[논문]재조합 한천 분해효소의 생산과 응용

김세원; 홍채환; 윤나경; 신현재

doi:10.15433/ksmb.2016.8.1.001

재조합 한천 분해효소의 생산과 응용
Production and Application of Recombinant Agarase 원문보기

한국해양바이오학회지 = Journal of marine bioscience and biotechnology, v.8 no.1, 2016년, pp.1 - 9

김세원 (조선대학교 생명화학고분자공학과) , 홍채환 (현대자동차 중앙연구소) , 윤나경 (현대자동차 중앙연구소) , 신현재 (조선대학교 생명화학고분자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The hydrolysis of biomass to fermentable sugar (saccharification) and to oligosaccharide is an essential process in biotechnology including biorefinery and biofood. Various macroalgae are commercially cultivated in several Asian countries as a useful resource for food and agar production. Agar is a major component of the cell walls of red algae that can be hydrolyzed by agarase. Agarases are classified into ${\alpha}$-agarase (E.C. 3.2.1.158) and ${\beta}$-agarase (E.C. 3.2.1.81) according to the cleavage pattern and grouped in the glycoside hydrolase (GH) family (GH-16, GH-58, GH-86, GH-96, and GH-118) based on the amino acid sequences of the proteins. Agarases have been isolated from various bacteria found in seawater and marine sediments. To increase productivity of the enzyme, a research on recombinant enzymes has been done. The application of recombinant agarase can be possible in the various filed such as energy, food, cosmetics, medical and so on. This paper reviews the source, biochemical characteristics and production system of recombinant agarases for further study.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

특히 한천을 분해하는 한천 분해효소 (agarase)를 생산하는 새로운 균주에 대한 연구 및 재조합 효소의 개발이 꾸준히 이루어지고 있다 [3]. 본 총설에서는 최근 각광받고 있는 재조합 한천분해효소의 최신 연구동향을 정리하고 효소의 특성을 요약하여 한천을 산업적으로 이용함에 있어 도움을 주고자 한다.

성능/효과

또한, Zobellia galactanivorans DsiJT에서 유래한 AgaB의 경우에는 사용된 이중숙주 및 측정방법에 따라 활성이 달라짐을 알 수 있었다. Ferricyanide법으로 활성을 측정한 결과 100 U/mg [17], DNS법으로 측정한 결과 1.53 U/mL [40]로 나타났다. Catenovulum agarivorans YM01에서 유래한 agarase는 11,400 U/mg [7]으로 가장 높은 활성을 보였다.
CN41에서 유래한 Aga41A [27]와 Flammeovirga pacifica WPAGA1에서 유래한 Aga4383 [15]은 110 kDa으로 가장 큰 분자량을 나타내었다. Table 1에서 보듯이 agarase 활성 측정은 DNS법을 기본으로 연구자마다 조금씩 수정된 방법으로 측정되었는데, 그 결과 0.73 U/mL~5.4 U/mL과 1.20 U/mg~11,400 U/mg으로 무척 다양한 범위로 나타났다. Vibrio sp.
4 U/mL으로 보고하였다. 또한, Zobellia galactanivorans DsiJT에서 유래한 AgaB의 경우에는 사용된 이중숙주 및 측정방법에 따라 활성이 달라짐을 알 수 있었다. Ferricyanide법으로 활성을 측정한 결과 100 U/mg [17], DNS법으로 측정한 결과 1.

후속연구

coli에서 재조합 단백질을 생산할 경우 native상태로 접히지 못한 단백질들이 축적되어 내포체 (Inclusion body)로 형성될 수 있는 등의 문제점도 발생할 수 있다. 각각의 이종숙주 발현시스템의 특징을 이용한 발현시스템을 구축하게 되면 대량의 재조합 agarase를 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 높은 활성을 얻을 수도 있을 것이다. 따라서 재조합 agarase의 발현 시스템은 각각의 agarase의 활성 및 생성량을 고려해서 적절한 발현시스템을 사용해야 한다.
coli 발현시스템으로 생산되고 있다. 그러나 추후 재조합 한천 효소의 사용용도에 따른 다양한 발현 시스템 구축이 필요할 것으로 판단된다. 예를 들어 재조합 한천 효소를 이용하여 식품 혹은 의약용 한천 올리고당을 생산하기 위해서는 인체에 안전하게 사용할 수 있는 Lactic acid bacteria (LAB)와 Saccharomyces cerevisiae를 이용한 발현시스템을 활용하는 것이 유리할 것이다.
pastoris는 단세포로 조작 및 배양하기 쉬우며, 원핵생물인 bacteria에서 쉽게 불활성형(inclusion body) 형태로 발현되는 것을 방지하며, 고등 진핵세포인 동물세포를 이용하는 것과 유사한 발현량을 얻을 수 있다 [6]. 이러한 upstream 연구뿐만 아니라 재조합 한천 분해 효소를 대량 배양하는 배양 및 배양기 제작 기술을 개발하고 해조 다당류를 해조류로부터 효과적으로 추출하는 등의 downstream 연구가 지속적으로 진행된다면, 바이오 에너지 생산뿐만 아니라 고부가가치를 가진 해조 다당류인 한천올리고당 생산에도 효과적일 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다당류 분해 방법 중 산을 이용한 화학적 당화의 단점은?	이때 다당류를 분해하는 방법으로 산을 이용한 화학적 당화와 효소를 이용한 생물학적 분해(혹은 가수분해)법이 사용될수 있다. 화학적 방법은 반응 후 분해산물이 균일하지 않고 분해반응 조절이 쉽지 않으며 부산물이 생성되어 정밀한 가수분해 공정 혹은 대량생산 공정에 적합하지 않다. 또한 환경오염 문제 및 반응 후 중화 작업을 거쳐야 하는 등 공정이 번거로운 단점이 있다. 반면, 효소를 이용한 생물학적 분해법은 효소가 다당체의 특정부위를 인식하여 한천을 선택적으로 분해할 수 있어, 당화의 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 한천올리고당을 생산하는데 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있다.
	한천의 원재료는?	또한 해조류 다당류를 저분자화하여 제조한 올리고당은 항암 및 항균작용, 면역증강, 항비만 효과, 항산화 작용과 같은 생리적 활성이 우수하다고 알려져 있다 [20]. 해조류 다당류 중에 대표적인 한천 (agar)은 우뭇가사리나 꼬시래기 등의 홍조류에서 얻어지는데, 그 자체로 식품용 콜로이드로 이용이 가능할 뿐만 아니라 바이오매스 자원과 올리고당의 제조에도 널리 사용되고 있다. 이때 다당류를 분해하는 방법으로 산을 이용한 화학적 당화와 효소를 이용한 생물학적 분해(혹은 가수분해)법이 사용될수 있다.
	효소를 이용한 생물학적 분해법의 한천올리고당 생산 관련 장점은?	또한 환경오염 문제 및 반응 후 중화 작업을 거쳐야 하는 등 공정이 번거로운 단점이 있다. 반면, 효소를 이용한 생물학적 분해법은 효소가 다당체의 특정부위를 인식하여 한천을 선택적으로 분해할 수 있어, 당화의 효율을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 한천올리고당을 생산하는데 용이하게 사용할 수 있는 장점이 있다. 따라서 경제적이고 효율적인 효소의 생산은 산업적으로 무척 중요하다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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