KR20070083754A - Bacteriophages displaying functional enzymes and uses thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 효소에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 바이러스에 의해 생산되는 효소에 관한 것이다.The present invention relates to enzymes. More specifically, the present invention relates to enzymes produced by viruses.
본 명세서에서 인용된 모든 인용문헌 즉, 모든 특허 또는 특허출원은 명세서에 참조문헌으로 포함되었다. 어떠한 인용문헌도 선행기술을 구성할 수 없다. 여러 선행기술문헌이 본 명세서에 언급되어 있지만, 이들 인용문헌이 호주나 다른 나라에서 당업계의 통상의 지식의 일부를 형성하지 않는 것은 명백하다.All citations cited herein, ie all patents or patent applications, are incorporated herein by reference. No citation constitutes the prior art. Although several prior art references are mentioned herein, it is clear that these citations do not form part of the common knowledge in the art in Australia or elsewhere.
효소는 크고, 복잡한 분자로서 현재 원래의 숙주세포를 사용하는 생물반응기(bioreactor) 또는 효소를 암호화하는 핵산분자를 위한 적절한 발현벡터에서 생산되고 있다. 예를 들어, 알파-아밀라제는 바실러스속 미생물(Bacillus sp.)의 회분식(batch) 발효조에서 생산되는데, 이 발효조에서는 박테리아 세포가 10 내지 20 시간 동안 성장한 후 효소의 생산을 시작하여, 100 내지 150시간동안 지속된다. 상기 효소는 한외여과(ultra-filtration) 또는 아세톤 침전을 이용한 여과 및 농축 에 의해서 세포배양물로부터 제거된다. 회분식 발효조건, 장시간의 생산 및 정제 시간이 최종적 효소생성물의 가격을 급격하게 증가시킨다. 특히, 세포용혈 단계는 세포로부터 효소를 분리하는데 가장 자주 사용하는 단계이다. 이 단계는 산업적 생산공정에서 가장 중요한 단계로, 많은 양의 효소가 필요하다. 일단 정제되면, 반응을 진행하기 위해서 효소들을 반응에 투입해야 한다.Enzymes are large, complex molecules that are currently produced in bioreactors using native host cells or in appropriate expression vectors for nucleic acid molecules encoding enzymes. For example, alpha-amylase is produced in a batch fermenter of Bacillus sp., In which the bacterial cells grow for 10 to 20 hours and then begin to produce enzymes for 100 to 150 hours. Lasts for a while. The enzyme is removed from the cell culture by filtration and concentration using ultra-filtration or acetone precipitation. Batch fermentation conditions, long production and purification times dramatically increase the price of the final enzyme product. In particular, the hemolytic stage is the most frequently used step to separate enzymes from cells. This step is the most important step in the industrial production process and requires a large amount of enzyme. Once purified, enzymes must be added to the reaction to proceed.
상업적인 예를 통하여, 에탄올, 말토스 및 글루코스 시럽의 생산 초기단계에서 전분을 액화하는 공정과 같은 고온의 공정에서 바실러스 리케니포미스(B. licheniformis)의 알파-아밀라제를 사용하는데, 이는 제지 및 섬유 산업에서도 사용한다. 전분을 글루코스 또는 말토스 시럽으로 전환하는 공정에서 중요한 3단계는, 젤라틴화(gelatinisation), 액화(liquefaction) 및 당화(saccharification)이다. 젤라틴화 공정에서, 전분 슬러리(slurry)와 내열성(thermostable) 알파-아밀라제는 105℃에서 5분간 파이프를 통해서 스팀을 주입받는다. 액화 공정에서, 전분의 점도를 저하시키기 위하여 전분-아밀라제 혼합물은 약 2시간 동안 95℃에서 방치시킨다. 당화 공정에서, 글루코스 또는 말토스 유닛은 글루코아밀라제, 플루라나제 및 곰팡이 알파-아밀라제와 같은 효소에 의해 생산된다. 따라서, 효소반응에는 여러 효소들이 필요하다. 그리고, 각각의 사용된 첨가 효소로 인해 공정의 비용이 증가된다.Commercial examples use alpha-amylases of B. licheniformis in high temperature processes, such as the process of liquefying starch in the early stages of production of ethanol, maltose and glucose syrup, which are made of paper and fiber. Also used in industry. Three important steps in the process of converting starch into glucose or maltose syrup are gelatinization, liquefaction and saccharification. In the gelatinization process, starch slurry and the most resistant alpha-amylase are injected with steam through a pipe at 105 ° C. for 5 minutes. In the liquefaction process, the starch-amylase mixture is left at 95 ° C. for about 2 hours to lower the viscosity of the starch. In the glycosylation process, glucose or maltose units are produced by enzymes such as glucoamylase, flulanase and fungal alpha-amylase. Therefore, enzymes require several enzymes. And, each added additive enzyme increases the cost of the process.
파지 디스플레이(phage display)법은 목적하는 펩티드 또는 단백질의 유전형을 표현형으로 직접 연결하여, 파지입자의 표면에서 단백질 및 펩티드의 발현을 가능하게 한다. 이러한 방법은 펩티드 및 단백질의 다양한 라이브러리를 선별할 수 있게 하고, 동시에 선별된 펩티드 및 단백질의 활성을 통해 리간드와 효소기질 등의 여타의 분자들과 상호작용할 수 있도록 한다. 파지 디스플레이법을 특정 활성을 가지는 효소를 위한 파지 라이브러리를 선별하기 위해서 사용하여 왔다. 이러한 관점에서 볼 때에, 효소를 생산하는 파지를 효소의 활성을 측정하기 위한 분석선별법(analytical screening assay)에 사용할 수 있을 것이다. 그러나, 적절한 효소를 발현하는 파지가 동정되면, 목적하는 효소를 암호화하는 핵산은 증폭되고 대장균(E. coli)과 같은 발현벡터에 클로닝되어야 한다. 이와 같은 발현벡터내에서 만약 단백질이 방출되지 않은 경우에는, 단백질의 분리를 위해서 세포용혈 공정이 필요하고, 이 때 공정의 진행을 위해서 여타의 효소를 첨가하는 공정이 포함될 수 있으며, 만약 봉입체(inclusion body)가 형성되는 경우에는 용해(solubilisation) 공정을 필요로 할 수 있다. 이런 공정은 비용이 많이 소요되고 고가의 효소를 필요로 하는 다운스트림(downstream) 공정기술이 관여되는 시간소요형(time-consuming) 공정이다. 게다가, 파지 라이브러리의 각각의 파지는 오직 하나의 효소를 암호화하는 핵산을 포함하고 있다. 따라서, 각각의 동정된 적절한 효소를 위해서 이러한 공정이 반복되어져야 한다. Phage display allows direct expression of the desired peptide or protein genotype into a phenotype, allowing expression of the protein and peptide on the surface of the phage particle. This method allows the selection of various libraries of peptides and proteins, and at the same time allows the interaction of other molecules such as ligands and enzyme substrates through the activity of the selected peptides and proteins. Phage display has been used to select phage libraries for enzymes with specific activities. From this point of view, the enzyme-producing phage may be used for analytical screening assay to measure the activity of the enzyme. However, once phage expressing the appropriate enzyme is identified, the nucleic acid encoding the desired enzyme should be amplified and cloned into an expression vector such as E. coli . If the protein is not released in such an expression vector, a cell hemolysis process is required to separate the protein, and this may include adding another enzyme to proceed with the process. When a body is formed, a solubilization process may be required. Such a process is a time-consuming process involving costly and downstream process technology that requires expensive enzymes. In addition, each phage of the phage library contains nucleic acid encoding only one enzyme. Therefore, this process must be repeated for each appropriate enzyme identified.
그러므로, 효소반응으로부터 필요한 생성물을 생산하기 위한, 좀 더 비용을 절감할 수 있고 시간을 덜 소요하는 방법의 필요성이 당업계에서 대두되었다.Therefore, there is a need in the art for a more cost-saving and less time-consuming method to produce the required products from enzymatic reactions.
도 1은 재조합 바이러스를 생산하는 서로 다른 방법을 나타낸다. v는 바이 러스 게놈 DNA/RNA (예를 들어, T7); m은 전사체(transcript)(mRNA); p는 플라스미드 DNA; g는 박테리아 게놈 DNA(예를 들어, 대장균(E. coli)); φ은 재조합 효소를 갖는 파지입자; →는 전사 프로모터 영역; ■은 리보솜 결합부위(rbs); 오픈 화살(arrow)/박스는 바이러스 단백질 유전자/단백질(예를 들어, 외각 단백질 10); 세로줄 무늬 화살/박스는 효소 1 유전자/단백질(예를 들어, 알파-아밀라제); 점무늬(dotted) 화살/박스는 효소 2 유전자/단백질(예를 들어, 자일라나제); 사선무늬(hashed) 화살/박스는 대체(alternate) 외각 단백질 유전자/단백질을 의미한다. 1 shows different methods of producing recombinant viruses. v is the viral genomic DNA / RNA (eg, T7); m is a transcript (mRNA); p is plasmid DNA; g is bacterial genomic DNA (eg, E. coli ); φ is a phage particle having a recombinant enzyme; ¡Æ the transcriptional promoter region; Silver ribosomal binding site (rbs); Open arrows / boxes include viral protein genes / proteins (eg, outer protein 10); Vertical arrows / boxes include
도 1에서, Aⅰ과 Aⅱ는 효소 1(알파-아밀라제)과 효소 2(자일라나제)를 직렬(tandem) 형태로 생산하는 것을 보여준다. B 내지 I는 별개의 번역 생성물로서 효소를 갖는 재조합 바이러스의 가능한 생산방법을 나타낸다. I는 효소간의 비공유(non-covalent) 결합을 보여준다. In Figure 1, A VII and Aii show the production of enzyme 1 (alpha-amylase) and enzyme 2 (xylanase) in tandem form. B to I represent possible methods of producing recombinant viruses with enzymes as separate translation products. I shows non-covalent binding between enzymes.
도 2는 Red Starch(Megazyme)을 포함하는 탑 아가로스에서 배양된 T7 파지 플라크에서 발현된 알파-아밀라제의 발현을 나타낸다. 플라크(Red Starch)를 감싸고 있는 화이트 존(white zone)은 알파-아밀라제의 활성으로 인한 Red starch의 가수분해를 의미하고, 클리어링 존(clearing zone)의 부재는 알파-아밀라제의 활성의 부재(검은 화살표)를 의미한다.2 shows the expression of alpha-amylase expressed in T7 phage plaques cultured in top agarose including Red Starch (Megazyme). The white zone surrounding the red starch means the hydrolysis of the red starch due to the activity of alpha-amylase, and the absence of the clearing zone means the absence of activity of the alpha-amylase (black arrow). ).
도 3은 서로 다른 온도에서 1%의 전분(전기영동을 위해서 가수분해한 감자전 분, Aldrich)을 사용하여, 조 분해물내의 파지에서 생산되는 효소(A), TB내의 파지에서 생산되는 알파-아밀라제(Sigma, A3404) (B), 0.05M 글리신-NaOH(pH 9.0)내의 파지에서 생산되는 알파-아밀라제(C) 및 0.05M 글리신-NaOH(pH 9.0)내의 파지에서 생산되는 알파-아밀라제(Sigma, A3403)(D)에 의한 환원당의 생산을 비교한 그래프이다. FIG. 3 shows an enzyme (A) produced from phage in crude digest, alpha-amylase produced from phage in TB, using 1% starch (hydrolyzed potato starch for electrophoresis, Aldrich) at different temperatures. Sigma, A3404) (B), alpha-amylase (C) produced from phage in 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0) and alpha-amylase (Sigma, A3403) produced from phage in 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0) (D) is a graph comparing the production of reducing sugars.
도 4는 조 알파-아밀라제를 생산할 수 있는 파지 분해물과 93℃로 유지되는 15%의 밀 전분(Sigma)을 이용하여 구한 덱스트로스 당량값(DE)을 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing dextrose equivalent values (DE) obtained using phage digests capable of producing crude alpha-amylase and 15% wheat starch (Sigma) maintained at 93 ° C.
도 5는 1%의 Red Starch(Megazyme)(A, C, E 및 G)와 1%의 Azo-xylan(Megazyme)(B, D 및 F)에서의 플라크 생산을 나타낸다. A: T7-자일라나제, 클리어링 존 부재; B: T7-자일라나제, 클리어링 존 존재; C: T7-알파-아밀라제, 클리어링 존 존재; D: T7-알파-아밀라제, 클리어링 존 부재; E: T7-자일라나제-α-아밀라제, 클리어링 존 존재; F: T7-자일라나제-α-아밀라제, 매우 작은 플라크(화살표) 주위에 클리어링 존 존재; G: T7-α-아밀라제-자일라나제, 클리어링 존 존재. 5 shows plaque production in 1% Red Starch (Megazyme) (A, C, E and G) and 1% Azo-xylan (Megazyme) (B, D and F). A: T7-xylanase, no clearing zone; B: T7-xylanase, with clearing zone; C: T7-alpha-amylase, with clearing zone; D: T7-alpha-amylase, no clearing zone; E: T7-xylanase-α-amylase, with clearing zone; F: T7-xylanase-α-amylase, clearing zone around very small plaque (arrow); G: T7-α-amylase-xylanase, with clearing zone.
도 6은 파지 구축물 처리 후 펄프화된 MOW으로 만든 핸드시트의 상대적 %명도를 나타낸다. T7NE: 효소가 없는 T7(100%); T7Amy: 아밀라제가 있는 T7; T7Xyn: 자일라나제가 있는 T7; T7AX: 아밀라제와 자일라나제가 모두 있는 T7; T7NE+com Amy: T7-NE 분해물과 시판되는 아밀라제가 혼합된 것. 6 shows the relative% brightness of handsheets made from pulped MOW after phage construct treatment. T7NE: T7 without enzyme (100%); T7 Amy: T7 with amylase; T7Xyn: T7 with xylanase; T7AX: T7 with both amylase and xylanase; T7NE + com Amy: A mixture of T7-NE digest and commercial amylase.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위하여, 본 명세서에 사용된 약자는 다음과 같다:To describe a preferred embodiment of the present invention, the abbreviations used herein are as follows:
DE = dextrose equivalentDE = dextrose equivalent
DNS = dinitrosalicylic acidDNS = dinitrosalicylic acid
IPTG = isopropyl-beta-D-thiogalactopyranosideIPTG = isopropyl-beta-D-thiogalactopyranoside
MOI = multiplicity of infectionMOI = multiplicity of infection
PCR = polymerase chain reactionPCR = polymerase chain reaction
PEG = polyethylene glycolPEG = polyethylene glycol
PPM = parts per millionPPM = parts per million
SEC = size exclusion chromatographySEC = size exclusion chromatography
TA = Terrific agarTA = Terrific agar
TB = Terrific brothTB = Terrific broth
달리 지적하지 않는 한, 본 발명은 당업계의 숙련자들의 능력범위 내에서, 통상적인 화학, 단백질화학, 분자생물학 및 효소학적 기술을 채용할 것이다. 이러한 기술들은 당업계의 숙련자들에 의해 잘 알려져 있고, 각 문헌들에 의해 충분히 설명될 수 있다. 본 발명이 본 명세서에 기술된 특정 재료와 방법에 제한되지 않음은 자명한 사실이며, 이는 그 재료와 방법이 다양하기 때문이다. 본 명세서에 사용된 용어는 특정 실시태양을 설명하기 위해서만 사용됨은 명백하고, 본 발명의 범위에 제한되지 않고 첨부된 청구범위에 의해서만 제한될 것이다. Unless otherwise indicated, the invention will employ conventional chemistry, proteochemistry, molecular biology and enzymatic techniques, within the capabilities of those skilled in the art. Such techniques are well known by those skilled in the art and can be fully explained by the respective documents. It is obvious that the present invention is not limited to the specific materials and methods described herein, as the materials and methods vary. It is obvious that the terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only, and is not limited by the scope of the present invention but only by the appended claims.
