반응기의 performance를 결정하는 중요한 요소는 methane 생성균의 활성을 측정하는 것이다. Methanogen의 활성을 측정하는 방법으로 SMA가 유일하게 사용되고 있다. 따라서 본 연구에서는 methanogen의 활성을 측정하는 다른 대안으로 CLSM image의 정량 분석 방법을 확립하였다. CLSM의 결과는 약 5시간 안에 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 분자 생물학적인 기술을 많이 요하지 않는다. 또한, sludge내부의 상태와 methanogen의 분포정도를 사진으로 볼 수 있는 장점이 있다. 따라서 SMA와 함께 CLSM image 정량 분석은 UASB반응기의 start-up 동안의 methanogen의 활성을 측정하기 위한 유용한 방법으로 제안할 수 있다.
생물학적 선량평가를 위한 생화학적 지표 연구로서 흰쥐 혈액 내 효소활성도의 변화를 조사한 결과는 다음과 같다. 1) Alkaline phosphatase 활성도는 0.1, 0.25, 0.5, 2, 4Gy의 방사선 조사후 24시간까지 혈액내 활성도가 증가하였고 72시간 경과시에는 대조군과 비슷한 활성도를 보였다. Creatine kinase는 2, 4Gy 방사선 조사후 혈액내에서 활성도가 72시간까지 증가하였으나 0.1, 0.25Gy 방사선 조사시에는 커다란 변화를 보이지 않았다. 2) Malate dehydrogenase 활성도는 0.1, 025, 0.5Gy 방사선 조사시에는 커다란 변화가 없었으며 lactate dehydrogenase는 방사선 조사후 활성도가 감소하였다. 3) GOT의 활성도는 선량률 0.1Gy/min.로 0.1, 0.25, 0.5, 2, 4Gy 조사후에는 어떠한 변화도 없었으며 선량률 0.5 Gy/sec.로 0.5, 1, 1.5, 2, 3, 5, 7 Gy로 조사후에는 증가현상을 보이고 있다. Acid phosphatase활성도는 상기의 어떠한 선량에서도 나타나지 않고 있다. 잠재적으로 이러한 효소들은 방사선 피폭의 지표물질로 사용될 수 있으며 생화학적 지식과 기술을 이용한 좀더 나은 지표물질을 찾기 위하여 계속적인 조사가 필요하다.
본 연구에서는 생물계면활성제와 비이온계 계면활성제 용액의 pH 변화가 phenanthrene의 용해도 증가에 미치는 영향을 수용액 시스템에서 조사하고자 하였으며, PAHs-분해균주가 phenanthrene을 분해할 경우 이러한 용해도의 변화가 분해균주의 활성과 전체 분해율에 주는 영향을 파악하고자 하였다. 생물계면활성제 rhamnolipid와 비이온계 합성계면활성제 tween 80의 phenanthrene에 대한 solubilization capacity를 조사하기 위한 회분식 실험의 결과 MSR (Molar Solubilization Ratio)은 각각 0.0425와 0.1449로 나타났으며, 생물계면활성제 첨가로 인한 phenanthrene olubilization 기작이 평형에 도달하기 위한 시간은 24시간 정도로 나타났다. 임계마이셀 농도의 약 4.3배에 해당하는 240ppm의 생물계면활성제를 첨가하였을 경우, 증류수만을 첨가하였을 경우 용해도보다 약 9배 이상 phenanthrene의 용해도가 증가하였다. 또한, 생물계면활성제의 pH 변화가 phenanthrene solubility에 주는 영향을 살펴본 결과, 가장 높은 용해도를 나타낸 pH는 240ppm과 2000ppm의 생물계면활성제를 첨가한 경우 모두 pH 범위 4.5-5.5로 나타났다. 이는 rhamnolipid의 친수성 부분의 음전하 세기가 pH에 따라 달라지는 현상에 기인한 것으로 보여진다. 생물계면 활성제가 존재하지 않는 조건에서, pH의 변화가 phenanthrene 분해균주인 CRE7의 생장률과 분해능에 주는 영향을 조사한 결과, 최대 비성장률은 pH 6에서 나타났지만, pH 5-7 범위에서 크게 변화하지 않았다. 이러한 비성장률의 차이가 분해능에 미치는 영향을 확인한 결과, 높은 비성장률은 결과적으로 높은 분해율을 나타내는 것으로 보여졌다. 생물계면활성제를 첨가한 경우, 생물계면활성제를 첨가하지 않은 실험결과에 비교해 볼 때, pH 4를 제외하고 전체적으로 비성장률이 증가한 경향을 보였으며, 전체 분해율도 증가하는 추세를 나타내었다. 생물계면활성제의 첨가로 인해 pH 5에서의 비성장률은 첨가하지 않았을 경우에 비해 약 1.5배 증가하였으며, 이는 생물계면활성제가 phenanthrene의 용해도를 pH 5에서 약 5배이상 증가시킨 것과 비교하여 볼 때, 그 증가폭이 적다고 할 수 있다. 이러한 결과는 생물계면활성제의 첨가로 인해 마이셀 구조안으로 용해되어진 phenanthrene 의 경우 분해균주의 접근이 용이하지 않아 분해되기 어렵다는 것을 말해주며, pH에 따라 나타나는 서로 다른 구조의 phenanthrene-rhamnolipid의 집합체는 생물학적 이용도 또한 달라질 수 있음을 의미한다.
