[논문]쿠웨이트 원유오염 토양 내 잔류 난분해성 유기물 분해능 지닌 토착 미생물 배양체 획득을 위한 선택적 계대배양 실험 연구

하진호; 김성훈; 임현수; 정우식; 김다정; 이금영; 박준홍

doi:10.7857/jsge.2021.26.4.020

쿠웨이트 원유오염 토양 내 잔류 난분해성 유기물 분해능 지닌 토착 미생물 배양체 획득을 위한 선택적 계대배양 실험 연구
Selective Enrichment to Obtain an Indigenous Microbial Consortium Degrading Recalcitrant TPHs(total petroleum hydrocarbons) from Petroleum-contaminated Soil in Kuwait 원문보기

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.26 no.4, 2021년, pp.20 - 26

하진호 (연세대학교 사회환경시스템공학부) , 김성훈 ((주)한국종합엔지니어링) , 임현수 (연세대학교 사회환경시스템공학부) , 정우식 (연세대학교 사회환경시스템공학부) , 김다정 (연세대학교 사회환경시스템공학부) , 이금영 (에이치플러스에코(주)) , 박준홍 (연세대학교 사회환경시스템공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, an indigenous microbial consortium was obtained by selectively cultivating microbes using a long-aged petroleum-contaminated soil (Kuwait) containing recalcitrant petroleum hydrocarbons. The obtained microbial consortium was able to grow on and degrade the remaining petroleum hydrocarbons which could not have been utilized by the indigenous microbes in the original Kuwait soil. The following microbial community analysis using 16S rRNA gene sequencing suggested that the enhanced degradation of the remaining recalcitrant petroleum hydrocarbons by the novel microbial consortium may have been attributed to the selected bacterial populations belonging to Bacillus, Burkholderia, Sphingobacterium, Lachnospiraceae, Prevotella, Haemophilus, Pseudomonas, and Neisseria.

주제어

표/그림 (3)

그림 Fig. 1. Time-course microbial growth (log[CFU]) results in the Kuwait petroleum-contaminated soil (Contaminated Soil) and non-contaminated control soils (Control Soil 1 and Control Soil 2). Error bars represent the standard errors of duplicate samples.
그림 Fig. 2. Enhanced TPH biodegradation by the microbial consortia in the detachment, 1st and 2nd selective enrichment experiments, respectively (Day 0 indicates the initial TPH concentration, Day 14 indicates the remaining TPH concentration after 14 days incubation with the added microbial consortium). Error bars represent the standard errors of duplicate samples.
표 Table 1. Dominant bacterial populations and their relative abundances (RAs, the numbers in the parentheses) in the microbial communities in the Kuwait petroleum contaminated soil and the microbial consortium JH-1 finally obtained after the selective enrichment (relative abundance cut-off > 1%)

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 한계점들을 극복하기 위해서 본 연구에서는 현장의 유류오염토양 자체를 이용해서 잔존 TPHs(total petroleum hydrocarbons [총 석유계탄화수소])를 분해하는 토착 미생물 배양체를 획득하려는 시도를 하였다. 본 연구의 목표는 쿠웨이트 원유오염토양(Raudhatain, Kuwait) 에서 잔존한 TPH(농도 약 15,000mg-TPH/kg-soil, 이하 TPH)를 분해할 수 있는 토착 미생물 배양체를 선택적 계대배양을 통해 확보하고, 획득된 미생물 배양체의 분해능과 군집 특성을 규명하는 것이었다.
이러한 한계점들을 극복하기 위해서 본 연구에서는 현장의 유류오염토양 자체를 이용해서 잔존 TPHs(total petroleum hydrocarbons [총 석유계탄화수소])를 분해하는 토착 미생물 배양체를 획득하려는 시도를 하였다. 본 연구의 목표는 쿠웨이트 원유오염토양(Raudhatain, Kuwait) 에서 잔존한 TPH(농도 약 15,000mg-TPH/kg-soil, 이하 TPH)를 분해할 수 있는 토착 미생물 배양체를 선택적 계대배양을 통해 확보하고, 획득된 미생물 배양체의 분해능과 군집 특성을 규명하는 것이었다.

