[논문]항균 펩타이드를 이용한 녹조현상 원인종 Microcystis aeruginosa의 제어

한상일; 박윤경; 최윤이

doi:10.11626/kjeb.2018.36.4.601

항균 펩타이드를 이용한 녹조현상 원인종 Microcystis aeruginosa의 제어
Application of Antimicrobial Peptides against Microcystis aeruginosa to Control Harmful Algal Blooms 원문보기

환경생물 = Korean journal of environmental biology, v.36 no.4, 2018년, pp.601 - 609

한상일 (고려대학교 생명공학과) , 박윤경 (조선대학교 생명공학과) , 최윤이 (고려대학교 생명공학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 CyanoHABs를 제어하기 위해 주요 우점종인 Microcystis aeruginosa에 대한 항균 펩타이드의 살조 활성을 조사하고, 구조적 특이성을 바탕으로 새로운 M. aeruginosa 제어 펩타이드를 제작하였다. 본 실험에서 CA-MA 유래 펩타이드 CMA1, CMA2와 Helicobacter pylori 유래 펩타이드 HPA3P, HPA3NT3는 처리 48시간 후 각각 67.3, 73.1, 76.7, 69.8%의 최대 살조 효율을 보였다. 또한, 신규 펩타이드 K160242~5는 처리 48시간 후 각각 64.0, 64.1, 66.4, 70.1%의 최대 살조 효율을 보였다. CA-MA 유래 펩타이드는 처리 24시간 이후 세포의 재성장이 관찰되었으므로 세포 표면과의 정전기 인력을 통해 세포를 응집하고 간접적으로 제어하는 것으로 조사되었다. 반면에, 양친매성 펩타이드는 세포의 재성장이 관찰되지 않았으므로 세포 응집과 더불어 세포 내 침투를 통해 직 간접적으로 세포를 제어하는 것으로 추정되었다. 또한, 펩타이드의 살조 기작 및 효율에는 구성 아미노산의 종류, 수, 구조 및 펩타이드의 분자량, 처리 농도 등이 복합적으로 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 펩타이드를 이용한 CyanoHABs의 제어 가능성을 제고하기 위해서는 정확한 기작과 관련 인자들의 확인 및 증명이 요구된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Microcystis aeruginosa, a freshwater cyanobacteria species known to be one of the most predominant species responsible for cyanobacterial harmful algal blooms (CyanoHABs). It has been frequently associated with the contamination of neurotoxins and peptide hepatotoxins, such as microcystin and lipopolysaccharides-LPSs. CyanoHABs control technologies so far put in place do not provide a fundamental solution and cause secondary pollution linked with the control measures. For this study, algicidal peptides, which have been reported to be non-toxic and to have antimicrobial properties, were employed for the development of novel eco-friendly control against CyanoHABs. The four peptides (CMA1, CMA2, HPA3P, and HPA3NT3) selected in this study showed significant algicidal effects against M. aeruginosa cells inducing cell aggregation and flotation. Moreover, the newly generated peptides (K160242-5) with certain modifications also displayed high algicidal activity. The algicidal activity of the peptides was found to depend on the concentrations and structures of each of amino acid. The results of this study suggested a novel possibility of CyanoHABs control using the non-toxic algicidal peptides.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

aeruginosa 제어 효율을 조사하였다. 우리는 본 연구의 결과를 통해 항균 펩타이드를 이용한 CyanoHABs 제어 가능성을 제시한다.

제안 방법

2015). 또한, 펩타이드 구성 아미노산과 구조적 특이성에 기인하여 신규 펩타이드 4종(K160242~5)을 제조하고 M. aeruginosa 제어 효율을 조사하였다. 우리는 본 연구의 결과를 통해 항균 펩타이드를 이용한 CyanoHABs 제어 가능성을 제시한다.
이 연구에서 우리는 CyanoHABs를 제어하기 위해 기존에 무독성 항균 및 항진균 펩타이드로 밝혀진 CA-MA 유래 펩타이드 2종(CMA1, CMA2)과 Helicobacter pylori 유래 펩타이드 2종(HPA3P, HPA3NT3)의 M. aeruginosa 제어 효율을 조사하였다(Mereuta et al. 2008; Lee et al. 2010; Lee et al. 2013; Lee et al. 2015). 또한, 펩타이드 구성 아미노산과 구조적 특이성에 기인하여 신규 펩타이드 4종(K160242~5)을 제조하고 M.

