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논문 상세정보

면역체 분석을 위한 탄저균 유전자 발현 라이브러리의 구축

Construction of the Genomic Expression Library of Bacillus anthracis for the Immunomic Analysis

초록

탄저균(Bacillus anthracis)은 탄저(Antrax)의 원인균으로 사람은 물론, 초식동물인 소, 양, 말 등에서 급성의 폐사성 전염병을 일으킨다. 현재 사용되고 있는 탄저 치료 및 예방법은 항생제 치료와 약독화 백신주를 토대로 하고 있으나, 항생제 내성주의 출현 및 잔류 병원성이 문제시 되고 있는 실정이다. 따라서, 인체에 적용 가능하며 보다 안전한 탄저 치료제 및 백신 개발이 요구되고 있으며, 최근 탄저균 아포 및 영양세포, 그리고 탄저독소(Anthrax toxins)에 대한 동시 면역을 유도하는 다가백신 개발이 보고된 바 있다. 본 연구에서는, 향후 탄저균에 대한 새로운 다가백신 후보물질 발굴을 위하여, 탄저균에 대한 전장 유전자 발현 라이브러리(whole genomic expression library)를 구축하였다. 라이브러리 구축을 위하여, 탄저균(ATCC 14578) 게놈 DNA를 Sau3AI으로 부분 제한효소 처리였고, 유도 발현이 가능한 pET30abc 벡터에 접합시킴으로써, 총 $1{\times}10^5$개에 해당하는 대장균 BL21(DE3) 유래의 전장 유전자 발현 라이브러리를 구축하였다. 염기서열분석을 통한 중복성(redundancy) 확인 결과, 111개의 무작위 클론 중 56개(50.5%)가 탄저균 유전자로 확인되었으며, 17개(15.3%)는 벡터 유전자였고, 38개(34.2%)는 BLAST 탐색에서 일치하는 유전자를 찾지 못하였다. 또한 웨스턴 분석을 통하여 단백질 유도발현을 확인하였으며, 탄저균 항혈청에 대한 colony blot으로부터 양성반응을 보이는 일부 클론들을 확인할 수 있었다. 이러한 결과물들은, 구축된 전장 유전자 발현 라이브러리가 향후 탄저균에 대한 면역체(immunome) 분석을 위해 적용 가능함을 암시한다.

Abstract

As the causative agent of Anthrax, Bacillus anthracis causes an acute fatal disease in herbivores such as cattle, sheep, and horses as well as humans. The therapeutics and prevention of anthrax currently available are based on antibiotics and the live attenuated vaccine strains, which may be problematic due to the emergency of antibiotic resistant strains or residual virulence in those vaccine strains. Therefore, it has been required to develop novel therapeutics and vaccines which are safer and applicable to humans. Recently, the development of the multivalent vaccine targeting both spores and vegetative cells of B. anthracis along with anthrax toxin has been reported. In our attempts to screen potential candidates for those multivalent vaccines, the whole genomic expression library of B. anthracis was constructed in this study. To the end, the partial digests of the genomic DNA from B. anthracis (ATCC 14578) with Sau3AI were ligated with the inducible pET30abc expression vectors, resulting in approximately $1{\times}10^5$ clones in E. coli BL21(DE3). The redundancy test by DNA nucleotide sequencing was performed for the randomly selected 111 clones and found 56 (50.5%) B. anthracis genes, 17 (15.3%) vector sequences, and 38 (34.2%) unknown genes with no sequence homology by BLAST. An inducible expression of the recombinant proteins was confirmed by Western blot. Interestingly, some clones could react with the antiserum against B. anthracis. These results imply that the whole genomic library constructed in this study can be applied for analyzing the immunomes of B. anthracis.

