KR102346551B1 - Mass production method for cronobacter sakazakii bacteriophage - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박테리오파지, 구체적으로 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii) 박테리오파지의 대량 생산 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 본 발명은 2단계 자체순환(two-stage self-cycling, TSSC) 공정으로 구성되어 공정 초기에 크로노박터 사카자키의 배양에 있어 필요한 영양 배지를 첨가하고, 배양 배지의 pH 변화를 측정하는 것을 통해 최적의 박테리오파지의 접종 시점 및 수확 시점을 설정할 수 있는 바 기존 공정과 비교해 보았을 때 고농도의 박테리오파지를 단순하면서도 지속적으로 대량 생산하는 것이 가능하다.The present invention relates to a method for mass production of bacteriophages, specifically Cronobacter sakazakii bacteriophages, and specifically, the present invention consists of a two-stage self-cycling (TSSC) process, By adding a nutrient medium necessary for the culture of Chronobacter sakazaki and measuring the pH change of the culture medium, the optimal bacteriophage inoculation time and harvest time can be set. Continuous mass production is possible.

Description

크로노박터 사카자키 박테리오파지의 대량 생산 방법{MASS PRODUCTION METHOD FOR CRONOBACTER SAKAZAKII BACTERIOPHAGE}Mass production method of Chronobacter sakazaki bacteriophage {MASS PRODUCTION METHOD FOR CRONOBACTER SAKAZAKII BACTERIOPHAGE}

본 발명은 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii) 박테리오파지의 대량 생산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for mass production of Cronobacter sakazakii bacteriophages.

10년 전 엔테로박터 사카자키(Enterobacter sakazakii)로 명명되었던 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)는 하나의 종으로 정의되었다. 크로노박터 사카자키는 조제 분유(powered infant formula, PIF)와 같이 매우 건조한 곳에서도 살 수 있는 기회 감염성 그람 음성, 간상, 병원성 박테리아이다. 이러한 종은 음식, 물, 토양, 유제품류를 포함한 가공식품과 같은 환경에서 분리할 수 있다. 또한, 크로노박터 사카자키는 수막염 및 괴사성 장염을 유발할 수 있는 것으로 알려져 있다. PIF는 부적절한 보관 과정에서 크로노박터 사카자키에 의해 쉽게 오염되기 때문에 성인에 비하여 면역 체계가 약한 신생아 감염의 주요 원인으로 꼽힌다.10 years ago, Enterobacter Chrono bakteo sakajaki was named sakajaki (Enterobacter sakazakii) (Cronobacter sakazakii) is defined as a single species. Chronobacter sakazaki is an opportunistic gram-negative, rod, pathogenic bacterium that can live even in very dry places, such as powered infant formula (PIF). These species can be isolated from environments such as food, water, soil, and processed foods, including dairy products. In addition, Chronobacter sakazaki is known to cause meningitis and necrotizing enterocolitis. Because PIF is easily contaminated by Chronobacter sakazaki during improper storage, it is considered a major cause of infection in newborns with a weaker immune system than adults.

한편, 항생제 내성은 항생제가 더 이상 병원성 박테리아를 효과적으로 억제할 수 없게 한다. 다시 말해, 박테리아가 의약품의 화학 물질에 대한 내성을 갖도록 변하는 것이다. 이러한 경우 일반적인 감염이나 질병은 더 이상 일반적인 항생제로 치료할 수 없게 되고, 효과가 적어진 항생제로 인하여 내성이 있는 박테리아는 계속해서 살아남아 증식하여 치명적인 피해를 유발한다. 항생제 내성은 이제 세계 건강에 가장 큰 위협 중 하나로 간주되고 있지만, 항생제를 사용하는 한 내성 박테리아의 발생을 막을 방법은 없기 때문에 내성 박테리아의 성장을 늦추기 위해서는 항생제를 사용하지 않거나, 필요한 경우에도 가장 효과적인 방법으로만 사용해야 한다. 이러한 이유로 최근 몇 년 동안 새로 개발되는 항생제의 수 또한 급격하게 줄어들고 있으며, 따라서 항생제 내성의 문제없이 병원성 박테리아를 제어할 수 있는 생체 제어제가 필요한 실정으로 이러한 대안 중 하나로 박테리오파지가 주목받고 있다.On the other hand, antibiotic resistance makes antibiotics no longer able to effectively inhibit pathogenic bacteria. In other words, bacteria change to become resistant to the chemicals in the drug. In this case, general infections or diseases can no longer be treated with general antibiotics, and resistant bacteria continue to survive and multiply due to antibiotics that are less effective, causing fatal damage. Antibiotic resistance is now considered one of the greatest threats to global health, but since there is no way to stop the development of resistant bacteria as long as antibiotics are used, the most effective way to slow the growth of resistant bacteria is not to use antibiotics, or even if necessary, the most effective way. should be used only as For this reason, the number of newly developed antibiotics is also rapidly decreasing in recent years, and therefore, a biocontrol agent capable of controlling pathogenic bacteria without the problem of antibiotic resistance is required.

박테리오파지(파지)는 감염된 박테리아를 죽이고 용해시킬 수 있는 박테리아의 바이러스이다. 박테리오파지는 20세기 초에 발견된 이후 사람과 동물의 다양한 박테리아 질병을 치료하기 위해 사용되어 왔다. 박테리오파지의 가장 중요한 특성은 다양한 병원체에 보편적으로 작용하는 항생제와 달리 특정 박테리아 균주에 매우 특이적이라는 것이다. 이러한 특성 덕분에 박테리오파지는 우리 몸에서 유익한 박테리아를 죽이지 않고, 병원성 박테리아만을 선택적으로 죽일 수 있어 결과적으로 박테리오파지의 항균성은 항생제에 대한 대안으로서 박테리오파지를 적용하는데 적합하다. 2006년 미국 식품의약국(FOOD and Drug Administration, FDA)은 정제된 박테리오파지를 식품 첨가물로 사용하는 것을 허용했고, 이에 따라 식품 산업을 포함한 의료, 나노 물질 등 많은 분야에서 박테리오파지의 활용이 증가하고 있다. 따라서 박테리오파지에 대한 수요가 증가하고 있는 만큼 박테리오파지를 효율적으로 생산하기 위한 추가적인 연구들이 필요하다.Bacteriophages (phages) are viruses of bacteria that can kill and lyse infected bacteria. Bacteriophages have been used to treat a variety of bacterial diseases in humans and animals since their discovery in the early 20th century. The most important characteristic of bacteriophages is that they are highly specific to specific bacterial strains, unlike antibiotics that act universally against various pathogens. Thanks to these characteristics, bacteriophages do not kill beneficial bacteria in our body, but only pathogenic bacteria can be selectively killed. Consequently, the antibacterial properties of bacteriophages are suitable for applying bacteriophages as an alternative to antibiotics. In 2006, the US Food and Drug Administration (FOOD and Drug Administration, FDA) allowed the use of purified bacteriophages as food additives, and accordingly, the use of bacteriophages in many fields such as medicine and nanomaterials, including the food industry, is increasing. Therefore, as the demand for bacteriophages is increasing, additional studies are needed to efficiently produce bacteriophages.

이에 본 발명자들은 박테리오파지에 대한 높은 수요를 감당할 새로운 대량 생산 방법을 개발하기 위하여 노력한 결과, 2단계 자체 순환(two-stage self-cycling, TSSC) 공정을 도입하며 숙주 박테리아인 크로노박터 사카자키 배양 및 박테리오파지 번식에 따른 파라미터(pH, 광학 밀도, 생존 세포 수, 콜로니 형성 수) 측정으로 박테리오파지의 최적 접종 시점 및 수확 시점을 확인하여 생산의 연속성 및 효율성을 높이고, 공정 초기 단계에 영양 배지 보충만으로 고농도의 박테리오파지 용액을 연속적으로 수득할 수 있음을 확인하였다. 따라서, 상기 크로노박터 사카자키 박테리오파지 대량 생산 방법은 안정적이고 지속적으로 고농도의 박테리오파지 용액을 수득하는 방법으로 유용하게 이용할 수 있음을 밝힘으로써, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors made efforts to develop a new mass production method to meet the high demand for bacteriophages, and as a result, introduced a two-stage self-cycling (TSSC) process, and cultured and propagated the host bacterium Chronobacter sakazaki. By measuring the parameters (pH, optical density, number of viable cells, number of colonies formed) according to It was confirmed that it can be obtained continuously. Therefore, the Chronobacter Sakazaki bacteriophage mass production method was stably and continuously by revealing that it can be usefully used as a method to obtain a high-concentration bacteriophage solution, thereby completing the present invention.

본 발명의 목적은 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii) 박테리오파지의 대량 생산 방법을 제공하기 위한 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for mass production of Cronobacter sakazakii bacteriophages.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 1) 박테리아를 배양하여 박테리아 배양액을 수득하는 자가 순환 발효(self-cycling fermentation, SCF) 단계; 및 2) 상기 단계 1)에서 수득된 박테리아 배양액의 박테리아에 박테리오파지를 감염시킨 후 감염된 박테리아를 배양 및 수거하여 박테리오파지를 수득하는 자가 순환 감염(self-cycling infection, SCI) 단계;를 포함하는 박테리오파지의 대량 생산 방법으로서, 상기 자가 순환 발효(SCF) 단계는 ⅰ) 숙주 박테리아 균주의 단일 콜로니를 배지에 재현탁 후 배양하는 단계; ⅱ) 상기 단계 ⅰ)의 배양액을 제1 생물반응기에서 계대 배양하면서 pH를 모니터링하는 단계; ⅲ) pH가 5.5 내지 6.0일 때, 상기 단계 ⅱ)의 배양액 중 일부를 수득하여 제2 생물반응기로 옮기는 단계; 및 ⅳ) 상기 단계 ⅱ)의 배양액 중 제1 생물반응기에 남은 배양액에 배지를 보충하는 단계;를 세부 단계로서 포함하고, 상기 자가 순환 감염(SCI) 단계는 A) pH 모니터링 하에서, 제2 생물반응기 내 박테리아 배양액 내 박테리아에 박테리오파지를 투입한 후 배양하면서 박테리오파지를 증식시키는 단계; B) pH가 4.5 내지 5.5일 때, 상기 단계 A)의 증식된 박테리오파지를 수거 및 여과하여 여과액을 수득하는 단계; C) 상기 단계 B)의 수득된 여과액의 일부를 제2 생물반응기에 재첨가하는 단계; 및 D) 상기 단계 B)의 남은 여과액을 정제하여 박테리오파지를 생산하는 단계;를 세부 단계로서 포함하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method comprising: 1) a self-cycling fermentation (SCF) step of culturing bacteria to obtain a bacterial culture; And 2) a self-cycling infection (SCI) step to obtain a bacteriophage by culturing and collecting the infected bacteria after infecting the bacteria of the bacterial culture medium obtained in step 1) with the bacteriophage; As a production method, the self-circulating fermentation (SCF) step comprises the steps of: i) resuspending a single colony of a host bacterial strain in a medium and then culturing; ii) monitoring the pH while subculturing the culture solution of step i) in the first bioreactor; iii) when the pH is 5.5 to 6.0, obtaining a portion of the culture solution of step ii) and transferring it to a second bioreactor; and iv) replenishing the culture medium remaining in the first bioreactor among the culture medium of step ii) as a sub-step, wherein the autologous circulation infection (SCI) step is performed in A) under pH monitoring, in a second bioreactor Proliferating the bacteriophage while culturing after adding the bacteriophage to the bacteria in my bacterial culture; B) when the pH is 4.5 to 5.5, collecting and filtering the proliferated bacteriophage of step A) to obtain a filtrate; C) re-adding a portion of the filtrate obtained in step B) to a second bioreactor; And D) purifying the remaining filtrate of step B) to produce a bacteriophage; it provides a method for mass production of bacteriophages, including as a detailed step.

