KR100202528B1 - Enzyme for dissolving cell wall of streptomyces mutans - Google Patents

Enzyme for dissolving cell wall of streptomyces mutans Download PDF

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Abstract

본 발명은 치아우식증의 원인 세균 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptcoccus mutans)의 세포벽에 선택적으로 작용하여 세균을 용해시키는 세포벽 용해효소와 그를 생산하는 미생물에 관한 것이다.The present invention relates to a cell wall lytic enzyme that selectively acts on the cell wall of the bacteria Streptcoccus mutans and causes microorganisms to dissolve bacteria.

본 발명자들은 식품 등의 첨가물과 치약 또는 의약품으로 사용할 목적으로 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)의 세포벽을 용해하는 용균효소를 탐색하여 지금까지 알려진 세포벽 용해효소와는 물리·화학적인 면에서 다른 새로운 세포벽 용해효소를 생산하는 미생물을 토양으로부터 분리하여 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로 동정하고 균주의 성질 및 효소의 특성을 검토한 결과 기존의 생산균주와 다른 특성을 갖고 있음을 발견하고 이러한 발견을 기초로 본 발명을 완성하게 되었다. 본 효소는 분자량 38,000달톤(Da)의 단일 서브유니트(subunit)를 가진 단백질로서 반응의 최적 pH는 pH 6과 8범위에 있고 최적온도는 30℃와 40℃범위에 있으며, pH 5-11범위에서 안정하고 동시에 온도 0℃-50℃범위에서 안정한 성질을 가지고 있고, 생산배지로는 서당, 과당, 포도당, 전분 등의 탄소원과 NH4 +염, 요소, 단백질, 대두분과 같은 질소원, 아미노산, 옥수수 침지액, 펩톤, 육즙과 같은 천연배지, Mg+염, 인산염 등을 배지로 사용할 수 있었다. 본 효소는 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)의 세포벽 성분 중 펩티도글리칸(peptidoglycan)의 아미노산 결합을 분해하는 엔도펩티다아제(endopeptidase)로서 기존의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) ATCC6051이 생산하는 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 세포벽 용해 효소인 분자량 50,000달톤(Da)의 엘 알라닌 아미다아제(L-alanine amidase), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 168이 생산하는 분자량 30,000달톤의 엔아세틸 뮤라모일 엘 알라닌 아미다아제(N-acetyl muramoyl-L-alanine amidase)와 다른 신규효소이다.The present inventors searched for lytic enzymes that dissolve the cell wall of Streptococcus mutans for the purpose of use as additives such as food and toothpaste or medicinal products. Microorganisms producing cell wall lytic enzymes were isolated from soil and identified as Bacillus subtilis, and the characteristics of the strains and enzymes were examined and found to have different characteristics from the existing production strains. The present invention has been completed on the basis of this. The enzyme is a protein with a single subunit of molecular weight 38,000 Daltons (Da). The optimum pH of the reaction is in the range of pH 6 and 8, and the optimum temperature is in the range of 30 ° C and 40 ° C. It is stable and has a stable property in the temperature range of 0 ℃ -50 ℃. Production medium includes carbon sources such as sucrose, fructose, glucose and starch, nitrogen sources such as NH 4 + salts, urea, protein and soy flour, amino acid and corn immersion. Liquids, peptones, natural media such as gravy, Mg + salts, phosphates and the like could be used as the medium. This enzyme is an endopeptidase that breaks down the amino acid bonds of peptidoglycan in the cell wall components of Streptococcus mutans, and is produced by the existing Bacillus subtilis ATCC6051 Enacetyl muti (30,000 Daltons) produced by Streptococcus mutans cell wall lytic enzyme (L-alanine amidase, Bacillus subtilis 168, molecular weight 50,000 daltons) N-acetyl muramoyl-L-alanine amidase and other new enzymes.

Description

스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)의 세포벽을 용해하는 용해효소와 그의 생산 미생물Lysis enzymes and their producing microorganisms that dissolve the cell walls of Streptococcus mutans

제1도의 본 균주를 기질균주인 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)가 현탁된 플레이트에 접종하여 용균여부를 나타낸 사진이다.This strain of FIG. 1 is inoculated on a plate in which the Streptococcus mutans, which is a substrate strain, is inoculated to show lysis.

제2도는 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 세포벽 용해효소를 생산하는 미생물을 한천배지에 배양한 사진이다.FIG. 2 is a photograph showing microorganisms producing Streptococcus mutans cell wall lyase in agar medium.

