Understanding of the regulatory mechanism behind $N_2O$ reduction by an obligately aerobic bacteria, Gemmatimonas aurantiaca strain T-27, and its implications in $N_2O$ dynamics in the environment

Abstract

자연환경에서 $N_2O$ 환원효소 (NosZ)를 가지고 있는 미생물이 유일하게 $N2O$ 생제거 능력을 가지고 있다고 알려졌다. 환경 속에 존재하는 많은 nosZ 유전자가 Gemmatimonadetes문에 속한다. Gemmatimonadetes문에 속하는 Gemmatimonas aurantiaca strain T-27은 특이한 $N_2O$ 환원 메카니즘을 가지고 있다고 연구가 되어있다. G. aurantiaca는 완전호기성 미생물로써 nosZ 유전자가 있음에도 혐기성 배지조건에서 $N_2O$ 를 환원시키지 못하였다. 글루코스를 전자공여체로 사용하고, 2.1% $O_2$ 와 3 mL의 99.999% $N_2O$ 를 같이 넣어준 배지조건에서 $N_2O$ 를 환원시키는 것을 확인하였다. 계속적인 3mL $N_2O$ 를 넣어 주었을 때, $N_2O$ 환원속도는 줄어들다가 멈추었다. 이후, 추가적인 $O_2$ 를 넣어주었을 때, $N_2O$ 환원반응이 다시 재게되었다. 이러한 특성은 G. aurantiaca가 $N_2O$ 를 환원시킬 때, 순간적으로 $O_2$ 가 필요하다는 것을 암시한다. qPCR 결과에서 $N_2O$ 가 세포성장에 기여한다는 것을 확인하였고, nosZ 전사체의 개수는 $O_2$ 가 고갈되었을 당시 가장 큰 값을 갖다가 다시 줄어들었다. Gemmatimonadetes문은 일시적인 무산소 조건이 되었을 때, 생존전략으로써$N_2O$ 를 전자수용체로 사용할 수 있는 능력을 획득하게 되었을 것이다.