상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 단맛이 종래의 천연형의 브라제인보다 우수한 새로운 브라제인 변이체를 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 브라제인 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 발현벡터, 상기 벡터로 형질전환된 대장균 및 상기 대장균을 이용한 브라제인 변이체의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 브라제인 변이체를 유효성분으로 포함하는 당도 증진용 식품 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 당도가 종래의 천연형에 비해 우수한 새로운 브라제인 변이체를 제공하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 브라제인 변이체는 브라제인 부타입의 31번째 아미노산인 알라닌(alanine)이 각각 아르기닌(arginine), 아스파탐산(aspartic acid) 및 글루탐산(glutamic acid)로 치환된 것으로 바람직하게는 서열번호 60, 서열번호 62 또는 서열번호 64의 아미노산 서열을 가질 수 있다.
한편, 본 발명은 상기 브라제인 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다. 상기 폴리뉴클레오티드는 서열번호 60, 서열번호 62 또는 서열번호 64의 아미노산 서열을 암호화하는 폴리뉴클레오티드일 수 있으며, 바람직하게는 서열번호 60의 아미노산 서열에 대해서는 서열번호 80의 염기서열, 서열번호 62의 아미노산 서열에 대해서는 서열번호 81의 염기서열, 서열번호 64의 아미노산 서열에 대해서는 서열번호 82의 염기서열을 가질 수 있다.
아울러, 본 발명은 프로모터 및 이와 작동가능하게 연결된 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 브라제인 변이체 발현용 재조합 발현벡터를 제공한다.
상기 ‘프로모터’란 특정한 숙주 세포에서 작동 가능하게 연결된 핵산 서열의 발현을 조절하는 DNA 서열을 의미하며, ‘작동 가능하게 연결된다(operably linked)’는 것은 하나의 핵산 단편이 다른 핵산 단편과 결합되어 그의 기능 또는 발현이 다른 핵산 단편에 의해 영향을 받는 것을 말한다. 아울러, 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 추가로 포함할 수 있다. 상기 프로모터로는 모든 시간대에 상시적으로 목적 유전자의 발현을 유도하는 프로모터(constitutive promoter) 또는 특정한 위치, 시기에 목적 유전자의 발현을 유도하는 프로모터(inducible promoter)를 사용할 수 있으며, 그 예로는 대장균 pelB 프로모터, U6 프로모터, CMV(cytomegalovirus) 프로모터, SV40 프로모터, CAG 프로모터(Hitoshi Niwa et al., Gene, 108:193-199, 1991; Monahan et al., Gene Therapy , 7:24-30, 2000), CaMV 35S 프로모터(Odell et al., Nature 313:810-812, 1985), Rsyn7 프로모터(미국특허출원 제08/991,601호), 라이스 액틴(rice actin) 프로모터(McElroy et al., Plant Cell 2:163-171, 1990), 유비퀴틴 프로모터(Christensen et al., Plant Mol . Biol . 12:619-632, 1989), ALS 프로모터(미국 특허출원 제08/409,297) 등이 있다. 이외에도 미국특허 제5,608,149; 제5,608,144호 제5,604,121호 제5,569,597호, 제5,466,785호, 제5,399,680호 제5,268,463호 및 제5,608,142호 등에 개시된 프로모터들을 모두 사용할 수 있다. 바람직하게는 상기 프로모터는 대장균 pelB 프로모터를 사용할 수 있다.
대장균 pelB 신호서열은 대장균의 세포막 간극 신호서열의 일종으로(Rietsch et al., Proc . Natl . Acad . Sci. USA , 93: 130408-13053, 1996, Raina et al., Ann . Rev . Microbiol . 51: 179-202, 1997, Sone et al., J. Biol . Chem . 272: 10349-10352, 1997), 본 발명의 브라제인이 합성되면 대장균의 세포막 간극으로 이동시켜 정확한 이황화 결합을 유도하게 하고, 브라제인 단백질의 불용성 응집체 형성을 억제하며, 불필요한 대장균 유래의 단백질을 최소로 하여 정제과정을 용이하게 할 수 있다. 본 발명의 대장균 pelB 신호서열은 바람직하게는 서열번호 79의 염기서열을 가지며, 본 발명의 브라제인 변이체의 뉴클레오티드 서열의 5‘ 상단에 단백질로의 번역시 동일한 프레임을 가지도록 연결된다.
본 발명에서 “재조합 발현벡터”란 숙주세포에서 목적 단백질 또는 목적 RNA을 발현할 수 있는 벡터로서, 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 제작물을 말한다.
