• 미생물학회지
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• 제51권3호
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• pp.187-193
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• 2015

Candida (Pseudozyma로도 알려짐) antarctica lipase B(CAL-B)는 학문적으로 그리고 산업적으로 많이 활용되고 있다. CAL-B 자체에 대한 연구는 많이 진행되어온 반면, CAL-B 상동체에 관한 연구는 그리 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 단백질 유사성 검색을 통해서 CAL-B의 상동체 탐색을 수행하였고, 6종의 단백질 서열을 찾았다. 해당하는 유전자들을 대장균에 대한 코돈 최적화를 수행하였고, 이를 바탕으로 유전자 합성을 진행하였다. 이들 유전자를 대장균 발현용 벡터에 클로닝한 후, 대장균 내에서 단백질 발현을 시도하여 이들 중 4종의 단백질이 성공적으로 발현되었다. 이들 단백질들이 가수분해 효소로서의 활성이 있는지 확인하기 위해서, 4-nitrophenyl acetate와 4-nitrophenyl butyrate를 반응기질로 하여 가수분해 반응성을 확인하였다. 이들 단백질들의 비활성(specific activity)값은 $(1.3-30){\times}10^{-2}{\mu}mol/min/mg$로 측정되었고, 이는 CAL-B의 비활성 수치보다는 다소 낮은 값에 해당하였다. (${\pm}$)-1-phenylethyl acetate의 가수분해 반응에 대한 입체선택성은 이들 상동체 효소들 중에서 Pseudozyma hubeiensis SY62에서 유래된 효소만이 CAL-B의 입체선택성과 유사함이 확인되었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제47권4호
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• pp.546-554
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• 2019

This study, for the first time, reports the functional expression of lipase B derived from the yeast Candida antarctica (CALB) in Corynebacterium strain using the Escherichia coli plasmid PK18. The CALB gene fragment encoding a 317-amino-acid protein was successfully obtained from the total RNA of C. antarctica. CALB was readily produced in the Corynebacterium strain without the use of induction methods described in previous studies. This demonstrated the extracellular production of CALB in the Corynebacterium strain. CALB produced in the Corynebacterium MB001 strain transformed with pEC-CALB recombinant plasmid exhibited maximum extracellular enzymatic activity and high substrate affinity. The optimal pH and temperature for the hydrolysis of 4-nitrophenyl laurate by CALB were 9.0 and 40℃, respectively. The enzyme was stable at pH 10.7 in the glycine-KOH buffer and functioned as an alkaline lipase. The CALB activity was inhibited in the presence of high concentration of Mg²⁺, which indicated that CALB is not a metalloenzyme. These properties are key for the industrial application of the enzyme.

• KSBB Journal
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• 제23권5호
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• pp.445-448
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• 2008

생명공학분야에서 매우 중요한 효소 중에 하나인 lipase는 여러 산업에 유용하게 사용되고 있다. lipase를 선별하기 위해서는 최적화된 발현 시스템이 필요하다. 많은 발현 시스템중에 E.coli 발현 시스템은 바람직한 특성을 갖는 효소를 스크리닝하거나, 선별된 변이체들의 특성을 확인하는 데에 소요되는 시간과 비용을 단축시켜 줄 것이다. 본 연구에서는 그 중에 BL21와 OrigamiB에서 CalB를 발현하였다. 그 결과 BL21 균주에서 발현된 CalB는 대부분이 불용성의 inclusion body를 형성하고, 전혀 활성을 나타내지 않았다. 이전의 타 연구와 더불어 이 결과에서 E.coli 균주에서 CalB의 기능적 발현이 상당히 어렵다는 것을 알 수 있다. 특히 불용성의 inclusion body형성과 lipase의 세포에 대한 유독성이 원인이 될 수 있다. 그러나 BL21와 비교해보면, OrigamiB에서 발현된 CalB 또한 많은 양의 inclusion body를 형성하지만, lipase의 주요 특성중의 하나인 가수분해 활성이 상당하게 나타나는 것을 알 수 있다. lipase의 구조 형성을 도와주는 변형된 OrigamiB와 저온유도시스템인 pCold 플라스미드를 사용했기 때문이다. 이처럼 균주나 플라스미드의 선택, 유도조건의 변경 등의 여러 연구를 통하여 유용한 효소를 선별할 수 있다.

