• 제목/요약/키워드: Staphylococcus spp.

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농산물우수관리를 위한 황기(Astragalus membranaceus Bunge)의 미생물학적 위해요소 분석 (Microbial Hazard Analysis of Astragalus membranaceus Bunge for the Good Agricultural Practices)

  • 김연록;이경아;김세리;김원일;류송희;류재기;김황용
    • 한국식품위생안전성학회지
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    • 제29권3호
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    • pp.181-188
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    • 2014
  • 본 논문은 황기재배 농가의 미생물학적 위해요소를 분석하였다. 충북 제천소재의 4곳의 농가를 선정하여 수확 후 처리 설비 (세척기, 세척수, 손수레, 선별 작업대, 건조선반, 결속기), 작업자의 손 및 수확 후 처리 단계별 황기(세척 전, 세척 후, 선별 후, 건조 후)로부터 샘플을 채취하여 위생지표세균과 병원성 미생물에 대한 오염도를 조사하였다. 수확 후 처리 설비의 총 호기성 세균과 대장균 군은 각각 0.93~4.86, 0.33~2.28 log CFU/$100cm^2$, mL의 수준으로 검출되었으며, 작업자의 손에 대한 미생물의 오염도는 5.43~6.11, 2.52~4.12 log CFU/Hand로 수확 후 처리설비보다 높게 검출되었다. 병원성 미생물에 대한 연구결과, B. cereus가 수확 후 처리 설비, 작업자의 손, 황기에서 각각 0.33~2.41 log CFU/$100cm^2$, mL, 1.48~3.27 log CFU/Hand, 0.67~3.65 log CFU/g으로 측정되었다. 정량분석에서는 S. aureus가 측정되지 않았지만, 정성분석에 의해 세척기, 작업대, 작업자의 손, 황기 (세척 전, 선별 후)에서 검출되었다. 본 연구에서 황기의 수확 후 처리 설비와 황기에서의 미생물학적 오염도를 측정한 결과, 개인 위생 및 작업시설의 위생상태를 청결하게 유지하여 교차오염을 방지해야 할 필요가 있는 것으로 판단된다.

최근 5년(2006-2010)간 소아 혈액 종양 환자에서 발생한 균혈증의 원인균 및 임상 양상: 단일기관 연구 (Etiological Agents in Bacteremia of Children with Hemato-oncologic Diseases (2006-2010): A Single Center Study)

  • 강지은;석준영;윤기욱;강형진;최은화;박경덕;신희영;이환종;안효섭
    • Pediatric Infection and Vaccine
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    • 제19권3호
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    • pp.131-140
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    • 2012
  • 목 적 : 소아 종양 환자의 균혈증의 원인균과 위험 인자에 대한 지속적인 감시 및 조사를 통해 적절한 치료와 생존율 향상에 기여하고자, 2006년부터 2010년의 최근 5년간 서울대학교 어린이 병원 소아 종양 환자에게 발생했던 균혈증의 원인균 분포와 이들의 항생제 감수성을 분석하여 항생제 선택에 실제적인 도움을 얻고자 하였다. 방 법 : 2006년 1월부터 2010년 12월까지 5년간 서울대학교 어린이병원에서 입원 치료를 받은 소아 종양환자들에게 발생한 균혈증에 대하여, 의무기록을 후향적으로 분석하였다. 의무기록 분석 시, 선행 질환 및 호중구 수치, 치료 경과 등을 조사하였고, 호중구 감소증, 중심 정맥관 등 균혈증의 예후 인자에 대한 분석을 함께 시행하였다. 결 과 : 총 176명의 소아 종양 환자에게 226례의 균혈증이 발생하였고, 246균주가 분리되었다. 이 중 그람 음성균, 그람 양성균, 진균이 각각 63.4%, 34.6%, 2.0%이었다. 그람 음성균 중에는 Klebsiella species, E. coli, 그람 양성균 중에는 coagulase-negative staphylococci, S. aureus 등이 높은 비율로 분리되었다. 그람 양성균의 penicillin, oxacillin, vanconycmin 내성률은 각각 85.7%, 65.9%, 9.5%이었으며, 그람 음성균의 cefotaxime, piperacillin/tazobactam, imipenem, gentamicin, amikacin 내성률은 각각 37.2%, 17.1%, 6.2%, 32.2%, 13.7%이었다. 전체 환자에서 치사율은 12.7%였다. 그람 음성균 균혈증의 쇼크 발생률이 그람 양성균 균혈증보다 유의하게 높았고(48.4% vs. 11.9%, P<0.01), 치사율 역시 그람 음성균이 더 높았다(12.1% vs. 3.0%, P=0.03). 쇼크 발생률은 호중구 감소증을 동반한 환자군에서 호중구 감소증을 동반하지 않은 환자군에서보다 유의하게 높았다(39.6% vs. 22.0%, P=0.04). 결 론 : 그람 음성균이 소아 종양 환자의 균혈증의 흔한 원인균이며, 불량한 예후와도 관련성이 높은 점들은 기존 연구결과들과 일치하였다. 향후 원인 균주의 분포와 항생제 내성률의 변화에 대한 지속적인 모니터링이 필요할 것으로 생각된다.

