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Biodegradation of aflatoxin B1 by bacterial isolates
Korean J. Microbiol. 2019;55(4):360-366
Published online December 31, 2019
© 2019 The Microbiological Society of Korea.

Hye-Eun Lee and Hong-Gyu Song*

Department of Biological Sciences, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Republic of Korea
Correspondence to: *E-mail: hgsong@kangwon.ac.kr;
Tel.: +82-33-250-8545; Fax: +82-33-259-5665
Received August 5, 2019; Revised November 5, 2019; Accepted November 8, 2019.
Abstract

Aflatoxin B1 (AFB1) produced mainly by Aspergillus flavus is a common contaminant of grains, posing health hazards to human and animal. The aim of this study is to explore the ability of isolated bacteria to degrade AFB1. Over 350 bacterial strains were isolated from various sources including animal feces on coumarin agar medium. Isolates identified as Streptomyces panaciradicis AF34, Streptomyces thermoviolaceus AF125, and Rummeliibacillus pycnus AF129 indicated AFB1 degradation characteristics. AF34, AF125, and AF129 strains degraded 100 μg/L of AFB1 in nutrient broth medium by 100, 90.1, and 85.1%, respectively during 72 h at 37°C. The culture supernatants of these strains could degrade more than 83.0% of 100 μg/L of AFB1. AFB degrading activities of all three stains became higher with increasing temperature. The effects of metal ions on AFB1 degradation were different depending on the strains, but manganese and copper increased the degradation activity and zinc inhibited it. AF34 strain also degraded almost all of 100 µg/L each of AFB2, AFG1, AFG2, and ochratoxin A. These results suggest that these isolated bacteria can be used as an alternative to physical and chemical methods to remove mycotoxins from contaminated grains and feed, and therefore decrease economic damage in agriculture.

Keywords : mycotoxin, aflatoxin, ochratoxin, biodegradation, detoxication
Body

진균 독소(mycotoxin)는 여러 사상성 진균에 의해 생성되는 2차 대사 산물로 주로 곡물과 견과류 및 이로 이루어진 식품과 사료에서 빈번하게 발생한다. 진균 독소는 농산물의 생육 기간 및 저장 유통 중에 생성되며, 열에 안정하여 조리・가공 시에도 잘 제거되지 않는다. 이 독소 중 aflatoxins, fumonisins, ochratoxins, patulin, zearalenone 등은 인간과 동물에 발암성, 면역 독성, 기형발생성 및 간독성 등을 나타내며 만성적 질병을 유발하고, 전 세계적으로 큰 농업적 피해를 야기한다(Marroquín-Cardona et al., 2014). 국내에서도 메주에서 aflatoxins이 15.0 g/kg의 기준치를 크게 초과한 792.8 g/kg이 검출된 바 있다(KMFDS, 2014).

주요 진균 독소 중 aflatoxins (AFs)은 difuran 고리와 coumarin 유도체의 결합구조를 가지며, International Agency for Research on Cancer (IARC)에서 AFB1, B2, G1 및 G2는 인간에 대한 발암성이 확인된 1군으로, AFM1, ochratoxin A 및 fumonisins은 인간에 대한 발암가능성이 확인된 2군으로 분류되어 있어 엄격한 규제가 필요하다(IARC, 2012). AFs는 다양한 곡물에서 생장하는 Aspergillus flavus, A. parasiticusA. nominus 등의 특정 균주에 의해 생성되며, 어류, 조류 및 인간을 포함한 포유류 종에 악영향을 미친다(Surai et al., 2008).

