Earticle

Human activities have caused an increase in greenhouse gas emissions, resulting in climate change that affects many factors of human life including its effect on water and food quality in certain areas with implications for human health. CH4 and N2O are known as potent non- CO2 GHGs. The livestock industry contributes to direct emissions of CH4 (38.24%) and N2O (6.70%) through enteric fermentation and manure treatment, as well as indirect N2O emissions via NH3 volatilization. NH3 is also a secondary precursor of particulate matter. Several approaches have been proposed to address this issue, including dietary management, manure treatment, and the possibility of inhibitor usage. Inhibitors, including urease and nitrification inhibitors, are widely used in agricultural fields. The use of urease and nitrification inhibitors is known to be effective in reducing nitrogen loss from agricultural soil in the form of NH3 and N2O and can further reduce CH4 as a side effect. However, the effectiveness of inhibitors in livestock manure systems has not yet been explored. This review discusses the potential of inhibitor usage, specifically of N-(n-butyl) thiophosphoric triamide, dicyandiamide, and 3,4-dimethylpyrazole phosphate, to reduce emissions from livestock manure. This review focuses on the application of inhibitors to manure, as well as the association of these inhibitors with health, toxicity, and economic benefits.

위염과 위궤양의 일차적 발병 인자로 알려진 Helicobacter pylori의 생육을 억제하고 urease 산물인 암모니아의 축적에 의한 위점막 손상을 완화시킬 목적으로 복분자로부터 H. pylori urease저해물질을 분리정제하고 소재화와 관련된 일부 성질을 규명하였다. 양념 채소류, 차류, 죽류, 건강채소류등의 식용식물, 약용식물, 허브 및 해조류, 총 173종으로부터 극성도에 따라 계통추출한 수용성인 냉수추출물(Fr, 1), methanol 추출물(Fr.4), 열수추출물(Fr.5) 519점을 대상으로 H. pylori urease 저해활성을 검색하였다. 1차 및 2차 저해활성 검색 결과 복분자의 70% acetone추출물이 약 24%의 가장 높은 저해활성을 나타내었으며, 이 추출물을 ethyl acetate와 butanol을 사용하여 ethyl acetate/DW layer(RCE/RCWl)와 butanol/DW layer(RCB/RCW2)로 순차 분획한 후 활성획분인 RCW2 내의 활성 본체를 확인할 목적으로 periodate oxidation과 pronase digestion을 실시한 결과 펩타이드 또는 단백질성 물질로 판명되었다. 저해활성 물질은 DEAE-Toyopearl 650C, Butyl-Toyopearl 650M 및 Sephadex LH-20순의 column chromatography에 의 해 분리 정제되었다. 분리 urease 저해물질, RCW2-IIIc $\alpha$는 HPLC의 gel permeation chromatography에 의해 비교적 순도 높은 분자량 약 13 kDa의 단일 물질임이 확인되었다. 저해활성물질은 열에 안정성을 보이 는 내열성 단백질임을 알 수 있었고 위내 단백분해효소인 pepsin에도 가수분해 저항성을 나타냄으로써 기능성식품의 소재로 높은 소재화 적성을 보였다.

A Helicobacter pylori urease inhibitor from Rubus coreanus Miquel has been isolated and partially characterized for aiming to Prevent H. pylori growth and decrease harmful accumulation of ammonia in human gastric mucosa. We screened urease inhibitory activities in 519 extracts library prepared by solvent extraction from 173 kinds of edible plants, medicinal herbs, herbs and seaweeds using a colorimetric urease assay system. As results of primary and secondary screening, 70% acetone extract of Rubus coreanus Miquel was selected as potent candidate, showing about 24% inhibitory activity. The acetone extract was sequentially partitioned into RCE/RCWI and RCB/RCW2 layers with ethyl acetate and butanol. The major active component in RCW2, water layer from butanol fractionation was revealed to be peptidic or proteinous substance by inhibitory activity determination after pronase digestion and periodate oxidation. RCW2-IIIc a was isolated by sequential column chromatography on DEAE-Toyopearl 650C, Butrl-Toyopearl 650M and Sephadex LH-20. The isolated urease inhibitor RCW2-IIIc $\alpha$, was highly pure proteinous substance with molecular weight of 13kDa by high-performance gel permeation liquid chromatography. RCW2-IIIc$\alpha$ has about 5 times higher inhibitory activity than 70％ acetone extract, showing high stability against heat treatment and peptic digestion.