또한, 본 발명은 상기 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다.The invention also provides an apparatus for carrying out the method.

본 발명의 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii) 박테리오파지의 대량 생산 방법은 2단계 자체 순환(two-stage self-cycling, TSSC) 공정으로 구성되어 있으며, 공정 초기에 크로노박터 사카자키의 배양에 있어 필요한 영양 배지를 첨가하고, 배양 배지의 pH 변화를 측정하는 것을 통해 최적의 박테리오파지 접종 시점 및 수확 시점을 설정할 수 있어 기존 공정과 비교해 보았을 때 고농도의 박테리오파지를 단순하고 지속적으로 대량 생산할 수 있음을 확인하였으므로, 상기 방법을 크로노박터 사카자키 박테리오파지 대량 생산에 유용하게 이용할 수 있다. The mass production method of Cronobacter sakazakii bacteriophage of the present invention consists of a two-stage self-cycling (TSSC) process, and at the beginning of the process, a nutrient medium necessary for culturing Cronobacter sakazakii By adding and measuring the pH change of the culture medium, it is possible to set the optimal bacteriophage inoculation time and harvest time, so that it is possible to simply and continuously mass-produce high-concentration bacteriophages in comparison with the existing process, so the method It can be usefully used for mass production of Chronobacter sakazaki bacteriophage.

도 1은 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)의 체외 생장곡선을 나타낸 도이다.
도 2는 박테리오파지 Φ CS01의 1단계 증식 곡선(one-step growth curve)을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 수정된 2단계 자가 순환(two-stage self-cycling) 공정을 단순화한 개략도이다.
도 4는 박테리오파지 Φ CS01의 형태를 보여주는 도이다.
도 5는 박테리오파지 Φ CS01의 생산을 위한 최적의 초기 감염 조건을 나타낸 도이다.
도 6은 박테리오파지 Φ CS01의 열 안정성 테스트의 결과를 나타낸 도이다.
도 7은 박테리오파지 Φ CS01의 pH 안정성 테스트의 결과를 나타낸 도이다.
도 8은 E. coli ER2738의 블루-화이트 셀렉션(Blue-white selection) 결과를 나타낸 도이다.
도 9는 제한효소로 절단된 Φ CS01 파지 DNA의 아가로스 겔 전기영동의 결과를 나타낸 도이다.
도 10은 테이프 메저 단백질(tape measure protein) 서열에 기초한 박테리오파지 Φ CS01의 인접 결합 계통수(Neighbor-joining phylogenetic tree)를 나타낸 도이다.
도 11은 테일 피버 단백질(tail fiber protein) 서열에 기초한 박테리오파지 Φ CS01의 인접 결합 계통수(Neighbor-joining phylogenetic tree)를 나타낸 도이다.
도 12는 크로노박터 사카자키 배양 배지에서 pH, 생존 세포 수 및 OD 사이의 상관 관계를 나타낸 도이다.
도 13은 크로노박터 사카자키를 사용한 박테리오파지 Φ CS01의 박테리아 유발 검사의 결과를 나타낸 도이다.
도 14는 리소자임 완충액(lysozyme buffer) 및 초음파 처리(sonication)로 전처리된 크로노박터 사카자키 배양 배지의 pH 및 생존 세포 수의 상관 관계를 나타낸 도이다.
도 15는 크로노박터 사카자키가 유발한 박테리오파지 Φ CS01의 특성을 나타낸 도이다.
도 16은 TSSC 공정을 반복하여 수득한 고역가 파지 용액의 역가를 나타낸 도이다.
도 17은 동결건조한 박테리오파지 Φ CS01의 시간에 따른 감염률을 나타낸 도이다.
1 is a diagram showing an in vitro growth curve of Cronobacter sakazakii.
Figure 2 is a diagram showing a one-step growth curve (one-step growth curve) of the bacteriophage Φ CS01.
3 is a simplified schematic diagram of the modified two-stage self-cycling process of the present invention.
Figure 4 is a diagram showing the shape of the bacteriophage Φ CS01.
Figure 5 is a diagram showing the optimal initial infection conditions for the production of bacteriophage Φ CS01.
Figure 6 is a diagram showing the results of the thermal stability test of the bacteriophage Φ CS01.
7 is a diagram showing the results of the pH stability test of bacteriophage Φ CS01.
8 is a diagram showing the results of blue-white selection of E. coli ER2738.
9 is a diagram showing the results of agarose gel electrophoresis of Φ CS01 phage DNA cut with restriction enzymes.
FIG. 10 is a diagram showing a neighbor-joining phylogenetic tree of bacteriophage Φ CS01 based on a tape measure protein sequence.
11 is a diagram showing a neighbor-joining phylogenetic tree of bacteriophage Φ CS01 based on a tail fiber protein sequence.
12 is a diagram showing the correlation between pH, viable cell number, and OD in a Chronobacter sakazaki culture medium.
Figure 13 is a diagram showing the results of the bacterial induced test of bacteriophage Φ CS01 using Chronobacter Sakazaki.
14 is a diagram showing the correlation between the pH and the number of viable cells of the Chronobacter sakazaki culture medium pretreated with lysozyme buffer and sonication.
15 is a diagram showing the characteristics of the bacteriophage Φ CS01 induced by Chronobacter Sakazaki.
16 is a diagram showing the titer of a high titer phage solution obtained by repeating the TSSC process.
17 is a diagram showing the infection rate according to time of the freeze-dried bacteriophage Φ CS01.

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

본 발명은 1) 박테리아를 배양하여 박테리아 배양액을 수득하는 자가 순환 발효(self-cycling fermentation, SCF) 단계; 및 2) 상기 단계 1)에서 수득된 박테리아 배양액의 박테리아에 박테리오파지를 감염시킨 후 감염된 박테리아를 배양 및 수거하여 박테리오파지를 수득하는 자가 순환 감염(self-cycling infection, SCI) 단계;를 포함하는 박테리오파지의 대량 생산 방법으로서, 상기 자가 순환 발효(SCF) 단계는 ⅰ) 숙주 박테리아 균주의 단일 콜로니를 배지에 재현탁 후 배양하는 단계; ⅱ) 상기 단계 ⅰ)의 배양액을 제1 생물반응기에서 계대 배양하면서 pH를 모니터링하는 단계; ⅲ) pH가 5.5 내지 6.0일 때, 상기 단계 ⅱ)의 배양액 중 일부를 수득하여 제2 생물반응기로 옮기는 단계; 및 ⅳ) 상기 단계 ⅱ)의 배양액 중 제1 생물반응기에 남은 배양액에 배지를 보충하는 단계;를 세부 단계로서 포함하고, 상기 자가 순환 감염(SCI) 단계는 A) pH 모니터링 하에서, 제2 생물반응기 내 박테리아 배양액 내 박테리아에 박테리오파지를 투입한 후 배양하면서 박테리오파지를 증식시키는 단계; B) pH가 4.5 내지 5.5일 때, 상기 단계 A)의 증식된 박테리오파지를 수거 및 여과하여 여과액을 수득하는 단계; C) 상기 단계 B)의 수득된 여과액의 일부를 제2 생물반응기에 재첨가하는 단계; 및 D) 상기 단계 B)의 남은 여과액을 정제하여 박테리오파지를 생산하는 단계;를 세부 단계로서 포함하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법을 제공한다. The present invention is a self-cycling fermentation (SCF) step of culturing bacteria to obtain a bacterial culture; And 2) a self-cycling infection (SCI) step to obtain a bacteriophage by culturing and collecting the infected bacteria after infecting the bacteria of the bacterial culture medium obtained in step 1) with the bacteriophage; As a production method, the self-circulating fermentation (SCF) step comprises the steps of: i) resuspending a single colony of a host bacterial strain in a medium and then culturing; ii) monitoring the pH while subculturing the culture solution of step i) in the first bioreactor; iii) when the pH is 5.5 to 6.0, obtaining a portion of the culture solution of step ii) and transferring it to a second bioreactor; and iv) replenishing the culture medium remaining in the first bioreactor among the culture medium of step ii) as a sub-step, wherein the autologous circulation infection (SCI) step is performed in A) under pH monitoring, in a second bioreactor Proliferating the bacteriophage while culturing after adding the bacteriophage to the bacteria in my bacterial culture; B) when the pH is 4.5 to 5.5, collecting and filtering the proliferated bacteriophage of step A) to obtain a filtrate; C) re-adding a portion of the filtrate obtained in step B) to a second bioreactor; And D) purifying the remaining filtrate of step B) to produce a bacteriophage; it provides a method for mass production of bacteriophages, including as a detailed step.

상기 박테리아는 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The bacterium may be Cronobacter sakazakii , but is not limited thereto.

또한, 상기 제1 생물반응기 및 제2 생물반응기는 항아리(jar) 타입 발효기일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the first bioreactor and the second bioreactor may be a jar type fermenter, but is not limited thereto.

또한, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅰ)의 배지는 액체 배지일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the medium of detailed step i) of step 1) may be a liquid medium, but is not limited thereto.

또한, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅱ)의 배양 온도는 20 내지 35℃일 수 있고, 구체적으로 21 내지 30℃로 설정될 수 있으며, 보다 구체적으로 22내지 26℃로 설정될 수 있고, 가장 바람직하게 24℃로 설정될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 온도에 따른 효과의 차이를 보이는 경우 이를 적절히 조절할 수 있다. In addition, the incubation temperature of detailed step ii) of step 1) may be 20 to 35 ℃, specifically may be set to 21 to 30 ℃, more specifically may be set to 22 to 26 ℃, most preferably It may be set to 24° C., but it is not limited thereto, and if there is a difference in the effect according to the temperature, it may be appropriately adjusted.

또한, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅲ)의 배양 시간은 2 내지 6시간일 수 있고, 구체적으로 3시간 내지 5시간일 수 있으며, 가장 바람직하게 4시간일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 시간에 따른 효과의 차이를 보이는 경우 이를 적절히 조절할 수 있다.In addition, the incubation time of detailed step iii) of step 1) may be 2 to 6 hours, specifically 3 to 5 hours, and most preferably 4 hours, but is not limited thereto. If there is a difference in effect, it can be appropriately adjusted.

또한, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅱ)의 계대 배양은 박테리아 성장 곡선상 초기 대수기(early exponential phase)에 도달할 때일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the subculture of sub-step ii) of step 1) may be when an early exponential phase is reached on the bacterial growth curve, but is not limited thereto.

상기 대수기(exponential phase)는 로그기(logarithmic phase, log phase, logarithmic period, log period), 증식기 및 대수증식기와 같을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The exponential phase may be the same as a logarithmic phase, log phase, logarithmic period, log period, proliferative phase, and logarithmic phase, but is not limited thereto.

또한, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅲ)의 pH는 4 내지 9일 수 있고, 구체적으로 pH 4.5 내지 6일 수 있으며, 가장 바람직하게는 pH 5.8일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 pH에 따른 효과의 차이를 보이는 경우 이를 적절히 조절할 수 있다. In addition, the pH of detailed step iii) of step 1) may be 4 to 9, specifically, may be 4.5 to 6, and most preferably may be pH 5.8, but is not limited thereto. If there is a difference, it can be appropriately adjusted.

또한, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅲ)의 배양액 중 일부와 세부 단계 ⅳ)의 제1 생물반응기에 남은 배양액의 부피비는 9:1일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the volume ratio of a portion of the culture solution of sub-step iii) of step 1) and the culture solution remaining in the first bioreactor of sub-step iv) may be 9:1, but is not limited thereto.

또한, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅳ)의 제1 생물반응기에 남은 배양액과 보충되는 배지의 부피비는 1:9일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the volume ratio of the culture medium remaining in the first bioreactor in detailed step iv) of step 1) and the supplemented medium may be 1:9, but is not limited thereto.

