난황에 포함된 IgY는 포유동물에 있는 바이러스나 항원에 반응하는 항체와 같은 역할을 한다. 난황을 전처리한 후 3-zone와 4-zone SMB를 이용하여 지질단백질들로 부터 IgY를 분리하는 전산모사연구를 수행하였다. 회분식 크로마토그래피에서 전산모사 매개변수와 흡착 등온식 SMB 전산모사 변수를 얻었다. Aspen simulator를 이용하여 전산모사를 수행하여 IgY를 분리할 수 있는 3-zone과 4-zone SMB 운전조건을 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다. IgY와 다른 단백질의 농도와 순도를 모두 고려할 때, 꼭지점인 좌표($m_2$, $m_3$=0.1, 1.1)에서 3-zone SMB가 최적의 조건으로 생각된다. IgY 만을 고려하면 4-zone SMB가 좌표($m_2$, $m_3$=0.06, 0.5)에서 가장 높게 IgY를 분리할 수 있었다. recycle이 없는 3-zone SMB는 꼭지점 좌표에서 좌표이동이 extract의 지질 단백질 농도에 큰 영향을 주었다.
난황에 포함된 IgY는 포유동물에 있는 바이러스나 항원에 반응하는 항체와 같은 역할을 한다. 난황을 전처리한 후 3-zone와 4-zone SMB를 이용하여 지질단백질들로 부터 IgY를 분리하는 전산모사연구를 수행하였다. 회분식 크로마토그래피에서 전산모사 매개변수와 흡착 등온식 SMB 전산모사 변수를 얻었다. Aspen simulator를 이용하여 전산모사를 수행하여 IgY를 분리할 수 있는 3-zone과 4-zone SMB 운전조건을 비교하여 다음과 같은 결과를 얻었다. IgY와 다른 단백질의 농도와 순도를 모두 고려할 때, 꼭지점인 좌표($m_2$, $m_3$=0.1, 1.1)에서 3-zone SMB가 최적의 조건으로 생각된다. IgY 만을 고려하면 4-zone SMB가 좌표($m_2$, $m_3$=0.06, 0.5)에서 가장 높게 IgY를 분리할 수 있었다. recycle이 없는 3-zone SMB는 꼭지점 좌표에서 좌표이동이 extract의 지질 단백질 농도에 큰 영향을 주었다.
IgY (Immunoglobulin Yolk) is a specific antibody in egg yolk, and it protects human body from virus and antigen. There are a lot of egg yolk components such as lipoprotein and protein. To separate IgY, HPLC (High Performance Liquid Chromatography) and precipitation were used in a batch mode and SMB ...
IgY (Immunoglobulin Yolk) is a specific antibody in egg yolk, and it protects human body from virus and antigen. There are a lot of egg yolk components such as lipoprotein and protein. To separate IgY, HPLC (High Performance Liquid Chromatography) and precipitation were used in a batch mode and SMB (Simulated Moving Bed) was adopted for continuous purification of yolk proteins. IgY and other proteins in yolk were separated by using three-zone and four-zone SMB chromatography. Before performing SMB experiments, batch chromatography simulation parameters and adsorption isotherms were obtained. The parameters of batch chromatography were used to simulate SMB using Aspen chromatography. To compare three-zone and four-zone SMB chromatography, simulations in $m_2-m_3$ plane on the triangle theory were carried out. In terms of concentration and purity of both IgY and other lipoproteins, 3-zone SMB process is considered as ideal at the vertex of triangle ($m_2$, $m_3$=0.1, 1.1). 4-zone SMB yields the highest IgY purity at the coordinate ($m_2$, $m_3$=0.06, 0.5), which is the pure raffinate region. In 3-zone SMB without recycle, other lipoproteins in extract are largely affected in purity by small shift from the vertex of triangle ($m_2$, $m_3$=0.1, 1.1).
IgY (Immunoglobulin Yolk) is a specific antibody in egg yolk, and it protects human body from virus and antigen. There are a lot of egg yolk components such as lipoprotein and protein. To separate IgY, HPLC (High Performance Liquid Chromatography) and precipitation were used in a batch mode and SMB (Simulated Moving Bed) was adopted for continuous purification of yolk proteins. IgY and other proteins in yolk were separated by using three-zone and four-zone SMB chromatography. Before performing SMB experiments, batch chromatography simulation parameters and adsorption isotherms were obtained. The parameters of batch chromatography were used to simulate SMB using Aspen chromatography. To compare three-zone and four-zone SMB chromatography, simulations in $m_2-m_3$ plane on the triangle theory were carried out. In terms of concentration and purity of both IgY and other lipoproteins, 3-zone SMB process is considered as ideal at the vertex of triangle ($m_2$, $m_3$=0.1, 1.1). 4-zone SMB yields the highest IgY purity at the coordinate ($m_2$, $m_3$=0.06, 0.5), which is the pure raffinate region. In 3-zone SMB without recycle, other lipoproteins in extract are largely affected in purity by small shift from the vertex of triangle ($m_2$, $m_3$=0.1, 1.1).