진균 독소를 방제하는 방법에는 세척, 열처리, 전자파 조사, 흡착 등의 물리적 방법과 화학물질 및 오존 처리 등의 화학적 방법이 있는데, 불완전한 처리, 고비용, 대상물질의 품질 저하, 화학물질의 잔류 가능성 등의 단점이 존재한다(Jalili, 2015). 생물학적 방법은 살아있거나 죽은 미생물을 이용한 흡착과 분해효소를 이용하는데(Aliabadi et al., 2013; Loi et al., 2017), 물리・화학적 방법에 비해 적은 영양 손실, 안전성, 저비용 및 고효율 등의 장점을 가지며, 진균 억제와 독소 분해에 적용할 수 있고 작물의 수확 전・후에 모두 이용할 수 있다(Jalili, 2015). 전 세계적으로 친환경 농산물에 대한 선호도가 커져 생물학적 방제에 대한 관심과 연구가 증가하는 추세이다(Roberts et al., 2005). 그러나 진균독소의 긴 제거 시간과 불완전한 분해 등의 문제 때문에 식품 산업에서 아직 크게 사용하지 못하고 있다(Xiong et al., 2017). 이에 본 연구에서는 보다 효율적인 AFB1 제거능을 가진 진균독소 분해 균주를 분리하여 AFB1 제거능을 평가하며, 그 최적조건을 조사하고자 한다.

재료 및 방법

AFB1 분해세균의 분리와 동정

AFB1 분해 활성을 지닌 세균을 분리하기 위한 시료는 aflatoxin 생성 진균이 있을 것으로 예상되는 토양 및 야생과 사육 동물의 분변에서 채취하여 50 ml 시험관에 5~10 ml를 담아 0.85% NaCl 용액 30 ml를 넣고 30분 동안 추출진탕기(Recipro shaker RS-1, JeioTech)로 진탕하였다[300 stroke per minute (spm)]. 현탁된 시료의 상등액 200 µl는 Guan 등(2008)의 coumarin agar (CA) 배지 조성을 변형시킨 배지(coumarin 1 g, KH2PO4 0.25 g, NH4NO3 1 g, CaCl2 0.25 g, MgSO4・7H2O 0.25 g, FeSO4 1 mg, agar 16 g, 증류수 1 L)에 도말하여 37°C에서 3~7일간 암조건으로 배양하였다. 자라난 세균 집락은 새로운 CA 배지에서 총 3번의 계대 과정을 거쳐 순수분리 후, nutrient agar (NA) 배지(Difco Lab)에 획선 배양하였다(2~5일, 37°C, 암조건).

AFB1 분해능을 가진 분리 균주는 NA배지에 48시간 배양하여 (주)마크로젠에 16S rRNA 유전자 서열 분석을 의뢰하였다. PCR primer는 27F 5' (AGAGTTTGATCMTGGCTCAG) 3' 및 1492R 5' (TACGGYTACCTTGTTACGACTT) 3'이며, 염기서열 분석에 이용된 universal primer는 785F 5' (GGATTA GATACCCTGGTA) 3' 및 907R 5' (CCGTCAATTCMTTTR AGTTT) 3'이다. 의뢰하여 얻은 세 균주의 16S rRNA 유전자 전체 염기서열에 대해 NCBI 등록 균주의 염기서열과 가장 높은 상동성을 가진 균주로 동정하였다.

분리균주의 AFB1 분해능

AFB1에 대한 선별 균주의 분해능은 Guan 등(2008)의 방법을 수정하여 측정하였다. NB배지에서 24시간 동안 미리 배양한 배양액 5 ml를 45 ml의 nutrient broth (NB, Difco Lab.) 배지에 계대배양하여(48~120시간) 분해 실험에 이용하였다. AFB1은 표준물질(Cayman Chemical Co.)을 10 mg/L의 농도로 dimethyl sulfoxide (DMSO)에 희석하여 사용하였으며, NB 배지 5 ml에 최종 농도 100 µg/L로 맞춰 첨가하였다. 분해능 실험은 암조건에서 37°C, 150 rpm으로 수행하였고, 대조구는 세균을 접종하지 않은 NB 배지에 AFB1을 첨가하여 이용하였다. 배양 후 잔류 AFB1 분석은 AOAC (2003)에 기술된 방법을 수정하여 수행하였다. 배양액 5 ml을 10 ml의 chloroform으로 10분간 진탕하여(300 spm) 독소를 추출하고 정치 후 유기상을 분획깔때기로 분리하였는데 이 과정을 세 번 반복하였다. 모든 유기상을 모아 감압 증발시키고 50% methanol (v/v)로 재용해 하여 잔류 독소를 HPLC로 분석하였다.

