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Antimicrobial activity of bacterial isolates against microbial residents on human skin and pathogenic bacteria
Korean J. Microbiol. 2019;55(4):385-391
Published online December 31, 2019
© 2019 The Microbiological Society of Korea.

Da-Sol 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 27, 2019; Revised October 23, 2019; Accepted October 29, 2019.
Abstract

Propagation of microorganisms in cosmetics and foodstuffs not only deteriorates the quality of the products but also can cause various diseases in human. The aim of this study is to evaluate the antimicrobial activity of substances produced by isolated bacteria Burkholderia gladioli DS518, Streptomyces lienomycini DS620, and Paenibacillus elgii DS1515 against several microbial residents on human skin and pathogenic bacteria. Three strains showed large inhibition zone diameters up to 35.3 mm against target microorganisms in agar well diffusion assay. Crude extracts of antimicrobial substances (proteins and antibiotics) from the bacterial cultures were highly effective against most target microbes with low minimum inhibitory concentration (MIC). Especially, antimicrobial substances from strain DS620 showed the lowest MIC of 0.0156~0.0625 μg/ml against Micrococcus luteus and Enterococcus faecalis strains. Antimicrobial substances of isolated bacteria completely killed 105~106 cells/ml of target microorganisms during 24 h, and they were stable at broad range of temperature and pH and in the presence of urea and surfactants.

Keywords : antimicrobial activity, antimicrobial substances, pathogenic bacteria, skin microbes
Body

화장품은 세균과 진균이 이용할 수 있는 영양분을 다량 함유하고 있으며 사용 시 피부와의 접촉 때문에 미생물 오염이 흔히 일어날 수 있고(Ku et al., 2013), 이로 인해 증식된 미생물은 인간에 질병을 유발할 수도 있다(Behravan et al., 2005). 현재 이런 위험성을 지닌 미생물을 제어하기 위해서 항균활성 범위가 넓고 다양한 pH와 온도 범위에서 안정한 paraben과 phenoxy ethanol 화합물 등을 이용하고 있지만, 피부 부작용 유발(알러지, 염증 등), 방부제 성분의 피부 잔류 등의 문제를 나타내고 있다(White and Groot, 2006; Kokura et al., 2010). 식품의 경우 다양한 세균과 진균 등의 번식이 빈번하게 일어나는데, 이는 인간의 건강을 위협할 뿐만 아니라, 식품의 경제적인 손실을 초래할 수 있다(Jiang et al., 2012). 이러한 미생물 번식을 막기 위해서 오존, bacteriocin, 방사선 조사 등으로 미생물을 제어하고 있지만(Mahapatra et al., 2005), 이러한 처리로 인한 독성발생, 제어 활성의 빠른 감소(Al-Ani et al., 2015) 및 인간 장내 세균 수의 감소 등이 보고되었다(Yang et al., 2014). 따라서 현재는 이런 문제를 해결하기 위해 독성이 낮고, 사람에게 해를 끼치지 않으며 활성이 지속될 수 있는 천연항균물질을 이용한 미생물 제어에 대한 관심이 최근 증가하고 있다.

다양한 천연항균물질을 생산하는 미생물 중 Burkholderia sp.은 다양한 그람 양성 세균, 진균, 방선균과 효모에 대한 항균 활성이 보고되었으며(El-Banna and Winkelmann, 1998), Pseudomonas aeruginosa, Escherichia coli, Staphylococcus aureusBacillus subtilis에 항균활성을 나타내는 Streptomyces lienomycini도 보고되었다(El-Naggar and Hamouda, 2016). 또한 광범위한 항세균 및 항진균 활성을 지닌 lipopeptide를 생산하는 Paenibacillus elgii가 분리된 바 있다(Huang et al., 2017). 이전 연구에서 전국 각지의 토양에서 약 2,100개의 세균 균주를 분리하였고 그중 여드름균인 Propionibacterium acnes에 대해 우수한 항균활성을 나타낸 춘천지역 토양 분리균주인 Burkholderia gladioli DS518과 Streptomyces lienomycini DS620 및 평창 오대산 토양에서 분리된 Paenibacillus elgii DS1515 균주를 선별하였다(Lee and Song, 2018b). 본 연구에서는 식품 보존제나 화장품의 미생물 오염을 방지하기 위한 보존제를 개발하기 위한 기초연구로서 위의 3균주의 항균활성과 균주가 생산하는 항균물질의 이화학적 특성을 조사하였다.

