유용미생물(Effective Microorganisms)을 구성하는 미생물 컨소시엄의 공배양 및 그들의 생물학적 활성 Co-culture of a Consortium of Effective Microorganisms and Their Biological Activities원문보기
유용미생물(Effective Microorganisms, EM)은 인간과 동물, 자연환경에 소생작용을 하는 유용한 미생물들의 혼합물로서 광합성세균, 젖산균, 방선균 그리고 효모와 같은 혐기성 및 호기성 균들이 공존하는 공배양으로 생산된다. EM은 자연∙유기농업을 목적으로 개발되었으나 현재는 그 응용범위가 광범위하며 실용적으로 농업뿐만 아니라 축산업, 건축, 환경, 의료분야 등 다양한 분야에서 효과가 입증되어 사용되고 있다. EM을 다양한 분야에 적용하기 위해서는 EM을 구성하는 미생물들이 공존할 수 있는 공배양 조건을 확립하는 것이 중요하다. 즉, EM은 성질이 서로 다른 미생물들의 상호공생을 통해 ...
유용미생물(Effective Microorganisms, EM)은 인간과 동물, 자연환경에 소생작용을 하는 유용한 미생물들의 혼합물로서 광합성세균, 젖산균, 방선균 그리고 효모와 같은 혐기성 및 호기성 균들이 공존하는 공배양으로 생산된다. EM은 자연∙유기농업을 목적으로 개발되었으나 현재는 그 응용범위가 광범위하며 실용적으로 농업뿐만 아니라 축산업, 건축, 환경, 의료분야 등 다양한 분야에서 효과가 입증되어 사용되고 있다. EM을 다양한 분야에 적용하기 위해서는 EM을 구성하는 미생물들이 공존할 수 있는 공배양 조건을 확립하는 것이 중요하다. 즉, EM은 성질이 서로 다른 미생물들의 상호공생을 통해 항산화 물질과 각종 생리활성 물질들을 생성하여 유해물질의 독성을 억제하고 유익한 미생물의 증식을 촉진시키는데, 이러한 효과는 EM 구성 미생물들을 공배양 했을 경우에 발생한다. 그러나 현재 국내에서 판매되는 EM은 주요 미생물들을 각각 배양하여 단순 혼합한 것으로, 미생물 컨소시엄의 공배양이 이루어지지 않은 상태의 제품들이 사용되고 있는 실정이다. 뿐만 아니라 정량분석을 통한 EM 구성 미생물들의 접종비율이 확립되어 있지 않아 EM 배양 결과에 대한 재현성 또한 문제가 되고 있다. 본 연구에서는 다양한 기능을 가진 EM을 효과적으로 생산하기 위하여 저가배지를 이용하여 EM의 네 가지 주요 균주 컨소시움의 공배양 조건을 확립하였고, 확립된 조건 하에서 대량배양을 위한 발효조 배양을 시도하였다. 또한 EM 공배양액의 항진균 및 항세균 활성, 세포 독성, 향장 활성, 항산화 활성과 같은 생물학적 활성을 확인하여 추후 산업적으로 이용하기 위한 기초적인 자료를 확보하고자 하였다. 본 실험에서 EM의 주요 네 가지 균주로 Rhodobacter sphaeroides, Lactobacillus plantarum, Streptomyces griseus, Saccharomyces cerevisiae가 사용되었다. 각 균주들의 식물생육 촉진 활성을 확인한 결과, S. griseus의 protease 활성은 59 unit/㎖, lipase 활성은 93 unit/㎖, cellulase 활성은 9 unit/㎖를 나타내었고, L. plantanum의 불용성 인산 가용능은 250 ㎍/㎖을 나타내었다. 네 균주 모두에서 ammonification 활성이 있었고 특히 S. griseus에서 강하게 나타났다. IAA 생합성능을 확인한 결과 R. sphaeroides는 500 ㎍/㎖ tryptophan를 첨가했을 때 IAA 생산량은 29.801 ㎍/㎖를 나타내었고, S. cerevisiae는 500 ㎍/㎖ tryptophan을 첨가했을 때 29.623 ㎍/㎖를 나타내었다. 항진균 활성 실험 결과 L. plantarum은 C. gloeosporioides, F. oxysporum와 R. solani 3종의 진균에 대하여 항진균 활성을 나타냈으며, S. griseus는 C. gloeosporioides에 대해, S. cerevisiae는 R. solani에 항진균 활성을 가지는 것을 확인하였다. EM 구성 주요 네 균주를 이용한 공배양 최적 조건을 조사한 결과는 다음과 같았다; Van Niel’s yeast broth (pH 7.0)에서 광을 조사하며 30℃에서 4일간 배양한 R. sphaeroides 전배양액 3% (v/v)를 3% fish peptone broth (pH 7.0)에 접종하여 30℃, 2일간 배양하였다. 