Nitrogen Sources Inhibit Biofilm Formation by Xanthomonas oryzae pv. oryzae

( Youngseok Ham ),( Tae-jong Kim ) 한국미생물 · 생명공학회 2018 Journal of microbiology and biotechnology Vol.28 No.12

Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo) causes bacterial blight, which results in severe economic damage to rice farms. Xoo produces biofilms for pathogenesis and survival both inside and outside the host. Biofilms, which are important virulence factors, play a key role in causing the symptoms of Xoo infection. In the present study, we investigated the nutritional conditions for biofilm formation by Xoo. Although Xoo biofilm formation may be initiated by interactions with the host, Xoo biofilm cannot mature without the support of favorable nutritional conditions. Nitrogen sources inhibited Xoo biofilm formation by overwhelming the positive effect that cell growth has on it. However, limited nutrients with low amino acid concentration supported biofilm formation by Xoo in the xylem sap rather than in the phloem sap of rice.

Isolation and Identification of Fungi Associated with Decay of Quercus mongolica(신갈나무의 부후에 관여하는 곰팡이 분리 및 동정)

( Youngseok Ham ),( Ji-eun An ),( Soo Min Lee ),( Sang-hoon Chung ),( Sun Hee Kim ),( Mi-jin Park ) 한국목재공학회 2021 목재공학 Vol.49 No.3

The Quercus mongolica has a high utilization value in industrial economic sector. The species is distributed throughout Korea, however, the damage caused by deterioration such as discoloration and decay is severe. For this reason, the deterioration of Q. mongolica is an obstacle to its use as wood, but research on deterioration factors is insufficient. In this study, we focused on fungi as a factor influencing the deterioration of Q. mongolica, and isolated and identified the fungi from the deteriorated Q. mongolica. In additions, in order to confirm whether the identified fungi actually affects wood deterioration, enzyme activities of the identified fungi were evaluated and related mass loss of wood treated with the fungi was measured by wood decay test. As a result of sequencing analysis using the ITS region of the genomic DNA of the fungi isolated from Q. mongolica, Mucor circinelloides, Cunninghamella elegans, and Umbelopsis isabellina 3 species belonging to Mucoromycota phylum, and Ophiostoma piceae and Aureobasidium melanogenum 2 species belonging to Ascomycota phylum were identified. These five fungi had enzyme (i.e. cellulase, laccase) activities related to wood decay and reduced the mass of heartwood and sapwood of Q. mongolica in practice. In particular, O. piceae and A. melanogenum, which have both cellulase and laccase activities, showed 6.9% and 1.5% mass loss, respectively. These results indicated that five fungi identified in this study influence the deterioration of Q. mongolica and are wood decaying fungi for Q. mongolica potentially. 신갈나무는 국내 전역에 두루 분포되어 있는 경제, 산업적으로 활용 가치가 큰 수종이지만, 변색, 부후 등의 열화에 의한 피해가 심각하다. 이러한 이유로 신갈나무의 부후는 목재로써의 활용에 걸림돌이 되나, 부후 요인에 대한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 신갈나무 부후에 영향하는 요인으로 곰팡이에 주목하였으며, 신갈나무의 부후 부위로부터 곰팡이를 분리, 동정하였다. 또한, 동정 된 곰팡이가 실제로 목재 열화에 영향을 미치는지 확인하기 위해 효소 활성을 평가하고, 곰팡이를 처리한 신갈나무 목재의 질량 손실을 목재 부후 실험을 통해 측정하였다. 신갈나무에서 분리된 곰팡이 5종의 genomic DNA의 ITS region을 이용한 염기서열 분석을 통해, Mucoromycota phylum에 속하는 Mucor circinelloides, Cunninghamella elegans, 그리고 Umbelopsis isabellina 3종과 Ascomycota phylum에 속하는 Ophiostoma piceae와 Aureobasidium melanogenum 2종의 곰팡이가 동정되었다. 이러한 5종의 곰팡이는 목재의 부후와 관련된 cellulase나 laccase와 같은 효소 활성이 있으며, 실제로 신갈나무의 심재와 변재의 중량을 감소시켰다. 특히, cellulase와 laccase 활성을 모두 보유한 O. piceae와 A. melanogenum는 신갈나무의 중량을 각각 6.9%와 1.5% 감소시켰다. 이러한 결과들은 본 연구에서 동정된 5종의 곰팡이가 신갈나무의 열화에 영향한다는 것을 의미하며, 신갈나무에 대한 목재 부후균으로써의 가능성을 시사한다.

