해양 유래 미생물을 이용한 어류질병세균에 대한 항균활성 탐색
김동휘, 박소현, 김지현, 이해리, 허문수*
제주대학교해양과학대학수산생명의학과
Received: August 24, 2017 / Revised: September 7, 2017 / Accepted: September 8, 2017
서 론
국내의육상양식산업은현재많은발전을하여새로운 먹거리의한축으로자리잡았다
.
하지만양식도중발생하 는어류질병이경제적손실에심각한악영향을미치는것 으로보고되었다.
육상양식은한정된면적에서생산량을극 대화하기위해무분별하게고밀도사육을하여,
어체의증체 율저하및각종질병발생의직접적인원인을제공하여폐 사에따른경제적손실을일으킨다[1].
제주양식넙치의경우폐사현황을보면
2010
년4,519
톤(
생산량21,370
톤), 2011
년4,427
톤(
생산량22,823
톤), 2012
년5,601
톤(
생산량24,575
톤), 2013
년5,760(
생산량23,002
톤), 2014
년6,710
톤(
생산량26,283
톤), 2015
년6,928
톤(
생산량27,142
톤)
으로해마다증가하고있다.
또한폐사로인한피 해액은2010
년294
억원, 2011
년376
억원, 2012
년513
억원, 2013
년403
억원, 2014
년485
억원, 2015
년529
억원으로조 사되었다[2, 3].
넙치의양식과정에서발생하는주요세균성질병의원인균 으로에드워드증
(Edwardsiella sp.),
연쇄구균증(Streptococcus sp.),
비브리오증(Vibrio sp.),
활주세균증(Flexibacter maritimus)
등이보고되고있다[4, 5].
이런세균성질병에대한근본적인치료대책이미비하여 대부분의양식장에서는화학항생제및극약으로지정된포 르말린을사용하고있는실정이다
.
이에많은연구진들은천 연항생제에대한연구를진행중에있으며,
최근probiotics,
천연식물에서분리한항생물질등을이용하여사료첨가제Screening of Antimicrobial Activity of Marine-Derived Biomaterials against Fish Pathogens
Dong-Hwi Kim, So-Hyun Park, Ji-Hyun Kim, Hae-Ri Lee, and Moon-Soo Heo*
Marine Applied Microbes and Aquatic Organism Disease Control Lab, Department of Aquatic Biomedical Sciences, School of Marine Biomedical Sciences & Marine and Environmental Research Institute, Jeju National University, Jeju 63243, Republic of Korea
The prevalence of infections due to pathogenic bacteria such as Edwardsiella tarda, Streptococcus parau- beris, and Photobacterium phosphoreum in fish farms in Jeju Island and their management by marine- derived biomaterials was studied. In this study, we isolated eight spices type of marine-derived biomateri- als from four sea areas of Jeju Island. An antibiotic disc susceptibility test confirmed that the isolated marine-derived biomaterials showed weak resistance only to oxytetracycline and penicillin and sensitiv- ity to the other antibiotics tested, and antimicrobial activity against fish pathogens with the inhibitory zone of 22 mm, 18 mm, and 19 mm for MD-02, MD-04, and MD-06 against E. tarda strains, respectively, and 19 mm, 22 mm, 30 mm, and 29 mm for MD-01, MD-02, MD-04, and MD-06 against S. parauberis strains, respectively, while all the marine-derived biomaterials showed antibacterial activity against P. phospho- reum. Among the eight biomaterials selected, Bacillus subtilis MD-02 displayed the greatest antibacterial activity against the three tested fish pathogens and also displayed susceptibility to antibiotics. The growth of Bacillus subtilis MD-02 was greatest with the carbon source, dextrine; nitrogen source, peptone;
and mineral source, MgSO
4·7H
2O. Hence, the present study confirmed that the isolate B. subtilis MD-02 from Jeju Island could be a potential antimicrobial agent against fish pathogens and a potential pharma- cotherapeutic agent.
