초록 ▼

연구의 목적 및 내용
세균 및 바이러스의 감염을 방지하기 위해 사용되는 항균 및 항바이러스 코팅제의 경우 생체 내 부작용, 불활성화, 코팅의 복잡함과 같은 문제점을 가지고 있다. 따라서 합성생물학 기술을 활용하여, 항균/항바이러스 펩타이드와 홍합 유래 부착단백질 핵심요소를 결합한 신규 접착성 항균/항바이러스 펩타이드를 개발하고, 미생물 세포 내에서 대량으로 생산함으로써, 다양한 표면에 직접 코팅이 가능한 제품을 개발하고 상업화 하고자 함.
접착성 항균/항바이러스 펩타이드는 고부가 기능성 제품으로 활용이 가능하지만 높은 생

연구의 목적 및 내용
세균 및 바이러스의 감염을 방지하기 위해 사용되는 항균 및 항바이러스 코팅제의 경우 생체 내 부작용, 불활성화, 코팅의 복잡함과 같은 문제점을 가지고 있다. 따라서 합성생물학 기술을 활용하여, 항균/항바이러스 펩타이드와 홍합 유래 부착단백질 핵심요소를 결합한 신규 접착성 항균/항바이러스 펩타이드를 개발하고, 미생물 세포 내에서 대량으로 생산함으로써, 다양한 표면에 직접 코팅이 가능한 제품을 개발하고 상업화 하고자 함.
접착성 항균/항바이러스 펩타이드는 고부가 기능성 제품으로 활용이 가능하지만 높은 생산비용과 비특이적 작용 등과 같은 상용화 제약이 있음. 따라서 새로운 접착성 항균/항바이러스 펩타이드의 발굴과 경제적 생산 방법을 개발하는 것이 필요함. 접착성 항균펩타이드 설계를 위해 20개 내 외의 아미노산으로 구성되고, 활성이 강하며, 생체 내 안정성이 높은 항균펩타이드 및 항바이러스 펩타이드에 다양한 갯수의 DOPA가 결합된 융합 펩타이드를 디자인함. 제작된 펩타이드의 항균/항바이러스 활성과 접착성과 같은 기능을 분석하여, 고기능 항균/항바이러스 펩타이드 선별함. 비천연 아미노산 DOPA는 타이로신에서부터 tyrosine hydroxylase에 의해서 전환됨. 이를 위해 TH, PCD, DHPR 등의 유전자를 도입하고, 대사공학을 통하여 tyrosine 생산 regulation system을 조절하여 세포 내 DOPA의 생산량을 증대시킴. 대장균 내에서 비천연 아미노산 DOPA를 항균/항바이러스 펩타이드에 특이적으로 붙이기 위해서 amber stop codon인 UAG를 활용함. 대장균에서 UAG stop codon이 제거된 strain을 이용하고, DOPA를 UAG codon에 도입하기 위해서 DOPA 특이적 tRNA synthetase를 개발함. 추가적으로 항균펩타이드의 경우 발현과 동시에 불활성화 되지 않으면 발현세포를 공격하기 때문에 불활성화된 상태로 발현하는 시스템의 개발이 필요한데 이를 위해 translationally coupled two-cistron system을 기반으로 하는 항균펩타이드 생산 플랫폼 기술을 개발하여 접착성 항균펩타이드를 대량 발현하고 정제함. 개발된 펩타이드를 금속, 유리, 섬유 등의 다양한 표면에 접착성 항균/항바이러스 펩타이드를 결합시키고 항균/항바이러스 코팅제로서의 특성을 분석하고 사업화 준비함.

연구개발성과
생체 내 안정성이 높은 항균펩타이드인 NKC와 BR3에 다양한 개수의 DOPA가 결합된 융합 항균펩타이드를 디자인하였고, 다양한 pH 조건에서 이들의 접착력을 확인함. 또한 NKC와 SARS를 홍합접착 단백질인 Mfp5와 fusion시켜 대장균에서 발현시켰고, 콘택트렌즈, 요도관, 인공관절에 부착되어 코팅되는 것을 확인하였음.
대장균에서 비천연 아미노산인 L-DOPA를 생산하기 위해서 HpaBC의 과발현을 유도한 후 L-DOPA가 생산되는 것을 확인하였음.
L-DOPA의 생합성 및 단백질로의 도입을 위해 Tyrosine phenol-lyase (TPL)에 의한 L-DOPA 생합성 시스템을 구축하였고, L-DOPA의 수율 향상을 위해 발현 시스템 및 생합성 조건을 최적화 하였음. TPL과 tRNA/aminoacyl tRNA synthetase의 동시 발현을 통한 L-DOPA 도입 시스템을 구축하였고, 최종적으로 기존의 발현 시스템보다 20배 정도의 효율이 향상되었음.

