KR101280811B1 - Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using thereof and feed additives comprising the same - Google Patents

Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using thereof and feed additives comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR101280811B1
KR101280811B1 KR1020100113389A KR20100113389A KR101280811B1 KR 101280811 B1 KR101280811 B1 KR 101280811B1 KR 1020100113389 A KR1020100113389 A KR 1020100113389A KR 20100113389 A KR20100113389 A KR 20100113389A KR 101280811 B1 KR101280811 B1 KR 101280811B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
zearenone
microorganism
zearalenone
protein
degrading
Prior art date
Application number
KR1020100113389A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120068096A (en
Inventor
이찬호
강정선
조원탁
조경진
Original Assignee
(주)진바이오텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)진바이오텍 filed Critical (주)진바이오텍
Priority to KR1020100113389A priority Critical patent/KR101280811B1/en
Publication of KR20120068096A publication Critical patent/KR20120068096A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101280811B1 publication Critical patent/KR101280811B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A23FOODS OR FOODSTUFFS; TREATMENT THEREOF, NOT COVERED BY OTHER CLASSES
    • A23KFODDER
    • A23K10/00Animal feeding-stuffs
    • A23K10/10Animal feeding-stuffs obtained by microbiological or biochemical processes
    • A23K10/16Addition of microorganisms or extracts thereof, e.g. single-cell proteins, to feeding-stuff compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • C12N1/205Bacterial isolates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/07Bacillus
    • C12R2001/125Bacillus subtilis ; Hay bacillus; Grass bacillus

Abstract

본 발명은 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물에 관한 것으로, 서열 목록 2의 염기서열, 이의 변이체, 또는 이들의 단편을 포함하는 유전자를 발현하며, 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물, 상기 미생물을 이용한 제아라레논 분해 활성을 갖는 단백질의 생산 방법, 제아라레논 분해 방법, 및 제아라레논 분해용 사료첨가제가 제공된다.
본 발명에 의하면, 미생물이 생산하는 효소를 이용하여 곰팡이 독소인 제아라레논을 분해하거나 미생물을 이용하여 상기 곰팡이 독소를 생물변환시킴으로써 보다 개선된 제아라레논 제어효과를 제공할 수 있다.
The present invention relates to a microorganism having a zeararenone degrading activity, and expresses a gene comprising a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, variants thereof, or fragments thereof, and a microorganism having a zeararenone degrading activity, using the microorganism Provided are a method for producing a protein having zearenone degrading activity, a method for degrading zearenone, and a feed additive for degrading zearenone.
According to the present invention, an enzyme produced by a microorganism can be used to decompose zearalenone, which is a fungal toxin, or biotransform the fungal toxin using a microorganism, thereby providing an improved control effect of zearalenone.

Description

제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물, 이를 이용한 제아라레논 분해 방법 및 사료첨가제{Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using thereof and feed additives comprising the same} Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using about and feed additives comprising the same}

본 발명은 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물, 이를 이용한 제아라레논 분해 방법 및 사료첨가제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 곰팡이 독소인 제아라레논을 생물학적으로 처리하기위한 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물, 상기 미생물을 이용한 제아라레논 분해 방법 및 사료첨가제에 관한 것이다.The present invention relates to a microorganism having a zeararenone degrading activity, a method and a feed additive for zearenone decomposition using the same, and more particularly, a microorganism having a zearenone degrading activity for biologically treating a fungal toxin, zearenone. , Relates to a method for decomposing zearenone and a feed additive using the microorganism.

전 세계적으로 곡류의 25%이상이 곰팡이 독소(mycotoxin)에 오염되어 있고 먹이 사슬(food chain)을 통해 가축과 사람에게 전이되어 심각한 경제적 문제를 야기하고 있다.More than 25% of cereals worldwide are contaminated with mycotoxins and are transmitted to livestock and humans through the food chain, causing serious economic problems.

제아라레논(zearalenone)은 비스테로이드계 에스트로겐성 곰팡이 독소로서 푸사리움(Fusarium) 속 곰팡이 특히, F. 그라미니어럼(F. graminearum)(Gibberella zeae), F. 컬로럼(F. culmorum), F. 세리얼리스(F. cerealis), F. 이퀴세티(F. equiseti), F. 크루크웰렌스(F. crookwellense), F. 세미텍텀(F. semitectum)이 생산하는 독소로서 전세계적으로 곡물에 널리 분포하는 곰팡이 독소이다. 제아라네논 및 그 유도체들의 화학 구조를 하기 화학식 1에 나타내었다.
Zearalenone is a nonsteroidal estrogenous fungal toxin, especially in the fungus of Fusarium, especially F. graminearum (Gibberella zeae), F. culmorum , F. as a real lease three toxin production (F. cerealis), F. Iquique Shetty (F. equiseti), F. keurukeu wells Lawrence (F. crookwellense), F. semi tekteom (F. semitectum) in grain worldwide It is a widely distributed fungal toxin. The chemical structure of zeanenonone and its derivatives is shown in the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112010074404677-pat00001
Figure 112010074404677-pat00001

(a) 제아라레논(ZEN), (b) 알파-제아라레놀, (c) 베타-제아라레놀, (d) 제아라라논, (e) 알파-제아라라놀, 및 (f) 베타-제아라라놀
(a) Zearenone (ZEN), (b) Alpha-Geararenol, (c) Beta-Geararenol, (d) Zearanone, (e) Alpha-Geararanol, and (f) Beta- Zeararanol

제아라레논은 F-2 톡시, 푸사리움 톡신, FES(fermentation extrogenic substrance)로 불리워지기도 하며 20여종의 이성체가 있으나 트랜스-a-제아라레논이 주로 자연계의 곡물에서 발생한다. 제아라레논((6-[10-히드록시-6-옥소-트랜스-1-운데세닐]-B-레조시클릭산 락톤)은 C18H22O5의 화학식을 갖는 백색의 결정체로서 녹는점은 164-165℃이며, 236, 237, 316nm에서 흡광을 나타내고, 여러 가지 산화, 환원 반응에 의해서 다양한 이성체를 형성한다. 물, CS2, 카르본테트라클로라이드 등에는 불용성이나 에테르, 벤젠, 클로로포름, 메틸렌 클로라이드, 에틸 아세테이트, 아세토니트릴, 알코올, 알칼리에 잘 용해되는 특성을 가지고 있다.Zearalenone is also called F-2 oxy, fusarium toxin, and fermentation extrogenic substrance (FES), and there are about 20 isomers, but trans-a-geralenone occurs mainly in natural grains. Zearalenone ((6- [10-hydroxy-6-oxo-trans-1-undecenyl] -B-rezocyclic acid lactone) is a white crystal having a chemical formula of C 18 H 22 O 5 , melting point. Is 164-165 ° C. and absorbs at 236, 237, and 316 nm, and forms various isomers by various oxidation and reduction reactions, and is insoluble in water, CS2, carbon tetrachloride, etc., but insoluble in ether, benzene, chloroform, methylene, etc. Soluble in chloride, ethyl acetate, acetonitrile, alcohol, alkali.

제아라레논의 독성은 엑스트라디올과 천연 엑스트로겐과 같은 작용을 하고, 동물실험에서 쥐에 경구투여로 20,000㎍/kg을 투여하여도 폐사하지 않아 급성 독소가 아닌 것으로 분류되며, 내분비 교란물질로서 관리되고 있다. 제아라레논은 독성보다는 성호르몬과 같은 작용에 의한 피해가 보고되고 있으며, 중독증은 대부분 과호르몬증으로 나타나며 암, 돌연변이를 나타내기도 한다. 특히, 사람에서보다는 축산업에서 중요한 곰팡이 독소로 임신돈의 경우 불임을 유발하며, 난소의 이상, 미숙아 생산, 유산 등이 보고되고 있으며, 50ppb 농도의 사료로도 돼지의 난소변화가 보고되고 있다(Rudolf, 1999).Toxicity of zearenone is the same as that of extradiol and natural estrogen, and it is classified as non-acute toxin because it does not die even after 20,000㎍ / kg oral administration to rats in animal experiments. have. Zearenone has been reported to be harmed by the action of sex hormones rather than toxicity, and most of the toxicosis is manifested as hyperhormonosis, cancer and mutations. In particular, it is an important fungal toxin in the livestock industry rather than in humans, which causes infertility in pregnant pigs, ovarian abnormalities, premature infant production, miscarriage, and ovarian changes in pigs with 50ppb feed (Rudolf, 1999).

곰팡이 독소를 처리하는 방법으로는 물리적, 화학적 , 생물학적 처리 방법이 있으나, 물리적, 화학적 처리 방법은 그 효과가 명확하지 않고, 처리를 위한 별도의 장치와 공간을 필요로 하며, 처리 후 원하지 않는 화합물의 제거공정을 거쳐야 할 경우가 있으므로 경제성이 떨어지는 방법이라고 할 수 있다. 화학적 처리 방법은 그 처리조건 및 처리농도에 따라 많은 오차를 유발할 수 있으며, 화학제제의 처리농도가 낮을 경우 곰팡이 독소 종류별로 일관성있는 결과를 도출하기가 어려운 단점이 있다.There are physical, chemical and biological treatment methods for treating fungal toxins, but the physical and chemical treatment methods are not clear in their effects, require separate equipment and space for treatment, and after treatment, It may be said that economic method is inferior because it may need to go through removal process. The chemical treatment method may cause a large number of errors depending on the treatment conditions and the concentration of the treatment, and when the treatment concentration of the chemical agent is low, it is difficult to obtain consistent results for each type of mold toxin.

곰팡이 독소를 제거하기 위한 생물학적 방법은 효소에 의한 분해나 미생물에 의한 곰팡이 독소의 생물변환(biotransformation)을 통한 독소를 제거시키는 방법이다.Biological methods for removing fungal toxins are methods of removing toxins through enzyme decomposition or biotransformation of fungal toxins by microorganisms.

곰팡이 독소 분해능이 있는 미생물에 대한 연구는 지금까지도 계속 진행되고 있으며, 균주의 분리도 초기 반추위 미생물에 한정되던 것과 달리 곰팡이 독소가 오염된 곡물 등 다양한 환경조건에서 분리가 이루어지고 있다. 곰팡이 독소 분해능을 가진 미생물은 대표적으로 아스퍼질러스 나이거(Aspergillus niger)와 같은 균류, 그리고 이스트, 락틱산 박테리아 등이며, 곰팡이 독소를 분해하거나 독성이 약한 쪽으로 생물변환시키는 것으로 보고되고 있으나, 아직까지 명확한 균의 역할(효소 혹은 다른 대사 산물 등)에 대해서는 많은 연구가 진행되지 않고 있다.Research on microorganisms with fungal toxin degrading continues to this day, and separation of strains has been carried out under various environmental conditions, such as grains contaminated with fungal toxins, unlike the early rumen microorganisms. Microorganisms with fungal toxin resolution are typically fungi such as Aspergillus niger , yeast and lactic acid bacteria, and have been reported to degrade or to biotransform fungal toxins. There is not much research on the specific role of bacteria (such as enzymes or other metabolites).