본 발명의 벡터는 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터, 박테리오파아지 벡터 및 바이러스 벡터 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다. 적합한 발현벡터는 프로모터, 오퍼레이터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널 및 인핸서(촉진유전자) 같은 발현 조절 서열 외에도 막 표적화 또는 분비를 위한 시그널 서열 또는 리더 서열을 포함하며 목적에 따라 다양하게 제조될 수 있다. 또한 발현벡터는 벡터를 함유하는 숙주 세포를 선택하기 위한 선택 마커를 포함하고, 복제 가능한 발현벡터인 경우 복제 기원을 포함한다.
상기에서 본 발명의 재조합 발현벡터는 바람직하게는 pET26B(+)- Brazzein(A31R), pET26B(+)-Brazzein(A31D) 또는 pET26B(+)-Brazzein(A31E)일 수 있으며, 이는 각각 pET26B(+)-Brazzein(Met-)를 주형(template)으로 하여 pET26B(+)-Brazzein(A31R)의 경우는 서열번호 2 및 서열번호 3, pET26B(+)-Brazzein(A31D)의 경우는 서열번호 6 및 서열번호 7, pET26B(+)-Brazzein(A31E)의 경우는 서열번호 10 및 서열번호 11를 이용한 위치-지정 돌연변이유도(site-directed mutagenesis)법에 의하여 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 재조합 발현벡터를 포함하는 대장균을 제공한다. 상기 대장균은 상기 재조합 발현벡터로 통상의 형질전환방법에 따라 형질전환되고, 이 때, 형질전환은 핵산을 숙주세포에 도입하는 어떤 방법도 포함되며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 숙주세포에 따라 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 이런 방법에는 전기충격유전자전달법(electroporation), 인산 칼슘(CaPO4) 침전, 염화 칼슘(CaCl2) 침전, 미세사출법(microprojectile bombardment), 일렉트로포레이션(electroporation), PEG-매개 융합법(PEG-mediated fusion), 미세주입법(microinjection), 리포좀 매개법(liposome-mediated method) 등이 포함되나 이로 제한되지 않는다.
본 발명은 상기 형질전환된 대장균을 배양하고, 배양된 대장균에서 세포막간극 단백질을 분리하고, 브라제인을 정제하기 위해 열처리하는 것을 포함하는 브라 제인 변이체의 제조방법을 제공한다.
본원발명의 폴리뉴클레오티드를 포함하도록 형질전환된 대장균은 브라제인 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 발현되도록 적절한 배지 및 조건 하에서 배양될 수 있으며, 이는 통상적인 대장균의 배양 조건과 동일 또는 유사하다. 상기 형질전환된 대장균이 배양되는 동안, 발현벡터내의 발현 조절 서열에 의해 pelB 신호서열을 포함하는 브라제인이 발현되고, 이러한 본원발명에서의 브라제인의 발현은 IPTG(isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside)와 같은 통상적인 유도성 프로모터의 발현을 촉진하는 화합물 없이도 이루어진다. 발현된 pelB 신호서열을 포함하는 브라제인은 신호서열에 의해 대장균의 세포막간극으로 이동하게 되고, 대장균의 시그널 펩티다제(signal peptidase)에 의해 신호서열이 제거되어 브라제인이 합성되게 된다.
형질전환된 세포에서 발현된 브라제인을 대장균의 세포막 간극에서 분리하기 위해서는 대장균의 세포막 간극에서 단백질을 분리하는 공지의 방법(Snyder et al., J. Bacteriology , 177: 953963, 1995)을 이용할 수 있으며, 이에 한정되지는 않으나, 예를 들어, 배양된 대장균을 집균한 뒤, 20% 수크로우즈(Sucrose)가 포함된 30 mM 트리스-염산(Tri-HCl, pH 8)용액으로 현탁하고, EDTA(pH 8)용액 및 MgSO4를 이용하여 대장균의 세포막 간극의 단백질을 용출시키는 방법에 의해 수행될 수 있다.
대장균의 세포막 간극 단백질에서 본 발명의 브라제인을 분리하는 방법은 당업계에 공지된 다양한 분리 및 정제방법을 통해 수행할 수 있으며, 예를 들어, 염석(황산암모늄 침전 및 인산나트륨 침전), 용매 침전(아세톤, 에탄올 등을 이용한 단백질 분획 침전), 투석, 겔 여과, 이온 교환 크로마토그래피, 역상 컬럼 크로마토그래피 및 친화성 크로마토그래피 등의 기법을 단독 또는 조합으로 적용시켜 본 발명의 브라제인을 분리할 수 있다. 본 발명의 브라제인은 열에 안정하므로 바람직하게는 브라제인을 분리하는 방법은 열처리를 하여 수행될 수 있다. 이에 한정되지는 않으나 열처리는 바람직하게는 70 내지 90℃에서 15 내지 60분간 가열하여 브라제인을 제외한 다른 단백질을 열변성시킨 뒤 4℃에서 18000g에서 30분간 원심분리를 통하여 열변성된 단백질과 브라제인을 분리할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에서 더 높은 단맛을 가지며 높은 열안정성을 가지는 서열번호 60, 서열번호 62 또는 서열번호 64로 이루어진 아미노산을 가지는 브라제인 변이체의 효소학적 특성을 정리하면 하기와 같다.