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
현재 항균/항바이러스 펩타이드는 주로 화학적 합성을 통해 생산되고 있으며, 1g 당 100-600달러의 높은 생산 비용이 소요. 하지만 비천연 아미노산을 도입한 항균/항바이러스 펩타이드의 생체 내 대량생산 기술의 개발은 생산비용을 현격하게 낮추는 동시에 신기능의 단백질을 생산 가능하게 함. 의약품을 비롯한 다양한 효소들의 제품화 가능성을 대폭 향상시킬 것임. 또한 년평균 성장률이 13%인 항균 코팅 시장의 중요한 소재를 공급함으로 항균/항바이러스 코팅 시장의 핵심 분야인 의료, 헬스케어 분야에서 국내 산업의 발전을 주도할 수 있을 것으로 기대함.


(출처 : 국문 요약문 4P)

Abstract ▼

Purpose & Contents
Antimicrobial resistance threatens the effective prevention and treatment of an ever-increasing range of infections caused by bacteria, parasites, viruses and fungi. In order to eliminate or substantially reduce the extent of bacterial attachment and biofilm formation on surfac

Purpose & Contents
Antimicrobial resistance threatens the effective prevention and treatment of an ever-increasing range of infections caused by bacteria, parasites, viruses and fungi. In order to eliminate or substantially reduce the extent of bacterial attachment and biofilm formation on surfaces, intensive efforts have been focused on the fabrication of new surfaces, or on the improvement of the performance of existing antibacterial surfaces. However, there is no perfect candidates for antimicrobial coating agents. The purpose of research is to develop novel antimicrobial and antiviral biomaterials to protect biomedical devices and household items from cellular infection.

Results
Many cohesive peptides, such as antimicrobial peptides (NKC and BR3) fuse with various number of DOPA were designed and characterized. Their stability on pH condition and adhesion properties analyzed. The adhesive peptides NKC-(G₄S)₄-Mfp5 and SARS-(G₄S)₄-Mfp5 was overexpressed in E. coli. The purified peptides were applied to the surface of medical devices such as contact lense, urethral canal, and artificial joint to analyze its cohesiveness. The 4-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase (HpaBC) overexpression leads to increase of L-DOPA production in E. coli. Also a biosystem that can synthesize L-DOPA by tyrosine phenol-lyase (TPL) and efficient L-DOPA incorporation system by co-expressing TPL and aatRNA/aaRS were constructed. These system was applied to production of antimicrobial peptide fused with L-DOPA in E. coli economically.

Expected Contribution
Outcomes of research will be expected to provide the solution of bacterial infection problem by coating antibacterial and antiviral materials on the surface of medical devices , daily household items, and electric devices. The research will also provide techniques regarding production and in vivo delivery of various therapeutic peptides/proteins and activate researches on synthetic biology in Korea.


(출처 : SUMMARY 6P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 국문 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• Contents ... 7
• 목차 ... 8
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1. 항균 및 항바이러스 바이오소재 개발 연구 ... 9
• 2. 동물바이러스 억제제 DNJ (1-Deoxynojirimycin) 생산 재조합 균주개발 및 활용기반 구축 ... 12
• 3. 다기능성 소재 단백질 과생산 균주개발 ... 16
• 4. 비천연 아미노산을 생합성하여 단백질에 도입하는 지능형 바이오시스템의 설계 및 합성 ... 19
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 21
• 1. 항균 및 항바이러스 바이오소재 개발 연구 ... 21
• 2. 동물바이러스 억제제 DNJ (1-Deoxynojirimycin) 생산 재조합 균주 ... 22
• 3. 다기능성 소재 단백질 과생산 균주개발 ... 24
• 4. 비천연 아미노산을 생합성하여 단백질에 도입하는 지능형 바이오시스템의 설계 및 합성 ... 26
• 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 27
• 1. 항균 및 항바이러스 바이오소재 개발 연구 ... 27
• 2. 동물바이러스 억제제 DNJ (1-Deoxynojirimycin) 생산 재조합 균주 ... 31
• 3. 다기능성 소재 단백질 과생산 균주개발 ... 50
• 4. 비천연 아미노산을 생합성하여 단백질에 도입하는 지능형 바이오시스템의 설계 및 합성 ... 66
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 68
• 1. 항균 및 항바이러스 바이오소재 개발 연구 ... 68
• 2. 동물바이러스 억제제 DNJ (1-Deoxynojirimycin) 생산 재조합 균주 ... 69
• 3. 다기능성 소재 단백질 과생산 균주개발 ... 70
• 5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 72
• 1. 항균 및 항바이러스 바이오소재 개발 연구 ... 72
• 2. 동물바이러스 억제제 DNJ (1-Deoxynojirimycin) 생산 재조합 균주 ... 73
• 3. 다기능성 소재 단백질 과생산 균주개발 ... 74
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 75
• 1. 항균 및 항바이러스 바이오소재 개발 연구 ... 75
• 2. 동물바이러스 억제제 DNJ (1-Deoxynojirimycin) 생산 재조합 균주 ... 75
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 77
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 77
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 77
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 78
• 제11장. 기타 사항 ... 78
• 제12장. 참고 문헌 ... 79
• 끝페이지 ... 82