KR20060020287A - Method of cracking the cell wall of microorganisms - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미생물에 마이크로파를 조사하는 것을 포함하는 미생물의 세포벽을 파쇄하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for crushing a cell wall of a microorganism comprising irradiating microwaves to the microorganism.

Description

미생물의 세포벽을 파쇄하는 방법{Method of cracking the cell wall of microorganisms}Method of cracking the cell wall of microorganisms

도 1은 본 발명의 미생물의 세포 파쇄 방법을 수행할 수 있는 마이크로파 조사 장치의 일 구현예를 나타낸 것이다. Figure 1 shows an embodiment of a microwave irradiation apparatus capable of performing the cell disruption method of the microorganism of the present invention.

1: 마그네트론1: magnetron

2: 세포 파쇄용 용기2: container for cell disruption

3: 마이크로파 차단벽3: microwave blocking wall

도 2a는 호기성 박테리아에 마이크로파 조사 시 시간에 따른 SCOD(Soluble chemical oxygen demand) 농도 및 칼슘 농도를 도시한 것이다. Figure 2a shows the SCOD (Soluble chemical oxygen demand) concentration and calcium concentration over time upon microwave irradiation to aerobic bacteria.

도 2b은 호기성 박테리아에 마이크로파 조사 시 시간에 따른 단백질, 탄수화물, 및 지방의 농도를 도시한 것이다. Figure 2b shows the concentration of protein, carbohydrate, and fat over time upon microwave irradiation to aerobic bacteria.

도 3a는 호기성 박테리아에 마이크로파를 조사하기 전과 후에 전자현미경으로 관찰한 결과를 촬영한 사진이다. Figure 3a is a photograph of the results observed with an electron microscope before and after irradiating the microwave to aerobic bacteria.

도 3b는 대장균에 마이크로파를 조사하기 전과 후에 전자현미경으로 관찰한 결과를 촬영한 사진이다. Figure 3b is a photograph of the results observed with an electron microscope before and after irradiation with E. coli microwave.

도 3c는 조류에 마이크로파를 조사하기 전과 후에 전자현미경으로 관찰한 결과를 촬영한 사진이다. Figure 3c is a photograph of the results observed with an electron microscope before and after irradiating the microwave to the bird.

본 발명은 미생물의 세포 파쇄방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 마이크로파를 이용하여 미생물의 세포를 파쇄하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for cell disruption of microorganisms, and more particularly, to a method for disrupting cells of microorganisms using microwaves.

최근, 생물환경이라는 학문이 큰 각광을 받고 있다. 이러한 학문에서는 자연계에 존재하지만 아직 알려지지 않은 신물질의 탐색 및 발견이 인류복지증진 및 신규자원확보라는 측면에서 중요한 연구 분야로 여겨지고 있다. 자연에 존재하는 신물질의 탐색 및 발견을 위해서는 동식물의 조직 세포를 포함한 각종 미생물의 구성성분을 추출, 분리하는 것이 필수적이다. In recent years, the study of the biological environment has received great attention. In these studies, the discovery and discovery of new materials that exist in the natural world, but not yet known, are considered to be important research areas in terms of promoting human welfare and securing new resources. For the discovery and discovery of new substances in nature, it is essential to extract and isolate the components of various microorganisms, including tissue cells of animals and plants.

생명의 기본 단위인 세포는 그 세포질 및 세포막이 반투과성이며 견고한 세포벽으로 둘러싸여 있다. 세포질은 핵산, 단백질, 탄수화물, 지질, 효소, 무기성 이온과 80%의 물로 구성되어 있고 이들 물질들을 세포로부터 얻어내기 위해서는 세포막 및/또는 세포벽을 파쇄하는 것이 필수적이다. 이러한 세포파쇄를 위하여 몇 가지 방식의 세포파쇄장치가 개발되었다. The cell, the basic unit of life, is semipermeable and surrounded by a solid cell wall in its cytoplasm and membrane. The cytoplasm consists of nucleic acids, proteins, carbohydrates, lipids, enzymes, inorganic ions and 80% water, and breaking down cell membranes and / or cell walls is essential for obtaining these substances from cells. Several methods of cell disruption have been developed for cell disruption.

