KR100337943B1 - Multi-channel device for continuously monitoring toxicity in water and method for monitoring toxicity in water using same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수중의 독성을 효율적으로 탐지하는 멀티 채널 연속 수중 독성 탐지 장치 및 이를 이용한 수중 독성 탐지 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 장치는 (a) 물시료의 여과 수단, (b) (i) 독성 물질에 대해 발광 특성을 갖는 재조합 미생물을 배양하기 위한 것으로, 배양액의 배출구 및 광섬유를 갖추고 있는 제 1 반응기 및 (ii) 독성 물질을 탐지하기 위한 것으로, 상기 제 1 반응기의 배출구로부터 나온 미생물 배양액의 유입구, 상기 여과 수단으로부터 유출된 물시료의 유입구 및 광섬유를 갖추고 있는 제 2 반응기로 이루어진 2 단계 반응기 4 개 이상, 및 (c) 상기 제 1 반응기 및 제 2 반응기의 광섬유에 각각 연결된 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 장치를 이용한 수중 독성 탐지 방법은 (A) 물시료를 여과한 후, (B) 여액을 독성에 대해 발광 특성을 갖는 각각의 상이한 재조합 미생물이 연속적으로 공급되는 반응기 4 개 이상에 각각 가한 후, (C) 각각의 반응기에서 발광된 빛을 검출하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a multi-channel continuous underwater toxicity detection device for efficiently detecting toxicity in water and a method for detecting underwater toxicity using the same, the device according to the present invention comprises (a) a filtration means of a water sample, (b) (i) A method for culturing a recombinant microorganism having luminescent properties with respect to toxic substances, the first reactor equipped with an outlet of the culture medium and an optical fiber, and (ii) for detecting toxic substances, the microbial culture solution from the outlet of the first reactor. At least four two-stage reactors consisting of an inlet, an inlet of the water sample exiting the filtering means and a second reactor with an optical fiber, and (c) a photodetector connected respectively to the optical fibers of the first and second reactors. In the method of detecting underwater toxicity using the apparatus of the present invention, (A) after filtering the water sample, (B) the filtrate to toxicity After a year each of the different recombinant microorganism having a light-emitting property added to each of four or more reactors are continuously fed to, (C) includes a step of detecting the light emitted from each reactor.
Description
본 발명은 수중의 여러 독성을 효율적으로 탐지하는 수중 독성 탐지 장치 및이를 이용한 수중 독성 탐지 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an underwater toxicity detection device for efficiently detecting various toxicity in water and a method for detecting underwater toxicity using the same.
생명체에 필수적인 유전 물질, 세포막, 단백질 등을 손상시키는 각종 독성 물질들이 폐수처리장, 강, 하천 및 상수원으로 유입되고 있어, 이에 적절하게 대처하기 위하여는 먼저 이들 독성 물질의 탐지가 매우 중요하다.Various toxic substances damaging genetic materials, cell membranes, proteins, etc., which are essential for living organisms, are being introduced into wastewater treatment plants, rivers, rivers, and water supplies. Therefore, detection of these toxic substances is very important to properly cope with them.
종래에는 수중 독성 물질의 탐지를 위해, 물벼룩, 물고기 등의 수중 생물을 이용한 방법이 사용되었다. 이 방법은 독성에 의한 수중 생물의 폐사를 조사하는 것이나, 독성 탐지에 소요되는 시간이 지연될 뿐 아니라 독성의 종류도 구분하지 못하는 단점이 있다.Conventionally, a method using water creatures such as daphnia and fish has been used for detection of toxic substances in water. This method is to investigate the death of aquatic organisms due to toxicity, but it does not only delay the time required for the detection of toxicity, but also does not distinguish the types of toxicity.