제3도는 본 균주의 배양시간에 따른 효소생산을 나타낸 도면이다.3 is a diagram showing the enzyme production according to the culture time of the strain.

제4도는 정제된 효소단백질의 에스 디 에스 폴리아크릴아마이드 겔 전기 영동(SDS-polyacrylamide gel electrophoresis)사진이다.4 is a photograph of SDS-polyacrylamide gel electrophoresis of the purified enzyme protein.

제5도는 정제된 세포벽 용해효소의 활성에 대한 pH의 영향을 나타내는 도면이다.5 is a diagram showing the effect of pH on the activity of purified cell wall lyase.

제6도는 정제된 세포벽 용해효소의 안정성에 대한 pH의 영향을 나타내는 도면이다.6 shows the effect of pH on the stability of purified cell wall lyase.

제7도는 정제된 세포벽 용해효소의 활성에 대한 온도의 영향을 나타내는 도면이다.7 shows the influence of temperature on the activity of purified cell wall lyase.

제8도는 정제된 세포벽 용해효소의 안정성에 대한 온도의 영향을 나타내는 도면이다.8 shows the influence of temperature on the stability of purified cell wall lyase.

제9도는 반응시간에 따른 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 세포벽의 분해산물을 나타내는 도면이다.9 is a diagram showing the degradation products of the Streptococcus mutans cell wall according to the reaction time.

본 발명은 치아우식증의 원인 세균인 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)의 세포벽에 선택적으로 작용하여 세균을 용해시키는 세포벽 용해효소와 그를 생산하는 미생물에 관한 것이다.The present invention relates to a cell wall lytic enzyme that selectively acts on the cell wall of Streptococcus mutans, a bacterium that causes dental caries, to dissolve bacteria and microorganisms producing the same.

구강 악안면 영역에서 발생되는 질환 중 치아우식증은 아직도 이환율이 높은 질병으로 인식되고 있다. 그 동안 이를 예방하기 위한 노력의 일환으로 여러 가지 형태의 예방법 및 치료방법이 개발되어 미국이나 서구유럽의 경우 이의 발병률이 다소 감소하였다고는 하지만 우리 나라의 경우는 아직도 어린이를 비롯한 성인의 치과질환의 대부분을 차지하고 있다. 더욱이 치아우식증의 발생은 사람에 따라 서로 다르게 나타나기 때문에 치과 영역에서 이 질환은 해결되어야 할 중요한 부분으로 간주되고 있다.Among the diseases occurring in the oral and maxillofacial region, dental caries is still recognized as a disease with high morbidity. In the meantime, as part of efforts to prevent this, various types of preventive and therapeutic methods have been developed, which have reduced the incidence rate in the United States and Western Europe, but in Korea, most of the dental diseases in children and adults still exist. Occupies. Moreover, the development of dental caries is different from person to person, so this disease is considered to be an important part of the dental field.

