본 연구에서는 산업적으로 사용될 수 있는 안정하고 활성이 높은 cholesterol oxidase를 생산하는 균주를 얻기 위해 토양 미생물로부터 균주를 선별하였다. 선별된 균주에 대하여 세포외 효소 활성을 측정한 결과 BEN 115로 명명한 균주가 가장 높은 효소 활성도를 나타내었다. 이 균주는 형태학적, 생리학적 특성과 배양형태 및 G+C 함량을 분석한 결과 Nocardia속으로 확인되었다. 최적 효소 생산 조건을 조사한 결과 기존 yeast malt extract broth 조성인 0.4% yeast extract, 0.4% glucose, 1% malt extract에서 가장 높은 활성을 나타냈다. 본 균주에서 생산된 extracellular cholesterol oxidase는 SDS-PAGE와 Western blot 결과 분자량이 55, 57 kDa인 두 종류의 효소가 존재하는 것으로 나타났다. BEN 115에 대한 효소학적 특성을 연구한 결과 온도 안정성은 $55^{\circ}C$까지 효소 활성이 유지되었고, pH 안정성은 pH $3.5{\sim}9.5$의 범위까지 안정한 것으로 나타났으며 최적 온도와 최적 pH는 각각 35oC와 pH 5.5인 것으로 나타났다. 또한 detergent(Triton X-100, Triton X-114 그리고 Tween 80) 첨가 시 효소 활성이 첨가하지 않은 대조군보다 약 $1.6{\sim}2.0$배 증가하는 것으로 나타났다. Campesterol, sitosterol 그리고 stigmasterol에 대한 기질 특이성은 cholesterol(100%)과 상대적으로 비교 시 각각 50%, 50% 그리고 27%의 기질 특이성을 나타내었다.
우리나라 전통 발효식품(침채류 및 젓갈류)으로부터 cholesterol oxidase 생산성이 있는 균주를 분리하고 이들 분리된 균주들로부터 여러 단계의 균주 선멸시험을 통하여 cholesterol oxidase 생산성이 우수한 미생물을 선별하여 그 특성을 조사하였다. Cholesterol oxidase의 생산성이 가장 우수한 SF041의 형태학적, 배양학적 및 생리학적 특성을 조사하여 Bergey's Mannual of Systematic Bacteriology의 분류기준에 따라 동정한 결과 Bacillus megaterium 또는 그 유연균으로 동정되어 분리균을 Bacillus megaterium SFO41로 명명하였다. Cholesterol oxidase의 생산 조건을 검토한 결과 최적 배지 조성은 2.0% glucose, 0.5% yeast extact, 0.03% $MgSO_4\;7H_2O,\;0.02%\;K_2HPO_4,\;0.2%\;NH_4NO_3$, 0.2% cholesterol로 판명되었으며, 배영 조건은 $30^{\circ}C$, 초기 pH 7.0, 진탕 속도는 150 rpm에서 24시간 배양 시 효소 생성이 가장 우수하였다(2.37 U).
토양에서 분리된 Streptomyces sp으로부터 cholesterol oxidase의 정제 및 효소학적 특성을 조사하였다. 본 효소의 정제는 50~80% 포화의 황산암모늄 침전 및 cholesterol affinity column chromatography를 통하여 28.3%의 수율로 정제 되었다. 정제된 효소는 SDS-PAGE에서 단일한 밴드를 보였으며 분저량은 약 60,000 dalton으로 추정되었으며, HPLC분석 결과 단일의 peak로 검출되었다. 본 효소의 특성을 검토한 결과, 금속 이온으로 Hg와 Cu의 존재시 크게 저해를 받았고, dithiothreitol 과 mercaptoethanol과 같은 저해제에 의해서 상당히 실활되었다. 본 cholesterol oxidase의 Michaelis 상수는 cholesterol을 기질로하여 Lineweaver-Burk plot분석에서 1.38mM로 추산되었다. 정제효소의 아미노산 조정은 약 416개의 잔기로 추정되며 glycine, alanine, threonine의 함량이 높은 반면, methionine, isoleucine의 함량은 극히 낮았다.
