6 범위에서도 대조군은 사멸하였으나, 분리 균주는 모두 생존함을 확인하였다. 또한 TB-15, TB-22는 기아 조건에서도 대조군이 사멸한 3일 이후에도 생존하였으며, 7일 후에도 약 4~9% 정도의 생존율을 보여주었다.

후속연구

또한 TB-15, TB-22는 기아 조건에서도 대조군이 사멸한 3일 이후에도 생존하였으며, 7일 후에도 약 4~9% 정도의 생존율을 보여주었다. 이는 향후 적용하게 될 국내의 토양이나 지하수 환경에서 본 연구를 통해 분리한 균주 (TB-15, TB-22)의 적용 가능성을 시사하였다. 추후 TB15, TB-22를 이용하여 다양한 컬럼 및 실험실 규모의 실험을 통하여 스트론튬 뿐만 아니라 다양한 방사성 물질에 대한 격리화 연구와 현장에서도 적용 할 수 있는 기초 연구를 진행할 것이다.
이는 향후 적용하게 될 국내의 토양이나 지하수 환경에서 본 연구를 통해 분리한 균주 (TB-15, TB-22)의 적용 가능성을 시사하였다. 추후 TB15, TB-22를 이용하여 다양한 컬럼 및 실험실 규모의 실험을 통하여 스트론튬 뿐만 아니라 다양한 방사성 물질에 대한 격리화 연구와 현장에서도 적용 할 수 있는 기초 연구를 진행할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	스트론튬의 반감기는 어떠한가?	국내의 경우 이미 세계 원전 10대 국가들 가운데 단위 면적당 핵 발전의 비중이 세계 1위이며 핵폐기물의 양 또한 높은 수준이다 [1]. 방사성 폐기물 중 스트론튬 (90Sr)의 경우 29년의 긴 반감기를 가지고 있으며 토양, 대기 및 수중에서 다양한 형태로 존재한다. 인체에 들어오면 뼈에서 칼슘 대신에 흡수되어 골육종과 백혈병을 일으키며 갑상선 기능 저하, 태아기형, 골수 말초혈관 및 흉선과 지라의 핵산대사 저해 등을 유발하는 방사성 물질이다 [2,3].
	스트론튬이 인체에 들어오면 어떤 피해를 일으키는가?	방사성 폐기물 중 스트론튬 (90Sr)의 경우 29년의 긴 반감기를 가지고 있으며 토양, 대기 및 수중에서 다양한 형태로 존재한다. 인체에 들어오면 뼈에서 칼슘 대신에 흡수되어 골육종과 백혈병을 일으키며 갑상선 기능 저하, 태아기형, 골수 말초혈관 및 흉선과 지라의 핵산대사 저해 등을 유발하는 방사성 물질이다 [2,3].
	스트론튬은 어떻게 존재하는가?	국내의 경우 이미 세계 원전 10대 국가들 가운데 단위 면적당 핵 발전의 비중이 세계 1위이며 핵폐기물의 양 또한 높은 수준이다 [1]. 방사성 폐기물 중 스트론튬 (90Sr)의 경우 29년의 긴 반감기를 가지고 있으며 토양, 대기 및 수중에서 다양한 형태로 존재한다. 인체에 들어오면 뼈에서 칼슘 대신에 흡수되어 골육종과 백혈병을 일으키며 갑상선 기능 저하, 태아기형, 골수 말초혈관 및 흉선과 지라의 핵산대사 저해 등을 유발하는 방사성 물질이다 [2,3].

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Ministry of Environment of Korea. https://sgis.nier.go.kr. (2013).

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