Kim, Dae-Jin;Jang, Hyeung-Jin;Pyun, Yu-Ryang;Kim, Yu-Sam
BMB Reports
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제35권3호
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pp.320-329
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2002
A gene, coined tay, for a thermostable DNA polymerase from the novel, extremely thermophilic bacterium Thermoanaerobacter yonseiensis was cloned and expressed in E. coli. Using a DNA polymerase homologous PCR product as a hybridization probe, tay was isolated and sequenced to consist of 2621 nucleotides that encode 872 amino acids. A database analysis showed that DNA polymerase, coined Tay, from T. yonseiensis shared a 39% to 47% identity in the amino acid sequence with those from other DNA polymerases. Tay was overexpressed in E. coli as a fusion protein with a poly-histidine tag at the C-terminus. It was purified by heat treatment, followed by a $Ni^{2+}$-chelate column. The molecular weight of purified Tay was approximately 97 kDa, as shown by SDS PAGE, and it showed high DNA polymerase activity and thermostability. However, it had no 3'$\rightarrow$5' exonuclease activity.
The gene encoding Pyrobaculum arsenaticum DNA polymerase (Par DNA polymerase) was cloned and sequenced. The gene consists of 2,361 bp coding for a protein with 786 amino acid residues. The deduced amino acid sequence of Par DNA polymerase showed a high similarity to archaeal family B-type DNA polymerases (Group I), and contained all of the motifs conserved in the family B-type DNA polymerases for $3'{\rightarrow}5'$ exonuclease and polymerase activities. The Par DNA polymerase gene was expressed under the control of the T7lac promoter on the expression vector pET-22b(+) in Escherichia coli BL21-CodonPlus(DE3)-RP. The expressed enzyme was purified by heat treatment, and Cibacron blue 3GA and $Hirap^{TM}$ Heparin HP column chromatographies. The optimum pH of the purified enzyme was 7.5. The enzyme activity was activated by divalent cations, and was inhibited by EDTA and monovalent cations. The half-life of the enzyme at $95^{\circ}C$ was 6 h. Par DNA polymerase possessed associated $3'{\rightarrow}5'$ proofreading exonuclease activity, which is consistent with its deduced amino acid sequence. PCR experiment with Par DNA polymerase showed an amplified product, indicating that this enzyme might be useful in DNA amplification and PCR-based applications.
들메나무(Fraxinus mandshurica Rupr.) 는 우리나라에서 두가지의 서로 다른 형태(形態)가 자생(自生)하고 있는 것으로 알려져 있다. 최근(最近)에 개발(開發)된 PCR기법(技法)을 이용(利用)하여 이 두 형태(形態)의 들메나무 DNA의 변이(變異)를 조사(調査)하였다. DNA 합성(合成) 효소(酵素)와 인공합성(人工合成)된 primer를 이용(利用)하여 이 수종(樹種)의 DNA를 증폭(增幅)시켜 비교(比較)한 결과(結果)이 두 형태(形態)는 DNA 비례(排列)에서 서로 다른것으로 나타났다. DNA변이(變異)는 같은 형태내(形態內)의 개체간(個體間)에도 나타나나 각 형태별(形態別)로 뚜렷하게 구분(區分)되어 형태별(形態別)로 특징적(特徵的)인 band들이 관찰(觀察)되었다. 이러한 특징적(特徵的)인 band들로 두 형태(形態)를 구분(區分)할 수 있었다.
PCR법을 이용하여 Thermus thermophilus HJ6 유래 DNA polymerase(Tod) 유전자를 클로닝하고 염기서열을 분석한 결과, ORF는 2,505개의 뉴클레오타이드로 구성되고 834개의 아미노산을 암호화하였다. 아마노산 서열을 바탕으로 상동성을 분석한 결과, Thermus thermophilus HB8 유래 DNA polymerase와 98%, Thermus aquaticus 유래 DNA polymorase와 86%의 identity를 나타내었다. 이 유전자를 박테리오파지 $\lambda$ 유래 온도감수성 프로모터(PR, PL)를 포함하는 pJLA503 벡터를 이용하여 대장균에서 발현하였다. 발현된 효소는 열처리, $HiTrap^{TM}$ Q column과 $HiPrep^{TM}$ Sephacryl S-200 HR 26/60 columun으로 정제하여 94 kDa의 단백질을 얻을 수 있었다. 정제된 효소의 DNA 중합 활성에 대한 최적온도는 $75{\sim}80^{\circ}C$이고 최적 pH가 9.0이었다. $Mg^{2+}$ and $Mn^{2+}$에 대한 최적 농도는 각각 2.5mM과 1mM이었고 효소활성은 2가 양이온의 존재 하에서는 활성화 되지만 1가양이온에서는 저 해되었다. Tod DNA 중합효소를 이용한 PCR 실험결과, Tod DNA 중합효소는 DNA 증폭 및 PCR 관련 기술에 응용 가능할 것으로 생각된다.
