[논문]김치에서 분리된 젖산균의 β-glucuronidase 활성 탐색

김은정; 신인웅; 권세영; 박은희; 이재형; 김명동

doi:10.4014/mbl.1901.01002

김치에서 분리된 젖산균의 β-glucuronidase 활성 탐색
Exploration of β-Glucuronidase Activity of Lactic Acid Bacteria Isolated from Kimchi 원문보기

Microbiology and biotechnology letters = 한국미생물·생명공학회지, v.47 no.3, 2019년, pp.434 - 440

김은정 (강원대학교 바이오산업공학부) , 신인웅 (강원대학교 바이오산업공학부) , 권세영 (강원대학교 바이오산업공학부) , 박은희 (강원대학교 바이오산업공학부) , 이재형 (강원도농업기술원 인삼약초연구소) , 김명동 (강원대학교 바이오산업공학부)

초록
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전통발효식품인 김치에서 분리된 젖산균으로부터 ${\beta}$-glucuronidase 효소활성이 높은 균주를 선발하였다. 김치에서 분리된 156점의 젖산균 중 52점의 균주가 glucuronic acid를 탄소원으로 대사하였으며, 대부분의 젖산균은 세포내 ${\beta}$-glucuronidase 활성이 세포외 활성보다 유의적으로 높았다. 순무김치에서 분리된 Leu. mesenteroides KFRI 73007 균주가 $0.77{\pm}0.01U/mg$ protein로서 가장 높은 세포내 ${\beta}$-glucuronidase 효소활성을 나타내었다. 최적 반응조건은 pH 7, $37^{\circ}C$이었으며 $1.14{\pm}0.01U/mg$ protein의 효소활성을 나타냈다. 양이온 금속이온은 ${\beta}$-glucuronidase 효소활성을 약 70% 이상 저해하였으며, 균주 배양에 사용한 탄소원 중 ${\beta}$-glucuronidase 생산을 위한 최적의 탄소원은 glucuronic acid이었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Lactic acid bacteria (LAB) isolated from kimchi were studied for their ${\beta}$-glucuronidase activity. Among the 156 strains tested, 52 strains utilized glucuronic acid as a carbon source and their intracellular ${\beta}$-glucuronidase activities were significantly higher than their extracellular activities. Leuconostoc mesenteroides KFRI 73007 isolated from turnip kimchi exhibited the highest intracellular ${\beta}$-glucuronidase activity of $0.77{\pm}0.01U/mg$ protein, which was further increased to $1.14{\pm}0.01U/mg$ protein under optimized reaction conditions (pH 7, $37^{\circ}C$). The activity of ${\beta}$-glucuronidase was notably decreased by the addition of divalent cations, and glucuronic acid was the best carbon source to produce ${\beta}$-glucuronidase in Leu. mesenteroides KFRI 73007.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 김치에서 분리된 젖산균의 β-glucuronidase 의 효소활성 탐색을 통해 배당체 기질을 효율적으로 분해하여 부가가치가 높은 비배당체 소재를 경제적으로 생산할 수 있는 공정을 활용하기 위한 기반을 확보하였다.
본 연구에서는 김치에서 분리된 젖산균의 β-glucuronidase 활성을 탐색하여 황금추출물 등 배당체 기질을 비배당체 생산물로 효율적으로 전환시키는 스타터 균주로서의 가능성을 평가하였다.

