KR20180058929A - Antimicrobial peptide from Bacillus tequilensis K1R and the use thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an antibacterial peptide derived from Bacillus tequilensis K1R and use thereof. According to the present invention, peptide K1R exhibits better results than vancomycin and bacitracin with respect to various kinds of multi-drug resistant (MDR) pathogenic bacteria, in particular, living organisms of a vancomycin-resistant Enterococcus group. An antagonistic effect of the antibacterial peptide against MDR pathogenic bacteria such as Salmonella typhimurium and Enterococcus sp. has been identified to have potential applicability thereof when K1R treats cases of MDR pathogenic bacteria. Antioxidant activity of K1R equals to antioxidant activity of standard ascorbic acid. Accordingly, the antibacterial peptide derived from Bacillus tequilensis K1R of the present invention has excellent antibacterial properties compared to a conventional antibacterial agent and thus can be advantageously used as an active ingredient of a pharmacological composition for antibacterial and antioxidant purposes.

Description

신규한 바실러스 테퀴렌시스 균주 유래의 항균성 펩타이드 및 그의 용도{Antimicrobial peptide from Bacillus tequilensis K1R and the use thereof}Antimicrobial peptides derived from the novel strains of Bacillus tequilensis and their uses {Antimicrobial peptide from Bacillus tequilensis K1R and the use thereof}

본 발명은 한국 고유의 전통 식품인 김치에서 분리한 바실러스 테퀴렌시스 K1R 균주로부터 다약제 내성균에 대하여 효율적인 활성을 나타내는 신규 항균성 펩타이드 및 그의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a novel antimicrobial peptide exhibiting efficient activity against multidrug-resistant bacteria from Bacillus tequirences K1R strain isolated from kimchi, which is a Korean traditional food, and its use.

항균 펩타이드는 다양한 병원성 미생물에 대한 활성을 갖는 자연적으로 존재하는 항균 분자의 독보적인 부류를 구성한다. 작금에 있어서, 통상적인 항생제는 개발되는 내성으로 부터 강한 압력을 받고 있다. AMPs는 신규 살균제의 개발에 있어서 흥미로운 선두그룹이다. 이들은 또한 화학적 식품 보존제에 대한 대안이기도 하다. 지속적인 노력에도 불구하고, 병원성 세균 중에서 통상의 항생제에 대한 내성의 증대되는 prevalence는 현대 의약에서 가장 중요한 관심거리가 되었다. 메이저 제약사들의 항생제 연구 및 개발에 있어서 상당히 감소된 투자로 말미암아 기존의 치료 전략에 대한 새로운 대안이 충분한 속도로 생산되지 않음으로써 내성의 출현 페이스를 유지하고 공급 파이프라인은 위험할 정도로 밀접하게 고갈되는 것이다.[1]. 자연계에서 항균 펩타이드는 세균 및 진균 병원체의 넓은 스펙트럼에 대하여 동물 및 식물계에 걸쳐서 중요한 방어 무기로 작용한다[2]. 소스는 박테리아 자체(박테리오신) [3] 등의 단세포 미생물에서 무척추동물[4]에 걸쳐 있다. 항균 펩타이드는 미생물에 대한 직접 효과를 갖는 것 뿐만 아니라 대식구, 호중구 및 임파구를 포함하는 면역 세포의 축적을 촉진하고[5]; 그람 음성 세균 유래의 리포폴리사카라이드 엔도톡신을 중화시키며[6]; 상처 회복을 돕고; 혈관 형성을 자극하고[7], 선천성 및 적응성 면역 반응의 작용을 제어하는데 내성 발달은 거의 보고되지 않는 것으로 밝혀졌다. 항균 펩타이드는 세포간 작용과 함께 미생물의 세포막의 파괴를 통하여 살균 효과를 발휘한다[8-9]. 항균 펩타이드는 종래의 항생제 요법에 대한 대안인 신규 치료제의 개발을 위한 후보자 중 하나로서 고려된다. AMPs는 미생물의 막 통합성을 파괴하고 따라서 내성을 거의 유발하지 일으키지 않음으로써 신규 항균 약물로서 광범위하게 평가되고 있다[10]. Antimicrobial peptides constitute a unique class of naturally occurring antimicrobial molecules with activity against a variety of pathogenic microorganisms. For the time being, conventional antibiotics are under strong pressure from developed tolerance. AMPs are an exciting leading group in the development of new disinfectants. They are also an alternative to chemical food preservatives. Despite persistent efforts, the prevalence of increasing resistance to conventional antibiotics among pathogenic bacteria has become the most important concern in modern medicines. Significantly reduced investments in major antibiotics research and development by major pharmaceutical companies have kept pace with the emergence of tolerance and the supply pipeline has become dangerously close to depleting, as new alternatives to existing treatment strategies are not being produced at a sufficient rate .[One]. In the natural world, antimicrobial peptides act as important defense weapons throughout the animal and plant system against a broad spectrum of bacterial and fungal pathogens [2]. Sources range from single-celled microbes such as bacteria (bacteriocins) [3] to invertebrates [4]. Antimicrobial peptides not only have direct effects on microorganisms, but also promote the accumulation of immune cells, including macrophages, neutrophils and lymphocytes [5]; Neutralize lipopolysaccharide endotoxin from gram-negative bacteria [6]; Help wound healing; It has been found that resistance development to stimulate angiogenesis and control the action of congenital and adaptive immune responses is rarely reported [7]. Antimicrobial peptides exert their bactericidal effect through the destruction of cell membranes of microorganisms as well as intercellular action [8-9]. Antimicrobial peptides are considered as one of the candidates for the development of novel therapeutic agents that are an alternative to conventional antibiotic therapy. AMPs have been extensively evaluated as new antibacterial drugs by destroying the membrane integrity of microorganisms and thus causing almost no resistance to [10].

전체적으로 이들 펩타이드들은 넓은 범위의 항바이러스 및 항균 작용 및 작용 모드를 설명하며, 그러한 병원균에 대한 직접 살균 및 간접 작용 사이를 구분하는 것이 중요하다. 항바이러스 및 항균 작용에 대한 펩타이드의 구조적 요건은 숙주 방어 펩타이드에 대해 기술된 1차 및 2 차 구조의 다양한 세트에 비추어 평가된다 [11]. Bacillus 균주에 의한 항균 펩타이드의 생산은 근자에 급속하게 특성하되고 있으며, 이 그룹의 세균에 의해 생산되는 많은 펩타이드들은 항생제를 제조하는 발효 기술에 광범위하게 이용되어 오고 있다. Bacillus 및 관련 종들은 특별한 관심의 대상이 되어 오고 있는데 이들의 안전성, 매우 다양한 서식지에서 있어서 이들의 넓게 퍼진 분포 및 엔도스포어의 발달에 기인한 적대적인 조건에 대해 생존하는 이들의 현저한 능력 때문이다. Bacillus spp. 유래의 AMPs는 다양한 부류의 박테리오신[12], 피로펩타이드류, 글리코펩타이드류, 및 비-리보솜에 의해 합성되는 시클릭 펩타이드 등의 항균 표면활성 바이오계면활성제를 포함한다 [13-14].Overall, these peptides describe a broad spectrum of antiviral and antimicrobial actions and modes of action, and it is important to distinguish between direct sterilization and indirect action against such pathogens. Structural requirements of peptides for antiviral and antimicrobial actions are evaluated in terms of various sets of primary and secondary structures described for host defense peptides [11]. The production of antimicrobial peptides by the Bacillus strain has been rapidly characterized in recent years, and many peptides produced by this group of bacteria have been widely used in fermentation techniques for producing antibiotics. Bacillus and related species have been of special interest because of their safety, their widespread distribution in a wide variety of habitats, and their remarkable ability to survive hostile conditions due to the development of endospores. Bacillus spp. Derived AMPs include antibacterial surface active biosurfactants such as cyclic peptides synthesized by various classes of bacteriocins [12], fatigue peptides, glycopeptides, and non-ribosomes [13-14].

