Serratia marcescens KY와 Serratia marcescens ATCC 27117 두 균주 모두 기본 배지에 $K_2$HPO$_4$ 농도를 0.2 g/L 농도 첨가할 경우 최대 chitinase 생성을 나타냈다. 그러나 세포 성장에 따른 균체량은 기본 배지에 $K_2$PHO$_4$ 농도 0.2 g/L 이상에서는 균체량은 약간 감소한다. 1.2% colloidal chitin과 0.2 g/L의 $K_2$PHO$_4$가 포함된 기본 배지에 MgSO$_4$를 0.2-0.25 g/L를 첨가하였을 때 최대의 chitinase 생성을 보이고, 두 균주 모두 K, P, Mg 및 기타 mineral을 영양 요구 인자로서 필요한다. Colloidal chitin을 1.2% 함유하고 있는 기본 배지에 각종 탄소원의 종류에 따른 세포 성장과 chitinase 생성은 colloidal chitin만을 첨가하였을 때가 상대적으로 가장 우수하고, 탄소원을 첨가할 경우 Serratia marcescens는 모든 탄소원에서 chitinase 생성이 억제되었다. 또한 질소원에 따른 세포 성장과 chitinase 생성은 Serratia marcescens KY와 Serratia marcescens ATCC 27117 모두 tryptone이 가장 우수하였고, 2.0 g/L의 질소원 농도까지는 질소원 농도가 증가함에 따라 chitinase 생성은 증가하다가 2.0 g/L 이상의 농도에서는 질소원 농도가 증가함에 따라 chitinase 생성은 감소하였다. 이들 질소원 중 chitinase 생성은 trypotone>yeast extract > beef extract > asparagine 순서로 chitinaserk 생성되므로, Serratia marcescens는 chitinase 생성에 있어 vitamin B군과 같은 질소원을 growth factor로 요구한다.
In order to produce fuctional chitooligosaccharides, a strain excreting mainly endo-type chitinase suitable for chitooligosaccharides production was newly screened and identified as Aspergillus fumigatus JC-19. The chitinase excretion was repressed in nutrient rich medium but stimulated by colloidal chitin indicating that the chitinase is inducible type enzyme. Maximum secretion of the enzyme was observed at pH 7.0 and 37$\circ$C . The growth and chitinase production patterns of Aspergillus fumigatus JC-19 showed that the cell growth reached maximum after 4-5 days with final chitinase concentration of 0.46 unit per ml. Excreted chitinase was purified by ammonium sulfate precipitation, colloidal chitin adsorption, anion exchange chromatography, and gel filtration, respectively, and measured M.W of 50 KDa. The enzyme reaction carried out both by crude and purified chitinase showed that the purified chitinase accumulated more chitooligosaccharides of 1-6 degree of polymerization than that of crude chitinase.
A chitinase-producing bacterium was isolated from seashore mud around Beobseongpo in Chunmam province through the use of a selective enrichment culture. The best chitinase producing strain was isolated and identified as Serratia marcescens KY from its characteristics. For effective production of chitinase, optimum pH, temperature, and agitation speed were investigated in flask cultures. The optimum pH using Serratia marcescens KY was between pH 6 and 7 and the chitinase produced was 37.9 unit/mL. On the other hand, the optimal pH of the Serratia marcescens ATCC 27117 was 7.5, and the produced amount of chitinase was 35.2 unit/mL. The optimal temperature for chitinase production for Serratia marcescens KY and Serratia marcescens ATCC 27117 was $30^{\circ}$. The cell growth pattern at different temperature was almost identical to the chitinase production. To investigate the optimal shaking speed under optimal culture, speeds were varied in the range of 0∼300 rpm. The maximum production of chitinase was carried at 200 rpm although the cell growth was the highest at 150 rpm. It indicates that oxygen adjustment is required for the maximum chitinase production. Using optimal conditions, batch cultures for comparing Serratia marcescens KY and Serratia marcescens ATCC 27117 were carried out in a 5 L fermentor. The oxygen consumption was increased with the increase of culture. Especially, at 120 h of culture Serratia marcescens KY and Serratia marcescens ATCC 27117 produced 38.3 unit/mL, and 33.5 unit/mL, respectively.
