표고버섯(Lentinus edodes)은 원목이나 톱밥배지를 사용하여 재배한다. 이 배지에 푸른곰팡이(Trichoderma)가 감염되면 표고버섯의 생장을 크게 억제한다. 버섯은 신선식품이기 때문에 푸른곰팡이를 방제하기 위한 항생제와 화학약품의 사용은 허용되지 않는다. Pseudomonas tolaasii에 의해 분비되는 펩티드 독소인 톨라신과 톨라신 유사체들은 항진균 활성을 가져 푸른곰팡이병 방제에 성공적이었다. 푸른곰팡이 Trichoderma harzianum H1에 톨라신 펩티드를 처리하였을 때 곰팡이의 성장은 효과적으로 억제되었고, 실제 톱밥배지에서 균주 배양액을 푸른곰팡이 균사에 분사하였을 때, 균사 성장은 완벽하게 억제되었다. 특히, P. tolaasii 6264와 HK11 균주의 배양 추출액을 혼합하여 처리하였을 때에 항진균 활성이 크게 증가하였다. 따라서 이러한 균주들과 펩티드 독소들은 푸른곰팡이의 성장을 억제할 수 있고, 표고버섯 재배에서 푸른곰팡이병을 방제하기 위한 좋은 후보가 될 수 있다.
Pseudomonas tolaasii에 의해서 분비되는 펩티드 독소인 tolaasin은 재배버섯에 세균성 갈반병을 유발한다. Tolaasin의 독성은 적혈구를 파괴하는 용혈활성으로 평가된다. Tolaasin 펩티드는 C-말단부위에 두 개의 amine기를 갖고있어, 이 펩티드의 세포막 결합은 amine기의 전하상태에 따라 다를 수 있다. 이것을 확인하기 위하여 tolaasin을 적정하였을 때, 적정곡선은 pH 7.0에서 9.6 사이에서 적정이 되는 amine기가 있음을 보였다. Tolaasin에 의한 용혈활성의 pH 의존성을 조사하였을 때, 용혈활성은 알칼리 조건에서 증가함을 확인하였다. 따라서, pH 변화에 따른 tolaasin의 막결합 특성을 조사하기 위하여 적혈구를 tolaasin과 사전배양한 후, tolaasin을 포함하지 않은 완충액으로 씻어내고, 사전배양중 적혈구에 결합한 tolaasin의 용혈활성을 측정하였을 때, 활성은 pH 8 이상에서 크게 증가하였다. 이러한 결과는 tolaasin이 전하가 없거나 양전하량이 적은 상태에서 세포막에 잘 결합하여 세포독성이 커진다는 것을 의미한다.
본 연구는 곤충 유전자를 이용한 항세균성 펩타이드 생산 및 농업용 소재로서의 응용에 관한 연구로서 항세균성 단백질 누에신 유전자를 베큘로 바이러스 발현계(BEVS)를 이용하여 곤충세포주에서 발현한 후 누에신 단백질의 농업용 소재로서의 가능성을 모색하기 위해 농작물을 가해하는 감자 고추의 무름병을 일으키는 Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum, 가지 및 고추의 풋마름병을 일으키는 Ralstonia solanacearum, 양송이 버섯의 세균성 갈색 무늬 병을 일으키는 Pseudomonas tolaasii 및 무와 배추의 검은썩음병을 일으키는 Xanthomonas campestris pv. campestris 에 대해서 항세균 활성을 관찰하였다. 그 결과 Pectobacterium carotovorum subsp. carotovorum, Ralstonia solanacearum 및 Pseudomonas tolaasii에 대해 높은 활성을 나타내었으며 Xanthomonas campestris pv. campestris에는 활성을 나타내지 않았다. Ion exchange 및 gel filtration chromatography 를 수행하여 약 20 kDa의 성숙 누에신 단백질을 순수 분리하여 pH 및 온도에 대한 안정성을 조사한 결과, pH 2~12 완충액에서 30분간 처리하였을 때에도 항세균 활성이 그대로 유지되었고 10$0^{\circ}C$에서 2시간 처리시에는 활성이 안정되었으며 4시간 처리시에도 80% 정도로 유지됨을 확인함으로써 누에신 단백질은 pH 및 온도에 대한 안정성이 있음을 확인할 수 있었다.