AFB1 분해가 배양의 상등액 또는 세포에 의해 일어나는지 확인하기 위해 NB배지에서 24시간 동안 배양한 배양액을 원심분리(3,000 × g, 4°C, 30분)하여 상등액과 세포를 분리하였다. 상등액은 시린지 필터(Hyundai Micro, 0.2 µm, PES)로 여과하였고, 세포는 0.85% NaCl 용액으로 두 번 세척 후, 인산염 완충액(50 mM, pH 7.0)에 재현탁(OD600 2.00)하여 준비하였다. 세포를 재현탁액으로 준비한 이유는 세포 외의 물질을 모두 세척하고 흡광도를 이용하여 세포의 수를 조정하기 위해서였다. 배양 상등액과 세척 세포의 독소 분해능 평가는 위의 방법과 동일하게 수행하였다.

AFB1 분해능에 미치는 환경 요인의 영향

AFB1에 대한 균주의 분해능에 미치는 여러 환경 요인의 영향을 조사하였는데 공통 실험 조건은 위와 동일하며 균주 배양액을 이용하였다. 배양 기간은 24, 48, 72, 96과 120시간으로 나누었으며, 배양 온도는 10, 20, 30, 37, 45, 60과 75°C로 하여 분해능을 조사하였다. 금속이온의 영향은 Cu2+, Li+, Mg2+, Mn2+ 및 Zn2+ (CuSO4, LiCl, MgCl2, MnCl2 및 ZnSO4)의 최종 농도를 10 mM로 하여 비교하였다. 단백질 분해효소 처리의 효과는 배양액을 1 mg/ml의 proteinase K (Sigma-Aldrich, specific activity ≥ 1.4 U/mg)에 반응(1시간, 37°C) 후 평가하였고, 추가적으로 1 mg/ml의 proteinase K에 sodium dodecyl sulfate (SDS)를 최종 부피의 1%로 첨가하여 반응(6시간, 37°C) 후 분해 실험을 수행하였다. 열처리의 효과는 100°C 물에서 10분간 처리 후 평가하였다. 추가적으로 AF34 균주는 또 다른 단백질 분해효소인 1 mg/ml의 α-chymotrypsin (Sigma-Aldrich, specific activity ≥ 40 U/mg, 배양액 pH 8)과 pepsin (Sigma-Aldrich, specific activity 3200~4500/mg protein, 배양액 pH 2)과 고압멸균(121°C, 15분) 처리가 AFB1 분해능에 미치는 영향도 조사하였다.

이후 AF34 균주는 단백질과 비단백질성 물질의 분해능을 수정된 Mitchinson과 Pain (1985)의 방법을 이용하여 평가하였다. 미리 배양한 배양액은 원심분리(3,000 × g, 30분, 4°C)하여 상등액을 회수하고, 상등액 30 ml에 30%로 ammonium sulfate를 첨가하여 4°C에서 간헐적으로 진탕하며 18시간 보관하였다. 보관 용액을 원심분리(3,000 × g, 30분, 4°C)하여, 회수된 단백성 pellet과 비단백성 상등액을 분리하였다. 상등액은 시린지 필터(PES)로 여과하여 준비하고, pellet은 30 ml의 0.85% NaCl 용액에 현탁한 후 각각의 AFB1 분해능을 평가하였다.

AFB1 및 기타 진균 독소의 분해능 측정

AFB1 외 4종의 진균 독소(Aflatoxin B2, G1, G2 및 ochratoxin A)에 대한 분해능은 Sirhan 등(2011)과 Xiong 등(2017)의 방법을 수정하여 수행하였다. 독소들은 각 표준물질(Cayman Chemical Co.)을 10 mg/L의 농도로 DMSO에 희석하여 사용하였으며, 모든 실험 조건과 진균 독소의 최종 농도(100 µg/L)는 위와 동일하였다. AFs의 HPLC (Younglin, YL9100 HPLC System) 분석은 Symmetry 5 µ C18 column (150 x 4.6 mm, Waters Co.)을 이용하였다. 이동상은 water/methanol/acetonitrile (65:25:10)이며, column oven의 온도는 30°C, 시료 주입량은 20 µl, 유속은 1 ml/min이고, 형광검출기(Aglilent Technologies, 1260 Infinity)를 이용하였다(365 nm excitation, 440 nm emission). Ochratoxin A (OTA)의 HPLC 분석 시 이동상은 water/ acetonitrile/acetic acid (49:49:2)이며 나머지 조건은 AFs 분석과 동일하였으며, 형광검출기를 이용하였다(333 nm excitation, 460 nm emission).

