KR101271157B1 - Method for controlling harmful algae using bio nano capsid - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바이오 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는
1) 적조 및 녹조현상을 일으키는 유해조류를 채취하여 배양시키는 단계;
2) 상기 배양된 유해조류에 특이성이 있는 바이러스를 선별하는 단계;
3) 상기 선별된 바이러스의 캡시드 유전자를 클로닝하는 단계;
5) 상기 클로닝된 유전자를 재조합 효모 라이브러리를 제조하여 나노 캡시드를 대량 생산하는 단계; 및
6) 상기 대량 생산된 나노 캡시드에 살조물질을 탑재하는 단계; 및
7) 상기 살조물질이 탑재된 나노 캡시드를 해양에 살포하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 유해조류 제어방법은 적조 또는 녹조 현상을 일으키는 특정 조류에 특이성이 있는 바이러스를 사용하여 특정 조류에만 선택적으로 영향을 미치게 함으로써 기존의 황토살포법이나 여타 다른 적조현상 방지방법의 문제점인 해양 생태계에 미치는 부작용을 근본적으로 없애는 효과가 기대된다.
The present invention relates to a harmful algae control method using a bio-nanocapsid, more specifically
1) harvesting and culturing harmful algae causing red and green algae;
2) selecting a virus specific for the cultured harmful algae;
3) cloning the capsid gene of the selected virus;
5) mass-producing nanocapsids by preparing a recombinant yeast library of the cloned genes; And
6) mounting the algae on the mass-produced nano-capsid; And
7) characterized in that it comprises the step of spraying the nano-capsid on which the algae material is mounted. The harmful algae control method according to the present invention uses a virus specific to a specific algae causing red algae or green algae to selectively affect only a specific algae, thereby preventing marine algae or other red algal phenomena. The effect of fundamentally eliminating adverse effects on the ecosystem is expected.

Description

바이오 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법{Method for controlling harmful algae using bio nano capsid}Method for controlling harmful algae using bio nano capsid

본 발명은 유해조류를 제어하는 방법에 관한 발명으로 환경오염 특히 해양오염을 방지할 수 있는 분야의 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a technique in the field that can prevent environmental pollution, in particular marine pollution as an invention relating to a method for controlling harmful algae.

또한, 본 발명은 해양오염을 방지하기 위하여 유해조류의 제어에 효과적인 살균물질, 이의 탑재기술 및 살포방법에 관한 것이다.The present invention also relates to a sterilizing material effective for controlling harmful algae, a loading technology thereof, and a spraying method for preventing marine pollution.

한편, 본 발명은 나노 수준의 바이오 캡시드를 활용하는 기술과 관련성이 있으므로 생명공학 분야의 기술과도 관련된다.
On the other hand, the present invention is related to the technology in the field of biotechnology because it relates to the technology utilizing the nano-level biocapsid.

적조(red tide) 현상이란 해양 미생물(동식물 플랑크톤, 원생동물, 박테리아)의 폭발적 증식으로 인해 해수가 변색되고, 해양 생물들이 피해를 입는 현상을 말한다. 적조 현상을 일으키는 원인 생물은 식물 플랑크톤으로 규조류(diatom), 편모조류(dinoflagellate), 남조류(blue-green algae), 미세조류(microalgae) 등과 섬모충류 등으로 우리나라에서 발견된 것만도 50여 종이나 된다. 플랑크톤의 종류에 따라 바닷물의 색깔은 적색으로 국한되지 않고 다갈색, 청색, 백색 등으로 나타나기도 한다.Red tide is a phenomenon in which seawater discolors and marine life is damaged by the explosive growth of marine microorganisms (plankton, protozoa, bacteria). The most common causes of red tide are phytoplankton, which is found in Korea, including diatoms, dinoflagellates, blue-green algae, microalgae, and ciliates. . Depending on the type of plankton, the color of the seawater is not limited to red, but may be dark brown, blue, or white.

우리나라와 같은 온대지방의 해수 생태계에서는 부영양화가 되면 풍부한 영양분을 바탕으로 하여 하절기에 수층이 형성되고(stratification), 광량이 높아지며, 긴 장마와 수온이 상승함에 따라 1차 생산자인 식물 플랑크톤의 생장에 유리한 환경이 조성되면서 조류의 대발생이 진행된다. 특히, 우리나라 연안에서 적조 현상을 일으키는 종들 중 어류나 패류를 직접 치사시키는 독성 물질을 생산하는 종은 코클로디니움(Cochlodinium) 속(屬), 짐노디니움(Gymnodinium) 속, 지로디니움(Gyrodinium) 속, 헤테로시그마(Heterosigma) 속 등 편모조류(dinoflagellate)에 속하는 종이다.In the seawater ecosystem of temperate regions like Korea, eutrophication is beneficial to the growth of phytoplankton, the primary producer, as the water layer is formed in the summer and the amount of light is increased, and the long rainy season and the water temperature rise. As the environment is created, the outbreak of algae proceeds. In particular, species that produce toxins which directly lethal to fish and shellfish of the species that cause the red tide phenomenon in the country coast kokeulrodinium (Cochlodinium) in (屬), Jim nodi nium (Gymnodinium) in, Giro di nium (Gyrodinium), A It is a species belonging to dinoflagellate, such as genus Heterosigma .

우리나라에서 적조 현상을 일으키는 생물들을 계절별로 살펴보면, 봄철에는 스켈레토네마(Skeletonema) 속, 케토세로스(Chaetoceros) 속에 속하는 규조류 등이 있고, 초여름에는 헤테로시그마(Heterosigma) 속, 프로로센트룸(Prorocentrum) 속의 소형 편모조류 등이 있으며, 늦은 여름철에서 가을철까지는 대형의 세라티움(Ceratium)속, 짐노디니움(Gymnodinium) 속, 코클로디니움(Cochlodinium) 속의 편모조류가 있다. 연도별로는 1995년부터 남해안과 동해 남부해역에서 코클로디니움 폴리크리코이데스(Cochlodinium polykrikoides) 종이 상습적으로 적조현상을 일으키고 있다. 이와 같은 적조를 방제하기 위하여 종래에는 황토살포법, 오존처리법, 화학약품살포법, 생물학적 처리법 등이 사용되어 왔다. 황토살포에 의한 적조의 방제는 황토 콜로이드입자가 해수중의 영양물질, 미소플랑크톤 등과 같은 현탁물질을 응집, 흡착하는 특성을 이용하여 적조 미생물을 황토에 응집, 침전시키는 것이다. 황토살포에 의한 유독성 적조생물의 제거효과는 종에 따라 차이가 있으나 Cochlodinium 적조생물의 제거효과는 실내 실험과 현장조사 결과 70 ~ 80%로 나타났다. 일본에서 실시된 산성백토의 적조미생물 방제에서도 Cochlodinium외 14종의 적조 원인 생물을 대상으로 실험을 수행한 결과 흡착, 침강, 세포 파괴 등의 효과를 확인하였다. 그러나 황토를 살포하게 되면 일시적인 부유물 증가에 따른 부작용이 발생되고 어류의 아가미를 막히게 하여 폐사시키는 문제가 발생한다. 생황토를 해양에 살포할 경우 황토덩어리 및 불순물들이 그대로 침강하여 적조 생물들을 흡착, 응집할 수 있는 시간적 여유가 없어 적조 제거효율이 떨어지게 되고 해저퇴적층의 2차 환경오염을 유발할 수 있는 문제가 있다.Looking at the biological cause of red tide phenomenon in the country as a seasonal, spring, the skeletal Loreto nematic (Skeletonema), A cake Chitose Los Centrum (Prorocentrum) to speed, the Pro is there, and summer hetero Sigma (Heterosigma), such as diatoms belonging to the genus (Chaetoceros) such as single mothers in the small bird, and a single mother birds in the summer months from late autumn until the large Serra tium (Ceratium) in Jim nodi nium (Gymnodinium), a kokeulrodinium (Cochlodinium). By year since 1995 in the South Coast and East Coast waters south kokeulrodinium Poly Cree Koh Death (Cochlodinium polykrikoides ) species frequently cause red tide. In order to control such red tide, the yellow soil spray method, ozone treatment method, chemical spray method, biological treatment method and the like have been conventionally used. The control of red tide by ocher spray is to coagulate and settle the red tide microorganisms in the ocher by using the characteristics of the ocher colloid particles to aggregate and adsorb suspended solids such as nutrients and microplankton in seawater. The removal effect of toxic red algae by ocher spray was different depending on the species, but the removal effect of Cochlodinium red algae was 70 ~ 80% by indoor and field survey. In the control of red algae microorganisms in acidic clay in Japan, experiments with 14 red tide-causing organisms including Cochlodinium confirmed the effects of adsorption, sedimentation and cell destruction. However, when the soil is sprayed, side effects are caused by the temporary increase of suspended solids, and the gills of the fish are blocked, causing a problem of death. When spraying raw ocher to the ocean, loess and impurities are sedimented as it is, so there is no time for adsorption and aggregation of red tide organisms, thus reducing red tide removal efficiency and causing secondary environmental pollution of the seabed sediment.

