B. thuringiensis는 많은 해로운 곤충들을 박멸시키는데 널리 사용되는 생물학적 살충제로 잘 알려져 있다. 그것은 측포자 형태의 결정체($\delta$-내독소)를 생산하고 내생포자들을 형성한다. 본 논문에서는 B. thuringiensis BT-1과 BT-2에 의해 생산되는 내독소의 특성을 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM), SDS-PACE, 알칼리 용액에서의 용해 활성을 통하여 규명하였다. BT-1, BT-2 균주는 GBY 배지에서 배양되었고, 두 균주의 내독소는 당밀도구배법을 이용하여 정제되어, 주사전자현미경(SEM), 투과전자현미경(TEM)으로 관찰하였다. 형태학적으로, BT-1의 내독소는 사각형 및 납작형이고 크기는 $1.73{\mu}m{\times}0.7{\mu}m$, 그리고 BT-2 내독소는 구형이며 $1.1{\mu}m$, 폭이 $0.9{\mu}m$인 것으로 밝혀졌다. SDS-PACE 방법으로 분석한 결과, BT-1의 분자량은 28 kDa, 21 kDa, 반면에 BT-2의 분자량은 50 kDa, 35 kDa, 22 kDal으로 밴드가 형성되었다. 이들의 결정체는 알칼리 완충용액 내에서 시간에 지나감에 따라서 점차로 용해되었으며 3시간 후에는 거의 완전하게 용해되었다. 이 결과들을 통하여 BT1과 BT-2 결정체의 내독소가 곤충의 중장 내에서 시간이 흐름에 따라 비활성 상태에서 활성상태로 전환되는 것으로 보여진다.
Bacillus thuringiensis strain BT-209 was isolated from a soybean grain dust sample in Korea. The strain BT-209 produced two different sizes of cuboidal crystals and one spore in the cell. In the biochemical characterization, the strain BT-209 showed negative reactions on the production of urease, and the utilization of citrate and sucrose. Examination of its antibiotic resistance revealed that while the strain BT-209 showed higher sensitivity than B. thuringiensis subsp. kurstaki HD-1 to ampicillin, bacitracin, chlortetracycline, gentamycin, neomycin, penicillin G, tetracycline and tobramycin, it was more resistant to methicillin than B. thuringiensis subsp. kurstaki HD-1. The $\delta$-endotoxin crystal of strain BT-209 consisted of three proteins with apparent molecular weights of appoximately 148, 135 and 62 kDa on a 10% SDS-PAGE. The strain BT-209 had at least eight different plasmids with sizes of 4.1, 5.2, 6.3, 8.6, 14.6, 24.5, 67.6 and 77.6 Kb. The strain BT-209 showed strong lethalities of 70% and 87% against Bombyx mori and Hyphantria cunea larvae. at 72 h, respectively.
Bacillus thuringiensis kurstaki와 aizawai의 내독소단백질을 알카리용액 또는 트립신, 곤충소화액 드응ㄹ 처리하여 전기영동한 후 단백질팬턴을 비교하였다. 두 균주의 주요 결정단백질은 130kd와 64kd의 단백질이었으며, 소화액이나 효소로 처리한 경우 공통적으로 62kd의 활성독소가 생성되었다. 그러나, aizawai는 kurstaki에 비해 현저히 적은 양의 62kd 단백질을 생성하였다. 흰불나방의 유충이 Bacillus thuringiensis 독소를 섭식하였을 때 지방체를 비롯한 몇 가지 조직에서 45kd의 스트레스 단백질이 유발되었는데 이 단백질은 열충격이나 저온 충격시에도 마찬가지로 생성되었다.
