KC-1의 중금속 내성능을 평가하기 위해 Congo 배지에 유일한 탄소원인 Malic acid를 공급하고 KC-1 균주를 접종한 배지를 배양하는 동안 흡광광도계를 이용하여 600nm에서 흡광도를 측정하였다. Cd와 Zn을 첨가하였을 경우 균주의 중금속에 대한 선택적 내성에 의해 성장하지 못하는 모습을 보였다. 특히, KC-1 균주는 다른 중금속보다 Cu에 대한 내성 또한 가장 높았다. 중금속은 아주 작은 양으로도 강한 독성을 나타내고, 자연계에 노출이 되면 food-chain에 의해 생태계에 농축이 되는데 중금속에 강한 내성을 가진다면 생물학적 처리 방법에 따라 중금속을 제거할 수 있다. 많이 알려진 Cu 내성 균주는 Cu 내성능력 이외의 다른 능력이 없지만, KC-1 균주는 식물성장촉진능력뿐만 아니라 Cu의 높은 농도에도 강한 내성을 가졌고, 오직 탄소원의 제공만으로 짧은 시간동안 성장하는 특징이 있다. 따라서 중금속으로 오염된 토양의 생태독성을 측정하는 생물지표로 미생물을 이용할 수 있으며, 특히 중금속 KC-1 균주는 Cu로 오염된 토양의 생태복원과 독성 평가에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 사료된다.
<h1>Alcaligenes sp. \( \mathrm{KC}-1 \) 의단일 중금속 내성능 평가</h1> <p>분리한 균주의 중금속 내성을 평가하기 위해 Congo 배지에 유일 탄소원으로 Malic acid을 공급하여 평가하였다. 각 각의 중금속 농도는 환경부에서 지정한 나지역의 중금속 대책기준을 기준으로 \( \mathrm{Pb}, \mathrm{Cu}, \mathrm{Cd}, \mathrm{Cr}^{6+} \), 그리고 \( \mathrm{Zn} \)을 \( 0 \sim 4 \), \( 0 \sim 20,0 \sim 0.09,0 \sim 0.6 \) 그리고 \( 0 \sim 15.6 \mathrm{mM} \)로 첨가하여 평가하였다. 중금속을 첨가한 배지에 \( \mathrm{KC}-1 \) 균주를 접종하고 \( (10 \% \), \( \mathrm{v} / \mathrm{v}, \mathrm{OD}_{600 \mathrm{~nm}} \) : 1.6), \( 30^{\circ} \mathrm{C}, 180 \mathrm{rpm} \)인 배양기에서 20시간 동안 배양하였다. 배양하는 동안 흡광광도계를 이용하여 3시간 간격으로 흡광도를 측정 \( (600 \mathrm{~nm}) \)하여 KC-1의 중금속 내성 능력을 평가하였다.</p> <p>\( \mathrm{Pb}, \mathrm{Cu}, \mathrm{Cd}, \mathrm{Cr}^{6+} \), 그리고 \( \mathrm{Zn} \)이 첨가된 무기염 배지를 이용하여 KC-1균주의 내성을 농도 별로 평가하여 Fig. 1에 도시하였다. 그 결과 \( \mathrm{Pb} \)은 농도가 \( 0 \sim .8 \mathrm{mM} \)일 때 흡광도 값이 0.86~0.81로 첨가되는 \( \mathrm{Pb} \)의 농도가 증가해도 \( \mathrm{KC}-1 \) 균주의 성장은 크게 저해 받지 않았고, \( \mathrm{Cr}^{6+} \)과 \( \mathrm{Cu} \)도 각 각의 농도에서 흡광도 값이 \( 0.800 .90,1.05 \sim 1.12 \)로 중금속의 농도가 증가하더라도 \( \mathrm{KC}-1 \) 균주의 성장은 저해되지 않았다. 하지만 \( \mathrm{Cd} \)과 \( \mathrm{Zn} \)의 경우는 저농도의 중금속이 존재할 경우에도 \( \mathrm{KC}-1 \) 균주가 성장하지 못하였다. 이 밖에도, \( \mathrm{KC}-1 \) 균주는 다른 중금속이 존재할 경우에는 배양시작 후 25 시간이 되었을 때 정체기에 진입하였지만 \( \mathrm{Cu} \)가 존재할 경우에는 42시간까지 계속 성장하였으며, 42시간 이후가 되어서야 더 이상 균주가 성장하지 않았다. \( \mathrm{KC}-1 \) 균주가 \( \mathrm{Cd} \)과 \( \mathrm{Zn} \)에서 성장하지 못했던 이유는 균주의 중금속에 대한 선택적 내성에 의해 \( \mathrm{Cd} \)과 \( \mathrm{Zn} \)에 내성이 없었기 때문이라 생각된다.</p> <p>중금속에 강한 내성이 있는 미생물로 보고된 Methylobacterium sp. SY-NiR1는 \( \mathrm{Cd} \)\( 0.6 \mathrm{mM}, \mathrm{Cr} 0.15 \mathrm{mM}, \mathrm{Cu} 1.0 \) \( \mathrm{mM}, \mathrm{Ni} 4 \mathrm{mM}, \mathrm{Pb} 1.0 \mathrm{mM}, \mathrm{Zn} 5 \mathrm{mM} \)의 농도 범위까지 생장이 가능하였다고 보고되었고, 조 등(2004)은 Escherichia col가 5종의 중금속 \( \left(\mathrm{Cu}, \mathrm{Cd}, \mathrm{Cr}^{6+}, \mathrm{Hg}, \mathrm{Zn}\right) \)에 노출되었을 때 성장이 완전히 억제되는 농도가 각각 \( \mathrm{Cu} 3.5 \) \( \mathrm{mM}, \mathrm{Zn} 2.5 \mathrm{mM}, \mathrm{Cd} 1.5 \mathrm{mM}, \mathrm{Cr}^{6+} 1.2 \mathrm{mM} \), 그리고 \( \mathrm{Hg} \) \( 0.12 \mathrm{mM} \)이라고 보고하였다. 