이 배양액에 Bennett’s broth (pH 7.0)에서 30℃, 120 rpm, 4일간 전배양한 S. griseus를 3% (v/v) 접종하여 30℃, 200 rpm, 3일간 배양하였다. 연이어 MRS broth (pH 7.0)에서 30℃, 1일간 배양한 L. plantanum 전배양액 1% (v/v)를 접종하여 30℃, 200 rpm에서 배양하는 동시에 YM broth (pH 7.0)에서 30℃, 120 rpm, 1일간 전배양한 S. cerevisiae를 1% (v/v) 접종하여 30℃, 200 rpm에서 1일간 배양하였다. 상기에서 확립된 조건에서 배양된 공배양액의 기능성을 확인한 결과는 다음과 같았다; 제균한 공배양액의 B. cinerea에 대한 항진균 활성은 20 AU/㎖를 나타냈고, 제균하지 않은 공배양액은 40 AU/㎖를 나타냈다. 공배양액의 세포 독성 확인을 위한 용혈 실험 결과, 제균한 공배양액을 접종한 경우 용혈이 일어나지 않는 γ-hemolysis가 관찰되었고, 제균하지 않은 공배양액을 접종한 경우 β-hemolysis를 나타냈다. 공배양액의 향장 활성 확인 결과 collagenase 저해 활성의 IC50 값은 28.125 ㎎/㎖, elastase 저해 활성의 IC50 값은 240.141 ㎎/㎖, hyaluronidase 저해 활성의 IC50 값은 28.125 ㎎/㎖, tyrosinase 저해 활성의 IC50 값은 14.453 ㎎/㎖을 나타내어 양성대조구로 사용한 L-ascorbic acid의 IC50 값보다 낮지만 각 효소 저해 활성을 나타내어 향장 소재로서 가치가 있음을 확인하였다. 공배양액의 항산화능 확인 결과 EC50 값은 4.688 ㎎/㎖를 나타냈으며 양성대조구로 사용한 L-ascorbic acid의 EC50 값보다 낮은 농도이지만 일반 천연물질에 비해 매우 높은 활성을 나타냄을 확인하였다.
유용미생물(Effective Microorganisms, EM)은 인간과 동물, 자연환경에 소생작용을 하는 유용한 미생물들의 혼합물로서 광합성세균, 젖산균, 방선균 그리고 효모와 같은 혐기성 및 호기성 균들이 공존하는 공배양으로 생산된다. EM은 자연∙유기농업을 목적으로 개발되었으나 현재는 그 응용범위가 광범위하며 실용적으로 농업뿐만 아니라 축산업, 건축, 환경, 의료분야 등 다양한 분야에서 효과가 입증되어 사용되고 있다. EM을 다양한 분야에 적용하기 위해서는 EM을 구성하는 미생물들이 공존할 수 있는 공배양 조건을 확립하는 것이 중요하다. 즉, EM은 성질이 서로 다른 미생물들의 상호공생을 통해 항산화 물질과 각종 생리활성 물질들을 생성하여 유해물질의 독성을 억제하고 유익한 미생물의 증식을 촉진시키는데, 이러한 효과는 EM 구성 미생물들을 공배양 했을 경우에 발생한다. 그러나 현재 국내에서 판매되는 EM은 주요 미생물들을 각각 배양하여 단순 혼합한 것으로, 미생물 컨소시엄의 공배양이 이루어지지 않은 상태의 제품들이 사용되고 있는 실정이다. 뿐만 아니라 정량분석을 통한 EM 구성 미생물들의 접종비율이 확립되어 있지 않아 EM 배양 결과에 대한 재현성 또한 문제가 되고 있다. 본 연구에서는 다양한 기능을 가진 EM을 효과적으로 생산하기 위하여 저가배지를 이용하여 EM의 네 가지 주요 균주 컨소시움의 공배양 조건을 확립하였고, 확립된 조건 하에서 대량배양을 위한 발효조 배양을 시도하였다. 또한 EM 공배양액의 항진균 및 항세균 활성, 세포 독성, 향장 활성, 항산화 활성과 같은 생물학적 활성을 확인하여 추후 산업적으로 이용하기 위한 기초적인 자료를 확보하고자 하였다. 본 실험에서 EM의 주요 네 가지 균주로 Rhodobacter sphaeroides, Lactobacillus plantarum, Streptomyces griseus, Saccharomyces cerevisiae가 사용되었다. 