한국 공개특허공보 제10-2015-0087868호(2015.07.31)Korean Patent Publication No. 10-2015-0087868 (Jul. 31, 2015)

Falagas, M. E., K. N. Fragoulis, and I. A. Karydis (2006) Comparative study on the cost of new antibiotics and drugs of other therapeutic categories. PLoS ONE. 1: 1-4.Falagas, M. E., K. N. Fragoulis, and I. A. Karydis (2006) Comparative study on the cost of new antibiotics and other therapeutic categories. PLoS ONE. 1: 1-4.

본 발명자들은 항균제의 개발에 있어서 난제인 다약제 내성의 문제를 해결하고자 예의 연구한 결과, 한국 고유의 전통 식품인 김치에서 분리한 바실러스 테퀴렌시스 K1R 균주로 부터 다약제 내성균에 대하여 효율적인 활성을 나타내는 신규 펩타이드를 정제함으로써, 다약제 내성균을 제어할 수 있는 대안을 제시함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the problem of multidrug resistance which is a difficulty in the development of antimicrobial agents. As a result, it has been found that Bacillus tequilensis K1R strain isolated from Kimchi, a Korean traditional food, The present invention has been completed by suggesting an alternative that can control multidrug-resistant bacteria by purifying a novel peptide.

따라서, 본 발명의 목적은, 서열 번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 항균 펩타이드 및 그의 용도에 의해 달성될 수 있다.Accordingly, an object of the present invention can be achieved by an antimicrobial peptide characterized by comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and its use.

본 발명에 따른 펩타이드 K1R은 다양한 다약제 내성 (MDR) 병원균에 대하여, 특히, 반코마이신 내성 enterococcus 그룹의 생물체에 대하여 반코마이신 및 바시트라신 보다 양호한 결과를 나타내었다. Salmonella typhimuriumEnterococcus sp. 등의 MDR 병원체에 대한 그의 길항 효과는 K1R이 감염성 MDR 경우를 치료함에 있어서 그의 잠재적인 응용성을 가짐을 확인하였다. K1R의 항산화 활성은 또한 표준 아스코르브산의 것에 필적하였다. 따라서, 본 발명의 바실러스 테퀴렌시스 K1R 유래의 항균성 펩타이드는 종래의 항균제에 비하여 뛰어난 항균 특성을 지니므로 항균용 약학 조성물의 유효성분으로 유용하게 사용될 수 있다.The peptide K1R according to the present invention showed better results than the vancomycin and bacitracin against various multidrug resistance (MDR) pathogens, especially against the organisms of the vancomycin resistant enterococcus group. Salmonella typhimurium and Enterococcus sp. Antagonistic effects on MDR pathogens have confirmed that K1R has its potential applicability in treating infectious MDR cases. The antioxidant activity of K1R was also comparable to that of standard ascorbic acid. Therefore, the antimicrobial peptide derived from bacillus tenuciensis K1R of the present invention has excellent antibacterial properties as compared with the conventional antimicrobial agent, and thus can be effectively used as an effective ingredient of a pharmaceutical composition for antibacterial use.

도 1은 본 발명에 따른 바실러스 균주의 계통수이다.
도 2는 탄소, 질소 및 금속 이온의 최적화를 정량적으로 나타내는 그라프도이다.
도 3은 K1R의 용출 프로필로서, a) Sephadex G-50 컬럼을 사용한 겔투과 크로마토그래피의 결과이고, b) Sephadex G-25 컬럼을 사용한 겔 투과 크로마토그래피의 결과를 나타내는 그라프도이다.
도 4는 K1R의 Tricine SDS-PAGE 결과를 나타내는 사진이다.
도 5는 K1R 펩타이드의 활성 염색 결과를 나타내는 사진이다.
도 6은 K1R의 항균 활성에 미치는 온도의 영향을 나타내는 그라프도이다.
도 7은 K1R의 항균 활성에 미치는 pH의 영향을 나타내는 그라프도이다.
도 8은 상이한 농도의 K1R의 DPPH 라디칼 소거능을 나타내는 그라프도이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a phylogenetic tree of Bacillus strains according to the present invention.
Figure 2 is a graphical representation of the optimization of carbon, nitrogen and metal ions quantitatively.
3 is a graph showing the results of a) gel permeation chromatography using a) Sephadex G-50 column and b) gel permeation chromatography using a Sephadex G-25 column as the elution profile of K1R.
4 is a photograph showing the result of Tricine SDS-PAGE of K1R.
5 is a photograph showing the results of active staining of K1R peptide.
6 is a graph showing the effect of temperature on the antibacterial activity of K1R.
7 is a graph showing the effect of pH on the antibacterial activity of K1R.
Figure 8 is a graph showing the DPPH radical scavenging activity of K1R at different concentrations.

본 발명은, 일면에 있어서, 서열 번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 항균 펩타이드 및 그의 용도를 제공한다.In one aspect, the present invention provides an antimicrobial peptide characterized by comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and uses thereof.

본 발명의 주된 목적은 인류의 발달을 위한 약학, 미생물학 및 바이오테크놀러지의 영역에 기여할 수도 있는 항균 펩타이드의 효능 및 활성을 찾아내는 데에 있다. 본 발명자들은 다약제 내성 세균을 제거하는데 유용한 항생제 요법의 대안을 발견하는데에 연구를 지속해오고 있다. 항균 펩타이드들은 다른 종에 대해 길항 효과를 갖는 천연적으로 합성된 화합물이다. 미생물에 의해 발생되는 살균 효과는 이들에게 생존 수단으로서그의 주변에서 존재하게 하는 도구를 제공한다. 이러한 자연적으로 발생하는 화합물들은 유용한 항생제 요법에 대한 대안이 될 수 있다. 치료 용도의 항균 펩타이드는 여전히 낮은 안정성, 독성 및 높은 제조비용 등에 직면한 일부 문제를 가지고 있다.The main object of the present invention is to find the efficacy and activity of antimicrobial peptides which may contribute to the field of pharmacology, microbiology and biotechnology for human development. The present inventors have continued to find an alternative to antibiotic therapy that is useful for the removal of multidrug-resistant bacteria. Antimicrobial peptides are naturally synthesized compounds that have an antagonistic effect on other species. The germicidal effect generated by the microorganisms provides a means for them to exist around him as a means of survival. These naturally occurring compounds can be an alternative to useful antibiotic therapy. Antimicrobial peptides for therapeutic use still have some problems faced with low stability, toxicity and high manufacturing costs.

본 발명자들은 새로이 단리된 항균 펩타이드 K1R을 이용하는데 노력을 경주하였다. 한국의 전통 음식인 김치라는 발효 음식으로 부터 단리된 K1R은 시험 조건에서 넓은 범위의 안정성을 보였다. 미생물로부터 이들을 보호하기 위하여, 미생물들은 선천적 면역계의 일부이고 병원균에 의한 도전시 숙주에서 농도의 급격한 증대도는 항균 펩타이드를 분비한다. 바실러스는 이들 종이 생물학적 활성을 가진 많은 수의 펩타이드를 생성하기 때문에 항균활성을에 대한 연구에 매우 흥미로운 속이다. 김치는 Bacillus Lactobacillus 등의 다양한 미생물에 의해 발효되는 전통 한국 음식으로서 항균 펩타이드 생산을 위해 완전한 것으로 밝혀졌다.The present inventors have made efforts to utilize the newly isolated antimicrobial peptide K1R. K1R isolated from fermented food called kimchi, a Korean traditional food, showed a wide range of stability under the test conditions. To protect them from microorganisms, the microorganisms are part of the innate immune system, and when challenged by pathogens, the rapid increase in concentration in the host secretes the antimicrobial peptide. Bacillus is a very interesting genus of studies on the antimicrobial activity of these peptides because they produce a large number of peptides with biological activity. Kimchi is a traditional Korean food fermented by various microorganisms such as Bacillus and Lactobacillus , and has been found to be complete for the production of antimicrobial peptides.

