Korean Journal of Microbiology (2012) Vol. 48, No. 3, pp. 187-191 DOI http://dx.doi.org/10.7845/kjm.2012.039 Copyright ⓒ 2012, The Microbiological Society of Korea |보 문| Two-component System 기반 재조합균을 이용한 인공폐수에서의 중금속 인지 및 제거 Sambandam Ravikumar․홍순호․유익근 * 울산대학교 공과대학 화학공학부 Heavy Metal Detection and Removal in Artificial Wastewater Using Two-Component System Based Recombinant Bacteria Sambandam Ravikumar, Soon Ho Hong, and Ik-Keun Yoo * School of Chemical Engineering and Bioengineering, University of Ulsan, Ulsan 680-749, Republic of Korea (Received August 29, 2012 / Accepted September 18, 2012) Two-component system (TCS)-based bacterial zinc and copper biosensors, in which green fluorescent protein (GFP) is expressed under the control of zraP and cusC promoter in ZraS/R and CusS/R TCS, were evaluated in artificial wastewater. Bacterial biosensors developed in this study efficiently expressed GFP by the recognition of Zn 2+ and Cu 2+ in artificial wastewater. Secondly, TCS-based zinc and copper removing bacteria with the peptide displayed on cell surface were examined in artificial wastewater. Zinc and copper removing bacteria expressed the peptide as a fusion protein such as OmpC-ZBP (zinc binding peptide) and OmpC-CBP (copper binding peptide) on the cell surface when sensing exogenous Zn 2+ and Cu 2+ through ZraS/R and CusS/R TCS. The recombinant cell expressing metal-adsorbing peptide could efficiently remove copper and zinc (15 and 18 mg/g dry cell weight, respectively) in artificial wastewater. Therefore, it was demonstrated that the TCS-based recombinant cell for the recognition or removal of heavy metal functions well in artificial wastewater environment. Keywords: Escherichia coli, artificial wastewater, biosensor, copper, zinc *For correspondence. E-mail: ikyoo@ulsan.ac.kr; Tel.: +82-52-259-2251; Fax: +82-52-259-1689 중금속에 의한 환경오염은 전 세계적으로 매우 심각한 문제 이며, 이의 지속적인 감시 및 제거를 위하여 각국이 많은 노력을 기울이고 있다. 중금속 오염 모니터링을 위해 현재 사용되는 방 식은 매우 고가의 장비 및 복잡한 시료의 전처리 과정을 요구한 다(Falchuk et al., 1998). 따라서 환경 시료에 존재하는 중금속 의 인지 및 그 농도를 효율적으로 정량할 수 있는 경제적인 방법 이 필요하다. 여러 가지 오염물질의 생물학적 정량을 위해서 다 양한 재조합 균주들이 개발되어 왔지만, 중금속의 경우 정량적 분석이 가능한 재조합 균주는 아직 보고되지 않았다(Biran et al., 2000; Ivask et al., 2001; Sagi et al., 2003; Yong and Zhong, 2009). 또한 중금속 제거를 위한 재조합 균주 시스템으로는 중금 속 친화성 펩타이드를 박테리아 표면에 발현하는 세포표면발현 (cell surface display, CBD) 시스템들이 대표적으로 보고되었 다. 이와 같은 CBD 기술은 유해 화학물질 제거, 생백신 개발, 펩 타이드 라이브러리 스크리닝 등 다양하게 응용되고 있다(Lee et al., 2000; Taschner et al., 2002; Bae et al., 2003; Harvey et al., 2004). Zn 2+ 와 Cu 2+ 를 탐지하기 위한 박테리아 기반 바이오센서로 아연 해독 관련 유전자인 zntA-zntR 기반의 아연 인식 바이오센 서 및 구리 해독 관련 cueO 유전자를 이용한 구리 인식 바이오센 서가 개발되었다. 그러나 zntA-zntR 및 cueO 유전자 기반 시스템 의 경우 높은 농도의 Zn 2+ 와 Cu 2+ 를 인식하지 못하는 단점을 가 지고 있다(Ravikumar et al., 2011a, 2011b). 반면에 Zn 2+ 와 Cu 2+ 를 인식하는 two-component system (TCS)인 ZraS/R (HydHG) 및 CusS/R 시스템은 각각의 중금속을 높은 농도에서도 인식할 수 있는 장점이 있다. TCS는 원래 박테리아의 외부환경 감지 센 서로서 다양한 환경 변화를 감지하는 기능을 한다(Stock et al., 2000). 각각의 TCS는 외부의 환경 변화를 감지하는 histidine kinase (HK)와 외부신호를 전달받아 관련 유전자의 발현을 유도 하는 response regulator (RR)로 구성되어 있다(Mascher et al., 2006). 현재까지 밝혀진 TCS 중에서 ZraS/R은 외부의 Zn 2+ 를 감지하여 아연 efflux 연관 유전자인 zraP의 발현을 유도하여 균 주 내부의 아연 농도를 낮추고 항상성을 유지하는 역할을 수행