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편의점에서 판매되는 김밥 및 샌드위치의 냉장조건에서의 유통기한 (Shelf-life of Prepacked Kimbab and Sandwiches Marketed in Convenience Stores at Refrigerated Condition)

  • 구민선;김윤숙;신동빈;오세욱;전향숙
    • 한국식품위생안전성학회지
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    • 제22권4호
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    • pp.323-331
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    • 2007
  • 편의점에서 판매하는 김밥류 6종, 샌드위치류 6종에 대해 $10^{\circ}C$ 냉장 조건하에서 72시간 저장하면서, 품질변화를 분석하여, 품질 지표를 도출하고, 유통기한을 예측하였다. 저장 기간 중 시료의 단백질의 부패도를 나타내는 휘발성 염기질소의 함량은 모든 시료에서 큰 변화를 보이지 않았다. 저장 중 김밥류의 휘발성염기질소는 저장 직전인 초기 $1.3{\sim}4.1mg%$에서 저장 72시간 후 $3.7{\sim}6.9mg%$로 약간 증가하였고, 샌드위치도 초기 $1.5{\sim}10.3mg%$에서 저장 72시간 후 $3.1{\sim}12.3mg%$로 증가하여 큰 변화를 보이지 않았다. 대장균, 황색포도상구균, 살모넬라균, 비브리오균은 저장기간 동안 모든 시료에서 검출되지 않았다. 일반세균수는 저장 초기 김밥류에서는 $2.9{\sim}4.43\;logCFU/g$, 샌드위치는 $2.34{\sim}2.92\;logCFU/g$였으나 저장 48시간 후에는 김밥류에서 $4.51{\sim}5.36\;logCFU/g$로, 샌드위치에서는 $4.66{\sim}5.02\;logCFU/g$로 증가하였고, 48시간 이후에는 대부분의 시료에서 급격히 증가하였다. 각 제품의 종합적 기호도를 검사한 결과 일반김밥 4종은 저장 40시간까지 5점 이상을 유지하였고, 삼각김밥은 48시간까지, 샌드위치는 저장 42시간까지 상품성을 가지는 5점을 유지하였다. 저장기간과 일반세균수 및 관능검사와의 상호관계를 회귀분석을 통하여 상관관계를 측정한 결과, 대부분이 0.9가 넘는 높은 상관관계를 보여주었다. 유통가능 기준인 관능 검사의 종합적 기호도 5점 이상, 일반세균수 $10^5CFU/g$ 이하의 조건을 만족하고 유통조건중의 안전성을 고려한 유통기한을 산출한 결과 $10^{\circ}C$ 냉장조건 하에서 일반 김밥은 $15{\sim}33$시간, 삼각김밥은 $32{\sim}33$시간, 샌드위치류는 $27{\sim}30$시간이었다.

