KR0139091B1 - Novel Antimicrobial Protein Isolated from the Larvae of Chinese Cabbage (Pieris rapae) - Google Patents
Novel Antimicrobial Protein Isolated from the Larvae of Chinese Cabbage (Pieris rapae)Info
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Abstract
본 발명은 배추흰나비(Pieris rapae) 유충으로부터 유도하여 분리한 신규한 항균단백질에 관한 것이다.The present invention relates to a novel antimicrobial protein isolated from the cabbage butterfly (Pieris rapae) larvae.
본 발명의 항균단백질은 박테리아를 용균시킴으로써 그람 음성균과 그람 양성균 모두에 대하여 항균활성을 나타내며 특히, 그람 음성균인 대장균에 대해서 보다 강한 항균작용을 나타내었다. 아울러, 본 발명의 항균단백질은 분자량이 약 4,000달톤이고, 아미노산 분석으로 세크로핀계에 속함을 확인하였다. 본 발명의 항균 단백질은 박테리아에 대하여 항균활성을 나타내므로, 항균제로 이용될 수 있을 것이다.The antimicrobial protein of the present invention showed antimicrobial activity against both Gram-negative bacteria and Gram-positive bacteria by lysing bacteria, and particularly, showed stronger antimicrobial activity against Gram-negative bacteria Escherichia coli. In addition, the antimicrobial protein of the present invention has a molecular weight of about 4,000 Daltons, and it was confirmed that it belongs to the secropin system by amino acid analysis. Since the antimicrobial protein of the present invention exhibits antimicrobial activity against bacteria, it may be used as an antimicrobial agent.
Description
제1도는 배추흰나비 유충의 면역혈림프가 대장균(E. coli)에 대하 항균활성이 있음을 나타내는 그래프이다.FIG. 1 is a graph showing that the immune hemolymph of cabbage butterfly larvae has antimicrobial activity against E. coli.
제2도는 배추흰나비 유충의 면역혈림프가 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)에 대해 항균활성이 있음을 나타내는 그래프이다.Figure 2 is a graph showing that the immune hemolymph of cabbage butterfly larvae have antibacterial activity against Bacillus subtilis.
제3도는 배추흰나비 유충의 면역혈림프가 박테리아를 용균시킴을 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing that the immune hemolymph of cabbage butterfly larva lyses bacteria.
제4도는 면역혈림프를 트립신으로 처리하여 항균활성을 측정한 결과를 나타내는 사진이다.Figure 4 is a photograph showing the results of measuring the antimicrobial activity of the treatment of immune hemolymph with trypsin.
제5도는 CM-세파로스 칼럼에서 수득한 용출액을 PepRPC HR 5/5 칼럼을 이용하여 역상 FPLC한 결과를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the results of reverse phase FPLC of the eluate obtained from the CM-Sepharose column using a PepRPC HR 5/5 column.
제6도는 정제단계별로 수득한 항균단백질의 활성분획을 산성 PAGE한 결과를 나타내는 사진이다.Figure 6 is a photograph showing the results of acidic PAGE of the active fraction of the antimicrobial protein obtained by each purification step.
제7(a)도는 정제된 항균단백질을 SDS-PAGE한 결과를 나타내는 사진이다.Figure 7 (a) is a photograph showing the result of SDS-PAGE of the purified antimicrobial protein.
제7(b)도는 SDS-PAGE에 의한 분자량 결정을 나타내는 그래프이다.FIG. 7 (b) is a graph showing molecular weight determination by SDS-PAGE.
제8도는 정제된 항균단백질의 아미노산 서열을 나타낸다.8 shows the amino acid sequence of the purified antimicrobial protein.
본 발명은 배추흰나비(Pieris rapae) 유충으로부터 분리한 신규한 항균단백질에 관한 것이다. 좀더 구체적으로, 본 발명은 배추흰나비의 유충으로부터 유도하여 분리한 여러 박테리아에 대하여 항균활성을 나타내는 항균단백질에 관한 것이다.The present invention relates to a novel antimicrobial protein isolated from the cabbage larvae (Pieris rapae) larvae. More specifically, the present invention relates to an antimicrobial protein that exhibits antimicrobial activity against various bacteria isolated from larvae of Chinese cabbage butterfly.
