Bacillus velezensis FZB42 유래 아밀로사이클리신의 특성과 식품성 병원균 제어 = Characteristics of Amylocyclicin Produced by Bacillus velezensis FZB42 and Control of Foodborne Pathogens

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With the growing consumer demand for clean-label products, natural biopreservatives have attracted considerable attention as alternatives to conventional chemical preservatives. This study aimed to evaluate a bacteriocin produced by Bacillus velezensis FZB42 isolated from kimchi by optimizing its production conditions, characterizing its physicochemical properties, and assessing its biofilm control efficacy.
The isolated strain was identified as B. velezensis FZB42 via 16S rRNA gene sequencing. PCR analysis confirmed the presence of the acnA gene encoding the precursor of amylocyclicin （a bacteriocin）, as well as lipopeptide genes （surfactin, fengycin, and iturin）, while no enterotoxin genes were detected. The optimal culture conditions maximizing bacteriocin activity （320 AU/mL） were established in LB medium at pH 7.0 and 30°C for 24 hours. The bacteriocin was purified using a Sep-Pak C18 cartridge and RP-HPLC, and its precise molecular weight was determined to be 6,374.5 Da by MALDI-TOF mass spectrometry.
The purified amylocyclicin exhibited potent antibacterial activity exclusively against Gram-positive bacteria, with Listeria monocytogenes KCCM 40307 showing the highest sensitivity, with a MIC50 of 0.419 mg/mL. Mode of action studies revealed a bactericidal effect, which was visually confirmed by FE-SEM through the cell wall and, membrane disruption, and subsequent leakage of intracellular contents in treated indicator cells. Furthermore, the bacteriocin retained full antibacterial activity after thermal treatment at 80°C for 90 minutes, remained stable over a pH range of 4.0–8.0, and maintained 100% activity after exposure to methanol at concentrations up to 100%.
When applied to food model systems （soft tofu and chicken breast） inoculated with L. monocytogenes, bacterial growth was significantly inhibited during storage at a refrigerated temperature of 4°C. The formation of biofilms by foodborne pathogens on processing equipment surfaces poses a serious threat to public health and contributes to persistent cross-contamination in the food industry. Notably, while the bacteriocin did not directly disperse preformed Bacillus cereus KCCM 11204 biofilms, it successfully penetrated the dense biofilm matrix and reduced the viability of embedded sessile cells, thereby effectively controlling mature biofilms.
In conclusion, amylocyclicin produced by B. velezensis FZB42 possesses exceptional physicochemical stability and potent biofilm-penetrating bactericidal efficacy, strongly suggesting its high potential for practical application as a next-generation natural food preservative to enhance food safety.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론
• 1. 박테리오신
• 2. 박테리오신의 분류
• （1） Class I 박테리오신
• （2） Class II 박테리오신
• （3） Class III 박테리오신
• 3. 박테리오신의 항균기작
• 4. 박테리오신과 항생제
• 5. 박테리오신의 응용
• （1） 의약품 산업
• （2） 축산업
• （3） 식품산업
• （4） 농업
• （5） 한계 및 해결방안
• 6. Bacillus velezensis
• 7. Amylocyclicin
• Ⅱ. 연구목적
• Ⅲ. 실험 재료 및 방법
• 1. 실험 재료
• 1） 배지
• 2） 지시균
• 3） 가수분해효소
• 4） Chemicals
• 5） 박테리오신 정제 컬럼
• 2. 실험 방법
• 1） 발효식품에서 미생물 분리 및 배양
• 2） 박테리오신 생산 균주 탐색 및 선별
• 3） 박테리오신 생산 균주 동정
• 4） 주사현미경을 이용한 세포형태 관찰
• （1） Bacillus velezensis FZB42의 세포형태 관찰
• （2） 지시균 세포에 대한 박테리오신의 영향
• 5） 항균 스펙트럼 조사
• 6） PCR을 통한 박테리오신과 리포펩타이드 및 독성 유전자 확인
• 7） 아밀로사이클리신 최적 생산 조건
• （1） 배양 온도 영향
• （2） 배양 초기 pH 영향
• （3） 아밀로사이클리신 생산 최적화
• 8） 물리화학적 특성
• （1） 가수분해효소의 영향
• （2） 열 안정성
• （3） pH 안정성
• （4） 유기용매 안정성
• 9） 지시균 감수성
• 10） 아밀로사이클리신 작용기작
• 11） 식품에서 Listeria 증식 억제효과
• 12） 아밀로사이클리신 저장성
• 13） 바이오필름 제어 평가
• （1） 바이오필름 생성 억제능
• （2） 바이오필름 분해능
• （3） 기형성 바이오필름 침투능
• 14） 아밀로사이클리신 정제
• （1） 대량 배양
• （2） 황산암모늄 농축 및 투석
• （3） Sep-Pak
• （4） RP-HPLC
• 15） SDS-PAGE
• 16） MALDI-TOF mass spectrometry 분석
• Ⅳ. 결과
• 1. 박테리오신 생산 균주 선별 및 동정
• 2. 주사전자현미경을 이용한 선별주의 세포형태 관찰
• 1） Bacillus velezensis FZB42의 세포형태 관찰
• 2） 지시균 세포에 대한 박테리오신의 영향
• 3. 박테리오신의 항균 스펙트럼
• 4. PCR 분석을 통한 유전자 확인
• 1） 박테리오신 유전자 확인
• 2） 리포펩타이드 유전자 확인
• 3） 독성 유전자 확인
• 5. 아밀로사이클리신 생산 최적화
• 1） 배양 온도 영향
• 2） 초기 배지 pH 영향
• 3） 아밀로사이클리신 생산 최적화
• 6. 물리화학적 특성 조사
• 1） 가수분해효소 영향
• 2） 열 안정성
• 3） pH 안정성
• 4） 유기용매 안정성
• 7. 아밀로사이클리신 농도별 지시균 감수성
• 8. 아밀로사이클리신 작용기작
• 9. 식품에서 Listeria 증식 억제 효과
• 10. 아밀로사이클리신 저장성
• 11. 바이오필름 제어 평가
• 1） 바이오필름 생성 억제능
• 2） 바이오필름 분해능
• 3） 기형성 바이오필름 침투능
• 12. 아밀로사이클리신의 정제
• 1） Bacillus velezensis FZB42 배양 및 황산암모늄 농축
• 2） Sep-Pak
• 3） RP-HPLC
• 13. SDS-PAGE
• 14. MALDI-TOF mass spectrometry 분석
• Ⅴ. 결론 및 고찰
• 참고문헌
• Abstract