오존처리법은 2차 오염을 유발하지 않고 해양 생태계의 교란이 최소화되는 장점이 있지만, 전력 소요량이 크고 장치의 규모가 큰 오존발생기와 함께 별도로 발전기를 선박에 탑재하여야되므로 전용 선박의 건조가 요구되는 반면에 적조발생은 일년 중에 주로 하절기에 편중되므로 유휴시설이 과다하게 발생되거나, 적조시기에 맞추어 중량물인 오존발생장치와 발전기를 선박에 탑재 또는 해체하여야되는 어려움이 있다. 특히 오존은 저장이 불가능하므로 적조가 과다하게 발생하여 오존량이 일시적으로 크게 소요될 경우에는 해수에 산소량이 과다하게 증가하여 생태계에 악영향을 끼칠 뿐만 아니라 적조 방제능력이 불충분하다는 문제점이 있다.The ozone treatment method has the advantage of minimizing the disturbance of the marine ecosystem without causing secondary pollution, but since the generator must be mounted on the ship separately with the ozone generator, which has a large power requirement and a large scale, the construction of a dedicated ship is required. Since red tide occurs mainly during the summer, there is an excessive amount of idle facilities, or it is difficult to mount or dismantle a heavy ozone generator and generator on a ship in accordance with the red tide time. In particular, since ozone is impossible to store, when red tide occurs excessively and the amount of ozone temporarily takes a large amount of oxygen, the amount of oxygen in the seawater is excessively increased, adversely affecting the ecosystem and insufficient red tide control ability.

화학약품살포법은 황산구리(CuSO4), 이산화염소(ClO2), 시마진(Simazine) 등을 살포하는 방법으로서 과거부터 이용되어 왔는데, 그 중 비용이 가장 저렴하여 널리 이용되는 황산구리는 유해성 편모조류에만 특이적(specific)이지 않아 적조원인 생물 외에 다른 해양생물에까지 영향을 끼쳐, 수중의 다른 생물에 대한 독성 및 부식의 측면에서 문제를 일으킬 수 있으며, 또한 상기 황산구리는 일시적 효과만 나타내기 때문에 반복 사용해야 하며, 조류의 적조 발생시 수반되는 높은 알칼리성 환경 조건하에서는 황산구리가 불안정해지기 때문에 많은 양을 처리하여야 하므로 비경제적이라는 단점이 있다.Chemical spraying has been used since the past as a method of spraying copper sulfate (CuSO 4 ), chlorine dioxide (ClO 2 ), simazine (Simazine), etc. Among them, copper sulfate, which is the most inexpensive and widely used, is harmful Because it is not specific, it may affect other marine organisms besides the red tides, which may cause problems in terms of toxicity and corrosion to other organisms in the water. In addition, the copper sulfate is unstable under the high alkaline environmental conditions accompanying the occurrence of algae red tide, which is disadvantageous because it must be processed in large quantities.

적조현상을 제어하기 위한 또 다른 방법으로 많은 생물학적인 방법들이 시도되고 있다. 특히, 천적인 동물성 플랑크톤과 해양 세균을 이용하거나 유해 내지 유독성 적조생물과 영양 경쟁 관계에 있으면서 비교적 해가 덜한 적조의 종을 인위적으로 유발시켜 영양염류의 소비를 촉진시키는 방법 등 적조 발생과 번식을 억제하는 생물학적 방법 연구가 활발히 진행되고 있다.Many biological methods have been tried as another way to control red tide. In particular, the use of natural zooplankton and marine bacteria or nutritional competition with harmful or toxic red tide organisms artificially induces less harmful red tide species to promote the consumption of nutrients. Biological method research is being actively conducted.

이에 대한 구체적인 문헌으로는 등록특허공보 10-0758997를 참고할 수 있다. 상기 문헌은 슈도모나스(Pseudomonas) 속 미생물을 이용한 헤테로시그마(Heterosigma) 속 편모조류 억제 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 헤테로 시그마 속을 억제할 수 있는 슈도모나스 플루오레신스 균주 HAK-13 및 이를 이용한 편모조류를 억제하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 As a specific document, reference may be made to Patent Publication No. 10-0758997. The document relates to a method for inhibiting flagella algae of Heterosigma genus using Pseudomonas genus microorganisms, specifically, Pseudomonas fluorescin strain HAK-13 capable of inhibiting genus hetero sigma and flagella algae using the same It is about a method to suppress. The method

1) 헤테로시그마 속 편모조류 억제능을 갖는 슈도모나스 속 미생물을 선별하는 단계;1) selecting Pseudomonas genus microorganisms having the ability to inhibit flagella algae in hetero sigma;

2) 단계 1)의 슈도모나스 속 미생물을 배양하여 배양물을 획득하는 단계;2) culturing the Pseudomonas genus microorganism of step 1) to obtain a culture;

3) 단계 2)의 배양물을 적조 발생 해역에 살포하는 단계로 구성되어 있다. 3) It is composed of the step of spraying the culture of step 2) in the red tide generation area.

슈도모나스 플루오레신스 HAK-13 균주는 영양 한천 배지(Nutrient agar; 0.8% (w/v) Nutrient broth, 1.5% agar powder)에서 18~35℃의 배양온도, 1~5 일간 배양조건으로 배양하고, 이를 대수성장단계의 헤테로시그마 아카시오(Heterosigma akashiwo) D-075 배양액에 접종한 결과, 접종 12시간 후에 헤테로시그마 아카시오 D-075 균주의 세포의 성장이 급격히 저해되어 90% 이상의 세포수가 감소하였고 접종 48시간 만에 완전 사멸하였을 뿐만 아니라, 슈도모나스 플루오레신스 HAK-13 균주 처리 실험군과 미처리 대조군을 육안으로 관찰하였을 때, 슈도모나스 플루오레신스 미처리 대조군은 붉은 갈색으로 헤테로시그마 아카시오 D-075 균주가 대량 번식된 상태를 나타내었다. 상기 문헌을 통해 슈도모나스 플루오레신스는 편모조류에 대한 억제능력을 갖고 있으므로, 상기 균주를 이용하는 살조제는 편모조류 발생에 의한 적조현상을 방제하는데 유용하게 사용될 수 있다. Pseudomonas fluorescein HAK-13 strain was cultured in nutrient agar medium (Nutrient agar; 0.8% (w / v) Nutrient broth, 1.5% agar powder) at a culture temperature of 18-35 ° C. for 1-5 days, As a result of inoculation into the heterologous growth medium of Heterosigma akashiwo D-075, the growth of the cells of the heterosigma Akashio D-075 strain was rapidly inhibited 12 hours after the inoculation, resulting in a decrease in cell count of 90% or more. In addition to complete death in 48 hours, when the Pseudomonas fluorescein HAK-13 strain treated group and the untreated control group were visually observed, the Pseudomonas fluorescein untreated control group was reddish brown, and a large amount of heterosigma acacio D-075 strain was used. Reproduction status was shown. Since the Pseudomonas fluorescein has the ability to inhibit flagella algae, the algae using the strain can be usefully used to control the red tide phenomenon caused by flagella algae.

그러나, 이는 적조 현상을 발생시키는 특정 조류에 영향을 미치는 미생물을 발견해서 대량 생산하여야 한다는 점에서 아직까지 상용화되지 못하고 있다.
However, this has not yet been commercialized in that it is required to find and mass produce microorganisms that affect certain algae that cause red tide.

이에, 본 발명자들은 해양오염을 방지할 수 있는, 유해조류 제어 효과가 우수한 살조제와 이의 탑재 및 살포 기술에 관하여 연구한 결과, 적조 또는 녹조 현상을 일으키는 특정 유해조류에 특이성이 있는 바이러스의 캡시드 유전자를 사용하여 살조물질을 탑재 및 살포함으로써 유해조류만을 선택적으로 제어하도록 하였으므로, 기존의 황토살포법이나 다른 적조현상 방지 방법의 문제점인 해양 생태계 오염과 같은 부작용을 근본적으로 방지하는 효과가 있음을 밝힘으로써 본 발명은 완성하였다.
Therefore, the present inventors have studied the algae with excellent harmful algae control effect and the loading and spreading technology of the algae that can prevent marine pollution, and as a result, the capsid gene of the virus that is specific to the specific harmful algae causing red algae or green algae phenomenon By mounting and spraying algae material, the harmful algae can be selectively controlled, thereby revealing the effects of fundamentally preventing side effects such as pollution of marine ecosystems, which is a problem of the existing yellow soil spraying method or other methods of preventing red tide. The present invention has been completed.

등록특허공보 10-0758997Patent Registration 10-0758997 공개특허공보 2002-0015344Published Patent Publication 2002-0015344 JP11098979A2JP11098979A2

본 발명에서는 전술한 종래의 적조제거 방법에 있어서의 문제점을 해결하고자 하는 주된 과제로 삼는다. In the present invention, the main problem to be solved in the above-described conventional red tide removing method.

