[논문 리뷰] Optimization of Production Protocol of Alkaline Protease by Streptomyces pulvereceus

D. Jayasree, Tripti Kumari외 3명|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 30.

Enzyme Production and Characterization참고 문헌 4인용 수 28

한 줄 요약

이 연구는 수침 발효를 이용하여 *Streptomyces pulvereceus* MTCC 8374의 알칼리성 단백질분해효소 생산 조건을 최적화하였으며, pH 9.0, 3% 접종량, 33°C, 0.3% 전분, 1.0% 케이스신, 1% NaCl 조건에서 최대 252 U의 단백질분해효소 활성을 기록하였다. 96시간 후에 도달하였다. 이 균주는 최적 조건에서 고수율 및 안정적인 알칼리성 단백질분해효소 생산 특성을 보이며 산업적 잠재력이 높다.

ABSTRACT

Extra cellular alkaline protease producing species is an isolate from soil which was characterized and identified as Streptomyces pulvereceus MTCC 8374. Studies on submerged fermentation revealed that maximum level of enzyme production was during early stationary phase. Optimum pH, inoculum and temperature were 9.0, 3 percent and 33 C respectively. Among carbon sources 0.3 peccent starch gave a maximum production followed by maltose, xylose and fructose. High yield of protease production was reported with 1.0 percent casein followed by soybean meal, yeast extract and malt extract. Further, it was optimized with 0.5 percent, 1.0 percentand 1.5 percent of NaCl among which 1 percent NaCl resulted in maximum level of protease. The protease profile of the isolate shows its potential as a good source for industrial application.

연구 동기 및 목표

• 토양에서 고수율의 알칼리성 단백질분해효소를 생성하는 *Streptomyces* 균주를 분리 및 특성화하기 위해.
• 단백질분해효소 수율을 극대화하기 위한 최적의 배양 조건(pH, 온도, 접종량, 탄소/질소 원료, NaCl)을 규명하기 위해.
• *Streptomyces pulvereceus* MTCC 8374의 정제된 효소의 산업적 잠재력을 평가하기 위해.
• GRAS(Generally Recognized As Safe) 미생물을 사용한 알칼리성 단백질분해효소 생산을 위한 확장 가능한 발효 프로토콜 수립하기 위해.

제안 방법

• 인도 워랑갈 소재의 산업 및 농업 지역에서 채취한 토양 샘플을 연속 희석하고 케이스신 아가르에 도말하여 단백질분해효소 생성 균주를 부양하였다.
• 단백질분해 활성을 위해 케이스신 용해 토양을 통해 영역의 수축 여부를 평가하였으며, S1 균주는 가장 큰 용해 영역(32 mm)을 보였고 후속 연구에 선정되었다.
• 형태학적 및 생화학적 특성 분석에 더하여 IMTECH에서의 확인을 통해 이 균주는 *Streptomyces pulvereceus* MTCC 8374로 확인되었다.
• 기초 배지에 다양한 탄소원(전분, 말토오오스, 과당, 락토오오스), 질소원(케이스신, 콩기스, 효모추출물, 말토추출물), pH(7–11), 온도(27–40°C), 접종량(1–5%), NaCl(0.5–1.5%)를 변화시켜 수침 발효를 실시하였다.
• 24시간 간격으로 168시간 동안 단백질분해효소 활성을 Folin–Lowry 방법을 사용하여 케이스신을 기질로 하여 측정하였다.
• 생체량은 습중량(g/L)으로 측정하였으며, 4°C에서 10,000 rpm으로 10분 동안 원심분리하여 상층액을 수집하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 최적의 pH, 온도 및 접종량은 *Streptomyces pulvereceus*의 알칼리성 단백질분해효소 생산을 극대화하는 데 어떤가?
• RQ2 수침 발효에서 단백질분해효소 수율을 극대화하는 탄소원(전분, 말토오오스, 과당, 락토오오스)은 무엇인가?
• RQ3 유기질소원(케이스신, 콩기스, 효모추출물, 말토추출물) 중에서 단백질분해효소 활성이 가장 높은 것은 무엇인가?
• RQ4 NaCl 농도(0.5%, 1.0%, 1.5%)는 단백질분해효소 생산 및 미생물 생장에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 발효 과정에서 단백질분해효소 생산이 최고조에 도달하는 시점은 언제이며, 생체량 축적과의 상관관계는 어떻게 되는가?

주요 결과

• 최대 단백질분해효소 활성(252 U)은 96시간 배양 후 도달하였으며, 이는 생체량 최고치(1.52 g/L)와 동시에 발생하였다.
• 단백질분해효소 생산에 가장 적합한 pH는 9.0이었으며, 3% 접종량과 33°C 온도에서 최고의 활성을 기록하였다.
• 탄소원 중에서 0.3% 전분이 가장 높은 단백질분해효소 수율을 기록하였으며, 그 다음으로 말토오오스, 과당, 락토오오스 순이었다.
• 질소원 중에서 1.0% 케이스신이 가장 높은 단백질분해효소 활성을 기록하였으며, 그 다음으로 콩기스, 효모추출물, 말토추출물 순이었다.
• 배지에 1.0% NaCl를 첨가했을 때 단백질분해효소 생산이 가장 높았으며(252 U), 0.5% 및 1.5% 농도보다 뛰어났다.
• *Streptomyces pulvereceus* MTCC 8374는 알칼리성 단백질분해효소의 새로운 원천으로 확인되었으며, 이 균주에서의 단백질분해효소 생산은 처음 보고된 사례이다.