KR100312330B1 - 키티나아제 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095및 이를 이용한 생물학적 방제법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신규한 키티나아제 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095(Serratia proteamaculans3095)(기탁번호 KCTC 8945P) 및 이를 이용한 생물학적 방제법에 관한 것으로 토양으로부터 분리·선발하여 동정한 본 발명 균주는 고온 및 광범위한 pH 영역에서 안정하고 난분해성 키틴도 단시간내에 분해하는 강한 키티나아제를 생산하는 뛰어난 길항효과가 있고in vitro에서 식물병원균에 대해 강력한 길항력을 나타냄은 물론in vivo에서 식물병원균의 발병을 강력하게 억제하는 뛰어난 효과가 있다.
Description
본 발명은 신규한 키티나아제(chitinase) 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095(Serratia proteamaculans3095) 및 이를 이용한 생물학적 방제법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 키티나아제를 생산하여 환경오염을 발생시키지 않으면서 식물병원균을 효과적으로 방제하는 신규한 키티나아제 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095 및 이 균주를 이용한 생물학적 방제법에 관한 것이다.
1950년대 초부터 지금까지 급속하게 개발되어 사용되어온 유기합성화학농약이 세계의 식량 생산에 크게 기여해온 것은 누구나 다 인정하고 있는 사실이지만이의 남용에 따른 생태계 파괴 등 심각한 폐해가 속출하고 있어 각종 규제가 선진국을 중심으로 날로 강화되고 있다. 이러한 규제 여건 하에서 화학 농약시장의 성장 추세는 점차 감소하고 있는 반면 신규 생물농약이나 미생물제제의 시장은 점차 활기를 띠고 있다.
세계 농산물 시장의 개방으로 인한 외국 농산물의 대량 유입으로 경쟁력을 점차 잃어 가고 있는 우리나라 농산물 생산에서야말로 저렴한 생산 단가와 고품질의 농산물 생산이 더욱 절실한 실정이지만, 지금까지 유지되어 온 관행의 농작물 생산방법으로는 식품내 유해한 잔류농약으로 인한 국민보건 문제점과 유기화학농약으로 인한 생태계 파괴 등 각종 환경 문제점의 해결이 매우 어려울 뿐만 아니라 저항성 병해충의 출현 등 수 많은 문제점을 안고 있다. 더욱이 외국의 생물농약과 같은 기술도입도 UR 협상으로 인한 지적소유권 등을 내세워서 자국의 기술 이전을 꺼리고 있으며, 이러한 이유에서뿐만 아니라 외국의 생물농약이나 미생물제제들이 우리나라 토양이나 기후풍토에 적합한가라는 의문도 안고 있다.
따라서 화학농약을 사용하지 않는 무농약 농법의 취약점을 해결하고, 심각한 생태적, 환경적, 보건적 부작용을 야기하는 유기화학농약 사용 대신에 미생물의 생산물질이나 미생물 그 자체를 이용하는 환경보전형 생물학적 방제법(Biological control)의 필요성이 필연적으로 대두되었다.
이러한 생물방제에 관한 연구는 1927년에 미국에서 방선균으로 감자더뎅이병을, 1951년 비병원성진균을 이용한 교차보호로 고구마 줄기썩음병을, 1980년에 살충성진균을 이용하여 딱정벌레목 해충을 방제한 역사가 있다. 특히 가장 많이 알려져있는 비티(BT)제 생산균인 바실러스 츄리기엔시스(Bacillus thuringiensis)는 1921년부터 시작한 연구 역사를 갖고 있다. 미생물들이 분비하는 활성물질을 이용한 농업용 항생물질은 토양내 미생물중 방선균을 이용한 것이 대부분이며 의약용 항생물질에 비해 비교적 늦게 개발되었다. 그중 에서도 특히 일본에서 가장 많이 개발되었는데 1958년에 벼도열병 방제용 Blastin이 최초의 실용화 상품으로 알려져 있다.
그동안 일부 수입된 미생물제제를 이용한 생물방제법이 시도된 바도 있으나 우리나라 기후풍토와 토양환경에 적응능력이 결여되어 그 활성을 발휘하지 못한 경우가 대부분이었다. 따라서 우리지역의 환경에 쉽게 적응되어 토양내 복원 우점화 될 수 있는 우리나라 토양의 토착길항미생물을 선발하고 이를 활용한 생물방제법이 요구되고 있다. 이러한 미생물 방제법은 환경공해가 없고 독성이 적고 생산가가 저렴하며 생산설비투자가 적다는 이점이 있을 뿐 아니라 연구개발비가 기존 농약 개발비의 약 1/10 - 1/20 정도이며 개발 기간도 1/3 정도 든다는 이점이 있다.
국내에서도 미생물농약을 개발하고자 국립연구기관, 대학, 정부출연 연구기관 등에서 연구를 추진하고 있으며 길항미생물을 이용한 병해방제제 6종, 천적미생물을 이용한 제제 4종 등 총 10 여종이 상품화 또는 상품화를 검토중이며 일부 시판도 되고 있다. 즉 동부 한농의 'KL1114 MBF'와 'AC-1'이 그것이다. 그러나 현재 실질적인 실용화 단계까지는 이루어지지 못하고 있는 실정이다.
식물 병충해에 의한 각종 작물 생산의 손실은 세계적으로 전체 작물생산량의 12에 달하나 그 중에서 20정도만이 토양 선충과 세균에 의한 손상이고 나머지 대부분은 식물병원성 진균에 의해 발병된다. 따라서 세균에 의한 식물병해의 방제 필요성보다는 진균성 식물병원균의 방제 필요성이 훨씬 시급하다고 할 수 있다. 지금까지는 진균방제용 유기화학농약이 주로 사용되어 왔으나 위에서 소개한 여러 가지 폐해로 계속 사용하기에는 한계점이 있다. 이러한 시점에서 환경친화적인 진균병 방제용 생물학적 방제방법의 개발이 필연적으로 요구되고 있다. 따라서 지역내 병발생이 적은 저병해 경작지의 토착미생물 중 생물방제력이 뛰어난 길항미생물을 근부병균, 역병균 등 대표적인 식물병원균을 대상병원균으로 이용하여 분리 및 선발하고, 선발된 길항미생물의 생물방제기작을 규명하며, 식물실험을 통한 방제력 검증을 실시하고 선발된 방제균의 방제력을 향상시키고, 자연 환경에서 그 능력을 확대 유지할 수 있도록 길항미생물의 유전공학적 육종을 실시함으로써 우리나라 고유의 생물방제력 있는 미생물농약을 개발하고자 하였다.
길항미생물을 이용하는 생물학적 방제는 생태계 내에서 서로 다른 두 종류의 미생물간에 일어나는 경쟁현상(competition), 기생 또는 포식관계(parasitism, predation) 나 항생작용(antagonism) 등의 상호작용을 인위적으로 조절, 활용함으로써 가능하게된다.
