[논문]Microcystis aeruginosa에 대한 Lactobacillus graminis의 성장 억제능, microcystin 분해 및 살조 물질의 특성

주재형; 박범수; 이은선; 강윤호; 한명수

doi:10.11614/ksl.2016.49.3.176

Microcystis aeruginosa에 대한 Lactobacillus graminis의 성장 억제능, microcystin 분해 및 살조 물질의 특성
Inhibition of Growth and Microcystin Toxicity, and Characterization of Algicidal Substances from Lactobacillus graminis against Microcystis aeruginosa 원문보기

생태와 환경 = Korean journal of ecology and environment, v.49 no.3, 2016년, pp.176 - 186

주재형 (한양대학교 생명과학과) , 박범수 (한양대학교 생명과학과) , 이은선 (한양대학교 생명과학과) , 강윤호 (한양대학교 생명과학과) , 한명수 (한양대학교 생명과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

For several decades, lactic acid bacterium (Lactobacillus graminis: LAB) has been generally recognized as safe. To develop the pan-environmental bio-control agent, algicidal activity of the live LAB cell and its culture filtrate (CF) was examined against Microcystis aeruginosa. LAB cells perfectly lysed M. aeruginosa within 3 days, while the CF had a less effect than the live cells, approximately 78% inhibition of algal growth during a same culture period. The concentration of microcystin in alone culture of M. aeruginosa was $7.1{\mu}gL^{-1}$, but gradually increased and leach $158.5{\mu}gL^{-1}$ on 10 days. However, LAB cells clearly decreased the microcystin by $10.3{\mu}gL^{-1}$ in the same period, approximately 93.5%. CF of LAB showed a strong algicidal activity over 75% between pH 2-7, 91.3% by the treatment of proteinase K, 87.8% by below 3 kDa in particle size, and 75.3% by heat treatment, respectively. Of five solvents, fractions of CF passed through solvents diethyl ether and ethyl acetate showed an obvious algicidal activity in the algal-lawn test. Among 5 fractions purified by silica-gel TLC plate, two spots showed a most strong removal activity on M. aeruginosa. Another analysis of GC indicate that CF contained six representative fatty acids. Even though most of these substance have been known as an anti-algal substance against M. aeruginosa, oleic acid is the most effective. These results suggested that the culture filtrate or specific substances, like a fatty acids, in comparison with live L. graminis can be a successful and eco-friendly agent to control Microcystis bloom.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 안정성이 검증되었으며 다양한 대사산물을 분비하여 여러 분야에 활용되고 있는 유산균(Lactic acid bacteria)을 활용하여 친환경적인 기술을 개발하고자 하였다. 유산균은 비병원성이고, 비침입적이며, 비전이적이기 때문에 인체에 무해하여 1988년부터 미국식품의약국 FDA (Food and Drug Administration)에서 승인한, 식품에 첨가하여도 안전한 물질들의 목록인 GRAS (generally recognized as safe)로 분류되는 안전한 균주이다(U.

제안 방법

L. graminis의 microcystin 억제능을 평가하기 위해 살조 효과 평가 수행과 동시에 Microcystins의 농도를 측정하였다. Microcystins 농도는 Microcystins-DM ELISA Kit(abraxic, England)로 측정하였다(Rivasseau and Hennion, 1999).
L. graminis의 배양여액의 살조 효과 결과를 기반으로 배양여액으로 분비된 조류 억제 물질의 화학적 특성을 알아보고자, M. aeruginosa에 L. graminis를 접종하여 90% 이상의 살조 효과를 보인 혼합 배양여액에 다양한 조건으로 처리를 한 후 살조 활성 여부를 관찰하였다. 배양여액을 각각 pH 2, pH 7, pH 12이 되도록 조절하여 조류 억제능을 측정한 결과, 살조 활성이 각각 75.
살조 물질의 추출을 위해서 극성이 다른 5가지 유기용매로 살조세균 배양여액을 순차적으로 추출하였다. 각각의 용매로 추출된 분획의 M.

대상 데이터

실험 조류인 남조 M. aeruginosa (NIES-298)는 일본 국립환경연구소 NIES (the National Institute for Environment Studie, Japan)로부터 분양받았으며, Microcystis sp. (HYK0906-B3)는 국내 대청호 (Daecheong reservoir)에서 직접 분리하였다. 조류 배양은 CB 배지(Cyanobacteria medium)(Kasai et al.

