본 연구는 신규 xylanase 발굴을 목표로 한다. 제주도 토양에서 발견한 미생물 중에서 xylanase 활성이 높은 Bacillus sp. MX47을 순수 분리하여 생화학적, 생리학적 특성을 분석하였다. 이 효소는 자일란 바이오메스를 저분자 물질로 분해하는 과정에서 활용되며, 환경 친화적인 효소분해 방법에 대한 연구가 활발하다. 산업적으로는 종이나 펄프 가공, 맥주 제조, 동물 사료 등 다양한 분야에서 활용 가능하다.
<p>식물세포벽은 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 등이 밀접하게 연결된 복잡한 구조문이다. 자일란은 헤미셀룰로오스 의 주성분으로 식물 바이오메스의 \( 20-40 \% \) 를 차지하며 셀룰로오스 다음으로 가장 풍부하게 자연계에 존재하는 biopolymer이다. 따라서, 자일란 바이오메스를 효율적으로 이용하기 위해서는 우선적으로 자일란을 저분자 물질로 전환시키는 분해과정이 필요하며, 최근에는 환경친화적인 효소분해 방법에 대한 연구가 많이 진행되고 있다.</p> <p>자일란은 \( \beta-1,4 \)-linked xylopyranose units에 acety1, 4-O-methy1-D-glucuronosy1, \( \beta \)-arabinosy1 잔기들이 치환되어 있는 헤테로폴리사카라이드이며, 주로 \( \beta \)-1,4-endoxylanases \( (1,4, \beta \)-D-xylan xylanohydrolases EC 3.2.1.8)와 \( \beta \)-xylosidases \( (1,4, \beta \)-D-xylan xylohydrolases EC 3.2.1.37)에 의해 분해된다. 또한 \( \beta \)-arabinofuranosidases (EC 3.2.1.55), \( \beta \)-D-glucuro-nidases (EC 3.2.1.1), acetyl xylan esterase (EC 3.1.11.6) 등과 같은 수 종의 side chain releasing enzymes들도 보고 되었고, 이들이 함께 작용하여 자일란을 완전히 분해하는 것으로 알려져 있다.</p> <p>Xylanase는 산업적으로 종이나 펄프 가공 전처리 공정(biobleaching), 리그노셀룰로오스 물질의 발효 가능한 물질로의 생물전환 공정, 쥬스 정화 공정, 맥주 제조 공정, 동물 사료 등에 이용될 수 있다. Xylanase는 용도에 따라 다양한 환경에 노출될 수 있으며 따라서 각 작업 환경에 적합한 효소를 개발하는 일이 필요하다. 만일 xylanase가 Kraft cooked pulp 전처리 공정에 사용되려면, 작은 분자량의 xylanase가 보다 효율적으로 구멍을 만들고 용이하게 내부로 침투하여 분해를 잘 하는 것으로 알려져 있다.</p> <p>자일란의 효율적인 분해를 위해서는 다양한 환경에서 보다 안정적으로 활성이 강한 신규 효소를 발굴하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구의 목적은 성능이 우수한 신규 xylanase를 발굴하는 데 있다. 본 연구팀은 제주도 토양속에서 부패한 나무조각을 채취하여 이로부터 xylanase 활성이 높은 미생물들을 순수 분리하였다. 이 중 효소활성이 가장 뛰어난 균주를 최종적으로 선별하여 Bacillus sp. MX47로 명명하였고, 본 균주가 생산하는 신규의 alkalophilic xylanase를 정제하여 그 특성을 보고한 바 있다. 본 논문에서는 분리한 신균주 Bacillus sp. MX47의 생화학적, 생리학적 특징을 조사하였다.</p> <p>대한민국 제주도(동경 126.08-126.58도, 북위 36.06-33.00도)의 토양속에서 채취한 나무를 채집하여 멸균 식염수로 부드럽게 세척한 후 \( 500 \mathrm{~mL} \) 멸균 채수병에 넣고 실험실로 운반하였다. 이 채수병에 멸균 식염수 \( 250 \mathrm{~mL} \)를 첨가하여 상하로 강하게 흔들고, 이 식염수의 \( 10 \mu \mathrm{L} \)를 변형된 Luria-Bertani (LBX) agar 배지\(1\%\) tryptone, \( 0.5 \%\) NaCl, \(0.5 \% \) beechwood xylan (Poly( \( \beta \)-D-xylopyranose \([1\rightarrow 4]) \); Sigma Chemical Co, USA), \( 1.5 \% \) bactoagar)에 도말 한 후 \( 37^{\circ} \mathrm{C} \)에서 24시간 배양하였다. 총 517개의 콜로니를 새로운 LBX agar 배지에 옮겨 접종하고 동일한 조건에서 배양한 후 \( 0.2 \% \) Congo red (benzidinediazo-bis-1-naphthylamine-4-sulfonic acid) 용액으로 염색하고 1 M NaCl용액으로 탈색하여 xylanase 활성을 검출하였다. 총 32개의 양성반응 콜로니 중 xylanase 활성이 가장 높은 균주를 MX47로 명명하고, 16S rRNA sequencing 및 생화학적 - 생리학적 특징을 조사하였다.</p>