지구상에 있는 모든 동물들은 자신을 바이러스나 세균과 같은 미생물의 감염으로부터 방어 또는 보호할 수 있는 생체방어기구를 가지고 있다. 이러한 현상은 곤충을 포함한 무척추동물에게도 적용되는데, 곤충의 경우 고등동물과는 달리 항체에 의한 면역반응이 불가능하기 때문에 효과적인 다른 방어기구가 있어야만 자신을 보호할 수 있게 된다. 다시 말해, 곤충은 다양한 환경속에 노출되어 있어 감염의 가능성이 높은데, 예를 들면, 오염된 먹이로부터의 감염, 호흡기관을 통한 감염, 상처부위를 통한 감염, 변태시 장내세균으로부터의 감염 등 여러 경로를 통해서 감염될 수 있는 바, 이러한 외부로부터의 감염에 대하여 필연적으로 방어기구를 가져야 하는 것이다.Every animal on the planet has a biodefense mechanism that can protect itself or protect itself from infection by microorganisms such as viruses and bacteria. This phenomenon also applies to invertebrates including insects. Unlike higher animals, insects do not have an immune response due to antibodies, so they must protect themselves with other effective defenses. In other words, insects are exposed to a variety of environments and are more likely to become infected, including infections from contaminated food, infections through the respiratory tract, infections through wounds, and infections from intestinal bacteria during metamorphosis. It can be infected through the bar, it is necessary to have a defense mechanism against this external infection.
곤충은 이러한 감염으로부터 자신을 효과적으로 방어하기 위하여 세포성 면역반응(cellular immunity)과 체액성 면역반응(humoral immunity)으로 대응한다.Insects respond with cellular and humoral immunity to effectively defend themselves from these infections.
세포성 면역반응의 경우, 이미 1900년대부터 주로 형태학자들이 연구하여 식작용(phagocytosis), 결절형성(nodule formation), 피막형성(encapsulation)과 같은 혈구(hemocyte)의 반응으로 설명되고 있다(참조 : N.A. Ratcliffe et al., Int. Rev. Cytol., 97 : 183-350(1985)).Cellular immune responses have already been studied by morphologists since the 1900's and have been described as hemocyte responses such as phagocytosis, nodule formation, and encapsulation (see NA). Ratcliffe et al., Int. Rev. Cytol., 97: 183-350 (1985)).
체액성 면역반응의 경우, 1970년대 초에 스웨덴의 보만(Boman) 등이 항균단백질(antibacterial protein, ABP)을 초파리에서 확인한 후(참조 : H.G. Boman et al., Nature(London), 237 : 232-235(1972)), 세크로피아 나방(cecropia moth)의 면역혈림프(immune haemolymph)에서 나타나는 유도성 항균단백질(inducible bacteriolytic protein)에 대해서 실험한 결과, 항균단백질인 세크로핀(cecropin)과 라이소자임을 처음으로 분리하게 되었으며(참조 : D. Hultmark et al., Eur. J. Biochem., 106 : 7-16(1980)), 이어서 아타신(attacin)을 확인하였다(참조 : D. Hultmark et al., EMBO. J., 2 : 571-576(1983)). 이어, 아타신, 라이소자임 및 세크로핀에 대한 유전자의 구조가 규명되었으며(참조 : K. Kockum et al., EMBO. J., 3 : 2071-2075(1984); A. Engstrom et al., EMBO. J., 4 : 2119-2122(1985); P. von Hofsten et al, Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 82 : 2240-2243(1985)), 최근에는 헤몰린(hemolin)과 안드로핀(andropin)을 확인하기에 이르렀다(참조 : S.C. Sun et al., Science, 250 : 225-230(1990)); C. Samakovlis et al., EMBO. J., 10 : 163-169(1991)).In the humoral immune response, Boman et al., Sweden, identified antibacterial protein (ABP) in Drosophila in the early 1970s (HG Boman et al., Nature (London), 237: 232-). 235 (1972)), an inducible bacteriolytic protein in the immune haemolymph of the cecropia moth, which was tested by the antimicrobial proteins, cecropin and lysozyme. Was isolated for the first time (D. Hultmark et al., Eur. J. Biochem., 106: 7-16 (1980)), followed by identification of atacin (D. Hultmark et al. , EMBO J., 2: 571-576 (1983)). Subsequently, the structures of the genes for atasin, lysozyme and cecropin were identified (K. Kockum et al., EMBO. J., 3: 2071-2075 (1984); A. Engstrom et al., EMBO). J., 4: 2119-2122 (1985); P. von Hofsten et al, Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 82: 2240-2243 (1985)), recently hemolin and andro Pins were identified (SC Sun et al., Science, 250: 225-230 (1990)); C. Samakovlis et al., EMBO. J., 10: 163-169 (1991).
그 이외의 항균단백질로 사코톡신(sarcotoxin, 참조 : M. Okada et al., J. Biol. Chem., 260 : 7174-7177(1985)), 디프테리신(diftericin, 참조 : J.L. Dimarcq et al., Eur. J. Biochem., 171 : 17-21(1988)), 아피대신(apidaecin, 참조 : P. Casteels et al., EMBO. J., 8 : 2387-2391(1989)), 아배신(abaecin, 참조 : P. Casteels et al., Eur. J. Biochem., 187 : 381-386(1990)), 및 디펜신(difencin, 참조 : P. Bulet et al., Eur. J. Biochem., 209 : 977-984(1992)) 등이 분리된 바 있다.Other antimicrobial proteins include sarcotoxin (M. Okada et al., J. Biol. Chem., 260: 7174-7177 (1985)), diftericin, J. Dimarcq et al. , Eur. J. Biochem., 171: 17-21 (1988)), apidaecin (see, P. Casteels et al., EMBO. J., 8: 2387-2391 (1989)), absinine ( abaecin, P. Casteels et al., Eur. J. Biochem., 187: 381-386 (1990)), and defensin (P. Bulet et al., Eur. J. Biochem., 209: 977-984 (1992).
