• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권1호
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• pp.92-100
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• 2017

Acetoin (AC) is a volatile platform compound with various potential industrial applications. AC contains two stereoisomeric forms: (3S)-AC and (3R)-AC. Optically pure AC is an important potential intermediate and widely used as a precursor to synthesize novel optically active materials. In this study, chiral (3R)-AC production from meso-2,3-butanediol (meso-2,3-BD) was obtained using recombinant Escherichia coli cells co-expressing meso-2,3-butanediol dehydrogenase (meso-2,3-BDH), NADH oxidase (NOX), and hemoglobin protein (VHB) from Serratia sp. T241, Lactobacillus brevis, and Vitreoscilla, respectively. The new biocatalyst of E. coli/pET-mbdh-nox-vgb was developed and the bioconversion conditions were optimized. Under the optimal conditions, 86.74 g/l of (3R)-AC with the productivity of 3.61 g/l/h and the stereoisomeric purity of 97.89% was achieved from 93.73 g/l meso-2,3-BD using the whole-cell biocatalyst. The yield and productivity were new records for (3R)-AC production. The results exhibit the industrial potential for (3R)-AC production via whole-cell biocatalysis.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제40권2호
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• pp.163-167
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• 2012

D-Xylose는 Saccharomyces cerevisiae에서 기질로 이용될 수 없어 S. cerevisiae가 이용 가능한 D-xylulose로의 전환이 요구된다. 효소고정화 시스템을 통한 D-xylose로부터 D-xylulose로의 전환을 위해 대장균의 D-xylose 이성화효소(XI)의 카르복시 말단에 양이온 교환수지를 이용한 단순 정제 및 고정화가 가능하도록 10-arginine tag(R10)을 융합하였다. 융합단백질인 XIR10은 재조합 대장균에서 과잉발현되었고 단일 단계의 양이온 교환 크로마토그라피를 통하여 고순도로 정제되었다. 정제된 XIR10은 카르복시 말단의 10-arginine tag과의 정전기적 상호작용을 통하여 양이온 교환수지에 고정화되었다. 고정화 및 비고정화된 XIR10은 넓은 범위의 pH 및 온도에서 비슷한 D-xylose 이성화효소 활성을 보였다. 이 결과는 양이온 교환수지로의 고정화는 XIR10의 효소적 기능에 영향을 주지 않는다는 것을 나타낸다. 고정화된 XIR10의 최적화된 조건에서 D-xylose의 25%는 D-xylulose로 이성화되었다. 본 연구의 결과들은 10-arginine tag과 양이온 교환수지간의 상호작용을 통해 정전기적 고정화된 XIR10이 D-xylose로부터 D-xylulose로의 전환에 응용 가능하다는 것을 명확하게 보여주었다.

• 미생물학회지
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• 제48권2호
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• pp.156-162
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• 2012

Salmonella typhimurium LT2 (KCTC 2421)로부터 mannitol dehydrogenase (StMDH)로 추정되는 유전자를 클로닝하고, 대장균에서 대량 발현하였다. 이 유전자는 488개의 아미노산 서열(약 54 kDa)을 암호화하는 1,467 bp의 염기로 구성되며, 이미 보고된 long-chain dehydrogenase/ reductase (LDR) 계열 효소들과 약 36%의 아미노산 서열 상동성을 나타내었다. 재조합 StMDH의 최적 반응온도는 $30^{\circ}C$이며, pH 5.0의 조건에서 최대의 D-fructose 환원활성, 그리고 pH 10.0에서 최대의 D-mannitol 산화활성을 보인다. 반면에 glucose, galactose, xylose, arabinose 등의 기질에 대해서는 활성을 보이지 않았다. 이 효소는 $NAD^+$/NADH 존재 하에서만 산화 환원 활성을 가지며, $NADP^+$/NADPH는 조효소로 이용하지 못하였다. 결론적으로 StMDH는 전형적인 $NAD^+$/NADH 의존형의 mannitol dehydrogenase (EC 1.1.1.67)임을 확인하였다.

