Microcystis aeruginosa에 대한 Lactobacillus graminis의 성장억제능, microcystin 분해 및 살조물질의 특성

Abstract

유산균 (Lactic acid bacterium: LAB)은 수십 년 동안 일반적으로 안전하다고 알려져 왔다. 독성남조 Microcystis aeruginosa (NIES-298)에 대한 친환경적인 (pan-environment) 생물학적 제제의 개발을 위해서 유산균 Lactobacillus graminis (KCTC-3542) 생균과 배양여액 (Culture filtrate: CF)의 살조활성평가를 하였으며, 동시에 살조과정과 관련이 있는 물질을 정성, 정량분석하였다. 남조 배지 (CB medium)에서 성장한 대상조류에 대하여, 같은 조건에서 얻어진 생균 KCTC-3542 (8×105 cells ml-1)과 배양여액 (CF)은 모두 NIES-298의 성장을 억제하였다. 생균은 접종 후 3일 이내에 대상조류를 100% 제거하였고, 배양여액 (CF)은 그보다 조금 낮은 78%의 살조효과를 보였다. 유산균 KCTC-3542의 세포밀도 (105 cells ml-1)는 실험 마지막 날까지 큰 증가와 감소 없이 유지되었다. NIES-298 (105 cells ml-1) 배양액의 용존 microcystins 농도는 7.1 µ g l-1에서 배양 10일 후에 159.5 µ g l-1까지 증가하였다. 그러나 유산균 KCTC-3542 생균을 접종한 처리군에서는 같은 기간동안 10.3 µ g l-1 농도로 측정되어 93.5%의 높은 microcystin제거능을 보였다. 살조물질의 규명을 위해서 다양한 조건으로 처리된 유산균 배양여액(CF)의 살조효과를 평가하였으며 pTLC, HPLC, GC를 사용하여 정성, 정량분석 하였다. 그 결과, 배양여액 (CF)의 살조활성은 각각 pH 2 에서 75.3%, pH7 에서 77.6%, Proteinase K 처리분획에서 91.3%, 분자량 3kDa이하 분획에서 87.8%, 열처리 분획에서 75.3%로 나타났다. 따라서 살조물질은 pH와 열에 안정적인 저분자 비단백질성 물질임을 알 수 있었다. 살조물질의 정제를 위해서 극성이 다른 5가지 유기용매로 추출하여 algal lawn 평가를 수행한 결과 diethyl ether (DEE)와 ethyl acetate (EA)추출액에서 각각 투명대를 확인하였다. pTLC를 수행하여 5개의 분획 (DEE-I, II and EA-I, II, III)으로 분리하였고 이 중에서 2개의 분획 (DEE-I와 EA-I)에서 살조효과를 확인하였다. HPLC분석과 GC분석을 통해서 lauric acid (C12:0), myristic acid (C14:0), palmitic acid (C16:0), stearic acid(C18:0), oleic acid(C18:1), linoleic acid(C18:2) 6개의 지방산이 검출되었다. 이중에서 stearic acid, oleic acid, linoleic acid에서 살조활성이 관찰되었으며 oleic acid에서 높은 활성이 관찰되었다. 또한 검출된 6개의 지방산을 모두 혼합하였을 때 가장 높은 살조활성을 나타내었다. 살조효과를 나타내는 각 지방산의 상승효과 (synergy effect), 상쇄를 초래하는 지방산 또는 배양액내의 다른 미지의 물질에 대한 추후연구가 필요하다. 따라서 Microcystis가 대발생한 부영양 수계에 유산균 배양여액 (CF)에 포함되어있는 지방산과 같은 살조물질을 적용하는 것이 KCTC-3542 생균을 직접 적용하는 것에서 오는 문제점을 해소하며 생균적용보다 효율적인 생물제제로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.