한국특허공개 2000-34280에 따르면 비드를 이용하여 비드의 상하 진동운동에 의해 세포를 파쇄하는 세포파쇄장치가 개시되어 있다. 비드를 이용한 이러한 세포파쇄장치는 동력낭비가 심하고, 대량의 샘플을 파쇄할 경우에는 적용할 수 없다는 단점이 있다. 대부분의 세포추출실험은 시료를 빠른 시간 내에 동시에 처리하는 기술을 요하고 있으므로, 상기한 바와 같은 단점은 문제가 된다. According to Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-34280, a cell crushing apparatus for crushing cells by vertical vibration of the beads using beads is disclosed. Such cell crushing device using beads has a disadvantage of severe power wastage and cannot be applied when crushing a large amount of samples. Since most cell extraction experiments require a technique for simultaneously processing a sample in a short time, the disadvantages described above are problematic.

또한 생명공학분야에서 이용되는 기술 중 효소 등의 시약(예: 효소가 함유되어 있는 용해 완충액(lysis buffer), 리소짐, SDS 용액(20% 소듐 도데실 술페이트))을 사용하여 세포를 파쇄하는 방법은 지나친 시약비용으로 인해 세포 파쇄 시 어려움이 따른다(Sambrook J. and Russell D. W. (2001). Molecular cloning A Laboratory manual. COLD SPRILNG HARBOR LABORATORY PRESS, NEW YORK. 1.31-1.55).In addition, among the technologies used in the field of biotechnology, cells such as enzymes (eg, lysis buffer, lysozyme, SDS solution (20% sodium dodecyl sulfate) containing enzyme) are used to disrupt cells. The method suffers from cell disruption due to excessive reagent costs (Sambrook J. and Russell DW (2001). Molecular cloning A Laboratory manual . COLD SPRILNG HARBOR LABORATORY PRESS, NEW YORK. 1.31-1.55).

상기 방식 이외에도, 실린더 내에서 공이를 고속 회전시켜서 세포막을 파괴하는 방식(Muller J. A. (2001). Prospects and problems of sludge pre-treatment processes. Wat. Sci. Tech. 44(10), 121-128.), 유압을 이용하여 시료를 매우 미세한 구멍으로 통과시킴으로써 세포막을 파괴하는 방식(Nah I. W., Kang Y. U., Hwang K. Y. and Song W. K. (2000). Mechanical pretreatment of waste activated sludge for anaerobic digestion process. Wat. Res. 34(8), 2362-2368), 초음파를 이용하는 방식(한국등록실용신안 20-0193475)(Tiehm A., Nickel K., Zellhorn M. and Neis U. (2001). Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic stabilization. Wat. Res. 35(8), 2003-2009), 및 고온을 이용하여 세포막을 파괴하는 방식 등이 있다.(Wang Q., Noguchi C., Hara Y., Sharon C., Kakimoto K. and Kato Y. (1997). Studies on anaerobic digestion mechanism:Influence of pretreatment temperature on biodegradation of waste activated sludge. Environ. Technol 18, 999-1008)(Sambrook J. and Russell D. W. (2001). Molecular cloning A Laboratory manual. COLD SPRILNG HARBOR LABORATORY PRESS, NEW YORK. 1.31-1.55). In addition to the above method, a method of breaking a cell membrane by rotating the ball in a cylinder at high speed (Muller JA (2001) .Prospects and problems of sludge pre-treatment processes.Wat . Sci. Tech. 44 (10), 121-128.) Res. 34 : Mechanical pretreatment of waste activated sludge for anaerobic digestion process.Wah . Res. 34 (8), 2362-2368), Ultrasonic method (Korea Utility Model 20-0193475) (Tiehm A., Nickel K., Zellhorn M. and Neis U. (2001) .Ultrasonic waste activated sludge disintegration for improving anaerobic Wat. Res. 35 (8), 2003-2009), and methods of breaking cell membranes using high temperatures (Wang Q., Noguchi C., Hara Y., Sharon C., Kakimoto K.). and Kato Y. (1997) .Study on anaerobic digestion mechanism: Influence of pretreatment temperature on biodegradation of waste ac tivated sludge. Environ. Technol 18, 999-1008) (Sambrook J. and Russell DW (2001). Molecular cloning A Laboratory manual. COLD SPRILNG HARBOR LABORATORY PRESS, NEW YORK. 1.31-1.55).

