Pseudomonas tolaasii 6264 균주는 버섯 조직에서 분리하였고, 갈반병을 일으키는 주요 병원균 중 하나로 확인되었다. 이 균주는 펩티드 독소인 tolaasin과 유사 펩티드를 분비한다. P. tolaasii 6264는 지난 20여년간 갈반병 연구를 위한 대표균주로 사용되었으며, 이 균주는 갈반형성능, 용혈활성, 흰색침강선형성능을 확인한 후 사용하였다. 본 연구에서는, 저장 기간에 따라 P. tolaasii 6264 균주의 특성을 비교분석하였다. 2012년 이후 저장된 P. tolaasii 6264 균주를 매년 배양하여 이들 균주의 병원성을 분석하였다. 16S rRNA 염기서열을 비교하였을 때, 모든 균주들은 두 그룹으로 나뉘어졌다. 용혈활성, 갈반형성능, 흰색침강선형성능을 포함한 균주의 병원 특성도 조사하였다. P. tolaasii 6264-15-2와 P. tolaasii 6264-17 균주는 세 가지 활성을 모두 가졌으나, 그 외 균주들은 갈반형성능만 보였으며 다른 병원 특성들은 잃었다. 각 균주 배양액으로부터 tolaasin 펩티드를 순수분리하였으며, 질량분석기를 이용하여 분석하였다. P. tolaasii 6264-15-2와 P. tolaasii 6264-17 균주는 Tol I (1987 Da), Tol II (1943 Da)을 비롯한 유사체(1973 Da, 2005 Da)를 분비하였으며, 다른 균주의 배양액에서는 이 펩티드들의 일부가 발견되지 않았다. 이러한 결과는 P. tolaasii의 병원성이 저장기간동안 변할 수 있음을 보여준다.
버섯 세균갈성색무늬병원균인 Pseudomonas tolaasii에 대한 독소저해균으로 보고된 Pseudomonas sp. HC1 균주의 배양적 특성과 최적 배양을 위한 대량배지를 선발하였다. CH1균주의 생육온도는 $20{\sim}40^{\circ}C$, pH는 5.0~11.0까지 넓은 범위에서 왕성한 생육을 보였다. 대량배양을 위한 효율적인 영양원 선발을 위하여 기본배지에 탄소원 fructose 등 18종, 무기질소원 $NH_4Cl$ 등 6종, 유기질소원 peptone 등 6종 그리고 아미노산 asparagine 등 11종을 각각 1%씩 첨가하였고, 무기염류 13종을 1 mM 농도로 첨가하여 각각에 대한 생육에 미치는 영향을 조사하였다. 또한 선발된 각각의 영양성분들에 대한 최적 농도를 조사하기 위하여 각각의 성분을 0.1%에서 4.0%까지 배지에 첨가하여 배양후 생육정도를 조사하였다. 그 결과, 대량배양을 위한 생육최적조건은 온도 $20^{\circ}C$, pH5, 탄소원 0.9% dextrine, 유기질소원 1.5% yeast extract, 무기질소원 0.5% $(NH_4)_2HPO_4$, 아미노산 3.0% cysteine, 무기염류 4 mM $FeCl_3$에서 왕성한 생육을 보였다.
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.
시장에서 수집한 갈변병에 감염된 느타리버섯으로부터 125 균주를 분리하였고 그 중 45 균주는 병원성 균주로 조사되었다. WLFO 6 strains, WLFO 6 strains으로 나타났고, WLRO의 몇 균주는 병원성 검정 실험에서 약한 병원성을 나타내기도 했다. WLFO 6균주는 모두 느타리버섯의 갈변병 주원인균으로 알려진 P. tolaasii로 미생물 신속 동성을 (MIDI, gas chromatograph-microbial identification system)에 의해 동정되었고 WLRO는 P. gingeri, P. fluorescens biotype A and type C. 로 동정되었다. 그 외의 선발된 Pseudomonas spp.는 P. gingeri, P. agarici, P. fluorescens biotype B, P. chloroaphis, non-pathogenic P. tolaasii, P. putida biotype A, B 등으로 동정이 되었다. 분리된 병원성 세균의 세포배양 여과액으로 버섯에서의 갈변과 조직 함몰을 실험하였다. 병원성 검정에서 약한 병원성을 보인 분리균들은 갈변 또는 조직함몰이 나타나지 않았으나 강한 병원성을 나타냈던 균들은 두 현상이 모두 나타났다. P. tolaasii에 의해서 생성되는 세포외독소인 tolaasin의 활성을 조사하기 위하여 600 nm에서 용혈 활성을 측정하였다. P. tolaasii로 동정된 6 균주는 0.8∼0.9, 약한 병원성의 WLROs는 0.9∼1.0 그리고 Pseudomonas spp.는 10∼1.2로 나타났다. 공초점 현미경 기술을 이용하여 신선한 버섯에서의 조직을 optical sectioning image와 vertical sectioning image로 관찰하였고 또한 P. toiaasii에 의하여 오염된 조직부위의 영상을 회득하였다.
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 tolaasii 6264 is a representative strain that causes bacterial blotch disease on the cultivated oyster mushroom, Pleurotus ostreatus. Bacteriophages are able to sterilize the pathogenic P. tolaasii strains, and therefore, they can be applied in creating disease-free mushroom cultivation farms, through a method known as "phage therapy". For successful phage therapy, the characterization of phage-resistant strains is necessary, since they are frequently induced from the original pathogenic bacteria in the presence of phages. When 10 different phages were incubated with P. tolaasii 6264, their corresponding phage-resistant strains were obtained. In this study, changes in pathogenic, genetic, and biochemical characteristics as well as the acquired phage resistance of these strains were investigated. In the phylogenetic analyses, all phage-resistant strains were identical to the original parent strain based on the sequence comparison of 16S rRNA genes. When various phage-resistant strains were examined by three different methods, pitting test, white line test, and hemolytic activity, they were divided into three groups: strains showing all positive results in three tests, two positive in the first two tests, and all negative. Nevertheless, all phage-resistant strains showed that their pathogenic activities were reduced or completely lost.
Brown blotch disease, caused by Pseudomonas tolaasii, is one of the most serious diseases in mushroom cultivation, and its control remains an important issue. This study isolated and evaluated pathogen-specific bacteriophages for the biological control of the disease. In previous studies, 23 varieties of P. tolaasii were isolated from infected mushrooms with disease symptoms and classified into three subtypes, Ptα, Ptβ, and Ptγ, based on their 16S rRNA gene sequences analysis and pathogenic characters. In this study, 42 virulent bacteriophages were isolated against these pathogens and tested for their host range. Some phages could lyse more than two pathogens only within the corresponding subtype, and no phage exhibited a wide host range across different pathogen subtypes. To eliminate all pathogens of the Ptα, Ptβ, and Ptγ subtype, corresponding phages of one, six, and one strains were required, respectively. These phages were able to suppress the disease completely, as confirmed by the field-scale on-farm cultivation experiments. These results suggested that a cocktail of these eight phages is sufficient to control the disease induced by all 23 P. tolaasii pathogens. Additionally, the antibacterial effect of this phage cocktail persisted in the second cycle of mushroom growth on the cultivation bed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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