반응표면분석법을 이용한 Bacillus amyloliquefaciens SRCM115785의 protease 활성증가를 위한 배지 최적화

양희건(Hee Gun Yang),하광수(Gwangsu Ha),류명선(Myeong Seon Ryu),박세원(Se Won Park),정호진(Ho Jin Jeong),양희종(Hee-Jong Yang),정도연(Do-Youn Jeong) 한국생명과학회 2021 생명과학회지 Vol.31 No.8

본 연구에서는 반응표면분석법을 이용하여 전통발효식품인 막걸리로부터 분리한 Bacillus amyloliquefaciens SRCM115785 균주에 대하여 protease 생산량을 증가시키기 위한 배지의 최적 농도를 확립하고자 하였다. 선정한 11개의 배지 성분 중 각 성분이 protease 생산에 미치는 영향에 대한 분석을 위해 Plackett-Burman design (PBD)를 설계하여 통계분석한 결과 glucose, yeast extract, beef extract를 protease 생산 향상을 위한 요인으로 최종 선별하였다. 선별된 3개의 성분에 대해 protease 생산을 위한 각 성분별 최적 농도를 결정하기 위해 central composite design (CCD)분석을 설계하여 protease 최대 생산을 위한 각 배지조성별 농도는 glucose 6.75 g/l, yeast extract 12.42 g/l, beef extract 17.48 g/l로 예측되었다. ANOVA 분석을 통해 실험모델의 적합성을 증명하였고, 설계한 최적배지에서 반복실험을 진행하여 protease 생산량을 측정한 결과 예측값과 매우 유사한 값을 나타냄을 확인하였다. 최종적으로 일반 배지에 비해 137% 환이 증가하였으며, 추가로 정량 분석 결과 기존 25.72 U/ml 대비 59.28 U/ml로 230.47% 증가함을 확인하였다. 본 연구를 통해 protease 생산량 증가를 위한 배지 성분의 최적화를 확립하였고, 이를 바탕으로 산업용 효소로서 protease의 효율적인 활용방안에 대한 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. In this study, the optimal medium composition for enhancing protease production was established by the Bacillus strain isolated from Makgeolli, a traditional fermented food, using the response surface methodology. B. amyloliquefaciens SRCM115785 was selected as the protease producer by productivity analysis and identified by 16S rRNA gene sequencing. Plackett-Burman design (PBD) was introduced to analyze the effect of each component on protease production among the 11 selected medium components. As a result, glucose, yeast extract, and beef extract were finally selected as factors for enhancing protease production. Central composite design (CCD) analysis was designed as a method to determine the optimal concentration of each component for protease production and the concentration of each medium composition for maximum protease production was predicted to glucose 6.75 g/l, yeast extract 12.42 g/l and beef extract 17.48 g/l. The suitability of the experimental model was proved using ANOVA analysis and as a result of quantitative analysis to prove this, the amount of increase was 230.47% compared to the LB medium used as a control. Through this study, the optimization of medium composition for enhancing protease production was established, and based on this, it is expected that it can be efficient use of protease as an industrial enzyme.

국내에서 사육되는 Holstein 젖소과 Jersey 젖소의 대변 미생물 분석: 비교연구

하광수(Gwangsu Ha),서지원(Ji-Won Seo),양희건(Hee Gun Yang),박세원(Se Won Park),이수영(Soo-Young Lee),박영경(Young Kyoung Park),이란희(RanHee Lee),정도연(Do-Youn Jeong),양희종(Hee-Jong Yang) 한국생명과학회 2023 생명과학회지 Vol.33 No.7

