제주 해양 환경으로부터 새로운 carotenoid 생산 균주의 분리.동정 및 carotenoid 유전자군의 cloning Isolation and identification of novel bacterium producing carotenoid and cloning of carotenoid gene clusters from Jeju marine environment원문보기
Carotenoid는 자연계에 널리 분포하는 색소 화합물로서, β-carotene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein 그리고 zeaxanthin이 그 종류에 속한다. 이중 β-carotene은 가장 잘 알려진 carotenoid로서 많은 과일과 야채의 색소물질로 존재하며, 이러한 carotenoid는 강력한 ...
Carotenoid는 자연계에 널리 분포하는 색소 화합물로서, β-carotene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein 그리고 zeaxanthin이 그 종류에 속한다. 이중 β-carotene은 가장 잘 알려진 carotenoid로서 많은 과일과 야채의 색소물질로 존재하며, 이러한 carotenoid는 강력한 항산화 역할로 신체의 심장 질환과 암 예방에 유용한 효과를 보인다. 이번 연구에서는 새로운 zeaxanthin 생합성 균주, Flavococcus chejuensis를 제주 해양으로부터 분리, 동정하였다. Zeaxanthin은 노란색을 띠는 carotenoid로서 가축 사료 첨가제로 쓰이며 신체의 망막에 분포하여 황반변성과 같은 안질환으로부터 보호하는 역할을 한다. Flavococcus chejuensis의 16S rRNA에 기초한 phylogenetic 분석결과 Flavobacterium sp.와 같은 zeaxanthin 생성 해양 세균과 낮은 상동성을 보였으며, zeaxanthin을 생성한다고 알려진 Paracoccus zeaxanthinifaciens를 대조 균주로 하여 HPLC와 TLC 분석 결과, 동일한 peak(retentiontime 7.9min)과 Rf(0.14) 값을 보임을 확인하였다. 이 결과는 이번 연구에서 zeaxanthin을 생성하는 새로운 세균을 동정함을 의미한다. 제주 해양 자원의 난 배양성 해양 미생물로부터 carotenoid 생합성 유전자 cluster를 확보하기 위하여 수백 liter의 제주 연안 해수를 농축하였으며, 이로부터 얻어진 metagenomic DNA로부터 CopyControl fosmid library를 제작하였다. 이 fosmid library를 E. coli에 transformation 후 pink에서 red color를 띠는 열 개의 clone을 선별하였다. 이중 일곱 개의 clone은 carotenoid 생합성 과정에 필요한 하나의 유전자인 crtB 유전자를 포함하고 있으며, 이 crtB 유전자를 probe로 하여 Southern blotting을 통하여 carotenoid 유전자 cluster의 sequence를 확보하였다. 이들 carotenoid 유전자 cluster의 sequence는 알려진 carotenoid 생합성 유전자와 비교하여 낮은 similarity를 보였으며, positive clones 으로부터 색소물질을 추출하여 TLC로 분석한 결과, β-carotene과 동일한 Rf 값을 보였다. 이 결과는 본 연구에서 확보된 새로운 carotenoid 유전자 cluster가 E. coli에서 발현되어 β-carotene을 생성함을 의미한다.
Carotenoid는 자연계에 널리 분포하는 색소 화합물로서, β-carotene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein 그리고 zeaxanthin이 그 종류에 속한다. 이중 β-carotene은 가장 잘 알려진 carotenoid로서 많은 과일과 야채의 색소물질로 존재하며, 이러한 carotenoid는 강력한 항산화 역할로 신체의 심장 질환과 암 예방에 유용한 효과를 보인다. 이번 연구에서는 새로운 zeaxanthin 생합성 균주, Flavococcus chejuensis를 제주 해양으로부터 분리, 동정하였다. Zeaxanthin은 노란색을 띠는 carotenoid로서 가축 사료 첨가제로 쓰이며 신체의 망막에 분포하여 황반변성과 같은 안질환으로부터 보호하는 역할을 한다. Flavococcus chejuensis의 16S rRNA에 기초한 phylogenetic 분석결과 Flavobacterium sp.와 같은 zeaxanthin 생성 해양 세균과 낮은 상동성을 보였으며, zeaxanthin을 생성한다고 알려진 Paracoccus zeaxanthinifaciens를 대조 균주로 하여 HPLC와 TLC 분석 결과, 동일한 peak(retention time 7.9min)과 Rf(0.14) 값을 보임을 확인하였다. 이 결과는 이번 연구에서 zeaxanthin을 생성하는 새로운 세균을 동정함을 의미한다. 제주 해양 자원의 난 배양성 해양 미생물로부터 carotenoid 생합성 유전자 cluster를 확보하기 위하여 수백 liter의 제주 연안 해수를 농축하였으며, 이로부터 얻어진 metagenomic DNA로부터 CopyControl fosmid library를 제작하였다. 이 fosmid library를 E. coli에 transformation 후 pink에서 red color를 띠는 열 개의 clone을 선별하였다. 이중 일곱 개의 clone은 carotenoid 생합성 과정에 필요한 하나의 유전자인 crtB 유전자를 포함하고 있으며, 이 crtB 유전자를 probe로 하여 Southern blotting을 통하여 carotenoid 유전자 cluster의 sequence를 확보하였다. 이들 carotenoid 유전자 cluster의 sequence는 알려진 carotenoid 생합성 유전자와 비교하여 낮은 similarity를 보였으며, positive clones 으로부터 색소물질을 추출하여 TLC로 분석한 결과, β-carotene과 동일한 Rf 값을 보였다. 이 결과는 본 연구에서 확보된 새로운 carotenoid 유전자 cluster가 E. coli에서 발현되어 β-carotene을 생성함을 의미한다.