Keywords: Antibiotic substance, antimicrobial activity, fish pathogen, marine derived biomaterials, olive flounder
*Corresponding author
Tel: +82-64-754-3473, Fax: +82-64-756-3493 E-mail: [email protected]
© 2017, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
개발을하고있다
[6].
그중에서도본연구진은해양유래미생물을이용하여어 류질병세균을제어하고자한다
.
해양미생물은해수와퇴적 층에서의물질순환에중요한역할을수행하고있으며,
근래 에는해양오염이나어류질병문제에서도많은관심을받고 있다.
해양미생물의응용사례로는호염성해양미생물로부터 항생제istamycin, biopolymer, glycine betaine
생산,
내한 성미생물의경우세제용효소의개발,
빙핵활성단백질생 산등다양한방면에서이용되고있으며앞으로새로운기 능이밝혀짐에따라산업적이용은더욱확대될것이다[7, 8].
따라서본연구에서는제주도해양에서분리한해양유래 미생물중육상양식장에피해를주는어류질병세균에대한 항균활성을가지는미생물을탐색하고자한다
.
재료 및 방법
해양유래 미생물 후보 균주 확보
해양유래미생물후보균주를분리하기위해제주도내
4
개해역(
성산,
표선,
대정,
한림)
에서각각해수를채취하였 다(Fig. 1).
채취한해수는무균채수병에담아4
℃에보관하 여실험실로운반하여실험을진행하였다.
채취한해수는0.85%
생리 식염수에 희석하여Marine Agar (MA, Difco, USA), ISP Medium 2 (ISP2, Difco, USA), Reasoner’s 2A Agar (R2A, Difco, USA)
에각각접종하였다.
접종한배지는25
℃에서48
시간배양하였다[9].
배양된균주를이용하여 어류질병세균에대하여항균활성을가진해양유래미생물 후보균주만선별하였다.
선별된균주는Marine Broth (MB, Difco, USA), ISP medium 2 Broth (ISP2, Difco, USA), Reasoner’s 2A Broth (R2B, Difco, USA)
에접종하여25
℃ 에서48
시간배양시킨후,
−80
℃에20% (v/v) glycerol
에보 관하였다[10, 11].
어류질병세균 확보
제주도내넙치양식장에서주로발생하는
Streptococcus parauberis KCTC 3651 (Sp), Edwardsiella tarda KCTC 12267 (Et), Photobacterium phosphoreum KCTC 12377 ( Pp)
를 생물자원센터(Korea Collection for Type Culture, KCTC)
에서 분양받았다.
분양받은 균주를Brain Heart Infusion Agar (BHIA, Difco, USA)
에 접종하여25
℃에서48
시간배양하였다[12, 13].
배양된균주를NaCl
이1.5%
첨 가된Brain Herat Infusion Broth (BHIB, Difco, USA)
에 접종하여25
℃에서48
시간배양시킨후,
−80
℃에20% (v/v) glycerol
에보관하였다[10, 11].
항생제 감수성 테스트
항생제종류는
Florfenicol
외11
종(Table 1)
을사용하였고,
세균의내성유무를확인하기위해일반적으로사용되는항 생제에Bauer-kirby test
를통해항생제내성균주와감수성 균주로분류하였다[14].
세균배양액을Muller Hinton Agar (MHA, Difco, USA)
배지위에접종하고이위에항생제디 스크를올려놓으면배지에항생제농도구배가생기며,
디스크주위로생기는억제환이항균력을나타낸다
[15].
억제환은항생제의용해도와세균의감수성정도에따라크기가다 르게나타난다
.
유용미생물후보균주를각각의배지에전배양시킨후
, MHA
배지에도말하여각각의항생제디스크를올려놓은다음
25
℃에서48
시간배양시킨다.
항생제디 스크에대한억제환의크기를측정하여항생제내성에대한 유무를판단한다[16].