본 발명의 목적은 Bacillus 종에 의해 생성되는 항균 물질의 치료적 가능성을 연구하는 것이었다. Bacillus 균주 K1R을 특정 균주에 대하여 최적화된 배지라고 하는 탄소 및 질소원을 함유하는 배양 배지에서 발효시키고, 이어서 암모늄 설페이트 침전, 멤브레인 필터, 투석, 연속적 크로마토그래피를 수행하였다. 항균 펩타이드(AMP)를 얻었다. 약 4.6 kDa의 단백질 밴드가 tricine-SDS-PAGE에 의해 얻어졌고, 이는 겔의 in situ 억제 활성에 의해 확인되었다. K1R은 넓은 범위의 pH(6.5-9)에 걸쳐서 안정하였고, 60 ℃ 이하에서 내열성이 이었으며, 0 ℃ 및 4 ℃의 낮은 온도에서 활성이 변화되지 않았다. K1R은 다양한 다약제 내성 (MDR) 병원균에 대하여, 특히, 반코마이신 내성 enterococcus 그룹의 생물체에 대하여 반코마이신 및 바시트라신 보다 양호한 결과를 나타내었다. K1R의 전체 아미노산 서열은 AVQGTLEDALNLSKGALNQVQKAIQNGDXLTVXGXLGTIXLA VSX이었다(서열번호 1). Salmonella typhimuriumEnterococcus sp. 등의 MDR 병원체에 대한 그의 길항 효과는 K1R이 감염성 MDR 경우를 치료함에 있어서 그의 잠재적인 응용성을 가짐을 확인하였다. K1R의 항산화 활성은 또한 표준 아스코르브산의 것에 필적하였다.It was an object of the present invention to study the therapeutic potential of antimicrobial substances produced by Bacillus species. The Bacillus strain K1R was fermented in a culture medium containing carbon and nitrogen sources, which was optimized for the specific strain, followed by ammonium sulfate precipitation, membrane filtration, dialysis, and continuous chromatography. An antimicrobial peptide (AMP) was obtained. A protein band of about 4.6 kDa was obtained by tricine-SDS-PAGE, which was confirmed by the in situ inhibitory activity of the gel. K1R was stable over a wide range of pH (6.5-9), was heat resistant below 60 ° C, and did not change activity at low temperatures of 0 ° C and 4 ° C. K1R showed better results than vancomycin and bacitracin for various multidrug resistant (MDR) pathogens, especially for organisms of the vancomycin resistant enterococcus group. The entire amino acid sequence of K1R was AVQGTLEDALNLSKGALNQVQKAIQNGDXLTVXGXLGTIXLA VSX (SEQ ID NO: 1). Salmonella typhimurium and Enterococcus sp. Antagonistic effects on MDR pathogens have confirmed that K1R has its potential applicability in treating infectious MDR cases. The antioxidant activity of K1R was also comparable to that of standard ascorbic acid.

본 발명의 바실러스 테퀴렌시스 K1R 유래의 항균성 펩타이드는 종래의 항균제에 비하여 뛰어난 항균 특성을 지니므로 항균용 약학 조성물의 유효성분으로 유용하게 사용될 수 있다.The antimicrobial peptide derived from Bacillus tacheensis K1R of the present invention has excellent antibacterial properties as compared with the conventional antimicrobial agent, and thus can be effectively used as an effective ingredient of a pharmaceutical composition for antibacterial use.

본 발명의 펩타이드는 임상투여시 비경구로 투여가 가능하며 일반적인 의약품 제제의 형태로 사용될 수 있다. 비경구 투여는 직장, 정맥, 복막, 근육, 동맥, 경피, 비강(nasal), 흡입, 안구 및 피하와 같은 경구 이외의 투여경로를 통한 투여를 의미할 수 있다. 즉, 본 발명의 항균 펩타이드는 실제의 비경구의 여러가지 제형으로 투여될 수 있는데, 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 비경구투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수용성제, 현탁제, 유제, 동결건조제제, 좌제가 포함된다. 비수용성용제, 현탁용제로는 프로필렌글리콜(Propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 리우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다. The peptide of the present invention can be administered parenterally at the time of clinical administration and can be used in the form of a general pharmaceutical preparation. Parenteral administration may mean administration through an administration route other than oral, such as rectal, intravenous, peritoneal, muscular, arterial, transdermal, nasal, inhalation, ocular and subcutaneous. That is, the antimicrobial peptide of the present invention can be administered in various formulations of actual parenteral formulations. For formulation, the antimicrobial peptide is prepared using diluents or excipients such as fillers, extenders, binders, wetting agents, . Formulations for parenteral administration include sterile aqueous solutions, non-aqueous agents, suspensions, emulsions, freeze-dried preparations, and suppositories. Propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oil such as olive oil, injectable ester such as ethyl oleate, and the like can be used as the suspending agent. As a suppository base, witepsol, macrogol, tween 61, cacao paper, Liu ling, glycerogelatin and the like can be used.

또한, 본 발명의 항균 펩타이드는 생리식염수 또는 유기용매와 같이 약제로 허용된 여러 전달체(carrier)와 혼합하여 사용될 수 있고, 안정성이나 흡수성을 증가시키기 위하여 글루코스, 수크로스 또는 덱스트란과 같은 카보하이드레이트, 아스코르브 산(ascorbic acid) 또는 글루타치온과 같은 황산화제(antioxidants), 킬레이트화제(chelating agents), 저분자 단백질 또는 다른 안정화제(stabilizers)들이 약제로 사용될 수 있다.In addition, the antimicrobial peptide of the present invention can be used in combination with various carriers that are accepted as medicines such as physiological saline or an organic solvent, and can be used in combination with carbohydrates such as glucose, sucrose or dextran, Antioxidants such as ascorbic acid or glutathione, chelating agents, low molecular weight proteins or other stabilizers may be used as pharmaceuticals.

본 발명의 항균 펩타이드의 유효용량은 0.01 내지 100 mg/kg이고, 바람직하게는 0.1 내지는 10 mg/kg 이며, 하루 1 회 내지 3 회 투여될 수 있다.The effective dose of the antimicrobial peptide of the present invention is 0.01 to 100 mg / kg, preferably 0.1 to 10 mg / kg, and can be administered once to three times a day.

본 발명의 약학적 조성물에서 본 발명의 신규한 항균 펩타이드의 총 유효량은 볼루스(bolus) 형태 혹은 상대적으로 짧은 기간 동안 주입(infusion) 등에 의해 단일 투여량(single dose)으로 환자에게 투여될 수 있으며, 다중 투여량(multiple dose)이 장기간 투여되는 분할 치료 방법(fractionated treatment protocol)에 의해 투여될 수 있다. 상기 농도는 약의 투여 경로 및 치료 횟수뿐만 아니라 환자의 나이 및 건강상태 등 다양한 요인들을 고려하여 환자의 유효 투여량이 결정되는 것이므로 이러한 점을 고려할 때, 이 분야의 통상적인 지식을 가진 자라면 본 발명의 신규한 항균 펩타이드의 약학적 조성물로서의 특정한 용도에 따른 적절한 유효 투여량을 결정할 수 있을 것이다.The total effective amount of the novel antimicrobial peptide of the present invention in the pharmaceutical composition of the present invention may be administered to a patient in a single dose by bolus or by infusion for a relatively short period of time, , And multiple doses may be administered by a fractionated treatment protocol administered over a prolonged period of time. Since the concentration of the effective dose of the patient is determined in consideration of various factors such as the route of administration and the number of treatments as well as the age and health condition of the patient, in view of this point, Lt; RTI ID = 0.0 > antimicrobial < / RTI > peptide as a pharmaceutical composition.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. only. The following examples are illustrative of the present invention, but the present invention is not limited to the following examples.

