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Purification and Characterization of an Antimicrobial Substance from Bacillus subtilis HH28 Antagonistic to Bacillus cereus

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(1)

Bacillus cereus를 억제하는 Bacillus subtilis HH28의 항균물질 정제와 특성규명

차현아1,2, 정다은3, 홍성욱4, 정건섭1*

1연세대학교생명과학기술학부

2농촌진흥청국립축산과학원

3연세대학교원주의과대학

4세계김치연구소

Received: November 25, 2014 / Revised: December 9, 2014 / Accepted: December 10, 2014

서 론

Bacillus cereus

자연환경에널리분포하며호기적

,

기적조건에서증식하는포자형성간균이다

.

따라서식품

,

가공

,

조리과정동안에포자형태로존재하다가적절한 환경에서영양세포로증식하여식품의부패를일으키는 으로알려져있다

[1].

또한

B. cereus

enterotoxin

구토독

소를생성하여설사형

,

구토형식중독을유발한다

[28].

이러

미생물때문에발생하는식품부패와식중독을예방하기 위해식품보존제를첨가한다

.

식품보존제에는합성보존제 천연보존제가있으며합성보존제는안전성의논란으로 인해소비자들이기피하는추세이다

.

따라서천연보존제에 대한관심이증가하고있고이러한천연보존제에는유기산

,

식물추출물

,

미생물이생산하는항균물질등이있다

.

미생물이생산하는항균물질은대부분이박테리아가생산

하는단백질또는

peptide

물질이어서인간또는동물의

소화효소에의해분해되므로식품에서안전한천연보존제로 사용가능하다

.

대표적인예로

1928

유산균인

Lactococcus lactis

생산하는

nisin

이라고명명된

bacteriocin

으로

1998

미국

FDA

승인으로가공치즈의천연식품보존제로사용 되고있다

.

이는유산균이생성하는

bacteriocin

대한연구

Purification and Characterization of an Antimicrobial Substance from Bacillus subtilis HH28 Antagonistic to Bacillus cereus

Hyun A Cha

1,2

, Dawn Chung

3

, Sung Wook Hong

4

, and Kun Sub Chung

1

*

1

Division of Biological Science and Technology, Yonsei University, Wonju 220-710, Republic of Korea

2

National Institute of Animal Science, RDA, Suwon 441-706, Republic of Korea

3

Department of Obstetrics and Gynecology, Wonju College of Medicine, Yonsei University, Wonju 220-701, Republic of Korea

4

World Institute of Kimchi, Gwangju 503-360, Republic of Korea

A bacterium producing antimicrobial substance was isolated from cheonggukjang. The bacterium was identified as a strain of Bacillus subtilis by 16S rDNA sequencing and designated as Bacillus subtilis HH28. The antimicrobial substance produced from Bacillus subtilis HH28 was purified by 0-80% ammonium sulfate precipitation, DEAE-sepharose FF column chromatogra- phy, and Sephacryl S-200 HR gel chromatography. The molecular weight of the purified antimicrobial substance was estimated to be approximately 3,500 Da using Tricine sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and direct detection analysis. Antimicrobial substance from B. subtilis HH28 not only inhibited B. cereus, but also Listeria monocytogenes and Vib- rio parahaemolyticus. The purified antimicrobial substance was stable at 40-80

o

C, and between pH 2 and 8. Antimicrobial activ- ity of the purified substance was completely destroyed by treatment of protease, proteinase K, and pronase E, indicating that it is proteinaceous.

Keywords: Purification, antimicrobial substance, Bacillus subtilis, Bacillus cereus

*Corresponding author

Tel : +82-33-760-2252, Fax: +82-33-760-2183 E-mail: [email protected]

© 2014, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology

(2)

활발히이루어지는발단이되었다

[12].

그러나유산균이 생성하는

bacteriocin

보다

Bacillus species

생성하는항균 물질은다양한특징을가지고넓은범위의항균력을가지고 있다

[2].

Bacillus species

생성하는항균물질은다음과같이 류한다

. Class I

subtilin, sublancin 168, subtilosin A

속해있으며

,

유전자가단백질로발현된구조가변하

(post-translational modification)

생성된다

. Class II

13 kDa

보다작은분자량으로열과

pH

안정하고리보솜

에서합성되며번역구조변화가없는선형펩타이드로

coagulin, thurincin H, lichenin

등이속한다

. Class III

30 kDa

보다분자량으로열에약한

bacteriocin

이며

, megacin A group

이에 속한다

[2].