최근에는 곰팡이 독소 분해능이 확인된 식물 혹은 미생물의 가수분해효소(hydrolase) 혹은 에폭시다아제(epoxidase) 등의 유전자를 식물에 형질전환하여 생성단계에서부터 억제하려는 연구가 진행되고 있으나 미흡한 수준이다. 또한, 분해능이 확인된 미생물을 사료첨가제로 활용한 제품의 개발은 많지 않은 실정으로 아직까지는 많은 제품들이 흡착제로 시판되고 있다. 이스트의 경우 세포벽을 이용하여 곰팡이 독소를 흡착시키는 제품이 출시되어 있으며, 몇몇 연구에서도 이스트 세포벽을 이용한 흡착효과가 보고되고 있다.Recently, studies have been conducted to inhibit genes, such as hydrolase or epoxidase, from plants or microorganisms whose fungal toxin degradability has been confirmed, from the production stage, but are insufficient. In addition, the development of a product using a microorganism with a confirmed resolution as a feed additive is not much situation so far many products are commercially available as an adsorbent. For yeast, products that adsorb fungal toxins using cell walls have been released, and some studies have reported adsorption effects using yeast cell walls.

곰팡이 독소는 곰팡이의 성장과정에서 생성되는 대사산물로서 곰팡이균을 사멸시키면 곰팡이 독소의 생산은 중단되지만 이미 생성된 독소는 사료내에 그대로 남아 독소증을 유발하게 된다. 곰팡이 독소에 의해 피해를 입지 않기 위해서는 곰팡이에 오염되지 않은 신선한 사료만을 급여해야 하나 현실적으로 불가능하며, 흡착제, 사료첨가제를 사용하여 피해를 줄이는 방법이 일반적으로 널리 쓰이며, 일부 곰팡이 독소의 경우 효소처리를 통한 불활성화 방법도 개발되고 있다.Fungal toxins are metabolites produced during the growth of fungi, and killing fungi stops the production of fungal toxins, but the toxins already produced remain in the feed causing toxins. In order not to be affected by mold toxins, only fresh feed that is not contaminated with mold should be fed, but it is practically impossible to reduce the damage by using adsorbents and feed additives. Some mold toxins are generally used through enzymatic treatment. Inactivation methods are also being developed.

곰팡이 독소 오염을 줄이는 가장 이상적인 방법은 식품, 사료 등에서 곰팡이 독소 오염의 발생을 원천적으로 방지하는 것으로서, 파종단계에서부터 관리하는 전통적인 방법이 있지만 만족할 만한 결과를 얻지 못하고 있다.The most ideal way to reduce mold toxin contamination is to prevent mold toxin contamination in food, feed, etc., and there are traditional methods to manage them from the seeding stage, but they do not produce satisfactory results.

따라서, 본 발명에서는 곰팡이 독소, 특히 제아라레논의 효과적인 제어를 위해서는 기존의 비효율적인 물리, 화학적 처리 방법을 대체하기 위한 생물학적 처리 방법의 개발을 통해 효과적인 곰팡이 독소 제거방법을 제시하고자 한다. 이에 본 발명은 미생물이 생산하는 효소를 이용하여 곰팡이 독소, 특히 제아라레논을 분해하거나 미생물을 이용하여 상기 곰팡이 독소를 생물변환(bioconversion) 또는 분해(dgradation)시키는 방법을 개발함으로써 보다 개선된 제아라레논 제어효과를 가져올 수 있는 방법을 제공하고자 한다.Therefore, in the present invention, for the effective control of the fungal toxin, in particular, zearenone is to propose an effective fungal toxin removal method through the development of a biological treatment method to replace the existing inefficient physical and chemical treatment methods. Accordingly, the present invention is improved by developing a method of bioconversion or degradation of fungal toxins, in particular zeararenone, by using an enzyme produced by microorganisms, or by using microorganisms. It is intended to provide a way to bring the Lennon control effect.

본 발명의 제 1 견지에 의하면, According to the first aspect of the present invention,

서열 목록 2의 염기서열, 이의 변이체, 또는 이들의 단편을 포함하는 유전자를 발현하며, 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물이 제공된다.
A microorganism is provided that expresses a gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, a variant thereof, or a fragment thereof, and which has zearalenone degrading activity.

본 발명의 제 2 견지에 의하면,According to the second aspect of the present invention,

(a) 제 1항 또는 제 2항의 미생물을 준비하는 단계;(a) preparing the microorganism of claim 1 or 2;

(b) 상기 미생물을 배양하여 제아라레논 분해 활성을 갖는 서열 목록 1의 아미노산 서열, 이의 변이체, 또는 이들의 단편을 포함하는 단백질을 생성하는 단계; 및 (b) culturing the microorganism to produce a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, variants thereof, or fragments thereof having zeararenone degrading activity; And

(c) 상기 단백질을 배양물로부터 정제하는 단계(c) purifying the protein from the culture

를 포함하는 제아라레논 분해 활성을 갖는 단백질의 생산 방법이 제공된다.
Provided is a method for producing a protein having a zearalenone degrading activity comprising a.

본 발명의 제 3 견지에 의하면, According to the third aspect of the present invention,

제아라레논으로 오염된 산물을 The product contaminated with zearalenon

i) 제아라레논 분해 활성을 갖는 서열 목록 1의 아미노산 서열, 이의 변이체, 또는 이들의 단편을 포함하는 단백질;i) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, a variant thereof, or a fragment thereof having zeararenone degrading activity;

ii) 서열 목록 2의 염기서열, 이의 변이체, 또는 이들의 단편을 포함하는 유전자를 발현하며, 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물; 또는 ii) a microorganism which expresses a gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, a variant thereof, or a fragment thereof, and which has zealenone degrading activity; or

iii) 이의 혼합물iii) mixtures thereof

로 처리하는 제아라레논 분해 방법이 제공된다.
There is provided a method of dissolving zearenone.

본 발명의 제 4 견지에 의하면, According to the fourth aspect of the present invention,

i) 제아라레논(zearalenone) 분해 활성을 갖는 서열 목록 1의 아미노산 서열, 이의 변이체, 또는 이들의 단편을 포함하는 단백질;i) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, a variant thereof, or a fragment thereof having zearalenone degrading activity;

ii) 서열 목록 2의 염기서열, 이의 변이체, 또는 이들의 단편을 포함하는 유전자를 발현하며, 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물; 또는 ii) a microorganism which expresses a gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, a variant thereof, or a fragment thereof, and which has zealenone degrading activity; or

iii) 이의 혼합물iii) mixtures thereof

을 포함하는 제아라레논 분해용 사료첨가제가 제공된다.There is provided a feed additive for decomposition of zearalenone.

본 발명에 의하면, 곰팡이 독소, 특히 제아라레논의 효과적인 제어를 위해서 기존의 비효율적인 물리, 화학적 처리 방법을 대체하기 위한 생물학적 처리 방법이 제공된다. 본 발명은 미생물이 생산하는 효소를 이용하여 곰팡이 독소인 제아라레논을 분해하거나 미생물을 이용하여 상기 곰팡이 독소를 생물변환시킴으로써 보다 개선된 제아라레논 제어효과를 제공할 수 있다.According to the present invention, there is provided a biological treatment method to replace the existing inefficient physical and chemical treatment methods for the effective control of the fungal toxin, in particular zearalenone. The present invention can provide an improved control effect of zearenone by decomposing the fungal toxin zearenone using an enzyme produced by the microorganism or biotransforming the fungal toxin using the microorganism.

도 1은 본 발명에서 분리된 균주 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501(기탁번호: KCCM10930P, 기탁일자: 2008년 3월 6일)의 계통도를 나타낸 것이며,
도 2는 본 발명에 따른 균주의 배양 시간별 제아라레논 분해활성을 평가한 결과이며(대조구(■); ZEN 분해(▲); 바실러스 서브틸리스 GB-501 균수(◆)),
도 3은 본 발명에 따른 균주의 제아라레논 분해활성을 TLC를 이용하여 평가한 결과이며(1: ZEN 스탠다드(10ppm); 2: 배양(0시간, 800ppb); 3: 배양(12시간후); 4: 배양(24시간후)), 5: 배양(36시간 후), 6:배양(48시간 후),
도 4는 액상 발효중에 본 발명에 따른 균주의 제아라레논 분해활성을 ELISA로 측정한 결과이며,
도 5는 DDGS 고상발효를 통한 본 발명에 따른 균주의 제아라레논 분해활성 평가 결과이며(대조구(■); ZEN 분해(▲); 미생물 성장(◆)),
도 6은 DDGS 고상발효중에 본 발명에 따른 균주의 제아라레논 분해활성을을 HPLC로 측정한 결과이며(A: 스탠다드 시료; B: 0시간; C: 12시간; D: 24시간; E: 48시간),
도 7은 DEAE-Sepharose 컬럼으로부터 얻어진 분획의 제아라레논 분해활성을 평가한 결과이며, 그리고
도 8은 분리된 단백질의 SDS-PAGE 분석 결과이다(M: 단백질 스탠다드 마커).
Figure 1 shows a schematic of the strain Bacillus subtilis ( Bacillus subtilis ) GB-501 (Accession No .: KCCM10930P, Deposit Date: March 6, 2008) isolated in the present invention,
Figure 2 is the result of evaluating the zearenone degradation activity of each strain according to the present invention culture (control (■); ZEN degradation (▲); Bacillus subtilis GB-501 bacteria (◆),
Figure 3 is the result of evaluating the zeararenone degradation activity of the strain according to the present invention using TLC (1: ZEN standard (10ppm); 2: culture (0 hours, 800ppb); 3: culture (12 hours later) 4: culture (after 24 hours), 5: culture (after 36 hours), 6: culture (after 48 hours),
Figure 4 is the result of measuring the zeararenone degradation activity of the strain according to the invention during liquid fermentation by ELISA,
5 is a result of evaluating zearenone degradation activity of the strain according to the present invention through DDGS solid phase fermentation (control (■); ZEN degradation (▲); microbial growth (◆)),
FIG. 6 shows the results of HPLC measurement of the zearalenone degrading activity of the strain according to the present invention during DDGS solid phase fermentation (A: standard sample; B: 0 hours; C: 12 hours; D: 24 hours; E: 48 time),
7 is a result of evaluating zearenone degrading activity of the fraction obtained from the DEAE-Sepharose column, and
8 shows the result of SDS-PAGE analysis of the separated protein (M: protein standard marker).

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

본 발명에서는, 곰팡이 독소인 제아라레논 분해 활성을 갖는 단백질이 제공된다. 상기 단백질은 서열 목록 1의 아미노산 서열을 포함한다.
In the present invention, a protein having zeararenone degrading activity, which is a fungal toxin, is provided. The protein comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

또한, 본 발명에서는 상기 제아라레논 분해 활성을 갖는 단백질을 코딩하는 유전자가 제공되며, 상기 유전자는 서열 목록 2의 염기서열을 포함한다.
In addition, the present invention provides a gene encoding a protein having the zeararenone degrading activity, the gene comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.

또한, 본 발명에서는 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물이 제공되며, 상기 미생물은 서열 목록 2의 염기서열을 포함하는 유전자를 발현한다. 본 발명에서 상기 미생물은 바람직하게, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501 (기탁번호: KCCM10930P, 기탁일자: 2008년 3월 6일)이다. In addition, the present invention is provided with a microorganism having a gerarenone degrading activity, the microorganism expresses a gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. In the present invention, the microorganism is preferably Bacillus subtilis GB-501 (Accession No .: KCCM10930P, Deposit Date: March 6, 2008).

