Waksman과 Heinrich(1943)에 의해 Streptomyces속이 기술되고 actinomycin, streptomycin등의 많은 항생물질이 발견되면서 방선균(actinomycetes)은 산업적으로 중요한 미생물이 되어 왔으며, 근래에는 항생물질 뿐만 아니라 효소, 효소저해제, 면역조절물질 등 소위 생리활성물질(bioactive compound)의 생산균으로서 주목을 받고 있다. 그러나 지금까지 대부분의 스크리닝이나 연구의 대상은 주로 중성 pH에서 잘 자라는 호중성 방선균(neutrophilic actionmycetes)이었지만 산성이나 알칼리성 토양, 고온, 고열, 고압 등과 같은 특수환경에서 분리된 균주나 희귀 방선균(rare actinomyces)에 대한 관심도 점점 높아지고 있다. 산성 토양에서 분리된 방선균에 관한 연구는 Jensen(1928)의 연구로부터 시작하였지만 Lonsdale(1985)이 침엽수림, 산성탄광 등에서 분리된 방선균을 수리분류할 때까지 활발하게 이루어지지 못하였다. 본 고에서는 호산성 방선균위 분포, 생리적 특성, 수리분류학적 연구, 화학적 분류(chemotaxonomy), 산업적 응용가능성 등을 살펴보고자 한다.
혼합 호산성 박테리아를 이용하여 리튬이온 밧데리 산업 폐기물로부터 코발트와 리튬의 침출을 연구하였다. 혼합 호산성 박테리아의 성장기질은 단체 황 및 2가 철이온으로 구성되어 있으며 미생물에 의한 금속의 침출은 폐기물에 존재하는 금속과 황산이온의 양자 반응 때문에 일어난다. 본 연구에서 12일간 미생물 침출반응시 고상 폐기물중 코발트의 80%, 리튬의 20%가 용해되었으며 고액비가 높을수록 금속의 독성으로 인하여 미생물의 성장은 억제된다. 단체 황의 농도가 높을 조건에서는 일부 황 분말이 용해되지 않으며 금속의 침출속도는 황의 증가에 따라 감소한다.
발암성 ethyl carbamate의 전구물질인 요소의 분해를 촉매하는 urease 생산 효모를 분리하고 그 특성을 조사하였다. 우리나라 전통 누룩으로부터 약 223주의 효모를 분리하고 이들 중 urease 활성이 있는 6 균주를 선별하였다. 분리된 6 균주는 ITS I-5.8S-ITS II 영역의 PCR-RFLP 분석 및 계통분석을 통하여 이 균주 모두가 $I.$$orientalis$ ATCC 24210과 99.8% 이상의 염기서열 상동성을 나타내어 유전적으로 매우 가까운 근연관계에 있음을 확인하였다. 분리 효모 중 uresae 활성이 가장 강한 2 균주 JJ22와 SH10을 선정하여 형태학적, 생리학적 특성을 조사한 결과 $I.$$orientalis$와 특성이 거의 유사하여 $I.$$orientalis$로 동정하였다. 이 균주들은 온도 $20-40^{\circ}C$의 넓은 범위에서 생육이 양호하였으며 JJ22의 경우에는 $35^{\circ}C$, SH10의 경우에는 $30^{\circ}C$에서 urease 활성이 가장 높았다. pH의 영향을 조사한 결과 pH 2.0-6.0까지 넓은 범위의 산성 조건에서 생육이 매우 양호하여 호산성 효모로 생각된다. Urease 효소의 활성은 PH 5.0에서 최대치를 나타내었고 pH가 감소하거나 높아짐에 따라 활성이 감소하였다.
본 연구에서는 베트남인의 분변으로부터 분리한 유산균의 probiotics 특성을 연구하기 위해 형태학적, 생화학적 특성조사 및 내산성, 내담즙성이 뛰어난 6개의 균주를 선별하고 동정하였다. 6개의 균주의 16S rRNA 분석 결과, L. acidophilus V4, L. plantarum V7, V9, V10, V11, V12의 2개 group으로 동정되었다. 베트남인의 분변으로부터 분리한 유산균은 pH 1.5, 2.0, 3.0의 산성 및 담즙산(0.3% oxgall) 조건에서 내산성과 내담즙성을 측정한 결과, V4, V7, V9, V11, V12의 5개 균주에서 70% 이상의 우수한 내산성과 내담즙성을 확인하였다. 항산화 활성에서는 V4, V7이 상용균주인 L. paracasei BGP2와 비교하였을 때, 높은 항산화 활성을 보여 최종 2종을 한국전통식품으로부터 분리한 L. paracasei DK121와의 혼합균주 가능성을 알아보았다. 열 안정성 실험에서 V4, V7, DK121을 5:4:1(w/v)로 혼합한 혼합균주는 $55^{\circ}C$에서 5분 98.6%, 15분 76.4%, $65^{\circ}C$에서 5분 66%, 15분 63.8%로 단일균주보다는 낮은 생존율을 보였지만, 향후 적합한 혼합도간 연구를 통해 프로바이오틱 균주로서 충분한 가능성을 보여주었다. 장내 부착능에서는 선발균주 및 혼합균주 모두 상용균주와 비교했을 때 6.4 log CFU/g 이상으로 우수한 결합능을 보여 향후 내열성과 안정성을 갖는 우수한 균주라고 판단된다.