Cholesterol oxidase(EC 1.1.3.6)는 cholesterol을 산화 또는 이성화시키는 효소로, 혈중 cholesterol 측정 등의 임상진단용 시약에 이용되고 있으며, 여러 종류의 미생물에서 분리, 연구되어 왔다. 현재에는 농업 및 식품 등에도 응용이 기대되고 있는 매우 유용한 효소이다. 본 실험은 공시균인 Streptomyces polychromogenes IFO 13072의 효소 생산 조건과 cholesterol oxidase의 정제 및 효소학적 특성을 조사하였다. 효소 생산 조건을 검토한 결과, 탄소원으로 1% dextrin, 유기 질소원으로는 0.5% casamino acid, 무기 질소원으로는 0.5% sodium nitrate가 효소생산에 우수하였으며, 이들 탄소원, 질소원 이외 0.1% $KH_2$$PO_4$, 0.05% $MgSO_4$ㆍ$7H_2$O가 함유된 배지를 생산 최적 배지로 사용하였다. 본 효소의 정제는 30-80% 포화의 ($NH_4$)$_2$$SO_4$ 침전 및 cholesterol affinity column chromatography를 통하여 23.2%의 수율로 정제되었다. 정제된 효소는 SDS-PAGE에서 단일한 밴드를 보였으며, 분자량은 약 52,000 Da으로 추정되었다. 본 효소의 특성을 검토한 결과, 최적 온도와 최적 pH는 각각 $37^{\circ}C$, pH 7.0이었으며, 효소의 안정성은 온도 $25^{\circ}C$, pH 6.0~7.0의 범위까지 안정한 것으로 나타났다. 또한 본 효소는 금속이온으로 Hg와 Fe 이온의 존재시 크게 저해를 받았고, dithiothreitol과 mercaptoethanol, Isonicotinic acid와 같은 저해제에 의해서 상당히 실활 되었다. 본 cholesterol oxidase의 Michaelis 상수는 cholesterol을 기질로 하여 Lineweaver-Burk plot 분석에서 25 mM로 추산되었다
토양으로부터 cholesterol oxidase 생산성이 있는 균주를 분리하고, 이들 분리된 균주들로 부터 여러 단계의 균주 선발 실험을 통하여 cholesterol oxidase 생산성이 가장 우수한 미생물을 선별하여 HSL613이 라고 명명하였다. 이 HSL613은 $37^{\circ}C$에서 보다 $30^{\circ}C$에서 배양했을 때 더 높은 효소생산성을 나타내었고 배양시간이 경과함에 따라 pH가 높아지면서 효소생산이 증가하여, 144시간 배양하였을 때 pH는 8.5로 높아졌고 효소생산량도 가장 높았다. 균체량은 120 시간 배양하였을 때 가장 많았다. 본 실험에서 HSL613의 효소생산조건을 검토한 결과 최적 배지조성은 2.0% glucose, 2.0% yeast extract, 0.2% $K_2HP0_4$, 0.1% NaCl. 0.005% $CaCl_22H_2O, 0.001% $FeSO_47H_20$ 로 판명되었으며, $30^{\circ}C$에서 144시간 (6일때) 배양하였을 때 효소생성이 가장 많았고 (10.3U/ml), 종균의 접종량은 1.0%(v/v)일때가 가장 효소생성이 잘 되었다.
