여러가지 난분해성 물질에 대한 생분해능을 지닌 백색부후균에 의한 매립지 침출수의 탈색을 조사하였다. 국내에서 분리한 Coriolus versicolor KR-11W와 Irpex lacteus KR-39W가 이제까지 주로 연구되어 온 Phanerochaete chrysosporium보다 높은 탈색능을 나타내었는데 I. lacteus KR-39W는 산소공급시 10%의 침출수가 함유된 YMG 배지의 진탕배양에서 85%의 색도제거율을 나타내었으며 최소배지에서도 80%의 탈색율을 보였다. P. chrysosporium에 의한 리그닌 분해능 및 분해효소 생성 보고들과 달리 진탕배양이 정치배양보다 탈색능이 높았으며 산소공급은 색도제거에 증가효과가 있었다. 균체 접종량(10-30%)과 온도(25,37.deg. C)는 탈색에 큰 차이를 보이지 않았으나 탄소원과 질소원의 농도는 상당한 영향을 나타내었다. 리그닌 분해효소군의 여러 가지 inducer와 cofactor를 C. versicolor KR-11W 배양에 첨가한 결과 많은 경우 균접종 대조군보다 2배 이상의 탈색율과 lignin peroxidase 활성의 증가를 보였으며 FeS $O_{5}$ 첨가시에는 최대 2.9배의 증가를 나타내었다. 탈색에 관여하는 효소군은 접종물에 이미 어느 정도 존재할 수 있으며 배지 및 배양조건에 따라 그 생성이 변화할 수 있으므로 이런 조건들을 잘 맞출 경우 보다 높은 탈색능이 기대된다.
Degradation of butylbenzyl phthalate (BBP) by the white rot fungus Pleurotus ostreatus and the activities of some degrading enzymes were examined in two different media containing 100 mg/l of the compound. P. ostreatus pre-grown for 7 days in complex YMG medium was able to completely degrade BBP within an additional 24 h but degraded only 35 mg/l of BBP in 5 days of incubation in minimal medium. Fungal cell mass in the culture in YMG medium was higher in the presence than in the absence of BBP. The esterase activity of the fungal culture in YMG medium was higher than that in minimal medium and increased with the addition of BBP. On the contrary, laccase activity was higher in minimal medium and it did not increase upon the addition of BBP. General peroxidase activity increased for a few days after the addition of BBP to both media. The degradation of BBP and its metabolites by P. ostreatus thus may be attributed mostly to esterase rather than lignin-degrading laccase. In addition, the activities of the enzymes involved in BBP degradation and their changes varied significantly in the different media and culture conditions.
The use of the supernatant from a Bacillus subtilis culture mixed with sodium bicarbonate was explored as a means of controlling stem brown spot disease in dragon fruit plants. In in vitro experiments, the B. subtilis supernatant used with sodium bicarbonate showed a strong inhibition effect on the growth of the fungus, Neoscytalidium dimidiatum, the agent causing stem brown spot disease and was notably effective in preventing fungal invasion of dragon fruit plant. This combination not only directly suppressed the growth of N. dimidiatum, but also indirectly affected the development of the disease by eliciting the dragon-fruit plant's defense response. Substantial levels of the pathogenesis-related proteins, chitinase and glucanase, and the phenylpropanoid biosynthetic pathway enzymes, peroxidase and phenyl alanine ammonia-lyase, were triggered. Significant lignin deposition was also detected in treated cladodes of injured dragon fruit plants in in vivo experiments. In summary, B. subtilis supernatant combined with sodium bicarbonate protected dragon fruit plant loss through stem brown spot disease during plant development in the field through pathogenic fungal inhibition and the induction of defense response mechanisms.
본 연구는 Remazol Brilliant Blue R (RBBR) 염료의 탈색능을 이용, 리그닌분해능이 강한 백색부후균을 선발하고, 이들 균주들의 리그닌분해효소의 활성에 미치는 inducer, 2,5-xylidine 첨가효과를 검토하였다. 20종의 공시균주 가운데 9종이 RBBR의 탈색, glucose-1 oxidase (GOD), laccase (LAC) 및 Mn-peroxidase (MnP) 등 4가지의 활성을 모두 가지고 있었으며, 비교적 활성이 높은 5종의 균주는 Phlebia radiata, Trametes versicolor, Abortiporus biennis, Gleophyllum odoratum 및 Cerrena unicolor 등으로 확인되었다. 이들 균주 가운데 LAC 활성이 매우 높은 T. versicolor, G. odoratum 및 C. unicolor에 대한 최적 생육온도, 최적 pH 및 LAC 활성에 미치는 inducer 첨가효과를 조사한 결과, T. versicolor가 $28^{\circ}C$에서, G. odoratum 및 C. unicolor는 $25^{\circ}C$에서 가장 좋은 생장을 보였으며, 모든 균주의 배양 최적 pH는 5.5로 나타났다. 공시균주 모두 2,5-xylidine 첨가에 의하여 LAC 활성의 증가를 보였는데, T. versicolor는 $22,700nkat/{\ell}$로 대조구에 대하여 11.3배, G. odoratum은 최대 활성이 $15,400nkat/{\ell}$로 9배, C. unicolor는 $17,330nkat/{\ell}$로 5.5배의 활성증가를 나타냈다.