1) 분자량: 6.5kDa
2) 높은 열안정성 및 내산성
3) 높은 수용성
4) 브라제인의 주타입(major type)의 단백질 기준 단맛 비율: 1.6~2.5배 이 상
5) 0.1g/ml의 수크로오스 대비: 약 6,600~약 10,000배 이상
이와 같이 본 발명에 따른 브라제인 변이체는 본원의 특허출원(한국특허출원 제2006-97619호)에서 발현, 정제된 브라제인의 부타입(minor type)의 단백질, 즉 천연형의 브라제인의 부타입의 단백질과 비교하였을 때 열안정성 및 내산성 및 수용성의 특성을 그대로 유지하며 더 높은 단맛을 나타내는 신규 아미노산 서열을 가지는 것을 그 특징으로 한다.
이러한 본 발명에서의 브라제인 변이체는 미국특허(US6,274,707B1; US7,153,535)에 의해 공지된 브라제인 변이체보다 더 높은 단맛을 나타내며 효과가 있으며, 브라제인의 부타입(minor type)의 단백질과 비교하였을 때 열안정성 및 내산성 및 수용성의 특성을 그대로 유지하는 특징을 가진다.
참고로, 상기에서 언급한 뉴클레오티드 및 단백질 작업에는 다음의 문헌을 참조할 수 있다(Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y.(1982); Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 2d Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989); Deutscher, M., Guide to Protein Purification Methods Enzymology, vol. 182. Academic Press. Inc., San Diego, CA(1990)).
본 발명의 일 실시예에서는 위치-지정 돌연변이유도(site-directed mutagenesis)법에 의하여 브라제인 부타입의 31번 위치의 알라닌을 다른 아미노산으로 치환한 19종의 브라제인 변이체를 암호화하는 재조합 벡터를 제조하였다.
본 발명의 다른 실시예에서는 상기에서 제조한 재조합벡터를 이용하여 각각의 브라제인 변이체를 발현하고 이를 정제하였고, 그 순도와 구조적 차이를 각각 SDS-PAGE 및 크로마토그래피를 통해 살펴보았다. 그 결과, 브라제인을 순도 높게 얻을 수 있었고, 브라제인 변이체의 구조적 차이도 거의 없음을 알 수 있었다.
본 발명의 또다른 실시예에서는 상기에서 제조한 브라제인 변이체와 브라제인 부타입의 활성(단맛)과 열안정성을 측정하였다. 그 결과, 브라제인 부타입의 31번 위치의 알라닌을 각각 아르기닌, 아스파탐산 또는 글루탐산으로 치환한 변이체가 브라제인 부타입에 비해서 활성이 높고 대등한 열안정성을 가져, 상기 선별된 브라제인 변이체가 우수한 감미료로 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명은 본 발명의 브라제인 변이체를 유효성분으로 포함하는 당도 증진용 식품 조성물을 제공한다.
본 발명의 식품 조성물은 기능성 식품(functional food), 영양 보조 제(nutritional supplement), 건강식품(health food) 및 식품 첨가제(food additives) 등의 모든 형태를 포함한다. 상기 유형의 식품 조성물은 당 업계에 공지된 통상적인 방법에 따라 다양한 형태로 제조할 수 있다.
예를 들면, 음료(알콜성 음료 포함), 과실 및 그의 가공식품(예: 과일통조림, 병조림, 잼, 마아말레이드 등), 어류, 육류 및 그 가공식품(예: 햄, 소시지 콘비이프 등), 빵류 및 면류(예: 우동, 메밀국수, 라면, 스파게티, 마카로니 등), 과즙, 각종 드링크, 쿠키, 엿, 유제품(예: 버터, 치이즈 등), 식용식물유지, 마아가린, 식물성 단백질, 레토르트 식품, 냉동식품, 각종 조미료(예: 된장, 간장, 소스 등) 등에 본 발명의 브라제인 변이체를 첨가하여 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 괴각 추출물을 식품 첨가제의 형태로 사용하기 위해서는 분말 또는 농축액 형태로 제조하여 사용할 수 있다.
본 발명의 식품 조성물 중 본 발명의 브라제인 변이체의 바람직한 함유량으로는 식품의 전체 중량에 대해 약 0.01 내지 10중량%를 포함할 수 있다.