
진균에 의해 많은 농작물이 감염되어 세계 식량 생산의 5~10% 손실이 추정된다고 보고되었으며, 일부 진균은 다양한 독소를 생산하여 곡물, 견과류 및 이를 이용하여 만든 사료 등을 오염시킨다(Pitt and Hocking, 1997; Fazekas et al., 2002). 진균독소는 대략 400개 이상의 종류가 있다고 알려져 있고, 이 중 농산물에서 오염이 흔히 보고되는 것은 aflatoxin, ochratoxin, fumonisin, zearalenone 및 patulin 등이다(Richard, 2007; Bosco and Mollea, 2012). 이들은 낮은 농도에서도 인간을 포함한 다양한 동물에서 발암성, 변이원성, 기형 유발성, 신경 독성, 신장 독성, 면역 억제 및 유전 독성 등을 나타낼 수 있다(Lewis et al., 2005; Wangikar et al., 2005). 또한 대부분의 진균 독소는 열 안정성을 가져서 일반적인 조리나 가공 시에도 쉽게 파괴되지 않는다. 한 진균 종이 구조적으로 유사한 여러 종류의 독소를 생성하며, 동시에 여러 진균 종이 동일한 농작물에 감염할 수 있으므로 다양한 진균 독소가 생성될 수 있다. 그로 인해 독소들 간의 상승 작용 같은 문제도 존재하는데, Edrington 등(1995)은 aflatoxin B1과 ochratoxin A의 병용 투여가 닭 배아에서 발달 장애 및 사망률 증가를 보인다고 보고하였다.
진균 독소를 제어하는 효과적인 방법 중 하나는 진균 생장을 억제하여 독소 생성을 막는 것이다(Xiong et al., 2017). 다양한 세균 중 Streptomyces는 동식물에 병원성을 나타내는 종이 드물다고 알려져 있고 항생 물질, 항암 물질, 비타민 등 7,600가지의 생리 활성 물질을 생산하는 능력을 지니며(Bérdy, 2005), 식물 병원균에 대한 생물학적 조절제로서 사용되어 왔다(Law et al., 2017). 이에 본 연구에서는 진균 독소의 제거능이 보고된 두 개의 Streptomyces 균주(Hwang and Song, 2020)를 대상으로 여러 독소 생성 진균에 대한 항진균 활성과 항진균 물질 조사를 통해 진균 독소를 효과적으로 제어할 수 있는 생물학적 조절자를 찾고자 하였다.
진균 독소 ochratoxin (OTA)에 대한 제거능이 있는 Streptomyces와 Bacillus 균주의 OTA생성 진균에 대한 항진균능도 보고된 바 있어(Hwang et al., 2019), 본 연구자들이 OTA뿐만 아니라 aflatoxin B1 (AFB1)과 fumonisin B1 (FB1)에 대해 높은 제거능을 보고한 S. sporoverrucosus JS383과 S. lavendulae JS669 균주(Hwang and Song, 2020)를 대상으로 이 세 독소를 각각 생성하는 다음의 10가지 진균 균주들에 대한 항진균능을 조사하였다. AFB1을 생성하는 Aspergilllus flavus KACC44986, 45068 및 45146 균주와 FB1을 생산하는 Fusarium fugikuroi KACC46888과 48352, F. verticillioides KACC48356 및 F. proliferatum KACC48354 균주는 국립농업과학원 미생물은행(Korean Agricultural Culture Collection, KACC)으로부터 분양받았고, OTA 생성 진균인 Aspergillus alutaceus KCCM60421, A. awamori KCCM32316 및 A. fresenii KCCM60465는 한국미생물 보존센터(Korean Culrue Center of Microorganisms, KCCM)에서 분양 받아 이용하였다.
모든 실험은 3반복으로 수행하였으며 분석에 이용한 프로그램은 SPSS v. 24.0 (IBM SASS Statistics 24)이었으며 대조구와 처리구 사이 유의한 차이는 Independent two-sample t-test를 이용하여 분석하였다. 모든 실험에서 p < 0.05일 때 통계적으로 유의한 차이가 있다고 보았다.
