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Alcaligenes sp. SH-69에서의 Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) 생합성 및 분해
류강은,최강국,박상규,김영백,이영하,Ryu, Kang-Eun,Choi, Gang Guk,Park, Sang Kyu,Kim, YoungBaek,Rhee, Young Ha 한국미생물학회 1998 미생물학회지 Vol.34 No.4
Alcaligenes sp. SH-69에서 탄소원의 고갈 또는 새로운 탄소원의 첨가시 포도당을 단일탄소원으로 하여 생합성된 poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) [poly(3HB-co-3HV)] 공중합체의 물질대사 변화 양상을 조사하였다. 회분배양 과정 중 탄소원이 고갈된 후에는 세포 내에 축척되었던 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 분해가 일어나 고분자 함량의 감소와 함께 무게평균 분자량도 감소하였다. 분해 과정 중에는 저분자량의 PHA에 비하여 상대적으로 고분자량의 PHA양이 크게 감소하여 평균 분자량 분포가 보다 낮은 방향으로 이동되는 양상을 보였다. 이에 반하여 1차 탄소원(기질)으로 사용된 포도당의 고갈 직후 2차 기질로서 포도당과 함께 3HV의 전구물질인 levulinic acid를 혼합기질로 첨가해 주었을 경우, 세포 건체량의 지속적인 증가와 아울러 3HV 함량이 높은 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 합성이 이루어졌다. 그러나 아세톤을 이용한 고분자의 분획 실험 결과, 2차 기질로부터의 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 생합성과 1차 기질로부터 생합성된 공중합체의 분해가 동시에 일어나며, 또한 각 기질로부터 생합성된 고분자가 단지 3HV의 함량이 다른 poly(3HB-co-3HV) 공중합체임에도 불구하고 혼합물 형태로 존재하고 있음을 확인하였다. The cyclic metabolism of poly(3-hydroxyhutyrate-co-3-hydroxyvalerate) synthesized from glucose by Alcaligenes sp. SH-69 in the presence or absence of new carbon substrate was investigated. In batch culture, the content and weight average molecular weight of the copolymer already stored in the cell decreased rapidly when there was no other carbon source available. After the depletion of carbon source, the amount of high molecular weight copolymer decreased more rapidly than that of low molecular weight copolymer, and as a result, average molecular weight distribution shifted to the lower value. The addition of a mixture of glucose and levulinic acid when the initial carbon substrate, glucose, was nearly depleted supported the continual increase in cell mass and the accumulation of poly(3HB-co-3HV) with high molar fraction of 3HV. However, solvent fractionation of the polymer with acetone revealed the degradation of pre-existing polyhydroxyalkanoale (PHA) in parallel with the synthesis of PHA from new carbon substrate. Even though PHAs obtained from each substrate alone were the copolymer of 3HB and 3HV, it was found that the polymer accumulated in the cells grown by sequential feeding was mainly physical mixture of two poly(3HB-co-3HV) copolymers containing different molar fractions of 3HV.
Alcaligenes faecalis에 의한 $\beta$-glucan의 생합성과 구조 분석
류강,이기영,이은규,Ryu, Kang,Lee, Ki-Young,Lee, Eun-Kyu 한국생물공학회 2001 KSBB Journal Vol.16 No.4
본 연구에서는 Alcaligenes faecalis에 의해 생산되는 세포 외 다당류인 $\beta$-glucan의 생합성에서 탄소원, 질소원의 영향과 생합성된 curdlan의 구조를 살펴보았다. 먼저 $\beta$-glucan의 생합성을 확인하기 위해 Aniline Blue 배지에서 청색 colony들을 선별하고 Cellufluor 배지에서 형광성을 보임으로 $\beta$-1,3 glucan의 생합성을 확인하였다. Flask 배양에서는 탄소원이 glucose이고 질소원이 ($NH_4$)$_2$$SO_4$일 때 가장 많은 $\beta$-glucan을 생산하였다. 탄소원을 glucose로 질소원을 (NH$_4$)$_2$$SO_4$로 사용한 발효조 배양에서는 flask 배양에 비해 생산량이 7.2%가 증가되었다. 질소원을 제한한 발효에서는 최종 생산수율이 38.82%였고 질소원을 제한하지 않은 발효보다 3.02%가 증가 되었다. 분리 정제된 curdlan의 FT-IR의 분석에서는 지문영역인 890$cm^{-1}$ /에서 $\beta$-form이 관찰되었고 $^{13}C$-NMR 분석에서는 $C_1$-103.5 ppm, $C_2$-74.3 ppm, $C_3$-89.8 ppm, $C_4$-68.8 ppm, $^{5}C$-75.5 ppm, $C_2$-61.8 ppm에서 검출되어 homogeneous $\beta$-1,3 glucan으로 확인되었다. curdlan의 triple-helix coil 형태에서 random coil 형태로의 전이는 0.1에서 0.25 N NaOH의 농도에서 일어남이 확인되어 중성 상태의 curdlan은 triple-helix coil 형태를 가지지만 알칼리 상태에서는 그 구조가 약해져 random-coil로 전이 되어짐을 알 수 있었다. 