• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제33권4호
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• pp.552-558
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• 2023

Levulinic acid (LA) is a valuable chemical used in fuel additives, fragrances, and polymers. In this study, we proposed possible biosynthetic pathways for LA production from lignin and poly(ethylene terephthalate). We also created a genetically encoded biosensor responsive to LA, which can be used for screening and evolving the LA biosynthesis pathway genes, by employing an LvaR transcriptional regulator of Pseudomonas putida KT2440 to express a fluorescent reporter gene. The LvaR regulator senses LA as a cognate ligand. The LA biosensor was first examined in an Escherichia coli strain and was found to be non-functional. When the host of the LA biosensor was switched from E. coli to P. putida KT2440, the LA biosensor showed a linear correlation between fluorescence intensity and LA concentration in the range of 0.156-10 mM LA. In addition, we determined that 0.156 mM LA was the limit of LA detection in P. putida KT2440 harboring an LA-responsive biosensor. The maximal fluorescence increase was 12.3-fold in the presence of 10 mM LA compared to that in the absence of LA. The individual cell responses to LA concentrations reflected the population-averaged responses, which enabled high-throughput screening of enzymes and metabolic pathways involved in LA biosynthesis and sustainable production of LA in engineered microbes.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권2호
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• pp.1200-1206
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• 2015

신약 개발의 주요 표적이 되는 G-protein coupled receptor (GPCR)은 대부분의 생리적 활동에 관여하며 다양한 질병과 질환들에 관련되어 있다. GPCR을 타겟으로 하는 의약개발 연구에서 필수적인 실험방법으로 많이 활용되고 있는 세포기반 스크리닝 기술들은 사용되는 세포의 상태에 따라 데이터의 질이 좌우되는데 최근, 실험에 사용할 세포를 매번 배양하면서 소모되는 비용과 데이터의 변동을 줄이기 위해 냉동보관 세포를 적용하는 추세이다. 이에 본 연구에서는 단일 세포를 많은 양으로 배양하고 냉동 보관한 다음 사용되는 세포의 반응을 최적화하기 위하여 칼슘 검출을 위한 광 단백질이 포함된 세포주에 calcium sensing receptor와 urotensin II receptor가 안정적으로 발현되는 안정화 세포를 제작하고 $-80^{\circ}C$에서 보관한 다음 7 일 간격으로 실험했을 때 효능제와 길항제 반응을 비교하였다. 실험결과 보관기간이 증가함에 따라 세포 신호 값이 감소하였지만 $EC_{50}$와 $IC_{50}$ 값의 변화는 나타나지 않았다($EC_{50}:3.46{\pm}1.36mM$, $IC_{50}:0.49{\pm}0.15{\mu}M$). 그러나 액체질소에서 보관한 세포의 경우에서는 비냉동 세포와 비교하여 세포 신호 값이 감소했지만 보존기간에 따른 변화가 나타나지 않았으며 기간에 따른 $IC_{50}:0.49{\pm}0.15{\mu}M$와 $IC_{50}$의 변화도 없었다. 보관기간이 경과 될수록 세포의 신호 값이 감소하는 것은 세포 손상도 증가가 원인인 것으로 판단되며, 이러한 결과들로부터 장기간 냉동 보관을 위해서는 액체질소를 이용하는 것이 가장 효과적이고 한 달 이내 단기간 사용의 목적으로는 $-80^{\circ}C$ 보관조건도 가능할 것으로 판단된다. 이와 같이 냉동세포의 적극적인 활용을 통하여 초기 스크리닝 과정에서 나타나는 실험 유동성을 감소시킬 수 있을 것으로 예상된다.

• Parasites, Hosts and Diseases
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• 제54권3호
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• pp.253-259
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• 2016

In the era of (pre) elimination setting, the prevalence of malaria has been decreasing in most of the previously endemic areas. Therefore, effective cost- and time-saving validated pooling strategy is needed for detection of malaria in low transmission settings. In this study, optimal pooling numbers and lowest detection limit were assessed using known density samples prepared systematically, followed by genomic DNA extraction and nested PCR. Pooling strategy that composed of 10 samples in 1 pool, $20{\mu}l$ in 1 sample, was optimal, and the parasite density as low as $2p/{\mu}l$ for both falciparum and vivax infection was enough for detection of malaria. This pooling method showed effectiveness for handling of a huge number of samples in low transmission settings (<9% positive rate). The results indicated that pooling of the blood samples before DNA extraction followed by usual nested PCR is useful and effective for detection of malaria in screening of hidden cases in low-transmission settings.

