• 생명과학회지
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• 제30권3호
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• pp.304-312
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• 2020

한천분해효소(agarase)는 기초과학영역, 한천유래 고기능성 올리고당의 생산, 해조류를 이용한 바이오에너지 생산 등에 사용될 수 있다. 본 연구진은 2012년에 한천의 분류, 기원, 생산 및 응용에 관하여 총설하였다. 이에 본고에서는 2012년부터의 agarase 재조합 발현에 대해 총설하고자 한다. Agarase의 재조합 발현에 사용된 유전자는 Agarivorans 속(genus) 세균, Flameovirga 속 세균, Pseudoalteromonas 속 세균, Gayadomonas 속 세균, Catenovulum 속 세균, Microbulbifer 속 세균, Cellulophaga속 세균, Saccharophagus 속 세균, Simiduia 속, Vibrio 속 세균 등의 19종의 세균들에서 유래하였다. 47개의 재조합 발현된 agarase 중에서 α-agarase는 2개였고 나머지는 모두 β-agarase 였다. α-Agarase는 모두 agarotetraose (A4)를 생산하였고 β-agarase는 NA2부터 NA12까지 다양한 산물을 생산하였다. 최적온도는 25~60℃, 최적 pH는 3.0~8.5의 범위였다. 50℃ 이상의 최적 온도를 갖는 agarase는 14개로 이들은 한천을 가열한 후에 졸상태가 유지되는 온도에서도 활발한 활성을 보일 것이다. CBM (carbohydrate-binding module)의 조작 등의 인위적 돌연변이로 agarase의 열안정성 증가, 최적온도와 활성의 동시 증가에 관한 연구 사례도 있었다. 재조합발현의 숙주로 E. coli, B. subtilis, S. lividans, S. cerevisiae 등이 활용되었으며, agarase 유전자의 분비신호, 다른 생물의 분비신호 및 riboswitch가 agarase의 재조합 발현에 사용되었다. Agarase를 정제한 후에 아미노산 서열에 기반한 유전자 재조합 이외에도 게놈서열 파악과 유사성 비교를 통해 putative agarase와 메타게놈에서 유래한 agarase의 재조합 발현에 관한 연구도 있다. 이러한 연구들은 향후 agarase 및 agarase를 이용한 한천분해산물의 응용 분야 등에 활발하게 이용될 것으로 기대된다.

• KSBB Journal
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• 제11권1호
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• pp.37-45
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• 1996

한국의 남해안에서 한천 분해능이 뛰어난 해양 미 생물을 분리하여 통정한 결과 Pseudomonas 속으로 판명되었으며, 본 연구에서는 이 균을 Halophilic P Pseudomonas sp. W7이라 명영하였다. 이 균주는 호염성 세균으로, 한천의 존재 하에서 높은 효소활성 을 가지는 extracellular agarase를 생산해 내었다. 이 extracellular agarase를 DEAE-Cellulose ani- on exchange chromatography와 gel filtration을 통해 정제하였으며, 정제된 agarase는 SDS-PAGE 를 통해 약 89KDa의 분자량을 지니는 single protein band염을 확인하였다. 한편 agarase의 대량생 산을 위하여 host cell Eo coli JM83과 vector pUC19를 이용하여 gene cloning을 행하였다. Pseudomonas sp. W7의 chromosomal DNA가 삽 입 된 균주 중에 서 agarase activity를 나타내는 E. coli JM83/pSWl과 Eo coli JM83/pSW3를 선멸하 였으며, 전기영통 실험결과 이들은 각각 307Kb, 3.0 K Kb의 chromosomal 단편을 지니고 있음을 확인하였 다. 또한 agarase 유전자가 압입된 변이 균주(B)는 inclusion body 형태의 interacellular agarase를 세포 내에 축적하고 있음이 확인되었다.

• 생명과학회지
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• 제31권5호
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• pp.496-501
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• 2021

본 연구에서는 해양 한천 분해 세균인 Pseudoalteromonas sp. JH-1을 분리하여 그 성장과 agarase 특성을 조사하였다. 부산 기장군 용궁사 앞바다에서 해수를 채취하여 Marine agar media로 한천 분해 세균을 분리하여 배양하였다. 순수하게 분리된 박테리아는 16S rRNA 유전자 염기서열분석을 통해 Pseudoalteromonas sp. JH-1로 명명하였다. 세포외 분비 효소를 Pseudoalteromonas sp. JH-1의 배양 배지에서 얻었으며 agarase의 특성 파악에 사용하였다. Agarase는 50℃와 pH 6.0의 20 mM Tris-HCl 완충액에서 116.6 U/l의 최대 활성을 보였다. 20, 30, 40, 50, 60, 70℃에서 상대활성은 각각 31, 60, 94, 100, 45 및 31%였다. pH 4, 5, 6, 7, 8, 9에서 상대활성은 각각 49, 85, 100, 87, 81 및 67%였다. Agarase는 20, 30, 40℃에서 2시간 동안 열처리 후 85% 이상의 잔류 활성을 보였고, 50℃에서 2시간 동안 노출 후에도 82% 이상의 잔류 활성을 보였다. Zymogram 분석으로 Pseudoalteromonas sp. JH-1이 55 및 97 kDa의 agarase를 생성하는 것을 확인하였다. Agarase는 두 가지 종류가 있고 한천을 기질로 α-agarase 또는 β-agarase가 작용하여 만들어지는 한천올리고당과 네오한천올리고당은 항산화, 항종양, 피부 미백, 대식세포 활성화 및 prebiotics 효과가 있으므로 Pseudoalteromonas sp. JH-1와 그의 agarase에 대한 연구는 의미가 있을 것이다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제27권3호
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• pp.208-214
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• 1999