각 균주들의 식물생육 촉진 활성을 확인한 결과, S. griseus의 protease 활성은 59 unit/㎖, lipase 활성은 93 unit/㎖, cellulase 활성은 9 unit/㎖를 나타내었고, L. plantanum의 불용성 인산 가용능은 250 ㎍/㎖을 나타내었다. 네 균주 모두에서 ammonification 활성이 있었고 특히 S. griseus에서 강하게 나타났다. IAA 생합성능을 확인한 결과 R. sphaeroides는 500 ㎍/㎖ tryptophan를 첨가했을 때 IAA 생산량은 29.801 ㎍/㎖를 나타내었고, S. cerevisiae는 500 ㎍/㎖ tryptophan을 첨가했을 때 29.623 ㎍/㎖를 나타내었다. 항진균 활성 실험 결과 L. plantarum은 C. gloeosporioides, F. oxysporum와 R. solani 3종의 진균에 대하여 항진균 활성을 나타냈으며, S. griseus는 C. gloeosporioides에 대해, S. cerevisiae는 R. solani에 항진균 활성을 가지는 것을 확인하였다. EM 구성 주요 네 균주를 이용한 공배양 최적 조건을 조사한 결과는 다음과 같았다; Van Niel’s yeast broth (pH 7.0)에서 광을 조사하며 30℃에서 4일간 배양한 R. sphaeroides 전배양액 3% (v/v)를 3% fish peptone broth (pH 7.0)에 접종하여 30℃, 2일간 배양하였다. 이 배양액에 Bennett’s broth (pH 7.0)에서 30℃, 120 rpm, 4일간 전배양한 S. griseus를 3% (v/v) 접종하여 30℃, 200 rpm, 3일간 배양하였다. 연이어 MRS broth (pH 7.0)에서 30℃, 1일간 배양한 L. plantanum 전배양액 1% (v/v)를 접종하여 30℃, 200 rpm에서 배양하는 동시에 YM broth (pH 7.0)에서 30℃, 120 rpm, 1일간 전배양한 S. cerevisiae를 1% (v/v) 접종하여 30℃, 200 rpm에서 1일간 배양하였다. 상기에서 확립된 조건에서 배양된 공배양액의 기능성을 확인한 결과는 다음과 같았다; 제균한 공배양액의 B. cinerea에 대한 항진균 활성은 20 AU/㎖를 나타냈고, 제균하지 않은 공배양액은 40 AU/㎖를 나타냈다. 공배양액의 세포 독성 확인을 위한 용혈 실험 결과, 제균한 공배양액을 접종한 경우 용혈이 일어나지 않는 γ-hemolysis가 관찰되었고, 제균하지 않은 공배양액을 접종한 경우 β-hemolysis를 나타냈다. 공배양액의 향장 활성 확인 결과 collagenase 저해 활성의 IC50 값은 28.125 ㎎/㎖, elastase 저해 활성의 IC50 값은 240.141 ㎎/㎖, hyaluronidase 저해 활성의 IC50 값은 28.125 ㎎/㎖, tyrosinase 저해 활성의 IC50 값은 14.453 ㎎/㎖을 나타내어 양성대조구로 사용한 L-ascorbic acid의 IC50 값보다 낮지만 각 효소 저해 활성을 나타내어 향장 소재로서 가치가 있음을 확인하였다. 공배양액의 항산화능 확인 결과 EC50 값은 4.688 ㎎/㎖를 나타냈으며 양성대조구로 사용한 L-ascorbic acid의 EC50 값보다 낮은 농도이지만 일반 천연물질에 비해 매우 높은 활성을 나타냄을 확인하였다.
Effective Microorganisms (EM) is a mixture of useful microorganisms that resuscitate humans, animals, and the natural environment, and are produced in multiple cultures in which anaerobic and aerobic bacteria such as photosynthetic bacteria, lactic acid bacteria, actinomycetes and yeast. EM was deve...