GOHEL;VIPUL;DERICK JIWAN;PRANAV VYAS;H. S. CHHATPAR
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제15권1호
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pp.197-201
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2005
A novel chitinase-producing bacterial strain of Pantoea dispersa was isolated from the sea near Bhavnagar, India for efficient disposal of chitinous waste from the seafood processing industry. The medium components were optimized by using a cubic model in the central composite design for increasing chitinase production. The optimal concentrations for higher production of chitinase were (g l-1) chitin, 10.0; urea, 0.35; MgSO4 7H2O, 0.08, and CaCl2, 0.15. Here, peptone (0.05 g l-1) was used as a constant variant in all trials. Using a statistical optimization method, the chitinase production was found to increase from 108 to 486.4 units ml-1. Chitin was prepared from the crustacean waste, and Fourier Transform Infrared (FTIR) Spectroscopy was used to characterize the isolated chitin. Chitinous waste degradation was studied in terms of chitinase production.
Beauveria bassiana SFB-205 supernatant can effectively control cotton aphid populations, which is closely associated with its chitinase activity. The present work extends to optimizing a culture medium to produce more efficacious supernatant in flask conditions, followed by scale-up in 7 L, 300 L and 1.2 KL fermentors with the parameter of chitinase. In flask conditions, a combination of soluble starch and yeast extract produced the greatest amount of chitinase (5.1 units/ml) and its supernatant had the highest aphicidal activity. An optimal quantitative combination of the two substrates, estimated by a response surface method, enabled the supernatant to have 15.7 units/ml of chitinase activity and 3.7 ml/l of median lethal concentration ($LC_{50}$) of toxicity against cotton aphid adults in laboratory conditions. In the scale-up conditions, overall supernatant had 25-28 units/ml of chitinase activity. Decrease in pH and limitation of dissolved oxygen (DO) during cultures were significantly related to the yield of chitinase. These results suggest that the substrate-dependent chitinase production can be background information for optimizing a culture medium, and pH and DO are critical factors in maximizing the production in scale-up conditions.
A strain capable of producing thermostable chitinase suitable for chitooligosaccharide production was isolated from high temperature environment and identified as Bacillus licheniformis. The chitinase from Bacillus licheniformis KFB-Cl4 was only induced by addition of colloidal thitin into the basal medium as carbon source, showing the decrease of the chitinase production by supplernental addition of other carbon sources into the medium containing 1.0% colloidal chitin. Among organic and inorganic nitrogen sources, yeast extract was the most effective for the increase of total activity and specific activity, and had high affinity for the enzyme production. The optimum temperature of cell growth and thermostable chitinase production was 55$\circ$C. The optimum culture medium was composed of 1.2% colloidal chitin, 0.15% K$_{2}$HPO$_{4}$, 0.05% KH$_{2}$PO$_{4}$, 0.01% MgSO$_{4}$-7H$_{2}$O, 0.1% yeast extract (pH 6.5). Bacillus licheniformis KFB-C14 produced the thermostable chitinase of 3.89 units per ml culture fluid and 7.4 units per mg protein under rotary shaking at 150 rpm for 40 hr.
경주지역의 토양으로부터 Fusarium 속 식물병원균에 길항력을 갖는 chitinase 생산성 길항미생물을 분리할 수 있었으며, 이를 분류학적으로 동정하여 본 결과 Serratia proteamaculans 3095로 동정할 수 있었다. 이 균주가 생성하는 chitinase의 생성조건을 조사한 결과 탄소원으로 colloidal chitin이 가장 좋았으며 그 최적 농도는 0.15%이었고, glucose에 의해 chitinase 생산 유도를 억제받는 효소임을 알 수 있었다. 질소원에 의한 영향은 $(NH_4)_2SO_4,\;(NH_4)Cl$, peptone 등에 의해 chitinase 생산성이 증가되었고, $(NH_4)_2SO_4$와 peptone을 각각 0.1%씩 첨가하였을 때 chitinase 생산이 가장 좋았다. 또한 시드름병균 Fusarium oxysporum을 대상으로 in vitro, in vivo pot 실험을 통해 Serratia sp. 3095의 강한 방제력을 검증할 수 있었다.