해양유래 미생물에 대한 어류질병세균의 항균활성 제주해역에서분리한해양유래미생물후보균주에대한 어류질병세균의항균활성능을
paper disc
법을이용하여측 정하였다[15]. 8 mm paper disc
에전배양한해양유래미생Fig. 1. Collection place from the coast of Jeju Island for isolated candidate strains of marine derived biomaterials. (A) Seongsan,
(B) Pyoseon, (C) Daejeong, (D) Hanlim.
물후보균주를
100 µl
씩분주하여25
℃에서24
시간건조시 켰다.
어류질병균주는전배양하여MHA
에도말후일정간 격으로건조시킨paper disc
를올려놓은후25
℃에서48
시 간동안배양하였다.
배양후paper disc
주위에억제환의형 성유무를확인하여항균활성능을확인하였다[16].
해양유래 미생물 최적배양조건
최소생육배지인
GY
배지에대표적인탄소원,
질소원,
무 기염을추가로첨가할때나타나는생육활성을대조구와비교하고자한다
.
해양유래미생물후보균주의배지조성에따른생육활성 을 알아보기 위하여 최소 생육 배지인
GY
배지(Glucose 10 g, Yeast extract 2.5 g, Distilled water 1 L)
에대표적인 탄소원Dextrine, Saccharose, Sorbitol
을각각1%
첨가하여30
℃, 150 rpm
으로24
시간 배양한 후 배양액의 탁도를660 nm
에서측정하였다.
대조구는GY
배지에서glucose
가 첨가되지않은배지를사용하였다[17, 18].
해양유래미생물후보균주의배지조성에따른생육활성 을알아보기위하여최소생육배지인
GY
배지에대표적인 질소원Malt extract, Peptone, Yeast extract
를각각0.5%
첨가하여
30
℃, 150 rpm
으로24
시간배양한후배양액의탁 도를660 nm
에서측정하였다.
대조구는GY
배지에서yeast extract
가첨가되지않은배지를사용하였다[18, 19].
해양유래미생물후보균주의배지조성에따른생육활성 을알아보기위하여최소생육배지인
GY
배지에대표적인 무기염KH
2Po
4, MgSO
4· 7H
2O, FeSO
4· 7H
2O
를각각0.1%
첨가하여
30
℃, 150 rpm
으로24
시간배양한후배양액의탁 도를660 nm
에서측정하였다.
대조구는GY
배지에서MgSO
4· 7H
2O
가첨가되지않은배지를사용하였다[18, 20].
결과 및 고찰
해양유래 미생물 후보 균주
해양유래 미생물 후보균주는 총
8
종이 분리되었으며, Bacillus safensis 2
종, Bacillus subtillis 3
종, Psychrobacter pulmonis, Pseudomonas balearica, Psychrobacter celer
이 분리되었다(Table 2).
분리된균주는MD-01
∼MD-08
으로명Table 1. Antibiotics list for selection of antibiotic resistant
strains.
Antibiotics
Concentra- tions
( µg)
Diameter of inhibition zone (mm)
Resistant Weakly
sensitive Sensitive Florfenicol (FFL) 30 ≤ 12 13 −17 ≥ 18 Amoxycillin (AML) 10 ≤ 13 14 −17 ≥ 18 Oxolinic acid (OA) 20 ≤ 9 10 −12 ≥ 13 Flumequine (UB) 10 ≤ 15 16 −20 ≥ 21 Nalidixic acid (NA) 30 ≤ 13 14 −18 ≥ 19 Ciprofloxacin (CIP) 5 ≤ 15 16 −20 ≥ 21 Doxycycline (DO) 30 ≤ 12 13 −15 ≥ 16 Oxytetracycline (OTC) 30 ≤ 14 15 −18 ≥ 19
Neomycin (NEO) 10 ≤ 12 13 −16 ≥ 17
Tetracycline (TC) 30 ≤ 14 15 −18 ≥ 19 Penicillin (PE) 10 unit ≤ 19 20 −27 ≥ 28 Spiramycine (SP) 20 ≤ 13 14 −16 ≥ 17
Table 2. Candidate strain of marine derived biomaterials isolated from coast of Jeju Island.
