Cotton을 효모 세포($Pichia$$stipitis$)의 고정화 담체로 사용하기 위하여 2-(diethylamino)ethyl chloride hydrochloride (DEAE HCl)로 derivatization 시켰다. 0.5 M DEAE HCl로 처리하였을 때, 효모 세포가 완전히 흡착하였으며, 이것은 DEAE-cotton g 당 101.8 mg의 효모 세포가 흡착하는 것이고, DEAE-cellulose에 효모 세포가 흡착하는 양의 약 6배 이상인 것으로 확인되었다. DEAE-cotton을 이용하여 효모 세포를 고정화하고, 이것을 ethanol 생산에 이용하였을 경우, glucose와 xylose가 포함된 배지에서 단당류에 대한 ethanol 수율로 0.33 정도로 ethanol을 생산 할 수 있다는 것을 실험적으로 확인하였다. 이를 이용하여 lignocellulosic bomass의 가수분해물로부터 bioethanol 생산에 이용될 수 있을 것으로 기대되어진다. DEAE-cotton에서 얻어진 결과는 DEAE-cellulose에서 같은 실험을 실시하여 서로 비교 분석하였다.
Apoptosis로 일컬어지는 예정된 세포사멸(programmed cell death)은 개별 세포의 입장에서는 곧바로 사멸을 의미하지만, 정상적인 고등 생물의 입장에서는 개체의 발생과 분화하는데 프로그램된 과정이다. 자발적 세포사멸은 다른 조직에 비해 생식 조직인 난소나 정소에서 복잡한 apoptosis 기작들을 가지리라 사료된다. 본 연구는 Bcl-2 family중 apoptotic protein인 Bax에 대해 suppression하는 유전자를 yeast system을 활용하여 돼지 정소와 난소로부터 각각 cDNA library를 구축한 후 탐색하였다. 탐색에 활용된 cDNA library는 돼지의 정소와 난소로부터 mRNA를 분리하여 yeast vector인 pAD-GAL4-2.1에 구축하였고, 마우스 bax 유전자는 gal 1 promoter의 조절 하에 glucose 배지에서는 유도되지 않고, galactose 배지에서만 선택적으로 Bax를 발현할 수 있는 효모 vector(pL19-bax)를 구축하였다. Bax에 의한 apoptosis suppressor를 탐색하기 위해 우선 효모 W303에 pL19-bax를 transform하여 glucose 배지에서 Bax의 발현을 억제하였다. pL19-bax를 가진 효모에 정소와 난소로부터 구축된 cDNA library를 transform 시키고, transform된 효모는 각각 Bax에 의한 toxicity를 저해하는 유전자를 찾기 위해 스크린되었다. 이러한 방법으로 정소 cDNA library 탐색에서는 5 $\times$$10^{6}$ transformant중 39개, 난소cDNA library 탐색에서는 2 $\times$$10^{6}$ transformant중 26개의 콜로니가 생존하였다. 이들 콜로니로부터 유전자를 분리하여 분석해 본 결과 여러 그룹으로 분류할 수 있었다. 각 그룹의 관련 유전자는 protein synthesis/degradation 12종, oxidation/reductation 5종, detoxin/ cell cycle promoter 3종, signal transduction/growth factor 5종, 그리고 알려지지 않은 유전자 9종이었다. 그 중, bax-toxicity inhibition에 강력한 survival phenotype을 가지는 유전자(pSEDL)를 동정하였다. 이것은 T3-4-1 콜로니로부터 분리하였는데 140개 아미노산으로 이루어진 인간 SEDL(GenBank, XM_013096) 유전자와 매우 유사한 homology를 가지며, bax와 관련된 기능은 밝혀져 있지 않다. 이외에도 분리된 유전자에는 NADH, thioreduction, 그리고 cytochrome oxidase와 같은 positive 유전자 군이 크로닝되어, Bax를 이용한 효모에서 apoptosis suppressor에 관련된 유전자를 손쉽게 스크린하는 것이 가능하고, 분리된 유전자의 기능을 예측할 수 있어 지금까지 보고된 유전자 크로닝법 보다는 강력한 수단으로 활용될 수 있다는 사실을 시사하였다. 그러나, ORF에 관계없이 Bax 발현에 저항하는 유전자군이 선발된다든지 하는 문제점은 금후 검토가 필요하리라 사료된다.