• 미생물학회지
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• 제45권2호
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• pp.228-231
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• 2009

고추 역병을 야기하는 Phytophthora capsici 는 짧은 시간 내에 많은 면적에 피해를 주는 병으로 한번 발생하면 방제가 어려운 병으로 알려져 있다. 이러한 역병 곰팡이의 방제를 위하여 본 연구에서는 P. capsici의 염색체 복제 및 세포 골격 유지 등에 관여하는 단백질인 microtubule의 형성 저해를 유도하는 물질을 탐색하여 궁극적으로 고추역병 방제를 위한 연구를 진행하였다. 먼저 P. capsici alpha 및 beta tubulin을 E. coli BL21(DE3)에서 발현시켜 분리 정제하여 in vitro microtubule 형성을 확인하였다. P. capsici microtubule 형성 저해 metagenome clone 스크리닝을 위하여 경기도 수원의 여기산 토양에서 metagenome을 분리하여 library를 제작하여 Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) 방법을 이용하여 P. capsici microtubule 형성을 저해하는 화합물을 탐색하였다. In vitro 스크리닝에서 약 384개의 metagenome library에서 2종의 clone을 선택하여 고추작물에 직접 방제하여 역병균의 생장 억제를 확인하였다. 이는 차후 고추역병 방제제 개발에 있어 중요한 후보물질뿐만 아니라 metagenome library를 이용한 새로운 방법의 개발이라 사료 된다. 또한 in vitro 스크리닝에서 얻어진 2종의 metagenome clone의 염기서열을 분석하여 항역병 활성에 관련하는 DNA 서열을 확보하고 이를 응용하여 물질을 생산 할 경우, 현장에서 활용 할 수 있는 효과 큰 친환경 천연고추역병 방제제로서의 개발 가능성을 가진다는 점에서 본 연구결과는 매우 의미 있는 결과라 생각된다.

• 생명과학회지
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• 제18권6호
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• pp.878-883
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• 2008

생물비료의 개발을 위하여 분리된 난용성 인산염의 가용화능이 우수한 균주인 Aeromonas hydrophila DA33의 분자육종을 위해 인산가용화 관련 유전자를 도입하였다. E. coli의 gdh 유전자를 도입한 A. hydrophila DA33은 GDH 활성이 증가하여 유전자가 발현됨을 확인하였으며, wild type에 비해 GDH 활성이 약 40% 정도 높게 나타났으며, 이는 도입된 gdh 유전자의 발현에 의한 것으로 보여 진다. 이 균주는 인산가용화에 기여하는 유기산인 gluconate의 생성도 증가하였다. A. hydrophila DA33의 wild type과 gdh 유전자를 도입한 A. hydrophila pGHS/DA33의 난용성 인산염 가용화능을 실험한 결과, gdh 유전자를 도입한 균주의 인산 가용화능이 약 1.4배 정도의 효과를 보였다. 지금까지의 결과로 비춰볼때 앞으로 생물 비료로서의 A. hydrophila DA33 이용 가능성을 나타내며, 분자육종균 A. hydrophila pGHS/DA33은 생물비료로서의 효율성을 가질 것으로 기대된다.

• 미생물학회지
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• 제52권3호
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• pp.336-343
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• 2016