따라서 식물근부병균 등 여러 가지 식물병원성 진균에 대한 길항미생물을 이용한 생태학적 생물방제방법에는 다음과 같이 크게 3가지 형태로 구분될 수 있다( 도 1). 첫째는 스트렙토마이세스 속(Streptomycessp.), 안트로박터 속(Anthrobactersp.), 트리코더마 속(Trichodermasp.), 마이로테시쿰 속(Myrotheciumsp.), 세라티아 속(Serratiasp.), 슈도모나스 속(Pseudomonassp.), 바실러스 속(Bacillussp.), 에어로모나스 속(Aeromonassp.), 아시네토박터(Acinetobacter), 비브리오(Vibrio), 아스퍼질러스(Aspergillus), 뮤코(Mucor), 칸디다(Candida), 사카로마이세스(Saccharomyces) 등이 분비하는 진균 외막가수분해효소인 키티나아제(chitinase), β-1,3-글루카나아제(β-1,3-glucanase)와 최근에 보고된 식물성 키티나아제에 의해 식물병원균의 세포벽을 분해시키는 용균작용(degradative parasitism), 둘째로는 스트렙토마아세스 그리세우스(Streptomyces griseus), 스트렙토마아세스 블라스트마이세스(Streptomyces blastmyces), 스트렙토마이세스 카수가엔시스(Streptomyces kasugaensis), 페니실리움 나이그리칸스(Penicillium nigricans), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 슈도모나스 속(Pseudomonassp.) 등이 생산하는 항진균성 항생물질에 의해 직접 식물병원균의 생육을 저해시키는 항생작용(antibiosis), 셋째는 plant growth- romoting rhizobacteria(PGPR) 즉, 대부분 근권 슈도모나스 속(Pseudomonassp.)이 분비하는 철(Fe3+) 성분 특이 결합물질인 사이드로포어(siderophore)에 의해 식물병원균의 생육을 저해하는 경쟁적 길항작용(competitive antagonism)을 이용한 방제방법이다. 키틴은 N-아세틸-D-클루코사민(N-acetyl-D-glucosamine;Glc-NAc)이 β-1, 4 결합으로 중합 고분자물질로서, 게, 새우 등의 갑각류 및 연체류의 껍질과 근육, 그리고 곤충류, 버섯류의 표피성분으로 유명하나 각종 식물병원성 진균 특히 근부균 푸사리움(Fusarium)속 사상균의 세포벽에 주성분으로 함유되어 있으며, 연간 100억 톤 정도로 지구상에서셀룰로오스 다음으로 많이 생산되고 있는 자원이다. 최근 키틴(chitin) 및 키틴(chitin) 유도체는 식품산업, 제약산업, 농업 및 환경분야 등 많은 분야에서 이용되고 있다. 또한 많은 연구가들이 키티나아제 유전자(chitinase gene)의 클로닝(cloning)과 유전적 정보해석에 활발히 나서고 있다. 즉 길항미생물의 주요한 길항기작의 하나인 키티나아제(EC 3.2.1.14)는 키틴의 β-1,4-글루코시드(β-1,4-glucoside) 결합을 가수분해하는 효소이며, 작용기작에 따라 β-1,4-글루코시드 결합을 무작위로 절단하는 엔도(endo)형 키티나아제 그리고 키틴 사슬의 비환원성 말단으로부터 절단하는 엑소(exo)형 키티나아제 등이 있다.
최근 곰팡이, 세균, 식물체에서 키티나아제의 역할이 규명되면서 이들 사이의 생태적 상호작용에 키티나아제가 중요하게 관여하고 있다는 데에 큰 관심을 가지게 되었고, 키티나아제에 의해 식물병원성 진균이 함유한 키틴 성분의 효소적 분해기작을 활용하여 작물의 병해를 방제하는 생물학적 방제가 효과적인 방법으로 알려져 있다. 따라서 이러한 목적에 적합한 생물방제력이 있는 길항미생물 유래의 키티나아제가 분리, 정제되고, 이들의 효소적 특성이 조사되어져 오고 있다.
본 발명자들은 키티나아제 생산성 길항미생물의 개발에 필요한 키티나아제의 길항기작 구명과 다기능 길항미생물의 육종에 필요한 키티나아제 유전자원을 확보하고자 푸사리움 솔라니(Fusarium solani)등의 토양전염성 병원진균의 생육을 강력히 억제하는 길항미생물로 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 선발, 동정하였으며 이 균주가 생산하는 키티나아제를 분리·정제한 후, 그 효소학적 특성을 검토하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 키티나아제를 생산하는 신규한 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095(Serratia proteamaculans3095)를 토양으로부터 분리·동정하여 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 분리·동정한 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 이용한 생물학적 방제법을 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적은 토착길항 미생물을 이용하여 농업을 행하는 저병해 경작지 토양을 분리원으로 하여 키티나아제 생산성 길항미생물을 분리하고 이중 가장 큰 길항력을 나타내는 균주를 선발하여 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095로 동정하였으며 이 균주가 생산하는 키티나아제를 콜로이드성 키틴 흡착법에 의해 정제, 세파덱스 G-100컬럼을 이용하여 정제, 세파덱스 G-75 컬럼을 이용하여 정제 및 DEAE-세파덱스 A-50 컬럼 이온교환 크로마토그라피를 이용하여 정제한 후 전기영동을 실시하여 분자량을 조사하였다. 이어서, 상기 정제한 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제의 최적 활성 pH, 최적 활성온도, 최적반응시간, pH 및 열안정성을 조사한 다음 키티나아제의 활성에 미치는 금속이온과 효소저해제의 영향과 키티나아제 반응속도에 미치는 콜로이드성 키틴의 영향을 조사하였다. 그리고, 본 발명 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 키티나아제를 생산함에 있어서 콜로이드성 키틴의 농도, 배양시간 및 탄소원과 질소원이 미치는 영향을 조사하였다. 또 본 발명 세라티아 프로테아마쿠란스 3095 균주의 길항력을in vitro에서 확인하고in vivo포트에서 방제효과를 실험으로 확인하므로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.
도 1은 길항미생물에 의한 진균성 식물병해의 생물학적 방제 기작을 나타낸다.
도 2는 CM 배지에서 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095(Serratia proteamaculans3095, 기탁번호 KCTC 8945P)에 의해 키틴이 가수분해되어 형성한 투명환을 나타낸 사진도이다.
도 3은 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의 푸사리움 속(Fusariumsp.) 식물병원균의 균사체 생장을 억제하는 것을 나타낸 사진도이다.
도 4는 전자현미경으로 관찰한 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의 미세형태를 나타낸 사진도이다.
도 5는 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제(chitinase)를 세파덱스 G-100 겔 여과(Sephadex G-100 gel filtration)한 결과를 나타낸다.
도 6은 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제를 세파덱스 G-75 겔 여과한 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제를 DEAE-세파덱스 A-50 이온 교환 크로마토그라피하여 얻은 결과를 나타낸다.
도 8은 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제를 디스크-전기영동 및 SDS-PAGE한 결과를 나타낸다.