• KSBB Journal
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• 제23권5호
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• pp.403-407
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• 2008

본 연구에서는 현재 산업적 응용이 활발하게 이루어지고 있고, 여러 장점을 지닌 효소인 Candida antarctica에서 유래된 lipase B (CalB)의 신속한 개질을 위해 취급이 용이한 E. coli를 이용하여 CalB 발현시스템을 구축하였다. E. coli 발현 시스템에서 효소활성을 지니지 못하는 내포체를 생성하는 단점을 지니고 있어, soluble한 형태의 CalB 생성을 위해 저온 발현이 가능한 pCold I vector와 단백질 접힘을 도와주는 chaperone을 사용하여 CalB를 발현하였다. Liu 등(17)은 E. coli Origami2와 B, 그리고 $DH5{\alpha}$를 실험한 결과, Origami 균주에서만 CalB에 의한 halo의 형성이 관찰되었으나, 동 연구에서는 실험한 3종의 균주와 5종의 chaperone plasmid중 Rosettagami와 $DH5{\alpha}$에서 groES/groEL chaperone이 CalB와 동시에 발현되면 soluble한 형태의 Cal B가 발현됨을 관찰할 수 있었다. 또한 신속한 CalB의 발현시스템을 구축하기 위해서는 유전자 조작의 용이성 및 안정성에서 우월한 $DH5{\alpha}$가 Rosettagami에 비해 soluble한 CalB의 발현에 더욱 적합한 균주임이 관찰되었다. 즉 재조합 pCold plasmid와 pGro7 plasmid (groES/groEL)로 형질이 전환된 $DH5{\alpha}$가 CalB 발현시스템에 가장 적합하다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제17권7호
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• pp.1098-1105
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• 2007

Quantum mechanical and molecular dynamics simulation analysis has been performed on the model system for CALB (Candida antarctica lipase B) with esters to study the reaction mechanism and conformational preference of catalytic hydrolysis and the esterification reaction. Using quantum mechanical analysis, the ping-pong bi-bi mechanism was applied and energies and 3-dimensional binding configurations of the whole reaction pathways were calculated. Further molecular dynamics simulation analysis was performed on the basis of the transition state obtained from quantum mechanical study to observe the effect of structures of the substrates. Calculation results using substrates of different chain length and chiral configurations were compared for conformational preference. The calculated results showed very small influence on chain length, whereas chiral conformation showed big differences. Calculated results from molecular modeling studies have been compared qualitatively with the experimental data using racemic mixtures of (${\pm}$)-cis-4-acetamido-cyclopent-2-ene-1-ethyl acetate as substrates.

• KSBB Journal
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• 제24권4호
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• pp.341-346
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• 2009

본 연구에서는 Candida antarctica로부터 genomic DNA을 추출하여 lipase A(CalA) 유전자를 PCR 증폭하였고, 재조합 pColdIII/CalA, $pPICZ{\alpha}A$/CalA, $pPICZ{\alpha}A$/CalA$his{\times}6$을 구축하였다. 재조합 CalA 유전자의 기능적 발현을 위해 최적화된 시스템을 구축하고자 Escherichia coli와 Pichia pastoris 시스템에서 각각 수행하여 비교, 분석하였다. SDS PAGE gel을 통해 CalA의 발현의 여부 및 발현양을 확인하였고, pNPP를 기질로 한 가수분해 반응을 통해 활성을 측정하였다. E. coli 발현 시스템은 형질전환 방법이 간단하고, 미생물의 성장 속도가 빠르다는 장점을 갖지만 CalA의 활성이 0.02 Unit/ml으로 비교적 낮았으며 세포질 (cytoplasm)에서 발현되므로 비목적 단백질과의 분리 및 정제과정이 필요하다. 재조합 $pPICZ{\alpha}A$/CalA을 P. pastoris 시스템에서 발현한 경우 높은 발현양 뿐만 아니라 분비작용으로 인해 고순도 발현이 용이하였고, 활성 또한 약 0.7 Unit/ml으로 가장 높았다. 결론적으로 CalA의 기능적 발현을 위해 P. pastoris 시스템을 구축하는 것이 가장 적합함을 확인하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권9호
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• pp.1579-1585
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• 2016

Sugar esters are valuable compounds composed of various sugars and fatty acids that can be used as antibacterial agents and emulsifiers in toothpaste and canned foods. For example, fructose fatty acid esters suppress growth of Streptococcus mutans, a typical pathogenic bacterium causing dental caries. In this study, fructose laurate ester was chosen as a target material and was synthesized by a transesterification reaction using Candida antarctica lipase B. We performed a solvent screening experiment and found that a t-butanol/dimethyl sulfoxide mixture was the best solvent to dissolve fructose and methyl laurate. Fructose laurate was synthesized by transesterification of fructose (100 mM) with methyl laurate (30 mM) in t-butanol containing 20% dimethyl sulfoxide. The conversion yield was about 90%, which was calculated based on the quantity of methyl laurate using high-performance liquid chromatography. Fructose monolaurate (M_r 361) was detected in the reaction mixture by high-resolution mass spectrometry. The inhibitory effect of fructose laurate on growth of oral or food spoilage microorganisms, including S. mutans, Bacillus coagulans, and Geobacillus stearothermophilus, was evaluated.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제17권8호
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• pp.1308-1315
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• 2007

