Isolation of Agarivorans sp. KC-1 and Characterization of Its Thermotolerant β-Agarase

This article reports an agar-degrading marine bacterium and characterizes its agarase. The agar-degrading marine bacterium, KC-1, was isolated from seawater on the shores of Sacheon, in Gyeongnam province, Korea, using Marine Broth 2216 agar medium. To identify the agar-degrading bacterium as Agarivorans sp. KC-1, phylogenetic analysis based on the 16S rRNA gene sequence was used. An extracellular agarase was prepared from a culture medium of Agarivorans sp. KC-1, and used for the characterization of enzyme. The relative activities at 20, 30, 40, 50, 60, and $70^{\circ}C$ were 65, 91, 96, 100, 77, and 35%, respectively. The relative activities at pH 5, 6, 7, and 8 were 93, 100, 87, and 82%, respectively. The extracellular agarase showed maximum activity (254 units/l) at pH 6.0 and $50^{\circ}C$ in 20 mM of Tris-HCl buffer. The agarase activity was maintained at 90% or more until 2 hr exposure at $20^{\circ}C$, $30^{\circ}C$ and $40^{\circ}C$, but it was found that the activity decreased sharply from $60^{\circ}C$. A zymogram analysis showed that Agarivorans sp. KC-1 produced 3 agar-degrading enzymes that had molecular weights of 130, 80, and 69 kDa. A thin layer chromatography analysis suggested that Agarivorans sp. KC-1 produced extracellular ${\beta}$-agarases as it hydrolyzed agarose to produce neoagarooligosaccharides, including neoagarohexaose (21.6%), neoagarotetraose (32.2%), and neoagarobiose (46.2%). These results suggest that Agarivorans sp. KC-1 and its thermotolerant ${\beta}$-agarase would be useful for the production of neoagarooligosaccharides that inhibit bacterial growth and delay starch degradation.

한천분해세균 Agarivorans sp. KC-1의 분리 및 내열성 β-아가라제의 특성 규명

본 연구에서는 해양 한천분해세균 Agarivorans sp. KC-1과 해당균주의 agarase 특성을 조사하였다. 한천분해균인 KC-1은 경상남도 사천시 남일대 해수욕장에서 채취한 바닷물을 이용하여 Marine broth 2216 한천 배지에서 분리하였다. 분리된 균은 16S rRNA 유전자 염기서열분석을 통하여 Agarivorans 속 세균과 99% 일치하여 Agarivorans sp. KC-1으로 명명하였다. 세포외로 분비되는 agarase는 Agarivorans sp. KC-1 균주 배양액에서 획득하였으며, 이를 이용하여 특성 조사를 하였다. Agarivorans sp. KC-1 균주의 한천분해효소는 20, 30, 40, 50, 60 및 $70^{\circ}C$에서 각각 65, 91, 96, 100, 77, 35%의 상대활성을 나타냈으며, pH 5, 6, 7, 8에서는 93, 100, 87, 82%의 활성을 나타내었다. 세포외 agarase는 $50^{\circ}C$에서 pH 6.0인 20 mM Tris-HCl 완충용액을 사용하였을 때 최대(254 U/l)의 활성을 보였다. 이 agarase는 20, 30, $40^{\circ}C$에서 2시간 동안 열처리 하여도 90% 이상의 잔존활성을 보였다. 또한, $50^{\circ}C$에 2시간 노출된 후에도 67%의 잔존활성을 보였다. Zymogram 분석을 통하여 Agarivorans sp. KC-1 균주가 생산하는 한천분해효소의 크기는 약 130 kDa, 80 kDa, 69 kDa의 3개로 확인할 수 있었다. TLC 분석 결과, Agarivorans sp. KC-1 균주의 한천분해효소는 네오한천올리고당인 neoagarohexaose (21.6%), neoagarotetraose (32.2%) 및 neoagarobiose (46.2%)를 생성하는 것으로 보아 ${\beta}$-agarase로 확인되었다. 따라서 Agarivorans sp. KC-1가 생산하는 ${\beta}$-agarase는 전분노화 방지, 미백효과, 보습효과 및 세균생장 억제 등의 기능을 가지는 한천올리고당의 생산에 유용할 것으로 판단된다.