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한국미생물·생명공학회지검색

Microbiology and Biotechnology Letters


  • - 주제 : 자연과학분야 > 생물
  • - 성격 : 학술지
  • - 간기: 계간
  • - 국내 등재 : KCI 등재
  • - 해외 등재 : - / SCOPUS
  • - ISSN : 1598-642x
  • - 간행물명 변경 사항 : 산업미생물학회지(~2001)→한국미생물·생명공학회지(2002~)
논문제목
수록 범위 : 39권 3호 (2011)

해양 미생물 유래 해조 다당류 분해 효소의 특성 및 산업적 응용

김정환 ( Jeong Hwan Kim ) , 김연희 ( Yeon Hee Kim ) , 김성구 ( Sung Koo Kim ) , 김병우 ( Byung Woo Kim ) , 남수완 ( Soo Wan Nam )
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최근에 해조류 유래 기능성 소재는 항종양성, 항바이러스성, 항혈액응고 및 면역력 증강 등의 다양한 생리활성기능을 갖는 것으로 알려져 있다. 특히 해조 다당류를 저분자화하면 다양한 생체조절 기능성이 월등히 높게 나타나고 있음이 보고되고 있다. 따라서 해조 다당류를 해조류로부터 효과적으로 추출하는 방법의 최적화 및 해조 다당류의 저분자화를 통하여 해조 다당류 기능성 증진 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 총설에서는 최근 부각되고 있는 해양 미생물 유래 해조 다당류 분해효소를 이용한 기능성 신소재 개발 및 산업적 응용에 대하여 논하고자 한다.
4,500
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동물은 고기, 우유, 및 달걀과 같은 중요한 산물을 생산한다. 현대사회의 도시화과정 및 고도 성장은 보다 많은 동물성 산물을 요구하고 작은 농장에서 밀집화된 사육이 이루어지게 되는 원인이 되었다. 결과적으로 가축 분뇨생산량이 증가되었으며, 그에 따른 악취문제도 필연적인 결과로 나타났다. 분뇨로 인한 악취문제를 해결하지 못할 경우 축산업의 지속적인 발전과 환경개선을 이루는 큰 장애가 될 것이다. 축산환경으로 생산되는 악취는 휘발성지방산, 암모니아와 휘발성아민, 인돌과 페놀, 그리고 황화합물 네 종류로 분류된다. 질소성분의 절반 이상은 뇨로 배설되기 때문에 동물을 사육하는 과정에서 저단백 사료와 합성아미노산을 급여시키고, 소화효소나 미생물제제 혹은 생균제를 사료에 첨가해줄 경우 질소원의 배출량을 감소시켜줄 수 있는 중요한 방법이 될 것이다. 따라서, 축산환경의 개선과 축산분야의 생산성을 향상시켜기 위하여 사료 및 보조사료를 급여하는 다양한 시도가 진행되고 있다.

국내 특수 생태환경의 탈질 저영양 세균의 종 다양성 및 생리적 특성 분석

이창묵 ( Chang Muk Lee ) , 원항연 ( Hang Yeon Weon ) , 권순우 ( Soon Wo Kwon ) , 강한철 ( Han Chul Kang ) , 구본성 ( Bon Sung Koo ) , 윤상홍 ( Sang Hong Yoon )
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국내의 대표적 섬이나 생태환경이 잘 보존된 토양으로부터 저영양세균 3,471주를 분리하였고 이로부터 질소발생 분석법에 따라 탈질균 135주를 최종 선발하였다. 이들 균주의 16S rDNA를 염기서열 분석한 결과 이들의 90% 가량이 Proteobacterium 문에 속하였으며 다른 44속에 대부분 포함되었다. 대표적인 44속에 대해 분자생물학적 동정을 한 후 다양한 외부환경(온도, pH, 염, 무기질소염) 조건에 대한 이들의 생존성 범위를 조사한 결과, 넓은 온도(4℃~42℃)와 pH(4~10)범위에서 자랄 수 있는 탈질균 12 종을 최종 선발하였다.