Sephadex G-50 및 Sephadex G-25은 Pharmacia(Uppsala, Sweden)로 부터 입수하였다. 모든 시약은 분석 등급의 것들을 사용하였다.Sephadex G-50 and Sephadex G-25 were obtained from Pharmacia (Uppsala, Sweden). All reagents were of analytical grade.

실시예 1: 단리 및 스크리닝Example 1: Isolation and Screening

세균 균주 K1R은 전통 한국 음식인 김치에서 단리하였다. 단리를 위하여, 김치 1gm을 0.85% NaCl 9ml과 혼합한 후 37 ℃에서 24 시간 동안 인큐베이션시켰다. 증류수를 사용하여 10-7 까지 희석시킨 후, 희석된 시료를 Mueller-Hinton 아가 플레이트 중에 접종하였다. 성장 후, 플레이트를 Bergey's manual of systematic bacteriology에 따라 스크리닝 및 동정하였다. 많은 연구자들은 김치를 AMPs를 생산할 수 있는 많은 세균 균주의 소스로서 입증하였다 [15-17]. The bacterial strain K1R was isolated from the traditional Korean kimchi. For isolation, 1 gm of kimchi was mixed with 9 ml of 0.85% NaCl and incubated at 37 DEG C for 24 hours. After dilution to 10 -7 using distilled water, the diluted samples were inoculated into Mueller-Hinton agar plates. After growth, plates were screened and identified according to Bergey's manual of systematic bacteriology. Many researchers have proved kimchi as the source of many bacterial strains capable of producing AMPs [15-17].

콜로니 형태학, 생화학적 특성 및 영양분의 이용 결과로 부터 선택된 균주는 바실러스 속으로 확인되었다. 발효 음식으로부터 정제된 생성물은 식이 항목을 전-소비 형태로 변경하고, 발효-강화 케미컬이 작용하는 방식으로 우리 자신들의 장내 미생물 프로필을 변경시킨다[30]. 그러한 생성물의 기능적 활성들은 항-돌연변이/항암[31], 항-비만[32], 항동맥경화 및 면역조절 효과를 포함한다[33].The strains selected from colonial morphology, biochemical characteristics and utilization of nutrients were identified as Bacillus. The refined product from the fermented food changes the dietary item to a pre-consuming form and changes our own intestinal microflora profile in a way that fermentation-enriched chemicals act [30]. The functional activities of such products include anti-mutation / anti-cancer [31], anti-obesity [32], anti-arteriosclerosis and immunomodulating effects [33].

실시예 2: 서열 유사성Example 2: Sequence similarity

BLAST program (www.ncbi.nlm.nih.gov/blast)을 이용하여 DNA 유사성의 정도를 평가하였다.The degree of DNA similarity was assessed using the BLAST program ( www.ncbi.nlm.nih.gov/blast ).

분자적 계통수를 위하여, 지역에서 단리한 미생물의 16S rRNA 서열을 10 개의 Bacillus species에 서열과 비교하였다. 지역적 단리물의 바실러스 균주들에 대한 관계를 결정하기 위하여, 다중 서열 정렬을 다양한 바실러스 종들 및 지역적 단리물의 16S rRNA 유전자 서열 사이에 수행하였다. 세균 데이터베이스에 대한 컴퓨터 보조 RNA 조사는 마찬가지로 16S rRNA 서열이 그러한 10 여종의 바실러스 균주에 대하여 99% 이상 동일함으로 나타내었다. K1R의 16S rRNA 서열은 GenBank에 입수번호 제AYTO01000043호로 기탁하였다. 계통수를 도 1에 나타내었다.For molecular phylogenetic analysis, 16S rRNA sequences of isolated microorganisms were compared with sequences in 10 Bacillus species. To determine the relationship of local isolates to Bacillus strains, multiple sequence alignments were performed between the 16S rRNA gene sequences of various Bacillus species and local isolates. Computer assisted RNA probes for bacterial databases were also shown to be more than 99% identical for the 10 species of Bacillus strains of the 16S rRNA sequence. The 16S rRNA sequence of K1R was deposited with GenBank under accession number AYTO01000043. The phylogenetic tree is shown in Fig.

상기 균주는 한국 생명공학연구원에 KCTC 18513P로 2016. 11. 22자로 기탁되었다.The strain was deposited at Korea Institute of Bioscience and Technology as KCTC 18513P on November 22, 2016.

실시예 3: 배양 배지의 최적화Example 3: Optimization of culture medium

배양 배지의 최적화는 항균 펩타이드의 양호한 생산을 위하여 크게 중요하다. 박테리오신 생산을 증대시키기 위하여 다양한 배지가 다양한 연구자들에 의해 분석되었다. 박테리오신들은 보통 복합 배지에서 생산된다[18-19]. 물리화학적 요인들은 박테리오신의 생산에 극적인 효과를 가진다 [20]. 표준 배양 배지 뿐만 아니라 강화 배지는 펩타이드를 준비하는데 항상 효율적이지는 않다[21-22]. 배지 최적화는 다양한 탄소원(락토오스, 소르비톨, 수크로오스, 글루코오스, 만니톨, 전분, 과당, 말토오스), 질소원 (트립톤, 효모 엑스, 펩톤, 오트밀, 소고기 엑스, 말트, 소이밀) 및 금속이온(KH2PO4, FeSO4, NaCl, Na2HPO4, CaCl2, NaH2PO4, MgSO4, ZnSO4, MgCl2)으로 수행하였다. MRS는 대조군 배지로 하였고, 세가지 소스의 양을 변화시켰다.Optimization of the culture medium is of great importance for the good production of the antimicrobial peptide. Various media were analyzed by various researchers to increase bacteriocin production. Bacteriocins are usually produced in complex media [18-19]. Physicochemical factors have dramatic effects on the production of bacteriocins [20]. Enhanced media as well as standard culture media are not always efficient in preparing peptides [21-22]. Media optimization is different carbon sources (lactose, sorbitol, sucrose, glucose, mannitol, starch, fructose, maltose), a nitrogen source (tryptone, yeast extract, peptone, oatmeal, beef X, malteu, soy meal) and metal ions (KH 2 PO 4 , FeSO 4 , NaCl, Na 2 HPO 4 , CaCl 2 , NaH 2 PO 4 , MgSO 4 , ZnSO 4 , MgCl 2 ). MRS was used as a control medium and the amount of the three sources varied.

많은 세균들은 실험실 조건의 배양 배지에서 성장하는데 이는 세균 성장용 용액으로 모든 필수 영양소를 제공하도록 고안되어 있는 것이나 항균 화합물의 최대 생산을 위해서는 영양소 및 성장 인자들이 최적화되어야 한다[21]. 도 2는 탄소, 질소 및 금속 이온의 최적화를 정량적으로 나타내는 그라프도이다(MH: Mueller Hinton). a) 탄소원, b) 질소원, c) 금속이온, d) 상이한 양의 쇠고기 엑스 및 말토오스의 시험결과임.Many bacteria grow in a laboratory culture medium, which is designed to provide all essential nutrients as solutions for bacterial growth, but nutrients and growth factors must be optimized for maximum production of antimicrobial compounds [21]. Figure 2 is a graphical representation of the quantitative optimization of carbon, nitrogen and metal ions (MH: Mueller Hinton). a) carbon source, b) nitrogen source, c) metal ion, d) different amounts of beef x and maltose.