재료 및 방법

항균활성 세균 균주 및 대상 미생물

춘천과 평창의 토양에서 분리 및 동정되어 이미 여드름 균 Propionibacterium acnes에 대한 항균활성이 보고된 Burkholderia gladioli DS518, Streptomyces lienomycini DS620과 Paenibacillus elgii DS1515 (Lee and Song, 2018b)를 연구에 이용하였다. 3개의 균주는 피부 상재균 5종[Candida albicans (American Type Culture Collection, ATCC) 10231, Bacillus subtilis ATCC19659, Staphylococcus aureus ATCC6538, E. coli ATCC8739, Pseudomonas aeruginosa (Korean Collection for Type Cultures, KCTC) 2513]과 경상대학교 병원체 자원은행(Gyeongsang National University Hospital Branch of the National Culture Collection for Pathogens, GNUH-NCCP)으로부터 분양 받은 균주 [Enterococcus faecalis GNUH-NCCP (3728, 3738과 3788), Micrococcus luteus GNUH-NCCP (2837, 2922와 3683), Staphylococcus epidermidis GNUH-NCCP (44, 579와 672), Listeria monocytogenes GNUH-NCCP (2148, 2637과 2868), Klebsiella pneumoniae GNUH-NCCP (29, 4149와 4159)]를 대상으로 항균활성을 평가하였다.

선별균주의 항균활성

선별 균주의 항균활성 검사는 agar well diffusion 방법(Ansari et al., 2012)을 이용하였다. DS518과 DS1515 균주는 Luria-Bertani Broth (LB, Difco Lab), DS620 균주는 nutrient broth (NB, Difco Lab) 배지에 호기적으로 배양하고(30°C, 48~120시간) 배양액을 원심분리 하였다(2,300 × g, 4°C, 20분). 각각의 대상 미생물이 도말된 nutrient agar (NA, Difco Lab) 배지에 cork borer로 10 mm 직경의 well을 뚫고 배양 상등액을 100 μl 첨가하여 배양(30°C, 24시간) 후 well 주변에 생긴 생장 저해 직경을 측정하였다.

항균물질 추출 및 활성 평가

항균물질 추출 : DS518과 DS1515 균주의 단백질성 항균물질 추출은 Oh 등(2006)의 방법을 이용하여 수행하였다. 각각의 균주를 1,000 ml의 LB 배지에 호기적으로 배양하고(30°C, 160 rpm, 120시간), 배양 상등액에 ammonium sulfate를 30%로 첨가 후 정치하였다(4°C, overnight). 정치 후 원심분리(2,300 × g, 4°C, 40분)하여 침전된 단백질성 물질을 회수하고 동결 건조하여 추후 실험에 이용하였다. DS620 균주의 항생물질은 Singh 등(2014)의 방법을 이용하여 추출하였다. NB 배지에서 균주를 배양하고(30°C, 160 rpm, 168시간), 배양액을 원심분리 하였다(2,300 × g, 4°C, 40분). 배양 상등액에 동량의 ethyl acetate를 첨가하고 추출한 후 유기용매층을 분리하여 감압 증발시키고 건조하여 분말 상태의 시료를 -20°C에서 보관하였다.

최소저해농도 : 추출한 물질의 항균효과를 조사하기 위해 대상 미생물의 수는 107 cells/ml로 보정하여 최소저해농도(minimum inhibitory concentration, MIC)를 측정하였다. 동결건조 및 감압 증발하여 건조한 항균물질 분말을 1.5 ml micro tube에 넣고 증류수 및 methanol에 용해하여 2배씩 연속 희석한 후 실험에 이용하였다. 각각의 다른 농도의 항균물질을 대상 미생물에 처리한 후 미생물의 생장이 나타나지 않은 최소 농도를 MIC로 결정하였다(Al-Ani et al., 2015).

Time kill assay :B. gladioli DS518과 P. elgii 1515 균주의 단백질성 항균물질, S. lienomycini DS620 균주의 ethyl acetate 추출물의 항균물질 처리 시 대상 미생물이 사멸하는 양상은 time kill assay (Al-Ani et al., 2015)로 조사하였다. 대상 미생물 배양 후 세포를 회수하여 tryptic soy broth (TSB, Difco Lab)에 105~106 cells/ml가 되게 접종하고 MIC로 항균물질을 처리하여 배양하였다(30°C, 160 rpm). 배양 중 0, 4, 8과 24시간 간격으로 배양액을 채취하여 TSA에 도말하고 배양(30°C, 24시간) 후 생균수를 계수하였다.

