곤충치사 독소를 생성하는 Bacillus thuringiensis serovar. kurstaki HD1과 HD73 균주에 대한 내독소 단백질의 특성을 규명하기 위하여 독소단백질의 항체 생산성, 항원 안정성, 정량 및 교차반응실험을 수행하였다. 곤충치사 내독소 단백질에 대한 항체는 토끼 마리당 약 2mg의 내독소 항원을 4회 주사했을 때 급격히 증가하여 6~7회 투여시에 최대치의 항체가 생성되었다. 내독소의 항원 안정성을 ELISA로 조사했을 때 5일 이내는 안정하였으나 9일 이후는 급격히 감소하였다. 간접 ELISA에 의한 B. t. k. HD1과 HD73 내독소의 정량 감도는 각각 50$\mu\textrm{g}$/$m\ell$, 400ng/$m\ell$이었다. HD1과 HD73 균주의 내독소 단백질에 대한 항혈청은 B. t. serovar israelensis 와 침강반응이 일어나지 않았다. B. t. k. 균주의 동일 아종간 내독소 단백질에 대한 항체의 교차반응에서 HD1 내독소 항체는 HD73 균주의 내독소 항원과 부분적으로 반응하였으나 HD73 내독소 항체는 HD1 항원과 100% 반응하였다.
B. t k HD-1 균주에 0.002% SDS와 0.5$\mu$g/ml EtBr을 처리한 결과, 9개의 cry- 변이균주를 분리하였으며 또한 B. t k HD-1균주와 B. cereus 569균주를 혼합배양하는 방법으로 mating 실험을 수행하여 B. t k HD-1으로부터 일부 plasmid가 전이된 11개의 cry+ B. cereus와 2개의 cry=B. cereus를 분리하고 plasmid수와 분자량을 조사하였다. B. t k HD-1의 경우 9개의 plasmid가 존재하였고 일부 plasmid가 curing된 B. t k HD-1변이균주의 경우 29Md plasmid나 44Md plasmid가 반드시 존재하였으나, cry- 변이균주에는 29Md 이상의 모든 plasmid가 소실되어 내독소 단백질 합성에 관여하는 유전자가 기억된 plamid를 결정하였다.
Park, Hyun-Woo;Pino, Brent C.;Kozervanich-Chong, Switzerlyna;Hafkenscheid, Erika A.;Oliverio, Ryan M.;Federici, Brian A.;Bideshi, Dennis K.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제23권1호
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pp.88-91
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2013
The Cyt1Aa protein of Bacillus thuringiensis subsp. israelensis is known to synergize mosquitocidal proteins of B. thuringiensis and Bacillus sphaericus strains. Cyt1Aa is highly lipophilic, and after binding in vivo to the midgut microvillar membrane serves as a "receptor" for mosquitocidal Cry proteins, which subsequently form cation channels that kill mosquito larvae. Here we report that Cyt1Aa can serve a similar function for lepidopteran-specific Cry proteins of B. thuringiensis in certain mosquito larvae. Engineering Cyt1Aa into the HD-1 isolate of B. thuringiensis subsp. kurstaki enhanced toxicity against $4^{th}$ instars of Aedes aegypti, but not against $4^{th}$ instars of Culex quinquefasciatus.
주요 농업해충인 담배거세미나방에 대하여 높은 생물활성을 보이는 Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki KB099 균주의 내독소단백질의 특성이 검토되었다. 이 균주의 내독소단백질은 효소 처리 없는 SDS-PAGE 결과 HD-l 균주에서는 일부 용해되어 130 kDa과 60 kDa의 두 개의 단백질밴드가 나타났으나 KB099균주에서는 용해되지 않고 130kDa의 밴드만이 관찰되었다. KB099균주의 내독소단백질에 감수성 해충인 담배거세미나방의 중장액으로 소화하였을 때에는 약 60 kDa 단백질밴드가 형성됨을 확인하였다. 또한 두 균주의 각각의 내독소단백질에 감수성해충의 소화액으로 반응시켰을 때 생물활성이 약했던 HD-l균주는 약6시간 만에 주요 밴드가 사라지는데 비해 활성이 강한 KB099균주는 12시간이상 까지도 활성밴드가 유지되다가 24시간 정도에서 밴드가 사라졌다. KB099균주가 생산하는 내독소단백질 유전자의 탐색을 위한 PCR실험에서 Cry1Aa, Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1C, Cry1D 그리고 Cry1I 등 6개의 유전자가 존재함을 확인하였다.