이러한 단점이 없는 방법으로, 특정 독성에 반응하여 발광하는 수중 미생물 또는 재조합 미생물을 이용한 방법이 시도되고 있다. 이 방법은 독성에 의한 미생물의 발광 반응을 조사하는 것으로, 탐지 속도가 빠르고 생물학적 독성을 측정할 수 있다는 장점이 있다. 그러나 이 방법은 독성 물질로 인해 미생물이 사멸하거나 성장이 저해되어 비효율적이라는 단점이 있다.As a method without these disadvantages, a method using underwater microorganisms or recombinant microorganisms that emit light in response to specific toxicity has been attempted. This method is to investigate the luminescence response of the microorganisms due to toxicity, which has the advantage of fast detection speed and biological toxicity. However, this method has the disadvantage of being inefficient due to the killing of microorganisms or the inhibition of growth due to toxic substances.
이러한 단점을 개선하기 위하여 본 발명자들은 재조합 미생물을 배양하는 제 1 반응기 및 이로부터 미생물을 연속적으로 공급받으면서 수중의 독성을 탐지하는 제 2 반응기로 이루어진 2 단계 반응기를 개발하여 특허출원한 바 있다(특허출원 제 98-3621 호). 그러나 상기 2 단계 반응기는 특정 독성을 탐지하는 반응기 하나만을 사용함으로써 이외의 독성을 탐지하지 못하는 한계가 있어 실효성이 적은 문제점이 있다.In order to improve this disadvantage, the present inventors have developed and patented a two-stage reactor consisting of a first reactor for culturing recombinant microorganisms and a second reactor for detecting toxicity in water while continuously receiving microorganisms therefrom (patent Application No. 98-3621). However, the two-stage reactor has a limitation in that it cannot detect other toxicity by using only one reactor for detecting specific toxicity, so there is a problem that the effectiveness is less.
따라서, 본 발명의 목적은 수중의 여러 독성을 효율적으로 탐지하는 장치를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an apparatus for efficiently detecting various toxicities in water.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 장치를 이용하여 수중의 여러 독성을 탐지하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for detecting various toxicity in water using the device.
도 1은 본 발명에 따른 수중 독성 탐지 장치의 한 예를 나타내는 모식도이다.1 is a schematic diagram showing an example of the underwater toxicity detection apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명의 장치에 사용되는 채널 단위 반응기를 나타내는 모식도이다.2 is a schematic diagram showing a channel unit reactor used in the apparatus of the present invention.
도 3(a) 및 3(b)는 미토마이신 C에 의한 본 발명의 장치의 채널별 발광 반응 결과를 보여주는 그래프이다.3 (a) and 3 (b) are graphs showing the results of luminescence reaction for each channel of the device of the present invention by mitomycin C.
도 4(a) 및 4(b)는 세룰레닌에 의한 본 발명의 장치의 채널별 발광 반응 결과를 보여주는 그래프이다.4 (a) and 4 (b) are graphs showing the results of luminescence reaction for each channel of the device of the present invention by cerulein.
도 5(a) 및 5(b)는 페놀에 의한 본 발명의 장치의 채널별 발광 반응 결과를 보여주는 그래프이다.5 (a) and 5 (b) are graphs showing the results of luminescence reaction for each channel of the device of the present invention by phenol.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for main parts of the drawings>
101 : 영양 배지 유입구 102 : 배양액 배출구101: nutrient medium inlet 102: culture medium outlet
103 : 공기 주입구 104 : 미생물 유입구103: air inlet 104: microorganism inlet
105 : 가스 배출구 106 : 응축기105 gas outlet 106 condenser
107 : 여과기 108 : 온수 유입구107: filter 108: hot water inlet
109 : 온수 유출구 110 : 교반봉109: hot water outlet 110: stirring rod
111 : 교반기 112 : 유리 격벽111: agitator 112: glass bulkhead
113 : 부착 수단 114 : 광섬유113: attachment means 114: optical fiber
115 : 광검출기 116 : 온수 자켓115: photodetector 116: hot water jacket
201 : 배양액 유입구 202 : 배양액과 물의 혼합액 배출구201: culture solution inlet 202: culture solution and water outlet