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 고순도의 IgY 생산을 위한 연구로 전산모 사를 통하여 이에 필요한 최적의 SMB 공정을 찾는 것이 목적이다. 이를 위해 역상 C18 칼럼을 이용한 IgY의 회분식 크로마토그래피 실험 결과를 이용하여[8], 3-zone과 4-zone 중 어느 공정이 IgY의 분리에 최적 공정인지 연구하는 비교전산모사를 수행하였다.
제안 방법
3-zone과 4-zone의 SMB 비교 전산모사를 통하여 m2-m3 좌표 값에 따른 raffinate, extract, 칼럼내부 농도 값의 변화를 조사했다. 먼저 m2-m3 좌표 값에 따라 각 존에서 유량의 변화가 발생하고, 특히 3-zone과 4-zone의 차이인 recycle 흐름의 유무가 각 존의 농도 분포에 큰 영향을 주는 것을 알았다.
(3)을 통해 흡착평형상수(H)를 구하였다. Aspen Chromatography simulator (ver.2006, Aspen Tech., USA)를 사용하여 SMB 크로마토그램을 얻기 위한 전산모사를 수행하였다. 크로마토그래피 실험 결과를 바탕으로 얻은 두 H 값을 이용하여 삼각형 이론에 의한 m2-m3 diagram을 작성한 후, 여러 쌍의 m 값에서 SMB 공정을 전산모사하기 위한 각 zone의 유량과 switching time을 계산하였다.
그에 따른 m2와 m3 값과 Qdesorbent, Qraffinate, Qextract, Δt 값을 Table 2와 3에 표시하였다. SMB 크로마토그래피의 전산모사를 수행하여 raffinate 영역과 extract 영역에서의 IgY와 다른 단백질의 농도 및 순도와 전체칼럼 내부의 농도분포를 파악하였다.
m2-m3 diagram에서 삼각형 외부 왼쪽 지점 ② m2,m3=0.06, 0.5을 가지고 전산모사를 수행하였다. 그 결과 raffinate는 IgY의 feed 농도 28 g/l 양까지 높은 농도에 도달했지만, extract는 다른 단백질의 feed 농도 4.
이상적인 꼭지점 좌표 조건 외에도 5개의 다른 mj 좌표에서 extract와 raffinate의 순도변화를 3-zone과 4-zone에서 비교하였다. 꼭지점 좌표 주위에 있는 대각선 방향 좌표 2개를 추가하여 비교 전산모사를 추가로 수행하였다.
삼각형 이론에서 가장 이상적인 조건인 왼쪽상단 꼭지점 좌표 값에서 Fig. 1A의 3-zone raffinate 영역에 칼럼 하나가 추가된 4개 칼럼 3-zone과 Fig. 1B의 4-zone SMB 비교전산모사를 수행하였다. 이상적인 꼭지점 좌표 조건 외에도 5개의 다른 mj 좌표에서 extract와 raffinate의 순도변화를 3-zone과 4-zone에서 비교하였다.
삼각형의 꼭지점 ①인 m2, m3=0.1, 1.1에서 삼각형이론을 통하여 feed의 유량을 0.2 ml/min으로 고정시키고 m2, m3에 의해 Qdesorbent, Qraffinate, Qextract, Δt를 Table 2와 3 같이 설정하여 칼럼의 개수가 4개인 3-zone과 4-zone의 SMB 크로마토그래피 전산모사를 수행하였다.
따라서 본 연구에서는 고순도의 IgY 생산을 위한 연구로 전산모 사를 통하여 이에 필요한 최적의 SMB 공정을 찾는 것이 목적이다. 이를 위해 역상 C18 칼럼을 이용한 IgY의 회분식 크로마토그래피 실험 결과를 이용하여[8], 3-zone과 4-zone 중 어느 공정이 IgY의 분리에 최적 공정인지 연구하는 비교전산모사를 수행하였다.
1B의 4-zone SMB 비교전산모사를 수행하였다. 이상적인 꼭지점 좌표 조건 외에도 5개의 다른 mj 좌표에서 extract와 raffinate의 순도변화를 3-zone과 4-zone에서 비교하였다. 꼭지점 좌표 주위에 있는 대각선 방향 좌표 2개를 추가하여 비교 전산모사를 추가로 수행하였다.
0)를 추가하여 SMB 크로마토그래피 전산모사를 수행하였다. 좌표 A, B, C에서 전산모사를 통해, 이상적인 지점 B에서 조금씩 대각선평행방향으로 이동할 때 raffinate와 extract 순도에 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다. Table 5에 보면 B에서 A로 위로 올라갈수록 순수 extract의 영역에 가깝게 되어 extract에서의 다른 단백질의 농도와 순도가 올라가고 raffinate에서의 IgY의 농도와 순도가 떨어지게 된다.