본 발명의 상세한 설명에 있어서, 언어(language) 또는 함축(implication)적 표현때문에 문맥상 필요한 경우를 제외하고는, “포함하다(comprise)"라는 용어 또는 "comprises" 또는 “comprising"와 같은 변형어는 포괄적 의미, 즉 본 발명의 다양한 실시태양에 있어서 추가로 부가되는 특징이나 존재를 제한하지 않는, 기술된 발명의 특징(feature)의 특정화하기 위하여 사용된다.In the description of the present invention, the term “comprise” or a variant such as “comprises” or “comprising”, except where necessary for context due to language or implications, It is used to characterize features of the described invention in a broad sense, that is, without limiting additional features or presence in various embodiments of the invention.
본 명세서에서, 관사 “a"나 “an" 및 “the"는 문맥상에서 확실하게 여타의 언급이 없는 한, 복수의 형태를 포함한다. 따라서, 예를 들어, "an enzyme"은 그러한 효소(enzyme)의 다수를 포함하고 “an amino acid"는 하나 또는 그 이상의 아미노산(amino acid)을 포함한다. In this specification, the articles “a”, “an” and “the” include plural forms unless the context clearly dictates otherwise, for example, “an enzyme” thus enzyme. ) And “an amino acid” includes one or more amino acids.
“다수(plurality)”는 “복수의(plural)” 또는 “하나 이상의(more than one)”를 의미한다."Plurality" means "plural" or "more than one."
값(value)의 범위가 표현되는 경우에, 이러한 범위가 범위의 상한(upper limit)과 하한(lower limit)을 포함한다는 것을 알 수 있고, 이러한 제한범위 내의 모든 값을 의미한다. When a range of values is expressed, it can be seen that these ranges include the upper and lower limits of the range, meaning all values within these limits.
본 발명의 첫 번째 측면에 의하면, 본 발명은 효소반응의 생성물을 생산하는 방법을 제공한다. 이 방법은 효소(들)의 상업적 생산의 용도를 목적으로 하고 있다. According to a first aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing a product of an enzymatic reaction. This method is aimed at the use of commercial production of enzyme (s).
본 명세서에서, “효소반응(enzymatic reaction)"은 반응물 자체가 생성물을 형성하기 위하여, 반응에 소비되는 방식으로 효소에 의해 촉매되는 반응을 의미한다. As used herein, an "enzymatic reaction" means a reaction that is catalyzed by an enzyme in such a way that the reactant itself is consumed in the reaction to form a product.
이것은 주형에 의존하는 전사적 반응과는 다른 것이다. 예를 들어, 중합효소는 주형에 상보적인 RNA 또는 DNA를 합성한다. 주형을 해독하기 위해서, 중합효소는 중합효소가 RNA 또는 DNA 합성을 촉매하기 전에 주형과 함께 복합체를 형성해야 한다. 이 주형이 반응공정 동안 존재한다 하더라도, 하나 또는 그 이상의 생성물을 생산하는 동안, 쪼개지거나 소진되지 않기 때문에 반응의 반응물은 아니다. This is different from the transcriptional response, which depends on the template. For example, polymerases synthesize RNA or DNA that is complementary to a template. To decode the template, the polymerase must complex with the template before the polymerase catalyzes RNA or DNA synthesis. Although this template is present during the reaction process, it is not a reactant of the reaction because it does not split or burn out during the production of one or more products.
본 명세서에서, “촉매하다(catalyze)"라는 용어는 반응으로 인해 화학적 변화없이 남아 있는 물질에 의해서 효소반응의 비율이 가속화하는 것을 의미한다. As used herein, the term “catalyze” means that the rate of enzymatic reactions is accelerated by substances that remain without chemical change due to the reaction.
효소반응은 대사경로와 같은, 일련의 효소반응의 일부일 수 있다. “대사경로(metabolic pathway)"는 일련의 효소반응으로, 반응물로부터 유래한 생성물의 합성(동화)과 하나 또는 그 이상의 생성물을 생산하는 반응물의 분해(이화)를 포함한다. 그러므로, 효소반응은 큰 거대분자를 더 작은 분자로 만들거나, 큰 분자를 파괴하여 작은 분자를 생산하는 방법을 의미한다.Enzymatic reactions can be part of a series of enzymatic reactions, such as metabolic pathways. A “metabolic pathway” is a series of enzymatic reactions that involve the synthesis (assimilation) of products derived from the reactants and the decomposition (catabolism) of the reactants that produce one or more products. It means making larger molecules into smaller molecules, or breaking large molecules to produce smaller ones.
“효소(enzyme)"는 효소반응을 촉진하는 하나의 분자 또는 분자의 집합체를 의미한다. 효소는 보통 그들이 촉매하는 반응에 특이적이고, 그 반응이 관여하는 반응물에 특이적이다. 일반적으로, 효소는 활성부위(active site)와 결합부위(binding site)를 지니는 큰 복합 분자이다. 효소의 활성부위는 촉매가 일어나는 결합부위이다. 활성부위의 구조와 화학적 성질은 반응물의 인식(recognition)과 결합(binding)을 가능하게 한다. 결합부위는 특이적 리간드가 결합하는 단백질의 일부분이다. "Enzyme" means a molecule or collection of molecules that promotes an enzymatic reaction. Enzymes are usually specific to the reaction they catalyze and specific to the reactants involved in the reaction. It is a large complex molecule that has an active site and a binding site, and the active site of the enzyme is the binding site where the catalyst takes place The structure and chemical properties of the active site are the recognition and binding of the reactants. The binding site is the part of the protein to which the specific ligand binds.
본 발명은 단백질 효소와 기능적인 단편, 변이체 및 그의 유도체와 적절히 관련되어 있다. 효소의 기능적인 단편은 효소의 기대되는 촉매 활성을 지니고 있는 효소의 일부분이다. 예를 들어, 효소가 알파-아밀라제이거나 자일라나제일 경우, 기능적인 단편은(functional fragment) 각각 아밀라제 또는 자일라나제의 활성을 지니는 모든 단편을 의미한다. The present invention is suitably related to protein enzymes and functional fragments, variants and derivatives thereof. The functional fragment of an enzyme is a portion of the enzyme that has the expected catalytic activity of the enzyme. For example, when the enzyme is alpha-amylase or xylanase, functional fragments refer to all fragments having the activity of amylase or xylanase, respectively.
효소의 기능적인 변이체는, 2차 구조(secondary conformation)는 바뀌지 않으나 효소의 활성은 그대로 유지되도록 하는 하나 또는 그 이상의 치환(substitution)을 가진다. 이러한 보존적인(conservative) 치환의 예로는 원래의 아미노산 잔기와 동일한 소수성, 크기 및 전하를 지니는 아미노산을 포함한다. 치환은 대개 단백질 또는 펩티드 화학 분야의 숙련자들에 의해 잘 알려져 있다. 예를 들어, 보존적인 치환은 글리신의 프롤린으로의 치환과 그 반대; 글리신의 알라닌 또는 발린으로의 치환과 그 반대; 류신의 이소류신으로의 치환과 그 반대; 라이신의 히스티딘으로의 치환과 그 반대; 시스테인의 트레오닌으로의 치환과 그 반대; 아스파라긴의 글루타민으로의 치환과 그 반대; 및, 글루타민산의 아르기닌으로의 치환과 그 반대가 있다. Functional variants of enzymes have one or more substitutions such that the secondary conformation does not change but the activity of the enzyme is maintained. Examples of such conservative substitutions include amino acids having the same hydrophobicity, size and charge as the original amino acid residues. Substitutions are often well known by those skilled in the art of protein or peptide chemistry. For example, conservative substitutions may be converse with substitution of glycine for proline; Substitution of a glycine for alanine or valine and vice versa; Substitution of leucine for isoleucine and vice versa; Substitution of lysine for histidine and vice versa; Substitution of cysteine with threonine and vice versa; Substitution of asparagine with glutamine and vice versa; And the substitution of glutamic acid with arginine and vice versa.
기능적인 유도체는, 자연적으로 발생하거나 20개의 표준 아미노산의 합성 아미노산 동족체에 의해 치환되었으나 효소의 활성은 변하지 않은, 하나 또는 여러 개의 아미노산 잔기를 포함한다. 이러한 동족체의 예로는, 4-하이드록시프롤린, 5-하이드록시리신, 3-메틸히스티딘, 호모세린, 오르니틴, [베타]-알라닌 및 4-아미노부탄산, 베타-알라닌, 노르류신, 노르발린, 하이드록시프롤린, 티록신, 감마-아미노부틸산, 호모세린, 시트룰린 등을 들 수 있다. Functional derivatives include one or several amino acid residues, either naturally occurring or substituted by synthetic amino acid homologs of twenty standard amino acids, but the activity of the enzyme remains unchanged. Examples of such homologues include 4-hydroxyproline, 5-hydroxylysine, 3-methylhistidine, homoserine, ornithine, [beta] -alanine and 4-aminobutanoic acid, beta-alanine, norleucine, norvaline And hydroxyproline, thyroxine, gamma-aminobutyl acid, homoserine, citrulline and the like.
“효소”라는 용어는 효소의 동족체(homologue)로도 의미를 확장할 수 있다. 효소의 동족체는 단백질 서열로서 효소와 상당히 유사한 서열을 지닌다. 80% 이상의 서열 유사성을 지닌 동족체는 효소의 촉매적 기능을 유지한다는 전제하에, "효소”의 범주내에 속한다. The term "enzyme" can also extend meaning to homologues of enzymes. Homologs of enzymes have protein sequences that are quite similar to enzymes. Homologs with more than 80% sequence similarity fall within the category of "enzymes", provided they maintain the catalytic function of the enzyme.
본 발명의 용도에 적절한 효소로는, 리파제, 파이타제(phytase), 아밀라제, 자일라나제(xylanase), 셀룰라제, 탈할로겐효소(dehalogenase), 락티나제(lactinase), 펙티나제, 포름산 탈수소효소, 아스파라긴산 트랜스아미나제, 트랜스케톨라제, 락타제, 알파-갈락토시다제, 알칼리 포스파타제, 풀루라나제, 이소아밀라제, 알파-1,6-글루코시다제, 베타-글루카나제, 글루코아밀라제, 가수분해 탈수소효소(hydrolytic dehydrogenase), 섭틸리닌(subtilinin), 프럭토스-비스포스페이트 알돌라제 및 글루코스 이성화효소(isomerase)가 있다. 표 1은 이러한 효소들에 의해 촉매되는 반응의 예와 유용하게 사용되는 공정을 보여준다. Suitable enzymes for use in the present invention include lipase, phytase, amylase, xylanase, cellulase, dehalogenase, lactinase, pectinase, formic acid dehydrogenation. Enzymes, aspartic acid transaminase, transketolase, lactase, alpha-galactosidase, alkaline phosphatase, pullulanase, isoamylase, alpha-1,6-glucosidase, beta-glucanase, glucoamylase, Hydrolytic dehydrogenase, subtilinin, fructose-bisphosphate aldolase and glucose isomerase. Table 1 shows examples of reactions catalyzed by these enzymes and the processes that are usefully used.
본 발명의 용도에 맞는 특이적 효소의 예로는 알파-아밀라제와 자일라나제가 있다. 내부가수분해효소(endohydrolase)인 “알파-아밀라제(alpha-amylase)"는 α-1,4-올리고당 결합을 절단하고, α-덱스트린, 말토스, G3, G4 및 G5 올리고당을 생성한다. 본 발명의 바람직한 알파-아밀라제는 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)의 1,4-α-글루칸 글루카노하이드로라제(EC 3.2.1.1)이다. 상업적으로, 바실러스 리케니포미스(B. licheniformis)의 알파-아밀라제는 제지 및 섬유 산업뿐만 아니라, 에탄올, 말토스 및 글루코스 시럽생산 초기단계의 전분의 액화와 같은 고온이 필요한 공정에서 널리 사용된다. Examples of specific enzymes suitable for use in the present invention include alpha-amylase and xylanase. The "alpha-amylase", an endohydrolase, cleaves α-1,4-oligosaccharide bonds and produces α-dextrin, maltose, G3, G4 and G5 oligosaccharides. Preferred alpha-amylase of is 1,4-α-glucan glucan hydrolase (EC 3.2.1.1) of Bacillus licheniformis Commercially, alpha of amyloid of B. licheniformis Amylases are widely used in the paper and textile industry, as well as in processes requiring high temperatures such as liquefaction of starch in the early stages of ethanol, maltose and glucose syrup production.
“자일라나제(xylanase)"은 헤미-셀룰로오스의 주성분인 자일란의 주요 사슬을 분해하는 내부가수분해를 촉매하는 효소이다. 본 발명의 바람직한 자일라나제는 바실러스 할로듀란스(Bacillus halodurans) C125의 자일라나제 A(1,4-베타-D-자일란 자일라나제, EC 3.2.1.8)이다. 자일라나제 A는 자일라나제의 패밀리 10에 속하는 것으로, pH 6 내지 10사이의 반응을 촉매할 수 있기 때문에 상업적으로 바람직하다. 자일라나제는 제지 및 펄프 산업에서 제지의 표백(bleaching)과 펄프화(pulping)나, 가축사료 업계 및 제빵 산업에서 밀가루 처리공정(flour processing)에 중요하다. “Xylanase” is an enzyme that catalyzes the internal hydrolysis of the main chain of xylan, the main component of hemi-cellulose. The preferred xylanase of the present invention is Bacillus halodurance. halodurans ) xylanase A (1,4-beta-D-xylan xylanase, EC 3.2.1.8) of C125. Xylanase A belongs to
효소반응은 반응물로부터 생성물을 생산한다. “반응물(reactant)"은 효소반응을 위한 시작 물질로서, 효소반응에 소비된다. 효소반응의 “생성물(product)"은 최종 생성물이거나 중간 생성물일 수 있다. 상술한 대로, 효소반응은 하나 이상의 생성물을 생산할 수 있다. 생산된 하나, 둘, 여러 개 또는 모든 생성물은 회수단계에서 회수될 수 있으며, 바람직하게는, 생성물은 회수된다. Enzymatic reactions produce products from the reactants. The "reactant" is the starting material for the enzymatic reaction and is consumed in the enzymatic reaction. The "product" of the enzymatic reaction may be the final product or an intermediate product. As mentioned above, the enzymatic reaction may produce one or more products. One, two, several or all of the products produced can be recovered in the recovery step, preferably the products are recovered.