Effective Microorganisms (EM) is a mixture of useful microorganisms that resuscitate humans, animals, and the natural environment, and are produced in multiple cultures in which anaerobic and aerobic bacteria such as photosynthetic bacteria, lactic acid bacteria, actinomycetes and yeast. EM was developed for the purpose of natural and organic agriculture, but its application range is wide and practically used in various fields such as livestock industry, construction, environment, and medical field as well as agriculture. Establishing a co-culture condition in which EM-constituting microorganisms can coexist is important to apply this microbial consortium to various fields. EM suppresses the toxicity of harmful substances and promotes the growth of beneficial microorganisms by generating antioxidants and various physiologically active substances through the mutual symbiosis of microorganisms with different properties, these effects are exerted when EM-constituting microorganisms are co-cultivated. However, EM currently sold in Korea is a simply mixture by culturing each major microorganism individually, and as a result, products that have not been co-cultured by a microbial consortium are being used. Furthermore, the inoculation rate of EM-constituting microorganisms through quantitative analysis is not established, so the reproducibility of the EM culture process is also a problem. In this study, co-culture conditions of a consortium of four major strains of EM were established using a low-cost medium for the production of EM with various functions, and fermenter culture was attempted for mass culture under the established conditions. Furthermore, biological activities such as antifungal and antibacterial activity, cytotoxicity, cosmetic activities, and antioxidant activity of the EM co-culture were confirmed to obtain basic data for future industrial use. Rhodobacter sphaeroides, Lactobacillus plantarum, Streptomyces griseus, and Saccharomyces cerevisiae were used as four major strains of EM in this experiment. As a result of confirming the plant growth promoting activity of each strain, the protease activity of S. griseus was 59 unit/㎖, the lipase activity was 93 unit/㎖, and the cellulase activity was 9 unit/㎖, and the insoluble phosphoric acid soluble ability of L. plantanum was showed 250 ㎍/㎖. All four strains had ammonification activity, and it was particularly strong in S. griseus. As a result of confirming the IAA biosynthesis performance, R. sphaeroides showed 29.801 ㎍/㎖ of IAA production when 500 ㎍/㎖ tryptophan was added, and S. cerevisiae showed 29.623 ㎍/㎖ when 500 ㎍/㎖ tryptophan was added. As a result of the antifungal activity test, L. plantarum had antifungal activity against C. gloeosporioides, F. oxysporum and R. solani, S. griseus showed antifungal activity against C. gloeosporioides, and S. cerevisiae showed antifungal activity against R. solani The results of investigating the optimal conditions for co-culture using the four major strains of EM were as follows; 3% (v/v) of R. spaeroides pre-culture solution, which was incubated at 30°C for 4 days under the light in Van Niel's yeast medium, was inoculated into 3% fish peptone (pH 7.0) and incubated at 30℃ for 2 days. This culture was inoculated with 3% (v/v) of S. griseus pre-cultured at 30℃ and 120 rpm for 4 days in Bennett's broth (pH 7.0), and incubated at 30℃ and 200 rpm for 3 days. Thereafter, 1% (v/v) of L. plantanum or S. cerevisiae pre-cultured at 30℃ for 1 day or at 30℃ and 120 rpm for 1 day in MRS broth (pH 7) or YM broth (pH 7), respectively, was inoculated into the above culture medium and incubated at 30℃ and 200 rpm for 3 days. The results of confirming the functionality of the co-culture incubated under the conditions established above were as follows; the antifungal activity of the cell-free co-culture supernatant against B. cinerea was 20 AU/㎖, whereas whole-cell showed 40 AU/㎖. As a result of the hemolysis experiment to confirm the cytotoxicity of the co-culture, γ-hemolysis was observed in which hemolysis did not occur when the cell-free supernatant was inoculated, and β-hemolysis was exhibited when the whole-cell was inoculated. As a result of confirming the cosmetic activities of the co-culture supernatant, the IC50 value of the collagenase inhibitory activity was 28.125 ㎎/㎖, the IC50 value of the elastase inhibitory activity was 244.141 ㎎/㎖, the IC50 value of the hyaluronidase inhibitory activity was 28.125 ㎎/㎖, and the IC50 value of the tyrosinase inhibitory activity was 14.453 ㎎/㎖. Although it was lower than the IC50 value of L-ascorbic acid used as a positive control but it was confirmed that it was valuable as a cosmetic material by showing each enzyme inhibitory activity. As a result of confirming the antioxidant activity of the co-culture supernatant, the EC50 value was 4.688 ㎎/㎖, which was lower than the EC50 value of L-ascorbic acid used as a positive control, but it was confirmed that it exhibited very high activity compared to general natural substances.
