The Cadmium Biosorption Mechanism in Gram Negative Bacteria, Serratia marcescens

Gram 음성 세균인 Serratia marcescens에 의한 카드뮴 흡착 기작

Serratia marcescens, an enterobacterium of gram-negative bacteria, is characterized by resistance of the admium. Cadmium sensitive PM strain did not grow in the medium at cadmium concentration of 50 ppm. PA strain was induced to accommodate to cadmium by cultivating the mother strain (PC strain) in the medium with 50 ppm cadmium. As compared with PC and PM strains, PA strain revealed the excellent growth in cadmium media and accumulated four to five times higher cadmium concentration in cell than other strains. PA strain accumulated 23% of cadmium in cells when cultured in medium treated with 100 ppm cadmium and this cadmium was more accumulated in cytosol fractions than membrane fractions. Analysis by TEM indicated that cadmium was concentrated as a form of granule in cytosol. In protein patterns of cell after the treatment of cadmium, two inducible proteins (28 KDa and 64 KDa) and one reducible protein (45 KDa) were detected by SDS-PAGE. By Atomic Absorption Spectrophotometer, the amounts of cadmium attached to inducible proteins of 28 KDa and 64 KDa were 318.28 ㎍ and 325.37 ㎍ per gram of protein, respectively. It is assumed that these inducible proteins play an important role in the mechanism of cadmium accumulation in cells. A plasmid of 23Kbp was found in S. marcescens. The ability of resistance to cadmium in plasmid was confirmed by curing experiments.

중금속에 대한 내성을 나타낸 Serratia marcescens를 이용하여 카드뮴 흡착 기작에 관하여 조사하였다. 먼저 카드뮴에 대하여 민감성을 나타내는 돌연변이 균주인 PM을 개발하였으며 PM균주는 50ppm 이상의 카드뮴 농도에서 성장하지 못하였다. 카드뮴을 50ppm 처리한 균주에서 10회 이상 계대 배양하여 카드뮴에 적응을 유도한 PA균주는 PC, PM균주에 비해 성장 속도가 증가하였으며 세포 내 카드뮴 축적량도 4∼5배 증가하였다. PA균주는 100 ppm 카드뮴 처리군에서 처리량 중 23%를 세포내에 축적하였으며 세포막 부위보다 세포질 부위에 더욱 많은 카드뮴을 축적하였다. 카드뮴 처리시, 전 세포 단백질 양상에서 28 KDa과 64 KDa의 2개의 유도 단백질과 45 KDa의 감소 유도 단백질을 확인하였으며 원자 흡광 분석을 통하여 각각의 유도 단백질에 결합된 카드뮴 양은 단백질 1 g당 318.25 ㎍, 325.37 ㎍이 검출되었다. 세포내에 축적된 카드뮴을 전자현미경을 이용하여 카드뮴 결합 물질을 확인한 결과, 세포질의 단백질 분획에서 28 KDa크기의 유도 단백질이 카드뮴과 흡착한 것으로 나타났다. 카드뮴 흡착에 대한 DNA조사 결과 20 Kb 크기의 plasmid가 존재하였으며, curing agent로 plasmid를 제거한 결과 카드뮴 내성을 상실하여 본 분리 균주의 카드뮴 내성 유전자는 plasmid상에 위치하는 것으로 확인하였다.