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.

반응표면분석법을 이용한 Leuconostoc mesenteroides SRCM201425의 만니톨 생산배지 최적화

하광수(Gwangsu Ha),신수진(Su-Jin Shin),정성엽(Seong-Yeop Jeong),양호연(HoYeon Yang),임수아(Sua Im),허주희(JuHee Heo),양희종(Hee-Jong Yang),정도연(Do-Youn Jeong) 한국생명과학회 2019 생명과학회지 Vol.29 No.8

본 연구에서는 경제성 있는 생물학적 만니톨 고생산을 위해 선별균주의 만니톨 생산 최적화 배지조성을 RSM 방법을 이용하여 확립하고자 하였다. 먼저 김치로부터 분리된 10균주의 만니톨 생산량과 과당으로부터 만니톨 전환율 분석을 통하여 SRCM201425 균주를 선발하였으며, 선발균주는 16S rRNA 유전자 염기서열과 당 발효 분석을 통하여 Leuconostoc mesenteroides로 동정하였다. Plackett-Burman design (PBD)을 이용하여 만니톨 생산에 영향을 주는 배지 인자를 선별하기 위해 총 11개의 탄소원, 질소원, 무기원소의 영향을 조사하였으며, 통계학적 분석을 통하여 최종적으로 fructose와 sucrose, peptone을 선정하였다. 만니톨 생산을 위한 선별된 각 변수의 최적 농도를 결정하기 위한 방법으로 central composite design (CCD)과 반응표면 분석법을 이용하였으며, 최종적으로 CCD를 통해 만니톨 생산을 위한 배지 조성의 최적 농도는 fructose 38.68 g/l, sucrose 30 g/l, peptone 39.67 g/l으로 예측되었으며, 통계학적 분석을 통해 실험모델의 적합성을 확인하였다. 최종적으로 MRS 배지에서의 생산량의 약 20배의 만니톨을 생산할 수 있었으며, 100 g/l의 fructose가 포함된 MRS 배지 대비 97.46%의 만니톨을 생산하면서, 산업화시 기존 배지 대비 생산비용을 크게 절감할 수 있을 것으로 예상되었다. 본 연구를 통하여 만니톨생산을 위한 배지 조성의 최적화를 확립하였으며, 만니톨을 생산하기 위한 방법으로 주로 사용되고 있는 고비용의 촉매환원 방법을 대체할 방법을 제시할 수 있는 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. This study was undertaken to establish optimum medium compositions for cost-effective mannitol production by Leuconostoc mesenteroides SRCM201425 isolated from kimchi. L. mesenteroides SRCM21425 from kimchi was selected for efficient mannitol production based on fructose analysis and identified by its 16S rRNA gene sequence, as well as by carbohydrate fermentation pattern analysis. To enhance mannitol production by L. mesenteroides SRCM201425, the effects of carbon, nitrogen, and mineral sources on mannitol production were first determined using Plackett-Burman design (PBD). The effects of 11 variables on mannitol production were investigated of which three variables, fructose, sucrose, and peptone, were selected. In the second step, each concentration of fructose, sucrose, and peptone was optimized using a central composite design (CCD) and response surface analysis. The predicted concentrations of fructose, sucrose, and peptone were 38.68 g/l, 30 g/l, and 39.67 g/l, respectively. The mathematical response model was reliable, with a coefficient of determination of R² = 0.9185. Mannitol production increased 20-fold as compared with the MRS medium, corresponding to a mannitol yield 97.46% when compared to MRS supplemented with 100 g/l of fructose in flask system. Furthermore, the production in the optimized medium was cost-effective. The findings of this study can be expected to be useful in biological production for catalytic hydrogenation causing byproduct and additional production costs.

차세대 염기서열 분석법을 이용한 전통 된장과 청국장의 미생물 분포 분석

하광수(Gwangsu Ha),김진원(JinWon Kim),신수진(Su-Jin Shin),정수지(Su-Ji Jeong),양희종(Hee-Jong Yang),정도연(Do-Youn Jeong) 한국생명과학회 2021 생명과학회지 Vol.31 No.10