203 : 공기 주입구 204 : 물 유입구203: air inlet 204: water inlet
205 : 가스 배출구 206 : 응축기205: gas outlet 206: condenser
207 : 여과기 208 : 온수 유입구207: filter 208: hot water inlet
209 : 온수 유출구 210 : 교반봉209: hot water outlet 210: stirring rod
211 : 교반기 212 : 유리 격벽211 stirrer 212 glass bulkhead
213 : 부착 수단 214 : 광섬유213: attachment means 214: optical fiber
215 : 광검출기 216 : 온수 자켓215: photodetector 216: hot water jacket
상기 목적에 따라, 본 발명에서는According to the above object, in the present invention
(a) 물시료의 여과 수단,(a) means for filtering water samples,
(b) (i) 독성 물질에 대해 발광 특성을 갖는 재조합 미생물을 배양하기 위한 것으로, 배양액의 배출구 및 광섬유를 갖추고 있는 제 1 반응기 및 (ii) 독성 물질을 탐지하기 위한 것으로, 상기 제 1 반응기의 배출구로부터 나온 미생물 배양액의 유입구, 상기 여과 수단으로부터 유출된 물시료의 유입구 및 광섬유를 갖추고 있는 제 2 반응기로 이루어진 2 단계 반응기 4 개 이상, 및(b) (i) for culturing recombinant microorganisms having luminescent properties for toxic substances, the first reactor having an outlet of the culture medium and an optical fiber, and (ii) detecting toxic substances, wherein At least four two-stage reactors consisting of a second reactor equipped with an inlet of a microbial culture from an outlet, an inlet of a water sample discharged from said filtering means, and an optical fiber, and
(c) 상기 제 1 반응기 및 제 2 반응기의 광섬유에 각각 연결된 광검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수중 독성 탐지 장치를 제공한다.and (c) a photodetector connected to the optical fibers of the first reactor and the second reactor, respectively.
또한 다른 목적에 따라 본 발명에서는, (A) 물시료를 여과한 후, (B) 여액을 독성에 대해 발광 특성을 갖는 각각의 상이한 재조합 미생물이 연속적으로 공급되는 반응기 4 개 이상에 각각 가하고, (C) 각각의 반응기에서 발광된 빛을 검출하는 단계를 포함하는 수중 독성 탐지 방법을 제공한다.According to another object, in the present invention, after (A) the water sample is filtered, (B) the filtrate is added to each of four or more reactors continuously fed with each different recombinant microorganism having luminescent properties for toxicity, ( C) provides an underwater toxicity detection method comprising the step of detecting the light emitted from each reactor.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명의 장치는 수질 중에 포함된 각종의 독성 물질을 동시에 모두 효율적으로 탐지하기 위해, 특정 독성에 대해 발광 특성을 갖는 재조합 미생물이 연속적으로 공급되는 2 단계 반응기를 복수로 사용하는 데 특징이 있다. 이러한 복수의 반응기를 사용함으로써 각종 독성 물질의 탐지를 위한 채널의 다중화(멀티채널화)가 가능해진다.The apparatus of the present invention is characterized by using a plurality of two-stage reactors continuously supplied with recombinant microorganisms having luminescent properties for a particular toxicity in order to efficiently detect all the various toxic substances contained in the water quality at the same time. By using such a plurality of reactors, multiplexing (multichannelization) of channels for detection of various toxic substances is possible.
독성 탐지의 멀티채널화는 각각의 반응기가 서로 다른 독성에 발광 반응하도록 구성하고 각 반응기에 광검출기를 연결하여 달성된다.Multichannelization of toxicity detection is achieved by configuring each reactor to emit luminescence at different toxicity and connecting photodetectors to each reactor.
본 발명의 장치에 의해 탐지될 수 있는 독성으로는, 독성에 의해 손상되는 부위에 따라, DNA에 손상을 일으키는 독성(DNA 독성), 세포막에 손상을 일으키는 독성(세포막 독성), 단백질에 손상을 일으키는 독성(단백질 독성) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.Toxicity that can be detected by the device of the present invention, depending on the site damaged by the toxicity, toxicity that damages DNA (DNA toxicity), toxicity that damages the cell membrane (cell membrane toxicity), damage to proteins Toxicity (protein toxicity) and the like, but are not limited thereto.