본 발명에서 제공하는 신규한 미생물 균주인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501이 생산하는 효소를 이용하여 곰팡이 독소인 제아라레논을 분해하거나 상기 미생물을 이용하여 상기 곰팡이 독소를 생물변환시킴으로써 보다 개선된 제아라레논 제어효과를 제공할 수 있다.
By using the enzyme produced by the novel microbial strain Bacillus subtilis GB-501 provided in the present invention, the fungal toxin zeararenone is decomposed or the microorganism is used to biotransform the fungal toxin. It can provide improved Zelarenone control effect.

또한, 본 발명에서는 제아라레논 분해 활성을 갖는 단백질의 생산 방법이 제공되며, 상기 방법은 (a) 상기 미생물을 배양하는 단계; (b) 상기 배양된 미생물에서 제아라레논 분해 활성을 갖는 서열 목록 1의 아미노산 서열을 포함하는 단백질을 발현하는 단계; 및 (c) 발현된 단백질을 정제하는 단계를 포함한다. 여기서 상기 미생물은 서열 목록 2의 염기서열을 포함하는 유전자를 발현하는 것이며, 바람직하게, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501이 사용된다.
In another aspect, the present invention provides a method for producing a protein having a zearalenone degrading activity, the method comprising the steps of (a) culturing the microorganism; (b) expressing a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 having zearalenone degrading activity in the cultured microorganism; And (c) purifying the expressed protein. Herein, the microorganism expresses a gene including the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, and preferably, Bacillus subtilis GB-501 is used.

또한, 본 발명에서는 제아라레논으로 오염된 산물을 처리하는 제아라레논 분해 방법이 제공되며, 상기 방법은 i) 제아라레논 분해 활성을 갖는 서열 목록 1의 아미노산 서열을 포함하는 단백질; ii) 서열 목록 2의 염기서열을 포함하는 유전자를 발현하며, 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물; 또는 iii) 이의 혼합물로 처리하는 것을 포함한다. 여기서 상기 미생물은 바람직하게, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501이 사용된다.
In another aspect, the present invention provides a method for dissolving a gerarenone that treats a product contaminated with zearenone, the method comprising: i) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 having a gerarenone cleavage activity; ii) a microorganism which expresses a gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and which has zearalenone degrading activity; Or iii) treating with a mixture thereof. Herein, the microorganism is preferably Bacillus subtilis GB-501.

제아라레논 분해시, 제아라레논으로 오염된 산물은 이에 한정하는 것은 아니나, i) 곡물류(예, 옥수수, 쌀, 보리, 수수, 밀, 호밀, 귀리, 조, 피, 트리트케일, 메밀, 루핀종실 및 두류) 및 그 부산물 (예, 곡쇄류, 밀기울, 말분, 보리겨, 쌀겨, 탈지쌀겨, 옥수수피, 수수겨, 조겨, 두류피, 낙화생피, 면실피, 귀리겨, 아몬드피, 해바라기피, 당밀흡착강피류 등의 강피류), 박류(대두박(전지대두가공품 포함), 들깨묵, 참깨묵, 채종박, 면실박, 낙화생박, 고추씨박, 아마박, 야자박, 해바라기씨박, 피마자박, 옥수수배아박, 소맥배아박, 옥수수글루텐, 밀글루텐, 주정박, 맥주박, 장유박, 두부박, 귀리박, 케이폭박, 팜유박, 전분박 등) 및 농축단백질(예, 대두, 감자)로 이루어진 농작물 또는 그 부산물; ii) 상기 농작물 또는 그 부산물을 이용한 발효사료 및 메주, 된장, 간장, 고추장과 같은 발효식품; iii) 양돈 농장 또는 축분 발효장에서 발생하는 축분 또는 축산 폐기물; 또는 iv) 이의 혼합물을 들 수 있다.
Products that are contaminated with zearalenone during the breakdown of zeararenon are not limited to, i) cereals (e.g. corn, rice, barley, sorghum, wheat, rye, oats, crude, blood, tricale, buckwheat, lupine Seeds and legumes) and their by-products (e.g. cereals, bran, horse flour, barley bran, rice bran, skim rice bran, corn bran, sorghum bran, bran, legume bran, peanut bran, cotton bran, oat bran, almond bran, sunflower bran , Molasses adsorption, etc.), gourds (soybean meal (including soybean processed products), perilla jelly, sesame jelly, rapeseed gourd, cotton thread gourd, peanut gourd, red pepper gourd, flax gourd, palm gourd, sunflower seed gourd, castor Gourd, corn germ meal, wheat germ meal, corn gluten, wheat gluten, alcoholic beverage, beer gourd, soy milk gourd, tofu gourd, oat gourd, k bread gourd, palm oil gourd, starch gourd, etc. and concentrated protein (e.g., soybean, potato) Crops or by-products thereof; ii) fermented feed and fermented foods such as meju, miso, soy sauce and red pepper paste using the crops or by-products thereof; iii) livestock or livestock waste from pig farms or livestock fermentations; Or iv) mixtures thereof.

오염된 산물 처리 시 그 처리 방법은 당업자에게 알려진 방법으로 수행될 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니나, 상기 단백질, 미생물 또는 이의 혼합물을 오염된 산물에 살포하거나, 혼합하거나 또는 침지하는 것과 같이 접촉시킴으로써 처리될 수 있다.
The treatment method for treating contaminated products may be carried out by methods known to those skilled in the art, but is not limited thereto, by treating the protein, microorganism or a mixture thereof by contacting such as by spraying, mixing or dipping the contaminated product. Can be.

또한, 본 발명에서는 제아라레논 분해용 사료첨가제가 제공되며, 상기 사료첨가제는 i) 제아라레논 분해 활성을 갖는 서열 목록 1의 아미노산 서열을 포함하는 단백질; ii) 서열 목록 2의 염기서열을 포함하는 유전자를 발현하며, 제아라레논 분해 활성을 갖는 미생물; 또는 iii) 이의 혼합물을 포함한다. 또한, 여기서 상기 미생물은 바람직하게, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501이 사용된다.
In addition, the present invention is provided with a feed additive for degradation of zeararenone, wherein the feed additive is i) a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 having a zeralenone degradation activity; ii) a microorganism which expresses a gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and which has zearalenone degrading activity; Or iii) mixtures thereof. Also here, the microorganism is preferably Bacillus subtilis GB-501.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.

<실시예>
<Examples>

I. 재료 및 방법I. Materials and Methods

1. 곰팡이 독소 분석방법 (ELISA/HPLC)1. Toxin Analysis Method (ELISA / HPLC)

(1) ELISA 분석방법 확립(1) Establishment of ELISA assay

사료 원료를 대상으로 제아라레논을 분석하기 위해 현재 상용화된 제품 중 가장 많이 사용되는 3가지 회사의 제품을 선정하고 각 키트를 이용하여 사료원료내 곰팡이 독소 오염을 분석하였다(표 1). 각 키트별 분석과정은 >표 2에 요약하였으며, 키트 C에서는 원료시료 5g을 12.5mL의 70% 메탄올로 추출하여 분석에 사용하였다.In order to analyze zearenone from feedstock, three companies were used among the most commercially available products, and fungal toxin contamination in feedstock was analyzed using each kit (Table 1). The analysis procedure for each kit is summarized in Table 2. In kit C, 5 g of the raw material sample was extracted with 12.5 mL of 70% methanol and used for analysis.

사료 원료의 면역측정법을 위한 ELISA 키트 종류ELISA Kit Types for Immunoassay of Feed Ingredients 제조 회사명Manufacturing company name 제품명product name 항체Antibody 검출원리Detection principle AA AgarQuantAgarQuant 모노클로날 항체Monoclonal antibody 간접 경합(indirect competitive) ELISAIndirect competitive ELISA BB VeratoxVeratox 모노클로날 항체Monoclonal antibody 간접 경합(indirect competitive) ELISAIndirect competitive ELISA CC RIDASCREENRIDASCREEN 모노클로날 항체
* AF: 폴리클로날 항체
Monoclonal antibodies
* AF: polyclonal antibody
간접 경합(indirect competitive) ELISAIndirect competitive ELISA

ELISA 키트별 시료 분석과정Sample Analysis Process by ELISA Kit ELISA 키트 분석과정ELISA kit analysis ELISA 키트 종류ELISA Kit Type AA BB CC 시료 전처리* Sample Preparation * 20g/100mL 70% MeOH20g / 100mL 70% MeOH 25g/125mL 70% MeOH25g / 125mL 70% MeOH 5g/25mL 70% MeOH5g / 25mL 70% MeOH 여과percolation Whatman No.1 필터Whatman No.1 filter Whatman No.1 필터Whatman No.1 filter Whatman No.1 필터Whatman No.1 filter 접합체(conjugate)Conjugate 200㎕200 μl 100㎕100 μl 50㎕50 μl 항체Antibody -- -- 50㎕50 μl 스탠다드 및 시료** Standard and Sample ** 100㎕100 μl 100㎕100 μl 50㎕50 μl 혼합 및 배양Mixing and cultivation 10-15분10-15 minutes 5분5 minutes 10분10 minutes 세정(washing)Washing 5회5 times 5회5 times 3회3rd time 기질(substrate)Substrate 100㎕100 μl 100㎕100 μl 2방울(100㎕)2 drops (100 μl) 배양culture 5분5 minutes 5분5 minutes 어두운 데에서 5분5 minutes in the dark 정지 용액Stop solution 100㎕100 μl 100㎕100 μl 2방울(100㎕)2 drops (100 μl)

* 시료 전처리: 각 키트 및 곰팡이 독소 종류에 따라 시료량 및 MeOH의 농도가 다름.* Sample preparation: Sample amount and concentration of MeOH differ depending on each kit and mold toxin type.

** 시료 희석 비율도 키트 및 곰팡이 독소 종류에 따라 다름.
** Sample dilution rate also depends on kit and type of fungal toxin.

(2) HPLC를 이용한 분석 방법 확립(2) Establishment of analytical methods using HPLC

시료 10g을 20mL의 아세토니트릴을 사용하여 30분간 진탕 추출한 후 5분간 원심분리한 뒤 상층액 100mL을 취해 Oasis  HLB SPE 카트리지(200mg, 6cc)를 사용하여 용출시킨다. 용출된 시료를 50℃에서 N2 가스를 사용하여 건조하고, 1mL의 메탄올/암모니움 아세테이트(10mmol/L)(1:1, v/v)의 혼합용매로 재용해시킨 후 HPLC 분석시료로 사용하였다. 분석 시료의 검출은 형광 검출기를 사용하였다.
10 g of the sample was shaken for 30 minutes using 20 mL of acetonitrile, centrifuged for 5 minutes, and 100 mL of the supernatant was taken.   Elution is performed using an HLB SPE cartridge (200 mg, 6 cc). The eluted sample was dried using N 2 gas at 50 ° C., redissolved with a mixed solvent of 1 mL of methanol / ammonium acetate (10 mmol / L) (1: 1, v / v), and used as an HPLC sample. It was. Detection of the analytical sample used a fluorescence detector.