Bacillus thuringiensis strain BT-14 was isolated from alfalfa dust in Korea. The strain BT-14 produced one bipyramidal crystal and one spore in the cell. The biochemical characteristics of the strain BT-14 were similar to those of Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki HD-l. Examination of its antibiotic resistance revealed that while the strain BT-14 was less resistant than BTK HD-l to ampicillin, gentamycin, neomycin and tobramycin, it was more resistant to amikacin than BTK HD-l. The $\delta$-endotoxin crystal of strain BT-14 consisted of a single protein with a high molecular weight of ca 135 KD on a 10% SDS-PACE. The strain BT-14 contained at least nine different plasmids with sizes of 2.9, 5.3, 5.8, 6.2, 9.4, 15.1, 18.1, 23.1 and 79 Kb. In insect bioassay, the isolated strain BT-14 showed lethality of 67% against Plutella xylostella larvae at dilution of 5$\times$$l0^{-4}$ (5$\times$l0 to 3$\times$$l0^2$ spores/ml), which is, almost equivalent to that of BTK HD-l.
Barillus thuringiensis var. kurstaki와 Bacillus thuringiensis var. israelensis의 내독소 결정체와 아포를 NaBr 밀도 기울기 원심분리에 의하여 쉽게 분리하였으며, 전체 세포 무게에서 내독소 결정체의 무게의 비율은 BTK가 23.79%, BTI가 25%였다. BTK와 BTI의 내독소 결정체의 모형은 BTK는 이중 피라미드 형태이며, 성숙한 결정체의 길이는 1.7$\mu\textrm{m}$이었고, 중앙의 폭은 약 0.9$\mu\textrm{m}$였다. BTI의 내독소 결정체는 장타원형으로 큰 것은 길이가 1.6$\mu\textrm{m}$이고, 폭은 0.45$\mu\textrm{m}$였으며, 원형은 1.2$\times$0.8$\mu\textrm{m}$였다. 결정체 단백질의 분자량은 BTK의 것이 134,000달톤이었고, BTI의 결정체는 128,000 달톤이었다.
Bacillus thuringiensis subspecies중 HD-1, HD-9, HD-73과 finitimus의 내독소와 플라스미드분리에 대하여 얻은 실험결과는 다음과 같다. 1. 밀도구배에 의한 ${\delta}$-내독소 정제는 NaBr, CsCl, Renografin-76으로 행하여 밀도구배 재료간 독소 수율은 Renografin-76>CsCl>NaBr순으로 독소와 아포의 분리가 양호하였고 그 순도는 약 98%정도였다. 2. 정제한 내독소는 SDS-PAGE, 현미경 관찰, 생물검정으로 조사하였고, SDS-PAGE에 의한 하위단위체의 분자량은 약 66,000과 130,000달돈 이었다. 3. 내독소의 결정단백질의 외부형태는 finitimus를 제외한 3균주는 모두 이중피라마드형이었다. 4. 담배나방 유충에 대한 살충실험 결과 $0.1{\mu}g/ml$의 내독소 농도에서 HD-1은 60%, HD-73은 100% 치사율을 보였다. 5. B. thuringiensis의 플라스미드 크기는 약 0.5~120Kb 정도였고 그 수는 HD-1, HD-9, HD-73에서 각각 12, 3, 11개 였고, finitimus 균주에는 플라스미드가 없었다.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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제6권1호
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pp.81-85
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2003
To verify importance of the intervening sequence between the ribosome binding site (RBS) and the initiation codon for expression of Bacillus thuringiensis $\delta$-endotoxin, the pProMu, containing SphI and NcoIsites between RBS and the initiation codon of the cry1Ac gene, and the deletion derivatives of pProMu were constructed and transformed into the B. thuringiensis subsp. kurstaki $Cry^{-B}$ strain. The pProMu-ΔSphIhad identical six bases of intervening sequence to pProAc though the arrangement of sequence was different. Other mutants containing pProMu had 1 or 10 or 14 bases between RBS and the initiation codon. Among deletion mutants, only ProMu-ΔSphI/CB only produced 130 kDa typical bipyramidal crystals like those seen for ProAc/CB. However, ProMu/CB, $ProMu-{\Delta}NcoI$, and ProMu-ΔSphI+NcoIdid not produce Cry1Ac crystals. In conclusion, the results suggest that 6-base intervening sequence was important for expression of cry1-type class gene. Furthermore, spacing effect of the intervening sequences may play an important role in expression of individual crystal proteins in B. thuringiensis without doubt.
