재조합 대장균에 의한 Bti toxin 의 생산

한세종,장호남,장용근,이상엽 ( Se Jong Han,Ho Nam Chang,Yong Keun Chang,Sang Yup Lee ) 한국화학공학회 1996 화학공학의이론과응용 Vol.2 No.2

남극장보고과학기지

한세종(Se Jong Han) 극지연구소 2023 극지연구소 연보 Vol.- No.-

Characterization of an Antarctic alkaline protease, a cold-active enzyme for laundry detergents

박하주,한세종,임정한,김덕규,Park, Ha Ju,Han, Se Jong,Yim, Joung Han,Kim, Dockyu The Microbiological Society of Korea 2018 미생물학회지 Vol.54 No.1

남극 해양세균 Pseudoalteromonas arctica PAMC 21717로부터 저온활성 alkaline protease (Pro21717)를 부분정제하였다. Pro21717 효소 추출액은 skim milk를 포함하는 zymogram gel 상에서 약 37 kDa (낮은 활성)과 74 kDa (높은 활성) 위치에서 두 개의 뚜렷한 투명밴드(clear zone)를 형성하였다. 단백질 분해활성을 나타내는 두 개의 효소단백질은 동일한 N-말단 아미노산 서열을 가지고 있었으며, 하나의 유전자에서 발현된 미성숙 단백질(precursor)이 37 kDa 크기의 단백질분해효소로 성숙화과정을 거친 후 74 kDa 크기로 이량체화됨으로써 좀 더 높은 활성을 가지는 것으로 판단된다. Pro21717은 $0-40^{\circ}C$ (최고활성 온도 $40^{\circ}C$) 온도 범위에서 단백질분해활성을 나타내었고 pH 5.0-10.0 (최적 pH 9.0) 범위에서 효소활성을 유지하였다. 주목할만한 특성으로써, Pro21717은 $40^{\circ}C$에서의 최고 효소활성(100%) 대비, $0^{\circ}C$와 $10^{\circ}C$에서 각각 30%와 45%의 높은 저온활성을 나타내었다. 또한 다양한 합성 펩타이드류에 대해 분해활성을 나타내는 Pro21717은 $Cu^{2+}$에 의해 활성이 증가하였으며, 시판용 세탁세제(commercial detergent formulation)에 포함되어 있는 다양한 종류의 계면활성제, 화학성분, 금속이온에 의해 활성이 감소되지 않았다. 전반적으로 저온활성 Pro21717은 글로벌 상업용효소 생산회사 Novozymes이 시판하고 있는 중온성 효소 Subtilisin Carlsberg (trademark Alcalase)에 버금가는 유용한 효소학적 특성이 있는 동시에 상대적으로 더 높은 저온활성을 보여주고 있다. 위의 실험결과들은, Pro21717은 $15^{\circ}C$ 이하의 차가운 수돗물에서도 세척력을 유지하는 새로운 세탁세제 효소첨가제로서의 개발 가능성을 보여주고 있다. A cold-active and alkaline serine protease (Pro21717) was partially purified from the Antarctic marine bacterium Pseudoalteromonas arctica PAMC 21717. On a zymogram gel containing skim milk, Pro21717 produced two distinct clear-zones of approximately 37 kDa (low intensity) and 74 kDa (high intensity). These were found to have identical N-terminal sequences, suggesting they arose from an identical precursor and that the 37 kDa protease might homodimerize to the more active 74 kDa form of the protein. Pro21717 displayed proteolytic activity at $0-40^{\circ}C$ (optimal temperature of $40^{\circ}C$) and maintained this activity at pH 5.0-10.0 (optimal pH of 9.0). Notably, relative activities of 30% and 45% were observed at $0^{\circ}C$ and $10^{\circ}C$, respectively, in comparison to the 100% activity observed at $40^{\circ}C$, and this enzyme showed a broad substrate range against synthetic peptides with a preference for proline in the cleavage reaction. Pro21717 activity was enhanced by $Cu^{2+}$ and remained stable in the presence of detergent surfactants (linear alkylbenzene sulfonate and sodium dodecyl sulfate) and other chemical components ($Na_2SO_4$ and metal ions, such as $Ba^{2+}$, $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Fe^{2+}$, $K^+$, and $Na^{2+}$), which are often included in commercial detergent formulations. These data indicate that the psychrophilic Pro21717 has properties comparable to the well-characterized mesophilic subtilisin Carlsberg, which is commercially produced by Novozymes as the trademark Alcalase. Thus it has the potential to be used as a new additive enzyme in laundry detergents that must work well in cold tap water below $15^{\circ}C$.

