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겨울우산버섯에 의한 목재칩의 리그닌 분해 효소 활성 및 리그닌 함량 변화
조명길 ( Myung Kil Cho ),유선화 ( Sun Hwa Rye ),김명길 ( Myung Kil Kim ) 한국목재공학회 2012 목재공학 Vol.40 No.6
본 연구에서는 국내에서 자생하는 백색부후균인 겨울우산버섯(Polyporus brumalis)을 소나무 시편에 배양하여 목재 처리에 의한 리그닌 분해효소의 활성변화를 조사하고 목재의 분해가 일어나는 동안 중량감소율 및 리그닌 감소율을 통해 분해능을 확인하고 여기에 관여하는 유전자의 발현을 조사하였다. SSC (Shallow Stationary Culture) 액체배지에 목재 시편을 넣고 겨울우산버섯을 배양하였을 때 무처리구에서는 laccase의 활성이 20일 이후 감소하는 반면, 시편 처리구에서는 활성이 계속 증가되었다. 특히, 60일 전후의 처리구에서 무처리구에 비해 10배 이상 높은 활성을 나타내었다. 또한, 겨울우산버섯에 의한 소나무칩의 중량 감소율과 리그닌 감소율은 80일 후 각각 23.4%와 6.3%로 나타났다. 40일 배양한 목질칩에서 분리한 겨울우산버섯의 pblac1의 유전자 발현은 무처리구에 비해 소나무 칩 처리구에서 약 3배 정도 높게 나타났다. 이상의 결과로 백색부후균에 의한 목재칩 처리에 의해 리그닌 분해효소의 활성이 증가되며 pblac1이 리그닌 분해에 중요한 역할을 하는 것으로 보여진다. 따라서 백색부후균의 리그닌분해효소 유전자 발현을 조절함으로써 리그닌 분해능이 우수한 균주 개발이 가능하고 목질에탄올 생산 전처리에 효율적으로 이용할 것으로 기대된다. In this study, laccase activity, rate of weight loss and degree of lignin degradation of pine wood chips were determined during the liquid and solid state incubation with Polyporus brumalis The results that laccase enzyme activity at untrated wood chip was gradually decreased after 20 days, but enzyme activity with wood chip treatment showed 10 times higher than untreated ones at 60 incubation days. Rate of weight losses of pine chip and rate of lignin loss were 23.4% and 63% by brumalis during 80 incubation days. Gene expression of pblacl from P.brumalis was 3 times increased under pine chip treatment at 40 incubation days. Consequently, laccase avtivity of white rot fungi, P.brumalis, was increased at incubation with wood chip and pblacl gene was important factor of lignin degradation. Therefore, to regulate lignin degrading enzyme gene expression by using the tools of biotechnology will be able to develop superior strains and it will be useful for pretreatment of lignocellulosic biomess at bioethanol production.
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구름버섯 망간 과산화효소를 도입한 아교버섯 형질전환체에 의한 내분비장애 물질의 생분해
금현우,김명길,최형태,Kum, Hyun-Woo,Kim, Myung-Kil,Choi, Hyoung-T. 한국미생물학회 2009 미생물학회지 Vol.45 No.1
내분비장애물질은 분해가 매우 어려워 자연계에서 먹이그물을 통하여 사람에게 농축 전달된다. 이들은 정상적인 내분비계에 혼란을 일으키며, 특히 성호르몬의 작용에 많은 피해를 준다. 이를 효율적으로 분해하고 이들의 에스트로겐 활성을 제거하고자 백색부후균의 하나인 아교버섯(Phlebia tremellosa)을 활용하여 4가지 내분비계 장애물질의 분해에 대한 실험을 수행하였다. 아교버섯의 manganese peroxidase (MnP) 활성을 높이기 위하여 구름버섯의 MnP 유전자를 아교버섯에 도입하여 형질전환체를 확보하였으며 이들은 유전적으로 MnP 활성을 안정되게 나타냈다. 내분비 장애물질을 분해하는 조건에서 내분비장애 물질에 따라 30${\sim}$45%의 분해율을 보인 야생형에 비하여 이 형질전환체들 중 T5는 70${\sim}$88%의 분해율을 보였으며 에스트로겐 활성의 제거에도 약 2배 향상된 능력을 보였다. Endocrine disrupting chemicals (EDCs) disturb animal hormonal system even at very low concentrations, and finally give harmful effects to human through the food web. A white rot fungus Phlebia tremellosa isolated in Korea, was reported to have good degrading activity against the endocrine disrupting phthalates. However, this fungus has very low manganese peroxidase (MnP) activity under various culture conditions while laccase and lignin peroxidase activities were high. We have isolated an MnP cDNA from Trametes versicolor which was involved in the degradation of EDCs, and constructed an MnP expression vector to use in the genetic transformation of P. tremellosa in order to get higher MnP producing strains. Many transformants had integrated expression vector in their chromosomal DNAs, and showed increased MnP activity. One of two transformants showed increased degradation of 4 EDCs (70${\sim}$88%) than the wild type (30${\sim}$45% degradation rates), and showed twice better removal of estrogenic activities generated by the EDCs than the wild type.