경조직 우식으로 발생하는 치아우식증은 파괴를 동반한 감염성 질환으로 치태내 세균, 음식물, 타액의 상호작용에 의해 유발되는 다인성 질환으로서 치태내 세균 중에서도 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)가 주원인 균이며 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)는 치면에 부착, 증식 및 산 생성과정을 거쳐 치아우식을 유발한다. 즉 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)는 치면의 획득 피막에 부착한 후 자당(sucrose)으로부터 포도당 중합체인 비수용성 뮤탄(mutan)을 합성한다. 합성된 뮤탄(mutan)은 치면에서 증식하는 세균간의 결합을 증가시키며, 이렇게 하여 치면에 부착한 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)는 치면에 국소적으로 자리잡아 플라그(Plaque)의 형태로 치아의 특수한 부위에 응집됨으로서 치아우식증이 발생되는 일차적인 원인을 제공한다고 보고 있다. 이런 치아우식 유발성 물질인 플라그(Plaque)에는 대단히 많은 양(2×108)의 균이 포함되어 있으며, 이 결과 자당이 포도당과 과당으로 분해되고 pH가 5.5 이하로 떨어져 경조직인 치아를 탈회시킬 수 있는 조건이 조성된다. 즉 pH감소에 의한 산 생성과정이 반복되면 법랑질의 미세한 분해가 이어지면서 탈회가 일어나 치아우식 병소가 발생되는 것이다. 이와 같이 치아우식증은 세균에 의한 감염성 질환이며, 여기에 섭취한 음식물의 종류, 그리고 시간에 의한 변수가 가세되어 이 질환의 진행정도가 결정되지만, 치아 자체가 지니고 있는 탈회에 대한 저항력과 크고 작은 타액선으로부터 흘러나오는 타액이 치아우식증 진행을 예방하는 중요한 인자로 평가되고 있다. 이처럼 치아우식은 원천적으로 치아 자체의 탈회에 대한 저항력이나 타액의 세정작용으로 발생초기에 억제될 것으로 생각되나, 그럼에도 불구하고 치아우식증은 계속 증가추세에 있기 때문에 여러 가지 다른 요인들이 복합적으로 작용하는 다인자성 질환으로 생각하고 있다. 따라서 이런 치아우식증을 억제하기 위하여 여러 가지 방법이 이용되어 왔다. 이중 현재까지 제시된 방법으로는 크게 1)스피라마이신(Spiramycin) 염산 반코마인신(Vancomycin HCL), 클로로헥시딘(Chlorohexidine) 등의 항생 물질을 이용한 방법, 2) 유기 또는 무기불소에 의한 우식 세균의 억제, 3) 글루칸(glucan) 분해효소, 덱스트란(dextran) 분해효소 등의 효소를 이용한 플라그(plaque)의 제거 등으로 분류될 수 있다.Dental caries caused by hard tissue caries is an infectious disease accompanied by destruction. It is a multifactorial disease caused by the interaction of bacteria, foods and saliva in the plaque. Streptococcus mutans cause dental caries through attachment, proliferation, and acid production to the tooth surface. That is, the Streptococcus mutans attach to the acquisition film of the tooth surface and synthesize a glucose-insoluble mutan from sucrose. Synthesized mutans increase the bonds between bacteria that grow on the tooth surface. In this way, the Streptococcus mutans attached to the tooth surface are localized on the tooth surface to form plaques. Aggregation in specific areas is thought to provide the primary cause of dental caries. Plaque, which is a caries-causing substance, contains a very large amount (2 × 10 8 ) of bacteria, and as a result, sucrose is broken down into glucose and fructose and the pH drops below 5.5 to demineralize hard tissue teeth. Conditions that can be established. In other words, if the acid production process is repeated by reducing the pH, microdegradation of enamel is continued and demineralization causes dental caries lesions. As such, dental caries is an infectious disease caused by bacteria, and the type of food ingested and time-dependent variables determine the progress of the disease, but the resistance to demineralization and the large and small salivary glands of the teeth themselves are determined. Saliva flowing from the carcinogenesis is evaluated as an important factor in preventing dental caries progression. As such, dental caries is thought to be suppressed at the beginning due to resistance to tooth demineralization or saliva washing. Nevertheless, dental caries is on the rise, so many other factors work in combination. Think of it as a magnetic disease. Therefore, various methods have been used to suppress such dental caries. Among them, the methods proposed to date include 1) a method using antibiotics such as spiramycin hydrochloride vancomycin HCL and chlorohexidine, and 2) caries bacteria by organic or inorganic fluorine. Inhibition, 3) removal of plaque using enzymes such as glucan degrading enzymes, dextran degrading enzymes, and the like.

그러나 이중 첫 번째의 방법은 우식을 예방하는 데 있어서는 효과적인 방법이나 항생물질의 사용에 의한 내성 균주의 발생과, 설사, 구토 등의 부작용을 유발할 수 있다는 점과 비특이적으로 구강내의 모든 세균의 증식을 억제하여 구강정상 세균층의 균형이 깨져 기화 감염증 또는 외부로부터 들어온 병원성 세균에 의한 다른 질병의 가능성을 갖고 있다는 제약을 갖고 있다. 두 번째의 불소를 사용하는 방법도 현재 가장 널리 사용되고 있는 방법으로 불소가 탈회를 억제하고 재광화를 촉진하는 물질로 알려져 있을 뿐 아니라 실제 항균 효과도 있는 것으로 평가되고 있으나 치아에 흰색반점을 나타나게 하는 단점이 있어 치아 우식증 예방의 목적에 있어서는 어려움이 따른다고 하겠다. 마지막으로 글루칸(glucan) 분해효소, 덱스트란(dextran) 분해효소 등의 효소를 사용하는 방법이 실제적으로 가장 가능성이 높고 잠재력 있는 방법으로 평가되고 있으나, 이는 치석의 제거를 목적으로 하는 방법으로서 2차적인 방법이라 할 수 있겠다.However, the first method is an effective method for preventing caries, but it can cause side effects such as the occurrence of resistant strains due to the use of antibiotics, diarrhea and vomiting, and inhibits the growth of all bacteria in the oral cavity. Therefore, the balance of the normal oral bacterial layer is unbalanced and has the possibility of evaporative infection or other diseases caused by pathogenic bacteria from the outside. The second method of using fluoride is also the most widely used method. Fluoride is known as a substance that suppresses demineralization and promotes remineralization, and it is also evaluated as having an antibacterial effect. There is a difficulty in the purpose of preventing dental caries. Finally, methods using enzymes such as glucan degradase and dextran degrading enzyme have been evaluated as the most probable and potential methods, but this is the second method to remove tartar. It can be called the way.