본 명세서에서, “생성물(product)”은 상업적으로 바람직한 생성물이다. 본 발명의 첫번째 측면의 목적은 직접 또는 중간 산물의 생산을 통해서 생성물을 축적하는 것이다. 따라서, 본 발명의 첫번째 측면의 방법은 비분석적으로 이루어지고, 파지 디스플레이법을 이용한 효소활성의 선별과는 전혀 다른 것이다. In this specification, a "product" is a commercially preferred product. The object of the first aspect of the invention is to accumulate the product either directly or through the production of intermediate products. Thus, the method of the first aspect of the present invention is non-analytical and is completely different from the screening of enzymatic activity using phage display.
생성물을 생산하기 위한 하나 또는 그 이상의 반응물의 필요에 따라, 효소반응은 효소로 하여금 반응을 촉매하기 위한 적당한 조건과 시간을 요구한다. 적당한 조건은 특정 온도, pH, 염 농도 등 또는 하나 또는 그 이상의 보조인자(co-factor)를 포함할 수 있다. 각 반응에 대한 조건은 모두 만족되어야만 하고, 효소반응을 일으키기 위해서는 최소한 효소와 반응물은 접촉되어야한다. Depending on the needs of one or more reactants to produce the product, the enzymatic reaction requires suitable conditions and time for the enzyme to catalyze the reaction. Suitable conditions may include a specific temperature, pH, salt concentration, etc. or one or more co-factors. The conditions for each reaction must all be met and at least the enzyme and reactant must be contacted in order to trigger the enzymatic reaction.
본 발명의 효소는 재조합 바이러스에 의해서 생산된다. "바이러스(virus)"는 살아있는 숙주의 세포 안에서만 스스로 증식하는 감염인자(infectious agent)로서, 단백질의 얇은 외각에 둘러싸인 핵산으로 이루어져 있다. 본 발명의 용도에 알맞은 바이러스는 표 2에 제시하였다. The enzymes of the present invention are produced by recombinant viruses. A "virus" is an infectious agent that proliferates itself only within the cells of a living host, consisting of nucleic acids surrounded by a thin shell of protein. Viruses suitable for use in the present invention are shown in Table 2.
“재조합(recombinant)"이란 용어는 서열의 서로 다른 별개의 2개의 절편(segment)이 인위적 조합에 의해 만들어진, 즉, 화학적 합성 또는 유전공학 등과 같은 기술로 만들어진, 입자분자(particle molecule)를 의미한다.The term "recombinant" refers to a particle molecule in which two separate segments of the sequence are made by artificial combination, ie by techniques such as chemical synthesis or genetic engineering, etc. .
따라서, “재조합 바이러스(recombinant virus)"는 상기 바이러스 기원이 아닌, 하나 또는 그 이상의 단백질이 존재하는 바이러스를 의미한다. Thus, "recombinant virus" refers to a virus in which one or more proteins are present, but not of the viral origin.
단일 효소를 생산하는 재조합 바이러스의 생산방법은 당업계에 알려져 있다. 예를 들어, 적당한 핵산분자는 당업계에 알려진 다양한 절차를 통해서 바이러스에 삽입될 수 있는데, 이러한 절차에는 외각 단백질의 생산을 위한 바이러스 유전자에 인접해있는 적당한 제한 엔도뉴클레아제 부위에 효소를 암호화하는 핵산분자를 재조합 삽입하는 공정이 포함된다. Methods of producing recombinant viruses that produce a single enzyme are known in the art. For example, suitable nucleic acid molecules can be inserted into the virus through a variety of procedures known in the art, which include encoding an enzyme at a suitable restriction endonuclease site adjacent to the viral gene for production of the outer protein. And a process for recombinantly inserting nucleic acid molecules.
“비천연형의 효소(non-native enzyme)”는 자연적으로 존재하는 바이러스의 야생형에 의해 발현되지 않는 효소를 의미한다. 예를 들어, 상기 효소는, 자연계에서 조합된 형태로 발견되지 않는 2개 또는 그 이상의 핵산분자의 인위적 결합에 의해 만들어진 핵산분자에 의해 발현될 수 있다. "Non-native enzyme" means an enzyme that is not expressed by the wild type of naturally occurring virus. For example, the enzyme may be expressed by a nucleic acid molecule made by artificial binding of two or more nucleic acid molecules which are not found in a combined form in nature.
본 명세서에서, “접촉(contact)" 또는 “접촉하는(contacting)"은 반응물과 효소를 생산하는 재조합 바이러스를 서로 접촉하게 하는 것을 의미한다. 반응물과 재조합 바이러스는 어떤 순서든지 서로 결합할 수 있다. 효소를 생산하는 재조합 바이러스는 반응물에 가해질 수도 있고, 그 반대일 수도 있다. As used herein, “contacting” or “contacting” means bringing the reactant and the recombinant virus that produces the enzyme into contact with each other. Reactants and recombinant viruses can bind to each other in any order. Recombinant viruses producing enzymes may be added to the reactants and vice versa.
본 명세서에서, “회수되는(recovered)"은 예를 들어, 효소로부터 생성물을 분리 또는 정제하는 것을 의미한다. 효소반응의 생성물은 생성물의 의도된 용도를 위한 적절한 순도로 공지된 어떠한 수단으로도 회수가 가능하다. 효소반응의 생성물을 회수하는 방법은 당업계에 알려져 있고, 회수되는 생성물에 따라 다를 것이다. 적절한 방법에는 친화성 크로마토그래피, 하나 또는 그 이상의 정제 표지(tag)의 사용, 추출, 침전 및/또는 여과가 포함된다. 회수된 생성물은 다른 반응에 적용할 수도 있다. 임의로 다른 처리 또는 반응 단계를 거쳐서 회수된 생성물은 의도된 용도로 사용될 수 있도록 적절히 준비될 수 있다. As used herein, “recovered” means, for example, separating or purifying the product from the enzyme. The product of the enzymatic reaction is recovered by any means known in appropriate purity for the intended use of the product. The method of recovering the product of the enzymatic reaction is known in the art and will depend on the product being recovered Suitable methods include affinity chromatography, the use of one or more purification tags, extraction and precipitation And / or filtration The recovered product may be applied to other reactions, optionally via other treatments or reaction steps, the recovered product may be properly prepared for use in its intended use.
“암호화된(encoded)" 또는 “암호화하는(encodes)"라는 용어는 일반적으로 번역가능한 형태로 존재하는 핵산서열 정보를 의미한다. 안티센스 가닥(strand) 또한, 서열을 암호할 수 있는 것으로 여겨지는데, 그 이유는 동일한 정보의 내용이 즉시 접근이 가능한 형태로 존재하기 때문이며, 특히, 센스 가닥의 발현을 촉진하는 서열과 연결되어 있을 때 그러하다. The term “encoded” or “encodes” refers to nucleic acid sequence information that generally exists in a translatable form. Antisense strands are also believed to be able to encode sequences, since the same content of information exists in a readily accessible form, particularly when linked to sequences that promote expression of the sense strands. It is true.
본 명세서에서,“핵산분자(nucleic acid molecule)"는 DNA 또는 RNA, 안티센스 핵산분자를 의미하고, 핵산분자의 기능적인 단편을 포함할 수도 있다. 핵산분자의 기능적인 단편은 단백질로서 발현되었을 때에, 발현된 단백질이 원래 단백질의 활성을 유지하고 있을 경우의 것을 의미한다. As used herein, “nucleic acid molecule” means DNA or RNA, antisense nucleic acid molecule, and may include functional fragments of nucleic acid molecules. When functional fragments of nucleic acid molecules are expressed as proteins, Means when the expressed protein is maintaining the activity of the original protein.
핵산분자는 바이러스 게놈에 재조합 삽입될 수 있다. 본 명세서에서, “재조합 삽입된다(recombinantly inserted)"는 의미는 바이러스 게놈과 같은 다른 핵산분자에 핵산분자가 인위적으로(artificially) 삽입 또는 부가되는 것을 의미한다. Nucleic acid molecules can be recombinantly inserted into the viral genome. As used herein, “recombinantly inserted” means that the nucleic acid molecule is artificially inserted or added to another nucleic acid molecule such as a viral genome.
본 명세서에서, “게놈(genome)"은 생물체의 모든 유전자를 포함하는 생물체의 유전적 구성물(complement) 전체를 의미한다. 따라서, 바이러스 게놈은 바이러스의 모든 유전자를 포함한다.As used herein, "genome" refers to the entirety of the genetic complement of an organism, including all genes of the organism. Thus, the viral genome includes all genes of the virus.
“유전자(gene)"는 특정 기능에 대한 정보를 지니고 있는 핵산분자를 의미한다. 따라서, 바이러스 유전자는 특정 바이러스 단백질(특히, 외각 단백질)을 암호화하는 핵산분자를 의미한다. 바이러스 유전자는 또한, 하나 또는 그 이상의 신호서열, 복제기원, 인헨서 인자, 프로모터 및/또는 전사 종결서열을 포함한다. A "gene" refers to a nucleic acid molecule that contains information about a particular function. Thus, a viral gene refers to a nucleic acid molecule that encodes a particular viral protein (especially the outer envelope protein). Or more signal sequences, replication sources, enhancer factors, promoters and / or transcription termination sequences.
신호서열(signal sequence)은 바이러스의 구성 물질일 수도 있거나, 바이러스에 삽입된 효소를 암호화하는 핵산의 일부일 수도 있다. 신호서열은 원핵생물, 포유류 또는 곤충의 신호서열일 수도 있다. 예를 들어, 신호서열은 알칼리 포스파타제, 페니실리나제, 엘피피(lpp), 내열성의 내독소Ⅱ 리더서열일 수도 있다. The signal sequence may be a constituent of the virus or may be part of a nucleic acid encoding an enzyme inserted into the virus. The signal sequence may be a signal sequence of a prokaryote, mammal or insect. For example, the signal sequence may be an alkaline phosphatase, penicillinase, LPP, heat resistant endotoxin II leader sequence.
재조합 바이러스는 효소를 암호화하는 핵산서열에 작동가능하게 연결된(operably linked) 프로모터를 포함한다. 잠재성의(potential) 다양한 숙주세포에 의해 인식되는 프로모터는 잘 알려져 있다. 박테리아 숙주를 사용하기에 적절한 프로모터에는 p-락타마제(lactamase)와 락토스 프로모터 시스템, 알칼리 포스파타아제, 트립토판(trp) 프로모터 시스템 및 tac 프로모터와 같은 하이브리드 프로모터가 있는데, 이들 모두는 당업계의 숙련자에게 알려져있다. Recombinant viruses include promoters operably linked to nucleic acid sequences encoding enzymes. Potential Promoters recognized by various host cells are well known. Suitable promoters for use with bacterial hosts include hybrid promoters such as p-lactamase and lactose promoter systems, alkaline phosphatase, tryptophan (trp) promoter systems, and tac promoters, all of which are available to those skilled in the art. Known.
서열이 프로모터에 “작동가능하게 연결된(operably linked)"다는 것은 기능적인 프로모터가 그 서열의 전사 또는 발현을 증진시킬 때의 경우를 의미한다.When a sequence is "operably linked" to a promoter, it is meant when the functional promoter enhances the transcription or expression of that sequence.
재조합 바이러스는 선별마커(selectable marker)라고 칭하는, 클론된 선별 유전자도 포함하는데, 이는 바이러스를 지니고 있는 생물체의 분리를 도와주는 단백질을 암호화한다. 통상적인 선별 유전자는 D-알라닌 라세미화효소(racemase)를 암호화하는 유전자와 같이, (a) 암피실린, 네오마이신, 메토트렉세이트(methotrexate) 또는 테트라사이클린과 같은 항생물질 또는 여타의 독성물질에 대한 저항성을 부여하고, (b) 영양요구성 결핍(auxotrophic deficiency)을 보충하거나 (c) 복합배지(complex medium)로부터, 얻을 수 없는 바실러스를 위한 중요한 영양성분을 공급하는 단백질을 암호화한다. 효소-암호화 핵산분자 및 그것의 단편은 바이러스 외각 단백질을 암호화하는 핵산분자로서, 동일한 번역 생성물의 일부로 발현될 수 있다. 외각 단백질(coat protein)은 바이러스의 핵산 코어(core)를 에워싸는 외각의 일부를 형성하는 단백질이다. 본 발명의 용도에 알맞은 외각 단백질의 예를 표 2에 개시하였다. 바람직하게는, 본 발명은 파지 T7의 외각 단백질 10을 사용한다. Recombinant viruses also include cloned select genes, called selectable markers, which encode proteins that aid in the isolation of organisms carrying the virus. Conventional selection genes, such as genes encoding D-alanine racemase, confer resistance to antibiotics or other toxic substances, such as (a) ampicillin, neomycin, methotrexate or tetracycline. And (b) encodes a protein that compensates for auxotrophic deficiency or (c) supplies important nutrients for Bacillus that are not available from complex medium. Enzyme-encoding nucleic acid molecules and fragments thereof are nucleic acid molecules encoding viral envelope proteins and may be expressed as part of the same translation product. Coat proteins are proteins that form part of the shell that surrounds the nucleic acid core of a virus. Examples of shell proteins suitable for use in the present invention are shown in Table 2. Preferably, the present invention uses
본 발명의 첫 번째 측면의 방법의 용도에 있어서, 재조합 단백질은 바이러스의 단백질로서 동일한 번역 생성물의 일부인 하나 또는 그 이상의 효소(들)를 생산한다. “바이러스의 단백질로서 동일한 번역 생성물(same translational product as a protein of the virus)”은 효소가 바이러스 외각 단백질로서 동일한 단백질의 일부로 생산되는 것을 의미한다. “바이러스의 단백질로서 별개의 번역 생성물(separate translational product as a protein of the virus)"은 효소가 바이러스 외각 단백질로서 별개의 단백질로 생산되는 것을 의미한다. In the use of the method of the first aspect of the invention, the recombinant protein produces one or more enzyme (s) which are part of the same translation product as the protein of the virus. "Same translational product as a protein of the virus" means that the enzyme is produced as part of the same protein as the viral envelope protein. "Separate translational product as a protein of the virus" means that the enzyme is produced as a separate protein as a viral envelope protein.