제안 방법

본 연구에서는 쿠웨이트 원유오염토양 내 잔류 난분해성 유류오염물질 분해 미생물 제재를 확보하기 위해서, 총 2차 계대배양을 수행하여 토착 미생물 배양체(JH-1)를 확보하였다. 쿠웨이트 원유오염토양 내 유기물의 대부분은 잔류 유류오염물질이나, 일부 토양 유기물을 기질로 활용하여 미생물들이 생장했을 가능성도 고려하여, 유류오염이 없는 일반토양 시료(화단토양[대조군1], 운동장토양[대조군 2])들에 토착 미생물 배양체를 주입하여 대조 군으로 비교실험을 수행하였다.
본 연구에서는 쿠웨이트 원유오염토양 내 잔류 난분해성 유류오염물질 분해 미생물 제재를 확보하기 위해서, 총 2차 계대배양을 수행하여 토착 미생물 배양체(JH-1)를 확보하였다. 쿠웨이트 원유오염토양 내 유기물의 대부분은 잔류 유류오염물질이나, 일부 토양 유기물을 기질로 활용하여 미생물들이 생장했을 가능성도 고려하여, 유류오염이 없는 일반토양 시료(화단토양[대조군1], 운동장토양[대조군 2])들에 토착 미생물 배양체를 주입하여 대조 군으로 비교실험을 수행하였다.

이론/모형

미생물에 의해 분해된 원유오염토양 시료 내 TPH 농도측정을 위해 토양오염공정시험기준(ES 07552. 1b)에 등재된 방법과 Flame Ionization Detector(FID)가 탑재된 Gas Chromatography(GC)를 활용하여 농도 측정을 수행하였다.
획득된 토착 미생물 배양체(JH-1)는 쿠웨이트 원유오염 토양 내 잔류 난분해성 유류오염물질을 기질로 활용하여 생장함이 확인되었지만, 주입된 토착 미생물 배양체에 의해서 쿠웨이트 원유오염토양 내 잔존한 유류 물질(TPH)이 실제로 분해가 되었는지에 대해서 실험적인 확인이 필요하였다. 분해된 원유오염토양 시료 내 TPH 농도 측정을 위하여 토양오염공정시험기준에 등재된 방법과 GC-FID를활용하여 동일한 실험 조건으로 토양 샘플 10g에 잔존한 TPH 농도를 측정하였다. 쿠웨이트 오염토양 내 토착 미생물 분리를 위한 배양과정에서는 초기 토양과 배양 14일 후 토양 내 TPH 농도의 변화가 거의 나타나지 않았으나, 1차 계대배양에서 획득된 토착 미생물 배양체를 쿠웨이트원유오염 토양에 주입한 결과, 초기 토양 내 TPH 농도 (15,307mg/kg-soil)가 14일 후 5,841mg/kg-soil로 낮아져서 초기 TPH의 60%가 저감 되었고, 2차 계대배양 결과, 초기 토양 내 TPH 농도의 73%(3,608mg/kg-soil)가 저감되었다(Fig.

성능/효과

정화 대상 현장의 유류오염토양 내 잔류하는 난분해성 유류오염 물질과 토양 자체를 사용한 계대배양 방법의 과학적 근거에 대한 추가적 연구는 더 필요하다. 그럼에도불구하고, 생물학적 정화 대상의 현장 토양오염 특성을 유지한 조건에서 수행된 실험실 규모의 선택적 계대배양을 통해서 획득된 토착 미생물 배양체는 쿠웨이트 원유오염 토양 조건에서 잔류 난분해성 유류오염물질 분해에 적용할 수 있는 가능성을 보이었다.
본 연구에서는 오랜 기간의 풍화작용으로 분해되지 않았던 쿠웨이트 원유오염토양 내 잔류 난분해성 유류오염 물질을 분해할 수 있는 토착 미생물 배양체(JH-1)를 확보하고, 이들이 잔류 유류오염물질을 기질로 생장하면서 분해할 수 있음을 입증하였고, 이 신규 미생물 배양체 내 우점종 세균 개체들에 대한 확인이 수행되었다. 생물학 적정화의 목표가 되는 오염토양 자체를 선택적 계대배양에 활용하는 접근 방식은 선별적 미생물 제재 확보 단계에서 현장 조건을 반영하는 특성으로 인해서 현장 맞춤형 미생물 제재 확보하는 방법으로 자리매김이 가능하다.
본 연구에서는 오랜 기간의 풍화작용으로 분해되지 않았던 쿠웨이트 원유오염토양 내 잔류 난분해성 유류오염 물질을 분해할 수 있는 토착 미생물 배양체(JH-1)를 확보하고, 이들이 잔류 유류오염물질을 기질로 생장하면서 분해할 수 있음을 입증하였고, 이 신규 미생물 배양체 내 우점종 세균 개체들에 대한 확인이 수행되었다. 생물학 적정화의 목표가 되는 오염토양 자체를 선택적 계대배양에 활용하는 접근 방식은 선별적 미생물 제재 확보 단계에서 현장 조건을 반영하는 특성으로 인해서 현장 맞춤형 미생물 제재 확보하는 방법으로 자리매김이 가능하다. 이를 위한 체계적인 기술적 정립화를 위한 추가 연구가 필요하다.
2). 이러한 결과에 의해서 획득된 토착 미생물 배양체의 쿠웨이트 원유오염토양 내 잔류 유류물질 (TPH) 분해능이 입증되었고, TPH 분해능이 1차 계대배양을 거쳐 2차 계대배양에서 더 촉진됨을 확인하였다. 이는 잔류 TPH를 단일 탄소원으로 하는 계대배양을 통해 잔류유류오염 물질을 분해할 수 있는 토착 미생물들이 선택적으로 배양되었음을 의미한다.
분해된 원유오염토양 시료 내 TPH 농도 측정을 위하여 토양오염공정시험기준에 등재된 방법과 GC-FID를활용하여 동일한 실험 조건으로 토양 샘플 10g에 잔존한 TPH 농도를 측정하였다. 쿠웨이트 오염토양 내 토착 미생물 분리를 위한 배양과정에서는 초기 토양과 배양 14일 후 토양 내 TPH 농도의 변화가 거의 나타나지 않았으나, 1차 계대배양에서 획득된 토착 미생물 배양체를 쿠웨이트원유오염 토양에 주입한 결과, 초기 토양 내 TPH 농도 (15,307mg/kg-soil)가 14일 후 5,841mg/kg-soil로 낮아져서 초기 TPH의 60%가 저감 되었고, 2차 계대배양 결과, 초기 토양 내 TPH 농도의 73%(3,608mg/kg-soil)가 저감되었다(Fig. 2).