이러한 독성을 유발하는 물질을 예를 들어 설명하면, DNA 독성 물질로는 미토마이신 C 및 감마선을, 세포막 독성 물질로는 세룰레닌(cerulenin)을, 단백질 독성 물질로는 에탄올, 페놀 및 펜타클로로페놀(PCP)을 들 수 있으나, 본 발명에서 독성 물질이 이에 한정되지는 않는다.For example, substances that cause such toxicity include mitomycin C and gamma rays as DNA toxic substances, cerulenin as a cell membrane toxic substance, ethanol, phenol and pentachlorophenol as protein toxic substances ( PCP), but the toxic substance in the present invention is not limited thereto.
이러한 독성에 대해 발광 특성을 갖는 재조합 미생물로는, 무독성 조건하에서는 발광하지 않으나 특정 독성 조건하에서 발광하는 재조합 미생물과 무독성 조건하에서 발광하나 독성 조건하에서 발광이 감소하는 재조합 미생물을 들 수 있다.Recombinant microorganisms having luminescent properties with respect to such toxicity include recombinant microorganisms which do not emit light under nontoxic conditions but those which emit light under specific toxic conditions and those which emit light under nontoxic conditions but decrease luminescence under toxic conditions.
특정 독성에 발광하는 재조합 미생물로는, 예를 들어, DNA 독성에 발광하는대장균 DPD2794(RecA::luxCDABE, 듀퐁사, 미국), 세포막 독성에 발광하는 대장균 DPD2540(FabA::luxCDABE, 듀퐁사, 미국), 및 단백질 독성에 발광하는 대장균 TV1061(GrpE::luxCDABE, ATCC 69315) 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이러한 재조합 미생물을 적절히 조합하여 사용하면, 수중에 포함된 독성의 종류를 결정할 수 있다.Recombinant microorganisms that emit specific toxicity include, for example, E. coli DPD2794 (RecA :: luxCDABE, Dupont, USA) that emits DNA toxicity, and E. coli DPD2540 (FabA :: luxCDABE, Dupont, USA, which emits cell membrane toxicity ), And E. coli TV1061 (GrpE :: luxCDABE, ATCC 69315) which emits protein toxicity, but is not limited thereto. By using these recombinant microorganisms in appropriate combination, it is possible to determine the type of toxicity contained in the water.
독성에 의해 발광이 감소하는 재조합 미생물로는, 예를 들어, 대장균 GC2(lac::luxCDABE, 광주과학기술원 환경공학과로부터 입수함) 및 포토박테리움 포스포리움(photobacterium phosphoreum, KCTC 2852)가 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 재조합 미생물을 상기 독성에 발광하는 미생물과 함께 적절히 조합하여 사용하면, 미생물에 대한 독성의 수준을 결정할 수 있다.Recombinant microorganisms whose luminescence is reduced by toxicity include, for example, E. coli GC2 (lac :: luxCDABE, obtained from Gwangju Institute of Science and Technology) and photobacterium phosphoreum (KCTC 2852). It is not limited to this. By using such recombinant microorganisms in appropriate combination with microorganisms that emit these toxicities, the level of toxicity to the microorganisms can be determined.
본 발명에 따른 독성 탐지 장치의 한 예를 도 1에 나타내었으며, 도 1을 참조로 설명하면, 본 발명의 장치는 (a) 물시료의 여과 수단, (b) 재조합 미생물을 배양하기 위한 제 1 반응기와 독성 물질을 탐지하기 위한 제 2 반응기로 이루어진 2 단계 반응기 및 (c) 광검출기를 포함하고, (b)를 채널 단위로서 4 개 이상 포함한다.An example of a toxicity detection device according to the present invention is shown in FIG. 1, and with reference to FIG. 1, the device of the present invention comprises: (a) a filtration means for a water sample, and (b) a first method for culturing a recombinant microorganism. A two stage reactor consisting of a reactor and a second reactor for detecting toxic substances and (c) a photodetector, and (b) at least four as channel units.