대상 데이터

실험에 이용된 담수 남세균 Microcystis aeruginosa KW는 한국생명공학연구원으로부터 제공받았다. M.
이 연구에서 우리는 M. aeruginosa에 대한 항균 펩타이드의 살조 활성을 확인하기 위해 CA-MA(KWKLFKKIGIGKFLHSAKKF-NH₂) 유래 항균 펩타이드 CMA1, CMA2와 Helicobacter pylori 유래 항균 및 항진균 펩타이드 HPA3P, HPA3NT3를 사용하였다 (Table 1). 모든 펩타이드는 M.

데이터처리

펩타이드의 살조 효율 측정은 6회 반복 수행하였고, 응집 효율 측정은 3회 반복 수행하였다. 결과로부터 표준오차를 구하기 위해 Sigma Plot 10.0 (Systat Software Inc., USA)을 이용하여 통계분석을 실시하였다.

성능/효과

아미노산 20개로 구성된 CMA1와 CMA2가 100 μM에서 높은 효율을 보였음을 함께 고려할 때, 펩타이드 구성 아미노산의 수와 처리 농도 사이에도 연관이 있음을 유추할 수 있다. 결과적으로, 펩타이드의 살조 기작 및 효율에는 구성 아미노산의 종류, 수, 구조 및 펩타이드의 분자량, 처리 농도 등이 복합적으로 작용한다. 그러나 펩타이드의 세포 제어에 대한 정확한 기작과 관련 인자들을 확인하고 증명하기 위해서는 추가 연구가 요구된다.
모든 세포는 강하게 응집되었으며, 파쇄되지 않았다. 따라서 우리는 펩타이드 구성 아미노산의 배열이 M. aeruginosa 세포의 제어에 영향을 미치는 것을 확인하였고, 세포의 제어는 펩타이드의 세포 내 기작에 의한 것임을 확인하였다.
광학 밀도의 감소는 펩타이드 처리 농도와 높은 상관성을 나타내었고, 주로 초기 8시간 이내에 집중되었다. 마찬가지로 배양 48시간 후 CMA1, CMA2, HPA3P, HPA3NT3 처리군의 광학 밀도는 각각 대조군 대비 최대 67.3, 73.1, 76.7, 69.8% 만큼 감소하였다. 그러나, CMA1과 CMA2 처리군의 배양 48시간 후 광학 밀도 측정값은 배양 24시간 후보다 높게 나타났다.

후속연구

결과적으로, 펩타이드의 살조 기작 및 효율에는 구성 아미노산의 종류, 수, 구조 및 펩타이드의 분자량, 처리 농도 등이 복합적으로 작용한다. 그러나 펩타이드의 세포 제어에 대한 정확한 기작과 관련 인자들을 확인하고 증명하기 위해서는 추가 연구가 요구된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	CyanoHABs란 무엇인가?	2017). 일반적으로 “CyanoHABs”라고 불리는 남세균 유래 녹조현상은 주로 담수에서 남세균의 폭발적인 성장을 지칭하며, 잠재적으로 환경과 인간의 건강에 악영향을 미친다 (Dolah et al. 2001).
	남세균 유래 녹조현상의 문제점은 무엇에 기인하는가?	2001). CyanoHABs의 부정적 측면은 남세균의 과도한 성장 및 독성에 기인한다. 과다하게 번성한 남세균의 호흡 및 분해에 따른 수계 내 용존산소량 감소는 다른 유기체의 광범위한 사망을 초래할 수 있다.
	CyanoHABs의 주요 원인종은 무엇이 있는가?	CyanoHABs의 주요 원인종은 Microcystis, Anabaena, Cylindrospermopsis, Nodularia, Aphanizomenon, Oscillatoria 등으로 알려져 있다(Paerl and Otten 2013). 이 중 Microcystis sp.