두 종류의 mannanases를 생산하는 Cellulosimicrobium sp. YB-43로부터 mannanase 유전자를 클로닝하고 그 염기서열을 결정하였다. Mannanase 유전자는 manB로 명명되었으며, 427 아미노 잔기로 구성된 단백질을 코드하는 1,284개 염기로 구성되었다. ManB는 추론된 아미노산 배열에 근거해서 glycosyl hydrolase family 5에 속하는 mannanase와 상동성이 높은 활성영역과 함께 2개의 탄수화물 결합영역을 포함하고 있는 다영역 효소로 확인되었다. Cellulosimicrobium sp. YB-43의 manB 유전자를 함유한 재조합 대장균의 균체 파쇄상등액으로부터 정제된 ManB의 아미노 말단 배열이 QGASAASDG로 결정되었으며 이는 SignalP4.1 server로 그람 음성균을 기준으로 예측된 signal peptide의 결과와 정확하기 일치하였다. 정제된 ManB의 최적 반응조건은 $55^{\circ}C$와 pH 6.5-7.0이며 locust bean gum (LBG), konjac과 guar gum을 가수분해 하였으며, 셀룰로스, 자일란, 전분과 para-nitrophenyl-${\beta}$-mannopyranoside에 대해서는 분해활성이 없었다. ManB의 활성은 $Mg^{2+}$, $K^+$와 $Na^+$에 의해 약간 저해되었으며 $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Mn^{2+}$과 SDS에 의해서는 크게 저해되었다. 또한 이 효소는 mannobiose 보다 큰 중합도를 갖는 만노올리고당을 가수분해하였으며, LBG와 만노올리고당을 가수분해하였을 때 mannobiose가 가장 많은 양으로 생성되었다.

• 생명과학회지
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• 제22권11호
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• pp.1545-1551
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• 2012

이전 연구에서 저자들이 Glycoside hydrolase family 50 (GH-50)과 GH-118 ${\beta}$-agarase들의 발현과 특성을 보고한 Agarivorans sp. JA-1 균주로부터 신규의 GH-16 ${\beta}$-agarase를 보고하고자 한다. 본 유전자는 1,362 염기쌍으로 구성되어 있으며, 453 아미노산 잔기로 구성된 49,830 Da의 단백질을 암호화한다. 본 효소는 Pseudoalteromonas sp. CY24 유래의 GH-16 ${\beta}$-agarase와 98%의 염기서열 상동성과 99%의 아미노산서열 상동성을 나타냈다. 신호서열을 제외한 429 아미노산으로 구성된 성숙단백질에 해당하는 유전자를 E. coli BL21 (DE3) 세포에서 재조합 발현시킨 후, 친화성 크로마토그래피로 효소를 정제하였다. 정제된 효소는 $40^{\circ}C$와 pH 5.0에서 67.6 U/mg의 최적 활성을 보였다. 아가로스를 기질로 한 효소분해산물의 박막크로마토그래피 분석결과, neoagarohexaose와 neoagarotetraose가 주산물로 생산되는 것을 알 수 있었다. 본 효소는 기능성 한천올리고당의 산업적 생산에 활용 가능할 것으로 기대된다.

• 생명과학회지
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• 제26권10호
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• pp.1113-1120
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• 2016

우리나라의 전통 발효 된장으로부터 균체외 효소로 mannanase를 생산하는 세균 2주가 분리되었다. 분리균 WL-6과 WL-11은 형태적 특성, 생화학적 성질 및 16S rDNA의 염기서열에 따라 Bacillus subtilis로 확인되었다. 이들 두 균주로부터 각각 mannanase 유전자를 대장균에 클로닝하여 염기서열을 결정한 결과 mannanase 유전자는 362 아미노산으로 구성된 단백질을 코드하며 1,086 뉴클레오티드로 동일하게 이루어졌다. WL-6과 WL-11 mannanase (Man6, Man11)의 아미노산 잔기 배열은 서로 8개 잔기가 다르며 GH family 26에 속하는 B. subtilis의 mannanases와 매우 상동성이 높았다. Man6과 Man11의 아미노 말단의 26개 아미노 잔기가 signal peptide로 예측되었다. 재조합 대장균로부터 각각 생산된 Man6과 Man11은 94~95% 정도가 균체내에 존재하였고, mannotriose, mannotetraose, mannopentaose, mannohexaose와 같은 만노올리고당과 locust bean gum을 유사하게 분해하여 주된 반응산물로 mannobiose와 mannotriose를 생성하였다. Man6는 55℃와 pH 6.0, Man11은 60℃와 pH 5.5에서 각각 최대 반응활성을 보였으며, Man11이 Man6에 비해 열안정성이 높았다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제39권3호
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• pp.238-244
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• 2011