Genomic analysis of Thermococcus sp. NA1 revealed the presence of a 3,927-base-pair (bp) family B-type DNA polymerase gene, TNA1_pol. TNA1_pol, without its intein, was overexpressed in Escherichia coli, purified using metal affinity chromatography, and characterized. TNA1_pol activity was optimal at pH 7.5 and $75^{\circ}C$. TNA1_pol was highly thermostable, with a half-life of 3.5h at $100^{\circ}C$ and 12.5h at $95^{\circ}C$. Polymerase chain reaction parameters of TNA1_pol such as error-rate, processivity, and extension rate were measured in comparison with rTaq, Pfu, and KOD DNA polymerases. TNA1_pol averaged one incorrect bp every 4.45 kilobases (kb), and had a processivity of 150 nucleotides (nt) and an extension rate of 60 bases/s. Thus, TNA1_pol has a much faster elongation rate than Pfu DNA polymerase with 7-fold higher fidelity than that of rTaq.
The gene encoding F protein of CBP-1 strain, a heat-stable Newcastle disease virus (NDV) isolated from the diseased pheasants in Korea, was characterized by reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-PCR), nucleotide and amino acid sequences. Virus RNA was prepared from the chorioallatoic fluid infected with NDV CBP-1 virus and cDNA was amplified by RT-PCR, cloned and sequenced to analyze. The PCR was sensitive as to detect the virus titer above $2^5$ hemagglutination unit. 1.7kb (1,707bp) size of the cDNA was amplified and cloned into BamHI site of pVL1393 Baculo transfer vector. The nucleotide sequences for F protein were determined by dye terminator cyclic sequencing using four pairs of primers, and 553 amino acid sequences were predicted. In comparison of the nucleotide sequence of F gene of CBP-1 with those of other NDV strains, the homology revealed 88.8%, 98.5% and 98.7% with Kyojungwon (KJW), Texas GB and Beaudette C strains, respectively. As the deduced 553 amino acid sequences of F protein of CBP-1 were compared with those of other NDV strains, the homology appeared 89.9%, 98.7% and 98.9% with KJW, Texas GB and Beaudette C strains, respectively. The putative protease cleavage site (112-116) was R-R-Q-K-R, indicating that CBP-1 strain is velogenic type. The amino acid sequences include 6 sites of N-asparagine-linked glycosylation and 13 cysteine residues. These data indicate that the genotype of CBP-1 strain is more closely associated with the strains of Texas GB and Beaudette C than KJW strain.
Bacillus stearothermopilus의 염색체 DNA로부터 polymerase chain reaction 법을 이용하여 ADH의 구조유전자를 증폭시킨 후, 발현 벡터 pGEX-KC에 삽입시켜 glutathion S-tansferase와 융합 단백질로 대장균에서 대랑 발현시켰다. 재조합 ADH는 $37^{\circ}C$에서 1 mM의 isopropyl-${\beta}$-D-thiogalactopyranoside로 단백질의 발현을 유도시켰으며, 발현된 단백질은 glutathione affinity 컬럼을 이용하여 정제하였다. 재조합 ADH는 에탄올에 높은 기질특이성을 나타내었으며 최적 pH와 온도는 각각 pH 9.0과 $70^{\circ}C$이었다. 또한 이 재조합 ADH는 본래의 효소보다 열에 안정하였다. 이 효소는 알코을 측정을 위한 효소학적 방법과 알코올의 공업적 생산에 이용될 수 있다.
