방선균목(actinomycetes)의 우점종인 Streptomyces는 생리활성 천연물의 상당한 비율을 차지한다. 이전 연구에서 우리는 2400종 이상(c. 2400)의 배양 추출물을 Candida albicans 및 Staphylococcus aureus에 대한 생물활성 검정(bioassays)에 적용하였다. 그중 Streptomyces javensis로 명명된 Inha503이 nigericin을 생산하는 것으로 확인되었으며, 이 물질은 Micrococcus luteus 및 S. aureus와 같은 그람양성 세균에 대해 항균 활성을 나타낸다. 본 연구는 S. javensis Inha503의 유전체 특징을 규명하고 nigericin 유도체의 역가(titer)를 향상시키기 위해 하류 공정을 최적화하는 것을 목적으로 하였다. 염색체 상의 nigericin 생합성 유전자 클러스터(BGC) 확인은 전유전체 생물정보학 및 핵심 BGC 유전자 소실(core BGC knockout) 결과를 통해 검증되었다. 배양 시간은 10일로 최적화하였고, LC/MS를 이용하여 nigericin 유도체를 동정하고 정량하였다. Streptomyces의 7종 생산 배지 중에서 nigericin의 생산량은 R5 배지에서 가장 높았으며, 이는 이전 조건 대비 1.75배 증가를 보였다. 또한 nigericin 추출 공정은 단일 용매로서 ethyl acetate를 사용하거나, ethyl acetate와 ethanol을 7:3 비율로 혼합한 조건으로 최적화하였다. 추출을 ethyl acetate와 ethanol 혼합액으로 수행하고 10일 배양한 경우, R5 배지에서 nigericin 유도체의 최고 역가가 얻어졌으며, 이는 S. javensis Inha503의 유전적 통찰을 바탕으로 한 최적화된 정제 공정이 nigericin과 같은 생리활성 화합물 생산을 위한 유망한 플랫폼임을 시사한다.

Streptomyces와 같은 다양한 생리활성 화합물을 지닌 토양 미생물은 친환경 살균제의 발굴을 위한 가치 있는 자원으로 평가받는다. 본 연구에서는 대한민국의 유기농 녹차 재배지에서 수집한 토양 시료로부터 새로운 Streptomyces를 분리하였다. 분리 과정에서는 약 2400개의 배양 추출물에 대해 항진균 활성 스크리닝을 수행하였으며, 그 결과 S. collinus Inha504로 명명된 균주가 다양한 식물병원성 진균에 대해 현저한 항진균 활성을 나타내는 것이 확인되었다. S. collinus Inha504는 생체외(bioassay)에서 Fusarium oxysporum 및 Aspergillus niger를 포함한 7종의 식물병원성 진균의 증식을 억제하였을 뿐만 아니라, 생체내(in vivo) 포트 시험에서도 F. oxysporum에 감염된 고추, 딸기, 토마토에 대해 방제 효과를 보였다. S. collinus Inha504의 유전체 마이닝 결과, 염색체 상에 폴리엔 마크로라이드(polyene macrolide)를 암호화하는 생합성 유전자 클러스터(BGC)가 존재함이 밝혀졌으며, 이는 작물 질병 방제에 효과가 있는 것으로 알려진 루센스로마이신(lucensomycin, LCM)에 대해 높은 상동성을 보였다. 유전학적 확인 및 생체외 시험을 통해 S. collinus Inha504의 항진균 활성은 염색체 내 LCM BGC의 존재에 기인함이 입증되었다. 이러한 결과는 생체외 기반 스크리닝을 통해 유용한 생물학적 활성을 지닌 새로운 Streptomyces 균주를 선발하는 효과적인 전략이 될 수 있으며, 유전체 마이닝 접근법을 통해 해당 대사산물에 기여하는 생합성 유전자 클러스터를 규명하는 데에도 활용될 수 있다.

최적화된 배지에서 배양한 균주는 7-L 연속(유가) 배치 발효에서 약 4 g/L의 안트라닐레이트(anthranilate)를 생산하였다. 미생물 기반 안트라닐레이트 생산을 위한 전반적인 합리적 세포 공장 설계와 배양 공정 최적화는 전통적인 화학 기반 안트라닐레이트 생산 공정을 보완하는 데 핵심적인 역할을 할 것이다.

사설 기사 Front. Microbiol., 2022년 3월 21일 Sec. 미생물 생리 및 대사 https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.827181

대형 천연물 BGC에 대한 BAC 클로닝은 방선균에서 천연물의 테이터(titer) 개선 및 생물학적 활성 스크리닝을 위한 유용한 접근법이다.

