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연구보문 : 코돈최적화를 통한 합성 조직형 플라스미노겐 활성화인자의 형질전환 담배 내 발현
심준수 ( Joon Soo Sim ),차소영 ( So Young Cha ),한정순 ( Jeong Soon Han ),강솔 ( Sol Kang ),헤마바티 ( He Ma Va Thi ),김용환 ( Yong Hwan Kim ),한범수 ( Bum Soo Hahn ) 한국국제농업개발학회 2010 韓國國際農業開發學會誌 Vol.22 No.4
본 연구에서는 현재 전 세계적으로 혈전용해제로서 널리 사용되어지고 있는 t-PA를 담배에서 생산하기 위해 t-PA 유전자를 코돈최적화를 통해 합성하여 담배 rbcS 프로모터하에서 발현을 유도하였다. 합성된 t-PA 유전자는 발현 벡터를 이용하여 담배 형질전환을 실시하였고, 동물세포 유래 t-PA와의 인공 혈 전용해 활성 및 분자량의 동등성 등의 특성을 규명하였다. 1. 담배의 codon usage에 맞게 t-PA 유전자를 합성하였고, 담배 형질전환체 잎에서 피브린 분해 활성이 있는 효소학적으로 안정된 재조합 t-PA의 발현을 확인하였다. 2. 합성 t-PA 유전자의 담배 genomic DNA내의 삽입과 전사는 PCR과 RT-PCR법으로 측정하였고, t-PA 유전자의 PCR 산물(1.6 kb)을 관찰하여 담배 염색체내에 삽입되어 있음을 확인하였다. 또한 t-PA의 전사체 크기에 해당하는 1.6 kb의 PCR 산물을 관찰하여 담배 잎 내에서 정상적인 전사가 이뤄지고 있음을 확인하였다. 3. 담배 형질전환체 잎의 전체 수용성 단백질 중 합성 t-PA 의 평균 발현양은 0.03 μg/TSP mg으로 측정되었고, 가장 높은 발현양은 0.0903 μg/TSP mg로 관찰하였다. 4. 담배 잎 추출물 내에 존재하는 합성 t-PA 단백질의 피브린 분해 활성은 상업적으로 판매되는 재조합의 t-PA 단백질과 동등한 활성을 나타냈고, 담배 형질전환체들의 피브린 용해 활성의 평균값은 0.2589 cm2 lysis zone을 나타냈고, 피브린 용해 활성의 최대치는 0.9 cm2 lysis zone이었다. 5. 형질전환 담배 잎에서 발현된 재조합 합성 t-PA의 분자량을 분석한 결과 동물세포 유래 t-PA와 유사한 크기의 65 kDa으로 확인하였다. 6. T-PA 단백질을 발현하는 담배 형질전환체들은 식물체의 키, 색깔, 모양, 잎의 개수, 성장속도, 종자의 생산량 등과 같은 표현형에 있어 야생종 담배와 별 다른 차이를 보이지 않았으며 후대에도 안정적인 t-PA 활성을 나타내었다. Human tissue-type plasminogen activator(t-PA) which is found in blood and tissues is one of the proteolytic enzyme. T-PA causes fibrin-specific plasminogen activation that can dissolve blood clots in the vasculature. In order to produce recombinant t-PA(st-PA) proteins in transgenic tobacco plants, the t-PA gene was codon-optimized and cloned into a plant binary vector(p221a-rbcS-st-PA) harboring a tobacco rbcS promoter, a tobacco etch virus leader sequence, an N-terminal signal peptide of the alfala glucose-regulated endoplasmic recticular protein and a 35S terminator. The plasmid was transformed into Agrobacterium tumefaciens EHA105 and then the Agrobacterium-mediated transformation of tobacco leaf discs was performed. The insertion of the st-PA gene in genomic DNA of transgenic tobacco plants and the presence of its transcript were verified by PCR and RT-PCR, respectively. We investigated the fibrinolytic activity of recombinant st-PA proteins and quantified their amount to determine the expression level of st-PA proteins in transgenic tobacco leaves. Enzyme-linked immunosorbent assay determined that the highest level of recombinant st-PA expression was 0.09 μg/total soluble protein(mg) in transgenic tobacco plants. The amount of recombinant st-PA proteins in transgenic plants was estimated to range from 0.001 to 0.009% of total soluble proteins. Immuno-blot analysis of transgenic tobacco leaves revealed a single band of approximately 68 kDa recombinant st-PA proteins. These results demonstrated the expression and in vitro activity of recombinant st-PA in transgenic tobacco plants. Thus it provides the information for the additional production of recombinant pharmaceutical proteins using plant system.
