최소 배지에 여러 아미노산과 대사 산물을 첨가하여 혐기성 조건하에서 배양시킨 Serratia marcescens ATCC 25419 세포 추출무에서 prodigiosin의 생합성을 조사한 결과 아미노산과 대사 산물들은 prodigiosin 생합성을 대조군보다 50-80% 정도 감소시켰다. 글리옥실산은 1-3mM에서 prodigiosin의 생합성을 대조군보다 20-40% 정도 증가시켰고, 특히 5mM의 농도에서는 최대 122% 증가시켰으나, 20-30mM에서 prodigiosin의 생합성을 50-90% 정도 감소시켰다. 한편, 혐기성과 호기성 조건의 피루브산과 $\alpha$-케토부티르산은 호기성 조건의 글리옥실산과 함께 조사한 모든 농도(0.5-30mM)에서 prodigiosin이 생성되지 않았으며 또한, 혐기성 조건하에서 높은 농도(20mM 이상)의 글리옥실산은 S. marcescens의 성장을 현저하게 억제시켰다. 이러한 결과들로부터 글리옥실산은 피루브산과 $\alpha$-케토부티르산과는 다르게 낮은 농도(1-5mM)에서는 S. marcescens의 1, 2차 대사물질로 작용하여 prodigiosin 생합성을 증가시키지만, 높은 온도(20mM 이상)에서는 S. marcescens의 성장을 억제시켜 2차 대사물질인 prodigiosin의 생합성도 억제된다고 사료된다.
천연의 붉은 색소인 prodigiosin은 Serratia marcescens에 의해서 생산되며 이는 pyrrolylpyrromethane 골격으로 구성되어 있다. 이 색소는 그 분자가 가진 특성 때문에 넓은 범위에서 활용되고 있다. 또한 항암제, 면역억제제, 항진균제, 살조제 등 다양한 분야의 효과가 보고되소 있다. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA)는 세계적으로 가장 주요한 원내 감염균으로써, 미국에서 해마다 HIV로 사망하는 수보다 더 많은 사망률을 보이고 있다. 그러므로 MRSA에 대한 새로운 치료제의 개발이 매우 중요하며 급박한 문제이다. 본 연구에서는 중증오염도를 가진 하천수로부터 Serratia sp. PDGS 120915를 분리하였으며 항 MRSA 활성을 가진 prodigiosin에 대하여 연구하였다. 본 연구를 위하여 HPLC를 이용하여 물질을 정제하였으며, 분리된 물질의 항 MRSA 활성을 확인하였다. Prodigiosin의 MRSA에 대한 최소억제농도(Minimal inhibitory concentration; MIC)는 $32{\mu}g/ml$이었으며, 분할저해농도(Fractional inhibitory concentration; FIC)는 ampicillin과 penicillin에서 상승작용이 있는 것으로 나타났다.
Lee, Jieun;Kim, Hyun Ju;Lee, Sang Jun;Lee, Moo-Seung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제31권3호
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pp.475-482
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2021
Prodigiosins, which are natural tripyrrole red pigments and synthetic derivatives, reportedly have multiple biological effects mainly on various types of cancer cells. However, the effects of bacterial prodigiosin on non-cancerous HaCaT human skin keratinocytes have not been reported. Therefore, the present study aimed to investigate the functional activities of prodigiosin derived from cultures of the bacterium Hahella chejuensis in HaCaT cells. Cell viability, the cell proliferation rate, and reactive oxygen species (ROS) production in vitro were assayed following treatment of HaCaT cells with prodigiosin. Prodigiosin did not cause cytotoxicity and notably increased proliferation of HaCaT cells. Furthermore, prodigiosin reduced ultraviolet (UV) irradiation-induced ROS production and the inflammatory response in HaCaT cells. More importantly, prodigiosin reduced matrix metalloproteinase-9 expression and increased collagen synthesis in UV-irradiated HaCaT cells, demonstrating that it elicits anti-aging effects. In conclusion, our results reveal that H. chejuensis-derived prodigiosin is a potential natural product to develop functional cosmetic ingredients.
