박테리아 세포외 중합체(EPS)에 의한 비소, 크롬, 우라늄의 흡착 및 산화상태 변화

Adsorption and Redox State Alteration of Arsenic, Chromium and Uranium by Bacterial Extracellular Polymeric Substances (EPS)

세포외 중합체(EPS)의 존재 유무에 따라 Pseudomonas aeruginosa가 용존 비소, 크롬, 우라늄의 흡착 및 산화상태 의 변화에 미치는 영향을 회분식 실험을 통해 조사하였다. 배양한 미생물의 표면을 세척한 것과 세척하지 않은 것으 로 구분하여 무영양 상태에서 1.1 mg/L의 As(V)와 Cr(VI), 0.5 mg/L의 U(VI)와 반응시키며 시간에 따라 각각의 총 용존 함량과 산화상태 변화를 측정하였다. As(V)의 경우 EPS 존재 여부와 관계없이 흡착은 발생하지 않았으나 EPS 가 보존된 박테리아는 As(V)의 약 60%를 As(III)로 환원하였다. 표면을 세척하지 않은 박테리아는 총 용존 크롬의 45%를 제거하였으며 잔류된 용존 크롬의 64%를 Cr(III)로 환원하였다. 우라늄의 경우, 박테리아 표면을 세척하지 않 았을 때 U(VI)의 약 80% 이상이 용액으로부터 제거되었다. 이러한 원소 환원은 박테리아가 분비한 EPS 자체의 환 원 능력 또는 EPS로부터 보호받아 생육성이 보존된 박테리아의 해독성 환원에 의한 것으로 여겨진다. 이 연구 결과 는 자연 환경에서 대부분 바이오필름 상태로 존재하는 미생물이 비소, 크롬, 우라늄의 산화상태 및 이동도 조절에 지 대한 영향을 미칠 수도 있음을 의미한다.

The effects of extracellular polymeric substances (EPS) of Pseudomonas aeruginosa on adsorption and redox state alteration of dissolved As, Cr and U were investigated through batch experiments. Surfaces of bacterial cells were either vigorously washed or unwashed. Solutions of As(V), Cr(VI) and U(VI) were inoculated with the bacterial cells under no nutrient condition, and total aqueous concentrations and redox state alteration were monitored over time. No As adsorption occurred onto bacteria or EPS; however, unwashed bacteria reduced about 60% As(V) to As(III). Unwashed bacteria also led to removal of 45% total dissolved Cr and reduction of 64% Cr(VI). About 80% U(VI) was removed from solution with unwashed bacteria as well. Such electrochemical reduction of the elements was likely due to reducing capacity of EPS itself or detoxifying reduction of the bacteria which kept their viability under protection of EPS. The results indicated that bacterial biofilm may significantly control the redox state and subsequent mobility of As, Cr and U in natural geologic settings.