앞서 기재한 바와 같이, 세포조직 등의 시료로부터 핵산, 단백질, 당, 지질 등을 추출하기 위해서는 반드시 세포파쇄과정이 필요하다. 그러나 상기한 바와 같은 세포파쇄방법은 많은 양의 샘플을 동시에 파쇄할 수 없다는 점, 세포 파쇄 시 소음이나 진동이 발생된다는 점, 및 비용이 많이 소요된다는 점 등 기능, 효율, 및 비용의 측면에서 문제가 있다. 따라서, 개선된 새로운 세포파쇄장치를 개발하여야 할 필요성이 절실히 대두된다.As described above, in order to extract nucleic acids, proteins, sugars, lipids, and the like from a sample of cell tissues, a cell disruption process is necessary. However, the cell disruption method described above has problems in terms of function, efficiency, and cost, such as the inability to simultaneously crush a large amount of samples, the generation of noise or vibration during cell disruption, and the high cost. There is. Therefore, there is an urgent need to develop new and improved cell disruption apparatus.

따라서, 본 발명은 많은 양의 샘플을 동시에 파쇄할 수 있고, 세포 파쇄 시에 발생되는 소음이나 진동이 없으며, 비용이 저렴한, 미생물의 세포벽을 파쇄하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for breaking up a cell wall of a microorganism, which is capable of simultaneously crushing a large amount of samples, is free of noise and vibration generated during cell crushing, and is inexpensive.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미생물에 마이크로파를 조사하는 것을 포함하는 미생물의 세포벽을 파쇄하는 방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a method for crushing the cell wall of the microorganism comprising irradiating the microwave to the microorganism.

상기 마이크로파의 파장은 가장 바람직하게는 2450 MHz가 사용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 마이크로파를 조사하는 시간은 7 분 내지 15 분인 것이 바람직하다. 또한, 미생물 시료의 깊이는 0.5 cm 내지 3 cm인 것이 바람직하다. Most preferably, the wavelength of the microwave may be 2450 MHz, but the present invention is not limited thereto. The microwave irradiation time is preferably 7 minutes to 15 minutes. In addition, the depth of the microbial sample is preferably 0.5 cm to 3 cm.

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

본 발명에서 제공하는 미생물의 세포벽을 파쇄하는 방법은 미생물에 마이크 로파를 조사하는 것을 포함한다. The method for breaking down the cell wall of a microorganism provided by the present invention includes irradiating microwaves to the microorganism.

여기에서 미생물이란 대한민국 생명공학분야 심사기준에 정의되어 있는 바와 같이, 곰팡이, 세균, 바이러스, 원생생물, 동식물의 세포조직, 및 이들의 배양물 등을 포함하는 매우 포괄적인 개념이다. As used herein, microorganism is a very comprehensive concept that includes fungi, bacteria, viruses, protozoa, cell tissues of animals and plants, and cultures thereof, as defined in the Korean Biotechnology Review Standard.

마이크로파는 300 MHz - 300 GHz 범위의 주파수를 갖는 전자파(electromagnetic wave)의 일종이며 파장은 1 cm 내지 1 m의 범위를 갖는다. 마이크로파는 빛의 일종이기 때문에 반사, 굴절, 회절, 및 투과현상이 발생하고, 전기장 E와 자기장 H가 수직으로 존재한다. 이러한 마이크로파는 시료 중에 포함된 물과 같은 극성분자를 진동 및 회전시켜 열에너지를 유발하기 때문에 가열수단으로 널리 이용되고 있다. Microwave is a kind of electromagnetic wave having a frequency in the range of 300 MHz-300 GHz and has a wavelength in the range of 1 cm to 1 m. Because microwaves are a kind of light, reflection, refraction, diffraction, and transmission occur, and the electric field E and the magnetic field H exist vertically. Such microwaves are widely used as heating means because they cause thermal energy by vibrating and rotating polar molecules such as water contained in a sample.