Carotenoids, such as β-carotene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein and zeaxanthin are pigmental compounds, which widely distributed in the natural world. β-carotene is probably the best known of the carotenoids, those red, orange, and yellow pigments that give color to many fruits and vegetables. O...
Carotenoids, such as β-carotene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein and zeaxanthin are pigmental compounds, which widely distributed in the natural world. β-carotene is probably the best known of the carotenoids, those red, orange, and yellow pigments that give color to many fruits and vegetables. Owing to their antioxidant activities, carotenoids have their potential for the prevention of several degenerative human disease. We isolated a novel genus of zeaxanthin producing bacterium, Flavococcus chejuensis, from Jeju island. Zeaxanthin is a yellow carotenoid that has important application in poultry pigmentation and in the prevention of age-related macular degeneration in human. Phylogenetic analysis of the 16S rRNA revealed that Flavococcus chejuensis showed a low homology compared with other known zeaxanthin-producing marine bacteria, such as Flavobacterium sp.. HPLC and TLC analysis of pigment extracted from Flavococcus chejuensis using acetone showed, respectively, an identical peak retention time (7.9min) and an identical Rf value (0.14) with those obtained by a standard zeaxanthin extracted from the strain Paracoccus zeaxanthinifaciens known to produce zeaxanthin. The result suggests that Flavococcus chejuensis obtained in this study is a novel zeaxanthin-producing bacterium. To isolate a novel gene cluster for the biosynthetic pathway of carotenoid from unculturable marine microorganisms, metagenomic DNA was isolated from concentrated marine bacteria obtained from several hundred liters of seawater near Jeju island. Metagenomic library was constructed in a copy control fosmid. After transformation of library DNA into E. coli, 10 clones showing a red color were identified. Among them, 7 clones contained crtB gene. Carotenoid gene cluster could be obtained by Southern blotting using an amplified crtB as a probe. Sequence data of these carotenoid gene clusters showed low similarity with other known carotenoid biosynthetic genes. TLC analysis of pigment extracted from these positive clones showed the same spot as standard β-carotene. The result suggested that novel carotenoid synthetic gene cluster obtained in this study could be functionally expressed to produce β-carotene in E. coli.
Carotenoids, such as β-carotene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein and zeaxanthin are pigmental compounds, which widely distributed in the natural world. β-carotene is probably the best known of the carotenoids, those red, orange, and yellow pigments that give color to many fruits and vegetables. Owing to their antioxidant activities, carotenoids have their potential for the prevention of several degenerative human disease. We isolated a novel genus of zeaxanthin producing bacterium, Flavococcus chejuensis, from Jeju island. Zeaxanthin is a yellow carotenoid that has important application in poultry pigmentation and in the prevention of age-related macular degeneration in human. Phylogenetic analysis of the 16S rRNA revealed that Flavococcus chejuensis showed a low homology compared with other known zeaxanthin-producing marine bacteria, such as Flavobacterium sp.. HPLC and TLC analysis of pigment extracted from Flavococcus chejuensis using acetone showed, respectively, an identical peak retention time (7.9min) and an identical Rf value (0.14) with those obtained by a standard zeaxanthin extracted from the strain Paracoccus zeaxanthinifaciens known to produce zeaxanthin. The result suggests that Flavococcus chejuensis obtained in this study is a novel zeaxanthin-producing bacterium. To isolate a novel gene cluster for the biosynthetic pathway of carotenoid from unculturable marine microorganisms, metagenomic DNA was isolated from concentrated marine bacteria obtained from several hundred liters of seawater near Jeju island. Metagenomic library was constructed in a copy control fosmid. After transformation of library DNA into E. coli, 10 clones showing a red color were identified. Among them, 7 clones contained crtB gene. Carotenoid gene cluster could be obtained by Southern blotting using an amplified crtB as a probe. Sequence data of these carotenoid gene clusters showed low similarity with other known carotenoid biosynthetic genes. TLC analysis of pigment extracted from these positive clones showed the same spot as standard β-carotene. The result suggested that novel carotenoid synthetic gene cluster obtained in this study could be functionally expressed to produce β-carotene in E. coli.
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