구체적으로 상기한 과제는 적조 유발 조류에 특이적으로 흡착/감염하는 특정한 바이러스를 선택하여 이의 외부 캡시드 단백질만을 나노입자의 크기 형태로 대량 생산하는 방법을 제시함으로써 달성된다.Specifically, the above-mentioned problem is achieved by selecting a specific virus that specifically adsorbs / infects red tide-inducing alga and mass production of only its external capsid protein in the form of nanoparticles.

또한 본 과제는 상기 방법에 의해 생산된 나노 캡시드에 천연 또는 신규한 살조물질을 탑재하는 방법을 제시함으로써 보다 효과적으로 달성될 수 있다.
In addition, the present invention can be more effectively achieved by providing a method for mounting a natural or novel algae on the nano-capsid produced by the above method.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은In order to solve the above problems,

1) 적조 및 녹조현상을 일으키는 유해조류를 채취하여 배양시키는 단계;1) harvesting and culturing harmful algae causing red and green algae;

2) 상기 배양된 유해조류에 특이성이 있는 바이러스를 선별하는 단계;2) selecting a virus specific for the cultured harmful algae;

3) 상기 선별된 바이러스의 캡시드 유전자를 클로닝하는 단계; 3) cloning the capsid gene of the selected virus;

4) 상기 클로닝된 유전자를 재조합 대장균 또는 효모에서 발현한 후 나노 캡시드를 대량 생산하는 단계; 및4) mass-producing nanocapsids after expressing the cloned genes in recombinant E. coli or yeast; And

5) 상기 대량 생산된 나노 캡시드에 살조물질을 탑재하는 단계를 포함하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법을 제공한다.5) It provides a harmful algae control method using the nano-capsid comprising the step of mounting the algae on the mass-produced nano-capsid.

또한, 본 발명은 상기한 과제를 보다 효과적으로 해결하기 위해서 상기 유해조류에 특이성이 있는 바이러스는 캡시드 내부에 핵산이 없어 증식력이 없고 인체 유해성이 없고, 캡시드 단백질이 살조물질의 전달체로만 사용되는 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법을 제공한다.In addition, the present invention has a specificity to the harmful algae in order to solve the above problems more effectively, there is no nucleic acid inside the capsid, there is no proliferative force and no human hazard, the capsid protein is used only as a carrier of the algae It provides a harmful algae control method using a nano-capsid.

아울러, 본 발명에서는 바이러스 나노캡시드에 탑재된 살조물질은 퀴논계 화합물, 티아졸리딘디온(thiazolidinedione)계 화합물 및 마그네슘 유기클레이로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하고, 상기 살조물질을 바이러스 나노캡시드에 탑재하는 방법은 유전자 재조합 방법을 이용한 공발현(coexpression), 또는 와해용 또는 재결합용 완충용액에서 자가조립화(self assembly)법에 의해 수행되는 생물학적인 방법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법을 제공한다.
In addition, the present invention is characterized in that the algae material mounted on the virus nanocapsid is any one selected from the group consisting of quinone compounds, thiazolidinedione compounds and magnesium organoclays. The method of mounting on the nanocapsid may be performed by coexpression using a genetic recombination method or by a biological method performed by self assembly in a buffer solution for over-dissolution or recombination. It provides a method for controlling harmful algae using nano capsid.

본 발명은 적조 또는 녹조 현상을 일으키는 특정 조류에 특이성이 있는 바이러스를 사용하여 특정 조류에만 선택적으로 영향을 미치게 함으로써 기존의 황토살포법이나 여타 다른 적조현상 방지방법의 문제점인 해양 생태계에 미치는 부작용을 근본적으로 없애는 효과가 있다.
The present invention uses a virus specific to a specific algae causing red tide or green algae to selectively affect only a specific algae, thereby fundamentally affecting the side effects on the marine ecosystem, which is a problem of the conventional red clay spraying or other red tide preventing methods. It is effective to get rid of.

도 1은 효모발현시스템을 이용한 바이러스 캡시드의 대량생산 과정을 나타낸 도면이다.
도 2는 유해조류인 와편모조류 헤테로캡사 서큘라리스쿠아마(Heterocapsa circularisquama)에 특이하게 감염하는 야생형 HcRNAV 바이러스의 캡시드 유전자 서열(첫 번째 줄), 이 유전자를 효모 피티아(Pichia)에서 발현 가능하도록 변형한 유전자(두 번째 줄), 및 이들의 아미노산 서열(세 번째 줄) 정보를 나타낸 도면이다.
도 3은 클로닝된 변형 유전자의 크기를 확인하는 전기영동 결과를 나타낸 도면이다.
도 4은 효모에서 발현된 HcRNAV 캡시드 유전자의 발현 결과를 나타낸 도면이다.
도 5는 효모에서 발현된 HcRNAV 바이러스 캡시드를 전자 현미경으로 찍은 도면이다.
도 6는 바이오 나노캡시드에 살조물질을 탑재하여 유해조류를 공격하여 파괴하는 모식도를 나타낸 도면이다.
도 7은 형광물질 FITC가 탑재된 캡시드 단백질의 숙주 특이적 결합을 C. salsugineum을 대상으로 조사한 도면이다.
도 8은 TD계 화합물을 코클로디니움 폴리크리코이데스(Cochlodinium polykrikoides)에 처리한 후 시간에 따라 유해조류가 파괴되는 현상을 나타낸 도면이다:
(a): 화합물 17을 처리하지 않은 C. polykrikoides; 및
(b) 내지 (f): 화합물 17을 1시간(b), 2시간(c), 3시간(d), 4시간(e), 또는 5시간(f) 동안 처리한 C. polykrikoides.
도 9는 TD계 화합물을 헤테로시그마 아카시오(Heterosigma akashiwo)에 처리한 후 시간에 따라 유해조류가 파괴되는 현상을 나타낸 도면이다:
(a): 화합물 17을 처리하지 않은 H. akashiwo; 및
(b) 내지 (f): 1 μM의 화합물 17을 1시간(b), 2시간(c), 4시간(d), 6시간(e), 8시간(f), 10시간(g) 또는 10시간 이상(h) 처리한 H. akashiwo.
도 10은 살조물질로 사용되는 마그네슘 유기클레이의 FT-IR 및 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 11은 합성된 마그네슘 유기클레이의 전자현미경 사진 (SEM 및 TEM 이미지)을 나타낸 도면이다.
도 12는 마그네슘 유기클레이의 살조효과를 나타낸 도면이다.
1 is a view showing a mass production process of virus capsid using a yeast expression system.
2 is specifically infected with the harmful algae, hepatic algae heterocapsa ( Hterocapsa circularisquama ) Figure showing the capsid gene sequence of wild-type HcRNAV virus (first line), the genes modified to be expressed in yeast Pichia (second line), and their amino acid sequence (third line) information. .
3 is a diagram showing the results of electrophoresis confirming the size of the cloned modified gene.
4 is a diagram showing the expression results of the HcRNAV capsid gene expressed in yeast.
5 is a diagram taken with an electron microscope of HcRNAV virus capsid expressed in yeast.
Figure 6 is a diagram showing a schematic diagram of attacking and destroying harmful algae mounted on the bio-nanocapsid material.
7 is a diagram illustrating the host-specific binding of the capsid protein loaded with the fluorescent material FITC in C. salsugineum .
8 is a view showing a phenomenon in which harmful algae are destroyed with time after treatment of the TD-based compound with Cochlodinium polykrikoides ( Cochlodinium polykrikoides ):
(a): C not treated with compound 17. polykrikoides ; And
(b) to (f): C treated compound 17 for 1 hour (b), 2 hours (c), 3 hours (d), 4 hours (e), or 5 hours (f). polykrikoides .
FIG. 9 is a diagram illustrating a phenomenon in which harmful algae are destroyed over time after treating a TD-based compound with Heterosigma akashiwo :
(a): H not treated with compound 17. akashiwo ; And
(b)-(f): 1 μM of compound 17 for 1 hour (b), 2 hours (c), 4 hours (d), 6 hours (e), 8 hours (f), 10 hours (g) or H treated more than 10 hours (h). akashiwo .
FIG. 10 shows FT-IR and 1 H-NMR spectra of magnesium organoclays used as algae.
FIG. 11 shows electron micrographs (SEM and TEM images) of the synthesized magnesium organoclay. FIG.
12 is a view showing the killing effect of magnesium organic clay.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은The present invention

1) 적조 및 녹조현상을 일으키는 유해조류를 채취하여 배양시키는 단계;1) harvesting and culturing harmful algae causing red and green algae;

2) 상기 배양된 유해조류에 특이성이 있는 바이러스를 선별하는 단계;2) selecting a virus specific for the cultured harmful algae;

3) 상기 선별된 바이러스의 캡시드 유전자를 클로닝하는 단계;3) cloning the capsid gene of the selected virus;

4) 상기 클로닝된 유전자를 재조합 대장균 또는 효모에서 발현한 후 나노 캡시드를 대량 생산하는 단계; 및4) mass-producing nanocapsids after expressing the cloned genes in recombinant E. coli or yeast; And

5) 상기 대량 생산된 나노 캡시드에 살조물질을 탑재하는 단계를 포함하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법을 제공한다.5) It provides a harmful algae control method using the nano-capsid comprising the step of mounting the algae on the mass-produced nano-capsid.

