중온성 우모 분해균 Bacillus sp. SE-103의 분리 및 배양 조건 최적화 Optimization of Conditions for Isolating and Cultivating Bacillus sp. Se-103 with a Mesophilic Feather-Degrading Activity원문보기
본 연구는 박테리아에 의한 우모분의 이용 가능성을 조사 하기 위해 우모 keratin 분해 활성이 높은 균주를 분리한 후 keratinolytic protease 활성이 가장 우수한 효소 생산을 위한 최적 배양 조건을 조사하였다. SE-103 균주로 형태학적 생화학적 특성을 조사한 결과Bacillus sp.로 확인되어 Bacillus sp. SE-103으로 명명하였다. 최적 배지 조성은 glucose 3.0%, urea 0.4%, $NaNO_3$ 0.2%, KCl 0.15%였으며, 배양 조건은 초기 pH 6.0, 배양 온도 $35^{\circ}C$, 24시간 진탕 배양하였을 때, 효소 생산이 가장 우수하게 나타났다.
본 연구는 박테리아에 의한 우모분의 이용 가능성을 조사 하기 위해 우모 keratin 분해 활성이 높은 균주를 분리한 후 keratinolytic protease 활성이 가장 우수한 효소 생산을 위한 최적 배양 조건을 조사하였다. SE-103 균주로 형태학적 생화학적 특성을 조사한 결과Bacillus sp.로 확인되어 Bacillus sp. SE-103으로 명명하였다. 최적 배지 조성은 glucose 3.0%, urea 0.4%, $NaNO_3$ 0.2%, KCl 0.15%였으며, 배양 조건은 초기 pH 6.0, 배양 온도 $35^{\circ}C$, 24시간 진탕 배양하였을 때, 효소 생산이 가장 우수하게 나타났다.
This study was carried out to investigate the possibility to utilize feather meal by bacterial strains. A bacterial strain SE-103 producing keratinolytic enzyme was isolated from the soil of the poultry slaughterhouses. It was identified as Bacillus sp. by judging from its morphological and physiolo...
This study was carried out to investigate the possibility to utilize feather meal by bacterial strains. A bacterial strain SE-103 producing keratinolytic enzyme was isolated from the soil of the poultry slaughterhouses. It was identified as Bacillus sp. by judging from its morphological and physiological characteristics. Subsequently the optimal culture conditions for the production of keratinolytic protease by Bacillus sp. SE-103 were investigated. The composition of optimal medium was 3.0% glucose, 0.4% urea, 0.2% $NaNO_3$, and 0.15% KCl. In addition, optimal initial pH and temperature were 6.0 and $35^{\circ}C$, respectively.
This study was carried out to investigate the possibility to utilize feather meal by bacterial strains. A bacterial strain SE-103 producing keratinolytic enzyme was isolated from the soil of the poultry slaughterhouses. It was identified as Bacillus sp. by judging from its morphological and physiological characteristics. Subsequently the optimal culture conditions for the production of keratinolytic protease by Bacillus sp. SE-103 were investigated. The composition of optimal medium was 3.0% glucose, 0.4% urea, 0.2% $NaNO_3$, and 0.15% KCl. In addition, optimal initial pH and temperature were 6.0 and $35^{\circ}C$, respectively.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 산업적으로 유리할 것으로 생각되는 우모분의 사료 효율 증대를 목적으로 중온 상태에서 활성이 강한 keratinolytic protease를 생산하는 균주를 분리 선별 하여 동정하고 그 배양학적 특성을 조사하였기에 보고한다.
본 연구는 박테리아에 의한 우모분의 이용 가능성을 조사하기 위해 우모 keratin 분해 활성이 높은 균주를 분리한 후 keratinolytic protease 활성이 가장 우수한 효소 생산을 위한 최적 배양 조건을 조사하였다.
제안 방법
Keratinolytic protease를 생산하는 균주를 선별하기 위하여 균원 시료를 살균수에 현탁하여 분리용 배지에 도말하고 35℃에서 72시간 배양하여 투명환이 크고 생육이 우수한 균주를 1차 선별하였다(Fig. 1). 1차 선별된 균주를 종균용 배지에서 배양하여 원심 분리한 상등액을 35℃에서 우모 keratin 분해 활성을 측정하여 활성이 가장 우수한 균주 SE-103을 실험에 이용하였다.
효소의 생산 조건을 검토하기 위하여 250 mL 삼각 flask에 종균 배지 50 mL를 넣고 121 ℃에서 20분간 멸균한 후시험 균주를 1백금이 접종하여 35 ℃에서 24시간 전 배양하였다. 동일 배지에 전 배양액 0.1 mL를 접종하여 35 ℃에서 24시간 진탕 배양하였으며, 효소 생산용 배지는 250 mL 삼각 flask에 각각의 탄소원, 질소원 및 금속염 등을 달리한 배지 50 mL를 넣고 24시간 진탕배양하면서 배양 시간별 효소활성을 측정하여 최적 영양소를 조사한 후 다시 영양소별 최적 농도를 확인하였다.
