Abstract

To study the oxygen tolerance mechanism of bifidobacteria, we have studied the growth of cells, the activities of the enzymes which were related with oxygen, such as catalase, superoxide dismutase(SOD), NADH oxidase, and NADH peroxidase, and cellular fatty acid compositions of Bifidobacterium adolescentis and B. longum under anaerobic and aerated (microaerobic and aerobic) conditions. B. longum grew relatively well under the microaerobic conditions, whereas the growth of B. adolescentis was inhibited under the same aerated conditions. B. adolescentis had extremely low level of NADH oxidative enzymes while B. longum had the relatively high level of NADH oxidative enzymes, whose activities were dramatically increased from 3.7 to 11.4 times by microaerobic condition but not in B. adolescentis. The activity of SOD was unexpectedly high in B. adolescentis compared with in B. longum under anaerobic and aerated conditions. The activities of catalase were not detected in all samples tested in this study. We also found that normal $C_{l6:0}$ and $C_{18:1}$ were the major fatty acids in B. adolescentis and B. longum under anaerobic and aerated conditions. 2.2-14.1% $C_{l9:0}$ cyclo fatty acid was detected only in B. longum and the fatty acid was increased by the addition of the aeration. The $C_{l9:0}$ cyclic fatty acid was identified as a cis 9, 10-methylene octadecanoic acid, which was different from lactobacillic acid in the cyclized site. 6.6%-24.6% of dimethyl acetals (DMA) which came from plasmalogen were observed in the B. adolescentis and B. longum grown under anaerobic condition, and the components were notably decreased in the cells grown under the aerated conditions. It is believed that NADH oxidative enzymes play an important role to detoxify oxygen metabolites of Bifidobacteriurn spp. under anaerobic and microaerobic conditions. Independently from oxidative enzymes, it seems that oxygen stress may induce the change of the level of cellular fatty acids showing an increase of $C_{l9:0}$ cyclo in B. longum and a decrease of $C_{l8:1}$ of plasmalogen in B. longum and B. adolescentis to adapt in environment.

Bifidobacterium spp.의 내 산소성기작을 밝히기 위하여, 산소에 민감한 B. adolescentis와 상대적으로 산소에 내성이 있는 B. longum을 선정하여 혐기적 조건, 미호기성 조건,호기성 배양 조건 등에서 그 생육,산화 효소들의 활성, 세포 지방산 조성의 변화 등을 연구하였다. B. adolescentis의 생육은 미 호기성 조건에서 민감하게 저해되었으나, B. longum은 같은 조건에서 혐기배양과 같은 정도의 생육을 유지하였다. 이들 조건에서 두 균주의 catalase는 관찰되지 않은 반면, superoxide dismutase는 B. adolescentis와 B. longum모두에서 관찰되었으며 어느 조건에서든 B. adolescentis은 B. longum보다 높은 활성을 나타내었다. NADH oxidase와 NADH peroxidase의 활성은 B. adolescentis에서는 매우 낮은 반면, B. longum에서는 일정한 수준의 활성을 보였으며, 이 활성은 혐기적 배양조건에서 보다는 미호기성 조건에서 3.7-11.4배 증가하였다. 세포의 지방산 분석 결과 두 균주 모두 $C_{l6:0}$과 $C_{l8:1}$이 전체 methylated성분 중 60-70%를 차지했다. B. longum에는 특히 $C_{l9:0 cyclo 9,10}$가 2-14% 함유되어 있었으며, 이는 lactobacillic acid와는 cylization 위치가 다른 cis 9, 10-methylene octadecanoic acid이었고 미호기적 배양과 정지기 세포에서 증가되는 경향을 보였다. 두 균주 모두 혐기균에서만 확인된 세포막의 plasmalogen의 존재로 인한 dimethyl acetals(DMA)을 함유하고 있었는데 이 중 $C_{l8:1}$ DMA는 호기성 조건에서 현저히 감소되었다. 산소 stress환경의 bifidobacteria의 생육에 있어 NADH oxidative enzymes은 중요한 역할을 하며, 이들 효소체계와는 별도로 환경에 적응하기 위한 세포구조적 변화의 일부로 지방산 $C_{l9:0}$ Cyclo와 plasmalogen의 $C_{l8:1}$ 등이 변화한 것으로 생각된다.

Keywords

• oxygen stress;
• bifidobacteria;
• NADH oxidative enzymes;
• fatty acid composition