[논문]아욱 잎에서 분리한 Bacillus velezensis MV2의 유전체 염기서열 분석과 항균활성능 연구

이현주; 조은혜; 김지혜; 문금옥; 김민지; 신재호; 차재호

doi:10.48022/mbl.2011.11005

[국내논문] 아욱 잎에서 분리한 Bacillus velezensis MV2의 유전체 염기서열 분석과 항균활성능 연구
Complete Genome Sequence and Antimicrobial Activities of Bacillus velezensis MV2 Isolated from a Malva verticillate Leaf 원문보기

Microbiology and biotechnology letters = 한국미생물·생명공학회지, v.49 no.1, 2021년, pp.111 - 119

이현주 (부산대학교 미생물학과) , 조은혜 (부산대학교 미생물학과) , 김지혜 (부산대학교 미생물학과) , 문금옥 (부산대학교 미생물학과) , 김민지 (경북대학교 응용생명과학부) , 신재호 (경북대학교 응용생명과학부) , 차재호 (부산대학교 미생물학과)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 국내 자생 식물인 아욱으로부터 새로운 균주를 분리 및 동정하였고 해당 미생물이 생산하는 항미생물질의 활성과 관련 생합성 유전자들을 확인하고자 하였다. 16S rRNA 유전자 서열 정보를 토대로 비교한 결과, 아욱에서 분리된 균주는 Bacillus velezensis이었으며 strain은 MV2라고 명명되었다. 유전체 염기서열 분석을 통해 전체 유전정보를 확인할 수 있었으며, 45.57% GC 함량을 가지는 4,191,702 bp 크기의 1개 컨티그(contig)가 존재하는 것으로 확인되었다. B. velezensis MV2가 정지기에 생산하는 물질 중 항균 활성이 확인된 소수성 물질 분획을 이용하여 항균 활성 스펙트럼 테스트를 진행한 결과, 그람음성균보다 그람양성균에서 더 높은 억제능이 확인되었다. 6종의 곰팡이를 이용한 항진균 활성 테스트에서는 모든 진균에 대해 강한 저해 활성을 보였으며, 특히 F. fujikuroi와 F. graminearum에 대한 항진균 활성이 매우 강하게 나타났다. 세균에 대한 항균물질의 작용 기작 분석을 통해 해당 항균물질은 균을 용해시키는 살균(bactericidal) 특성을 가진 것으로 추측할 수 있었다. B. velezensis MV2의 유전체 염기서열 정보를 통해 이차대사산물 생합성 유전자 cluster를 탐색한 결과 총 47가지 이차대사산물 생산이 예측되었으며, 기존에 밝혀져 있는 물질들과 유사도 80% 이상인 물질은 14개로 확인되었다. 앞서 확인된 내용들을 바탕으로 B. velezensis MV2에서 생성되는 항균물질은 비리보솜 펩타이드성 물질로 예상되며, 향후 항균물질의 동정과 활용 가능성에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각되었다. 기존에 상업적으로 이용되었던 곰팡이에 대한 활성이 낮은 항균물질 생물제제들과 함께 복합기능성 미생물제로 활용하여 식품산업 및 농업에서의 이용 가능성이 있음을 보여주었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A bacterial strain isolated from a Malva verticillata leaf was identified as Bacillus velezensis MV2 based on the 16S rRNA sequencing results. Complete genome sequencing revealed that B. velezensis MV2 possessed a single 4,191,702-bp contig with 45.57% GC content. Generally, Bacillus spp. are known to produce diverse antimicrobial compounds including bacteriocins, polyketides, and non-ribosomal peptides. Antimicrobial compounds in the B. velezensis MV2 were extracted from culture supernatants using hydrophobic interaction chromatography. The crude extracts showed antimicrobial activity against both gram-positive bacteria and gram-negative bacteria; however, they were more effective against gram-positive bacteria. The extracts also showed antifungal activity against phytopathogenic fungi such as Fusarium fujikuroi and F. graminearum. In time-kill assays, these antimicrobial compounds showed bactericidal activity against Bacillus cereus, used as indicator strain. To predict the type of antimicrobial compounds produced by this strain, we used the antiSMASH algorithm. Forty-seven secondary metabolites were predicted to be synthesized in MV2, and among them, fourteen were identified with a similarity of 80% or more with those previously identified. Based on the antimicrobial properties, the antimicrobial compounds may be nonribosomal peptides or polyketides. These compounds possess the potential to be used as biopesticides in the food and agricultural industry as an alternative to antibiotics.

Keyword

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Phylogenetic tree based on 16S rRNA sequences using the Neighbor-Joining method in MEGA X. Bootstrap values (1,000 replicates) were shown at the branch points. B. velezensis CR-502 (MG846018.1), B. velezensis FZB42 (NC009725.2), B. velezensis M75 (NZ CP016395.1), B. velezensis BCRC 17467 (EF433407.1), B. velezensis NRRL B-41580 (KY694464.1), B. subtilis 168 (NR102783.1), B. subtilis IAM 12118 (NR112116.2), B. amyloliquefaciens DSM7 (FN597644.1), B. amyloliquefaciens NBRC 15535 (MK182997.1), B. velezensis CAU B946 (NC016784.1), B. velezensis GH1-13 (CP019040.1), B. velezensis QST713 (NZ CP025079.1), and B. atrophaeus JCM 9070 (NR024689.1) are compared with B. velezensis MV2.
표 Table 1. Genome characteristics of B. velezensis MV2 com-pared with other Bacillus sp.
그림 Fig. 2. Complete genome map of B. velezensis MV2. The image shows (from outside to center): genes on the forward strand, genes on the reverse strand (coding sequences in blue, tRNAs in orange, rRNAs in red). The GC content is in black with peaks indicating higher or lower values than the average GC content (peaks out/inside, respectively). The inner circle shows the GC skew. Positive values correspond to green peaks, indicating that the amounts of guanines are enriched in the top strand versus the amount of cytosines in the bottom strand. Purple peaks represent the opposite.
그림 Fig. 4. Mode of action of antimicrobial substance produced from B. velezensis MV2 strain against B. cereus. The arrow indicates the point at which crude extract was added to the culture. Error bar indicates standard deviations from three independent experiments. Untreated control (○); 12.5 μg/ml treatment (●); 25 μg/ml treatment (□); 50 μg/ml treatment (■); 100 μg/ml treatment (△); 200 μg/ml treatment (▲).
그림 Fig. 3. Antifungal activity of antimicrobial substance produced from B. velezensis MV2. (A) A. oryzae, (B) R. oryzae, (C) A. niger, (D) F. fujikuroi, (E) F. graminearum, (F) T. longibrachiatum. I, Untreated; II, Treated with crude extract (1 mg/ml).
표 Table 2. Antibacterial activity of antimicrobial substanceproduced from B. velezensis MV2.
표 Table 3. Gene clusters involved in the synthesis of secondary metabolites in B. velezensis MV2 using antiSMASH.

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