본 연구의 목적은 3년 이상 숙성된 재래식 된장으로부터 아민 산화 효소를 생산하는 프로바이오틱 바실러스균을 분리 동정하는 것이다. 시료로부터 분리된 바이오제닉 아민(biogenic amines, BA) 생성균은 Bacillus sp. TS09, Bacillus licheniformis TS17, Bacillus subtilis TS19, Bacillus cereus TS23, Bacillus sp. TS30, Bacillus megaterium TS31, B. subtilis TS44, Bacillus coagulans TS46 및 Bacillus amyloliquefaciens TS59 등으로 동정되었다. 한편 동일한 시료로부터 분리된 B. subtilis TS04와 TS50은 인공 위액 및 담즙액에 대한 저항성, 장내 상피세포에 대한 부착능 및 BA 생성균(Bacillus sp. TS30 및 B. subtilis TS44)에 대한 박테리오신 생산 등의 프로바이오틱 활성을 나타내었다. 게다가 B. subtilis TS04와 TS50 균주가 생산한 아민 산화 효소에 의하여 카다베린, 푸트레신 및 티라민의 생성량을 감소시킬 수 있었으므로 이들은 BA 중독 위험을 낮출 수 있는 프로바이오틱스 소재로서의 활용 가치가 높을 것으로 판단된다.
The objectives of this research were to 1) isolate and identify thermophilic bacteria for food waste treatment; 2) investigate the capability of food waste treatment using Bacillus species; and 3) develop air-dried Bacillus starters for food waste treatment. Five Bacillus species were isolated from food wastes and identified as Bacillus licheniformis (B. licheniformis) G1, Bacillus circulans C2, Bacillus subtilis (B. subtilis) E1, Bacillus vanillea F1, and Bacillus atrophaeus G2 based on 16S rDNA sequencing. Each identified Bacillus and the mixture of Bacillus species were cultivated in the standard food waste at $45^{\circ}C$ for 8 d. Changes in cell count, solid contents, and pH of the food waste were monitored during cultivation. Air-dried Bacillus cell powders were prepared using wheat flour and lactomil as excipients, and the cell count and survival rate were determined. The cell count of B. licheniformis G1 exhibited the highest number among the tested Bacillus (${\sim}10^8CFU/mL$). The greatest reduction in solid contents of food waste was achieved by B. subtilis E1 (22.6%). The mixture of B. licheniformis G1 and B. subtilis E1 exhibited a synergistic effect on the reduction of solid contents. Lactomil was determined as better excipient than wheat flour based on the greatest survival rate of 95%.
탄저균은 그람양성 아포형성세균으로 탄저를 일으키는 원인균이다. Bacillus cereus그룹에 속하는 22종을 포함하여 Bacillus 속의 29종에서 탄저균을 검증할 수 있는 DNA 마커를 개발하고 이를 이용하여 B. cereus 그룹에서 탄저균만을 구분하였다. 한국산 탄저균 경주로부터 709 bp마커(KHTS)를 확보하였다. KHTS분절로부터 얻어진 internal primer set의 PCR 산물은 B. cereus 그룹의 다른 종으로부터 탄저균만을 구별하였다.
150개의 토양시료로부터 두유 응고효소를 생산하는 세균 17균주를 분리하였으며 이들 균주는 Bacillus cereus(8균주), Bacillus pumilus(8균주) 및 Bacillus licheniformis(1균주)로 동정하였다. 분리된 두유 응고효소 생산균주중 Bacillus pumilus 118 및 Bacillus licheniformis 192균주가 비교적 높은 두유응고효소 활성을 나타내었고 이들 두 균주의 효소활성은 pH6.0~7.0의 범위에 있어서 pH7.0에 가까울수록 저하되며 그 최적온도는 $65^{\circ}C$였다.
The production and the characteristics of protease produced by Bacillus sp. SH-8 and Bacillus sp. SH-8M were investigated under the different pH conditions. Bacillus sp. SH-8 and Bacillus sp. SH-8M showed the maximum activity of protease at 60 hours(70 units/ml) AND 96 houre(50 units/ml) cultivation, respectively, under the alkaline condition(pH 10.2). However, Bacillus sp. SH-8M exhibited the maximum activities in 8 days cultivation at pH 6.9 and in 6 days cultivation at pH 7.7 Bacillus sp. SH-8M showed the protease activity at the pH change from alkaline to neutral condition, whereas Bacillus sp. SH-8 did not. In addition. all the enzymatic characteristics of protease produced by Bacillus sp. SH-8 and Bacillus sp. SH-8M were similar with the regardless of different pH conditions.
