레반(Levan)은 프럭탄의 일종인 프럭토올리고당으로, 다양한 생리적, 식이적 효과를 가지고 있는 기능성 다당류이다. 레반슈크라제(Levansucrase)는 GH 68 family에 속해있는 당전이 효소로, sucrose 기질을 가수분해하여 D-fructosyl 잔기를 적절한 수용체에 전이함으로써 레반 중합체를 합성한다.
유전자 재조합 기술을 활용하여 생산된 재조합 레반슈크라제는 대부분의 균주에서 높은 발현량과 효소 활성도를 나타내지만, 상대적으로 낮은 열안정성을 가지고 있어 산업적 활용에 제한점이 있다.
본 연구에서는 Pseudomonas savastanoi pv. glycinea 유래 레반슈크라제에 대해 점 돌연변이를 실시하였으며, 딥 러닝 프로그램을 활용하여 열 안정성 결정인자를 분석하고 이를 토대로 가장 효율적인 아미노산 치환부위를 예측하였다. 점 돌연변이는 높은 구조적 유연성을 나타내는 242-250 영역과 -TEAP-의 382Glu 잔기로 나누어, 각각 6개의 단일 돌연변이와 2개의 이중 돌연변이를 제조하였다.
site-directed mutagenesis를 통해 DH5α에서 다수의 레반슈크라제 돌연변이를 발현하였으며, 이 후 각각의 돌연변이에 대한 레반 합성 반응을 실시하여, 효소활성도와 열적 안정성을 비교 분석하였다. E246Y는 55에서 5.02배, 56에서 1.89배의 높은 반감기를 나타내었고, E382L은 55에서 1.06배의 반감기를 보였다. E246Y/E382L는 55에서 1.95배, 56에서 1.86배의 반감기를 나타내었다.
해당 결과는 기존의 야생형 레반슈크라제보다 안정성과 활용도가 향상된 내열성 레반슈크라제를 성공적으로 생산하였다는 것을 의미하며, 이는 단백질 공학 분야에서 효율적인 효소 변이체의 생산 및 설계에 가이드라인을 제공할 것으로 기대된다.
건양대학교 의료신소재학과
E-mail : lee0519@konyang.ac.kr
건양대학교 단백질 기능 실험실에서는 유전자 재조합 기술을 바탕으로 고부가 가치를 지니고 있는 기능성 단백질의 구조를 분석하고 미생물을 통한 재조합 단백질의 발현과 단백질의 정제 및 생산에 중점을 두고 있다. 본 실험실에는 EGF, insulin, EPO 등 신호 단백질 뿐만 아니라 CGTase, Levansucrase, HMG reductase, cellulase, PETase 등 의료, 화장품, 식품 등 바이오 산업 전반에 걸쳐 활용이 가능한 다수의 단백질 들을 연구해왔으며, 이러한 연구 노하우를 바탕으로 다수의 산학연 과제를 성공적으로 수행해왔다. 또한 본 실험실은 단백질 공학 뿐만 아니라 천연물 분석, 미생물 발효 등의 연구도 동시에 진행하고 있으며, 이를 통하여 미래지향적 바이오 원료의 개발과 공정 시스템를 확립한는데 목표를 두고 있다.
- 유전자 재조합 기술을 통한 재조합 단백질 생산
- 단백질 정제 및 대량 생산 공정 개발
- 단백질 구조 분석과 점 돌연변이 연구
- 천연물 추출 및 생리활성 측정
- 효소 단백질을 통한 고기능성 원료 합성
- 미생물 발효 및 단백질 추출