본 발명의 한가지 실시태양에 의하면, 효소를 암호화하는 핵산분자는 재조합 T7의 외각 단백질10과 같은 바이러스의 외각 단백질을 암호화하는 핵산분자로 재조합 삽입된다. According to one embodiment of the invention, the nucleic acid molecule encoding the enzyme is recombinantly inserted into a nucleic acid molecule encoding the outer protein of the virus, such as the
곤충 바이러스Insect virus
식물 바이러스Plant virus
곰팡이 바이러스Fungal virus
박테리오파지Bacteriophage
바이러스가 바이러스 단백질로서, 동일하거나 별개의 번역 생성물내의 효소를 포함하는 것과는 관계없이, 만약 재조합 바이러스가 다수의 효소를 포함한다면, 이러한 효소는 동일하거나 별개의 번역 생성물로서 생산될 수 있다. Regardless of whether the virus contains a enzyme as a viral protein and in the same or separate translation products, if the recombinant virus contains multiple enzymes, such enzymes can be produced as the same or separate translation products.
도 1G에서 보듯이, 하나의 효소를 암호화하는 핵산분자는 하나의 재조합 바이러스 단백질을 암호화하는 핵산분자로 재조합 삽입될 수 있고, 다른 효소를 암호화하는 핵산분자는 다른 바이러스 단백질을 암호화하는 핵산분자로 재조합 삽입될 수 있다. As shown in FIG. 1G, a nucleic acid molecule encoding one enzyme can be recombinantly inserted into a nucleic acid molecule encoding one recombinant viral protein, and a nucleic acid molecule encoding another enzyme is recombined with a nucleic acid molecule encoding another viral protein. Can be inserted.
선택적으로, 2가지 모두의 효소를 암호화하는 핵산분자는 하나의 바이러스 단백질을 암호화하는 핵산분자로 삽입되어, 둘 모두가 동일한 번역 생성물의 일부로서 발현될 수 있다(참조: 도 1Aⅰ 및 ⅱ). 바이러스 단백질은 동일한 단백질 또는 서로 다른 단백질의 서로 다른 카피일 수도 있다. Alternatively, nucleic acid molecules encoding both enzymes can be inserted into nucleic acid molecules encoding one viral protein, both of which can be expressed as part of the same translation product (FIGS. 1A ′ and ii). The viral protein may be different copies of the same protein or different proteins.
다수의 비천연형의 효소를 바이러스에 도입하기 위한 여러가지 기술은 당업계의 숙련자들에 의해 인지될 것이다(참조: 도 1 및 실시예). Various techniques for introducing a large number of non-natural enzymes into a virus will be recognized by those skilled in the art (see FIGS. 1 and Examples).
상기 효소 및 바이러스 단백질 또는 동일한 번역 생성물로서 생산될 때의 효소는 링커, 절단 부위 및/또는 정제 표지에 의해 분리될 수도 있거나 직접적으로 연결될 수도 있다. “링커(linker)"는 그것이 부착된 단백질의 기능적인 활성을 허용하는 입체구조를 결정하는 서열을 의미한다. 바람직하게는, 상기 링커는 펩티드로서 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 20, 30 또는 50 또는 그 이상의 아미노산을 가지고 있다. 사용된 모든 링커의 길이는 효소의 성질(nature)에 따라 다를 수 있고, 짧은 링커 또는 바람직한 링커가 없을 경우, 단단한(rigid) 입체구조가 바람직한지 또는 유연한(flexible) 구조가 바람직한지의 여부에 따라 다를 수 있다. The enzyme and viral protein when produced as the same translation product may be separated or directly linked by linkers, cleavage sites and / or purification labels. “Linker” means a sequence that determines the conformation that allows the functional activity of the protein to which it is attached. Preferably, the linker is a peptide as 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ,
“절단 부위(cleavage site)"는 단백질 가수분해 효소가 작용하여 외각 단백질(TEV 및 Factor Xa)로부터 효소를 절단할 수 있는 아미노산 서열을 의미한다(TEV, Factor a). “정제 표지(purification tag)"는 효소 및/또는, 용액 또는배양액으로부터 재조합 바이러스를 정제하는데 사용할 수 있는, hexHis, FlagTM 또는 I.SPYTM과 같은 아미노산 서열 또는 바이오틴과 같은 비아미노산 서열을 의미한다. "Cleavage site" refers to an amino acid sequence that can act on proteolytic enzymes to cleave enzymes from outer proteins (TEV and Factor Xa) (TEV, Factor a). Means an amino acid sequence such as hexHis, Flag ™ or I.SPY ™ or a non-amino acid sequence such as biotin, which can be used to purify recombinant virus from an enzyme and / or solution or culture.
상기 표 2에서 보듯이, 바이러스는 포유류, 곤충, 식물, 곰팡이류 또는 박테리아 세포와 동일한 범주의 숙주세포를 감염시킬 수 있다. 바이러스는 특이 숙주 타입을 지니고 있다. 따라서, 당업계의 숙련자들은 적절한 바이러스를 사용한다면, 어떠한 적절한 숙주세포를 사용할 수 있을 것이다. 포유류 숙주세포의 예로는, BSC-1, HeLa S3, CV-1, RK13, Huh-T7, BHK 및 EB9이 있다. As shown in Table 2 above, viruses can infect host cells of the same category as mammalian, insect, plant, fungal or bacterial cells. The virus has a specific host type. Thus, those skilled in the art will be able to use any suitable host cell, provided that the appropriate virus is used. Examples of mammalian host cells are BSC-1, HeLa S3, CV-1, RK 13 , Huh-T 7 , BHK and EB 9 .
박테리오파지로도 알려진 파지는 박테리아 세포를 감염시키는 바이러스를 의미한다. 파지는 바이러스성 파지, 약독성(temperate) 파지, 필라멘트성 파지, 용균성, 비용균성, 외피성, 비외피성, DNA 또는 RNA일 수도 있다. 예를 들어, 파지는 코르티코비리대(Corticoviridae), 시스트로비리대(Cystroviridae), 이노비리대(Inoviridae), 레비비리대(Leviviridae), 리포비리대(Lipoviridae), 마이크로비리대(Microviridae), 미오비리대(Myoviridae), 플라즈마비리대(Plasmaviridae), 포도비리대(Podoviridae), 시포비리대(Siphoviridae), 설포로버스 시바태 바이러스(Sulpholobus shibatae virus) 또는 텍티비리대(Tectiviridae) 일수도 있다. 특정 파지의 예로는, PM2, 콜리파지(Coliphage) fd, 아콜레플라마(Acholeplama) 파지, 콜리파지 MS2, 콜리파지 Qbeta, 콜리파지 T4, 콜리파지 T7, 콜리파지 람다, 박테리오파지 SPBc2, 파지 PRD1 및 바실러스(Bacillus) 파지 φ29가 있다. 바람직하게는, 본 발명에서는 T7 파지를 사용한다. T7은 대장균(E. coli)의 용균성 파지로 6개의 짧은 꼬리 섬유(tail fiber)를 가진 이성체(isometric)의 헤드를 지니고 있고, 선형의 이중 가닥 DNA를 가지고 있다. Phage, also known as bacteriophage, refers to a virus that infects bacterial cells. Phage may be viral phage, temperate phage, filamentous phage, lytic, non-bacterial, enveloped, non-enveloped, DNA or RNA. For example, phages are Corticoviridae, Cystroviridae, Innoviridae, Leviviridae, Lipoviridae, Microviridae, Mio It may be Myoviridae, Plasmaviridae, Podoviridae, Siphoviridae, Sulpholobus shibatae virus or Tectiviridae. Examples of specific phages include PM2, Coliphage fd, Acholeplama phage, Coliphage MS2, Coliphage Qbeta, Coliphage T4, Coliphage T7, Coliphage Lambda, Bacteriophage SPBc2, Phage PRD1 and Bacillus (Bacillus) phage φ29. Preferably, in the present invention, T7 phage is used. T7 is a lytic phage of E. coli with an isometric head with six short fibers and a linear double stranded DNA.
본 발명은 이에 제한되지 않는 후술하는 실시예와 도면을 통하여 상세하게 설명될 것이다. The present invention will be described in detail with reference to the following embodiments and drawings which are not limited thereto.
실시예 1: 재조합 바이러스의 설계 및 구축 Example 1 Design and Construction of Recombinant Virus
바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)(B2659 주)를 부패한(ropey) 빵(Food Science Australia, North Ryde, NSW, Australia로부터 입수)에서 분리하였다. T7 파지와 대장균(Escherichia coli) 및 BLT5403 주를 T7Select® 10-3 Cloning Kit(Novagen, 2000)로 공급받았다. Bacillus licheniformis ( Bacillus) licheniformis (B2659) was isolated from rotten bread (from Food Science Australia, North Ryde, NSW, Australia). T7 phage and Escherichia coli coli ) And BLT5403 strain were supplied with a T7Select ® 10-3 Cloning Kit (Novagen, 2000).
바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)는 TY 배지(플레이트 배지를 만들기 위해서, 16gL-1의 트립톤(BD), 10gL-1의 효모 추출물(Difco), 5gL-1의 염화나트륨(NaCl) 및 20gL-1의 아가(Oxoid), 참조: Martirani et al., 2002)에서 배양하였 다. BLT5403의 진탕배양용 플라스크 양을 12gL-1의 트립톤(Oxide), 24gL-1의 효모 추출물(Merck), 0.4%(v/v)의 글리세롤 및 20gL-1의 아가를 포함하는 Terrific Broth(TB) 또는 Terrific Agar(TA)에서 배양하였다. 배지를 멸균한 다음, 10%(v/v)의 멸균된 인산용액(23.1gL-1의 KH2PO4와 125.4gL-1의 K2HPO4)을 가하였다. 카베니실린(Sigma)을 필터(0.2㎛)로 멸균하여 50mgL-1의 농도로 가하였다. 플라크(plaque) 형성을 위한 탑(top) 아가로스는 10gL-1의 트립톤(Oxide), 5gL-1의 효소 추출물(Merck), 5gL-1의 염화나트륨(NaCl) 및 6gL-1의 아가로스 LE(Promega)로 구성되어 있다. Bacillus Lee Kenny Po Ms (Bacillus licheniformis) are TY medium (to make a plate medium, 16gL -1 of tryptone (BD), 10gL -1 of yeast extract (Difco), a 5gL -1 sodium chloride (NaCl) and 20gL - 1 Oxoid, see Martirani et. al ., 2002). The shake culture flask of BLT5403 was weighed into 12 gL -1 tryptone (Oxide), 24 gL -1 yeast extract (Merck), 0.4% (v / v) glycerol and 20 gL -1 agar. ) Or Terrific Agar (TA). The medium was sterilized and then 10% (v / v) sterile phosphate solution (23.1 gL −1 KH 2 PO 4 and 125.4 gL −1 K 2 HPO 4 ) was added. Carbenicillin (Sigma) was sterilized with a filter (0.2 μm) and added at a concentration of 50 mgL −1 . Tower for plaques (plaque) to form (top) of the agarose is agarose 10gL -1 tryptone (Oxide), 5gL -1 yeast extract (Merck), 5gL -1 of sodium chloride (NaCl) and 6gL -1 ROOS LE (Promega).