한편, 본 발명의 발명자들은 여러 가지 곤충으로부터 새로운 항생물질을 탐색하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 배추흰나비(Pieris rapae)의 유충으로부터 고활성의 항균단백질을 유도하여 분리하고, 특성과 구조 및 기능을 규명한 결과, 신규한 항균단백질임을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.On the other hand, the inventors of the present invention intensively searched for new antibiotics from a variety of insects, as a result of inducing and separating a highly active antimicrobial protein from the larvae of Chinese cabbage butterfly (Pieris rapae), characteristics, structure and function As a result of the discovery, it was found that the novel antimicrobial protein was completed the present invention.
결국, 본 발명의 목적은 배추흰나비(Pieris rapae) 유충으로부터 분리한 신규한 항균단백질을 제공하는 것이다.After all, it is an object of the present invention to provide a novel antimicrobial protein isolated from the cabbage butterfly (Pieris rapae) larvae.
이하, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
배추흰나비 유충으로부터 면역혈림프(immune haemolymph)를 제조하기 위하여, 대장균을 유충의 가슴부위에 주입하고 혈림프를 취하여 원심분리한 다음, 그 상등액을 수득하였다.In order to prepare an immune haemolymph from cabbage butterfly larvae, E. coli was injected into the larvae of the larvae, centrifuged with hemolymph, and the supernatant was obtained.
전기에서 수득한 면역혈림프의 항균활성은 그람음성인 대장균과 그람양성인 바실러스 서브틸리스가 접종된 얇은 아가로스 플레이트를 사용하여 억제대(inhibition zone) 측정으로 결정되었다. 그 결과, 배추흰나비 유충의 면역혈림프는 그람 음성균인 대장균에 대해서 보다 강한 항균작용을 나타내었다. 한편, 면역혈림프에 있는 항균인자가 박테리아에 실제적으로 어떻게 작용하는지 알아보기 위하여, 투과전자현미경(transmission electron microscope : TEM) 및 주사전자현미경(scanning electron microscope : SEM)을 이용하여 면역혈림프로 처리된 대장균을 관찰한 결과, 면역혈림프에 있는 항균인자가 박테리아를 용균시킴을 알 수 있었다.The antimicrobial activity of the immune hemolymph obtained in the above was determined by the inhibition zone measurement using a thin agarose plate inoculated with Gram-negative Escherichia coli and Gram-positive Bacillus subtilis. As a result, the immune hemolymph of cabbage butterfly larvae showed stronger antibacterial activity against Gram-negative Escherichia coli. On the other hand, in order to find out how the antimicrobial factors in the hemolymph lymphocytes actually act on the bacteria, the hemolymph was treated with a transmission electron microscope (TEM) and a scanning electron microscope (SEM). Observation of E. coli showed that the antimicrobial factors in the immune hemolymph lysed the bacteria.
이와 관련하여, 면역혈림프에 의한 박테리아의 용해(lysis) 정도를 측정한 결과, 배추흰나비 유충의 면역혈림프는 그람음성 및 그람양성 박테리아의 세포수를 현저히 감소시켰는데, 특히 그람 음성균인 대장균에 대해서 보다 강한 용균작용을 나타내었다.In this regard, as a result of measuring the degree of lysis of bacteria by immune hemolymph, the immune hemolymph of cabbage white butterfly larva significantly reduced the cell number of gram-negative and gram-positive bacteria, especially in E. coli, a gram-negative bacterium. It showed stronger lysis.
아울러, 면역혈림프에 있는 항균인자가 어떠한 물질인지를 밝히기 위하여, 면역혈림프에 트립신을 처리하고 항균활성을 측정한 결과, 트립신이 처리된 면역혈림프에서는 항균활성이 전혀 나타나지 않으나, 트립신이 처리되지 않은 면역혈림프에서는 항균활성이 나타나는 것으로 보아, 면역혈림프에 있는 항균인자는 단백질임을 알 수 있었다.In addition, in order to identify what kind of antimicrobial factors in the immune blood lymphocytes, trypsin treatment and antimicrobial activity was measured in the immune blood lymphocytes, trypsin-treated immune blood lymphocytes showed no antibacterial activity, but trypsin treatment Antimicrobial activity in the immune hemolymph was not seen, it was found that the antimicrobial factor in the immune hemolymph is a protein.