식품산업이나 가정용으로 쓰이는 주파수로는 915 MHz와 2450 MHz가 있는데, 주로 2450 MHz의 주파수가 사용된다. 마이크로파를 세포에 조사하면 수시로 방향이 바뀌는 전기장(2.45x109 주기/초) 하에서 세포에 함유되어 있는 이온과 극성물질(물, 색소, 지방, 단백질 등)이 처음에는 무질서하게 배열하다가 전기장에 의해서 한 방향으로 배열하게 되고, 다시 무질서하게 흩어진 다음 다시 반대 방향으로 배열하는 과정(Rotational energy transitions)을 매우 빠른 속도로 반복하게 된다. 이와 같은 과정을 거쳐 전기장 에너지가 운동에너지로 바뀌고 운동에너지는 마찰에 의해 열에너지로 변환하게 된다. 이러한 과정에서 분자적 진동과 함께 미생물의 세포벽 또는 세포막이 파쇄되어 세포질의 수용성 유기물(용질)이 용매로 이동되는 추출현상이 이루어지는 것이다. Frequently used in the food industry or home use are 915 MHz and 2450 MHz, mainly 2450 MHz. When microwaves are irradiated to cells, ions and polar substances (water, pigments, fats, proteins, etc.) contained in the cells are initially disorderly arranged in an electric field (2.45x10 9 cycles / second) that changes direction. The rotational energy transitions are repeated at very high speeds. Through this process, the electric field energy is converted into kinetic energy and the kinetic energy is converted into thermal energy by friction. In this process, with the molecular vibration, the cell wall or cell membrane of the microorganism is crushed, and the extraction phenomenon in which the water-soluble organic matter (solute) of the cytoplasm is transferred to the solvent is performed.

이러한 마이크로파를 미생물 시료에 조사하기 위하여, 예를 들어 도 1에 나타낸 바와 같은 일반적인 마이크로파 조사 장치를 사용할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 도 1에 나타낸 마이크로파 조사 장치를 이용하여 설명하였지만, 도 1은 일반적인 마이크로파 조사 장치에 미생물을 포함하는 시료를 함유하고 있는 세포 파쇄용 용기를 배치시킨 상태를 나타낸 것이며, 본 발명의 마이크로파 조사방법이 도 1에 나타낸 장치를 이용하는 방법에 한정되는 것은 아니다. In order to irradiate such a microwave to a microbial sample, the general microwave irradiation apparatus as shown in FIG. 1 can be used, for example. Hereinafter, the present invention has been described using the microwave irradiation apparatus shown in FIG. 1, but FIG. 1 shows a state in which a cell disruption vessel containing a sample containing a microorganism is disposed in a general microwave irradiation apparatus. The microwave irradiation method is not limited to the method using the apparatus shown in FIG.

도 1에 나타낸 일반적인 마이크로파 조사 장치는 크게 마그네트론 (1)과 마그네트론에서 발생되는 마이크로파를 차단하기 위한 마이크로파 차단벽 (3)으로 구성되어 있으며, 본 발명의 세포 파쇄 방법을 수행하기 위해 미생물 시료를 함유하는 세포파쇄용 용기 (2)를 마이크로파 조사 장치에 배치시킨 상태를 도 1에 함께 나타내었다. The general microwave irradiation apparatus shown in FIG. 1 is largely composed of a magnetron 1 and a microwave barrier wall 3 for blocking microwaves generated from the magnetron, and contains a microbial sample for carrying out the cell disruption method of the present invention. The state which arrange | positioned the cell crushing container 2 to the microwave irradiation apparatus is shown together in FIG.

도 1에 나타낸 마이크로파 조사 장치는 상부에 마이크로파를 발생시키는 마그네트론 (1)이 위치하고 있다. 그러나, 미생물에 조사하기 위한 마이크로파 생성하는 마그네트론의 위치가 이에 한정되는 것은 아니며, 미생물에 마이크로파를 조사할 수 있는 위치이기만 하면 어디든지 위치할 수 있다. In the microwave irradiation apparatus shown in FIG. 1, the magnetron 1 which generates a microwave is located in the upper part. However, the position of the microwave generating magnetron for irradiating the microorganism is not limited thereto, and may be located anywhere as long as it is a position capable of irradiating the microwave to the microorganism.

도 1의 마그네트론에 발생되는 마이크로파의 주파수는 국제적 공용 주파수인 2,450 MHz가 가장 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 미생물의 세포막 또는 세포벽을 파쇄할 수 있는 모든 주파수가 가능하다. The frequency of microwaves generated in the magnetron of FIG. 1 is most preferably, but not limited to, 2,450 MHz, which is an international common frequency, and any frequency capable of breaking a cell membrane or cell wall of a microorganism is possible.