질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
탄저
현재 사용되는 탄저의 치료 및 예방법의 문제점은?
항생제 치료와 약독화 백신주를 토대로 하고 있으나, 항생제 내성주의 출현 및 잔류 병원성이 문제

탄저균(Bacillus anthracis)은 탄저(Antrax)의 원인균으로 사람은 물론, 초식동물인 소, 양, 말 등에서 급성의 폐사성 전염병을 일으킨다. 현재 사용되고 있는 탄저 치료 및 예방법은 항생제 치료와 약독화 백신주를 토대로 하고 있으나, 항생제 내성주의 출현 및 잔류 병원성이 문제시 되고 있는 실정이다. 따라서, 인체에 적용 가능하며 보다 안전한 탄저 치료제 및 백신 개발이 요구되고 있으며, 최근 탄저균 아포 및 영양세포, 그리고 탄저독소(Anthrax toxins)에 대한 동시 면역을 유도하는 다가백신 개발이 보고된 바 있다.

탄저균
탄저균이 보유한 2종의 병원성 플라즈미드는?
pXO1와 pXO2로 명명된 2종의 병원성 플라즈미드를 보유

2001년 미국에서 탄저아포가 바이오테러에 이용되었으며, 5명의 사망자를 포함하여 22명의 사상자가 발생하였음이 보고된 바 있다(11). 탄저균은 pXO1와 pXO2로 명명된 2종의 병원성 플라즈미드를 보유하는 것으로 알려져 있다. pXO1은 칼슘-칼모듈린(calmodulin)의존성 아데닐산 시클라아제(adenylate cyclase) 활성에 의하여 피부부종을 유발하는 edema factor (EF, 89 kDa)와 Mitogenactivated protein kinase kinases (MAPKKs)의 활성을 저해하여 치사를 유발하는 lethal factor (LF, 90 kDa), 그리고, 숙주표적세포 표면에 존재하는 수용체(TEM8과 CMG2)에 결합하여 EF와 LF를 세포 내부로 이동시키는데 관여하는 protective antigen (PA, 83 kDa)을 암호화하고 있는 반면(4, 15, 17), pXO2는 백혈구 등의 탐식작용으로부터 탄저균을 보호하는 역할을 수행하는 협막(poly-D-glutamic acid capsule) 생성에 관여하는 capABC 유전자를 암호화하고 있다(6, 8).

pXO1와 pXO2
탄저균의 병원성 플라즈미드인 pXO1와 pXO2의 특징을 비교하면?
pXO1은 칼슘-칼모듈린(calmodulin)의존성 아데닐산 시클라아제(adenylate cyclase) 활성에 의하여 피부부종을 유발하는 edema factor (EF, 89 kDa)와 Mitogenactivated protein kinase kinases (MAPKKs)의 활성을 저해하여 치사를 유발하는 lethal factor (LF, 90 kDa), 그리고, 숙주표적세포 표면에 존재하는 수용체(TEM8과 CMG2)에 결합하여 EF와 LF를 세포 내부로 이동시키는데 관여하는 protective antigen (PA, 83 kDa)을 암호화하고 있는 반면(4, 15, 17), pXO2는 백혈구 등의 탐식작용으로부터 탄저균을 보호하는 역할을 수행하는 협막(poly-D-glutamic acid capsule) 생성에 관여하는 capABC 유전자를 암호화하고 있다

탄저균은 pXO1와 pXO2로 명명된 2종의 병원성 플라즈미드를 보유하는 것으로 알려져 있다. pXO1은 칼슘-칼모듈린(calmodulin)의존성 아데닐산 시클라아제(adenylate cyclase) 활성에 의하여 피부부종을 유발하는 edema factor (EF, 89 kDa)와 Mitogenactivated protein kinase kinases (MAPKKs)의 활성을 저해하여 치사를 유발하는 lethal factor (LF, 90 kDa), 그리고, 숙주표적세포 표면에 존재하는 수용체(TEM8과 CMG2)에 결합하여 EF와 LF를 세포 내부로 이동시키는데 관여하는 protective antigen (PA, 83 kDa)을 암호화하고 있는 반면(4, 15, 17), pXO2는 백혈구 등의 탐식작용으로부터 탄저균을 보호하는 역할을 수행하는 협막(poly-D-glutamic acid capsule) 생성에 관여하는 capABC 유전자를 암호화하고 있다(6, 8). 따라서, 병원성 탄저균으로부터 이들 2종의 플라즈미드에 대한 실험적 결손유도는 현저한 병원성의 저하를 초래하게 된다(14).

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참고문헌 (20)

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