제안 방법

MRS 배지에 포함된 포도당을 glucuronic acid로 대체하고 젖산균의 glucuronic acid 대사능을 조사하였다. 젖산균 156점 중 glucuronic acid를 탄소원으로 이용한 균주는 52점이었으며, 이들 균주 세포 내외의 β-glucuronidase 효소활성을 측정하였다(Fig.
효소활성이 가장 높은 Leu. mesenteroides KFRI 73007 균주를 이용하여 반응 조건에 따른 효소활성의 변화를 조사 하였다(Fig. 2). 반응용액의 pH에 대한 Leu.
mesenteroides KFRI 73007 균주의 β-glucuronidase 효소활성 변화를 조사하기 위해 pH 7로 조정된 반응액을 이용하여 금속이온을 각각 첨가한 후 37℃에 서 효소활성을 측정하였다(Fig. 2C).
mesenteroides KFRI 73007 균주의 β-glucuronidase의 효소활성을 조사하였다(Fig. 3).
반응조건이 효소활성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 pH 3−9의 완충액(pH 3: sodium citrate/HCl, pH 4: sodium citrate/citric acid, pH 5: sodium acetate/acetic acid, pH 6, 7, 8: sodium phosphate, pH 9: Tris/HCl)을사용하여 효소활성을 조사하고[15], 반응온도에 따른 효소활성을 측정하였다. 금속이온의 영향을 조사하기 위하여 반응 액에 ZnCl₂ , CaCl₂ , CuCl₂ , MnCl₂, MgCl₂ , CoCl₂ 및 FeCl₂의 최종 농도가 각각 2 mM이 되도록 첨가하였다. 단백질 농도는 Bradford dye reagent (Bio-Rad, USA)를 사용하여 측정하였으며, 표준선은 bovine serum albumin (Bio-Rad)을사용하여 작성하였다.
금속이온의 영향을 조사하기 위하여 반응 액에 ZnCl₂ , CaCl₂ , CuCl₂ , MnCl₂, MgCl₂ , CoCl₂ 및 FeCl₂의 최종 농도가 각각 2 mM이 되도록 첨가하였다. 단백질 농도는 Bradford dye reagent (Bio-Rad, USA)를 사용하여 측정하였으며, 표준선은 bovine serum albumin (Bio-Rad)을사용하여 작성하였다. 모든 측정은 5회 이상 반복하여 평균과 표준오차를 결정하였으며, 통계분석은 SigmaPlot (Ver.
반응조건이 효소활성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 pH 3−9의 완충액(pH 3: sodium citrate/HCl, pH 4: sodium citrate/citric acid, pH 5: sodium acetate/acetic acid, pH 6, 7, 8: sodium phosphate, pH 9: Tris/HCl)을사용하여 효소활성을 조사하고[15], 반응온도에 따른 효소활성을 측정하였다.
배양액의 흡광도(OD600)를 측정하고 적정량의 배양액을 취한 후 원심분리(16,000 ×g, 4℃, 15분)하여 세포를 회수하였다.
세포 외 β-glucuronidase 효소활성은 Kim 등[31]의 방법을 일부 수정하여 측정하였다.
젖산균 156점 중 glucuronic acid를 탄소원으로 이용한 균주는 52점이었으며, 이들 균주 세포 내외의 β-glucuronidase 효소활성을 측정하였다(Fig. 1).
배양액의 흡광도(OD₆₀₀)를 측정하고 적정량의 배양액을 취한 후 원심분리(16,000 ×g, 4℃, 15분)하여 세포를 회수하였다. 회수한 세포를 멸균 증류수로 2회 세척 후 glucuronic acid (Sigma-Aldrich, USA) 0.1% (w/v)가첨가된 MRS 배지에 세포의 초기흡광도(OD₆₀₀)가 0.1이 되도록 접종하였다. 진탕배양기를 이용하여 세포흡광도(OD₆₀₀)가 1이 될 때까지 30℃에서 배양한 후 원심분리하여 세포와 상등액을 확보하였다.
효소활성이 가장 높았던 pH 7에서 반응온도에 따른 β-glucuronidase 효소활성의 변화를 조사하였다(Fig. 2B).
mesenteroides KFRI 73007 균주는 β-glucuronidase 효소를 생산하지만 세포 외부로 분비하는 능력이 낮은 것으로 판단되었다. 효소활성이 가장 높은 균주로서 Leu.mesenteroides KFRI 73007 균주를 선발하고, 효소활성의 특성에 대하여 조사하였다.

대상 데이터

한국생명공학연구원 미생물자원센터(Korean Collection for Type Cultures, KCTC) 및 한국식품연구원(Korea Food Research Institute, KFRI)에 기탁되어 있는 김치에서 분리된 Lactobacillus, Leuconostoc, Weissella속 등 156점의 균주를 분양받아 사용하였다.

데이터처리

단백질 농도는 Bradford dye reagent (Bio-Rad, USA)를 사용하여 측정하였으며, 표준선은 bovine serum albumin (Bio-Rad)을사용하여 작성하였다. 모든 측정은 5회 이상 반복하여 평균과 표준오차를 결정하였으며, 통계분석은 SigmaPlot (Ver.14; SPSS Inc., USA)을 사용하였다.