3-1: 탄소, 질소 및 금속 이온 소스의 최적화3-1: Optimization of carbon, nitrogen and metal ion sources

탄소원의 경우, 바실러스 균주 K1R 상이한 농도의 탄소원을 함유하는 배양 배지에 접종하여 108 시간 까지 인큐베이션시키고 매 12 시간 마다 시료를 채취하였다. 디스크 확산 에세이를 수행하여 지시 생물체에 대한 바실러스 균주 K1R에 의해 생산되는 항균 펩타이드의 활성을 체크하여 그라프를 작성하였다. 배양 시간 대 억제 대역을 플로팅하였는데 말토오스가 이 균주에 대한 최상의 탄소원으로 나타났다. 마찬가지로 이 과정을 반복하여 최상의 질소원 및 금속 이온 소스를 선택하였다. 질소원의 경우, 쇠고기 엑스가 최상의 것으로 밝혀졌으나 금속이온의 경우 어느 것도 양호한 항균 활성을 나타내지 않았다. 따라서, 말토오스 및 쇠고기 엑스를 최상의 탄소원 및 질소원으로 선택하였다.For the carbon source, Bacillus strain K1R was inoculated on a culture medium containing different concentrations of carbon source and incubated for up to 108 hours and samples were taken every 12 hours. A disk diffusion assay was performed to check the activity of the antimicrobial peptide produced by the Bacillus strain K1R against the indicated organism to create a graft. We plotted the incubation time versus the inhibition zone, indicating that maltose was the best carbon source for this strain. Again, this process was repeated to select the best source of nitrogen and metal ions. In case of nitrogen source, beef extract was found to be the best, but none of the metal ions showed good antimicrobial activity. Therefore, maltose and beef extracts were selected as the best carbon source and nitrogen source.

3-2: 최종 최적화3-2: Final optimization

완전한 최적화는 소고기 엑스 및 말토오스의 양을 변화시켜 수행하였으며, 바실러스 균주 K1에 의해 생산된 펩타이드는 2% 말토오스(MAL) 및 2% 쇠고기 엑스(BE)가 배지에 존재하였을 때 접종한 후 30시간에서 최대 활성을 보인 것으로 확인되었다. 본 연구에 있어서, Mycobacterium smegmatis ATCC 9341을 지시 생물로서 선택하였다. Complete optimization was carried out by varying the amount of beef extract and maltose. The peptides produced by Bacillus strain K1 were cultured for 30 hours after inoculation when 2% maltose (MAL) and 2% beef extract (BE) And it was confirmed that it showed the maximum activity. In this study, Mycobacterium smegmatis ATCC 9341 was selected as the indicator organism.

최종적으로, 2% 소고기 엑스, 2% 말토오스를 최적 배지로 설정하였고, 발효는 배지 20%를 함유한 250ml erlenmeyer 플라스크 상에서 160 rpm으로 지속적으로 진탕하면서 37 ℃에서 수행하였다. 금속 이온의 영향은 보이지 않았다.Finally, 2% beef x 2% maltose was set as the optimal medium and fermentation was carried out at 37 ° C with continuous shaking at 160 rpm on a 250 ml Erlenmeyer flask containing 20% medium. The effect of metal ions was not seen.

실시예 4: 펩타이드 생산 및 정제Example 4 Peptide Production and Purification

종 배양물을 160 rpm으로 37℃에서 16 시간 동안 인큐베이션시켰다. 이를 최적화된 배지(MRS 배지)를 함유한 대량 배양 배지로 옮기고 30 시간 동안 인큐베이션시켰다. 30 시간 후, 냉 원심분리기에서 10,000 x g로 35 분 동안 원심분리시켜 수확하였다.The seed culture was incubated at 160 rpm at 37 DEG C for 16 hours. It was transferred to a mass culture medium containing optimized medium (MRS medium) and incubated for 30 hours. After 30 hours, they were harvested by centrifugation at 10,000 x g for 35 minutes in a cold centrifuge.

수확된 브로쓰로 부터 암모늄 설페이트 침전[23]법을 사용하여 펩타이드를 얻고, 이어서 4 ℃에서, 10,000 x g로 50 분 동안 원심분리하였다. 얻어진 침전물을 10 mM Tris/HCl (pH 7.5)에 대하여 투석하였다. 이어서, 30 kDa 및 10 kDa의 한외여과막(Millipore Corp.)을 사용하여 탈염 공정을 수행하였다. 투석 및 여과 후, 동일한 완충액을 사용하여 Sephadex G-50 컬럼(1.5 cm x 65 cm)으로 정제하였다. 활성 분획들을 모으고, 농축시킨 후, 동일한 완충액을 사용하여 Sephadex G-25 컬럼(1.4 cm x 25 cm)으로 더 정제하였다.Peptides were obtained from the harvested broth using the ammonium sulfate precipitation method [23] and then centrifuged at 4O < 0 > C at 10,000 x g for 50 minutes. The resulting precipitate was dialyzed against 10 mM Tris / HCl (pH 7.5). The desalting process was then performed using ultrafiltration membranes (Millipore Corp.) of 30 kDa and 10 kDa. After dialysis and filtration, the same buffer was used to purify on a Sephadex G-50 column (1.5 cm x 65 cm). The active fractions were pooled, concentrated and further purified on a Sephadex G-25 column (1.4 cm x 25 cm) using the same buffer.

균주 K1R에 의해 분비된 항균 펩타이드는 Mycobacterium smegmatis ATCC 9341, Enterococcus faecalis ATCC 29212 및 Micrococcus luteus ATCC 9341에 대하여 항균 활성을 나타냈다.The antimicrobial peptides secreted by the strain K1R showed antibacterial activity against Mycobacterium smegmatis ATCC 9341, Enterococcus faecalis ATCC 29212 and Micrococcus luteus ATCC 9341.

4-1: 암모늄 침전법4-1: Ammonium precipitation method

30시간 성장 후, 균주 K1R의 브로쓰를 수확하였다. 무세포 배양 배지를 암모늄 설페이트(80% w/v)를 사용하여 침전시키고 지속적인 교반하에 4℃에서 밤새 저장하였다. 펠릿을 모으고, 현탁한 후 Tris-HCl 완충액(pH 7.5) 중에 투석시켰다.After growing for 30 hours, the broth of the strain K1R was harvested. The cell-free culture medium was precipitated with ammonium sulfate (80% w / v) and stored at 4 ° C overnight under constant agitation. The pellets were pooled, suspended and dialyzed into Tris-HCl buffer (pH 7.5).

4-2: 한외여과 기술4-2: Ultrafiltration Technology

암모늄 설페이트 침전법을 사용한 후 아미콘(Amicon) 한외 여과 기술을 사용하여 완충액 중에 현탁된 펠릿을 정제하였다. 30 kDa 및 10 kDa 여과지를 이 과정에서 각각 사용하였다.After the ammonium sulfate precipitation method was used, the pellet suspended in the buffer was purified using Amicon ultrafiltration technology. 30 kDa and 10 kDa filter paper were used in this procedure, respectively.