전기의 항균단백질을 분리하기 위하여, 배추흰나비 유충으로부터 수득한 면역혈림프를 열처리하여 원심분리한 다음, 그 상등액을 CM-세파로스 칼럼에 주입하고, 세척하여 항균활성을 나타내는 활성분획을 용출시켜 모은 후, 이들 분획을 PepRPC HR5/5 칼럼에 주입하여 역상 FPLC를 실시하였다. 30.1 내지 31.8% 아세토니트릴 농도에서 용출되는 항균단백질을 수득하였다.In order to isolate the former antimicrobial protein, the hemolymph obtained from Chinese cabbage larvae was heat-treated and centrifuged, and then the supernatant was injected into a CM-Sepharose column, washed and eluted with an active fraction showing antimicrobial activity. These fractions were then injected into a PepRPC HR5 / 5 column to run reverse phase FPLC. An antimicrobial protein eluting at a concentration of 30.1 to 31.8% acetonitrile was obtained.
전기에서 분리한 항균단백질이 정제되었음을 산성-PAGE으로 확인하였고, 이 항균단백질의 분자량은 약 4,000Da으로 세크로핀 A와 유사하였다. 아울러, 항균단백질의 아미노산 서열 결정으로, 본 발명 항균단백질의 40개 아미노산 가운데 23개의 아미노산이 공지의 세크로핀 A의 아미노산과 동일함을 확인하였다.It was confirmed by acidic-PAGE that the previously isolated antimicrobial protein was purified. The molecular weight of the antimicrobial protein was about 4,000 Da, similar to that of Secropin A. In addition, amino acid sequence determination of the antimicrobial protein confirmed that 23 amino acids among the 40 amino acids of the antimicrobial protein of the present invention were identical to those of known secropin A.
따라서, 본 발명 항균단백질은 세크로핀계에 속함을 알 수 있었다.Therefore, it was found that the antimicrobial protein of the present invention belongs to the secropin system.
이상과 같이, 본 발명의 항균단백질은 그람 음성균과 그람 양성균 모두에 대하여 항균활성을 나타내므로, 여러 박테리아에 대한 항균제로 이용될 수 있을 것이다.As described above, since the antimicrobial protein of the present invention exhibits antimicrobial activity against both Gram-negative bacteria and Gram-positive bacteria, it may be used as an antimicrobial agent against various bacteria.
본 발명에서 사용된 아미노산 서열은 IUPAC-IUB 명명법에 따라 다음과 같이 약어로 기재하였다 :Amino acid sequences used in the present invention are abbreviated as follows according to the IUPAC-IUB nomenclature:
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those of ordinary skill in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. .
[실시예 1]Example 1
배추흰나비 유충으로부터의 면역혈림프 제조Production of Immune Hemolymph from Chinese Cabbage Butterfly
배추흰나비(Pieris rapae)를 대한민국 충청남도 천안 근교의 야외에서 채집하여 온실에서 사육한 다음, 4령 유충을 실험실내로 옮겨와 케일을 먹이로 하여 27℃, 상대습도 70-75% 및 광주기 16L : 8D에서 사육하여 시료로 사용하였다. 대수기의 약 2×104 대장균을 유충의 가슴부위에 주입한 후, 혈림프를 취하여 원심분리하고 그 상등액을 항균활성 측정을 위한 시료로 사용하였다.The Chinese cabbage butterfly (Pieris rapae) was collected outdoors in Cheonan, Chungcheongnam-do, South Korea, and reared in a greenhouse.The fourth larvae were transferred to the laboratory and fed with kale to feed at 27 ℃, relative humidity of 70-75%, and photoperiod 16L: It was raised in 8D and used as a sample. About 2 × 104 Escherichia coli in log phase was injected into the larvae's chest, hemolymph was taken and centrifuged, and the supernatant was used as a sample for antimicrobial activity measurement.