(3) 곰팡이 독소 분석용 원료 시료(3) Sample of raw material for fungal toxin analysis

사료 원료 시료의 경우, 배합사료 회사에 의뢰하여 시료를 수거하였으며, 곡류, 박류, 강피류를 원산지에 따라 구분하여 원료 종류별로 샘플링하였다(표 3). 하기 표 3에서 ‘도입’은 수입산이나 원산지가 불명확한 경우를 나타낸다. 총 사료 원료 시료는 26종으로 국내에서 많이 사용하는 원료로서, 원산지별로 각각의 원료에 대한 면역측정 분석방법과 HPLC 등 기기분석을 이용한 분석방법에 대한 검토를 통하여 사료원료 중 곰팡이 독소 오염수준을 조사하였다.In the case of feed material samples, samples were collected by a feed company, and cereals, gourds, and barks were sampled according to the type of raw material according to the country of origin (Table 3). In Table 3 below, "introduction" refers to the case where the import or origin is unclear. Total 26 kinds of feed material samples are widely used in Korea, and the level of fungal toxin contamination in feed materials is examined by examining the immunoassay method and the analysis method using HPLC such as HPLC for each raw material by country of origin. It was.

곰팡이 독소 분석을 위한 사료 원료Feed Ingredients for Fungal Toxin Analysis 분류Classification 원료명Raw material name 원산지origin 시료 수sample water 곡류Cereals 옥수수corn 미국United States of America 44 중국China 44 소맥Wheat 중국China 1One 도입Introduction 1One 박류Pomegranate 대두박Soybean meal 국산Domestic 33 남미South America 22 인도India 22 팜박Palm Park 도입Introduction 1One 강피류River blood 소맥피Wheat flour 국산Domestic 22 도입Introduction 1One 단백피Protein 도입Introduction 22 미강Rice bran 국산Domestic 1One 도입Introduction 22 system 2626

2. 미생물학적 처리를 위한 곰팡이 독소 분해 균주 선발2. Selection of Mold Toxin Degrading Strains for Microbiological Treatment

1) 곰팡이 독소 분해 미생물 선발1) Selection of Mold Toxin-degrading Microorganisms

곰팡이 독소로 오염된 곡물(옥수수, 단백피, 주정박 등), 발효식품(메주, 된장 등) 및 축분, 축산폐기물(양돈 농장 및 축분 발효장 등), 산업폐기물 및 산업공단인근 지역 등의 시료를 취해 각각 미생물을 배양하기 위한 영양배지(뉴트리언트 아가 및 포테이토 덱스트로즈 아가, MRS 아가)에 도말하여 시료내 존재하는 미생물을 1차 선발하였다. 이렇게 선발된 균주들의 콜로니를 각각의 배지(뉴트리언트 아가, 포테이토 덱스트로즈 아가)를 이용하여 균의 형태(박테리아, 균류, 이스트)를 우선 판단하여 특성에 맞는 배지를 이용하여 모든 콜로니를 선발하였다.Samples such as grains contaminated with mold toxins (corn, protein skin, alcoholic beverages, etc.), fermented foods (meju, soybean paste, etc.) and livestock wastes, livestock waste (swine farms and livestock fermentation plants, etc.), industrial wastes, and industrial complex neighborhoods. The microorganisms present in the sample were first selected by spreading them onto nutrient media (nutritional agar, potato dextrose agar, MRS agar) for culturing each microorganism. The colonies of the selected strains were first determined using the respective media (nutrition agar, potato dextrose agar) to determine the type of bacteria (bacteria, fungus, yeast), and all colonies were selected using a medium suitable for characteristics. .

선발된 콜로니들을 96웰 딥 플레이트를 이용하여, 뉴트리언트 브로쓰, 포테이토 덱스트로즈 브로쓰, MRS 브로쓰 1mL에 각각 접종하고, 각 웰에 아플라톡신, 오크라톡신, 제아라레논 스탠다드(Sigma)를 각각 40, 40, 800ppb가 되게 동시에 첨가하여 마이크로플래이트 쉐이커(300rpm)를 이용하여 35℃로 24시간 진탕 배양한 후 각각의 곰팡이 독소 분석용 키트(Romer)를 이용하여 각 균주의 곰팡이 독소 분해능을 각각 분석하여 분해능이 확인된 균주를 2차 선발하였다.Selected colonies were inoculated in 1 mL of nutritious broth, potato dextrose broth and MRS broth using a 96-well dip plate, and each well was aflatoxin, okratoxin and zearalenone standard (Sigma). Simultaneously added at 40, 40, and 800 ppb and shake cultured at 35 ° C. for 24 hours using a microplate shaker (300 rpm), and then analyzed the fungal toxin resolution of each strain using each mold toxin assay kit (Romer). The strains whose resolution was confirmed were selected secondarily.

곰팡이 독소 분해능이 확인된 2차 선발된 균주를 100mL의 컬쳐 브로쓰에 접종하고 분해능이 확인된 곰팡이 독소 스탠다드를 첨가하여 35℃로 24시간동안 진탕배양한 후 곰팡이 독소 분석용 키트를 이용하여 곰팡이 독소 분해능을 재확인하였다. 분해능이 재확인된 콜로니를 최종 선발하고 균주에 대한 특성을 분석하였다.
Inoculate the second selected strains with confirmed fungal toxin into culture broth of 100 mL, add fungal toxin standard with resolution and shake for 24 hours at 35 ° C, and then use the fungal toxin analysis kit. The resolution was reconfirmed. Colonies whose resolution was reconfirmed were finally selected and characterized for strains.

2) 선발균주의 동정2) Identification of selection strains

16S rDNA 분석을 통해 선발균주를 동정하였다.Selection strains were identified by 16S rDNA analysis.

3. 선발균주의 특성 연구3. Study on characteristics of selection strain

1) 선발 균주의 제아라레논 분해활성 평가1) Evaluation of Zearenone Degradation Activity of Selected Strains

선발균주의 배양시간별 분해활성을 평가하기 위해 100mL의 LB 브로쓰에 콜로니를 접종하고, 동시에 제아라레논 스탠다드(Sigma)를 900ppb가 되게 접종하고, 35℃에서 24시간 동안 진탕배양하면서, 5, 12, 17, 24시간 후 제아라레논 농도의 변화를 분석하였다.
In order to evaluate the degradation activity according to incubation time of the starter strains, 100 ml of LB broth was inoculated with colonies, and at the same time inoculated with Zearalenone Standard (Sigma) to 900 ppb, shaking culture at 35 ℃ for 24 hours, 5, 12 After 17, 24 hours the change in zearenone concentration was analyzed.

2) TLC를 통한 분해활성 평가2) Evaluation of Degradation Activity through TLC

TLC 분석은 실리카 60 플래이트(Merck)를 이용하였으며, 이동상으로 클로로포름과 메탄올을 97:3의 비율로 혼합하여 시료를 전개하였다. 제아라레논의 검출은 패스트 바이올렛 B(Sigma)를 고르게 스프레이한 후 드라이오븐에서 100℃로 5분간 열처리한 후 확인하였다.
TLC analysis was performed using silica 60 plate (Merck), and the sample was developed by mixing chloroform and methanol in a ratio of 97: 3 as a mobile phase. Zearenone was detected after evenly spraying Fast Violet B (Sigma) and heat-treating at 100 ° C. for 5 minutes in a dry oven.

3) 선발 균주의 제아라레논 이용성 분석3) Zearenone availability analysis of selected strains

선발 균주가 단독 탄소 공급원으로 제아라레논을 이용하는지 분석하기위해 최소배지(Minimal salt media)에 탄소 공급원으로서 제아라레논을 첨가하여 균주에 의한 이용성을 평가하였다. 최소 배지의 조성은 하기 표 4에 나타내었다.In order to analyze whether the selected strains use zearenone as the sole carbon source, the availability by the strain was evaluated by adding zearenone as the carbon source to the minimal salt media. The composition of the minimal medium is shown in Table 4 below.

최소 배지의 조성Minimal Badge Composition 조성Furtherance 함량(g/L)Content (g / L) (NH4)2SO4 (NH 4) 2 SO 4 0.50.5 MgSO4 7H2OMgSO 4 7H 2 O 0.20.2 CaCl2 CaCl 2 0.050.05 Na2HPO4 Na 2 HPO 4 2.442.44 KH2PO4 KH 2 PO 4 1.521.52 제아라레논Zeararenon 100㎍/mL100 µg / mL

4) 제아라레논 분해 균주의 분해활성 특성에 대한 조사4) Investigation of the Degradation Activity Characteristics of Zearenone Degrading Strains

제아라레논 분해활성을 가진 선발균주의 액상배양 및 세포(미생물 균체), 컬쳐 브로쓰에 대해 각각 분류를 통해 제아라레논 분해가 이루어지는 부분을 확인하였다.
The division of the liquid culture, the cell (microbial cell), and the culture broth of the selected strains having the gerarenone degrading activity were identified through the classification of the gerarenone decomposition.

4. 선발 미생물의 배양방법 확립4. Establishment of cultivation method of selected microorganisms

1) 선발 균주의 액상배양 조건 확립1) Establishment of liquid culture conditions for selected strains

선발 균주의 최적 액상발효 조건을 설정하기 위한 방법을 확립하였다. 선발 균주는 바실러스 균주로 액상 배양에 특별한 제약조건을 가지고 있지 않았으며, 곰팡이 독소 분해활성을 기준으로 최적의 분해활성을 가지는 조건으로 배양조건을 확립하였다.A method for establishing optimum liquid fermentation conditions of the selected strains was established. The selected strains were Bacillus strains, which did not have any special constraints on the liquid culture, and established the culture conditions with the optimum degradation activity based on the fungal toxin degradation activity.

발효시간별 제아라레논 분해활성을 확인하기 위해 LB 브로쓰에서 24시간 배양하면서 각 시간별로 시료를 취해 제아라레논 분해활성을 분석하였다.
In order to confirm the fermentation time of zearenone degradation activity, samples were taken for each hour while incubating in LB broth for 24 hours and analyzed for zearenone degradation activity.

2) 고상배양 방법 조건 확립2) Establishment of solid state culture method conditions

선발 균주에 대한 대량생산을 위한 고상발효 조건을 실험실 차원에서 확립하였다. 고상배양을 위한 조건에서 발효조건은 선발균주가 바실러스 균주로 곰팡이 독소 저감효과를 확인하여 95% 이상 저감효과를 나타내는 24시간을 총 발효시간으로 설정하였다. 고상배양을 위해서 대두박을 원료로 사용하고 초기 수분함량을 40% 수준으로 맞춰 오토클래이브를 통해 멸균을 실시한 후 액상종균을 1% 수준으로 접종하고 고상발효를 진행한다. 발효온도 조건을 37℃, 습도 70% 이상으로 확정하였다. 종균 접종량에 따른 발효시간별 균수의 변화 조사를 통해 종균 첨가량이 0.5%를 제외하고는 1-4%까지는 동일한 성장패턴을 보여 종균첨가수준을 1%로 설정하였으며, 초기 수분함량은 20-45%까지의 테스트를 통해 40%로 설정하였다.
Solid phase fermentation conditions for mass production of the selected strains were established at the laboratory level. The fermentation conditions in the solid phase culture conditions were selected as the total fermentation time of 24 hours showing the reduction effect of more than 95% by identifying the fungal toxin reduction effect as the Bacillus strain. For solid phase cultivation, soybean meal is used as a raw material, sterilized by autoclave with initial water content set to 40% level, inoculated with liquid spawn at 1% level, and solid phase fermentation proceeds. Fermentation temperature conditions were determined to be 37 ℃, humidity 70% or more. Through the investigation of the change of the number of bacteria by fermentation time according to the seed inoculation amount, the seed growth was shown to be the same growth pattern from 1-4% except for 0.5% addition, and the seed addition level was set to 1%, and the initial water content was 20-45%. The test was set to 40%.