이 밖에도 Pseudomonas putida. Bacillus cereus, Pseudomonas fluorescens, Tetrahymens pyriformis, Methylobacterium mesophillicum, Methylobacterium goesingense 그리고 Caulobacter crescentus 등의 다양한 미생물들이 중금속에 강한 내성이 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서 분리한 Alcaligenes sp. KC-1균주 역시, 다양한 중금속 \( \left(\mathrm{Cr}^{6+}, \mathrm{Cu}\right. \), 그리고 \( \mathrm{Pb} \) )에 대하여 내성을 가지고 있었다. 특히, \( \mathrm{Cu} \)가 존재 하는 환경에서는 \( \mathrm{Cu} \)의 농도가 \( 1.2 ~ 7.9 \mathrm{mM} \)까지는 흡광도값 이 \( 1.09 \pm 0.03 \)으로 \( \mathrm{Cu} \)가 존재하지 않는 환경에서와 거의 비슷하게 \( \mathrm{KC} \)-1균주가 성장하였고, \( \mathrm{Cu} \)의 농도가 \( 9 \sim 12 \mathrm{mM} \)일때에는 \( 0.82 \pm 0.08 \)로 균주의 성장이 약간 감소하였다. 또한 \( \mathrm{Cu} \)의 농도가 15와 \( 20 \mathrm{mM} \)에서는 흡광도 값이 \( 0.06 \pm 0.00 \)으로 저농도의 \( \mathrm{Cu} \)가 존재하는 조건에 비해 성장이 다소 감소하였다. 하지만 \( \mathrm{KC}-1 \) 균주는 다른 중금속에 비해 \( \mathrm{Cu} \)에 대한 내성이 가장 높았다.</p> <p>중금속은 낮은 농도로도 강한 독성을 나타내는 물질로 자연계에 노출 되면 food-chain에 의해 생태계에 농축된다. 농축된 중금속은 생물학적 처리방법을 이용해 제거가 되는 경우가 있는데 생물학적 처리로 중금속을 제거 하기 위해서는 (1) 배양이 용이하고, (2) 생태계에서 잘 분리가 되어야 하며, (3) 중금속에 강한 내성을 가지고 있어야 한다. 지금까지 보고된 \( \mathrm{Cu} \) 내성 균주 중 Methylobacterium sp. SY-\( \mathrm{NiR} 1 \)는 \( \mathrm{Cu} 1.0 \mathrm{mM} \)까지 내성을 가지는 식물성장 근권세균으로 \( \mathrm{Cu} \)로 오염된 토양의 식물상 정화에 유용하게 이용될 균주라고 보고하였다. 이 밖에도 중금속으로 오염된 퇴적물에서 분리한 \( \mathrm{Cu} \) 내성 혼합균주는 \( \mathrm{Cu} \)의 농도가 \( 0.4 \) \( \mathrm{mM}\), Pseudomonas aeruginosa 는 \( \mathrm{Cu} 8 \mathrm{mM} \)까지 내성을 가지고 성장하였다. 지금까지 보고된 다양한 \( \mathrm{Cu} \) 내성 균주는 낮은 농도의 \( \mathrm{Cu} \)에 내성을 가지거나 높은 농도에 내성을 가지더라도 \( \mathrm{Cu} \) 내성능력 이외의 다른 능력이 없는 균주가 많았다. 하지만 본 연구에서 분리한 Alcaligenes sp. \( \mathrm{KC}-1 \) 균주는 식물성장촉진능력을 가지는 동시에 \( \mathrm{Cu} \)의 농도가 \( 20 \mathrm{mM} \)일 때에도 강한 내성을 가지고 있다. 또한, 무기염 배지에 탄소원만 제공해 주면 빠른 시간에 성장하는 특징을 가지고 있었다.</p> <p>\( \mathrm{KC}-1 \) 균주의 생체 내의 중금속 축적농도는 평가해보지 않았지만 아마도 중금속에 내성이 강한 미생물은 중금속에 민감한 미생물에 비해 중금속에 대한 방어기작이 활발하게 이루어져 생체내의 중금속 축적을 줄이고 생장률 감소가 적게 일어날것으로 사료된다. 이는 \( \mathrm{KC}-1 \) 균주가 고농도의 \( \mathrm{Cu} \)로 오염된 토양에서 장기간 생존할 수 있다고 생각할 수 있다. 결론적으로 미생물은 중금속으로 오염된 토양의 생태독성을 측정하는 생물지표로 이용될 수 있으며, 특히 중금속 KC-1 균주는 \( \mathrm{Cu} \)로 오염된 토양의 생태독성 평가나 복원에 유용하게 사용할 수 있을 것으로 사료된다.</p>