${\gamma}$-Glutamylcysteine 생산에 있어서 재조합 대장 균 HB101/pGH501만을 이용한 단일세포반응계가 재조합 대장균과 효모를 이용한 흔합서l포반응계보다 반응시간이 짧고 생산농도가 높은 것으로 나타났다. 그러나 생산경제성 측면에서 ATP 재생공정을 위하 여 훈합세포반응계를 사용하였다. 재조합 대장균과 효모를 이용한 혼합세포반응계에서 대장균과 효모의 비율은 1:4가 적합함을 보였고, ATP 재생공정에 사용되는 glucose는 O.5M의 농도에서 가장 효율적 으로 나타났다. 재조합 대장균과 효모를 alginate를 이용하여 고정화하여 반응계로 사용하였을 경우 반 응에 필요한 시간이 걸어지고 생산놓도도 감소되냐 반응계의 안정성은 10% 정도 증가됨을 알 수 있었다. 실험결과 alginate로 고정화된 흔합세포반응계 를 사용하여 ${\gamma}$-glutamylcysteine를 연속 생산할 수 있음을 확인하였다.
재조합 플라스미드 함유 효모 h$\alpha$1Y2SUCSTA 의 glucoamylase의 분비효율은 배양 4연째에 약 74%이였으며 염색체 삽입 재조합효모 h$\alpha$1Y2SU UCSTA-I의 경우에는 4일째에 약 65%로 나타났다. 높은 분비효율을 나타낸 것은 glucoamyI lase의 발현수준이 숙주세포 분비기관의 능력에 미치지 못하기 때문으로 추정된다. 두 재조합 균주에셔 모두 대부분의 세포내 glucoamylase는 c cytoplasm에 존재하고 약간의 부분만이 (10% 이내) 전 배양기간을 통하여 peri plasm에 존재하였다. 재조합 효모로부터 분비되는 glucoamy1 lase의 특 생 을 Western blot 분 석 을 통하여 조사하였다. 배양액으로 분비된 glucoamylase는 매우 h heterogeneous하였고 그 분자량은 약 200에서 3 300 kilodalton이였다. 분비된 glucoamylase의 당 잔기량은 약 80% 이상이였고 세포내 glucoamyl lase의 endoplasmic reticulum 형태는 약 55 에서 65kilodalton 사이의 여러 가지의 밴드로 나타났 다.
효모Candida lipolytica 세포를 calcium alginate gel로 포괄 고정화시켜서. 유동층 반응기에서 반응을 수행하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1 고정화 효모 세포를 활성화 용액에서 회분식 유동층 반응기 방식과 연속식 유동층 반응기 방식으로 활성화시켰을 때, 세포는 고정화된 상태로 증식하였으며, 또한 세포당 시트르산 생성활성 이 증가하여서, 활성화되지 않은 bead보다 최대 시트르산 생성활성이 약 10배정도 증가되었다. 2 연속식 유동층 반응기 방식으로 활성화시킬 때가 회분식 유동층 반응기 방식으로 활성화시킬 때보다 늦은 시간에 최대의 시트르산 생성활성을 나타내었는데, 이것은 연속식으로 활성화시킬 때는 bead가 계속 새로운 환경에 놓이게 되어 bead내의 세포에 필요한 효소 및 보효소가 bead밖으로 계속 유출됨으로 인하여 bead내의 효소와 보효소의 축적에 많은 시간이 걸린데 기인한 것으로 사료된다. 3. 회분식 유동층 반응기내에서 세포수를 동일하게 하여 반응을 수행할 때, 고정화 bead의 크기가 작을수록 시트르산의 생산성이 증가하였다. 이것은 bead의 크기가 작을수록 부피에 비해 높은 표면적을 가지므로 세포의 많은 수가 반응에 참여하게 되며 bead내로의 화산저항이 작아서 물질전달이 잘되어 시트르산이 많이 생성된 것으로 사료된다.
mRNA의 3' 말단형성 뿐만 아니라, 성숙한 mRNA의 핵에서 세포질로의 이동에 중요한 역할을 하는 출아효모 Saccharomyces cerevisiae의 폴리(A)-RNA 결합단백질인 Nab2와 유사한 분열효모 Schizosaccharomyces pombe의 단백질을 암호화하는 유전자(spNab2로 명명)의 결실돌연변이주(deletion mutant)를 제조하여 그 특성을 조사하였다. 이배체인 S. pombe 균주에 하나의 spNab2 유전자만을 결실시킨 후 4분체분석(tetrad analysis)을 수행한 결과, S. cerevisiae NAB2와는 다르게 이 유전자는 생장에 반드시 필요하지 않았다. 또한 spNab2 결실돌연변이는 mRNA의 핵에서 세포질로의 이동도 정상적으로 보였다. spNab2의 역할을 알아보기 위해, 티아민에 의해 발현이 조절되는 강력한 프러모터를 이용하여 spNab2를 과발현시켰다. spNab2 유전자가 과발현되면, 세포의 생장이 심하게 억제되었으며, 폴리(A)-RNA가 핵 안에 축적되고 세포질에서는 줄어들었다. 또한 GFP 융합단백질을 이용하여 spNab2 단백질의 세포 내 위치를 관찰한 결과, spNab2-GFP는 주로 핵 안에 존재하였지만 세포질에서도 관찰되었다. 이와 같은 결과들은 spNab2 유전자 역시 mRNA의 핵에서 세포질로의 이동에 관여하고 있음을 시사한다.