유전자 증폭Gene amplification
바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) 알파-아밀라제 유전자(Accession number X03236; X01386)를 하기 표 3의 프라이머 1 과 2를 이용하여 iCycler(Biorad)에서 증폭하였다. 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)를 오비탈 인큐베이터-쉐이커(orbital incubator-shaker)(INFORS AG CH-4103, Bottmingen) 내에서, 200 rpm, 30℃의 조건에서 하룻 밤 진탕배양한 TY배지배양물 20ml에서 DNA를 추출하였다. 세포를 수집하여 펠렛화하고, 200㎕의 리소 자임 완충액(50mM의 글루코스, 10mM의 EDTA 및 25mM의 Tris-HCl(pH 8.0)) 및 5g/L 리소자임(Chicken eggwhite[muramidase], ICN biomedicals)(참조: Sambrook and Russel, 2001, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd edition, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, N.Y.)을 이용해서 재현탁하고(resuspended), 37℃에서 20분간 배양하였다. 리소자임처리 후, 500㎕의 Trizol 시약(Invitrogen)을 가하여, 생산자의 지시대로 DNA를 추출하였다. Bacillus licheniformis Alpha-amylase gene (Accession number X03236; X01386) was amplified in iCycler (Biorad) using
증폭은 240ng의 주형(template) DNA와 1μM의 각 프라이머, 1.25U의 중합효소(Taq DNA Polymerase(Promega), 1 pfu DNA 중합효소(Promega), 0.2mM의 각 dATP, dCTP, dTTP 및 dGTP(Promega), Mg2 +가 없는 1×완충액(Promega) 및 2mM의 MgCl2가 포함된 50㎕의 반응 부피로 수행하였다. 하기와 같은 주기의 매개변수를 사용하였다: 95℃에서 2분간 변성 1주기 후에, 95℃에서 1분간 변성, 47℃에서 30초간 어닐링(annealing), 75℃에서 3분간 연장(extension)으로 이루어진 30주기 및 72℃에서 5분간 연장 1주기. 증폭 생성물은 1% 아가로스 젤을 사용하여 분석하였다. 증폭한 다음, Wizard® PCR preps DNA Purification System(Promega)를 이용해서 1448bp의 밴드를 정제하였다. Amplification consists of 240 ng of template DNA, 1 μM of each primer, 1.25 U of polymerase (Taq DNA Polymerase (Promega), 1 pfu DNA polymerase (Promega), 0.2 mM of each dATP, dCTP, dTTP and dGTP (Promega). ), Mg + 2 is not 1 × buffer solution (Promega) and were used 2mM was carried out in a reaction volume of 50㎕ contains the MgCl 2 to the cycle parameters, such as parameters: 2 minutes denaturation at 95 ℃ after one
알파-아밀라제-암호화 핵산의 Alpha-amylase-encoding nucleic acid T7SelectT7Select 벡터로의 In vector 클로닝Cloning
알파 아밀라제 증폭 생산물을, Trinucleotide Sticky End Cloning 방법(참조: Dietmaier and Fabry, 1995, Protocol: Di/Trinucleotide Sticky End Clonin(DI/TRISEC). In: Boehringer Mannheim PCR Applications Manual. Boehringer Mannheim GmbH, Biochemica, p.136-140)을 이용하여 T7Select 벡터로 클로닝하였다. 정제된 증폭 생산물을 T4 폴리뉴클레오타이드 키나제(polynucleotide kinase)(참조: Doyle, 1996, Protocols and Application Guide, 3rd Edition, USA: Promega Corporation, p.187)를 이용하여 인산화하고, 7.5M 암모늄 아세테이트의 0.5배와 100% 에탄올의 3배를 이용해서 침전시켰다. 상기 물질을 혼합한 후, DNA는 벤치-탑(bench-top) 미량원심분리기(SIGMA 1-13, B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany)를 이용해서 4℃에서 15분간 최고속도로 침전시켰다. 70%(v/v)의 에탄올로 DNA를 세척한 후, 10㎕의 뉴클레아제가 없는(nuclease-free) 물(Promega)로 재현탁하였다. 인산화된 증폭 생성물은 T4 DNA 중합효소(Roche)와 함께 반응 혼합물(64ng/35μL의 반응 혼합물, 1gL-1의 Bovine Serum Albumin(Sigma, Fraction Ⅴ), 1×제한효소 처리용 완충액 C(Promega), 1mM의 dTTP(Promega) 및 3U/35μL의 반응 혼합물)에서 12℃에서 30분간 반응시킨 다음, 80℃에서 15분간 열처리하여 불활성화시키고, 상술한 방법으로 암모늄 아세테이트 침전처리하였다. 정제된 DNA를 1㎕의 멸균수(dH2O)에서 재현탁하였다. T7Select 10-3 벡터의 암(arm)(1㎍/20μL의 반응부피)을 0.1mM의 dATP(Promega), 1×제한효소 처리용 완충액 A(Promega), 4U/20μL의 반응부피 Klenow 효소(Roche)로 상온에서 15분간 처리하고, 75℃에서 효소를 불활화시켰다. 상술한 방법으로 암모늄 아세테이트로 DNA를 침전시키고, 2㎕의 멸균수로 재현탁하였다. 결찰(ligation)은 T7Select® System Manual(Novagen, 2000)의 방법을 따라 수행하였다. 결찰된 DNA를 패키징하고, T7Select® System Manual(Novagen)의 방법에 따라, 플라크 분석을 수행하였다. Alpha amylase amplification products can be obtained using the Trinucleotide Sticky End Cloning method (Dietmaier and Fabry, 1995, Protocol: Di / Trinucleotide Sticky End Clonin (DI / TRISEC) .In: Boehringer Mannheim PCR Applications Manual.Boehringer Mannheim GmbH, Biochemica, p. 136-140) and cloned into T7Select vector. Purified amplification products were phosphorylated using T4 polynucleotide kinase (Doyle, 1996, Protocols and Application Guide, 3rd Edition, USA: Promega Corporation, p.187), 0.5-fold of 7.5M ammonium acetate And precipitated using three times 100% ethanol. After mixing the material, DNA was precipitated at the highest rate for 15 minutes at 4 ° C. using a bench-top microcentrifuge (SIGMA 1-13, B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany). DNA was washed with 70% (v / v) ethanol and then resuspended with 10 μl of nuclease-free water (Promega). Phosphorylated amplification products were reacted with T4 DNA polymerase (Roche) (64 ng / 35 μL of reaction mixture, 1 gL- 1 Bovine Serum Albumin (Sigma, Fraction V), 1 × Restriction Enzyme Buffer C (Promega), The reaction was carried out at 12 ° C. for 30 minutes in 1 mM dTTP (Promega) and 3 U / 35 μL of the reaction mixture), followed by heat treatment at 80 ° C. for 15 minutes, followed by ammonium acetate precipitation by the method described above. Purified DNA was resuspended in 1 μl of sterile water (dH 2 O). The arm of the T7Select 10-3 vector (1 μg / 20 μL reaction volume) was transferred to 0.1 mM dATP (Promega), 1 × restriction enzyme treatment buffer A (Promega), and 4 U / 20 μL reaction volume Klenow enzyme (Roche). ) For 15 minutes at room temperature, and the enzyme was inactivated at 75 ℃. DNA was precipitated with ammonium acetate by the method described above and resuspended in 2 μl of sterile water. Ligation was performed according to the method of T7Select ® System Manual (Novagen, 2000). Packaging the ligated DNA, and according to the process of the T7Select ® System Manual (Novagen), were performed plaque assay.
알파-아밀라제를 발현하는(display) 파지 플라크를 Red Starch(Megazyme)를 포함하는 탑 아가로스에서 배양하여 동정하였다. 알파-아밀라제는 Red Starch를 작은 분자량을 지닌 염색된 절편들로 탈중합시켰다. 상기 작은 분자량의 단편들은 BLT5403 숙주세포에 의해 대사되거나 분산되어, 도 2에서 나타난 것처럼, 알파-아밀라제를 생산할 수 있는 플라크 주위에 클리어 존(clear zone)을 나타내었다. Phage plaques displaying alpha-amylase were identified by incubation in top agarose containing Red Starch (Megazyme). Alpha-amylase depolymerized Red Starch into stained sections with small molecular weight. The small molecular weight fragments were metabolized or dispersed by BLT5403 host cells, exhibiting a clear zone around the plaques that could produce alpha-amylase, as shown in FIG. 2.
양성(positivity( positivepositive ) ) 클로닝의Cloning 유전학적 확인 Genetic confirmation
아밀라제-양성 플라크에서 알파-아밀라제 유전자의 존재여부를 확인하기 위하여, PCR 증폭 및 서열결정을 수행하였다. 알파-아밀라제 유전자의 증폭으로 유전자-특이적 프라이머(표 3의 프라이머 1 및 2)를 이용하여, 1448 뉴클레오타이드 증폭 생산물의 생성을 확인하였다. PCR amplification and sequencing were performed to confirm the presence of alpha-amylase gene in amylase-positive plaques. Amplification of the alpha-amylase gene confirmed the production of 1448 nucleotide amplification products using gene-specific primers (
DNA 서열분석을 위해서, 상술한 방법(Novagen, 2000)으로 50mgL-1의 카베니실린(Sigma)을 포함하는 TB 배지에서 배양한 60mL의 BLT5403에서 파지 분쇄물(lysate)을 수득하였다. 클론된 알파-아밀라제 유전자를 10분 동안 끓인 파지 분쇄물로부터 증폭하였다. 증폭을 위해 T7Select® (Novagen) 정방향(forward) 및 역방향(reverse) 프라이머를 사용하였다. 이러한 프라이머의 서열은 표 3의 프라이머 번호 5번과 6번으로서 제공되었다. For DNA sequencing, phage lysates were obtained in 60 mL of BLT5403 incubated in TB medium containing 50 mgL- 1 carbenicillin (Sigma) by the method described above (Novagen, 2000). The cloned alpha-amylase gene was amplified from boiled phage crushes for 10 minutes. For amplification were used ® T7Select (Novagen) forward (forward) and backward (reverse) primer. The sequences of these primers are provided as Primer Nos. 5 and 6 in Table 3.
바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)로부터 유전자를 증폭시키기 위한 반응조건은 상술한 바와 같다. T7Select® (Novagen) 정방향 및 역방향 프라이머를 이용해서 증폭한 생산물을 상술한 방법으로 암모늄 아세테이트 침전처리를 하여 정제하였다. T7Select® (Novagen) 정방향 및 역방향 프라이머와 유전자의 내부(internal) 영역으로부터 설계된 부가적인 프라이머(참조: 표 3의 프라이머 3과 4)를 이용해서 서열을 결정하였다. 파지에 존재하는 알파-아밀라제 유전자의 뉴클레오티드 서열은 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis) amyS 유전자(Accession number M13256)와 일치하였다. 아밀라제 유전자를 포함하는 T7Select 구축물을 'T7-amy'로 명명하였다. The reaction conditions for amplifying the gene from Bacillus licheniformis are as described above. T7Select ® (Novagen) and purified by the ammonium acetate precipitation as described above for the amplification products using the methods forward and reverse primers. T7Select ® additional primers designed from (Novagen) forward and inside (internal) regions of the gene and the reverse primer: using a (refer to
자일라나제Xylanase (( xylanasexylanase )-암호화 핵산의 ) -Coding of nucleic acid T7SelectT7Select 벡터로의 In vector 클로닝Cloning
Tryptone Soy Agar(Oxide)에서 37℃의 온도로 하룻밤 플레이트 배양한 바실러스 할로듀란스(Bacillus halodurans) C-125(JCM-9153-Japanese Collection of Microorganisms)의 배양물로부터 TRIZOL(Invitrogen)를 이용하여 공급자의 지시에 따라 DNA를 추출하였다. 프라이머 7과 8(참조: 표 4)을 사용하여 하기와 같은 반응 혼합물(50㎕)을 만들고 xynA 유전자를 증폭하였다: 0.1㎍의 DNA, μM의 각 프라이머, 1.25U의 중합효소(Taq Polymerase, Promega), 1 pfu의 DNA Polymerase(Promega), 0.2mM의 각 dATP, dCTP, dTTP 및 dGTP(Promega), Mg2 +가 없는 1×완충액(Promega) 및 2mM의 MgCl2. 하기와 같은 주기 매개변수가 사용되었다: 95℃에서 2분간 변성 1주기 후에, 95℃에서 1분간 변성, 53℃에서 30초간 어닐링, 75℃에서 3분간 연장으로 이루어진 30주기 및 72℃에서 5분간 연장 1주기. 증폭 생산물은 1% 아가로스 젤을 사용하여 분석하였다. Bacillus halodurans cultured overnight at 37 ° C. in Tryptone Soy Agar (Oxide)Bacillus halodurans) DNA was extracted from the culture of C-125 (JCM-9153-Japanese Collection of Microorganisms) using TRIZOL (Invitrogen) according to the supplier's instructions. Using
증폭 생산물을 0.5배부피의 7.5M 암모늄 아세테이트와 3배부피의 100% 에탄올을 이용한 암모늄 아세테이트 침전법으로 정제하였다. 상기 물질을 혼합한 후, DNA를 벤치-탑 미량원심분리기(SIGMA 1-13, B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany)를 이용하여 4℃에서 15분간 최고속도로 침전시켰다. DNA를 70%(v/v)의 에탄올로 세척한 다음, 10㎕의 뉴클레아제가 없는 물(Promega)로 재현탁하였다. The amplification product was purified by ammonium acetate precipitation using 0.5 volumes of 7.5M ammonium acetate and 3 volumes of 100% ethanol. After mixing the materials, DNA was precipitated at 4 ° C. for 15 minutes using a bench-top microcentrifuge (SIGMA 1-13, B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany). DNA was washed with 70% (v / v) ethanol and then resuspended with 10 μl nuclease free water (Promega).
생산자의 지시에 따라, EcoRⅠ(Promega)와 HindⅢ(Promega)를 이용하여 단편의 말단을 절단하였다. 절단된 DNA를 상기 암모늄 아세테이트 침전법으로 정제하였다. 결과 단편들을 T4 DNA 리가제(Roche)를 이용해서 T7Select 벡터 암(Novagen)으로 결찰(ligation)하였다. 결찰은 4℃에서 하룻 동안 실시하였다. T7 벡터로의 결찰 이후, 클로닝된 DNA를 T7Select System(Novagen)에서 공급받은 시약들과 실험방법을 이용하여 비리온(virion)으로 패키징하였다. 구축물(T7-xyn)의 총체(integrity)를 DNA 서열분석을 통해서 확인하였다. According to the producer's instructions, the ends of the fragments were cut using EcoRI (Promega) and HindIII (Promega). The cleaved DNA was purified by the ammonium acetate precipitation method. The resulting fragments were ligation into T7Select vector arm (Novagen) using T4 DNA ligase (Roche). Ligation was carried out at 4 ° C. for one day. After ligation into the T7 vector, the cloned DNA was packaged into virions using reagents and experimental methods supplied from the T7Select System (Novagen). The integrity of the construct (T7-xyn) was confirmed through DNA sequencing.
실시예 2: 알파-아밀라제의 동력학적 분석 Example 2 Kinetic Analysis of Alpha-amylase
KmKm 과 and kcatkcat 의 측정Measure
미정제 상태의 파지-발현효소(phage-expressed enzyme)의 활성과 0.05M의 글리신-NaOH(pH 9.0)에 재현탁한 PEG 6000-침전 파지 발현효소(Novagen)의 활성을, 시판되는 TB 및 0.05M의 글리신-NaOH(pH 9.0)에 들어있는 알파-아밀라제(Sigma, 카탈로그 번호 A3404)의 활성과 비교하였다. Km 과 kcat의 측정을 위해서, 전분(전기영동(electrophoresis)을 위해서 가수분해된 감자 전분, Aldrich) 농도의 범위를 0%〔w/v〕내지 2.5%〔w/v〕로 하였다. 모든 측정은 3번 반복하였다. 전분은 TB 또는 0.05M의 글리신-NaOH(pH 9.0)에 넣어 15분간 끓였다. The activity of crude phage-expressed enzyme and PEG 6000-precipitated phage expressase (Novagen) resuspended in 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0) were obtained from commercially available TB and 0.05M. The activity of alpha-amylase (Sigma, Cat. No. A3404) in glycine-NaOH (pH 9.0) was compared. For the measurement of Km and kcat, the range of the starch (hydrolyzed potato starch, Aldrich) concentration for electrophoresis was 0% [w / v] to 2.5% [w / v]. All measurements were repeated three times. Starch was boiled in TB or 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0) for 15 minutes.
전분과 분해물/효소 제제의 동일한 양을 별개의 튜브에서 70℃의 온도로 10분간 평형화(equilibrate)하였다. 효소와 전분 테스트 시료를 혼합하고 70℃에서 10분간 반응시켰다. 바탕값(blank)으로 사용될 전분과 효소 시료를 별개의 튜브에 넣어서 70℃에서 10분간 방치하였다. 말토스 생산을 최소화하기 위하여, 대조군 전분과 효소는 발색반응이 나타나는 시점에서 혼합하였다. 디니트로살리사이클릭산(dinitrosalicyclic acid, DNS) 발색반응 검정은 번펠드(Bernfeld)의 방법을 참고하였다(참조: Amylases, alpha and beta. Methods Enzymol., 1:149-158, 1955). 전분-효소 용액(1mL)을 1mL의 발색시약에 첨가하고 10분간 끓는 물에 넣어 끓였다. 끓인 후 얼음에 넣어 급속히 냉각시킨 다음, 10mL의 dH2O를 가하고 UV-1601 분광광도계(Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 사용하여 OD540값을 측정하였다. 말토스를 표준값(standard)으로 사용하여 환원당의 농도를 결정하였다. Km과 Vmax 측정값은 Lineweaver-Burk plot를 이용해서 결정하고, kcat 측정값은 하기 식을 이용해서 계산하였다: Equal amounts of starch and digest / enzyme preparations were equilibrated in separate tubes at a temperature of 70 ° C. for 10 minutes. The enzyme and starch test samples were mixed and reacted at 70 ° C. for 10 minutes. Starch and enzyme samples to be used as a blank (blank) was placed in a separate tube and left for 10 minutes at 70 ℃. To minimize maltose production, control starch and enzyme were mixed at the time of color development. Dinitrosalicyclic acid (DNS) color reaction assay was referred to Bernfeld's method (Amylases, alpha and beta.Method Enzymol., 1: 149-158, 1955). Starch-enzyme solution (1 mL) was added to 1 mL of color reagent and boiled in boiling water for 10 minutes. After boiling and rapidly cooling on ice, 10 mL of dH 2 O was added thereto, and the OD 540 value was measured using a UV-1601 spectrophotometer (Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan). Maltose was used as the standard to determine the concentration of reducing sugars. Km and Vmax measurements were determined using a Lineweaver-Burk plot, and kcat measurements were calculated using the following equation:
kcat = Vmax /[E]i kcat = Vmax / [E] i
상기 식에서, Where
Vmax 는 Lineweaver-Burk plot에서 계산된 최대속도를 나타내고, Vmax represents the maximum velocity calculated from the Lineweaver-Burk plot,
[E]i는 초기의 효소농도를 나타낸다.[E] i represents the initial enzyme concentration.
