[환경공학-토양미생물]유전자 재조합 균주를 이용한 m-toluate 반정량화에 대한 연구

소개

본 연구에서는 유전자 재조합 발광 균주를 이용하여 특정 화합물로 오염된 토양을 신속히 관리할 수 있는 방법을 임의 오염된 토양에 적용하였다. 재조합된 Pseudomonas putida mt-2 KG1206 (이하 KG1206) 발광균주는 TOL-plasmid의 lower operon promoter인 Pm과 lux-gene이 재조합된 Pm-lux reporter 플라즈미드와 TOL-plasmid를 보유하고 있으며, 톨루엔 계열 화합물 (parent compounds) 뿐 만 아니라, 이러한 화합물의 분해산물인 m-toluate 혹은 benzoate 등에 노출시 발광을 생성하는 특성을 보유하고 있다 (Kong et al., 2004). 주요 연구 내용으로는 (1) 발광 균주 특성, 토양 함유물이 미치는 영향 등의 기초 조사와 함께, 토양에 임의 오염된 m-toluate를 발광균주로 신속히 추정할 수 방법 (protocol) 을 정립하였고, (2) 정립된 방법으로 토양에 오염된 m-toluate를 발광에 근거하여 추정하고, 추정치를 실제값 (기기분석) 과 비교하였다.

목차

1. 서 론 7

2. 이론적 배경 10
2.1. 토양 오염 10
2.1.1. 서론 10
2.1.2. 국내의 토양오염 관리 실태 및 문제점 11
2.2. 오염토양에서의 다양한 복원노력 12
2.3. 환경 친화적 처리 13
2.3.1. 환경친화적 처리방법의 장점 14
2.3.2. 오염토양 복원기술 평가 및 선정 15
2.3.3. 환경 친화적 처리의 선결 조건 16
2.3.4. 환경친화적 처리에 있어서 합리적인 정화수준의 결정 17
2.4. Bioremediation 18
2.4.1. Bioremediation의 적용 사례 19
2.5. 토양오염 모니터링 방법 21
2.5.1. Bioassay를 이용한 토양 오염 독성 측정 22
2.5.2 미생물 이용 토양 오염 측정 바이오센서 22
2.5.3 발광현상 및 발광반응 24
2.5.3.1. 세균의 발광 25
2.5.3.2. 발광현상을 이용한 환경기술 25
2.6. pseudomonas putida mt-2 26

3. 실험 재료 및 방법 27
3.1. 발광 균주 활성 조사 27
3.1.1. 발광 균주 KG1206 배양조건 28
3.1.2. 발광균주 활성 특성 조사 29
3.2. 오염토양에 대한 발광균주 적용 가능성 조사 31
3.2.1. 다양한 일반 용매 토양 추출물 비교 31
3.2.2. 에탄올 토양 추출물 이용 32
3.2.3. 토양 오염원 발광균주 직접 노출 후 검출 34
3.3. 발광에 근거한 오염원(m-toluate) 반정량화 35
3.3.1. 발광에 근거한 검량선 작성 35
3.3.2. 발광 검량선 이용 가능성 36
3.3.3. pot 실험을 통한 오염물질의 반정량화 37
3.4. 오염원 시료에 대한 발광균주 적용 38
3.4.1. 오염 수시료에 대한 적용 38

4. 결과 및 고찰 40
4.1. KG1206의 발광활성 특성 40
4.1.1. 초기 농도및 배양시간에 따른 발광특성 41
4.1.2. 균주 농도및 pH에 따른 발광활성특성 43
4.1.3. 단일 오염원 영향 46
4.2. 오염토양에 대한 발광균주 적용 가능성 47
4.2.1. 다양한 일반용매 토양추출물 비교 47
4.2.2. 에탄올 토양 추출물 이용 48
4.2.3. 토양 오염원 발광균주 직접 노출 후 검출 49
4.3. 발광에 근거한 오염원 (m-toluate) 반정량화 51
4.3.1. 발광활성을 이용한 표준 검량선 작성 51
4.3.2. pot실험을 통한 오염물질의 반정량화 53
4.4. 오염시료에 대한 KG1206 적용 56
4.4.1. 오염 수시료에 대한 적용 56