항균물질 안정성 : 분리 균주가 생산하는 항균물질의 안정성은 Jiang 등(2012)과 Elayaraja 등(2014)의 방법을 수정하여 조사하였는데, 배양 상등액을 각각 -22~100°C에서 30분, 121°C에서 15분, pH 3~12에서 30분, 1%의 요소(urea)와 계면활성제(Tween 20, Tween 80, triton X-100) 30분 처리 후 항균활성을 agar well diffusion 방법으로 평가하였다.

결과 및 고찰

항균활성 세균 균주 선별

전국 각지의 토양에서 분리된 약 2,100개의 세균 균주를 피부 상재균 및 병원성 세균과의 평판배지 상의 대치 배양을 통해 항균활성이 높은 3개 균주를 선별하였는데 이들은 여드름균인 Propionibacterium acnes에 대해 항균활성이 이미 보고된 춘천지역 토양 분리균주인 Burkholderia gladioli DS518과 Streptomyces lienomycini DS620 및 평창 오대산 토양에서 분리된 Paenibacillus elgii DS1515 균주였다(Lee and Song, 2018b). 선별한 3개의 미생물은 이미 여드름균의 생장을 억제하는 항균활성이 보고되었으나, 피부 상재균 및 병원성 세균 등 인간에 직접적으로 해로운 영향을 줄 수 있는 미생물에 대한 폭 넓은 연구가 이루어지지 않았으므로 이들이 생산하는 항균물질의 효과를 폭넓게 탐색할 필요가 있다. 또한 기존에 항균활성이 보고된 Paenibacillus elgii DS381 균주의 연구(Lee and song, 2018a)와 비교하여 DS 1515 균주가 몇몇 대상 미생물에 대하여 더 우수한 활성을 나타내고 있기 때문에 이 균주가 생산하는 항균물질에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

선별균주의 항균활성

다양한 세균과 효모에 대한 DS518, DS620과 DS1515 균주의 agar well diffusion test 결과, DS518과 DS1515의 배양 상등액은 모든 대상 세균과 효모에 항균활성을 나타내었으며, DS 620의 배양 상등액은 K. pneumoniaeL. monocytogenes의 각 세 균주를 제외한 대상 미생물에 활성을 나타내었다. 그 중 특히 DS518 배양 상등액은 S. epidermidis 세 균주에 대하여 모두 29 mm 이상의 큰 생장저해대를 형성하였으며, DS620 배양 상등액은 P. aeruginosa KCTC2513를 제외하고, 활성을 나타낸 대상 균주에 모두 26 mm 이상의 생장저해대를 나타내었다(Table 1). DS1515 배양 상등액 또한 P. aeruginosa KCTC 2513를 제외한 모든 대상 미생물에 20 mm 이상의 저해 직경을 나타내었다. 이와 같이 세 분리 균주 모두 다양한 그람 양성과 음성 세균 및 효모에 대해 광범위한 항균활성을 나타내었다. 이는 Ansari 등(2012)의 연구에서 B. subtilis KIBGE IB-17의 항균활성과 비교할 때 L. monocytogenes에 대한 21 mm의 억제 직경과 유사하거나 더 높은 항균활성이었으며, 본 연구와 같은 균주인 S. aureus ATCC6538와 식수에서 분리한 P. aeruginosaE. coli에 대하여 각각 0, 0과 18 mm의 억제 직경을 보인 것에 비하여 훨씬 더 큰 항균활성을 나타내었다. 또한 Bacillus amyloliquefaciens An6가 P. aeruginosa ATCC27853와 K. pneumoniae ATCC13883에 활성을 나타내지 못한 결과(Ayed et al., 2015)나, Paenibacillus polymyxa SCE2가 E. coli HB101과 Micrococcus sp.에 활성을 보이지 못한 결과보다 항균활성이 우수하였다(Seldin et al., 1999).

