• 한국미생물·생명공학회지
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• 제34권1호
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• pp.58-62
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• 2006

티로신 및 방향족 아미노산 유도체의 생물학적 합성에 이용되는 유용 효소인 tyrosine phenol-lyase(TPL) 활성을 평판배지에서 정량적으로 감지할 수 있는 기술을 개발하였다. 불투명 평판배지(turbid plate)의 제조과정은 먼저, 2 N염산과 DMSO로 조성된 공용매에 난용성 티로신을 400 mM 농도로 녹여서 배지에 가하고, 온도를 조절하여 니들형 티로신을 형성하도록 결정화를 유도하는 것이었다. 니들형 티로신은 일반적인 컬럼형에 비하여 약 $5{\sim}6$배 낮은 농도인 3.6g/L에서도 불투명 평판배지를 제조할 수 있었으며, 효소활성에 의하여 쉽게 분해되고, TPL활성의 고감도 고속탐색기술 개발에 적합하였다. 이 불투명 평판배지에 변이유발PCR법으로 제조한 TPL 라이브러리를 도말하고, 단일 콜로니 주변에서 형성되는 투명환의 크기와 실측한 TPL활성을 비교한 결과 직접적인 비례관계가 있음을 확인하였다. 따라서 난용성 물질의 미세입자를 평판배지에서 직접 발생시킨 후, 효소활성에 의한 투명환의 형성을 정량 관찰하는 본 연구의 방법은 신규 고활성 TPL의 분리 및 방향성 분자진화 등을 위한 고속탐색기술에 유용하게 사용될 수 있다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제15권5호
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• pp.1022-1027
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• 2005

Based on plasmid display technology by the complexes of fusion protein and the encoding plasmid DNA, an in vitro selection method for high affinity DNA-binding protein was developed and experimentally demonstrated. The GAL4 DNA-binding domain (GAL4 DBD) was selected as a model DNA-binding protein, and enhanced green fluorescent protein (EGFP) was used as an expression reporter for the selection of target proteins. Error prone PCR was conducted to construct a mutant library of the model. Based on the affinity decrease with increased salt concentration, mutants of GAL4 DBD having high affinity were selected from the mutant protein library of protein-encoding plasmid complex by this method. Two mutants of (Lys33Glu, Arg123Lys, Ile127Lys) and (Ser47Pro, Ser85Pro) having high affinity were obtained from the first generation mutants. This method can be used for rapid in vitro selection of high affinity DNA-binding proteins, and has high potential for the screening of high affinity DNA-binding proteins in a sequence-specific manner.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제20권12호
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• pp.1696-1701
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• 2010

The ${\alpha}$-amylases activity was improved by random mutagenesis and screening. A region comprising residues from the position 34-281 was randomly mutated in B. licheniformis ${\alpha}$-amylase (AmyL), and the library with mutations ranging from low, medium, and high frequencies was generated. The library was screened using an effective liquid-phase screening method to isolate mutants with an altered pH profile. The sequencing of improved variants indicated 2-5 amino acid changes. Among them, mutant TP8H5 showed an altered pH profile as compared with that of wild type. The sequencing of variant TP8H5 indicated 2 amino acid changes, Ile157Ser and Trp193Arg, which were located in the solvent accessible flexible loop region in domain B.

• BMB Reports
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• 제52권9호
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• pp.540-547
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• 2019

Immune repertoire is a collection of enormously diverse adaptive immune cells within an individual. As the repertoire shapes and represents immunological conditions, identification of clones and characterization of diversity are critical for understanding how to protect ourselves against various illness such as infectious diseases and cancers. Over the past several years, fast growing technologies for high throughput sequencing have facilitated rapid advancement of repertoire research, enabling us to observe the diversity of repertoire at an unprecedented level. Here, we focus on B cell receptor (BCR) repertoire and review approaches to B cell isolation and sequencing library construction. These experiments should be carefully designed according to BCR regions to be interrogated, such as heavy chain full length, complementarity determining regions, and isotypes. We also highlight preprocessing steps to remove sequencing and PCR errors with unique molecular index and bioinformatics techniques. Due to the nature of massive sequence variation in BCR, caution is warranted when interpreting repertoire diversity from error-prone sequencing data. Furthermore, we provide a summary of statistical frameworks and bioinformatics tools for clonal evolution and diversity. Finally, we discuss limitations of current BCR-seq technologies and future perspectives on advances in repertoire sequencing.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제32권11호
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• pp.1471-1478
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• 2022