숙주 동물과 동물의 장내 미생물의 건강 또는 생산성에 대한 연구결과를 미루어 볼 때, 가축 동물의 장내 미생물에 대한 연구는 매우 중요하다. 본 연구는 국내에서 사육되는 젖소 중 홀스타인 종과 저지 종 젖소의 장내 미생물을 분석하고 차세대 염기서열 분석을 통해 젖소 종에 따른 장내 미생물 군집 구조의 차이를 규명하고자 하였다. 젖소의 원유 생산과 관련있는 것으로 알려진 종 풍부도와 종 다양성 지수 분석결과 대부분의 풍부도 및 다양성 지수가 홀스타인 종 보다 저지 종에서 유의한 수준으로 높은 것으로 나타났으나, 종 간의 계통학적 거리를 합산하여 산출되는 phylogenetic diversity 지수는 낮은 것으로 나타났다. 미생물 분포 분석 결과 홀스타인과 저지 종의 두 집단 장내 미생물 군집 구조가 다른 것으로 나타났다. 두 종의 젖소에서 과(family) 수준의 다양한 장내 미생물간의 분포에 상관관계가 있는 것으로 나타났으며, 특히 저지 종의 장내 미생물은 다양한 미생물 분포 사이에 매우 유의한 수준의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 두 종의 젖소 장내 미생물 구조에 차이가 있는지 확인하기 위해 beta-diversity 분석을 수행하였으며, PCoA 분석과 UPGMA clustering 분석 결과 두 그룹의 cluster가 명확히 분리되는 것을 시각적으로 확인하였으며, PERMANOVA 분석 결과 두 종의 장내 미생물 군집 구조가 통계적으로 매우 유의한 수준의 차이가 있는 것으로 나타났다. 두 젖소 종의 장내 미생물 군집 구조 차이에 기여하는 미생물을 확인하기 위해 LEfSe 분석을 수행하였으며, 그 결과 Firmicutes, Bacilli, Moraxellaceae, Pseudomonadales 등의 상대적인 미생물 분포 차이가 두 그룹간 장내 미생물 군집 구조 차이에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. In light of the complex interactions between the host animal and its resident gut microbiomes, studies of these microbial communities as a means to improve cattle production are important. This study was conducted to analyze the intestinal microorganisms of Holstein (HT) and Jersey (JS), raised in Korea and to clarify the differences in microbial structures according to cattle species through next-generation sequencing. The alpha-diversity analysis revealed that most species richness and diversity indices were significantly higher in JS than in HT whereas phylogenetic diversity, which is the sum of taxonomic distances, is not significant. Microbial composition analysis showed that the intestinal microbial community structure of the two groups differed. In the both groups, a significant correlation was observed among the distribution of several microbes at the family level. In particular, a highly significant correlation (p<0.0001) among a variety of microbial distributions was found in JS. Beta-diversity analyis was to performed to statistically verify whether a difference exists in the intestinal microbial community structure of the two groups. Principal coordinate analysis and unweighted pair group method with arithmetic mean (UPGMA) clustering analysis showed separation between the HT and JS clusters. Meanwhile, permutational multivariate analysis of variance (PERMANOVA) revealed that their microbial structures are significantly different (p<0.0001). LEfSe biomarker analysis was performed to discover the differenc microbial features between the two groups. We found that several microbes, such as Firmicutes, Bacilli, Moraxellaceae and Pseudomonadales account for most of the difference in intestinal microbial community structure between the two groups.

시판 한식간장 염도와 간장 미생물 다양성 및 바이오제닉 아민 농도와의 상관관계

하광수(Gwangsu Ha),이란희(Ran Hee Lee),류명선(Myeong Seon Ryu),서지원(Ji-Won Seo),김진원(Jin Won Kim),양희건(Hee Gun Yang),박영경(Young Kyoung Park),정도연(Do-Youn Jeong),양희종(Hee-Jong Yang) 한국생명과학회 2024 생명과학회지 Vol.34 No.8

식품의 바이오제닉 아민은 아미노산 탈탄산화 반응에 의해 생산되며, 알레르기, 소화 문제 및 신경학적 증상을 유발하기도 한다. 최근에는 식품의 바이오제닉 아민의 함량을 줄이기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 간장의 염도가 미생물 다양성과 바이오제닉 아민 생성에 미치는 영향을 분석하였다. 간장의 염도는 종 추정치 및 종 풍부도 지수와 통계적으로 유의한 수준의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. Alpha-diversity 지수는 바이오제닉 아민 함량과 유의한 상관관계가 나타나지 않았으나, 간장의 염도가 증가함에 따라 histamine과 tyramine의 함량이 통계적으로 매우 유의한 수준으로 감소하였다. 간장의 염도를 기반으로 미생물 분포와 바이오제닉 아민 사이의 상관관계를 분석한 결과 Lactobacillus sp.와 Bacteroids sp.의 분포는 염도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났으며, 바이오제닉 아민의 함량은 감소하는 것으로 나타났다. 반면 Tetragenococcus sp., Chromohalobacter sp.와 Halomonas sp.의 분포는 염도가 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났으며, 바이오제닉 아민의 함량은 증가하는 것으로 나타났다. 본 연구 결과에서는 간장의 염도 범위 내에서 염도가 증가함에 따라 Lactobacillus sp., Bacteroides sp. Streptococcus gallolyticus, Pseudomonas sp.의 분포가 증가하였으며, 이들 미생물 분포의 증가는 바이오제닉 아민 생성의 감소 또는 바이오제닉 아민 분해와 관련 있는 것으로 추정된다. Biogenic amines in food, produced through amino acid decarboxylation, can cause allergies, digestive issues, and neurological symptoms. Recently, various studies have been conducted to reduce the levels of biogenic amines in food. This study analyzes the impact of salt concentration in Ganjang on microbial diversity and biogenic amine production. Results show a statistically significant correlation between salt concentration in Ganjang and species richness and species abundance indices. Although the alphadiversity index did not significantly correlate with biogenic amine levels, higher salt concentration resulted in a statistically significant decrease in histamine and tyramine levels. An analysis of the correlation between microbial distribution and biogenic amines based on the salt concentration in Ganjang revealed that the distribution of Lactobacillus sp. and Bacteroides sp. increased as the salt concentration increased while the levels of biogenic amines decreased. On the other hand, the distribution of Tetragenococcus sp., Chromohalobacter sp., and Halomonas sp. decreased with increasing salt concentration, accompanied by an increase in biogenic amine levels. The results of this study suggest that within the salt concentration ranges in Ganjang, an increase in salt concentration is associated with an increase in the distribution of Lactobacillus sp., Bacteroides sp., Streptococcus gallolyticus, and Pseudomonas sp. This increase in microbial distribution is presumed to be related to a reduction in biogenic amine production or an enhancement in biogenic amine degradation.