Development of Olfactory Biosensor Using Olfactory Receptor Proteins Expressed in E. coli

본 연구는 후각 수용 단백질인 ODR10를 GST와 Histidine tag를 각각 N 말단과 C 말단에 삽입한 후 두 가지의 발현 벡터에 넣어 대장균에서 발현시켰다. 부분 정제된 단백질을 QCM의 수정진동자에 코팅한 후 여러 종류의 냄새 분자와의 상호 작용을 관찰하였다. 발현양은 적었지만 QCM실험 결과 발현된 단백질이 diacetyl과 반응한다는 것을 알 수 있었다. ODR10 단백질과 diacetyl의 결합 정도는 다른 냄새 분자와 비교했을 때 $5{\sim}10$배 정도 차이가 났으며 이를 통해 후각 수용 단백질을 발현시킨 대장균 세포들을 후각센서를 개발하는데 사용할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 현재까지는 1000가지 이상 존재한다고 알려진 후각 수용 단백질들이 어떤 냄새 분자와 특이적인 결합성을 가지는지 조사하기 위해서는 복잡하고 시간이 오래 걸리는 실험을 해야 했었지만, 대장균에서 발현시키는 시스템을 통해 경제적이고 효율적으로 조사를 할 수 있게 되었다.

Olfactory receptor protein ODR10 was expressed in E.coli as fusion protein with GST and His6 Tag. Crude membrane extract of the expressed protein was coated on the surface of quartz crystal microbalance, and the interaction of the ODR10 with several odorants was examined. Although the expression level was very low, quartz crystal microbalance showed that the expressed protein interacted most strongly with diacetyl (butanedione), which is known to bind to the ODR10 protein selectively. The interaction between ODR10 and diacetyl was $5{\sim}10$ times stronger than the interaction between ODR10 and other odorants. Thus, E. coli cells expressing the olfactory receptor protein could be used as an olfactory biosensor. Also, such system could be used to test which olfactory receptor reacts specifically with which odorant molecules, since there has been no cheap and convenient way to test the interaction of olfactory receptors and odorant molecules yet.