Isolation and identification of algal lytic bacteria were carried out. Nine strains of algal lytic bacteria were isolated by the double-layer method using Anabaena flos-aquae as a sole nutrient. The isolate, AFK-13, showing the highest algal lytic activity was identified as Sinorhizobium kostiense based on the l6S rDNA sequence. The algal lytic experiments of the culture supernatants of AFK-13 demonstrated that the bacterial cell growth reached a maximum at 36-h culture, but the supernatant of 72-h culture exhibited the highest activity. Components among the extracellular products in the crude enzyme of the supernatant from S. kostiense AFK-13 culture were responsible for degradation of cell walls of Anabaena flos-aquae. Algal lytic assay tests of the culture supernatants suggest that the main substances for algal lytic activity could be proteinaceous. The activity of glucosidase was observed highly by polysaccharolytic analysis using the crude enzyme from S. kostiense AFK-13, whereas activities of galactosidase, mannosidase, rhamnosidase, and arabinosidase were also detected in low levels. The molecular weights (MW) of ${\alpha}-\;and\;{\beta}$-glucosidases were estimated to be approximately 50-100 kDa by the ultrafiltration method.
A $\beta$-glucosidase from the algal lytic bacterium Sinorhizobium kostiense AFK-13, grown in complex media containing cellobiose, was purified to homogeneity by successive ammonium sulfate precipitation, and anion-exchange and gel-filtration chromatographies. The enzyme was shown to be a monomeric protein with an apparent molecular mass of 52 kDa and isoelectric point of approximately 5.4. It was optimally active at pH 6.0 and $40^{\circ}C$ and possessed a specific activity of 260.4 U/mg of protein against $4-nitrophenyl-\beta-D-glucopyranoside$(pNPG). A temperature-stability analysis demonstrated that the enzyme was unstable at $50^{\circ}C$ and above. The enzyme did not require divalent cations for activity, and its activity was significantly suppressed by $Hg^{+2}\;and\;Ag^+$, whereas sodium dodecyl sulfate(SDS) and Triton X-100 moderately inhibited the enzyme to under 70% of its initial activity. In an algal lytic activity analysis, the growth of cyanobacteria, such as Anabaena flos-aquae, A. cylindrica, A. macrospora, Oscillatoria sancta, and Microcystis aeruginosa, was strongly inhibited by a treatment of 20 ppm/disc or 30 ppm/disc concentration of the enzyme.
Various microorganisms were isolated from the surface waters and sediments of eutrophic lakes and reservoirs in Korea to enable an investigation of bacteria having algal lytic activities against Anabaena flos-aquae when water blooming occurs and to study enzyme profiles of algal lytic bacteria. Two bacterial strains, AFK-07 and AFK-13, were cultured, characterized and identified as Acinetobacter johnsonii and Sinorhizobium sp., respectively. The A. johnsonii AFK-07 exhibited a high level of degradatory activities against A. flos-aquae, and produced alginase, caseinase, lipase, fucodian hydrolase, and laminarinase. Moreover, many kinds of glycosidase, such as ${\beta}-galactosidase,\;{\beta}-glucosidase,\;{\beta}-glucosaminidase,\;and\; {\beta}-xylosidase$, which hydrolyzed ${\beta}-O-glycosidic$ bonds, were found in cell-free extracts of A. johnsonii AFK-07. Other glycosidases such as ${\alpha}-galactosidase,\;{\alpha}-N-Ac-galactosidase,\;{\alpha}-mannosidase,\; and\;{\alpha}-L-fucosidase$, which cleave ${\alpha}-O-glycosidic$ bonds, were not identified in AFK-07. In the Sinorhizobium sp. AFK-13, the enzymes alginase, amylase, proteinase (caseinase and gelatinase), carboxymethyl-cellulase (CMCase), laminarinase, and lipase were notable. No glycosidase was produced in the AFK-13 strain. Therefore, the enzyme system of A. johnsonii AFK-07 had a more complex mechanism in place to degrade the cyanobacteria cell walls than did the enzyme system of Sinorhizobium sp. AFK-13. The polysaccharides or the peptidoglycans of A. flos-aquae may be hydrolyzed and metabolized to a range of easily utilized monosaccharides or other low molecular weight organic substances by strain AFK-07 of. A. johnsonii, while the products of polysaccharide degradation or peptidoglycans were more likely to be utilized by Sinorhizobium sp. AFK-13. These bacterial interactions may offer an alternative effective approach to controlling the water choking effects of summer blooms affecting our lakes and reservoirs.