본 연구는 우리나라 전통 장류인 된장과 청국장의 미생물 분포와 시료간의 미생물학적 차이에 대해 차세대 염기서열 분석법(NGS)을 이용하여 분석하였다. α-diversity 분석 결과 된장에서 종 추정치와 풍부도가 통계학적으로 유의한 수준으로 높은 것으로 나타났다. 세균 분포를 분석한 결과 문 수준에서 Firmicutes가 된장에서 97.02%, 청국장에서 99.67%를 차지하여 공통적으로 가장 우점하는 것으로 나타났으며, 속 수준에서는 된장과 청국장에서 Bacillus가 각각 71.70%, 59.87%를 차지하여 가장 우점하는 것으로 확인되었다. 된장과 청국장의 미생물 분포에 차이가 있는지 분석하기 위해 PERMANOVA 분석을 수행한 결과 된장과 청국장의 미생물 분포에 통계학적으로 유의한 수준으로 차이가 나는 것으로 나타났다. 각 된장과 청국장 미생물 군집을 대표하는 biomarker를 분석하기 위해 LEfSe분석을 수행한 결과 된장에서 Bacillus subtilis, Tetragenococcus halophilus, Clostridium arbusti가 상대적으로 많이 분포하였으며, 청국장에서는 Bacillus thermoamylovorans, Enterococcus faecium, Lactobacillus sakei가 상대적으로 많이 분포하는 것으로 나타났다. 본 연구를 통해 콩을 주원료로 하는 우리나라 대표 전통장류인 된장과 청국장의 시료별 유사성과 차이점에 대한 미생물 분포를 정의하고 전통장류의 생화학적, 생리학적 특성과 미생물 분포의 상관관계를 규명하기 위한 기초 연구자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. To profile the microbial compositions of Korean traditional fermented paste made from whole soybeans, Doenjang and Cheonggukjang, and compare their taxonomic differences, we analyzed the V3-V4 region of 16S rRNA of naturally fermented foods by using next generation sequencing. α-Diversity results showed that values indicating bacterial community abundances (OTUs) and richness (ACE, Chao1) were statistically significant (p=0.0001) in Doenjang and Cheonggukjang. Firmicutes was the most common phylum in both groups, representing 97.02% and 99.67% in the Doenjang and Cheonggukjang groups, respectively. Bacillus was the most dominant genus, accounting for 71.70% and 59.87% in both groups. Linear discriminant (LDA) effect size (LEfSe) analysis was performed to reveal the significant ranking of abundant taxa in different fermented foods. A size-effect threshold of 2.0 on the logarithmic LDA score was used for discriminative functional biomarkers. On the species level, Bacillus subtilis, Tetragenococcus halophilus, and Clostridium arbusti were significantly more abundant in Doenjang than in Cheonggukjang, whereas Bacillus thermoamylovorans, Enterococcus faecium, and Lactobacillus sakei were significantly more abundant in Cheonggukjang than in Doenjang. Permutational multivariate analysis of variance (PERMANOVA) showed that the statistical difference in microbial clusters between the two groups was significant at the confidence level of p=0.001. This research could be used as basic research to identify the correlation between the biochemical characteristics of Korean fermented foods and the distribution of microbial communities.

차세대 염기서열 분석법을 이용한 된장과 간장의 미생물 분포 및 바이오마커 분석

하광수(Gwangsu Ha),정호진(Ho Jin Jeong),노윤정(Yunjeong Noh),김진원(JinWon Kim),정수지(Su-Ji Jeong),정도연(Do-Youn Jeong),양희종(Hee-Jong Yang) 한국생명과학회 2022 생명과학회지 Vol.32 No.10

반응표면분석법을 이용한 항균활성을 가지는 Bacillus subtilis SRCM102046의 균체 증량을 위한 배지 최적화

하광수(Gwangsu Ha),양희종(Hee-Jong Yang),정수지(Su-Ji Jeong),류명선(Myeong Seon Ryu),김진원(JinWon Kim),양호연(HoYeon Yang),신수진(Su-Jin Shin),임수아(Sua Im),서지원(Ji Won Seo),정성엽(Seong-Yeop Jeong),정도연(Do-Youn Jeong) 한국식품저장유통학회 2018 한국식품저장유통학회지 Vol.25 No.5

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.