A New Putative Chitinase from Reticulitermes speratus KMT001

( Youngseok Ham ),( Han-Saem Park ),( Yeong-Suk Kim ),( Tae-Jong Kim ) 한국목재공학회 2019 목재공학 Vol.47 No.3

Termites are pests that cause serious economic and cultural damage by digesting wood cellulose. Termites are arthropods and have an epidermis surrounded by a chitin layer. To maintain a healthy epidermis, termites have chitinase (β-1,4-poly-N-acetyl glucosamidinase, EC 3.2.1.14), an enzyme that hydrolyzes the β-1,4 bond of chitin. In this study, the amino acid sequence of the gene, which is presumed to be termite chitinolytic enzyme (NCBI accession no. KC477099), was obtained from a transcriptomic analysis of Reticulitermes speratus KMT001 in Bukhan Mountain, Korea. An NCBI protein BLAST search confirmed that the protein is a glycoside hydrolase family 18 (GH18). The highest homology value found was 47%, with a chitinase from Araneus ventricosus. Phylogenetic analysis indicated that the KC477099 protein has the same origins as those of arthropods but has a very low similarity with other arthropod chitinases, resulting in separation at an early stage of evolution. The KC477099 protein contains two conserved motifs, which encode the general enzymatic characteristics of the GH18 group. The amino acid sequences Asp¹⁵⁶-Trp¹⁵⁷-Glu¹⁵⁸, which play an important role in the enzymatic activity of the GH18 group, were also present. This study suggests that the termite KC477099 protein is a new type of chitinase, which is evolutionarily distant from other insect chitinases.

Plant Extracts Inhibiting Biofilm Formation by Streptococcus mutans without Antibiotic Activity

( Youngseok Ham ),( Tae-jong Kim ) 한국목재공학회 2018 목재공학 Vol.46 No.6

Streptococcus mutans causes oral diseases, including tooth decay, by producing a biofilm called plaque. Therefore, inhibition of biofilm formation is essential for maintaining oral health. Plants produce a variety of secondary metabolites, which act as starting sources for the discovery of new bioactive chemicals that inhibit biofilm formation of S. mutans. Previous studies have reported on chemicals with antibiotic activity for the inhibition of biofilm formation by S. mutans. In this study, nine plant extracts from Melonis Pedicellus, Agastachis Herba, Mori Cortex Radicis, Diospyros kaki leaves, Agrimoniae Herba, Polygoni Multiflori Radix, Lycopi Herba, Elsholtziae Herba, and Schizonepetae Spica were screened for the inhibition of biofilm formation from a plant extract library. The water-soluble compounds of the extracts did not affect cell growth but selectively inhibited biofilm formation. These results suggest that the selected plant extracts constitute novel biofilm formation inhibitors, with a novel biological mechanism, for improving oral hygiene.

Antibacterial Activity of Essential Oils from Pinaceae Leaves Against Fish Pathogens(어병 세균에 대한 소나무과 잎 정유의 항세균 효과)

( Youngseok Ham ),( Jiyoon Yang ),( Won-sil Choi ),( Byoung-jun Ahn ),( Mi-jin Park ) 한국목재공학회 2020 목재공학 Vol.48 No.4