이 실험에서 이용한 S. sproverrucosus JS383과 S. lavendulae JS669 균주는 다양한 지역의 토양에서 분리한 1,000여 개의 세균 균주 중 여러 종류의 aflatoxin, FB1과 OTA에 대한 제거능이 가장 높았을 뿐만 아니라(Hwang and Song, 2020) agar spot assay에서 독소생성 진균에 대한 생장 억제 활성이 가장 우수하였다(결과 미제시). NB에서 배양 시 JS383와 JS669의 개체수는 OD600이 1.00일 때 각각 2.41 × 107과 0.93 × 107 CFU/ml이었다. JS383은 같은 종의 다른 균주인 S. sproverrucosus MTCC11715와 항진균 활성을 나타내는 공통적인 특성을 가졌으며(Jain et al., 2013), JS669 역시 동종의 다른 균주로 항진균능이 있는 S. lavendulae C-22,030 그리고 NRRL B-1230과 집락의 형태와 색이 유사하였다(Balitz et al., 1982).
JS383과 JS669는 OTA 생성 진균에 대해서도 유의한 항진균 활성 및 독소 제거능을 나타냈는데, 그 중 A. fresenii KCCM60465의 균사체 생장을 각각 91.5와 98.3% 억제하였다(Fig. 3). 이는 약용식물인 네잎갈퀴 Trachyspermum ammi의 에탄올 추출물 50 ppm을 처리한 YES 배지에서 71.5%의 A. ochraceus 생장 감축보다 효과적인 생장 저해 결과이다(Murthy et al., 2009). 그리고 균주 배양액은 A. awamori KCCM32316이 생산한 저농도의 OTA (2.48 µg/L) 뿐만 아니라 A. alutaceus KCCM60421이 생산한 2,600 µg/L의 고농도의 OTA도 효과적으로 감축시켰는데(Fig. 4), 이는 T. ammi 추출물(50 ppm)의 OTA 감축능 73.9%보다 훨씬 높은 결과이었다(Murthy et al., 2009). 이와 같이 이 균주들은 독소 생성 진균과 진균 독소를 효과적으로 제어할 수 있는 생물학적 방제제가 될 수 있을 것이라 기대된다. 그러나 땅콩이나 옥수수 등 진균독소 오염이 빈번한 작물을 대상으로 한 처리 시에도 효과적인 제어능을 나타내는지에 대한 추가 조사가 필요하다.
본 연구에서는 Streptomyces sporoverrucosus JS383과 S. lavendulae JS669 균주의 독소 생성 진균 10 종류에 대한 여러 항진균 활성과 그들이 생성하는 항진균 물질에 대해 조사하였다. 이들은 disc diffusion assay에서 대상 진균에 대하여 큰 생장저해대(직경 5.7~25.3 mm)를 형성하였다. JS383과 JS669 균주는 모든 대상 진균의 포자 생성을 각각 97.3과 99.2%까지 억제하였으며, 또한 대부분의 표적 진균의 포자 발아도 72.5% 이상 저해하였다. 이들은 액체 배지에서 독소 생성 Aspergillus spp.의 균사체 생장을 유의하게 감소시켰으며, 특히 JS383과 JS669는 각각 A. flavus KACC45068과 KACC44986의 생장을 완전히 억제시켰다. 이 배양에서 진균 독소 생성이 유의하게 감소되었는데, JS383 and JS669는 A. flavus KACC45068의 AFB1 생성을 각각 97.8과 98.8%로 감소시켰다. JS383 and JS669은 항진균 물질로 각각 최대 113.2 and 110.2 µM의 siderophore를 생성하였으며, 최대 1.4 U/ml의 chitinase 활성을 나타내었다. 이 결과는 JS383과 JS669 균주와 이들의 대사산물이 곡물과 사료를 독소 생성 진균으로부터 보호하고 경제적 및 공중 보건적 피해를 감소시킬 수 있는 생물학적인 방법에 사용될 수 있을 것을 제시한다.
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