An indigenous crude extract was used to produce calcite from Canavalia ensiformis and its ability to precipitate calcite with urea and calcium chloride was investigated. X-ray diffraction and scanning electron microscopy were employed to elucidate the mechanism of calcite formation from the plant crude extracts. The results revealed that urease in the plant crude extracts catalyzed the hydrolysis of urea in liquid state cultures. The procedure described herein is a simple method of calcite biomineralization without cultivation of microorganisms or further purification of crude extracts. The unconfined compressive strength of a specimen injected once with Canavalia ensiformis extract showed a 10.6 fold increase when compared to an untreated specimen. In addition, the manufactured plant crude extracts showed significant heavy metal removal efficiency and acidified soil remediation ability in the mine impacted soil. This study showing successful biomineralization of calcite and soil remediation using indigenous Canavalia ensiformis crude extracts without further enzyme purification.

4종 한약재에 대한 70% 에탄올 추출물의 Helicobacter pylori 세포 내 urease 활성억제능은 한약재 추출물을 넣지 않은 대조군과 비교하여 소목 (Caesalpinia sappan L.) 추출물의 경우 84%, 연교 (Forsythiae Fructus)의 추출물의 경우 72%, 애엽 (Artemisia asiatica Nakai) 추출물의 경우 31%이었다. 그러나 애엽의 80% 메탄올 추출물을 2차로 물, 에틸아세테이트 및 부탄올로 분획하였을 때 에틸아세테이트 분획에서 urease 활성억제 능력이 90%로 향상되었다.

Ethanol (70%) extract of Caesalpinia sappan L. and Forsythiae suspensa Vahl. showed 84% and 72% of anti-urease activity against Helicobacter pylori, respectively. Among the fraction of Artemisia asiatica Nakai extract using methanol (80%), water, ethyl acetate and butanol ethyl acetate fraction showed 90% of the anti-urease activity.

14종 한약재의 70% 에탄올 추출물의 Helicobacter pylori에 대한 항균활성은 황련 (Coptis japonica Makino)이 가장 뛰어났으며, 소엽 (Perilla frutescens var. acuta KUDO), 소목(Caesalpinia sappan L.) 및 형개 (Schizonepeta tenuifolia Briq.)의 경우에도 높은 항균활성을 나타내었다. 그러나Helicobacter pylori의 위내 서식을 도와주는 것으로 알려진 urease 활성억제능은 연교 (Forsythiae Fructus)의 메탄올(80%) 추출물에서 가장 높았으며, 소목 및 형개의 추출물도 높았다. 특히 연교의 경우 한약재 추출물을 넣지 않은 대조군과 비교하여 80% 이상의 활성이 억제되었다. 연교의 메탄올 추출물을 물, 에틸아세테이트 (ethyl acetate), 부탄올 순으로 분획하여 각 분획물에 대한 urease 활성억제능을 검색한 결과 에틸아세테이트 분획에서 92%의 urease 활성이 억제되었다.

Among 14 medicinal plants selected for the study ethanol (70%) extract of Coptis japonica Makino showed the highest anti-microbial activity against Helicobacter pylori followed by Perilla frutescens var. acuta KUDO, Caesalpinia sappan L. and Schizonepeta tenuifolia Briq. However, anti-urease activity of methanol (80%) extracts was best for Forsythiae Fructus followed by Caesalpinia sappan L. and Schizonepeta tenuifolia Briq. In the second fractionation using water, ethyl acetate and butanol more than 90% of the anti-urease activity was detected in the ethyl acetate fraction.

In this work is reported the urease immobilized on magnetically separable polyaniline nanofibers to improve the enzyme activity. Immobilized urease shows good activity as 5times more than free urease. The immobilized urease showed improved stability and recyclability. PAMP-urease showed only a 3~5% decrease in activity after 1 months of vigorous shaking conditions (200 rpm) and at room temperature (25oC). After 10 times recycle, the residual activities of PAMP-urease was 92%.

메탄올을 사용한 1차 추출물의 경우 추출물을 넣지 않은 대조군과 비교하여 O.D. 값이 62% 감소하였다. 물과 부탄올, 에틸아세테이트를 이용한 2차 추출에서는 대조군과 비교하여 O.D.값이 각각 64%, 52% 및 90% 감소하였다. 따라서 에틸아세이트 분획물 중에 urease 활성억제 물질이 가장 많이 포함되어 있음을 알 수 있다.

Urease activity was lowered by 62% when the methanol extract of Artermisia asiatica Nakai was applied. Secondary extract of water, butanol and ethyl acetate decreased the activity by 64%, 52%, and 90%, respectively indicating that the fraction from ethyl acetate extraction contains the highest content of the inhibitory compounds.