우모 keratin 분해 효소의 생산에 미치는 유기질소원의 영향을 조사하기 위하여 glucose를 3.0% 첨가한 종균배지에 각종 유기, 무기질소원을 각각 0.2%씩 첨가하여 35 ℃에서 24시간 진탕 배양한 후 우모 keratin에 대한 분해 활성을 조사한 결과는 Table 6 및 Table 7과 같다.
우모 keratin 분해 효소의 활성에 미치는 탄소원의 영향을 조사하기 위하여 종균 배지를 기본 배지로 하여 각종 탄소원을 각각 1.0%씩 첨가하여 35 ℃에서 24시간 진탕 배양한 후 효소 활성을 측정한 결과는 Table 5와 같이 glucose, xylose, ribose에서 효소 활성이 우수하였다. 반면, soluble starch, dextrin 등 다당류를 첨가하였을 때 효소 활성이 현저히 떨어졌다.
효소 생산용 배지에 전배양액을 5%(v/v) 접종하여 35 ℃에서 24시간 진탕 배양(120 rpm/min)한 후 배양액을 원심 분리하여 얻은 상등액을 조효소액으로 사용하였다. 우모 keratin을 이용한 keratinolytic protease의 활성 측정은 Ryoji et al. (1987)과 Esteban and Berta(1984)의 방법을 온도 등 본 실험 목적에 부합되도록 하기 위해 약간 변형하여 사용하였다. 즉, 0.
최종 선별된 균주를 동정하기 위하여 Bergey's manual of systematic bacteriology(John et al., 1994)와 Biochemical test for identification of medical bacteria(Macffadin, 1984)의 방법에 따라 형태학적, 배양학적, 생리학적 특성을 조사·비교하여 분류·동정하였다.
대상 데이터
1). 1차 선별된 균주를 종균용 배지에서 배양하여 원심 분리한 상등액을 35℃에서 우모 keratin 분해 활성을 측정하여 활성이 가장 우수한 균주 SE-103을 실험에 이용하였다.
1). 1차로 선별된 균주를 Table 2의 배지에 각각 배양하여 원심 분리한 상등액을 35℃에서 우모 keratin 분해 활성을 측정하여 활성이 가장 높은 SE-103 균주를 선별하여 본 실험에 이용하였다.
우모 keratin 분해 효소를 생산하는 균주를 선별하기 위하여 원주권을 중심으로 한 강원 및 경기도 일원 도계장의 토양과 하천수로부터 채취한 균원 시료를 멸균수에 현탁한 후 분리용 고체 배지에 도말하여 35 ℃에서 72시간 배양하여 투명환이 큰 균주를 선별하였다(Fig. 1). 1차로 선별된 균주를 Table 2의 배지에 각각 배양하여 원심 분리한 상등액을 35℃에서 우모 keratin 분해 활성을 측정하여 활성이 가장 높은 SE-103 균주를 선별하여 본 실험에 이용하였다.
우모분의 분해능이 강한 미생물을 분리하기 위하여 원주 지역을 중심(원주 사제리, 궁촌리)으로 한 강원도(횡성 청룡리, 반곡리) 및 경기도 일원(여주 삽교리, 다대리)의 도계장과 양계장 주변 토양 및 하천수에서 150여점의 시료를 채취하여 균원 시료로 사용하였다.
데이터처리
본 실험에서 얻은 자료에 대한 통계 분석은 SAS(2002) 패키지 프로그램을 이용하여 유의성(P<0.05)을 검토하였다.
성능/효과
(1996)의 보고와는 상이하였으나, Page and Stock(1974)의 glucose 사용 시 균체 증식 및 효소 활성이 우수하였다는 보고와는 일치하였다. Glucose의 농도가 효소 생산에 미치는 영향을 조사한 결과, Fig. 2와 같이 3% 첨가하였을 때 효소 활성이 가장 높았다.
Urea의 농도가 효소 활성에 미치는 영향을 조사한 결과, Fig. 3과 같이 0.4% 첨가 시 효소 생산이 가장 높게 나타났고, NaNO3 의 경우 Fig. 4와 같이 0.2% 첨가 시 효소 생산이 가장 우수하였다.