외에도많은 다른

antimicrobial peptides

있지만단백질과

DNA

서열에 정보부족으로분류되지못하여

bacteriocin - like inhibitory substances (BLIS)

불린다

. B. subtilis LFB112

생성하

BLIS

그람양성균과그람음성균모두를저해하고

[30], B. subtilis MJP1

생성하는

BLIS

그람양성균과진균에 항균활성을가진다

[32].

이와같이

Bacillus species

생성 하는항균물질은종류가다양하고항균범위가넓어식품산 뿐만아니라다양한산업에적용할있으며적용가능 산업의종류는다음과같다

.

번째의약품산업으로적용할있다

.

현재사용하고 있는항생제내성균이발견되면서사람또는동물의미생물

관련질병에

bacteriocin

으로대체하려는관심이증가하고

있다

[13]. Staphylococcus aureus

강한저해능을가지는

mersacidin [20]

살정제활성을가지고있어서천연피임 약으로사용할가능성이있는

subtilosin A [25]

이다

.

번째로축산산업에적용할있다

.

병원성미생물에 감염된가축의치료와성장촉진

,

폐사율감소를위해항생제 사료급여와함께사용하고있다

.

그러나이러한사용은 항생제오남용으로내성문제를일으켜몇몇나라에서는 료용이외의사용은금지하고있는실정이다

.

따라서병원성 미생물의감염을억제하고성장촉진이가능한항생제대체 제가요구되고있다

. Pattnaik

[19]

Bacillus licheniformis

생산하는

lichenin

가축의

1

과산증을일으키는

Streptococcus bovis

대한항균력을가지고

,

다양한다당류 가수분해있어반추위발효개선에적용될있는 잠재력가지고있다고보고하고있다

.

번째로식품산업에적용할있다

.

현대의소비자들 합성보존제가 첨가되지않고최소의가공과정만거치는

‘fresh foods’

원한다

.

따라서천연합성보존제로사용할 있는

bacteriocin

대한관심이급증하고있다

.

예를들어

antimicrobial peptides P45 [26, 27], paenibacillin [6]

그리 김치에서분리한

Bacillus brevis

생성하는항세균

항진균활성

peptide

등이있다

[7].

번째로환경산업에대한적용이다

. Bacillus species

생성하는항균

,

항진균활성이있는

bacteriocin

‘biocontrol agents’

사용할있다

.

예를들어대두의뿌리에서분리

Bacillus thuringiensis NEB17

생성하는

bacteriocin

근류형성을도와식물의성장을증진시키고

,

식물의 저항성을높여준다

[9].

따라서연구에서는청국장에서분리한

Bacillus subtilis HH28

생성하는항균물질의정제특성을규명함으로써 여러가지산업에적용가능성을검토하고자하였다

.

재료 및 방법

미생물 분리 및 배양

실험의미생물은전통적으로제조한청국장이를 조할사용한볏짚을이용하여분리하였다

.

미생물을분리 하기 위하여 청국장과볏짚 시료 각각을 멸균생리식염수

[0.85% (w/v) NaCl]

1:9

비율로혼합한

, homogenizer (Stomacher 400, Seward, England)

10

분간균질화하여 현탁액을제조하였다

.

현탁액을멸균생리식염수로십진 희석한

tryptic soy agar (TSA; Difco, Detroit, MI, USA)

100

μ

l

적가하여도말하고

37

o

C

에서

14

시간동안배양한 미생물집락을순수분리하였다

.

항균물질 활성 측정

실험에사용된피검균

B. cereus KCCM 12667

tryptic soy broth (TSB, Difco, MI, USA)

1% (v/v)

접종하여

37

o

C

에서

24

시간동안배양하였다

.

분리미생물의

B. cereus

대한항균활성은

paper disc

방법

[29]

사용하여확인하 였다

. B. cereus

0.4% (v/v)

접종한

tryptic soy soft agar

중층한평판배지에직경

8 mm

paper disc (Advantec, Toyo Roshi Kaisha Ltd., Japan)

올리고 항균물질을

50

μ

l

적가하여

37

o

C

에서

12

시간동안배양한생성된 투명환의형성유무를관찰하였다

.

분리균주의 동정

항균활성을나타내는분리균주를동정하기위해서형태 학적

,

생화학학적동정과유전학적동정을실시하였다

.

태학적인동정은그람염색과포자형성관찰을하였다

.

생화 학적동정은

API 50 CHB kit (bioMerieux, Marcy IEtoile,

France)

사용하여

49

개의탄소원에대한이용성을조사하

, API 50 CHB database V3.0(http://apiweeb.biomerieux.

com)

통해 동정결과를 얻었다

.

유전학적 동정은

16S

ribosomal DNA

염기서열분석하는것으로분리미생물의

chromosomal DNA

template

universal primer

27

(3)

forward primer (5'-AGAGTTTGATCATGGCTCAG-3')

1492 reverse primer (5'-GGATACCTTGTTACGACTT-3')

사용하여

16S rDNA gene

일부를증폭하였다

.