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김윤정,김명길,송홍규,최형태,Kim, Yun-Jung,Kim, Myung-Kil,Song, Hong-Gyu,Choi, Hyoung-T. 한국미생물학회 2007 미생물학회지 Vol.43 No.2
국내에서 분리한 백색부후균 기계충버섯(Irpex lacteus)과 아교버섯(Phlebia tremellosa)을 대상으로 유전자 도입을 위한 형질전환 방법을 확립하였다. 아교버섯의 정우 원형질체 생성 및 재생 방법을 이용하여 이핵체(dikaryon)로부터 일핵체(monokaryon: Pt05-2)를 얻어 실험에 사용하였다. 형질전환체의 선발을 위한 선택표지는 glutamine synthetase의 inhibitor인 phosphinothricin에 대하여 저항성을 부여하는 유전자(bar)를 사용하였고, 이 유전자를 가진 형질전환용 벡터, pBARGEM7-1 ($5\;{\mu}g$)과 제한효소 EcoRI (30 u)를 동시에 원형질체에 처리하는 제한효소매개 삽입방법을 사용하였다. 기계충버섯($5{\times}10^{7}\;cells$)및 아교버섯($2.5{\times}10^{7}\;cells$)의 원형질체를 대상으로 형질전환을 수행한 결과 벡터 $1\;{\mu}g$당 각각 형질전환체 50-70개 및 15-25개의 수율을 보였으며 형질전환용 벡터가 각 형질전환체에 안정되게 존재함을 확인하였다. White-rot fungi which degrade lignin can also degrade diverse recalcitrant compounds such as polymeric dyes, explosives, pesticides, and endocrine disrupting chemicals. Lignin degrading enzymes are involved in the degradation reactions, and introduction of foreign genes into a white-rot fungus is required in order to increase the degrading capacity. Genetic transformation experiment has been carried out in Irpex lacteus and Phlebia tremellosa to an antibiotic resistance. The transformation yields were 50-70 transformants/${\mu}g$ DNA and 15-25 transformants/${\mu}g$ DNA in I. lacteus and P. tremellosa, respectively. The stable replication of the plasmid was confirmed by PCR using the plasmid-specific primers, and many mutants were generated during this integration in both fungi.
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여수민,김명길,최형태,Yeo, Su-Min,Kim, Myung-Kil,Choi, Hyoung T. 한국미생물학회 2008 미생물학회지 Vol.44 No.1
내분비장애 물질은 분해가 어렵고, 생물체에 축적되기 때문에 먹이그물을 통하여 결국 인간에게 피해를 준다. 리그닌 분해효소 군을 가진 백색부후균들은 다양한 난분해성 물질의 분해능이 우수하며, 국내에서 분리한 아교버섯은 내분비장애 물질에 속하는 프탈레이트의 분해능이 우수하다. 내분비장애 물질분해와 관련된 laccase cDNA를 발현벡터로 재조합하고 이를 형질전환 방법에 의하여 아교버섯으로 도입하였으며 도입된 발현벡터는 형질전환체의 염색체에 안정하게 존재하였다. 형질전환체들 중 가장 효소활성이 좋은 균주를 대상으로 분석한 결과 laccase 활성이 증가되었을 뿐만 아니라 내분비장애 물질의 분해능도 향상되었고, 동시에 다양한 내분비장애물질에 의한 에스트로겐 활성도 야생형 균주에 비하여 빠르게 감소시켰다. Endocrine disrupting chemicals (EDCs) are hard to be degraded in nature, and are also accumulated in diverse organisms. They finally give negative effects to human through the food web. White rot fungi which have lignin-degrading enzymes have high potentials for degradation of recalcitrant compounds, and a white rot fungus, Phlebia tremellosa, isolated in Korea show good degrading activity against the endocrine disrupting phthalates. We have isolated a laccase cDNA which was involved in the degradation of EDCs, and constructed a laccase expression vector to use in the genetic transformation of P. tremellosa. The expression vector was stably integrated into the chromosomal DNAs and showed increased laccase activity in transformants. One of transformants showed not only increased degradation of several EDCs but also faster estrogenic decreasing activities generated by the EDCs.
