보고서 정보
주관연구기관 |
중앙대학교 Chung Ang University |
연구책임자 |
공광훈
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2018-07 |
과제시작연도 |
2016 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO202000007413 |
과제고유번호 |
1711043330 |
사업명 |
개인연구지원 |
DB 구축일자 |
2020-09-19
|
키워드 |
감미 단백질.브라제인.인공 감미료.단백질 공학.부위 특이적 변이법.대량 생산.정제 효율.발현계.안정성 연구.Sweet-tasting protein.Brazzein.Artificial sweetener.Protein engineering.Site-directed mutagenesis.Large-scale production.Purification efficiency.Expression system.Stability study.
|
초록
▼
□ 연구의 목적 및 내용
인간의 단맛에 대한 욕구로 설탕의 과도한 섭취는 당뇨병을 비롯한 각종 성인병을 초래하며, 이로 인한 사회적 비용 또한 엄청나게 지불하고 있다. 이를 위해 저칼로리 고감미 단백질 브라제인에 대해 식품 첨가물로서의 상용화를 최종 목표로 제반 연구를 하는 것이 본 연구의 목적이다. 대량 생산 공정을 위한 발현계의 최적화와 균주 배양, 단백질 정제 최적 공정을 확립하고 브라제인 변이체들에 대한 생화학적 특성 및 안전성 시험을 하며, 식품 첨가물로서의 승인 절차 추진 계획을 수립하고자 하였다. 또한 식품 첨가물
□ 연구의 목적 및 내용
인간의 단맛에 대한 욕구로 설탕의 과도한 섭취는 당뇨병을 비롯한 각종 성인병을 초래하며, 이로 인한 사회적 비용 또한 엄청나게 지불하고 있다. 이를 위해 저칼로리 고감미 단백질 브라제인에 대해 식품 첨가물로서의 상용화를 최종 목표로 제반 연구를 하는 것이 본 연구의 목적이다. 대량 생산 공정을 위한 발현계의 최적화와 균주 배양, 단백질 정제 최적 공정을 확립하고 브라제인 변이체들에 대한 생화학적 특성 및 안전성 시험을 하며, 식품 첨가물로서의 승인 절차 추진 계획을 수립하고자 하였다. 또한 식품 첨가물 이외의 응용 가능성을 탐색하기 위해 생리 활성 기능을 조사하여 브라제인의 응용성을 극대화하고자하였다. 최종적으로 설탕을 대체할 신개념 단백질성 감미료로서 감미단백질 브라제인을 상용화할 수 있는 토대를 마련하고자 하였다.
□ 연구결과
감미단백질 브라제인을 상용화하기 위해서는 생산단가를 낮추는 것이 중요한 데이를 위해 효모에서 재조합 브라제인의 발현양을 높이는 연구가 필수적이다. 소포체에서 브라제인의 재접힘 형성을 도와 분비 발현의 효율을 높이기 위한 PDI 유전자의 도입 및 DTT 첨가를 통한 ERO의 발현 증대 실험을 수행하여 브라제인 발현양은 기존보다 약 2배 이상 증가한 발현양을 나타내었다. 또한 브라제인의 발현양 최대화와 생산단가를 낮추기 위해 배지 최적화 연구를 실시한 결과, 연구실 규모의 실험에서는 약 1.3배의 발현양 증가를 확인하였고, pilot 규모의 실험에서는 약 1.5배의 발현양 증가를 확인하였다. 발현된 브라제인을 최적의 정제 조건으로 정제를 진행하여 순수한 브라제인을 얻는데 성공하였으며 높은 수율로 정제가 가능하며 가격이 저렴한 수지를 찾는 연구도 진행하여 좋은 결과들을 도출하였다. 식품 첨가물로서 식약처나 FDA 승인을 위해 CAS 등록 번호의 취득, MSDS의 작성, 안정성 연구를 진행하였으며 안정성 연구의 결과는 원편광 이색성 분광법을 이용하여 브라제인 변이체들의 구조변화를 측정하였다. 한편 다양한 식품으로의 응용을 위해 K. lactis 효모 균주와 과수 식물체로의 발현계 확장을 성공하였다. 또한 단맛 외의 생리활성을 조사한 결과, 항산화활성과 항알러지 활성 등 다양한 생리 활성이 발견되었다.