Bacillus thrungensis를 이용한 미생물 살충제를 생산할 목적으로 두부폐수를 이용하여 내생포자 생산능을 검토하였다. 실험에 사용한 두부폐수원액의 성상은 pH 9.8, COD 276mg/$\ell$, 전질소량 71.1mg/$\ell$, 전인량 5.52mg/$\ell$ 이며 Bacillus thrungensis균을 대량배양하기 위한 기질로서의 이용 가능성을 확인한 결과, 두부폐수원액에서 가장 높은 포자형성능이 관찰 되었으며, 두부폐수원액의 첨가량이 작을수록 포자형성은 감소하는 경향을 나타내었다. 최대 포자형 성능은 1% $K_2$HPO4i 첨가때 가장 높은 포자형 성능을 나타내었다. 두부 공업폐수를 이용한 Bacillus thrungensis의 최적배지 조건에서 시간별 포자형 성능을 확인한 결과, 동일 시간당 1.5배 높은 포자형 성능이 확인되었다. 두부폐수는 Bacillus thrungensis를 생산하기 위한 적당한 배양기질로서 이용될 수 있을 것으로 생각되어 진다.
나비목 유충에 독성이 강한 균으로 알려진 Bacillus thuringiensis serovar. kurstaki HD73 을 ethidium bromide(0.02$\mu\textrm{g}$/$m\ell$)처리와 자연적 curing에 의한 내독소 유전자의 위치를 확인하여 변이주간 내독소 생성능을 간이 선별할 수 있는 배지를 선발한 다음 국내 토양에서 분리한 KBS722 균주에 적응하여 그 내독소 단백질 유전자의 위치를 확인한 결과를 요약하면 다음과 같다. HD73-NRRL과 Dul-mage박사로 분양 받은 균주는 약 7.4, 7.1, 8.1, 11. 3, 75kb 및 크기가 75kb와 비슷하고 copy수가 적은 또 하나의 plasmid로 전부 6개의 plasmid를 보유하고 있었으며 IPL 균주는 약 4.0과 70kb plasmid를 더 보유하는 것으로 나타났다. 상기 HD 73 균주들의 내독소 단백질 크기는 모두 133KD 정도였고 HD73의 내독소 유전자는 변이주간 내독소의 현미경 검경과, immunoblotting plasmid DNA 의 전기영동결과 75kb상에 있는 것으로 나타났다. 이들 변이주들을 potato dextrose agar, starch agar, spizizen casamino acid glucose 와 nutrient agar 평판배지에 접종하여 균형태를 관찰하였을 때 내독소 비형성균(Cry-)은 starch agar 배지에서만 반투명하고 균 군락의 색깔이 엷은 회색을 띄었다. 한편 국내 분리균 KBS722를 novobiocin(3$\mu\textrm{g}$/$m\ell$)으로 plasmid를 curing시켜 상기 4가지 배지에 도달했을때 nutrient agar배지에서만 Cry 변이주가 반투명하고 엷은 회색을 나타내었다. KBS722의 내독소유전자는 약 225kb의 plasmid상에 있는 것으로 나타났으며 in vitro에서 쉽게 Cry$^+$주와 Cry$^-$주의 판별이 가능하였다.
지금까지 많은 연구가 되어 있지 않던 Bacillus thuringiensis serovar. darmstadiensis의 내독소를 Renografin-76 단계적 기울기 원심분리로 분리하여 전자 현미경으로 관찰하여 이중피라미드 구조를 가진 독소 단백질을 확인하였으며 B. thuringiensis serovar. kurstaki HD1의 독소 생성유전자와 B. thuringiensis serovar. darmstadiensis의 유전자가 유사성이 있다는 보고를 근거로 하여 B. thuringiensis serovar. HD1의 독소 생성유전자를 가진 프로브(pUYBT 9044)로 이용하여 colony hybridization 및 Southern hybridization 한 결과 2.6Kb EcoRI 단편 및 3.6Kb Hind III 단편을 선발할 수 있었다. 이들 단편들은 B. thuringiensis serovar. kurstaki HD1 독소 유전자와 hybridization시 유사성이 있었다. 특히 3.5Kb HindIII 단편은 2.6Kb EcoR I 단편에 클로닝되어 있는 1.8Kb의 HD1 독소 유전자와 유사성이 있는 부분을 공유하고 있었으며 1.0Kb 정도의 EcoR I-HindIII 부분이 더 삽입한 것을 알 수 있었다.
Bacillus thruingiensis subsp. kurstaki HD-1의 내독소단백질 유전자인 CryIA(a)의 N-말단 부분과 B.tk HD-73의 내독소단백질 유전자인 CryIA(c)의 C-말단 부분의 융합에 따른 독성발현 여부에 관하여 조사하였다. 융합생산물인 pSK3, pSK4 및 pSK5의 플라스미드는 각각 4.5kb, 4.8kb 그리고 5.5kb로 구성되어 있다. 형질전환체의 내독소단백질에 대한 Western blotting은 SK4 및 SK5가 77-kDa 그리고 105-kDa에서 B.t k HD-1 항체에 대하여 반응을 나타내었다. 독성검정의 공시충인 배추좀나방 및 담배나방을 사용한 결과 pSK5를 포함하는 형질전환체만이 각각 96% 및 97%의 높은 치사율을 나타냈다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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