Prodigiosin was isolated from marine bacteria Hahella chejuensis which has been recently discovered from Marado, Cheju Island, Republic of Korea. Immunosuppressive properties have been reported for prodigiosin members such as undecylprodigiosin, metacycloprodigiosin, prodigiosin, and its synthetic analogue PNU156804 (PNU). However, the effect of this agent on the function of macrophage and splenocyte has not been characterized in detail. In the present study, we examined the effects of prodigiosin for its ability to alter the function of murine macrophage and NK cell, and the proliferation of splenocytes. When thioglycollate-elicited macrophages pre-exposed to prodigiosin (1-50 ng/ml) were stimulated with LPS/IFN-$\gamma$, pretreatment with prodigiosin resulted in the inhibition of tumoricidal activity of macrophage in a concentration-dependent manner. Tumoricidal activity of NK cell was also inhibited by prodigiosin. Moreover, we found that prodigiosin was able to cause a dose-dependent inhibition of murine lymphocyte responsiveness to Con A and LPS although T-mitogenic response was the more sensitive one. Taken together, the present results point out that prodigiosin has a suppressive effect on the mitogen-induced proliferation of murine lymphocytes and the function of macrophage and NK cell.
This study aimed to identify and characterize the antimicrobial activity of prodigiosin produced by Serratia sp. $PDGS^{120915}$ isolated from stream water in Busan, Korea; the identification was performed using phonological, biochemical, and molecular techniques, including 16S rRNA sequence analysis. Prodigiosin from the bacterial culture was purified by high-performance liquid chromatography (HPLC), and its antimicrobial activity and minimum inhibitory concentrations (MICs) were evaluated against 10 intestinal pathogenic gram-positive and negative bacteria. The results revealed that the isolated prodigiosin exhibited high antimicrobial activity against Listeria monocytogenes, Bacillus cereus, Pseudomonas aeruginosa, Salmonella typhimurium, Staphylococcus aureus, and Vibrio parahaemolyticus; further, the isolated prodigiosin showed minimum inhibitory concentrations (MICs) between $3{\mu}g/ml$ and 30 mg/ml, but they were not active against Bacillus subtilis, Enterococcus faecalis, Klebsiella pneumonia, and Escherichia coli. In conclusion, prodigiosin isolated from Serratia sp. $PDGS^{120915}$ showed high antimicrobial activity against intestinal pathogenic bacteria and has potential applications in the development of new antimicrobial agents.
본 연구는 해양유래의 특이색소미생물을 선발하여 미생물의 특성 및 이차대사산물의 생리활성 탐색을 통해 새로운 생물자원개발을 위해 수행되었다. 본 연구에 사용된 prodigiosin 유사 색소를 생산하는 균주 JE-34는 동중국해 퇴적층으로부터 분리되었으며 Zooshikella sp. JE-34으로 명명하였다. Zooshikella sp. JE-34는 적색색소를 다량 생산하였으며 대표적인 prodigiosin 생산균주인 Serratia marcscens의 색소추출액과 분광학적 특성 및 HPLC 분석을 통해 JE-34가 생산하는 색소가 prodigiosin 유사색소로 판단되었다. JE-34 균주의 배지조성에 따른 생육도 및 pigment 생합성의 변화를 알아보기 위해 탄소원, 질소원, 무기염류를 첨가하며 배양한 결과 탄소원으로는 soluble starch, 질 소원으로는 malt extract, 무기염류로는 $Na_2HPO_4$에서 최적의 pigment를 생산하였다. Zooshikella sp. JE-34는 prodigiosin의 생합성에 있어 대표적인 생산자인 Serratia marcscens와 마찬가지로 우수한 pigment 생합성량을 보여 prodigiosin의 생합성의 생물자원으로서 의의가 있다고 사료된다.
Prodigiosin as a high-valued compound, which is a microbial secondary metabolite, has the potential for antioxidant and anticancer effects. However, the large-scale production of functionally active Hahella chejuensis-derived prodigiosin by fermentation in a cost-effective manner has yet to be achieved. In the present study, we established carbon source-optimized medium conditions, as well as a procedure for producing prodigiosin by fermentation by culturing H. chejuensis using 10 L and 200 L bioreactors. Our results showed that prodigiosin productivity using 250 ml flasks was higher in the presence of glucose than other carbon sources, including mannose, sucrose, galactose, and fructose, and could be scaled up to 10 L and 200 L batches. Productivity in the glucose (2.5 g/l) culture while maintaining the medium at pH 6.89 during 10 days of cultivation in the 200 L bioreactor was measured and increased more than productivity in the basal culture medium in the absence of glucose. Prodigiosin production from 10 L and 200 L fermentation cultures of H. chejuensis was confirmed by high-performance liquid chromatography (HPLC) and liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analyses for more accurate identification. Finally, the anticancer activity of crude extracted prodigiosin against human cancerous leukemia THP-1 cells was evaluated and confirmed at various concentrations. Conclusively, we demonstrate that culture conditions for H. chejuensis using a bioreactor with various parameters and ethanol-based extraction procedures were optimized to mass-produce the marine bacterium-derived high purity prodigiosin associated with anti-cancer activity.