도 9는 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제의 활성에 미치는 pH의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제의 활성에 미치는 온도의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제의 활성에 미치는 반응시간의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제의 pH 안정성을 나타낸다.
도 13은 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 키티나아제의 열안정성을 나타낸다.
도 14는 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성한 정제된 키티나아제에 의해 가수분해된 콜로이드성 키틴의 Lineweaver-Burk plot을 나타낸다.
도 15는 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의 키티나아제 생산에 미치는 콜로이드성 키틴 농도의 영향을 나타낸다.
도 16은 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의 키티나아제 생산에 미치는 배양시간의 영향을 나타낸다.
도 17은 이중배양한 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095에 의해 푸사리움 옥시스포룸(Fusarium oxysporum) 균사표면의 팽창한 모양을 나타낸다.
도 18은 이중배양한 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095에 의해 푸사리움 솔라니(Fusarium solani) 균사표면의 팽창한 모양을 나타낸다.
도 19는 가지(Solanum melongena)에서 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의in vivo항균활성을 나타낸다.
본 발명은 토착길항 미생물을 이용하는 자연농업의 저병해 경작지 토양을 분리원으로 하여 키티나아제 강력 분비세균들을 분리한 후 여러 식물병원균과 직접 혼합배양하면서 가장 큰 길항력을 나타내는 균주를 최종 선발하는 단계; 상기 가장 큰 길항력을 나타내는 키티나아제 생산균주를 그람염색과 전자현미경을 통해 형태학적 모양을 관찰하고 생화학적 성상시험, API??시험 및 Biolog 사의 동정시스템을 이용하여 세라티아 프로테아마쿠란스 3095로 동정하는 단계; 30℃ CM 배지(chitin-minimal; CM)에서 4일간 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095(Serratia proteamaculans3095)를 진탕배양하여 키티나아제를 생산하고 원심분리하여 회수한 후 상등액내 황산암모늄을 포화시킨 후 원심분리하여 얻은 침전물을 포스페이트 버퍼에 녹인 후 투석하여 키티나아제 정제를 위한 조효소액을 준비하는 단계; 콜로이드성 키틴에 조효소액을 넣고 진탕하여 흡착시킨 후 콜로이드성 키틴을 완전분해시키고 일부 잔존하는 물질과 수용성 저분자 물질을 원심분리하여 제거하고 동결건조하여 농축하는 단계; 상기 동결건조한 효소단백을 포스페이트 버퍼 용액에 용해한 후 세파덱스 G-100 컬럼으로 겔여과한 후 분획을 모아 동결건조를 통해 농축하는 단계; 상기 세파덱스 G-100 컬럼으로 겔여과한 농축액을 다시 세파덱스 G-75 컬럼으로 여과한 후 동결건조를 통해 농축하는 단계; 상기 세파덱스 G-75 겔 여과를 통해 동결건조한 키티나아제 활성단백을 DEAE-세파덱스 A-50 컬럼을 이용해 이온교환 크로마토그라피를 실시하여 최종 정제하는 단계; 최종 정제한 효소를 폴리아크릴아미드 겔에서 전기영동하여 분자량을 확인하는 단계; pH를 달리한 버퍼에 콜로이드성 키틴을 기질로 첨가하고 상기 정제한 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제를 반응시킨 후 효소활성을 측정하여 키티나아제 반응의 최적온도를 조사하는 단계; 포스페이트 버퍼에 콜로이드성 키틴을 첨가하고 정제한 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제와 여러 온도에서 반응시킨 후 효소활성을 측정하여 키티나아제 반응의 최적 온도를 조사하는 단계; 콜로이드성 키틴과 포스페이트 버퍼에 정제한 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제를 반응시킨 후 시간경과에 따른 정제효소의 활성도를 측정하는 단계; pH를 달리한 버퍼에서 콜로이드성 키틴과 정제한 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제를 반응시킨 후 효소의 잔존활성을 측정하여 효소의 pH 안정성을 조사하는 단계; 정제한 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제를 여러 온도로 열처리한 후 효소의 잔존 활성도를 측정하여 열안정성을 조사하는 단계; 정제한 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제에 각종 금속염을 첨가하여 전처리한 후 잔존활성도를 측정하여 키티나아제 활성에 있어서 금속이온의 영향을 조사하는 단계; 각종 효소저해제에 정제한 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제를 첨가하여 전처리한 후 잔존활성도를 측정하여 키티나아제 활성에 있어서 효소저해제의 영향을 조사하는 단계; 정제한 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제의 콜로이드성 키틴에 대한 친화력을 이 등이 실시한 방법에 준하여 Lineweaver-Burk plot으로 Km을 구하여 키티나아제의 반응속도에 미치는 기질 콜로이드성 키틴의 영향을 조사하는 단계; CM 배지에서 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 배양한 후 원심분리한 상등액내 잔류당 및 분자량 10.000이하 저분자 물질을 제거하여 키티나아제 생산성을 조사하기 위한 조효소액을 제조하는 단계; 여러 농도의 콜로이드성 키틴을 CM 배지에 첨가하고 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 배양한 후 키티나아제 활성을 측정하여 키티나아제 생산에 있어서 콜로이드성 키틴의 농도 영향을 조사하는 단계; CM 배지에서 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 배양하면서 배양일자별로 키티나아제 활성을 측정하여 키티나아제 생산에 있어서 배양시간의 영향을 조사하는 단계; 탄소원을 제외시킨 CM 배지에서 소듐시트레이트를 제거하고 각종 탄소원을 첨가한 후 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 진탕배양하고 원심분리한 상등액을 조효소액으로 만들어 키티나아제 활성을 측정하여 탄소원별 키티나아제 생산성을 조사하는 단계; 질소원을 제외시킨 CM 배지에 (NH4)2SO4를 제거하고 각종 질소원을 각각 0.1되도록 첨가한 후 진탕배양하고 원심분리한 상등액을 조효소액으로 만들어 키티나아제 활성을 측정하여 질소원별 키티나아제의 생산성을 조사하는 단계; PDB에 King's B broth를 혼합한 배지에 푸사리움 솔라니를 접종하고 본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 접종하여 배양한 후 푸사리움 솔라니 균사변형 현상을 전자현미경을 통해 확인하므로써in vitro에서 길항력을 조사하는 단계 및; 가지를 대상 기주식물로 사용하여 푸사리움 옥시스포룸을 관주 접종한 후 본 발명 균주를 처리하여 항온항습실에서 키우면서 주기적으로 발병을 확인하여in vivo포트에서 생물방제력을 조사하는 단계로 구성된다.