Penicillium oxalicum(HCLF-34)의 세포외 분비효소로부터 ultrafilration, gel filtration chromatograph와 anion exchange chromatography법을 이용하여 남조세균(Anabaena cylindrica) 분해효소를 분리하였다. 이 효소의 분자량은 약 22 kDa이며, renaturation SDS-PAGE에서 monomer로서 남조세균 분해 활성을 갖는다. 아미노산 서열은 N-말단부터$NH_(2)$-Glu-Ser-Tyr-Ser-Ser-Asn-Ala-Ala-Gly-Ala-Val-Leu-Ile---, 13개의 아미노산을 분석하였으며, 분석된 아미노산의 homology를 조사한 결과 aspergillopepsin II precursor(acid protease A)와 13개의 아미노산 중 11개(84%)의 유사도를 나타내었고, acid proteinase EapC precursor과 13개 중 10개(81%)의 유사도를 나타내었다.
부영양 호수로부터 살조 세균을 분리하고 동정한 결과 Anabaena cylindrica NIES-19를 유릴 탄소원으로 이용하는 double layer방법으로 15종의 살조세균을 분리하였으며 높은 살조 활성을 나타내는 4종의 살조세균 AK-05, AK-07, AK-13 그리고 AK-28을 선별하여 살조 능력을 비교하였다. 이들 중에 AK-05가 가장 높은 살조 활성을 나타내었으며 이를 16S rDNA염기서열을 분석한결과 Acidovorax temperans와 99.5%의 유사성을 나타내어 Acidovorax temperans AK-05로 명명하였다. A. temperans AK-05의 배양 여액을 A. cylindrica NIES-19에 뚜렷한 살조 활성을 나타내었으며, 이것의 살조 활성 능력을 분석한 결과 살조 활성에 관여하는 주요 물질은 non-protein이며 열에 안정적이었다. 이러한 살조 활성 능력은 알칼리 조건과 25${\sim}$$30^{\circ}C$에서 가장 높게 나타냈다. 따라서 이와 같은 특성은 일반적으로 알칼리 조건을 야기하는 Cyanobacteria에 의한 water blooms이 발생하는 호수에 적용하는데 매우 유리할 것으로 여겨진다.
남조류의 대발생이 자주 발생하는 석촌호수와 팔당호로부터 시료를 채취하여 남조류 분해세균의 분리를 시도하였다. MDM배지 상에서 Anabaena cylindrica를 숙주로 하는 over-layer method를 이용하여 Anabaena cylindrica lawn에서 남조류 분해 세균을 분리하여 HY0210-AK1으로 명명하였다. HY0210-AK1의 형태적, 생화학적 특성은 Rhizobium속과 유사하였으며, 16S rDNA 염기서열을 분석한 결과 Sphingobium herbicido vorans IFO 16415$^{T}$ 와 99.1%의 높은 유연관계를 보여 Sphingobium herbicidovorans HY0210-AK1로 동정하였다. 잠복기, 대수성장기, 정체기에 있는 Sphingobium herbicidovorans HY0210-AK1를 Anabaena cylindrica NIES-19와 혼합 배양하였을 때, 접종 초기에는 정체기의 Sphingobium herbicidovorans HY0210-AK1를 접종한 처리구에서 가장 좋은 살조 효과를 나타냈으나, 접종 7일 이후에는 커다란 차이를 보이지 않았다 또한,Sphingobium herbicidovorans HY0210-AK1는 $1\times 10^{8}$ CFU $ml^{-1}$ 이상의 농도로 처리하였을 때, Anabaena cylindrica NIES-19가 완전히 분해되었다. Sphingo bium herbicidovorans HY0210-AK1와 Anabaena cylin dricaNIES-19를 혼합 배양한 상등액을 여과하여 접종 하였을때는 납조류 성장 저해 효과가 나타나지 않았다. 따라서 Sphingobium herbicidovorans HY0210-AK1는 Anabaena cylindrica NIES-19를 직접 공격하여 분해하는 것으로 사료된다. Sphingobium herbicidovorans HY0210-AK1는 Microcystis aeruginosa 분해하였다..
A Gram (-), rod-shaped bacterium in size of 1.6-2.8 $\times$ 0.4 μm was isolated from a eutrophic reservoir, which exhibited growth-inhibiting effect against a bluegreen alga (Anabaena cylindrica). This isolate showed positive reactions for catalase and oxidase, and optimal conditions of 35-40°C and pH 9.0. This isolate was designated AC-1 in this manuscript. In a mixed-culture of A. cylindrica and AC-1, their growth patterns were inversely correlated and the bluegreen algal vegetative cells completely disappeared within 24-36 hours. AC-1 showed similar lytic activity in natural water as in an artificial medium. The lytic activity of AC-1 was dependent on the photosynthetic activity of A. cylindrica. When observed under phase contrast microscope, the isolate lysed vegetative cells of A. cylindrica in scattered state in a liquid medium, whereas heterocysts have not been lysed.