차세대 재생산성 에너지로 각광을 받고 있는 바이오디젤은 현재 주로 알칼리촉매를 이용하는 화학공정으로 생산하고 있으나 고에너지 요구성이며 대규모 생산시 폐수발생 등 환경오염 유발요인이 있기 때문에 친환경 생물공정의 필요성이 대두되고 있다. 생물촉매 리파제(lipase)를 이용하는 친환경 생물공정은 화학공정에 비해 다양한 장점을 제공하고 있으나 고가의 효소생산 비용문제로 실용화에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 저비용의 생물학적 바이오디젤 생산 시스템 구축을 위해 고활성의 효소 개발, 경제적 재조합 대량생산, 반복 재사용을 위한 효소고정화 등을 통해 고효율의 생산반응계를 개발하였다. 우선 바이오디젤 생산공정에 적합한 리파제로서 CalB(Lipase B of Candida antarctica)를 선택하고 분자 진화기술을 이용하여 효소활성을 17배 향상시킨 CalB14를 개발하였다. CalB14를 효모 발현시스템을 이용하여 경제적 대량생산하기 위해 단백질분비를 획기적으로 개선할 수 있는 맞춤형 분비융합합인자기술(TFP technology)을 이용하여 재조합 CalB를 2 grams/liter 수준으로 분비생산하였다. 생산된 효소를 반복 재사용이 가능하도록 다양한 레진에 고정화하였고 최적의 바이오디젤 전환반응용 고정화효소를 개발하였다. 고정화효소를 효율적으로 재사용하기 위해 바이오디젤 생산용 고정상반응기(packed-bed reactor)를 제작하였으며 기질을 12시간내에 95% 이상 바이오디젤로 수십회 이상 반복전환할 수 있는 경제적인 생물학적 바이오디젤 전환 시스템을 구축하였다.
타액의 보호작용은 주로 타액 당단백질의 생물학적, 물리적, 구조적 성질 및 유동학적 성질과 관련이 있다. 그러므로 이상적인 타액 대체제의 개발을 위해서는 인체 타액의 생물학적 성질 뿐만 아니라 유동학적 특성을 이해하여야 한다. 본 연구의 목적은 타액 대체제가 인체 타액에 존재하는 효소의 활성에 미치는 영향을 파악하고 다양한 타액 대체제의 점도와 인체 타액의 점도를 비교하기 위해서 시행되었다. Moi-Stir, Stoppers4, MouthKote, Saliva Orthana 및 서울대학교치과병원 타액 대체제(SNU)를 사용하였으며, lysozyme 활성은 turbidimetric 법으로, peroxidase 활성은 NbsSCN 법으로, $\alpha$-amylase 활성은 maltotriose와 결합된 2-chloro-p-nitrophenol를 사용하여 시행하였다. 타액 대체제의 pH를 측정하였으며 cone-and-plate 형태의 점도계를 이용하여 다양한 전단율에서 점도를 측정하였다. 본 연구에 사용된 다양한 타액 대체제는 타액 효소 활성에 각기 다른 영향을 미쳤다. Stoppers4는 hen egg-white lysozyme, bovine lactoperoxidase (bLP) 및 $\alpha$-amylase 활성을 증가시켰고, Saliva Orthana와 SNU는 bLP 활성은 저해하였으며 $\alpha$-amylase 활성은 증가시켰다. MouthKote는 $\alpha$-amylase 활성을 저해하였으며, Moi-Stir는 bLP와 $\alpha$-amylase 활성을 저해하였다. 타액 대체제의 pH는 타액 대체제의 종류에 따라 매우 달랐다. Stoppers4, MouthKote 및 Saliva Orthana는 낮은 전단율에서는 인체 타액보다 낮은 점도를 높은 전단율에서는 인체 타액보다 높은 점도를 나타내었다. Moi-Stir와 SNU는 인체 타액보다 매우 높은 점도를 나타내었다. 결론적으로 본 연구결과는 각각의 타액 대체제는 각기 다른 생물학적 기능과 유동학적 특성을 가지고 있음을 알 수 있다. 타액 대체제의 사용은 사용하는 타액 대체제의 종류에 따라 타액 효소 활성에 각기 다른 영향을 미치고 궁극적으로는 구강건강에 다른 영향을 미칠 수 있을 것이다.