해양 액티노박테리아는 항생제, 항암제, 면역억제제와 같은 다양한 생리활성 물질의 유용한 생물학적 자원이다 [1]. 그러나 2000년대 이후 새로운 종 및 항생제의 동정이 감소하는 양상이 나타났으며, 이는 다제내성의 유병률 증가와 맞물린 결과이다; 따라서 이러한 미생물은 새로운 치료제 발굴에 중요하다 [2]. 또한 이들은 높은 생합성 잠재력을 보이지만, 2차 대사산물 생성과 관련된 많은 생합성 유전자 클러스터(BGC)는 표준 실험실 조건에서 발현되지 않아 화학적 다양성에 대한 접근이 제한된다 [3]. 그러므로 이들 미생물에서 새로운 생리활성 대사산물을 발견하기 위해서는 유전체 서열분석과 암호성 BGC(cryptic BGC) 동정이 필수적이다 [4]. 본 연구에서는 해양 스폰지로부터 해양 액티노박테리아를 분리하고, 전유전체 서열분석을 수행하여 새로운 2차 대사산물을 동정하고자 하였다. 또한 그들의 BGC를 특성화하고자 하였다. 우리는 심해 스폰지 Spheciospongia panis에서 분리된 새로운 해양 액티노박테리아 Streptomyces sp. MMBL 11-3을 동정하였다. 이 스폰지는 한국 제주도의 문섬에서 한국해양과학기술원(Korea Institute of Ocean Science & Technology)의 지원을 받아 채집하였다. 채집한 해양 스폰지는 분쇄 및 여과를 통해 액체 시료로 처리하였다. 액체 시료는 이전에 기술된 바와 같이 [5], 2% NaCl, 10 M nalidixic acid, 20 M cycloheximide가 보강된 ISP4(BD DIFCO, USA), ISP2(BD DIFCO, USA) 및 해양 한천(BD DIFCO) 배지 위에 접종하여 액티노박테리아를 선택적으로 분리하였다. 이후 특이적인 액티노박테리아 형태를 보이는 집락에서 Streptomyces sp. MMBL 11-3을 분리하였다. 분리된 균주는 유전체 DNA(gDNA)를 추출하기 위해 28에서 2일 동안 500 mL의 트립틱 소이 브로스(BD DIFCO)에서 배양하였으며, Wizard DNA Purification Kit(Promega, USA)를 사용하였다. 추출된 gDNA는 Illumina 플랫폼(단문 리드용) 및 PacBio Sequel System(장문 리드용)을 이용한 차세대 염기서열분석에 사용되었다(염기서열분석은 Macrogen에서 수행). (해양 액티노박테리아는 생리활성 물질의 풍부한 공급원이다; 그러나 많은 생합성 유전자 클러스터(BGC)는 표준 조건에서는 발현되지 않는다.) 본 연구에서는 한국 공화국 제주도 문섬 인근의 심해 스폰지 Spheciospongia panis에서 분리한 새로운 액티노박테리아 Streptomyces sp. MMBL 11-3을 동정하였다. 전유전체 서열분석 결과, 9.5-Mb 유전체와, 테르펜, 비리보솜 펩타이드 합성효소, 폴리케타이드 합성효소, 그리고 리보솜 합성 및 번역 후 변형된 펩타이드 BGC를 포함한 34개의 BGC가 확인되었다. 계통발생 분석은 다른 Streptomyces 종들과의 밀접한 관련성을 확인하였다. 따라서 Streptomyces sp. MMBL 11-3은 향후 연구에서 유전체 기반 접근법을 통해 새로운 2차 대사산물을 동정하는 데 활용될 수 있다.

, 방향족 화합물을, 특히 shikimate 경로 대사산물에서 유래하는 유용한 방향족 화합물을 합성하는 고생산 균주를 개발하기 위한 견고한 플랫폼 기술을 제공한다.

해양 방선균은 다양한 천연물을 생산할 수 있어 경제적으로 중요한 가치를 지닌 원핵생물이다. Actinomadura, Aeromicrobium, Gordonia, Marinophilus, Micromonospora, Nonomuraea, Rhodococcus, Saccharomonospora, Saccharopolyspora, Salinispora, Streptomyces, Williamsia, Verrucosispora를 포함한 여러 해양 방선균 속(genus)이 확인되었다[1]. 이들 중 Streptomyces는 자연 환경에서 가장 널리 분포하며, 형태학적, 생리학적, 생화학적 측면에서의 현저한 다양성을 보인다[1]. 높은 압력, 염분, 온도 및 제한된 영양소 가용성을 특징으로 하는 극한의 해양 조건에서 방선균은 이러한 환경에서의 생존을 보장하는 독특하고 상이한 구조를 지닌 천연물을 합성함으로써 적응한다[2]. 본 논문은 Streptomyces sp. MMBL의 전장(genome) 염기서열 분석 결과를 제시한다.