이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 키티나아제 생산성 길항미생물의 분리 및 선발
지역토양내 우점능, 토착능, 복귀능이 강한 길항미생물을 선발하기 위해 경주 아화지역의 토착길항미생물을 이용하는 자연농업의 저병해 경작지 토양을 분리원으로 하여 멸균 생리식염수에 10-2까지 현탁, 희석하고, 이를 LB 한천배지에 0.1mL씩 도말봉으로 접종하여, 30℃에서 1일간 배양시켰다. 키티나아제 생산성 균주의 분리를 위하여 이들 콜로니를 K2HPO40.7, KH2PO40.2, (NH4)2SO40.1, 소듐시트레이트(sodium citrate) 0.05, MgSO4·7H2O 0.01, 펩톤(peptone) 0.1, 콜로이드성 키틴(colloidal chitin) 1(pH 7.0)의 조성으로 이루어진 키틴 함유 한천배지에 튜스픽(toothpick)하여 키틴 분해환을 크게 형성하는 균주을 분리하였으며, 또한 근부병균 푸사리움 솔라니(Fusarium solani)와 시드름병균(Fusarium oxysporum)을 대상으로 감자 덱스트로스 아가(potato dextrose agar;PDA)에서 분리균과의대치배양(pairing culture)을 실시하여 길항세균에 근접한 균사를 용해하는 길항현상을 확인하여 분리하였다. 상기의 방법으로 분리한 키티나아제 생산성 토착길항미생물의 병원성 진균에 대한 길항기작이 키티나아제와 같은 식물병원균의 균체외막을 분해하는 고분자 효소단백물질인가를 조사하기 위해 길항미생물 배양액의 원침상등액을 암모니움 설페이트(ammonium sulfate)로 포화시켜 침전, 투석(cellulose dialysis sack, MW 12,000)한 후 그 효소활성도를 콜로이드성 키틴(colloidal chitin)을 기질로 조사하였으며, 아울러 푸사리움 솔라니(F. solani) 등 시험균주를 이용한 혼합배양법으로 길항능도 조사하였다. 또한 항생물질중 많은 것이 내열성인 반면 효소단백은 열에 민감하므로 효소에 의한 길항기작을 확인하기 위해, 분리된 길항세균 배양액의 원침상등액을 80℃에서 30분간 열처리한 후의 길항력을 cell mass test로 조사하였으며, Amicon centriprep??10 (MW 10,000)에 의해 얻은 고분자물질로도 효소활성도와 cell mass test를 통한 길항능을 조사하여 선발하였다. 실험결과, 경주 아화지역에서 시료 토양으로부터 130종의 세균을 분리할 수 있었고, 이 균주들은 키틴 함유 평판배지에 점적 접종하여 키틴용해 투명환을 크게 형성하는 키티나아제 강력 분비 세균들을 분리한 후, 이중배양(dual culture)를 통해 길항력을 확인하고 또한 이들을 대상으로 PDA plate에서 대치배양법에 의해 항생물질을 생성하여 억제하는 모양과는 다른 모습의 길항현상을 보았다. 즉 근접한 식물근부병균 푸사리움 솔라니와 시드름병균 푸사리움 옥시스포룸의 균사체를 접촉 직후 강력히 용해하는 균주들을 대상으로 하여 혼합배양법으로 가장 큰 길항력을 나타내는 한 균주의 길항세균을 최종 선발하였다(표 1과 도 2, 3). 본 발명 선발균주는 King's B 한천배지(Proteose peptone No. 3 2, K2HPO40.15, MgSO4·7H2O 0.15, Glycerol 1.5, Agar 1.5)를 사용하여 30℃에서 2일간 배양한 후 4℃에서 보관하였고, 장기 보관을 위해 King's B broth에 1일간 키운 후 15가 되도록 멸균한 글리세롤(glycerol)을 첨가하여 -70℃에서 동결 보관하였다. 식물병원균인 푸사리움 솔라니(F. solani)와 푸사리움 옥시스포룸(F. oxysporum) 그리고 파이토프토라 캡씨씨(Phytophthora capsici)의 계대는 감자 덱스트로스 아가(PDA) 배지를 사용하여 28℃에서 일주일간 배양한 후 실온(24℃)에 보관하면서 사용하였다.
| 균 주 | 키티나아제 생산에 의한 투명환 형성(mm)* | 이중배양의 저해비() |
| BLP-2018 | 8 | 0.0 |
| BLP-7079 | 9 | 12.2 |
| BLP-9090 | 8 | 4.7 |
| PLP-2222 | 4 | 36.5 |
| PLP-3098 | 11 | 51.8 |
| PLP-4049 | 12 | 48.8 |
| PLP-3095 | 12 | 54.5 |
| [주] CM 아가 플레이트상에서 외피 키티나아제에 의해 형성된 투명환의 직경 |
실시예 2: 선발한 키티나아제 생산성 길항균주의 동정
본 실시예에서는 상기 실시예에서 선발한 키티나아제 생산성 길항균주의 분류학적 동정을 위해 APItest(bioMerieux)와 Biolog사의 동정시스템(MicroLogTM3), 그리고 각종 생화학적 성상검사를 사용하였고, 투시경전자현미경(transmission electron microscope, TEM)으로 그 형태를 관찰하였다. 이를 바탕으로 Bergey's Manual of Determinative Bacteriology색인을 이용하여 최종 동정하였다. 실험결과, 선발한 키티나아제 생산성 길항균주는 그람음성의 단간균으로 판별되었으며 미세형태를 확인하기 위해 전자현미경으로 관찰한 결과 1개의 편모를 가지는 단간균으로 판명되었다. 또한 각종 생화학적 성상시험과 API??시험 그리고 Biolog 사의 동정시스템을 이용한 결과 세라티아 프로테아마쿠란스(Serratia proteamaculans)에 62.2근연성을 보임으로 최종적으로 세라티아 프로테아마쿠란스 바이오타입 Clc(S. proteamaculansbiotype Clc) 내지는 그 근연종으로 동정하였다(표 2, 도 4).
본 발명자들은 토양으로부터 분리·선발하여 동정한 본 발명 세라타이 프로테아마쿠란스 3095를 생명공학연구소내 유전자 은행에 1999년 6월 8일 기탁번호 KCTC 8945P로 기탁하였다.
| 시험 | 균주3095 | 세라티아프로테아마쿠란스 | 세라티아마르스센스 | |
| 바이오타입 Clc 바이오타입 RB | ||||
| 그람 염색운동성편모산화효소인돌생산메틸 적(red) 시험Voges-Proskauer 시험황화수소생산우레아 가수분해탄수화물분해글루코스말토스락토스슈트로스D-글루코스로부터 산생산질산염환원구연산염 이용젤란틴 가수분해L-아라비노스 이용D-만니톨 이용D-만노스 이용L-람노스 이용D-소르비톨 이용아도니톨 이용아르기닌 가수분해에스쿨린(β-글루코사이드)말산염 이용L-람노스 이용 | -++--++--++d++++++++++--++- | -++-+d+--++-++++++++d[+]--+d- | -++--d+--++-++++++++d[+]--+d+ | -++--[-]+-[-]++-+++++-++-+d-+NDND |
| 동정Serratia proteamaculansbiotype Clc | ||||
| [주] +: 90또는 그 이상 양성, -: 10또는 그 이하의 양성, d: 11 ~ 89양성,[ ]; 3 ~ 7일내 양성, ND: 데이터 없음 |
실시예 3: 본 발명 균주가 생성하는 키티나아제 정제
제1공정 : 키티나아제 정제를 위한 조효소액 제조
본 발명 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095(Serratiasp. 3095)를 효소생산용 배지 CM에 접종하여 30℃에서 180rpm으로 4일간 진탕배양한 후 10,000×g에서 20분간 원심분리하여 상등액을 회수하였다. 여기에 황산암모늄[(NH4)2SO4]을 75포화시켜 4℃에서 12시간 방치한 후 10,000×g에서 20분간 원심분리하여 얻은 침전물을 포스페이트 버퍼(phosphate buffer;pH 7.5)에 녹인 후 증류수에 포스페이트 버퍼(pH 7.5)를 20되게 섞은 용액으로 투석하고, 이를 냉동보관 하면서 키티나아제 정제를 위해 조효소액으로 사용하였다.