□ 연구결과의 활용계획
본 연구결과로부터 개발된 감미단백질 브라제인은 각종 질병을 유발하는 설탕이나 인공감미료를 대신하여 감미 식품첨가물로 활용할 계획이다. 또한 과수 식물체에 직접적으로 브라제인을 발현시킴으로써 고감미를 나타내는 과일 생산 또는 감미 식물추출물로 활용할 계획이다. 한편 브라제인의 부가적인 생리활성을 이용하여 항산화 및 항알러지 기능이 있는 기능성 식품의 개발 및 미용과 의료 분야에도 적용할 계획이다.
(출처 : 연구결과 요약문 4p)
Abstract
▼
□ Purpose& contents
Desire for the sweets and excessive consumption of sugar has caused people diabetes and various adult diseases, and the annual medical costs of treating such consequences is truly alarming. The purpose of this study is to ultimately commercialize a low calorie intense sweetene
□ Purpose& contents
Desire for the sweets and excessive consumption of sugar has caused people diabetes and various adult diseases, and the annual medical costs of treating such consequences is truly alarming. The purpose of this study is to ultimately commercialize a low calorie intense sweetener, the sweet protein brazzein, as a food additive. For mass production of brazzein, firstly, optimization of fermentation conditions were determined to maximize efficiency in expression. Secondly, the biochemical properties of mutants of the sweet protein brazzein were investigated and safety assessment of those mutants were carried out. Lastly, a plan was established for the approval of the sweet protein brazzein as a food additive. In addition, in order to investigate the application possibility of the sweet protein brazzein other than as a food additive, its physiological activity was investigated. In other words, we mainly focused on providing the basis for the commercialization of the sweet protein brazzein, an unprecedented protein sweetener, to replace sugar.
□ Result
To commercialize the sweet protein brazzein, it is important to lower the production cost. In order to lower the production cost, it is essential to increase the expression level of the sweet protein brazzein in yeast, which can be done by optimizing the folding conditions of the ER by manipulation of the ER-resident proteins, PDI and ERO. As expected, introduction of PDI genes and the increased expression of ERO by the addition of DTT displayed more than 2-fold increase in expression. In addition, the optimization of the medium showed approximately 1.3-fold and 1.5-fold increase in expression, in lab-scale experiments and pilot-scale experiments, respectively. Also, we have succeeded in obtaining high yield of pure brazzein by purifying the expressed brazzein under optimal purification conditions we have found. For brazzein to be approved by FDA as a food additive, we have obtained assignment of a CAS Registry number of brazzein, prepared MSDSs, and examined its stability with measurements of structural changes by circular dichroism spectroscopy. Meanwhile, we have also succeeded in expressing brazzein in Saccharomyces cerevisiae and transgenic plants for a wider application to various food products. Furthermore, our recent studies on brazzein revealed its biological activities linking to human health benefits and beauty benefits, such as antioxidant, anti-inflammation, and reduction in melanin synthesis properties.
□ Expected Contribution
The sweet protein brazzein produced mainly based on our studies will be utilized as a food additive in place of sugar or artificial sweeteners which may cause various diseases. It will also be produced through secretory expression in the fruits of transgenic plants, which could be consumed in the way it is or simply be used as an extractant. More to that, biological activities of brazzein such as antioxidant, anti-inflammation, and reduction in melanin synthesis properties will be used for the development of functional foods, cosmetic applications, and medical applications.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 8
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 58
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 61
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 63
- 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 64
- 8. 참고문헌 ... 65
- 9. 연구성과 ... 66
- 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 75
- 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 75
- 12. 기타사항 ... 76
- 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 77
- 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 90
- 끝페이지 ... 97
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.