The Evaluation of Physicochemical and Biological Activities and High-Functional Antibacterial peptide produced by Bacillus strain isolated from Korean Traditional Fermented Food

Abstract

Antimicrobial peptides (AMP) are potent, broad-spectrum antibiotics that possess strong antimicrobial activity against multidrug-resistant bacteria. The purpose of this study was to assess the identification, production, and characterization of an antimicrobial peptide derived from kimchi, a traditional Korean dish of fermented vegetables. A 16S rRNA gene sequencing analysis revealed that kimchi derived bacterial strain was 99.9% identical to the Gen Bank reference strain of Bacillus siamensis. The production of the Bacillus strain YK14 was carried out in optimized media (1 % glucose and 1 % peptone) for 36 hours. YK14 was found to be stable over a broad range of pH (6-9) and thermo-tolerant up to 50 ºC. The molecular weight of YK14 was approximate ~5kda determined by SDS-PAGE. Peptide YK14 showed a stronger antimicrobial activity against different pathogenic microorganisms such as Escherichia coli KCTC 1925, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus 4-5, Enterococcus faecalis ATCC 29212, Vancomycin-resistant Enterococci 4. Moreover, the anti-biofilm assay demonstrated that peptide YK14 combined with conventional antibiotics inhibited biofilm formation and the peptide YK14 has significant antioxidant properties that were comparable to that of standard ascorbic acid. |항균 펩타이드(AMP)는 약제내성을 지닌 박테리아에 대한 강력한 항균 활성을 갖는 강력한 광범위한 항생제이다. 본 연구는 한국의 전통 발효 식품인 김치에서 유래한 항균 펩타이드의 identification, production 및 기타 생화학적 특성을 분석하는 것을 목적으로 하였다. 김치에서 분리한 고기능성 펩타이드를 생산하는 균주의 16S rRNA 유전자 염기서열 분석 결과 Gen Bank 기준 균주인 Bacillus siamensis와 99.9% 유사한 균주임을 확인 할 수 있었다. Bacillus 균주중 하나인 YK14는 최적배지 탐색을 통해 결정된 포도당 1%, 펩톤 1%의 배지조성에서 36시간 동안 배양하였으며, YK14가 생산하는 펩타이드는 비교적 광범위한 pH(6-9)에서 안정적으로 활성을 유지하였으며 섭씨 50 ºC도 까지 내열성을 바탕으로 생물학적 활성을 확인 할 수 있었다. 펩타이드 YK14의 분자량은 SDS-PAGE를 통해 약 5kda임을 확인하였으며, Escherichia coli KCTC 1925, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus 4-5, Enterococcus faecalis ATCC 29212, Vancomycin-resistant Enterococci 4와 같은 다른 병원성 미생물에 대해 매우 강력한 항균 활성을 보였다. 또한 Anti-biofilm assay결과 기존 항생제와 혼합된 펩타이드 YK14는 바이오필름 형성을 효과적으로 억제하였으며 펩타이드 YK14는 표준 Ascorbic acid에 버금가는 현저한 항산화 특성을 가지고 있는 것으로 나타났다.