제2공정 : 콜로이드성 키틴 흡착법에 의한 정제
콜로이드성 키틴에 조효소액을 넣어 4℃에서 1시간 동안 마그네틱 바로 진탕시켜 흡착시켰으며, 10,000×g에서 20분간 원심분리하여 콜로이드성 키틴에 흡착되어 침전된 키티나아제를 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 1회 세척 후 다시 10,000×g에서 20분간 원심분리하여 회수한 키티나아제 흡착 콜로이드성 키틴에 포스페이트 버퍼(pH 7.5)를 침전된 콜로이드성 키틴의 5배의 양이 되도록 첨가하여 45℃에서 3시간 동안 진탕시켜 콜로이드성 키틴을 완전히 분해시켰으며 일부 잔존된 물질을 10,000×g에서 20분간 원심분리하여 제거하고 이를 투석(MW 12,000)을 통해 콜로이드성 키틴이 분해된 후에 생성된 수용성 저분자 물질을 제거하고 동결건조를 통해 농축을 실시하였다.
제3공정 : 세파덱스 G-100 컬럼 겔 여과
상기 제2공정에서 동결건조한 효소단백을 최소량의 1/15M 포스페이트 버퍼용액(pH 7.5)으로 용해시킨 후 이를 포스페이트 버퍼(pH 7.5)으로 평형화시킨 세파덱스 G-100 컬럼(2.5×80cm)으로 겔 여과를 하였으며, 이때 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 0.5mL/min의 속도로 튜브당 10mL 씩 용출을 시켰다. 이들 중 효소활성이 있는 분획을 모아 동결건조를 통해 농축을 실시하였다. 이 결과를 도 5에 나타냈다.
제4공정 : 세파덱스 G-75 컬럼 겔 여과
제3공정에서 세파덱스 G-100 겔 여과를 통해 키티나아제 활성 단백을 최소량의 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 용해시킨 후, 다시 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 평형화시킨 세파덱스 G-75 컬럼(1.5×100cm)으로 겔 여과를 하였으며, 이때 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 0.3mL/min의 속도로 튜브당 3mL 씩 용출을 시켜 겔 여과한 뒤, 효소활성이 있는 분획을 모아 동결건조를 통해 농축을 실시하였다. 이 결과를 도 6에 나타냈다.
제5공정 : DEAE-세파덱스 A-50 컬럼 이온교환 크로마토그라피
제4공정에서 세파덱스 G-75 겔 여과를 통해 동결건조한 키티나아제 활성 단백을 최소량의 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 용해시킨 후, 이를 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 평형화시킨 DEAE-세파덱스 A-50 컬럼(1.5×50cm)에 흡착시킨 뒤 포스페이트 버퍼(pH 7.5)에 NaCl을 0.0 N, 0.2 N 그리고 0.4 N로 녹여서 stepwise로 증가시키면서 용출시켜 키티나아제를 최종 정제하였다. 이때 효소정제의 전 과정은 4℃ 에서 실시하였다. 이 결과를 도 7에 나타냈다. 최종 정제된 정제효소의 정제도는 배양여액에 비해 14.2배 증가하였고, 회수율은 19.9로 나타났다.
제6공정 : 전기영동
제5공정까지 정제된 효소 단백의 폴리아크릴아마이드 겔 전기영동 (polyacrylamide gel electrophoresis)은 Davis법에 의해 7.5폴리아크릴아마이드 겔을 이용하여 튜브당 5mA로 90분간 전기영동하였다. 전기영동한 후 겔은 1아미도 블랙 10-B(Amido black 10-B)로서 염색하였고, 7아세트산으로 탈색하였다.
SDS-폴리아크릴아마이드 겔 전기여동(SDS-polyacrylamide gel electrophoresis;SDS-PAGE)는 Laemmli의 방법에 따라 10gel를 사용하여 20mA에서 행하였다. 전기영동한 후 겔은 0.2쿠마식 블릴리언트 블루 R-250(Coomassie brilliant blue R-250)으로 염색하고 7아세트산과 5메탄올 혼합용액으로 탈색시켰다. 이 결과를 도 8에 나타냈다. 정제효소의 분자량은 62,000 Da으로 측정되었다.
실시예 4: 본 발명 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제 특성
본 실시예에서는 상기 정제된 키티나아제의 효소 활성에 미치는 온도, pH, 시간, 금속이온, 효소저해제, 콜로이드성 키틴의 영향을 하기 실험예 1 ~ 8에 나타낸 바와 같이 조사하였다.
효소활성은 pH 7.5의 1/15M Na2HPO4-KH2PO4버퍼(포스페이트 버퍼)에 콜로이드성 키틴을 0.5로 현탁시킨 기질용액 0.5mL에 포스페이트 버퍼(pH 7.5) 1mL를 넣은 후 효소액 0.2mL를 첨가하여 45℃에서 1시간 30분 동안 반응시킨 후 3,5-디니트로 살리실릭산(3,5-dinitro salicylic acid;DNS) 법으로 환원당량을 측정하였다. 효소활성 1 Unit는 시간당 콜로이드성 키틴으로부터 1μM의 N-아세틸글루코사민(N-acetylglucosamin)를 생성시키는 효소량으로 환산하였다. 또 단백질 정량을 위해서는 Lowry 법에 의해 우혈청(bovine serum albumin;BSA)을 이용 환산·정량 하였다. 정제과정 중 용출분획의 단백질량은 280nm에서 흡광도를 측정하여 표시하였다.
