Molecular Characterization and Tissue Expression of Carboxypeptidase H (CPH) Gene in Flounder (Paralichthys olivaceus)

서용배,Heeju Hwang,김영태 한국생물공학회 2011 Biotechnology and Bioprocess Engineering Vol.16 No.2

Carboxypeptidase H (CPH) is one of several enzymes required for the processing of peptide hormone precursors and removal of basic amino acids from intermediates during protein biosynthesis. The CPH gene was isolated from a flounder (Paralichthys olivaceus) brain cDNA library and was found to consist of 1,590 bp encoding 455 amino acids residues. The nucleotide sequence of the CPH gene was compared with those of other species,including zebrafish and mouse, and turned out to be conserved during evolution. Expression of CPH mRNA was confirmed by both Reverse transcription polymerase Chain Reaction (RT-PCR) and Northern blot analysis. A recombinant protein of approximately 50 kDa, which corresponds to CPH, was functionally expressed in E. coli. Biochemical studies on the expressed protein were performed. We report here the molecular characteristics and tissue expression of newly identified CPH cDNA from flounder (P. olivaceus).

Characterization of Geranylgeranyl Pyrophosphate Synthase from the Marine Bacterium, Paracoccus haeundaensis

서용배,이재형,김영태 한국수산과학회 2009 Fisheries and Aquatic Sciences Vol.12 No.1

Carotenoids such as β-carotene and astaxanthin are used as food colorants, animal feed supplements and for nutritional and cosmetic purposes. In a previous study, an astaxanthin biosynthesis gene cluster was isolated from the marine bacterium, Paracoccus haeundaensis. Geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) synthase (CrtE), encoded by the ortE gene, catalyzes the formation of GGPP from farnesyl pyrophosphate (FPP), which is an essential enzyme for the biosynthesis of carotenoids in early steps. In order to study the biochemical and enzymatic characteristics of this important enzyme, a large quantity of purified GGPP synthase is required. To overproduce GGPP synthase, the crtE gene was subcloned into a pET-44a(+) expression vector and transformed into the Escherichia coli BL21(DE3) codon plus cell. Transformants harboring the crtE gene were cultured and the crtE gene was over-expressed. The expressed protein was purified to homogeneity by affinity chromatography and applied to study its biochemical properties and molecular characteristics.

소양인(小陽人) 인동등지골피탕(忍冬藤地骨皮湯)이 중소합병증(中消合倂症)에 미치는 영향(影響)