The condition for immobilization of the partially purified agarase from Bacillus cereus ASK202 and the properties of the immobilized enzyme have been investigated. Agarase was immobilized on various supports by entrapment method. The enzyme immobilized on Na-alginate bead showed the highest activity among those studied. The optimal reaction conditions of the immobilized agarase were obtained in 3%(w/v) Na-alginate for the matrix, bead diameter of 2.5mm, 1 unit of agarase solution and 1.0%(w/v) calcium chloride solution. The optimum pH and temperature of the immobilized agarase were pH and temperature of the immobilized agarase were pH 7.0 and 4$0^{\circ}C$, respectively. Km and Vmax values were 0.5mg/ml.min, respectively. The immobilized agarase conerted agar to agarobiose, and their total conversion ratio under the optimal condition was 89%.

• 생명과학회지
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• 제22권2호
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• pp.266-280
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• 2012

한천은 거대 홍조류의 세포벽 성분으로 agarase에 의해 가수분해된다. Agarase는 분해 양상에 따라 ${\alpha}$-agarase (E.C. 3.2.1.158)와 ${\beta}$-agarase (E.C. 3.2.1.81)로 나눌 수 있으며 아미노산 서열 유사성에 따라 GH (glycoside hydrolase) -16, -58, -86, -96, -118 로 나눌 수 있다. 많은 agarase들이나 그들의 유전자가 바다나 육지 환경의 세균 혹은 메타게놈에서 검출, 분리, 재조합 발현되었다. Agarase의 산물인 한천올리고당(agarooligosaccharides)과 네오한 천올리고당(neoagarooligosaccharides)은 항암, 면역활성, 항산화, 장내유용세균활성화, 간보호, 항균, 미백, 보습의 효과 등 다양한 기능성이 보고되어 식품, 화장품, 의학 영역에서 광범위하게 이용될 수 있다. 또한 agarase는 연구영역에서 이용될 수 있다. 이 논문은 agarase의 검출원, 정제법, 검출법 그리고 응용영역에 대해 검토하였고, 한천대사에서 agarase의 역할, 대사산물의 기능 등도 고찰하였다.

• 생명과학회지
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• 제32권4호
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• pp.285-289
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• 2022

본 연구에서는 인천시 영흥도에서 채취한 해수시료에서 분리한 한천분해세균의 생육특성과 균주가 생산하는 agarase 특성을 분석하였다. 분리된 균주의 16S rRNA 유전자 염기서열은 Agarivorans 속 세균과 95% 유사하여, 분리된 균주를 Agarivorans sp. HY-1으로 명명하였다. Agarivorans sp. HY-1을 Marine broth 2216 배지에서 27℃, 250 rpm 조건으로 배양하니 생장은 1일차에, 효소활성은 2일차에 최대를 보였다. 조효소액은 균주 배양액에서 세포외로 분비되는 agarase로 준비하였다. Agarivorans sp. HY-1균주의 세포외 agarase는 40℃와 pH 7.0 (20 mM Tris- HCl)에서 최대의 활성을 보였다. 한천분해효소는 20, 30, 40, 50, 60 및 70℃에서 각 64, 91, 100, 97, 89 및 60%의 상대활성을 나타냈으며, pH 5, 6, 7 및 8에서는 79, 95, 100 및 55%의 활성을 나타냈다. 이 agarase는 20, 30, 40℃에서 2시간 열처리를 하였을 때 86% 이상의 잔존활성을 보였으며 50℃에서는 2시간 후 44% 이상의 잔존활성을 보였다. TLC 분석 결과, Agarivorans sp. HY-1는 α-agarase를 생산하는 것이 확인되었다. α-Agarase의 분해산물은 항암 활성 및 항산화 효과를 지니고 있으므로, Agarivorans sp. HY-1 균주와 agarase는 유용하게 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

• KSBB Journal
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• 제13권3호
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• pp.320-324
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• 1998