호냉성 해양세균 Shewanella sp. L93로부터 Eicosapentaenoic Acid 생산 및 정제를 위한 최적화 조건

모상준 ( Sang Joon Mo ) , 홍혜원 ( Hye Won Hong ) , 방지헌 ( Ji Heon Bang ) , 조기웅 ( Ki Woong Cho )
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Eicosapentaenoic acid 생산 세균을 얻기 위해 1999~2000년 하계연구 기간 중에 남극 생물 및 침적토를 사용하여 600주의 균주를 분리하였고 TLC와 GC를 사용하여 오메가-3고도불포화 지방산 EPA를 생산하는 미생물 7 주를 성공적으로 분리하였으며, 이중 EPA 생산이 가장 높은 L93 균주를 선발하였다. 16S rDNA의 염기서열 분석을 통하여 Shewanella 속으로 조사되었으며, 이에 분리된 균주를 Shewanella sp. L93라 명명하였다. EPA를 생산 최적 배양온도 4℃ 이며, 초기 pH 7에서 최적 EPA 함량을 보였다. 아울러 염 농도는 50 %(w/v)에서 생산이 최대였다. EPA 최적생산 조건을 이용하여 리터당 320 mg을 생산할 수 있는 생산 시스템을 확립하였다. Urea 침전법과 HPLC을 이용하여 수율 72% 이상의 97% 순도를 가진 EPA를 정제할 수 있는 분리 정제 시스템 또한 본 연구를 통하여 확립하였다.

이소플라본의 유방암 항암효능에 대한 메타분석

권소진 ( So Jeen Kwon ) , 송방호 ( Bang Ho Song )
5,400
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대두 이소플라본 성분의 유방암 항암성과 다양한 폐경기증상의 완화 효능을 분석하고자 유방밀도와 안면홍조현상의 억제능을 생체 마커로 설정하였다. 중재 유형으로 대두, 적클로버, 승마 등에서 정제된 이소플라본과 대두의 조추출액을 설정하여 지난 15년간의 관련 논문을 색인, 40여 편의 중재논문을 선별하였다. 이소플라본의 효과는 유방영역, 밀집, 비밀집 영역, 홍조의 심화도, 발생 빈도, 혈관질환성 등을 종속변수로 설정, 복용량, 복용기간, 복용시기, 폐경 여부 등의 요인에 따른 항암 효과를 비교분석하였다. 그 결과 중재유형별로 유방밀도와 안면홍조의 억제효능에서 전자는 대두추출물에서, 후자는 정제된 이소플라본에서 현저하게 강한 효능이 나타났다. 종속변수로써 유방밀도는 밀집영역과 음영백분율에서는 양성적 효능이 인정되었고, 안면홍조에서는 홍조의 심화도에 비해 발생빈도가 현저히 억제되었다. 유방밀도와 안면홍조에 강한 억제 효능이, 복용량에서는 50 mg/일 이상 100 mg/일 미만, 복용기간은 1년 정도가 가장 효율성이 높은 노출기간으로 판정되었다. 특히 폐경 전이 폐경후보다 유방밀도와 안면홍조의 억제효과가 더 강하게 나타났다. 이상의 결과 포괄적인 메타분석에서 유방밀도는 이소플라본에 의해 2%가 억제되어 효능이 약하였지만 안면홍조는 23%의 강한 억제효능이 있는 것으로 해석되었다.

Proteus vulgaris에서 유래한 리파아제의 고정화 및 바이오디젤 생산

윤신아 ( Shin Ah Yoon ) , 한진이 ( Jin Yee Han ) , 김형권 ( Hyung Kwoun Kim )
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바이오디젤은 긴 사슬 지방산의 알킬 에스테르로서 동물성 지방 또는 식물성 오일과 알코올이 반응하여 에스테르 교환반응에 의해 생성되는 대체연료이다. 지난 십여 년 동안, 다양한 리파아제를 이용한 바이오디젤 생산에 대해 연구되었다. 하지만 효소 촉매 공정을 통한 바이오디젤 생산의 경우, 높은 효소 단가로 산업적 공정에 쉽게 적용할 수 없었다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 저렴한 오일 원료를 선택하거나, 바이오디젤 생산에 적합한 리파아제를 스크리닝하는 과정 또는 리파아제 고정화 방법이 활발히 연구되었다. 이번 연구에서는 P. vulgaris에서 유래한 리파아제 K80을 E. coli균에서 발현하여 얻은 효소액으로 바이오디젤을 생산하였다. 재조합리파아제 K80은 높은 발현량을 보였으며, 높은 가수분해 반응의 비활성도(specific activity)와 유기용매에서 높은 안정성을 확인했다. 리파아제 K80은 올리브 오일과 메탄올을 3-stepwise 방법을 이용하여 바이오디젤을 생산할 수 있었다. 리파아제 K80을 소수성 결합을 이용하여 담체 표면에 흡착시켜 얻은 고정화 K80을 이용하여 수용성 리파아제 K80과 동일한 방법으로 바이오디젤을 생산한 결과, 효율적으로 바이오디젤 생산을 확인했다. 고정화 K80은 다양한 식물성 오일과 메탄올을 사용하여 효과적으로 바이오디젤을 생산하였다. 고정화 K80을 이용하여 바이오디젤 생산뿐만 아니라 다른 산업적 공정에서도 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