5. 결론 58

6. 참고 문헌 59

본문내용

인간의 산업 활동에 따라 다양한 화학물질들이 새로 만들어져 사용되고 있고, 이에 따른 환경오염도 심각해지고 있다. 현재 전 세계적으로 약 7백만종의 화학물질이 있으며, 이중 현재 사용되고 있는 물질이 70,000종 정도이며 매해 1,000가지 이상의 화학물질이 새로 사용되고 있다고 한다 (Pohl et al., 1997).
산업화 및 생활수준의 향상은 화석연료 및 합성화합물질 (유기용매, 농약 등) 사용 증가를 유발하며, 이러한 결과로 배출되는 오염원들은 생태계의 불균형을 유발한다. 다양한 유발 오염원들 중에서 자동차, 저유소, 인쇄․잉크시설, 주유소 등에서 주로 배출되는 휘발성 유기화합물들은 발생량 및 위해도 관점에서 주요 대상 물질 그룹 화합물중의 하나이며 이들의 오염량도 상당량 인 것으로 알려져 있다 (신창섭 외, 2001).
이런 화학물질 중 많은 수는 생물체에 노출 시 대사작용을 억제한다거나, 유전자 변형을 일으키는 등 생물체에 대한 독성을 나타내고 있으며 심한 경우 생물체를 죽음에 몰아넣기도 한다. 따라서 이런 화학물질들이 생물체에 미치는 독성 효과에 대한 연구가 꾸준히 이루어져왔다 (Sauvant et al., 1997). 그러나 실제 환경에서는 생물체들이 하나의 화학물질에 노출되기 보다는 혼합되어 있는 여러 화학물질에 노출될 가능성이 보다 높으며, 화학 물질들이 혼합되어 있을 경우 그 독성 효과는 단일 화학물질이 보이는 독성 효과와는 상당히 달라진다 (Puhl et al., 1997).
이 중에서 톨루엔은 벤젠의 수소 원자 1개가 메틸기 (CH3-) 로 치환된 화합물로 알킬화 반응에 의해서 얻어진다. 이것들은 핵치환과 측쇄치환을 통해서 염화벤질, 오르토메타 파라-벤질로 치환체의 종류 총 4개가 생성된다. 이들은 무색의 용매나 액체로 폴리우레탄, 플라스틱 등의 합성공업제품의 원료가 된다. 그러나 이들은 반응성이 크고, 잔류성을 가지고 있으며, 분해하는데 오랜 시간이 걸리는 오염물질이다 (부산광역시 환경시설관리공단, 1999).
이들은 대기와 수질 및 대기에 오랜 기간 동안 잔류함으로 제2차 오염을 유발하게 되고 발암성과 유전독성 등의 인체에 간접 직접적으로 위해를 주게 된다. 국내에서도 저장 탱크로부터의 누수 및 다양한 산업체와 자동차 증가에 따라 토양 및 지하수 오염 문제가 점점 대두되고 있으며, 현재 전국적으로 1만여 개가 넘는 주유소가 운영되고 있는데, 특히 대도시 지역에 밀집된 주유소의 유류 저장 탱크는 인근 토양을 오염시키는 중요한 원인자가 될 것으로 파악되고 있다.
일례로 토양 오염물질 저장 탱크의 관리 방법을 조사한 바에 의하면 국내 지하 저장 탱크 중 25%가 누출되고 있다고 알려져 있다. 또한 PHC의 지용성 특성 때문에 자연환경에 노출된 PHC는 토양의 유기물이나 퇴적토 (sediment) 에 흡착성이 강하고 또한 물고기나 수중 생물 내에 축적될 수 있으며 지하수나 불포화대 (unsaturated zone) 에 오염된 경우에는 탐지및 감시 (monitoring) 가 용이하지 않다. 미국의 경우도 유류 저장 탱크로부터 PHC 계통 물질의 누출로 인한 불포화대와 포화대 지하수 오염사례가 증가하고 있으며 그 오염원이 드러나지 않는 지하 환경에 존재함으로 처리 및 관리에 많은 문제점이 있다고 지적된 바 있다 (공인철, 2001).

참고자료

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