4-3: 컬럼 크로마토그래피4-3: Column chromatography

조 추출물을 Sephadex G-50 컬럼에 가하고 이동상으로서 10mM Tris-HCl 완충액(pH 7.5)으로 용출시켰다. 분획들을 모아서, 지시 세균 Mycobacterium smegmatis ATCC 9341에 대한 항균 활성을 모니터링하였다. 활성 분획들을 동결건조시켜 농축하고 Sephadex G-25 컬럼 상에 부하하여 사용전에 동일한 완충액으로 용출시켰다. 항균 활성에 대해 양성인 분획들을 모으고, 4 ℃에 저장하였다. 단백질 함량은 Bradford Method [24]에 의해 평가하였다. 도 3은 항균 활성 대 단백질 함량, 즉 억제 대역 대 595 nm에서 흡광도를 관찰함으로써 활성 분획의 정제 및 선택 동안에 수반되는 두 크로마토그래피 단계의 이해 개념을 나타낸다.The crude extract was applied to a Sephadex G-50 column and eluted with 10 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) as mobile phase. Fractions were collected and the antimicrobial activity against the indicator bacteria Mycobacterium smegmatis ATCC 9341 was monitored. The active fractions were lyophilized, concentrated, loaded onto a Sephadex G-25 column and eluted with the same buffer before use. Fractions that were positive for antimicrobial activity were pooled and stored at 4 < 0 > C. Protein content was assessed by the Bradford Method [24]. Figure 3 shows the concept of understanding of the two chromatographic steps involved during the purification and selection of the active fractions by observing the antimicrobial activity vs. protein content, i.e. absorbance at 595 nm vs. inhibition band.

실시예 5: 단백질 평가, 분자량 측정Example 5: Protein evaluation, molecular weight measurement

단백질 농도는 표준으로 소 혈청 알부민을 사용하여 Bradford 법[24]에 의해 평가하였다. 분자량 결정은 Tricine SDS-PAGE[25]에 의해 수행하였다.Protein concentrations were assessed by the Bradford method [24] using bovine serum albumin as a standard. Molecular weight determination was performed by Tricine SDS-PAGE [25].

실시예 6: In-situ 분석Example 6: In-situ analysis

In-situ 분석은 지시 생물체 Mycobacterium smegmatis ATCC 9341 (1.5 X 108cfu/ml)에 대하여 2.5% Triton X-100를 함유하는 50 mM Tris-HCl 완충액 (pH 7.5)으로 세척한 후 Tricine SDS-PAGE로 부터의 처리된 겔을 Mueller-Hinton 배지 상의 0.6% 아가에 겹치게 한 후 37 ℃에서 인큐베이션시킴으로써 수행하였다.In-situ analysis was performed on the indicator organism Mycobacterium smegmatis ATCC 9341 (1.5 × 10 8 cfu / ml) with a 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 2.5% Triton X-100, followed by Tricine SDS-PAGE Was superimposed on 0.6% agar on Mueller-Hinton medium and incubated at 37 < 0 > C.

항균 펩타이드는 Tricine SDS-PAGE에 의해 단리되었다. 초 저분자량 마커 단백질(1.7 내지 42 kDa)을 사용하여 활성 단백질 밴드의 대략적인 분자량을 결정하였다. 전기 영동 후, 하나의 겔은 쿠마시 블릴리언트 블루로 염색하고, 다른 것은 in-situ 검사를 위해 미염색된 겔 상의 AMPs 밴드의 확인을 위하여 보관하였다.The antimicrobial peptides were isolated by Tricine SDS-PAGE. The ultrahigh molecular weight marker protein (1.7 to 42 kDa) was used to determine the approximate molecular weight of the active protein band. After electrophoresis, one gel was stained with Coomassie Biolent Blue and the other was stored for identification of unstained gel-like AMPs bands for in-situ testing.

항균 화합물은 4.6 kDa 근처의 분자량을 갖는 처음의 겔 중의 단일 밴드의 존재에 의해 확인되었고, in situ 검사 결과는 지시 생물에 대한 억제점의 뚜렸한 대역을 나타내었다(도 4 및 5 참조). 도 4는 K1R의 Tricine SDS-PAGE 결과를 나타내는 사진이다. Lane 1, 단백질 사이즈 마커; Lane 2 및 3, 정제 K1R 펩타이드.The antimicrobial compound was identified by the presence of a single band in the initial gel with a molecular weight near 4.6 kDa and the in situ test results showed a distinct band of inhibition points for the indicator organisms (see FIGS. 4 and 5). 4 is a photograph showing the result of Tricine SDS-PAGE of K1R. Lane 1, protein size marker; Lane 2 and 3, purified K1R peptide.

실시예 7: 항균 활성에 대한 온도 및 pH의 영향Example 7 Effect of Temperature and pH on Antimicrobial Activity

K1R의 열 안정성은 잔여 활성을 분석하기 전에 0, 10, 20, 37, 50, 60, 70, 80 ℃에 30 분 동안 및 표준 오토 클레이브 조건에 노출시킴으로써 결정하였다. 마찬가지로, pH 안정성은 100mM pH 완충액: citric acid/phosphate (4-5.5), tris/hydrochloric acid (6.5-9.5) and potassium chloride/sodium hydroxide (10-13.5)을 사용하여 다양한 pH 값(4.0 ~ 13.5)에서 분석하였다.The thermal stability of K1R was determined by exposing the residual activity to 0, 10, 20, 37, 50, 60, 70, 80 ° C for 30 minutes and standard autoclave conditions before analysis. Likewise, pH stability was measured at various pH values (4.0-13.5) using 100 mM pH buffer: citric acid / phosphate (4-5.5), tris / hydrochloric acid (6.5-9.5) and potassium chloride / sodium hydroxide (10-13.5) Respectively.

펩타이드의 항균 활성에 있어서 온도 및 pH의 영향은 도 6 및 7에 나타내었다. K1R은 30 ~ 60 ℃에서 가장 안정된 것으로 밝혀졌고 70 ℃에서는 약 25% 활성을 잃었다. 오토클레이브 시료는 그의 활성을 완전히 잃었다. 잔여 활성을 분석한 결과, K1R의 AMP는 pH 6.5-9 부근에서 가장 안정한 것으로 밝혀졌다. pH룰 12 까지 증가시켰을 때 활성의 50%를 잃었다. 마지막으로 pH 13.5에서 35%의 잔여 활성을 나타내었다.The effects of temperature and pH on the antimicrobial activity of the peptides are shown in Figures 6 and 7. K1R was found to be the most stable at 30-60 ° C and lost about 25% activity at 70 ° C. The autoclave sample completely lost its activity. Analysis of the residual activity revealed that the AMP of K1R was most stable near pH 6.5-9. When the pH was increased to 12, 50% of the activity was lost. Finally, 35% residual activity was observed at pH 13.5.

실시예 8: 항균 활성에 대한 케미컬의 영향Example 8 Effect of Chemical on Antimicrobial Activity

AMP의 항균 활성에 관한 산화제(과산화 수소 및 소듐 퍼보레이트), 환원제(β-머캅토에탄올), 킬레이트제(EDTA 및 EGTA), 세제(SDS, CHAPS, Triton X-100, Tween 20, Tween 80 및 데옥시콜산), 금속 이온(Ca++, Mg++, Co++, Cu++, Ni++, Zn++, Mn++ and Ba++) 및 용매(아세톤, 클로로포름, 디메틸 술폭시드, 메탄올, 에탄올, 2-프로판올, 1-부탄올, 톨루엔, 디에틸 에테르, TCA, 소듐 클로라이드 및 포타슘 클롤라이드) 등의 다양한 케미컬의 영향을 조사하였다.(Hydrogen peroxide and sodium perborate), reducing agent (? -Mercaptoethanol), chelating agent (EDTA and EGTA), detergent (SDS, CHAPS, Triton X-100, Tween 20, Tween 80, (Ca ++ , Mg ++ , Co ++ , Cu ++ , Ni ++ , Zn ++ , Mn ++ and Ba ++ ) and a solvent (acetone, chloroform, dimethylsulfoxide , Methanol, ethanol, 2-propanol, 1-butanol, toluene, diethyl ether, TCA, sodium chloride and potassium chloride).

잔여 활성의 측면에서 다양한 케미컬의 영향은 표 1에 나타내었다.The effects of various chemicals in terms of residual activity are shown in Table 1.