Growth inhibition of various microorganisms by culture supernatant of strains DS518, DS620, and DS1515 in agar well diffusion test

Target organismInhibition zone diameter (mm)

DS518DS620DS1515
C. albican ATCC1023119.3 ± 0.522.6 ± 0.521.3 ± 1.5
B. subtilis ATCC1965919.3 ± 0.527.6 ± 0.526.3 ± 0.5
S. aureus ATCC653822.6 ± 0.529.0 ± 1.023.3 ± 0.5
P. aeruginosa KCTC251316.6 ± 0.516.0 ± 1.015.6 ± 2.9
E. coli ATCC873918.3 ± 0.526.6 ± 2.022.3 ± 0.5
E. faecalis GNUH-NCCP372816.3 ± 0.526.0 ± 0.020.0 ± 0.0
E. faecalis GNUH-NCCP373816.6 ± 2.327.6 ± 0.522.3 ± 0.3
E. faecalis GNUH-NCCP378819.0 ± 1.026.0 ± 1.725.3 ± 0.6
K. pneumoniae GNUH-NCCP2919.0 ± 1.0-22.6 ± 0.6
K. pneumoniae GNUH-NCCP414918.3 ± 0.5-22.0 ± 0.0
K. pneumoniae GNUH-NCCP415918.6 ± 1.1-22.0 ± 0.0
L. monocytogenes GNUH-NCCP214819.6 ± 0.5-26.0 ± 0.5
L. monocytogenes GNUH-NCCP263719.0 ± 0.5-25.3 ± 0.3
L. monocytogenes GNUH-NCCP286818.6 ± 0.5-26.0 ± 0.0
S. epidermidis GNUH-NCCP4430.3 ± 0.531.3 ± 1.526.0 ± 0.5
S. epidermidis GNUH-NCCP57931.0 ± 1.733.3 ± 1.527.3 ± 0.3
S. epidermidis GNUH-NCCP67229.6 ± 1.034.0 ± 1.027.0 ± 0.0
M. luteus GNUH-NCCP283722.0 ± 1.035.3 ± 1.523.3 ± 0.3
M. luteus GNUH-NCCP292223.3 ± 1.531.6 ± 1.526.3 ± 0.3
M. luteus GNUH-NCCP368321.3 ± 1.535.3 ± 0.526.0 ± 0.0

항균물질의 활성평가 : DS518과 DS1515 균주의 배양 상등액에서 회수된 분말 형태의 단백질성 물질은 각각 protease 활성과 lipopeptide 계면활성이 높았는데(Lee and Song, 2018b), 이전 연구에서 Propionibacterium acnes에 대한 것 같이 본 연구의 여러 대상 미생물에 대해서도 높은 항균활성을 지니며 물에 잘 녹는 특성을 나타내었다. 특히 anthracyclic antibiotics 중 daunomycinone을 함유하는 것으로 보고된(Lee and Song, 2018b) DS620 균주의 ethyl acetate 추출물은 그람 양성 세균 제어에 매우 효과적이었는데 보다 정확한 구조를 분석할 필요가 있다.

최소저해농도(MIC) : DS518과 DS1515의 단백질성 항균물질과 DS620 균주의 항균물질은 낮은 농도로도 대부분의 대상 미생물의 생장을 저해하는 효과를 나타내었다(Table 2). DS 1515 균주의 항균물질은 세 종의 미생물을 제외하고는 대부분의 대상 미생물에 156~1,250 μg/ml의 MIC 범위를 나타내었다. 대상 미생물에 대하여 가장 높은 효과를 나타낸 것은 DS 620 균주의 항균물질로 그람 양성 세균 제어에 가장 효과적이었는데 E. faecalis 세 균주(0.0312 μg/ml) 와 M. luteus 세 균주(0.0156~0.0625 μg/ml)에 대해 가장 낮은 MIC를 나타내었다. 이 균주의 항균물질은 agar well diffusion 결과와 대조적으로 L. monocytogenesK. pneumoniae 각 세 균주에 항균효과를 나타내었는데, 이는 배양액에 존재하는 항균물질이 추출 과정에서 농축되면서 나타난 결과로 추정할 수 있다. 전체적으로 세 균주의 항균물질은 대부분의 세균과 효모에 대해 폭 넓은 항균활성을 지닌 물질이라고 할 수 있다. DS518과 DS1515 균주의 항균물질은 농축과정에서 이용한 ammonium sulfate를 desalting하는 과정을 거치지 않았는데 이와 유사한 방법으로 항균물질을 정제한 연구(Elayaraja et al., 2014) 보다 폭 넓게 대상 미생물을 저해하고 있고, bacteriocin 유사물질의 활성에 대한 연구(Ayed et al., 2015)와 비교하여 우수하다고 할 수 있다. 구체적으로 Bacillus amyloliquefaciens An6 균주가 생산한 bacteriocin 유사물질이 E. coli ATCC25922, S. aureus ATCC25923, M. luteus ATCC4698와 E. faecalis ATCC29212에 대해 MIC가 각각 1,250~5,000 μg/ml, 그리고 K. pneumoniae ATCC13883, P. aeruginosa ATCC27853에 활성을 나타내지 못한 결과(Ayed et al., 2015)와 비교하여 더 많은 대상 미생물에 대해 대부분 훨씬 더 낮은 MIC값을 나타내어 본 연구의 균주들의 항균물질이 더 우수한 항균활성을 보인다는 것을 알 수 있었다. 특히 가장 우수한 효과를 나타내었던 DS620 균주의 항균물질은 Ayed 등(2015)의 연구에서 이용하였던 양성대조군인 항생물질 bacitracin보다도 높은 항균활성을 나타내었다.