어병 세균은 어류 양식업의 경제적 피해 뿐만 아니라, 인수공통감염원으로 알려진 전염성 병원균이다. 어병 세균을 제어하기 위해 지속적인 항생제의 사용은 부작용이 수반되기 때문에, 천연 유래 소재의 개발이 요구된다. 본 연구에서는 항생제대체제 개발을 위해 항세균효과가 우수한 침엽수 정유를 발굴하고자 하였다. 소나무과에 속하는 전나무 (Abies holophylla), 곰솔 (Pinus thunbergii), 섬잣나무 (Pinus parviflora), 솔송 (Tsuga sieboldii), 리기테다소나무 (Pinus rigitaeda)의 잎에서 hydrodistillation법을 이용하여 정유를 추출하였으며, 추출된 정유는 어병 세균인 Edwardsiella tarda, Photobacterium damselae, Streptococcus parauberis, Lactococcus garivieae에 대하여 항균력을 평가하였다. 그 결과, 전나무와 곰솔 잎 정유가 그람 음성 세균인 E. tarda와 P. damselae에 대하여 선택적으로 강한 항균력을 나타냈다. GC-MS 분석 결과, 전나무 잎 정유의 주요 성분은 (-)-bornyl acetate (29.45%), D-limonene (20.47%), camphene (11.73%)이고, 곰솔 잎 정유의 주요 성분은 α-pinene (59.81%)으로 각각 확인되었다. 또한, 미량으로 존재하지만 정유와 동일한 효능을 나타내는 유효 성분으로 oxygenated monoterpenes인 neryl acetate, (-)-borneol, (-)-carveol의 세가지 화합물을 구명하였다. 따라서 그람 음성어병세균의 생장억제효과가 우수한 전나무와 곰솔 잎 정유는 사료 첨가제, 수산용 의약품 등 생물학적 제제로 활용 될 수 있을 것으로 사료된다. Fish pathogens cause not only economic damages to fish farming but also infectious pathogens known as a zoonotic agent. Since the continued use of antibiotics to control fish pathogens entails side effects, materials of natural origin need to be developed. The purpose of this study is to discover coniferous essential oils with excellent antibacterial effects in order to develop antibiotic alternatives. We have extracted essential oils using hydro-distillation from the leaves of Abies holophylla, Pinus thunbergii, Pinus parviflora, Tsuga sieboldii, and Pinus rigitaeda, which are all Pinaceae family. And, we have evaluated antibacterial activity with the extracted essential oils against Edwardsiella tarda, Photobacterium damselae, Streptococcus parauberis, and Lactococcus garvieae, which are fish pathogens. As a result, the essential oils from A. holophylla and P. thunbergii showed the selectively strong antibacterial activity against E. tarda and P. damselae, which are gram-negative bacteria. From GC-MS analysis, it was identified that main component of A. holophylla essential oils are (-)-bornyl acetate (29.45%), D-limonene (20.47%), and camphene (11.73%), and that of P. thunbergii essential oils is α-pinene (59.81%). In addition, we found three compounds: neryl acetate, (-)-borneol, and (-)-carveol, which are oxygenated monoterpenes. These exist in a very small amount but exhibit the same efficacy as essential oil. Therefore, we expect that A. holophylla and P. thunbergii essential oils having excellent growth inhibitory effect against gram-negative fish pathogens can be used as biological products such as feed additives and fishery products.

Conditions for Preparing Glycyrrhiza uralensis Extract for Inhibiting Biofilm Formation of Streptococcus mutans

( Youngseok Ham ),( Tae-Jong Kim ) 한국목재공학회 2019 목재공학 Vol.47 No.2

Licorice, which has an extensive history of use as an herbal medicine, has been suggested to have oral health benefits. However, to date, no systematic study has been conducted on the preparation method of licorice extracts for oral health. In this study, licorice extracts prepared using water and ethanol were investigated for its ability to inhibit the biofilm formation of Streptococcus mutans. The licorice extract prepared with around 60% ethanol effectively inhibited the biofilm formation of S. mutans. Licorice extracted with 50% ethanol almost completely inhibited the biofilm formation at 1.5 g/L of licorice extract. This inhibitory activity was confirmed in a microplate assay and a flow cell system. Glycyrrhetic acid was extracted from licorice effectively with 60% ethanol concentration. The strong inhibitory activity of glycyrrhetic acid and the synergistic inhibition with glycyrrhizin on biofilm formation were suggested as major reasons for a concentration-specific extraction. These results suggest that licorice extract prepared using around 60% ethanol effectively inhibits the biofilm formation of S. mutans.

Effect of Sodium Hypochlorite on the Biofilms of Aeromonas hydrophila, Streptococcus mutans, and Yersinia enterocolitica

Ham Youngseok,Park Han-Saem,Kim Minjun,Kim Tae-Jong 한국미생물·생명공학회 2023 한국미생물·생명공학회지 Vol.51 No.1

In this study, the effect of sodium hypochlorite on biofilm removal was evaluated using three bacterial strains; Aeromonas hydrophila, Streptococcus mutans, and Yersinia enterocolitica. For maximum biofilm removal in 10 min, sodium hypochlorite is required at 1.65, 0.83, and 0.41 g/l for A. hydrophila, S. mutans, and Y. enterocolitica, respectively. Resistance to sodium hypochlorite was increased by the biofilms of all three tested strains, while the change in bactericidal activity according to sodium hypochlorite concentration was strain-specific. Therefore, we aimed to determine the effective concentration of sodium hypochlorite required for hygiene, considering that higher concentrations are needed to remove biofilms than to kill cells.