Agar degrading enzyme-agarase-was purified from the culture fluid of Cytophaga so/ ACLJ-18, by acetone precipitation, DEAE-Cellulose, Sephadex G-100 and CM-Sephadex C25 column chromatographies. The molecular weight of purified agarase was estimated to be 24,700 dalton by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The optimum pH and temperature for agarase activity were 7.0 and 40$^{\circ}C$, respectively. this agarase was stable in the pH range of 6.5 - 8.0 and 40$^{\circ}C$, and required 0.35M NaCl for optimum activity. And this agarase was inhibited by metal ions such as Ba2+, Cu2+, Co2+, Mn2+, Hg2+, Zn2+, and showed specificity on agar.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제29권2호
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• pp.72-77
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• 2001

Strong promoter로 밝혀진 alginate lyase 유전자의 promoter 부위에 대한 특성을 검토하기 위해 alginate lyase 유전자의 46개 N-terminal amino acid가 포함된 promoter 부분과, 같은 균으로부터 분리한 $\beta$-agarase의 유전자를 연결시켜 agarase의 activity를 평판배지상에서 보다 쉽게 확인하는 방법으로 promoter의 활성을 측정한 결과 alginate lyase 유전자 promoter에 의해서 $\beta$-agarase 유전자의 대량발현이 유도되고 있었으며 glucose의 존재하에서 $\beta$-agarase 유전자 발현이 일어나지 않는 catabolite repression 양상을 나타내고 있다. PCR로써 alginate lyase의 46개 N-terminal amino acid 부분이 순차적으로 제거된 plasmid를 제조하여 대량발현을 조사한 결과 46개의 아미노산이 제거된 후에도 $\beta$-agarase의 활성에는 변화가 없어 46개의 N-말단이 정상적인 상태에서 발현에는 영향을 미치고 있지 않음을 확인할 수 있었다. 또한 alginate lyase 유전자의 promoter region에 존재하는 가능한 2개의 promoter consensus sequence PI, PII를 subcloning한 결과 promoter PII만이 존재할 때도 대량발현이 유도되고 있음을 확인할 수 있었으며 동시에 glucose가 존재할 때 catabolite repression이 역시 나타나고 있어 이 부분이 발현 및 glucose에 의한 regulation에 매우 중요하게 작용하는 부분이라는 것을 확인할 수 있었다.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2002년도 생물공학의 동향 (X)
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• pp.534-537
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• 2002

본 연구에서는 기능성 식품 첨가물 소재 또는 의약품으로 사용 가능한 한천올리고당의 대량생산을 위하여 agarase 생산균주인 Bacillus cereus ASK202에 대해 유전자 cloning 방법을 이용하여 한천분해효소 고생산성 균주로의 개발을 시도하였다. 원균주의 chromosomal DNA를 무작위적으로 절단하여 agarase를 생산하는 gene 부위를 선별한 결과, 83,300 Da의 agarase(Eba1)를 생산하는 재조합 균주 E. coli BL21(DE3)/pEBA1를 얻을 수 있었다. E. coli BL21(DE3)/pEBAl에서 유도물질로 IPTG를 첨가한 후 induction 5시간 후에 agarase가 원균주에 비해 8배 증가한 양이 고발현되었다. 발현된 agarase는 Asx(Aspartic acid, Asparagine), Glycine와 같은 산성 아미노산의 함량과 Alanine과 같은 중성 아미노산의 함량이 높았으며, pH 5.6, $40^{\circ}C$에서 최적의 활성을 나타내었다. 최적 기질 agar에 대한 $K_m$과 $V_{max}$값은 0.068 mg/$m{\ell}$과 0.094mg/$m{\ell}{\cdot}min$으로 한천의 ${\beta}$-결합을 자르는 ${\beta}$-agarase로 판명되었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제20권10호
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• pp.1378-1385
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• 2010

A novel agarolytic bacterium, KY-YJ-3, producing extracellular agarase, was isolated from the freshwater sediment of the Sincheon River in Daegu, Korea. On the basis of Gram-staining data, morphology, and phylogenetic analysis of the 16S rDNA sequence, the isolate was identified as Cellvibrio sp. By ammonium sulfate precipitation followed by Toyopearl QAE-550C, Toyopearl HW-55F, and MonoQ column chromatographies, the extracellular agarase in the culture fluid could be purified 120.2-fold with a yield of 8.1%. The specific activity of the purified agarase was 84.2 U/mg. The molecular mass of the purified agarase was 70 kDa as determined by dodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The optimal temperature and pH of the purified agarase were $35^{\circ}C$ and pH 7.0, respectively. The purified agarase failed to hydrolyze the other polysaccharide substrates, including carboxymethyl-cellulose, dextran, soluble starch, pectin, and polygalacturonic acid. Kinetic analysis of the agarose hydrolysis catalyzed by the purified agarase using thin-layer chromatography showed that the main products were neoagarobiose, neoagarotetraose, and neoagarohexaose. These results demonstrated that the newly isolated freshwater agarolytic bacterium KY-YJ-3 was a Cellvibrio sp., and could produce an extracellular ${\beta}$-agarase, which hydrolyzed agarose to yield neoagarobiose, neoagarotetraose, and neoagarohexaose as the main products.