후속연구

이를 위한 체계적인 기술적 정립화를 위한 추가 연구가 필요하다. 본 연구에서 획득된 미생물 배양체를 활용하면 자연 저감으로 분해가 되지 않고 잔류해 왔던 난분해성 원유오염의생물학적 정화가 가능해질 것으로 기대한다.
생물학 적정화의 목표가 되는 오염토양 자체를 선택적 계대배양에 활용하는 접근 방식은 선별적 미생물 제재 확보 단계에서 현장 조건을 반영하는 특성으로 인해서 현장 맞춤형 미생물 제재 확보하는 방법으로 자리매김이 가능하다. 이를 위한 체계적인 기술적 정립화를 위한 추가 연구가 필요하다. 본 연구에서 획득된 미생물 배양체를 활용하면 자연 저감으로 분해가 되지 않고 잔류해 왔던 난분해성 원유오염의생물학적 정화가 가능해질 것으로 기대한다.
정화 대상 현장의 유류오염토양 내 잔류하는 난분해성 유류오염 물질과 토양 자체를 사용한 계대배양 방법의 과학적 근거에 대한 추가적 연구는 더 필요하다. 그럼에도불구하고, 생물학적 정화 대상의 현장 토양오염 특성을 유지한 조건에서 수행된 실험실 규모의 선택적 계대배양을 통해서 획득된 토착 미생물 배양체는 쿠웨이트 원유오염 토양 조건에서 잔류 난분해성 유류오염물질 분해에 적용할 수 있는 가능성을 보이었다.

참고문헌 (23)

Al-Awadhi, N., Al-Daher, R., EINawawy, A., and Salba, M.T., 1996, Bioremediation of oil-contaminated soil in Kuwait. I. landfarming to remediate oil-contaminated soil, Soil and Sediment Contamination, 5(3), 243-260.
Ali, N., Dashti, N., Khanafer, M., Al-Awadhi, H., Radwan, S., 2020, Bioremediation of soils saturated with spilled crude oil, Scientific reports, 10(1), 1-9.

상세보기
Alshemmari, H., 2021, An overview of persistent organic pollutants along the coastal environment of Kuwait, Open Chemistry, 19(1), 149-156.

상세보기
Andreolli, M., Lampis, S., Poli, M., Gullner, G., Biro, B., and Vallini, G., 2013, Endophytic Burkholderia fungorum DBT1 can improve phytoremediation efficiency of polycyclic aromatic hydrocarbons, Chemosphere, 92(6), 688-694.

상세보기
Ashraf, M.A., 2017, Persistent organic pollutants (POPs): a global issue, a global challenge, Environmental Science and Pollution Research, 24, 4223-4227.

상세보기
Carmichael, A.B. and Wong, L.L., 2001, Protein engineering of Bacillus megaterium CYP102: the oxidation of polycyclic aromatic hydrocarbons, European Journal of Biochemistry, 268 (10), 3117-3125.