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표 1의 결과로 부터, Bacillus 균주 K1R에 의해 생산된 항균 펩타이드의 온전한 활성은 과산화 수소 및 소듐 퍼보레이트 등의 산화제 및 데옥시콜산 및 SDS와 같은 세제의 존재하에서 안정되게 유지된 것으로 나타났다. Triton X-100 및 톨루엔은 유사한 타입의 효과를 가졌으며, 칼슘 등의 금속 이온은 활성을 억제하였다.From the results in Table 1, it can be seen that the intact activity of the antimicrobial peptides produced by the Bacillus strain K1R was stably maintained in the presence of oxidants such as hydrogen peroxide and sodium perborate, and detergents such as deoxycholic acid and SDS. Triton X-100 and toluene had a similar type of effect, and metal ions such as calcium inhibited activity.

실시예 9: K1R의 항균 활성Example 9: Antibacterial activity of K1R

9-1. 최소억제 농도 시험9-1. Minimal inhibition concentration test

아가 희석법을 사용하여 최소 억제 농도를 결정하였다[26]. 바시트라신 및 반코마이신을 참고 표준 항생제로 사용하였다.Agar dilution was used to determine the minimum inhibitory concentration [26]. Bacitracin and vancomycin were used as reference antibiotics.

시험에 선택한 지시 생물체는 다음과 같다:The indicator organisms chosen for the test are:

1. Gram's 음성 세균: Escherichia coli KCTC 1923, Salmonella typhimurium KCTC 1925, Pseudomonas aeruginosa KCTC 1637, Alcaligenes faecalis ATCC 1004. 1. Gram's negative bacteria: Escherichia coli KCTC 1923, Salmonella typhimurium KCTC 1925, Pseudomonas aeruginosa KCTC 1637, Alcaligenes faecalis ATCC 1004.

2. Gram's 양성 세균: Enterococcus faecalis ATCC 29212, Bacillus subtilis ATCC 6633, Mycobacterium smegmatis ATCC 9341, Vancomycin Resistant Enterococci 4 (VRE 4), Methilicine resistant Staphylococcus aureus 5-3 (MRSA 5-3), Methilicine resistant Staphylococcus aureus 4-5 (MRSA 4-5), Vancomycin resistant Satphylococcus aureus (VRSA), Vancomycin Resistant Enterococci 98 (VRE 98), Vancomycin Resistant Enterococci 89 (VRE89), Vancomycin Resistant Enterococci 82 (VRE 82), Staphylococcus aureus KCTC 1928, Micrococcus luteus ATCC 9341.2. Gram's positive bacteria: Enterococcus faecalis ATCC 29212, Bacillus subtilis ATCC 6633, Mycobacterium smegmatis ATCC 9341, Vancomycin Resistant Enterococci 4 (VRE 4), Methicillin resistant Staphylococcus aureus 5-3 (MRSA 5-3), Methylenic resistant Staphylococcus aureus 4- , Vancomycin Resistant Enterococci 89 (VRE89), Vancomycin Resistant Enterococci 82 (VRE 82), Staphylococcus aureus KCTC 1928, Micrococcus luteus ATCC 5 (MRSA 4-5), Vancomycin resistant Satphylococcus aureus (VRSA), Vancomycin Resistant Enterococci 98 9341.

대조군으로서 항생제를 포함하지 않은 플레이트와 함께 다양한 농도의 항생제 플레이트 중에 시험 생물을 접종한 것(1.5 X 108cfu/ml)을 37 ℃에서 인큐베이션시켯다. 결과는 대조군 플레이트와 비교하여 12 시간 후에 관찰하였다As a control, inoculated test organisms (1.5 x 10 < 8 > cfu / ml) in various concentrations of antibiotic plates with plates not containing antibiotics were incubated at 37 < 0 > C. Results were observed after 12 hours compared to the control plate

최소 억제 농도의 측면에서 K1R의 항균 활성은 표 2에 나타내었다.The antibacterial activity of K1R in terms of minimum inhibitory concentration is shown in Table 2.

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다약제 내성의 출현은 제약 연구에 대한 하나의 도전을 야기하였다. 본 연구에 있어서 본 발명자들은 새로이 추출된 항균 펩타이드의 효능을 반코마이신 및 바시트라신 등의 이미 공지돈 약물에 비교하여 알아보기 위해 항균 활성 연구를 수행하였다. K1R는 다양한 다약제 내성 병원균에 대하여 길항작용을 나타내었다. K1R은 반코마이신 및 바시트라신 보다 Vancomycin Resistant Enterococci 4, Vancomycin Resistant Enterococci 82, Vancomycin Resistant Enterococci 89, and Vancomycin Resistant Enterococci 98 등의 병원균에 대한 ㄱ강력한 효능을 나타내었다. 그의 효과는 Enterococcus faecalis ATCC 29212에 대하여 반코마이신과 유사하였고 동일한 병원균에 대하여 바시트라신 보다는 양호하였다. Micrococcus luteus ATCC 9341에 대한 K1R의 MIC 값은 바시트라신의 것보다 더 효율적인 것으로 밝혀졌다.The emergence of multidrug resistance has created a challenge to pharmaceutical research. In the present study, the present inventors conducted an antibacterial activity study to compare the efficacy of the newly extracted antimicrobial peptide with those of known donors such as vancomycin and bacitracin. K1R showed antagonistic action against various multidrug resistant pathogens. K1R showed a stronger potency against pathogens such as Vancomycin Resistant Enterococci 4, Vancomycin Resistant Enterococci 82, Vancomycin Resistant Enterococci 89, and Vancomycin Resistant Enterococci 98 than vancomycin and bacitracin. Its effect was similar to vancomycin for Enterococcus faecalis ATCC 29212 and was better than bacitracin for the same pathogen. The MIC value of K1R for Micrococcus luteus ATCC 9341 was found to be more efficient than that of basitracin.

MDR 병원균에 비교한 K1R의 결과적인 효과는 반코마이신에 대한 내성 패턴을 가진 그람 양성균에 대한 좋은 임팩트를 나타낸다. 반코마이신에 내성을 갖는 Strains of staphylococcusenterococcus의 균주는 전망 좋은 결과를 나타내었다. K1R은 본 발명자들의 이전의 연구 보다도 효율적인 것으로 밝혀졌다[34].The resulting effect of K1R compared to MDR pathogens represents a good impact on Gram-positive bacteria with a resistance pattern to vancomycin. Strains of staphylococcus and enterococcus strains resistant to vancomycin showed promising results. K1R has been found to be more efficient than our previous studies [34].

9-2. 아가 디스크 확산 에세이9-2. Aga's Diffusion Essay

펩타이드 K1R의 항균 활성은 아가 디스크 확산 에세이법[27]에 의해 검출하고, 최소 억제 농도에서 설명한 바와 같이 모든 지시자에 대하여 시험하였다. 50 ㎕ K1R의 알리쿼트를 각 개별 지시자 균주로 미리 접종한 아가 플레이트 상의 디스크(8 mm)에 가하였다.The antimicrobial activity of the peptide K1R was detected by the Agadisc diffusion assays [27] and tested for all indicators as described at the minimum inhibitory concentration. Aliquots of 50 [mu] l K1R were added to discs (8 mm) on agar plates previously inoculated with each individual indicator strain.

아가 디스크 확산 에세이에 기초한 K1R의 억제 스펙트럼은 표 3에 나타내었다.이 결과는 MIC 시험의 결과와 일치된다.The suppression spectra of K1R based on the agar disc diffusion assay are shown in Table 3. The results are consistent with the results of the MIC test.