상기 방법에 있어서, 상기 적조 및 녹조현상을 일으키는 유해조류는 헤테로캡사 서큘라리스쿠아마(Heterocapsa circularisquama), 키토세로스 살수기니움(Chaetoceros salsugineum), 코클로디니움 폴리크리코이데스(Cochlodinium polykrikoides), 헤테로시그마 아카시오(Heterosigma akashiwo), 차토넬라 마리나(Chattonella marina) 및 프로토세라티움 레티쿨리툼(Protoceratium reticulatum)으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 바람직하나 이에 한정되지 않는다. 상기 유해조류는 6~9월경 남해안이나 서해안에서 자주 출몰하는데, 이때 이를 채취하여 배양시킬 수 있다.In the method, the harmful algae causing red algae and green algae is Heterocapsa circular caps ( Heterocapsa) circularisquama ), chitoceros salinium salsugineum), poly kokeulrodinium Cri Koh des (Cochlodinium polykrikoides), heteroaryl Sigma Oh Casio (Heterosigma akashiwo ), Chattonella marina marina and Protoceratium reticulatum ) is preferably any one selected from the group consisting of, but is not limited thereto. The harmful algae often appear on the south coast or west coast around June-September, when it can be harvested and cultured.

상기 유해조류를 배양시킨 후 유해조류만을 특이하게 감염시키는 바이러스를 선별하여 분리할 수 있다. 상기 바이러스는 캡시드 내부에 핵산이 없어 증식력이 없고 인체 유해성이 없으며, 캡시드 단백질이 살조물질의 전달체로만 사용될 수 있다. 상기 바이러스는 바람직하게는 55 ㎚ 크기의 외벽(envelope)이 없는 다면체형 바이러스(naked icosahedral nucleocapsid)일 수 있고, 헤테로캡사 서큘라리스쿠아마 RNA 바이러스(Heterocapsa circularisquama RNA Virus, HcRNAV), 케토세로스 살수기니움 핵내 봉입체 바이러스(Chaetoceros salsugineum Nuclear Inclusion Virus, CsNIV) 및 헤테로시그마 아카시오 RNA 바이러스(Heterosigma akashiwo RNA virus, HaRNAV)로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. After culturing the harmful algae, it is possible to select and isolate a virus that specifically infects only the harmful algae. The virus has no nucleic acid inside the capsid, so there is no proliferative ability and no human hazard, and the capsid protein may be used only as a carrier of the algae. The virus may be a naked icosahedral nucleocapsid, preferably a 55 nm sized envelope, and a heterocapsa circularis RNA virus virus ( Heterocapsa). circularisquama RNA Virus (HcRNAV), ketoseros salmonium intranuclear inclusion virus ( Chaetoceros) salsugineum Nuclear Inclusion Virus (CsNIV) and Heterosigma RNA Virus ( Heterosigma) akashiwo RNA virus, HaRNAV) is more preferably any one selected from the group consisting of, but is not limited thereto.

상기 바이러스 중 HcRNAV는 바이러스를 구성하는 단백질 중 캡시드에 해당하는 유전자가 1,080 bp(서열번호 1)의 크기를 가지며 상기 유전자에 의해 암호화되는 단백질은 약 360개의 아미노산으로 이루어져 있는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.Among the viruses, HcRNAV has a gene corresponding to the capsid of the protein constituting the virus having a size of 1,080 bp (SEQ ID NO: 1), and the protein encoded by the gene is preferably composed of about 360 amino acids, but is not limited thereto. no.

상기 방법에 있어서, 상기 살조물질은 유해조류에만 특이하게 반응하는 물질로서 이를 사용하면 다른 생물에는 전혀 피해를 미치지 않으므로 해양 생태계의 파괴를 최소화시킬 수 있다. 상기 살조물질은 구체적으로, 퀴논계 화합물, 티아졸리딘디온(thiazolidinedione)계 화합물 또는 마그네슘 유기클레이인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.In the above method, the algae material is a material that reacts specifically to harmful algae, and thus it can minimize the destruction of marine ecosystems because it does not harm other organisms at all. Specifically, the algae is preferably a quinone compound, a thiazolidinedione compound, or a magnesium organoclay, but is not limited thereto.

상기 마그네슘 유기클레이는 Al2Si2O5(OH)4, MgsSi2O5(OH)4, Al2Si4O10(OH)2, Mg3Si4O10(OH)2, KAl2(AlSi3)O10(OH)2, Ca0 .25(Si3 .5Al0 .5)Al2O10(OH)2 및 (Mg,Fe,Al)6(Si,Al)4O10(OH)8로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다. 또한, 상기 퀴논계 화합물 및 티아졸리딘디온(thiazolidinedione)계 화합물은 하기의 화학식 1 및 2(유해조류 살조능이 있는 퀴논계 화합물), 및 화학식 3(유해조류 살조능이 있는 티아졸리딘디온) 중 어느 하나, 또는 이의 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
The magnesium organic clay is Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 , Mg s Si 2 O 5 (OH) 4, Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2, Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2, KAl 2 (AlSi 3) O 10 ( OH) 2, Ca 0 .25 (Si 3 .5 Al 0 .5) Al 2 O 10 (OH) 2 and (Mg, Fe, Al) 6 (Si, Al) 4 O 10 (OH) 8 can be selected from any one selected from the group consisting of, or a mixture thereof. In addition, the quinone-based compound and thiazolidinedione-based compound is any one of the following formulas 1 and 2 (quinone-based compound having harmful algae killing ability), and formula 3 (thiazolidinedione with harmful algae killing ability) One, or mixtures thereof.

Figure 112011063481312-pat00001
Figure 112011063481312-pat00001

Figure 112011063481312-pat00002
Figure 112011063481312-pat00002

이때, R은 치환 또는 비치환 알킬, 치환 또는 비치환 (헤테로)사이클로알킬, (헤테로)사이클로알케닐 또는 (헤테로)아릴이다.
Wherein R is substituted or unsubstituted alkyl, substituted or unsubstituted (hetero) cycloalkyl, (hetero) cycloalkenyl or (hetero) aryl.

Figure 112011063481312-pat00003
Figure 112011063481312-pat00003

이때, R1은 수소, 니트로기 아민, 알킬, 메톡시, 트리플루오로메칠, 카르복실 또는 할로겐이고, R2는 수소 메칠 에칠, 또는 비치환 (헤테로)사이클로알킬, (헤테로)사이클로알케닐 또는 (헤테로)아릴이며, n은 0 내지 5의 정수이다.Wherein R 1 is hydrogen, nitro group amine, alkyl, methoxy, trifluoromethyl, carboxyl or halogen and R 2 is hydrogen methyl ethyl, or unsubstituted (hetero) cycloalkyl, (hetero) cycloalkenyl or (Hetero) aryl and n is an integer of 0-5.

상기 살조물질은 그 자체로써 또는 코팅물질과 결합하여 바이러스 캡시드에 탑재(encapsulation)될 수 있다. 이렇게 탑재된 바이오 나노 캡시드는 대상 유해조류(Heterocapsa circularisquama 등)에 결합하여 유해조류의 성장을 저해하여 살조시킬 수 있다. 살조물질을 탑재하는 방법은 열 또는 pH의 변화에 따른 바이러스의 팽창(swelling)을 이용하는 물리적 탑재방법과, 유전자 재조합 방법을 이용한 공발현(coexpression), 또는 와해용 또는 재결합용 완충용액을 이용한 자가조립화(self assembly) 방법과 같은 생물학적 탑재방법을 사용할 수 있다.The algae can be encapsulated on the virus capsid by itself or in combination with the coating material. The bio-nanocapsid loaded in this way is a target algae ( Heterocapsa). by binding to circularisquama, etc., it can inhibit the growth of harmful algae and kill them. Algae loading method is a physical mounting method using the swelling of the virus according to the change of heat or pH, coexpression using a genetic recombination method, or self-assembly using a buffer solution for the breakdown or recombination Biological loading methods such as self assembly can be used.