In order to obtain the suitable plasmids for constructing plasmid vectors of Bacillus species, endogeneous plasmid DNAs were screended from thermo-tolerant soil bacteria. Based on agarose gel electrophoresis patterns of the isolated plasmid DNAs, two strains harboring small-size plasmids were selected. The isolated were identified to belong to the genus Bacillus on the basis of their morphological and biochemical properties, and named Bacillus sp. 3-3 and 77-8, respectively. The restriction endonuclease maps were determined for four plasmids including two plasmids from each Bacillus isolates. It is interesting that Bacillus sp. 3-3 and 77-8 have an identical plasmid according to the restriction maps. The three kinds of hybrid plasmids constructed by introducing each plasmid of two isolates into a Escherichia coli plasmid vector. pUCCm18 containing chloramplenicol resistance gene active in Bacillus strains, could be replicated in B. subtilis and B. licheniformis. These plasmids are very stable in B. subtilis, suggesting that the Bacillus plasmids identified in this work would be useful for development of new cloning vectors for Bacillus strains.
The Bacillus cereus group, also known as B. cereus sensu lato (B. cereus s.l.), is composed of various Bacillus species, some of which can cause diarrheal or emetic food poisoning. Several emerging highly heat-resistant Bacillus species have been identified, these include B. thermoamylovorans, B. sporothermodurans, and B. cytotoxicus NVH 391-98. Herein, we performed whole genome analysis of two thermotolerant Bacillus sp. isolates, Bacillus sp. B48 and Bacillus sp. B140, from an omelet with acacia leaves and fried rice, respectively. Phylogenomic analysis suggested that Bacillus sp. B48 and Bacillus sp. B140 are closely related to B. cereus and B. thuringiensis, respectively. Whole genome alignment of Bacillus sp. B48, Bacillus sp. B140, mesophilic strain B. cereus ATCC14579, and thermophilic strain B. cytotoxicus NVH 391-98 using the Mauve program revealed the presence of numerous homologous regions including genes responsible for heat shock in the dnaK gene cluster. However, the presence of a DUF4253 domain-containing protein was observed only in the genome of B. cereus ATCC14579 while the intracellular protease PfpI family was present only in the chromosome of B. cytotoxicus NVH 391-98. In addition, prophage Clp protease-like proteins were found in the genomes of both Bacillus sp. B48 and Bacillus sp. B140 but not in the genome of B. cereus ATCC14579. The genomic profiles of Bacillus sp. isolates were identified by using whole genome analysis especially those relating to heat-responsive gene clusters. The findings presented in this study lay the foundations for subsequent studies to reveal further insights into the molecular mechanisms of Bacillus species in terms of heat resistance mechanisms.
탄저균의 분자적 다양성 분석은 다양한 DNA표지의 부족으로 쉬운 일이 아니어서, 본 연구에서는 random amplified polymorphic DNA (RAPD)-PCR을 이용하여 Bacillus 속으로부터 탄저균을 구별할 수 있는 새로운 DNA 표지를 개발하고자 하였다. RAPD-PCR을 이용한 분석은 다양한 Bacillus 종으로부터 탄저균을 동정할 수 있었으며, 아울러 Bacillus 종 사이에서 확실한 유전적인 변이를 확인할 수 있었다. 이러한 분석은 간단, 신속하고, 그리고 정확하게 탄저균을 진단하는데 활용할 수 있다고 본다.
본 연구에서는 우리나라 전통 발효 된장 내 바이오제닉 아민 함량을 측정하고 이들 아민의 축적을 억제할 수 있는 프로바이오틱 바실러스균을 분리하였다. 된장 내 세균수, pH, 적정산도, 염도 및 바이오제닉 아민 함량은 시료마다 유의한 차이가 있었다. 된장에서 분리된 바실러스균 중에서 Bacillus (B.) licheniformis DB102, B. subtilis DB203, B. stearothermophilus DB206, Bacillus sp. DB209, Bacillus sp. DB310, B. coagulans DB311, B. cereus DB313, B. amyloliquefaciens DB714, Bacillus sp. DB917, B. cereus DB 915, B. subtilis DB1020 및 Bacillus sp. DB1022는 바이오제닉 아민 생성능이 있는 것으로 확인되었다. 반면, 바이오제닉 아민 분해균은 Bacillus sp. DB403, Bacillus sp. DB407, B. subtilis DB517, B. licheniformis DB612 및 B. subtilis DB821로 동정되었다. 특히, Bacillus sp. DB407과 B. subtilis DB821은 인공 소화액에 대한 저항성, 장관 상피세포에 대한 부착능, 항생제에 대한 내성 및 바이오제닉 아민 생성균에 대한 항균 활성 등의 프로바이오틱 특성을 나타내었다. 결론적으로 이들 두 프로바이오틱 바실러스균은 바이오제닉 아민이 낮은 대두 발효 식품 제조에 적합한 스타터로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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