따라서 치아 우식을 예방하기 위하여서는 치아우식 세균에 대한 선택성이 강하고, 특이적으로 작용하는 새로운 물질이 요구되고 있다. 이러한 관점에서 비특이적 항균 작용을 나타내는 천연물의 사용에 대하여는 재검토가 필요하다고 하겠으며, 치아우식 세균에 선택적이고 특이적으로 작용하는 치아우식 세균 세포벽용해 효소의 탐색이 절실하다고 하겠다.Therefore, in order to prevent dental caries, a new substance that is strongly selective for dental caries and specifically works is required. From this point of view, the use of natural products exhibiting non-specific antimicrobial action is necessary to reconsider, and the search for dental caries cell wall lytic enzymes that selectively and specifically act on dental caries is urgently needed.

미생물에서 나타나는 가장 두드러진 용균현상은 박테리오파지(bacteriophage)에 의해 유도되며, 파지(phage)의 증식과 새로이 생성된 파지(phage)의 방출은 항상 숙주세포의 용해를 수반하는데 이러한 현상은 숙주세포에 의해 생산되는 세포벽 용해효소나 파지(phage) 그 자체의 성분인 바이로라이신(virolysin)에 기인한다. 한편 포자형성 세균에 있어서 스포어라이신(sporelysin)에 의한 포자형성도 이러한 현상의 일부이며 일련의 방어수단을 위해 생산되는 것으로 여겨지는 세포외 효소에 의해서도 세포벽의 분해가 가능하다.The most prominent lytic phenomena present in microorganisms are induced by bacteriophage, and the growth of phage and release of newly produced phage always involve dissolution of the host cell, which is produced by the host cell. It is due to virolysin, which is a component of cell wall lytic enzymes or phage itself. Spore forming by sporelysin is also part of this phenomenon in spore-forming bacteria, and the cell wall can be degraded by extracellular enzymes that are believed to be produced for a series of defenses.

세균 세포벽 용해효소는 세포벽의 펩티도글리칸(peptidoglycan)에 대한 높은 특이성으로 인해 그 반응 생성물을 분석하여 세균 세포벽의 구조를 밝히는데 이용될 수 있으며, 미생물의 오염으로부터 식품을 보호하는 식물보전제, 세균생육억제제로서 사용될 수 있으며, 또한 세포내의 유용물질을 분리하고 연구하는데 이용될 수 있다. 그러나 용균효소를 이용한 치석형성세균의 근원적 제거에 대한 연구는 아직 미약한 상태로서, 효소가 갖는 인체에 대한 상대적인 안정성에도 불구하고 치석형성 세균에 대한 연구는 미미한 상태에 불과하다. 따라서 이들에 대한 용균효소를 탐색, 개발함으로서 보다 더 안전하고 효용성이 높은 구강 위생제제 개발이 가능할 것이다.Bacterial cell wall lyase can be used to analyze the reaction products to reveal the structure of the bacterial cell wall due to the high specificity of the cell wall peptidoglycan, plant preservatives, bacteria that protect food from microbial contamination It can be used as a growth inhibitor and can also be used to isolate and study useful substances in cells. However, studies on the fundamental elimination of tartar-forming bacteria using lytic enzymes are still weak. Despite the relative stability of enzymes in humans, studies on tartar-forming bacteria are insignificant. Therefore, it is possible to develop safer and more effective oral hygiene agents by searching for and developing lytic enzymes for them.

