Valencia-Cantero, Eduardo;Pena-Cabriales, Juan Jose
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제24권2호
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pp.280-286
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2014
Four thermophilic bacterial species, including the iron-reducing bacterium Geobacillus sp. G2 and the sulfate-reducing bacterium Desulfotomaculum sp. SRB-M, were employed to integrate a bacterial consortium. A second consortium was integrated with the same bacteria, except for Geobacillus sp. G2. Carbon steel coupons were subjected to batch cultures of both consortia. The corrosion induced by the complete consortium was 10 times higher than that induced by the second consortium, and the ferrous ion concentration was consistently higher in iron-reducing consortia. Scanning electronic microscopy analysis of the carbon steel surface showed mineral films colonized by bacteria. The complete consortium caused profuse fracturing of the mineral film, whereas the non-iron-reducing consortium did not generate fractures. These data show that the iron-reducing activity of Geobacillus sp. G2 promotes fracturing of mineral films, thereby increasing steel corrosion.
A lactic acid bacterium capable of anaerobic respiration was isolated from soil with ferric iron-containing glucose basal medium and identified as L. garvieae by using 16S rDNA sequence homology. The isolate reduced ferric iron, nitrate, and fumarate to ferrous iron, nitrite, and succinate, respectively, under anaerobic $N_2$ atmosphere. Growth of the isolate was increased about 30-39% in glucose basal medium containing nitrate and fumarate, but not in the medium containing ferric iron. Specifically, metabolic reduction of nitrate and fumarate is thought to be controlled by the specific genes fnr, encoding FNR-like protein, and nir, regulating fumarate-nitrate reductase. Reduction activity of ferric iron by the isolate was estimated physiologically, enzymologically, and electrochemically. The results obtained led us to propose that the isolate metabolized nitrate and fumarate as an electron acceptor and has specific enzymes capable of reducing ferric iron in coupling with anaerobic respiration.
철환원 박테리아인 미시가넨시스를 이용하여 용존 셀레늄을 제거할 때, 물 속의 다른 금속성분들인 철, 황산염, 그리 구리가 미칠 수 있 영향을 살펴보았다. 미시가넨시스 박테리아는 산화수가 4가인 산화 셀레나이트(2 mM)를 셀레나이드로 환원시키고 물속의 셀레늄 농도를 점차 감소시켰다. 환원된 셀레나이드는 용존 2가 철과 결합하여 나노입자 크기의 철-셀레나이드로 침전되었다. 용존 황산염과 구리는 미생물의 셀레나이트 환원작용에 부정적인 영향을 끼쳤는데, 특히 구리 성분은 미생물에 대해 독성으로 작용하여 셀레나이트 제거가 원활히 이뤄지지 못하게 하였다. 이러한 결과로부터 알 수 있는 것은 셀레늄으로 오염된 현장을 미생물로 정화할 때 황산염 혹은 구리의 농도 분포와 양을 충분히 고려해야 한다는 사실이다. 궁극적으로 미생물에 의한 철-셀레나이드 광물형성작용은 지하수를 따라 원거리로 이동할 수 있는 셀레늄의 확산을 억제하는 중요한 수단이라고 볼 수 있다.
방사성 폐기물을 지하에 장기 보관하는 금속 용기에 관한 생지화학적 부식 특성을 알아보기 위해 주철과 구리로 된 금속재료를 환원조건 하에서 디설프리칸스 황산염환원미생물과 3개월간 반응시켰다. 금속재료의 화학적/광물학적 변화를 알아보기 위해 주기적으로 용존 금속이온들의 농도를 측정하였으며, 실험이 종료된 이후 금속 시편 및 표면 이차생성물들을 전자현미경을 이용하여 분석하였다. 디설프리칸스가 없는 조건에서는 금속재료의 부식이 매우 미약하였으나, 미생물이 있는 경우에는 부식이 상대적으로 컸다. 관찰된 생지화학적 부식 산물은 주로 맥키나와이트와 황화구리 같은 검은색의 금속황화물이었으며, 표면에서 쉽게 분리되거나 콜로이드화되어 부유하였다. 특히, 구리 시편의 경우 용액 상에 용존 철이 존재할 때 세균에 의한 구리 부식의 가속화가 관찰되었는데, 이는 구리 표면에 다른 종의 황화철이 성장하면서 구리 간의 결속력을 약화시켰기 때문인 것으로 보인다.