또한, 상기 단계 2)의 박테리오파지는 Φ CS01일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the bacteriophage of step 2) may be Φ CS01, but is not limited thereto.

또한, 상기 단계 2)의 세부 단계 A)의 박테리오파지는 0.01 내지 0.5 감염다중도(Multiplicity of Infection, MOI)를 갖도록 투입될 수 있고, 구체적으로 0.05 내지 0.3 MOI를 갖도록 투입될 수 있으며, 가장 바람직하게 0.1 MOI를 갖도록 투입될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 MOI에 따른 효과의 차이를 보이는 경우 이를 적절히 조절할 수 있다.In addition, the bacteriophage of detailed step A) of step 2) may be input to have 0.01 to 0.5 multiplicity of infection (Multiplicity of Infection, MOI), specifically 0.05 to 0.3 MOI may be input to have, most preferably It may be input to have an MOI of 0.1, but it is not limited thereto, and if there is a difference in the effect according to the MOI, it may be appropriately adjusted.

또한, 상기 단계 2)의 세부 단계 B)의 pH는 4 내지 9일 수 있고, 구체적으로 pH 4.5 내지 6일 수 있으며, 가장 바람직하게는 pH 5.0일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 pH에 따른 효과의 차이를 보이는 경우 이를 적절히 조절할 수 있다.In addition, the pH of detailed step B) of step 2) may be 4 to 9, specifically pH 4.5 to 6, and most preferably may be pH 5.0, but is not limited thereto. If there is a difference, it can be appropriately adjusted.

또한, 상기 단계 2)의 세부 단계 B)의 여과는 0.2 내지 0.7 ㎛ 기공 크기의 필터로 이루어질 수 있고, 구체적으로 0.3 내지 0.5 ㎛ 기공 크기의 필터일 수 있으며, 가장 바람직하게 0.45 ㎛ 기공 크기의 필터일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 필터의 기공 크기에 따른 효과의 차이를 보이는 경우 이를 적절히 조절할 수 있다.In addition, the filtration of detailed step B) of step 2) may consist of a filter having a pore size of 0.2 to 0.7 μm, specifically, a filter having a pore size of 0.3 to 0.5 μm, and most preferably a filter having a pore size of 0.45 μm. However, the present invention is not limited thereto, and when there is a difference in the effect according to the pore size of the filter, it may be appropriately adjusted.

또한, 상기 단계 2)의 세부 단계 C)의 정제는 클로로포름(chloroform), 염화나트륨(NaCl) 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol, PEG) 중에서 선택된 하나 이상으로 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the purification of detailed step C) of step 2) may be performed with one or more selected from chloroform, sodium chloride (NaCl) and polyethylene glycol (PEG), but is not limited thereto.

또한, 상기 SCI단계는 2 내지 5회 연속으로 반복될 수 있고, 구체적으로 3 내지 4회 연속으로 반복될 수 있으며, 가장 바람직하게는 3회 반복될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 반복 횟수에 따른 효과의 차이를 보이는 경우 이를 적절히 조절할 수 있다.In addition, the SCI step may be repeated 2 to 5 times in a row, specifically 3 to 4 times in a row, and most preferably may be repeated 3 times, but is not limited thereto, and the effect according to the number of repetitions If there is a difference in , it can be appropriately adjusted.

본 발명은 상기 박테리오파지의 대량 생산 방법을 수행하기 위한 장치를 제공한다.The present invention provides an apparatus for performing the mass production method of the bacteriophage.

상기 장치는 두 개 이상의 생물반응기를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.The device may include, but is not limited to, two or more bioreactors.

또한, 상기 장치는 박테리오파지에 감염시킬 박테리아 및 박테리오파지에 감염된 박테리아의 배양 공간이 독립적일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.In addition, the device may be independent of the culture space of the bacteria to be infected with the bacteriophage and the bacteria infected with the bacteriophage, but is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 2단계 자가 순환(two-stage self-cycling, TSSC) 공정을 구성하고, 추가적인 생산 효율성을 높이기 위해 숙주 박테리아인 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)의 배양 과정에서 배양액의 다양한 파라미터(pH, 광학 밀도, 생존 세포 수)의 변화를 측정하였으며, 박테리오파지의 번식에 따른 파라미터(pH, 광학 밀도, 콜로니 형성 수) 또한 측정하였다.In a specific embodiment of the present invention, the present inventors constitute a two-stage self-cycling (TSSC) process, and in order to further increase production efficiency, the host bacterium Cronobacter sakazakii In the culturing process Changes in various parameters of the culture medium (pH, optical density, number of viable cells) were measured, and parameters according to the propagation of bacteriophages (pH, optical density, number of colonies) were also measured.

그 결과, 박테리오파지의 최적 접종 시점 및 수확 시점을 계산하여 생산의 연속성 및 효율성을 높일 수 있었고, 기존의 공정과 비교하여 안정적이고 지속적으로 높은 농도의 박테리오파지 용액을 수득할 수 있었다.As a result, it was possible to increase the continuity and efficiency of production by calculating the optimal inoculation time and harvest time of the bacteriophage, and it was possible to obtain a bacteriophage solution of a stable and continuously high concentration compared to the conventional process.

이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of Examples and Experimental Examples.

단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 의하여 한정되는 것은 아니다.However, the following Examples and Experimental Examples only illustrate the present invention, and the content of the present invention is not limited by the following Examples and Experimental Examples.

<실험예 1> 크로노박터 사카자키의 체외 생장곡선(growth curve) 확인<Experimental Example 1> Confirmation of the in vitro growth curve of Chronobacter sakazaki

크로노박터 사카자키의 시간에 따른 생장을 분석하기 위하여 생장곡선을 확인하였다. 먼저, 본 발명에서 사용된 박테리아인 크로노박터 사카자키 NCTC 11467(C. sakazakii NCTC 11467)은 내셔날 콜렉션 오브 타입 컬쳐(National Collection of Type Cultures, NCTC)에서 입수하였다. 생장곡선을 확인하기 위하여 박테리아 배양액을 마이크로플레이트 리더(Multiskan FC, Thermo, USA)를 사용하여 540 ㎚(OD540)에서 0.1의 광학 밀도로 조정하고, 20 ㎕/㎖의 숙주 박테리아를 접종한 후, 37℃에서 3시간 동안 진탕 배양기(shaking incubator)에서 미호기성 조건(microaerophilic conditions)하에 TSB 액체 배지(TSB broth, BD Bacto, USA)에 성장시켰다. 배양된 세포 내의 콜로니 형성 수(colony forming units, CFU) 값은 10분마다 측정되었다.To analyze the growth over time of Chronobacter sakazaki, a growth curve was identified. First, the bacterium Chronobacter sakazaki NCTC 11467 ( C. sakazakii NCTC 11467) used in the present invention was obtained from the National Collection of Type Cultures (NCTC). In order to confirm the growth curve, the bacterial culture medium was adjusted to an optical density of 0.1 at 540 nm (OD 540 ) using a microplate reader (Multiskan FC, Thermo, USA), and after inoculation of 20 μl/ml host bacteria, It was grown in TSB broth (TSB broth, BD Bacto, USA) under microaerophilic conditions in a shaking incubator at 37° C. for 3 hours. The number of colony forming units (CFU) in the cultured cells was measured every 10 minutes.

그 결과, 확인된 크로노박터 사카자키의 생장곡선에서 유도기(lag phase)는 약 30분 동안 유지되었고, 지수함수적 증식(exponential growth)이 이루어지는 대수기(exponential phase)를 완료하기 위해서는 140분이 걸리는 것으로 밝혀졌으며, 이후 정지기(stationary phase)에 들어가는 것으로 관찰되었다(도 1). As a result, in the growth curve of the confirmed Chronobacter sakazaki, The lag phase was maintained for about 30 minutes, and it was found to take 140 minutes to complete the exponential phase in which exponential growth takes place, after which it enters the stationary phase. was observed (Fig. 1).

<실험예 2> 박테리오파지 Φ CS01의 1단계 증식 곡선(one-step growth curve) 확인<Experimental Example 2> Confirmation of one-step growth curve of bacteriophage Φ CS01

박테리오파지에 감염된 후 시간의 경과에 따른 박테리오파지의 증식을 확인하기 위하여 1단계 증식 곡선을 확인하였다. 1단계 증식 곡선의 분석을 위하여, OD540값이 0.3인 대수기(logarithmic phase)에서 박테리아 배양액 5 ㎖를 4,000×g으로 10분 동안 원심 분리하고, 펠렛을 1 ㎖의 TSB 액체 배지에 재현탁시켰다. 그 다음, 박테리오파지 용액을 0.1 감염다중도(multiplicity of infection, MOI)의 현탁액에 첨가하고, 이 혼합물을 37℃에서 30분 동안 배양한 다음, 11,000×g으로 10분 동안 원심 분리하고, 펠렛을 10 ㎖의 TSB 액체 배지에 재현탁시켰다. 박테리오파지의 역가(titer), 박테리오파지 용액 ㎖당 플라크 형성 수(plaque forming unit, PFU)를 이중층 플라크 측정법(double layer plaque assay)을 사용하여 120분 동안 10분 간격으로 측정하였다.After being infected with the bacteriophage, a one-step proliferation curve was confirmed to confirm the proliferation of the bacteriophage over time. For the analysis of the one-step growth curve, 5 ml of the bacterial culture was centrifuged at 4,000 × g for 10 minutes in the logarithmic phase with an OD 540 value of 0.3, and the pellet was resuspended in 1 ml of TSB liquid medium. . Then, the bacteriophage solution was added to the suspension at a multiplicity of infection (MOI) of 0.1, and the mixture was incubated at 37°C for 30 minutes, then centrifuged at 11,000 × g for 10 minutes, and the pellet was 10 Resuspended in ml TSB liquid medium. The titer of the bacteriophage (titer), the number of plaque formation per ml of bacteriophage solution (plaque forming unit, PFU) was measured at 10 minute intervals for 120 minutes using a double layer plaque assay.

그 결과, 확인된 Φ CS01의 1단계 증식 곡선에서 잠재기(latent period)는 약 60분 동안 유지되었고, 대수기(exponential phase)는 60분 내지 80분인 것으로 관찰되었다. 숙주 세포(PFU/감염 세포)당 9.8개의 바이러스 입자(viral particles) 방출 크기(burst size)로 초기 감염 후 방출을 완료하기까지 80분이 걸리는 것으로 확인되었다(도 2).As a result, it was observed that the latent period was maintained for about 60 minutes, and the exponential phase was 60 to 80 minutes in the one-step proliferation curve of the identified Φ CS01. It was confirmed that it took 80 minutes to complete release after initial infection with a burst size of 9.8 viral particles per host cell (PFU/infected cell) (FIG. 2).

<실시예 1> 박테리오파지의 증폭 과정<Example 1> Amplification process of bacteriophage

숙주 박테리아 균주인 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)의 단일 콜로니를 TSB 액체 배지 5 ㎖에 재현탁(resuspend)시키고, 37℃의 진탕 배양기에서 100 rpm으로 배양하였다. 배양액이 OD540값이 0.3인 초기 대수기(early exponential phase)에 도달하였을 때, 용액 1 ㎖를 100 ㎖의 TSB 액체 배지로 계대 배양(sub-culture)한 다음, 계대 배양한 배양액이 OD540값이 0.3인 초기 대수기(early exponential phase)에 도달할 때까지 37℃의 진탕 배양기에서 100 rpm으로 배양하였다. 배양 후, 박테리오파지를 MOI가 0.1이 되도록 접종하고, 37℃에서 20분 동안 진탕 배양기에서 배양하였다.A single colony of the host bacterial strain, Cronobacter sakazakii , was resuspended in 5 ml of TSB liquid medium, and cultured at 100 rpm in a shaking incubator at 37°C. When the culture medium reached an early exponential phase with an OD 540 value of 0.3, 1 ml of the solution was sub-cultured with 100 ml of TSB liquid medium, and then the subcultured medium had an OD 540 value of 540. It was cultured at 100 rpm in a shaking incubator at 37°C until an early exponential phase of 0.3 was reached. After incubation, the bacteriophage was inoculated to have an MOI of 0.1, and cultured in a shaking incubator at 37° C. for 20 minutes.