본 발명자들은 식품 등의 첨가물과 치약 또는 의약품으로 사용할 목적으로 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococus mutans)의 세포벽에 용해하는 용균효소를 탐색하여 지금까지 알려진 세포벽 용해효소와는 물리 화학적인 면에서 다른 새로운 세포벽 용해효소를 생산하는 미생물을 토양으로부터 분리하여 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)로 동정하고 균주의 성질 및 효소의 특성을 검토한 결과 기존의 생산균주와 다른 특성을 갖고 있음을 발견하고 이러한 발견을 기초로 본 발명을 완성하게 되었다. 본 효소의 생산배지로는 서당, 과당, 포도당, 전분등의 탄소원과 NH4 +염, 요소, 단백질, 대두분과 같은 질소원, 아미노산, 옥수수침지액, 펩톤, 육즙과 같은 천연배지, Mg+염, 인산염 등을 배지로 사용할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 목적은 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)의 세포벽에 선택적으로 작용하여 용균시키는 세균 세포벽 용해효소 및 이 효소를 생산하는 미생물을 제공하는 것이다.The present inventors searched for lytic enzymes soluble in the cell wall of Streptococus mutans for use as additives such as food and toothpaste or pharmaceuticals, and new cell walls different from the known cell wall lytic enzymes. Microorganisms producing lytic enzymes were isolated from soil and identified as Bacillus subtilis, and the characteristics of the strain and the characteristics of the enzyme were examined and found to have different characteristics from existing production strains. The present invention has been completed. Production media of this enzyme include carbon sources such as sucrose, fructose, glucose and starch, nitrogen sources such as NH 4 + salts, urea, proteins and soy flour, amino acids, corn steep liquor, peptone, natural media such as gravy, Mg + salts, Phosphates and the like could be used as the medium. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a bacterial cell wall lyase and a microorganism producing the enzyme selectively acting and lysing the cell wall of Streptococcus mutans.

용균활성을 갖는 균주의 분리Isolation of Strains with Lytic Activity

세균 세포벽 용해활성이 있는 균주를 탐색하기 위하여, 국내·외 각지에서 채집한 토양 시료에서부터 분리한 미생물을 기질균주인 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) KCTC3283 균체가 첨가된 한천평판배지에 접종하여, 자라난 균락(conoly)부위에 투명환(clear zone)이 생기는 균주를 세포벽 용해활성을 갖는 균주로 선정하였다.(제1도 참조)In order to search for strains with bacterial cell wall lysis activity, microorganisms isolated from soil samples collected at home and abroad were inoculated into agar plate medium containing Streptococcus mutans KCTC3283 cell, which is a substrate strain. A strain having a clear zone in the grown conoly region was selected as a strain having cell wall lytic activity (see FIG. 1).

균주의 동정Identification of Strains

본 발명의 균주는 형태상 세균의 일종으로 그람 양성이며, 포자를 형성하는 간균으로서 미생물의 특성과 본 균주의 형태적 특성을 비교해 본 바, 본 발명의 균주는 기존의 세포벽 용해효소 생산균주와는 다른 형태적 특성을 갖고 있는 미생물로서 본 발명자들은 이 균주를 신규의 균주로 단정하고 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) YU-1004라고 명명하였다.(표 1, 제 2도 참조)The strain of the present invention is a gram-positive bacterium in form, and compared with the characteristics of the microorganisms and the morphological characteristics of the strain as a bacillus forming spores, the strain of the present invention is different from the existing cell wall lytic enzyme producing strain As microorganisms with other morphological characteristics, we have identified this strain as a novel strain and named Bacillus subtilis YU-1004 (see Table 1, Figure 2).

이 균주는 한국종균협회에 1996년 4월 3일자로 KFCC10893의 수탁번호로 기탁되었다. 상기의 균주 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KFCC10893을 배양하기 위한 배지의 조성은 포도당 1%, 폴리펩톤 0.5%, 효모 추출몰 0.5%이며, 배지의 pH는 6.0으로 하였으며, 배양온도는 37℃가 적당하였다. 또한 효소의 생산을 위하여서는 위의 배지에서 37℃의 호기적 조건하에 24시간 동안 배양할 때 최대의 효소 생산을 얻을 수 있었다.This strain was deposited with the KFCC10893 accession number on April 3, 1996, to the Korean spawn association. Composition of the culture medium for culturing the strain Bacillus subtilis KFCC10893 is 1% glucose, 0.5% polypeptone, 0.5% yeast extract mole, the pH of the medium was 6.0, the culture temperature was 37 ℃ It was suitable. In addition, for the production of the enzyme was obtained the maximum enzyme production when incubated for 24 hours under aerobic conditions of 37 ℃ in the medium.