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Figure pat00003

실시예 10 아미노산 서열 분석Example 10 Amino acid sequence analysis

K1R의 아미노산 서열은 Procise Model 491 HT Protein Sequencer (Applied Biosystems, USA)을 사용하여 Edman 분해법에 의해 결정하였다. 이 펩타이드의 분자량은또한 동일한 서열을 이용하여 확인하였다[28].The amino acid sequence of K1R was determined by Edman degradation using a Procise Model 491 HT Protein Sequencer (Applied Biosystems, USA). The molecular weight of this peptide was also confirmed using the same sequence [28].

K1R의 아미노산 서열은 AVQGTLEDALNLSKGALNQVQK AIQNGDXLTVXGXLGTIXLAVSX(서열번호 1)로 밝혀졌다. 이 서열은 BLAST(basic local alignment search tool; http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)를 사용한 NCBI 단백질 데이터베이스에서 유사한 타입의 보고된 펩타이드와 의미있는 상동성을 보여주지는 못하였으나 Bacillus 속의 가설적 단백질(표 4)과 유사성을 보였다.The amino acid sequence of K1R was found to be AVQGTLEDALNLSKGALNQVQK AIQNGDXLTVXGXLGTIXLAVSX (SEQ ID NO: 1). This sequence does not show significant homology with reported peptides of a similar type in the NCBI protein database using the BLAST (basic local alignment search tool; http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi ) (Table 4) of the Bacillus genus.

Figure pat00004
Figure pat00004

아미노산 서열 및 ExPASy Server 상의 단백질 동정 및 분석 툴의 사용에 근거하여 펩타이드의 분자량은 ~4578.23 dalton으로 밝혀졌고 이는 Tricine SDS-PAGE 및 in-situ 분석으로 부터의 결과와 일치한다.Based on the amino acid sequence and the use of protein identification and analysis tools on the ExPASy Server, the molecular weight of the peptides was found to be ~ 4578.23 dalton, consistent with the results from Tricine SDS-PAGE and in situ analysis.

실시예 11: K1R의 항산화 활성Example 11: Antioxidant activity of K1R

DPPH 법을 약간 변형하여 Zhang et al [29]에 의해 기술된 절차를 사용하여 항산화 활성을 체크하였다. DPPH 는 그의 구조에 있어서 홀전자를 함유하는안정된 유리 라디칼이고 통상적으로 화학적 분석에 있어서 라디칼 소거능의 검출에 이용된다. 다양한 농도의 펩타이드 용액100 ㎕을 메탄올 용액 중의 DPPH (0.3 mM) 100 ㎕에 가하였다. 혼합물을 실온의 암실에서 30 분 동안 유지시킨 후 분광광도계로 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 메탄올을 블랭크로 이용하는 한편 증류수를 음성 콘트롤로 사용하였다. 아스코르브산을 양성 콘트롤로 사용하였다. DPPH 라디칼 소거능은 다음의 식으로 구하였다:The DPPH method was slightly modified and the antioxidant activity was checked using the procedure described by Zhang et al [29]. DPPH is a stable free radical containing a hole-electron in its structure and is typically used for the detection of radical scavenging ability in chemical analysis. 100 쨉 l of various concentrations of the peptide solution was added to 100 쨉 l of DPPH (0.3 mM) in the methanol solution. The mixture was kept in a dark room at room temperature for 30 minutes and absorbance was measured at 517 nm by a spectrophotometer. Methanol was used as a blank and distilled water was used as a voice control. Ascorbic acid was used as a positive control. DPPH radical scavenging activity was determined by the following formula:

% = (1- Abssample/ Absblank)(여기서, Abssample 및 Absblank는 각각 시료 및 블랭크의 흡광도이다)% = (1-Abs sample / Abs blank ) (where Abs sample and Abs blank are the absorbance of the sample and blank, respectively)

AMP의 항산화 효과의 메카니즘에 관한 정보를 얻기 위하여, 라디칼 소거능은 517 nm에서 DPPH 라디칼의 흡광도에 있어서 변화를 측정함으로써 검사하였다. 아스코르브산 및 K1R은 모두 DPPH 라디칼의 농도 의존성 소거능을 보였다. K1R의 효능은 시험된 모든 농도(1 - 1000 ㎍/ml)에서 아스코르브산과 유사하거나 필적하였다. 도 8은 억제%로 나타낸 유리 라디칼 소거 활성의 결과를 나타낸다. K1R은 1000 ㎍/ml에서 70.97의 억제%를 나타낸 반면, 표준 아스코르브산은 동일한 농도에서 75.36%의 억제를 나타냈다. 두 경우 모두에 있어서, 아스코르브산 농도의 증가에 대하여 억제%의 누진적 증가가 관찰되었다. 항산화 활성은 다른 펩타이드와 비교할 만 하였다[35]. 모든 결정은 3회 실시하였고 평균값을 구하였다.To obtain information on the mechanism of antioxidant effect of AMP, the radical scavenging activity was examined by measuring the change in absorbance of the DPPH radical at 517 nm. Both ascorbic acid and K1R showed concentration dependent abilities of DPPH radicals. The efficacy of K1R was similar or comparable to that of ascorbic acid at all concentrations tested (1 - 1000 / / ml). Figure 8 shows the results of the free radical scavenging activity expressed as% inhibition. K1R showed 70.97% inhibition at 1000 ㎍ / ml, whereas standard ascorbic acid showed 75.36% inhibition at the same concentration. In both cases, a progressive increase in percent inhibition was observed with increasing ascorbic acid concentration. Antioxidant activity was comparable to other peptides [35]. All determinations were performed 3 times and mean values were obtained.

실시예 12: 약학적 제제(캡슐제)의 제조Example 12: Preparation of pharmaceutical preparation (capsule)

본 발명의 펩타이드 20 ㎎, 결정성 셀룰로오스 10㎎, 락토오스 25 ㎎, 스테아린산 마그네슘 1 ㎎의 성분들을 혼합한 후, 통상의 캡슐제의 제조방법에 따라서 젤라틴 캡슐에 충전하여 캡슐제를 제조하였다.The components of the peptide of the present invention (20 mg), crystalline cellulose (10 mg), lactose (25 mg) and magnesium stearate (1 mg) were mixed and filled in gelatin capsules according to the conventional preparation method.

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Claims (6)

서열 번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 항균 펩타이드.1. An antimicrobial peptide comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. 청구항 1에 있어서, 상기 펩타이드는 바실러스 테퀴렌시스(Bacillus tequilensis) K1R 균주로부터 유래된 것을 특징으로 하는 항균 펩타이드.The antimicrobial peptide according to claim 1, wherein the peptide is derived from a strain of Bacillus tequilensis K1R . 청구항 1에 있어서, 상기 펩타이드는 분자량이 ~4.6 kDa 이고, pH 6.5 ~ 9에 걸쳐서 안정하고, 60 ℃ 이하에서 내열성이며, 0 ℃ 및 4 ℃의 낮은 온도에서 활성이 변화되지 않는 것을 특징으로 하는 항균 펩타이드.The peptide of claim 1, wherein the peptide has a molecular weight of ~ 4.6 kDa, is stable over a pH of 6.5 to 9, is heat resistant at 60 캜 or lower, and does not change its activity at low temperatures of 0 캜 and 4 캜. Peptides. 청구항 1에 있어서, 상기 펩타이드는 다약제 내성 병원균에 대하여 항균 활성을 갖는 것을 특징으로 하는 항균 펩타이드.[Claim 3] The antimicrobial peptide according to claim 1, wherein the peptide has an antibacterial activity against multidrug-resistant pathogens. 제 1항의 항균 펩타이드를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 항균용 약학 조성물.A pharmaceutical composition for antimicrobial use, which comprises the antimicrobial peptide of claim 1 as an active ingredient. 제 1항의 항균 펩타이드를 유효성분으로 포함하는 것을 특징으로 하는 항산화제 조성물.An antioxidant composition comprising the antimicrobial peptide of claim 1 as an active ingredient.
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