바이오디젤은 긴 사슬 지방산의 알킬 에스테르로서 동물성 지방 또는 식물성 오일과 알코올이 반응하여 에스테르 교환 반응에 의해 생성되는 대체연료이다. 지난 십여 년 동안, 다양한 리파아제를 이용한 바이오디젤 생산에 대해 연구되었다. 하지만 효소 촉매 공정을 통한 바이오디젤 생산의 경우, 높은 효소 단가로 산업적 공정에 쉽게 적용할 수 없었다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 저렴한 오일 원료를 선택하거나, 바이오디젤 생산에 적합한 리파아제를 스크리닝하는 과정 또는 리파아제 고정화 방법이 활발히 연구되었다. 이번 연구에서는 P. vulgaris에서 유래한 리파아제 K80을 E. coli균에서 발현하여 얻은 효소액으로 바이오디젤을 생산하였다. 재조합 리파아제 K80은 높은 발현량을 보였으며, 높은 가수분해 반응의 비활성도(specific activity)와 유기용매에서 높은 안정성을 확인했다. 리파아제 K80은 올리브 오일과 메탄올을 3-stepwise 방법을 이용하여 바이오디젤을 생산할 수 있었다. 리파아제 K80을 소수성 결합을 이용하여 담체 표면에 흡착시켜 얻은 고정화 K80을 이용하여 수용성 리파아제 K80과 동일한 방법으로 바이오디젤을 생산한 결과, 효율적으로 바이오디젤 생산을 확인했다. 고정화 K80은 다양한 식물성 오일과 메탄올을 사용하여 효과적으로 바이오디젤을 생산하였다. 고정화 K80을 이용하여 바이오디젤 생산뿐만 아니라 다른 산업적 공정에서도 활용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 생명과학회지
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• 제27권9호
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• pp.1003-1010
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• 2017

Paenibacillus woosongensis의 유전체 부분 염기서열로부터 mannanase를 코드하는 것으로 유추되는 open reading frame을 중합효소연쇄반응으로 증폭하여 대장균에 클로닝하고 염기서열을 결정하였다. Mannanase 유전자는 man26AT로 명명하였으며 1,053 아미노산으로 구성된 단백질을 코드하는 3,159 뉴클레오티드로 이루어졌다. 아미노산 잔기배열을 분석한 결과 Man26AT는 glycosyl hydrolase family 26의 mannanase와 상동성이 높은 활성영역, 탄수화물 결합영역 CBM27과 CBM11로 구성되어 있었다. Man26AT의 아미노산 배열은 P. ihumii의 유추된 mannanase와 상동성이 81%이고 다른 Paenibacillus 속 균주의 여러 mannanases와 57% 이하의 상동성을 보였다. man26AT 유전자를 함유한 재조합 대장균의 균체 파쇄상등액은 $55^{\circ}C$와 pH 5.5에서 최대의 mannanase 활성을 보였고, $50^{\circ}C$에서 1시간 열처리한 후에 80% 이상의 잔존활성을 보였다. Man26AT는 locust bean gum (LBG) galactomannan과 konjac glucomannan에 대한 분해활성이 유사하였으며, carboxymethylcellulose, xylan과 para-nitrophenyl-${\beta}$-mannopyranoside는 분해하지 못하였다. Man26AT에 의해 mannotriose, mannotetraose, mannopentaose와 mannohexaose 등의 만노올리고당이나 LBG로부터 공통의 최종 가수분해 산물로 mannose, mannobiose와 mannotriose가 생성되었다. 또한 mannotriose 보다 큰 만노올리고당이 LBG와 guar gum의 분해산물로 각각 생성되었다. 그러나 Man26AT는 mannobiose를 분해하지는 못하였다. 활성염색을 통해 Man26AT는 균체 내에서 3개 이상의 크기가 다른 활성 단백질로 분해된 것이 확인되었다.