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유선화,김명길,Ryu, Sun-Hwa,Kim, Myung-Kil 한국미생물학회 2014 미생물학회지 Vol.50 No.4
본 연구에서는 백색부후균인 겨울우산버섯의 원형질체 분리 조건과 유전자 형질전환 방법을 확립하였다. 겨울우산버섯 균사에 세포벽 분해효소로 0.5% Usukizyme을 처리하여 ml당 $1{\times}10^7/ml$개의 원형질체를 확보할 수 있었다. 형질전환체의 선별을 위해 hygromycin에 대한 저항성을 갖는 유전자(hph)를 선택표지로 이용하여 형질전환용 벡터(pHYgpt)를 제작하였다. 40% polyethylene glycol 용액과 aurintricarboxylic acid와 heparin, supermidine을 첨가하여 형질전환을 수행 한 결과 벡터 $1{\mu}g$ 당 100-160개의 수율로 형질전환체를 얻었다. 도입된 벡터는 hph 유전자의 PCR 증폭을 통해 형질전환체의 염색체내에 삽입되었음을 확인하였다. 이러한 결과는 polyporus 속의 유전자를 활용한 새로운 균주 개발에 유용한 기술이 될 것이다. This experiment was undertaken to investigate proper conditions for protoplast isolation and genetic transformation of the white rot fungi, Polyporus brumalis. The protoplasts were formed from mycelia at a frequency of $1{\times}10^7/ml$ with 0.5% Usukizyme. The transformation vector (pHYgpt) was constructed using hygromycin resistance gene (hph) for the selectable maker. The yield was 100-160 transformants/${\mu}g$ DNA in a transformation mediated by 40% polyethylene glycol solution with aurintricarboxylic acid, heparin and supermidine. The genomic integration of the pHYgpt was confirmed by hph-specific PCR and the expected amplified band appeared only in the transformants. These results could be an efficient tool in gene engineering of the genus polyporus.
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아교버섯 형질전환체가 생산한 리그닌분해 고정화효소에 의한 염료 탈색
민동숙,유선화,김명길,최형태,Min, Dong-Suk,Ryu, Sun-Hwa,Kim, Myung-Kil,Choi, Hyoung-T. 한국미생물학회 2012 미생물학회지 Vol.48 No.3
백색부후균류가 가지는 리그닌 분해효소들은 기질특이성이 넓기 때문에 다양한 난분해성 화합물들을 분해할 수 있다. 본 실험에서는 3가지 다른 방법을 사용하여 laccase와 manganese peroxidase가 각각 도입된 아교버섯 형질전환체의 배양 상등액 효소를 고정화 효소로 만들어 대표적 염료의 하나인 Remazol Brilliant Blue R (RBBR)의 탈색을 실험하였다. 그 결과 알긴산을 효소 용액과 직접 반응하여 만든 고정화 효소에서 48시간 반응 후 약 75% 탈색을 보였다. 비록 한번 사용했던 고정화 효소를 재사용하였을 경우 탈색능이 10-15% 정도 감소되었으나 본 실험에서 제시한 방법이 리그닌 분해효소의 고정화 효소 활용에 기여할 것으로 기대한다. Lignin degrading enzymes from white rot fungi show broad substrate specificities, and therefore they can degrade variety of recalcitrant compounds. We have used three different protocols for the generation of immobilized laccase and manganese peroxidase crude enzymes from the genetically transformed strains of Merulius tremellosus Fr. These immobilized enzymes were used in the decolorization of Remazol Brilliant Blue R (RBBR), and they showed about 75% decolorization rates during the 48 h reactions. Although the decolorization efficiency decreased by 10-15% after a repeated use of the immobilized enzymes, these can be reused in various degrading reactions.
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