<실시예 2> 박테리오파지의 정제(purification) 과정<Example 2> Purification (purification) process of bacteriophage

박테리오파지 증폭 후, 1 % (w/v) 농도인 클로로포름(chloroform) 1 ㎖ 및 염화나트륨(NaCl) 1 mole 농도를 첨가하고, 진탕 배양기에서 200 rpm으로 37℃에서 30분 동안 추가로 배양하였다. 그 다음, 배양액을 30분 동안 4℃에서 11,000×g으로 원심 분리하고, 0.45 ㎛ 기공 크기의 실린지 필터(syringe filter, vantec, USA)를 사용하여 상청액(supernatant)을 여과하였으며, 고체 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol, PEG 8000, Aldrich)을 현탁액(suspension)에 20 % (w/v)의 최종 농도(final concentration)로 첨가하고, 이 혼합물을 얼음에서 밤새 냉각시켰다. 그 다음, 용해물(lysate)을 11,000×g으로 100분 동안 원심 분리하고, 상청액을 버렸다. 펠렛을 SM 완충액(SM buffer) 5 ㎖로 재현탁시키고, 클로로포름 부피의 반을 첨가한 다음 부드럽게 혼합하였다. 혼합한 혼합물을 3,000×g으로 4℃에서 15분 동안 원심 분리하고, 0.45㎛ 기공 크기의 실린지 필터(syringe filter, Advantec, USA)를 사용하여 상청액을 회수하고 여과한 다음 냉장고에서 4℃에 보관하였다.After amplification of the bacteriophage, 1 ㎖ of chloroform and 1 mole of sodium chloride (NaCl) at a concentration of 1% (w/v) were added, and incubated for 30 minutes at 37° C. at 200 rpm in a shaking incubator. Then, the culture solution was centrifuged at 11,000 × g at 4°C for 30 minutes, and the supernatant was filtered using a syringe filter (syringe filter, vantec, USA) having a pore size of 0.45 μm, and solid polyethylene glycol ( polyethylene glycol, PEG 8000, Aldrich) was added to the suspension to a final concentration of 20% (w/v), and the mixture was cooled on ice overnight. Then, the lysate was centrifuged at 11,000×g for 100 min, and the supernatant was discarded. The pellet was resuspended in 5 ml of SM buffer, half the volume of chloroform was added, and then gently mixed. The mixed mixture was centrifuged at 3,000×g at 4°C for 15 minutes, and the supernatant was recovered using a syringe filter (syringe filter, Advantec, USA) with a pore size of 0.45㎛, filtered, and stored at 4°C in a refrigerator. did

<실시예 3> 2단계 자가 순환(two-stage self-cycling, TSSC) 공정<Example 3> Two-stage self-cycling (TSSC) process

사용되는 생물반응기의 형태는 최적 박테리오파지 역가(titer)로 이어지는 감염 및 작용 조건을 확립하는데 중요한 역할을 한다. 그동안 박테리오파지 생산에 이용된 일반적인 생물반응기의 형태는 회분식(batch), 연속식(continuous), 2단계 연속식(two-stage continuous) 및 2단계 자가 순환(two-stage self-cycling)이며, 본 발명에서는 2단계 자가 순환(two-stage self-cycling, TSSC) 공정을 이용하였다. 상기 공정은 자가 순환 발효(self-cycling fermentation, SCF) 단계 및 자가 순환 감염(self-cycling infection, SCI) 단계로 구성되며, 본 발명의 TSSC 공정은 기존의 공정을 수정하여 수행되었다(도 3).The type of bioreactor used plays an important role in establishing infection and action conditions leading to optimal bacteriophage titers. In the meantime, the types of general bioreactors used for bacteriophage production are batch, continuous, two-stage continuous and two-stage self-cycling, and the present invention used a two-stage self-cycling (TSSC) process. The process consists of a self-cycling fermentation (SCF) step and a self-cycling infection (SCI) step, and the TSSC process of the present invention was performed by modifying the existing process (FIG. 3) .

<3-1> 자가 순환 발효(self-cycling fermentation, SCF) 단계<3-1> Self-cycling fermentation (SCF) step

SCF 단계에서, 숙주 박테리아 균주인 크로노박터 사카자키의 단일 콜로니를 10 ㎖의 TSB 액체 배지에 재현탁시킨 후, OD540값이 0.3이고, pH가 5.8인 초기 대수기(early exponential phase)에 도달할 때까지 37℃에서 배양하였다. 배양 후, 배양 용액 1 ㎖를 숙주 배양의 배양액 1000 ㎖ 중에 10 ㎖인 1 % v/v 농도로 제1 생물반응기에 계대 배양(sub-culture)하였다. 그 다음, 계대 배양한 박테리아 배양 용액을 OD540값이 0.3이고, pH가 5.8인 초기 대수기(exponential phase)에 도달할 때까지 24℃에서 4시간 동안 배양하였다. 숙주 박테리아의 증식 후, 900 ㎖의 배양 배지를 제2 생물반응기로 옮기고 100 ㎖의 용액이 남겨진 제1 생물반응기에 900 ㎖의 신선한 TSB 액체 배지(broth)를 보충하였다.In the SCF stage, after resuspending a single colony of the host bacterial strain Chronobacter sakazaki in 10 ml of TSB liquid medium, when the early exponential phase of OD 540 is 0.3 and pH 5.8 is reached incubated at 37°C until After incubation, 1 ml of the culture solution was sub-cultured in the first bioreactor at a concentration of 1% v/v of 10 ml in 1000 ml of the culture solution of the host culture. Then, the subcultured bacterial culture solution was incubated at 24° C. for 4 hours until an OD 540 value of 0.3 and an initial exponential phase of pH 5.8 were reached. After propagation of the host bacteria, 900 ml of culture medium was transferred to the second bioreactor and 100 ml of solution was left in the first bioreactor supplemented with 900 ml of fresh TSB broth.

<3-2> 자가 순환 감염(self-cycling infection, SCI) 단계<3-2> Self-cycling infection (SCI) stage

SCI 단계에서는, 박테리오파지를 MOI가 0.1이 되도록 접종 후 제2 생물반응기에서 4시간 동안 37℃에서 배양하였다. 용해물(lysate)의 pH가 5.0에 도달하였을 때, 이를 수거하여 0.45 ㎛ 기공 크기의 보틀 탑 바큠 필터(bottle-top vacuum filter, Jet Biofil, USA)로 여과하였다. 여과 후, 여과된 용액 900 ㎖를 상기 <실시예 2>의 방법으로 정제하여 고역가(high titer) 박테리오파지 용액을 만들고, 여과된 용액 100 ㎖를 반복 감염을 위하여 제2 생물반응기에 첨가하였다.In the SCI step, the bacteriophage was cultured at 37° C. for 4 hours in the second bioreactor after inoculation so that the MOI was 0.1. When the pH of the lysate reached 5.0, it was collected and filtered through a bottle-top vacuum filter (Jet Biofil, USA) having a pore size of 0.45 μm. After filtration, 900 ml of the filtered solution was purified by the method of <Example 2> to make a high titer bacteriophage solution, and 100 ml of the filtered solution was added to the second bioreactor for repeated infection.

상기 과정을 3회 연속으로 반복하였다.This process was repeated three times in succession.

상기 TSSC 공정에서, 1단계인 SCF 단계 및 2단계인 SCI 단계를 고르게 회전시키기 위해서는 숙주 박테리아가 SCF 단계에서 대수기에 도달할 때까지 2단계에서 박테리오파지의 증식이 완료되어야하기 때문에 크로노박터 사카자키의 성장 속도를 늦추어야 할 필요가 있었다. 이에, 본 발명은 상기 <실시예 1>의 계대 배양한 배양액의 배양 방법과 다르게 제1 생물반응기의 온도를 24℃로 조정하여 4시간 후 숙주 박테리아가 초기 대수기에 도달하도록 하였다. 추가 실험에서는 숙주 박테리아가 24℃에서 배양될 때, 성장률을 제외하고 37℃에서 배양된 숙주 박테리아와 차이가 없음을 확인하였다(데이터는 나타내지 않음). 이러한 제어를 통하여, 상기 TSSC 공정의 1단계 및 2단계 사이의 순환이 균일하게 이루어질 수 있었고, 이를 기초로 하여 최대 3차례까지 높은 농도의 박테리오파지 용액이 수득될 수 있었다.In the TSSC process, in order to evenly rotate the SCF stage, the first stage, and the SCI stage, the second stage, the growth of Chronobacter sakazaki because the proliferation of the bacteriophage must be completed in the second stage until the host bacteria reaches the logarithmic stage in the SCF stage I needed to slow down. Accordingly, in the present invention, the temperature of the first bioreactor was adjusted to 24° C., unlike the culture method of the subcultured culture medium of Example 1, so that the host bacteria reached the initial log phase after 4 hours. Further experiments confirmed that when the host bacteria were cultured at 24°C, there was no difference from the host bacteria cultured at 37°C except for growth rates (data not shown). Through this control, the circulation between the first and second steps of the TSSC process could be made uniformly, and a bacteriophage solution of high concentration could be obtained up to three times on the basis of this.

<실험예 3> 투과 전자 현미경(Transmission electron microscopy, TEM)을 이용한 박테리오파지 Φ CS01의 형태 확인<Experimental Example 3> Confirmation of the shape of the bacteriophage Φ CS01 using a transmission electron microscopy (TEM)

200 kV에서 투과 전자 현미경(JEOLJEM-2100F FE-TEM, KBSI, Korea)을 이용하여 박테리오파지 Φ CS01의 구조를 관찰하였다. 먼저 108 PFU를 포함하는 고역가의 파지 용액을 2 % w/v 우라닐 아세테이트(uranyl acetate)로 염색하였다. 파지 입자를 탄소 코팅된 그리드(grid) 상에 놓고, 2 % w/v 농도의 우라닐 아세테이트 한 방울을 포함하는 증류수에 침지시켰다. 그 다음, 200-메시 그리드(200-mesh grids, Gatan, USA)를 아밀 아세테이트(amyl acetate) 중 2 % 콜로디온(collodion)으로 제조된 콜로디온 필름으로 코팅하고, 파지 입자로 탄소 필름 조각(carbon film fragments)을 흡수(absorb)하는데 사용하였다. 10분 동안 공기 건조(air drying) 후, 그리드에 TEM을 적용하였다. 음성 염색(negative stain)된 파지 입자의 이미지는 100,000× 및 150,000× 배율로 원뷰카메라(one-view camera, Gatan, USA)를 사용하여 촬영되었다.The structure of the bacteriophage Φ CS01 was observed using a transmission electron microscope (JEOLJEM-2100F FE-TEM, KBSI, Korea) at 200 kV. First, a high titer phage solution containing 108 PFU was stained with 2% w/v uranyl acetate. The phage particles were placed on a carbon-coated grid and immersed in distilled water containing a drop of uranyl acetate at a concentration of 2% w/v. Then, 200-mesh grids (200-mesh grids, Gatan, USA) were coated with a collodion film prepared with 2% collodion in amyl acetate, and carbon film pieces with phage particles. film fragments) were used to absorb. After air drying for 10 minutes, TEM was applied to the grid. Images of the negatively stained phage particles were taken using a one-view camera (Gatan, USA) at 100,000× and 150,000× magnification.