본 발명의 세포 파쇄 방법을 수행하기 위해, 미생물을 포함하는 시료를 수용 하는 세포 파쇄용 용기 (2)를 도 1에 나타낸 바와 같이 마이크로 조사 장치에 배치시킬 수 있다. 도 1에 따르면 세포 파쇄용 용기 (2)는 마이크로파가 수직으로 입사되는 방향으로 배치되어 있으나, 마이크로파가 도달되는 위치이기만 하면 어느 곳에든지 위치할 수 있다. In order to carry out the cell disruption method of the present invention, a cell disruption vessel 2 containing a sample containing a microorganism can be placed in a microirradiation apparatus as shown in FIG. According to FIG. 1, the cell crushing container 2 is arranged in a direction in which microwaves are incident vertically, but may be located anywhere as long as the microwaves are reached.

상기 세포 파쇄용 용기에 수용되는, 미생물을 포함하는 시료는 그 시료의 깊이가 제한되는 것은 아니나, 바람직하게는 0.5 내지 3 cm의 범위로 함유될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 1.1 내지 2 cm, 가장 바람직하게는 1.5 cm 깊이로 함유될 수 있다. The sample containing the microorganism, which is contained in the cell crushing container, is not limited to the depth of the sample, but may preferably be contained in the range of 0.5 to 3 cm, more preferably 1.1 to 2 cm, most Preferably 1.5 cm deep.

이하, 본 발명을 하기 실시예 및 실험예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예 및 실험예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following Examples and Experimental Examples. However, these Examples and Experimental Examples are only for better understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by them in any sense.

실시예 1Example 1

호기성 박테리아의 세포파쇄 및 세포질 구성성분의 측정Determination of Cell Breakage and Cytoplasmic Components of Aerobic Bacteria

A. 실험방법A. Experimental Method

호기성 박테리아를 포항시 건설환경 사업소(포항시 하수처리장)의 폭기조에서 채취하였다. 폭기조에서 채취한 미생물을 그대로 다음 실험에 이용하였다. 폭기조를 구성하는 박테리아는 Pseudomonas, Arthrobacter, Comamonas, Lophomonas, Zooglea, Sphaerotilus, Azotobacter, Chromobacterium, Achromobacter, Flavobacterium, Bacillus 및 Nocardia 등이 있는 것으로 나타났으며, 그중 도 3a에 촬영된 미생물들은 막대형태의 Nocardia 와 구균형태의 Zooglea로 사료되었다.Aerobic bacteria were collected from aeration tanks at the Pohang Construction Environment Office (Pohang Sewage Treatment Plant). The microorganisms collected in the aeration tank were used as they were in the next experiment. Bacteria that make up the aeration tank is Pseudomonas, Arthrobacter, Comamonas, Lophomonas, Zooglea, Sphaerotilus, Azotobacter, Chromobacterium, Achromobacter, Flavobacterium, it showed that there is such as Bacillus and Nocardia, which the microbes taken in Fig. 3a are Nocardia of bars and It was considered to be Zooglea in the form of cocci .

상기 폭기조에서 채취된 시료 500ml(고형물 = 25,670mg/L, 휘발성 고체 =19,650mg/L, 휘발성 부유 고형물 = 17,750mg/L)를 세로길이 25 cm, 가로길이 13.3 cm인 도 1의 세포 파쇄용 용기 (2)에 1.5cm의 높이로 배치시킨 후 마이크로파 조사시간을 3, 5, 7, 11, 15분으로 조사하여 세포각각의 구성성분인 가용성 단백질, 탄수화물, 지질을 정량분석하였고, 추가로 SCOD(Soluble chemical oxygen demand)와 칼슘 이온을 측정하였다. 500 ml of the sample collected from the aeration tank (solid = 25,670 mg / L, volatile solid = 19,650 mg / L, volatile suspended solids = 17,750 mg / L) cell rupture container of Figure 1 having a length of 25 cm, a width of 13.3 cm After placing at a height of 1.5cm in (2), the microwave irradiation time was irradiated with 3, 5, 7, 11, and 15 minutes to quantitatively analyze the soluble proteins, carbohydrates and lipids as components of each cell. Soluble chemical oxygen demand) and calcium ions were measured.

B. 실험결과B. Experimental Results

SCOD(Soluble chemical oxygen demand)와 칼슘 이온을 측정한 결과와 가용성 단백질, 탄수화물, 및 지질의 정량분석 결과를 각각 도 2a 및 도 2b에 나타내었다. The results of the measurement of SCOD (Soluble Chemical Oxygen Demand) and calcium ions and the results of quantitative analysis of soluble proteins, carbohydrates and lipids are shown in FIGS. 2A and 2B, respectively.