증폭된

1,400 bp

fragment

T-vector (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA)

결합시켜형질전환한

T-vector sequencing primer

통해염기서열을분석하고

, BLAST search program

이용하여

GenBank (NCBI)

ribosomal DNA gene sequence

비교동정하였다

.

생육시기에 따른 항균 활성조사

분리 미생물을

glucose minimal medium (0.002%

ammonium molybdate, 0.003% CaCl

2

·2H

2

O, 0.0002%

FeSO

4

·7H

2

O, 1% Glucose, 0.7% K

2

HPO

4

, 0.15% KH

2

PO

4

, 0.05% MgSO

4

·7H

2

O, 0.004% MnSO

4

·4H

2

O, 0.5% yeast extract) 500 ml

1% (v/v)

접종하여

40

o

C

에서

180 rpm

교반하여배양하였다

. 0-144

시간동안진탕배양하는

spectrophotometer (VersaMax ELISA Microplate Reader, Molecular Devices Sunnyvale, CA, USA)

660 nm

에서 흡광도를측정하여생육곡선을그리고

,

생육시기에따른 활성을측정하였다

.

활성역가는분리미생물배양액

ml

AU (activity unit)

측정하였다

. AU

항균물질을

2

점차적으로희석하여투명환을형성하는최대희석배수 역수값을취하고

,

값을

1 ml

환산하는값에곱하여

AU/ml

정하였다

.

항균물질의 분리 및 정제

선발 미생물을

glucose minimal medium 500 ml

1%

(v/v)

접종하여

40

o

C

에서

3

동안배양하였다

.

선발미생물 배양상등액에황산암모늄을

80%

포화도까지첨가하

, 4

o

C

에서

12

시간 동안방치한원심분리

(20,000

×

g, 4

o

C, 30

)

하여 얻은침전물을

10 mM Tris·HCl

완충용액

(pH 8.0)

용해시켰다

.

그리고투석막

(MWCO 6-8 kDa cut- off, Spectrum Laboratories, Inc.)

으로

4

o

C

에서

12

시간동안 투석을

DEAE-sepharose fast flow (Pharmacia, Biotech. AB Uppsala, Sweden) column (25

×

400 mm)

Sephacryl S-200HR (Pharmacia) column (15

×

960 mm)

이용하여정제하였다

.

분획의단백질함량은

280 nm

측정하였고

,

각각항균활성을측정하여활성이존재하는 분획만취합하여동결건조하였다

.

모든정제과정은단백질 항균물질의변성을최소화하기위해서

4

o

C

에서수행하 였다

.

단백질 함량 측정

항균물질단백질정량은

Lowry

방법을변형하여실시하

였다

[17].

항균물질시료

50

μ

l

biuret reagent (0.75 mmol/l cupric sulfate, 94 mmol/l sodium hydroxide) 550

μ

l

합하고

25

o

C

에서

10

분간반응시킨

, Folin and Ciocalteu’s phenol reagent (Sigma Co., St. Louis, MO, USA) 25

μ

l

넣고

25

o

C

에서

30

동안 반응시켰다

.

그리고

spectro- photometer

725 nm

에서흡광도를측정하여나타내었고

,

표준곡선은

bovine serum albumin (BSA; Sigma Co.)

용하였다

.

항균물질 분자량 측정

항균물질의분자량을측정하기위해

Tricine-sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (Tricine-SDS- PAGE)

수행하였다

[21]. 20% polyacrylamide gel

사용 하여

100 V

5

시간동안전기영동

silver staining kit (Amersham Biosciences AB Inc., Sweden)

염색했다

.

자량

marker

ultra-low range molecular weight marker (1,060-26,600 Da, Sigma)

사용했다

. Tricine SDS-PAGE

수행한 밴드가 항균물질인지 확인하기위해

direct detection

하였다

[3]. Tricine SDS-PAGE

polyacrylamide gel

25% (v/v) isopropanol

10% (v/v) glacial acetic acid

혼합물에

2

시간동안고정을하고멸균증류수로

6

간동안

wash

B. cereus KCCM 12667

중층된배지 올리고

40

o

C

에서

6

시간배양하여투명환의유무를확인 하였다

.