느타리버섯의 갈반병은 Pseudomonas tolaasii에 의해 생성된 톨라신 및 이의 유사 펩티드 독소에 의해 발생한다. 톨라신 펩티드들은 세포막에 pore를 형성하고 버섯의 자실체 구조를 파괴한다. 적혈구가 파괴되는 용혈은 톨라신의 세포독성에 의해 일어난다. 톨라신의 용혈활성은 Zn2+ 및 Ni2+과 같은 금속 이온에 의해 저해된다. 가돌리니움 이온을 첨가하였을 때, 톨라신에 의한 용혈작용에서 1 mM 이하의 농도에서는 용혈작용이 증가하고 그 이상의 농도에서는 저해되는 이중 효과가 나타났다. 가돌리니움 이온에 의한 톨라신 활성저해 기작은 다른 양이온들에 의한 저해기작과 다른 것으로 보인다. 가돌리니움 이온은 음전하를 갖는 막지질들에 결합하여 지질막의 측압을 변화시키는 것으로 보고되어, 톨라신 이온통로의 여닫힘에 직접 작용하기 보다는 막 구조의 단단함을 증가시켜 막에 대한 톨라신 이온통로의 안정성을 감소시키는 것으로 보인다.
원목과 톱밥배지에서 푸른곰팡이의 오염과 성장은 표고버섯의 생장을 심하게 저해할 수 있다. 표고버섯 재배에서 푸른곰팡이병의 방제를 위하여 농약과 항생제와 같은 화학 약품의 사용은 일반적으로 허용되지 않는다. 본 연구에서는 푸른곰팡이병의 방제를 위하여 느타리버섯에서 갈반병을 일으키는 세균성 병원균을 분리하고 이들의 펩티드 독소를 분리하였다. Pseudomonas tolaasii 균주들은 항진균 활성을 갖는 톨라신 및 이와 구조적 유사체인 다양한 펩티드 독소를 분비한다. 이러한 펩티드들은 표고버섯의 생장에는 영향을 주지 않는다는 것이 알려져 있다. 펩티드 독소들을 Trichoderma harzianum H1 푸른곰팡이에 처리하였을 때, 푸른곰팡이의 성장을 저해하였다. 펩티드를 분비하는 20 종의 P. tolaasii 균주 중에서 강, 중, 약의 항진균 활성을 가진 균주의 수는 각각 8, 5, 7 종으로 나타났다. 표고버섯을 재배하는 동안에, 펩티드 독소를 함유한 세균 배양액에서 세균을 제거한 배양원액을 톱밥배지 표면에 자란 푸른곰팡이 균사에 분무하였다. 배양원액은 푸른곰팡이의 성장은 억제할 수 있는 반면, 표고버섯 생장과 생산에는 영향을 주지 않았다. 펩티드 독소를 함유하는 배양원액은 곰팡이의 흰색 균사체를 노란색의 마른 딱지로 변화시켰고, 이것은 펩티드 독소가 강력한 항진균 활성과 살균 활성을 갖고 있음을 보여준다.
Pseudomonas tolaasii는 느타리버섯에 갈반병을 일으키는 병원균주로, 다양한 변이균주들을 분리하여 $P1{\alpha}$와 $P1{\beta}$, $P1{\gamma}$ 세 가지 소그룹으로 분류하였다. 각 그룹별 균주들에 특이적인 박테리오파지를 이용한 파지테라피는 갈반병 방제에 매우 성공적이었다. 본 연구에서는, 박테리오파지들의 특성을 구명하기 위하여 소그룹별 대표균주을 이용하여 파지를 분리하였고, 이들의 다클론항체를 제작하여 파지들 사이에 유연관계를 조사하였다. 파지 준비물은 $10^{10}pfu/mL$ 이상으로 토끼의 다리 근육에 주사하였고, 3회의 반복주사에 의해 다클론항체가 얻어졌다. 파지 ${\phi}6264$에 대한 항체의 역가는 $2{\times}10^7Ab/mL$ 이상, 파지 ${\phi}HK2$에 대해서는 $1{\times}10^6Ab/mL$, 파지 ${\phi}HK19$와 ${\phi}HK23$에 대해서는 $1{\times}10^7Ab/mL$ 이상이었다. 항체와 이에 특이적인 파지 사이에는 매우 높은 반응특이성이 있었고, 소그룹이 다른 파지의 항체와 파지 사이에도 일부 교차반응성을 확인하였다. 파지 ${\phi}6264$에서 생성된 $Ab{\phi}6264$는 모든 $P1{\alpha}$ 소그룹의 파지들과 반응성을 보였으나, 파지 ${\phi}HK16$을 제외한 다른 소그룹의 파지들과는 반응하지 않았다. $P1{\gamma}$ 소그룹에서 생성된 $Ab{\phi}HK23$은 $P1{\beta}$ 소그룹의 모든 파지들을 불활성화시켜 가장 넓은 항체범위를 보였다. 항체와 파지를 이용한 숙주균과의 관계를 분석하였을 때, 16S rRNA 유전자 분석에 의한 숙주균의 근연관계와 항체를 이용한 숙주균의 파지들 사이의 구조적 근연관계는 상당히 차이가 있음을 확인하였다. 결론적으로, 박테리오파지의 숙주균 특이성과 항체를 이용해 측정한 파지의 껍질단백질 구조유사성 사이에는 약한 상관성을 보였다.