방선균목(actinomycetes)의 우점종인 Streptomyces는 생리활성 천연물의 상당한 비율을 차지한다. 이전 연구에서 우리는 2400종 이상(c. 2400)의 배양 추출물을 Candida albicans 및 Staphylococcus aureus에 대한 생물활성 검정(bioassays)에 적용하였다. 그중 Streptomyces javensis로 명명된 Inha503이 nigericin을 생산하는 것으로 확인되었으며, 이 물질은 Micrococcus luteus 및 S. aureus와 같은 그람양성 세균에 대해 항균 활성을 나타낸다. 본 연구는 S. javensis Inha503의 유전체 특징을 규명하고 nigericin 유도체의 역가(titer)를 향상시키기 위해 하류 공정을 최적화하는 것을 목적으로 하였다. 염색체 상의 nigericin 생합성 유전자 클러스터(BGC) 확인은 전유전체 생물정보학 및 핵심 BGC 유전자 소실(core BGC knockout) 결과를 통해 검증되었다. 배양 시간은 10일로 최적화하였고, LC/MS를 이용하여 nigericin 유도체를 동정하고 정량하였다. Streptomyces의 7종 생산 배지 중에서 nigericin의 생산량은 R5 배지에서 가장 높았으며, 이는 이전 조건 대비 1.75배 증가를 보였다. 또한 nigericin 추출 공정은 단일 용매로서 ethyl acetate를 사용하거나, ethyl acetate와 ethanol을 7:3 비율로 혼합한 조건으로 최적화하였다. 추출을 ethyl acetate와 ethanol 혼합액으로 수행하고 10일 배양한 경우, R5 배지에서 nigericin 유도체의 최고 역가가 얻어졌으며, 이는 S. javensis Inha503의 유전적 통찰을 바탕으로 한 최적화된 정제 공정이 nigericin과 같은 생리활성 화합물 생산을 위한 유망한 플랫폼임을 시사한다.

Streptomyces와 같은 다양한 생리활성 화합물을 지닌 토양 미생물은 친환경 살균제의 발굴을 위한 가치 있는 자원으로 평가받는다. 본 연구에서는 대한민국의 유기농 녹차 재배지에서 수집한 토양 시료로부터 새로운 Streptomyces를 분리하였다. 분리 과정에서는 약 2400개의 배양 추출물에 대해 항진균 활성 스크리닝을 수행하였으며, 그 결과 S. collinus Inha504로 명명된 균주가 다양한 식물병원성 진균에 대해 현저한 항진균 활성을 나타내는 것이 확인되었다. S. collinus Inha504는 생체외(bioassay)에서 Fusarium oxysporum 및 Aspergillus niger를 포함한 7종의 식물병원성 진균의 증식을 억제하였을 뿐만 아니라, 생체내(in vivo) 포트 시험에서도 F. oxysporum에 감염된 고추, 딸기, 토마토에 대해 방제 효과를 보였다. S. collinus Inha504의 유전체 마이닝 결과, 염색체 상에 폴리엔 마크로라이드(polyene macrolide)를 암호화하는 생합성 유전자 클러스터(BGC)가 존재함이 밝혀졌으며, 이는 작물 질병 방제에 효과가 있는 것으로 알려진 루센스로마이신(lucensomycin, LCM)에 대해 높은 상동성을 보였다. 유전학적 확인 및 생체외 시험을 통해 S. collinus Inha504의 항진균 활성은 염색체 내 LCM BGC의 존재에 기인함이 입증되었다. 이러한 결과는 생체외 기반 스크리닝을 통해 유용한 생물학적 활성을 지닌 새로운 Streptomyces 균주를 선발하는 효과적인 전략이 될 수 있으며, 유전체 마이닝 접근법을 통해 해당 대사산물에 기여하는 생합성 유전자 클러스터를 규명하는 데에도 활용될 수 있다.

최적화된 배지에서 배양한 균주는 7-L 연속(유가) 배치 발효에서 약 4 g/L의 안트라닐레이트(anthranilate)를 생산하였다. 미생물 기반 안트라닐레이트 생산을 위한 전반적인 합리적 세포 공장 설계와 배양 공정 최적화는 전통적인 화학 기반 안트라닐레이트 생산 공정을 보완하는 데 핵심적인 역할을 할 것이다.

사설 기사 Front. Microbiol., 2022년 3월 21일 Sec. 미생물 생리 및 대사 https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.827181