반응표면분석법을 이용한 Lactobacillus paracasei SRCM201474의 생산배지 최적화

하광수(Gwangsu Ha),김진원(JinWon Kim),임수아(Sua-Im),신수진(Su-Jin Shin),양희종(Hee-Jong Yang),정도연(Do-Youn Jeong) 한국생명과학회 2020 생명과학회지 Vol.30 No.6

본 연구는 반응표면분석법을 이용하여 L(+)형 젖산 생산향상을 위한 배지조성을 확립하기 위해 수행되었다. L(+)형 젖산을 선택적으로 고생산하는 것으로 알려진 9종의 Lactobacillus paracasei 균주를 전국에서 수집한 김치시료로부터 선별하였으며, 젖산 생산량과 glucose로부터의 전환률 분석을 통하여 젖산 생산 배지 최적화를 수행하기 위한 균주로 SRCM201474를 선발하였다. 선택된 11개의 배지 조성 중 젖산 생산에 가장 큰 영향을 미치는 요인을 분석하기 위한 방법으로 Plack-Burman design (PBD)을 설계하였으며, 통계분석을 통해 탄소원으로는 glucose, sucrose, molasses, 질소원으로는 peptone을 최종 선정하였다. 젖산 생산 배지 최적화를 위한 각 변수들의 농도 최적화를 수행하기 위한 방법으로 반응표면분석법 중 적은 실험수로도 최적값을 산출할 수 있는 hybrid design 설계 하였다. 실험 모델에 의한 L. paracasei SRCM201474 균주를 이용한 젖산 생산배지 조성과 최적 농도는 glucose 15.48 g/l, sucrose 16.73 g/l, molasses 39.09 g/l, peptone 34.91 g/l로 나타났으며, 이때의 젖산 생산량은 33.38 g/l로 예측되었다. ANOVA 분석을 통해 가정된 실험 모델의 적합성과 유의성을 확인하였으며, 최종적으로 분석된 최적배지에서의 반복실험을 통한 젖산 생산량을 측정하여 모델에 의해 예측된 젖산생산량과 동일함을 검증하였다. 본 연구를 통해 L(+)형 젖산을 선택적으로 고생산하는 균주를 선발하였으며, 배지 최적화를 수행하여 생분해성 플라스틱 생산을 위한 산업적 젖산 생산에 적용할 수 있는 연구자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다. The aim of this study was to establish the optimal medium composition for enhancing L(+)-lactic acid (LLA) production using response surface methodology (RSM). Lactobacillus paracasei SRCM201474 was selected as the LLA producer by productivity analysis from nine candidates isolated from kimchi and identified by 16S rRNA gene sequencing. Plackett-Burman design was used to assess the effect of eleven media components on LLA production, including carbon (glucose, sucrose, molasses), nitrogen (yeast extract, peptone, tryptone, beef extract), and mineral (NaCl, K2HPO4, MgSO4, MnSO4) materials. Glucose, sucrose, molasses, and peptone were subsequently chosen as promising media for further optimization studies, and a hybrid design experiment was used to establish their optimal concentrations as glucose 15.48 g/l, sucrose 16.73 g/l, molasses 39.09 g/l, and peptone 34.91 g/l. The coefficient of determination of the equation derived from RSM regression for LLA production was mathematically reliable at 0.9969. At optimum parameters, 33.38 g/l of maximum LLA increased by 193% when compared with MRS broth as unoptimized medium (17.66 g/l). Our statistical model was confirmed by subsequent validation experiments. Increasing the performance of LLA-producing microorganisms and establishing an effective LLA fermentation process can be of particular benefit for bioplastic technologies and industrial applications.

Complete genome sequence of Pantoea intestinalis SRCM103226, a microbial C40 carotenoid zeaxanthin producer

김진원,하광수,정성엽,정도연,Kim, Jin Won,Ha, Gwangsu,Jeong, Seong-Yeop,Jeong, Do-Youn The Microbiological Society of Korea 2019 미생물학회지 Vol.55 No.2

Pantoea intestinalis SRCM103226은 식용곤충 밀웜으로부터 분리하였으며, zeaxanthin을 메인으로 생산하였다. P. intestinalis SRCM103226의 유전체 분석을 실시하여 4,784,919 bp 크기의 염기서열, GC 비율은 53.41%로 나타났으며, 플라스미드는 존재하지 않는다. RAST server를 이용하여 annotation한 결과 4,332개의 코딩유전자, 22개의 rRNA, 85개의 tRNA 유전자가 확인되었다 지놈분석결과 zeaxanthin 생합성회로 5개 유전자를 가지고 있다. 이러한 유전체 정보는 zeaxanthin 생합성 경로의 분자 진화의 비교 유전체학 연구에 대한 기초 정보를 제공한다. Pantoea intestinalis SRCM103226, isolated from edible insect mealworm overproduces zeaxanthin as a main carotenoid. The complete genome of P. intestinalis SRCM103226 was sequenced using the Pacific Biosciences (PacBio) RS II platform. The genome of P. intestinalis SRCM103226 comprises a 4,784,919 bp circular chromosome (53.41% G+C content), and is devoid of any extrachromosomal plasmids. Annotation using the RAST server reveals 4,332 coding sequences and 107 RNAs (22 rRNA genes, 85 tRNA genes). Genome annotation analysis revealed that it has five genes involved in the carotenoid pathway. The genome information provides fundamental knowledge for comparative genomics studies of the zeaxanthin pathway.