[실시예 2]Example 2
항균활성의 측정Measurement of antimicrobial activity
[실시예 2-1]Example 2-1
억제대 측정Suppression Band Measurement
면역혈림프의 항균활성은 그람음성인 대장균(E. coli)과 그람양성인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)가 접종된 얇은 아가로스 플레이트를 사용하여 억제대 측정을 한 다음, 공지된 세크로핀 A의 표준곡선을 이용하여 측정하였다(참조 : H. Steiner et al., Nature, 292 : 246-248(1981)). 즉, 37℃, LB 액체배지에서 자란 대수기의 대장균은 50배, 바실러스 서브틸리스는 25배 희석하여 제조한 희석액 0.05ml과 LB 액체배지에 용해시킨 1% 아가로스 용액 6ml를 혼합하고 바닥이 고른 직경 9㎝의 페트리 디쉬에 부어서 굳혔다. 굳은 평판배지에 직경 3㎜의 구멍을 만들어 3㎕의 전기 면역혈림프의 상등액을 넣고 30℃에서 15 내지 20시간 배양한 후, 박테리아가 사멸한 억제대를 측정하였다(참조 : 제1도 및 제2도). 대조군으로는 염수를 포함한 멸균된 증류수를 주입한 유충으로부터 취한 혈림프 및 주사바늘로 유충에 상처를 입힌 후 취한 혈림프를 이용하였다. 제1도 및 제2도에서 보듯이, 배추흰나비 유충의 면역혈림프는 대장균과 바실러스 서브틸리스 모두에 대하여 항균활성을 나타내며 특히, 그람 음성균인 대장균에 대해서 보다 강한 항균작용을 나타냄을 알 수 있다.Antimicrobial activity of immune hemolymphs was measured using a thin agarose plate inoculated with Gram-negative E. coli and Gram-positive Bacillus subtilis. Measurements were made using standard curves (see H. Steiner et al., Nature, 292: 246-248 (1981)). That is, at 37 ° C., E. coli of 50 log of the logarithm grown in LB liquid medium and 25 times of Bacillus subtilis were mixed with 0.05 ml of the dilution solution and 6 ml of the 1% agarose solution dissolved in the LB liquid medium. It was poured into a Petri dish having a diameter of 9 cm and hardened. After making a hole with a diameter of 3 mm in a solid plate medium, 3 μl of superimmune blood supernatant was added thereto, and incubated at 30 ° C. for 15 to 20 hours, and the inhibition zone of bacteria was measured (see FIGS. 1 and 2). Degree). Hemolymphs taken from larvae injected with sterile distilled water, including saline, and hemolymphs taken after wounding the larvae with a needle. As shown in FIGS. 1 and 2, the immune hemolymphs of cabbage larva larvae exhibit antimicrobial activity against both Escherichia coli and Bacillus subtilis and, in particular, have a stronger antimicrobial activity against Gram-negative Escherichia coli. .
한편, 면역혈림프에 있는 항균인자가 박테리아에 실제적으로 어떻게 작용하는지 알아보기 위하여, TEM 및 SEM을 이용하여 면역혈림프로 처리된 대장균을 관찰한 결과, TEM 관찰에서는 대장균의 세포막 여러부위가 파괴되어 용균되는 현상이 나타났고, SEM 관찰에서는 대장균의 세포막에 비정상적인 돌기(unusual projections)가 나타나는 것을 확인하였다.On the other hand, in order to see how the antimicrobial factor in the immune hemolymph actually acts on bacteria, E. coli treated with immune hemolymph was observed using TEM and SEM. SEM observation showed that abnormal projections appeared in the cell membrane of Escherichia coli.
[실시예 2-2]Example 2-2
박테리아의 용균현상 측정Lysis of bacteria
면역혈림프에 의한 박테리아의 용해 정도는 대수기의 박테리아를 0.1M 인산완충용액(0℃, pH 6.4)으로 희석하여 570㎚에서 흡광도가 0.3 내지 0.5 되도록 조절한 다음, 박테리아 용액 1ml와 면역혈림프 20㎕를 혼합하여 2분에서 15분까지의 시간별로 각각 반응시켜, 570㎚에서 흡광도로 측정하였다(참조 : 제3도). 제3도에서 보듯이, 배추흰나비의 면역혈림프는 3가지 박테리아 즉, 대장균 K12, 대장균 K12 D21 및 바실러스 메가테리움 Bm11(Bacillus megaterium Bmll)의 세포수를 5분 이내에 50% 감소시켰으며, 특히, 그람 음성균인 대장균에 대해서 보다 강한 용균작용을 나타내었다.The degree of dissolution of bacteria by immune hemolymph was diluted with 0.1 M phosphate buffer solution (0 ° C, pH 6.4) to adjust absorbance at 0.3 to 0.5 at 570 nm, followed by 1 ml of bacterial solution and immune hemolymph. 20 µl was mixed and reacted with each time from 2 to 15 minutes, and the absorbance was measured at 570 nm (see FIG. 3). As shown in FIG. 3, the immune hemolymph of cabbage white butterfly reduced the number of cells of three bacteria, Escherichia coli K12, Escherichia coli K12 D21 and Bacillus megaterium Bmll within 50 minutes, in particular 50%. , E. coli, a Gram-negative bacterium, showed stronger lytic activity.