본 발명의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KFCC10893이 생산하는 세포벽 용해효소는 하기 실시예 3 및 4에서 나타낸 바와 같이 분자량이 38,000달톤 정도의 단일 서브유니트를 갖고, 최적반응 pH와 온도는 pH 8.0, 37℃인 효소로서 실시예 6에 나타난 바와 같이 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)세포벽의 펩티도글리칸(peptidoglycan)성분 중 아미노산 결합을 분해하는 앤도펩티다아제(endopeptidase)이다.The cell wall lyase produced by Bacillus subtilis KFCC10893 of the present invention has a single subunit having a molecular weight of about 38,000 Daltons as shown in Examples 3 and 4, and the optimum reaction pH and temperature are pH 8.0, As shown in Example 6 as an enzyme at 37 ° C., it is an endopeptidase that degrades amino acid bonds in the peptidoglycan component of the Streptococcus mutans cell wall.

본 발명의 균주 및 이 균주에 의해 생산된 세포벽 용해효소에 대해 하기의 실시예를 참고로 더욱 상세히 설명한다.The strain of the present invention and the cell wall lyase produced by the strain will be described in more detail with reference to the following examples.

표 1Table 1

[실시예 1]Example 1

효소활성을 측정하기 위하여 먼저 기질균주를 배양하였다. 기질균주인 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) KCTC3283을 BHI(Brain Heart Infusion, Difco 제품) 배지에서 37℃에서 3일간 정치 배양한 후 원심분리하여 균체를 모은 다음 생리식염수로 2회 세척하고 -20℃에 보관하여 기질균체로서 사용하였다. 기질균체를 pH 8.0의 완충액에 660nm에서 흡광도가 1.0이 되도록 현탁시킨 후 이 균체현탁액 2ml에 효소액 0.2ml를 가하여 37℃에서 30분간 반응시킨 다음 660nm에서의 흡광도 감소를 측정하였다. 이때, 효소 활성은 주어진 조건 1분 동안 660nm에서의 흡광도를 0.001 감소시키는 효소의 양을 1단위(Unit)로 정하였다.In order to measure the enzyme activity, the substrate strain was first cultured. Streptococcus mutans KCTC3283, a substrate strain, was cultured in BHI (Brain Heart Infusion, Difco) medium at 37 ° C for 3 days, collected by centrifugation, washed twice with physiological saline, -20 It was stored at ℃ and used as a substrate cell. The substrate cells were suspended in a buffer of pH 8.0 so that the absorbance was 1.0 at 660 nm, and 0.2 ml of enzyme solution was added to 2 ml of the cell suspension, followed by reaction at 37 ° C. for 30 minutes, and then the absorbance decrease at 660 nm was measured. At this time, the enzyme activity was set to 1 unit (Unit) the amount of enzyme that decreases the absorbance 0.001 at 660nm for 1 minute given conditions.

세균 세포벽 용해효소를 생산하기 위하여 본 발명의 균주를 옥수수전분, 당류와 같은 탄소원, 대두분, 효모추출물과 같은 유기질소원으로 구성된 배지에서 10-60℃의 배양온도, 초기 pH 3-11 정도의 배양조건으로 배양하였을 때, 포도당 1.0% 또는 전분 1%, 폴리펩톤 0.5%, 효모 추출물 0.5%, pH 6.0의 배지조건에서 배양온도를 37℃로 하여 24시간 배양하였을 때 배양액으로부터 최대의 효소를 얻을 수 있다.In order to produce bacterial cell wall lyase, the strain of the present invention is cultured at a culture temperature of 10-60 ° C. and an initial pH of 3-11 in a medium composed of a carbon source such as corn starch, sugar, soybean meal, and an organic nitrogen source such as yeast extract. When cultured under conditions, the maximum enzyme can be obtained from the culture medium when cultured at 37 ° C. for 24 hours under conditions of 1.0% glucose or 1% starch, 0.5% polypeptone, 0.5% yeast extract, and pH 6.0. have.

[실시예 2]Example 2

상기의 최적 효소생산 배양조건으로 본 발명의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KFCC10893을 배양하여 균주의 생육과 효소생산 및 pH변화를 경시적으로 관찰한 결과를 제3도에 나타내었다. 제3도에서 볼 수 있는 바와 같이 균의 생육은 접종 후 36시간까지 증가하다가 정지기에 들어갔으며 배지의 pH는 최초 6.0에서 배양 18시간부터 점차 증가하여 36시간에서는 pH 8.6까지 증가하였다. 효소의 생산은 배양 초기부터 증가하기 시작하여 24시간에서 최대활성(22U/ml)을 보였으나 이후 활성이 감소되는 현상을 보였다.Bacillus subtilis KFCC10893 of the present invention was cultured under the optimum enzyme production conditions, and the results of observing the growth and enzyme production and pH change of the strains are shown in FIG. 3. As can be seen in FIG. 3, the growth of the fungi increased to 36 hours after inoculation and then stopped. The pH of the medium gradually increased from 18 hours of culture at the first 6.0 to pH 8.6 at 36 hours. The production of enzyme began to increase from the beginning of the culture and showed maximum activity (22U / ml) at 24 hours, but then decreased.