공업폐수를 이용하여 미생물 살충제를 생산하기 위하여 배양방법, 배양조건 및 생물학적 검정을 행한 결과는 다음과 같다. (1) B. thuringiensis avr. thuringiensis는 특히 나비목 해충에 유효한 ${\delta}-endotoxin$과 파리목에 유효한 fly-toxin을 생산하는 세균이다. (2) 제사공장에서 폐기되는 자견수를 영양원으로서 본 세균배양에 이용할 목적으로 분석한 결과 많은 량의 무기물과 단백질이 용으로부터 추출되어 나왔음을 알았다. (3) GYS 배지와 citrate salts배지를 만들때 물대신 자견수를 사용하면 가장 경제적으로 많은 량의 ${\delta}-endotoxin$을 얻을 있다. (4) GYS 배지에 8gr/l의 glucose 첨가시 균체와 crystal의 혼합물 생산량이 가장 많았다. (5) 아미노산중 leucine + isoleucine _ valine을 $1.25{\times}10^{-3}M$ 농도로 citrate salts 배지에 첨가시 공시세균의 증식이 훨씬 좋았다. (6) Na-glutamate를 citrate salts배지에 $2.5{\times}10^{-3}M$ 첨가시 가장 좋은 증식을 보였다. (7) 공시 나무목 해충중에서 total body extract의 pH가 가장 높은 Pieris rapae Linne (pH 8.4)에서 가장 좋은 살충효과를 보이고 Dendrolimus spectabilis Bulter와 Bombyx mori Linne에서는 효과가 낮았다. (9) 본 세균의 배양 상등액은 초파리에 대하여 높은 살충률을 보여 열에 안정한 exotoxin의 존재를 확인하였다.
곤충치사 독소를 생성하는 Bacillus thuringiensis serovar. kurstaki HD1과 HD73 균주에 대한 내독소 단백질의 특성을 규명하기 위하여 독소단백질의 항체 생산성, 항원 안정성, 정량 및 교차반응실험을 수행하였다. 곤충치사 내독소 단백질에 대한 항체는 토끼 마리당 약 2mg의 내독소 항원을 4회 주사했을 때 급격히 증가하여 6~7회 투여시에 최대치의 항체가 생성되었다. 내독소의 항원 안정성을 ELISA로 조사했을 때 5일 이내는 안정하였으나 9일 이후는 급격히 감소하였다. 간접 ELISA에 의한 B. t. k. HD1과 HD73 내독소의 정량 감도는 각각 50$\mu\textrm{g}$/$m\ell$, 400ng/$m\ell$이었다. HD1과 HD73 균주의 내독소 단백질에 대한 항혈청은 B. t. serovar israelensis 와 침강반응이 일어나지 않았다. B. t. k. 균주의 동일 아종간 내독소 단백질에 대한 항체의 교차반응에서 HD1 내독소 항체는 HD73 균주의 내독소 항원과 부분적으로 반응하였으나 HD73 내독소 항체는 HD1 항원과 100% 반응하였다.
The solubilization and proteolytic process of $\delta $-endotoxin was analvsed to compare the biochemical property of the toxin isolated from B. thuringiensis subsp. sotto. The purified crystals were dissolved in 50 mM carbonate buffer containing 10 mM dithiothreitol at pH 10 for various times. The electrophoretic pattern showed that a rapid disappearance of 138 kDa protein band. This disappearance of protein with high molecular weight was accompanied by the appearance of new protein fragment with 104 kDa, 60 kDa, and 25 kDa. For proteolvtic processing, the soluble crystals were digested with trypsin for various times. The soluble crystal protein of 104 kDa was completely disappeared. However, the protein fragment of 60 kDa and 25 kDa still remained after complete proteolysis. The comparative immunoblot analysis showed that the antiserum against intact crystals showed strong immunoreactivity to the homologous inclusion protein of 138 kDa, 104 kDa, and 25 kDa, and to the intact spores of 221 kDa and 138 kDa, but not to the vegetative cell homogenate. The sera against crystals and spores had no immunoreactivity to the vegetative cell homogenate.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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