열화된 신갈나무로부터 분리된 미생물의 동정 및 바이오매스 분해 활성

함영석 ( Youngseok Ham ),박미진 ( Mi-jin Park ),안지은 ( Ji-eun An ),정상훈 ( Sang-hoon Chung ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

신갈나무는 국내에서 자생하는 대표적인 참나무류로, 그 목재는 기구재, 건축재, 펄프, 숯, 표고버섯 재배원목 등으로 활용된다. 그러나 기후 환경이나 미생물들에 의한 변색, 부후 등 열화된 목재는 그 상품가치가 낮아진다. 본 연구에서는 열화된 신갈나무의 심재에서 미생물을 분리하고 동정하였으며, 분리된 미생물들의 특성과 바이오매스 분해 활성을 평가하였다. 형태학적으로 구분되는 5종의 곰팡이가 분리되었으며, 이들의 염기서열 분석 결과 Mucoromycota phylum에 속하는 Mucor circinelloides, Umbelopsis isabellina, 그리고 Cunninghamella elegans 3종과, Ascomycota phylum에 속하는 2종의 Ophiostoma piceae와 Aureobasidium melanogenum으로 동정되었다. Cellulase 활성을 평가하기 위해 caboxymethylcellulose를 기질로 하여 CMC assay를 수행한 결과, Mucoromycota phylum에 속하는 M. circinelloides와 C. elegans는 대조군인 Phanerochaete chrysosporium 수준의 높은 효소 활성을 나타냈다. 반면에, 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt를 기질로 사용하여 laccase 활성을 평가한 결과, Ascomycota phylum에 속하는 O. piceae와 A. melanogenum에서만 그 활성이 관찰되었다. 이러한 효소적 활성 평가 결과를 바탕으로 KS F 2213 (2004)에 의거하여 내후성 평가를 수행하였으며, 그 결과 O. piceae에 의해 신갈나무 심재와 변재가 각각3.9%, 3.0% 중량이 감소되었다. 본 연구를 통해 동정된 5종의 곰팡이들은 목재를 구성하는 cellulose와 lignin을 분해하는 효소 활성을 가지고 있으며, 이러한 결과를 통해 이들은 신갈나무의 열화에 일부 영향을 줄 것이라 사료된다.

< 전시-P-82 > Glycyrrhizin과 glycyrrhetic acid 조성비가 Streptococcus mutans 바이오필름 형성에 미치는 영향

함영석 ( Youngseok Ham ),김태종 ( Tae-jong Kim ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.1

구강 내 상주균인 Streptococcus mutans는 치아의 표면에 부착하여 바이오 필름의 일종인 plaque를 형성하고, 젖산을 분비하여 충치를 유발하는 대표적인 병원균으로 알려져 있다. 약초로써 오랜 기간 사용된 감초를 이용하여 S. mutans의 바이오필름 형성을 효과적으로 억제하는 최적의 추출 조건을 확립하고자 하였다. 선행 연구에서 우즈베키스탄 감초를 다양한 농도의 에탄올 수용액(0, 20, 40, 50, 60, 70, 80, 95%)으로 추출하여, S. mutans 바이오필름 형성 억제 효능을 관찰하였다. 그 결과, 50-70% 특정 에탄올 농도 구간의 감초 추출물에서 특이적으로 그 효과가 매우 강력한 것을 확인하였다. 이에 본 연구에서는 high performance liquid chromatography(HPLC) analysis를 통하여 감초의 구성 성분으로 알려진 glycyrrhizin과 glycyrrhetic acid의 함량을 확인하였다. 그 결과, glycyrrhizin의 함량은 바이오필름 형성 억제 효과가 관찰되지 않은 물 추출물을 포함한 0-80% 에탄올 추출물에서 큰 차이를 나타내지 않았지만, 바이오필름 형성 억제 효과가 뛰어난 glycyrrhetic acid가 50-70% 에탄올 농도에서 효과적으로 추출 되었으며, 이는 물 추출물에 존재하는 함량보다 약 24-46배 높은 수치임을 확인하였다. Glycyrrhetic acid와 glycyrrhizin의 checkerboard assay 결과, 2 mM 농도의 glycyrrhizin과 0.15 mM 농도의 glycyrrhetic acid의 조합에서 강력한 상승적 바이오필름 형성 억제 효과(synergistic effect)를 나타냈으며, 이는 동일 농도의 glycyrrhizin보다 약 17배, glycyrrhetic acid보다 약 8배 그 억제 효과가 증가하였다. 이러한 결과는 50-70% 특정 에탄올 농도 구간에서 강력한 바이오필름 형성 억제 현상의 주요 원인으로 사료되며, 50-60% 에탄올을 사용하여 제조한 감초 추출물이 S. mutans의 바이오필름 형성을 가장 효과적으로 억제하는 추출 조건임을 제안하는 바이다.

