한천분해효소의 재조합발현: 기원, 활성조건, 분비신호와 게놈분석 등 (Recombinant Expression of Agarases: Origin, Optimal Condition, Secretory Signal, and Genome Analysis)

서지정보

· 발행기관 : 한국생명과학회
· 수록지 정보 : 생명과학회지 / 30권 / 3호 / 304 ~ 312페이지
· 저자명 : 이동근, 이상현

초록

한천분해효소(agarase)는 기초과학영역, 한천유래 고기능성 올리고당의 생산, 해조류를 이용한 바이오에너지 생산 등에 사용될 수 있다. 본 연구진은 2012년에 한천의 분류, 기원, 생산 및 응용에 관하여 총설하였다. 이에 본고에서는 2012년부터의 agarase 재조합 발현에 대해 총설하고자 한다. Agarase의 재조합 발현에 사용된 유전자는 Agarivorans 속(genus) 세균, Flameovirga 속 세균, Pseudoalteromonas 속 세균, Gayadomonas 속 세균, Catenovulum 속 세균, Microbulbifer 속 세균, Cellulophaga속 세균, Saccharophagus 속 세균, Simiduia 속, Vibrio 속 세균 등의 19종의 세균들에서 유래하였다. 47개의 재조합 발현된 agarase 중에서 α-agarase는 2개였고 나머지는 모두 β-agarase였다. α-Agarase는 모두 agarotetraose (A4)를 생산하였고 β-agarase는 NA2부터 NA12까지 다양한 산물을 생산하였다. 최적온도는 25~60℃, 최적 pH는 3.0~8.5의 범위였다. 50℃ 이상의 최적 온도를 갖는 agarase는 14개로 이들은 한천을 가열한 후에 졸상태가 유지되는 온도에서도 활발한 활성을 보일 것이다. CBM (carbohydrate-binding module)의 조작 등의 인위적 돌연변이로 agarase의 열안정성 증가, 최적온도와 활성의 동시 증가에 관한 연구 사례도 있었다. 재조합발현의 숙주로 E. coli, B. subtilis, S. lividans, S. cerevisiae 등이 활용되었으며, agarase 유전자의 분비신호, 다른 생물의 분비신호 및 riboswitch가 agarase의 재조합 발현에 사용되었다. Agarase를 정제한 후에 아미노산 서열에 기반한 유전자 재조합 이외에도 게놈서열 파악과 유사성 비교를 통해 putative agarase와 메타게놈에서 유래한 agarase의 재조합 발현에 관한 연구도 있다. 이러한 연구들은 향후 agarase 및 agarase를 이용한 한천분해산물의 응용 분야 등에 활발하게 이용될 것으로 기대된다.

영어초록

Agarase can be used in the field of basic science, as well as for production of agar-derived high-functional oligosaccharides and bioenergy production using algae. In 2012, we summarized the classification, origin, production, and applications of agar. In this paper, we briefly review the literature on the recombinant expression of agarases from 2012 to the present. Agarase genes originated from 19 genera, including Agarivorans, Flammeovirga, Pseudoalteromonas, Gayadomonas, Catenovulum, Microbulbifer, Cellulophaga, Saccharophagus, Simiduia, and Vibrio. Of the 47 recombinant agarases, there were only two α-agarases, while the rest were β-agarases. All α-agarases produced agarotetraose, while β-agarases yielded many neoagarooligosaccharides ranging from neoagarobiose to neoagarododecaose. The optimum temperature ranged between 25 and 60℃, and the optimum pH ranged from 3.0 to 8.5. There were 14 agarases with an optimum temperature of 50℃ or higher, where agar is in sol state after melting. Artificial mutations, including manipulation of carbohydrate-binding modules (CBM), increased thermostability and simultaneously raised the optimum temperature and activity. Many hosts and secretion signals or riboswitches have been used for recombinant expression. In addition to gene recombination based on the amino acid sequence after agarase purification, recombinant expression of the putative agarase genes after genome sequencing and metagenome-derived agarases have been studied. This study is expected to be actively used in the application fields of agarase and agarase itself.

참고자료

· 없음