서용배,송정모,Seo, Yong-bae,Song, Jeong-mo 사상체질의학회 2000 사상체질의학회지 Vol.12 No.1

The purpose of this research was to investigate the effects of Indongdeungjikolpitang water extract(IJTE) on the complication of diabetes. IJTE did not affect the level of blood glucose in alloxan- or streptozotocin-induced hyperglycemic mice, but inhibited the motility of gastrointestine. IJTE inhibited the writhing syndrome induced by acetic acid, the permeability of evans blue into peritoneal cavity induced by acetic acid, the paw edema induced by histamine, and the formation of cotton pellet granuloma. IJTE increased the cell viability of thymocytes and splenocytes. IJTE decreased the release of ${\gamma}-interferone$(${\gamma}-IFN$) and interleukin-2(IL-2), but did not affect the release of interleukin-4(IL-4) from murine thymocytes. IJTE increased the release of IL-4 and decreased the release of tumor necrosis $factor-{\alpha}$($TNF-{\alpha}$) and $interleukin-1{\beta}$($IL-1{\beta}$), but did not affect of ${\gamma}-IFN$ and IL-2 from murine splenocytes. IJTE decreased the release of $TNF-{\alpha}$ and $IL-1{\beta}$ from murine peritoneal macrophages. IJTE decreased the production of niric oxide(NO) from murine peritioneal macrophages and increased the phagocytic activity of murine peritoneal macrophages. These results suggest that IJTE has an anti-inflammatory action via the inhibition of $TNF-{\alpha}$, $IL-1{\beta}$ and NO production from immune cells. 소양인(少陽人) 인동등지골피탕(忍冬藤地骨皮湯)이 중소(中消) 합병증(合倂症)에 미치는 영향(影響)을 살펴보고자 하였고 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 장관운동(腸管運動)을 억제(抑制)하였다. 2. Acetic acid에 의한 writhing syndrome을 억제(抑制)하였다. 3. Evans blue에 의한 모세혈관투과성(毛細血管透過性)을 억제(抑制)하였다. 4. Histamine에 의한 급성족부종(急性足浮腫)을 억제(抑制)하였다. 5. Cotton pellet에 의한 육아종(肉芽腫) 형성(形成)을 억제(抑制)하였다. 6. 흉선세포(胸線細胞) 및 비장세포(脾臟細胞)의 세포생존율(細胞生存率)을 증가(增加)시켰다. 7. 흉선세포(胸線細胞)로부터 ${\gamma}-IFN$ 및 IL-2의 분비(分泌)를 억제(抑制)하였다. 8. 비장세포(脾臟細胞)로부터 IL-4의 분비(分泌)는 증가(增加)시켰으나, $TNF-{\alpha}$ 및 $IL-1{\beta}$의 분비(分泌)는 억제(抑制)하였다. 9. 복강(腹腔) 대식세포(大食細胞)로부터 $TNF-{\alpha}$, $IL-1{\beta}$ 및 nitric oxide의 분비(分泌)를 억제(抑制)하였다. 10. 복강(腹腔) 대식세포(大食細胞)의 lucigenin chemiluminescence 및 FITC-conjugated E. cole engulfment를 촉진(促進)하였다. 이상의 실험(實驗) 결과(結果) IJTE는 장관운동(腸管運動)을 억제(抑制)하였으며, 진통(鎭痛) 및 항염작용(抗炎作用)을 나타냈고, 이들 작용은 면역세포(免疫細胞)로부터 $TNF-{\alpha}$, $IL-1{\beta}$ 및 nitric oxide의 생성(生成)을 억제(抑制)하기 때문인 것으로 추정된다. 따라서 이러한 기전(機轉)에 의하여 인동등지골피탕(忍冬藤地骨皮湯)은 중소(中消) 합병증(合倂症)의 하나인 염증(炎症)을 억제(抑制)하는데 유효(有效)한 것으로 사료(思料)된다.

미생물에 의한 카로티노이드 생산 : 생물학적 기능성 및 상업적 적용

서용배(Yong Bae Seo),김군도(Gun-Do Kim) 한국생명과학회 2017 생명과학회지 Vol.27 No.6

Carotenoid는 isoprenoid 화합물로써 3-15개의 이중 결합이 결합된 긴 polyene 구조를 가지며, 이러한 구조적 특성에 의해 최대 흡수파장대가 결정된다. 카로티노이드는 전형적으로 C40 탄화수소 골격으로 이루어져 있으며, 그 중에는 산소를 포함하고 있는 작용기로 인해 cyclic 또는 acyclic의 크산토필을 형성하기도 한다. 현재 대부분의 세계 시장을 점유하고 있는 합성 카로티노이드의 대안을 찾기 위해 천연물(식물, 미생물, 갑각류 부산물) 유래의 카로티노이드를 생산 및 활용하기 위한 연구가 진행되고 있다. 그럼에도 불구하고, 오직 몇몇 카로티노이드(β-carotene, lycopene, astaxanthin, canthaxanthin, lutein)만이 천연물 소재에서 분리 또는 발효되어 상업적으로 이용된다. 카로티노이드가 만성질환 예방 및 발암 억제 작용에 효과가 있음이 밝혀지면서 카로티노이드 시장이 급격히 증가하였다. 사료, 기능성 식품 및 의약품 소재로써의 카로티노이드의 중요성이 증가함에 따라 카로티노이드 생산법에 대한 연구가 진행되었으며, 이러한 관점에서 미생물 및 식물을 이용한 대사공학적 접근법에 의한 카로티노이드 대량생산 법을 개발하게 되었다. 본 논문에서는 생산 균주, 대사공학 적용에 따른 대량 생산 방법, 생물학적 작용기전 및 산업적 이용을 중심으로 설명하고자 한다. Carotenoids are isoprenoids with a long polyene chain containing 3 to 15 conjugated double bonds, which determines their absorption spectrum. They typically consist of a C40 hydrocarbon backbone often modified by different oxygen-containing functional groups, to yield cyclic or acyclic xanthophylls. Much work has also been focused on the identification, production, and utilization of natural sources of carotenoid (plants, microorganisms and crustacean by-products) as an alternative to the synthetic pigment which currently covers most of the world markets. Nevertheless, only a few carotenoids (β-carotene, lycopene, astaxanthin, canthaxanthin, and lutein) can be produced commercially by fermentation or isolation from the small number of abundant natural sources. The market and demand for carotenoids is anticipated to increase dramatically with the discovery that carotenoids exhibit significant anti-carcinogenic activities and play an important role in the prevention of chronic diseases. The increasing importance of carotenoids in the feed, nutraceutical food and pharmaceutical markets has renewed by efforts to find ways of producing additional carotenoid structures in useful quantities. Because microorganisms and plants synthesize hundreds of different complex chemical carotenoid structures and a number of carotenoid biosynthetic pathways have been elucidated on a molecular level, metabolic and genetic engineering of microorganisms can provide a means towards economic production of carotenoid structures that are otherwise inaccessible. The aim of this article is to review our current understanding of carotenoid formation, to explain the perceived benefits of carotenoid in the diet and review the efforts that have been made to increase carotenoid in certain microorganisms.