토양으로 부터 분리한 lipoxygenase inhibitor 생산균주 Penicillium sp.를 배양하여, 배양액으로 부터 저해물질을 분리, 정제하였다. 배양액을 여과한 후 원심상등액을 농축하고, ethanol 침전에 의해 불순물을 제거하였다. Ethanol은 감압농축기로 제가한 후 Dowex 50W, Sephadex G-25, silica gel column 및 HPLC 등으로 single peak를 나타낼때까지 정제하였다. 정제된 본 저해제는 산성 영역에서 비교적 안정하였으며, 열 안정성이 특히 우수하여 $100^{\circ}C$ 2시간의 가열에 활성이 그대로 유지되었다. 분자량은 약 270으로 측정되었으며, $220^{\circ}C~230^{\circ}C$ 부근에서 용융되지 않고 decomposition 되는 성질을 나타내었다. 저해제는 lipoxygenase와 complex를 형성하여 효소를 효율적으로 저해하였다.
프로디지오신은 Serratia marcescens, Vibrio psychroerythrus, Hahella chejuensis 등이 생산하는 일반적인 pyrrolylpyrromethane 골격을 특징으로 하는 붉은색 색소이다. 프로디지오신은 항암, 면역억제, 항진균, 항말라리아, 살조 활성을 갖는 것으로 보고되어있다. 프로디지오신은 다양한 활성이 비해 생산율이 현저히 낮고, 생합성 조건이 까다롭다. 이로 인해 판매 가격이 높고, 활용성이 낮다. 본 연구는 Serratia의 배양 조건에 따른 생산 효율을 높이기 위한 다양한 연구를 진행하였다. 본 연구에서는 16S rDNA 유전자 서열 분석 및 생리학적 특성을 기반으로 prodigiosin을 생성하는 박테리아 균주 PDGS120915를 부산의 경미하게 오염된 하천수에서 분리하여 Serratia sp.의 균주로 확인하였다. PDGS120915의 붉은색 색소를 산성에탄올을 이용하여 직접 추출하고 특성분석을 실시한 결과 프로디지오신 화합물로 확인되었다. 색소 생성은 25℃, pH 7 및 0% NaCl 농도 조건에서 14시간 동안 배양했을 때 최적을 생성을 보였다. 또한 우리는 fructose와 beef extract 같은 탄소 및 질소원을 처리하면 프로디지오신 생산이 각각 약 6배와 4배 증가한다는 것을 발견하였다. 미네랄에서는 KCl이 프로디지오신 생산 증대에 가장 효과적이었다. 카세인은 또한 프로디지오신 생산에 가장 적합한 공급원이었다.
국내 전통발효식품으로부터 protease 활성이 높은 Aspergillus oryzae SCF-6, SCF-37, 그리고 JJSF-1 균주를 선발하여 된장을 각각 제조하고 60일간 숙성하면서 품질을 비교 평가하였다. 60일 숙성 동안 수분 염도 및 pH는 시료 간에 큰 차이가 없었다. 된장의 숙성지표가 되는 아미노산성 질소의 함량은 숙성 경과에 따라 증가하여 60일 숙성 후 SCF-6을 활용하여 제조한 된장이 971.6 mg%로 다른 시료보다 높았으며, 유리아미노산 함량도 상대적으로 높은 8,064.9 mg%이었다. SCF-6과 37로 제조한 된장은 60일 숙성 후 GABA 함량이 각각 61.3과 53.7 mg%로 측정되었다. 색도는 숙성 경과에 따라 명도와 황색도는 점차 감소한 반면 적색도는 점차 증가하였다. 아플라톡신은 모든 된장에서 불검출 되었고, 바이오제닉 아민 중 histamine 함량은 2.55-5.60 mg/kg 그리고 tyramine은 3.70-5.87 mg/kg으로 매우 낮게 측정되었다. 본 결과로 A. oryzae SCF-6은 장류 제조의 종균으로 적합한 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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