Abstract
Photobacterium phosphoreum was used in order to study response to heavy metal including $HgCl_2$, $CdCl_2$, $MnSO_4$ and $ZnSO_4$ in view of developing monitoring system for toxic substances. The concentrations of heavy metal causing 50% reduction($EC_{50}$) in bioluminescence intensity were determined with both free and immobilized P. phosphoreum. The bioluminescence responses were examined at various concentrations of heavy metal after 10, 20 and 30 min of exposure. The linear correlation between Gamma values and concentrations of heavy metal was obtained and $EC_{50}$ was calculated from the linear correlation. The significant inhibitory concentrations for bioluminescence emission were found to be 0.05mg/L for $HgCl_2$, 25mg/L for $CdCl_2$, 50mg/L for $MnSO_4$ and 12.5mg/L for $ZnSO_4$, respectively. The free cell and disc type were shown to be more sensitive to heavy metal than cells mixed with Na-alginate or immobilized on Sr-alginate. However, the linear regression curves were derived from the Sr-alginate immobilized cells indicating the immobilization method is a useful tool for monitoring of heavy metal under more stable condition of bioluminescence.
P. phosphoreum을 이용하여 연속 모니터링 시스템을 개발하고자 free cell과 고정화 세포의 중금속 물질에 대한 반응을 일차로 조사하였다. 고정화 물질로는 절차가 비교적 간단하고 bioluminescence 투과성에 영향을 주지 않는 sodium algmate를 사용하였다. Alginate는 발광미생물의 빛 발생 대사를 저해하지 않을 뿐만 아니라 bioluminescence의 투과성이 탁월하였다. 중금속 물질 중에서 $HgCl_2$, $CdCl_2$, $MnSO_4$, $ZnSO_4$를 선택하여 free cell과 alginate 혼합 세포 및 strontium alginate에 고정화한 세포에 노출시켜 반응을 조사하였으며, 또한 독성 및 strontium alginate에 고정화한 gel을 disc type으로 제조하여 중금속 물질에 대한 bioluminescence의 변화를 조사하였다. Free cell과 disc type의 세포가 alginate 혼합세포 및 strontium alginate로 고정화한 세포에 비해서 비교적 민감한 반응을 보였으며 중금속 물질의 농도에 대하여 bioluminescence intensity의 감소율이 비례하여 나타났다. 특히, 고정화 세포인경우 free cell 보다 중금속의 mass transfer에 미치는 영향 때문에 민감성은 떨어지지만 모두 linear regression curve를 나타내었다. Disc type의 경우 alginate에 혼합한 세포와 strontium alginate로 고정화한 세포보다 민감한 반응을 보인 것은 중금속에 노출된 면적이 넓기 때문으로 사료된다. 독성물질에 대한 반응분석을 위하여 Gamma value로부터 $EC_{50}$을 계산하였으며 이를 이용하여 각 중금속 물질의 농도와 P. phosphoreum의 bioluminescence intensity와의 상관관계 및 각 중금속 물질의 독성정도를 산출하였다. $EC_{50}$값을 이용하여 독성정도를 볼 때 4가지 type 모두 $HgCl_2$가 가장 독성이 강한 것으로 나타났다. 본 연구결과를 종합해 볼때 P. phosphoreum을 고정화 할 경우 bioluminescence에 거의 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 bioluminescence의 안정성에도 기여하기 때문에 모니터링 시스템에 적용할 수 있다. 특히 disc type의 고정화 제재는 free cell과 동등한 민감도를 나타내었기 때문에 빛 안정성을 유지하면서 수질 모니터링을 위한 bioluminescence제재로 이용이 가능하다.
