삼투압 스트레스를 받은 Yersinia enterocolitica의 성장에 미치는 glycine betaine을 비롯한 osmolyte의 영향

Effects of Glycine Betaine and Related Osmolytes on Growth of Osmotically Stressed Yersinia enterocolitica

고염분으로 삼투압 스트레스를 받은 Yersinia enterocolitica ATCC 9610 세포내에 축적되는 osmolyte를 $^{13}C$ NMR을 통해 조사하였다. 자연계에 흔히 존재하는 가장 강력한 osmolyte로 알려진 glycine betaine의 삼투압 스트레스를 받은 Y. enterocolitica ATCC 9610 세포내 농도 (801.9 nmol/mg protein)는 삼투압 스트레스를 받지 않은 세포 (19.2 nmol/mg protein) 보다 41.8배 많이 검출되어 Y. enterocolitica ATCC 9610의 가장 주요한 osmolyte로 작용하였다. Proline도 284.8 nmol/mg protein의 농도로 검출되어 Y. enterocolitica ATCC 9610의 osmolyte로 작용하였다. Glycine betaine을 비롯한 각종 osmolyte가 삼투압 스트레스를 받은 Y. enterocolitica 세포성장에 미치는 역할을 검증하기 위해 Y. enterocolitica의 성장속도에 미치는 이들의 영향을 조사하였다. 2.5%의 NaCl이 첨가된 MMA 배지에 glycine betaine과 proline을 각각 첨가했을때, 1mM glycine betaine의 경우 osmolyte를 첨가하지 않은 대조구에 비해 성장속도가 3.6배 증가하였으며 5mM proline의 경우는 1.3배 증가하였다. Dimethylglycine도 2.5%의 NaCl을 첨가한 MMA 배지에 5mM의 농도로 첨가하였을때 대조구에 비해 성장속도가 3.1배 증가하였는데, monomethylglycine은 삼투압 스트레스를 받은 Y. enterocolitica의 성장에 어떤 영향도 미치지 못하였다. Carnitine은 2.5%의 NaCl이 첨가된 MMA 배지에 5mM의 농도로 첨가되었을때 대조구에 비해 2.4배 성장속도가 증가하였으며 choline은 성장에 어떤 영향도 미치지 못하였다. 이상의 결과로 glycine betaine은 Y. enterocolitica ATCC 9610의 가장 주요한 osmolyte로 작용하며, proline, dimethyglyine 그리고 carnitine도 Y. enterocolitica ATCC 9610의 osmolyte로 작용하여 삼투압 스트레스를 받은 Y. enterocolitica ATCC 9610의 성장속도를 증가시켰다.

Osmolytes accumulated in the osmotically stressed Yersinia enterocolitica ATCC 9610 were investigated using natural abundance $^{13}C$ NMR spectroscopy. Glycine betaine, one of the more common and most effective osmolytes found in nature, was the dominant osmolyte in osmotically stressed Y. enterocolitica cells. Glycine betaine concentration was 41.8 times higher (801.9 nmol/mg protein) in stressed cells than in unstressed cells (19.2 nmol/mg protein). Proline was the minor osmolyte, and its concentration was 284.8 nmol/mg protein. The effects of glycine betaine and related osmolytes on growth rate of osmotically stressed Y. enterocolitica were investigated to identify their ability as osmolytes for Y. enterocolitica. When glycine betaine and proline were added in MMA medium containing 2.5% NaCl, the growth rate with glycine betaine (1 mM) was 3.6 times higher than in control (no addition of osmolyte), and that with proline was 1.3 times higher. Dimethylglycine (5 mM) also increased the growth rate 3.1 folds. On the other hand, monomethylElycine had no effect on growth of osmotically stressed and unstressed Y. enterocolitica. When carnitine was added in MMA medium containing 2.5% NaCl, carnitine (5 mM) increased the growth rate 2.4 folds, but choline had no effect on growth of osmotically stressed Y. enterocolitica. The above results indicate that glycine betaine is the dominant osmolyte in osmotically stressed Y. enterocolitica, and proline, dimethylglycine and carnitine also act as minor osmolytes.