Alcaligenes faecalis에 의한 beta-glucan의 생합성과 구조 분석

Abstract

Biosynthesis of curdlan (beta-1,3 glucan) was shown by fluorscence on cellufluor medium. The highest production of curdlan was produced when glucose was used as a carbon surce and (NH4)2SO4 was used as a nitrogen source. Beta-form of curdlan was detected in the fingerprint region (890 cm-1) by FT-IR spectrum and shown homogeneous beta-1,3 glucan by 13C NMR spectrum (C1-103 ppm, C2-73.2 ppm, C3-86.4 ppm, C4-68.7 ppm, C5-76.63 ppm, C6-61.2 ppm). Transition of structure from triple helix form to random coil form was appeared at 0.1-0.25 M NaOH concentration. It was shown that natural curdlan is a triple helix form in neutral but becomes weak in alkaline condition.

본 연구에서는 Alcaligenes faecalis에 의해 생산되는 세포외 다당류인 β-glucan의 생합성에서 탄소원, 질소원의 영향과 생합성된 curdlan의 구조를 살펴보았다. 먼저 β-glucan의 생합성을 확인하기 위해 Aniline Blue 배지에서 청색 colony들을 선별하고 Cellufluor 배지에서 형광성을 보임으로 β-1,3 glucan의 생합성을 확인하였다. Flask 배양에서는 탄소원이 glucose이고 질소원이 (NH4)2SO4일 때 가장 많은 β-glucan을 생산하였다. 탄소원을 glucose로 질소원을 (NH4)2SO4로 사용한 발효조 배양에서는 flask 배양에 비해 생산량이 7.2%가 증가되었다. 질소원을 제한한 발효에서는 최종 생산수율이 38.82%였고 질소원을 제한하지 않은 발효보다 3.02%가 증가되었다. 분리 정제된 curdlan의 FT-IR의 분석에서는 지문영역인 890 cm-1에서 β-form이 관찰되었고 13C-NMR 분석에서는 C1-103.5 ppm, C2-74.3 ppm, C3-89.8 ppm, C4-68.8 ppm, C5-75.5 ppm, C6-61.8 ppm에서 검출되어 homogeneous β-1,3glucan으로 확인 되었다. curdlan의 triple-helix coil 형태에서 random coil 형태로의 전이는 0.1에서 0.25 N NaOH의 농도에서 일어남이 확인되어 중성 상태의 curdlan은 triple-helix coil 형태를 가지지만 알칼리 상태에서는 그 구조가 약해져 randomcoil로 전이 되어짐을 알 수 있었다. 이는 본 연구에서 분리 정제된 curdlan이 정확한 β-결합을 가진 glucan임이 확인되었으며 생합성된 curdlan의 구조와 분자적인 특성을 확인하였다. 본 연구를 통하여 β-결합을 가지는 glucan의 신속한 선별법을 구축할 수 있었고 이는 새로운 기능을 가지는 β-glucan 생합성 효소나 분해효소의 탐색에 이용될 것으로 기대된다.