Kocuria gwangalliensis 유래 phytoene desaturase 유전자의 cloning과 특성 연구

서용배 ( Yong Bae Seo ),최성석 ( Seong Seok Choi ),남수완 ( Soo-wan Nam ),김군도 ( Gun-do Kim ) 한국미생물생명공학회(구 한국산업미생물학회) 2017 한국미생물·생명공학회지 Vol.45 No.3

Phytoene, lycopene, β-carotene과 같은 카로티노이드는 식품의 착색제나 영양보조제, 사료첨가제, 화장품의 원료로 사용된다. 이전 연구에서 본 연구진은 분홍색의 색소를 생산하는 새로운 해양 세균인 K. gwangalliensis를 분리 동정하였다. Phytoene desaturase (CrtI) 효소는 crtI 유전자에 암호화되어 있으며, phytoene을 lycopene으로 전환하며, 카로티노이드 합성 초기 단계에 있어서 필수적이다. CrtI는 카로티노이드 생합성 조절의 주요 효소 중 하나이며, 다양한 카로티노이드를 생합성하는 생물들의 카로티노이드 생합성 경로에 있어서 속도 조절 단계에 관련이 있다. 본 논문에서는 K. gwangalliensis로부터 lycopene 생합성을 담당하는 crtI 유전자를 클로닝 하였으며, 이 유전자는 1,584개의 염기서열을 가지며, 527개의 아미노산을 암호화하고 있다. crtI 유전자의 염기 서열을 Kocuria rhizophila와 Myxococcus xanthus 를 포함한 다른 종의 염기 서열과 비교한 결과, 진화 과정에서 잘 보존되어 있음을 확인하였다. crtI 유전자를 포함하는 발현 플라스미드를 구축하여 발현시킨 결과, 이 플라스미드를 함유하는 대장균은 약 57 kDa의 재조합 단백질을 생산화였으며, 이는 phytoene desaturase의 분자량에 해당한다. lycopene의 생합성은 lycopene 생합성에 필요한 crtE, crtB 유전자를 포함한 pRScrtEB plasmid를 E. coli에 형질전환했을 때, Escherichia coli에서 합성되는 것을 확인하였다. 이 연구의 결과는 분자 수준에서 K. gwangalliensis CrtI의 1차 구조에 대한 폭 넓은 지식 기반을 제공할 것이다. Carotenoids such as phytoene, lycopene, and β-carotene are used as food colorants, animal feed supplements, and for human nutrition and cosmetic purposes. Previously, we reported the isolation of a novel marine bacterium, Kocuria gwangalliensis, which produces a pink-orange pigment. Phytoene desaturase (CrtI), encoded by the gene crtI, catalyzes lycopene formation from phytoene and is an essential enzyme in the early steps of carotenoid biosynthesis. CrtI is one of the key enzymes regulating carotenoid biosynthesis and has been implicated as a rate-limiting enzyme of the pathway in various carotenoid synthesizing organisms. Here, we report the cloning of the crtI gene responsible for lycopene biosynthesis from K. gwangalliensis. The gene consisted of 1,584 bases encoding 527 amino acid residues. The nucleotide sequence of the crtI gene was compared with that of other species, including Kocuria rhizophila and Myxococcus xanthus, and was found to be well conserved during evolution. An expression plasmid containing the crtI gene was constructed (pCcrt1), and Escherichia coli cells were transformed with this plasmid to produce a recombinant protein of approximately 57 kDa, corresponding to the molecular weight of phytoene desaturase. Lycopene biosynthesis was confirmed when the plasmid pCcrtI was co-transformed into E. coli containing the plasmid pRScrtEB carrying the crtE and crtB genes required for lycopene biosynthesis. The results from this study will provide valuable information on the primary structure of K. gwangalliensis CrtI at the molecular level.