[실시예 3]Example 3

최적 효소생산 배지 1L의 배양액으로부터 본 효소를 흡착법(affinity chromatography), 세파덱스 G-100(Sephadex G-100, Sigma 제품) 겔 컬럼 크로마토그래피에 의하여 정제하였으며, 정제된 효소의 특성을 확인한 결과 본 효소는 분자량 38,000 달톤 정도의 단일 서브유니트(subunit)를 가진 한 종류의 효소임을 에스 디 에스 - 폴리아크릴아마이드 겔 전기영동(SDS-polyacrylamide gel electrophoresis)으로 확인하였다. 이 실험결과는 제4도에 나타내었다.The enzyme was purified from a culture medium of 1 L of optimum enzyme production medium by affinity chromatography and gel column chromatography using Sephadex G-100 (from Sigma). SDS-polyacrylamide gel electrophoresis confirmed that it is a kind of enzyme having a single subunit of molecular weight of about 38,000 Daltons. The experimental results are shown in FIG.

[실시예 4]Example 4

정제된 상기의 세포벽 용해효소의 특성을 검토한 결과 효소반응에 있어서 최적 pH는 8.0이었고 pH 5.0 부터 pH 9.0까지는 50% 이상의 활성을 나타내었으며, pH 5.0부터 pH 11.0까지 안정하였다. 이 결과는 제5도 및 제6도에 나타내었다.As a result of examining the characteristics of the purified cell wall lytic enzyme, the optimum pH was 8.0 in the enzyme reaction, and showed 50% or more activity from pH 5.0 to pH 9.0, and was stable from pH 5.0 to pH 11.0. The results are shown in FIGS. 5 and 6.

또한 최적반응온도는 37℃였으며 40℃까지는 1시간 동안 방치 후에도 100% 활성을 유지하였고 50℃에서는 1시간 방치 후에 64%의 잔조활성을 나타내었다.In addition, the optimum reaction temperature was 37 ℃, up to 40 ℃ 100% activity was maintained even after 1 hour and at 50 ℃ showed an afterglow activity of 64% after 1 hour.

이 결과는 제7도 및 제8도에 나타내었다.This result is shown in FIG. 7 and FIG.

[실시예 5]Example 5

본 균주가 생산하는 세포벽 용해효소의 작용범위와 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus muttans)에 대한 선택성을 알아보기 위해 여러 종류의 구강세균 및 장내세균과 다른 그람양성세균 또는 그람음성세균등을 검정균주로 사용하였다. 각 균주를 3일간 배양한 후 pH 8.0 완충액에 660nm에서 흡광도가 1.0이 되도록 현탁한 후 15U의 효소를 반응액 2ml에 첨가하여 37℃에서 30분간 반응시켰다. 660nm에서의 흡광도 감소를 용해도(%)로 측정한 결과는 표 2에 나타내었다.To examine the range of action of cell wall lyase and the selectivity of Streptococcus muttans produced by this strain, various strains of oral and intestinal bacteria and other Gram-positive or Gram-negative bacteria were tested. Used. After incubating each strain for 3 days, the solution was suspended in pH 8.0 buffer at 660 nm to have an absorbance of 1.0, and then 15U of enzyme was added to 2 ml of the reaction solution and reacted at 37 ° C for 30 minutes. The results obtained by measuring the decrease in absorbance at 660 nm as solubility (%) are shown in Table 2.

표 2TABLE 2

실험에 사용한 검정균주들 중 젖산균인 락토바실러스 헬베티쿠스(Lactobacillus helveticus)에 대하여는 거의 용균현상을 나타내지 않았으며, 스트랩토코커스(Streptococcus)중에서는 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) KCTC 3283에 대한 용해도를 100%로 하였을 때, 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) KFCC 3289에 대하여 61.9%의 용균현상을 나타내는 등 모든 균주들에 대하여 50% 이상의 용균현상을 나타내어 본 세균 세포벽 용해효소는 치아우식증 유발의 원인이 되는 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)에 대하여 용균활성이 높게 나타났다.Lactobacillus helveticus, a lactic acid bacterium, showed little solubility in Lactobacillus helveticus and the solubility of Streptococcus mutans KCTC 3283 in When 100% of the bacteria showed a lysis of over 50% of all strains, including 61.9% lysis of Streptococcus mutans KFCC 3289. Lytic activity was high for Streptococcus mutans, the causative factor.