파지의 효소농도를 파지 당 효소의 10 분자의 평균으로 가정하여 계산하고(T7Select® System Manual, Novagen), 플라크 검정을 사용하여 분해물의 파지 농도를 결정하고, 다음의 식을 이용해서 농도를 결정하였다:The enzyme concentration of the phage was calculated assuming an average of 10 molecules of enzyme per phage (T7Select ® System Manual, Novagen), and the phage concentration of the digested product was determined using the plaque assay, and the concentration was determined using the following equation. :
Mass = (분자의 개수 × 분자량) / 아보가드로의 상수 Mass = (number of molecules × molecular weight) / constant of avogadro
파지-발현 알파-아밀라제의 동력학적 특성을 Sigma(바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)의 A3404)의 알파-아밀라제의 동력학적 특성과 비교하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.The kinetics of phage-expressing alpha-amylase was investigated by Sigma ( Bacillus licheniformis ). A3404) is compared with the kinetic properties of alpha-amylase and the results are shown in Table 5 below.
T7-amy 파지에 의해 생산된 조(crude) 효소는 0.05%의 Km으로 전분에 대한 높은 친화도를 나타내었다. 조 효소의 전분에 대한 친화도를 TB에 들어있는 시판되는 알파-아밀라제(Sigma)의 친화도와 비교하였다. T7-amy 파지에 의해 생산된 조 효소와 TB에 들어있는 시판되는 효소 모두, 0.05M 글리신-NaOH(pH 9.0) 완충액에 들어있는 동일한 효소에 비해서 낮은 Km 값을 나타내었다. T7-amy 파지에 의해 생산된 조 효소의 kcat 값은 581 min- 1으로, TB에 들어있는 시판되는 효소의 kcat 값인 315 min-1 보다 약간 높은 값을 나타내었다. T7-amy 파지에 의해 생산된 효소와 시판되는 효소 모두, TB에서 보다 0.05M 글리신-NaOH에서 더 낮은 kcat 값을 나타내었다. 시판되는 효소와 비교하였을 때에, 글리신 완충액의 T7-amy 파지-발현 효소의 높은 kcat 값은 파지 침전 후 존재하는 잔여 배지 조성물로부터 기인한 것이고, 이로 인해 효소의 활성이 향상된 것이다. 조 효소는 kcat/Km 값이 11614%The crude enzyme produced by T7-amyphage showed a high affinity for starch with a Km of 0.05%. The affinity of the crude enzyme for starch was compared to that of commercial alpha-amylase (Sigma) in TB. Both the crude enzyme produced by T7-amy phage and the commercially available enzymes in TB showed lower Km values compared to the same enzymes in 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0) buffer. The kcat value of the crude enzyme produced by T7-amy phage was 581 min - 1 , which was slightly higher than 315 min -1, the kcat value of commercial enzymes contained in TB. Both the enzyme produced by T7-amy phage and the commercially available enzyme showed lower kcat values in 0.05M glycine-NaOH than in TB. Compared with commercially available enzymes, the high kcat value of the T7-amy phage-expressing enzyme in glycine buffer is due to the residual media composition present after phage precipitation, thereby enhancing the activity of the enzyme. Crude enzyme has a kcat / Km value of 11614%
-1.min- 1으로, 매우 효율적이었다. 이러한 효율성은 TB에 들어있는 시판되는 효소와 거의 같고, 시판되는 효소와 0.05M 글리신-NaOH(pH 9.0)에 들어 있는 T7-amy 파지에 의해 생산된 침전 효소에 비해 월등히 높다. -1 .min - 1 in was very efficient. This efficiency is about the same as commercial enzymes in TB, and significantly higher than precipitating enzymes produced by commercial enzymes and T7-amy phage in 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0).
도 3에서 보듯이, T7-amy 파지에 의해 생산된 효소와 시판되는 효소 모두가 70℃에서 최적의 활성을 나타내었으나, 80℃ 및 90℃에서는 급격히 감소하였다. As shown in FIG. 3, both the enzyme produced by T7-amyphage and the commercially available enzyme showed optimal activity at 70 ° C., but rapidly decreased at 80 ° C. and 90 ° C. As shown in FIG.
활성화 에너지 측정Activation energy measurement
활성화 에너지(activation energy)의 측정을 위하여, 전분(전기영동을 위해서 가수분해 된 감자전분, Aldrich)을 10gL-1의 최종농도로 사용하였다. 온도의 범위가 30℃(303.1K) 내지 90℃(363.1K)인 것을 제외하면, 효소검정법은 상술한 바와 같았다. 활성화 에너지를 Java Arrhenius calculator(http://members.nuvox.net/~on.jwclymer/arr.html)를 통해서 다음과 같은 식을 이용해서 계산하였다:For the measurement of activation energy, starch (hydrolyzed potato starch for electrophoresis, Aldrich) was used at a final concentration of 10 gL −1 . The enzyme assay was as described above except that the temperature range was 30 ° C (303.1K) to 90 ° C (363.1K). The activation energy was calculated using the Java Arrhenius calculator ( http://members.nuvox.net/~on.jwclymer/arr.html ) using the following equation:
Ea=-R*기울기(slope)Ea = -R * slope
상기 식에서, Where
R은 기체상수[8.314 J/mol K]를 나타내고, R represents gas constant [8.314 J / mol K],
기울기(slope)는 온도(K)와 속도값을 이용하여, Ln 속도[mol/L/sec]에 대한 1/T[K]의 함수로서 계산하였다. 기질농도가 일정할 경우, 속도는 속도상수 k에 비례하는데, 그 이유는 속도 = k[기질]이기 때문이다. Ln 속도[mol/L/sec]에 대한 1/T[K]의 직선 부분(portion)의 측정값만을 활성화 에너지 계산에 사용하였다. The slope was calculated as a function of 1 / T [K] relative to the Ln speed [mol / L / sec] using the temperature K and the speed value. If the substrate concentration is constant, the velocity is proportional to the velocity constant k, because velocity = k [substrate]. Only the measured value of the linear portion of 1 / T [K] with respect to the Ln rate [mol / L / sec] was used for the activation energy calculation.
상기 표 5에서 보듯이, 시판되는 효소와 T7-amy 파지에 의해 생산된 효소 모두의 활성화 에너지가 낮은데, 이는 알파-아밀라제의 존재하에서 일어나는 전분의 가수분해 공정에서는 적은 양의 에너지가 필요함을 의미한다. 조 분해물일 경우 및 침전 후 0.05M 글리신-NaOH(pH 9.0)에서 재현탁한 경우의 T7-amy 파지에 의해 생산된 효소는, TB 및 0.05M 글리신-NaOH(pH 9.0)에 들어 있는 시판되는 아밀라제 효소에 비해, 약간 높은 활성화 에너지를 가지고 있었다. As shown in Table 5, the activation energy of both the commercial enzyme and the enzyme produced by the T7-amy phage is low, which means that a small amount of energy is required for the hydrolysis of starch occurring in the presence of alpha-amylase. . Enzymes produced by T7-amy phage when crude digest and after resuspension in 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0) after precipitation are commercially available amylase enzymes contained in TB and 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0). In comparison, it had a slightly higher activation energy.
이러한 결과로부터, T7에 의해 발현되는 알파-아밀라제가 효율성(kcat/Km), 온도의 최적성 및 활성화 에너지의 측면에서, 시판되는 알파-아밀라제보다 훨씬 나은 효과를 지니고 있다는 사실을 알 수 있었다. 또한, 상기 결과는 조 분해물내의 T7에 의해 생산되는 알파-아밀라제의 활성이 0.05M 글리신-NaOH(pH 9.0)(정제한 알파-아밀라제의 최적화된 활성을 부여하는 것으로 보여지는 완충액)내의 T7에 의해 생산되는 알파-아밀라제의 활성보다 월등하다는 것을 보여준다. 이는, 사용하기 전에 파지로부터 효소를 정제하는, 비용이 많이 들고 시간이 낭비되는 공정을 거치지 않고도, 효소의 생성물을 전분 액화 공정(liquefaction process)으로 포함하는 것이 가능할 수 있다는 것을 보여준다. From these results, it can be seen that alpha-amylase expressed by T7 has a much better effect than commercial alpha-amylase in terms of efficiency (kcat / Km), temperature optimization and activation energy. In addition, the results indicate that the activity of alpha-amylase produced by T7 in the crude digest was determined by T7 in 0.05M glycine-NaOH (pH 9.0) (buffer, which is shown to impart optimized activity of purified alpha-amylase). It is shown to be superior to the activity of alpha-amylase produced. This shows that it may be possible to include the product of the enzyme into a liquefaction process without undergoing an expensive and time-consuming process of purifying the enzyme from phage before use.
실시예 3: 파지의 대량생산 Example 3 Mass Production of Phage
T7-amy 파지를 10L의 Biostat® C(B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany) 발효조에서 생산하였다. 이 때의, 발효배지는 36gL-1의 트립톤(Oxide), 72gL-1의 효소 추출물(Merck), 0.4%(v/v)의 글리세롤로 이루어져 있고, 멸균 후에 10%(v/v)의 인산용액(23.1gL-1의 KH2PO4와 125.4gL-1의 KH2PO4)을 첨가하였다. 멸균된 인산용액을 FE411(B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany) 연동식 펌프(peristaltic pump)를 이용하여, 배지 멸균 후 발효조에 접종하기 전에, 0.2㎛의 필터(Sartorius)를 통해서 발효조에 용액의 형태로 주사하는 방법으로 카베니실린(50mgL-1, Sigma)을 가하였다. 소포제(5mL, Sigma)를 멸균 전에 초기의 배지에 가하는데, 후에 추가로 가할 필요는 없는 것으로 보인다. 50mgLT7-amy phages were produced in 10 L fermenter of Biostat ® C (B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany). At this time, the fermentation broth was composed of 36 gL- 1 tryptone (Oxide), 72 gL- 1 enzyme extract (Merck), 0.4% (v / v) glycerol, 10% (v / v) after sterilization Phosphoric acid solution (23.1 gL- 1 KH 2 PO 4 and 125.4 gL- 1 KH 2 PO 4 ) was added. The sterilized phosphate solution was FE411 (B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany) using a peristaltic pump (peristaltic pump), the solution in the fermenter through a 0.2 μm filter (Sartorius) before inoculation into the fermenter after sterilization of the medium Carbenicillin (50mgL- 1 , Sigma) was added by injection. Antifoam (5 mL, Sigma) is added to the initial medium prior to sterilization, but no further addition is required afterwards. 50 mgL
-1의 카베니실린을 포함하는 TB에 종균배양한 BLT5403(E. coli 주)을 넣고 200 rpm에서 37℃에서 하룻동안 진탕배양한 다음, 이를 OD600에서의 측정값이 0.3 및 0.4 사이인 6L의 발효 배지의 접종을 위해 사용하였다. 배양시의 조건은 37℃, pH 7.4이었다. pH의 측정은 pH 탐침(probe)이 장착된 Mettler Toledo 405-DPAS-SC-K8S/120을 사용하고, 10%(v/v)의 수산화암모늄(ammonium hydroxide) 용액과 10%(v/v)의 오르토포스포린산(ortho-phosphoric acid) 용액을 사용하여 pH를 조정하였다. 용존산소(dissolved oxygen)를 20%로 맞추고, Mettler Toledo InPro 6310/100/T/N O2 센서를 이용하여 측정하였다. 통기(aeration)는 교대 교반기(alternating stirrer)와 기류(airflow)를 이용해서 유지하였다. 기체 혼합을 처음에 40%의 산소와 60%의 공기로 맞추고, 산소 농도는 배양물의 산소 요구에 의해 증가하였다. 0.2㎛의 Sartofluor Capsule(Sartorius)을 발효조에 들어가는 공기를 여과하는데 사용하고, 0.1㎛의 Sartofluor Mini Cartridge(Sartorius)를 산소 소진 필터(exhaust filter)로 사용하였다. 배양 후 2.5시간 경과 후에, 72%(v/v)의 탈이온수로 희석한 글리세롤(Sigma, 99%+)을 FE411(B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany) 연동식 펌프를 이용해서 발효조에 넣어주었다. 공급 프로파일(feed profile)은 하기와 같았다:BLT5403 ( E. coli ), which was spawned in a TB containing -1 carbenicillin, was incubated at 200 rpm for one day at 37 ° C, and then 6L having a measured value at OD 600 between 0.3 and 0.4. Was used for inoculation of fermentation medium. The conditions at the time of culture were 37 degreeC and pH 7.4. The pH was measured using a Mettler Toledo 405-DPAS-SC-K8S / 120 equipped with a pH probe, 10% (v / v) ammonium hydroxide solution and 10% (v / v). PH was adjusted using ortho-phosphoric acid solution. Dissolved oxygen was adjusted to 20% and measured using a Mettler Toledo InPro 6310/100 / T / NO 2 sensor. Aeration was maintained using alternating stirrers and airflow. The gas mixture was initially set to 40% oxygen and 60% air, with the oxygen concentration increased by the oxygen demand of the culture. Sartofluor Capsule (Sartorius) of 0.2 μm was used to filter the air entering the fermenter, and Sartofluor Mini Cartridge (Sartorius) of 0.1 μm was used as an exhaust filter. 2.5 hours after incubation, glycerol (Sigma, 99% +) diluted with 72% (v / v) deionized water was added to the fermenter using a FE411 (B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany) peristaltic pump. Put it. The feed profile was as follows:
y = 1.88e0 .11t y = 1.88e 0 .11t
상기 식에서, Where
y는 펌프 최대 유속(flow rate)(100%)의 백분율을 나타내고, y represents the percentage of the pump maximum flow rate (100%),
1.88은 초기 유속(최대 유속의 백분율)을 나타내며, 1.88 represents the initial flow rate (as a percentage of the maximum flow rate),
0.11은 log 곡선의 기울기로서 공급의 유속을 결정할 수 0.11 is the slope of the log curve to determine the flow rate of the feed
있는 μ을 나타내고,Represents μ,
t는 시간(h)을 나타낸다. t represents time (h).
