KSBB Journal

The Korean Society for Biotechnology and Bioengineering (한국생물공학회)
권호 표지

Heavy-Metal Adsorption by Recombinant Saccharomyces cerevisiae Harboring Multiple Copies of the CUP1 Gene

구리흡착 단백질 유전자를 함유하는 재조합 효모의 중금속 흡착

  • 서진호 (서울대학교 식품공학과 및 농업생물신소재연구센터) ;
  • 박상옥 (서울대학교 식품공학과 및 농업생물신소재연구센터) ;
  • 김명동 (서울대학교 식품공학과 및 농업생물신소재연구센터) ;
  • 한기철 (서울대학교 식품공학과 및 농업생물신소재연구센터) ;
  • 전영석 (서울대학교 식품공학과 및 농업생물신소재연구센터) ;
  • 안장우 (청강문화산업대학 건강식품과학과) ;
  • 한남수 (충북대학교 식품공학과)
  • Published : 2002.02.01
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Abstract

Characteristics of cell growth and heavymetal adsorption by recombinant Saccharomyus cerevisiae strains harboring multiple copies of the CUP1 gene encoding metallothione (MT) protein were studied in batch cultures. Recombinant S. cerevisiae strains harboring multiple copies of the CUP1 gene were superior to the host and wild-type yeast strains in terms of cell growth and heavy metal removal, indicating that the copy number of the CUP1 gene for MT expression played an important role in the adsorption of heavy metals. It was suggested that the CUP1 promoter for the MT expression is induced by manganese and zinc as well as copper An optimum copper concentration for MT expression and concomitant adsorption of heavy metals by recombinant S. cerevisiae was found to be 0.31 mM. A nonionic surfactant Triton X-100 enhanced cell growth by 17.7% and removal of zinc by 6.1% compared with the control case.

중금속 결합 단백질인 metallothionein (MT)를 발현하는 CUP1 유전자를 다중으로 함유하는 재조합 Saccharomyces cerevisiae의 균체성장과 중금속 제거특성을 조사하였다. CUP1 유전자를 다중으로 함유하는 재조합 효모는 중금속을 포함한 배지에서의 균체성장과 중금속 흡착능이 중금속에 대하여 내성을 가지고 있는 야생효모나 숙주세포에 비하여 우수하였다. 서로 다른 플라스미드를 함유하는 중금속을 함유하는 배지에서의 균체성장과 중금속 흡착능의 차이는 중금속에 대한 내성과 중금속 흡착에 MT 단백질의 발현 수준이 중요한 영향을 미치는 것으로 추정되었다. 구리를 함유하지 않고 고농도의 아연과 망간을 함유하는 배지에서 재조합 효모는 높은 균체 농도와 중금속 제거능을 나타내었는데, 이는 MT 단백질을 발현하는 CUP1 promoter가 아연과 망간에 의해서도 발현이 유도된다는 것을 알 수 있었다. MT 단백질을 효율적으로 발현하여 재조합 효모에 의한 중금속 흡착을 최대화 할 수 있는 최적의 구리농도는 0.31 mM로 결정되었으며, 비이온계 계면활성제인 Triton X-100은 재조합 효모의 균체성장과 중금속 흡착을 증가시켰지만, 대사 저해제는 균체성장과 중금속 흡착을 모두 저해하였다.

Keywords

References

  1. Science v.276 Functionalized monolayers on ordered mesoporous supports Feng X.;G. E. Fryxell;L.-Q. Wang;A. Y. Kim;J. Liu;K. M. Kemner https://doi.org/10.1126/science.276.5314.923
  2. Appl. Microbiol. Biotechnol. v.42 Biosorption of heavy metals by Saccharomyces cerevisiae Volesky, B.;H. A. May-Phillips https://doi.org/10.1007/BF00171964
  3. Biotechnol. Adv. v.5 Metal resistance and accumulation in bacteria Belliveau, B. H.;M. E. Starodub;C. Cotter;J. T. Trevors https://doi.org/10.1016/0734-9750(87)90006-1
  4. microbes in extreme environments Fungal responses towards heavy metals Gadd, G. M.
  5. Microbial Technology, current state, future prospects Microbiological methods for the extraction and recovery of metals Kelly, D. P.;P. R. Norris;C. L. Brierley
  6. Immobilization of Ions by Biosorption Considerations for commercial use of natural products for metals recovery Brierley, J. A.;G. M. Goyak;C. L. Brierley
  7. Ann. Rev. Microbiol. v.40 Micoorganism in reclamation of metals Hurikoshi, T.;M. S. Nakajima;J. A. Brierley;C. L. Brierly https://doi.org/10.1146/annurev.mi.40.100186.001523
  8. Biotechnology- a comprehensive treatise v.6b Accumulation of metals by microorganisms and algae Gadd, G. M.
  9. Science v.228 Function and autoregulation of yeast copperthionein Hamer, D.;D. Thiele;J. Lemontt https://doi.org/10.1126/science.3887570
  10. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. v.79 Tandem gene amplification mediates copper-resistance in yeast Fogel, S.;J. W. Welch https://doi.org/10.1073/pnas.79.17.5342
  11. EMBO v.8 The CUP2 gene product regulates the expression of the CUP1 gene, coding for yeast metallothionein Welch, J. W.;S. Fogel;C. Buchman;M. Karin
  12. Biotechnol. Lett. v.14 Growth and copper resistance of recombinant Saccharomyces cerevisiae containing a metalothionein gene Han, N. S.;J. H. Seo https://doi.org/10.1007/BF01030905
  13. Curr. Genet. v.21 The gene for cadmium metallothionein from a cadmium-resistant yeast appears to be identical to CUPI in a copper-resistant strain Tohoyama, H.;T.Tomoyasu;M. Inoue;M. Joho;T. Murayama https://doi.org/10.1007/BF00351682
  14. Molecular cloning, a laboratory manual (2nd ed.) Sambook, J.;E. F. Frithsch;T. Maniatis
  15. J. Biol. Chem. v.260 Yeast metallothionein, sequence and metal-binding properties Dennis, R. W.;K. B. Nielson;R. G. Willianm;D. H. Hamer
  16. Korean J. Biotechnol. Bioeng. v.10 Characteristics of growth and metal removal in recombinant Saccharomyces cerevisiae harboring a metallothionein gene Chung, D. H.;D. O. Kim;J. H. Seo
  17. Korean J. Biotechnol. Bioeng. v.11 Growth and cadmium removal in recombinant Saccharomyces cerevisiae harboring a metallothionein gene Kim, D. O.;S. S. Park;J. H. Seo
  18. Mol. Gen. Genet. v.225 Multicopy CUP1 plasmids enhance cadmium and copper resistance levels in yeast Jeyaprakash, A.;J. W. Welch
  19. J. General Microbiol. v.133 The uptake and cellular distribution of zinc in Saccharomyces cerevisiae Christopher, W.;M. G. Geoffrey
  20. Biotech. Bioeng. v.44 Chemical and enzymatic extraction of heavy metal bindings polymers from isolated cell walls of Saccharomyces cerevisiae Brady, D.;A. D. Stoll https://doi.org/10.1002/bit.260440307
  21. Agric. Biol. Chem. v.45 Biofunctional change in yeast cell surface on treatment with Triton X-100 Kimura, A.;K. Arima;K. Murata https://doi.org/10.1271/bbb1961.45.2627
  22. Chemosphere v.21 Bioaccumulation of zinc and cadmium in freshwater algae, Chlorella vulgaris, part Ⅰ. toxicity and accumulation Maeda, S.;M. Mizoguchi https://doi.org/10.1016/0045-6535(90)90118-D