[실시예 3]Example 3
항균단백질의 확인Identification of Antimicrobial Proteins
실시예 1에서 제조된 면역혈림프에 있는 항균인자가 어떠한 물질인지를 밝히기 위하여, 정상혈림프와 면역혈림프를 트립신으로 처리한 다음, 전기 실시예 2-1과 같이 항균활성을 측정하였다(참조 : 제4도). 제4도에서, NH는 정상혈림프; T·NH는 트립신으로 처리한 정상혈림프; IH는 면역혈림프; 및, T·IH는 트립신으로 처리한 면역혈림프를 각각 나타낸다. 제4도에서 보듯이, 정상혈림프, 트립신으로 처리한 정상혈림프 및 트립신으로 처리한 면역혈림프 모두에서는 항균활성이 전혀 나타나지 않으나, 면역혈림프에서는 항균활성이 나타나는 것으로 보아, 면역혈림프에 있는 항균인자는 단백질임을 알 수 있다.In order to identify what the antimicrobial factors in the immune hemolymphs prepared in Example 1 were treated with trypsin and hemolymphs, the antimicrobial activity was measured as in Example 2-1 (see reference Example 2-1). 4). In Figure 4, NH is a normal blood lymph; T. NH was normal blood lymphocytes treated with trypsin; IH is immune hemolymph; And T.IH represent immunohemolymphs treated with trypsin, respectively. As shown in Figure 4, the normal blood lymphocytes, trypsin-treated normal blood lymphocytes and trypsin-treated immune blood lymphocytes did not show any antimicrobial activity at all, but immune blood lymphocytes, antimicrobial activity appears to appear, It can be seen that the antibacterial factor is a protein.
[실시예 4]Example 4
항균단백질의 정제Purification of Antimicrobial Proteins
항균단백질을 분리하기 위하여, 5령말의 배추흰나비 유충으로부터 수득한 면역혈림프를 10,000g에서 10분 원심분리하여 혈구를 제거하고, 100℃에서 10분간 중탕하여 원심분리한 다음, 그 상등액을 0.1M 암모늄아세테이트 완충용액(pH 6.0. 이하, '완충용액 A'라 함)과 1 : 1로 희석하여 시료를 준비하였다. 준비된 시료를 완충용액 A로 미리 평형화시킨 CM-세파로스 칼럼(10×1.5㎝)에 주입하고, 0.1 내지 1M의 암모늄아세테이트 농도구배에서 용출속도 0.75ml/min으로 항균단백질을 용출시켰다. 그런 다음, 항균단백질을 함유한 용액을 CM-세파로스 칼럼에 재주입하고 전기와 같이 항균단백질을 용출시켰으며, 이들 용출 분획중 대장균 및 바실러스 메가테리움 둘다에 대하여 항균활성을 나타내는 분획을 모았다. 이들 분획을 0.1% 트리플루오로아세테이트(TFA)로 평형화시킨 PepRPC HR5/5 칼럼(Pharmacia, Sweden)에 주입하여, 0.1% TFA와 0.1% TFA가 함유된 아세토니트릴(acetonitrile)로 역상 FPLC를 2회 실시하였다(참조 : 제5도). 제5도에서, (―)는 214㎚에서의 흡광도; (---)는 아세토니트릴의 농도구배; (-●-)는 대장균에 대한 항균활성; 및, (-○-)는 바실러스 메가테리움에 대한 항균활성을 각각 나타낸다. 제5도에서 보듯이, 용출된 총 4개의 피크는 30 내지 34% 아세토나이트릴 농도에서 확인되었다. 이들 피크중 그람 양성균보다 그람 음성균에 더 강한 항균활성을 나타내는 첫번째 피크에 해당하는 즉, 30.1 내지 31.8% 아세토니트릴 농도에서 용출되는 항균단백질을 'Hinnavin I'이라고 명명하였다.In order to isolate the antimicrobial protein, the hemolymph obtained from the cabbage white butterfly larvae at the end of 5 years was centrifuged at 10,000 g for 10 minutes to remove blood cells, followed by centrifugation at 100 ° C for 10 minutes, and then the supernatant was 0.1M. A sample was prepared by diluting with ammonium acetate buffer solution (pH 6.0, hereinafter, 'buffer solution A') and 1: 1. The prepared sample was injected into a CM-Sepharose column (10 x 1.5 cm) previously equilibrated with Buffer A, and the antimicrobial protein was eluted at an elution rate of 0.75 ml / min in an ammonium acetate concentration gradient of 0.1 to 1 M. Then, the solution containing the antimicrobial protein was re-injected into the CM-Sepharose column to elute the antimicrobial protein as before, and fractions showing antimicrobial activity against both E. coli and Bacillus megaterium were collected from these eluted fractions. These fractions were injected into a PepRPC HR5 / 5 column equilibrated with 0.1% trifluoroacetate (TFA) (Pharmacia, Sweden), and twice reversed FPLC with acetonitrile containing 0.1% TFA and 0.1% TFA. (See Fig. 5). In FIG. 5, (−) is the absorbance at 214 nm; (---) is the concentration gradient of acetonitrile; (-●-) is an antimicrobial activity against Escherichia coli; And (-○-) show antibacterial activity against Bacillus megaterium, respectively. As shown in Figure 5, a total of four peaks eluted were identified at 30-34% acetonitrile concentrations. Among these peaks, the antimicrobial protein eluting at the concentration of 30.1 to 31.8% acetonitrile, namely the first peak that exhibits stronger antimicrobial activity to gram negative bacteria, was named 'Hinnavin I'.
