논문 요약

Xylan 분해균인 Paenibacillus woosongensis는 glycosyl hydrolase family (GH) 11에 속하는 2 종류의 xylanases 유전자와 효소특성이 보고되었다. 한 종류의 미생물이 다형의 xylanases를 생산하는 이유를 조사하기 위한 일환으로 본 연구에서는 Paenibacillus woosongensis로부터 추가적인 xylanase 유전자와 그 산물을 조사하였다. 클로닝된 xylanase 유전자는 xyn10A로 명명되었으며 481 아미노잔기로 구성된 단백질을 코드하는 것으로 분석되었다. 추론된 아미노산 배열에 따르면 Xyn10A는 GH 10 xylanase와 상동성이 높은 활성영역과 카르복실 말단에 탄수화물을 결합하는 것으로 추정되는 영역이 포함된 다영역 효소로 확인되었다. 기존에 그 특성이 보고된 xylanases와 아미노산 배열의 상동성이 70% 이하인 신규 xylanase로 나타났으므로, DEAE-Sepharose와 Phenyl-Separose 컬럼 크로마토그래피 과정을 통해 재조합 대장균의 균체 파쇄상등액으로부터 Xyn10A를 정제하였다. 정제된 Xyn10A의 아미노 말단 배열이 GIANGSKF로 결정되었으며 이는 SignalP5.0 server로 예측된 signal peptide의 다음 아미노산 배열과 정확하게 일치하였다. 정제된 Xyn10A는 33 kDa 크기의 절단된 단백질이며 균체내 분해에 의해 카르복시 말단에서 CBM이 제거된 것으로 판단되었다. 정제된 효소는 최적 pH와 온도가 6.0과 55∼60 ℃ 이며 oat spelt xylan에 대한 반응 동력학적 계수 V_max와 K_m이 298.8 U/mg과 2.47 mg/ml로 각각 나타났다. 효소는 birchwood xylan이나 oat spelt xylan보다 arabinoxylan에 대한 활성이 높았으며 para-nitrophenyl-β-xylopyranoside에 대해 낮은 활성을 보였다. Xyn10A의 활성은 Cu²⁺, Mn²⁺과 SDS에 의해서 크게 저해되었으며 K⁺, Ni²⁺과 Ca²⁺에 의해서 상당하게 증진되었다. 또한 이 효소는 xylobiose 보다 중합도가 큰 자일로올리고당을 분해하였으며, 자일로올리고당의 최종 가수분해 산물은 xylose와 xylobiose로 확인되었다.

교신저자

연구실 소개

우송대학교 응용미생물실험실에서는 자연계로부터 유용한 미생물 탐색, 돌연변이를 통한 발효미생물 개량, 유용효소의 분자진화와 외래 단백질의 고발현용 숙주-벡터 시스템 개발 분야에 대한 연구를 수행하고 있다. 가정과 사찰 발효식품에서 다양한 유산균, 초산균 및 효소 생산균 자원을 확보하거나, 작물 재배토양으로부터 식물생육촉진 근권미생물을 분리하는 등 추후 활용방안을 고려한 최적 미생물 자원을 확보하고자 노력하고 있다. 탐색된 미생물 자원의 활용성을 높이기 위해서는 식품 발효용 미생물의 경우 방사선을 조사하여 성능이 향상된 돌연변이주를 개발하거나, 탐색 미생물이 생산하는 효소는 분자진화를 통해 그 특성을 개량하고 그람양성균의 숙주와 발현계를 활용하여 과잉 생산균을 제조하는데 연구를 집중하고 있다.

연구 분야

– 유용효소 생산균의 탐색과 특성 규명
– 재조합 미생물의 조작과 발현계 기술개발
– 기능성 및 안정성 개선을 통한 산업용 효소 개발
– 효소반응을 통한 올리고당 및 희귀당 개발
– 초산균과 유산균의 탐색 및 발효미생물 개발