참고문헌 (29)

10.1016/j.ocecoaman.2009.04.006 AndersonDM . 2009. Approaches to monitoring, control and management of harmful algal blooms (HABs) . Ocean Coastal Manage.52:342-347.

상세보기
10.1111/1462-2920.12904 BriandE , M Bormans, M Gugger, PC Dorrestein and WH Gerwick. 2016. Changes in secondary metabolic profiles of Microcystis aeruginosa strains in response to intraspecific interactions . Environ. Microbiol.18:384-400.

상세보기
10.1016/j.jhazmat.2016.10.010 ChenY , J Li, J Wei, A Kawan, L Wang and X Zhang. 2017. Vitamin C modulates Microcystis aeruginosa death and toxin release by induced Fenton reaction . J. Hazard. Mater.321:888-895.

상세보기
10.1016/j.molcatb.2012.04.007 Da RosPC , CS Silva, ME Silva-Stenico, MF Fiore and HF de Castro. 2012. Microcystis aeruginosa lipids as feedstock for biodiesel synthesis by enzymatic route . J. Mol. Catal. B-Enzym.84:177-182.

상세보기
10.1080/20018091095032 DolahFMV , D Roelke and RM Greene. 2001. Health and ecological impacts of harmful algal blooms: risk assessment needs . Hum. Ecol. Risk Assess.7:1329-1345.

상세보기
GumboRJ , G Ross and ET Cloete. 2008. Biological control of Microcystis dominated harmful algal blooms . Afr. J. Biotechnol.7:4765-4773.
10.1016/j.jcis.2009.10.078 HadjoudjaS , V Deluchat and M Baudu. 2010. Cell surface characterisation of Microcystis aeruginosa and Chlorella vulgaris . J. Colloid Interface Sci.342:293-299.

상세보기
10.1016/j.hal.2011.09.003 KarlsonAM and R Mozraitis. 2011. Deposit-feeders accumulate the cyanobacterial toxin nodularin . Harmful Algae12:77-81.

상세보기
10.1006/bbrc.2001.4602 LeeDG , DH Kim, Y Park, HK Kim, HN Kim, YK Shin, CH Choi and KS Hahm. 2001a. Fungicidal effect of antimicrobial peptide, PMAP-23, isolated from porcine myeloid against Candida albicans . Biochem. Biophys. Res. Commun.282:570-574.

상세보기
10.1128/AAC.01998-15 LeeJK , CH Seo, T Luchian and Y Park. 2015. The antimicrobial peptide CMA3 derived from the CA-MA hybrid peptide: antibacterial and anti-inflammatory activities with low cytotoxicity and mechanism of action in Escherichia coli . Antimicrob. Agents Chemother.60:495-506.

상세보기
10.1016/j.bbamem.2012.09.005 LeeJK , SC Park, KS Hahm and Y Park. 2013. Antimicrobial HPA3NT3 peptide analogs: placement of aromatic rings and positive charges are key determinants for cell selectivity and mechanism of action. Biochim. Biophys . Acta-Biomembr.1828:443-454.

상세보기
10.1016/j.bbamem.2010.01.014 LeeTH , KN Hall, MJ Swann, JF Popplewell, S Unabia, Y Park, KS Hahm and MI Aguilar. 2010. The membrane insertion of helical antimicrobial peptides from the N-terminus of Helicobacter pylori ribosomal protein L1. Biochim. Biophys . Acta-Biomembr.1798:544-557.

상세보기
10.1080/09593332208618270 LeeT , K Nakano and M Matsumara. 2001b. Ultrasonic irradiation for blue-green algae bloom control . Environ. Technol.22:383-390.

상세보기
10.1111/mec.13934 LiuY , S Chen, J Zhang, X Li and B Gao. 2017. Stimulation effects of ciprofloxacin and sulphamethoxazole in Microcystis aeruginosa and isobaric tag for relative and absolute quantitation-based screening of antibiotic targets . Mol. Ecol.26:689-701.