유기질소원은 urea에서 활성이 가장 우수하였고 기타 soy- bean meal, casamino acid, yeast extract에서도 비교적 우수했다. 또한 무기질소원의 경우 NaNO3에서 가장 우수하였으며, KNO3 첨가에서도 비교적 우수하게 나타났다. 이런 결과는 유기질소원으로 우모 keratin을 유일한 질소원으로 이용한다는 Rosa et al.
, 2001)와 유사한 결과를 보였다. 배양 시간의 영향을 조사하기 위하여 최적 배지 조건에서 각 시간대별 우모 keratin 분해 효소의 활성을 조사한 결과 Fig. 8과 같이 24시간 배양했을 때 가장 우수한 활성을 나타냈다. 이는 지금까지의 보고에서 나타낸 10일(Williams et al.
우모 keratin 분해 효소의 생산에 미치는 금속염의 영향을 조사하기 위하여 glucose 3%, urea 0.4%, NaNO3 0.2% 첨가한 기본 배지에 각종 금속염을 1.0 mM 첨가하여 35 ℃에서 24시간 진탕 배양한 후 우모 keratin의 분해능을 조사한 결과는 Table 8과 같이 KCl 첨가 시에 효소 생산이 가장 우수하였다. 이는 KCl 첨가 시 효소 생산이 가장 우수하였다는 Chon and Kwon(2001)의 보고와 일치하였고, FeSO4 첨가 시 우수하였다는 Page and Stock(1974)의 보고와 MgSO4에서 우수하였다는 Tideto et al.
Gelatin과 casein을 분해하며 40 ℃ 이상에서도 생육이 가능하였다. 이상의 결과로 본 균주는 Bacillus pumilus와 유사한 성질을 나타내어 Bacillus sp. SE-103으로 명명하였다.
이상의 결과로 지금까지 보고된 keratin 분해 균주는 고온성 또는 긴 배양 시간이 필요한 것에 비해, 본 연구는 35 ℃에서 24시간 배양 시 최대 활성을 나타내는 우수한 균주로 이용 효과가 높을 것으로 생각된다.
초기 pH가 효소 생산에 미치는 영향을 조사하기 위해여 pH 3에서부터 pH 10까지 조절한 후 35 ℃에서 24시간 진탕 배양 하여 효소 활성을 조사한 결과 Fig. 6과 같이 pH 6에서 가장 우수하였으며, pH 4부터 pH 8 범위에서 비교적 좋은 활성을 나타냈다. 이는 Bacillus sp.
SE-103으로 명명하였다. 최적 배지 조성은 glucose 3.0%, urea 0.4%, NaNO3 0.2%, KCl 0.15%였으며, 배양 조건은 초기 pH 6.0, 배양 온도 35 ℃, 24시간 진탕 배양하였을 때, 효소 생산이 가장 우수하게 나타났다.
최종 선별된 SE-103 균주의 형태학적 및 배양학적 특성은 Table 4와 같이 고체 배지에서 유백색 colony를 형성하고, gram 양성 간균으로 운동성이 있고 포자를 형성하며 크기는 1.3～1.6×0.4～0.5 μm였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우모의 주성분은 무엇인가?
국내 우모분의 생산량은 매년 증대되고 있다. 우모는 불용성 단백질인 keratin이 주 성분으로 이용도가 매우 낮아 사료적 가치가 떨어진다(Moris and Balloun, 1973). 이러한 우모의 이용 효율을 증대시키기 위해 가금의 깃털을 고압 수증기 처리(Papadopoulos et al.
박테리아에 의한 우모분의 이용 가능성 조사를 위해 우모 keratin 분해 활성이 높은 균주를 분리한 후 keratinolytic protease 활성이 가장 우수한 효소 생산을 위한 최적 배양 조건을 조사한 결과는 무엇인가?
SE-103 균주로 형태학적·생화학적 특성을 조사한 결과 Ba- cillus sp.로 확인되어 Bacillus sp. SE-103으로 명명하였다. 최적 배지 조성은 glucose 3.0%, urea 0.4%, NaNO3 0.2%, KCl 0.15%였으며, 배양 조건은 초기 pH 6.0, 배양 온도 35 ℃, 24시간 진탕 배양하였을 때, 효소 생산이 가장 우수하게 나타났다.
우모의 이용 효율을 증대시키기 위해 어떤 처리를 하는가?
우모는 불용성 단백질인 keratin이 주 성분으로 이용도가 매우 낮아 사료적 가치가 떨어진다(Moris and Balloun, 1973). 이러한 우모의 이용 효율을 증대시키기 위해 가금의 깃털을 고압 수증기 처리(Papadopoulos et al., 1985)후 건조·분쇄한 우모분 상태로 이용하기도 한다. 우모분은 사료 관리법상 조단백질 함량 80% 이상, 조회분 3% 이하, pepsin 소화율 75% 이상으로 규정하고 있다.
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