세포외 고분자 물질

Extracellular polymeric substance
바이오필름 내 세포외 고분자 물질 매트릭스 형성

세포외 중합체 물질(EPS)은 미생물이 환경에 분비하는 고분자 중량의 천연 중합체다.[1] EPS는 바이오필름의 기능적, 구조적 무결성을 확립하며, 바이오필름의 물리화학적 특성을 결정하는 기본 요소로 간주된다.[2]

EPS는 대부분 다당류단백질로 구성되지만 DNA, 지질, 유머 물질과 같은 다른 고분자를 포함한다. EPS는 박테리아 정착의 구성 물질이며 세포의 외부 표면에 부착되어 있거나 성장 매체에 분비된다. 이 화합물은 바이오필름 형성과 세포의 표면 부착에 중요하다. EPS는 바이오필름 전체 유기물질의 50~90%를 차지한다.[2][3][4]

엑소폴리사당류(때로는 약칭 EPS, 그 후의 EPS당류)는 EPS의 당분 기반 부분이다. 미생물은 세포내 다당류, 구조 다당류, 세포외 다당류 또는 다당류 등 다양한 다당류 스펙트럼을 합성한다. 외당류는 일반적으로 단당류와 일부 비탄수화물 대체물(아세트산염, 화농산염, 굴복산염)으로 구성된다. 성분의 다양성이 크기 때문에, 다당류는 다양한 식품과 제약 산업에서 다양한 용도를 발견했다. 많은 미생물 EPS 당분은 현재 사용 중인 잇몸과 거의 동일한 성질을 제공한다. 혁신적인 접근법으로, 전통적으로 사용하던 식물과 조류 잇몸을 미생물 잇몸으로 대체하려는 노력이 진행 중이다. 게다가, 새로운 산업 용도를 가진 새로운 미생물 EPS 당분을 발견하고 개발하는 데 상당한 진전이 있었다.[5] 판토에아 응집체 ZMR7이 생산하는 레반은 치료되지 않은 암세포에 비해 횡문근육종(RD)과 유방암(MDA) 세포의 생존가능성이 떨어진다는 보고가 있었다. 또한 레이슈마니아 트로피카프롬스타고테에 대한 항타라스틱 활성도가 높다.[6]

함수

Capsular exopolydacide는 병원성 박테리아건조포식으로부터 보호할 수 있으며, 병원성 세균의 병원성에 기여할 수 있다.[7] 바이오필름에 고정·집합된 세실세균은 EPS 매트릭스가 보호 확산 장벽 역할을 할 수 있어 표류 플랑크톤균에 비해 취약성이 적다.[8] 박테리아 세포의 물리적, 화학적 특성은 EPS 조성에 의해 영향을 받을 수 있으며, 세포 인식, 집적, 자연 환경에서의 접착과 같은 영향 요인에 영향을 받을 수 있다.[8] 게다가, EPS 계층은 박테리아의 성장을 촉진하는 영양소 함정의 역할을 한다.[8]

유산균의 일부 변종(예: 락토코쿠스 락티스 서브스푼크레모리스)의 엑소폴리사당류는 발효유제품(예: Viili)에 젤라틴성 식감을 기여하며, 이러한 다당류도 소화가 가능하다.[9][10] 엑소폴리사당류의 산업적 이용의 한 예는 파네톤과 제빵 산업의 다른 빵에 덱스트란의 응용이다.[11]

생태학

엑소폴리사당류는 식물 뿌리와 토양 입자에 질소 고정 박테리아의 부착을 촉진할 수 있어 공생 관계를 매개할 수 있다.[12] 이는 토양 먹이 그물망생태계영양분 순환의 핵심 성분인 뿌리 및 뿌리권 개척에 중요하다. 또한 숙주공장의 성공적인 침공과 감염을 가능하게 한다.[12]

박테리아 세포외 중합체 물질은 다른 용해 물질들 중에서도 금속 양이온을 흡착할 수 있는 능력이 있기 때문에 중금속의 생물 거식에 도움을 줄 수 있다.[13] 이것은 바이오필름이 구리, , 니켈, 카드뮴과 같은 금속을 결합하고 제거할 수 있기 때문에 폐수계통의 치료에 유용할 수 있다.[13] EPS의 결합 친화력과 금속 특이성은 농도pH와 같은 요소뿐만 아니라 폴리머 성분에 따라 달라진다.[13]

지질 생물학적 맥락에서 EPS는 광물, 특히 탄산염강수량에 영향을 미치는 것으로 관찰되었다.[14] 또한 EPS는 바이오필름 서스펜션의 입자와 결합하여 분산과 소자 순환을 제한할 수 있다.[14] 침전물의 안정성은 응집력, 투과성, 침식에 영향을 미치기 때문에 EPS에 의해 증가될 수 있다.[14] EPS의 접착력과 금속 결합 능력이 환경적 및 산업적 맥락에서 광물 침출율에 영향을 미친다는 증거가 있다.[14] EPS와 아바이오틱스 환경 사이의 이러한 상호작용을 통해 EPS는 생물 화학적 순환에 큰 영향을 미칠 수 있다.