Minimum inhibitory concentration (MIC) determined of antimicrobial substance of strains DS518, DS620, and DS1515 against various microorganisms

Target organismMIC (μg/ml)

DS518DS620DS1515
C. albicans ATCC1023110,0002,5005,000
B. subtilis ATCC196596250.3625
S. aureus ATCC65383120.2312
P. aeruginosa KCTC25133126255,000
E. coli ATCC87396251,2505,000
E. faecalis GNUH-NCCP37285,0000.03121,250
E. faecalis GNUH-NCCP373810,0000.03121,250
E. faecalis GNUH-NCCP37881,2500.03121,250
K. pneumoniae GNUH-NCCP29312625156
K. pneumoniae GNUH-NCCP4149156312156
K. pneumoniae GNUH-NCCP4159156625156
L. monocytogenes GNUH-NCCP21483125312
L. monocytogenes GNUH-NCCP26373125156
L. monocytogenes GNUH-NCCP28683125312
S. epidermidis GNUH-NCCP441561156
S. epidermidis GNUH-NCCP5791561156
S. epidermidis GNUH-NCCP6721561156
M. luteus GNUH-NCCP2837780.0625312
M. luteus GNUH-NCCP2922780.0156156
M. luteus GNUH-NCCP3683780.0312156

Time kill assay : 다양한 피부 상재균과 병원성 세균(105~106 cells/ml)에 MIC로 각각 항균물질 처리 후 사멸 효과 조사 시, 먼저 5종의 피부 상재균에 대해 세 균주의 항균물질은 모두 높은 사멸 효과를 나타내었다. DS518과 DS620 균주 항균물질은 대상 미생물에 대해 상당히 유사한 사멸 양상을 나타내며 24시간 이내에 모두 사멸시켰는데, MIC의 낮은 농도에서도 빠른 사멸효과를 나타내었다(Fig. 1A와 B). DS1515 균주의 항균물질은 대부분의 대상 미생물을 더욱 빠르게 사멸시켰는데, 특히 C. albicans ATCC10231, P. aeruginosa KCTC2513와 E. coli ATCC8739를 4시간 이내에 사멸시키는 우수한 항균활성을 나타내었다(Fig. 1C). 인간 병원성 세균에 대해서도 세 균주의 항균물질은 24시간 이내에 대상 미생물을 모두 사멸시키는 효과를 나타내었는데, DS518 균주 항균물질은 피부상재균에 대한 사멸효과와 유사한 사멸 양상을 나타내었으며 초기 사멸효과가 나머지 두 균주보다 약간 낮았다(Fig. 2A). DS620 균주의 항균물질도 모든 대상 병원체를 24시간 내에 사멸시켰으며, 특히 K. pneumoniae GNUH-NCCP4159는 4시간 내에, 그리고 S. epidermidis GNUH-NCCP672를 8시간 이내에 사멸시키는 우수한 효과를 나타내었다. DS1515 균주의 항균물질은 대체로 8시간 이내에 3종의 대상 병원체를 완전히 또는 크게 감소시키는 항균효과를 나타내었다. 위의 제시된 모든 결과는 p < 0.001 수준에서 통계적으로 유의하여 대조구 대비 효과적으로 대상 미생물을 효율적으로 사멸시킨다고 할 수 있다. 이와 달리 Zou 등(2012)이 보고한 lactic acid bacteria가 생산한 bacteriocin인 nisin과 약용식물의 항균활성 성분인 allyl isothiocyanate를 각각 단독으로 S. aureusL. monocytogenes에 처리하였을 때 각각 배양 4시간과 10시간째에 생균수가 다시 증가하는 양상을 보였다. 또한 이 연구에서 nisin과 allyl isothiocyanate의 활성 감소 문제를 해결하기 위해 두 물질을 조합하여 S. aureusL. monocytogenes 균주에 처리했을 때, 각 균주가 배양 10시간째에 사멸한 결과와 비교해도 본 연구의 균주 항균물질의 활성이 더 효율적이었다. 벌독에서 분리한 항균물질 성분인 melittin 6.2 μg/ml와 약용식물의 정유에서 분리한 carvacrol 50 μg/ml를 조합하여 E. coli에 처리 시 배양 24시간 후에도 세균이 완전히 사멸하지 못한 결과(Al-Ani et al., 2015)와 비교해도 본 연구의 사멸효과가 더 높았다. 이러한 결과를 종합했을 때, 3개의 분리 균주의 항균물질은 기존 여드름균에 대한 연구에 더하여 더욱 폭 넓게 다양한 미생물을 저해하는 효과를 나타낸다고 할 수 있다. 또한, 선행연구(Lee and song, 2018a) 및 유사한 미생물에 대한 연구와 비교하여 우수한 항균효과를 나타내고 있기 때문에 식품 보존제나 화장품의 미생물 오염을 방지하기 위한 보존제를 개발하기 위한 기초연구로서 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