통계 분석

모든 실험은 삼반복으로 수행하였다. 통계 분석은 SPSS (Statistical Package for the Social Sciences Inc., Chicago, IL) 프로그램을 이용하여 0.05%의 유의 수준으로 Ducan’s 다중 범위 시험 또는 T-test를 수행한 일원분산 분석법을 사용하였다.

결과 및 고찰

AFB1 분해 세균 균주의 분리 및 동정

Aflatoxin의 기본 구조인 coumarin을 유일 탄소원으로 첨가하여 만든 coumarin 배지를 이용하여 350개의 AFB1 분해 세균 균주를 순수분리하였다. 분리 균주 중 높은 AFB1 분해능을 가진 균주는 AF34, AF125와 AF129이었다. 분석을 의뢰하여 얻은 AF34, 125와 129 균주의 염기서열은 길이가 각각 1441, 1483과 1473 bp인데, National Center for Biotechnology Information (NCBI)에 각각 MN507670, MN50707671과 MN507672로 등록하였으며, 전체 길이에 대한 염기서열 분석을 통해 AF125 균주는 Streptomyces thermoviolaceus NBRC 13905 그리고 AF129 균주는 Rummeliibacillus pycnus NBRC 101231과 100% 상동성을 보였으며, AF34 균주는 Streptomyces panaciradicis 1MR-8과 99.0%의 상동성을 보였다.

AFB1 분해능

AFB1에 대한 선별 균주의 분해능을 조사한 결과, 72시간 동안 100 µg/L의 AFB1을 AF34, AF125와 AF129 균주는 각각 0.0 ± 0.0 µg/L (100%), 9.9 ± 1.6 µg/L (90.1%), 그리고 14.9 ± 1.0 µg/L (85.1%)까지 분해하였다(Fig. 1). 이는 같은 농도의 AFB1을 동일 시간에 Stenotrophomonas maltophilia 35-3 균주가 78.7% (Guan et al., 2008) 분해한 것보다 높은 수치였다. 실험 초기에 AF125에 대해 독소 농도 별로 분해능을 조사한 결과, 500, 1000 및 5000 µg/L의 AFB1에 대한 분해능이 각각 85.8, 86.6 및 85.7%로 100 µg/L의 AFB1을 첨가하였을 때의 90.1%와 유사하게 도출되었다. 추가적으로 AFB1 표준물질 이외에 Aspergillus flavus KACC 44986 균주의 배양액으로부터 정제한 AFB1에 대한 분해능 또한 동일한 결과를 보였다(결과 미제시).

Fig. 1.

Degradation of AFB1 (100 µg/L) by strains AF34, AF125, and AF129 in NB medium (37°C, 150 rpm, 72 h). (***: p <0.001)


상등액 및 세포의 분해능

세 균주의 배양액을 무세포 배양 상등액과 세척한 세포로 나눠 100 µg/L의 AFB1 분해능을 조사한 결과, AF34 균주는 각각 86.6%와 16.7% 분해하였고, AF125은 83.0%와 36.5%, 그리고 AF129는 각각 88.9%와 21.7%를 분해하였다(Fig. 2). 모든 상등액에서의 분해능이 80% 이상으로, 분해에 관여하는 물질이 대부분 상등액에 존재하는 것으로 나타나 Pseudomonas aeruginosa N17-1 균주의 경우와 유사한 경향이었다(Sangare et al., 2014). 본 연구의 세 균주는 배양 상등액의 AFB1 분해능이 N17-1 균주(72.5%)보다는 높았지만 세포의 분해능은 N17-1 균주의 40.0%와 유사하거나 약간 낮았다.

Fig. 2.

AFB1 (100 µg/L) degradation by culture supernatant (■) and washed cell (□) of strains AF34, AF125, and AF129 (37°C, 150 rpm, 72 h). Means with different letters are significantly different according to Duncan’s Multiple Range Test (p < 0.05).