본 발명자들은 상기 바이러스 중 HcRNAV를 선별 및 분리하여, 상기 바이러스의 캡시드 유전자를 클로닝한 다음 이를 재조합 대장균 또는 효모에서 발현시켜 캡시드 단백질을 대량 생산하였다. 구체적으로, 상기 1,080 bp의 HcRNAV 캡시드 유전자를 pPICZ 벡터에 넣어 클로닝한 후 효모 피치아(Pichia) 숙주에서 플라스미드를 대량 발현시켰다. 발현을 위해 효모의 발현 단계에서는 글리세롤을 기질로 사용하였고, 적정 미생물 농도에서 메탄올을 추가하여 HcRNAV 캡시드 단백질의 발현을 유도함으로써 대량의 캡시드 단백질을 만들 수 있었다. 상기의 대량 생산된 플라스미드는 1,080 bp의 크기를 갖는 유전자임을 확인하였으며(도 2 참조), 최종 생산된 캡시드 단백질은 40 kDa의 크기를 갖는 단백질임을 확인할 수 있었다(도 3 참조). 따라서, PCR을 통해 수득한 상기 바이러스 유전자는 대장균 또는 피치아에 사용가능한 셔틀벡터에 집어넣어 클로닝하였고, 클로닝된 유전자는 최종적으로 피치아 숙주의 대량 발효과정을 통해 캡시드 단백질로서 대량생산되었다(도 1 참조). 상기 대량 생산된 나노 캡시드에 살조물질을 탑재함에 있어서, 본 발명자들은 유해조류에만 특이하게 반응하여 이를 사용하면 다른 생물에는 전혀 피해를 미치지 않는 살조물질로서 티아졸리딘디온(thiazolidinedione, TD)계 화합물 또는 마그네슘 유기클레이를 사용하였다. 그 결과, 대부분의 TD계 화학물은 유해조류인 Heterocapsa circularisquama , Heterosigma akasiwo Cocholodium polykrikodes에 대해서 높은 살조효과를 나타낸 반면에 무해조류에 대해서는 매우 낮은 독성을 보였고(표 1, 표 2, 도 8 및 도 9 참조), 마그네슘 유기클레이의 경우에도 유해조류만을 선택적으로 제어하는 것으로 나타났다(표 4, 도 12 참조).We screened and isolated HcRNAV in the virus, cloned the virus's capsid gene and expressed it in recombinant E. coli or yeast to mass produce capsid proteins. Specifically, the 1,080 bp HcRNAV capsid gene was cloned into the pPICZ vector and plasmids were expressed in yeast Pichia host. Glycerol was used as a substrate in the expression stage of the yeast for expression, and a large amount of capsid protein was made by inducing the expression of HcRNAV capsid protein by adding methanol at an appropriate microbial concentration. The mass produced plasmid was confirmed to be a gene having a size of 1,080 bp (see FIG. 2), and the final produced capsid protein was confirmed to be a protein having a size of 40 kDa (see FIG. 3). Therefore, the viral gene obtained by PCR was cloned into a shuttle vector available for Escherichia coli or Peachia, and the cloned gene was finally mass-produced as a capsid protein through mass fermentation of Peachia host (FIG. 1). Reference). In mounting the algae on the mass-produced nano-capsid, the present inventors specifically react to only harmful algae and do not cause any damage to other living organisms as a thiazolidinedione (TD) -based compound or Magnesium organoclay was used. As a result, most TD chemicals are Heterocapsa , a harmful algae. circularisquama , Heterosigma akasiwo And Cocholodium It showed high killing effect against polykrikodes , while showing very low toxicity against harmless algae (see Tables 1, 2, 8 and 9), and magnesium organoclay also selectively controlled harmful algae. Table 4, FIG. 12).

이에, 본 발명은 유해조류만을 선택적으로 제어하는 효과를 갖는 살조물질을 유해조류에 특이적으로 결합하는 특정 바이러스의 캡시드 내에 탑재함으로써, 다른 무해조류에 대한 독성 없이 유해조류만을 선택적으로 제어할 수 있으므로, 이는 해양 생태계 파괴를 최소화시킬 수 있는 유해조류 제어 방법으로서 유용하게 이용될 수 있다.
Therefore, the present invention is mounted in the capsid of a specific virus that specifically binds to the harmful algae, the algae material having the effect of selectively controlling only the harmful algae, it is possible to selectively control only the harmful algae without toxicity to other harmless algae This can be useful as a pest control method that can minimize the destruction of marine ecosystems.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples.

단, 하기 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 발명의 범위가 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
However, the following examples are intended to illustrate the contents of the present invention, but the scope of the invention is not limited by the examples.

유해조류에 특이성이 있는 바이러스의 Of viruses specific to pests 캡시드Capsid 유전자의 대량 생산 Mass production of genes

상기에서 보고된 유해조류 가운데 와편모조류의 일종인 헤테로캡사 서큘라리스쿠아마(Heterocapsa circularisquama)를 2009년 8월 2일부터 9월 25일까지 전라남도 여수 앞바다에서 분리 및 선별하였다. 선별된 조류를 f/2 배지에 접종한 후 20℃에서 배양하였다. HcRNAV109 바이러스의 야생형 캡시드 유전자 정보는 Genbank No. AB218609.1로부터 얻었으며, 1,080 bp의 유전자를 효모인 피치아(Pichia)에서 최적 발현되도록 변형시킨 후 pPICZA 플라스미드에 넣어 최종적으로 pPICZA-CP 벡터를 제조하였다. 클로닝 된 pPICZA-CP 벡터를 피치아 파스토리스(Pichia pastoris) 숙주에 삽입한 후 제오신(zeocin)-YPD 배지 상에서 1차 스크리닝하고 분리된 숙주를 메탄올 유도배지에서 배양하여 HcRNAV 유전자의 발현을 확인하고 40 kDa의 분자량을 가지는 단백질을 대량생산할 수 있는 재조합 균주를 확보하였다. 상기한 대량증식된 플라스미드(plasmid)는 도 2에 나타낸 것과 같이 1,080 bp의 크기를 갖는 유전자임을 확인하였으며(도 2), 최종 생산된 캡시드 단백질은 40 kDa의 크기를 갖는 단백질임을 확인할 수 있었다(도 3). 즉, 해당 바이러스 유전자는 PCR을 통하여 획득이 가능하며, 이 획득된 유전자는 대장균 또는 피치아에 사용가능한 셔틀벡터에 집어넣어 클로닝할 수 있고, 이 클로닝된 유전자는 최종적으로 피치아 숙주의 대량 발효과정을 통해 생산될 수 있음을 확인하였다. 발효는 글리세롤을 탄소원으로하여 유가식 배양으로 진행하고 40시간 이후에 3.6 ㎖/h의 메탄올을 공급하면서 단백질 발현을 유도하였다.
Heterocapsa circularisquama , a type of coarse algae, was isolated and screened from Yeosu, Jeollanam-do, from August 2 to September 25, 2009. Selected birds were inoculated in f / 2 medium and incubated at 20 ° C. Wild type capsid gene information of HcRNAV109 virus can be found in Genbank No. Obtained from AB218609.1, the 1,080 bp gene was modified to be optimally expressed in yeast Pichia and then put into a pPICZA plasmid to finally prepare a pPICZA-CP vector. Cloned pPICZA-CP Vectors to Pichia Pastoris pastoris ) After insertion into the host, the screening was first screened on zeocin-YPD medium, and the isolated host was cultured in methanol-induced medium to confirm the expression of the HcRNAV gene and to mass produce a protein having a molecular weight of 40 kDa. Strains were obtained. The mass-proliferated plasmid was confirmed to be a gene having a size of 1,080 bp as shown in FIG. 2 (FIG. 2), and the final produced capsid protein was confirmed to be a protein having a size of 40 kDa (FIG. 2). 3). That is, the viral gene can be obtained by PCR, and the obtained gene can be cloned by inserting it into a shuttle vector usable for Escherichia coli or Peachia. It was confirmed that can be produced through. Fermentation proceeded to fed-batch culture using glycerol as a carbon source and induced protein expression by feeding 3.6 ml / h of methanol after 40 hours.