[실시예 6]Example 6

본 효소의 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 세포벽에 대한 용해부위를 검토하기 위하여 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans)의 세포벽 성분인 펩티도글리칸(peptidoglycan)을 분리하여 최적 반응 조건에서 반응시키면서 유리 아미노산과 환원당의 양을 정량하고 흡광도를 측정하였다.In order to examine the dissolution site of the Streptococcus mutans cell wall of the enzyme, peptidoglycan, a cell wall component of Streptococcus mutans, was isolated and reacted under optimal reaction conditions. The amounts of free amino acids and reducing sugars were quantified and the absorbance was measured.

제9도에 나타난 바와 같이 반응이 진행되면서 흡광도의 감소와 더불어 유리아미노산이 점차로 증가하였고, 환원당의 양은 거의 일정하였다. 따라서 본 세균 세포벽 용해효소는 세포벽 구성 성분인 펩티도글리칸(peptidoglycan)의 아미노산 결합을 분해하는 엔도펩티다아제(endopeptidase)임을 알 수 있었다.As shown in FIG. 9, as the reaction proceeded, the free amino acid gradually increased with decreasing absorbance, and the amount of reducing sugar was almost constant. Therefore, the bacterial cell wall lytic enzyme was found to be an endopeptidase that breaks down the amino acid bond of the cell wall component peptidoglycan.

이는 기존의 바실러스 서브틸리스(Bacilln subtilis) ATCC 6051이 생산하는 스트랩토코커스 뮤탄스(Streptococcus mutans) 세포벽 용해효소인 분자량 50,000 달톤(Da)의 엘 알라닌 아미다아제(L-alanine amidase), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)168이 생산하는 분자량 30,000 달톤의 엔 아세틸 뮤라모일 엘알라닌 아미다아제(N-acetyl muramoyl-L-alanine amidase)와 다른 효소로서 기존의 세포벽 용해효소와 다른 신규효소로 생각된다.This is a molecular weight of 50,000 Daltons (Da), L-alanine amidase, Bacillus subtilis, a Streptococcus mutans cell wall lytic enzyme produced by Bacilln subtilis ATCC 6051. N-acetyl muramoyl-alanine amidase, a molecular weight of 30,000 Daltons produced by Bacillus subtilis 168, and other enzymes. do.

Claims (3)

세포벽 용해효소를 생산하는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) YU-1004(KFCC-10893).Bacillus subtilis YU-1004 (KFCC-10893), which produces cell wall lytic enzymes. 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) YU-1004(KFCC-10893)를 사용한 세포벽 용해효소의 제조방법으로서, 상기 효소의 분자량은 38,000달톤 정도이며, 반응의 최적 pH는 7.5 정도이고, 반응의 최적온도는 35℃ 정도이며, pH 5-11 범위에서 안정하고 동시에 온도 0℃-50℃ 범위에서 안정한 성질을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 세포벽 용해효소의 제조방법.A method for preparing cell wall lyase using Bacillus subtilis YU-1004 (KFCC-10893), the molecular weight of the enzyme is about 38,000 Daltons, the optimum pH of the reaction is about 7.5, the optimum temperature of the reaction It is about 35 ℃, stable in the pH range 5-11 and at the same time stable in the temperature range 0 ℃-50 ℃ characterized in that the cell wall lytic enzyme production method. 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) YU-1004(KFCC-10893)에 의하여 생산되는 세포벽 용해효소로서, 상기 효소의 분자량은 38,000달톤 정도이며, 반응의 최적 pH는 7.5 정도이고, 반응의 최적온도는 35℃ 정도이며, pH 5-11 범위에서 안정하고 동시에 온도 0℃-50℃ 범위에서 안정한 성질을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 세포벽 용해효소.Cell wall lysase produced by Bacillus subtilis YU-1004 (KFCC-10893), the molecular weight of the enzyme is about 38,000 Daltons, the optimum pH of the reaction is about 7.5, the optimum temperature of the reaction is 35 It is about ℃, the cell wall lytic enzyme characterized in that it is stable in the range of pH 5-11 and at the same time stable in the range of 0 ℃ -50 ℃.
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