Development of valuable metal recovering recombinant Escherichia coli system using cell surface display

Abstract

본 연구에서는 세포 표면발현 시스템을 이용한 미생물 흡착 공정을 활용하였다. OmpC를 앵커링 모티프로 사용한 세포 표면발현 펩타이드 OmpC zraP를 대장균에 도입한 재조합 균주를 이용하여 금속 흡착 이후 회수를 위해 처리하는 방법의 다양성 및 금속 흡착 이후 열분해로 생성되는 나노 파티클을 활용해 항생제로서의 역할을 확인하는 실험을 진행하였다. 흡착과 탈착이 된 아연에 대한 정량분석은 ICP-OES를 이용하여 수행되었다. 그리고 Langmuir, Freundlich 흡착 등온식을 통해 실험에서 얻은 데이터들을 확인해 보는 과정을 수행하였다. OmpC zraP가 도입된 균주에 아연을 투여하여 흡착시킨 후 활용한 탈착 방법에는 물리적 방법과 화학적 방법으로 나누어 진행하였다. 통상 미생물에 흡착된 금속을 탈착할 때는 화학적 방법인 EDTA를 이용하게 되는데 본 연구에서는 물리적인 방법으로도 금속 탈착 여부가 가능한지 확인하였다. 물리적 방법으로 금속을 탈착한 것과 화학적 방법으로 금속을 탈착한 후 그 양을 비교하니 물리적 방법이 화학적 방법의 비해 효율은 떨어졌으나 44.61 %의 효율을 보였기에 미비하다고 볼 수는 없다. 또한 미생물에 흡착된 금속 이온에 열분해를 가하여 아연 나노 파티클을 형성하였고, 이를 대장균 배양액에 투여하여 매 시간 성장 속도를 측정해 아연 나노 파티클이 항생제로서의 역할을 수행하는지 확인하였다. 배양액에 아연 나노 파티클의 양을 증가시킬수록 대장균의 성장 속도가 감소함을 확인할 수 있었다. 투여한 아연 나노 파티클의 양이 10 mg/mL 이상이었을 때부터 대장균의 성장 속도 감소를 관측할 수 있었고, 100 mg/mL 이상부터는 대장균이 2배가 되는 속도가 아연 나노 파티클을 투여 하지 않은 것에 비해 3, 4배 이상의 시간이 걸렸다.| The cell surface display system was applied for the microbial adsorption process. The experiment to confirm was carried out that cell surface peptide OmpC zraP using OmpC as an anchoring motif is a recombinant strain introduced into E. coli to play a role as an antibiotic by utilizing zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs) generated by thermal decomposition after metal adsorption and check the various methods of metal recovery after metal adsorption. Absorbed and desorbed zinc was evaluated with ICP-OES. In addition, a process was performed to verify the data obtained from this experiment through the Langmuir and Freundlich isotherm models. The desorption method used after zinc was administered and adsorbed to the strain into which OmpC zraP was introduced was divided into physical and chemical methods. In general, EDTA, which is a chemical method, is used to desorb metal adsorbed on microorganisms. In this study, it was confirmed whether metal desorption is possible with a physical method. When comparing the amount of metal desorbed by physical method and metal desorbed by chemical method, the efficiency of the physical method was not low even though the efficiency of physical method was inferior to that of the chemical method. In addition, thermal decomposition was applied to metal ions adsorbed by microorganisms to form zinc nanoparticles, which were administered to the E. coli culture medium to measure the growth rate every hour to confirm whether the zinc nanoparticles functioned as antibiotics. It was confirmed that the growth rate of E. coli decreased as the amount of zinc nanoparticles in the culture medium increased. When the amount of zinc nanoparticles administered was 10 mg/mL or more, a decrease in the growth rate of E. coli could be observed. It took more than four times the time.