Fig. 1.

Population changes of C. albicans ATCC10231 (△), B. subtilis ATCC19659 (◇), S. aureus ATCC6538 (○), P. aeruginosa KCTC2513 (X), and E. coli ATCC8739 (□) in the presence of antimicrobial substances (1 MIC) of DS518 (A), DS620 (B), and DS1515 (C).


Fig. 2.

Population changes of S. epidermidis GNUH-NCCP672 (△), E. faecalis GNUH-NCCP3788 (◇), K. pneumoniae GNUH-NCCP4159 (○), M. luteus GNUH-NCCP3683 (X), and L. monocytogenes GNUH-NCCP2868 (□) in the presence of antimicrobial substances (1 MIC) of DS518 (A), DS620 (B), and DS1515 (C).


항균물질 안정성 : 이전 연구에서 DS518 균주의 활성에는 protease가, DS620 균주는 항생물질 daunomycinone, DS1515 균주의 항균활성에는 lipopeptide가 크게 기여한다고 보고되었다(Lee and Song, 2018b). 이런 항균물질의 활용에는 그것의 환경에서의 안정성도 중요하여 다양한 온도, pH, 요소와 계면활성제가 균주의 항균물질에 미치는 영향을 조사하였는데, 세 균주의 항균물질은 대부분의 조건에서 80~100%의 높은 활성을 유지하였다. DS620과 DS1515 균주의 항균물질은 -22~100°C와 pH 3~11의 넓은 범위 및 요소와 3가지 계면활성제 처리에서 안정된 활성을 보였다(Table 3). DS518 균주의 항균물질은 121°C에서도 항균활성을 나타낸 반면 pH 6~8 범위에서만 안정된 활성을 나타내었다. 이 결과는 protease가 pH 6~9 범위에서 활성을 띤다는 Ghorbel 등(2003)의 결과와 일치하는 양상을 나타내며, DS518 균주의 항균활성에 protease가 기여하는 것을 확인할 수 있었다. 본 분리균주 항균물질의 안정성은 Lactobacillus plantarum TF711 균주의 항균물질이 일부 계면활성제에 대해서만 활성이 안정하거나 80°C 처리구에서 잔여 활성이 80%이었던 결과(Hernández et al., 2005)나 Lactobacillus sakei LSJ618의 항균물질이 pH 10~12 범위에서 활성이 사라진 것보다 우수하였다(Jiang et al., 2012). DS 1515 균주의 항균활성에 주된 기여를 하는 lipopeptide는 일부 연구에서 다양한 온도와 pH 범위에서도 안정한 활성을 보였고, 특히 121°C 조건에서도 최대 80%까지 활성을 유지한 사례도 있었다(Zhang et al., 2012; Sharma and Saharan, 2014). DS518 균주의 항균활성에 주된 기여를 하는 protease 또한 단백질성 물질이지만 고온 안정성에 대해서도 보고되었기 때문에(Fujio and Kume, 1991; Adinarayana et al., 2003), 본 연구의 단백질성 추출물이 다양한 조건에서 안정한 활성을 유지할 수 있을 것으로 판단된다. 반면에 DS620 균주의 활성에 주된 기여를 하는 항생물질 daunomycinone은 환경조건에 의한 영향이 알려져 있지 않다.