3) DDGS 고상발효를 통한 곰팡이 독소 분해활성 테스트3) Mold Toxin Degradation Activity Test through DDGS Solid Phase Fermentation

고상발효 테스트를 위해 곰팡이 독소의 오염이 가장 심각하다고 판단되는 DDGS(Distillers Dried Grains with Solubles, 세계적으로 DDGS의 90% 정도가 제아라레논에 오염됨)를 대상으로 고상발효 테스트를 통해 사료곡물 자체의 곰팡이 독소 분해효과를 검정하였다.For solid phase fermentation tests, the distillers dried grains with solubles (DGS), which are considered to be the most serious contamination of fungal toxins (about 90% of DDGS in the world) are subjected to solid phase fermentation tests. Fungal toxin degradation effects were assayed.

DDGS(수분함량 12.7%)의 수분함량을 40% 정도가 되게 물을 첨가하고 100℃에서 30분간 열처리를 통해 사료내에 존재하는 유해균을 어느 정도 사멸시킨 후 선발균주의 액상 배양물을 1%가 되게 접종하고 37℃에서 48시간 배양하고 건조를 드라이오븐을 이용하여 45℃에서 8시간 동안 실시한 후 곰팡이 독소 저감효과를 검증하였다.
Add water to the water content of DDGS (water content 12.7%) to about 40%, and kill some of the harmful bacteria in the feed through heat treatment at 100 ° C for 30 minutes to make the liquid culture of the selection strain 1%. After inoculation and incubation at 37 ° C. for 48 hours, drying was performed for 8 hours at 45 ° C. using a dry oven.

4) HPLC 분석을 통한 분해활성 검증4) Validation of degradation activity through HPLC analysis

고상발효를 통해 발효시간별 시료(0, 24, 48시간)를 면역친화성 컬럼(EASI-EXTRACT 제아라레논, R-biopharm)을 이용하여 전처리 과정을 거친 후 HPLC를 통해 분석을 진행하였다. HPLC 분석조건을 표 5에 나타내었다.The fermentation samples by solid phase fermentation (0, 24, 48 hours) were subjected to pretreatment using an immunoaffinity column (EASI-EXTRACT Zearenone, R-biopharm) and analyzed by HPLC. HPLC analysis conditions are shown in Table 5.

제아라레논 분석을 위한 HPLC 조건HPLC conditions for Zeararenone analysis HPLC 설정 및 조건HPLC settings and conditions 컬럼column Spherisorb ODS2(5㎛, 25cm x 4.6mm)Spherisorb ODS2 (5 μm, 25 cm x 4.6 mm) 이동상Mobile phase 50:50 아세토니트릴; 물, 아세트산으로 pH 3.2로 조절50:50 acetonitrile; PH 3.2 with water and acetic acid 흐름 속도Flow rate 1.0mL/min1.0 mL / min 형광 검출기 설정Fluorescent detector settings 여기: 274nm, 방출: 418nmExcitation: 274 nm, Emission: 418 nm 컬럼 가열기Column burner 25℃25 ℃ 체류 시간Residence time 14분14 minutes 주입량Dose 100㎕100 μl

5. 제아라레논 분해활성 유전자 선발 및 특성 분석5. Selection and Characterization of Zearenone Degrading Activity Gene

제아라레논(ZEN) 분해활성 유전자 선발방법은 다음과 같다.Zearenone (ZEN) degradation activity gene selection method is as follows.

1) ZEN 100㎍/mL을 함유하는 영양 배지에서 25℃, 1주일간 250rpm에서 세포 배양한다.1) Cell culture at 25 ° C. for 1 week at 250 rpm in a nutrient medium containing 100 μg / mL ZEN.

2) 1주일후, 배양물을 ZEN 25㎍/mL을 함유하는 새로운 영양 배지 1L에 옮기고, 1주일간 25℃에서 배양한다.2) After one week, the cultures are transferred to 1 L of fresh nutrient medium containing 25 μg / mL ZEN and incubated at 25 ° C. for one week.

3) 세포를 수거하고 버퍼 A(10mM Tris-HCl, pH 7.5)에 옮기고, 얼음상에서 초음파처리(수준 4에서 5분)한다.3) Collect cells and transfer to Buffer A (10 mM Tris-HCl, pH 7.5) and sonicate on ice (5 min at level 4).

4) 5,000g에서 원심분리하여 세포 찌꺼기를 제거한다.4) Remove cell debris by centrifugation at 5,000 g.

5) 상층액에 암모늄 설페이트를 40-60% 포화도로 첨가한다.5) Add ammonium sulfate to the supernatant with 40-60% saturation.

6) 10,000g에서 1시간동안 4℃에서 원심분리하여 침전물을 얻는다.6) Centrifuge at 10,000 ° C. for 1 hour at 4 ° C. to obtain a precipitate.

7) 버퍼 A에서 밤새 투석한다.7) Dialysis overnight in Buffer A.

8) 5mL HitrapQcolum(AmershamBioscience)에 시료를 적용한다.8) Apply the sample to 5 mL HitrapQcolum (Amersham Bioscience).

9) 버퍼 A 100mL에서 0 - 1 M NaCL의 선형 구배로 용출한다.9) Elute with a linear gradient of 0-1 M NaCL in 100 mL of buffer A.

10) 0.1M NaCl을 함유하는 버퍼 A를 이용한 Superdex75HR10/30(AmershamBioscience)에 의해 활성 분획 사이즈-분별증류한다.10) Active fraction size-fractionation by Superdex75HR10 / 30 (Amersham Bioscience) with buffer A containing 0.1 M NaCl.

11) 버퍼 A로 예비-평형된 음이온-교환 컬럼(MonoQHR5/5, Amershambioscience)에 촉매 분획을 적용하고, 20mL의 NaCl 구배로 용출한다(0 - 0.5M, 0.25M에서 활성 분획 용출).11) Apply the catalyst fraction to an anion-exchange column (MonoQHR5 / 5, Amershambioscience) pre-equilibrated with buffer A and elute with a 20 mL NaCl gradient (active fraction elute at 0-0.5M, 0.25M).

12) 마지막 모노 Q 단계를 반복하여 엷은 오염 단백질을 제거한다.12) Repeat the last mono Q step to remove pale contaminated protein.

13) 상기 모든 정제 단계는 4℃에서 수행된다.
13) All the above purification steps are carried out at 4 ° C.

II. 결과 및 고찰II. Results and Discussion

1. 사료용 곡물의 곰팡이 독소 분석결과1. Results of Fungal Toxin Analysis in Grain for Feed

국내 유통중인 사료 원료의 제아라레논 함량 분석 결과Results of Zearenone Content Analysis in Feed Ingredients in Korea 시료 번호Sample number 원료 정보Raw material information ELISA 키트(40-1000ppb)ELISA kit (40-1000 ppb) HPLC-FLD
(ppb)
HPLC-FLD
(ppb)
AA BB CC 1One 국산 대두박Domestic soybean meal 7.97.9 18.518.5 56.956.9 55.855.8 22 남미 대두박South American Soybean Meal 23.523.5 29.029.0 75.375.3 61.661.6 33 소맥피Wheat flour 0.10.1 3.43.4 37.037.0 -- 44 미강Rice bran 7.97.9 14.014.0 41.241.2 -- 55 국산대두박Domestic soybean meal 27.227.2 18.818.8 69.769.7 -- 66 소맥피Wheat flour 3.23.2 5.35.3 38.838.8 -- 77 단백피Protein 68.468.4 66.566.5 92.392.3 103.0103.0 88 미강Rice bran 25.125.1 16.816.8 38.338.3 -- 99 팜박Palm Park 4.84.8 10.510.5 36.536.5 -- 1010 미산 옥수수(통곡)Uncooked corn (whole grain) 5.85.8 7.47.4 30.930.9 -- 1111 중국 옥수수(3mm)Chinese Corn (3mm) 9.79.7 14.214.2 35.535.5 -- 1212 중국 소맥Chinese Wheat 25.725.7 15.815.8 60.060.0 trtr 1313 인도 대두박Indian Soybean Meal 7.37.3 9.89.8 42.442.4 65.065.0 1414 단백피Protein 99.499.4 82.882.8 138.2138.2 77.077.0 1515 미산 옥수수(통곡)Uncooked corn (whole grain) 4.64.6 -- 18.818.8 -- 1616 중국 옥수수(통곡)Chinese Corn (Whole Grain) 13.513.5 4.44.4 45.945.9 -- 1717 미산 옥수수(3mm)Rice maize (3mm) 19.319.3 4.24.2 31.931.9 -- 1818 중국 옥수수(3mm)Chinese Corn (3mm) 37.737.7 26.226.2 76.976.9 -- 1919 미산 옥수수(7mm)Rice maize (7mm) 10.810.8 0.30.3 23.623.6 -- 2020 중국 옥수수(5mm)Chinese Corn (5mm) 17.717.7 2.82.8 23.323.3 -- 2121 소맥Wheat 74.374.3 36.336.3 62.562.5 96.396.3 2222 남미 대두박South American Soybean Meal 22.222.2 22.822.8 38.838.8 69.169.1 2323 국산 대두박Domestic soybean meal 1.51.5 19.419.4 33.433.4 59.059.0 2424 인도 대두박Indian Soybean Meal -- 7.77.7 70.970.9 -- 2525 소맥피Wheat flour -- 0.70.7 86.986.9 79.479.4 2626 미강Rice bran 49.149.1 64.164.1 70.370.3 --

상기 표 6에 나타낸 바와 같이, 사료용 곡물에서 곰팡이 독소(제아라레논)를 측정한 결과 국산 및 수입산 모두에서 상당한 양의 곰팡이 독소가 검출되는 것을 확인할 수 있었다.
As shown in Table 6, as a result of measuring the fungal toxin (zearenone) in the feed grain it was confirmed that a significant amount of the fungal toxin is detected in both domestic and imported.