① SCOD 농도의 증가① Increase of SCOD concentration

도 2a에 따르면 SCOD의 농도가 마이크로파 조사시간에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 SCOD 농도의 증가는 마이크로파가 세포를 파쇄하고 세포내의 DNA, RNA, 단백질, 당, 지질과 같은 세포 구성 물질간의 상호 구속을 해지시키는 것을 나타내는 자료이다. 따라서, 이러한 결과는 마이크로파 조사에 의해 호기성 박테리아가 파쇄되어 세포 내 물질이 용출되는 것을 나타낸다. According to FIG. 2a, the concentration of SCOD increased with microwave irradiation time. This increase in SCOD concentration is a data indicating that microwaves break down cells and break down mutual binding between cellular components such as DNA, RNA, proteins, sugars, and lipids in cells. Therefore, these results indicate that aerobic bacteria are disrupted by microwave irradiation, and intracellular substances are eluted.

그러나, SCOD의 농도는 시간의 증가에 따라 계속 비례적을 증가하는 것이 아니라 마이크로파를 조사한지 7 분 이후에는 포화되는 것으로 나타났다. 이는 세포수가 한정되어 있기 때문에 세포에 마이크로파 조사 시 세포벽이 파쇄되는 세포수가 점점 증가하다가 어느 정도 진행된 후에는 거의 모든 세포가 파쇄되어 새롭게 용출되는 SCOD가 점점 줄어들기 때문이라고 보여진다. However, the concentration of SCOD did not continue to increase proportionally with time, but appeared to saturate after 7 minutes of microwave irradiation. This is because the cell number is limited because of the limited number of cells, and the cell wall is ruptured during microwave irradiation. After some progress, almost all cells are crushed and the newly eluted SCOD decreases.

② 칼슘이온 농도의 증가 ② increase in calcium ion concentration

도 2a에 따르면, 마이크로파 조사시간에 따라 칼슘이온의 농도 또한 증가하는 것으로 나타났다. According to Figure 2a, the concentration of calcium ions also increases with the microwave irradiation time.

일반적으로 세포들의 표면은 음전하를 띠고 있다. 이러한 세포들 사이에는 양이온, 대표적으로 칼슘이온이 가교(Interbridge)역할을 하고 이로 인해 세포들이 뭉쳐져있는 경우가 많다. 따라서, 마이크로파가 호기성박테리아를 파쇄하면 가교 역할을 하고 있던 칼슘이온 또한 용출되어 그 농도가 증가하게 되는 것이다. 따라서, 이러한 칼슘이온 농도의 증가는 세포 파쇄의 간접적인 증거라고 할 수 있다. In general, the surface of cells is negatively charged. Between these cells, cations, typically calcium ions, act as bridges (interbridges), which causes the cells to clump together. Therefore, when the microwave crushes the aerobic bacteria, calcium ions, which had a role of crosslinking, are also eluted and their concentration is increased. Therefore, this increase in calcium ion concentration is indirect evidence of cell disruption.

③ 단백질, 탄수화물, 및 지방 농도의 증가③ increased protein, carbohydrate, and fat concentrations

도 2b에 따르면, 단백질, 탄수화물, 및 지방 또한 마이크로파 조사 시간의 증가에 따라 그 농도가 증가하는 것으로 나타났다. 세포질의 주된 구성성분인 단백질, 탄수화물, 및 지방의 농도가 증가하는 이러한 결과는 마이크로파 조사가 세포를 파쇄하는 역할을 하였음을 나타낸다. According to Figure 2b, proteins, carbohydrates, and fats also appear to increase in concentration with increasing microwave irradiation time. This result of increased concentrations of proteins, carbohydrates, and fats, the major constituents of the cytoplasm, indicates that microwave irradiation played a role in cell disruption.

실시예 2Example 2

A. 실험방법A. Experimental Method

본 실험에서는 마이크로파 조사의 미생물 세포벽 파쇄 효과를 관찰하기 위해 진핵세포인 조류와 원핵세포인 호기성 박테리아 및 대장균을 대상으로 마이크로파 조사 전후의 전자현미경 사진을 촬영하였다. In this experiment, electron micrographs were taken before and after microwave irradiation of eukaryotic algae, prokaryotic aerobic bacteria, and E. coli to observe the microbial cell wall disruption effect.