2'-Fucosyllactose (2'-FL), the most abundant fucosylated oligosaccharide in human milk, has multiple beneficial effects on human health. However, its biosynthesis by metabolically engineered Escherichia coli is often hampered owing to the insolubility and instability of α-1,2-fucosyltransferase (the rate-limiting enzyme). In this study, we aimed to enhance 2'-FL production by increasing the expression of soluble α-1,2-fucosyltransferase from Helicobacter pylori (FucT2). Because structural information regarding FucT2 has not been unveiled, we decided to improve the expression of soluble FucT2 in E. coli via directed evolution using a protein solubility biosensor that links protein solubility to antimicrobial resistance. For such a system to be viable, the activity of kanamycin resistance protein (Kan^R) should be dependent on FucT2 solubility. Kan^R was fused to the C-terminus of mutant libraries of FucT2, which were generated using a combination of error-prone PCR and DNA shuffling. Notably, one round of the directed evolution process, which consisted of mutant library generation and selection based on kanamycin resistance, resulted in a significant increase in the expression level of soluble FucT2. As a result, a batch fermentation with the ΔL M15 pBCGW strain, expressing the FucT2 mutant (F#1-5) isolated from the first round of the directed evolution process, resulted in the production of 0.31 g/l 2'-FL with a yield of 0.22 g 2'-FL/g lactose, showing 1.72- and 1.51-fold increase in the titer and yield, respectively, compared to those of the control strain. The simple and powerful method developed in this study could be applied to enhance the solubility of other unstable enzymes.

• KSBB Journal
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• 제22권1호
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• pp.16-21
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• 2007

Cellobiohyolase (CBH) I 유전자의 확보는 CBH I 유전자 cellulase 생산 균주인 Trichoderma reesei를 배양, 수거하고 액체 질소를 이용하여 세포를 파쇄 후 RT-PCR kit를 이용하여 CBH I gene을 합성하였다. 그 후 발현벡터인 pYGAL에 cloning하였다. CBH I 유전자 앞부분에는 CBH I 단백질이 cell 외부로 분비할 수 있도록 하는 ppL이 포함되었다. CBH I 단백질 발현은 Protein gel 결과를 통하여 발현을 확인하였다. Cellulase 활성을 증대시키기 위한 분자진화 방법 개발은 error prone PCR과 DNA shuffling을 수행하였다. 얻은 CBH I 유전자를 발현 벡터에 삽입하고 효모에 transformation하여 이것을 다시 screening하였다. 1차 screening 후 confirm test하기 위해 DNS (Dinitrosalicylic Acid) 환원당 측정법을 이용하였으며, 이 결과 121-D8, 228-G2, 389-E3, 412-B4, 456-D2의 cellulase 변이체를 획득할 수 있으며, 456-D2의 경우 original CBH I과 비교하여 약 510%의 활성이 증가된 것을 확인할 수 있었다. 분자 진화 된 cellulase sequence 분석결과 CBH I wild type과 비교하였을 때 121-D8의 경우 변경된 9개의 염기 중 아미노산의 변화에 영향을 준 염기는 6개, 228-G2의 경우 변경된 7개의 바뀐 염기 중 아미노산의 변화에 영향을 준 염기는 4개, 389-E3의 경우 변경된 13개의 바뀐 염기 중 아미노산의 변화에 영향을 준 염기는 9개, 412-B4의 경우 변경된 9개의 바뀐 염기 중 아미노산의 변화에 영향을 준 염기는 6개, 456-D2의 경우 변경된 10개의 바뀐 염기 중 아미노산의 변화에 영향을 준 염기는 7개이었다. Cellulase 생산 공정 최적화는 5 L 발효기를 이용하여 고농도 배양을 실험한 결과 최종 O.D. 120까지 진행할 수 있었으며, 약 1.2 g/L의 cellulase를 얻을 수 있었다. Cellulase 생산 공정 scale-up 5 L 규모에서 확립된 최적 fed-batch 발효 공정을 300 L로 scale-up하여 실험하였다. 최종 O.D.는 약 280 정도이며 cellulase의 발현양은 약 3.2 g/L 수준임을 확인하였다. Cellulase 정제 공정 최적화 결과 80%의 수율과 95%의 순도를 확보하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제39권1호
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• pp.93-96
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• 2011