프로디지오신은 Serratia marcescens, Vibrio psychroerythrus, Hahella chejuensis 등이 생산하는 일반적인 pyrrolylpyrromethane 골격을 특징으로 하는 붉은색 색소이다. 프로디지오신은 항암, 면역억제, 항진균, 항말라리아, 살조 활성을 갖는 것으로 보고되어있다. 프로디지오신은 다양한 활성이 비해 생산율이 현저히 낮고, 생합성 조건이 까다롭다. 이로 인해 판매 가격이 높고, 활용성이 낮다. 본 연구는 Serratia의 배양 조건에 따른 생산 효율을 높이기 위한 다양한 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 16S rDNA 유전자 서열 분석 및 생리학적 특성을 기반으로 prodigiosin을 생성하는 박테리아 균주 PDGS120915를 부산의 경미하게 오염된 하천수에서 분리하여 Serratia sp.의 균주로 확인하였다. PDGS120915의 붉은색 색소를 산성에탄올을 이용하여 직접 추출하고 특성분석을 실시한 결과 프로디지오신 화합물로 확인되었다. 색소 생성은 25℃, pH 7 및 0% NaCl 농도 조건에서 14시간 동안 배양했을 때 최적을 생성을 보였다. 또한 우리는 fructose와 beef extract 같은 탄소 및 질소원을 처리하면 프로디지오신 생산이 각각 약 6배와 4배 증가한다는 것을 발견하였다. 미네랄에서는 KCl이 프로디지오신 생산 증대에 가장 효과적이었다. 카세인은 또한 프로디지오신 생산에 가장 적합한 공급원이었다.
Kim, Yong-Sook;Choi, Jong-Myoung;Yoon, Jung-Hoon;Choi, Myung-Jin;Reza, Md. Ahsanur;Park, Seung-Chun
Toxicological Research
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제25권4호
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pp.237-242
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2009
This study was carried out to investigate the irritation of the prodigiosin isolated from Zooshikella rubidus on the skin and eyes in New Zealand white rabbits. The tests were performed on the basis of Korea Food and Drug Administration (KFDA) guidelines. Prodigiosin induced severe eye irritation at high concentration (0.5 g/site/ml) but there was no eye irritation at low concentration (0.3 mg/sitel ml). The primary irritation index was calculated from higher concentration (0.5 g/site/ml) to lower concentration (0.3 mg/site/ml). There were found non-irritation or induced mild irritation at lower concentration of prodigiosin application. On the basis of this study, it could be concluded that the prodigiosin may be non-irritant to mild irritant of usual application at lower concentration (0.3 mg/site) resulting it is safe and useful in dyeing technology of fabrics.
Kim, Doc-Kyu;Park, Yon-Kyoung;Lee, Jong-Suk;F. Kim, Ji-Hyun;Jeong, Hae-Young;Kim, Beom-Seok;Lee, Choong-Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권12호
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pp.1912-1918
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2006
Marine bacterium Hahella chejuensis KCTC 2396 simultaneously produced red antibiotic prodigiosin and undecylprodiginine. A complete set of the prodigiosin biosynthetic gene cluster has been cloned, sequenced, and successfully expressed in a heterologous host. Sequence analysis of the gene cluster revealed 14 ORFs showing high similarity to pig and red genes from Serratia spp. and Streptomyces coelicolor A3(2), respectively, and the gene organization was almost: similar to that of pig genes. These genes were named hap for Hahella prodigiosin, and determined to be transcribed as a single operon, by RT-PCR experiment. Based on the hap gene mutagenesis experiments and comparative analysis with pig and red genes, we propose a prodigiosin-biosynthetic pathway in KCTC 2396.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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