상세보기
10.1016/j.hal.2013.10.016 MaJ , JD Brookes, B Qin, HW Paerl, G Gao, P Wu, W Zhang, J Deng, G Zhu, Y Zhang, H Xu and H Niu. 2014. Environmental factors controlling colony formation in blooms of the cyanobacteria Microcystis spp. in Lake Taihu, China . Harmful Algae31:136-142.

상세보기
10.1016/j.bbrc.2008.04.046 MereutaL , T Luchian, Y Park and KS Hahm. 2008. Singlemolecule investigation of the interactions between reconstituted planar lipid membranes and an analogue of the HP (2-20) antimicrobial peptide . Biochem. Biophys. Res. Commun.373:467-472.

상세보기
10.1111/1365-2745.12437 OlliK , R Klais and T Tamminen. 2015. Rehabilitating the cyanobacteria- niche partitioning, resource use efficiency and phytoplankton community structure during diazotrophic cyanobacterial blooms . J. Ecol.103:1153-1164.

상세보기
10.1007/s00248-012-0159-y PaerlHW and TG Otten. 2013. Harmful cyanobacterial blooms: causes, consequences, and controls . Microb. Ecol.65:995-1010.

상세보기
10.1016/j.watres.2011.08.002 PaerlHW and VJ Paul. 2012. Climate change: links to global expansion of harmful cyanobacteria . Water Res.46:1349-1363.

상세보기
10.1016/j.watres.2010.09.018 PaerlHW , H Xu, MJ McCarthy, G Zhu, B Qin, Y Li and WS Gardner. 2011. Controlling harmful cyanobacterial blooms in a hyper-eutrophic lake (Lake Taihu, China): the need for a dual nutrient (N & P) management strategy . Water Res.45:1973-1983.

상세보기
10.1371/journal.pone.0026733 ParkSC , JK Lee, SW Kim and Y Park. 2011. Selective algicidal action of peptides against harmful algal bloom species . PLoS One6:e26733.

상세보기
10.1007/s10646-011-0845-4 QianH , X Pan, J Chen, D Zhou, Z Chen, L Zhang and Z Fu. 2012. Analyses of gene expression and physiological changes in Microcystis aeruginosa reveal the phytotoxicities of three environmental pollutants . Ecotoxicology21:847-859.

상세보기
10.1007/s11274-009-0192-2 RenH , P Zhang, C Liu, Y Xue and B Lian. 2010. The potential use of bacterium strain R219 for controlling of the bloom-forming cyanobacteria in freshwater lake . World J. Microbiol. Biotechnol.26:465-472.

상세보기
10.1007/0-306-46855-7_2 SchopfJW . 2000. The fossil record: tracing the roots of the cyanobacterial lineage. pp. 13-35. In The Ecology of Cyanobacteria. Springer, Dordrecht.
StanierR , R Kunisawa, M Mandel and G Cohen-Bazire. 1971. Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales ) . Bacteriol. Rev.35:171.
10.1371/journal.pone.0156275 SunLW , WJ Jiang, H Sato, M Kawachi and XW Lu. 2016. Rapid classification and identification of Microcystis aeruginosa strains using MALDI-TOF MS and Polygenetic Analysis . PLoS One.11:e0156275.

상세보기
10.1002/bit.24935 SureshA and YC Kim. 2013. Translocation of cell penetrating peptides on Chlamydomonas reinhardtii . Biotechnol. Bioeng.110:2795-2801.

상세보기
10.1074/jbc.272.25.16010 VivesE , P Brodin and B Lebleu. 1997. A truncated HIV-1 Tat protein basic domain rapidly translocates through the plasma membrane and accumulates in the cell nucleus . J. Biol. Chem.272:16010-16017.

상세보기
10.1016/j.algal.2015.02.002 WeiY , J Niu, L Huan, A Huang, L He and G Wang. 2015. Cell penetrating peptide can transport dsRNA into microalgae with thin cell walls . Algal Res.8:135-139.

상세보기

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].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증