Cell fusion and fusants characterization of Bacillus strains producing biopolymer

Biopolymer 생산성 Bacillus 속 균주의 세포융합과 융합주의 세포특성

To improve biopolymer productivity and properties of Bacillus strains, protoplast fusion was performed between biopolymer producing Bacillus subtilis K-1 and lactose utilizing Bacillus coagulans. The results were as follows; Protoplasts mixed in fusion fluid containing 33% PEG 6000, 1% PVP and 10 mM $CaCl_2$ were reacted for 5 min at $37^{\circ}C$ and then centrifused protoplasts were directly overlaid on the selective media containing $100\;{\mu}g/ml$ antibiotics and incubated for 3 days. At this conditions, the frequency of protoplast fusion was generally in the range of $4.6{\times}10^{-5}\;to\;1.8{\times}10^{-7}$ in ratio. Segregation ratio was observed between 1 to 6% indicating genetic stability of all the fusants. Fusants growth were also observed on the media contained amino acid and antibiotics as required marked materials. DNA contents of the selected fusants were 1.6 to 2.7 times more than that of parent strains. With observation by TEM microscopy, spherical protoplasts were first released from the swollen parental cells and then contracted to fuse in the process of fusion. And fused cells were observed representative vesicle. Originally, the parental cells were observed as in the morphology of thick-walled and double membrane-surrounded rod shape with TEM microscopy.

Biopolymer를 생산하는 Bacillus subtilis K-1과 유당 이용능이 있는 Bacillus coagulans를 융합시켜 획득된 융합주에 의해 생산된 biopolymer의 특성 변화, 생산성 향상의 연구의 일환으로 두균주의 융합을 시도하였고 융합주의 특성을 조사하였다. 원형질체 융합은 33% PEG(Mw. 6,000), 1% PVP, 10 mM $CaCl_2$이 함유된 fusion fluid(FF)에서 5분간 반응하였고, 항생제가 함유된 선별배지에 중층 후, 3일간 배양했을 때 Bacillus subtillus coagulans 변이주 들간의 융합빈도는 $4.6{\times}10^{-5}{\sim}1.8{\times}10^{-7}$이었다. 융합주의 세포특성 검토에서 분리된 모든 융합주의 segregation 비는 $1{\sim}6%$로 나타나 유전적으로 안정하였고, 각 균주가 요구하는 영양 요구성 marker와 항생제의 함유배지에서 생육이 확인되었다. 주요 융합주의 DNA함량은 모균주보다 $1.6{\sim}2.7$배 높게 나타났다. 융합주의 전자현미경 관찰에서두 모균주는 간상체로서 두꺼운 세포벽과 이중막을 확인할 수 있었고 원형질체 형성과정에서 팽융된 세포에서 구형의 원형질체 방출이 이루어지고, 원형질체 융합과정 및 형성된 융합체에서 융합체내 전형적인 vesicle이 확인되었으며 모균주보다는 큰 형태의 세포를 확인할 수 있었다.