이는 본 연구에서 분리 정제된 curdlan이 정확한 $\beta$-결합을 가진 glucan임이 확인되었으며 생합성된 curdlan의 구조와 분자적인 특성을 확인하였다. 본 연구를 통하여 $\beta$-결합을 가지는 glucan의 신속한 선별법을 구축할 수 있었고 이는 새로운 기능을 가지는 $\beta$-glucan 생합성 효소나 분해효소의 탐색에 이용될 것으로 기대된다. Biosynthesis of curdlan( ${\beta}$-1,3 glucan) was shown by fluorscence on cellufluor medium. The highest production of curdlan was produced when glucose was used as a carbon source and ($NH_4$)$_2$$SO_4$ was used as a nitrogen source. ${\beta}$ -form of curdlan was detected in the fingerprint region (890 $cm^{-1}$) by FT-IR spectrum and shown homogeneous ${\beta}$ -1,3 glucan by $^{13}C$ NMR spectrum ($C_1$-103 ppm, $C_2$-73.2 ppm, $C_3$-86.4 ppm, $C_4$-68.7 ppm, $C^{5}$-76.63 ppm, $C_{6}$-61.2 ppm). Transition of structure from triple helix coil form to random coil form was appeared at 0.1 ∼0.25 M NaOH concentration. It was shown that natural curdlan is a triple helix form in neutral but becomes weak in alkaline condition.
수지상세포 활성화를 위한 세포투과 펩타이드가 결합된 재조합 전립성 산성 인산분해효소의 정제
이기완(Ki-Wan YI),류강(Kang RYU) 한국생물공학회 2009 KSBB Journal Vol.24 No.1
glandular kallikrein에 광범위한 상동성을 가지는 인간 전립성 산성 인산 가수분해 효소는, 전립선암의 대표적인 혈청 biomarkers이다. 수지상세포는 유력한 항원 제시 세포이며, 바이러스, 미생물 병원체 및 종양에 대하여 면역계통에서 강력한 T 세포 응답을 유도할 수 있다. 따라서, 종양 특이적인 항원으로 감작된 수지상세포를 이용한 면역요법은 anti-tumor 면역 유도를 위한 강력한 방법중의 하나 이다. 크레아젠(주)에서 개발된 CTP (세포막 투과성 펩티드) 기술은 세포 내로의 높은 침투 효율성을 가지며 핵산이나 단백질과 같은 생체 고분자 물질을 접합하여 세포내로 수송할 수 있는 기술이다(36). 하지만 활성형의 인간 전립성 산성 인산 가수분해 효소는 세포사멸을 매개할 수 있기 때문에, 본 연구진은 항암 치료용 백신으로의 수지상세포 감작을 위해 비활성형 형태의 다중체 (multimer) 항원을 개발하였다. 본 연구에서, 수지상 세포의 감작과 활성화에 안전하고 효율적인 다중체 형태 (multimeric form)의 세포막 투과성 펩티드가 융합된 인간 전립성 산성 인산가수분해 효소를 얻기 위한 정제공정을 기법을 개발하였고 젤 여과 크로마토그래피, western blot과 Dynamic Light Scattering을 이용하여 확인하였다. 아울러, 정제된 다중체형태 (multimeric form)의 세포막 투과성 펩티드가 융합된 인간 전립성 산성 인산 가수분해 효소는 수지상 세포의 감작시 세포질 내로 효과적으로 침투되었다. 결과적으로 세포의 사멸의 부작용이 없이 MHC class I 분자를 통해 수지상세포의 표면으로 효과적으로 제시되었다. Human prostatic acid phosphatase (PAP), with comprehensive homology to glandular kallikrein, are representative serum biomarkers of prostate cancer. Dendritic cell (DC), which is the potent antigen-presenting cells(APC) in the immune system, can induce strong T cell responses against viruses, microbial pathogens, and tumors. Therefore, the immunization using DC loaded with tumor-associated antigens is a powerful method for inducing anti-tumor immunity. The CTP (Cytoplasmic Transduction Peptide) technology developed by Creagene which can transport attached bio-polymers like nucleic acids or proteins into the cell with high permeation efficiency. As the active forms of PAP can mediate apoptotic processing, we used multimer forms of PAP as an inactive form for antigen pulsing of DCs. In this study, multimeric forms of CTP-rhPAP was obtained according to the advanced purification process and subsequently confirmed by gel filtration chromatography, western blot and Dynamic Light Scattering. Therefore, CTP-conjugated PA multimers transduced into the cytoplasm were efficiently presented on the cell surface without any harm effect on cells via MHC class I molecules and result in induction of a large number of effector cell.