Strain No. Species Sequence
MD-01 Bacillus safensis TGATTGACGTCATCCCCACCTTCCTCCGGGTTGTCACCGGCAGTCACCTAGAGTGCCCACTGATGCTG CACTAGATCAAGGGTTGCGCTCGTGCG
MD-02 Bacillus subtilis CATCCCCAACCTTTCCTCCGGTTGTCACGGCAGTCACCTAGAGTGCCCACTGAATGCTGGCACTAGA TCAAGGGTGCGCTCGTTGCGGGACTTAC
MD-03 Psychrobacter pulmonis ACTTCTCGGTGTCACGCAGTCACTAGAGTGCCCACTGATGCTGCACTAGATCAGGTGCGCTCGTGCG GGACTACCCACATCTCCACGACACGAGCT
MD-04 Bacillus subtilis CCCGCTCTCAGTTGTCACTGCAGTATCTAGAGTCCGCAAACGCTGTACTAGACAAGGTGCGCTCGTG CGGACTACCAACATCTCACGACACGAGCT
MD-05 Bacillus safensis TCTCCGGTTGTCACCGGCAGTCACCTTAGAAGTGCCCAACTGAATGCTGGCAACTAAGATCAAGGGT GCGCTCGTTGCGGGACTAACCCACATCT
MD-06 Bacillus subtilis ATCCCCACCTTCCTCCGGTTGTCACCGCAGTCACTAGAGTGCCCACTGAATGCTGCACTAGATCAGG GTGCGCTCGTGCGGGACTACCCACATCTC
MD-07 Pseudomonas balearica CATCCCCCACCTTCCTCCGGTTTGTCACGGCAGTCACCTAGAGTGCCCACTGAATGCTGGCACTAGA TCAGGGTGCGCTCGTGCGGGACTAACCC
MD-08 Psychrobacter celer TGACTTGACGTCATCCCCCACCTTTCTCCGGTTGTCACCGGCAGTCTCCTAGAGGTGCCACCTAACGT
GCTGGTACTAGACAGGGTGCGCTCGTAC
명하여본실험에사용하였다
.
항생제 감수성 테스트 확인항생제감수성결과실험에사용된모든해양유래미생물 에서항생제에대하여감수성을보였다
(Fig. 3).
하지만MD- 01, MD-03
은양식장에서주로사용하고있는Oxytetracycline
에대해서는
8 mm
의억제환을보여다른해양미생물에비해 약한 내성을 보이는 것을 확인하였다
.
또한MD-07
은Penicillin
에11 mm
의억제환을보여다른해양미생물에비 해약한내성을보였다. Oxytetracycline
과penicillin
에대하 여약한내성을보이는이유로는해수를채취한연안주변 에육상양식장이밀집해있는것과관련이있다고사료된 다.
양식장에서사육하고배출하는배출수에기존의항생제 가남아있어바다로유입되어약한내성을보이는것으로사료된다
.
또한항생제에감수성을보이는해양유래미생물을 선택하는이유는항생제에내성을보이는균주를사용할경 우환경중으로방출되는항생물질에의한생태계의영향및 양식생물에미치는영향을고려하여항생제에감수성을보 이는균주로선택하였다[21].
해양유래 미생물에 대한 어류질병세균의 항균활성 분리한해양유래미생물을이용하여어류질병세균에대한 항균활성을확인한결과
E. tarda
에대해서는MD-02, MD- 04, MD-06
이각각22 mm, 18 mm, 19 mm
로억제환을보 여항균활성을나타냈다(Fig. 4A). S. parauberis
에대해서 는MD-01, MD-02, MD-04, MD-06
이각각19 mm, 22 mm, 30 mm, 29 mm
로억제환을보여항균활성을나타냈다(Fig.