Effective Microorganisms (EM) is a mixture of useful microorganisms that resuscitate humans, animals, and the natural environment, and are produced in multiple cultures in which anaerobic and aerobic bacteria such as photosynthetic bacteria, lactic acid bacteria, actinomycetes and yeast. EM was developed for the purpose of natural and organic agriculture, but its application range is wide and practically used in various fields such as livestock industry, construction, environment, and medical field as well as agriculture. Establishing a co-culture condition in which EM-constituting microorganisms can coexist is important to apply this microbial consortium to various fields. EM suppresses the toxicity of harmful substances and promotes the growth of beneficial microorganisms by generating antioxidants and various physiologically active substances through the mutual symbiosis of microorganisms with different properties, these effects are exerted when EM-constituting microorganisms are co-cultivated. However, EM currently sold in Korea is a simply mixture by culturing each major microorganism individually, and as a result, products that have not been co-cultured by a microbial consortium are being used. Furthermore, the inoculation rate of EM-constituting microorganisms through quantitative analysis is not established, so the reproducibility of the EM culture process is also a problem. In this study, co-culture conditions of a consortium of four major strains of EM were established using a low-cost medium for the production of EM with various functions, and fermenter culture was attempted for mass culture under the established conditions. Furthermore, biological activities such as antifungal and antibacterial activity, cytotoxicity, cosmetic activities, and antioxidant activity of the EM co-culture were confirmed to obtain basic data for future industrial use. Rhodobacter sphaeroides, Lactobacillus plantarum, Streptomyces griseus, and Saccharomyces cerevisiae were used as four major strains of EM in this experiment. As a result of confirming the plant growth promoting activity of each strain, the protease activity of S. griseus was 59 unit/㎖, the lipase activity was 93 unit/㎖, and the cellulase activity was 9 unit/㎖, and the insoluble phosphoric acid soluble ability of L. plantanum was showed 250 ㎍/㎖. All four strains had ammonification activity, and it was particularly strong in S. griseus. As a result of confirming the IAA biosynthesis performance, R. sphaeroides showed 29.801 ㎍/㎖ of IAA production when 500 ㎍/㎖ tryptophan was added, and S. cerevisiae showed 29.623 ㎍/㎖ when 500 ㎍/㎖ tryptophan was added. As a result of the antifungal activity test, L. plantarum had antifungal activity against C. gloeosporioides, F. oxysporum and R. solani, S. griseus showed antifungal activity against C. gloeosporioides, and S. cerevisiae showed antifungal activity against R. solani The results of investigating the optimal conditions for co-culture using the four major strains of EM were as follows; 3% (v/v) of R. spaeroides pre-culture solution, which was incubated at 30°C for 4 days under the light in Van Niel's yeast medium, was inoculated into 3% fish peptone (pH 7.0) and incubated at 30℃ for 2 days. This culture was inoculated with 3% (v/v) of S. griseus pre-cultured at 30℃ and 120 rpm for 4 days in Bennett's broth (pH 7.0), and incubated at 30℃ and 200 rpm for 3 days. Thereafter, 1% (v/v) of L. plantanum or S. cerevisiae pre-cultured at 30℃ for 1 day or at 30℃ and 120 rpm for 1 day in MRS broth (pH 7) or YM broth (pH 7), respectively, was inoculated into the above culture medium and incubated at 30℃ and 200 rpm for 3 days. The results of confirming the functionality of the co-culture incubated under the conditions established above were as follows; the antifungal activity of the cell-free co-culture supernatant against B. cinerea was 20 AU/㎖, whereas whole-cell showed 40 AU/㎖. As a result of the hemolysis experiment to confirm the cytotoxicity of the co-culture, γ-hemolysis was observed in which hemolysis did not occur when the cell-free supernatant was inoculated, and β-hemolysis was exhibited when the whole-cell was inoculated. As a result of confirming the cosmetic activities of the co-culture supernatant, the IC50 value of the collagenase inhibitory activity was 28.125 ㎎/㎖, the IC50 value of the elastase inhibitory activity was 244.141 ㎎/㎖, the IC50 value of the hyaluronidase inhibitory activity was 28.125 ㎎/㎖, and the IC50 value of the tyrosinase inhibitory activity was 14.453 ㎎/㎖. Although it was lower than the IC50 value of L-ascorbic acid used as a positive control but it was confirmed that it was valuable as a cosmetic material by showing each enzyme inhibitory activity. As a result of confirming the antioxidant activity of the co-culture supernatant, the EC50 value was 4.688 ㎎/㎖, which was lower than the EC50 value of L-ascorbic acid used as a positive control, but it was confirmed that it exhibited very high activity compared to general natural substances.
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