그 결과, 박테리오파지 Φ CS01의 정이십면체대칭(icosahedral symmetry)을 갖는 구형 머리(Spherical head)는 65.74 ㎚이고, 단단한 꼬리(rigid tail)의 길이는 89.75 ㎚였다. 또한, Φ CS01은 비수축(non-contracted) 꼬리 및 수축 꼬리를 가지며, 꼬리에 시스형 구조(sheath-like structure)를 갖는 것으로 관찰되었다(도 4). 형태학적 특성으로 인하여, 파지 CS01은 미오비리대(Myoviridae)과에 속하는 것으로 추정되었다.As a result, the spherical head (Spherical head) with icosahedral symmetry of the bacteriophage Φ CS01 was 65.74 nm, and the length of the rigid tail was 89.75 nm. In addition, Φ CS01 was observed to have a non-contracted tail and a contracted tail, and a sheath-like structure in the tail (Fig. 4). Due to its morphological characteristics, phage CS01 was presumed to belong to the family Myoviridae.

<실험예 4> 박테리오파지 Φ CS01에 대한 최적의 감염 조건 확인<Experimental Example 4> Confirmation of optimal infection conditions for bacteriophage Φ CS01

감염 조건에 따른 박테리오파지 용액의 생산성을 확인하였다. 일반적인 감염 범위의 경우 감염 부하(infection loads)에 대하여 0.4의 OD540값(약 5.0×108 CFU/㎖의 세포 농도)에서 숙주 배양액이 1 내지 5 % v/v의 농도(10㎖ 배양액에서 0.1 내지 0.5㎖)이고, 초기 MOI에 대하여 1.0×10-4 내지 1.0×10-1의 범위를 가진다. 박테리오파지의 역가(titer)는 박테리오파지 용액 ㎖당 PFU를 이중층 플라크 측정법을 이용하여 측정하였다.The productivity of the bacteriophage solution according to the infection conditions was confirmed. For a typical infective range , host cultures at an OD 540 value of 0.4 (cell concentration of about 5.0×108 CFU/ml) for infection loads (0.1 to 5% v/v in 10 ml culture) 0.5 ml), and has a range of 1.0×10 −4 to 1.0×10 −1 with respect to the initial MOI. The titer of the bacteriophage (titer) was measured using a double-layer plaque assay for PFU per ml of the bacteriophage solution.

그 결과, 주어진 처리 조건 하에서 박테리오파지 Φ CS01의 최적 역가는 1 %의 감염 부하(infection load) 및 1.0×10-1 내지 1.0×10-2 사이에 초기 MOI로부터 수득되었다(도 5). 세포 용해 후, 세포 잔해를 최소화하기 위하여 1.0×10-1 초기 MOI로 1 %의 감염 부하를 선택하였다. 이러한 초기 감염 조건은 최적의 박테리오파지의 생산을 위한 생물반응기 작동에 사용되었다.As a result, the optimal titer of the bacteriophage Φ CS01 under the given treatment conditions was obtained from an initial MOI between 1.0×10 −1 and 1.0×10 −2 with an infection load of 1% ( FIG. 5 ). After cell lysis, an infection load of 1% was chosen with an initial MOI of 1.0×10 −1 to minimize cell debris. These initial infection conditions were used to operate the bioreactor for optimal bacteriophage production.

<실험예 5> 박테리오파지 Φ CS01의 열 안정성 확인<Experimental Example 5> Confirmation of thermal stability of bacteriophage Φ CS01

온도 조건에 따른 박테리오파지 용액의 열 안정성을 확인하였다. 박테리오파지 Φ CS01의 열 안정성은 1시간 동안 다양한 온도 범위에 노출되며 평가되었다. The thermal stability of the bacteriophage solution according to the temperature conditions was confirmed. The thermal stability of the bacteriophage Φ CS01 was evaluated by exposure to various temperature ranges for 1 hour.

그 결과, 박테리오파지 Φ CS01은 4℃ 내지 37℃에서 배양한 경우 감염 활성도(infection activity)가 거의 유지되었고, 50℃ 내지 60℃에서 배양한 경우에는 감염성(infectivity)이 약간 감소되었다. 그러나, 70℃에서는 단일 플라크(single plaque)가 부족한 것으로 확인되었다(도 6).As a result, the bacteriophage Φ CS01 was almost maintained when cultured at 4 ° C to 37 ° C. Infectivity activity (infection activity) was almost maintained, and when cultured at 50 ° C to 60 ° C, the infectivity was slightly reduced. However, at 70° C., it was confirmed that a single plaque was insufficient ( FIG. 6 ).

<실험예 6> 박테리오파지 Φ CS01의 pH 안정성 확인<Experimental Example 6> Confirmation of pH stability of bacteriophage Φ CS01

pH 변화에 따른 박테리오파지 용액의 pH 안정성 및 최적 pH를 확인하였다. 박테리오파지 Φ CS01의 pH 안정성은 1시간 동안 다양한 범위의 pH에 노출되며 평가되었다. The pH stability and optimum pH of the bacteriophage solution according to the pH change were confirmed. The pH stability of the bacteriophage Φ CS01 was evaluated by exposure to various pH ranges for 1 hour.

그 결과, pH 4 내지 9에서 1시간 동안 배양한 후에는 감염성 파지에서 감소가 거의 관찰되지 않았다. 박테리오파지의 수는 pH 10 내지 11에서 감소된 것으로 나타났지만, pH 3 및 12에서는 검출된 활성 감염성 파지(active infectious phages)가 없었다. 결과적으로, pH 범위 4 내지 9는 박테리오파지 안정성에 최적인 것으로 확인되었다(도 7).As a result, almost no decrease was observed in the infectious phage after incubation at pH 4 to 9 for 1 hour. The number of bacteriophages was shown to be reduced at pH 10-11, but no active infectious phages were detected at pH 3 and 12. As a result, the pH range 4 to 9 was confirmed to be optimal for bacteriophage stability (FIG. 7).

<실험예 7> 바이오패닝(bio-panning) 방법을 통한 스크리닝<Experimental Example 7> Screening through bio-panning method

박테리오파지 Φ CS01의 숙주 범위를 넓히기 위하여 바이오패닝 방법으로 박테리오파지 라이브러리로부터 친화성이 높은 펩타이드 서열 확인을 위한 스크리닝을 수행하였다.In order to broaden the host range of the bacteriophage Φ CS01, screening was performed to confirm the peptide sequence with high affinity from the bacteriophage library by the biopanning method.

<7-1> 대상 병원균 크로노박터 사카자키의 고정<7-1> Immobilization of target pathogen Chronobacter sakazaki

1시간 동안 65℃에서 배양한 열비활성화된 크로노박터 사카자키 현탁액을 탄산염 완충제(carbonate buffer)(탄산수소나트륨(NaHCO3) 35 mM, 탄산나트륨(Na2CO3) 15 mM(pH=9.80))에서 제조하고, ㎖당 약 109 CFU에 상응하는 540 ㎚에서 0.5의 광학 밀도(optical density)로 조정하였다. 60 ㎜ × 15 ㎜ 세포 배양 접시(Cell Culture Dishes, Falcon®, USA)에 박테리아 현탁액 1.5 ㎖을 채우고, 37℃의 박테리아 배양기에서 밤새 배양하였다. 세포 배양 접시를 블로킹 완충액(blocking buffer)으로 4℃에서 1시간동안 차단하고, 코팅된 플레이트를 제조하기 위하여 TBST 완충액(buffer)로 6회 세척하여 대상 병원균(target pathogen)인 크로노박터 사카자키를 고정(immobilization)하였다.Heat-inactivated Chronobacter sakazaki suspension incubated at 65° C. for 1 hour was mixed with carbonate buffer (sodium bicarbonate (NaHCO 3 ) 35 mM, sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) 15 mM (pH=9.80)) and adjusted to an optical density of 0.5 at 540 nm corresponding to about 109 CFU per ml. 1.5 ml of bacterial suspension was filled in a 60 mm × 15 mm cell culture dish (Cell Culture Dishes, Falcon®, USA), and cultured overnight in a bacterial incubator at 37°C. The cell culture dish was blocked at 4° C. for 1 hour with a blocking buffer, washed 6 times with TBST buffer to prepare a coated plate, and the target pathogen, Chronobacter sakazaki, was fixed ( immobilization).

<7-2> 바이오 패닝 방법을 방법을 이용한 파지 디스플레이 펩타이드(phage displayed peptides)의 선택<7-2> Selection of phage displayed peptides using the biopanning method

전체 박테리오파지 라이브러리(library)를 TSBT 완충액 1 ㎖에 100 배 희석하고, 박테리아가 코팅된 플레이트 상에 피펫으로 옮긴 후, 실온에서 1시간 동안 부드럽게 흔들었다. 그 다음, 깨끗한 종이 타월에 플레이트를 쏟아 비 결합 파지(Non-binding phages)를 버리고, TBST 완충액으로 플레이트를 10 회 세척하였다. 용출 완충액(elution buffer)(글리신-염화수소(Glycine-HCI) 0.2M(pH=2.2)) 1 ㎖로 결합된 파지(bound phage)를 용출(elute)하고 실온에서 20분 동안 부드럽게 혼합하였다. 혼합한 용출액(eluate)을 미세 원심 분리기 튜브(microcentrifuge tube, Axygen, USA)에 피펫으로 옮기고, 중화 버퍼(neutralize buffer) 150 ㎕로 중화(neutralize)하고, 4℃에서 보관하였다.The entire bacteriophage library (library) was diluted 100-fold in 1 ml of TSBT buffer, and then pipetted onto a plate coated with bacteria, gently shaken at room temperature for 1 hour. Then, the plate was poured on a clean paper towel to discard the non-binding phages, and the plate was washed 10 times with TBST buffer. The bound phage was eluted with 1 ml of an elution buffer (glycine-hydrogen chloride (Glycine-HCI) 0.2M (pH=2.2)) and gently mixed for 20 minutes at room temperature. The mixed eluate was transferred to a microcentrifuge tube (microcentrifuge tube, Axygen, USA) with a pipette, neutralized with 150 μl of neutralization buffer, and stored at 4°C.

<7-3> 선택된 파지의 증폭<7-3> Amplification of the selected phage

보관된 상기 파지 용출액을 이용하여 E. coli ER2738 숙주 박테리아를 감염시킴으로써 증폭시켰다. 격렬한 진탕으로 37℃에서 4.5시간 동안 성장시킨 후, 원심 분리로 박테리아 세포 잔해물(debris)를 제거하고, 1/6 부피의 용액(20 % w/v 폴리에틸렌 글리콜-8,000(polyethylene flycol-8,000) 및 2.5 M 염화나트륨(NaCl))을 첨가함으로써 상청액(supernatant) 중의 파지를 4℃에서 밤새 침전시켰다. 이어서 침전물을 원심 분리하고, 펠릿(pellet)을 TSB 완충액 1 ㎖에 재현탁한 후 증폭된 파지 용출액 100 ㎕을 적정하여 파지 농도(concentration)를 측정하였다. The stored phage lysate was used for amplification by infecting E. coli ER2738 host bacteria. After growth for 4.5 hours at 37°C with vigorous shaking, bacterial cell debris was removed by centrifugation, and 1/6 volume of a solution (20% w/v polyethylene glycol-8,000 (polyethylene flycol-8,000) and 2.5 M sodium chloride (NaCl)) was added to precipitate the phages in the supernatant overnight at 4°C. Then, the precipitate was centrifuged, the pellet was resuspended in 1 ml of TSB buffer, and 100 μl of the amplified phage eluate was titrated to measure the phage concentration.

