저온 민감성 바실러스 서브틸리스 돌연변이 균주에서 glycine betaine의 저온 내성에 미치는 영향에 대한 연구

Studies of cold resistant glycine betaine effect on cold sensitive Bacillus subtilis mutant strains

높은 염분 농도에서 glycine betaine은 Bacillus subtilis 안으로 유입되어 세포 생장이 지속될 수 있게 한다. 뿐만 아니라 최근 연구 결과에 따르면 저온에서도 glycine betaine이 세포 생장을 지속시키는 것으로 알려져 있다. 저온에서 Bacillus subtilis의 생장을 저해시키는 세포 대사 활동으로는 세포막 운송과 단백질 합성을 들 수 있다. 세포막 구조와 관련하여 저온에서 세포막 운송에 영향을 주는 유전자들로는 bkdR과 des가 있고, 단백질 합성 과정에서 RNA helicase 유전자인 ydbR과 yqfR들은 저온 민감성을 보인다. 따라서 Bacillus subtilis 저온 민감성 유전자 결손 세포들에 대한 glycine betaine의 효과를 조사하여 저온에서의 glycine betaine 생리적 기능에 대해 알아보고자 하였다. 이 결과 glycine betaine의 존재 유무에 따라 야생형 Bacillus subtilis와 ydbR과 yqfR 결손 균주의 저온생장에 큰 차이를 보였다($T_d$차이 190~686 min). 반면에 bkdR이나 des 결손균주의 경우에는 glycine betaine 존재 유무에 따라 차이를 보이지 않았다. Glycine betaine의 전구체인 choline으로 대치하여도 저온에서의 생장은 같은 결과를 보였다. Glycine betaine의 영향이 세포막 구조와 관련이 있는 유전자 bkdR과 des 결손균주에 미치는 영향이 적은 것을 알아보기 위해 세포막에 영향을 주는 세제의 효과를 조사하였다. Triton X-100과 N-lauryl sarcosine 세제에 의해 bkdR 결손 균주가 야생형에 비해 더 영향 받는 것을 확인하였고 이는 bkdR 결손이 저온에서 막 구조를 변형하여 glycine betaine의 투과에 영향을 미치는 것으로 보인다.

At high salt concentration, glycine betaine is transported into Bacillus subtilis and growing rate of the cell is not suppressed. Also according to recent studies, cell growth is maintained normal growth rate at low temperature. Low temperature results in a stress response of Bacillus subtilis that is characterized by strong repression of major metabolic activities such as translation machinery and membrane transport. In this regards, genes showing cold sensitive phenotype are cold-induced DEAD box RNA helicases (ydbR, yqfR) and fatty acid desaturases (bkdR, des). Therefore to understand the effect of glycine betaine on cold growth of Bacillus subtilis, we investigated the effect of glycine betaine on growth rate of these deletion mutants showing cold sensitive phenotype. Glycine betaine strongly stimulated growth of wild type Bacillus subtilis JH642 and deletion mutants of ydbR and yqfR at $20^{\circ}C$ (190~686 min $T_d$ difference). On the other hands, glycine betaine does not show growth promoting effects on deletion mutants of bkdR, and des at cold conditions. Same cold protectant growth results were shown with the precursor choline instead of glycine betaine. We investigated the effects of detergents on the cell membrane in bkdR and des deficient strains associated with cell membrane. It was identified that bkdR deficient strain shows retarded growth with detergent such as Triton X-100 or N-lauryl sarcosine compared with wild type cell. Thus, it is possible that deletion mutation of bkdR modifies membrane structure and effects on transport of glycine betaine.