부후된 굴참나무로부터 곰팡이 분리 및 동정과 군집분석

함영석 ( Youngseok Ham ),박미진 ( Mi-jin Park ),이수연 ( Su-yeon Lee ),윤정하 ( Jeongha Yoon ),나현정 ( Hyunjeong Na ),장석윤 ( Seokyoon Jang ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

활엽수림은 국내에서 가장 넓은 면적으로 분포하고 있으며, 국산 고부가가치 목재 활용을 위한 중요한 자원이다. 본 연구는 미생물학적 접근을 통해 활엽수의 목재 자원으로써 이용 가치를 저하시키는 부후에 관여하는 미생물을 분석하고, 분석된 미생물들을 목재 품질 바이오마커로 활용하고자 하였다. 이에 본 연구에서는 굴참나무(Quercus variabilis)를 공시재료로 사용하였으며, 정상목과 부후 정도에 차이가 있는 4개의 부후목(A - D)을 각각 대조군과 실험군으로 사용하여 미생물 군집분석을 수행하였다. 또한, 부후 부위로부터 곰팡이를 분리 및 동정하였다. 군집분석은 곰팡이의 variable region인 ITS 2 구간을 이용하였으며, Illumina Miseq을 이용하여 염기서열을 분석하였다. ‘Phylum’ 수준의 곰팡이 군집분석 결과, Ascomycota (68.89 - 40.91%), Basidiomycota (23.79 -0.94%), Mucoromycota (10.52 - 0.02%) 순으로 우점하는 것으로 조사되었다. 특히, 대조군 대비 모든 실험군에서 Basidiomycota 비율이 증가하였다. 부후목 B의 경우 대조군과 비교하여 Mucoromycota의 비율 또한 증가하였으며, Mortierellomycota가 새롭게 검출되었다. 대조군과 실험군을 분말화하여 Potato dextrose agar(PDA+Streptomycin+Benomyl) 상에서 곰팡이를 분리하였다. 분리된 곰팡이로부터 genomic DNA를 추출하였으며, ITS 1, 4 구간을 이용하여 동정하였다. 형태학적으로 구분되는 곰팡이가 분리되었으며, 동정 결과 자낭균류(Ascomycota), 담자균류 (Basidiomycota), 접합균류 (Mucoromycota)의 곰팡이가 조사되었다. 앞서 군집분석 결과에서 유의미한 변화를 나타낸 Basidiomycota는 대조군에서 1종 (Schizophyllum commune )이 분리되었으며, 부후목 A에서 7종 (Daedaleopsis rubescens, Dentipellis rhizomorpha, Emmia lacerata, Peniophora incarnata, Phlebia acerina, Spongipellis delectans, Trametes cubensis) , 부후목 B에서 2종 (Dentipellis rhizomorpha, Sistotrema brinkmannii), 부후목 C에서 1종 (Marasmius cladophyllus), 그리고 부후목 D에서 1종 (Phlebia acerina)이 확인되었다. 본 연구결과는 목재 자원의 가치를 저하시키는 부후에 관여하는 미생물학적 정보를 제공하고, 추후 부후기작 연구에 대한 기초자료로 활용될 수 있으며, 궁극적으로는 목재 자원의 품질 바이오마커로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.