상기 용출액의 나머지는 LB 배지에서 배양된 E. coli ER2738로 증폭시켰다. E. coli ER2738가 있는 250 ㎖ 삼각 플라스크에 LB 배지 20 ㎖를 접종하였다. 37℃에서 격렬히 진탕시키며 배양하고, 20 ㎖ 배양액을 조심스럽게 모니터링하여 OD620값이 0.01 내지 0.05인 초기 대수기를 넘지 않도록 하였다. E. coli ER2738의 20 ㎖ 배양액에 용출액을 추가하여 나머지 용출액을 증폭시켰다. 37℃에서 격렬히 진탕시키며 4.5시간 동안 배양한 후, 12,000×g으로 10분 동안 원심 분리하여 박테리아 세포 잔해물을 제거하고, 1/6 부피의 PEG 용액을 첨가함으로써 상청액에 파지를 침전시키고 4℃에서 밤새 보관하였다.The remainder of the eluate was amplified with E. coli ER2738 cultured in LB medium. A 250 ml Erlenmeyer flask containing E. coli ER2738 was inoculated with 20 ml of LB medium. Incubation was performed with vigorous shaking at 37°C, and the 20 ml culture was carefully monitored to ensure that the OD 620 value did not exceed the initial logarithmic phase of 0.01 to 0.05. The remaining eluate was amplified by adding the eluate to the 20 ml culture solution of E. coli ER2738. After incubation for 4.5 hours with vigorous shaking at 37°C, centrifugation at 12,000×g for 10 minutes to remove bacterial cell debris, phages were precipitated in the supernatant by adding 1/6 volume of PEG solution, and overnight at 4°C. kept.

상기 침전된 PEG를 4℃에서 15분 동안 12,000×g으로 회전시키고, 상청액을 버린 다음, 튜브를 잠시 회전시키고 피펫으로 잔류 상청액을 제거하였다. TBS 1 ㎖에 펠렛을 현탁시키고, 현탁액을 마이크로 원심 분리 튜브로 옮긴 후, 4℃에서 5분 동안 12,000×g으로 회전시켜 잔류 세포를 펠렛화하였다. 상청액을 멸균된 미세 원심 분리 튜브에 옮기고, 1/6 부피의 PEG 용액을 첨가하여 침전시켰다.The precipitated PEG was spun at 12,000×g for 15 min at 4° C., the supernatant was discarded, the tube was briefly rotated and the residual supernatant was removed with a pipette. The pellet was suspended in 1 ml of TBS, and the suspension was transferred to a microcentrifuge tube, and then spun at 12,000×g for 5 minutes at 4° C. to pellet residual cells. The supernatant was transferred to a sterile microcentrifuge tube and precipitated by adding 1/6 volume of PEG solution.

상기 침전된 PEG를 얼음에서 15 내지 60분동안 배양하고 4℃에서 10분 동안 12,000×g으로 원심 분리하였다. 상청액을 버리고 마이크로 피펫으로 잔류 상청액을 제거한 후, 펠렛화를 위하여 TBS 원심 분리기에서 12,000×g으로 1분 동안 원심 분리하여 200 μL 펠렛을 현탁하고, 상청액을 새로운 튜브로 옮겼다. The precipitated PEG was incubated on ice for 15 to 60 minutes and centrifuged at 12,000×g for 10 minutes at 4°C. After discarding the supernatant and removing the residual supernatant with a micropipette, centrifuged for 1 minute at 12,000 × g in a TBS centrifuge for pelleting to suspend the 200 μL pellet, and transfer the supernatant to a new tube.

<7-4> 블루-화이트 셀렉션(Blue-white selection) 수행<7-4> Perform blue-white selection

파지 적정(titration)을 위하여, E. coli ER2738의 단일 콜로니를 LB 액체 배지 10 ㎖에 접종하고, OD620값이 0.5인 중기 대수기까지 37℃의 진탕 배양기에서 250 rpm으로 배양하였다. 3 ㎖의 평형화된 아가로스 탑을 멸균 배양 튜브에 분배하고 45℃의 수조에 넣은 뒤, 파지 용액을 LB 액체 배지에 10 배 희석액으로 연속 희석하였다. E. coli ER2738의 배양이 중기 대수기에 도달하였을 때, 배양액 200 μL를 희석된 파지 용액을 함유하는 각각의 미세 원심 분리 튜브에 분배하였다. 각 희석액의 10 μL를 별도의 튜브에 분주(aliquot)하고, 실온에서 5분 동안 혼합 및 배양하였다.For phage titration, a single colony of E. coli ER2738 was inoculated into 10 ml of LB liquid medium, and cultured at 37° C. in a shaking incubator at 250 rpm until the mid- log phase with an OD 620 value of 0.5. After dispensing 3 ml of the equilibrated agarose tower into a sterile culture tube and putting it in a water bath at 45° C., the phage solution was serially diluted with a 10-fold dilution in LB liquid medium. When the culture of E. coli ER2738 reached the meta-log phase, 200 µL of the culture was dispensed into each microcentrifuge tube containing the diluted phage solution. 10 μL of each dilution was aliquoted into a separate tube, mixed and incubated for 5 minutes at room temperature.

한 번에 하나씩, 감염된 세포를 45℃로 데워진 아가로스를 함유하는 배양 튜브로 옮긴 즉시 예열된 LB/IPTG/X-gal 플레이트에 부었다. 플레이트를 기울임으로써 상부 아가로스 겔이 균일하게 펼쳐졌다. 5분 동안 냉각 후, 플레이트를 37℃에서 밤새 배양하였다. 다음날, 플레이트상의 플라크(plaques)를 계수하고, 10 μL당 PFU로 전환시켰다. 라이브러리 클로닝 벡터 M13KE는 lacZα 유전자를 운반하기 때문에, α-상보성(alpha complementation)으로 인하여 X-gal 및 IPTG를 함유한 배지에 박테리오파지 플라크가 파랗게 나타나는 것을 확인하였다(그림 8).One at a time, infected cells were transferred to culture tubes containing agarose warmed to 45° C. and immediately poured into preheated LB/IPTG/X-gal plates. By tilting the plate, the upper agarose gel was spread evenly. After cooling for 5 minutes, the plates were incubated overnight at 37°C. The next day, plaques on the plate were counted and converted to PFU per 10 μL. Since the library cloning vector M13KE carries the lacZα gene, it was confirmed that the bacteriophage plaques appeared blue in the medium containing X-gal and IPTG due to α-complementation (Fig. 8).

<실험예 8> 박테리오파지 Φ CS01의 숙주 범위(host range) 확인<Experimental Example 8> Confirmation of the host range of bacteriophage Φ CS01

상이한 박테리아 균주들을 이용하여 박테리오파지의 숙주 범위 스펙트럼을 확인하였다(표 1). 프로토콜에 따라 스팟 용해 분석(spot lysis assay)을 수행하였다. 10개의 상이한 숙주 박테리아 각각을 부드러운 0.75 %의 한천(agar) 5 ㎖에 접종하고, 고형화된 1.5 % 한천 플레이트에 부었다. 부드러운 한천이 경화되기 전, 파지 용액 20 ㎕을 상단 한천 플레이트(top agar plate)에 흩뿌리고, 12시간 동안 37℃에서 배양하였다. 박테리오파지 Φ CS01에 대한 민감성(susceptibility)은 접종 후 용해 구역의 출현 및 플라크(plaque) 형성의 측정으로 확인되었다. 선명도의 정도에 따라, 관찰된 결과는 두 가지로 분류되었다: (+)또렷한 플라크(plaques) 및 (-)플라크 없음. 엔테로박터(Enterobacter) 및 기타 변종은 숙주 범위 검사(host-range test)를 위하여 한국생명공학연구원 생물자원센터(Korean Collection for Type Cultures, KCTC) 또는 ATCC(American Type Culture Collection)로부터 수득되었다.The host range spectrum of the bacteriophage was confirmed using different bacterial strains (Table 1). A spot lysis assay was performed according to the protocol. Each of the 10 different host bacteria was inoculated into 5 ml of soft 0.75% agar and poured onto a solidified 1.5% agar plate. Before the soft agar was hardened, 20 μl of the phage solution was spread on a top agar plate and incubated at 37° C. for 12 hours. Susceptibility to the bacteriophage Φ CS01 was confirmed by measurement of plaque formation and the appearance of lysis zones after inoculation. According to the degree of sharpness, the observed results were divided into two categories: (+) distinct plaques and (-) no plaques. Enterobacter (Enterobacter) and other strains were obtained from the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology Biological Resource Center (Korean Collection for Type Cultures, KCTC ) or ATCC (American Type Culture Collection) for the host range test (host-range test).

그 결과, 10개의 상이한 숙주 박테리아 중 크로노박터 사카자키만이 Φ CS01에 대한 민감성을 가지는 것으로 확인되었다.As a result, it was confirmed that only Chronobacter sakazaki among ten different host bacteria had sensitivity to Φ CS01.

Figure 112020021600375-pat00001
Figure 112020021600375-pat00001

<실험예 9> 박테리오파지 Φ CS01 DNA를 분해하는 제한효소(restriction enzyme)의 확인<Experimental Example 9> Confirmation of restriction enzyme that degrades bacteriophage Φ CS01 DNA

박테리오파지의 분자 특성 분석을 위하여 박테리오파지 DNA를 절단하는 제한효소를 확인하였다. 박테리오파지의 DNA 샘플을 제한효소 EcoRⅠ, EcoRⅤ, HindⅢ, BamHⅠ, xhoⅠ및 SalⅠ로 절단시켰다. For molecular characterization of bacteriophage, restriction enzymes for cutting bacteriophage DNA were identified. Bacteriophage DNA samples were digested with restriction enzymes EcoRI, EcoRV, HindIII, BamHI, xhoI and SalI.

그 결과, 크로노박터 사카자키 박테리오파지 Φ CS01은 제한효소 EcoRⅠ, EcoRⅤ, HindⅢ, BamHⅠ및 SalⅠ에 민감하지만, XhoⅠ에는 민감하지 않다는 것을 확인할 수 있었다(도 9).As a result, it was confirmed that Chronobacter Sakazaki bacteriophage Φ CS01 is sensitive to restriction enzymes EcoRI, EcoRV, HindⅢ, BamHI and SalI, but not to XhoI (FIG. 9).

<실험예 10> 박테리오파지 Φ CS01의 진화계보(evolutionary tree) 확인<Experimental Example 10> Confirmation of evolutionary tree of bacteriophage Φ CS01

크로노박터 박테리오파지의 인접 결합 계통수(Neighbor-joining phylogenetic tree)를 분석하여 근접한 박테리오파지의 분류를 확인하였다. 박테리오파지의 진화 이력은 단리된 파지의 테이프 메저 단백질(tape measure protein, TMP) 서열(도 10), 테일 피버 단백질(tail fiber protein) 서열(도 11) 및 상이한 병원체에 감염된 19개의 추가적인 파지를 기초로 인접 결합 방법(neighbor-joining method)을 사용하여 추론되었다. 1000회 이상의 부트스트랩 시험(bootstrap test)에서 함께 분류된 연관 분류군(taxa)인 복제 트리(replicate trees)의 백분율은 분파 옆에 표시된다. 트리는 계통수를 추론하는데 사용되는 진화론적인 거리와 동일한 단위의 가지 길이를 가지며 크기대로 그려졌다. NCBI BLAST 인접 결합 클러스터 방법(neighbor joining clustering method) 및 Mega X 소프트웨어(http://www.megasoftware.net)를 사용하여 진화적 분석을 수행하였다. The classification of adjacent bacteriophages was confirmed by analyzing the Neighbor-joining phylogenetic tree of Chronobacter bacteriophage. The evolutionary history of bacteriophages is based on the isolated phage tape measure protein (TMP) sequence ( FIG. 10 ), tail fiber protein sequence ( FIG. 11 ) and 19 additional phages infected with different pathogens. It was inferred using the neighbor-joining method. The percentage of replicate trees that are associated taxa that have been grouped together in more than 1000 bootstrap tests is displayed next to the branch. Trees are drawn to scale with branch lengths in units equal to the evolutionary distance used to infer the phylogenetic tree. Evolutionary analysis was performed using the NCBI BLAST neighbor joining clustering method and Mega X software (http://www.megasoftware.net).

