호기적이며 혐기적 환경에서 증식하는 포자형성 간균인 Bacillus cereus는 설사형 및 구토형 식중독을 일으키는 독소를 생성한다. 하지만 Bacillus species는 유산균이 생성하는 bacteriocin과 달리, 다양한 특징을 가진 넓은 범위의 항균 물질을 생성한다. 이러한 다양한 항균물질은 식품산업뿐만 아니라 다양한 산업에 적용 가능하다. 본 연구에서는 이러한 점을 고려하여, 청국장에서 분리한 Bacillus subtilis HH28가 생성하는 항균물질의 정제 및 특성을 규명함으로써 그 적용 가능성을 검토하였다. 이를 통해 Bacillus species가 생성하는 항균물질의 다양한 산업적 활용 가능성을 확인하였다.
<h1>서 론</h1><p>Bacillus cereus는 자연환경에 널리 분포하며 호기적, 혐기적 조건에서 증식하는 포자형성 간균이다. 따라서 식품 제조, 가공, 조리 과정 동안에 포자형태로 존재하다가 적절한 환경에서 영양세포로 증식하여 식품의 부패를 일으키는 것으로 알려져 있다. 또한 B. cereus는 enterotoxin과 구토독소를 생성하여 설사형, 구토형 식중독을 유발한다. 이러한 미생물 때문에 발생하는 식품 부패와 식중독을 예방하기 위해 식품 보존제를 첨가한다. 식품 보존제에는 합성 보존제와 천연 보존제가 있으며 합성 보존제는 안전성의 논란으로 인해 소비자들이 기피하는 추세이다. 따라서 천연 보존제에 대한 관심이 증가하고 있고 이러한 천연 보존제에는 유기산, 식물 추출물, 미생물이 생산하는 항균물질 등이 있다.</p><p>미생물이 생산하는 항균물질은 대부분이 박테리아가 생산하는 단백질 또는 peptide성 물질이어서 인간 또는 동물의 소화효소에 의해 분해되므로 식품에서 안전한 천연보존제로 사용 가능하다. 대표적인 예로 1928년 유산균인 Lactococcus lactis가 생산하는 nisin이라고 명명된 bacteriocin으로 1998년 미국 FDA의 승인으로 가공 치즈의 천연식품보존제로 사용되고 있다. 이는 유산균이 생성하는 bacteriocin에 대한 연구가 활발히 이루어지는 발단이 되었다. 그러나 유산균이 생성하는 bacteriocin보다 Bacillus species가 생성하는 항균 물질은 다양한 특징을 가지고 넓은 범위의 항균력을 가지고 있다.</p><p>Bacillus species가 생성하는 항균물질은 다음과 같이 분류한다. Class Ⅰ은 subtilin, sublancin 168, subtilosin A 등이 속해 있으며, 유전자가 단백질로 발현된 후 구조가 변하여(post-translational modification) 생성된다. Class Ⅱ는 \( 13 \mathrm{kDa} \)보다 작은 분자량으로 열과 \( \mathrm{pH} \)에 안정하고 리보솜에서 합성되며 번역 후 구조 변화가 없는 선형 펩타이드로서 coagulin, thurincin H, lichenin 등이 속한다. Class Ⅲ는 \( 30 \mathrm{kDa} \)보다 큰 분자량으로 열에 약한 bacteriocin이며, megacin A group이 이에 속한다. 이 외에도 많은 다른 antimicrobial peptides가 있지만 단백질과 DNA 서열에 대한 정보 부족으로 분류되지 못하여 bacteriocin - like inhibitory substances (BLIS)로 불린다. B. subtilis LFB112가 생성하는 BLIS는 그람 양성균과 그람 음성균 모두를 저해하고, B. subtilis MJP1이 생성하는 BLIS는 그람 양성균과 진균에 항균활성을 가진다. 이와 같이 Bacillus species가 생성하는 항균물질은 종류가 다양하고 항균 범위가 넓어 식품산업 뿐만 아니라 다양한 산업에 적용할 수 있으며 적용 가능한 산업의 종류는 다음과 같다.</p><p>첫 번째 의약품산업으로 적용할 수 있다. 현재 사용하고 있는 항생제 내성균이 발견되면서 사람 또는 동물의 미생물 관련 질병에 bacteriocin으로 대체 하려는 관심이 증가하고 있다. Staphylococcus aureus의 강한 저해능을 가지는 mersacidin과 살정제 활성을 가지고 있어서 천연 피임약으로 사용할 가능성이 있는 subtilosin A이다.</p><p>두 번째로 축산산업에 적용할 수 있다. 병원성 미생물에 감염된 가축의 치료와 성장촉진, 폐사율 감소를 위해 항생제를 사료 급여와 함께 사용하고 있다. 그러나 이러한 사용은 항생제 오남용으로 내성문제를 일으켜 몇몇 나라에서는 치료용 이외의 사용은 금지하고 있는 실정이다. 따라서 병원성 미생물의 감염을 억제하고 성장촉진이 가능한 항생제 대체제가 요구되고 있다. Pattnaik 등의 Bacillus licheniformis가 생산하는 lichenin은 가축의 제1위 과산증을 일으키는 Streptococcus bovis에 대한 항균력을 가지고, 다양한 다당류를 가수분해 할 수 있어 반추위 발효 개선에 적용될 수 있는 잠재력 가지고 있다고 보고하고 있다.</p><p>세 번째로 식품산업에 적용할 수 있다. 현대의 소비자들은 합성보존제가 첨가되지 않고 최소의 가공과정만 거치는 'fresh foods'을 원한다. 따라서 천연합성보존제로 사용할 수 있는 bacteriocin에 대한 관심이 급증하고 있다. 예를 들어 antimicrobial peptides P45, paenibacillin 그리고 김치에서 분리한 Bacillus brevis가 생성하는 항세균 및 항진균 활성 peptide 등이 있다.</p><p>네 번째로 환경산업에 대한 적용이다. Bacillus species가 생성하는 항균, 항진균 활성이 있는 bacteriocin은 'biocontrol agents'로 사용할 수 있다. 예를 들어 대두의 뿌리에서 분리한 Bacillus thuringiensis NEB17이 생성하는 bacteriocin은 근류 형성을 도와 식물의 성장을 증진시키고, 식물의 질병 저항성을 높여준다.</p><p>따라서 본 연구에서는 청국장에서 분리한 Bacillus subtilis HH28가 생성하는 항균물질의 정제 및 특성을 규명함으로써 여러가지 산업에 적용 가능성을 검토하고자 하였다.</p>