Isolation and characterization of bacillus strain producing antifungal agents from fermented food = 발효식품에서 동정한 항진균능을 가진 바실러스 균주 특성화 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Pathogenic fungi can cause disease in crops and food poisoning, which makes problems in crop production and food safety. Chemically synthesized antifungal agents have been mainly used to control the growth of pathogenic fungi. However, the excessive use of chemical fungicides may cause fungicide-resistant fungi and negatively affect the environment and human health. For this reason, natural antifungal agents can be used as environmentally friendly antifungal agents that can replace chemical fungicides. Bacillus spp. are well known for antimicrobial peptide-producing bacteria. In this study, Bacillus strains were isolated from Doenjang, a Korean traditional fermented soybean paste to screen for the strains having antifungal activity. Among the Bacillus isolates, one strain showed relatively strong antifungal activity against Fusarium oxysporum. The isolated strain was identified as Bacillus velezensis and named Bacillus velezensis GHK-5 in this study. Several antifungal peptide synthetic genes in B. velezensis GHK-5 were detected using PCR analysis. Antifungal activity of B. velezensis GHK-5 was characterized under various conditions. B. velezensis GHK-5 cell-free culture supernatant showed antifungal activity on strawberries treated with F. oxysporum by inhibiting the growth of F. oxysporum mycelium. The B. velezensis GHK-5 isolated in this study has the potential to be developed as a natural antifungal agent.

국문 초록 (Abstract)

병원성 곰팡이는 농작물에 질병을 일으키고 식품에 식중독을 유발함으로써 농작물의 생산과 식품의 안전에 문제가 될 수 있다. 이러한 병원성 곰팡이를 제어하기 위해 화학 물질로 합성한 항진균제가 주로 사용되어왔다. 그러나 화학 합성 항진균제의 과도한 사용은 항진균제 내성 균주를 발생시키고 환경과 인간의 건강에 부정적인 영향을 끼치게 된다. 천연 항진균 펩타이드 또는 항진균능을 가진 천연물은 화학 합성 항진균제를 대체할 수 있는 친환경 항진균제로 사용 가능하다. 항진균 펩타이드는 다양한 박테리아에서 생산하며 이 중 바실러스 균주는 다양한 항균 펩타이드를 생산하는 것으로 알려져있다. 이 연구에서는 한국 전통 발효식품인 된장을 이용하여 항진균 활성을 가진 바실러스 균주를 확보하였다. 확보된 바실러스 균주 중 Fusarium 곰팡이에 대해 가장 강한 항진균 활성을 가지는 것을 선별하였으며, 이 균주는 Bacillus velezensis로 동정되었으며 Bacillus velezensis GHK-5로 명명하였다. B. velezensis GHK-5의 다양한 항진균 펩타이드 합성 유전자를 PCR 을 이용하여 확인하였다. 또한 B. velezensis GHK-5의 특성화 및 항진균력을 위한 배양 조건을 온도, 초기 배지 pH, 배양 시간에 대하여 최적화한 결과 37℃, pH 5, 24시간임을 확인하였다. 이를 바탕으로 Fusarium 곰팡이를 접종한 딸기에 B. velezensis GHK-5 배양 여과액을 처리한 결과 Fusarium 곰팡이의 성장이 억제되는 것을 관찰할 수 있었다. 따라서 B. velezensis GHK-5의 Fusarium 곰팡이에 대한 항진균 활성은 천연 미생물 항진균제로서의 개발 가능성을 가지고 있음을 보여준다.

목차 (Table of Contents)

• List of Tables ⅲ
• List of Figures ⅳ
• Abbreviation ⅵ
• Abstract ⅶ
• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and Methods 4
• 1. Pathogenic fungal strain 4
• 2. Isolation and screening of Bacillus strains 4
• 3. Identification using 16S rRNA sequence analysis 6
• 4. Detection of antifungal peptide synthesis genes 7
• 5. Optimization of culture temperature for antifungal activity 9
• 6. Optimization of culture initial pH for antifungal activity 10
• 7. Optimization of culture time for antifungal activity 11
• 8. Antifungal activity assay 12
• 9. In vivo biocontrol assay of inhibiting Fusarium oxysporum using Bacillus velezensis GHK-5 culture supernatant on strawberry 13
• 10. Statistical analysis 14
• Ⅲ. Results 15
• 1. Isolation and screening of Bacillus strain with antifungal activity 15
• 2. Identification of strain 18
• 3. Detection of antifungal peptide synthesis genes 19
• 4. Optimization of culture temperature for antifungal activity 21
• 5. Optimization of culture initial pH for antifungal activity 24
• 6. Optimization of culture time for antifungal activity 28
• 7. In vivo biocontrol assay of inhibiting Fusarium oxysporum using Bacillus velezensis GHK-5 culture supernatant on strawberry 30
• Ⅳ. Discussion 32
• Ⅴ. Summary 36
• References 38
• 국문 논문제출서 44
• 국문 인준서 45
• 국문초록 46