Bacillus amyloliquefaciens SRCM 100731의 반려 동물용 프로바이오틱스 소재로서의 특성 규명 및 배양 조건 최적화

류명선,양희종,정수지,서지원,하광수,정성엽,정도연,Ryu, Myeong Seon,Yang, Hee-Jong,Jeong, Su-Ji,Seo, Ji Won,Ha, Gwangsu,Jeong, Seong-Yeop,Jeong, Do-Youn 한국미생물학회 2018 미생물학회지 Vol.54 No.4

본 연구는 전통 발효식품에서 반려동물의 사료 및 보조식품 등에 사용될 수 있도록 안전성 확보와 프로바이오틱스 활성 등 기능성을 갖춘Bacillus 속 균주를 선발하고자 하였다. 전국에서 수집한 전통 장류에서 약 300종의 분리주를 확보하였고, Bacillus cereus가 생성하는 구토와 설사 독소 유전자 6종, ${\beta}$형 용혈성, 발암 관련 효소 3종 등을 보유하지 않거나 생성하지 않는 4종의 균주를 선별하였다. 4종의 분리주를 대상으로 항생물질 유전자 보유 여부, 세포 표면 소수성, 항생제 감수성과 당 이용성 등을 분석하였고, 최종적으로 항생물질 생성 유전자 3종을 모두 보유하고, 혈전 용해 및 세포 표면 소수성이 가장 우수한 SRCM 100731을 선정하였다. 최종 선별된 SRCM 100731의 16S rRNA 염기서열 분석 결과 Bacillus amyloliquefaciens로 동정 되었으며, 펫 사료 및 식품 등 산업적 적용을 위하여 균체 성장 최적화를 수행하였다. SRCM 100731의 배지 성분 선별을 위하여 Plackett-Burman design (PBD)을 사용하였으며, 최적 성장을 위한 배지 성분으로는 molasses와 sodium chloride, potassium chloride가 예측되었다. PBD를 통해 선정된 배지 성분의 농도를 최적화하기 위하여 central composite design (CCD)을 사용하였으며, 실험 결과 7.0% molasses, 1.1% sodium chloride, 0.5% potassium chloride로 예측되었다. 이때 최대 균체량은 12.6625 g/L로 예측되었으며, 최종적으로 실험 모델의 예측값과 실 측정값이 $12.6625{\pm}0.0658g/L$로 오차 범위내의 결과를 나타내어 실험 모델의 신뢰성을 검증할 수 있었다. 이는 실험 모델에 의해 예측된 최적 배지 사용 시 최적화 이전 배지에서의 균체량($1.8273{\pm}0.0214g/L$) 대비 약7배로 균체량이 증가함을 확인할 수 있었다. 향후 B. amyloliquefaciens SRCM 100731의 제품 개발 등 후속 연구의 진행이 필요하나 본 연구를 통해 산업 적용이 가능한 프로바이오틱스 소재의 발굴 및 산업화 배양 조건이 확립 되었으므로 앞으로 성장하고 있는 반려동물 산업에 유용하게 활용 될 수 있을 것으로 기대된다. The aim of this study is to screen the strains of Bacillus spp. possessing safety, probiotic activity, and so on, which can be utilized as probiotic resource for using the feed and supplement food of companion animal. About 300 isolates were isolated from traditional Korean sauces, four isolates that did not have or produce the six kinds of B. cereus type vomiting and diarrhea toxin genes, ${\beta}$-hemolytic, and three kinds of carcinogenic enzymes were selected. Antibiotic gene retention, cell surface hydrophobicity, antibiotic sensitivity, and glucose utilization were analyzed for four isolates, and finally SRCM 100731 was selected. SRCM 100731 was named as Bacillus amyloliquefaciens SRCM 100731 16S rRNA sequencing analysis, and carried out optimization of cell growth for industrial applications such as pet food and feed. The effects of 14 different components on cell growth were investigated and three significant positive factors, molasses, sodium chloride, and potassium chloride were selected as the main factors based on a Plackett-Burman design. In order to find out optimal concentration on each constituent, we carried out central composite design. The predicted optimized concentrations were 7% molasses, 1.1% sodium chloride, 0.5% potassium chloride. Finally, an overall about 7-fold increase in dry cell weight yield ($12.6625{\pm}0.0658g/L$) was achieved using the optimized medium compared with the non-optimized medium ($1.8273{\pm}0.0214g/L$). This research is expected to be highly utilized in the growing pet industry by establishing optimal cultivation conditions for industrial application as well as screening Bacillus amyloliquefaciens SRCM 100731 as probiotic resource for companion animal.

