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유기용매 내성 세균 Pseudomonas sp. BCNU106 균주에서 차별적으로 상향 발현되는 유전자군의 톨루엔 내성과의 연관성
주우홍(Woo Hong Joo),배윤위(Yun-Ui Bae),김다솜(Da Som Kim),김동완(Dong Wan Kim) 한국생명과학회 2020 생명과학회지 Vol.30 No.1
유기용매 내성 세균인 Pseudomonas sp. BCNU 106을 10%(v/v) 톨루엔에 노출시킨 후 8시간 동안 random arbitrarily primed polymerase chain reaction (RAP-PCR)기법을 이용하여 메신져 RNA 발현 레벨을 조사하였다. 총 100개의 상향발현된 발현 산물 중에서 50개의 상보적인 단편들이 반복적으로 재현성있게 발현되는 것으로 확인되어, 이들을 클로닝을 하였으며 나아가 유전자 염기서열을 결정하였다. Blast analysis 결과, 톨루엔은 LysR family transcriptional regulator 그리고 RNA polymerase factor sigma-32같은 전사와 관련된 유전자들의 발현 레벨을 적응적으로 증가시키는 것으로 확인되었다. 그리고 톨루엔 스트레스 존재 하에서 inorganic ion 수송과 대사와 관련된 catalase와 Mn<SUP>2+</SUP>/Fe<SUP>2+</SUP> transporter 유전자의 발현이 증가되었으며, 신호전달과 대사와 기능적으로 관련된 type IV pilus assembly PilZ와 multi-sensor signal transduction histidine kinase 유전자들의 발현 증가도 확인되었다. 한편 톨루엔 노출 후 탄수화물 수송과 대사와 관련된 beta-hexosaminidase 유전자발현 레벨이 증가하였다. 나아가 DNA polymerase III subunit epsilon, DNA-3-methyladenine glycosylase II와 DEAD/DEAH box helicase domain-containing 유전자들과 같은 DNA 복제, 재조합 그리고 수복에 관련성이 있는 유전자들의 발현 레벨 그리고 심지어는 ABC transporter 유전자와 같은 방어 메커니즘에 관련성이 있는 유전자들의 발현 레벨이 적응적으로 증가되는 것으로 밝혀졌다. 특히 10% 톨루엔 존재하에서 ABC transportor, Mn<SUP>2+</SUP>/Fe<SUP>2+</SUP> transporter 및 β-hexosaminidase 유전자에 해당하는 RNA들이 괄목하게 유도되는 것이 확인되었다. 그러므로 유기용매 내성 세균 Pseudomonas sp. BCNU 106이 유기용매에 대하여 내성을 나타내는데 있어서 방어 메커니즘, 세포내 이온 항상성 그리고 바이오 필름 형성이 필수적인 것으로 확인되었다. Using a random arbitrarily primed polymerase chain reaction, messenger RNA expression levels were assessed after exposure to 10% (v/v) toluene for 8 hr in solvent-tolerant Pseudomonas sp. BCNU 106. Among the 100 up-expressed products, 50 complementary DNA fragments were confirmed to express repeatedly; these were cloned and then sequenced. Blast analysis revealed that toluene stimulated an adaptive increase in the gene expression level in association with transcriptions such as LysR family of transcriptional regulators and RNA polymerase factor sigma-32. The expression of catalase and Mn2+/Fe2+ transporter genes functionally associated with inorganic ion transport and metabolism increased, and the increased expression of type IV pilus assembly PilZ and multi-sensor signal transduction histidine kinase genes, functionally categorized into signal transduction and mechanisms, was also demonstrated under toluene stress. The gene expression level of beta-hexosaminidase in association with carbohydrate transport and metabolism increased, and those of DNA polymerase III subunit epsilon, DNA-3-methyladenine glycosylase II, DEAD/DEAH box helicase domain-containing protein, and ABC transporter also increased after exposure to toluene in DNA replication, recombination, and repair, and even in defense mechanism. In particular, the RNAs corresponding to the ABC transporter, Mn2+/Fe2+ transporter, and the β-hexosaminidase gene were confirmed to be markedly induced in the presence of 10% toluene. Thus, defense mechanism, cellular ion homeostasis, and biofilm formation were shown as essential for toluene tolerance in Pseudomonas sp. BCNU 106.