한국산 흰구름버섯(Trametes hirsuta S1)로부터 배지 내로 분비된 laccase를 ultrafiltration과 anion exchange chromatography, adsorption chromatography를 이용하여 분리 정제하고 정제된 효소의 특성을 조사하였다. Laccase는 균주의 일차 대사 과정에서 주로 생산되는 세포의 페놀 산화효소였다. 흰구름버섯을 기본 배지에서 배양하였을 때 생장은 배양 6일까지 급속히 이루어졌고, laccase의 활성은 배양 5일에 최대활성을 나타냈으며 배양액에서 LiP와 VAO의 활성은 측정되지 않았다. Laccase의 생산에 미치는 유도원의 영향을 조사하기 위하여 배양 중인 흰구름버섯에 몇몇 유도원을 첨가한 결과, 2,5-xylidine은 대조구에 비하여 laccase의 생산을 약4배 증가 시켰다. 정제된 laccase는 SDS 젤 전기영동에서 대략 66 kDa의 분자량을 가지는 단일 폴리펩타이드(single polypeptide)였고, 탄수화물 함량은 12%였다. 정제된 laccase의 $K_m$과 $V_{max}$를 ABTS[2,2-azino-bis(3-ethylbenzthiazo line-6-sulfonic acid)]를 기질로 사용하여 조사한 결과 각각 $51.2\;{\mu}M$과 $56.8\;{\mu}mole{\cdot}min^1{\cdot}mg^{-1}$로 측정되었다. Laccase 활성의 최적 pH는 3.0이며, 이 효소는 $50^{\circ}C$ 미만에서 1시간 동안 처리하였을 때 안정적이었고 $70^{\circ}C$에서 20분간 처리하였을 때 효소의 활성이 반감되었다. Laccase의 분광학적 특성을 조사한 결과 구리를 포함하는 단백질로 나타났다. 일반적으로 알려진 laccase의 기질들에 대한 특이성을 조사한 결과, 5 mM ABTS에서 가장 높은 활성을 나타내었으며 tyrosine에서는 laccase의 활성이 나타나지 않았다. 저해제의 영향을 조사한 결과, 일반적으로 구리를 포함하는 단백질의 저해제인 $NaN_3$, TGA, DDC를 일정 농도로 처리한 실험구에서는 효소의 활성이 완전하게 억제되었으며, EDTA 처리구에서는 효소의 활성이 억제되지 않았다. 한국산 흰구름버섯 S1 균주로부터 생산되는 laccase의 N-말단의 아미노산의 서열은 Coriolus hirsutus의 laccase와 100%의 상동성을 나타냈고, T. versicolor의 laccase I과는 68%의 상동성을 나타냈다.
흰구름버섯 (Trametes hirsuta)의 균사체는 CR, CV, RBBR 등 방향족 염료가 함유된 고체와 액체 배지에서 이들 염료를 효과적으로 탈색하였으나 MB의 탈색은 저조하였다. 각각 CR, MB, CV 및 RBBR 등 4종류의 염료가 함유된 액체배지에서 흰구름버섯의 균사체를 10일 간 배양했을 때 laccase, LiP, MnP 등 세 종류의 효소를 모두 생산하였으며 이들 효소 중 laccase의 활성도가 가장 높았으며 LiP와 MnP의 활성도laccase에 비해 낮았다. 따라서 흰구름버섯 균사체에 의한 방향족 염료의 탈색에는 laccase가 주로 사용되고 LiP나 MnP는 보조적인 역할을 하는 것으로 사료된다. 또한 비스페놀 A가 0, 25, 50, 100, 200 ppm의 농도로 함유된 PDA 배지에 균사체를 접종하여 배양한 결과 비스페놀 A의 농도가 증가함에 따라 균사체의 생장은 농도 의존적으로 저해되는 것으로 나타났다. 또한 비스페놀 A가 100 ppm 함유된 YMG 액체배지에 균사체를 접종하고 비스페놀 A의 분해율을 측정한 결과 배양 12시간 후 72.3%, 배양 24시간 후 95.3%, 그리고 배양 36시간 후에는 100% 분해된 것으로 나타났다. 따라서 본 연구 결과는 우리나라의 산업 활동 과정에서 생산되고 자연계로 배출되어 생물체에 큰 피해를 주는 합성염료와 내분비계 장애물질인 비스페놀 A를 친환경적으로 제거할 수 있는 기술의 개발에 도움이 될 수 있을 것으로 사료된다.