Cytochrome c oxidase subunit 1과 RAPD 분석에 의한 한국 전복속의 계통 연구

서용배(Yong Bae Seo),강성철(Sung Chul Kang),최성석(Seong Seok Choi),이종규(Jong Kyu Lee),정태혁(Tae Hyug Jeong),임한규(Han Kyu Lim),김군도(Gun-Do Kim) 한국생명과학회 2016 생명과학회지 Vol.26 No.4

전복은 전복속(Haliotis)에 속하며 전 세계적으로 식품산업에서 중요한 복족류 연체동물이다. 우리나라에는 6개종; 북방전복(Haliotis discus hannai), 둥근전복(Haliotis discus discus), 왕전복(Haliotis madaka), 말전복(Haliotis gigantea), 오분자기(Haliotis diversicolor diversicolor), 마대오분자기(Haliotis diversicolor supertexta)가 보고되어 있다. 이 연구에서는 우리나라 해역에 서식하는 중 · 대형 전복과 4종인 북방전복, 둥근전복, 왕전복, 말전복의 유전학적 유연관계를 분석하기 위하여 미토콘드리아의 cytochrome c oxidase subunit I (COI) 유전자와 Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) 분석법을 실시 하였다. 본 연구의 결과 COI 유전자 분석과 RAPD 분석을 활용하면 4종의 전복 중 북방전복, 둥근전복, 왕전복을 한 그룹으로 나머지 한 그룹을 말전복으로 구분하는 종 분류는 명확히 구분할 수 있었다. 이러한 결과는 전복 교잡육종을 이용한 수출용 전복 신종자 개발에 있어 주요 대상종인 전복과 4종에 대한 유전적 근연 관계를 규정함으로써 향후 교잡육종 연구의 기초 자료를 제공할 수 있을 것으로 사료된다. Abalones are gastropod mollusks belonging to the genus Haliotis. Pacific abalones are regarded as a very important marine gastropod mollusk in Korea, Japan, China, and also in food industries around the world. In Korea, 6 species of abalone have been reported to occur along the coasts: Haliotis discus hannai, Haliotis discus discus, Haliotis madaka, Haliotis gigantea, Haliotis diversicolor supertexta, and Haliotis diversicolor diversicolor. This study was performed to discriminate the genetic variances by the partial sequences of the mitochondrial cytochrome c oxidase subunit I (COI) genes and random amplified polymorphic DNA (RAPD) analysis against four species of Pacific abalone (H. discus hannai, H. discus, H. madaka, H. gigantea). COI gene is reasonably well conserved and has been sequenced in various invertebrate taxa. The RAPD analysis technique is a relatively simple and low cost method that allows differentiation of taxa without the need to know their genomes. In this study, we investigated the genetic diversity, phylogenetic relationships within each species. The COI and RAPD analysis were able to distinguish between H. gigantea and the other three species. However, these analysis methods were inadequate to distinguish between H. discus and H. madaka. These results are believed to be able to provide a basis data for future hybrid breeding research by defining the genetically closely related four species of abalone, which is to develop new hybrid abalone for export using hybrid breeding.

