본 연구는 미생물을 이용하여 친환경적인 잔디관리를 위해 계분이나 돈분의 퇴비화 과정에서 얻어진 가축분 퇴비로부터 단백질 및 탄수화물 분해능과 잔디 갈색퍼짐병(large patch), 갈색마름병(brown patch), 그리고 동전마름병(dollar spot) 병원균에 항균활성을 보이는 미생물을 분리하기 위하여 실시하였다. 분리된 미생물은 총 68균주였고, 이들을 대상으로 단백질 분해활성, 탄수화물 분해활성 및 잔디 주요병원균에 대한 항균활성을 조사하여 활성이 높은 미생물 34균주를 선발하였다. 이 중에서 단백질과 탄수화물 분해 및 항균활성을 나타내는 균주인 ASC-14, ASC-18 및 ASC-35를 선발하였다. 이들 선발 균주를 대상으로 16s rRNA 유전자 분석 결과 ASC-14와 ASC-18은 B. amyloliquefaciens로 확인되었고, 반면에 ASC-35는 B. subtilis 세균으로 최종 동정되었다.
About 3,000 bacterial colonies with esterase activities were isolated from soil samples by enrichment culture and halo-size on Luria broth-tributyrin (LT) plates. The colonies were assayed for esterase activity in microtiter plates using enantiomerically pure (R)- and (S)-2-phenylbutyric acid resorufin ester (2PB-O-res) as substrates. Two enantioselective strains (JH2 and JH13) were selected by the ratio of initial rate of hydrolysis of enantiomerically pure (R)- and (S)-2-PB-O-res. When cell pellets were used, both strains showed high apparent enantioselectivity ($E_{app}>100$) for (R)-2PB-O-res and were identified as Exiguobacterium acetylicum. The JH13 strain showed high esterase activity on p-nitrophenyl acetate (pNPA), but showed low lipase activity on p-nitrophenyl palmitate (pNPP). The esterase was located in the soluble fraction of the cell extract. The crude intracellular enzyme preparation was stable at a pH range from 6.0 to 11.0.
Using fungal (Fusarium solani f. pisi) and bacterial (Pseudomonas mendocina) cutinases, the initial hydrolysis rate of p-nitrophenyl esters was systematically estimated for a wide range of enzyme and substrate concentrations using a 96-well microplate reader. Both cutinases exhibited a high substrate specificity; i.e. a high hydrolytic activity on p-nitrophenyl butyrate (PNB), yet extremely low activity on p-nitrophenyl palmitate (PNP). When compared to the hydrolysis of PNB and PNP by other hydrolases [lipases and esterases derived from different microbial sources, such as bacteria (Pseudomonas cepacia, Psedomonas furescens, Baciilus stearothermophilus), molds (Aspeillus niger, mucor miehei), and yeasts (Candida rugosa, Candida cylindracea)], the above substrate specificity would seem to be a unique characteristic of cutinases. Secondly, the hydrolytic activity of the cutinases on PNB appeared much faster than that of the other hydrolytic enzymes mentioned above. Furthermore, the current study proved that even when the cutinases were mixed with large amounts of other hydrolases (lipases or esterases), the Initial hydrolysis rate of PNB was determined only by the cutinase concentration for each PNB concentration. This property of cutinase activity would seem to result from a higher accessibility to the substrate PNB, compared with the other hydrolytic enzymes. Accordingly, these distinct properties of cutinases may be very useful in the rapid and easy isolation of various natural cutinases with different microbial sources, each of which may provide a novel industrial application with a specific enzymatic function.