항균 spectrum 조사

Bacillus subtilis, B. licheniformis, B. cereus

배양배지

TSB, Staphylococcus aureus, Salmonella Typhimurium, Pseudomonas aeruginosa, Shigella flexineri, S. sonnei, S. boydii, Escherichia coli O157:H7

배양배지는

nutrient broth (NB, Difco, MI, USA), Vibrio parahaemolyticus

2.5 % (w/v)

염화나트륨이포함된

TSB

배지를사용하였다

. Streptococcus mutans, Listeria monocytogenes

Brain Heart Infusion broth (BHI, Difco), Candida albicans

Yeast Mold broth (YM, Difco, MI, USA), Aspergillus flavus, A. fumigatus, Rhizopus oryzae, Mucor circinelloides, Penicillum camemberti

potato dextrose agar (PDA,

Difco)

배지를사용하여배양하였다

.

피검균으로사용한

주들은생명자원센터

(KCTC),

한국농업미생물자원센터

(KACC)

그리고한국미생물보존센터

(KCCM)

에서분양받았다

(Table

2).

배양온도는

C. albicans

30

o

C, A. flavus, A. fumigatus,

R. oryzae, M. circinelloides, P. camemberti

25

o

C,

나머 균들은

37

o

C

에서배양하였고이들균주에대한길항력 분리균주배양상등액의황산암모늄침전액을사용하여

(4)

측정하였고

paper disc

주변의투명환의직경으로비교하였다

.

항균 작용 기전

항균작용기전은

Nicolas

[16]

방법으로수행하였다

. B. cereus KCCM 12667

TSB

5% (v/v)

접종한

2

시간

진탕배양한배양액에항균물질

(32 AU/ml)

첨가하였고

,

항균물질을첨가하지않은

B. cereus

배양액을대조군으로 사용하였다

.

항균물질첨가

12

시간동안 진탕배양하며

2

시간간격으로생균수를측정하였다

.

항균물질의 안정성

항균물질의

pH

안정성을 측정하기 위해

pH 2.0-4.0

0.1 M glycine-HCl

완충용액

, pH 4.0-6.0

0.1 M sodium acetate

완충용액

, pH 6.0-8.0

0.1 M sodium phosphate

완충용액

, pH 8.0-10.0

Tris-HCl

완충용액을사용하였다

.

각각의

pH

완충용액과정제항균물질을

1:15

비율로혼합 하여배양온도인

40

o

C

에서

12

시간방치한잔존항균활 성을측정하였다

.

대조군으로는항균물질을첨가하지않은 각각의

pH

완충용액을사용하였다

.

항균물질의온도안정성 측정하기위하여정제한항균물질을

40-80

o

C

에서

12

, 100

o

C

1

시간방치한잔존항균활성을측정하였다

.

각종효소의영향을측정하기위해

lysozyme (EC 3.2.1.17, Sigma),

α

-amylase (EC 3.2.1.1, Sigma), lipase (EC 3.1.1.3, Type VII, Sigma), trypsin (EC 3.4.21.4, Sigma), protease (EC 3.4.24.31, Sigma), Proteinase K (EC 3.4.21.64, Sigma), pronase E (EC 3.4.24.4, Merck)

10 mM sodium phosphate

완충용액

(pH 7.0)

4 mg/ml

되도록준비하였다

.

정제한 항균물질에각각의효소를

2 mg/ml

첨가하여

37

o

C

에서

30

동안방치한항균물질의잔존활성을측정하였다

.

결과 및 고찰

항균활성 균주의 분리 및 동정

전통적인방법으로제조한청국장과제조할사용한 짚을멸균생리식염수로희석한

, TSA

배지에서

14

시간 동안배양한

,

미생물의집락을관찰하였고다양한미생물 집락이관찰되었다

. B. cereus

대한항균활성실험결과

,

항균활성이가장높은분리균주

1

종을선발하였다

.

분리한미생물은포자를형성하는그람양성간균이며

, API

50 CHB system

이용한당이용성조사를통한동정결과

Bacillus subtilis

판정되었다

.

보다정확한동정을 하여

16S rDNA

염기서열을결정하고

, GenBenk

등록 다른균주의염기서열과비교한결과

B. subtilis

98%

상동성을보였다

.

따라서

,

선발균주는

B. subtilis

동정 되었고

, B. subtilis HH28

명명하였다

.

분리균주의 생육시기에 따른 항균활성

B. subtilis HH28

생육에따른항균활성특성을조사하 였다

(Fig. 1).

생육곡선측정결과

,

배양

12

시간까지대수증 식기이고

24

시간까지정체기이며이후사멸기에도달하 였음을있다

. B. cereus

대한항균활성은생육이 수기인

9

시간부터생성되어사멸기인

60

시간에가장높은 활성

(80 AU/ml)

보였다

.

많은항균물질이영양원이고갈되는정체기에축적되는 같이연구의항균물질또한정체기인

12

시간이후부 항균활성이나타나는것을있다

[22].