좌표(B: m2, m3=0.1, 1.1)이외에 대각선 평행 방향으로 두 개의 좌표(A: m2, m3=0.2, 1.2, C: m2, m3=0.0, 1.0)를 추가하여 SMB 크로마토그래피 전산모사를 수행하였다. 좌표 A, B, C에서 전산모사를 통해, 이상적인 지점 B에서 조금씩 대각선평행방향으로 이동할 때 raffinate와 extract 순도에 어떠한 영향을 미치는지 조사하였다.
, USA)를 사용하여 SMB 크로마토그램을 얻기 위한 전산모사를 수행하였다. 크로마토그래피 실험 결과를 바탕으로 얻은 두 H 값을 이용하여 삼각형 이론에 의한 m2-m3 diagram을 작성한 후, 여러 쌍의 m 값에서 SMB 공정을 전산모사하기 위한 각 zone의 유량과 switching time을 계산하였다. 3-zone과 4-zone의 조건으로 feed의 유량을 모두 0.
성능/효과
5을 가지고 전산모사를 수행하였다. 그 결과 raffinate는 IgY의 feed 농도 28 g/l 양까지 높은 농도에 도달했지만, extract는 다른 단백질의 feed 농도 4.8 g/l의 55% 수준만 분리되었다(Figs. 6, 7). IgY는 3-zone에서 98.
좌표 값에 따른 raffinate, extract, 칼럼내부 농도 값의 변화를 조사했다. 먼저 m2-m3 좌표 값에 따라 각 존에서 유량의 변화가 발생하고, 특히 3-zone과 4-zone의 차이인 recycle 흐름의 유무가 각 존의 농도 분포에 큰 영향을 주는 것을 알았다.
삼각형 이론에 따라 m2-m3 값으로 5개의 지점을 선택하여 전산모 사를 수행한 결과, IgY의 분리에 좌표(m2, m3=0.06, 0.5)에서 4-zone SMB가 가장 농도와 순도면에서 우수하였다. IgY와 다른 단백질을 같이 고려할 때 꼭지점 좌표(m2, m3=0.
3이다. 이지점에서 raffinate 농도는 IgY feed 농도의 50%에 해당하는 14.8 g/l까지 도달하며 extract는 다른 단백질 feed 농도의 80%인 3.8 g/l까지 도달하는 것을 볼 수 있다(Figs. 8, 9) IgY는 3-zone에서 93.24%, 4-zone에서 93.29% 순도로 분리되었고, 다른 단백질은 3-zone에서 99.99%, 4-zone에서 88.27% 순도로 분리되었다(Table 4).
후속연구
이상의 운전에 필요한 변수들을 이용하여 SMB 공정을 최적화하기 위한 Aspen chromatography 전산모사 프로그램을 이용하면, 실험을 하지 않고도 분리 결과를 확인함으로써 생산물의 순도를 예측할 수 있고 여러 조건의 공정모사가 가능하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
계란의 난황은 무엇으로 구성되어 있는가?
계란의 난황은 α-livetin, β-livetin, γ-livetin이라는 수용성 단백질과 인지질 성분으로 구성되어 있는데, 이 중 IgY는 특히 γ-livetin이라고도 불리며 분자량 64 KDa인 heavy chain과 분자량 28 KDa의 light chain으로 구성되어 있다. 한 마리의 암탉으로부터 획득할 수 있는 IgY는 매달 1500 mg 정도이며 이 중 특이 항체는 2~10% 정도인데, 이것은 IgG의 특이 항체가 5%인데 비하면 더 높은 비율이다[4,5].
IgG란 무엇인가?
IgG (immunoglobulin G)는 포유동물을 면역시킨 후에 혈청으로부터 분리된 항원특이성항체로 생물학적 연구 및 진단 분야에 사용되어 왔다. 이 특이성 항체를 얻기 위해서는 많은 양의 항체원료가 필요하지만, 포유동물의 채혈을 통해 다량의 특이항체를 얻기에는 어려움이 많다.
IgY와 같은 단백질 분리정제에 이용되는 크로마토그래피의 장점은 무엇인가?
IgY와 같은 단백질 분리정제에 크로마토그래피가 많이 사용되어 왔다. 다른 분리방법에 비해 낮은 에너지를 사용하는 장점이 있으며 특히 상온에서 분리가 주로 이루어져 열에 민감한 의약품 분리에 적합하다[6]. 크로마토그래피의 주된 운전 방식은 회분식 공정이지만, 생산성이 낮고 이동상의 소비가 많으며, 용질의 희석과 흡착제(adsorbent)의 효율성이 낮다[7].
참고문헌 (12)
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