호기성박테리아의 경우, 상기 실시예 1에서와 같이 포항시 건설환경사업소(포항시 하수처리장)의 폭기조에서 채취한 호기성 박테리아 덩어리를 사용하였다. 조류의 경우, 미국의 UTEX,The Culture Collection of Algae at the University of Texas(www.utex.org)에서 분양 받은 조류(Chlamydomonas reinhardtii c137(+))를 TAP(Tris-acetate-phosphate) 배지에서 150 μE/m2s, 25℃, 135rpm에서 7일 동안 배양하여 사용하였다. 마지막으로 대장균의 경우, 한국의 유전자은행(kctc.kribb.re.kr)에서 분양 받은 대장균 (DH5-alpa)를 Luria-Bertani 배지에서 35℃, 140rpm에서 하루 동안 배양한 세포를 대상으로 실험을 진행하였다. 상기 사용된 TAP 배지의 구성성분을 표 1 및 표 2에 나타내었고, LB 배지의 구성성분은 표 3에 나타내었다. In the case of aerobic bacteria, aerobic bacterial masses collected in an aeration tank of Pohang Construction Environment Office (Pohang Sewage Treatment Plant) were used as in Example 1. For algae, 150 μE in algae ( Chlamydomonas reinhardtii c137 (+)) from UTEX, The Culture Collection of Algae at the University of Texas (www.utex.org), USA, was used in Tri-acetate-phosphate (TAP) medium. / m 2 s, 25 ℃, was used by incubating for 7 days at 135rpm. Lastly, in case of E. coli, an experiment was performed on cells cultured for 1 day at 35 ° C. and 140 rpm in Luria-Bertani medium. It was. The components of the TAP medium used above are shown in Table 1 and Table 2, and the components of the LB medium are shown in Table 3.

표 1. TAP 배지의 구성성분Table 1. Composition of TAP Medium

구성성분Ingredient g/L g / L NH4ClNH 4 Cl 0.40.4 MgSO4 ㆍ 7H2OMgSO 4 ㆍ 7H 2 O 0.10.1 CaCl2 ㆍ 2H2OCaCl 2 ㆍ 2H 2 O 0.050.05 K2HPO4 K 2 HPO 4 0.1080.108 KH2PO4 KH 2 PO 4 0.0560.056 TrisTris 2.422.42 빙초산 (ml)Glacial acetic acid (ml) 1One 미량 성분 (ml)Trace Ingredients (ml) 1One 최종 pHFinal pH 77

표 2. 미량 성분 의 구성Table 2. Composition of Trace Components

구성성분Ingredient g/1L 스탁 용액g / 1L stock solution Na2EDTANa 2 EDTA 5050 ZnSO4 ㆍ 7H2OZnSO 4 ㆍ 7H 2 O 2222 H3BO3 H 3 BO 3 11.411.4 MnCl2 ㆍ 4H2OMnCl 2 4H 2 O 5.065.06 FeSO4 ㆍ 7H2OFeSO 4 7H 2 O 4.994.99 CoCl2 ㆍ 6H2OCoCl 2 ㆍ 6H 2 O 1.611.61 CuSO4 ㆍ 5H2OCuSO 4 ㆍ 5H 2 O 1.571.57 Mo7O24(NH4)6 ㆍ 4H2OMo 7 O 24 (NH 4 ) 6 ㆍ 4H 2 O 1.11.1 KOHKOH ~16To 16

표 3. LB 배지의 구성성분Table 3. Composition of LB Medium

구성성분Ingredient g/Lg / L 트립톤Trypton 1010 이스트 추출물Yeast extract 55 NaClNaCl 1010 한천Agar 1515 최종 pHFinal pH 77

상기와 같이 제조된 호기성 박테리아, 대장균, 및 조류 샘플 500 ml를 각각 높이를 1.5 cm로 하여, 세로길이 25 cm, 가로길이 13.3 cm의 도 1의 세포 파쇄용 용기 (2)에 배치시킨 후 마이크로파를 7 분동안 조사하였다. 500 ml of aerobic bacteria, E. coli, and algae samples prepared as described above were placed in the cell disruption vessel 2 of FIG. 1 having a length of 25 cm and a length of 13.3 cm, respectively, with a height of 1.5 cm. Irradiation for 7 minutes.