본 연구는 1999년에서 2001년도 걸쳐서 3년간 국내에서 분리된 환자유래 장염비브리오 18균주와 일본 후쿠오카 지역에서 2002년도에 환자에서 분리한 장염비브리오 9균주 등 총 27균주에 대하여 toxR 유전자의 검출, 혈청형별 검사, 약제내성의 양상, tdh, trh1 및 trh2 유전자의 보유상태 및 urease 생성성을 살펴보고, 혈청형 O3:K6 균주에 대하여 TDH의 생성성 검사, tdh 양성균주의 RFLP 형별, ORF 8의 분포, PFGE법과 RAPD법을 실시하였으며 결과는 다음과 같다. 1. 한국 및 일본의 환자유래 균주 대부분에서 urease음성이었으며, toxR 유전자로 확인 동정하였고 혈청형의 분포는 국내 분리 주의 O3:K6, O4:K9, O6:K46, O3:K57, O5:Kl5와 일본 분리주의 O3:K6, O1:K38, O4:K68, O4:Kl2의 혈청형으로 나타났다. 2. 항생제 감수성 시험에서는 vancomycin과 oxacillin은 27균주 (100%), penicillin은 26균주 (96.3%)로 높은 내성을 나타내었고, 14균주 (51.9%)가 4가지 이상의 항생제에 다제내성을 나타내었다. 항생제의 내성양상은 6종류로 혈청형에 관계없이 vancomycin, oxacillin, penicillin에 내성을 나타내는 V형이 15균주 (55.6%)로 가장 많이 나타났다. 3. tdh 유전자는 26균주가 PCR법과 DNA probe hybridization법의 결과에서 양성으로 나타났으며, urease양성이었던 일본 환자유래 혈청형 O3:K6 1균주만이 tdh유전자 음성, trh2 유전자 양성을 나타냈다. 혈청형 O3:K6의 TDH 생성성역가는 전 균주가 256배에서 2,048배 정도로 나타났으며, RFLP 양상은 모든 균주가 11.5 kb와 4.3 kb에 tdh 유전자를 보유하고 있었다. 또한 혈청형 O3:K6 균주들은 RAPD법과 PFGE법으로 유전자형별을 비교 검토한 결과 8형으로 거의동일한 유전자형별의 결과를 나타내었다. 4. ORF 8의 분포는 혈청형 O3:K6 전 균주에서 양성이었고, 특히 혈청형 O6:K46 4균주 모두에서 ORF 8 양성을 나타내어 새롭게 나타난 유행균주일 가능성을 시사 하였다. 따라서 ORF 8 유전자의 검출은 범세계적으로 유행하는 균주들을 동정하는데 있어 genetic marker로서 매우 유용한 것으로 사료된다.
본 연구는 식중독 환자로부터 분리한 장염비브리오균 120 균주를 세균학적 특성시험, 항균제 감수성 여부, 독소 유전자와 독소조절유전자의 검출 및 보유 여부를 PCR, RPLA 로 시험하였으며, 각 지역간의 분리 세균을 GS-PCR, PFGE 시험으로 병원체 상관 관계를 분석한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다. 장염비브리오균은 0%의 NaCl 농도에서는 성장을 보이지 않았고, 8% NaCl이 첨가된 농도에서는 성장을 보였다. 국내 설사환자의 장염비브리오균의 O, K 혈청형은 17가지로 나타났으며, 이 중 O3:K6형이 68.3%로 가장 많았다. Ampicillin 등 18가지 항균제 시험에서 Ampicillin, Ticacillin에 높은 내성을 보였으며, Ampicillin, Ticacillin, Vancomycin에 동시 내성을 나타낸 경우가 52.5%로 나타났다. 독소조절 유전자 toxR은 PCR시험에서 시험균주 모두 368bp 크기의 유전자를 가지고 있었으며 장염 비브리오균의 조기진단에 유용한 것으로 확인되었고, 독소유전자 tdh는 120균주 중 109 균주만이 199bp 크기의 유전자를 보유하고 11균주가 음성이었다. trh 독소 유전자를 보유한 균주는 시험균주 중 3 균주만이 250bp 크기의 유전자를 보유하고 있었으며, tdh, trh 유전자를 동시에 가지고 있는 균주는 3균주로 이 균주의 TDH 독소 생성능은 x16 정도로 독소 생성능이 미약했다. 독소생성 Kanagawa 시험에서 120균주 중 107균주가 양성반응 을 나타내었으며, Kanagawa 양성반응을 보인 균주은 모두 tdh 유전자를 보유하고 있었다. Group Specific-PCR에서 최근에 유행을 일으키는 O3:K6 혈청형의 유연관계를 찾는데 유용한 것으로 나타났다. 조절유전자 toxRS 염기서열을 분석한 결과 같은 혈청형이라도 3균주는 7개의 염기서열 차이를 나타내었으며, 이는 현재 유행을 일으키는 균주와는 다른 균주임을 확인하였다. PFGE로 보다 더 세분화하여 혈청관계를 분류할 수 있었으며, 식중독 환자 유래 장염비브리오균은 3가지 type으로 나타났으며, 이들 균주 사이에는 상호 밀접한 상관관계를 나타내었다. 따라서 PFGE 기법으로 얻어진 결과는 분자 역학적으로 유용한 도구로 사용될 수 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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