상기 물시료의 여과 수단으로는, 1차 프레 필터(pre-filter) 및 마이크로 여과지(microfilter)를 사용할 수 있다. 이러한 여과 수단은 물시료 중에 포함된 부유물을 제거하여 부유물에 의한 미생물 활성의 소실, 예를 들어, 부유물에 포함된 다른 미생물에 의한 영양 배지의 오염과 부유물에 의한 튜빙의 막힘을 방지한다. 여과된 물시료는 각 채널의 반응기에 연결된 관을 통해 각 채널의 반응기에 수송되어 배분된다.As the filtration means of the water sample, a primary pre-filter and a micro filter can be used. Such filtering means removes suspended matter contained in the water sample to prevent loss of microbial activity by the suspended matter, for example, contamination of the nutrient medium by other microorganisms contained in the suspended matter and clogging of the tubing by the suspended matter. The filtered water sample is transported and distributed to the reactor of each channel through a tube connected to the reactor of each channel.
상기 2 단계 반응기들은 각종 독성 탐지를 위한 멀티 채널을 형성하며, 이때 채널 단위를 이루는 2 단계 반응기는 크게 재조합 미생물을 배양하기 위한 제 1 반응기와 배양된 재조합 미생물을 이용하여 수중의 독성 물질을 탐지하는 제 2 반응기로 이루어진다. 채널 단위가 되는 반응기는 본 발명자들에 의해 출원되어 공개된 특허공개 제 98-3621 호에 기재되어 있으며, 이를 도 2에 나타내었다.The two-stage reactors form a multi-channel for the detection of various toxicities, wherein the two-stage reactor that forms the channel unit detects toxic substances in water by using the first and cultivated recombinant microorganisms. Consisting of a second reactor. Reactors in channel units are described in published patent application No. 98-3621 filed by the inventors, which is shown in FIG. 2.
제 1 반응기는 상부, 중부, 하부 및 이를 둘러싸는 온수 자켓으로 구분할 수 있다.The first reactor may be divided into a top, a middle, a bottom, and a warm water jacket surrounding the top.
상기 제 1 반응기의 상부에는 영양배지를 연속적으로 공급하기 위한 영양 배지 유입구(101), 미생물을 제공하기 위한 미생물 유입구(104), 미생물의 배양에 필요한 공기를 제공하기 위한, 여과기(107)가 장착된 공기 주입구(103), 및 미생물의 배양으로 생긴 가스를 제거하기 위한, 냉각수를 이용한 응축기(106)가 장착된 가스 배출구(105)를 갖추고 있다. 공기 주입구(103)를 이루는 튜브는 반응기의 하부까지 연장되어 배양액에 직접 공기를 제공할 수 있다.The upper part of the first reactor is equipped with a nutrient medium inlet 101 for continuously supplying a nutrient medium, a microorganism inlet 104 for providing microorganisms, and a filter 107 for providing air for cultivation of microorganisms. And a gas outlet 105 equipped with a condenser 106 using cooling water for removing the gas generated by the culture of the microorganisms. The tube forming the air inlet 103 may extend to the bottom of the reactor to provide air directly to the culture.
상기 제 1 반응기의 중부에는 배양액을 제 2 반응기에 연속적으로 공급하기 위한 배양액 배출구(102)를 갖추고 있다.The middle of the first reactor is provided with a culture medium outlet 102 for continuously supplying the culture solution to the second reactor.
상기 제 1 반응기의 하부에는 배양액을 교반하기 위한 교반봉(110)과 교반기(111), 배양액 중의 빛의 투과를 위한 유리 격벽(112) 및 이 빛을 광검출기(115)에 전달하기 위한, 부착 수단(113)에 의해 반응기에 고정된 광섬유(114)를 갖추고 있다. 특히 교반기(111)로는 멀티 채널의 제 1 반응기들을동시에 교반할 수 있는 멀티 마그네틱 교반기를 사용할 수 있다.In the lower portion of the first reactor, the stirring rod 110 and the stirrer 111 for stirring the culture solution, the glass partition 112 for the transmission of light in the culture solution, and the attachment for transferring the light to the photodetector 115. The optical fiber 114 is fixed to the reactor by means 113. In particular, the stirrer 111 may use a multi-magnetic stirrer capable of simultaneously stirring the multi-channel first reactors.