2. 미생물학적 처리를 위한 곰팡이 독소 분해 균주 선발2. Selection of Mold Toxin Degrading Strains for Microbiological Treatment

1) 제아라레논 분해 활성 균주 선발1) Selection of Zearenone Degrading Active Strains

축분 발효장, 산업폐수 및 공단지역 시료로부터 제아라레논 분해 활성이 99%이상인 우수한 균주를 선발하였으며, 90%이상의 활성을 가지는 균주를 총 3종 선발하였다. 그중 분해활성이 가장 우수한 선발 균주를 16S rDNA 분석을 통해 동정을 실시한 결과, 선발 균주는 생균제로 활용가능한 균주인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)와 호몰로지가 약 97%인 것으로 판명되었다. 상기 선발 균주를 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501 이라 명명하고, 한국미생물보존센터(KCCM)에 기탁하였다(기탁번호: KCCM10930P, 기탁일자: 2008년 3월 6일).Excellent strains with more than 99% zearalenone degradation activity were selected from livestock fermentation plant, industrial wastewater and industrial area samples, and three strains with more than 90% activity were selected. Among the strains having the highest degradation activity, 16S rDNA analysis was performed, and the selected strains were found to have about 97% of Bacillus subtilis and homology, which can be used as probiotics . The selection strain was named Bacillus subtilis GB-501 and deposited in Korea Microorganism Conservation Center (KCCM) (Accession No .: KCCM10930P, Deposit Date: March 6, 2008).

선발 균주 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501(이하, 간단히 'GB-501'이라고도 칭함)의 계통도를 도 1에 나타내었다.
A schematic diagram of the selected strain Bacillus subtilis GB-501 (hereinafter also referred to simply as 'GB-501') is shown in FIG. 1.

3. 선발 균주의 특성 연구3. Characterization of Selection Strains

1) 선발 균주의 제아라레논 분해 활성 평가1) Evaluation of Zearenone Degradation Activity of Selected Strains

선발 균주의 배양시간별 분해 활성을 평가한 결과를 도 2에 나타내었다. 배양 5시간까지는 제아아레논 농도의 변화가 없었으나, 그 이후 미생물 균수가 105 cfu/mL 이상이 되기 시작하는 시점부터 제아라레논 농도의 급격한 변화가 관찰되어, 균수가 108 cfu/mL 에 도달하는 배양 12시간에는 95%이상의 제아라레논이 분해된 것을 확인하였다.
The results of evaluating the degradation activity of the selected strains by incubation time are shown in FIG. 2. There was no by culturing 5 time that the changes in the alas fluorenone concentration, that from the moment the microorganisms bacteria will begin to 10 5 cfu / mL over a sharp change of the Ara fluorenone concentration observed Then, the number of bacteria is to 10 8 cfu / mL At 12 hours of incubation, 95% or more of zearenone was decomposed.

2) TLC를 이용한 제아라레논 분해 활성 평가2) Evaluation of Zearenone Degradation Activity Using TLC

제아라레논 분해 활성을 TLC 분석을 통해 재확인하였으며, 그 결과를 도 3에 나타내었다. 그 결과 배양 12시간 이후에는 제아라레논이 검출되지 않았으며, 선발 균주인 GB-501 균주에 의해 제아라레논이 분해된 것으로 판단할 수 있다.
Zearenone degradation activity was reconfirmed by TLC analysis, and the results are shown in FIG. 3. As a result, after 12 hours of incubation, no zearenone was detected, and it may be determined that zearenone was decomposed by the strain GB-501.

3) 선발 균주의 제아라레논 이용성 분석3) Zearenone availability analysis of selected strains

선발 균주인 GB-501 균주 및 이외 다른 선발 균주들(GB-ZEN-14 및 GB-ZEN-46)이 단독 탄소 공급원으로 제아라레논 이용성을 분석하기 위해 최소배지(Minimal salt media)에 탄소 공급원으로서 제아라레논을 첨가하여 균주에 의한 이용성을 평가하였다(표 7). 제아라레논 이용성 확인을 통해 제아라레논의 분해 관련 메카니즘을 보다 쉽게 파악할 수 있을 것으로 판단되었으나, 탄소 공급원으로 이용성은 36%로 크지 않은 것으로 분석되었다. 하지만, 탄소 공급원으로서 제아라레논을 첨가하지 않은 대조구에서는 GB-501 균주의 성장이 되지 않은 것으로 보아 탄소 공급원으로 이용성은 있는 것으로 판단된다. 이는 탄소 공급원에 제한에 의한 것으로 적정 균수에 따라 분해를 위한 효소 등의 생성 정도가 달라지나, 초기 탄소 공급원을 제한하여 균 성장 및 효소 활성이 낮아서 발생하였을 가능성이 높다. 따라서, 특정 균수(106 cfu/mL) 정도까지 자라는데 필요한 최소한의 영양소만을 이용하여 성장할 것으로 판단되며, 배양을 위한 초기단계에서 균수를 106-107 cfu/mL 정도로 맞춰 배양을 시작할 경우 현재와 다른 양상의 결과를 가져올 것으로 판단되며, 탄소 공급원으로서 이용성도 가지고 있지만, 그것 보다는 특정 효소 등에 의해 제아라레논이 분해된 것으로 판단된다. Selection strain GB-501 and other selection strains (GB-ZEN-14 and GB-ZEN-46) were used as the carbon source in the minimal salt media to analyze zearenone availability as the sole carbon source. Zearenone was added to assess availability by strains (Table 7). It was judged that the mechanism of decomposition of zearalenone could be more easily identified through the verification of zearenone availability, but the availability as a carbon source was not as high as 36%. However, it was judged that the GB-501 strain was not grown in the control group which did not add zearenone as a carbon source, and thus it was found to be useful as a carbon source. This is due to the restriction on the carbon source, and the degree of generation of enzymes for decomposition varies depending on the appropriate number of bacteria. Therefore, it is expected to grow using only the minimum nutrients necessary to grow up to a specific number of bacteria (106 cfu / mL). It is thought to bring about the result, and it is also useful as a carbon source, but it is believed that zearenone is decomposed by a specific enzyme or the like.

탄소 및 에너지의 단독 공급원으로서 제아라레논을 함유한 액상 배지에서(37℃, 150rpm) GB-501에 의한 제아라레논의 이용성Availability of Zeararenone by GB-501 in a Liquid Medium Containing Zearalenone as a Source of Carbon and Energy (37 ° C, 150rpm) 균주Strain 미생물 수(cfu/mL)Microbial Count (cfu / mL) 이용성(%)Usability (%) 초기Early 24시간24 hours GB-ZEN-17GB-ZEN-17 ~ 102 To 10 2 2.6 x 106 2.6 x 10 6 3636 GB-ZEN-14GB-ZEN-14 ~ 102 To 10 2 6.8 x 105 6.8 x 10 5 2222 GB-ZEN-46GB-ZEN-46 ~ 102 To 10 2 3.4 x 106 3.4 x 10 6 2929 대조구
(제아라레논 없음)
Control
(There is no zeararenon)
~ 102 To 10 2 6.5 x 103 6.5 x 10 3

4) 제아라레논 분해 균주의 분해활성 특성에 대한 조사4) Investigation of the Degradation Activity Characteristics of Zearenone Degrading Strains

제아라레논 분해활성을 가진 선발 균주의 액상 배양 및 세포(미생물 균체), 배양물, 브로쓰에 대해 각각 분류를 통해 제아라레논 분해가 이루어지는 부분을 확인하였다(표 8). 확인 결과, 가장 많은 분해활성을 가진 부분은 세포 자체로, 이는 세포에 바운더리되어있는 효소에 의해 분해된 것으로 판단되며, 세포 + 브로쓰의 분해활성 정도가 배양물(세포 + 브로쓰)이 되어야 하나, 그렇지 못한 것은 앞선 실험결과와 같이 균주 자체가 일정 부분(10% 정도)은 탄소 공급원으로 이용하기때문일 것으로 판단된다. 따라서, 선발 균주의 제아라레논에 대한 분해활성은 세포외부의 바운더리되어 있는 효소의 작용에 의해 이루어지며 일부는 균주 자체의 영양소로 이용되는 등 복합적인 작용에 의한 것으로 판단된다. 따라서, 유전자 선발 단계에서 효소 선발에 초점을 맞추었다.Part of the liquid culture and selection of cells (microbial cells), cultures and broths of the selected strains having a zealenone degrading activity were identified to determine the parts of the zearenone degrading (Table 8). As a result, it is determined that the most degrading activity is the cell itself, which is decomposed by the enzyme bound to the cell, and the degree of degrading activity of the cell + broth should be culture (cell + broth). This is because the strain itself uses a portion (about 10%) as a carbon source. Therefore, the degrading activity of the selected strain against the zearenone is made by the action of an enzyme bound to the outside of the cell, and some of the strains are used as a nutrient for the strain itself. Therefore, the focus was on enzyme selection at the gene selection stage.

분리된 균주에 의한 제아라레논의 분해(%)Degradation of Zeararenone (%) by Isolated Strains 균주Strain 배양물Culture 세포 바운더리Cell boundary 세포내Intracellular 세포외(브로쓰)Extracellular (broth) GB-501GB-501 9999 6161 3535 2525 GB-ZEN-14GB-ZEN-14 9797 6262 3535 2121 GB-ZEN-46GB-ZEN-46 9999 6666 3333 1919

4. 선발 미생물의 배양방법 확립4. Establishment of cultivation method of selected microorganisms

1) 선발균주의 액상 배양 조건 확립1) Establishment of liquid culture conditions for selected strains

발효시간별 제아라레논 분해활성을 확인하기 위해 LB 브로쓰에서 24시간 배양하면서 각 시간별로 시료를 취해 제아라레논 분해 활성을 분석하였다(도 4). 배양시간별 분해활성은 전체적으로 균수에 비례하여 증가하는 경향을 보이며, 배양 12시간째에 90%정도의 분해 활성을 나타내었으며, 이 때의 균수는 109 cfu/mL이상이었다.In order to confirm the fermentation time of zearenone degradation activity, samples were taken for each hour while incubating in LB broth for 24 hours to analyze zearenone degradation activity (FIG. 4). The degradation activity of each culture time tended to increase in proportion to the number of bacteria, and the degradation activity was about 90% at 12 hours of culture, and the number of bacteria was 10 9 cfu / mL or more.

액상배양을 위한 배지조건을 설정하기 위해 곰팡이 독소 분해활성 균주의 성장을 조사한 결과, 뉴트리언트 브로쓰 혹은 LB 브로쓰에서 성장이 우수하므로, 배지조성을 가격적인 측면을 고려하여 글루코즈, 이스트 추출물, 소디움 클로라이드를 적절한 비율로 혼합배지(GB 브로쓰)를 제조하여 액상발효 24시간 후 균수 변화 및 분해활성 측면에서 다른 상업적인 배지와 큰 차이를 보이지 않아 액상 발효를 위한 배지로 선정하였으며, 고상발효를 위한 종균 제조용으로 사용하였다. 액상배양을 위한 배지조건은 하기 표 9에 나타내었다.
As a result of investigating the growth of fungal toxin-degrading strains in order to set the medium condition for liquid culture, glucose, yeast extract, sodium chloride were considered in consideration of the cost of the medium composition due to the excellent growth in nutrient broth or LB broth. The mixed medium (GB broth) was prepared at an appropriate ratio, and after 24 hours of liquid fermentation, it was selected as a medium for liquid fermentation because it did not show a big difference from other commercial mediums in terms of bacterial count and degradation activity. Used as. Medium conditions for liquid culture are shown in Table 9 below.