유통 단순가공 농산물의 위생지표세균 및 식중독균 오염실태 조사연구 (Study on microbiological safety of simple processed agricultural products)

  • 성경혜;황인영;박소현;박선희;김병준;이주현;민상기
    • 한국식품과학회지
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    • 제49권6호
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    • pp.599-604
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    • 2017
  • 부산지역 마트 및 농산물도매시장에서 구매한 단순가공 농산물 258건 대상으로 미생물학적 오염실태를 조사하기 위해 일반 세균수 및 대장균군수를 측정하였고 이를 세 가지 기준으로 분류하여 비교하였다. 먼저 단순가공 농산물을 가공식품과 농산물로 나누어 살펴본 결과 농산물의 일반세균수 평균값이 약 2배가량 높고, 최고값 또한 약 5배나 높았다. 단순가공채소류, 건나물류, 단순가공과일류로 분류하여 ANOVA분석을 실시한 결과 매우 높은 통계적 유의차를 보였으며 단순가공채소류의 경우 일반 세균수 7.1 log CFU/g, 대장균군 4.1 log CFU/g, 건나물류의 경우 일반세균수 6.8 log CFU/g, 대장균군 3.5 log CFU/g, 단순가공과 일류는 일반세균수 6.2 log CFU/g, 대장균군 2.9 log CFU/g의 평균값을 나타내어 가식부가 토양과 가까울수록 일반세균수 및 대장균군의 오염도가 높음을 알 수 있었다. 또한 단순조리용으로 분류된 단순가공 농산물 185건 중 일반세균수가 5,000,000 CFU/g 이상인 제품은 67건(36.2%), 대장균군수가 1,000 CFU/g 이상인 제품은 43건(23.2%)이었고, 즉석섭취용 단순가공 농산물 73건 중 일반세균수가 500,000 CFU/g 이상인 제품은 32건(43.8%), 대장균 군수가 100 CFU/g 이상인 제품은 총 12건(16.4%)이었다. 식중독균 7종에 대한 오염 실태를 조사한 결과 살모넬라, 캠필로박터 제주니/콜리, 리스테리아 모노사이토제네스는 모두 음성, 황색포도알세균은 0 CFU/g으로 모두 불검출되었다. 병원성대장균의 경우 분리된 대장균 4건(1.6%) 모두 건나물류에서 검출되었고 독소유전자는 확인되지 않았으나 분변 오염 가능성을 배재할 수 없다. 클로스트리듐 퍼프린젠스는 2건(0.8%) 모두 50 CFU/g 검출되었고 독소유전자는 보유하고 있지 않았다. 바실러스 세레우스는 41건(16.3%) 검출되었으며 분리된 바실러스 세레우스 60주에 대한 1종류의 구토독소와 9종류의 장독소 유전자 확인 결과 모두 1종류 이상의 독소 유전자를 보유하고 있었으며 9종류 장독소 유전자를 모두 보유하는 경우가 15주(25%)로 가장 많았고, 구토독소는 1주(2%)가 검출되었다. 현재 유통되는 단순가공농산물은 그 형태와 범위가 방대하여 이를 모두 식품위생법으로 관리하기에는 과한 규제이며 가공 공정이나 용도 등과 같은 명확한 기준으로 농산물과 가공식품을 나누어 관리하는 것을 제안한다. 즉 즉석섭취가 가능한 다진 마늘, 절단 과일 등은 식품위생법의 가공식품으로 관리하는 등 통일된 규제가 필요하며, 세척, 가열 조리하여 섭취하는 단순가공 농산물의 경우 위생적 생산 관리, 냉장 유통, 세척 문구 표시의무화 등과 같은 구체적인 위생관리 방안을 마련하여 관리하는 것이 바람직하다.

어린이집 유아 휴대 수저 및 수저집의 미생물학적 위해 분석 및 저감화 (Evaluation and Reduction of Microbiological Hazard of Spoon and Spoon Case Carried by Nursery School Children)