전기에서 분리한 Hinnavin I 이 정제되었음을 확인하기 위하여, 웨스트(West) 등의 방법(참조 : M.H.P. West et al., Electrophoresis., 5 : 133-138(1984)을 일부 수정하여, pH 4에서 15% 폴리아크릴아마이드 젤을 사용하여 200V에서 약 150분 동안 전기영동하였다. 그런 다음, 항균활성을 확인하기 위하여 대수기의 박테리아가 포함된 5ml의 0.6% 아가용액을 젤(8×8㎝)위에 붓고 15시간 정도 37℃에서 배양하였다. 일반 단백질의 경우와 마찬가지로 쿠마시에 블루(Coomassie blue)로 염색하였다(참조 : 제6도). 제6도에서, 제A레인은 정상혈림프; 제B레인은 면역혈림프; 제C레인은 열처리한 면역혈림프; 제D레인은 CM-세파로스 칼럼으로부터 용출된 활성분획; 제E레인은 첫번째 역상 FPLC로부터 수득한 첫번째 피크에 해당하는 분획; 제F레인은 두번째 역상 FPLC로부터 수득한 Hinnavin I 을 각각 나타낸다. 제6도에서 보듯이, Hinnavin I 이 단일 밴드로 나타나므로, 이 항균단백질은 정제되었음을 알 수 있다.In order to confirm that the Hinnavin I isolated from the former was purified, West et al. (MHP West et al., Electrophoresis., 5: 133-138 (1984) were partially modified to obtain 15% at pH 4). Electrophoresis was performed using polyacrylamide gel for about 150 minutes at 200 V. Then, 5 ml of 0.6% agar solution containing logarithmic bacteria was poured on the gel (8 × 8 cm) to confirm the antibacterial activity. The cells were incubated for about 37 ° C. Coomassie blue was stained as in the case of normal protein (see Fig. 6) In Fig. 6, lane A was normal blood lymph; Immune hemolymph; Lane C is heat treated immune blood lymph; Lane D is an active fraction eluted from the CM-Sepharose column; Lane E is the fraction corresponding to the first peak obtained from the first reversed phase FPLC; Each represents Hinnavin I obtained from the second reversed phase FPLC. As shown in Figure 6, Hinnavin I appears in a single band, indicating that the antimicrobial protein has been purified.
Hinnavin I 의 정제과정은 하기 표 1에 나타내었다. 단백질의 양은 브래드포드(Bradford)의 방법(참조 : M.M. Bradford, Anal. Biochem., 72 : 248-254(1976))으로 595㎚에서의 흡광도로서 측정되었으며, 항균활성을 나타내는 단위 unit(U)은 헐트마크(Hultmark) 등의 방법으로 결정되었다(참조 : Hultmark, D. et al., Eur. J. Biochem., 106 : 7-16(1980)).The purification process of Hinnavin I is shown in Table 1 below. The amount of protein was measured as absorbance at 595 nm by Bradford's method (MM Bradford, Anal. Biochem., 72: 248-254 (1976)). Hultmark et al. (Hultmark, D. et al., Eur. J. Biochem., 106: 7-16 (1980)).
표 1 : Hinnavin I의 정제과정Table 1: Hinnavin I Purification Process
상기 표 1에서 보듯이, Hinnavin I 의 총활성도는 3.87kU, 수율은 0.53% 및 비활성도는 11.06kU이었다.As shown in Table 1, the total activity of Hinnavin I was 3.87 kU, the yield was 0.53%, and the specific activity was 11.06 kU.
[실시예 5]Example 5
Hinnavin I 의 특성확인Characterization of Hinnavin I
[실시예 5-1]Example 5-1
Hinnavin I 의 분자량 결정Determination of Molecular Weight of Hinnavin I
Hinnavin I 의 분자량은 차거(Schagger)와 자고우(Jagow)의 방법(참조 : H. Schagger et al., Anal. Biochem., 166 : 368-379(1987))에 따라 표준 분자량 마커를 이용하여 측정되었다(참조 : 제7(a) 및 제7(b)도). 제7(a)도에서, 제1레인은 Hinnavin I ; 제2레인은 상업적으로 입수된 세크로핀 A; 및 제3레인은 표준 분자량 마커를 나타낸다. 제7(a) 및 제7(b)도에서, A는 미오글로빈 잔기 1-153(16,950Da), B는 미오글로빈 잔기 1-131(14,440Da), C는 미오글로빈 잔기 56-153(10,600Da), D는 미오글로빈 잔기 56-131(8,160Da), E는 미오글로빈 잔기 1-55(6,210Da), F는 글루카곤(3,480Da)의 표준 분자량 마커를 각각 나타내며, 또한 HI는 Hinnavin I , CA는 세크로핀 A를 의미한다. 제7(a) 및 7(b)도에서 보듯이, Hinnavin I 의 분자량은 약 4,000Da으로 세크로핀 A와 유사하였다.The molecular weight of Hinnavin I was measured using standard molecular weight markers according to the method of Schagger and Jagow (see H. Schagger et al., Anal. Biochem., 166: 368-379 (1987)). (See also Figures 7 (a) and 7 (b)). In FIG. 7 (a), the first lane is Hinnavin I; The second lane comprises commercially available cecropin A; And lane 3 represents a standard molecular weight marker. In Figures 7 (a) and 7 (b), A is myoglobin residues 1-153 (16,950 Da), B is myoglobin residues 1-131 (14,440 Da), C is myoglobin residues 56-153 (10,600 Da), D represents myoglobin residues 56-131 (8,160 Da), E represents myoglobin residues 1-55 (6,210 Da), F represents standard molecular weight markers of glucagon (3,480 Da), and HI represents Hinnavin I and C A represents Means pin A. As shown in Figures 7 (a) and 7 (b), the molecular weight of Hinnavin I was about 4,000 Da, similar to that of Secropin A.