선발 균주의 액상 발효를 위한 배지Medium for Liquid Fermentation of Selected Strains 배지badge Log CFU/mLLog CFU / mL 분해능(%)Resolution (%) LB 브로쓰LB Broth 9.289.28
98-100

98-100
뉴트리언트 브로쓰Nutrient Broth 9.309.30 GB 브로쓰GB Broth 9.159.15 트립틱 소이 브로쓰Tryptic Soi Broth 8.908.90

2) 고상 배양 조건 확립2) Establishment of solid phase culture conditions

선발 균주에 대한 대량생산을 위한 고상발효 조건을 실험실 차원에서 확립하였다. 고상배양을 위한 조건에서 발효조건은 선발균주가 바실러스 균주로 곰팡이 독소 저감효과를 확인하여 95% 이상 저감효과를 나타내는 24시간을 총 발효시간으로 설정하였다. 고상배양을 위해서 대두박을 원료로 사용하고 초기 수분함량을 40%수준으로 맞춰 오토클래이브를 통해 멸균을 실시한 후 액상종균을 1% 수준으로 접종하고 고상발효를 진행하였다. 발효온도조건을 37℃, 습도 70%이상으로 확정하였다. 그렇지만, 대상원료에 따라서 발효조건을 조금씩 달리해야 할 것이다.Solid phase fermentation conditions for mass production of the selected strains were established at the laboratory level. The fermentation conditions in the solid phase culture conditions were selected as the total fermentation time of 24 hours showing the reduction effect of more than 95% by identifying the fungal toxin reduction effect as the Bacillus strain. Soybean meal was used as a raw material for solid phase cultivation and the initial moisture content was adjusted to 40% level, followed by sterilization through autoclave, followed by inoculation with 1% level of liquid spawn and solid phase fermentation. Fermentation temperature conditions were determined to be 37 ℃, humidity more than 70%. However, the fermentation conditions will have to vary slightly depending on the raw materials.

종균 접종량에 따른 발효시간별 균수의 변화 조사를 통해 종균 첨가량이 0.5%를 제외하고는 1-4%까지는 동일한 성장패턴을 보여 종균첨가 수준을 1%로 설정하였으며, 초기 수분함량은 20-45%까지의 테스트를 통해 40%로 설정하였다.
Investigation of the change of the number of bacteria by fermentation time according to spawn inoculation amount showed the same growth pattern up to 1-4% except the addition of 0.5%, and the seed addition level was set to 1%, and the initial water content was up to 20-45%. The test was set to 40%.

3) DDGS 고상발효를 통한 곰팡이 독소 분해활성 테스트3) Mold Toxin Degradation Activity Test through DDGS Solid Phase Fermentation

고상발효 테스트를 위해 곰팡이 독소의 오염이 가장 심각하다고 판단되는 DDGS(Distillers Dried Grains with Solubles)를 대상으로 고상발효 테스트를 통해 사료곡물 자체의 곰팡이 독소 분해효과를 검정한 결과, 종균접종후 균수는 105 cfu/mL 수준이었으나, 배양 24시간에 108 cfu/mL 수준으로 증가하였으며, 이로 인한 곰팡이 독소 분해활성이 높아지는 것으로 판단된다. 초기 원료자체에 존재하는 제아라레논 농도는 250ppb로 높은 수준이었으나, 발효 24시간부터는 초기 원료의 곰팡이 독소 대비 90%이상 수준으로 감소된 것을 확인하였다(도 5). 따라서, 발효를 통해서도 충분히 사료곡물에 오염된 곰팡이 독소의 저감효과를 가져올 수 있을 것으로 판단된다.
For the solid phase fermentation test, we tested the fungal toxin degrading effect of feed grains on DDGS (Distillers Dried Grains with Solubles), which is considered to be the most serious toxin contamination. The level of cfu / mL, but increased to 108 cfu / mL level at 24 hours of culture, thereby increasing the fungal toxin degradation activity. Zearenone concentration present in the initial raw material itself was a high level of 250ppb, but from 24 hours of fermentation it was confirmed that the reduction to more than 90% compared to the fungal toxin of the initial raw material (Fig. 5). Thus, fermentation is expected to bring about a reduction in fungal toxins sufficiently contaminated with feed grains.

4) HPLC 분석을 통한 분해활성 검증4) Validation of degradation activity through HPLC analysis

고상발효를 통해 발효시간별 시료(0, 24, 48시간)를 면역친화성 컬럼(EASI-EXTRACT 제아라레논, R-biopharm)을 이용하여 전처리 과정을 거친 후 HPLC를 통해 분석을 진행하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.The fermentation samples by solid phase fermentation (0, 24, 48 hours) were subjected to pretreatment using an immunoaffinity column (EASI-EXTRACT Zearenone, R-biopharm) and analyzed by HPLC. The results are shown in Fig.

분석결과, 0시간 시료에서는 제아라레논이 검출되지만, 발효 24시간, 48시간 시료에서는 거의 검출되지 않은 것으로 보아 ELISA 키트를 이용하여 분석한 결과와 동일하게 발효과정중 분해된 것으로 판단된다.
As a result, zearenone was detected in the 0 hour sample, but rarely detected in the 24 and 48 hour fermentation samples.

5. 제아라레논(ZEN) 분해활성 단백질 선발 및 특성 분석5. Selection and Characterization of Zearenone (ZEN) Degrading Activity Proteins

1) ZEN 분해활성 단백질 선발1) Selection of ZEN Degradation Activity Protein

ZEN 1ppm을 첨가한 LB broth 100mL에 선발균주를 접종하고 30°C에서 250rpm으로 발효하였다. 발효 2일 후 ZEN 1,000ppb의 농도가 되게 첨가한 LB broth 1L에 접종하고 다시 30°C에서 250rpm으로 추가 3일 동안 발효하였다. LB broth was added to 100 mL of LB broth to which 1 ppm of ZEN was added, followed by fermentation at 250 rpm at 30 ° C. After 2 days of fermentation, inoculated into 1 L LB broth added to a concentration of 1,000 ppb ZEN and fermented again at 250 ° C for another 3 days.

발효 후 원심분리하여 세포를 회수하고 30mL의 버퍼[10 mM Tris/HCl (pH 7.5)]에 재현탁한 후 얼음에서 5분간 초음파분해하였다. 세포 잔해물은 원심분리를 통해 제거하고 암모늄 설페이트를 총 중량의 70중량%가 되게 첨가하고 투석 튜브에 넣어서 PMSF와 펩스태틴 A를 첨가한 Tris 버퍼에서 24시간동안 투석하고 10,000g에서 1시간동안 원심분리하여 단백질을 농축시켰다. 단백질 샘플을 5 mL HiTrap DEAE column에 로딩한 후 NaCl 버퍼를 이용하여 용출하여 각 분획을 포집하였다. 포집한 분획 중 ZEN 분해활성 평가를 통해 ZEN 분해활성이 우수한 분획을 Superdex 75 HR 10/30 column을 이용하여 크기별로 분리한 후 다시 ZEN 분해활성에 대한 평가를 통해 분해활성을 가진 분획을 최종 5mL Mono Q column을 이용하여 분리한 후 ZEN 분해활성을 평가한 후 최종 분해활성 단백질을 선발하였다.After fermentation, the cells were recovered by centrifugation, resuspended in 30 mL of buffer [10 mM Tris / HCl (pH 7.5)], and sonicated on ice for 5 minutes. Cell debris was removed by centrifugation, ammonium sulfate was added to 70% by weight of the total weight and placed in a dialysis tube, dialyzed in Tris buffer with PMSF and Peptatin A for 24 hours and centrifuged at 10,000 g for 1 hour. The protein was concentrated. Protein fractions were loaded on a 5 mL HiTrap DEAE column and eluted with NaCl buffer to capture each fraction. From the collected fractions, the fractions with good ZEN degradation activity were separated by size using the Superdex 75 HR 10/30 column through evaluation of the ZEN degradation activity. After separation using Q column, ZEN degradation activity was evaluated and final degradation activity protein was selected.

선발 단백질은 전기영동 후 PVDF 멤브레인으로 옮긴 후 N-말단 아미노산 시퀀싱을 통해 서열을 분석하였다. 확인된 서열은 NCBI 단백질 블라스트를 통해 최종단백질 서열을 결정하였다.
Selected proteins were transferred to PVDF membranes after electrophoresis and sequenced through N-terminal amino acid sequencing. The identified sequence determined the final protein sequence via NCBI protein blast.

2) 단백질 전기영동2) Protein Electrophoresis

SDS-PAGE는 12.5% 폴리아크릴아미드 겔을 이용하여 Laemmli(1970)의 방법에 따라 진행하였다. 염색은 brillinant blue R-250을 이용하였고, 분자량은 마커를 통해 확인하였다.
SDS-PAGE was run according to the method of Laemmli (1970) using a 12.5% polyacrylamide gel. Staining was carried out using brillinant blue R-250, the molecular weight was confirmed through a marker.

3) 결과3) Results

ZEN 분해활성 단백질 선발은 DEAE-sepharose column을 이용하여 예비 테스트를 실시한 후 NaCl 농도별로 용출하여 ZEN 분해활성을 검증 한 후 분리를 위한 컬럼을 선정하였다. ZEN 분해활성은 ELISA 방법을 통해 분석 후 그 결과를 도 7에 나타내었다.For ZEN degradation protein selection, preliminary tests were carried out using DEAE-sepharose columns, followed by elution by NaCl concentration to verify ZEN degradation activity, and then columns were selected for separation. ZEN degradation activity is shown in Figure 7 after the analysis by ELISA method.

분해활성 테스트 결과, 분획 IV 및 V에서 ZEN 분해활성이 각각 63%정도였다. 선발된 분획 IV 및 V를 HiTrap Q column, Superdex 75 column, 및 mono Q column을 이용하여 단계별로 분해활성이 확인된 분획만을 순차적으로 선발하였다. 최종적으로 선발된 분획 IV의 경우 61%의 분해활성을 나타내는 것을 확인하여 최종 분해활성 단백질로 선발하였다. 선발된 분해활성 단백질은 SDS-PAGE를 통해 크기를 확인 하고(도 8), 최종적으로 PVDF 멤브레인으로 옮겨 아미노산 분석기를 이용하여 N-말단 아미노산 서열을 분석하였다(N-말단 단백질 서열분석기(Automatic protein sequencer, Applied Biosystems), 한국기초과학지원연구원, 대전). 서열 분석결과 RVNKLTCVDS로 분석되었으며, 단백질의 서열 및 기능을 확인하기 위해 NCBI 블라스트 서치(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov) 및 ExPASy Proteomics Server의 블라스트 서치(http://expasy.org)를 통해 단백질을 검색한 결과 Bacillus sp. B14905(NCBI Reference Sequence: ZP_01724343.1, ExPASy Sequence Name: A3IBA6)의 특성이 밝혀지지 않은 가상단백질과 서열이 동일한 것으로 확인되었으며, Lysinibacillus sphaericus([Lysinibacillus sphaericus (strain C3-41)] / NCBI Reference Sequence: YP_001699051.1, ExPASy Sequence Name: B1HRE1])의 가상단백질과는 9개의 서열이 일치하는 것으로 확인되었다 (표 10). As a result of the degradation activity test, the ZEN degradation activity in fractions IV and V was about 63%, respectively. The selected fractions IV and V were sequentially selected using only HiTrap Q column, Superdex 75 column, and mono Q column. Finally, the selected fraction IV showed 61% degradation activity and was selected as the final degradation activity protein. The selected cleavage protein was confirmed in size through SDS-PAGE (FIG. 8), and finally transferred to PVDF membrane for analysis of N-terminal amino acid sequence using an amino acid analyzer (N-terminal protein sequencer (Automatic protein sequencer). , Applied Biosystems), Korea Basic Science Institute, Daejeon). Sequence analysis was performed by RVNKLTCVDS, NCBI blast search ( http://blast.ncbi.nlm.nih.gov) and blast search (http://expasy.org) of ExPASy Proteomics Server to confirm protein sequence and function. ), The protein was found using Bacillus sp. B14905 (NCBI Reference Sequence: ZP_01724343.1, ExPASy Sequence Name: A3IBA6) was confirmed to have the same sequence as the unidentified virtual protein, Lysinibacillus sphaericus ([Lysinibacillus sphaericus (strain C3-41)] / NCBI Reference Sequence: YP_001699051.1, ExPASy Sequence Name: B1HRE1] ) and nine sequences were found to be identical (Table 10).