S. marcescens QM 81466 균주는 chitin 분해 효소(1mg/Lmedium)를 선택적으로 높게 생성시킬 수 있는 균주로서, chitin을 N-acetyl-$\beta$-D-glucosam mine(NAG)으로 효소적 가수분해를 할 때 chitinase와 chitobiase의 두 가지 가수분해 효소계를 구 성시킨다. 본 연구에서는 이 균주의 chitinase/chitobiase 생성을 위한 chitin 입자크기에 대한 최적화와, 회분 발효계에서 이 균주의 세포 밀도 배양에 따른 두 효소 생성의 변화를 조사하여 NAG 생산성의 증대를 시도하였다. 아울러. chitin과 CM chitin이 chitinase/chito biase 생성비 와 NAG 생성 에 미치는 영향을 검토하였는데, CM-chitin을 colloidal 및 결정성 chitin 대신에 사용했을 때, chitinase 활성을 약 7~10U/mL 증가시켰다. 이 경우에 있어서, chitinase/chitobiase의 비는 9:1로 서 NAG의 생성량이 3.0g/L로서 높게 나타났다.
In this study, we isolated two novel chitinase producing bacterial strains from yellow loess samples collected from Jullanamdo province. The chitinase producing bacteria were isolated based on the zone size of clearance in the chitin agar plates. Both of them were gram positive, rod ($2{\sim}3{\times}0.3{\sim}0.4{\mu}m$), spore-forming, and motility positive. They were facultative anaerobic, catalase positive and hydrolyzed starch, gelatin, and casein. From the 16s rRNA gene sequence analysis, the isolates were labeled as Bacillus licheniformis KYLS-CU01 and B. licheniformis KYLS-CU02. The isolates showed higher extracellular chitinase activities than B. licheniformis ATCC 14580 as a control. The optimum temperature and pH for chitinase production were $40^{\circ}C$ and pH 7.0, respectively. Response Surface Methodology (RSM) was used to optimize the culture medium for efficient production of the chitinase. Under this optimal condition, 1.5 times higher chitinase activity of B. licheniformis KYLS-CU02 was obtained. Extracellular chitinases of the two isolates were purified through ammonium sulfate precipitation and anion-exchange DEAE-cellulose column chromatography. The specific activities of purified chitinase from B. licheniformis KYLS-CU01 and B. licheniformis KYLS-CU02 were 7.65 and 5.21 U/mg protein, respectively. The molecular weights of the two purified chitinases were 59 kDa. Further, the purified chitinase of B. licheniformis KYLS-CU01 showed high antifungal activity against Fusarium sp.. In conclusion, these two bacterial isolates can be used as a biopesticide to control pathogenic fungi.
A bacterial strain, designated as WY22, producing extracellular chitinase was isolated from the soil around the Youngduck area, after enrichment culture in a medium containing $1{\%}$ (w/v) wet colloidal chitin as a sole carbon source. The isolate was identified as a strain of Bacillus sp. based on its morphological and physiological characteristics. It was observed that Bacillus sp. WY22 could inhibit the growth of Fusarium oxysporum with hyphal extention-inhibition assay on potato dextrose agar plate supplemented with $1{\%}$ collidal chitin. Optimum culture conditions of Bacillus sp. WY22 were examined for chitinase production in a chitin medium. High level production of chitinase was observed not only in the chitin medium but in a medium supplemented with $1{\%}$ N-glucosamine or lactose instead of chitin. The optimum concentrations of colloidal chitin and yeast extract were 3.0 and $0.5{\%}$, and the optimum culture conditions for initial pH of medium and temperature were 7.0 and $30^{\circ}C$, respectively, for the production of chitinase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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