  • 김중범;박용배;김기철;김대환;강석호;임영식;박포현;윤미혜;이정복
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제40권1호
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    • pp.116-122
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    • 2011
  • 어린이집 유아 휴대 수저 및 수저집의 미생물 오염도를 분석하고, 가정과 어린이집에서 수저 및 수저집의 위생 안전성을 확보할 수 있는 세척 방법과 자외선 살균소독 시간을 제시하고자 유아 휴대 수저 36건 및 수저집 42건 등 총 78건을 실험하였다. 수저 36건 중 20건(55.6%), 지퍼형 수저집 20건 중 9건(45.0%), 플라스틱형 수저집 22건 중 13건(59.1%)에서 2.7 log CFU/$100cm^2$ 이상의 일반세균수가 검출되어 즉각적인 위생조치를 강구해야 하는 수준으로 조사되었다. 또한, 수저 36건 중 19건(52.8%), 지퍼형 수저집 20건 중 14건(70.0%), 플라스틱형 수저집 22건 중 14건(63.6%)에서 대장균군이 검출되어 어린이집 유아 휴대 수저 및 수저집에 대한 위생조치가 요구되며, 가장 높은 위해수준을 나타낸 지퍼형 수저집에 대한 각별한 주의가 필요한 것으로 판단되었다. 수저와 플라스틱형 수저집에서는 실험한 모든 식중독 미생물이 검출되지 않았으나, 지퍼형 수저집 20건 중 2건(10.0%)에서 Staph. aureus가 검출되었고, 3건(13.6%)에서 B. cereus가 검출되어 지퍼형 수저집이 식중독 미생물 오염에 가장 취약한 것으로 나타났다. 세척 방법에 따른 미생물 저감화 효과를 실험한 결과 수세미에 주방세제를 첨가하여 30초간 세척한 후 30초간 흐르는 수돗물로 세척했을 경우 수저, 지퍼형 및 플라스틱형 수저집 모두 대장균이 검출되지 않았다. 따라서 가정에서 수저 및 수저집을 1분 이상 깨끗이 세척, 건조시켜야 될 것으로 판단되었다. 자외선 살균소독 시간에 따른 미생물 저감화 효과를 실험한 결과 15분 살균시 대장균이 검출되지 않아 어린이집에서 수저 및 수저집을 15분 이상 자외선 살균소독기로 살균할 경우 대장균을 제어할 수 있을 것으로 판단되나, 각 어린이집의 자외선 살균소독기의 램프 출력량과 살균대상 수저집의 수량을 고려하여 각각의 제조사가 제시하는 자외선 살균소독기 권장살균시간 이상 수저 및 수저집을 살균하여 제공하여야할 것으로 판단된다.

대형 양식당 음식에 대한 미생물학적 위해분석 (Microbiological Hazard Analysis of Foods in Large Western-style Restaurants)

  • 남은정;강영재;이연경
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제37권8호
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    • pp.1049-1057
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    • 2008
  • 본 연구는 대형 양식당을 대상으로 조리공정별 메뉴 분석 및 미생물 검사를 실시하여 대형접객업소의 HACCP plan 개발을 위한 기초 자료로 제공하고자 하였다. 이를 위해 대구지역 양식당 44개소의 메뉴를 수집하여 크게 3가지 조리공정으로 분류하였고, 각 공정별로 대표 메뉴를 선정하여 조리공정 흐름도를 작성하였다. 또한 대구지역 3개 대형 양식당을 대상으로 음식생산단계별 소요시간 및 온도를 측정하고, 일반세균, 대장균군과 식중독균에 대한 미생물학적 품질을 측정하였다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 대형 양식당의 메뉴를 조리공정별로 분류하면 크게 가열공정, 비가열공정, 가열-비가열 혼합공정으로 구분된다. 이중 가열공정은 저장-가열 조리공정과 가열-냉각-저장-재가열 조리공정으로 나눌 수 있다. 가열공정의 대표 메뉴인 햄버거스테이크는 냉동저장-해동-가열조리 등의 순서로 생산되며, 내부온도 $82{\sim}86^{\circ}C$로 10분간 가열하여 제공할 때 일반세균 $10^2\;CFU/g$ 이하, 대장균군 및 식중독균 음성으로 미생물적 품질이 적합한 것으로 나타났다. 또한 저장-가열조리 되는 가니쉬 포테이토의 경우도 가열조리 후 미생물학적 품질이 적합한 것으로 나타났다. 가열-냉각-냉장저장-재가열의 순서로 생산되는 매쉬드 포테이토는 냉장저장 시 대장균군의 수치가 $10^2\;CFU/g$이상이었으나 재가열 조리 후 일반세균 $10^2\;CFU/g$이하, 대장균군 및 식중독균 음성으로 미생물적 품질이 적합한 것으로 나타났다. 비가열공정의 대표메뉴인 샐러드는 전처리 후 냉장보관 시 일반세균 $10^2{\sim}10^7\;CFU/g$, 대장균군 $10^2{\sim}10^6\;CFU/g$, 대장균이 검출되어 미생물적 품질이 낮은 것으로 나타났다. 그러므로 양식당에서 미생물학적 품질이 높은 음식을 제공하기 위해서는 조리 또는 재가열 공정 등의 가열공정에서는 가열온도를 철저히 지키고, 샐러드처럼 가열하지 않고 제공되는 메뉴는 씻기, 냉장저장 등 공정에서의 위생관리를 철저히 해야 하겠다. 이상의 결과를 바탕으로 향후 양식당의 HACCP 관리계획이 개발되어 식품 접객업소에서의 과학적인 위생관리를 철저히 하는 것이 필요하겠다.