실험예 1: 키티나아제 활성 최적 pH
키티나아제 활성에 반응 pH가 미치는 영향을 검토하기 위해 pH 2.0∼pH 5.0은 1M HCl-소듐 아세테이트 버퍼로, pH 5.0∼pH 8.0은 포스페이트 버퍼로, pH 8.0∼pH 9.0은 1/20M Na2B4O7-HCl 버퍼를 그리고 pH 9.0∼pH 12.0은 1/20M Na2B4O7-NaOH 버퍼를 이용하여 pH를 0.5 간격으로 각각의 반응구에 완충액으로 1mL 첨가하고, pH 7.5의 포스페이트 버퍼에 콜로이드성 키틴을 기질용액 0.5mL를 넣은 후, 정제효소액 0.1mL를 첨가하여 45℃에서 90분간 반응시킨 후 효소활성을 측정하여 반응 최적 pH를 검토하였다. 실험결과, 길항세균 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제의 활성에 미치는 pH의 영향은 도 9에 나타낸 바와 같이 pH 7.5에서 정제 키티나아제의 최대 활성을 나타내었다. 또한 본 발명 균주가 생성하는 키티나아제는 pH 6.5에서 pH 9.0사이에서 50이상 활성을 보여 넓은 범위의 pH 영역에서 활성을 보였다. 이는 일반적으로 약산성 pH범위를 띠고 있는 토양 내에서도 본 길항균주의 키티나아제의 활성이 강할 수 있을 것으로 사료된다.
실험예 2: 키티나아제 최적 활성온도
0.5콜로이드성 키틴 용액 0.5mL, 포스페이트 버퍼(pH 7.5) 완충액 1mL의 조성으로 이루어진 반응구에 정제효소액 0.1mL을 첨가하여 키티나아제 활성에 반응온도가 미치는 영향을 검토하기 위하여, 효소 반응온도를 35℃∼55℃ 범위에서 5℃ 간격으로 90분 반응시킨 후 효소 반응 후 생성된 환원당을 측정하여 키티나아제 반응의 최적온도를 검토하였다. 실험결과, 도 10에 나타낸 바와 같이 45℃에서 최대 활성을 나타내었다.
실험예 3: 키티나아제의 최적 반응시간
키티나아제가 기질과 반응하는 시간에 따른 활성 경향을 검토하기 위하여 0.5콜로이드성 키틴 용액 0.5mL, 포스페이트 버퍼(pH7.5) 완충액 1mL 및 정제효소액 0.1mL를 반응조성물로 하여 45℃에서 40분부터 130분까지 10분 간격으로 정제효소 활성도를 측정하여 최적반응시간을 검토하였다. 실험결과, 도 11에 나타낸 바와 같이 100분이 경과한 후 약 90가량 반응이 진행되었으며, 120분을 경과한 후로 키티나아제 활성도의 변화는 거의 없었다. 이는 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3096의 키티나아제는 난분해성 콜로이드성 키틴도 비교적 짧은 시간내 분해할 수 있다는 것을 알 수 있었다.
실험예 4: 키티나아제의 pH 안정성
본 발명 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성하는 키티나아제의 pH에 대한 안정성을 검토하기 위하여 효소액 0.2mL에 pH 2.0에서 pH 12까지 pH 2.0에서 pH 5.0은 1M HCl-소듐 아세테이트 버퍼로, pH 5.0에서 pH 8.0은 포스페이트 버퍼로, pH 8.0에서 pH 9.0은 1/20M Na2B4O7-HCl 버퍼를 그리고 pH 9.0에서 pH 12.0은 1/20M Na2B4O7-NaOH 버퍼를 제조하여 pH 0.5 단위로 0.5mL을 첨가하여, 4℃에서 12시간 전처리한 다음 효소의 잔존활성도를 측정하여 효소의 pH 안정성을 검토하였다. 실험결과, 도 12에서 볼 수 있는 바와 같이 pH 5.5에서 pH 10.5까지의 범위에서 80이상의 잔존활성도를 나타내었다. pH 5.0에서는 약 60의 잔존활성도를 나타내었으나, pH 11.5에서는 급격히 실활되어 10미만의 잔존활성도를 나타내었다. 이는 본 키티나아제가 넓은 pH 영역에 대해서 비교적 안정하다는 것을 확인할 수 있었으며 이는 실재 토양 내에서의 활성이 매우 안정하리라고 사료된다.
실험예 5: 키티나아제의 열 안정성
본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생성하는 키티나아제가 열에 대한 안정성을 검토하기 위하여 효소의 열 안정성은 40℃, 50℃, 60℃ 및 70℃에서 효소액을 20분, 40분, 60분 단위로 열처리를 해서 효소의 잔존활성도를 측정하여 검토하였다. 실험결과, 도 13에 나타낸 바와 같이 70℃에서 20분간 열처리로90이상이, 60℃에는 80가 실활 되었다. 반면 50℃에서는 60분간 열처리로 80이상 잔존활성을 보였다. 이는 본 발명 길항균주의 키티나아제가 열에 비교적 안정하다는 사실은 여름철 기온이 40℃ 정도까지 상승하는 우리나라의 토양환경에서도 매우 활성이 클 것이라고 사료된다.
실험예 6: 키티나아제 활성에 대한 금속이온의 영향
2×10-3M 농도로 용해시킨 MgSO4, CoCl2등 각종 금속염에 정제 효소용액을 동량으로 첨가하여 금속이온의 최종농도를 1×10-3M로 맞추고 4℃에서 12시간 전처리 시킨 후, 이를 효소액으로 하여 효소의 잔존활성도를 측정하여 금속이온이 효소활성에 미치는 영향을 검토하였다. 실험결과, 표 3에 나타낸 바와 같이 Zn2+와 Mn2+에서는 90이상의 활성을 유지하였고, 중금속인 Hg2+, Ag1+이온에 의해서는 40이상 실활이 되었다. 특히 Sn2+의 경우 약 60이상 활성 감소를 볼 수 있었다.
| 금속이온 | 잔존활성() |
| MgSO4·7H2O | 65.5 |
| CuSO4·5H2O | 69.1 |
| ZnSO4·7H2O | 93.6 |
| FeCl2·6H2O | 79.2 |
| HgCl2 | 58.0 |
| CaCl2 | 87.8 |
| MnSO4·7H2O | 92.8 |
| AgNO3 | 59.2 |
| Pb(CH3COO)2 | 63.1 |
| NiCl2 | 71.2 |
| BaCl2 | 87.1 |
| SnCl2 | 40.2 |
| None | 100.0 |
| 최종 염농도 10-3M |
실험예 7: 키티나아제 활성에 대한 효소저해제의 영향
2×10-3M 농도로 용해시킨 각종 효소저해제에 정제 효소용액을 동량으로 첨가하여 저해제의 최종농도를 1×10-3M로 맞추고 4℃에서 12시간 전처리시킨 후, 효소의 잔존활성도를 측정하여 이들 각종 효소활성 저해제가 효소활성에 미치는 영향을 검토하였다. 실험결과, 표 4에 나타낸 바와 같이 디설파이드 본드를 환원시키고, 금속효소(metaloenzyme)의 활성을 저해하는 소듐 아지드(sodium azide)와 각종 금속이온과의 킬레이터(chelater)를 형성하는 EDTA, CDTA에 의해 25∼30정도의 활성 감소를 보였다. 따라서 본 발명 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제의 활성에 금속이온이 관여하고 효소 단백내 디설파이드(disulfide) 결합 부위가 다수 존재함을 추정할 수가 있었다. 또한 SH기와 가역적으로 결합하여 머캅타이드(mercaptide)를 형성하는 ρ-CMB와 L-시스테인(L-cystein)에 의해 30정도의 활성감소와 SH기와 불가역적으로 결합하여 SH기를 알킬(akyl)화를 일으키는 요오드아세트산(iodoacetic acid)에 의해 40정도의 활성감소를 보여 본 효소의 단백분자내에 또는 활성 부위(site)에 SH기의 존재를 추정할 수 있었다. 카복실(Carboxyl)기와 반응하는 AHB에 의해서는 약 30정도의 잔존 활성을 보임으로써 본 발명 길항균주의 키티나아제(chitinase)의 활성부위에는 카복실(carboxyl)기가 중요한 역활을 하는 것으로 추정된다.