미생물을 이용한 광물 합성은 현재 초기 연구 단계에 있으나 신소재 개발 측면에서 다양한 활용 가능성을 보이고 있다. 이 연구의 목적은 철 환원 박테리아를 이용한 코발트로 치환된 자철석의 합성 및 이의 광물학적 특성을 알아보는데 있다. 호열성 철 환원 박테리아인 TOR-39는 65에서 비정질 철 수화물과 코발트 이온 ($Co^{2+}$ 와 $Co^{3+}$ )을 환원 및 침전시켜 자철석을 합성하였다. EPMA 분석과 X-선회절분석 결과에 의하면 호열성 박테리아가 철수화물을 환원시켜 자철석을 합성시킬 때, 코발트 이온도 동시에 환원 및 침전시켜 코발트로 치환된 자철석을 형성시킨다. 미생물에 의한 코발트로 치환된 자철석의 합성은 나노미터 크기로 생성되기 때문에 산업적으로 많은 이용 가치가 있을 것으로 본다.
A facultative dissimilatory metal-reducing bacterium, Shewanella sp. strain HN-41, was used to produce magnetite nanoparticles from a precursor, poorly crystalline iron-oxyhydroxide akaganeite ($\beta$-FeOOH), by reducing Fe(III). The diameter of the biogenic magnetite nanoparticles ranged from 26 nm to 38 nm, characterized by dynamic light scattering spectrophotometry. The magnetite nanoparticles consisted of mostly uniformly shaped spheres, which were identified by electron microscopy. The magnetometry revealed the superparamagnetic property of the magnetic nanoparticles. The atomic structure of the biogenic magnetite, which was determined by extended X-ray absorption fine structure spectroscopic analysis, showed similar atomic structural parameters, such as atomic distances and coordinations, to typical magnetite mineral.
Shewanela, putrefaciene IR-1 and MR-1 were cultivated by using various combinations electron donor-acceptor, lactate-Fe(III) lactate-nitrate, pyruvate-FE(III), pyruvate-nitrate H$_2$ acetate-Fe(III) and H$_2$-acetate-nitrate. Both strains grew fermentatively on pyruvate and lactate but not on without and electron acceptor. In culture with Fe(III), both astrains grew on pyruvate and lactate but on H$_2$-acetate- CO$_2$. In cultivation with nitrate, both stains grew on pyruvate lactage and on H$_2$-acetate-CO$_2$ The growth yields of IR-1 pyruvate, pyruvate-Fe(III) and lactate-Fe(III) were about 3.4, 3.5, and 3.6(g cell/M substrate), respectively. From the growth properties of both strains on media with Fe(III) as an electron acceptor, the bacterial growth was confirmed not to be increased by addition of Fee(III) as an electron acceptor to the growth medium, which indicates a possibility that the dissimilatory reduction of Fe(III) to Fe(III) may not be coupled to free energy production.
The bacterial uranium(VI) reduction and its resultant low solubility make this process an attractive option for removing U from groundwater. An impact of aqueous suspending iron phase, which is redox sensitive and ubiquitous in subsurface groundwater, on the U(VI) bioreduction by Shewanella putrefaciens CN32 was investigated. In our batch experiment, the U(VI) concentration ($5{\times}10^5M$) gradually decreased to a non-detectable level during the microbial respiration. However, when Fe(III) phase was suspended in solution, bioreduction of U(VI) was significantly suppressed due to a preferred reduction of Fe(III) instead of U(VI). This shows that the suspending amorphous Fe(III) phase can be a strong inhibitor to the U(VI) bioreduction. On the contrary, when iron was present as a soluble Fe(II) in the solution, the U(VI) removal was largely enhanced. The microbially-catalyzed U(VI) reduction resulted in an accumulation of solid-type U particles in and around the cells. Electron elemental investigations for the precipitates show that some background cations such as Ca and P were favorably coprecipitated with U. This implies that aqueous U tends to be stabilized by complexing with Ca or P ions, which easily diffuse and coprecipitate with U in and around the microbial cell.
In order to isolate a Fe(III)-reducer from the natural environment, soil samples were collected from various patty fields and enriched with ferric citrate as a source of Fe(III) under anaerobic condition. Since the enrichment culture was serially performed, the Fe(III)-reduction activity was serially diluted and cultivated on an agar plate containing lactate and ferric citrate in an anaerobic glove box. A Gram negative, motile, rod-shaped and facultative anaerobic Fe(III)-reducer was isolated based on its highest Fe(III)-reduction activity, Bacterial growth was coupled with oxidation of lactate to Fe(III)-reduction, but the isolate fermented pyruvate without Fe(III), The isolate reduced an insoluble ferric iron (FeOOH) as well as a soluble ferric iron (ferric citrate). Using the BBL crystal enteric/non-fermentor identification kit and 16S rDNA sequence analysis, the isolate was identified as Shewanella putrefaciens IR-1.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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