Isolation of secondary metabolites from an Arctic bacterium, Pseudomonas aeruginosa and their antimicrobial activities

윤의중,김민주,한세종,임정한,Youn, Ui Joung,Kim, Min Ju,Han, Se Jong,Yim, Jung Han The Microbiological Society of Korea 2016 미생물학회지 Vol.52 No.4

북극 유래 박테리아인 Pseudomonas aeruginosa 균주의 대사산물에 대한 화학적 연구는 벤조산 유도체 6번을 포함하여, 두 개의 diketopiperazine 1과 2, 두 개의 phenazine alkaloid 3과 4, indole carbaldehyde 5번을 분리하였다. 화합물들의 구조는 1D 과 2D NMR, 및 MS 기법들과 기존 보고된 문헌 값 과의 비교에 의하여 동정되었다. 분리된 화합물들 중 5번과 6번은 북극 척지해 해수의 P. aeruginosa로 부터 처음으로 보고 되었다. 대사산물들 1-6의 항균 활성은 Staphylococcus aureus과 and Candida albicans에 대하여 측정하였다. Chemical study of an Arctic bacterium, Pseudomonas aeruginosa (Pseudomonadaceae) led to the isolation of two diketopiperazines 1 and 2, two phenazine alkaloids 3 and 4, and an indole carbaldehyde 5, along with a benzoic acid derivative 6. The structures of the compounds were confirmed by 1D and 2D NMR, and MS experiments, as well as by comparison of their data with published values. Among the isolates, compounds 5 and 6 were isolated for the first time from P. aeruginosa of the seawater of Arctic Chuckchi Sea. Antimicrobial activities of compounds 1?6 against a Staphylococcus aureus and Candida albicans were evaluated.

Sorangium cellulosum 의 생물반응기 배양에서 용존산소가 epothilone의 생산에 미치는 영향

박수정(Su Jeong Park),한세종(Se Jong Han),김병우(Byung Woo Kim),심상준(Sang Jun Sim) 한국생물공학회 2009 KSBB Journal Vol.24 No.1

본 연구에서 탄소원이 고갈된 후 용존산소농도로 epothilone 의 합성을 조절할 수 있음을 증명하였다. 선행연구로써, soluble starch를 탄소원으로 결정하였고, lactose와 yeast extract의 최적농도가 각각 4 g/L, 0 g/L임을 알 수 있었다. 탄소원이 고갈된 환경에서 산소농도가 낮을 경우 균체가 epothilone을 다량으로 합성하였다. 산소 공급을 조절할 수 없는 flask의 경우 배양이 진행되면서 균체농도가 증가하고 자연적으로 산소 농도도 감소하므로 epothilone 이 합성되지만, 생물반응기의 경우 탄소원의 고갈 후 산소농도를 최대한 낮게 유지시키는 것이 epothilone의 생산을 증가시켰다 The biological production of a potent anticancer agent, epothilone, by Sorangium cellulosum was carried out using flask and fermentor cultures. Soluble starch was selected as the main carbon source and the concentrations of lactose and yeast extract were optimized at 4 and 0 g/L, respectively, when using the flask cultures. In the fermentor cultures, the cells were cultivated at a high DO level of more than 80% of air saturation in the growth stage and then the DO level was controlled at about 50, 20 or 1-2% when the carbon source was exhausted. The epothilone production increased with decreasing DO level after the exhaustion of the carbon source, and the maximum concentration of epothilone was 5.4 mg/L. It was found that the DO level had significant regulation effects on the epothilone production.

히말라야의 토양 곰팡이, Preussia sp. 배양액으로부터 추출된 화학 성분들 및 항 염증 활성

윤의중,서승석,임정한,김일찬,한세종,Youn, Ui Joung,Seo, Seung Suk,Yim, Jung Han,Kim, Il Chan,Han, Se Jong 한국미생물학회 2018 미생물학회지 Vol.54 No.1