또한항균활성 가장높은시기인

60

시간부터실험이종료된시점

144

(6

)

까지활성이감소하지않고유지되는것을확인할 있다

.

반면

Guo

[5]

B. licheniformis B11

생산하는

bacteriocin - like substance (BLIS)

배양

20

시간이 후에항균활성이감소하고

,

또한

Yang

[32]

항균물 질도배양시간이길어짐에따라항균활성이감소하는것을 확인할있다

.

항균물질의 분리 및 정제

B. subtilis HH28

배양상등액

500 ml

0-80%

황산암 모늄침전한

,

크로마토그래피방법으로정제하였다

.

황산 암모늄침전시료를

DEAE-sepharose fast flow

사용하여 음이온교환크로마토그래피를실시하였고

, 0-1 M

이온강 도를사용하여항균물질을용출하였다

(Fig. 2).

이온교환 로마토그래피에서활성이있는분획

143-156

번을취합한

sephacryl S-200HR

사용하여크로마토그래피를하였

(Fig. 3).

크로마토그래피의항균활성이있는분획

46- 56

번을모아정제된항균물질로사용하였다

.

항균물질정제 결과를

Table 1

나타냈고

, 19.7

배의정제도와

38.4%

수율로정제되었다

.

Fig. 1. Growth and antimicrobial activity of Bacillus subtilis

HH28 in the glucose minimal medium.

(5)

항균물질의 분자량 측정

정제한항균물질의분자량을측정하기위해

Tricine SDS-

PAGE

실시하였고

,

항균물질유무를확인하기위해

direct

detection

방법을수행하였다

.

정제된항균물질의전기영동

direct detection

결과로밴드가하나이고위치에 투명환이형성됨을확인하였다

(Fig. 4).

또한

marker

시료 이동성을비교하여항균물질의분자량이

3,500 Da

예측하였다

.

B. subtilis

생산하면서항균물질

3,500 Da

분자 량을가지는것은

lantibiotic

속하는

subtilin, subtilosin A, sublancin 168, ericin S

등이있다

. Subtilin

pentacyclic peptide

형태로

3,319 Da

이고

[24], ericin S

3,442 Da

이며

subtilin

4

개의아미노산잔기만다르고매우유사한특성 가진 물질

[23]

이다

. subtilosin

3,399 Da

으로

post- translational modification

통해

macrocyclic

형태가되며

[15], sublancin 168

3,877 Da

이고두개의이황화결합으

Fig. 2. Ion exchange chromatography of the antimicrobial

substance from Bacillus subtilis HH28 on the DEAE-sephar- ose FF. The DEAE-sepharose FF ion exchange column (25 × 400 mm) was equilibrated with 10 mM Tris·HCl buffer (pH 8). The column was eluted with a linear gradient of 0-1 M NaCl in 10 mM Tris·HCl buffer (pH 8) at a flow rate of 1 ml/min. The volume of each fraction was 5 ml.

Fig. 3. Gel chromatography of the antimicrobial substance from Bacillus subtilis HH28 on the sephacryl S-200HR. Seph- acryl S-200HR column (15 × 960 mm) equilibrated with 10mM Tris·HCl buffer (pH 8). The column was eluted with 10 mM Tris·HCl buffer (pH 8) at a flow rate of 0.5 ml/min. The volume of each frac- tion was 2 ml.

Table 1. Purification summary of antimicrobial substance produced by Bacillus subtilis HH28.

Steps

*

Volume

(ml)

Total protein (mg)

Total activity (AU/ml)

Specific activity (AU/mg)

Purification (fold)

Yield (%)

Culture broth 500.0 1,159.6 40,000 34.5 1 100.0

AS 3.0 101.1 30,720 303.8 8.8 76.8

IEX 2.0 49.2 20,480 416.3 12.1 51.2

GF 1.5 22.6 15,360 678.5 19.7 38.4

*AS, ammonium sulfate precipitation; IEX, ion exchange chromatography; GF, gel chromatography

Fig. 4. Tricine SDS-PAGE and direct detection of purified anti- microbial substance from Bacillus subtilis HH28. Lane 1, Ultra-low range molecular weight marker (26,600 Da, Triosephos- phate isomerase from rabbit muscle; 17,000 Da, Myoglobin from horse heart; 14,200 Da, α-Lactalbumin from bovine milk; 6,500 Da, aprotinin from bovine lung; 3,496 Da, insulin chain B.); Lane 2, Purified antimicrobial substance eluted by sephacryl S-200HR;

Lane 3, Gel overlayed with Bacillus cereus KCCM 12667.

(6)

연결된

lanthionine

포함되어있는형태

[18]

알려져 있다

.