효모의 종류에 따라 세포벽의 composition이 다른 것으로 알려져 있으나 이에 대한 체계적인 연구는 아직 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 한국 유전자은행 (KCTC)과 한국미생물 보존센터 (KCCM)에서 구입한 15종류의 효모를 $Glucanex^{(R)}$ 200G로 처리한 후 생균수를 측정하여 상대적인 저항성을 비교하였다. 그 결과 Trigonopsis variabilis나 Sporidiobolus pararoseus는 $\beta$-glucanase에 대한 저항성이 높았으며 Pichia stiptis나 Filibasidium cpasuligenum은 $\beta$-glucanase에 대한 저항성이 낮았다. $\beta$-glucan의 함량이 높은 세포는 높은 농도의 $\beta$-glucanase 농도에서도 저항성을 가지므로 이를 바탕으로 여러 효모의 세포벽의 상대적인 $\beta$-glucan 함량을 추정할 수 있다.
동질의 유전적 배경을 가지는 1, 2, 3, 4 배체의 효모에 있어서 세포 체적, 세포 표면적, 균체농도, 건조 균체량, 자외선 저항성, 호흡결손 출현빈도. 발효력, 핵산 함량을 조사하였다. 자연 돌연변이에 의한 호흡결손 변이의 출현빈도는 2, 3, 4 배체보다 1배체에서 현저히 높게 나타났다. 세포 체적, 세포 포면적, 균체농도, 건조 균체량, 자외선 저항성, 발효력, DNA함량 등은 고차배수성에 따라 현저히 높아지는 경향을 나타냈다.
Saccharomyces cerevisiae는 전통적으로 알코올 음료와 bioethanol 생산에 이용되지만, 발효가 진행되는 동안 효모의 에탄올 생성은 에탄올의 축적에 의한 충격으로 세포활성에 손상을 초래한다. 본 연구는 S. cerevisiae의 에탄올 스트레스 반응과 에탄올 내성의 분자적 기초에 관해 수행되었으며, 에탄올 스트레스가 진행되는 동안 효모의 에탄올 생성 향상을 위한 유전 공학 전략의 수립에 활용될 수 있다. 이전의 연구들은 유전자 발현에 대한 에탄올 스트레스의 충격이 환경적 영향을 받기 때문에 다양한 균주와 조건들에 관해 이루어졌다. 그러나 에탄올 공격에 의해 영향을 받은 gene ontology 범주에서의 일부 공통점은 S. cerevisiae의 에탄올 스트레스 반응이 해당과정 및 미토콘드리아 기능과 관련된 유전자 발현의 증가와 에너지가 요구되는 성장과정과 관련된 유전자의 발현 감소에 따라 에너지 생산에 제약 받음을 의미한다. Genomewide screens를 이용한 연구는 vacuole function의 유지가 에탄올 내성에 대해 중요함을 암시한다. 아마도 단백질 turnover와 이온 항상성 유지에 이 세포기관의 역할이 중요하기 때문인 것으로 사료된다. 특히 에탄올 스트레스가 일어날 때 핵 내 Asr1과 Rat8의 축적은 비록 이 가설이 논란이 많은 주제로 남아있지만 S. cerevisiae가 에탄올 스트레스에 대한 특별한 반응을 가지고 있음을 의미한다.
효모를 먹이로 하는 filter-feeder들의 소화력을 높이고자, algae의 대용물로서 가치가 있는 Kluyveromuces fragilis효모를 화학적 처리방법에 의해 세포벽을 바괴시켰다. 화학적 처리방법의 최적조건은 0.2 M Tris-buffer에 용해시켜 만든 1M 의 $Na_2EDTA$와 0.3 M의 2-mercaptoethanol을 처리한 후 $30{\circ}C$배양기에서 1시간 배양하는 조건에서 얻어졌다. 이때, 약 30%의 protoplast yeast를 실시함으로써, 그 생성률을 약 2배이상 올릴 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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