대장균의 16S rRNA 염기 중 진화적으로 매우 보존되어 있는 B2c 인터브리지의 구성요소 중 하나인 C770염기에 치환을 일으키면 단백질 합성이 저하되는 것으로 알려져 있다. 이 연구에서는 770 위치에 C에서 G로 염기치환(C770G)된 16S rRNA의 기능을 회복시키는 이차복귀돌연변이(secondsite revertant)를 얻기 위해 16S rRNA를 암호화하는 DNA 부분에 무작위로 염기치환을 유발시켜, 재조합 리보솜이 번역하는 CAT mRNA로부터의 단백질 합성능력이 향상된 클론을 선별하였다. 이 실험으로 C770G 염기치환을 가진 변이체 리보솜의 단백질 합성능력을 일부 회복시키는 하나의 이차복귀돌연변이체를 획득하였으며, DNA 염기분석을 통하여 C569G와 U904C 염기치환을 가진 것을 확인하였다. 이러한 연구결과를 이용하여 770 염기가 단백질 합성 과정에서 16S rRNA의 어떤 다른 부분과 결합을 하는지, 또한 그러한 결합으로 이루어지는 구조가 가지게 되는 기능은 무엇인지 등에 대한 리보솜의 구체적인 단백질 합성기작 연구에 도움이 될 것으로 기대한다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제44권4호
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• pp.504-511
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• 2016

락툴로오스는 기존에 화학적인 이성화법을 통해 생산해왔던 기능성 당으로서 프로바이오틱스나 장내균총 개선을 위한 의약품으로 활용되어 왔다. 최근 락툴로오스 화학전환법의 단점인 촉매제거와 부산물제거 에너지손실등의 문제를 해결할 수 있는 생물촉매를 이용한 락툴로오스 전환법이 대두되었다. 본연구에서는 유당의 낮은 용해도와 락툴로오스의 효율적전환을 위해 최적의 효소를 선별하여 무작위 돌연변이법으로 유전자를 개량하여 열내성이 $75^{\circ}C$까지 증진되고 활성이 1.3배 향상된 효소를 선별하였다. 이 효소를 정제하여 사용하는 대신 본 연구에서는 과량 발현시킨 대장균을 Ca-alginate로 고정화하여 $70^{\circ}C$에서 200 g/l의 유당과 회분식으로 반응시켜 43%의 전환 수율을 확인하였다. 반복회분식 실험에서 고정화된 담체는 비교적 안정적이었으며 4회 반복반응 후에도 80% 이상의 활성을 유지하고 있었다. 산업적인 방법을 개발하기 위해 고정화 담체를 이용한 반응기의 운전 최적화와 담체의 안정화를 증진시키는 추가적인 연구가 필요하지만, 본 연구에서는 열내성 특성을 이용하여 정제된 효소가 아닌 효소를 발현하는 세포자체를 고정화 시킴으로써 경제성있는 생산에 대한 방법론을 제시하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제17권5호
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• pp.721-727
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• 2007

Stability-enhanced mutants, H44, 11-94, 5A2-84, and F8, of L-threonine aldolase(L-TA) from Streptomyces coelicolor A3(2)(SCO1085) were isolated by an error-prone PCR followed by a high-throughput screening. Each of these mutant, had a single amino acid substitution: H177Y in the H44 mutant, A169T in the 11-94 mutant, D104N in the 5A2-84 mutant and F18I in the F8 mutant. The residual L-TA activity of the wild-type L-TA after a heat treatment for 20 min at $60^{\circ}C$ was only 10.6%. However, those in the stability-enhanced mutants were 85.7% for the H44 mutant, 58.6% for the F8 mutant, 62.1% for the 5A2-84 mutant, and 67.6% for the 11-94 mutant. Although the half-life of the wild-type L-TA at $63^{\circ}C$ was 1.3 min, those of the mutant L-TAs were longer: 14.6 min for the H44 mutant, 3.7 min for the 11-94 mutant, 5.8 min for the 5A2-84 mutant, and 5.0 min for the F8 mutant. The specific activity did not change in most of the mutants, but it was decreased by 45% in the case of mutant F8. When the aldol condensation of glycine and 3,4-dihydroxybenzaldehyde was studied by using whole cells of Escherichia coli containing the wild-type L-TA gene, L-threo-3,4-dihydroxyphenylserine(L-threo-DOPS) was successfully synthesized with a yield of 2.0 mg/ml after 20 repeated batch reactions for 100 h. However, the L-threo-DOPS synthesizing activity of the enzyme decreased with increased cycles of the batch reactions. Compared with the wild-type L-TA, H44 L-TA kept its L-threo-DOPS synthesizing activity almost constant during the 20 repeated batch reactions for 100 h, yielding 4.0 mg/ml of L-threo-DOPS. This result showed that H44 L-TA is more effective than the wild-type L-TA for the mass production of L-threo-DOPS.