상세보기
Choi, M., Chaudhary, R., Lee, M., Kim, J., Cho, K., Chung, Y.C., Bae, H., and Park, J., 2020, Enhanced selective enrichment of partial nitritation and anammox bacteria in a novel twostage continuous flow system using flat-type poly (vinylalcohol) cryogel films, Bioresource Technology, 300, 122546.

상세보기
Dineen, S.M., Aranda IV, R., Anders, D.L., and Robertson, J.M., 2010, An evaluation of commercial DNA extraction kits for the isolation of bacterial spore DNA from soil, Journal of Applied Microbiology, 109(6), 1886-1896.

상세보기
Ejoh, O.E., Adenipekun, C.O., and Ogunjobi, A.A., 2012, Effect of Pleurotus tuber-regium Singer and microorganisms on degradation of soil contaminated with spent cutting fluid, New York Science Journal, 5(10), 121-128.
Eto, D., Watanabe, K., Saeki, H., Oinuma, K.I., Otani, K.I., Nobukuni, M., Takano, H.S., Takano, H., Beppu, T., Ueda, K., 2013, Divergent effects of desferrioxamine on bacterial growth and characteristics, The Journal of Antibiotics, 66(4), 199-203.

상세보기
Guo-Liang, Z., Yue-ting, W.U., Xin-ping, Q., and Qin, M., 2005, Biodegradation of crude oil by Pseudomonas aeruginosa in the presence of rhamnolipids, Journal of Zhejiang University Science B, 6(8), 725-730.

상세보기
Haritash, A.K. and Kaushik, C.P., 2009, Biodegradation aspects of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs): a review, Journal of Hazardous Materials, 169(1-3), 1-15.

상세보기
Hamzah, A., Rabu, A., Azmy, R.F.H.R., and Yussoff, N.A., 2010, Isolation and characterization of bacteria degrading Sumandak and South Angsi oils, Sains Malaysiana, 39(2), 161-168.
Herlemann, D.P., Labrenz, M., Jurgens, K., Bertilsson, S., Waniek, J.J., and Andersson, A.F., 2011, Transitions in bacterial communities along the 2000 km salinity gradient of the Baltic Sea, The ISME Journal, 5(10), 1571-1579.

상세보기
Izmalkova, T.Y., Gafarov, A.B., Sazonova, O.I., Sokolov, S.L., Kosheleva, I.A., and Boronin, A.M., 2018, Diversity of oildegrading microorganisms in the Gulf of Finland (Baltic Sea) in spring and in summer, Microbiology, 87(2), 261-271.

상세보기
JALILZADEH, Y.R., Sekhavatjou, M.S., Maktabi, P., ARBAB, S.N., Khadivi, S., Pourjafarian, V., 2014, The biodegradation of crude oil by Bacillus subtilis isolated from contaminated soil in hot weather areas, International Journal of Environmental Research, 8(2), 509-514.

상세보기
Kavynifard, A., Ebrahimipour, G., and Ghasempour, A., 2016, Optimization of crude oil degradation by Dietzia cinnamea KA1, capable of biosurfactant production, Journal of Basic Microbiology, 56(5), 566-575.

상세보기
Lee, J., Lee, T.K., Loffler, F.E., and Park, J., 2011, Characterization of microbial community structure and population dynamics of tetrachloroethene-dechlorinating tidal mudflat communities, Biodegradation, 22(4), 687-698.

상세보기
Lu, X., Zhang, T., Fang, H.H.P., Leung, K.M., and Zhang, G., 2011, Biodegradation of naphthalene by enriched marine denitrifying bacteria, International Biodeterioration and Biodegradation, 65(1), 204-211.

상세보기
Okoh, A., Ajisebutu, S., Babalola, G., and Trejo-Hernandez, M., 2001, Potential of Burkholderia cepacia RQ1 in the biodegradation of heavy crude oil, International Microbiology, 4(2), 83-87.

상세보기
Radwan, S., 2008, Microbiology of Oil-Contaminated Desert Soils and Coastal Areas in the Arabian Gulf Region. Dion, P., and Nautiyal, C. S.,(ed.), Microbiology of Extreme Soils, Springer, Germany, p.275-298
Raymond, J.W., Rogers, T.N., Shonnard, D.R., Kline, A.A., 2001, A review of structure-based biodegradation estimation methods, Journal of Hazardous Materials, 84(2-3), 189-215.

상세보기
Wang, W., Wang, L., and Shao, Z., 2010, Diversity and abundance of oil-degrading bacteria and alkane hydroxylase (alkB) genes in the subtropical seawater of Xiamen Island, Microbial Ecology, 60(2), 429-439.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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