Temperature is an important environmental factor that can greatly influence the cultivation of Auricularia cornea. In this study, lignin peroxidase, laccase, manganese peroxidase, and cellulose in A. cornea fruiting bodies were tested under five different temperatures ($20^{\circ}C$, $25^{\circ}C$, $30^{\circ}C$, $35^{\circ}C$, and $40^{\circ}C$) in three different culture periods (10 days, 20 days and 30 days). In addition, the V4 region of bacterial 16S rRNA genes in the substrate of A. cornea cultivated for 30 days at different temperatures were sequenced using next-generation sequencing technology to explore the structure and diversity of bacterial communities in the substrate. Temperature and culture days had a significant effect on the activities of the four enzymes, and changes in activity were not synchronized with changes in temperature and culture days. Overall, we obtained 487,694 sequences from 15 samples and assigned them to 16 bacterial phyla. Bacterial community composition and structure in the substrate changed when the temperature was above $35^{\circ}C$. The relative abundances of some bacteria were significantly affected by temperature. A total of 35 genera at five temperatures in the substrate were correlated, and 41 functional pathways were predicted in the study. Bacterial genes associated with the membrane transport pathway had the highest average abundance (16.16%), and this increased at $35^{\circ}C$ and $40^{\circ}C$. Generally, different temperatures had impacts on the physiological activity of A. cornea and the bacterial community in the substrate; therefore, the data presented herein should facilitate cultivation of A. cornea.
표고버섯 톱밥재배시 배양에 의한 중량감소율과 생장기간에 따른 에르고스테롤 정량으로 균사 생장량을 조사하였고, 배양기간과 자실체 발생기간에 따른 균체 외와 균체 내의 효소 특성을 조사하였다. 배양기간에 따른 중량 감소는 산림5호가 농기3호와 산림6호에 비해 낮은 중량감소율을 나타냈다. 에르고스테롤 정량에 의한 균사 생장량 조사 결과, 암배양기간 동안 3균주 모두 균사 생장량이 증가하였으며, 농기3호가 상대적으로 높은 증가율을 보인 반면, 산림5호는 낮은 증가율을 보였다. 농기3호와 산림6호는 명배양기간 동안에 균사 생장량이 최고치에 이르렀으며, 산림5호는 자실체 발생기간 전까지 계속 증가하였다. 배양기간과 발생기간에 따른 글체 외와 군체 내 효소 역가를 측정한 결과, 배양 초기(10일)에는 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 분해에 관여하는 CMCase, avicelase, xylanase, glucanase의 역가가 높았고, 배양 10일 후 리그닌 분해에 관여하는 laccase와 Mn-peroxidase의 역가가 높아지는 경향을 나타내었다.
큰느타리(Pleurotus eryngii)는 azo계 염료인 CR, heterocyclic계 염료인 MB, triphenyl methane계 염료인 CV와 MG를 고체와 액체 배양 상태에서 모두 분해할 수 있었으며 고체 배양 조건에서는 CR을, 액체 배양 상태에서는 MG을 가장 효과적으로 분해했다. MB는 고체와 액체 배양 조건에서 모두 가정 적게 분해되었다. 4 종류의 염료 모두 균사의 생장을 저해했으나 MG의 영향이 가장 크게 나타났다. 활성을 측정한 두 종류의 리그닌 분해 효소 중 모두 laccase의 활성이 훨씬 높았으며 MnP 역시 활성은 낮았으나 laccsse와 비슷한 경향을 보였다. 따라서 큰느타리는 주로 laccase를 사용하여 방향족 합성염료를 분해하는 것으로 추정된다. CR, MB, CV는 laccase의 활성과 염료 분해 정도가 양의 상관관계를 보인 반면 MG의 경우 높은 효소 활성을 나타낸 후 염료의 분해가 진행되었다. 또한 MG가 모두 분해되었을 때의 laccase 활성(0.07 U/ml)이 다른 염료가 가장 많이 분해되었을 때의 활성(0.10 U/ml)보다 낮았는데 이는 큰느타리의 균사체가 MG를 분해하는 기작이 CR, MB 및 CR 등의 염료를 분해하는 기작과 차이를 보인다는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서는 큰느타리의 방향족 합성염료 분해 능력에 대해 밝힘으로써 앞으로 국내산 버섯균주를 이용한 친환경적인 합성염료 처리 기술 개발에 도움을 줄 것으로 기대된다.
The effect of nutrient nitrogen on the degradation of pentachlorophenol (PCP) by Phanerochaete chrysosporium in a liquid culture was investigated. PCP disappeared at almost the same rate in both nutrient nitrogen-sufficient (NS) and -limited (NL) sttionary cultures. However, more pentachloroanisole (PCA) was accumulated in the NS culture than in the NL culture. The effect of nitrogen on the degradation of PCA was also tested in both cultures. PCA disappeared faster in the NL culture than in the NS culture, indicating that the lower accumulation of PCA during the degradation of PCP in the NL culture was due to the faster degradation of PCA in the NL culture than in the NS culture. In another experiment, PCA was added to shaking cultures rather than stationary cultures to search for any other metabolite(s). While no other metabolite but PCA was found in the NS stationary culture, 2,4,5,6-tetrachloro-2,5-cyclohexadiene-1,4-dione(TCHD) was found as the only indentifiable product in the NL shaking culture. Thus, PCP would appear to be metabolized to TCHD via PCa or directly oxidized to TCHD by lignin peroxidase. Since all the above results indicate that no innocuous metabolite was formed during the degradation of PCP by the fungus, it is quite feasible to use the fungus in the biotreatment of PCP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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