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미생물이야기 목재부후균에 의한 dioxin의 bioremediation
2013-08-14 12:30:49
이엠생명과학연구원

근년 다이옥신에 의한 환경오염이 문제가 되고 있다. 유기염소화합물의 일종인 다이옥신은 2개의 벤젠환이 두 개의 산소에 의해 연결된 골격구조를 갖는 화합물( dibenzo-p-dioxin)의 총칭으로 이 골격에 염소가 치환하는 방법에 따라 이론적으로 75종의 이성체가 존재한다. 다이옥신은 일반적으로 독성이 높고 화학적으로 안정하며 분해되기 어려울 뿐만 아니라 지용성이 높은 이유로 생체조직 중에 축적되기 쉬운 것으로 알려져 있다. 그러나, 지용성이 높은 이유로 생체조직 중에 축적되기 쉬운 것으로 알려져 있다. 그러나, 그 독성은 염소의 치환위치와 치환된 염소수에 의해 크게 변화하며 독성이 매우 약한 다이옥신도 존재한다. 다이옥신 중에서도 2,3,7,8-tetrachloro-p-dioxin (2,3,7,8-TCDD)는 가장 독성이 높다. 최근에는 도시쓰레기 소각로로부터의 다이옥신 발생이 문제가 되고 있으며 1990년에 일본의 제지배수 주에 다이옥신이 극미량 검출되었다는 사실이 보고되어 한때 문제가 되었다. 그러나 그 후 세계적으로 표백공정에서의 다이옥신의 발생 메카니즘과 함께 그 방지법이 검토되어 펄프표백법의 개선과 배수처리의 고도화 등에 의해 현재는 다이옥신의 문제는 거의 없다고 일컬어지고 있다.

  최근 생물을 이용하여 환경정화를 하고자 하는 생각인 bioremediation에 대한 연구도 활발히 행해지게 되었다. 미생물에 의해 환경오염물질에 의해 환경오염물질을 분해, 내지는 무독화 하는 것이 가능하다면 지구환경의 보존이라는 관점으로부터 볼 때 유익하다고 생각되어질 뿐만 아니라 환경오염물질의 제거법에 대한 고찰에 일조할 것으로 생각된다. 다이옥신의 분해에 대해서도 토양 중에서의 분해나 미생물분해 및 Pseudomonas속 균에 의한 분해 등이 보고되어 있다. 또한 광조사에 의한 2,3,7,8-TCDD의 분해(거의 완전히 분해됨)도 보고되어있다. 일반적으로 미새물에 의한 분해에는 장시간을 요할 뿐 아니라 분해율도 높지 않다. 그러나 Valli 등은 Phanerochaete chrysosporium((목재부후균의 일종)에 의해 2,7-dichlorodibenzo-p-dioxin(2,7-DCDD)가 50% 분해(25μmol 농도에서 27일간 배양)가능하다는 것을 보고함과 동시에 리그닌 분해에 관여하는 효소, lignin peroxidase(LiP) 및 망간 peroxidase(MnP)가 2,7-DCDD의 분해에 관여하고 있다는 사실을 나타냈다. 이와 같은 사실은 LiP와 MnP 등의 리그닌 분해에 관여하는 효소를 생산할 수 있는 목재부후균 또는 천연에서 스크리닝한 균에 의해 다이옥신이 분해 가능하다는 것을 시사하고 있다. Glenn과 Gold는 lignin분해에 관여하는 효소에 의해 수중의 색소의 polymer가 탈색되는 것을 보고하였다. 또한 Ulmer 등은 P. chrysosporium 배양시에 소량의 보리짚의 dioxan lignin을 참가하면 색소, Remazol brilliant blue R의 탈색이 여섯 배 촉진된다는 사실을 보고하고 있다. 이와 같은 사실은 Remazol brilliant blue R을 이용하면 lignin 분해에 관여하는 효소의 생산이 가능한 균, 즉 dioxin 분해가 가능한 균을 스크리닝할 수 있다는 사실을 나타낸다. 이러한 사실로부터 본연구에서는 색소 Remazol brilliant blue R을 탈색시킬 수 있는 균을 스크리닝하고자 하였으며 현재 다음과 같은 과정 중에 있다.

 

 

 색소 Remazol brilliant blue R을 탈색하는 균주의 스크리닝

  우선 유전공학연구소에서 분양받은 담자균류에 대하여 스크리닝을 od하고자 총 48종의 균주를 확보하였으며 현재 이들을 적절한 배지 조건에서 배양중에 있다.

 

  2,7-DCDD의 합성

1) 2-bromo-4-chlorophenol의 postasium염의 제조

2-bromo-4-chlorophenol(5.19 g)에 1N MeOH성 KOH(29.5 ml)를 가하여 용액으로 한 후 2 시간 방치하였다. 그 후 감압 농축하여 얻은 농축물에 benzene(2.5 ml), 핵산(5 ml)를 가했다. 상층을 제거한 후 감압건조하여 2-bromo-4-chlorophenol에 potasium염(6.14 g)을 얻었다.

2) 황산동으로부터 동촉매의 제조

  황산동(오수염 73 g)을 280 ml의 증류수에 녹인 용액에 질소를 불어넣으면서 교반하에 아연분말(23.0 g)을 0.5 g씩 가한다. 혼합물을 70℃로 가온한 후 흡인여과 하였다. 잔사를 5%황산으로 세정후 증류수로 중성까지 세정하여 동촉매 15.84 g을 얻어다. 제조한 촉매는 사용 전 까지 냉장고에 보존하였다.

3) 2,7-DCDD의 합성

  2-bromo-4-chlorophenol의 potasium 염(3.66 g)에 bis(2ethoxyethyl)ether(5 ml)와 ethylene diacetate(0.05 ml) 및 동촉매 20 mg을 가하여 200℃dpj 15시간 가열 환류하였다. 냉각 후 생성물을 클로로포름으로 추출하였다. 클로로포름 추출액을 1N NaOH 수용액으로 추출하여 알칼리 가용부를 제거한 후 망초로 건조하였다. 그 후 감압농축하여 반응생성물 4.45 g을 얻었다. 이 생성물을 170℃, 25 mmHg 하에서 3시간 승화하여 백색결정 3.18 g을 얻었다. 이 결정을 메탄올에서 재결정화하여 m.p 209-211℃의 2,7-DCDD(백색결정 2.95 g)을 얻었다.




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