Toluene을 1차 성장기질로 이용한 공동대사에서 non-aromatic compound에 의한 TCE 분해 효율 증진

Abstract

TCE를 비롯한 많은 지방족 할로겐화합물 (halogenated aliphatic compounds)는 강력한 난분해성 물질로서 일반적인 metabolism 이 아닌 co-metabolism 이라는 독특한 mechanism에 의해 분해가 이루어진다. co- methanolism이란 미생물의 생육을 부양하는 기질이 존재 할 때, 다른 기질의 분해를 유도하는 효소가 합성되어 이 기질이 분해되는 것을 의미한다. 본 논문에서는 toluene 2-monooxygenase를 발현하는 Burkholderia cepacia G4와 toluene dioxygenase를 발현하는 Pseudomonas putida를 이용하여 non-aromatic compound가 toluene 산화 박테리아의 TCE 분해에 미치는 특성을 평가하였다. 추가적인 탄소원으로써 non-aromatic compound인 acetate, glucose ethanol 주입 시 주입 농도에 비례하여 B. cepacia G4와 P. putida에서 모두 TCE 분해 효율 및 TCE 분해속도가 증가하였으며, 특히 ethanol 주입 시에는 주입 농도에 상관없이 모든 TCE 분해에 있어서 고효율을 보였다. 추가적인 탄소원의 영향으로 toluene을 단독 탄소원으로 이용시 보다 높은 biomass를 얻을 수 있었고, 이는 TCE 자체 독성 및 TCE 산화 반응에서 생성되는 중간 생성물에 의한 독성의 영향을 완충해주는 역할을 해준 것으로 판단된다. 또한 non-aromatic compound, Toluene, TCE 세가지 물질의 공존 시 Toluene 분해 이전에 TCE가 분해되지 않았다. 이는 acetate, glucose, ethanol 와 같은 non-aromatic compound는 B. cepacia G4, P. putida의 inducer로 사용되지 못한다는 것을 보여준 결과이다. 또한 대체 탄소/에너지원으로 non-aromatic compound를 사용함으로써 co-metabolism에서 growth substrate로 사용되는 toluene의 양(10mg/L)을 최소화 하여 non-growth substrate인 TCE 와의 경쟁적인 저해에 의한 TCE 분해 속도 감소를 최소화시키는 동시에 non-aromatic compound 분해 시 TCE 공동대사 과정에서 사용은 되지만 재생되지 않는 NADH의 추가적인 공급을 통해 TCE 분해 효율 향상 시킨 것으로 판단된다.; The present study investigated TCE degradation through aerobic microorganism, named Burkholderia cepacia G4, and pseudomonas putida by toluene with acetate, glucose, and ethanol. Burkholderia cepacia G4 and pseudomonas putida degrades TCE by cometabolism. Toluene 2-monooxygenase from Burkholderia cepacia G4 and toluene dioxygenase from pseudomonas putida degrades TCE as secondary substrate by using Primary substrate(Toluene) in co-metabolism. This study identified adding acetate, glucose, ethanol with toluene could enhance TCE degradation efficiency. It is indicated the celluar content of toluene 2-monooxygenase, toluene dioxygenase increased through biomass growth which is occurred by additional non-aromatic compound. In addition, produced NADH by alternative substrates like as acetate, glucose, ethanol improves TCE degradation efficiency during cometabolism.