상기 제 1 반응기에는 미생물의 배양 온도를 30 내지 37 ℃로 유지하기 위한, 온수 유입구(108)와 유출구(109)를 갖는 온수 자켓(116)이 장착되어 있다.The first reactor is equipped with a hot water jacket 116 having a hot water inlet 108 and an outlet 109 for maintaining the culture temperature of the microorganism at 30 to 37 ° C.
제 1 반응기는 소형 반응기로 제작될 수 있는데 예를 들면 10 ㎖ 부피를 가지는 것이다.The first reactor can be made into a small reactor, for example having a volume of 10 ml.
상기 제 2 반응기도 제 1 반응기에서와 유사한 구조를 갖는다.The second reactor also has a structure similar to that of the first reactor.
상기 제 2 반응기의 상부에는, 여과된 물시료가 연속적으로 유입되는 물 유입구(204), 미생물 배양액을 연속적으로 공급하기 위한 배양액 유입구(201)와 함께, 제 1 반응기에서와 유사하게 여과기(207)가 장착된 공기 주입구(203) 및 응축기(206)가 장착된 가스 배출구(205)를 갖추고 있다.In the upper part of the second reactor, a filter 207 similar to that of the first reactor, together with a water inlet 204 through which the filtered water sample is continuously introduced, and a culture solution inlet 201 for continuously supplying the microbial culture solution. Is equipped with an air inlet 203 equipped with a gas outlet 205 equipped with a condenser 206.
상기 제 2 반응기의 중부에는 배양액과 물시료의 혼합액의 배출을 위한 혼합액 배출구(202)를 갖추고 있다.The middle of the second reactor is provided with a mixed solution outlet 202 for discharging the mixed solution of the culture solution and the water sample.
상기 제 2 반응기의 하부에는 제 1 반응기에서와 유사한 교반봉(210)과 교반기(211), 유리 격벽(212), 및 부착 수단(213)에 의해 반응기에 고정된 광섬유(214)를 갖추고 있다. 제 2 반응기에서 감지되는 빛은 광검출기(215)에 의해 측정된다.The lower portion of the second reactor is equipped with an agitating rod 210 similar to that of the first reactor, an agitator 211, a glass partition 212, and an optical fiber 214 fixed to the reactor by an attachment means 213. Light sensed in the second reactor is measured by the photodetector 215.
상기 제 2 반응기는 제 1 반응기에서와 유사한 온수 유입구(208)과 유출구(209)를 갖는 온수 자켓(216)이 장착되어 있다.The second reactor is equipped with a hot water jacket 216 having a hot water inlet 208 and an outlet 209 similar to that of the first reactor.
제 2 반응기는 소형 반응기로 제작될 수 있는데 예를 들어 20 ㎖ 부피를 가지는 것이다.The second reactor can be made into a small reactor, for example having a volume of 20 ml.
이러한 2 단계 구조를 갖는 반응기는 4 개 이상이 각종 독성을 탐지하기 위한 멀티 채널을 형성한다. 반응기의 수는 4 개 내지 100 개가 바람직하며 4 개 내지 10 개가 더욱 바람직하다. 멀티 채널은 특정 독성에 발광하는 재조합 미생물과 독성에 의해 발광이 감소하는 재조합 미생물을 각각의 채널에 적절하게 조합하여 사용할 수 있는데, 예를 들면, 대장균 TV1061, DPD2794, DPD2540 및 GC2를 각각의 채널에 사용하는 것이다.Four or more reactors having this two-step structure forms a multi-channel for detecting various toxicity. The number of reactors is preferably 4 to 100, more preferably 4 to 10. Multi-channel can be used to combine the recombinant microorganisms that emit light with a specific toxicity and the recombinant microorganisms that reduce light emission by toxicity, for example, E. coli TV1061, DPD2794, DPD2540 and GC2 in each channel Is to use.
본 발명의 장치를 이용하여 수중의 독성을 탐지하는 방법은 다음과 같다.The method of detecting toxicity in water using the apparatus of the present invention is as follows.