물리․화학적 돌연변이 유도를 통한 Paracoccus haeundaensis의 astaxanthin 생산량 증대

서용배(Yong Bae Seo),정태혁(Tae Hyug Jeong),최성석(Seong Seok Choi),임한규(Han Kyu Lim),김군도(Gun-Do Kim) 한국생명과학회 2017 생명과학회지 Vol.27 No.3

Carotenoid는 천연 지용성 색소이며, 세균, 조류, 식물 등이 생산한다. 세계 시장의 대부분을 차지하는 합성 염 료의 대안으로서 현재는 조류나 세균, 갑각류 등의 원료로부터 아스타잔틴의 생산, 정제, 이용이 주목 받고 있다. 이 연구는 UV와 EMS를 이용하여 P. haeundaensis의 돌연변이를 유도하고, 결과적으로 astaxanthin을 과잉 생산하는 돌연변이주를 선별하고 특성을 확인하기 위해 다양한 배양 및 영양 조건을 이용하여 astaxanthin 생산량을 확인하였다. 실험 결과 UV 조사 시간이 증가하거나, EMS 농도가 증가할수록 균주의 생존율이 감소하였다. Astaxanthin 과잉 생산 돌연변이 균주의 경우 400 mM EMS와 UV 20분을 순차적으로 처리한 방법에서 선별된 변이주가 가장 높은 astaxanthin 생산량을 보이는 것을 확인하였으며, 이 균주의 이름을 PUE로 명명하였다. PUE의 최적 배양 조건은 25℃, pH 7-8, 3% NaCl이며, 1% raffinose, 3% potassium nitrate 첨가 시 astaxanthin 생산량이 증가하는 것으로 밝혀졌다. PUE에서는 wild type 균주에 비해 astaxanthin 생산량이 1.58배 증가함을 확인할 수 있었다. 본 연구의 실험 결과, 돌연변이 유도에 의해 선별된 변이주는 astaxanthin의 산업적 생산에 활용 가능한 후보가 될 수 있을 것으로 사료된다. Carotenoids are natural lipid-soluble pigments, which are produced primarily by bacteria, algae, and plants. Many studies have focused on the identification, production, and utilization of natural sources of astaxanthin from algae, yeast, and crustacean byproducts as an alternative to the synthetic pigment, which is mostly used today. The aim of the present study was to identify a mutant of Paracoccus haeundaensis by exposure to UV and ethyl methanesulfonate (EMS). The mutant was then exposed to nutrient stress conditions to isolate an astaxanthin-hyperproducing strain, followed by characterization of the mutant. The survival rate decreased in accordance with an increase in the UV exposure time and an increase in the EMS concentration. A mutant of the original P. haeundaensis strain was identified that showed hyperproduction of astaxanthin following exposure to UV irradiation (20 min) and EMS treatment (0.4 M concentration). The optimal culture conditions for the PUE mutant were 25℃, pH 7-8, and 3% NaCl. The effects of various carbon and nitrogen sources on the growth and astaxanthin production of PUE were examined. The addition of 1% raffinose and 3% potassium nitrate influenced cell growth and astaxanthin production. The selected mutant exhibited an increase of 1.58 folds in astaxanthin content compared to initial wild type strain. A genetically stable mutant strain obtained using mutagen (UV irradiation and EMS treatment) may be a suitable candidate for further industrial scale production of astaxanthin.

RF 통신을 이용한 동물 생체정보 센싱 시스템 개발

서용배(Seo Yong-Bae),정중수(Chung Joong-Soo) 한국콘텐츠학회 2009 한국콘텐츠학회 종합학술대회 논문집 Vol.7 No.1

정보 콘텐츠 기술의 발달로 인하여 모든 정보들이 데이터베이스화 되어가고 있다. 하지만 아직 가축의 생체정보의 데이터베이스 구축은 생체정보의 수집단계의 어려움으로 그 발전이 미약하다. 본 논문은 젖소의 생체정보를 수집 관리하기 위하여 지그비 RF(Radio frequency)통신을 이용한 가축의 생체정보의 수집을 통해 젖소들의 생체상태를 센싱 할 수 있는 시스템을 개발하였고 이를 데이터베이스 구축에 활용하기 위한 논문이다. 센싱 시스템은 8Bit 마이크로 컨트롤러와 기울기센서, 온도센서, RF 모듈로 구성되었다. Database is constructed according to the development of information contents technology. But the construction of database using bio-information has not been developed, because it is difficult to collect bio-information. This paper presents how to construct database about sensing temperature and tilt of cow based on bio-information using RF communication. The system consists of 8bit micro-controller, tilt sensor, temperature sensor and RF module.