서울지역 식육판매점의 우육에 대한 미생물학적 오염도 평가 (Evaluation on Microbiological Contamination Level of Raw Beef from Retail Markets in Seoul, Korea)

  • 고은경;허은정;김영조;박현정;위성환;문진산
    • 한국축산식품학회지
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    • 제33권3호
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    • pp.403-410
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    • 2013
  • 본 연구에서는 식육 유통의 최종 단계인 식육판매점 중, 일반정육점, 백화점 내의 정육점, 그리고 대형할인점에서 판매되는 쇠고기에 대한 미생물학적 오염도를 조사하였다. 업소별 일반세균수를 비교해 보면 정육점은 평균 $4.4{\times}10^3$ CFU/g, 백화점은 $3.9{\times}10^5$ CFU/g, 대형할인점 $1.0{\times}10^4$ CFU/g로 나타났으며, 대장균수는 정육점 $6.4{\times}10$ CFU/g, 백화점 7.6 CFU/g, 대형할인점 $2.0{\times}10$ CFU/g 수준이었다. 식중독균 중 Salmonella spp.는 모든 업소에서 검출되지 않았지만 S. aureus는 총 3건 (6.25%)으로, 정육점, 백화점, 대형마트에서 각각 1건씩 검출되었으며, L. monocytogenes는 백화점에서만 총 4건(8.3%)이 검출되었다. 이들 시료의 미생물 오염수준은 모두 100 CFU/g 이하로 조사되었다. 식육에서 분리된 S. aureus의 enterotoxin type은 sea, seh, sei, sep형으로 나타났다. L. monocytogenes가 검출된 4개의 시료에서 9주가 분리되었으며, 이들 균주의 혈청형은 모두 1/2c로 조사되었으며, 2개 업소에서 분리된 3주와 5주에 대한 균주간 유전학적 상동성은 57.8-98.1%와 68.1-98.1%로 각각 조사되었다. 본 연구 결과, 식육판매점에서 유통되는 쇠고기에서 일반세균수 및 대장균수가 기준치인 $1{\times}10^7$ CFU/g 및 $1{\times}10^3$ CFU/g 이하로 검출됨을 확인할 수 있었다. 그러나, 식육에서 문제시되는 식중독 세균인 S. aureus 및 L. monocytogenes가 일부 식육판매점에서 검출된 바, 이와 같은 병원성 미생물의 효과적인 관리를 위해서는 칼과 도마 등의 이차오염 방지를 위한 작업환경 및 시설에 대한 세부적인 HACCP 관리기준 마련과 더불어 미생물에 대한 정기적인 검사가 수행되어야 할 것으로 사료된다.

신생아 패혈증의 원인 병원체에 대한 조사 (Causative Organisms of Neonatal Sepsis)