바이러스 virus 캡시드에In capsid 살조물질을Algae 탑재하여 살포 Mounted and sprayed

유전자 재조합 방법을 이용하여 헤테로캡사 서큘라리스쿠아마 RNA 바이러스(Heterocapsa circularisquma RNA virus, HcRNAV) 및 케토세로스 살수기니움 핵내 봉입체 바이러스(Chaetoceros salsugineum nuclear inclusion virus, CsNIV)의 캡시드 유전자를 각각 피치아에서 공발현(coexpression)한 후 Ni 세파로스(Ni Sepharose) 컬럼을 이용하여 친화성 크로마토그래피(affinity chromatography) 방법으로 정제하였다. 정제된 바이러스 캡시드 단백질의 자가조립화(self assembly)를 증대시키기 위하여 증류수에서 1일 동안 투석하였다. 자가조립된 캡시드 단백질의 숙주 특이적 결합 및 살조물질의 탑재능력을 조사하기 위하여, 먼저 캡시드 단백질을 와해용 완충용액(dissociation buffer, 10 mM Tris-HCl, 150 mM NaCl, 10 mM EGTA, pH 8.5)에 1시간 동안 노출시켜 해리시켰다. 해리된 캡시드 단백질에 TD계 살조물질과 특성이 유사한 형광물질 FITC를 첨가한 후 재결합 완충용액(reassociation buffer, 10 mM Tris-HCl, 150 mM NaCl, 1 mM CaCl2, pH 8.5)에서 1일 동안 투석하여 형광물질이 탑재되었는지 확인하는 것으로 탑재능을 조사하였다. 또한, 형광물질이 탑재된 캡시드 단백질을 유해조류들과 섞은 후 3시간 동안 배양하여 형광현미경하에서 캡시드 단백질의 숙주 특이적 결합을 조사하였다. 캡시드 단백질에 탑재되지 않은 FITC의 조류에 대한 비 특이적 결합을 방지하기 위하여 1일 동안 더 투석한 후 단백질 전기영동을 실시하여 형광물질이 탑재된 캡시드 단백질만을 확인하였다. 해양환경과 동일한 조건을 유지하기 위하여 해수에 보존된 조류에 캡시드 단백질을 처리하여 3시간 동안 배양하였다. 조류에 부착되지 않은 캡시드 단백질을 제거하기 위하여 필터 멸균된 해수를 이용하여 세 번 씻어낸 후 FITC가 탑재된 캡시드 단백질이 C. salsugineum에 대해 특이적으로 결합하는지를 녹색(FITC) 필터가 장착된 형광현미경하에서 조사하였다. Hetero kaepsa using recombinant methods circulator La Surgical probably RNA viruses (Heterocapsa circularisquma RNA virus, HcRNAV) and Kane Chitose Los Guinea live Stadium nuclear inclusion virus (Chaetoceros The capsid genes of salsugineum nuclear inclusion virus (CsNIV) were each coexpressed in Peachia and purified by affinity chromatography using a Ni Sepharose column. Dialysis was performed in distilled water for 1 day to increase self assembly of the purified viral capsid proteins. In order to investigate the host specific binding of the self-assembled capsid protein and the loading capacity of the algae, the capsid protein was first dissolved in a dissociation buffer (10 mM Tris-HCl, 150 mM NaCl, 10 mM EGTA, pH 8.5). Dissociated by exposure to 1 h. To the dissociated capsid protein, the fluorescent substance FITC, which has similar characteristics to TD-type algae, was added and then dialyzed in reassociation buffer (10 mM Tris-HCl, 150 mM NaCl, 1 mM CaCl 2 , pH 8.5) for 1 day. The loading capacity was examined by confirming that the fluorescent material was loaded. In addition, the capsid protein loaded with the fluorescent material was mixed with the harmful algae and incubated for 3 hours to examine the host specific binding of the capsid protein under a fluorescence microscope. In order to prevent non-specific binding to the algae of the FITC not loaded on the capsid protein, the dialysis was performed for 1 more day, followed by protein electrophoresis to confirm only the capsid protein loaded with the fluorescent material. In order to maintain the same conditions as the marine environment, the algae preserved in seawater was incubated for 3 hours by treating the capsid protein. Fluorescence microscopy with green (FITC) filter washes three times using filter sterilized seawater to remove capsid proteins that are not attached to algae and then sees whether FITC-loaded capsid proteins specifically bind to C. salsugineum Investigated under.

그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 형광물질 FITC가 탑재된 캡시드 단백질의 숙주 특이적 결합을 C. salsugineum을 대상으로 조사한 결과, FITC가 탑재된 캡시드 단백질 처리 후 C. salsugineum의 적색 필터 조건에서 조류의 자기형광(auto fluorescence)(A)과 FITC(녹색) 필터 조건에서 형광 이미지(A')가 나타났다. 즉, C. salsugineum 세포 표면에서 진한 녹색 형광(FITC)이 관찰되었으며, 이를 바탕으로 캡시드 단백질이 숙주 특이적으로 결합한다는 것이 확인되었다. 한편, 대조군으로 형광물질(FITC)만을 조류에 처리하여 동일한 조건에서 조사한 결과, 붉은색의 조류의 자기형광(B)은 관찰된 반면에 FITC(녹색) 형광(B')은 전혀 관찰되지 않았다. 이것은 생산한 캡시드 단백질이 조류에 특이적으로 결합한다는 것을 나타냈다(도 7).
As a result, as shown in FIG. 7, the host-specific binding of the capsid protein loaded with the fluorescent material FITC was examined in C. salsugineum, and after treatment with the capsid protein loaded with FITC, the algae were subjected to the red filter condition of C. salsugineum . Fluorescence images (A ′) were observed under auto fluorescence (A) and FITC (green) filter conditions. That is, dark green fluorescence (FITC) was observed on the surface of C. salsugineum cells, and it was confirmed that the capsid protein specifically binds to the host. On the other hand, only the fluorescent material (FITC) as a control group was irradiated under the same conditions, as a result, the red fluorescent algae (B) was observed while FITC (green) fluorescence (B ') was not observed at all. This indicated that the capsid protein produced specifically binds to algae (FIG. 7).

유해조류에 대한 선택적인 Selective for harmful birds 살조효과Algae effect

살조물질로써 하기 화학식 4 또는 5의 치아졸리딘다이온(thiazolidinedione, TD)계 화합물을 이용하여 살조능 스크린 실험을 수행하였다. 선택된 유해조류 7종을 대상으로 135종의 TD 화합물을 농도별로 처리함으로써 살조능 스크리닝을 진행하였다. 마이크로플레이트(Microplate)에 동량의 세포를 넣고 0.05, 0.1, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 μM의 농도로 처리한 다음 3일 후 Burker Turk 혈구계수기(hemacytometer)와 Sedgwick-Rafter 혈구계산판(counting chamber)을 이용하여 세포밀도를 측정하였다. 측정된 세포밀도로 감소율(%)를 계산하여 정확한 IC50값을 측정하였다. Algae screen experiment was performed using a thiazolidinedione (TD) -based compound of Formula 4 or 5 as the algae. The pesticide screening was performed by treating 135 selected TD compounds by concentration in 7 selected harmful algae. Put the same amount of cells in a microplate, and treated at concentrations of 0.05, 0.1, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100 μM, and after 3 days, Burker Turk hemacytometer and Sedgwick-Rafter blood cells Cell density was measured using a counting chamber. The percent reduction was calculated from the measured cell density to determine the correct IC 50 value.

감소율 (%) = ( 1 - Tt/Ct ) × 100 (T: 처리 세포밀도, C: 대조군 세포밀도)% Reduction = (1-Tt / Ct) × 100 (T: treated cell density, C: control cell density)

그 결과, 하기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 대부분의 TD계 화합물들은 유해조류에 대해서는 높은 살조효과를 나타낸 반면에 무해조류에 대해서는 매우 낮은 독성을 보였다. 이 중에서도 화합물 17이 무해조류에 대해서는 독성을 보이지 않으면서도 유해조류에 대해서는 가장 높은 살조효과를 보였다(표 1 및 2). 또한, 도 8에 나타난 바와 같이, 1 μM의 TD계 화합물 17을 코클로디니움 폴리크리코이데스(Cochlodinium polykrikoides)에 처리한 후 시간에 따라 세포의 변화를 관찰한 결과, 8개의 세포가 결합되어 있던 정상적인 형태가 처리 후 2시간이 지나면서(c) 각 마디 부분이 풀리기 시작하면서 4시간이 지나면 각 세포가 떨어져 나가고, 5시간이 지나면(f) 떨어져 나간 세포가 터지면서 사멸하는 현상을 나타냈다(도 8). 한편, 도 9에 나타난 바와 같이, 1 μM의 TD계 화합물 17을 헤테로시그마 아카시오(Heterosigma akashiwo)에 처리한 후 시간에 따라 세포의 변화를 관찰한 결과, 처리 후 2시간이 지나면 세포벽 부분이 터져 세포내 물질이 세포 밖으로 흘러나오면서 사멸하는 현상을 나타냈다(도 9).
As a result, as shown in Table 1 and Table 2, most of the TD-based compounds showed a high killing effect against harmful algae, while showing very low toxicity to harmless algae. Among these compounds, Compound 17 showed the highest killing effect on harmful algae while not toxic to harmless algae (Tables 1 and 2). In addition, as shown in FIG. 8, after treatment with Cochlodinium polykrikoides of 1 μM TD-based compound 17, the change of cells was observed over time. As a result, the normal form in which eight cells were bound was observed. After 2 hours (c) after each treatment, each node began to loosen, and after 4 hours, each cell fell off, and after 5 hours (f), the separated cells burst and died (FIG. 8). . On the other hand, as shown in Figure 9, after treatment of 1 μM TD-based compound 17 in Heterosigma akashiwo ( Hterosigma akashiwo ) and observed the change in the cell as a result, after 2 hours after treatment the cell wall part bursts Intracellular material flowed out of the cell and showed a phenomenon of death (Fig. 9).