아울러, Hinnavin I 의 보다 정확한 분자량을 측정하기 위하여, Electrospray ionization mass spectrometer (Fisons, UK)를 이용하여 분자량을 측정한 결과, Hinnavin I 의 분자량은 4,139.94±10.91로 결정되었다.In addition, the molecular weight of Hinnavin I was measured using an electrospray ionization mass spectrometer (Fisons, UK) to determine the molecular weight of Hinnavin I. The molecular weight of Hinnavin I was determined to be 4,139.94 ± 10.91.
[실시예 5-2]Example 5-2
Hinnavin I 의 아미노산 서열 결정Amino Acid Sequence Determination of Hinnavin I
에드만 분해방법(Edman degradation)으로 Pro Sequencer 6600B(Milligen, USA)를 사용하여 결정한 Hinnavin I 의 아미노산 서열을 여러 가지 공지된 세크로핀 A의 아미노산 서열과 함께 제8도에 나타내었다. 본 발명의 Hinnavin I 은 다음과 같은 서열을 가지는 것으로 확인되었다 :The amino acid sequence of Hinnavin I as determined by Ed Sequence degradation using Pro Sequencer 6600B (Milligen, USA) is shown in FIG. 8 along with the amino acid sequences of several known cecropin As. Hinnavin I of the present invention was found to have the following sequence:
GWKIGKKLEHMGQNIRDGLISAGPAVFAVGQAATIYAAAKGWKIGKKLEHMGQNIRDGLISAGPAVFAVGQAATIYAAAK
제8도에서, 진하게 표시한 아미노산은 공지된 세크로핀 A의 아미노산과 일치함을 나타낸다. 제8도에서 보듯이, 본 발명 Hinnavin I 의 40개 아미노산 가운데 23개의 아미노산이 공지의 세크로핀 A의 아미노산과 동일한 것으로 보아, Hinnavin I 은 세크로핀계에 속함을 알 수 있다. 또한, 20번까지의 전반부 아미노산은 주로 친수성인 아미노산이 많이 존재하며, 20번 이후의 후반부 아미노산은 주로 소수성인 아미노산이 많이 분포하고 있음을 알 수 있다.In Fig. 8, the amino acids shown in bold correspond to the amino acids of known secropin A. As shown in FIG. 8, since 23 amino acids among the 40 amino acids of Hinnavin I of the present invention are the same as those of known secropin A, it can be seen that Hinnavin I belongs to the secropin family. In addition, the first half of the amino acid up to 20 is mainly a lot of hydrophilic amino acids, the second half after 20 it can be seen that the distribution of a large number of amino acids mainly hydrophobic.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 배추흰나비의 유충으로부터 분리한 신규한 항균단백질을 제공한다. 본 발명의 항균단백질은 박테리아를 용균시킴으로써 그람 음성군과 그람 양성균 모두에 대하여 항균활성을 나타내며 특히, 그람 음성균인 대장균에 대해서 보다 강한 항균작용을 나타내었다. 아울러, 본 발명의 항균단백질은 분자량이 약 4,000달톤이고, 아미노산 분석으로 세크로핀계에 속함을 확인하였다. 본 발명의 항균단백질은 박테리아에 대하여 항균활성을 나타내므로, 항균제로 이용될 수 있을 것이다.As described and demonstrated in detail above, the present invention provides a novel antimicrobial protein isolated from the larvae of Chinese cabbage butterfly. The antimicrobial protein of the present invention showed antimicrobial activity against both Gram-negative and Gram-positive bacteria by lysing bacteria, and particularly, showed stronger antimicrobial activity against Gram-negative bacteria Escherichia coli. In addition, the antimicrobial protein of the present invention has a molecular weight of about 4,000 Daltons, and it was confirmed that it belongs to the secropin system by amino acid analysis. Since the antimicrobial protein of the present invention exhibits antimicrobial activity against bacteria, it may be used as an antimicrobial agent.
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