조사 전과 조사 후에, 각각의 샘플을 10,000 g에서 1 분간 원심분리한 후 0.1M 인산나트륨 완충액(pH=7.3)에 세척하였다. 그런 다음, 호기성 박테리아와 대장균의 경우 0.1M 인산나트륨 완충액으로 희석한 3% 글루타르알데히드에서 4℃에서 8시간 시료를 고정한 후 0.1 M 인산나트륨 완충액에서 세척을 실시하고 다시 0.1M 인산나트륨 완충액으로 희석한 1% 오스뮴 테트라옥시드(somium tetraoxide)에서 4 시간 시료를 다시 고정하였다. 조류의 경우 FAA 용액(37% 포름알데히드 10 ml, 아세트산 5 ml, 에탄올 50 ml, 증류수 35 ml)에서 하루동안 시료를 고정하였다. Before and after irradiation, each sample was centrifuged at 10,000 g for 1 minute and then washed in 0.1M sodium phosphate buffer (pH = 7.3). Then, for aerobic bacteria and Escherichia coli, fix the sample in 3% glutaraldehyde diluted with 0.1 M sodium phosphate buffer at 4 ° C. for 8 hours, wash in 0.1 M sodium phosphate buffer, and dilute with 0.1 M sodium phosphate buffer. The sample was fixed again for 4 hours in one 1% osmium tetraoxide. For algae, samples were fixed for one day in FAA solution (10 ml of 37% formaldehyde, 5 ml of acetic acid, 50 ml of ethanol, 35 ml of distilled water).

상기 고정된 각각의 시료를 20, 40, 60, 80, 100 %의 에탄올로 탈수하였다. 에탄올로 탈수한 시료를 임계점 건조기(critical point dryer)를 이용하여 시료에 함유된 에탄올을 이산화탄소로 치환하였다. 그런 다음, 시료를 금코팅하여 호기성 박테리아와 조류의 경우 10,000배, 대장균의 경우 20,000 배로 하여 전자현미경으로 관찰하고, 사진촬영을 하였다. Each fixed sample was dehydrated with 20, 40, 60, 80, 100% ethanol. The ethanol dehydrated sample was replaced with carbon dioxide by using a critical point dryer. Then, gold-coated samples were observed by electron microscopy at 10,000 times for aerobic bacteria and algae, and 20,000 times for E. coli, and photographed.

B. 실험결과B. Experimental Results

상기 사진촬영의 결과를 각각 도 3a, 3b, 3c에 도시하였다. The results of the photographing are shown in Figs. 3A, 3B and 3C, respectively.

도 3a는 마이크로파 조사 후 호기성 박테리아의 세포벽이 파괴되고 세균 덩어리들이 흩어졌음을 보여준다. 3a shows that after microwave irradiation the cell wall of aerobic bacteria was destroyed and bacterial masses were scattered.

도 3b는 대장균 세포이 결과를 나타내는데 마찬가지로 막대기 형태의 세포의 세포벽이 마이크로파 조사이후 파괴되었음을 알 수 있다. 3B shows that the E. coli cells show the results, and similarly, the cell wall of the rod-shaped cells was destroyed after the microwave irradiation.

마지막으로, 도 3c의 경우 조류의 세포 파쇄 전후의 전자현미경 사진을 나타낸다. 구형형태의 세포가 마이크로파 조사 후 파쇄되었음을 알 수 있다. 3C shows electron micrographs before and after cell disruption of algae. It can be seen that the cells of the spherical form were broken after microwave irradiation.

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 미생물의 세포 파쇄 방법에 따르면 다량의 시료를 적은 비용으로 짧은 시간에 신속하게 각종 미생물의 세포 파쇄가 이루어질 수 있으며, 이로 인해 신물질의 탐색 및 발견이 보다 용이하게 널리 이루어 질 수 있을 것이다. As described above, according to the cell crushing method of the microorganism of the present invention, cell crushing of various microorganisms can be performed quickly in a short time with a large amount of samples at low cost, and thus, the discovery and discovery of new materials are made easier. You can lose.

Claims (4)

미생물에 마이크로파를 조사하는 것을 포함하는 미생물의 세포를 파쇄하는 방법.A method of disrupting cells of a microorganism comprising irradiating the microorganisms with microwaves. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로파의 파장은 2450 MHz인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1, wherein the wavelength of the microwave is 2450 MHz. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 마이크로파를 조사하는 시간은 7 분 내지 15 분인 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1 or 2, wherein the microwave irradiation time is 7 minutes to 15 minutes. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 마이크로파가 조사되는 세포 시료의 깊이는 0.5 cm 내지 3 cm인 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 1 or 2, wherein the depth of the cell sample to which the microwave is irradiated is 0.5 cm to 3 cm.
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