A total of 12 strains of fluorescent Pseudomonas isolated from the cultivated mushrooms such as Agaricus bisporus and Pleurotus ostreatus were collected. They consisted of pathogenic Pseudomonas spp. and epiphytic Pseudomonas spp. of the cultivated mushroom. To analyze the phylogenetic relationship of these strains, ITS I region, the 16S-23S intergenic spacer region in the ribosomal RNA (rRNA) operon, was cloned and sequenced. The spacer regions of these strains were 495∼527 nucleotides in length and contained the genes encoding isoleucine-tRNA (tRNAIle) and alanine-tRNA (tRNAAla). The reciprocal homologies of each ITS I sequence among these strains were in the range of 84.2%∼98.8%. According to the analysis of ITS I sequences, the fluorescent Pseudomonas spp. were phylogenetically classified into three clusters. Cluster I consisted of Pseudomonas fluorescens, P. tolaasii, P. gingeri’, and P.‘reactans’(WLRO). Cluster II comprised Pseudomonas fluorescens biovar C and F. Cluster III composed P. agarici. Cluster I and II could be classified into P. fluorescens complex. P. agarici formed an independent taxon clearly separable from P. florescens complex.
팽이버섯 재배에 있어 가장 문제되는 병해 중의 하나인 팽이버섯 세균성갈색무늬병(세균성갈반병)의 방제약제를 선발하기 위해 제오라이트입제, 키토산, 목초액, $Ca(OCl)_2$, NaOCl 등 5종의 약제를 공시하여 기내와 버섯재배사에서 시험을 수행한 결과, 목초액과 $Ca(OCl)_2$는 0.5% 농도에서 F. velutipes의 균사생장 억제력은 낮았으나, 병원세균인 P. tolaasii에 대해서는 현저한 생장억제력을 보여 팽이버섯 세균성갈색무늬병의 방제약제로 이용가능성이 있는 것으로 나타났다. 발병율은 무처리구에서 43.8%로 매우 높게 나타났으나, $Ca(OCl)_2$ 0.5% 처리구의 경우 14.6%로 가장 낮은 발병율을 보였고, 목초액 0.5% 처리구 및 $Ca(OCl)_2$ 1.0% 처리구에서 20% 내외, 그리고 목초액 1.0% 처리구에서 26.1%의 매우 낮은 발병율을 보였다. 또한 약제 처리농도의 경우 1.0% 보다는 오히려 0.5%의 저농도에서 억제효과가 높은 것으로 나타났다. 무처리구에 비해 처리구에서 품질이 현저히 향상되었으며, 수량도 30% 정도 증수되었고, 특히 $Ca(OCl)_2$ 1.0% 처리구의 경우 35.6%로 가장 높은 증수효과를 나타냈다. 그러나 발병억제율, 품질, 수량 등 전체적인 처리효과를 볼 때, 목초액보다는 $Ca(OCl)_2$가 상대적으로 더 유효하고, 약제별 사용농도는 $Ca(OCl)_2$$0.5{\sim}1.0%$, 목초액은 0.5%의 농도가 본 병의 억제에 가장 유효한 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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