ZigBee 통신을 이용한 생체정보 모니터링 시스템 개발

서용배(Yong-Bae Seo) 산업기술교육훈련학회 2011 산업기술연구논문지 (JITR) Vol.16 No.4

The Information Technology of Korea became a pioneer in the world. The technical sector become wider to other technical field such as Bio-informatics and Environments-informatics to make DATA base for analysis. This paper studied to apply information technology on livestock industry about Data collecting methodology of bio-information. The suggested technical methodology using ZigBee communication technology are useful tools to get bio-information from farm animals such as bull and milk cow. The ZigBee module consist of RF(Radio frequency) and digital communication technology with sensors. In addition, the module can get the bio-condition data from Bio-object with 8 bit micro-controller, tilt-sensor and temperature sensor on real time. Base on this technology, we can monitoring the body heat and tilt of cow from the sensors and it can manage the situation of each cow with the informations. Getting the information can be useful to growing and propagation for farmer.

대장균에서 고세균 샤페론을 이용한 아스타잔틴 생산능 향상을 위한 연구

서용배(Yong Bae Seo),이종규(Jong Kyu Lee),정태혁(Tae Hyug Jeong),남수완(Soo-Wan Nam),김군도(Gun-Do Kim) 한국생명과학회 2015 생명과학회지 Vol.25 No.12

본 연구는 카로티노이드 생합성 유전자군이 형질전환된 Escherichia coli에서 archaea chaperonin을 공발현 시킴으로 카로티노이드의 생산량을 증대시키는 것이 목표이다. 카로티노이드는 식물, 박테이라, 조류 등이 생합성하는 노란색, 오렌지색, 붉은색 계통의 색소로 이들은 식품 또는 양식 사료로 주로 이용되는 물질이다. 본 연구자들은 선행연구를 통하여 Paracoccus haeundaensis로부터 카로티노이드 유전자군을 cloning하였고 이들 유전자군의 생화학 및 효소학적 기능성을 분석하는 연구 결과와 카로티노이드 생합성 유전자군(crtE, crtB, crtI, crtY, crtZ, crtW, crtX)을 대장균에 형질전환하여 400 μg/g dry cell weight (DCW)의 아스타잔틴을 생산하는 연구 결과를 보고 하였다. 본 연구에서는 이들 유전자군과 archaea chaperonin을 공발현시켜 대장균에서 astaxanthin을 890 μg/g dry cell weight (DCW)로 생산하였으며, 이는 선행 연구된 결과 보다 약 2배 이상의 astaxanthin 생산량을 향상 시키는 연구 결과이다. The aim of this study is to increase production of carotenoids in recombinant Escherichia coli by Archaea chaperonin. The carotenoids are a widely distributed class of structurally and functionally diverse yellow, orange, and red natural pigments. These pigments are synthesized in bacteria, algae, fungi, and plants, and have been widely used as a feed supplement from poultry rearing to aquaculture. Carotenoids also exhibit diverse biological properties, such as strong antioxidant and antitumor activities, and enhancement of immune responses. In the microbial world, carotenoids are present in both anoxygenic and oxygenic photosynthetic bacteria and algae and in many fungi. We have previously reported cloning and functional analysis of the carotenoid biosynthesis genes from Paracoccus haeundaensis. The carotenogenic gene cluster involved in astaxanthin production contained seven carotenogenic genes (crtE, crtB, crtI, crtY, crtZ, crtW and crtX genes) and recombinant Escherichia coli harboring seven carotenogenic genes from Paracoccus haeundaensis produced 400 μg/g dry cell weight (DCW) of astaxanthin. In order to increase production of astaxanthin, we have co-expressed chaperone genes (ApCpnA and ApCpnB) in recombinant Escherichia coli harboring the astaxanthin biosynthesis genes. This engineered Escherichia coli strain containing both chaperone gene and astaxanthin biosynthesis gene cluster produced 890 μg/g DCW of astaxanthin, resulting 2-fold increased production of astaxanthin.