분리된 분획의 N-말단 아미노산 서열N-terminal Amino Acid Sequence of Isolated Fraction 아미노산 서열Amino acid sequence 호몰로지 서치 결과Homology search results






RVNKLTCVDS







RVNKLTCVDS

1. 가상 단백질[Bacillus sp.]
Putative uncharacterized protein [BB14905_10835] [Bacillus sp. B14905]

쿼리 1 RVNKLTCVDS 10
RVNKLTCVDS

대상 90 RVNKLTCVDS 99

1. Virtual protein [Bacillus sp.]
Putative uncharacterized protein [BB14905_10835] [Bacillus sp. B14905]

Query 1 RVNKLTCVDS 10
RVNKLTCVDS

Target 90 RVNKLTCVDS 99

1. 가상 단백질[Lysinibacillus sphaericus]
Putative uncharacterized protein [Bsph_3429] [Lysinibacillus sphaericus (strain C3-41)]

쿼리 1 RVNKLTCVDS 10
RV+KLTCVDS

대상 90 RVDKLTCVDS 99

1. Virtual protein [Lysinibacillus sphaericus]
Putative uncharacterized protein [Bsph_3429] [Lysinibacillus sphaericus (strain C3-41)]

Query 1 RVNKLTCVDS 10
RV + KLTCVDS

Target 90 RVDKLTCVDS 99

또한, 상기와 같이 NCBI 단백질 블라스트를 통해 최종단백질 서열 및 염기서열을 확인하였으며, 이의 아미노산 서열을 서열목록 1에 나타내었으며, 예상되는 이의 염기 서열을 서열목록 2에 나타내었다.In addition, the final protein sequence and nucleotide sequence were confirmed through the NCBI protein blast as described above, its amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 1, and the expected base sequence thereof is shown in SEQ ID NO: 2.

한국미생물보존센터(국외)Korea Microorganism Conservation Center (overseas) KCCM10930PKCCM10930P 2008030620080306

서열목록 전자파일 첨부Attach an electronic file to a sequence list

Claims (9)

서열 목록 2의 염기서열을 포함하는 유전자를 발현하는, 제아라레논 분해 활성을 갖는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501(기탁번호: KCCM10930P, 기탁일자: 2008년 3월 6일).
Bacillus subtilis GB-501 (accession number: KCCM10930P, deposited date: March 6, 2008) having zearenone degrading activity, which expresses a gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.
삭제delete (a) 제 1항의 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501을 준비하는 단계;
(b) 상기 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) GB-501을 배양하여 제아라레논 분해 활성을 갖는 서열 목록 1의 아미노산 서열을 포함하는 단백질을 생성하는 단계; 및
(c) 상기 단백질을 배양물로부터 정제하는 단계
를 포함하는 제아라레논 분해 활성을 갖는 단백질의 생산 방법.
(A) preparing a Bacillus subtilis GB-501 of claim 1;
(b) culturing the Bacillus subtilis GB-501 to produce a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 having zearalenone degrading activity; And
(c) purifying the protein from the culture
Method of producing a protein having a zeararenone degrading activity comprising a.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020100113389A 2010-11-15 2010-11-15 Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using thereof and feed additives comprising the same KR101280811B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100113389A KR101280811B1 (en) 2010-11-15 2010-11-15 Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using thereof and feed additives comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100113389A KR101280811B1 (en) 2010-11-15 2010-11-15 Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using thereof and feed additives comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120068096A KR20120068096A (en) 2012-06-27
KR101280811B1 true KR101280811B1 (en) 2013-07-02

Family

ID=46686861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100113389A KR101280811B1 (en) 2010-11-15 2010-11-15 Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using thereof and feed additives comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101280811B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160044040A (en) * 2013-08-28 2016-04-22 에르버 악티엔게젤샤프트 Polypeptide for the hydrolytic cleavage of zearalenone and/or zearalenone derivatives, isolated polynucleotide thereof, and additive containing polypeptide, use of said polypeptide and method

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101457122B1 (en) * 2013-04-02 2014-11-04 주식회사 대호 A method for preparing feed additive consist of mineral material and a novel microbial agent
KR101494624B1 (en) * 2013-11-07 2015-02-24 동아대학교 산학협력단 Agromyces sp. M15 strain having degradation activity of zearalenone and uses thereof
KR102108744B1 (en) * 2017-10-20 2020-05-08 대한민국 Clonostachys rosea having degradation activity for zearalenone and uses thereof
CN110029095B (en) * 2019-04-15 2022-06-07 南京工业大学 Zearalenone degrading enzyme and application thereof
CN112063559B (en) * 2020-09-20 2022-05-17 河南新汉博生物科技有限公司 Zearalenone degrading strain and application thereof
CN112410269B (en) * 2020-12-09 2021-10-22 中国科学院天津工业生物技术研究所 Bacillus subtilis and application thereof in degradation of zearalenone
CN112708604B (en) * 2021-01-29 2022-08-30 潍坊康地恩生物科技有限公司 Zearalenone toxin degrading enzyme mutant and high-yield strain thereof
CN115521886A (en) * 2022-10-12 2022-12-27 青岛农业大学 Feed fermentation preparation fermented by moxa slag and preparation method and application thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004000130A (en) 2002-03-25 2004-01-08 Inst Of Physical & Chemical Res Zearalenone detoxification enzyme gene and transformant transferred with the same
KR20070086319A (en) * 2004-11-16 2007-08-27 에르버 악티엔게젤샤프트 Micro-organism for decontaminating fumonisins and its use, method for decontaminating fumonisins and feed additives containing said micro-organism

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004000130A (en) 2002-03-25 2004-01-08 Inst Of Physical & Chemical Res Zearalenone detoxification enzyme gene and transformant transferred with the same
KR20070086319A (en) * 2004-11-16 2007-08-27 에르버 악티엔게젤샤프트 Micro-organism for decontaminating fumonisins and its use, method for decontaminating fumonisins and feed additives containing said micro-organism

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Genbank accession No.AB304460 (2007.10.26.) *
Genbank accession No.AB304460 (2007.10.26.)*
조경진, 충남대학교 대학원, 박사학위논문(2009.02.) *
조경진, 충남대학교 대학원, 박사학위논문(2009.02.)*

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160044040A (en) * 2013-08-28 2016-04-22 에르버 악티엔게젤샤프트 Polypeptide for the hydrolytic cleavage of zearalenone and/or zearalenone derivatives, isolated polynucleotide thereof, and additive containing polypeptide, use of said polypeptide and method
KR102075752B1 (en) 2013-08-28 2020-02-10 에르버 악티엔게젤샤프트 Polypeptide for the hydrolytic cleavage of zearalenone and/or zearalenone derivatives, isolated polynucleotide thereof, and additive containing polypeptide, use of said polypeptide and method
KR20200015842A (en) * 2013-08-28 2020-02-12 에르버 악티엔게젤샤프트 Polypeptide for the hydrolytic cleavage of zearalenone and/or zearalenone derivatives, isolated polynucleotide thereof, and additive containing polypeptide, use of said polypeptide and method
KR102215533B1 (en) 2013-08-28 2021-02-15 에르버 악티엔게젤샤프트 Polypeptide for the hydrolytic cleavage of zearalenone and/or zearalenone derivatives, isolated polynucleotide thereof, and additive containing polypeptide, use of said polypeptide and method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120068096A (en) 2012-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101280811B1 (en) Microorganism having zearalenone decomposing activity, method for degrading zearalenone using thereof and feed additives comprising the same
CN110804570B (en) Bacillus beijerinckii for simultaneously degrading zearalenone and aflatoxin and application thereof
Xu et al. Antibacterial activity of the lipopetides produced by Bacillus amyloliquefaciens M1 against multidrug-resistant Vibrio spp. isolated from diseased marine animals
Schatzmayr et al. Investigation of different yeast strains for the detoxification of ochratoxin A
Sethi et al. Production of α-amylase by Aspergillus terreus NCFT 4269.10 using pearl millet and its structural characterization
EP2379705B1 (en) A bile resistant bacillus composition
CN105087444B (en) The bacillus amyloliquefaciens of degrading zearalenone and its application
TWI545193B (en) Bacillus amyloliquefaciens and uses of zearalenone detoxification
Zhang et al. Isolation and characterization of a novel gossypol-degrading bacteria Bacillus subtilis strain Rumen Bacillus Subtilis
Cho et al. Biodegradation of ochratoxin A by Aspergillus tubingensis isolated from meju
CN114134075B (en) Bacillus bailii capable of producing complex enzyme with high yield and simultaneously degrading mycotoxin with high efficiency and application thereof
CN110564640B (en) Siamese bacillus WF2019 strain for degrading aflatoxin B1 and application thereof
Hong-Thao et al. Biological characteristics and antimicrobial activity of endophytic Streptomyces sp. TQR12-4 isolated from elite Citrus nobilis cultivar Ham Yen of Vietnam
CN111808765B (en) Bacillus subtilis capable of efficiently degrading vomitoxin and application thereof
CA2958602A1 (en) Essential amino acids provided by bacillus in liquid feed
CN110878265A (en) Bacillus subtilis for degrading aflatoxin and application thereof
EP3308652B1 (en) Method for concentrating protein in grain powder
do Prado et al. Screening of Aspergillus, Bacillus and Trichoderma strains and influence of substrates on auxin and phytases production through solid-state fermentation
Su et al. Improved production of spores and bioactive metabolites from Bacillus amyloliquefaciens in solid-state fermentation by a rapid optimization process
Hamza et al. Functional properties of Rhizopus oryzae strains isolated from agricultural soils as a potential probiotic for broiler feed fermentation
Elleuch et al. Cyclic lipopeptides and other bioactive secondary metabolites from a new terrestrial Streptomyces sp. TN272
CN107236691B (en) Rex rabbit-derived bacillus subtilis and application thereof in improving growth performance of rex rabbits
CN106036377B (en) Application of Lactococcus lactis (Lactococcus lactis) CAMT22361 in degradation T-2 toxin
CN115948305B (en) Bacillus subtilis capable of efficiently degrading various mycotoxins and application thereof
KR20130036973A (en) Bacillus subtilis gb-s14 strain having improved ability of decomposing histamine, and process for producing fishmeal having decreased content of histamine

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160425

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170623

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190619

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200312

Year of fee payment: 8