먼저 물시료를 여과하여 미생물의 활성을 소실시킬 우려가 있는 부유물을 제거한다. 이어서 여액을 각 채널의 제 2 반응기에 수송한다. 이때 제 2 반응기에는 제 1 반응기에서 배양된 재조합 미생물이 연속적으로 공급되며, 각 채널에는 서로 다른 독성에 발광하는 재조합 미생물 또는 독성에 의해 발광이 감소하는 재조합 미생물이 사용될 수 있다. 제 2 반응기에서 수중의 독성에 의해 발광된 빛을 광섬유를 통해 수신하여 루미노미터 등의 광검출기에 전달한다. 광검출기로부터 나온 자료는 LABVIEW 컴퓨터 프로그램을 사용하여 실시간으로 분석 및 저장할 수 있다.First, the water sample is filtered to remove suspended solids that may lose the activity of microorganisms. The filtrate is then transported to a second reactor in each channel. In this case, the recombinant microorganisms cultured in the first reactor are continuously supplied to the second reactor, and in each channel, a recombinant microorganism that emits light of different toxicity or a recombinant microorganism that reduces light emission by toxicity may be used. In the second reactor, the light emitted by the toxicity in the water is received through the optical fiber and delivered to a photodetector such as a luminometer. Data from photodetectors can be analyzed and stored in real time using the LABVIEW computer program.
독성에 의한 발광 반응은 독성 물질 주입 전의 제 2 반응기 발광량에 대한 독성 물질 주입 후의 제 2 반응기 발광량의 비율(상대 생물발광, relative bioluminescence)로 나타낼 수 있으며, 각 채널의 상대 생물발광 값을 토대로 수중의 독성의 종류와 수준을 결정할 수 있다.The toxic emission reaction can be expressed as the ratio (relative bioluminescence) of the second reactor emission after the injection of the toxic substance to the second reactor emission before the injection of the toxic substance, based on the relative bioluminescence values of each channel. The type and level of toxicity can be determined.
본 발명의 장치 및 방법은 멀티 채널의 반응기를 사용함으로써 각종 독성의 종류와 수준을 동시에 결정할 수 있으며, 채널 단위로서 재조합 미생물을 이용한 2 단계 반응기를 사용함으로써 수중의 독성을 장기간 연속적으로 신속하게 탐지하는장점이 있다.The apparatus and method of the present invention can simultaneously determine various types and levels of toxicity by using a multi-channel reactor, and use a two-stage reactor using recombinant microorganisms as a channel unit to rapidly and rapidly detect toxicity in water for a long time. There is an advantage.
이하 본 발명의 장치의 효과를 하기 시험예에 의해 설명한다. 시험예에 사용된 장치는 4 개 채널을 갖는 도 1의 장치로서 각 채널에는 대장균 TV1061(ATCC69315), DPD2794(듀퐁사, 미국), DPD2540(듀퐁사, 미국) 및 GC2(광주과학기술원 환경공학과로부터 입수함)가 사용되었다.Hereinafter, the effect of the apparatus of the present invention will be described by the following test example. The apparatus used in the test example is the apparatus of FIG. 1 having four channels, each of which contains E. coli TV1061 (ATCC69315), DPD2794 (Dupont, USA), DPD2540 (Dupont, USA) and GC2 (Dept. of Environmental Engineering, Gwangju Institute of Science and Technology). Obtained) was used.
시험예 1: DNA 독성 시험Test Example 1: DNA Toxicity Test
미토마이신 C 0.05 ppm을 도 1의 장치의 물 유입구에 주입한 후 각 채널의 제 2 반응기에서 발광 반응을 조사하였다.After injecting 0.05 ppm of mitomycin C into the water inlet of the apparatus of FIG. 1, the luminescence reaction was investigated in the second reactor of each channel.
그 결과는 도 3(a) 및 3(b)와 같다. 도 3(a) 및 3(b)에서 보듯이, 대장균 DPD2794를 사용한 채널에서만 상대 생물발광이 증가하였으며, 대장균 DPD2540 및 TV1061를 사용한 채널에서는 상대 생물발광의 변화가 없었다. 특히 모든 독성에 반응하여 발광이 감소하는 대장균 GC2를 사용한 채널에서는 발광이 감소하지 않았는데, 이로부터 미토마이신 0.05 ppm은 세포에 독성을 미치지 않음을 알 수 있다.The results are shown in Figures 3 (a) and 3 (b). As shown in Figures 3 (a) and 3 (b), the relative bioluminescence increased only in the channel using E. coli DPD2794, there was no change in the relative bioluminescence in the channel using E. coli DPD2540 and TV1061. In particular, luminescence did not decrease in the channel using E. coli GC2, which reduced luminescence in response to all toxicity, indicating that 0.05 ppm of mitomycin was not toxic to cells.