• 한국발생생물학회지:발생과생식
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• 제8권1호
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• pp.1-9
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• 2004

프로테오믹스(proteomics, 단백질체학이라고도 함)의 잠재적 중요성은 간질환, 심장질환, 몇몇 종류의 암 등의 의학, 생식 독성, 발생 독성, 생체 독성 연구 분야에서도 명백하게 제시되었다. 그러나 단백질을 대상으로 연구하여 유전자 기능을 연구하는 프로테오믹스 연구를 각각의 분야에 접목시키려는 노력은 아직까지 빈약하다. 프로테오믹스는 기능을 갖는 단백질들의 발현을 종합적이고 정량적으로 측정하는 가장 직접적인 수단이고, 질병, 약물투여, 쇼크, 내분비계 장애물질 등 생물학적인 동요(perturbation)에 의하여 변하는 단백질들의 발현 양상 변화를 정확하게 관찰할 수 있게 한다. 그리고 생체내 유전자 발현의 궁극적인 양상을 규명할 수 있으며, 또한 유전자, 단백질 및 질병간의 연결고리를 제공한다. 기존의 biomarker는 다른 질병 표지자와 연관성이 높아 직접적인 biomaker와 정확한 연관을 판정하기 어렵다. 따라서 대량 발굴 탐색(high-throughput screening)이 가능한 2차원 전기 영동 분석과 MALDI-TOF또는 protein chip array와 SELDI-TOF에 의한 단백질 분자 구조 분석 기술 및 이들을 지원하는 생물정보학(bioinformatics)의 발전을 이용하여, 생식학 연구에 이용할 수 있는 표적 단백질 발굴 및 정성 정량적 연구에 적절한 이용이 가능할 것이다. 이러한 연구는 생식과정 중 배아 발생 및 조직 기관 발생 중 유전자 발현의 변화, 내분비계 장애물질 등 호르몬 및 독성 물질의 작용 기전, ecotoxicogenomics지표 marker의 변동 분석, 중간대사물질체학(metabolomics)에의 이용 등등의 연구에 필수적인 방법으로 발전할 것이다.

• 한국응용곤충학회지
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• 제45권1호
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• pp.31-36
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• 2006

퇴행성 뇌질환은 뇌에 존재하는 면역세포인 소교세포의 염증반응이 발병 요인 중의 하나로 알려져 있다. 이에 본 연구는 초고속자동화시스템(high throughput screening: HTS)을 이용하여 약용곤충추출물로부터 항산화와 항염증 기능이 있다고 알려진 무당벌레 추출물로부터 염증발생인자인 nitric oxide의 생성에 어떠한 영향을 주는지 다음과 같은 결과를 얻었다. 소교세포인 BV-2세포에 대한 무당벌레 추출물의 세포독성은 물과 메탄올, DMSO 추출물에서는 100 ng/ml 까지는 거의 없었으나 에탄올 추출물은 1 ng/ml에서도 세포독성이 있었다. 물과 메탄을 추출물(50 ng/ml)은 LPS로 활성화된 BV-2세포에서 $TNF-{\alpha}$와 $IL-1{\beta}$의 발생을 35-60% 가량 억제 하였다. LPS로 유도된 NO의 생성은 물과 메탄올 추출물을 처리했을 때 각각 55%, 76% 억제되었다. 또한, MeOH 추출물을 처리했을 경우 LPS에 의한 iNOS 발현 정도를 단백질 수준과 mRNA 수준에서 현저하게 억제시킴을 확인하였다.

• Journal of Acupuncture Research
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• 제19권6호
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• pp.111-124
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• 2002

A line of study reported that electroacupuncture(EA) modulate natural killer cell(NK Cell) activities. One report suggested that EA enhanced splenic interferon-gamma($IFN-{\gamma}$), interleukin-2(IL-2), and NK cell activity in Sprague-Dawley rats. Another study suggested that $IFN-{\gamma}$ mediates the up-regulation of NK cell activity, and endogenous ${\beta}$-endorphin secretion also play a role in the up-regulation of NK cell activity induced by EA stimulation. In order to better understand the molecular regulation underlying the activation of NK cell induced by EA, we have utilized cDNA microarray to elucidate how EA alters program of gene expression of spleen in rats. First, we divided three groups, group I was EA group treated with EA in restriction holder, group II was sham group with only holder stress, and last group III was control group with no treatment. We measured NK cell activity after EA stimulation three times for 2 days using $^{51}Cr$ release assay. Second, Biotin-labeled cDNA probes synthesized from EA group and sham group, were competitively hybridized to the microarray that contained variable genes. Such high-throughput screening has identified a number of EA-responsive gene candidates. Of these, we found that EA induced a subset of genes of genes that functionally could modulatory effects on NK cell activity. Genes(vascular cell adhesion molecule-1, protein-tyrosine kinase, CD94 mRNA) related to boost NK cell activity, were increased by EA And, genes(protein-tyrosine-phospatase mRNA, protein-tyrosine phosphatase(SHP-1) mRNA) related to inhibit NK cell activity, were decreased by EA. These EA-responsive genes may provide key insights from which to understand mechanisms of activation of NK cell induced by EA.