연구의항균물질의정확한구조를파악하기위해아미 노산서열을분석방법인

Edman

[4]

시행하였다

.

그러

N-terminal

block

되어아미노산서열을분석하지못하 였고

,

따라서추후의연구의항균물질의자세한구조 석이필요한것으로판단되었다

.

항균 spectrum

B. subtilis HH28

생성하는항균물질의병원성세균 곰팡이

,

효모에대한항균효과는

Table 2

요약되어있다

. Paper disk method

통하여항균활성을측정한결과

,

양성균인

B. cereus KCCM 12667, KCCM 11204, KCCM 40168, KCCM 40935, B. licheniformis KCCM 11237, B. subtilis KCCM 11314, Listeria monocytogenes KCCM 40307

대한 저해활성을나타내었으며

,

특히

B.

cereus

L. monocytogenes

활성이것을확인

.

그람음성균에서는

Shigella boydii KCCM 41649

저해 활성을 나타내었고

, Vibrio parahaemolyticus

KCCM 11965

에서저해활성을나타내었다

.

그리고곰팡

이와효모에서는활성이없었다

.

대부분의

Bacillus spp.

생산하는

bacteriocin

그람 성균을억제하지못하고그람양성균만을억제하였다

[8].

들어 청국장에서 분리한

B. subtilis W42

경우도

B.

cereus

L. monocytogenes

항균활성을나타내지만 음성균에는활성을없었다

[11].

그러나연구의항균물 질은그람음성균의

V. parahaemolyticus

높은활성을 였는데균은해산물에의한식중독을일으키는균으로 알려져 있으며

,

중국 전통 발효 식품에서 분리한

B.

subtilis NT-6

이에대한항균활성이있음을보고한

[31].

또한그람양성균장류의식중독균인

B. cereus

샐러드와같은최소가공처리를채소에서식중독을일으 키는

L. monocytogenes

대한항균활성이매우우수하여 식품보존제로사용할경우효과를나타낼것으로 료되었다

.

그러나장류발효유용하게작용하는

B. subtilis

B. licheniformis

대한항균활성을가지고있지만 성이매우작아영향을미치지못할것으로사료되었다

.

항균 작용 기전

2

시간동안배양한

B. cereus

정제한항균물질을첨가

Table 2. Inhibitory spectrum of antimicrobial substance from Bacillus subtilis HH28.

Microorganisms Indicator species Antimicrobial activity

Gram-positive bacteria Bacillus cereus KCCM 12667 +++

Bacillus cereus KCCM 11204 ++

Bacillus cereus KCCM 40168 +++

Bacillus cereus KCCM 40935 +++

Bacillus licheniformis KCCM 11237 ±

Bacillus subtilis KCCM 11314 ±

Listeria monocytogenes KCCM 40307 +++

Staphylococcus aureus KCCM 12214 −

Streptococcus mutans KCTC 3065 −

Gram-negative bacteria Escherichia coli O157 : H7 ATCC 35150 −

Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853 −

Salmonella typhimurium ATCC 19855 −

Shigella boydii KCCM 41649 ±

Shigella sonnei KCCM 11903 −

Shigella flexneri KCTC 2008 −

Vibrio parahaemolyticus KCCM 11965 +++

Mold Aspergillus flavus KACC 41809 −

Aspergillus fumigatus KACC 42590 −

Rhizopus oryzae KACC 40256 −

Mucor circinelloides KACC 40245 −

Yeast Candida albicans KCCM 11282 −

−, no inhibition zone; ±, below 10 mm; +, below 13 mm; ++, 13-15 mm; +++, above 15 mm.

(7)

2

시간만에

B. cereus

사멸한것을확인할있었

(Fig. 5). 2

시간 동안 배양한

B. cereus

생균수

8.4 log (CFU/ml)

에서

B. subtilis HH28

생성하는항균물질을

2

시간후에는

B. cereus

콜로니를확인하지못했다

.

러한결과를보아연구에서정제한항균물질은

B. cereus

대한살균작용

(bactericidal action)

있음을확인하였다

. Kindoli

[10]

청국장에서분리한

B. subtilis H27

항균 물질 또한살균작용을하며

, 1,600 AU/ml

처리했을

12

시간동안서서히

L. monocytogenes

사멸되는것을 인할있었다

.

그러나연구의항균물질은

32 AU/ml

처리하여

2

시간만에

B. cereus

모두사멸되고

12

시간 유지되는것으로보아항균물질의살균작용이높다는 확인할있었다

.

항균물질의 안정성

pH

안정성을측정하기위해

pH 2-10

까지각각완충용액

으로정제된항균물질을희석하여배양온도인

40

o

C

에서

12

방치잔존항균활성을측정하였다

.