시험예 2: 세포막 독성 시험Test Example 2: Cell Membrane Toxicity Test
세룰레닌 5 ppm을 도 1의 장치의 물 유입구에 주입한 후 각 채널의 제 2 반응기에서 발광 반응을 조사하였다.After injecting 5 ppm of cerulein into the water inlet of the apparatus of FIG. 1, the luminescence reaction was investigated in the second reactor of each channel.
그 결과는 도 4(a) 및 4(b)와 같다. 도 4(a) 및 4(b)에서 보듯이, 대장균 DPD2540를 사용한 채널에서만 발광 반응이 나타났으며, 대장균 DPD2794 및 TV1061을 사용한 채널에서는 발광 반응이 나타나지 않았다. 또한 대장균 GC2를 사용한 채널에서는 발광이 감소하였는데, 이는 사용된 세룰레닌이 세포에 독성을 미치는 것임을 알 수 있다.The results are shown in Figures 4 (a) and 4 (b). 4 (a) and 4 (b), the luminescence reaction was observed only in the channel using E. coli DPD2540, the luminescence reaction was not seen in the channel using E. coli DPD2794 and TV1061. Luminescence was also reduced in the channel using E. coli GC2, indicating that the cerulein used is toxic to cells.
시험예 3: 단백질 독성 시험Test Example 3: Protein Toxicity Test
페놀 100 ppm을 도 1의 장치의 물 유입구에 주입한 후 각 채널의 제 2 반응기에서 발광 반응을 조사하였다.100 ppm of phenol was injected into the water inlet of the apparatus of FIG. 1 and the luminescence reaction was investigated in the second reactor of each channel.
그 결과는 도 5(a) 및 5(b)와 같다. 도 5(a) 및 5(b)에서 보듯이, 대장균 TV1061을 사용한 채널에서만 발광 반응이 나타났고, 대장균 DPD2794 및 DPD2540을 사용한 채널에서는 발광 반응이 나타나지 않았다. 또한 대장균 GC2를 사용한 채널에서는 발광이 감소되었으며 이로부터 사용된 페놀은 세포에 독성을 미치는 것임을 알 수 있다.The results are shown in Figs. 5 (a) and 5 (b). 5 (a) and 5 (b), the luminescence reaction was observed only in the channel using E. coli TV1061, and the luminescence reaction was not observed in the channel using E. coli DPD2794 and DPD2540. In addition, luminescence was reduced in the channel using E. coli GC2, and it can be seen that the phenol used therein is toxic to cells.
본 발명의 장치는 멀티채널화된 2 단계 반응기를 사용함으로써, 수중에 포함된 각종 독성의 종류 뿐만 아니라 독성의 수준을 효율적으로 탐지하므로 종래의 장치와는 달리 실효성이 매우 높다. 또한 본 발명의 장치에 사용된 2 단계 반응기는 장기간 연속적으로 수중의 독성을 탐지하며, 유입된 독성에 대해 신속하게 반응하고, 소형화가 가능해 경제적이다.The apparatus of the present invention is highly effective unlike the conventional apparatus because it efficiently detects not only the type of toxicity but also the type of toxicity contained in the water by using a multi-channelized two-stage reactor. In addition, the two-stage reactor used in the device of the present invention is economical because it detects toxicity in water continuously for a long time, reacts quickly to the introduced toxicity, and can be miniaturized.
본 발명의 장치는 폐수중의 독성물질 뿐만아니라, 강, 하천, 상수원 등의 수자원에 유입된 독성 물질을 탐지하는 데 유용하게 적용될 수 있다.The apparatus of the present invention can be usefully applied to detect toxic substances introduced into water resources such as rivers, rivers and water supplies as well as toxic substances in waste water.
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