초록 ▼

당 변환 효소를 이용하여 신규 aminoglycoside계 항생물질을 창출하기 위하여 Streptomyces spectabilis에서 Spectionomycin과 Streptomyces bluensis에서 Bluensomycin 생합성유전자군을 분석하고 기능분석을 수행하였다. 이들로부터 분리된 유용유전자 spcM과 blmC를 constitutive promoter와 다재내성유전자를 이용하여 외부 발현시스템을 이용하여 방선균에 형질전환시켜 형질전환체를 얻었다. 이들을 각각 발효하여본 결과 1.3-methyl-kanamycin과 1-C

당 변환 효소를 이용하여 신규 aminoglycoside계 항생물질을 창출하기 위하여 Streptomyces spectabilis에서 Spectionomycin과 Streptomyces bluensis에서 Bluensomycin 생합성유전자군을 분석하고 기능분석을 수행하였다. 이들로부터 분리된 유용유전자 spcM과 blmC를 constitutive promoter와 다재내성유전자를 이용하여 외부 발현시스템을 이용하여 방선균에 형질전환시켜 형질전환체를 얻었다. 이들을 각각 발효하여본 결과 1.3-methyl-kanamycin과 1-C-carbamoyl-streptomycin등 2종 미상의 신규 hybrid 항생물질이 창출된 것으로 사료되어 이에 대한 구조분석과 약효검사 및 실용화여부를 확인하였다. 또한, Spectinomycin 생합성 유전자군 연구중에 발견된 S-adenosylmethionine(SAM)이 항생물질 과대생산에 큰 효과가 있음을 확인하고 그 결과를 산업적으로 실용화하는 방안을 연구하였다.
본 과제를 통하여 Aminoglycoside계 항생제 생합성에 관여하는 유용 유전자원을 수집하였고 그 기능을 분석하였으며 이들중 spcM (methyltransferase)와 Carbamoyl 생성에 관여하는 blmC 유전자를 이용하여 신규 hybrid aminoglycoside 항생제를 창출하였다. 동시에 이들 후보 물질의 생물학적 활성 검색 밑 대량발현 기술을 확립하였다 이들 신규 항생물질을 독성을 낮추고 항생물질의 세포내 투과성을 증가시켜 약효를 증대시키는 효과가 있는 것으로 사료된다. 또한, SAM-s 유전자도입에 의한 항생물질의 과다생산 유발효과와 생산에 관여하는 구체적인 기작을 분자수준에서 연구하고 그 결과를 산업적으로 실용화하는 방안을 연구하였다.

Abstract ▼

With frequent appearance of antibiotic-resistant strains and declining probability of discovering new antibiotics by conventional screening, a novel approach to develop new antibiotics is in great need for effective control of pathogenic microorganisms. Hybrid antibiotics employing strain developmen

With frequent appearance of antibiotic-resistant strains and declining probability of discovering new antibiotics by conventional screening, a novel approach to develop new antibiotics is in great need for effective control of pathogenic microorganisms. Hybrid antibiotics employing strain development by genetic manipulation have a great potential as new antibiotics, Hybrid antibiotics may have a new antimicrobial spectrum and reduced toxicity and side effects because they are developed based on rational designing .
The genes are essential elements for development of hybrid antibiotics. To obtain broad ranges of genes, we isolated and analyzed the gene clusters involved in spectinomycin and bluensomycin biosynthesis from Streptomyces spectabilis and Streptomyces bluensis, respectively. Their functions were analysed and a pathway was preposed for spectinomycin biosynthesis. Among them, spcM(methyltransferase) and blmC(carbamoyltransferase) were introduced into S. kanamyceticus, a kanamycin producer and S. griseus, Streptomycin producer, with constitutive pomoter and multi-drug resistant gene, respectively. Selected transformants were grown with appropriate fermentation berth and active compounds were purified and analyzed by various method include, LC/MS spectroscopy. Results from ESI M/S spectra showed that 1-C-carbamoyl-streptomycin were biosynthesized in S. griseus by BlmC(C-1 -carbamoyltransferase) overexpression. It will be believed that C-1-carbamoyl streptomycin less toxic than authentic streptomycin to mammal. Our research will be used widely for development of hybrid antibiotics. Within the spectinomycin gene cluster,S-Adenosyl-L-methionine synthetase (SAM-s) were analyzed by functional analysis. Its function was not only catalyzes the biosynthesis of SAM from ATP and L-methionine but also strikingly increaed antibiotics production in various antibiotics producers. We extensively studied the mechanism in detail for the application and utilization on the ground of fermentation industry.

목차 Contents

• Ⅰ. 연구과제 개요...10
• Ⅱ. 연구목표 및 내용...11
• 1. 연구개발의 배경 및 필요성...11
• 2. 국내외 기술개발 현황...14
• 3. 연구목표 및 연구내용...16
• Ⅲ. 추진전략 및 방법...17
• 1. Spectinomycin 생합성유전자군 유래의 spcM (methyltransferase) 유전자를 이용한 hybrid aminoglycoside 항생물질 창출...17
• 2. Bluensomycin 생합성 유전자군의 전체 염기서열 결정과 기능분석 및 blmC (carbamoyltransferase) 유전자를 이용한 hybrid aminoglycoside 항생물질 창출...28
• 3. 추가연구 Spectinomycin 생합성유전자 유전자들의 기능분석 및 S-Adenosyl methionine (SAM) 및 생합성유전자를 이용한 항생물질 과대생산 연구...37
• Ⅳ. 주요 연구개발결과...46
• 1. 계획대비 달성도...46
• 2. 정성적 연구성과(대표적 성공사례)...46
• 3. 기타 계획하지 않은 연구성과...46
• 4. 연구결과의 활용방안 및 파급효과...47
• 5. 연구개발성과 현황...48