연구의항균물 질은

pH 2-8

까지

100%

항균활성을유지하였고

, pH 9

서는

50%

pH 10

에서는

25%

항균활성이 감소하였다

(Table 3). pH

영향으로

B. cereus

성장을저해한것인 확인하기위하여대조군으로완충용액의항균활성실험 실시하였는데완충용액으로인해

B. cereus

저해되지 않았다

.

결과로보아연구의항균물질은염기성보다

산성일안정성이높다는것을확인할있었다

. Lee

[14]

B. subtilis SC-8

생성하는항균물질은

pH 3

에서

항균활성이감소하고

pH 4-10

항균활성이유지됨을 있다

.

연구의항균물질과반대로산성에서안정성이낮고 염기성에서안정성이높다

.

온도안정성측정은정제한항균물질을

40-80

o

C

12

시간 동안방치하였고

, 100

o

C

1

시간방치후의잔존항균활성 측정하였다

. 40-60

o

C

에서

12

시간동안방치한

, 100%

잔존항균활성을유지하였고

, 80

o

C

에서

12

시간동안 치한경우

, 12.5%

잔존항균활성이감소하였다

(Table 3).

Lee

[14]

에서

80

o

C

100

o

C

에서

1

시간방치하였을

B.

cereus

대한항균활성이소실되었다

. Kindoli

[11]

60-80

o

C

에서

15

분동안방치하였을항균활성이

50%

감소하였고

, 100

o

C 10

방치하였을

20%

L.

monocytogenes

항균활성이감소하였다

.

이러한결과로 연구의항균물질은온도에대한안정성이높음을 있다

.

단백질분해효소인

trypsin

처리로

50%

항균활성이 감소하였고

, protease, proteinase K, pronase E

처리시 항균활성이소실되었다

. Lysozyme,

α

-amylase, lipase

리하였을경우

,

모두

100%

활성이유지됨을있었다

(Table 3).

단백질분해효소에의해항균활성이소실되므로

연구의항균물질을단백질성물질임을확인하였다

. Fig. 5. Inhibition mode of antimicrobial substance from Bacil-

lus subtilis HH28. Opened circle, Bacillus cereus KCCM12667 culture with purified antimicrobial substance; closed circle, Bacillus cereus KCCM12667 culture without purified antimicrobial sub- stance.

Table 3. Effect of enzyme treatment, heat and pH on the anti- microbial activity of B. subtilis HH28.

Treatment Residual activity (%) pH

2 100

4 100

6 100

8 100

10 25

Heat

40

o

C 100

60

o

C 100

80

o

C 12.5

100

o

C 25

Enzyme

lysozyme 100

α

-amylase 100

lipase 100

trypsin 50

protease 0

proteinase K 0

pronase E 0

(8)

요 약

청국장으로부터

Bacillus cereus

대한항균활성이가장

높은균주를분리하여형태학적

,

생화학적특성과

16S rDNA

염기서열결정을통해

Bacillus subtilis HH28

으로동정 명명하였다

. B. subilis HH28

생육시기에따른항균활성 측정해결과

,

생육이대수증식기인

9

시간부터생성되 사멸기인

60

시간에가장높은활성

(80 AU/ml)

나타내 었고

144

시간

(6

)

까지항균활성을유지하였다

.

항균물질의 정제는 황산암모늄 침전과

DEAE-sepharose fast flow, sephacryl S-200HR

이용하였고

, 19.7

배의 정제도와

38.4%

수율로정제되었다

. Tricine SDS-PAGE

directed detection

통해항균물질의분자량이

3,500 Da

임을 있었다

.

또한연구의항균물질을

B. cereus

뿐만아니

Listeria monocytogenes, Vibrio parahaemolyticus

중독균에서도우수한항균활성을나타내었고

,

항균작용의 기작은미생물을사멸시키는살균작용이였다

.

또한온도 정성실험에서

40-80

o

C

까지안정했고

, pH

안정성실험에서

pH 2-9

까지안정하여비교적온도와

pH

안정하였다

.

효소에대한영향실험에서는단백질분해효소에의해항균 활성이실활되어연구의항균물질은단백질성임을 있었다

.

위와같은특성으로보아

B. subtilis HH28

생산 하는항균물질은천연식품보존제사료보존제

,

항생제 대체의약품으로사용할있는잠재력을가지고있으며

,

향후항균물질의정확한구조특성규명등의연구가 필요하다

.

Acknowledgments

This study was supported by the 2012 Korea Institute of Plan- ning and Evaluation for Technology in Food, Agriculture, Forestry and Fisheries (iPET), Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs (MAFRA).