AFB1 분해능에 미치는 환경 요인의 영향

먼저 AFB1 (100 µg/L)에 대한 배양 기간별 분해능을 조사하였는데, AF125 균주가 72시간에 16.2 ± 3.7 µg/L 그리고 120시간에 5.4 ± 3.7 µg/L까지 분해하였고, AF129 균주는 72시간에 14.9 ± 1.4 µg/L, 120시간에 7.8 ± 0.7 µg/L까지 분해하였다(Fig. 3). 특히 AF34 균주는 초기에 매우 빠르게 AFB1을 분해하여 12시간에 27.3 ± 2.1 µg/L (72.7%) 그리고 72시간 이전에 100% 분해하였다(Fig. 4). 배양 온도가 균주의 AFB1 분해능에 미치는 효과는, AF34의 경우 분해능이 저온에서는 낮지만 온도 상승에 따라 급격히 증가하여 37°C 이상부터 75°C까지 100%를 나타내었으며, AF129는 저온에서 분해능이 AF34보다는 높았지만 온도 상승에 따라 서서히 증가하고 75°C에서 96.3%를 보였다(Fig. 5). 두 균주의 AFB1 분해 활성이 온도가 상승할수록 높아졌는데, AFB1 분해에 관여하는 물질이 내열성인 것을 나타낸다. 지금까지 보고되었던 여러 AFB1 분해 균주들이 좁은 온도 범위에서 AFB1 분해능을 보였지만(Teniola et al., 2005; Sangare et al., 2014), Fusarium sp. WCQ3361은 0~90°C에서 AFB1 분해(80% <)에 유의한 차이가 없었다고 보고된 바 있다(Wang et al., 2017). 아마 분해에 관여하는 물질이 넒은 온도 범위를 가졌거나 고온에서 활성을 갖는 하나 이상의 물질이 존재할 것으로 추정된다(Teniola et al., 2005).

Fig. 3.

AFB1 (100 μg/L) degradation by strains AF125 (◇) and AF129 (○) in NB medium (37°C, 150 rpm) during 120 h. Means with different letters are significantly different according to Duncan’s Multiple Range Test (p < 0.05).


Fig. 4.

AFB1 (100 μg/L) degradation by strains AF34 (△) in NB medium (37°C, 150 rpm) during 72 h. Different letters indicate significant differences among them according to Tukey’s LSD test (p < 0.05).


Fig. 5.

Effect of temperature on AFB1 (100 μg/L) degradation by strains AF34 (△) and AF129 (○) during 72 h.


금속 이온의 영향도 조사하였는데, 아연은 모든 균주의 분해능을 저해하였으며, AF34와 AF129 균주의 분해능은 구리 존재 시 각각 93.5%와 100%로 대조구에 비해 높았지만 나머지 이온들에 대해서는 대조구와 비슷하거나 낮았다. AF125 균주는 망간 처리구에서의 분해능이 100%로 대조구에 비해 높았고, 나머지 이온 처리구에서는 대조구와 비슷하거나 낮았다(Fig. 6). 균주에 따라 금속 이온 처리 시 대조구보다 높은 분해능이 나타나는 이유로 구리 이온이 분해에 관여하는 물질의 보조인자 역할을 하고, 망간 이온은 활성제로 작용한다고 보고되었으며(D’souza and Brackett, 1998), 이 세 균주도 이와 같은 양상을 각각 나타내었다. 이 실험의 대조구는 AFB1 분해능 결과(Fig. 1)와 상이한데 특히 AF34와 125는 방선균으로 분산 생장 대신 불규칙적인 aggregate를 형성하여 replicate 시료 간의 배양 상태와 활성을 완전히 동일하게 유지시키기 어려워서 나타난 결과로 추정된다.

Fig. 6.

Effect of metal (10 mM) on AFB1 (100 μg/L) degradation by strains AF34 (■), AF125 (□), and AF129 (■) (72 h, 37°C). Means with different letters are significantly different according to Duncan’s Multiple Range Test (p < 0.05).