토양 침식성 선충과 같은 생물필름과 박테리아 사이의 포식자-정밀 상호작용은 광범위하게 연구되어 왔다. 끈적끈적한 매트릭스 생산과 골재 형성을 통해 예르시니아 페스티스 바이오필름은 씨엘레건의 입구를 방해해 먹잇감을 예방할 수 있다.[15] 게다가, 녹농균 바이오필름은 '쿼그미어 표현형'이라고 불리는 선충의 미끄러지는 운동성을 방해할 수 있으며, 이로 인해 선충이 바이오필름 내에 갇히게 되고 취약한 바이오필름을 섭취하기 위한 네마토드의 탐사를 막을 수 있다.[16] 이는 포식자의 먹이고 번식하는 능력을 현저히 감소시켜, 바이오필름의 생존을 촉진시켰다.

새로운 산업용도용

종래의 폐기물 제거 방법에 대한 보다 효율적이고 환경 친화적인 대안을 찾아야 하는 필요성이 커지면서, 업계는 생물 거품화에서 박테리아와 그 EPS 당분의 기능에 더 많은 관심을 기울이고 있다.[17]

연구자들은 시아노박테리아에서 추출한 EPS 당분을 폐기물에 첨가하면 구리, 카드뮴, 과 같은 중금속이 제거된다는 사실을 발견했다.[17] EPS 당분만 해도 이러한 중금속과 물리적으로 상호작용할 수 있고 생물 흡착을 통해 흡수할 수 있다.[17] EPS 당분을 폐수에 첨가하기 전에 다른 이나 염기로 처리함으로써 제거의 효율을 최적화할 수 있다.[17] 일부 오염된 토양에는 높은 수준의 다순환 방향족 탄화수소(PAHs)가 함유되어 있다. Zoogloea sp 박테리아와 아스페르길루스 niger 균의 EPS는 이러한 독성 화합물을 제거하는데 효율적이다.[18] EPS는 PAHs를 분해할 수 있는 산화유화효소, 하이드롤라아제 의 효소를 함유하고 있다.[18] PAH 분해량은 토양에 첨가된 EPS의 농도에 따라 달라진다. 이 방법은 비용이 저렴하고 효율성이 높다는 것이 입증되었다.[18]

최근 몇 년 동안 해양 박테리아에서 추출된 EPS 당분이 기름 유출의 정화에 속도를 내는 것으로 밝혀졌다.[19] 2010년 Deepwater Horizon 기름 유출 사건 당시 EPS를 생성하는 박테리아는 빠르게 성장하고 증식할 수 있었다.[19] 나중에 그들의 EPS 당분이 기름을 녹이고 해양 표면에 오일 골재를 형성하여 세척 속도를 높인다는 것이 밝혀졌다.[19] 이 석유 골재들은 또한 다른 해양 미생물 집단에 귀중한 영양소 공급원을 제공했다. 이것은 과학자들이 기름 유출을 정화하기 위해 EPS 당분의 사용을 수정하고 최적화할 수 있게 해준다.[19]

세포외 고분자 물질 목록

시노르히조비움 멜릴로티 출신의 숙시노글리칸

참고 항목

참조

  1. ^ Staudt C, Horn H, Hempel DC, Neu TR (2004). "Volumetric measurements of bacterial cells and extracellular polymeric substance glycoconjugates in biofilms". Biotechnol. Bioeng. 88 (5): 585–92. doi:10.1002/bit.20241. PMID 15470707.
  2. ^ a b Flemming, Hans-Curt; Wingender, Jost; Griebe, Thomas; Mayer, Christian (December 21, 2000), "Physico-Chemical Properties of Biofilms", in L. V. Evans (ed.), Biofilms: Recent Advances in their Study and Control, CRC Press, p. 20, ISBN 978-9058230935
  3. ^ Donlan, Rodney M. (September 2002). "Biofilms: Microbial Life on Surfaces". Emerging Infectious Diseases. 8 (9): 881–890. doi:10.3201/eid0809.020063. PMC 2732559. PMID 12194761.
  4. ^ Donlan RM, Costerton JW (2002). "Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms". Clin. Microbiol. Rev. 15 (2): 167–93. doi:10.1128/CMR.15.2.167-193.2002. PMC 118068. PMID 11932229.
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외부 링크