내부 직경 1.6mm × 외부 직경 4.8mm인 실리콘 고무 튜브(Jehbsil®)를 통해서 공급된 72%(v/v)의 글리세롤의 유속은 하기의 식에 따랐다:The flow rate of 72% (v / v) of glycerol supplied through a silicone rubber tube (Jehbsil ® ) with an inner diameter of 1.6 mm × an outer diameter of 4.8 mm was according to the following formula:
y = 0.2773x + 0.4726y = 0.2773x + 0.4726
상기 식에서, Where
y는 유속(mL/min)을 나타내고, y represents the flow rate (mL / min),
x는 최대 유속의 백분율을 나타낸다. x represents the percentage of maximum flow rate.
발효조의 조절을 위해서는 소프트웨어 MFCS/win IFB RS-422(B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany)를 사용하였다. For control of the fermentor, the software MFCS / win IFB RS-422 (B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany) was used.
50mgL-1의 카베니실린을 포함하는 TB에서 대수증식기(exponential phase)에 빠르게 자라는 대장균(E. coli ) 주 BLT5403 숙주세포를, OD600값이 29.5(접종 4시간 후)이고 MOI값이 0.007과 0.01 사이일 때, T7-amy 파지로 접종하였다. 접종 약 3시간 후부터 상기 배양물의 분해(lysis)가 발생하였는데, 이는 산소 요구량이 급격히 줄어드는 것을 보고 알 수 있었다. 용해 후, 발효조의 파지 농도는 6.2×1010 pfu/mL 이고, 이는 4×1014 pfu/전체 발효조 부피와 거의 비슷한 수준이었다. 파지(Novagen, 2000)당 10개의 효소 분자로 추정할 때에, 0.4mg의 효소가 발효공정(0.06mgL-1) 중에 생산됨을 알 수 있었다. Number in TB containing carbenicillin 50mgL -1 growth phase of E. coli to grow rapidly (exponential phase) (E. coli), the main BLT5403 host cells, OD 600 value of 29.5 (4 h after inoculation) and a MOI value of 0.007 and When between 0.01 and inoculated with T7-amy phage. About 3 hours after the inoculation, lysis of the culture occurred, which can be seen by rapidly decreasing the oxygen demand. After dissolution, the phage concentration of the fermenter was 6.2 × 10 10 pfu / mL, which was about the same as 4 × 10 14 pfu / total fermenter volume.
파지 적정(titre)을 발효조 내의 효소농도의 지표(indicator)로서 사용한 것은 효소농도를 과소평가한 것일 수도 있었는데, 이는 교반과 산소공급(oxygenation)의 결과로, 발효조의 증가된 전단력(shearing)이 박테리아 배양물의 분해로 인해서 생기는 파지 감염률을 저하시킬 수도 있었기 때문이다. 파지 생산은 몬모릴로나이트(montmorillonite) 및 아타풀가이트(attapulgite)의 교질점토(collodial clay) 입자와 같은 부유 기질(suspended substrate)의 첨가로 최적화될 수 있는데, 이는 파지가 입자로 흡착되면서 바이러스 비활성화를 감소시킬 수 있다는 사실을 의미하였다. 2%의 전분(가수분해된 감자 전분)을 사용한 분해물내의 알파-아밀라제 활성의 소규모 검정결과, 70℃에서 0.111g 환원당/L 분해물/min로 밝혀졌다. The use of a phage titer as an indicator of enzyme concentration in a fermenter could have underestimated the enzyme concentration, which is the result of agitation and oxygenation, which led to increased shearing of the fermenter. This was because the rate of phage infection caused by degradation of the culture could be reduced. Phage production can be optimized by the addition of suspended substrates such as montmorillonite and colloidal clay particles of attapulgite, which will reduce virus inactivation as the phage adsorbs into the particles. Meant that it could. A small scale assay of alpha-amylase activity in digests using 2% starch (hydrolyzed potato starch) revealed 0.111 g reducing sugars / L digests / min at 70 ° C.
실시예 4: 발효조 분해물의 덱스트로스 당량(dextrose equivalent, DE)값의 계산 Example 4 Calculation of dextrose equivalent (DE) value of fermenter digest
밀 전분(Sigma)을 30%(w/v)의 농도의 80 ppm 초산칼슘(calcium acetate)를 포함하는 탈이온수에 넣고 슬러리화하여, 밑부분이 둥근 플라스크에 500mL의 부피가 되게 하였다. 발효조 분해물을 부어 최종 부피를 1L로 맞추고, 이를 Electromantle MV(Electrothermal, UK) 히팅 맨틀(heating mantle)에서 가열한 다음, 전분을 파쇄(shear)하기 위해서 핸드 헬드(hand-held) 균질화기(homogenizer)(Ultraturrax T25 Basic, IKA Works, [Asia], Selanger, Malaysia)를 이용해서 계속해서 균질화시켰다. 전분 혼합물의 온도가 끓는 점에 이르면, 추가로 5분을 더 끓이고, 이를 93℃의 수조(water bath)에 넣었다. 1g의 분취량(aliquot)을 정기적으로 제거하고, 9mL의 멸균수로 희석하여 글루코스 표준 곡선에 대한 환원당 농도(참조: 상기 Bernfeld, 1955)를 테스트하였다. 용액내의 고형 전분을, OD540값을 측정하기 전에 DNS 발색시약에 넣고 끓인 다음, 벤치-탑 미량원심분리기(SIGMA 1-13, B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany)에 넣어 30초간 원심분리하여 펠렛화하였다. DE값을 전체 탄수화물로부터 유리(liberate)된 글루코스로 표현하는 %환원당으로 계산하였다. Wheat starch (Sigma) was placed in deionized water containing 80 ppm calcium acetate at a concentration of 30% (w / v) and slurried to give a volume of 500 mL in a round bottom flask. Fermenter digests are poured to a final volume of 1 L, heated in an Electromantle MV (Electrothermal, UK) heating mantle, and then hand-held homogenizer to shear the starch. (Ultraturrax T25 Basic, IKA Works, Asia, Selanger, Malaysia) was used for further homogenization. When the temperature of the starch mixture reached the boiling point, an additional 5 minutes were boiled and placed in a water bath at 93 ° C. A 1 g aliquot was removed periodically and diluted with 9 mL of sterile water to test the reducing sugar concentration (see Bernfeld, 1955, supra) on the glucose standard curve. The solid starch in the solution is boiled in a DNS developing reagent before measuring the OD 540 value, and then centrifuged for 30 seconds in a bench-top microcentrifuge (SIGMA 1-13, B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany). Pelletized. DE values were calculated as% reduced sugars expressed in glucose liberated from total carbohydrates.
40 ppm의 칼슘 이온과 발효조 분해물이 포함된 15%의 밀 전분을 이용해서 구한 DE값을 도 4에 나타내었다. 8 내지 14의 DE값은 최적화된 조건에서 액화를 수행하는 전분업계가 기대하는 수치이다. 이러한 조건은 실험실 수준에서는 불가능하지만, 상업적으로 기대하는 범위의 DE값이 현재 산업적으로 사용되는 효소보다 훨씬 적은 효소를 사용하여 얻어졌다. 본 발명자들은 이러한 수준의 DE값을 조 분해물을 사용해서 얻었다는 점을 강조하고자 한다. 효소를 정제할 필요가 없고, 93℃에서 2시간동안 배양 후에는, 파지 또는 박테리아가 존재하지 않을 것이다. 전분으로부터 수득한 당화(saccharified) 시럽을 일반적으로 활성탄(activated charcoal) 및 이온교환 수지(resin)를 통해서 여과하거나 정제하기 때문에, 효소생산 공정에서 생기는 어떤 큰 오염물질도 최종산물을 사용하기 전에는 모두 제거될 것이다. 전분을 에탄올의 생성에 사용하는 경우에는, 액화전분을 추가로 회분식 효모발효에 적용할 수 있고, 따라서, 원래 시료의 순도는 문제가 되지 않을 것이다. 4 shows DE values obtained using 15% wheat starch containing 40 ppm of calcium ions and fermenter digest. DE values of 8 to 14 are values expected by the starch industry performing liquefaction under optimized conditions. These conditions are not possible at the laboratory level, but the DE values in the commercially expected range were obtained using enzymes much less than those currently used industrially. We would like to emphasize that this level of DE value was obtained using crude decomposition products. There is no need to purify the enzyme and after 2 hours of incubation at 93 ° C., no phage or bacteria will be present. Saccharified syrups obtained from starch are usually filtered or purified through activated charcoal and ion exchange resins to remove any large contaminants from the enzyme production process before the end product is used. Will be. When starch is used for the production of ethanol, liquefied starch can be further applied to batch yeast fermentation, so the purity of the original sample will not be a problem.
실시예 5: 알파-아밀라제와 자일라나제를 동일한 번역 생산물로 발현되도록 하는 이들을 암호화하는 핵산의 T7 select vector로의 클로닝 Example 5 Cloning of Nucleic Acids Encoding Alpha-amylase and Xylanase into T7 Select Vectors Encoding them to Be Expressed in the Same Translation Product
도 1Aⅰ 및 1Aⅱ에서 보듯이, 본 발명에서 사용된 2개의 효소를 암호화는 핵산분자를 동일한 번역 생산물로 발현되도록 T7 파지로 클로닝하였다. 2개 효소를 동일한 파지로 클로닝하는 것은 매우 바람직한데, 이는 많은 산업적 효소반응이 하나 이상의 효소를 사용을 필요로 하기 때문이다. 이러한 예로는 맥주 생산, 섬유의 탈색, 제빵, 세탁용 세제의 생산, 면(cotton)의 효소적 표백, 옥수수 섬유로부터 지질부(fraction)의 분리 및 종이 원료의 생산을 위한 지방산-산화 효소의 사용이 포함된다. As shown in FIGS. 1A and 1Aii, the two enzymes used in the present invention were cloned into T7 phage to encode the nucleic acid molecules with the same translational product. Cloning two enzymes into the same phage is highly desirable because many industrial enzymatic reactions require the use of more than one enzyme. Examples include the use of fatty acid-oxidases for beer production, fiber decolorization, baking, production of laundry detergents, enzymatic bleaching of cotton, separation of lipid fractions from corn fiber and production of paper stock. This includes.
바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis)의 알파-아밀라제(1,4-α-글루칸 글루칸가수분해효소(glucan glucanohydrolase), EC 3.2.1.1)와 바실러스 할로듀란스(Bacillus halodurans) C125(JCM 9153)의 자일라나제 A(1,4-beta-D-자일란가수분해효소(xylanohydrolase), EC 3.2.1.8)를 T7Select 벡터(Novagen)에 클로닝하여, 그들을 하나의 번역 생성물로 생산하였다. 번역 생성물은 또한 T7 외각 단백질 10(CP10)도 포함한다. 알파-아밀라제 및 자일라나제 모두를 배열(orientation)하였는데, 이는 CP10-알파-아밀라제-자일라나제(T7-AX) 및 CP10-자일라나제-알파-아밀라제(T7-XA)이다. Bacillus Lee Kenny Po Ms (Bacillus licheniformis) alpha-amylase (α- 1,4-glucan hydrolase glucan (glucan glucanohydrolase), EC 3.2.1.1) and Bacillus halo Durance (Bacillus halodurans ) Xylanase A (1,4-beta-D-xylan hydrolase, EC 3.2.1.8) of C125 (JCM 9153) was cloned into T7Select vector (Novagen) to convert them into one translation product. Produced. Translation products also include T7 envelope protein 10 (CP10). Both alpha-amylase and xylanase were orientated, CP10-alpha-amylase-xylanase (T7-AX) and CP10-xylanase-alpha-amylase (T7-XA).
xynA 유전자를 바실러스 할로듀란스(Bacillus halodurans) 게놈 DNA와 T7-AX를 위한 프라이머 11 및 12(참조: 표 6) 또는 T7-XA를 위한 프라이머 13 및 14를 이용하여 상술한 반응조건에서 증폭하였다(이 때의 조건 중, 연장단계의 시간을 2분으로 줄인 것을 제외하고는, 상기 조건과 동일하다). 끓인 10㎕의 T7-amyS 분해물(실시예 1에 기재)으로부터 amyS 유전자를 증폭하였는데, 이 때의 반응조건은 어닐링 온도를 49℃로 바꾼 것 외에는 거의 동일하다. T7-AX 구축물을 위해서 프라이머 9와 10(참조: 표 6)을, T7-XA를 위해서 프라이머 15와 16을 사용하였다. PCR 생성물을 분석하고 정제하고 적절한 제한효소(BamHⅠ, EcoRⅠ 및 HindⅢ)를 이용하여 분해한 다음, T7Select 벡터 암으로 결찰하고 상술한 방법으로 비리온에 패키징하였다. 알파-아밀라제 및/또는 자일라나제를 생산하는 플라크를 Red Starch(Megazyme)와 Birchwood azo-xylan(Megazyme)을 각각 포함하는 탑 아가로스에서 배양하여 동정하였다(참조: 도 5). 최종 구축물의 총체를 프라이머 1 내지 17(참조: 표 3, 5 및 6)을 이용한 DNA 서열분석을 통해서 확인하였다.xynA the genes of Bacillus halo Durance (Bacillus halodurans ) amplified under the above reaction conditions using genomic DNA and primers 11 and 12 for T7-AX (see Table 6) or primers 13 and 14 for T7-XA (of which the Same as above conditions, except the time was reduced to 2 minutes). The amyS gene was amplified from 10 µl of boiled T7-amyS digest (described in Example 1), and the reaction conditions were almost the same except that the annealing temperature was changed to 49 °
실시예 6: 알파-아밀라제와 자일라나제를 동일한 번역 생산물로서 포함하는 T7 구축물과 자일라나제의 동력학적 분석 Example 6 Kinetic Analysis of T7 Constructs and Xylanases Containing Alpha-amylase and Xylanase as Same Translation Product
미정제된 형태의 파지-발현 효소의 활성을, 시판되는 알파-아밀라제(Sigma, 카탈로그 번호 A3404)와 비교하였다. 알파-아밀라제 활성은 상술한 디니트로살리사이클릭산(dinitrosalicyclic acid, DNS) 발색반응으로 측정하였다. The activity of the crude phage-expressing enzyme in the crude form was compared with commercially available alpha-amylase (Sigma, Cat. No. A3404). Alpha-amylase activity was measured by the above-described dinitrosalicyclic acid (DNS) color reaction.