균주에 대한 열처리 효과(100°C, 10분)의 조사 결과(Table 1), AF34 균주는 대조구와 마찬가지로 AFB1을 100% 분해하였으며, AF125는 대조구에 비해 낮은 분해능을 보였고(63.1%), AF129 균주는 대조구보다 약간 높은 분해능을 보였다(93.4%). Fusarium sp. WCQ3361도 동일한 열처리 조건에서 대조구와 거의 동일한 AFB1 분해능을 나타내어(Wang et al., 2017) AF34 및 AF129 균주와 유사한 열 안정적 분해능을 나타내었다. 한편 세포 표면에 물리적 결합을 통해 AFB1을 제거하는 Lactobacillus rhamnosus GG와 LC-705도 100°C에서 1시간 처리 시 결합된 AFB1이 대부분 잔존하였다(Haskard et al., 2001). 한편 분해 원인물질의 단백질성 여부를 조사하기 위한 proteinase K (PK) 처리 시 AF34 균주는 대조구와 거의 유사하게 AFB1을 97.2% 분해했지만, AF125와 AF129 균주는 대조구에 비해 낮은 각각 63.6%와 19.8%의 분해능을 나타내었다(Table 1). Proteinase K는 비특이적 protease이며 배양액으로 분비된 분해효소와 반응하여 AFB1 분해 활성을 감소시키지만, 배양액 내의 단백질들이 proteinase K의 기질 역할을 할 수 있기 때문에 AFB1 분해 활성을 100% 불활성화 할 수 없으며(Smiley and Draughon, 2000), Fusarium sp. WCQ3361의 AFB1 분해능을 약 55.2% 정도만 감소시켰다(Wang et al., 2017). 또한 AF34 균주에 chymotrypsin 첨가 시 분해능은 78.7%로 분해 활성이 20% 정도 감소하였으며 pepsin 처리 시에는 감소가 전혀 일어나지 않았다. Chymotrypsin은 아미노산의 카복시말단을 인식하여 절단하는 endopeptidase이며, pepsin은 아미노산의 아미노말단을 인식하여 절단하는 endopeptidase인데(Bender and Kezdy, 1964), 분해에 관여하는 단백성 물질의 말단의 노출 정도 차이에 의해 두 실험구에서 분해 활성이 차이가 있었던 것으로 추정된다. 또한 단백성물질 말단 외에도 두 효소의 분해에 관여하는 아미노산 서열 인식의 차이도 영향을 미쳤을 것으로 추측된다. 한편 proteinase K와 1% SDS 첨가 시 세 균주의 분해능이 대조구에 비해 낮아졌고, 특히 AF129의 경우 분해능이 2.4%로 매우 낮은 수치를 나타내어(Table 1), 이 균주의 경우 분해에 주로 단백성 물질이 관여하는 것으로 추측할 수 있다(Sangare et al., 2014). 지금까지 규명된 AFB1 분해 효소는 약 8가지에 불과할 정도이며 그 생화학적 특성도 잘 밝혀져 있지 않은데(Loi et al., 2017), 본 3가지 균주의 AFB1 분해에 관여하는 단백성 물질도 고온과 단백질 분해 효소에 대한 안정성 등 특이한 성질을 나타내므로 이에 대한 후속 연구가 필요하다.

Effect of heat, proteinase K (PK, 1 mg/ml) and PK plus 1% SDS on AFB1 (100 µg/L) degradation by strains AF34, AF125, and AF129 (72 h, 37°C). Different letters indicate significant differences among them according to Tukey’s LSD test (p<0.05).

Bacterial strainAFB1 degradation (%)

ControlHeat (10 min)Proteinase K (1 h)PK + 1% SDS (6 h)
AF34100a100a97.2b64.2c
AF12590.1a63.1b63.6bc29.3d
AF12985.1a93.4b19.8c2.44d

AF34 균주의 AFB1 제거능은 열에 안정하고 세 가지 단백질 분해 효소와 SDS에 의해 크게 감소하지 않았으므로, 배양 상등액을 단백질과 비단백질로 분획하여 독소 제거능을 조사하였는데, 72시간 동안 단백질상의 AFB1 제거능은 41.5% 그리고 비단백질상의 제거능은 91.1%로 나타났다(Fig. 7). 더욱이 세포 표면에 결합에 의해 AFB1을 제거하는 Lactobacillus rhamnosus GG와 LC-705 처럼(Haskard et al., 2001) 고압멸균의 경우에도 제거능의 감소가 거의 없었기 때문에(결과 미제시) 이 균주의 경우 AFB1의 제거에 효소 분해는 작은 비중으로 일어나는 것으로 추정된다. 한편 AFB1 분해 또는 흡착이나 결합에 관여하는 비단백성 물질에 대한 연구는 아직 보고된 바 없으며, 이에 대한 후속 연구가 필요할 것이다.