Figure 112011063481312-pat00004
Figure 112011063481312-pat00004

Figure 112011063481312-pat00005
Figure 112011063481312-pat00005

Figure 112011063481312-pat00006
Figure 112011063481312-pat00006

Figure 112011063481312-pat00007
Figure 112011063481312-pat00007

마그네슘 magnesium 유기클레이의Organoclay 합성 및 분석 Synthesis and Analysis

본원발명에서 사용되는 또 하나의 살조물질인 유기 클레이는 금속염화물 시약으로서 염화마그네슘 수화물(magnesium chloride hexahydrates)(MgCl2, 6H2O, Junsei98%)을 사용하였고, 작용기(fuctional group)가 달린 실란화합물은 3-아미노프로필-트리에톡시실레인(3-aminopropyl-triethoxysilane, APTES)(Aldrich 98%)을 이용하였으며, 용제는 에탄올(95%, 시약용), 1N-NaOH 용액, 암모니아수(30%, 시약용)를 사용하여 제조하였다. 반응으로부터 얻은 생성물인 유기클레이의 합성 유무를 알아보기 위해 다음과 같은 기기를 사용하여 분석하였다. 고체 시료는 29Si-HPDEC NMR(Avance 400, Bruker, Germany)을 이용하여 Si-O 또는 Si-OH 구조 분석을 수행하였고, D2O에 용해되는 Metal-APTES 화합물들의 1H-NMR(JEOL, 300MHz, D2O) 분석을 통해 아미노프로필 말단(aminopropyl end) 그룹이 클레이에 도입되었음을 확인하였다. 그리고 FT-IR(NICOLET6700, Thermoscientific, USA)분석은 브롬화칼륨(potassium bromide, KBr) 펠릿(pellet)으로 제조하여 분석하였고 작용기 즉, 아미노프로필(-(CH2)3NH2)의 도입 여부를 확인하였다. X-선 회절(X-ray diffraction, XRD) 패턴은 X-선 회절계(X-ray diffractometer, X'Pert PRO, PANalytical B.V.)를 사용하여 얻었으며, 고체(파우더) 시료를 CuKα radiation(20 mA 및 40 kV), 2θ는 2°에서 70°까지 2°/분의 속도로 측정하여 결정의 구조를 확인하였다. 투과 및 주사전자현미경의 분석으로부터 유기클레이의 형태(morphology)를 확인하였고, EDX를 통해 금속/Si 성분을 분석하여 유기 클레이의 합성 여부를 확인하였다(도 11). 염화마그네슘 수하물 1.68 g(MgCl2 6H2O, 8.3 mmol)을 50 ㎖의 에탄올에 녹인 용액에 APTES 2.6 ㎖(11.1 mmol)을 강하게 교반하면서 서서히 가하면 침전물이 석출되고, 이 반응물을 실온에서 24시간 반응시켰다. 흰색의 침전물은 원심분리 후 에탄올로 3회 이상 세척한 후 건조하였다. 수득율은 96% 이상이며, IR, NMR, SEM, TEM, XRD 등을 분석하여 합성 여부를 확인하였다. 그리고 보고된 방법대로 수산화나트륨(NaOH) 용액(1N NaOH, 10 ㎖)을 촉매로 사용하여 합성하였는데, 반응물의 pH가 약 9.87로 NaOH 수용액을 넣지 않은 반응물의 pH 8.15보다는 높은 pH값을 유지하였다. 그러나, 생성물의 수득율의 차이는 크지 않았다.Organic clay, another algae used in the present invention, used magnesium chloride hexahydrates (MgCl 2 , 6H 2 O, Junsei 98%) as a metal chloride reagent, and a silane compound having a functional group. Silver 3-aminopropyl-triethoxysilane (APTES) (Aldrich 98%) was used, the solvent was ethanol (95%, reagent), 1N-NaOH solution, ammonia water (30%, For reagents). In order to determine whether the organic clay, which is a product obtained from the reaction, was synthesized, the following equipment was analyzed. The solid samples were subjected to Si-O or Si-OH structure analysis using 29 Si-HPDEC NMR (Avance 400, Bruker, Germany), and 1 H-NMR (JEOL, of Metal-APTES compounds dissolved in D 2 O). 300MHz, D 2 O) analysis confirmed that the aminopropyl end (aminopropyl end) group was introduced into the clay. In addition, FT-IR (NICOLET6700, Thermoscientific, USA) analysis was carried out using potassium bromide (KBr) pellets and analyzed to confirm the introduction of a functional group, that is, aminopropyl (-(CH 2 ) 3 NH 2 ). It was. X-ray diffraction (XRD) patterns were obtained using an X-ray diffractometer (X'Pert PRO, PANalytical BV), and solid (powder) samples were collected using CuKα radiation (20 mA). And 40 kV), 2 θ were measured at a rate of 2 ° / min from 2 ° to 70 ° to confirm the structure of the crystal. The morphology of the organic clay was confirmed from the analysis of transmission and scanning electron microscope, and the metal / Si component was analyzed through EDX to confirm the synthesis of the organic clay (FIG. 11). 1.68 g of magnesium chloride baggage (MgCl 2 6H 2 O, 8.3 mmol) was dissolved in 50 ml of ethanol and 2.6 ml (11.1 mmol) of APTES was added slowly with vigorous stirring to precipitate a precipitate. The reaction was allowed to react at room temperature for 24 hours. I was. The white precipitate was washed three times or more with ethanol after centrifugation and dried. Yield is more than 96%, and analyzed by IR, NMR, SEM, TEM, XRD and the like to confirm the synthesis. In addition, a sodium hydroxide (NaOH) solution (1N NaOH, 10 mL) was synthesized according to the reported method, and the pH of the reactant was about 9.87, which maintained a higher pH value than the pH 8.15 of the reactant containing no aqueous NaOH solution. However, the difference in yield of the product was not large.

그 결과, 도 10에서 나타난 바와 같이, FT-IR-스펙트럼과 1H-NMR에서 보면 Mg-APTES에 아미노프로필이 도입되었음을 확인할 수 있었다(도 10). 구조 특성의 데이터는 하기 표 3에 요약하였다. 말단의 도입기 NH2 신축진동은 3600 ~ 3200 ㎝-1, NH2 굽힘진동(1658 ㎝-1)에서 강한 흡수대를, Si-O-Si stretching(1020 ㎝-1)에서 보여줌으로서 유기클레이가 합성되었음을 확인하였다(표 3 및 도 11).As a result, as shown in FIG. 10, it was confirmed that aminopropyl was introduced into Mg-APTES in FT-IR-spectrum and 1 H-NMR (FIG. 10). Data of the structural properties are summarized in Table 3 below. Terminal introducer NH 2 Extension vibration is 3600 ~ 3200 ㎝ -1 , NH 2 It was confirmed that the organic clay was synthesized by showing a strong absorption band in bending vibration (1658 cm -1 ) and Si-O-Si stretching (1020 cm -1 ) (Table 3 and FIG. 11).

FT-IRFT-IR 1H-NMR 1 H-NMR 29Si-NMR 29 Si-NMR XRDXRD 3600-3200 ㎝-1(NH2)
2950-2850 ㎝-1(CH2)
1658 ㎝-1(NH2)
1123 ㎝-1(Si-C)
1020 ㎝-1(Si-O-Si)
567 ㎝-1(Mg-O-Mg)
484 ㎝-1(Mg-O-Si)
3600-3200 cm -1 (NH 2 )
2950-2850 cm -1 (CH 2 )
1658 cm -1 (NH 2 )
1123 cm -1 (Si-C)
1020 cm -1 (Si-O-Si)
567 cm -1 (Mg-O-Mg)
484 cm -1 (Mg-O-Si)
-OSi-CH 2 -CH2(2H)
; 0.55~0.60 ppm,
-CH2-CH 2 -CH2(2H)
; 1.67~1.75 ppm,
-CH2-CH 2 -NH2(2H)
; 2.88~2.93 ppm
-OSi- CH 2 -CH 2 (2H)
; 0.55 to 0.60 ppm,
-CH 2 - CH 2 -CH 2 (2H)
; 1.67-1.75 ppm,
-CH 2 - CH 2 -NH 2 (2H)
; 2.88-2.93 ppm
R-SiO3-(T3)
; -66.5 ppm,
R-SiO2-OH(T2)
; -58.6 ppm,
R-SiO-(OH)2-(T1)
; -48.4 ppm
R-SiO 3- (T3)
; -66.5 ppm,
R-SiO 2 -OH (T2)
; -58.6 ppm,
R-SiO- (OH) 2- (T1)
; -48.4 ppm
basal distance; 1.44 ㎚ (2θ=6.13)




basal distance; 1.44 nm (2 θ = 6.13)




마그네슘 magnesium 유기클레이의Organoclay 살조효과Algae effect

마그네슘 유기클레이를 유해조류 3종(Heterocapsa circularisquama , Heterosigma akasiwo Cocholodium polykrikodes)에 0.2 ㎎/㎖ 농도로 처리하였을 때, 대조군에 비해 80% 이상의 살조능을 보이는 것을 확인하였다. 반면에, 무해조류 4종{나비큘라 펠리큘로사(Navicula pelliculosa), 파에도닥틸룸(Phaeodactylum) EPV, 난노클로롭시스(Nannochloropsis ) WT, 앰피디니움 속(Amphidinium sp.)}에는 최대 20%의 살조능을 보이는 것을 확인하였다. 또한, 상업용 미네랄 클레이를 같은 유해조류에 처리해 보았을 때 유기클레이 보다 효능이 떨어짐을 확인하였다. 이를 통해 낮은 농도에서의 유기클레이를 이용하여 유해조류만을 선택적으로 제어하는 것이 가능함을 확인하였다(도 12). 또한, 표 4의 IC50값을 보면 마그네슘 유기클레이가 유사한 화합물인 황토 혹은 염화암모늄 보나 우수한 값을 나타내는 것을 알 수 있으며, 제조에 사용된 염화마그네슘과의 비교에서도 낮은 IC50값은 나타내어 높은 살조능을 가지고 있음이 증명되었다(표 4).Magnesium organic clay three kinds of toxic algae (Heterocapsa circularisquama , Heterosigma akasiwo And Cocholodium polykrikodes ) when treated at a concentration of 0.2 mg / ㎖, it was confirmed that the killing ability of more than 80% compared to the control. On the other hand, four species of harmless algae { Navicula peliculosa pelliculosa), par dodak tilrum (Phaeodactylum) EPV, nanno claw drop system (Nannochloropsis) WT, Am nium in PD (Amphidinium sp .)} showed up to 20% killing ability. In addition, when the commercial mineral clay was treated in the same harmful algae, it was confirmed that the efficacy was lower than the organic clay. This confirmed that it is possible to selectively control only harmful algae using organic clay at a low concentration (Fig. 12). In addition, the IC 50 values in Table 4 show that magnesium organoclays show excellent values, similar to ocher or ammonium chloride, which are similar compounds, and show low IC 50 values even when compared to magnesium chloride used in the manufacture. It was proved to have (Table 4).

