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원생동물이 비소를 생물학적으로 전환

ecobgri | 2014.01.02 20:47 | 조회 2125

원생동물이 비소를 생물학적으로 전환한다.


 

단세포동물인 원생동물은 수서생태계의 미생물먹이그물에서 세균식자이며, 세균 군집구조와 개체군에 영향을 크게 미치고, 원자의 생지화학적 순환에서 중요한 역할을 한다. 원생동물은 환경오염물질에 민감하며, 생태계위험평가 에 실험생물로 널리 이용한다. Tetrahymena thermophila는 널리 분포하는 담수 생물로 실험실에서 순수배양이 쉽고, 생활주기가 짧으며, 오염물질의 독성효 과를 몇 대를 거쳐 실험할 수 있다. 이를 이용한 실험결과를 종합했다.

  비소전환연구농도(2, 5, 10, 40 mM)에서 T. thermophila가 초기 지수성장곡 선을 나타낼 때(접종 후 약 21시간) Na3AsO4를 첨가한다. 비소첨가 후 48시 간에 배지 5ml를 분리하여 원심분리(5000xg, 4℃, 3min) 후 상징액을 구경 0.45mm 나일론 여과지로 걸러서, 남은 세포를 모아 냉동건조 한다.

  총 비소분석용으로 약 0.02g의 건조샘플을 표준 분석방법대로 고 순도 질산 2ml를 넣고 하루 밤 동안 분해시킨다. 1% 질산 5ml로 비소화합물 종류 분석에 냉동건조 샘플(0.02g)을 분해시킨다. 용액온도는 55℃에서 10분, 75℃ 에서 10분, 95℃에서 30분씩으로 하여 극저온 냉장고에 보관한다.

  비소휘발 양 측정에 두 가지 방법을 쓴다. 첫째 48과 72시간에서 여러 가지 비소농도(2, 5, 10, 20, 40 mM)에 수서원생동물을 노출시키고, 두째 5가 비소 2나 40mM에 노출시간(12, 24, 48, 72 시간)을 달리해서 노출시켰다.

  48시간 배양에서 세포 안의 총 비소농도는 96.1~189.2mg/kg(건 중량) 범위에서 세포 밖의 비소농도 증가에 따라 늘어난다. 비소화합물의 4가지 종류는 비산염, 아비산염, 메틸비산염, 2메틸비산염이고, 48시간 안에 세포 내 비산 염의 50% 이상이 메틸화화합물과 아비산염으로 바뀐다. T. thernophila의 5가 비소농도는 세포 밖의 농도증가에 따라 줄어든다. 이는 성장배지의 비산염 농도증가로 세포 안의 비산염환원이 높아지는 것을 뜻한다.

  다른 3가지 비소화합물의 농도는 외부농도에 따라 늘어난다. 3가 무기비소는 총 비소의 3~27%에 달하고, 5가 2메틸비산염이 주종(35~67%)이며, 다음 이 5가 메틸비산염(4~31%)이다. 신속한 비산염환원으로 저 독성 5가 메틸화 비소생성은 T. thernophila의 제독시스템이다.

  메틸비산염은 외부 비소농도에 따라 늘어난다. 저 농도에서, 배지에 많은 유기비소화합물은 메틸비산염이다. T. thernophila가 메틸화비소화합물을 세포 밖으로 배출(주로 2메틸비산염)하는 능력은 강하다. 박테리아나 고등식물 같은 다른 생물과 차이는 이것이 배출한 주종 화합물이 메틸화비소며, 5가 메틸화유기비소의 배출은 상대적 저 독성 화합물질로 해독의 목표달성이다.

  휘발성비소화합물의 생물학적 분비는 비소 순환에 중요하다. 어떤 박테리아와 조류는 해독경로로 무기비소를 휘발성화합물로 변환한다. 2~20mM에서 휘발성비소량은 48과 72시간 처리 후에 각각 12.1~19.7ng과 15.8~30.8ng이다. 배지 40mM 비산염농도에서, 휘발성비소배출은 배양시간에 따라 각각 68.5와 83.5ng으로 유의하게 늘어난다. 비소의 적절한 농도로 집중적 비소대사활동 을 높일 수 있어서, 가스 상 비소화합물의 생성을 높일 수 있다.

  세포에 5가 메틸비산염이 축적되면 될수록 휘발성비소를 더 많이 배출한 다. 2나 40mM 외부농도에서 시간(12, 24, 48, 72 h)에 따라 휘발성비소량이 는다. 모든 농도에서 첫 24시간에 비소휘발이 늘어나지만, 배양후반부에 휘 발성비소생성은 특히 72시간 노출에서 급속히 는다. Challenger경로에 따라 3가 무기비소전환은 메틸비산염, 2메틸비산염, 3메틸비산염으로 연속해 일어 나야 한다. 이는 휘발반응이 후반부 성장에서 주로 일어난다는 것을 뜻한다.
  
 메틸화비소화합물 종류는 외부성장배지와 관계가 있고, 메틸화의 약 1% 만 이 세포에 남는다. 비소배출에 비하여, 휘발비소비율은 낮아서(악 0.1%), 비소메틸화화합물의 배출은 T. thernophila에서 비소해독의 주경로이다. 이는 5 가 2메틸비산염의 신속배출이 3메틸화합물로 진행하는 것을 막는다. 이 원생동물의 비소변환원리가 다양하므로, T. thermophila가 비소생지화학에서 결정
적 역할을 한다.

출처 : Xi-Xiang Yin, Yong-Yu Zhang, Jun Yang, Yong-Guan Zhu, “Rapid biotransformation of arsenic by a model protozoan Tetrahymena thermophila”, Environmental Pollution, 159, 2011, pp.837~840

한국과학기술정보연구원 곽희상전문연구위원으로부터 퍼왔습니다.

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