본 연구는 대표적인 유기성 폐기물인 음식물쓰레기와 폐활성슬러지를 처리함과 동시에 수소를 생물학적인 방법으로 생성하기 위하여 운전인자인 가용화 방법, pH, VFAs 및 음식물쓰레기와 폐활성슬러지의 최적 혼합비율을 도출하고자 하였다. 폐활성슬러지의 수소 생성량을 높이기 위해 다양한 가용화 방법을 적용하여 그에 따른 수소 수율을 비교한 결과 알칼리와 초음파처리 한 병합처리에서 4.3 mL $H_2/g$$VS_{consumed}$로 가장 높았으며, 음식물쓰레기와 가용화 된 폐활성슬러지를 혼합한 경우에도 병합처리 한 가용화 방법에서 수소 수율이 13.8 mL $H_2/g$$VS_{consumed}$로 가장 높았다. 또한 pH는 $5.0\sim5.5$에서 운전시 가장 높은 수소 생성량을 보였으며, 음식물쓰레기와 가용화 된 폐활성슬러지의 최적 혼합비율은 2 : 1에서 수소 생성량이 5.0 L $H_2/L/d$로 가장 높았다. 생물학적 수소 생성이 많을수록 VFAs는 프로피온산의 농도가 낮았고, 부티르산이 아세트산보다 높은 비율로 생산되었다.
방향성 탄화수소 수용체(Aryl Hydrocarbon Receptor, AHR)은 리간드에 의해 활성화되어 체내 외래물질의 대사를 조절하는 전사인자다. 생체 내에서 AHR의 생리학적 역할은 오랜 기간 연구되어 왔으나 길항제를 비롯한 적절한 화학적 도구의 부재로 그 역할 규명이 제한되어 있다. AHR이 다양한 질병의 발병기전에 관여되어 있다는 것이 밝혀짐에 따라 유효한 약물 표적으로 인식되고 있으나 치료나 예방을 위한 유효한 약물은 아직 개발되지 않았다. 길항제로 알려진 화합물들은 낮은 농도에서는 길항활성이 있어 연구 목적으로는 활용되고 있으나 높은 농도에서는 AHR을 활성화하는 부분적 agonist로 작용한다. 이에 AHR 활성화를 유도하지 않는 순수한 길항제의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 이미 알려진 AHR 길항제인 Resveratrol과 CH223191의 구조를 기반으로 phenyldiazenylanline 구조를 설계하였고 이를 골격으로 다양한 유도체를 합성하고 화학적 구조와 생물학적 활성의 상관 관계에 대한 융합 연구를 통하여 신규 AHR 길항제를 도출하였다.
Voltage-gated $K^{+}$ channels represent the most complex group of ion channel genes expressed in cardiovascular system. The human Kv1.5 channel (hKv1.5) represents the $I_{Kur}$ repolarizing current in atrial myocytes. The hKv1.5 channel is functionally modulated by the Kv$\beta$1.3 subunit, which converts it from a delayed rectifier to a channel with rapid inactivation and enhanced voltage sensitivity.(omitted)d)
본 연구에서는 유류 오염 토양의 복원에 효율적인 것으로 나타난 Biopile 공법을 오염 토양에 적용하였을 경우, 토양의 생물학적 복원이 가능한지 여부를 평가하고자 하였다. 45일간 의 Biopile 실험 결과, 공기 주입 및 영양분 주입 후 TPH의 감소율이 최대 64.75 %까지 나타났다. 또한 공기만을 주입하였을 경우에도 제거율이 약 33 %를 나타내었다. TPH가 6,000 mg/kg인 인공 오염 토양을 사용하여 Biopile 공법을 적용하였을 경우에는 30일 반웅 후 43.46 %의 높은 제거율을 나타내었다. 오염 토양의 균주를 순화/분리 하였을 때 오염 토양 내에 고 활성의 유류 분해 미생물이 확인되었으며, 이들의 유전자 역시 확인되어 자체적으로 생물학적 분해능을 가지고 있는 토양으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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