초록 ▼

연구의 목적 및 내용
1. 인간 후각 유전자 라이브러리 확보 - 후각 수용체 유전자 총 누적 100종
2. 인간 후각 수용체 단백질의 발현, 정제 및 재구성 - 후각 수용체의 대량 생산을 위하여 대장균에서 발현, 후각 수용체 단백질 정제, 후각 수용체 단백질이 포함된 리포좀을 제조하여 2차 나노소자 표면에 생체막 재구성
3. 인공 후각 세포주 제조 및 나노베지클 제조 - 인간세포(HEK-293 세포)의 세포막에 후각 수용체를 발현함으로써, 인간 후각 신호전달을 모방한 배양 가능한 인공후각 세포주를 제조, HEK-29

연구의 목적 및 내용
1. 인간 후각 유전자 라이브러리 확보 - 후각 수용체 유전자 총 누적 100종
2. 인간 후각 수용체 단백질의 발현, 정제 및 재구성 - 후각 수용체의 대량 생산을 위하여 대장균에서 발현, 후각 수용체 단백질 정제, 후각 수용체 단백질이 포함된 리포좀을 제조하여 2차 나노소자 표면에 생체막 재구성
3. 인공 후각 세포주 제조 및 나노베지클 제조 - 인간세포(HEK-293 세포)의 세포막에 후각 수용체를 발현함으로써, 인간 후각 신호전달을 모방한 배양 가능한 인공후각 세포주를 제조, HEK-293 세포주로부터 후각수용체를 표면에 포함하는 나노베지클 제조
4. 후각 수용체 및 나노베지클 고정화 - 후각 수용체 단백질과 후각 수용체를 포함하는 나노베지클을 나노소자표면에 고정화
5. 나노소자 기반 고감도 후각센서 개발 - 후각 수용체 단백질과 나노소자가 결합된 고감도 후각센서 개발, 표면에 후각 수용체를 가지고 있는 나노베지클과 나노소자가 결합된 고감도 후각센서 개발
6. 후각 센서의 산업적 응용 - 질병 진단용 후각 수용체 단백질 선정, 후각 수용체와 나노소자가 결합된 질병진단용 바이오센서 개발, 맥주 생산 공정 모니터링을 위하여, 맥주 맛 결정의 중요한 변수인 diacetyl을 선택적 검지하는 후각 바이오센서 개발, 냄새물질의 패턴 분석 및 향취와 악취의 냄새 인지 메커니즘 규명

연구결과
1. 인간 후각 수용체 라이브러리 총 120종 확보 (20종 초과달성)
2. 인간 수각 수용체 단백질을 대장균에서 발현 및 정제
3. 인공 후각 세포 주 제조
4. 인공 후각 세포 주로부터 세포의 신호전달과정과 후각수용체를 포함하는 나노베지클 제조
5. 후각 수용체 단백질 및 나노베지클을 나노소자상에 고정화
6. 다양한 나노소자들(FET, SPR, MEA, QCM)을 이용한 후각 센서들의 기능을 분석하여 최적의 2차 나노소자선정
7. 후각 수용체 단백질 기반의 기상 후각 센서 시스템 개발
8. 미각 수용체 단백질을 이용한 미각 센서 시스템 개발
9. PEG microwell에서 다양한 후각 수용체들의 냄새분자들에 대한 반응을 확인
- CRE 리포터 시스템과 high-throughput 센싱을 위한 reverse transfection 기술 적용
10. 나노소자에 후각 수용체를 포함하는 나노베지클을 고정화한 센서 개발
- 1 fM수준의 농도까지 감지, 단일 탄소원자의 차이를 구분할 수 있는 선택도
11. 퇴행성 신경질환과 관련된 도파민과 결합하는 도파민 수용체 대량 생산
12. 맥주 생산 공정 시 느끼한 냄새를 유발하는 diacetyl을 감지하는 ODR-10 대장균에서 생산
13. 냄새분자의 반응을 시각화한 패턴 분석을 통해 특정 냄새분자가 여러 후각 수용체들에 특정 패턴을 가지고 반응함으로써, 이 패턴을 특정 냄새의 코드로 이용할 수 있다는 것을 확인
15. 농도에 따른 향취와 악취의 냄새 인지 메커니즘 제시
16. 퇴행성 신경질환과 관련된 도파민과 결합하는 도파민 수용체를 포함하는 나노베지클이 고정화된 센서 개발
- 10pM 농도의 도파민을 선택적으로 감지
17. 맥주 생산공정 모니터링용 후각 센서 개발
- 맥주 생산공정에서 느끼한 냄새를 유발하는 diacetyl을 1nM 수준으로 선택적 감지

