Abstract
The object of this work is to improve the maintenance of bioluminescence from stored Photobacterium phosphoreum in a view of developing continuous monitoring system for pollutants. The long-term experiments were performed to determine the effect of storage temperature and immobilization on the maintenance of bioluminescence and viability of P. phosphoreum. A naturally luminescent bacterium, P. phosphoreum was starved in 2.5% Nael solution at $20^{\circ}C$, $4^{\circ}C$, -$20^{\circ}C$ and -$70^{\circ}C$ for 30 days. In vivo luminescence was measured by luminometry, and total cell concentrations and concentrations of culturable and viable cells were determined by acridine orange staining, dilution plate counting, and direct viable counting, respectively. The bioluminescence emission from cells stored at 4De was maintained up to 10 days while those with starved cells at other temperature ranges decreased to background level within 3 days. In terms of viability of cells, concentrations of cells stored at $20^{\circ}C$ were rapidly decreased as a result of cell lysis, leading to a drop in culturable and viable counts while cells stored at $4^{\circ}C$ was shown viable but nonculturable state during starvation. With immobilized cells on strontium alginate, the bioluminescence showed higher maintenance than free cells and decreased with count number of nonculturable cells.
P. phosphoreum의 생존과 생체발광도는 온도에 의해 많은 영향을 받는다. 냉동 저장한 세포의 경우 glycerol의 보호 작용으로 세포농도와 생균수는 측정기간 동안 일정하게 유지된 반면 생체발광도는 glycerol 첨가 직후 급속히 감소하였으며, 저장 이후에도 감소된 생체발광도가 활성화되지 못하였다. 최적 생육온도인 $20^{\circ}C$의 경우 저장 초기 세포가 성장함에 따라 세포수의 증가를 보였으나 일정 시간 이후 세포 분해 현상으로 인하여 생균수 및 세포 집락수의 감소를 나타내었으며, 생체발광도는 저장 3일 이후 소멸되었다. 이와는 대조적으로 $4^{\circ}C$에 저장한 세포의 생체발광도는 저장 10일 동안 지속되어 가장 높은 생체발광 유지도를 나타내었으나 장기간 저온 저장으로 인하여 세포가 VBNC 상태에 돌입됨에 따라 총균수와 생균수는 일정한 반면 저장 10일 이후 세포 집락수의 급격한 감소를 나타내었으며, 저장 20일 이후 간균에서 구균으로 세포 형태상의 변화를 나타내었다. 이에 따라 세포 저장 시 접종원의 농도를 달리하여 VBNC 상태와 생체발광도의 관련성을 조사한 결과 VBNC 세포가 증가할수록 생체발광도의 감소를 나타내었다. 따라서 VBNC 세포를 감소시키기 위하여 세포를 고정화하여 저장한 결과 별도의 활성제 없이 실온에서 다시 활성화되어 고정화하지 않은 세포에 비해 2.3배 높은 생체발광유지도를 나타내었으며, 저온저장에 따른 platebility 소실과 세포 응축현상이 나타나지 않았다. 이러한 결과는 세포의 고정화 방법을 이용하여 $4^{\circ}C$에서도 세포의 생존 및 생체발광 유지도를 향상시킬 수 있으며, 동결 건조법의 단점을 보완해 줄 것으로 생각된다.