Filamentous fungi that could be classified into Aspergillus flavus/oryzae were isolated from traditionally fermented meju commercially available in Korea. The samples were analyzed for aflatoxin B1 and ochratoxin A contamination by HPLC; however, no toxin was detected. In addition, fungal and bacterial metagenomic sequencing were performed to analyze the microbial distribution in the samples. The results revealed that the distribution and abundance of fungi and bacteria differed considerably depending on the production regions and fermentation conditions of the meju samples. Through morphological analysis, ITS region sequencing, and assessment of the aflatoxin-producing ability, a total of 32 A. flavus/oryzae strains were identified. PCR analysis of six regions with a high mutation frequency in the aflatoxin gene cluster (AGC) revealed a total of six types of AGC breaking point patterns. The A. flavus/oryzae strains did not exhibit the high amylase activity detected in the commercial yellow koji strain (starter mold). However, their peptidase and lipase activities were generally higher than that of the koji isolates. We verified the safety of the traditionally fermented meju samples by analyzing the AGC breaking point pattern and the enzyme activities of A. flavus/oryzae strains isolated from the samples. The isolated strains could possibly be used as starter molds for soybean fermentation.
남극 로스해의 퇴적물로부터 배양을 통해 분리한 균주의 분류 및 생리학적 특성 분석을 수행하였다. 분리 세균 63균주의 16S rRNA 유전자 염기서열을 이용한 계통분류학적 분석 결과, 이들은 Actinobacteria, Bacteroidetes, Alphaproteobacteria 및 Gammaproteobacteria 내의 21개의 파일로타입(phylotypes)에 속하였다. 98.65% 염기서열 유사도를 기준으로, 약 49%의 균주가 잠재적으로 신종 또는 신속 후보인 것으로 나타났다. 분리된 균주 중, 각각 46%, 25% 및 32%의 균주가 세포외 단백질분해효소, 지질분해효소 및 외부다당체 생성에 대한 활성을 나타냈다. 43개의 균주는 최소 1개의 세포외 분비 물질을 생산하였고, 이들 중 21개 균주는 최소 2개의 세포외 단백질분해효소, 지질분해효소 또는/및 세포외다당체를 생성하였다. 이러한 결과는 남극 로스해 퇴적물 내의 배양된 세균 군집이 해당 환경에서 탄소와 질소와 관련된 유기물질의 가수분해에 영향을 미치고 있다는 것을 시사한다.
식물생장촉진세균은 식물의 생장과 수확량을 촉진하고, 식물병에 대한 유도저항성을 유도하는 것으로 보고되었다. 본 논문에서 연구의 목적은 가로수와 고추의 엽면에 엽권정착 식물생장촉진세균을 처리하여, 식물생장촉진세균의 적용 범위를 확장하였다. 수목의 엽권에서 내생포자 형성 세균 1,056개 균주를 분리하여, protease, chitinase, lipase를 포함한 효소활성과 진균병인 C. graminicola와 B. cinerea에 대한 길항작용을 측정하였다. 1차 선발된 bacilli 14개 균주를 고추의 잎에 살포하여 엽권정착능을 시험하였다. 5B6, 8D4, 8G12 단독처리와 그 혼합처리군을 고추 엽면에 살포하여 생장촉진, 수확량증진, 병방제 효과를 고추 포장에서 관찰하였다. 대량배양을 통하여 선발된 균주를 대한민국 대전광역시 유성구 일대의 가로수에 살포하였을 때, 대조군과 비교하여 엽록소함량과 잎 두께가 증가하였다. 선발된 3개 균주를 수목에 엽면살포했을 때, 벚나무 진균성갈색무늬구멍병을 저해하였고 은행나무의 낙엽생성을 촉진하였다. 종합적으로 본 연구는 엽권정착세균의 엽면살포를 통하여 가로수와 고추의 생장을 촉진시키고, 식물병을 방제하는 엽권정착세균의 적용 가능성을 제시한다.
