Quorum sensing (QS)-mediated infections cause severe diseases in human beings. The control of infectious diseases by inhibiting QS using antipathogenic drugs is a promising approach as antibiotics are proving inefficient in treating these diseases. Marine fungal (Pestalotiopsis sydowiana PPR) extract was found to possess effective antipathogenic characteristics. The minimum inhibitory concentration (MIC) of the fungal extract against test pathogen Pseudomonas aeruginosa PAO1 was 1,000 ㎍/ml. Sub-MIC concentrations (250 and 500 ㎍/ml) of fungal extract reduced QS-regulated virulence phenotypes such as the production of pyocyanin, chitinase, protease, elastase, and staphylolytic activity in P. aeruginosa PAO1 by 84.15%, 73.15%, 67.37%, 62.37%, and 33.65%, respectively. Moreover, it also reduced the production of exopolysaccharides (74.99%), rhamnolipids (68.01%), and alginate (54.98%), and inhibited the biofilm formation of the bacteria by 90.54%. In silico analysis revealed that the metabolite of P. sydowiana PPR binds to the bacterial QS receptor proteins (LasR and RhlR) similar to their respective natural signaling molecules. Cyclo(-Leu-Pro) (CLP) and 4-Hydroxyphenylacetamide (4-HPA) were identified as potent bioactive compounds among the metabolites of P. sydowiana PPR using in silico approaches. The MIC values of CLP and 4-HPA against P. aeruginosa PAO1 were determined as 250 and 125 ㎍/ml, respectively. All the antivirulence assays were conducted at sub-MIC concentrations of CLP (125 ㎍/ml) and 4-HPA (62.5 ㎍/ml), which resulted in marked reduction in all the investigated virulence factors. This was further supported by gene expression studies. The findings suggest that the metabolites of P. sydowiana PPR can be employed as promising QS inhibitors that target pathogenic bacteria.
Zhao, Yanyu;Meng, Kun;Luo, Huiying;Yang, Peilong;Shi, Pengjun;Huang, Huoqing;Bai, Yingguo;Yao, Bin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제21권8호
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pp.861-868
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2011
A xylanase gene, xyn7c, was cloned from Paenibacillus sp. 12-11, an alkalophilic strain isolated from the alkaline wastewater sludge of a paper mill, and expressed in Escherichia coli. The full-length gene consists of 1,296 bp and encodes a mature protein of 400 residues (excluding the putative signal peptide) that belongs to the glycoside hydrolase family 10. The optimal pH of the purified recombinant XYN7C was found to be 8.0, and the enzyme had good pH adaptability at 6.5-8.5 and stability over a broad pH range of 5.0-11.0. XYN7C exhibited maximum activity at $55^{\circ}C$ and was thermostable at $50^{\circ}C$ and below. Using wheat arabinoxylan as the substrate, XYN7C had a high specific activity of 1,886 U/mg, and the apparent $K_m$ and $V_{max}$ values were 1.18 mg/ml and 1,961 ${\mu}mol$/mg/min, respectively. XYN7C also had substrate specificity towards various xylans, and was highly resistant to neutral proteases. The main hydrolysis products of xylans were xylose and xylobiose. These properties make XYN7C a promising candidate to be used in biobleaching, baking, and cotton scouring processes.
A total of sixty-six samples of Nuruk, a fermention starter used to make the Korean traditional rice wine, Makgeolli, were collected from central and southern regions of Korea in 2013 and 2014. We classified two groups of the Nuruk samples, "commercial" and "home-made", according to the manufacturing procedure and purpose of use. Commercial Nuruks were made in a controlled environment where the temperature and humidity are fixed and the final product is supplied to Makgeolli manufacturers. Home-made Nuruks were made under uncontrolled conditions in the naturally opened environment and were intended for use in the production of small amounts of home-brewed Makgeolli. We obtained more than five hundred isolates including filamentous fungi and yeasts from the Nuruk samples followed by identification of fungal species. Also we stored glycerol stocks of each single isolate at $-70^{\circ}C$. We identified the species of each isolate based on the sequences of ITS regions amplified with two different universal primer pairs. We also performed morphological characterization of the filamentous fungi and yeast species through observations under the microscope. We investigated the major fungal species of commercial and home-made Nuruks by counting the colony forming units (CFU) and analyzing the occurrence tendency of fungal species. While commercial Nuruks contained mostly high CFU of yeasts, home-made Nuruks showed relatively high occurrence of filamentous fungi. One of the representative Nuruk manufacturers used both domestic wheat bran and imported ones, mainly from US, as raw material. Depending on the source of ingredient, the fungal diversity was somewhat different. Another commercial Nuruk sample was collected twice, once in 2013 and again in 2014, and showed different diversity of fungal species in each year. Nuruks obtained from the southern regions of Korea and Jeju island showed high frequency of yeast such as Saccharomycopsis fibuligera and Pichia species as well as unique filamentous fungus, Monascus species. S. fibuligera was easily found in many Nuruk samples with high CFU. The major filamentous fungi were Aspergillus, Lichtheimia, Mucor and Penicillium species. In order to further our understanding of the isolates and their potential industrial applications, we assayed three enzymes, alpha amylase, glucoamylase and acid protease from 140 isolates out of about five hundred isolates and selected about 10 excellent strains with high enzyme activities. With these fungal isolates, we will perform omics analyses including genomics, transcriptomics, metabolic pathway analyses, and metabolomics followed by whole genome sequencing of unique isolates associated with the basic research of Nuruk and that also has applications in the Makgeolli making process.