히말라야산의 동토에서 발견된 Preussia sp.로부터 신규 벤조산 유도체 benzyl 2,4-di(benzyloxy)benzoate (1)와 6개의 알려진 화합물들(2-7)이 분리되었다. 신규물질 및 다른 화합물들의 구조는 1D-와 2D NMR실험 및 문헌값과의 비교에 의하여 결정되었다. 화합물 2-7은 동 속 및 Sporormiaceae과에서 처음으로 얻어졌다. 분리된 물질들은 쥐의 대식세포 RAW 264.7 cells에서 lipopolysaccharide (LPS) 처리에 의하여 유도된 nitric oxide (NO)의 생성량 억제를 측정하였다. 화합물 1번과 2번은 100 mg/ml의 농도로 처리했을 때 LPS에 의하여 유도된 NO 생성량을 각각 50.7% 및 88.5%까지 억제하는 것을 보였다. A new naturally occurring benzoic acid derivative, benzyl 2,4-di(benzyloxy)benzoate (1) and six known compounds (2-7) were isolated from the fungus, Preussia sp. found in frozen soil of the Himalaya Mountain. The structures of the new compound, together with the known compounds were determined by 1D-and 2D-NMR experiments, as well as comparison with published values. In addition, to the best of our knowledge, the known compounds 2-7 were isolated for the first time from the genus Preussia and the family Sporormiaceae. The isolates were evaluated for cancer chemopreventive potential based on their ability to inhibit nitric oxide (NO) production induced by lipopolysaccharide (LPS) in mouse macrophage RAW 264.7 cells in vitro. Compounds 1 and 2 inhibited NO production by 50.7% and 88.5% at a concentration of 100 mg/ml, respectively.

단신 : 반응표면분석법을 이용한 Arthrobacter sp. PAMC 25486의 카로티노이드 생산배지 최적화

김현도 ( Hyun Do Kim ),최종일 ( Jong Il Choi ),한세종 ( Se Jong Han ) 한국화학공학회 2014 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.52 No.6

본 논문에서는 반응표면분석법을 이용한 Arthrobacter sp. PAMC 25486의 carotenoids 생산 배지의 최적화를 수행하였다. Placket-Burman 방법을 이용하여 yeast extract, MgSO4, dextrose가 carotenoids의 생산에 영향을 미치는 주요인자인 것을 확인하였다. 반응표면분석 방법을 이용하여 최대 carotenoids 생산 농도를 갖는 yeast extract, MgSO4, dextrose의 농도를 계산한 결과 1 g/L yeast extract, 0.0879 g/L MgSO4 and 1 g/L dextrose의 농도에서 최대 307 mg/L 의 carotenoids 농도가 예측됐으며, 실제 배양 결과 288 mg/L carotenoids가 얻어졌다. 얻어진 농도 값은 최적화 이전의 값에 비하여 200% 이상 증가하였다. 이러한 결과로부터 미생물 배양에 의한 carotenoids 생산을 증가시키기 위한 배지최적화 방법으로서 반응표면분석법의 유용성을 확인할 수 있었다. This study was conducted to optimize the medium composition for carotenoid production in Arthrobacter sp. PAMC 25486 through response surface methodology (RSM). Using a Placket-Burman design, from which yeast extract, MgSO4 and dextrose were identified as the significant factors affecting carotenoids production. RSM studies for carotenoids production by Arthrobacter sp. PAMC 25486 have been carried out for three parameters of yeast extract, MgSO4 and dextrose concentrations. These significant factors were optimized by experiments and RSM, as 1 g/L yeast extract, 0.0879 g/L MgSO4 and 1 g/L dextrose. The experimentally obtained concentration of carotenoid was 288 mg/L, and it became 2-fold increase on concentration before optimization.

β-Cyclodextrin을 이용한 해수에서의 Prodigiosin의 안정성과 용해도 향상

박희용(Heeyong Park),김태경(Tai Kyoung Kim),한세종(Se Jong Han),임정한(Joung Han Yim) 한국생물공학회 2012 KSBB Journal Vol.27 No.2

This research was to examine the effects of various cyclodextrins on the solubility and stability of prodigiosin in seawater. Among them, β-cyclodextrin was found to have the best efficiency and formation of the inclusion complex was saturated when prodigiosin and β-cyclodextrin were mixed in a ratio of 1:8 and shaken at 25℃ and pH 8.0 for 6 h. The maximum algicidal activity against Chattonella antiqua using the inclusion complex stored at 4℃ for 5 weeks of culture was obtained, 52.28 ± 3.41%, which was about 5.0 fold higher than that of control. Our results suggest that inclusion complexes of prodigiosin and β-cyclodextrin could serve as effective algicidal agents.