박종석,박종범,김경환,하선화,한범수,김용환,Park, Jong-Sug,Kim, Jong-Bum,Kim, Kyung-Hwan,Ha, Sun-Hwa,Han, Bum-Soo,Kim, Yong-Hwan 한국식물생명공학회 2002 식물생명공학회지 Vol.29 No.4
주요 농작물에서 건강-방어용 flavonoids 생성, phytoalexin (isoflavonoid, flavanol, proanthocyanidin)의 생성 및 소절을 통한 식물의 저항력 증대, 색소 (flavonol, anthocyanin)의 합성에 의한 자외선 방어, nod 유전자 inducer (flavones, isoflavones)의 대량 발현에 의한 혹 형성 (nodulation) 효율증대 등은 대사공학 적으로 향상 가능한 부분들이다. 파란 꽃을 개화하는 품종이 카네이션, 국화, 장미 등 중요 장식용 화훼작물들에는 결핍되어 있는데,이는 F3'5'H 유전자가 없어서 파란색 delphinidin 색소를 생산할 수 없기 때문으로 추정된다. 따라서 F3'5'H 유전자를 형질전환 하여 이러한 제한을 극복하고 delphinidin 유도체 생산이 가능하게 되면 파란색 꽃의 생산 가능성을 증대시킬 수 있게 된다. 또한 영양학적인 측면에서 이미 중요한 생리적 기능이 밝혀진 catechin을 비롯한 proanthocyanidin 과 anthocyanin은 의약품 및 식품첨가제 등 다양한 분야에서 크게 시장성을 넓히고 있어 상업적 측면에서 대사공학의 유망한 목표가 되고 있다. 최근의 대사공학 분야에서의 많은 성공에도 불구하고, flavonoid에 대한 고도의 대사공학 조절을 이용하여 원하는 flavonoid 화합물을 생성하거나, 원치 않는 flavonoid 화합물을 억제하도록 하는 데는 여전히 기술적 문제점들이 남아있다. 예를 들면 IFS와 FLS 등의 유전자 분리 그리고 조직 및 시기 특이적인 promoter 개발 등이 동시에 이루어져야 하며, co-pigmentation 및 액포 pH와 관련된 메카니즘에 대한 이해, 화훼작물들의 형질전환 기술 개발 등이 이루어져야 원하는 꽃의 착색 조절이 가능하게 될 것이다. 최근 나팔꽃에서 액포의 $Na^{+}$H$^{+}$ exchanger를 파괴하여 화색을 변경시킨 mutants 연구를 통하여 조만간 액포 pH의 조절을 이용한 식물 대사공학이 가능할 것으로 기대되고 있다 (Yamaguchi et al. 2001). 아직 자연계에서 기본적인 골격의 변경만으로 수천 종류의 flavonoid가 생성 가능한가는 여전히 의문점으로 남아 있으나, 분명한 것은 다양한 식물 체계에서의 노력으로 농업, 원예, 그리고 영양분 증대를 위한 flavonoid 대사를 어떻게 조절할 것인가에 대한 정보를 얻을 수 있고, 또한 flavonoid 생합성 연구로부터 얻어진 정보들을 통하여 세포질 대사와 기본적인 생물학적 현상에 대한 이해를 넓힐 수 있게 될 것이다. Flavonoid biosynthesis is one of the most extensively studied areas in the secondary metabolism. Due to the study of flavonoid metabolism in diverse plant system, the pathways become the best characterized secondary metabolites and can be excellent targets for metabolic engineering. These flavonoid-derived secondary metabolites have been considerably divergent functional roles: floral pigment, anticancer, antiviral, antitoxin, and hepatoprotective. Three species have been significant for elucidating the flavonoid metabolism and isolating the genes controlling the flavonoid genes: maize (Zea mays), snapdragon (Antirrhinum majus) and petunia (Prtunia hybrida). Recently, many genes involved in biosynthesis of flavonoid have been isolated and characterized using mutation and recombinant DNA technologies including transposon tagging and T-DNA tagging which are novel approaches for the discovery of uncharacterized genes. Metabolic engineering of flavonoid biosynthesis was approached by sense or antisense manipulation of the genes related with flavonoid pathway, or by modified expression of regulatory genes. So, the use of a variety of experimental tools and metabolic engineering facilitated the characterization of the flavonoid metabolism. Here we review recent progresses in flavonoid metabolism: confirmation of genes, metabolic engineering, and applications in the industrial use.
김유리 ( Yu Ri Kim ),한범수 ( Bum Soo Han ),김진규 ( Jin Kyu Kim ),강호 ( Ho Kang ) 한국물환경학회 2004 한국물환경학회지 Vol.20 No.4
The use of electron beam irradiation was investigated to disinfect total coliforms in the secondary sewage treatment effluent. Unchlorinated secondary effluent was irradiated at different dose of 0.2~1.0 kGy by 1 MeV, ELV-4 Model electron beam accelerator. It is interesting to note that a 100% reduction in total coliforms and total colonies were achieved until a dose of approximately 0.8 kGy. Even at low dose of 0.2 kGy, the total coliforms and total colonies were successfully inactivated to the level of satisfying the new effluent discharge guideline. Besides disinfection of total coliforms, approximately a 50% removal in biochemical oxygen demand was pronounced at a dose of 0.2 kGy. More than 20% removal in suspended solids and turbidity was also observed at a dose of 1.0 kGy. The application of electron beam irradiation appeared to be one of options to reuse sewage treatment effluent as agricultural or industrial water.