전통 발효 식품인 가자미 식 해로부터 cholesterol oxidase 생산성이 있는 균주를 분리하고 이들 분리된 균주들로 부터 여러 단계의 균주 선별시험을 통하여 cholesterol oxidate 생산성이 우수한 미생물을 선별하여 그 특성을 조사하였다. Cholesterol oxidase의 생산성이 가장 우수한 SFF34의 배양학적, 생리학적 특성 및 세포벽 지방산 조성을 조사하여 Bergey's Mannual of Systematic Bacteriology의 분류기준에 따라 동정한 결과 Bacillus sp. 또는 그 유연균으로 동정되어 분리균을 Bacillus sp. SFF34로 명명하였다. Cholesterol oxidase의 생산 조건을 검토한 결과 최적 배지 조성은 2.0% glucose, 0.5% yeast extract, 0.03% MgSO$_4$.7$H_2O$, 0.02% $K_2$HPO$_4$, 0.2% NH$_4$NO$_3$, 0.2% Cholesterol로 판명되었으며, 배양 조건은 3$0^{\circ}C$, 초기 pH 7.0, 진탕속도는 150rpm에서 24시간 배양시효소 생성이 가장 우수하였다 (2.42 U/ml).
Cholesterol oxidase(EC.1.1.3.6)는 cholesterol을 산화 또는 이성화시키는 효소로, 혈중 cholesterol이 측정 등의 임상진단용 시약에 이용되고 있으며, 여려종류의 미생물에서 분리, 연구되어 왔다. 현재에는 농업 및 식품 등에도 응용이 기대되고 있는 매우 유용한 효소이다. 본 실힘은 토양에서 분리한 방선균으로부터 cho1esterol oxidase생산능이 우수한 균주를 선발하여 속의 동정, 효소의 생산조건 및 효소학적 특성을 조사하였다 . 본 분리균주는 배양학적, 형태학적 생리학적 특성 및 현미경 검정을 통하여 Streptomyces sp으로 동정하였다. 본 효소의 생산조건을 조사한 결괴 탄소원으로 1% soluble starch, 질소원으로 2% corn steep liquor가 효소생산에 우수하였으며, 이들 탄소원, 질소원이의 0.1% $NaNO_3$, 0.1% $KH_2PO_4$, 0.05% $MgSO_4$가 함유된 배지를 생산 최적 배지로 사용하였다. 본 효소의 특성을 검토한 결과, 최적온도와 최적pH는 각각 $37^{\circ}C$, pH 6.5~7.5이었으며. 효소와 안정성은 온도 $30-40^{\circ}C$에사 80% 이상 활성이 유지되었으며, pH 6.0~9.0의 범위까지 안정한 것으로 나타났다. 본 효소의 등전점은 multichambered electrofocusing unit를 사용하여 측정한 결과 pH 6.0-6.5인 것으로 추정되었다.
Cholesterol oxidase를 생산하는 균주를 토양으로 분리하고 이를 배양하여 효소를 생산한 후 정제하여 그 특성을 조사하였다. 본 효소는 CH2 concentrator에 의한 농축, DEAE-cellulose chromatography, Superose 12 column FPLC로 정제하였고, 비활성이 약 31배나 증가하였다. 이 효소는 $50^{\circ}C$, pH 6.0에서 최대 활성을 나타냈고 30-$45^{\circ}C$ 범위에서는 안정하였다. pH에 대한 안정성은 pH 6.0-11.0까지 광범위한 안정성을 보였으며, Km 값은 cholesterol에 대해서 $3.65{\times}10^{-3}$M이며 분자량은 59,500 dalton으로 추정 된다. 또한 $Ca^{2+}$, $Ba^{2+}$, $Fe^{2+}$, Brij 35에 의해서는 효소의 활성이 저해되지 않았지만, $Hg^{2+}$, $Ag^{2+}$ 및 SDS에 의해서는 저해되는 것으로 나타났다.
The cholesterol oxidase produced from Bacillus sphaericus was purified and characterized. Through a series of purification procedures including DEAE-Toyoperal 650C, Sephadex G-200 and DEAE-Sephadex A-50 column chromatography, the purified enzyme was shown to have a specific activity of 0.179 units/mg protein having 31.8 fold purification and final yield of 12%. The molecular weight of the enzyme was estimated to be 47kDa and 47.tkDa by Sephadex G-200 chromatography and SDS-PAGE. The optimum temperature and pH for the enzyme were 30C and 6.0, respectively. The activity of the purified cholesterol oxidase was inhibited by Fe2+ and Hg+.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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