그 결과, 최대 시퀀스 차이(sequence difference)는 0.75였다. 계통 발생적 분류는 박테리오파지 Φ CS01의 TMP 및 tail fiber protein이 크로노박터(Cronobacter) 파지의 분류에 가장 근접한 것으로 드러났고, 이어 대장균속(Escherichia) 파지의 분류와 가장 유사한 것으로 확인되었다.As a result, the maximum sequence difference was 0.75. The phylogenetic classification revealed that the TMP and tail fiber protein of the bacteriophage Φ CS01 were closest to the classification of the Cronobacter phage, followed by the classification of the Escherichia phage and it was confirmed to be most similar to the classification of the phage.

<실험예 11> 크로노박터 사카자키<Experimental Example 11> Chronobacter sakazaki 배양 배지에서 pH, 생존 세포 수(viable cell counts) 및 OD의 변화에 따른 관계 확인Confirmation of relationship according to changes in pH, viable cell counts and OD in culture medium

크로노박터 사카자키의 성장에 따른 가변 매개 변수(pH, 생존 세포 수 및 OD)의 변화를 측정하여 pH 변화에 따른 생산성을 확인하였다. 숙주 박테리아인 크로노박터 사카자키를 540 ㎚(OD540)에서 0.1 흡광도로 조정하고, 3시간 동안 37℃의 진탕 배양기의 TSB 액체배지에서 성장시켰다. By measuring the changes in the variable parameters (pH, viable cell number, and OD) according to the growth of Chronobacter sakazaki, the productivity according to the pH change was confirmed. The host bacterium Chronobacter sakazaki was adjusted to an absorbance of 0.1 at 540 nm (OD 540 ), and grown in TSB broth in a shaking incubator at 37° C. for 3 hours.

박테리아 배양의 생존 세포 수 및 OD 변화를 관찰한 결과, 일반적으로 생존 세포 수 및 OD 사이는 정비례하였고, pH 및 OD 사이는 반비례하는 것으로 나타났다(도 12(A), 12(B)). 배양하는 동안, 배양 배지의 pH는 6.4에서 4.5로, OD는 0.05에서 0.62로 증가하였다. 이 결과를 통하여, 배양 배지의 pH가 약 5.8일 때 박테리아 균주가 대수기에 있음을 확인하였다. 이러한 결과를 뒷받침하기 위하여, 배양균의 pH 및 생존 세포 수 사이의 상관 관계도를 관찰한 결과, 배양균의 pH 및 생존 세포 수 사이는 반비례하였다. 또한, 배양 배지의 pH가 약 5.8일 때 크로노박터 사카자키 배양균이 대수기에 있음을 확인하였다(도 12(C)).As a result of observing the change in the number of viable cells and OD in the bacterial culture, it was generally found that the number of viable cells and the OD were directly proportional, and the pH and the OD were inversely proportional (Fig. 12(A), 12(B)). During incubation, the pH of the culture medium increased from 6.4 to 4.5 and the OD increased from 0.05 to 0.62. Through this result, it was confirmed that the bacterial strain was in the log phase when the pH of the culture medium was about 5.8. In order to support these results, as a result of observing the correlation between the pH of the culture and the number of viable cells, the pH of the culture and the number of viable cells were inversely proportional. In addition, it was confirmed that the Chronobacter sakazaki culture was in the log phase when the pH of the culture medium was about 5.8 (FIG. 12(C)).

<실험예 12> 크로노박터 사카자키를 사용한 박테리오파지 Φ CS01의 박테리아 유발 검사(challenge test)에서 pH, 생존 세포 수(viable cell counts) 및 OD의 변화에 따른 관계 확인<Experimental Example 12> Confirmation of relationship according to changes in pH, viable cell counts, and OD in the bacterial challenge test of bacteriophage Φ CS01 using Chronobacter sakazaki

Φ CS01의 증식에 따른 가변 매개 변수(pH, 생존 세포 수 및 OD)의 변화를 측정하여 pH 변화의 이유를 확인하였다. 크로노박터 사카자키의 성장에 파지 ΦCS01의 효과를 관찰하기 위하여 37℃에서 180분 동안 배양하였다. Changes in variable parameters (pH, viable cell number, and OD) according to the proliferation of Φ CS01 were measured to determine the reason for the change in pH. In order to observe the effect of the phage ΦCS01 on the growth of Chronobacter sakazaki, it was incubated at 37° C. for 180 minutes.

그 결과, 실험군(파지 ΦCS01 감염 배양균) 및 대조군(비-파지 ΦCS01 감염 배양균) 사이의 차이가 확인되었다. 실험군 및 대조군의 생존 세포 수 및 OD540 사이의 차이는 대수기 후기에 나타났다(도 13(A), 13(B)). 또한, 실험군 및 대조군의 pH 사이의 차이 역시 대수기 후기에 뚜렷하게 관찰되었다(도 13(C)). 이 결과 통하여 파지의 용해 활성(lysis activity)이 배양 배지의 pH 반등(rebound) 이유 중 하나임을 확인하였다.As a result, a difference was confirmed between the experimental group (cultures infected with phage ΦCS01) and the control group (cultures infected with non-phage ΦCS01). The difference between the number of viable cells and OD 540 of the experimental group and the control group appeared in the late log phase (FIGS. 13(A), 13(B)). In addition, the difference between the pH of the experimental group and the control group was also clearly observed in the late log phase (Fig. 13(C)). Through this result, it was confirmed that the lysis activity of the phage is one of the reasons for the pH rebound of the culture medium.

<실험예 13> 리소자임 완충액(lysozyme buffer) 및 초음파 처리(sonication)로 전처리된 크로노박터 사카자키 배양 배지의 pH 및 생존 세포 수 변화에 따른 관계 확인<Experimental Example 13> Confirmation of relationship according to changes in pH and viable cell number of Chronobacter sakazaki culture medium pretreated with lysozyme buffer and sonication

크로노박터 사카자키의 성장에 따른 가변 매개 변수(pH 및 생존 세포 수)의 변화를 측정하여 pH 변화의 이유를 확인하였다. 크로노박터 사카자키를 진탕 배양기에서 250 rpm으로 대수기 후기에 도달할 때까지 37℃에서 50 ㎖의 코니칼 튜브(conical tube) 내 BHI 배지에서 2시간 동안 배양하였다. 그 다음, 샘플을 원심 분리하고 STET 완충액(트리스-염화수소(Tris-HCl) 10 mM, pH=8.0, 염화나트륨(NaCl) 0.1 M, EDTA 1 mM , 및 트리톤 X-100(TRITON X-100) 5% w/v)에 펠렛을 재현탁시키고, 제조된 리소자임(lysozyme) 용액(트리스-염화수소(Tris-HCl) 10 mM 중 10 mg/mL, pH=8.0)을 첨가하였다. 이후 용액의 pH를 상기 STET 완충액 및 리소자임 용액 첨가 전의 pH로 염화수소(HCl) 용액을 첨가하여 조정한 뒤, 상기 용액을 30분 동안 초음파 처리하고, 50 ㎖의 코니칼 튜브로 옮겨 37℃에서 30분 동안 배양한 뒤, Ag/AgCl 전극(Beckman Coulter Inc., Sharon Hill PA)을 사용하여 10분마다 측정하였다. Changes in variable parameters (pH and number of viable cells) according to the growth of Chronobacter sakazaki were measured to determine the reason for the change in pH. Chronobacter sakazaki was cultured in BHI medium in a 50 ml conical tube at 37° C. for 2 hours at 250 rpm in a shaking incubator until reaching the late log phase. The samples were then centrifuged and the STET buffer (Tris-HCl 10 mM, pH=8.0, sodium chloride (NaCl) 0.1 M, EDTA 1 mM, and TRITON X-100 5% w/v), and the prepared lysozyme solution (10 mg/mL in 10 mM Tris-HCl, pH=8.0) was added. Thereafter, the pH of the solution was adjusted by adding a hydrogen chloride (HCl) solution to the pH before addition of the STET buffer and lysozyme solution, the solution was sonicated for 30 minutes, and transferred to a 50 ml conical tube at 37° C. for 30 minutes After incubation for a while, measurements were taken every 10 minutes using an Ag/AgCl electrode (Beckman Coulter Inc., Sharon Hill PA).

그 결과, 일반적으로 생존 세포 수와 pH 사이는 반비례하였다(도 14). 한편, 리소자임 용액 및 STET 완충액으로 처리한 후 초음파를 처리하는 경우에는 용액의 pH가 반등(rebound)되는 것으로 밝혀졌다. 이 결과를 통하여, 박테리아 세포 용해가 배양 배지의 pH 반등에 대한 이유 중 하나임을 확인하였다.As a result, in general, there was an inverse proportion between the number of viable cells and the pH (FIG. 14). On the other hand, it was found that the pH of the solution rebounded when ultrasonication was performed after treatment with lysozyme solution and STET buffer. Through these results, it was confirmed that bacterial cell lysis is one of the reasons for the pH rise of the culture medium.

<실험예 14> 크로노박터 사카자키가 유발한 박테리오파지 Φ CS01의 특성 확인<Experimental Example 14> Confirmation of characteristics of bacteriophage Φ CS01 induced by Chronobacter Sakazaki

Φ CS01의 증식에 따른 파라미터(pH, 생존 세포 수 및 OD)의 변화를 측정하여 pH 변화의 이유를 확인였다. 숙주 박테리아인 크로노박터 사카자키를 540 ㎚(OD540)에서 0.1 흡광도로 조정하고, 37℃의 진탕 배양기 속 TSB 배지에서 90분 동안 성장시켰으며 박테리오파지 Φ CS01은 OD540이 0.3일 때 박테리아 배양을 유발하였다. Changes in parameters (pH, viable cell number, and OD) according to the proliferation of Φ CS01 were measured to confirm the reason for the change in pH. The host bacterium Chronobacter sakazaki was adjusted to 0.1 absorbance at 540 nm (OD 540 ), and grown for 90 minutes in TSB medium in a shaking incubator at 37 ° C. Bacteriophage Φ CS01 induced bacterial culture when OD 540 was 0.3. .

그 결과, 파지는 배양균의 세포내 물질을 방출하게 하는 박테리아 세포 용해를 유발하고, 배양액에서 완충용액으로 작용하여 pH가 반등하도록 유발하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들을 뒷받침하기 위하여, 배양액의 pH 및 생존 세포 수 사이의 상관 관계를 관찰하였다(도 15). 박테리아 배양 유발 후 60분까지 배양 배지의 pH는 5.61에서 4.65로 감소되고, 이후 천천히 5.08로 반등하였다. 한편, 파지의 역가는 30분까지 약간 증가하다가 이후 급격히 증가하는 것을 확인할 수 있었다(도 15(A). 한편, 배양균이 파지 Φ CS01를 유발한 후, pH가 반등될 때 pH와 생존 세포 수 사이가 반비례하는 것을 확인하였다(도 13(B)). 파지 용해 효과로 생존 세포 수가 감소함에 따라 배양균의 pH가 반등하는 것을 관찰할 수 있었고, 이러한 결과를 뒷받침하기 위하여 크로노박터 사카자키의 생존 세포 수와 파지 Φ CS01의 역가 사이의 상관관계가 파지 Φ CS01의 농도가 증가함에 따라, 배양 배지의 생존 세포 수는 역으로 감소하는 것을 확인하였다(도 15(C)). 또한, 6시간까지 추가로 배양하였지만, 4시간 후에는 역가 및 pH의 유의한 변화가 측정되지 않아, 본 발명의 최적 배양시간은 4시간으로 확인되었다.As a result, it was confirmed that the phage induces bacterial cell lysis which causes the release of intracellular substances of the culture medium, and acts as a buffer solution in the culture medium to cause the pH to rise. To support these results, a correlation between the pH of the culture medium and the number of viable cells was observed (FIG. 15). The pH of the culture medium was decreased from 5.61 to 4.65 until 60 minutes after induction of bacterial culture, and then slowly rebounded to 5.08. On the other hand, it was confirmed that the titer of the phage slightly increased up to 30 minutes and then increased rapidly (Fig. 15(A). On the other hand, when the pH rebounded after the culture induced phage Φ CS01, the pH and the number of viable cells It was confirmed that there was an inverse proportion between (Fig. 13(B)).As the number of viable cells decreased due to the phage lysis effect, it was observed that the pH of the culture rebounded, and in order to support this result, viable cells of Chronobacter sakazaki The correlation between the number and titer of phage Φ CS01 confirmed that as the concentration of phage Φ CS01 increased, the number of viable cells in the culture medium decreased inversely (Fig. 15(C)). However, no significant change in titer and pH was measured after 4 hours, so the optimal incubation time of the present invention was confirmed to be 4 hours.