청국장의 산업적인 대량생산 system에 B. subtilis, B. natto, B. licheniformis 그리고 B. natto와 B. licheniformis의 혼합 균주를 starter로 하여 45시간 동안 청국장을 발효시키면서 각 시험제품의 미생물 생장, 일반성분, 효소활성, 향기성분 등을 분석하고 관능을 평가하였다. 청국장의 수분은 점질물의 형성이 많은 B.subtilis와 B. natto 시험구에서 다소높았으며 pH는 B. licheniformis에서 8.68로 가장 높았고 B. subtilis 에서 8.13으로 가장 낮았다. 미생물의 생장정도는 B. subtilis가 $10^{9}$ CFU/g까지, B. licheniformis는 $10^{8}$ CFU/g까지 생장하였으며 단백질분해효소의 활성은 B. subtilis에서 1.35 unit/g으로 가장 높았고 B. licheniformis에서 0.45 unit/g으로 가장 낮았다. 암모니아태 질소의 함량 은미생물의 생장률 및 단백질분해 효소의 활성에 비례하여 B. subtilis > B. natto> B. licheniformis의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 한편, B. natto와 B. licheniformis의 혼합균주를 starter로 하여 제조한 청국장의 일반 품질은 B. natto와 B. licheniformis를 단독 접종한 제품의 평균치에 해당하는 특성을 보였다. 검출된 향기성분의 화학적 구성은 ketones 9종, alcohols 11종, aldehyde 6종, heterocyclic compounds 4종, ester 6종, acids 4종, hydrocarbons 4종, 기타 14종이었으며 균주별로는 B. subtilis에서 25종, B. natto에서 30종, B. licheniformis에서 28종, B. natto와 B. licheniformis를 혼합하여 접종한 청국장에서는 41종의 향기성분이 검출되었다. 유기산의 총량은 B. subtilis를 접종한 청국장에서 3.98%로 가장 높았고 B. natto는 2.24%, B. licheniformis는 1.53%이었으며 B. natto와 B. licheniformis의 혼합 시험구에서 는 1.67%의 함량을 보였다. 분석된 향기성분과 유기산은 starter로 접종된 Bacillus의 종류에 따라 각각 특징적 인 조성을 나타내었다. 관능평가 결과 색, 향, 맛 그리고 전체적인 선호도의 모든 항목에서 B. natto와 B. licheniformis의 혼합 시료가 가장 높은 선호도를 보였고 B. subtilis를 starter로 한 시료의 선호도가 가장 낮았다.