Mortierella sp. 유래 α-Galactosidase의 기질특이성

박귀근 ( Gwi Gun Park )
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Mortierella sp. 유래 효소 정제는 CM-sephadex C-50 column chromatography와 Sephadex G-100 column에 의해 수행하여 SDS-전기영동에서 단일밴드를 확인하였고 분자량은 57kDa로 결정되었다. melibiose, raffinose 및 stachyose의 세 종류의 기질에 대한 특이성에서는 Mortierella sp. 유래 정제 α-galactosidase는 세 종류 기질의 비환원말단에 위치하고 있는 galactose를 모두 유리하는 특이성이 있음을 확인하였다. Bacillus sp. 유래의 Gal³Man₄에 대해서 반응초기 3시간부터 가수분해가 진행되어 반응말기에서는 galactose, mannotetraose 그리고 분해되지 않고 일부 남아있는 Gal³Man₄의 spot이 출현된 반면, 중합도 7의 Gal2,3Man5에 대해서는 반응초기부터 말기까지 전혀 특이성이 없음을 시사하였다. Trichoderma harzianum 유래의 Gal²Man₃에 대해서는 반응초기 3시간부터 가수분해가 진행되어 일부 galactose와 mannotriose spot이 출현되고 있는 반면, 중합도 7의 Gal²Man6에 대해서는 Bacillus sp. 유래의 중합도 7의 Gal2,3Man5와 동일하게 galactose를 절단하는 능력이 없는 특이성을 보이고 있다. Xylogone sphaerospora 유래의 Gal²Man₃는 Trichoderma harzianum 유래의 중합도 4와 동일한 구조로서 가수분해 시간 경과에 따른 반응말기에서 역시 galactose, mannotriose 및 잔존하는 Gal²Man₃ spot이 출현하고 있는 반면 중합도 6인 Gal²Man5에 대해서는 mannopentaose의 환원말단부터 2번 mannose에 결합하고 있는 galactose에 대해서는 역시 특이성을 나타내지 않아 반응 초기부터 말기까지 가수분해 pattern에 대한 변화를 보이지 않고 있다.
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탄소원으로 palm kernel meal(PKM)과 밀기울을 함유한 배지에서 농후배양하여 작물 재배 토양으로부터 xylan과 locust bean gum(LBG)에 대한 분해활성이 있는 균을 분리하였다. 분리균 YB-1107의 16S rDNA 서열이 Cellulosimicrobium속 균주와 유사도가 높은 균주로 판명되었다. 분리균의 mannanase는 LBG와 PKM에 의해 생산성이 증가된 반면에 xylanase는 oat spelt xylan과 밀기울에 의해 생산성이 증가되었다. Mannanase는 0.7% PKM을 첨가한 배지, xylanase는 1% 밀기울을 첨가한 배지에서 각각 최대 생산성을 보였으며 모두 정지기에서 생산이 되었다. 분리균의 배양상등액은 55℃와 pH 6.5에서 mannanase의 최대활성을 보였으며, 65℃와 pH 5.5에서 xylanase의 최적반응 활성을 나타냈다. Mannanase에 의해 분해된 LBG와 xylanase에 의해 분해된 xylan으로부터 각각 올리고당이 관찰되었으며, 또한 이들 효소는 밀기울과 미강도 분해하여 올리고당으로 전환하는 것으로 확인되었다.