| 화학적 저해제 | 잔존활성() |
| SDS | 92.0 |
| p-CMB | 68.2 |
| 요오드아세트산 | 60.2 |
| EDTA | 70.8 |
| CDTA | 72.7 |
| L-시스테인 | 78.0 |
| 하이드록시우레아 | 65.9 |
| AHA | 31.8 |
| 소듐 아지드 | 75.0 |
| None | 100.0 |
| [주] SDS: 소듐 도데실 설페이트, p-CMB: p-클로로머쿠리벤조산EDTA: 에틸렌디아민테트라아세트산, CDTA: 트랜스-1,2-디아미노사이클로헨-N,N,N',N'-테트라아세트산, AHA: 아세토하이드록사민산 |
실험예 8: 키티나아제의 반응속도에 미치는 기질 콜로이드성 키틴의 영향
정제된 키티나아제의 콜로이드성 키틴(colloidal chitin)에 대한 친화력, 즉 Lineweaver-Burk plot로Km를 조사하기 위하여 이 등이 실시한 방법에 따라 최종농도 0.025∼0.5의 콜로이드성 키틴을 기질로 사용하여 45℃에서 10분간 반응시킨 후 측정하였다. 실험결과, 도 14에 나타낸 바와 본 균주의 키티나아제의Km 값은 3.68㎎/mL로 계산되었다. 따라서 본 발명 균주의 키티나아제는 키틴에 대한 친화성이 다소 떨어진다고 사료된다.
실시예 5: 본 발명 균주의 키티나아제 생산성
본 실시예에서는 본 발명 균주의 키티나아제 생산성을 조사하기 위해 조효소액을 만들었다. 즉, 키티나아제 생산은 키틴-최소(chitin-minimal;CM)배지 즉, 펩톤 0.1, K2HPO40.7,KH2PO40.2, (NH4)2SO40.1, 소듐 시트레이트 0.05, MgSO4·7H20 0.01, 콜로이드성 키틴 0.15(pH 7.0)에서 30℃, 4일간, 180rpm으로 진탕 배양하여 키티나아제를 생산하였고, 이를 10,000×g에서 20분간 원심분리하여 그 원침상등액을 회수하였다. 키티나아제 생산조건 조사를 위한 조효소액의 제조는 이 원침상등액을 Amicon Centriprep??10으로 잔류당 및 분자량 10,000 이하 저분자물질을 제거하여 조효소액을 만들었다. 효소활성은 pH 7.5의 1/15M Na2HPO4-KH2PO4버퍼(포스페이트 버퍼)에 콜로이드성 키틴을 0.5로 현탁시킨 기질용액 0.5mL에 포스페이트 버퍼(pH 7.5) 1mL를 넣은 후 효소액 0.2mL를 첨가하여 45℃에서 1시간 30분 동안 반응시킨 후 3,5-디니트로 살리실릭산(3,5-dinitro salicylic acid;DNS) 법으로 환원당량을 측정하였다. 효소활성 1 Unit는 시간당 콜로이드성 키틴으로부터 1μM의 N-아세틸글루코사민(N-acetylglucosamin)를 생성시키는 효소량으로 환산하였다. 또 단백질 정량을 위해서는 Lowry 법에 의해 우혈청(bovine serum albumin;BSA)을 이용 환산·정량 하였다. 정제과정 중 용출분획의 단백질량은 280nm에서 흡광도를 측정하여 표시하였다.
이하 실험예를 들어 콜로이드성 키틴, 배양시간, 탄소원, 질소원에 따른 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의 키티나아제 생산성을 조사하였다.
실험예 1: 콜로이드성 키틴 농도의 영향
키티나아제 생산용 배지에 첨가한 콜로이드성 키틴의 농도가 키티나아제 생산성에 미치는 영향을 알아보기 위해 0.3까지 콜로이드성 키틴의 농도를 변화시켜 키틴을 제외시킨 CM 배지에 첨가하였다. 실험결과, 도 15에 나타낸 바와 같이 서서히 생산량이 증가하다가 0.15이상에서는 더 이상의 활성 증가를 볼 수가 없었다. 이는 본 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 저농도의 콜로이드성 키틴 농도에서 상당히 높은 생산촉진을 받는 균주로 사료된다.
실험예 2: 배양시간의 영향
키티나아제 생산에 배양시간이 어떠한 영향을 미치는가를 알아보기 위하여 CM 배지에서 배양 일자별로 키티나아제 생산성을 검토한 결과 도 16에 나타낸 바와 같이 3일간 배양한 경우 그 생산력이 최대로 증가한 후 점차 그 생산력이 둔화됨을확인할 수 있었다.
실험예 3: 탄소원별 키티나아제의 생산특성
키티나아제 생산에 각종 탄소원이 미치는 영향을 알아보기 위해 탄소원을 제외시킨 CM 배지에서 소듐 시트레이트(sodium citrate)를 제거하고, 각종 탄소원을 각각 0.1가 되도록 첨가한 후, 30℃에서 3일간 진탕 배양하고, 10,000×g에서 20분간 원심분리하여 상등액을 회수하였으며, 이를 조효소액으로 만들어 키티나아제활성을 측정하였다, 실험결과, 표 5에 나타낸 바와 같이 콜로이드성 키틴의 경우를 제외하고는 거의 키티나아제를 생산하지 못하였다. 이는 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 키티나아제가 콜로이드성 키틴에 의해 특이적으로 유도되는 유도효소임을 알 수 있었다. 또한 본발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 글루코스가 존재하는 상태에서 콜로이드성 키틴에 의해 키티나아제 유도력의 변화가 있는지를 알아보기 위해 K2HPO40.7, KH2PO40.2, (NH4)2SO40.1, MgSO4·7H2O 0.01, 펩톤 0.1, 콜로이드성 키틴 0.15에 각각 0.1가 되도록 글루코스, 소듐 시트레이트를 첨가한 후 30℃에서 3일간 진탕 배양하고 동일한 방법으로 키티나아제활성을 측정한 결과 표 5에서 보는 바와 같이 글루코스의 경우 키티나아제 생산성이 약 30정도 감소하였으며, 소듐 시트레이트의 경우 오히려 10정도 상승하여 글루코스와 같은 단당이 우선적으로 이용되어 키티나아제의 생산을 감소시킴을 알 수 있었다. 이는 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 생산하는 길항성 키티나아제 생산성이 글루코스에 의해 피트백 리프레션(feed back repression)을 받는 것으로 사료된다.