4B). P. phosphoreum
에대해서는모든해양유래미생물에Fig. 2. Neighbour-joining phylogenetic tree based on 16S rRNA gene sequences showing the position of strain MD-2 within the radiation of the genus Bacillus. Bootstrep percentage (from 1000 replication)>50% are shown at branch points. Bar, 0.1 substi- tutions per nucleotide position.
Fig. 3. Antibiotics susceptibility test for candidate strains of marine derived biomaterials.
Fig. 4. Antimicrobial activity of candidate strains of marine derived biomaterials for fish pathogens. (A) E. tarda, (B) S.
parauberis, (C) P. phosphoreum.
Fig. 5. Effect of carbon source, nitrogen source and mineral source on the cell growth of B. subtilis MD-02. (A) Carbon Source, (B)
Nitrogen Source, (C) Mineral Source.
서항균활성을보였다
(Fig. 4C).
이에어류질병세균에대한 항균활성이 좋으며 항생제에 감수성을 보이는Bacillus subtilis MD-02
로최종선정하였다(Fig. 2).
해양유래 미생물 최적배양조건
각종배지성분은항균물질생산에중요한것으로알려져 있기때문에
[22],
해양유래미생물인B. subtilis MD-02
의배 지조성에탄소원인Dextrine, Saccharose, Sorbitol
을첨가하 여생육활성을측정하였다.
측정결과배지에아무것도첨가 하지않은control
에비해Dextrine
만생육활성이증가한것 을확인할수있었다. Saccharose
와Sorbitol
의경우control
에비해생육활성이변화가없거나감소하는것을확인하였 다(Fig. 5A).
해양유래미생물인
B. subtilis MD-02
의배지조성에질소 원인Malt extract, Peptone, Yeast extract
를첨가하여생 육활성을측정하였다.
측정결과control
과비교시Peptone, Yeast extract
가생육활성이증가하는것을확인할수있었 다. Malt extract
의경우control
에비해생육활성이감소하 는것을확인하였다(Fig. 5B).
이전연구결과에따르면항진 균성항생물질을생산할때yeast extract
가가장효과적이 라고보고하였다[23].
해양유래미생물인
B. subtilis MD-02
의배지조성에무기 염인KH
2Po
4, MgSO
4· 7H
2O, FeSO
4· 7H
2O
를첨가하여생 육활성을측정하였다.
측정결과control
과비교시KH
2Po
4, MgSO
4· 7H
2O
가생육활성이증가하는것을확인할수있었 다. FeSO
4· 7H
2O
의경우control
과비교시생육활성의차이 가없었다(Fig. 5C).
이전연구결과에따르면항균물질을생 산할때KH
2Po
4가효과적이라고보고하였다[24].
이에따라해양유래미생물인
B. subtilis MD-02
의가장 좋은생육활성환경은배지에Dextrine, Peptone, MgSO
4· 7H
2O
를첨가하여배양시높은생육활성을기대할수있다 고사료된다.
요 약
제주도육상양식장에서주로발생하는어류질병세균인
Edward tarda, Streptococcus parauberis, Photobacterium
phosphoreum
에대한피해를줄이고치료하고자해양유래미생물을이용하고자한다
.
본연구진은제주지역4
개해역 에서해양유래미생물을8
종분리하였다.
분리된해양유래 미생물을이용하여항생제디스크에대한감수성확인을한 결과, Oxytetracycline
과penicillin
에서만약한내성을보일 뿐나머지항생제디스크에대해선감수성을보였다.
해양 유래미생물을이용하여어류질병에대한항균활성을확인 한결과E. tarda
에대해선MD-02, MD-04, MD-06
이각각22 mm, 18 mm, 19 mm
의억제환이나타났다. S. parauberis
에대해선MD-01, MD-02, MD-04, MD-06
이각각19 mm, 22 mm, 30 mm, 29 mm
의 억제환이 나타났으며, P.
Phosphoreum
에대해선모든해양유래미생물에서항균활성을보였다