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커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 1352(2022) 이 기사 인용

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산업 폐수 배출, 농업 생산, 해상 운송, 석유 추출 및 기타 활동으로 인해 미세 플라스틱, 석유 및 그 제품, 중금속, 살충제 및 기타 유기물을 포함한 심각한 해양 오염이 발생했습니다. 해양 오염의 생물학적 정화 효율성은 높은 염분 농도(>1%, w/v)로 인해 제한될 수 있으며, 이로 인해 미생물 활동이 명백히 손실될 수 있습니다. 본 연구에서는 염 스트레스를 검열하는 기능성 프로모터 P1, P2-1 및 P2-2를 Vibrio natriegens 균주 Vmax로부터 분리하고 동정했습니다. 해양 균주 Vmax를 사용하여 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 클로르피리포스(CP) 및 헥사브로모사이클로도데칸(HBCD)을 분해하기 위해 세 가지 염 유도 분해 모델이 구축되었습니다. 조작된 균주는 각각 8일에 15mg/L PET, 24시간에 50mg/L CP, 4시간에 1mg/L HBCD의 분해 속도로 해당 기질의 분해에 효율적입니다. 또한 키틴 결합 단백질 GbpA를 발현함으로써 조작된 균주의 재활용 및 재사용을 위한 고정화 전략이 실현되었습니다. 이 연구는 해양 오염을 효율적으로 분해하기 위해 V. natriegens Vmax와 같이 빠르게 성장하는 해양 박테리아의 사용에 대한 답을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

산업과 농업의 급속한 발전으로 인해 심각한 해양 환경 오염은 특히 개발도상국에서 경제 및 사회 발전에 있어 중요한 문제가 되었습니다1. 중금속, 석유, 잔류성 유기 오염물질(POP), 잔해, 방사성 핵종을 포함한 해양 오염은 살아있는 유기체와 자원에 직간접적으로 해로울 수 있습니다2. 플라스틱 오염은 지난 50년 동안 증가했으며 해양 플라스틱의 추정 함량은 250,000톤이 넘습니다3. 해양 녹조류 표면의 미세플라스틱 입자를 흡착하는 기술, 멤브레인 기술을 이용한 미세플라스틱 여과, 멤브레인 생물반응기와 결합하는 등 흡착과 여과를 이용한 미세플라스틱 제거 기술이 구축되어 제거효율이 97.2%4에 이른다. 맹그로브 퇴적물에서 분리된 두 가지 유형의 바실러스(Bacillus) 균주는 서로 다른 미세 플라스틱을 분해하는 것으로 밝혀졌으며 그 감소량은 하루 0.0019mg에 불과했습니다5.

그러나 해양수에서 미세플라스틱 분해에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았으며, 염도 범위가 3.3~3.7%인 해양 조건에서는 제한된 수의 박테리아만이 오염물질을 분해할 수 있습니다.

내염성 박테리아는 호환 가능한 용질(수용성 당 또는 당 알코올, 기타 알코올, 아미노산 또는 그 유도체), 엑토인, 트레할로스 및 글리신 베타인 등과 같은 다양한 유기 삼투성 용질(OOS)을 고농도로 축적할 수 있습니다6 ,7,8,9,10. 이러한 OOS는 외부 환경과 세포질의 삼투압 균형을 유지하여 세포의 정상적인 생물학적 활동을 유지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 많은 해양 유기체는 약간의 호염성 물질입니다(해수에 3% w/v NaCl 함유).

해양 환경에서 분리된 V. natriegens 균주 Vmax는 생성 시간이 10분 미만이며 최적 농도 2~3%(w/v)11인 NaCl 없이는 자랄 수 없습니다. IPTG 또는 아라비노스 유도성 프로모터(각각 lacUV5 및 araBAD)의 제어 하에 T7 RNA 중합효소 유전자를 포함하는 카세트를 V. natriegens(ATCC 14048, V. natriegens Vmax의 원래 균주)의 큰 염색체에 삽입했습니다. T7 프로모터의 제어 하에 GFP 유전자를 함유한 발현 플라스미드가 도입되었을 때 강력한 GFP 발현이 검출되었습니다12. 그러나 특히 해양 환경에서 환경 오염 물질 분해를 위한 숙주로 V. natrigenns를 사용하는 것에 대한 보고는 거의 없습니다.

본 연구에서는 염분 스트레스 하에서 환경 오염 물질을 분해하기 위해 Vmax 균주를 사용했습니다. 첫째, 전사체 분석을 통해 Vmax 균주의 염 내성 메커니즘이 제안되었으며, 관련 염 유도 프로모터가 확인되고 특성화되었습니다. 그런 다음 확인된 프로모터를 기반으로 클로르피리포스(CP), 헥사브로모사이클로도데칸(HBCD) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 분해하기 위한 세 가지 모델을 구축했습니다. 조작된 균주에 사용되는 재활용은 비브리오 종에 특이적이고 해양 환경에 풍부한 키틴 물질에 결합하여 제어되었습니다.

Vmax-PETaseP122MHETase (PPM) > Vmax-TfcaP122LCC (TPL) > Vmax-LCCP122Tfca (LPT). The products BHET and MHET were detected with a maximum accumulation at 10 mg/L and 11 mg/L after 8 d in the MPP constructs (Fig. 4b). For the crude enzymes of the PPM constructs, BHET and MHET accumulated to 5.0 and 40 mg/L in the first 24 h, and decreased to 0 at 48 h, respectively (Fig. 4c). For the crude enzymes of the MPP constructs, BHET and MHET accumulated to 127 and 14 mg/L in the first 24 h and 60 h, respectively. For the crude enzymes of the LPT constructs, BHET and MHET accumulated to 105 mg/L and 48 mg/L in the first 24 h. For the crude enzymes of the TPL constructs, BHET accumulated to 128 mg/L in 120 h, while MHET accumulated to 76.5 mg/L by 24 h, and then decreased to 11 mg/L at 120 h. The activities for crude enzymes were stronger than activities of the whole cells, owing to the suitable temperature for enzymes. Changes in the surface morphology of PET membrane samples, treated by strains PPM, MPP, LPT, and TPL, were shown in Fig. 4d. Compared to untreated PET, varying degrees of fragmentation were detected for the treated samples. For the PET membrane degradation, the most obvious change was observed in the MPP samples, which matched to the accumulation of degrading products./p>1%, w/v) may cause a loss of microbial activity, limiting enzymatic activity. Strategies to overcome these problems include adapting bacteria to high salinity and using microorganisms with high salt tolerance. Limited information about the salt responding mechanism of V. natriegens has been reported, including its utility as a platform to degrade organic pollutants./p>