성능/효과

이러한 효과는 생균뿐만 아니라 유산균 배양여액에서도 살조 효과를 확인하였으며, 친환경적 제어를 위하여 유산균 배양여액으로부터 살조 관련 물질을 탐색하였다. 그 결과 지방산 성분인 stearic acid, oleic acid, linoleic acid가 살조 활성을 나타내는 것을 확인하였으며 그중에 oleic acid가 높은 살조 효과를 나타내어 살조 활성과 밀접한 관련이 있는 물질임을 알 수 있었다. 또한 이들 성분은 혼재되어 있을 때 더욱 높은 효과를 나타내었다.
본 연구는 유해 남조 Microcystis종에 대하여 유산균 L. graminis KCTC-3542의 살조 효과를 확인하였으며, 동시에 간독소로 작용하는 microcystin을 억제하는 유용한 세균임을 입증하였다. 이러한 효과는 생균뿐만 아니라 유산균 배양여액에서도 살조 효과를 확인하였으며, 친환경적 제어를 위하여 유산균 배양여액으로부터 살조 관련 물질을 탐색하였다.

후속연구

유산균 배양여액의 조추출물보다 높은 살조 활성을 나타내는 것으로 보아 순수 정제된 지방산을 접종하였을 때 살조 활성이 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 그러나, 다양한 지방산이 혼합되어 있는 Combination 분획에서 가장 높은 살조 효과를 보이는 것으로 보아 Oleic acid 단독으로 효과를 내는 것이 아닌 stearic acid, linoleic acid와 혼재되어서 또는 검출되지 않은 미지의 물질과 함께 혼재되어 높은 살조 효과를 보인 것으로 추정되며 이와 관련된 추후 연구가 필요하다고 사료된다.
따라서, 유용미생물 유산균으로부터 유래된 지방산의 단일 또는 적절한 혼합을 통하여 Microcystis 대발생을 친환경적으로 제어할 수 있을 것이다. 또한, 현재보다 L. graminis균의 경제적인 대량배양 기술 및 추출 기술이 추가 개발된다면, 실제 저수지 및 호소 등 다양한 수계 적용이 가능할 것이며, 매년 발생하는 유해 남조류 M. aeruginosa에 의한 녹조 현상을 친환경적으로 제어하는 기술로 사용될 것이다.
graminis의 세포밀도는 실험 마지막 날까지 큰 변화없이 10⁵ cells mL^-1로 유지되었다. 조류성장 배지에서 2일 이내에 사멸한 유산균의 대조구과 비교하여, microcystin 이 존재하는 배지 내에서 유산균이 사멸하지 않고 유지된 것은 7종의 아미노산(D-alanine(Ala), D-glutamic acid(Glu), N-methyldehydroalanine(M-dha), D-methylaspartic acid, 3-amino-9-methoxy-10-phenyl-2,3,8,-trimethyldeca-4,6-dienoic acid(Adda)) 그리고 성분에 의해 변화되는 두 개의 L-amino acids으로 구성된 microcystin을 탄소와 질소원으로 소비하였기 때문인 것으로 사료되나 정확한 기작에 대하여 추후 연구가 필요하다(Pyo and Shin, 2000; Saitou et al., 2003; Roegner et al., 2014). 또한, microcystin 초기 농도가 9.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유산균이 안전한 균주인 이유는?	따라서 본 연구에서는 안정성이 검증되었으며 다양한 대사산물을 분비하여 여러 분야에 활용되고 있는 유산균(Lactic acid bacteria)을 활용하여 친환경적인 기술을 개발하고자 하였다. 유산균은 비병원성이고, 비침입적이며, 비전이적이기 때문에 인체에 무해하여 1988년부터 미국식품의약국 FDA (Food and Drug Administration)에서 승인한, 식품에 첨가하여도 안전한 물질들의 목록인 GRAS (generally recognized as safe)로 분류되는 안전한 균주이다(U.S FDA, 1988; Cho et al.
	남조 Microcystis aeruginosa의 대발생이 초래하는 결과는?	남조 Microcystis aeruginosa는 부영양 호수나 하천 등에서 나타나는 유해 조류 대발생(Harmful algal bloom)의 주요한 원인생물로 환경적, 경제적, 공중보건 측면에서 심각한 문제를 야기시킨다. 이들의 대발생은 미관상의 불쾌감, 음용수의 이취미 발생으로 인한 수자원 확보와 관리의 어려움뿐만 아니라, 간독소 microcystin의 생성으로 인하여 야생동물과 가축에 치명적인 해를 주고, 사람의 건강까지 위협한다(Kiviranta et al., 1993; Oberholster, 2004; Kang et al.
	유해 조류 제어 기술 중 생물학적 제어 방법이 가지는 단점은 무엇인가?	, 2010). 그러나, 이러한 생물학적 제어 방법은 실험실 수준의 제한된 공간에서의 검증된 효과가 대규모 수체에 적용된 사례가 전무하며, 다른 기술에 비해 제어 효과가 나타나기까지 상대적으로 오랜 시간이 필요하고, 도입생물의 현장에서의 유지가 힘들며, 비경제적이라는 단점이 있다(Sigee et al., 1999; Choi et al.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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