<실험예 15> TSSC 공정으로 수득한 고역가 파지 용액의 확인<Experimental Example 15> Confirmation of high titer phage solution obtained by TSSC process

상기 <실험예 11> 내지 <실험예 14>의 생존 세포 수(CFU/㎖), 박테리오파지 역가(PFU/㎖) 및 배양액의 pH에 대한 상관 그래프 및 데이터를 통하여, 박테리오파지의 생산 효율성을 높일 수 있는 박테리오파지의 접종 및 수확 시점을 시간의 경과 대신 pH의 변화로 확인할 수 있었다.Through the correlation graph and data for the number of viable cells (CFU / ml), the bacteriophage titer (PFU / ml) and the pH of the culture medium of <Experimental Example 11> to <Experimental Example 14>, the production efficiency of bacteriophages can be increased The inoculation and harvest time of the bacteriophage could be confirmed as a change in pH instead of the passage of time.

그 결과, 안정적이고 지속적인 공정으로 종래의 방법에 비하여 박테리오파지 용액의 농도가 높아졌고, 상기 <실시예 3>의 공정에 따라 수득한 Φ CS01의 수율이 종래의 플라스크 배양 방법보다 약 24배 높은 것을 확인하였다(도 16). 파지 용액 또는 박테리아 배양액의 추가없이 단순히 공정 초기에 영양 배지를 첨가함으로써, 박테리오파지에 감염시킬 박테리아 및 박테리오파지에 감염된 박테리아가 독립적인 배양 환경을 가지는 본 발명의 크로노박터 사카자키 박테리오파지의 대량 생산 방법으로 지속적으로 높은 역가의 파지 용해물을 안정적으로 얻을 수 있는 것이 확인되었다.As a result, the concentration of the bacteriophage solution was increased compared to the conventional method in a stable and continuous process, and the yield of Φ CS01 obtained according to the process of <Example 3> was about 24 times higher than that of the conventional flask culture method. was done (FIG. 16). By simply adding a nutrient medium at the beginning of the process without adding a phage solution or bacterial culture medium, the bacteria to be infected with the bacteriophage and the bacteria infected with the bacteriophage have an independent culture environment. Continuously high as a mass production method of Chronobacter sakazaki bacteriophage It was confirmed that a titer phage lysate could be stably obtained.

<실험예 16> 동결건조(lyophilization) 후 박테리오파지 Φ CS01의 안정성 확인<Experimental Example 16> Confirmation of stability of bacteriophage Φ CS01 after lyophilization

건조한 환경에서도 살아남는 크로노박터 사카자키로 인한 감염 예방을 위하여 박테리오파지 Φ CS01를 동결건조한 후 그 감염률을 확인하였다. 많은 동결보호제(cryoprotectants) 중 가장 많이 사용되는 것은 설탕으로, 특히 0.5 M의 수크로스(sucrose)가 가장 효과적인 안정제로 알려져있다. 이에, 안정제(0.5 M의 수크로스)에 파지 Φ CS01을 동결건조 시키고 4℃에서 보관한 다음, 멸균 증류수에 동결건조 전과 동일한 부피로 현탁시키고, 감염성 부유 용액(infectivity suspended solutions)을 측정하기 위하여 이중층 플라크 검사(Double layer plaque assay)를 수행하였다. After freeze-drying the bacteriophage Φ CS01 to prevent infection caused by Chronobacter sakazaki, which survives even in a dry environment, the infection rate was confirmed. Among many cryoprotectants, the most used is sugar, and in particular, 0.5 M sucrose is known as the most effective stabilizer. Thus, phage Φ CS01 was freeze-dried in a stabilizer (0.5 M sucrose) and stored at 4°C, then suspended in sterile distilled water in the same volume as before freeze-drying, and a double layer to measure infectivity suspended solutions. A double layer plaque assay was performed.

그 결과, 동결건조 직후에 약 1 로그 스케일(log scale)의 감염률 감소가 관찰되었지만, 그 후 감소 없이 9주 동안 유지되는 것을 확인할 수 있었다(도 17).As a result, a decrease in the infection rate of about 1 log scale was observed immediately after lyophilization, but it was confirmed that the infection rate was maintained for 9 weeks without a decrease thereafter (FIG. 17).

Claims (19)

1) 박테리아를 배양하여 박테리아 배양액을 수득하는 자가 순환 발효(self-cycling fermentation, SCF) 단계; 및
2) 상기 단계 1)에서 수득된 박테리아 배양액의 박테리아에 박테리오파지를 감염시킨 후 감염된 박테리아를 배양 및 수거하여 박테리오파지를 수득하는 자가 순환 감염(self-cycling infection, SCI) 단계;를 포함하는 박테리오파지의 대량 생산 방법으로서,
상기 자가 순환 발효(SCF) 단계는
ⅰ) 숙주 박테리아 균주의 단일 콜로니를 배지에 재현탁 후 배양하는 단계;
ⅱ) 상기 단계 ⅰ)의 배양액을 제1 생물반응기에서 계대 배양하면서 pH를 모니터링하는 단계;
ⅲ) pH가 5.5 내지 6.0일 때, 상기 단계 ⅱ)의 배양액 중 일부를 수득하여 제2 생물반응기로 옮기는 단계; 및
ⅳ) 상기 단계 ⅱ)의 배양액 중 제1 생물반응기에 남은 배양액에 배지를 보충하는 단계;를 세부 단계로서 포함하고,
상기 자가 순환 감염(SCI) 단계는
A) pH 모니터링 하에서, 제2 생물반응기 내 박테리아 배양액 내 박테리아에 박테리오파지를 투입한 후 배양하면서 박테리오파지를 증식시키는 단계;
B) pH가 4.5 내지 5.5일 때, 상기 단계 A)의 증식된 박테리오파지를 수거 및 여과하여 여과액을 수득하는 단계;
C) 상기 단계 B)의 수득된 여과액의 일부를 제2 생물반응기에 재첨가하는 단계; 및
D) 상기 단계 B)의 남은 여과액을 정제하여 박테리오파지를 생산하는 단계;를 세부 단계로서 포함하고,
상기 단계 1)의 박테리아는 크로노박터 사카자키(Cronobacter sakazakii)이며,
상기 단계 2)의 박테리오파지는 Φ CS01인, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
1) a self-cycling fermentation (SCF) step of culturing bacteria to obtain a bacterial culture; and
2) After infecting the bacteria of the bacterial culture medium obtained in step 1) with the bacteriophage, culturing and collecting the infected bacteria to obtain a bacteriophage self-cycling infection (SCI) step; mass production of bacteriophages, including As a method,
The self-circulating fermentation (SCF) step is
i) resuspending a single colony of the host bacterial strain in a medium and then culturing;
ii) monitoring the pH while subculturing the culture solution of step i) in the first bioreactor;
iii) when the pH is 5.5 to 6.0, obtaining a portion of the culture solution of step ii) and transferring it to a second bioreactor; and
iv) replenishing the culture medium remaining in the first bioreactor among the culture medium of step ii) as a detailed step;
The autologous circulating infection (SCI) step is
A) under pH monitoring, adding the bacteriophage to the bacteria in the bacterial culture solution in the second bioreactor and then culturing the bacteriophage to multiply;
B) when the pH is 4.5 to 5.5, collecting and filtering the proliferated bacteriophage of step A) to obtain a filtrate;
C) re-adding a portion of the filtrate obtained in step B) to a second bioreactor; and
D) purifying the remaining filtrate of step B) to produce a bacteriophage;
The bacterium of step 1) is Cronobacter sakazakii ,
The bacteriophage of step 2) is Φ CS01, the mass production method of the bacteriophage.
삭제delete 제1항에 있어서, 제1 생물반응기 및 제2 생물반응기는 항아리(jar) 타입 발효기인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
The method according to claim 1, characterized in that the first bioreactor and the second bioreactor are jar type fermentors.
제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅰ)의 배지는 액체 배지인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the medium of the detailed step i) of step 1) is a liquid medium, characterized in that, bacteriophage mass production method.
제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅱ)의 배양 온도는 20 내지 35℃인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the incubation temperature of detailed step ii) of step 1) is characterized in that 20 to 35 ℃, mass production of bacteriophage.
제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅲ)의 배양 시간은 2 내지 6시간인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the incubation time of detailed step iii) of step 1) is characterized in that 2 to 6 hours, the mass production method of bacteriophage.
제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅱ)의 계대 배양은 박테리아 성장곡선상 초기 대수기(early exponential phase)에 도달할 때인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
The method of claim 1, wherein the sub-culture of sub-step ii) of step 1) is characterized in that when it reaches an early exponential phase on the bacterial growth curve, the mass production method of bacteriophages.
제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅲ)의 pH는 5.8인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the pH of the detailed step iii) of step 1) is characterized in that 5.8, the mass production method of bacteriophage.
제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅲ)의 배양액 중 일부와 세부 단계 ⅳ)의 제1 생물반응기에 남은 배양액의 부피비는 9:1인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the volume ratio of a part of the culture solution of sub-step iii) of step 1) and the culture solution remaining in the first bioreactor of sub-step iv) is 9:1, the mass production method of bacteriophages.
제1항에 있어서, 상기 단계 1)의 세부 단계 ⅳ)의 제1 생물반응기에 남은 배양액과 보충되는 배지의 부피비는 1:9인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the volume ratio of the culture medium to be supplemented with the culture medium remaining in the first bioreactor in detailed step iv) of step 1) is 1:9, characterized in that, mass production method of bacteriophage.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 세부 단계 A)의 박테리오파지는 0.01 내지 0.5 감염다중도(Multiplicity of Infection, MOI)를 갖도록 투입되는 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the bacteriophage of detailed step A) of step 2) is 0.01 to 0.5 multiplicity of infection (Multiplicity of Infection, MOI) characterized in that the input to have, mass production of bacteriophage.
제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 세부 단계 B)의 pH는 5.0인 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the pH of the detailed step B) of step 2) is 5.0, characterized in that, bacteriophage mass production method.
제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 세부 단계 B)의 여과는 0.2 내지 0.7 ㎛ 기공 크기의 필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the filtration of the detailed step B) of step 2) is characterized in that consisting of a filter having a pore size of 0.2 to 0.7 μm, the mass production method of bacteriophages.
제1항에 있어서, 상기 단계 2)의 세부 단계 C)의 정제는 클로로포름(chloroform), 염화나트륨(NaCl) 및 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol, PEG) 중에서 선택된 하나 이상으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the purification of detailed step C) of step 2) is chloroform (chloroform), sodium chloride (NaCl) and polyethylene glycol (polyethylene glycol, PEG) characterized in that carried out with one or more selected from, bacteriophage of mass production method.
제1항에 있어서, 상기 SCI단계는 2 내지 5회 연속으로 반복되는 것을 특징으로 하는, 박테리오파지의 대량 생산 방법.
According to claim 1, wherein the SCI step is characterized in that repeated 2 to 5 times in a row, the mass production method of bacteriophage.
삭제delete 삭제delete 삭제delete
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