| 탄소원 | 비교활성() |
| 소듐 시트레이트* | 0.8 |
| 글루코스* | 0.2 |
| N-아세틸클루코사민* | 1.1 |
| 키틴* | 0.5 |
| 키토산* | 0.0 |
| 락토스* | 3.5 |
| 콜로이드성 키틴* | 100 |
| 소듐 시트레이트** | 108.9 |
| 글루코스** | 71.3 |
| None** | 100.0 |
| [주] * : 탄소원은 기본배지(K2HPO40.7, KH2PO40.2, (NH4)2SO40.1,MgSO4·7H2O 0.01 및 펩톤 0.1, pH 7.0)에 첨가하였고 균주 세라티아프로테아마쿠란스 3095는 30℃에서 3일동안 배양하였다.** : 글루코스(0.1) 또는 소듐 시트레이트(0.1)는 배지(K2HPO40.7,KH2PO40.2, (NH4)2SO40.1, MgSO4·7H2O 0.01, 펩톤 0.1및콜로이드성 키틴 0.15, pH 7.0)에 첨가하였고 균주 세라티아프로테아마쿠란스 3095는 30℃에서 3일간 배양하였다. |
실험예 4: 질소원별 키티나아제의 생산특성
키티나아제 생산에 각종 질소원이 미치는 영향을 알아보기 위해 질소원을 제외시킨 CM 배지에 (NH4)2SO4를 제거하고, 각종 질소원을 각각 0.1가 되도록 첨가한 후 30℃에서 3일간 진탕 배양하고, 10,000×g에서 20분간 원심분리하여 상등액을 회수하였으며, 이를 조효소액으로 만들어 키티나아제활성을 측정하였다. 실험결과,표 6에 나타낸 바와 같이 (NH4)2SO4, (NH4)Cl, 펩톤 등은 무첨가구 보다 키티나아제 의 생산이 증가되었으나 그외 질소원은 오히려 감소하였다.
| 질소원 | 비교활성() |
| (NH4)SO4 * | 133.7 |
| 펩톤 | 112.1 |
| 효모 추출물 | 4.6 |
| (NH4)Cl | 128.7 |
| 트립톤 | 9.5 |
| None | 100.0 |
| *질소원을 배지(K2HPO40.7, KH2PO40.2, 소듐 시트레이트 0.1, MgSO4·7H2O 0.01및콜로이드성 키틴 0.15, pH 7.0)에 첨가하고 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스3095는 30℃에서 3일간 배양하였다. |
실시예 6: 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의
in vitro
에서 길항력
본 발명의 키티나아제 생산성 토착길항미생물 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의 생물방제력을 전자현미경으로 관찰하기 위하여 PDB 50에 King's B broth 50를 혼합하여 pH 6.0으로 조정한 배지에 푸사리움 옥시스포룸(F. oxysporum ;시드름병균)과 푸사리움 솔라니(F.solani; 뿌리썩음병)를 각각 접종하여 30℃에서 24시간 진탕 배양한 후 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 추가 접종하여 30℃에서 48시간 동안 진탕혼합배양(dual culture)하여 푸사라움 옥시스포룸과 푸사리움 솔라니의 균사 변형 현상을 전자현미경을 통해 확인하였다. 실험결과, 도 17과 도 18에서 각각 볼 수 있는 바와 같이 푸사리움 옥시스포룸과 푸사리움 솔라니의 성장하는 균사의 세포벽이 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의 키티나아제의 작용으로 변형, 팽창하였다. 이는 항생물질을 생산하지 못하는 본 균주의 특성을 감안할 때 키티나아제 균사분해성 가수분해효소에 기인한 식물병원균의 외막붕괴에 일어나는 길항기작임을 다시 한번 확인할 수 있었다.
실시예 7: 본 발명 균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095의
In vivo
포트에서 방제력
본 발명의 키티나아제 생산성 토착길항미생물 세라티아 프로테아마쿠란스 3095가 실제 토양에서 식물병원균에 방제력을 발휘하는지 여부를 검증하기 위하여 가지를 대상 기주식물로 실시하였으며, 상토로 밭흙 : 퇴비 : 모래를 2 : 1 : 1로 섞은 것을 사용하였다. 28℃, 70습도를 유지한 항온항습실에서 3 엽기인 기주식물 가지가 이식되어 있는 직경 20㎝ 포트에, 미리 PDB에서 배양한 푸사리움 옥시스포룸의 800개/mL의 포자를 회수하여 5mL를 관주 접종한 후, 1일간 습실(28℃, 습도70)처리하고 여기에 선발된 방제균을 약 5.0×108cell/mL의 균수로 5mL 처리하여 하루동안 더 습실배양 하였다. 이를 28℃, 70항온항습실에서 키우면서 주기적으로 발병을 확인하였으며, 이때 대조구로 방제균 무처리구와 비교하여 시드름병의 발병억제력을 확인하였다. 실험결과, 도 19에 나타낸 바와 같이 실제 토양내에서도 확실하게 그 질병 방제력을 확인할 수 있었다.
이상, 상기 실시예를 통하여 설명한 바와 같이 토양으로부터 분리·선발하여 동정한 본 발명 신규한 키티나아제 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095(KCTC 8945P)는 고온 및 넓은 pH 영역에서 안정하고 난분해성 키틴도 단시간내에 분해하는 강한 키티나아제를 생산하는 뛰어난 길항효과가 있고in vitro에서 식물병원균에 대해 길항력을 나타냄은 물론in vivo에서 식물병원균의 발병을 강력하게 억제하는 뛰어난 효과가 있으므로 생물농약산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (2)
- 토양으로부터 분리한 키티나아제 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095(기탁번호 KCTC 8945P)
- 제 1항 기재의 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095를 식물에 처리하여 식물병원균의 생육을 억제함을 특징으로 하는 생물방제법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019990035726A KR100312330B1 (ko) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 키티나아제 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095및 이를 이용한 생물학적 방제법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019990035726A KR100312330B1 (ko) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 키티나아제 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095및 이를 이용한 생물학적 방제법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20010019369A KR20010019369A (ko) | 2001-03-15 |
| KR100312330B1 true KR100312330B1 (ko) | 2001-11-14 |
Family
ID=19608849
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019990035726A KR100312330B1 (ko) | 1999-08-26 | 1999-08-26 | 키티나아제 생산성 길항균주 세라티아 프로테아마쿠란스 3095및 이를 이용한 생물학적 방제법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100312330B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101127045B1 (ko) * | 2009-03-26 | 2012-03-26 | 영남대학교 산학협력단 | 고추역병 방제 및 고추생육촉진용 길항 미생물 조합 조성물 |
-
1999
- 1999-08-26 KR KR1019990035726A patent/KR100312330B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20010019369A (ko) | 2001-03-15 |
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