연교를 메탄올로 1차 추출한 물질의 물, 부탄올, 에틸아세테이트 분획에서 물과 부탄올 분획은 한약재 추출물을 넣지 않은 대조군과 O.D. 값의 차이가 크지 않았으나 에틸아세테이트 분획물의 경우에는 대조군과 비교하여 O.D. 값이 70% 감소하였다. 이것으로 보아 연교의 에틸아세테이트 분획물 중에 urease 활성억제 물질이 포함되어 있음을 확인 할 수 있다. 연교로부터 분리된 betulinic acid와 oleanolic acid 모두 기존 항생제에 비하여 강한 urease 활성억제 효과가 있으며, 특히 butulinic acid가 oleanolic acid보다 강한 활성억제 효과가 있었다.

Betulinic and oleanolic acids isolated from Forsythia suspensa Vahl. Showed stronger urease inhibition activity compared with popular antibiotics such as amoxicilin, clarithromycin, metronidazole, and tetracycline. Betulinic and oleanolic acids lowered urease activity by 20% and 25%, respectively compared with the control experiments without the addition of the two acids.

본 연구는 수입산 아주까리박을 주원료로 하는 혼합유기질비료(혼합유박)을 대체하기 위해 국내 유기자원을 원료로 제조한 발효비료의 처리효과를 확인하는 목적으로 수행되었다. 발효비료는 주정박(30%), 깻묵(30%), 미강(20%), 어분(20%)을 혼합하여 제조하였다. 이때 발효조건을 달리하여 기존 발효방식(비가림 하우스에 21일간 발효)으로 제조한 발효비료A (Fermented Organic fertilizer A. OFA)와 발효기간을 단축(40℃에서 5일간 발효)시켜 제조한 발효비료B (Fermented Organic fertilizer B, OFB) 2종을 제조하였다. 본 실험의 처리구는 무처리(Control, NF), 혼합유박(Mixed organic fertilizer, MOF), 발효비료 처리구(OFA, OFB)로 설정하였으며, 노지 배추 표준시비량의 질소 기준(320 kg/ha)으로 자재를 처리하였다. 재배시험 결과 OFA, OFB와 MOF간의 배추의 생육과 수량이 유의적인 차이를 보이지 않았다. 배추의 질소이용효율은 발효비료 처리구(OFB : 81.4%, OFA : 79.1%)가 MOF (65.3%)보다 증가하였고, 발효비료를 처리한 토양의 Urease 활성도가 240~241 ㎍/g/dm/2h로 MOF (203 ㎍/g/dm/2h)와 통계적으로 유의한 차이를 보였다. 결론적으로, 국내 유기자원으로 제조한 발효비료 2종은 혼합유박과 유사한 생육과 수량을 보였으며, 발효과정으로 작물의 양분흡수가 용이해져 질소이용효율을 개선시키는데 도움을 준 것으로 판단된다. 이에 제조한 발효비료가 양분공급자재로 혼합유박을 대체 하는데 효과적일 것으로 보인다. 특히, 발효기간을 기존대비 16일 단축시켜 제조한 OFB도 기존 발효비료(OFA)와 효과가 유사하여 현장 활용도가 높을 것으로 판단된다.

This study investigate growth responses of Chinese cabbage and nitrogen use efficiency (NUE) to application of fermented organic fertilizer produced from domestic organic resources for developing alternative materials instead of imported castor oil meal. Two types of fermented fertilizers (Fermented Organic Fertilizer A (OFA) and Fermented Organic Fertilizer B (OFB)) were produced by mixing distillers dried grains 30%, sesame cake 30%, rice bran 20% and fish meal 20% under different fermentation conditions. Treatment consisted of OFA is fermented for 21 days on plastic greenhouse, OFB is fermented for 5 days on 40℃, and MOF (Mixed Organic Fertilizer) is a fertilizer made with castor bean as the main ingredient. OFA, OFB and MOF were applied at the rate of 320 kg N/ha. Chinese cabbages were cultivated from Aug. to Nov. in 2022. Growth and yield of Chinese cabbage were no significant differences among all treatments except control (non-fertilized, NF). However, NUE of Chinese cabbage was higher the fermented fertilizer treatment (OFB: 81.4%, OFA: 79.1%) than the MOF (65.3%). It was observed that urease activity in the fermented fertilizer treatment was significantly higher than the MOF. This result confirmed that fermented fertilizers have similar effect on growth and yield with the MOF and could improve the NUE of crop.