반응표면분석법을 통한 Arthrobacter sp.의 amylase 생산 최적화

김현도 ( Hyun Do Kim ),임영금 ( Young Kum Im ),최종일 ( Jong Il Choi ),한세종 ( Se Jong Han ) 한국화학공학회 2016 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.54 No.1

본 연구에서는 극지 연구소로부터 분양 받은 Arthrobacter sp. PAMC 27388 균주에서 생산되는 아밀라아제(amylase)를 물리적 요인(physical factor)들의 변화를 통하여 생산배지 최적화를 수행하였다. 한천 배지 상에서 lugol solution을 이용한 클린환의 확인을 통하여 아밀라아제가 생산됨을 확인하였으며, 16S rDNA를 이용하여 동정한 결과 Arthrobacter sp. 임을 확인할 수 있었다. 최적화 이전의 아밀라아제 생산량은 1.66 mU/L로 확인되었다. 최적화 결과, 2.49 mL의 접종부피, pH 6.85, 42.87 mL의 배지 부피의 조건에서 가장 많은 양의 아밀라아제가 생산될 것으로 예상되었으며, 생산량은 2.84 mU/L로 예상되었다. 확인 실험을 통하여 최적화 이전과 비교하여 생산량이 약 150% 증가한 2.50 mU/L의 아밀라아제가 생산됨을 확인할 수 있었다. In this study, the physical factors for amylase production by Arthrobacter sp. were optimized using response surface methodology(RSM). Antarctic microorganism Arthrobacter sp. PAMC 27388 was obtained from the Polar and Alpine Microbial Collection(PAMC) at the Korea Polar Research Institute. This microorganism was confirmed for the excretion of amylase with Lugol`s solution. The amylase activity was after flask culture was as low as 1.66 mU/L before optimization. The physical factors including the inoculum volume, the initial culture pH, and the medium volume were chosen to be optimized for the enhanced amylase production. The calculated results using RSM indicate that the optimal physical factors were 2.49 mL inoculum volume, 6.85 pH and 42.87 mL medium volume with a predicted amylase production of 2.84 mU/L. The experimentally obtained amylase activity was 2.50 mU/L, which was a 150% increase compared to the level before optimization.

단신 : 반응표면분석법을 통한 Enterobacteriaceae sp. PAMC 25617의 protease 생산배지 최적화

김현도 ( Hyun Do Kim ),윤철원 ( Chul Won Yun ),최종일 ( Jong Il Choi ),한세종 ( Se Jong Han ) 한국화학공학회 2015 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.53 No.4

본 논문에서는 저온활성 protease의 생산을 최적화하기 위하여 극지 미생물인 Enterobacteriaceae sp. PAMC 25617의 반응표면분석법을 이용한 배지의 최적화를 수행하였다. One-factor-at-a-time 방법을 이용하여 yeast extract, TritonX-100이 protease의 생산에 영향을 미치는 주요인자인 것을 확인하였다. 물리적인 환경 요인으로 pH를 추가하여 반응표면분석 방법을 이용한 최대 protease 생산 농도를 갖는 각 인자들의 농도를 확인한 결과 5 g/L peptone, 3 g/L malt extract, 10 g/L C6H12O6, 6.690 g/L yeast extract, 0.018 g/L TritonX-100의 농도에 pH 6.777의 조건에서 미생물을 배양하였을 경우, 최대 10.049 U/L의 protease가 생산될 수 있는 것으로 예측되었다. 실제 배양 결과 8.03 U/L의 protease가 얻어졌으며, 최적화 이전의 생산농도와 비교하여 150% 이상의 증가를 이루었다. 결과적으로 배지최적화를 통한 protease 생산량의 증가에 반응표면분석법의 적용이 유용하다는 것을 확인할 수 있는다. 이러한 결과로부터, 배지 최적화를 이용한 극지 미생물 유래 cold-adapted protease 생산량의 증가가 여러 산업 분야에서 유용하게 이용될 수 있을 것으로 생각된다. This study was conducted to optimize the medium composition for cold-adaptive protease production of Enterobacteriaceae sp. by response surface methodology (RSM). Yeast extract, and TritonX-100 were identified as the significant factors affecting protease from one-factor-at-a-time method. RSM studies for optimizing protease production of Enterobacteriaceae sp. have been carried out for three parameters including yeast extract concentration, TritonX-100 concentration, and culture pH. These significant factors were optimized as 6.690 g/L yeast extract, 0.018 g/L Triton™ X-10, and pH 6.677. The experimentally obtained protease activity was 8.03 U /L, and it became 1.5-fold increase before optimization.