반응표면분석법을 활용한 Pantoea agglomerans SRCM 119864의 Indole-3-acetic acid 생산 배지 최적화

정호진(Ho Jin Jeong),하광수(Gwangsu Ha),정수지(Su Ji Jeong),류명선(Myeong Seon Ryu),김진원(JinWon Kim),정도연(Do-Youn Jeong),양희종(Hee-Jong Yang) 한국생명과학회 2022 생명과학회지 Vol.32 No.11

본 연구에서는 토양으로부터 분리한 Indole-3-acetic acid (IAA) 고생산 균주인 Pantoea agglomerans SRCM 119864의 IAA 생산량을 증가시키기 위해 반응표면분석법을 활용하여 배지 조성 최적화를 수행하였다. Plackett-Burman design (PBD)을 이용하여 전구체인 L-tryptophan 이외의 IAA 생산에 영향을 주는 배지 성분 11개의 영향을 조사하였으며, 통계학적 분석을 통해 IAA 최적생산을 위한 배지 인자로 sucrose, tryptone, sodium chloride를 선정하였다. PBD에서 선정된 3가지 인자와 L-tryptophan의 농도 최적화를 수행하기 위해 적은 실험수로도 최적값을 분석할 수 있는 hybrid design을 설계하였다. 실험 모형에서 예측한 P. agglomerans SRCM 119864 균주의 IAA 최적 생산을 위한 배지 조성과 농도는 sucrose 13.38 g/l, tryptone 18.34 g/l, sodium chloride 9.71 g/l, L-tryptophan 6.25 g/l로 분석되었으며, 이때의 IAA 생산량은 64.34±1.07 mg/l로 예측되었다. ANOVA 분석을 통하여 실험 모형의 통계학적 유의성과 적합성을 검증하였으며, 설계한 최적 조성 배지에서 모델 검증실험을 수행하여 IAA 생산량을 측정한 결과, 예측된 IAA 생산량과 매우 유사함을 확인하였으며, 최종 최적화 수행을 통해 IAA 생산량을 기본 배지 대비 44.56% 증가시켰다. 본 연구를 통하여 토양에서 IAA를 고생산하는 균주를 선별하여 배지 조성 최적화를 수행하였으며, 이를 바탕으로 지속가능한 농업 및 작물 생산량 증대를 위한 산업화 기초자료로서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. In this study, we optimized the composition of the indole-3-acetic acid (IAA) production medium using response surface methodology on Pantoea agglomerans SRCM 119864 isolated from soil. IAA-producing P. aglomerans SRCM 119864 was identified by 16S rRNA gene sequencing. There are 11 intermediate components known to affect IAA production, hence the effect of each component on IAA production was investigated using a Plackett-Burman design (PBD). Based on the PBD, sucrose, tryptone, and sodium chloride were selected as the main factors that enhanced the IAA production at optimal L-tryptophan concentration. The predicted maximum IAA production (64.34 mg/l) was obtained for a concentration of sucrose of 13.38 g/l, of tryptone of 18.34 g/l, of sodium chloride of 9.71 g/l, and of L-tryptophan of 6.25 g/l using a the hybrid design experimental model. In the experiment, the nutrient broth medium supplemented with 0.1% L-tryptophan as the basal medium produced 45.24 mg/l of IAA, whereas the optimized medium produced 65.40 mg/l of IAA, resulting in a 44.56% increase in efficiency. It was confirmed that the IAA production of the designed optimal composition medium was very similar to the predicted IAA production. The statistical significance and suitability of the experimental model were verified through analysis of variance (ANOVA). Therefore, in this study, we determined the optimal growth medium concentration for the maximum production of IAA, which can contribute to sustainable agriculture and increase crop yield.