유산발효에 의한 발효한약의 기능분석

강동희 ( Dong Hee Kang ) , 김현수 ( Hyun Soo Kim )
4,500
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본 연구에서는 중풍, 고혈압, 동맥경화, 염증성 피부질환에 사용되고 있으며, 다양한 질환들에서 연구되어 있는 방풍통성산을 선정하여 4가지 약재를 가미한 후 기존의 기능성 물질과 Lactobacillus 균주에 의해 생성되거나 증가된 기능성 물질을 확인하고자 하였다. 한약을 이용한 복합배양은 공시균주의 수 및 접종시기를 달리하여 여러 조합으로 수행하였다. 전자공여능 및 superoxide dismutase 유사 활성 측정을 통해 한약의 항산화 활성은 각각 31.7%와 36.3%로 나타났으며, 복합배양을 통해 발효된 한약의 항산화 활성은 각각 77% 이상, 42% 이상으로 나타나 한약보다 항산화 활성이 더 높게 나타났다. 항균 활성은 한약의 경우 모든 시험균주에 항균 활성이 나타나지 않았으나, 복합배양 된 한약의 경우에는 B. subtilis PCI 219, P. aeruginosa KCTC 2004, S. aureus subsp. aureus KCTC 1916에 항균 활성을 보였으며, 특히 여드름을 유발시키는 P. acnes KCTC 3314에 항균활성을 보였다. RBL-2H3 세포주에서 알레르기 억제 효과를 확인한 결과 한약은 60% 알레르기 억제 효과를 보였으며, 발효한약은 57% 알레르기 억제 효과를 보였다. 발효한약은 알레르기 억제 효과와 함께 항균 활성과 항산화 활성의 증가로 인하여 알레르기 개선, 피부노화 및 병원성 미생물에 의한 피부질환의 개선에 효과가 있을 것으로 사료된다.

Lactobacillus johnsonii IDCC 9203으로 발효한 울금의 소염 및 항알레르기 효과

김성범 ( Seong Beom Kim ) , 강병화 ( Byung Hwa Kang ) , 권혁상 ( Hyuk Sang Kwon ) , 강재훈 ( Jae Hoon Kang )
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인도산 울금 분말을 bifidobacteria와 lactobacilli를 포함한 프로바이오틱 유산균으로 발효한 시료들의 소염활성 정도를 세포 내 염증성 인자들의 발현양을 관찰함으로써 평가하였다. 그 중 L. johnsonii IDCC 9203으로 발효한 시료의 소염활성이 가장 뛰어났다. 이를 바탕으로 울금 분말을 포함한 본배양 배지에서 L. johnsonii IDCC 9203으로 21시간 동안배양 후 얻은 상등액으로 발효 울금 원료를 제조하였고, 제조된 발효 울금 원료에 대한 소염활성 효능을 테스트하기 위해 LPS로 활성화된 raw 264.7 세포주에 처리하고 COX-2와 iNOS의 발현양을 확인하였다. 그 결과 발효 울금 원료 250?g/mL까지 농도 의존적으로 COX-2와 iNOS의 발현을 감소시켰으며, 그 저해 활성은 동일 농도의 비발효 울금 원료보다 강하였다. NC/Nga 아토피 피부염 동물모델과 PCA 동물모델에서 발효 울금 원료의 효능 확인 결과 대조군에 비해 아토피 피부염의 초기 증상 개선효과와 급작형 과민반응에 대한 예방효과가 뛰어남을 확인하였다. 발효 울금 원료의 유효성분 함량을 분석했을 때 커큐민의 함량은 비발효 울금 원료에 비해 2.5배 증가했으며, 수용성 커큐민의 함량 역시 증가하였다. 또한 비스디메톡시커큐민이나 디메톡시커큐민의 함량도 증가되었을 뿐 아니라 전체 커큐미노이드 중에서 이들 유도체의 비중이 높아짐을 확인하였다. 모든 결과들을 종합하면, 울금 분말을 L. johnsonii IDCC 9203을 이용하여 발효함으로써 유효성분인 커큐미노이드들의 성분비가 변화하고 수용성 커큐미노이드의 증가에 의한 생체 이용율 증가로 울금의 소염 및 항알레르기 활성이 증가된다. 본 연구를 통해 L. johnsonii IDCC 9203으로 발효한 울금 원료는 급성기 피부염에 대한 예방 및 치료 목적으로 사용 가능할 것으로 예상된다.
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