Lipase B from Candida antarctica (CalB) displayed on the cell surface of H. polymorpha has been functionally improved for catalytic activity by molecular evolution. CalB was displayed on the cell surface by fusing to a cell-wall anchor motif (CwpF). A library of CalB mutants was constructed by in vivo recombination in H. polymorpha. Several mutants with increased whole-cell CalB activity were acquired from screening seven thousand transformants. The two independent mutants CalB 10 and CalB 14 showed an approximately 5 times greater whole-cell activity than the wild-type. When these mutants were made as a soluble form, CalB 10 showed 6 times greater activity and CalB 14 showed an 11 times greater activity compared with the wild-type. Sequence analyses of mutant CALB genes revealed amino acid substitutions of $Leu^{278}Pro$ in CalB10 and $Leu^{278}Pro/Leu^{219}Gln$ in CalB14. The substituted $Pro^{278}$ in both mutants was located near the proline site of the ${\alpha}$10 helix. This mutation was assumed to induce a conformational change in the ${\alpha}$10 helix and increased the $k_{cat}$ value of mutant CalB approximately 6 times. Site-directed mutagenized CalB, LQ ($Leu^{219}Gln$) was secreted into the culture supernatant at an amount of approximately 3 times more without an increase in the CalB transcript level, compared with the wild-type.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권12호
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• pp.1596-1602
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• 2009

A lipase-catalyzed esterification reaction of (S)-naproxen ethyl ester by CALB (Candida antarctica lipase B) enzyme was performed in supercritical carbon dioxide. Experiments were performed in a high-pressure cell for 10 h at a stirring rate of 150 rpm over a temperature range of 313.15 to 333.15 K and a pressure range of 50 to 175 bar. The productivity of (S)-naproxen ethyl ester was compared with the result in ambient condition. The total reaction time and conversion yields of the catalyzed reaction in supercritical carbon dioxide were compared with those at ambient temperature and pressure. The experimental results show that the conversion and reaction rate were significantly improved at critical condition. The maximum conversion yield was 9.9% (216 h) at ambient condition and 68.9% (3 h) in supercritical state. The effects of varying amounts of enzyme and water were also examined and the optimum condition was found (7 g of enzyme and 2% water content).

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2005년도 제17회 워크샵 및 추계학술대회
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• pp.267-275
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• 2005

차세대 재생산성 에너지로 각광을 받고 있는 바이오디젤은 현재 주로 알칼리촉매를 이용하는 화학공정으로 생산하고 있으나 고에너지 요구성이며 대규모 생산시 폐수발생 등 환경오염 유발요인이 있기 때문에 친환경 생물공정의 필요성이 대두되고 있다. 생물촉매 리파제(lipase)를 이용하는 친환경 생물공정은 화학공정에 비해 다양한 장점을 제공하고 있으나 고가의 효소생산 비용문제로 실용화에 어려움이 있다. 따라서 본 연구에서는 저비용의 생물학적 바이오디젤 생산 시스템 구축을 위해 고활성의 효소 개발, 경제적 재조합 대량생산, 반복 재사용을 위한 효소고정화 등을 통해 고효율의 생산반응계를 개발하였다. 우선 바이오디젤 생산공정에 적합한 리파제로서 CalB(Lipase B of Candida antarctica)를 선택하고 분자 진화기술을 이용하여 효소활성을 17배 향상시킨 CalB14를 개발하였다. CalB14를 효모 발현시스템을 이용하여 경제적 대량생산하기 위해 단백질분비를 획기적으로 개선할 수 있는 맞춤형 분비융합합인자기술(TFP technology)을 이용하여 재조합 CalB를 2 grams/liter 수준으로 분비생산하였다. 생산된 효소를 반복 재사용이 가능하도록 다양한 레진에 고정화하였고 최적의 바이오디젤 전환반응용 고정화효소를 개발하였다. 고정화효소를 효율적으로 재사용하기 위해 바이오디젤 생산용 고정상반응기(packed-bed reactor)를 제작하였으며 기질을 12시간내에 95% 이상 바이오디젤로 수십회 이상 반복전환할 수 있는 경제적인 생물학적 바이오디젤 전환 시스템을 구축하였다.