Fig. 7.

Degradation of AFB1 (100 µg/L) by protein and non-protein fraction of culture supernatant of strain AF34 after 24 h (■) and 72 h (□) at 37°C.


AFB1 외 진균 독소 분해능

여러 aflatoxins와 ochratoxin A에 대한 선별된 AFB1 분해 세균 균주의 배양액으로 분해능을 조사한 결과, AF34는 AFs를 98.9% 이상 분해하였으며, OTA를 94.8% 분해하였다. AF125는 AFB2를 제외한 나머지 독소에 대해 90.1% 이상 분해를 나타내었으며, AF129는 AFs를 77.0~95.0% 분해하였고 OTA를 97.1% 분해하였는데(Table 2), 이는 Bacillus subtilis ANSB060 균주가 100 µg/L의 AFG1을 80.7% 분해한 것보다 우수한 결과였다(Gao et al., 2011). 또한 Acinetobacter calcoaceticus 396.1 균주가 1 mg/L의 OTA를 3일 동안 54.0%, 6일 동안 91.0% 분해한 것보다 효과적이었다(Bellis et al., 2015). 세균 균주에 의한 AFB1, B2, G1, G2 및 OTA 동시 분해에 대한 연구는 거의 없었으며, 이 연구 결과를 통해 세 가지 분리 균주가 여러 진균 독소를 동시에 제어할 수 있으며 또한 이 5가지 진균 독소 외에 구조적으로 유사한 다른 진균 독소에도 방제 효과가 있을 것으로 기대된다.

Degradation of 100 µg/L of aflatoxins (AFB1, B2, G1, and G2) and ochratoxin A (OTA) by strains AF34, AF125, and AF129 (72 h, 37°C)

Bacterial strainMycotoxin degradation (%)

AFB1AFB2AFG1AFG2OTA
AF34100.099.799.198.994.8
AF12590.151.497.696.796.7
AF12985.177.095.094.297.1

적 요

주로 Aspergillus flavus에 의해 생성되는 aflatoxin B1 (AFB1)은 곡물의 흔한 오염물질로 사람과 가축의 건강에 피해를 미친다. 본 연구의 목적은 분리 세균의 AFB1 분해능을 조사하는 것이다. 동물의 분변을 포함한 다양한 시료로부터 coumarin 한천배지를 이용하여 350개 이상의 세균 균주가 분리되었다. 이 중 Streptomyces panaciradicis AF34, Streptomyces thermoviolaceus AF125 및 Rummeliibacillus pycnus AF129로 동정된 분리균주가 37°C에서 72시간 동안 100 μg/L의 AFB1을 각각 100, 90.1과 85.1%를 분해하였다. 세 균주의 배양 상등액은 모두 100 μg/L의 AFB1을 83.0% 이상 분해하였다. AFB1 분해능에 미치는 배양 시간, 배양 온도, 금속 이온, 열, 단백질 분해 효소 및 sodium dodecyl sulfate의 영향을 조사하였다. 세 균주 모두 배양 72시간 동안 83.8% 이상 AFB1을 분해하였고, 온도가 상승할수록 분해활성이 높아졌다. 금속이온의 효과는 균주 별로 다르지만, 망간과 구리가 분해활성을 높였고 아연이 분해활성을 저해하였다. AF34 균주는 AFB1 이외에도 100 µg/L의 AFB2, AFG1, AFG2 와 ochratoxin A를 거의 대부분 분해하였다. 이러한 결과는 이 분리 균주들이 진균독소로 오염된 곡물과 사료의 무독화를 위한 물리적 및 화학적 방법의 대안으로 사용할 수 있으며, 그에 따라 농업에서 경제적 피해를 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

감사의 말

본 연구는 중소기업기술정보진흥원의 산학연협력기술개발사업의 지원으로 수행되었습니다(과제번호 C1013743-01-01).

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