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미생물이야기 폐수처리장에서 금속제거 시 미생물의 역할
2013-08-14 12:31:22
이엠생명과학연구원

폐수처리장에서 금속제거 시 미생물의 역할

 

1) 폐수미생물에 의한 금속제거

세포외 중합체: 산성 다당류의 카르복실기 → 금속과 큰 친화력

siderophore: 금속의 chelation → 세포 내 축적

균사체: 생물 흡착제로 작용

 

2) 미생물에 의한 금속제거 기작

1. 세포표면 흡착: 금속이온 (양전하) + 미생물 표면 (음전하) → 상호작용

그람양성세균, 진균, 조류 ~ 중금속과 높은 친화력

Langmuir, Freundrich 등온선 (isotherm)에 적합

Langmuir Equation →

Smax = 최대흡착능 (㎍/g)k = Langmuir 상수 (㎖/㎍)

S = 흡착량 (㎍/g)C = 용액 내 농도 (㎍/㎖)

Freundlich Equation →

 

2. 복합체 형성 (complexation)

유기산 분비 ~ 금속의 킬레이트화 (금속-유기분자 복합체 형성 → 금속 용해, 용출 촉진)

세포 내 다당류, 중합체의 carboxyl group ~ complex 형성, 생물흡착

 

3. 침전 (precipitation)

암모니아, 유기염기, 황화수소 → 금속의 수산화물, 황화물 형성 → 침전

 

4. 휘발화 (volatilization)

휘발성 형태로 전화 (Hg2+ → dimethylmercury)

 

5. 금속의 세포 내 축적

 

6. 금속 제거를 위한 재조합 세균의 이용

genetic engineering ~ metal transport systems, metallothioneins

 

폐수처리에서 재조합 DNA기술의 적용 가능성

GEM(genetically modified microorganism): 환경 유출 시 문제 → 응용 제한점으로 작용

사용: 인공화합물의 분해능 증가, 병원균의 감지

1) 재조합 DNA 기술의 방법

 

1. 핵산 탐침 (nucleic acid probe)

방사선/형광 표식 유전자 (ssDNA, rRNA) + 시료 (DNA denature) → 탐색

응용: 병원균 검출, GEM 추적

 

2. 중합효소연쇄반응 (PCR)

 

생체 밖에서 표적 DNA를 증폭하는 기술

단계: DNA 변성 → primer 결합 → primer 확장 및 증폭

적용 사례: 특정 세균 감지, GEM 감시, 지표/병원성 미생물 감지

개선책: 방해물질 (humic acid, fulvic acid, beef extract 등) 제거

 

2) 폐수처리에 재조합 DNA 기술의 적용 가능성

 

GEM의 응용: 생체량 생산, 난분해성 물질 분해, 독성물 제거, 발효, 효소활성 증가, 내성 증가

 

재조합 DNA 기술사용 단계

1. 원하는 기능을 지닌 미생물 확보

2. 유전자 이식 숙주에서의 기능 전사

 

DNA 기술의 제한점

1. 다단계 분해경로 → 완전 무기화의 어려움

2. 일부 화합물만 분해

3. 분해경로의 정보 부족

4. 기질농도: 저농도, 고농도

5. 기질의 bioavailability

6. GEM의 자연환경에서의 적응력, 경쟁

7. 자연환경에서의 우려

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