  • 김경아;신손문;문한구;박용훈
    • Journal of Yeungnam Medical Science
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    • 제16권1호
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    • pp.60-68
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    • 1999
  • 전국의 신생아 수련 병원에 설문지를 보내어 각 병원의 1997년 1월부터 12월까지 출생한 신생아 중 패혈증으로 진단되고 혈액 배양 검사에서 균이 검출된 경우, 병록지를 통해 후향적 조사를 실시하였고, 37개 병원에서 참여해 34.9%의 응답율을 나타내었으며, 결과는 다음과 같다. 1) 신생아 패혈증의 발생 빈도는 평균 0.73%(0~2.95%)였고, 남녀 비는 1.15:1이었다. 2) 신생아 패혈증의 원인균은 candida류를 포함하여 64종의 균이 검출되었다. 가장 흔한 원인균은 S. aureus였고, S. epidermidis, CONS의 순으로 많았다. 3) 조기 신생아 패혈증의 가장 흔한 원인균은 S. aureus였으며 CONS와 S. epidermidis가 그 다음으로 많았다. 후기 신생아 패혈증도 S. aureus가 가장 많이 검출되었고. S. epidermidis, CONS의 순으로 많았다. 4) 신생아 패혈증에 관련된 산모의 위험인자는 조기 파수가 104명(21.8%)으로 가장 많았고, 그 외에 난산, 태아의 빈맥, 융모양막염, 산모감염의 순이었다. 5) 신생아 패혈증과 연관된 국소 감염의 분포는 73명(26.1%)의 환아에서 폐렴이 동반되어 가장 많은 빈도를 보였고, 요로 감염, 뇌막염, 관절염의 순으로 많았다. 6) 신생아의 병원내 감염의 가장 흔한 원인균으로는 S. spidermidis가 가장 많았고, S. aureus, Entero-bacter의 순이었다. 7) 도관과 관련된 신생아 패혈증의 원인균은, S. aureus가 가장 많았고, S. epidermidis, Enterobacter의 순으로 많았다. Candida는 8례에서 발견되었다. 8) 그람 양생균의 항생제에 대한 반응검사에서 Penicillin이나 oxacillin에 대해 S. aureus, S. epidermidis, CONS 모두 30% 이하의 감수성을 보였다. Vacomycin에 대해서는 S. aureus, CONS, Enterococcus 각각 1례에서 내성을 나타내었다. 9) 그람 음성균의 항생제에 대한 반응검사에서 Gentamicin에 대해서 60% 정도의 감수성을 나타내었고, amikacin에 대해서는 80% 이상의 감수성을 보였다. Piperacillin과 aztreonam에 대해서, Pseudomonas가 100%의 감수성, ticarcillin에 대해서는 Klebsiella가 100%의 감수성을 나타내었다.

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백꽃으로부터 분리한 Leuconostoc mesenteroides DB3의 특성 (Isolation and Characterization of Lactic acid bacteria Leuconostoc mesenteroides DB3 from Camellia japonica Flower)

  • 김삼웅;신다혜;갈상완;방규호;김다솜;지원재
    • 생명과학회지
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    • 제33권11호
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    • pp.915-922
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    • 2023
  • 동백꽃으로부터 분리된 24 Leuconostoc spp. 균주들에 대한 항균활성 분석 결과, Leuconostoc mesenteroides DB3가 E. coli, Salmonella Typhimurium, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Candida albicans 등에 대해 우수한 것으로 나타났다. 내산성 분석결과 pH 2.5까지는 내성이 존재하고, pH 2.0에서는 내성이 존재하지 않았지만, 비교적 우수한 내산성이 존재했다. 담즙산에 대해서는 시험 구간내에서는 모두 안정한 것으로 관찰되었다. L. mesenteroides DB3는 표준균주인 L. mesenteroides KCTC3505에 비교하여 성장력이 늦은 것으로 나타났고, 생육적온은 30℃로 관찰되었다. 30℃에서 성장곡선의 관찰결과, L. mesenteroides DB-3는 L. mesenteroides KCTC3505에 비교하여 성장이 지연되었고, 18시간 이후에 정지기에 도달되었다. pH 변화는 성장곡선에 연동하여 변화되었지만, pH 3.98 이상에서 유지되었다. L. mesenteroides DB-3는 L. mesenteroides KCTC3505에 비교하여 초기 항균활성이 높았지만, 대수증식기 후반부 이후에는 유사한 것으로 나타났다. 유산 함량은 성장 곡선에 연동되어 나타났으며, 초기에는 L. mesenteroides DB-3가 낮게 생성되었지만, 대수증식기 후반부 이후에는 유사하였다. 뮤이신 부착력은 L. mesenteroides DB-3가 L. mesenteroides KCTC3505보다 우수한 것으로 평가되었다. 등유에 대한 유화 능력은 L. mesenteroides KCTC3505와 DB-3 모두 우수한 것으로 나타났으며, 소수성이 강한 바이오계면활성제인 것으로 추정된다. 이상의 결과로 볼 때, 본 연구에 사용된 Leuconostoc mesenteroides DB3는 우수한 항균력, 내산성, 내담즙성 및 뮤이신 부착력에 기인하여 프로바이오틱스로써 활용 가능성이 높은 것으로 평가된다.

Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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