생체 내에서의 요소 형성은 단백질이 아미노산으로 분해되어 인체에 남은 요소는 오줌으로 배출된다. 그러나 고농도의 urea의 경우 단백질을 변형시키게 된다[1-2]. 이러한 고 농도의 urea를 단백질 공정을 통해서 제거시키는 기술이 최근의 투석 과학이다. 그러나 이러한 방법은 urea의 제거와 함께 많은 양의 단백질과 양이온이 유출 및 오염의 문제가 많이 발생하고 있다[3].(중략)

Urease 활성이 중금속 이온에 의하여 저해되는 현상을 알아보기 위하여 발색시약을 사용하는 광학적인 방법으로 효소반응에 의한 암모니아 발생량을 측정하였다. 암모니아 농도에 따른 cuvette assay 시의 흡광도 중가는 암모니아 농도 3.0 mg/l 까지 직선성을 보였으며 이 때의 상관계수는 0.998(r)이었다. 중금속 이온에 의한 urease의 저해활성을 알아보기 위하여 기질에 단일 중금속 이온의 농도별 용액을 가하여 흡광도를 측정한 결과 효소의 저해도는 Hg(II)>Pb(II)>Cu(II)>Cd(II)>Zn(II) 이온의 순으로 나타났다. 한 가지의 중금속 이온 농도를 고정하고 다른 중금속 이온을 각기 다른 농도로 가하면서 urease활성을 측정하였을 때 효소의 저해도는 대체로 개별 중금속 이온에 의한 저해의 총합으로 나타났다. 상기의 결과는 본 연구의 방법이 Hg(II) 이온에 대한 선택적 검출법으로서 뿐만 아니라 여러 형태의 시료 중에 존재가능한 중금속 이온들을 정성적으로 판별하는 방법으로 활용될 수 있음을 보여주었다.

To determine the urease inhibitory activity of various heavy metal ions, a photometric cuvette assay for measuring ammonia production was developed. In this assay, the absorbance values at 630 m were linearly increased according to the ammonia concentrations up to 3.0 mg/l (r : 0.998). The urease inhibitions upon addition of a single species of heavy metal ions were in the decreasing order of Hg(II) > Pb(II) > Cu(II) > Cd(II) > Zn(II) ions. As expected, the urease inhibitions at a fixed concentration of a single species and at varying concentrations of other species occurred in the additive way. The above results show the applicability of the current method to the selective detection on Hg(II) ions as well as the screening of heavy metal ions possibly present at various samples.

An agar medium(HY) was developed to detect the urease-producing lactic acid bacteria. HY medium was prepared with the addition of tryptone, glucose and tween 80 to the supernatant of autoclaved skim milk and yeast extract mixture. There was no difference in eumeration of lactic acid bacteria between the HY and commercial media, such as M17, MRS and BCP agar. The urease activity of Streptococcus salivarius subsp. thermophilus was detected on the HY agar medium contained urea by the color change of bromocresol purple as the pH indicator, but not on the commerical agar media. Furthermore, it was succeeded to screen the urease activity of bacteria in skim milk used as a raw material in dairy product manufacture. Therefore, HY medium was proved to be suitable for the screening of urease-producing lactic acid bacteria.

본 연구에서는 인체의 해로운 요소를 분해하고 분해 생성물인 암모니아($NH_3$)의 제거를 위한 우레아제 고정막 제조와 가수분해 특성에 관하여 검토되었다. 우레아제 고정막은 방사선 그라프트 중합법에 의해 다공성 중공사막에 음이온 교환기로서 DEA를 도입한 후 요소의 가수분해를 위해 우레아제를 고정시켜 제조하였다. 음이온 교환기가 도입된 막에 우레아제가 고정된 경우 그라프트율이 증가할수록 고정량이 증가하였다. 이것은 그라프트율이 증가할수록 그라프트 체인이 신장하여 단백질이 다층으로 고정되기 때문이다. 한편, 가교제의 첨가는 우레아제 고정막의 세척 과정에서 발생하는 탈리 현상을 억제할뿐 아니라 막의 반복사용도 가능하게 하였다. 5 h의 가교 반응을 통하여 탈리현상이 발생되지 않는 우레아제 고정막을 제조하였으며, 이때 제조된 우레아제 고정막은 1 mol과 4 mol의 요소 용액에서 각각 98%와 50% 이상의 가수분해 성능을 나타내었다.

In this study, we examined the preparation and hydrolysis property of immobilized urease membrane to decompose harmful urea in the body and remove ammonia which was produced by its decomposition. Urease immobilized membrane was prepared by introducing anion-exchange group DEA into porous hollow-fiber membrane by radiation graft polymerization method, and immobilization of urease. When urease was immobilized at membrane introduced with anion-exchange group, the more increasing grafting rate, the more increasing immobilization amount. The result originates from the fact that a greater amount of protein was immobilized by forming a multilayer on the longer grafted chain. Meanwhile, the addition of the cross-linker was possible not only to suppress separation phenomenon produced during a washing process of immobilized urease membrane but also to enable the recycling of membrane. Urease Immobilized membrane with no separation phenomenon was prepared by cross-linking reaction for 5 h, and the hydrolysis rate of prepared urease immobilized membrane was over 98% and 50%, respectively, in 1 mol and 4 mol urea solutions.