성능/효과

L. gasseri ADH 유래의 β-glucuronidase 효소는 pH 5에서 가장 높은 활성을 나타냈으며, pH 6 이상에서는 활성이 감소하는 경향을 나타냈다[32].
Lactobacillus 속 젖산균 중에서 L. brevis 균주들의 세포내 β-glucuronidase 효소활성이 상대적으로 높게 나타났으며, L. brevis KFRI 200117, KFRI 62001, KFRI 200127의 균주들에서 0.21−0.24 U/mg protein의 효소활성을 나타냈다.
Leu.mesenteroides KFRI 73007 균주는 37℃에서 1.14 ± 0.01 U/mg protein으로 가장 높은 β-glucuronidase 효소활성을 나타냈으며, 반응온도가 증가함에 따라서 효소의 활성이 유의적으로 감소하였다.
mesenteroides KFRI 73007 균주는 β-glucuronidase 효소를 생산하지만 세포 외부로 분비하는 능력이 낮은 것으로 판단되었다.
mesenteroides KFRI 73007 균주의 β-glucuronidase의 활성은 pH 7에서 1.03 ± 0.01 U/mg protein으로 가장 높았으며, pH 5−7 범위 에서 효소활성이 전반적으로 높게 나타났다(Fig. 2A).
mesenteroides KFRI 73007 균주의 세포외 β-glucuronidase 효소활성은 0.01 ± 0.00 U/mg protein으로 52점의 젖산균 중에서 가장 낮은 활성을 나타냈다.
그러나 탄소원으로 갈락토스, 만노스, 과당 및 설탕을 사용한 경우는 효소활성의 유의적인 차이가 없었으며, 자일로즈를 탄소원으로 사용한 경우 0.46 ± 0.01 U/mg protein으로 가장 낮은 효소활성을 나타냈다.
24 U/mg protein의 효소활성을 나타냈다. 그러나, Lactobacillus 속 젖산균들은 Leuconostoc 속의 젖산균들보다 상대적으로 낮은 효소활성을 나타냈다. Leuconostoc 속의 젖산균 중에서 Leu.
2C). 금속이온이 첨가된 경우, 효소의 활성이 감소하는 경향을 나타냈으며, Zn²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 을 첨가한 효소반응에서 대조구와 비교하여 약 87% 감소하였다.
실험에 사용한 8가지의 탄소원 중에서 glucuronic acid를 탄소원으로 배양한 후 확보한 균체의 세포내 β-glucuronidase 효소활성은 pH 7, 반응온도 37℃에서 측정하였을 때 1.22 ± 0.05 U/mg protein으로서 가장 높았다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	젖산균은 어떤 물질 생산을 위한 스타터 균주로 개발되었나?	김치 발효에서 중요한 역할을 수행하는 젖산균은 정상적인 장관 등에서 미생물 균총을 유지 하고, 항암, 콜레스테롤 감소 및 면역 증진 등의 유익한 효능이 보고되었다[5−7]. 또한, 인삼의 진세노사이드[8], GABA (γ-aminobutyric acid) [9] 등 다양한 유용물질 생산을 위한 스타터 균주로서 개발된 바 있다[10].
	김치는 무엇으로 알려져 있나?	김치는 우리나라 고유의 전통발효 식품으로 섬유소, 비타민, 무기질 등의 공급원으로 알려져 있으며[1, 2], 배추, 무 등의 주재료와 고추, 파, 마늘 등의 향신료, 젓갈, 소금 등의 조미료, 기타 부재료를 원료로 사용하며 원료에 포함된 미생물에 의하여 발효된다[3, 4]. 김치 발효에서 중요한 역할을 수행하는 젖산균은 정상적인 장관 등에서 미생물 균총을 유지 하고, 항암, 콜레스테롤 감소 및 면역 증진 등의 유익한 효능이 보고되었다[5−7].
	김치 발효에서 중요한 역할을 하는 것은?	김치는 우리나라 고유의 전통발효 식품으로 섬유소, 비타민, 무기질 등의 공급원으로 알려져 있으며[1, 2], 배추, 무 등의 주재료와 고추, 파, 마늘 등의 향신료, 젓갈, 소금 등의 조미료, 기타 부재료를 원료로 사용하며 원료에 포함된 미생물에 의하여 발효된다[3, 4]. 김치 발효에서 중요한 역할을 수행하는 젖산균은 정상적인 장관 등에서 미생물 균총을 유지 하고, 항암, 콜레스테롤 감소 및 면역 증진 등의 유익한 효능이 보고되었다[5−7]. 또한, 인삼의 진세노사이드[8], GABA (γ-aminobutyric acid) [9] 등 다양한 유용물질 생산을 위한 스타터 균주로서 개발된 바 있다[10].

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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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)
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