알칼리성 Bacillus sp. Alk-7에 의한 ethylene 생성

Abstract

230여 가지의 균주를 대상으로 ethylene 생성 유무를 조사한 결과, 토양에서 분리된 호알칼리성 균주가 ethylene 생성능력이 있음을 밝혔고 이 균주는 Bacillus sp.Alk-7으로 동정 되었다. Bacillus sp.Alk-7의 ethylene생성 전구체 및 대사경로를 밝히기 위해서 이 균주의 Intact cell과 cell-free system에 의한 다양한 기질의 영향을 조사하였다. Intact cell과 cell-free system 모두에서 최적 ethylene 생성 온도는 30℃, pH는 10.3이었고, 각종 유기산과 아미노산, 당류의 다양한 기질 전환효과를 검토한 결과, 대체로 당류보다는 아미노산과 유기산의 효과가 좋았다. 특히, methionine(Met)은 현저한 효과가 있었다. 식물에서 ethylene 생성 전구체인 1-Aminocyclopropane-1-carboxylic acid(ACC)를 다시 기질로 사용한 결과 역시 현저한 효과가 있음을 확인하여, Bacillus sp.Alk-7은 Met과 ACC를 ethylene 생성 전구체로 이용할 가능성이 있다. Bacillus sp.Alk-7의 cell-free extract에 의한 ethylene 생성은 생화학적 반응을 설명할 수 있는 cell-free system의 조제가 주요하여, 반응액내 각 성분효과를 조사한 결과, 효과적인 기질로서 Met과 ACC가 필요하고 ACC->ethylene 반응을 촉매하는 이온으로 Co^(2+)가 필요함을 밝혔고 DTT에 의해서도 약간 증가되었다. 저해제의 효과를 살펴본 결과, 2가 양이온과 결합하는 EDTA와 식물에서 ethylene 생성 저해제인 AVG, AOA에 의해 저해되었다. Azide는 Met->ACC 단계에선 억제 효과가 있었으나, ACC->ethylene 단계에는 활성 효과를 보여 주었다. 이상에서 살펴본 바에 의하면 식물의 ethylene 생성 경로와 비슷한 점이 있으나, Bacillus sp.Alk-7은 Co^(2+)에 의해서 ACC->ethylene 과정이 촉매되는 것과 ACC->ethylene 효소가 세포질에 존재할 것으로 추측되는 것에 의해 식물과는 다른 점을 발견할 수 있었다. 아직 미생물에 의한 ethylene 생성 기작이 밝혀지지 않고 있는데, Bacillus sp.Alk-7에서는 ethylene 생성경로와 효소체계, 미생물 내에서의 ethylene 역할 등의 연구가 행해져야 할 것이다.;An alkalophilic Bacillus sp. Alk-7, isolated from soil, produced ethylene. The characteristics of this microorganism is the ability t o grow well in alkalophilic condition, that is at pH 10.3. This strain is similar to Bacillus alkalophilus if morphological, physiological and biological characteristics were compared. In observation of relationship of cell growth and ethylene production according to incubation times, the most amount of ethylene synthesis occur from the late exponential phase to the death phase of growth. So, ethylene formation cannot be associated with growth. The purport of this paper is to study the effects of various substrates on biosynthesis of ethylene in the intact cell and the cell-free system by the Bacillus sp. Alk-7. Both in intact cell and cell-free extract, optimum condition for ethylene production was achieved at pH 10.3 and 30℃. Ethylene was effectively produced from L-Met and ACC. In this case, ACC as the substrate on ethylene production showed two times higher effect than L-Met at each concentration of substrates. Therefore, maybe, L-Met transferred to ACC, then ACC transferred to ethylene. On the otherhand, the cell-free ethylene-forming system was used as a tool for the elucidation at the biochemical reaction involved in the formation of ethylene by Bacillus sp. Ethylene production in the cell-free system required the presence of L-Met and cobalt ion and stimulated a little by DTT. The result obtained in this work suggest that L-Met and ACC may be a more direct precursor of the bacterial ethylene production than any other substrates tested.