References

1. Andersson A, Ronner U, Granum PE. 1995. What problems does the food industry have with the spore-forming pathogens Bacillus cereus and Clostridium perfringens? Int. J. Food Microbiol. 28: 45-155.

2. Abriouel H, Franz CM, Ben Omar N, Gălvez A. 2011. Diversity and applications of Bacillus bacteriocins. FEMS Microbiol.

Rev. 35: 201-232.

3. Bhunia AK, Johnson MC, Ray B. 1987. Direct detection of an antimicrobial peptide of Pediococcus acidilactici in sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis. J. Ind.

Microbiol. 2: 319-322.

4. Edman P, Begg G. 1967. A protein sequenator. Eur. J. Bio-

chem. 1: 80-91.

5. Guo Y, Yu Z, Xie J, Zhang R. 2012. Identification of a new Bacillus licheniformis strain producing a bacteriocin-like sub- stance. J. Microbiol. 50: 452-458.

6. He Z, Kisla D, Zhang L, Yuan C, Green-Church KB, Yousef AE. 2007. Isolation and identification of a Paenibacillus poly- myxa strain that coproduces a novel lantibiotic and polymyxin.

Appl. Environ. Microbiol. 73: 168-178.

7. Mah JH, Kim KS, Park JH, Byun MW, Kim YB, Hwang HJ.

2001. Bacteriocin with a broad antimicrobial spectrum, pro- duced by Bacillus sp. isolated from Kimchi. J. Microbiol. Bio- technol. 11: 577-584.

8. Jack RW, Tagg JR, Ray B. 1995. Bacteriocin of Gram-positive bacteria. Microbiol. Rev. 59: 171-200.

9. Jung WJ, Mabood F, Souleimanov A, Zhou X, Jaoua S, Kamoun F, Smith DL. 2008. Stability and antibacterial activity of bacteriocins produced by Bacillus thuringiensis and Bacillus thuringiensis ssp. kurstaki. J. Microbiol. Biotechnol. 18: 1836- 1840.

10. Kindoli S, Lee HA, Kim JH. 2012a. Properties of a bacteriocin from Bacillus subtilis H27 isolated from Cheonggukjang. J.

Microbiol. Biotechnol. 21: 1745-1751.

11. Kindoli S, Lee HA, Kim JH. 2012. Properties of Bac W42, a bacteriocin produced by Bacillus subtilis W42 isolated from Cheonggukjang. J. Microbiol. Biotechnol. 22: 1092-1100.

12. Klaenhammer TR. 1993. Genetics of bacteriocins produced by lactic acid bacteria. FEMS Microbiol. Rev. 12: 39-85.

13. Lawton EM, Ross RP, Hill C, Cotter PD. 2007. Two-peptide lantibiotics: a medical perspective. Mini. Rev. Med. Chem. 7:

1236-1247.

14. Lee NK, Yeo IC, Park JW, Kang BS, Hahm YT. 2010. Isolation and characterization of a novel analyte from Bacillus subtilis SC-8 antagonistic to Bacillus cereus. J. Biosci. Bioeng. 110:

298-303.

15. Marx R, Stein T, Entian KD, Glaser SJ. 2001. Structure of the Bacillus subtilis peptide antibiotic subtilosin A determined by 1H-NMR and matrix assisted laser desorption/ionization time- of-flight mass spectrometry. J. Protein Chem. 20: 501-506.

16. Nicolas GG, LaPointe G, Lavoie MC. 2011. Production, purifi- cation, sequencing, and activity spectra of mutacins D-123.1 and F-59.1. BMC. Microbiol. 11: 69.

17. Ohnishi ST, Barr JK. 1978. A simplified method of quantitation protein using the biuret and phenol reagents. Anal. Biochem.

86: 193-200.

18. Paik SH, Chakicherla A, Hansen JN. 1998. Identification and characterization of the structural and transporter genes for, and the chemical and biological properties of sublancin 168, a novel lantibiotic produced by Bacillus subtilis 168. J. Biol.

Chem. 273: 23134-23142.

19. Pattnaik P, Kaushik JK, Grover S, Batish VK. 2001. Purifica-

tion and characterization of a bacteriocin-like compound

(lichenin) produced anaerobically by Bacillus licheniformis iso-

lated from water buffalo. J. Appl. Microbiol. 91: 636-645.

수치

Fig. 1. Growth and antimicrobial activity of  Bacillus subtilis HH28 in the glucose minimal medium.
Table 1. Purification summary of antimicrobial substance produced by  Bacillus subtilis HH28.
Table 2. Inhibitory spectrum of antimicrobial substance from  Bacillus subtilis HH28.
Table 3. Effect of enzyme treatment, heat and pH on the anti- anti-microbial activity of  B

참조

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