메밀 속성장 유래 세포외효소(protease, amylase, cellulase, lipase, xylanase) 분비능이 우수한 균주를 분리하여 혈전 용해능, 항균 활성 및 내염성을 분석하였다. 선발된 균주 중 HJ0-3을 비롯한 13개 균주는 표준 균주 B. subtilis KACC 10114보다 우수한 protease 활성을 보였다. Amylase 분비능의 경우, HJ18-4을 포함한 10개 균주는 표준 균주 B. subtilis KACC 10114보다 우수한 효소 활성을 보였다. HJ11-19 등 5균주는 표준 균주 B. subtilis KACC 10114보다 cellulase 분비능이 우수함을 확인할 수 있었다. 선별된 23개 균주 중에서 HJ5-21(21.12%), HJ18-4(86.11%), HJ18-9(31.16%), HJ18-13(63.80%)가 높은 혈전 용해능을 보였다. 선별된 23개 균주 중, 5개 균주(HJ18-4, HJ18-9, HJ18-13, HJ25-6, HJ25-11)는 3개 이상의 병원성 균에 대해 항균 활성을 나타내었고, 특히 HJ18-4는 모든 병원성 균에 대하여 항균활성을 나타내었으나 표준 균주 B. subtilis KACC 10114는 항균 활성이 나타나지 않았다. 메밀 속성장 유래 분리 균주 중 세포외효소 활성 및 혈전 용해능, 항균 활성이 우수한 균주 HJ18-4(AB601598)는 API kit 분석결과 B. subtilis(89.6%), 16S rDNA 염기서열 분석으로는 B. subtilis(99%)로 동정되었다. HJ18-4는 표준 균주 B. subtilis KACC 10114와 마찬가지로 NaCl의 농도가 높아질수록 생육이 억제되나 5%와 10%의 NaCl 농도에서 표준 균주 B. subtilis KACC 10114 보다 HJ18-4가 우수한 생육 특성을 나타내었다. 이는 HJ18-4가 염 농도 5-10%에서 우수한 생육특성을 가짐으로써 저염 및 고염 장류 제조에 있어서 starter로 사용이 가능함을 보여주었다.
본 총설에서는 유기용매 내성 리파아제와 그들의 산업, 생물공학 및 환경에서의 잠재적인 영향에 대하여 서술하고자 한다. 유기용매 내성 리파아제는 유기용매 내성 세균에서 처음 보고되었으나, 많은 유기용매 내성 리파아제들이 유기용매 내성 세균 뿐만 아니라 잘 알려진 Bacillus, Pseudomonas, Streptomyce 그리고 Aspergillus sp. 균주 같은 유기용매 비내성 세균 그리고 균류 균주들에서도 보고되고 있다. 이들 리파아제들은 유기용매에서 쉽게 불활성화되지 않기 때문에 유기용매에 의한 효소 불활성화를 방지하기 위하여 별도로 그들을 고정화할 필요가 없다. 그러므로 다수의 생물공정 및 생물변환 공정에서 이용될 수 있는 잠재적인 유용성을 가지고 있다. 이들 유기용매 내성 리파아제들을 사용하면, 유기용매계 또는 비수계에서 다수의 불용성 기질들의 용해도가 증가하며, 수계에서는 불가능한 다양한 화학반응들이 일어나고, 가수분해 대신에 합성반응이 일어나며, 물에 의한 부반응이 억제되며, 화학, 위치 그리고 엔안티오(대칭) 선택성(chemo, regio and enantioselective) 변환반응의 가능성이 증가한다. 나아가 고정화하지 않아도 효소의 회수와 재이용이 가능하며, 유기용매계와 비수계에서는 리파아제의 안정성이 더 좋아지는 경향도 있다. 그러므로 유기용매 내성 리파아제는 유기용매계와 비수계를 이용한 생물변환공정에 생물촉매로써 그들을 이용가능하다는 점에서 많은 주목을 받고 있다.