부영양화 현상을 나타내는 석촌호수와 팔당호의 표층수와 저니로부터 178개의 균주를 분리한 후, Anabaena cylindrica lawn 상에서 plaque를 형성하는 9개의 균주를 선별하였으며 이들 중에서 남조류 생장 억제 능력이 가장 우수한 AK-07를 선발하였다. AK-07의 특성과 16S rDNA의 염기 서열 분석을 기초로 하여 유연관계를 조사한 결과, 형태적, 생리적 생화학적 특징들은 Acinetobacter속의 특성들과 유사하였으며, 165 rDNA의 염기 서열 분석한 결과는 Acinetobacter johnsonii와 99.5%의 유사성을 나타내어, Acinetobacter johnsonii AK-07로 명명하였다. 남조류 분해 특성을 조사하기 위해서, AK-07를 A. cylindrica와 혼합 배양시 접종 2일 후에 남조류의 분해가 관찰되었고, 접종 10일 후에는 남조류가 완전히 사멸하였으며, AK-07의 세포 수는 $8\;{\times}\;10^8\;cfu\;ml^{-1}$까지 증가하였다. 그러나 배양 상등액을 A. cylindrica와 혼합 배양 하였을 때에는 남조류의 분해는 관찰 되지 않았다. 따라서 AK-07는 남조류를 직접 접촉하여 분해하는 것으로 사료되어, AK-07에 세포에 존재하는 효소의 활성을 조사한 결과 Pretense와 glycanases중에서 ${\beta}$-Xylosidase의 활성이 가장 높았으며, Alginase, Laminarinase, Lipase, ${\beta}$-Galactosidase 및 ${\beta}$-Glucosidase의 활성도 높은 수준으로 관찰되었다. A. johnsonii AK-07은 A. cylindrica의 polysaccharides나 peptidoglycans를 monosaccharides이나 저분자 유기물로 분해하는 것으로 여겨진다.
Harmful algal blooms (HABs or red tides), caused by uncontrolled proliferation of marine phytoplankton, impose a severe environmental problem and occasionally threaten even public health. We sequenced the genome of an EPS-producing marine bacterium Hahella chejuensis that produces a red pigment with the lytic activity against red-tide dinoflagellates at parts per billion level. H. chejuensis is the first sequenced species among algicidal bacteria as well as in the order Oceanospirillales. Sequence analysis indicated a distant relationship to the Pseudomonas group. Its 7.2-megabase genome encodes basic metabolic functions and a large number of proteins involved in regulation or transport. One of the prominent features of the H. chejuensis genome is a multitude of genes of functional equivalence or of possible foreign origin. A significant proportion (${\sim}23%$) of the genome appears to be of foreign origin, i.e. genomic islands, which encode genes for biosynthesis of exopolysaccharides, toxins, polyketides or non-ribosomal peptides, iron utilization, motility, type III protein secretion and pigment production. Molecular structure of the algicidal pigment was determined to be prodigiosin by LC-ESI-MS/MS and NMR analyses. The genomics-based research on H. chejuensis opens a new possibility for controlling algal blooms by exploiting biotic interactions in the natural environment and provides a model in marine bioprospecting through genome research.
Kim, Doc-Kyu;Kim, Ji-Hyun F.;Yim, Joung-Han;Kwon, Soon-Kyeong;Lee, Choong-Hwan;Lee, Hong-Kum
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제18권10호
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pp.1621-1629
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2008
Harmful algal blooms (HABs), commonly called red tides, are caused by some toxic phytoplanktons, and have made massive economic losses as well as marine environmental disturbances. As an effective and environment-friendly strategy to control HAB outbreaks, biological methods using marine bacteria capable of killing the harmful algae or algicidal extracellular compounds from them have been given attention. A new member of the $\gamma$-Proteobacteria, Hahella chejuensis KCTC 2396, was originally isolated from the Korean seashore for its ability to secrete industrially useful polysaccharides, and was characterized to produce a red pigment. This pigment later was identified as an alkaloid compound, prodigiosin. During the past several decades, prodigiosin has been extensively studied for its medical potential as immunosuppressants and antitumor agents, owing to its antibiotic and cytotoxic activities. The lytic activity of this marvelous molecule against Cochlodinium polykrikoides cells at very low concentrations ($\sim$l ppb) was serendipitously detected, making H. chejuensis a strong candidate among the biological agents for HAB control. This review provides a brief overview of algicidal marine bacteria and their products, and describes in detail the algicidal characteristics, biosynthetic process, and genetic regulation of prodigiosin as a model among the compounds active against red-tide organisms from the biochemical and genetic viewpoints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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