IC50 a(μM) IC 50 a (μM) MaterialsMaterials 유해조류Harmful birds 무해조류Harmless algae H. H. circularisquamacircularisquama H.H. akashiwoakashiwo C.C. polykrikoidespolykrikoides Amphidinium sp.Amphidinium sp. Navicula pelliculosaNavicula pelliculosa Nanochloropsis oculataNanochloropsis oculata Phaeodactyl um EPV Phaeodactyl um EPV Mg-APTES
(㎎/㎖)
Mg-APTES
(Mg / ml)
0.162 ± 0.0530.162 ± 0.053 0.081 ± 0.0060.081 ± 0.006 0.056 ± 0.0110.056 ± 0.011 NDND 0.905 ± 1.2730.905 ± 1.273 NDND NDND
구입한
유기클레이
(㎎/㎖)
Purchased
Organoclay
(Mg / ml)
NDND NDND 0.902 ± 0.8460.902 ± 0.846 NDND NDND NDND
NH4Cl(pH 10)
(㎎/㎖)
NH 4 Cl (pH 10)
(Mg / ml)
1.496 ± 0.0251.496 ± 0.025 1.968 ± 0.0111.968 ± 0.011 1.433 ± 0.9311.433 ± 0.931 NDND NDND NDND NDND
MgCl2
(㎎/㎖)
MgCl 2
(Mg / ml)
NDND NDND NDND NDND NDND NDND NDND
a값은 3회 실험의 평균 ± SD 이다.
ND, no detectable activity
The a value is the mean ± SD of three experiments.
ND, no detectable activity

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Claims (9)

1) 적조 및 녹조현상을 일으키는 유해조류를 채취하여 배양시키는 단계;
2) 상기 단계 1)에서 배양된 유해조류에 특이성이 있는 바이러스를 선별하는 단계;
3) 상기 단계 2)에서 선별된 바이러스의 캡시드 유전자를 클로닝하는 단계;
4) 상기 단계 3)에서 클로닝된 유전자를 재조합 대장균 또는 효모에서 발현한 후 나노 캡시드를 대량 생산하는 단계; 및
5) 상기 단계 4)에서 대량 생산된 나노 캡시드에 살조물질을 탑재하는 단계를 포함하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.
1) harvesting and culturing harmful algae causing red and green algae;
2) selecting a virus specific for the harmful algae cultured in step 1);
3) cloning the capsid gene of the virus selected in step 2);
4) mass-producing nanocapsids after expressing the gene cloned in step 3) in recombinant E. coli or yeast; And
5) Harmful algae control method using the nano-capsid comprising the step of mounting the algae to the mass-produced nanocapsid in step 4).
제 1항에 있어서, 상기 적조 및 녹조현상을 일으키는 유해조류는 헤테로캡사 서큘라리스쿠아마(Heterocapsa circularisquama), 키토세로스 살수기니움(Chaetoceros salsugineum), 코클로디니움 폴리크리코이데스(Cochlodinium polykrikoides), 헤테로시그마 아카시오(Heterosigma akashiwo), 차토넬라 마리나(Chattonella marina) 및 프로토세라티움 레티쿨리툼(Protoceratium reticulatum)으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.
According to claim 1, wherein the harmful algae causing red algae and green algae is Heterocapsa circular capacities ( Heterocapsa circularisquama ), chitoceros salinium salsugineum), poly kokeulrodinium Cri Koh des (Cochlodinium polykrikoides ), Heterosigma akashiwo ), Chattonella marina marina and Protoceratium reticulatum ) harmful algae control method using a nano-capsid, characterized in that any one selected from the group consisting of.
제 1항에 있어서, 상기 살조물질은 마그네슘 유기클레이, 퀴논계 화합물 및 티아졸리딘디온(thiazolidinedione)계 화합물로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.
The method of claim 1, wherein the algae is any one selected from the group consisting of magnesium organoclay, quinone-based compound and thiazolidinedione-based compound.
제 3항에 있어서, 상기 퀴논계 화합물은 하기 화학식 1 또는 2이고, 여기서 하기 화학식 1 또는 2의 R은 비치환 알킬, 비치환 (헤테로)사이클로알킬, (헤테로)사이클로알케닐 또는 (헤테로)아릴인 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.

[화학식 1]
Figure 112013002402680-pat00008


[화학식 2]
Figure 112013002402680-pat00009

4. The compound of claim 3, wherein the quinone compound is of Formula 1 or 2, wherein R of Formula 1 or 2 is unsubstituted alkyl, unsubstituted (hetero) cycloalkyl, (hetero) cycloalkenyl or (hetero) aryl Harmful algae control method using a nano-capsid, characterized in that.

[Formula 1]
Figure 112013002402680-pat00008


(2)
Figure 112013002402680-pat00009

제 3항에 있어서, 상기 티아졸리딘디온(thiazolidinedione)계 화합물은 하기 화학식 3이고, 여기서 하기 화학식 3의 R1은 수소, 니트로기 아민, 알킬, 메톡시, 트리플루오로메칠, 카르복실 또는 할로겐이고, R2는 수소 메칠 에칠, 또는 비치환 (헤테로)사이클로알킬, (헤테로)사이클로알케닐 또는 (헤테로)아릴이며, n은 0 내지 5의 정수인 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.
[화학식 3]
Figure 112011063481312-pat00010

The method of claim 3, wherein the thiazolidinedione-based compound is represented by Formula 3, wherein R 1 of Formula 3 is hydrogen, nitro amine, alkyl, methoxy, trifluoromethyl, carboxyl or halogen R 2 is hydrogen methyl ethyl, or unsubstituted (hetero) cycloalkyl, (hetero) cycloalkenyl or (hetero) aryl, and n is an integer of 0 to 5, wherein the harmful algae control method using nanocapsids .
(3)
Figure 112011063481312-pat00010

제 1항에 있어서, 상기 유해조류에 특이성이 있는 바이러스는 캡시드 내부에 핵산이 없어 증식력이 없고 인체 유해성이 없으며, 캡시드 단백질이 살조물질의 전달체로만 사용되는 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.
The method of claim 1, wherein the virus specific to the harmful algae has no nucleic acid inside the capsid has no proliferative capacity and no human hazard, the harmful algae control using nano-capsid, characterized in that the capsid protein is used only as a carrier of the algae Way.
제 1항에 있어서, 상기 유해조류에 특이성이 있는 바이러스는 헤테로캡사 서큘라리스쿠아마 RNA 바이러스(Heterocapsa circularisquama RNA Virus, HcRNAV), 케토세로스 살수기니움 핵내 봉입체 바이러스(Chaetoceros salsugineum Nuclear Inclusion Virus, CsNIV) 및 헤테로시그마 아카시오 RNA 바이러스(Heterosigma akashiwo RNA virus, HaRNAV)로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.
The method of claim 1, wherein the virus specific for the harmful algae is Heterocapsa Cycloriscuama RNA virus ( Heterocapsa circularisquama RNA Virus (HcRNAV), ketoseros salmonium intranuclear inclusion virus ( Chaetoceros) Salsugineum Nuclear Inclusion Virus (CsNIV) and heterosigma akashiwo RNA virus ( Heterosigma akashiwo RNA virus, HaRNAV) A method for controlling harmful birds using nano-capsids, characterized in that any one selected from the group consisting of.
제 1항에 있어서, 상기 나노 캡시드에 살조물질을 탑재하는 단계는 생물화학적인 탑재 방법 및 물리화학적 탑재 방법 중 어느 하나의 방법, 또는 2개의 방법을 혼합한 방법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.
The nanocapsid of claim 1, wherein the step of mounting the algae on the nanocapsid is performed by any one of a biochemical mounting method and a physicochemical mounting method, or by mixing two methods. Harmful algae control method using.
제 8항에 있어서, 상기 생물화학적인 탑재 방법은 유전자 재조합 방법을 이용한 공발현(coexpression), 또는 와해용 또는 재결합용 완충용액(dissociation or re-association buffer)을 이용한 자가조립화(self assembly)법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 나노 캡시드를 이용한 유해조류 제어방법.10. The method of claim 8, wherein the biochemical loading method is coexpression using gene recombination, or self assembly using dissociation or re-association buffer. Harmful algae control method using a nano-capsid, characterized in that carried out by.
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