생균(Bacillus polyfermenticus, Bacillus mesentericus, Streptococcus faecalis, Bifidobacterium breve)과 소화 요소(protease, lipase)를 함유한 비스루트의 효과를 알아보기 위해 사료 내 1% 첨가하여 나일틸라피아 치어(19.0${\pm}$0.07g)에게 60일간 공급한 다음 성장률, 체조성 및 면역반응의 효과를 조사하였다. 60일간 사육한 결과 비스루트 첨가구와 대조구 사이에 유의적인 성장 차이를 보이지 않았지만(P>0.05), 보체의 용혈 능력은 비스루트 첨가구가 대조구에 비해 용혈능이 높은 것으로 조사되고 라이소자임의 용균 효과는 대조구와 비슷하였다. 식세포의 식작용 능력과 신장 마크로파지의 respiratory burst activity 는 비스루트 첨가구가 대조구에 비해 활성이 매우 높았다. 따라서 비스루트 사료 내 첨가가, 어류의 비특이적 면역 기능중에서 세포성 면역 기능을 활성화하는데 기여하였다. 병원성 세균 Edwardsiella tarda FSW 910410 균주로 공격 실험결과 비스루트 첨가구가 누적폐사율이 59%, 대조구가 80%로 조사되었고, 그 결과 비스루트 첨가구는 병원성 세균에 대한 저항력을 증가시켰다(P<0.05). Hematocrit, hemoglobin, total protein, glucose, GOT, GPT 와 같은 혈액 성분을 분석한 결과 비스루트 첨가구와 대조구 간의 유의차는 없었지만(P>0.05), glucose, GOT, GPT는 비스루트 첨가구가 대조구에 비해 낮게 나타났다. 이상의 결과로 비스루트는 나일틸라피아의 생리 기능에 문제를 야기시키지 않고, 비특이적 면역 기능 중 세포성 면역 기능을 증강시키는 효과가 있으며, 병원성 세균에 대한 저항력의 증강 효과도 높다. 따라서, 비스루트는 나일틸라피아의 사료 첨가물로서의 역할이 충분히 기대된다.
김치로부터 분리한 L. sp. KD 28은 펩타이드성 항균물질인 박테리오신을 생산하였다. 이 박테리오신은 ${\alpha}$-chymotrypsin, proteinase K, lipase, ${\alpha}$-amylase, carboxypeptidase A 효소에 대해서 매우 민감한 반응을 보였다. 낮은 pH 2.0에서 약 염기성의 pH 8.0까지는 항균활성을 온전히 유지하였으나 pH 8.0 이상에서는 항균활성이 감소하기 시작하여 pH 12.0에서는 25%로 감소하였다. L. sp. KD 28는 16S rRNA 분자계통학적 분석을 한 결과 L. lactis와 99% 상동성을 보였다. 또한 김치에서 분리한 L. sp. KD 28이 생산하는 박테리오신은 acetonitrile, isopropanol, methanol, chloroform 및 acetone 등의 유기용매 최종 농도 50%에서 항균활성은 영향을 받지 않았다. 열 안정성의 경우 $80^{\circ}C$까지 한 시간의 열처리에 안정하였으나 $100^{\circ}C$에서는 20분 이상의 열처리에 의해 항균활성이 감소하여 50분간 열처리할 경우 항균활성이 나타나지 않았다. 또한 이 박테리오신은 그람 음성보다는 양성 세균인 M. luteus IAM 1056, L. delbrueckii subsp. lactis KCTC 1058, E. faecium KCTC 3095, B. cereus KCTC 1013, B. subtilis KCTC 1023, S. aureus subsp. aureus KCTC 1916, B. megaterium KCTC 1098, B. sphaericus KCTC 1184 및 L. ivanovii subsp, ivanovii KCTC 3444 등에 대해서 항균활성을 보였다. 박테리오신을 SP-Sepharose 이온교환크로마토그래피로 부분 정제한 후 RP-HPLC 를 통해서 최종적으로 정제하여 tricine-SDS-PAGE를 통해 분자량을 확인한 결과 약 3.4 kDa로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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