연구결과의 활용계획
1. 개발된 인공 후각 시스템을 이용한 냄새의 표준화 시스템 개발
- 정량적 정성적 방법으로 냄새를 분류하고 냄새의 시각화를 통하여 각 냄새들을 코드화하고 냄새의 표준화 시스템 구축하는데 활용할 계획임
2. 산업적 응용을 위한 인공 후각 바이오센서의 개발
- 질병진단을 위한 후각 바이오센서의 개발에 활용할 계획임 (폐암 진단용 후각바이오센서, 결핵 진단용 후각바이오센서)
- 식품의 품질평가와 신선도 측정에 활용할 계획임 (급식의 안전성 확보 및 식중독 예방)
- 음용수의 미세 냄새 감지용 후각바이오센서의 개발에 활용할 계획임
3. 냄새의 코드화 및 후각의 표준화 실현
4. 다양한 분야에 응용이 가능한 “후각바이오센서”라는 신산업을 창출

Abstract ▼

Purpose&contents
1. Preparation of human olfactory receptor (hOR) gene library – 100 different olfactory receptor (OR) genes
2. Expression, purification and reconstitution of hOR proteins – Expression in E. coli, purification of hOR proteins, construction and reconstitution of liposome contain

Purpose&contents
1. Preparation of human olfactory receptor (hOR) gene library – 100 different olfactory receptor (OR) genes
2. Expression, purification and reconstitution of hOR proteins – Expression in E. coli, purification of hOR proteins, construction and reconstitution of liposome containing OR proteins on the secondary nanomaterial
3. Construction of artificial olfactory cell line and nanovesicle – construction of culturable artificial olfactory cell line by the expression of OR in HEK-293 cell and nanovesicle from this cell line
4. Immobilization of OR and nanovesicle containing OR on the sufrace of nanomaterial
5. Development of nanomaterial-based olfactory sensor – development of olfactory sensors with high sensitivity by combination of OR with nanomaterial and combination of nanovesicle with nanomaterial
6. Industrial application of olfactory sensor – developmento of biosensor for disease diagnosis using combination of OR and nanomaterial, development of biosensor detecting diacetyl for monitoring of beer production process, analysis of odorant recognition pattern and identification of recognition mechanism of fragrance and stench

Result
1. Preparation of 120 different OR library (surplus achievement of 20 ORs)
2. Expression and purification of hOR in E. coli.
3. Construction of artificial olfactory cell lines
4. Construction of nanovesicle containing OR and signaling components from artificial olfactory cell line
5. Immobilization of OR protein and nanovesicle on the nanomaterial
6. Selection of optimal secondary nanomaterial by analyzing the function of olfactory sensors using various nanomaterials (FET, SPR, MEA, QCM)
7. Development of OR protein-based olfactory sensor operated in gas phase
8. Development of taste sensor system using taste receptor proteins
9. Identification of the responses of various ORs to odorant molecules on PEG microwell
- Application of reverse transfection technology for high-throughput sensing and CRE reporter system
10. Developement of nanovesicle containing OR immobilized on nanomaterial-based sensor
- Sensitivity detecting the concentration of 1 fM, selectivity recognizing the difference in one carbon
11. Production of dopamine receptor which binds to dopamine related to degenerative neuronal diseases
12. Production of ODR-10 detecting diacetyl causing greasy smell during beer production process
13. Visualization of odorant response shows that an odorant differnently responds to various ORs resulting in unique pattern which can be used as a smell code for a particular odorant
14. Investigation of recognition mechanism of fragrance and stench depending on their concentrations
15. Developement of nanovesicle-based sensor which contanins dopamine receptor sensor and binds to dopamine related to degenerative neuroal diseases
- Detection of 10 pM of dopamine with high selectivity
16. Development of olfactory sensor for monitoring beer production process
- Detection of 1 nM of diacetyl, which causes greasy smell in beer production process, with selectivityvity

Expected Contribution
1. Development of smell standardization system using artificial olfactory system
- Artificial olfactory system will be used for the construction of smell standardization system and encoding of each smell through classification and visualization of smell using quantitative and qualitative methods
2. Development of artificial olfactory biosensor for industrial application
- Artificial olfactory system will be used for disease diagnosis (for lung cancer and tuberculosis diagnosis)
- Artificial olfactory system will be used for the freshness measurement and food quality evaluation (guarantee of food safety and prevention of food poisoning)
- Artificial olfactory system will be used for the development of biosensor for detecting smell from drinking water
3. Smell encoding and standardization of olfactory sense
4. Creation of new industry named “olfactory biosensor“ with applications on various fields