• 환경생물
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• 제34권2호
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• pp.107-115
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• 2016

전 세계적으로 원자력 발전소는 442기가 가동 중이며, 62기가 충원될 예정이다. 원자력 발전소의 증가에 따라 방사성 폐기물 유출에 대한 위험성도 증가하였다. 이러한 이유 때문에, 방사성 폐기물의 처리는 인간, 동물, 식물을 포함하는 자연 생태계를 보전하는 관점에서 중요하다. 또한, 방사성 폐기물 유출은 그 지역뿐만 아니라 전 세계적으로 심각한 문제를 야기한다. 본 연구는 입체 배양세포에 방사성 핵종원소(세슘, 스트론튬, 코발트)를 처리하였고 이에 대한 영향력을 확인하였다. 입체 배양 구조체는 아가로오스 하이드로겔을 이용하여 제작했으며 암세포 및 정상세포 (HeLa, HepG2, COS-7)를 사용하여 입체 배양을 실시 하였다. 입체 형태로 세포를 배양한 후 세슘, 스트론튬, 코발트 농도 변화에 따라 세포 생존능력을 분석하였다. 이때 입체 배양세포에서 생존능력이 단층 배양세포 보다 최대 42% 우수한 것을 확인하였다. 입체 배양구조체는 세포가 형태 및 생리학적으로 in vivo환경인 조직과 비슷하게 배양을 가능하게 하였다. 따라서, 입체 배양구조체는 기존의 단층 배양 한계점인 in vivo 환경에 적용시킬 수 없다는 한계를 극복하였다. 본 입체 배양 기술이 중금속 독성평가 및 단시간 내에 다수의 물질 분석을 수행하는 고속 대량 스크리닝 기술에 활용될 것으로 기대한다.

• Biomolecules & Therapeutics
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• 제23권5호
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• pp.486-492
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• 2015

Drug metabolism mostly occurs in the liver. Cytochrome P450 (CYP) is a drug-metabolizing enzyme that is responsible for many important drug metabolism reactions. Recently, the US FDA and EU EMA have suggested that CYP enzyme induction can be measured by both enzymatic activity and mRNA expression. However, these experiments are time-consuming and their interassay variability can lead to misinterpretations of the results. To resolve these problems and establish a more powerful method to measure CYP induction, we determined CYP induction by using luminescent assay. Luminescent CYP assays link CYP enzyme activity to firefly luciferase luminescence technology. In this study, we measured the induction of CYP isozymes (1A2, 2B6, 2C9, and 3A4) in cryopreserved human hepatocytes (HMC424, 478, and 493) using a luminometer. We then examined the potential induction abilities (unknown so far) of mesalazine, a drug for colitis, and mosapride citrate, which is used as an antispasmodic drug. The results showed that mesalazine promotes CYP2B6 and 3A4 activities, while mosapride citrate promotes CYP1A2, 2B6, and 3A4 activities. Luminescent CYP assays offer rapid and safe advantages over LC-MS/MS and qRT-PCR methods. Furthermore, luminescent CYP assays decrease the interference between the optical properties of the test compound and the CYP substrates. Therefore, luminescent CYP assays are less labor intensive, rapid, and can be used as robust tools for high-throughput CYP screening during early drug discovery.

• 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.

• 원예과학기술지
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• 제32권1호
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• pp.105-114
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• 2014

본 연구에서는 UV-VIS spectrophotometer를 이용한 total carotenoids, flavonoids, phenolics 함량 데이터와 FT-IR 스펙트럼 데이터를 다변량통계분석법을 통하여 기능성 성분 함량이 높은 아프리칸 얌 고속 선발 시스템을 구축하였다. 62개 아프리칸 얌의 total carotenoids 함량은 $0.01-0.91{\mu}g{\cdot}g^{-1}$ dry wt 나타냈다. Total flavonoids와 phenolics 함량은 $12.9-229.0{\mu}g{\cdot}g^{-1}$ dry wt와 $0.29-5.2mg{\cdot}g^{-1}$ dry wt로 각각 나타났다. 아프리칸 얌은 FT-IR 스펙트럼상의 1700-1500, 1500-1300, $1,100-950cm^{-1}$, 부위에서 중요한 스펙트럼 변화가 나타났다. 이 부위는 각각 amide I과 II을 포함하는 아미노산 및 단백질계열의 화합물, phosphodiester group을 포함한 핵산 및 인지질 그리고 단당류나 복합 다당류를 포함하는 carbohydrates 계열의 화합물들의 질적, 양적 정보를 반영하는 부위이다. PCA 분석과 PLS-DA 분석에서 62개 아프리칸 얌은 유연성이 높은 종으로 3개의 그룹을 형성하였다. 아프리칸 얌의 FT-IR 스펙트럼 데이터와 UV-VIS spectrophotometer을 이용한 total carotenoids, flavonoids, phenolics 함량 데이터 간에 PLS regression 분석하였다. Total carotenoids, flavonoids, phenolics 함량 성분의 실측 값과 예측 값간에 상관계수($R^2$)가 각각 0.83, 0.86, 0.72로 나타났다. 이 결과, 아프리칸 얌으로부터 FT-IR 스펙트럼을 이용한 total carotenoids, flavonoids, phenolics 함량 예측이 가능하였다. 본 연구에서 확립된 대사체 수준에서 아프리칸 얌의 유용 기능성 성분 함량 예측 모델링을 통해 품종, 계통의 신속한 선발 수단으로 활용이 가능할 것으로 예상된다.