본 연구에서는 우유 앨러지의 원인물질중의 하나인 casein단백질을 생체가 알르겐 물질로 인식할 수 없는 수준의 분자로까지 분해하여 항원성을 저감시키고 또한 풍미가 좋은casein분해물을 제조하기 위하여 분해특성이 다른 효소를 사용하여 만들어진 분해물의 특성과 항원성을 조사하였다. 박테리아 효소인 Neutrase, Alcalase, Protamex, Pescalase을 처리한 casein가수분해물의 평균분자량은 1,100~2,300 dalton이었고 곰팡이 효소인 MP, Flavourzyme, LP, Promod경우에는 거의 770 ~ 1,140 dalton범위였다. 항원성 저감정도를 측정하기 위하여 토끼항casein항혈청을 이용하여 ELISA억제시험을 실시한 결과 항체결합을 50%저해하는 미분해casein단백질의 농도는 $10^{3.6}$ng/ml였다. 박테리아 효소인 Neutrase, Alcalase, Protamex, Pescalase에 의한 Casein가수분해물의 값은 각각 $10^{4.8},\;10^{5.5},\;10^{5.9},\;10^{6.1}\;ng/ml$이었고, 곰팡이 효소인 MP, Flavourzyme, LP, Promod경우에는 각각 $10^{6.3},\;10^{6.3},\;10^{6.5},\;10^{6.8}\;ng/ml$로 나타났다. 박테리아와 곰팡이효소의 조합인 Fla+prota, Pro+prota처리구에서는 $10^{7.4},\;10^{7.3}ng/ml$로 나타났다. 따라서 미분해 casein의 항원성을 1로 하면, casein분해물의 항원성은 최고 1/8,000 이하로 저하되었다. 수신피부아나피랙시스반응(PCA)을 이용한 항원성시험에서 casein으로 피하 감작할 경우 푸른색 반점이 나타났으나 효소처리구에서는 이러한 반점이 나타나지 않아 충분히 항원성이 저감화 되었음을 확인하였다.
카제인은 우유에서 단백질의 주요 급원으로 알려져 있으며, 이에 따라 카제인 유래 생리활성 펩타이드와 체내 작용에 대한 연구들이 지속적으로 보고되어 왔다. 카제인은 모체단백질 내에서는 불활성을 띄지만 여러 종류의 protease의 작용, 미생물 발효 시 효소적인 가수분해 및 위장에서의 소화를 거치면서 모체단백질에서 방출되어 활성을 띄게 된다. 카제인은 체내에서 흡수된 후 여러 생리활성을 지니게 된다. 먼저 심장혈관계에서 카제인 유래 펩타이드는 ACE 저해활성을 가지므로 고혈압을 예방하는데 도움을 줄 것으로 기대된다. 신경계에서는 opioid 유사물질로서 모르핀과 같은 효과를 나타낸다. 면역계에서는 여러 측면에서 면역기능을 조절한다고 알려져 있으며, 마지막으로 영양계에서는 대표적으로 CPP(caseinophosphopeptide) 및 GMP(glycomacropeptide)가 칼슘, 철과 같은 무기질 흡수에 도움을 준다. 이와 같이 카제인 유래 펩타이드의 다양한 생리활성은 다양한 기능성 유제품에 적용되어왔다. 본고에서는 생리활성 펩타이드의 생성, 흡수 및 흡수기전과 이들의 대표적인 생리활성기능 중 심혈관, 신경, 면역 및 영양에 미치는 영향에 대해 논하였다.
피부에는 여러 종의 미생물들이 군집을 이루며 서식하고 있고, 서로 상호작용을 하며 균형을 유지하고 있다. 하지만, 여드름, 건선 및 아토피 피부염과 같은 질병 상태에서는 피부 미생물의 균형이 깨져 건강한 피부와는 다른 미생물 군집 구성을 보인다. 피부 미생물 군집 구성의 조절은 이러한 피부 질환에 대한 잠재적인 치료 방법이 될 수 있다. Quorum sensing (QS)은 세포간 전달인자로, QS을 조절하면 유해균의 바이오필름 형성이나 효소 분비등을 억제할 수 있고, 이 역시 피부 미생물 군집 구성에 영향을 준다. 이번 연구에서는 아모레퍼시픽의 특허 성분인 유산균 발효 용해물(Lactobacillus plantarum APsulloc 331261, KCCM 11179P 이용)의 QS억제능력 및 피부 유익균과 피부 유해균의 생장에 미치는 영향을 확인하였다. 유산균 발효 용해물 10 ㎍/mL 처리시, QS에 의해 제어되는 Chromobacterium violaceum의 자주색 안료 생산을 대조군 대비 27.4% 감소시켰다. 또 피부 유익균인 Staphylococcus epidermidis의 생장을 대조군 대비 12% 증가 시켰고, 피부 유해균인 Pseudomonas aeruginosa의 생장을 38.5% 감소, 바이오필름 형성을 17.7% 감소시켰다. S. epidermidis를 같은 속(genus)에 포함되어 있는 대표적인 피부 유해균 Staphylococcus aureus와 함께 공배양 하였을 때 S. epidermidis의 생장은 대조군 대비 134% 증가시켰고, S. aureus의 생장은 13% 억제시켰다. 이러한 결과들을 종합하였을 때 L. plantarum APsulloc 331261을 이용한 발효 용해물은 피부 미생물의 균형을 조절해 줄 수 있는 화장품 원료로 유용하게 사용 될 수 있다고 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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