Stable conditions for antimicrobial activities of the culture supernatant of strains DS518, DS620, and DS1515

TreatmentResidual activity (± SD) %

DS518DS620DS1515
Untreated antimicrobial substance100100100
Temperature (℃)
-22ºC, 30 min100.0 ± 2.097.8 ± 1.1100.0 ± 0.0
4ºC, 30 min100.0 ± 0.097.8 ± 1.198.7 ± 1.3
40ºC, 30 min100.0 ± 1.094.5 ± 2.998.7 ± 1.3
50ºC, 30 min100.0 ± 1.097.8 ± 1.1100.0 ± 2.3
60ºC, 30 min100.0 ± 1.098.9 ± 0.096.0 ± 2.3
70ºC, 30 min100.0 ± 2.098.9 ± 0.096.0 ± 2.3
80ºC, 30 min100.0 ± 1.098.9 ± 0.097.3 ± 2.7
90ºC, 30 min100.0 ± 4.098.9 ± 0.096.0 ± 2.3
100ºC, 30 min96.3 ± 4.098.9 ± 0.093.3 ± 3.5
121ºC, 15 min94.4 ± 4.061.5 ± 2.286.7 ± 3.5
pH
3.050.0 ± 1.094.5 ± 2.997.3 ± 3.5
4.054.5 ± 3.0100.0 ± 1.196.0 ± 4.6
5.061.4 ± 3.0100.0 ± 1.1100.0 ± 0.0
6.095.5 ± 3.0100.0 ± 1.1100.0 ± 1.3
7.090.1 ± 5.097.8 ± 1.198.7 ± 1.3
8.077.3 ± 3.097.8 ± 1.198.7 ± 1.3
9.059.1 ± 3.094.5 ± 2.9100.0 ± 1.3
10.059.1 ± 1.096.7 ± 1.1100.0 ± 2.3
11.055.5 ± 3.092.3 ± 0.0100.0 ± 0.0
12.047.7 ± 0.058.2 ± 1.10.0 ± 0.0
Chemical reagents (1%)
Urea96.7 ± 1.397.8 ± 1.194.7 ± 1.3
Tween 2097.8 ± 1.1100.0 ± 1.178.7 ± 1.3
Tween 8094.7 ± 1.197.8 ± 1.182.7 ± 2.7
Triton X-10092.3 ± 0.091.2 ± 1.192.0 ± 2.3

적 요

화장품과 식품에서의 미생물 번식은 제품의 질을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 인간에 다양한 질병을 유발할 수 있다. 이 연구는 다양한 인간 피부 상재균과 병원성 세균을 억제하는 분리 세균인 Burkholderia gladioli DS518, Streptomyces lienomycini DS620과 Paenibacillus elgii DS1515의 항균물질의 활성을 평가하는 것이다. 세 개의 균주는 대상 미생물에 35.3 mm까지의 큰 저해 직경을 나타내었다. 세균 균주로부터의 항균물질의 조추출물(단백질과 항생물질)은 대부분의 대상 미생물에 낮은 최소저해농도(< 1,250 μg/ml)와 함께 높은 효과를 나타내었다. 특히 DS620 균주의 항균물질은 Micrococcus luteusEnterococcus faecalis에 대해 가장 낮은 MIC (0.0156~0.0625 μg/ml)를 나타내었다. 분리 균주의 항균물질들은 24시간 이내에 105~106 cells/ml의 대상 미생물을 완전히 사멸시키는 효과를 나타내었으며, 넓은 범위의 온도와 pH 및 요소와 계면활성제 존재 하에 안정된 활성을 나타내었다.

감사의 말

본 연구는 중소기업기술혁신개발사업의 지원으로 연구되었습니다(과제번호 C1012548-01-02). 피부상재균과 병원성 세균 균주를 분양해주신 (주)래디안과 경상대학교 병원체 자원은행에 감사드립니다.

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December 2019, 55 (4)