자일라나제 활성은 동결건조된 귀리 스펠트 자일란(oat spelt xylan)(Sigma oat spelts, X-0627)을 사용하여 측정하였다. 동결건조된 자일란(xylan)(150mL내의 3g)을 끓는 물에 가하고, 2배 부피의 무수 에탄올(absolute ethanol)을 가한 다음, 12.5%의 Whatman's #4 여과지를 이용해서 여과하였다. 그런 다음, 필터에 에탄올 100mL을 통과시키고, 95% 에탄올, 99.9% 에탄올 100mL을 통과시킨 후, 99.9% 아세톤 100mL을 다시 통과시켰다. 자일란을 건조기에 넣어 하룻 동안 건조시켰다. 동결건조된 자일란을 TB에 첨가하여 1%의 자일란 원액(stock solution)을 만들고, 이를 15분 동안 끓인 후 냉각시켰다. 자일라나제 활성의 측정은 자일란을 기질로 사용하고, 4mL의 물을 반응의 마지막 단계에서 가하며, OD540 값을 측정하기 전에 1mL의 시료를 벤치-탑 원심분리기(SIGMA 1-13, B. Braun Biotech International GmbH, Melsungen, Germany)에서 최대속도로 1분간 회전시키는 사항을 제외하면, 알파-아밀라제(DNS 반응)의 측정과 동일하였다. 자일라나제의 활성의 측정은 바실러스 할로듀란스(Bacillus halodurans)의 클론된 효소에 있어서 최적온도인 70℃에서 이루어졌다. 환원당 농도는 자일로스(xylose)를 표준으로 사용하여 측정하였다. 모든 구축물의 Km과 kcat 측정값은 표 7에 나타내었다. 어떠한 시판되는 자일라나제도, 파지-유래(based) 및 파지와 무관한(free) 자일라나제의 동력학적 관점에서 직접적으로 비교할 정도가 되지 않았다. Xylanase activity was measured using lyophilized oat spelt xylan (Sigma oat spelts, X-0627). Lyophilized xylan (3 g in 150 mL) was added to boiling water, twice the volume of absolute ethanol was added and filtered using 12.5% Whatman's # 4 filter paper. Then, 100 mL of ethanol was passed through the filter, followed by 100 mL of 95% ethanol and 99.9% ethanol, and then 100 mL of 99.9% acetone. Xylan was placed in a dryer and dried for one day. Lyophilized xylan was added to TB to make 1% xylan stock solution, which was boiled for 15 minutes and then cooled. Determination of xylanase activity was carried out using xylan as a substrate, 4 mL of water added at the end of the reaction, and 1 mL of sample was run on a bench-top centrifuge (SIGMA 1-13, B. Braun) before measuring the OD 540 value. Biotech International GmbH, Melsungen, Germany) was the same as the measurement of alpha-amylase (DNS reaction) except for the one minute rotation at the maximum speed. Determination of the activity of xylanase was made at 70 ° C., which is the optimal temperature for the cloned enzyme of Bacillus halodurans . Reducing sugar concentrations were measured using xylose as a standard. Km and kcat measurements of all constructs are shown in Table 7. There are no direct comparisons in terms of the kinetics of any commercially available xylanase, phage-based and phage-free xylanase.
No act* - 전분을 기질로 사용하였을 경우, T7-xyn파지가 어떤 활성도 나No act *-T7-xyn phage showed no activity when starch was used as a substrate.
타내지 않음을 나타낸다. It does not appear.
전분을 기질로서 사용한 T7-amy, T7-AX 및 T7-XA 파지 구축물을 위한 겉보기(apparent) Km값은 시판되는 유리 알파-아밀라제(Sigma)를 사용한 동일한 조건에서의 값과 비슷하고, 사용한 모든 전분은 0.02 내지 0.08%이었다. T7-xyn은 전분에 대한 어떠한 활성도 나타내지 않았다. 자일란을 기질로 사용하였을 때, 자일라나제를 발현하는 모든 구축물들(T7-xyn, T7-AX 및 T7-XA) 또한 0.03 내지 0.09%의 유사한 Km값을 나타내었다. T7-amy 파지에 의해 생산되는 알파-아밀라제와 시판되는 효소는 모두 자일란에 대해서 활성을 나타내었지만, 약간 높은 Km값을 나타내었다. 이것은 본 발명에서 사용한 귀리 스펠트 자일란의 낮은 순도 때문인 것으로 추측된다. 상응하는 기질에 대한 효소에 대해서 매우 유사한 Km값이 얻어졌지만, (T7-Amy 파지와 시판되는 효소를 제외하면) 전분에 대한 가장 높은 Km값은 T7-AX파지에서 볼 수 있었고, 자일란에 대한 가장 높은 Km값은 T7-XA에서 볼 수 있었다. T7-AX 및 T7-XA 파지 구축물 모두의 목적하는 효소(즉, 전분의 알파-아밀라제 또는 자일란의 자일라나제)는 파지의 외각 단백질과 두 번째 효소사이에 존재한다. 이는 기질에 대한 효소의 친화도가 동일한 번역 생성물로서, 효소의 생산에 약간의 영향을 받는다는 것을 의미한다. 전환률(turnover rate) 즉, 겉보기 촉매상수(kcat)는 구축물에 따라 가변적이다. 그러나, 효소를 압박(constrainig)하는 것(즉, 외각 단백질 또는 다른 효소에 연결하고/연결하거나 2개의 단백질 사이에 융합시키는 것)은 전환률(kcat)에 영향을 주고, 어쩌면 전환률을 증가시킬 수도 있다는 사실은 명백하다. 높아진 kcat는 높아진 전환률로 반응이 빨라졌음을 의미한다. 이것은 비상수(specificity constant)(kcat/Km)에도 영향을 줄 수 있음을 의미하는 것이다. 궁극적으로, 높은 kcat는 비용절감의 효과를 나타낸다. The apparent Km values for the T7-amy, T7-AX and T7-XA phage constructs using starch as substrates are similar to those under the same conditions using commercially available free alpha-amylase (Sigma) and all starches used. Was 0.02 to 0.08%. T7-xyn did not show any activity on starch. When using xylan as the substrate, all constructs expressing xylanase (T7-xyn, T7-AX and T7-XA) also showed similar Km values of 0.03 to 0.09%. Both alpha-amylase and commercial enzymes produced by T7-amyphage showed activity against xylan, but showed slightly higher Km values. This is presumed to be due to the low purity of the oat spell xylan used in the present invention. Very similar Km values were obtained for enzymes for corresponding substrates, but the highest Km values for starch (except for T7-Amy phage and commercially available enzymes) were found for T7-AX phage, and the most for xylan. High Km values were seen in T7-XA. The desired enzyme of both the T7-AX and T7-XA phage constructs (ie, alpha-amylase of starch or xylanase of xylan) is present between the phage outer protein and the second enzyme. This means that the affinity of the enzyme for the substrate is the same translation product, which is slightly affected by the production of the enzyme. The turnover rate, or apparent catalyst constant (kcat), is variable depending on the construct. However, constraining enzymes (i.e., connecting to outer proteins or other enzymes and / or fusing between two proteins) can affect kcat and possibly increase conversion. The fact is obvious. Higher kcat means faster response with higher conversion rate. This means that it can also affect specificity constants (kcat / Km). Ultimately, high kcats are cost effective.
실시예 7: 동일한 T7Select 벡터에 서로 다른 번역 생성물로서 알파-아밀라제 암호화 핵산과 자일라나제 암호화 핵산의 클로닝 Example 7 : Cloning of alpha-amylase encoding nucleic acid and xylanase encoding nucleic acid as different translation products in the same T7Select vector
표준 분자생물학 클로닝 기술을 이용하여 다음과 같은 구축물을 작제하였다.The following constructs were constructed using standard molecular biology cloning techniques.
2개의 서로 다른 번역 생성물을 암호화하는 단일 전사유닛(A single transcription unit that encodes two different translation products ( unitunit ))
2개의 서로 다른 효소를 암호화하는 핵산분자(핵산분자 1 및 2)를 파지 벡터 DNA에 각각 상술한 방법(T7Select kit 지시사항, Novagen)으로 삽입하였다. 정지코돈 및 하류(downstream) 유전자의 번역을 위한 인핸서(enhancer) 서열을 포함하는 3’ 플랭킹(flanking) 벡터서열을 지니고 있는 핵산분자 1을 PCR로 증폭하였다. 핵산분자 2와 함께 하는 시작코돈 및 CP10 단백질을 암호화하는 핵산서열을 포함하는, 핵산분자 2도 PCR로 증폭하였다. PCR 생성물의 5’ 및 3’ 말단(end)에 함입되는 적절한 제한효소 부위를 PCR 단편을 포함하는 핵산분자 1과 2를 파지 벡터 암으로 결찰시키는데 사용하였다. Nucleic acid molecules encoding two different enzymes (
도 1B에서 보듯이, 결찰 후에 벡터서열은 벡터 암으로부터 기원하는 적절한 프로모터, 전사 시작서열 및 CP10 단백질 코딩서열을 포함하고, 번역 정지코돈을 포함하는 핵산분자 1에 의해 완성(in-frame)된 것이다. 이는 번역을 증강(enhancing)시키는데 관련된 서열을 포함하는 짧은 개재서열(intervening sequence)로 이어지고, 또한 시작코돈과 핵산분자 2의 코딩서열과 함께하는 CP10 유전자의 코딩서열로 이어진다. As shown in FIG. 1B, the vector sequence after ligation is in-frame by
2개의 전사(직렬, 2 warriors (serial, tandemtandem ) 유닛과 2개의 번역 생성물Unit and two translation products
도 1C에서 보듯이, 핵산분자 1과 2 사이의 짧은 개재부위가 긴(~100bp) 이중가닥의 올리고뉴클레오티드, 또는 프로모터, 전사 시작부위 및 핵산분자 2를 위한 리보솜 결합부위를 암호화하는 짧은 PCR 생성물로 대체된 것을 제외하고는, 상술한 바와 같은 공정을 사용할 수 있었다. 이러한 전략은 LIC Duet Minimal Adaptor 전략(Novagen)에서 볼 수 있는 것과 유사하다. 핵산분자 1을 위한 종결서열도 개재부위에 포함될 수 있을 것이다. As shown in FIG. 1C, the short intervening region between
2개의 전사(분기, 2 transcriptions (branches, divergentdivergent ) 유닛과 2개의 번역 생산물Unit and two translation products
2개의 별개의 프로모터를 목적하는 융합 핵산분자를 발현하는데 사용하였다. 프로모터의 분기(정면(head-to-head)) 특성은 한 번역 유닛에서 다음 유닛으로의 번역으로 인한 발현을 저하시킨다. 이는 도 1D에서 나타난다. 필립스(Philipps) 등은 이러한 접근을 이용하여, 새로운 바큘로바이러스(baculovirus) 발현 시스템을 개발하였다(참조: 2004, BioTechniques 36:80-83). Two separate promoters were used to express the desired fusion nucleic acid molecule. The branching (head-to-head) nature of the promoter degrades expression due to translation from one translation unit to the next. This is shown in Figure 1D. Philips et al. Used this approach to develop a new baculovirus expression system (2004, BioTechniques 36: 80-83).
하나 또는 두 개의 효소-암호화 핵산분자 플라스미드 One or two enzyme-encoding nucleic acid molecule plasmids 작제Construction
바이러스의 외각 단백질을 암호화하는 핵산분자로 번역 융합된 핵산분자 1 및/또는 2는, 플라스미드 벡터 내에 존재하는 핵산서열로부터 발현될 수 있을 것이다. 바이러스 내에서의 발현 후, 발현된 생산물은 바이러스 게놈으로부터 발현된 여타의 단백질들과 함께 함입되어, 바이러스 입자를 형성할 것이다. 이는 도 1E에 나타나있다. 이러한 예에는 [Willats, 2002, Plant Molecular Biology, 50:837]에서 상세히 기술된 헬퍼 파지/ 파지미드 시스템 또는 T7Select 시스템(Novagen)의 일부에 존재하는 야생형 CP10A 유전자를 발현시키는 상보적(complementary) 플라스미드가 있다.
게놈에서 발현하는 하나 또는 두 개의 효소-암호화 핵산분자 One or two enzyme-encoding nucleic acid molecules expressed in the genome
이 방법론에서는 파지의 표현형과 유전형간의 관련이 중요하지 않은데, 그 이유는 선별단계가 없기 때문이다. 파지 생산에 있어서 중요한 결과는 목적하는 효소를 발현시키는 것이다. 따라서, 융합 단백질을 암호화하는 핵산분자가 파지입자에 함입되는 한, 융합 단백질을 암호화하는 구축물은 게놈에서 발현할 것이다(참조: 도 1F). 융합 구축물을 당업계의 공지된 방법으로 통합(integration)될 수 있다.In this methodology, the relationship between phage phenotype and genotype is not important because there is no screening step. An important result in phage production is the expression of the desired enzyme. Thus, as long as the nucleic acid molecule encoding the fusion protein is incorporated into the phage particle, the construct encoding the fusion protein will be expressed in the genome (see FIG. 1F). Fusion constructs can be integrated by methods known in the art.
융합 생산물을 위해 사용한 2개의 서로 다른 외각 단백질Two different outer proteins used for fusion products
일부 파지 시스템(예를 들어, M13)은 표면에 서로 다른 여러가지 단백질을 발현시킨다. 이는 서로 다른 여러 외각 단백질에서, 목적하는 서로 다른 유전자가 발현할 수 있는 기회를 제공한다(참조: 도 1G). 예를 들어, Ff 박테리오파지(예를 들어, M13)는 필요로 하는 융합 단백질의 크기와 갯수에 따라, 상술한 [Willats, 2002]에 기술된 pVⅢ 또는 pⅢ 외각 단백질과 융합된 목적하는 단백질/펩티드를 발현시킨다. Some phage systems (eg M13) express different proteins on the surface. This provides the opportunity for the expression of different genes of interest in several different envelope proteins (see FIG. 1G). For example, an Ff bacteriophage (eg, M13) may be used to determine the desired protein / peptide fused with a pVIII or pIII shell protein described in [Willats, 2002], depending on the size and number of fusion proteins required. Expression.
별개의 파지입자와 혼합 Mixed with separate phage particles 분쇄물에서From crushed 각각의 핵산분자의 발현 Expression of individual nucleic acid molecules
다수의 효소를 수득할 수 있는 간단한 접근방법은 각 효소를 별개의 융합 구축물로 생산하는 것이다. 서로 다른 융합 구축물로부터 생산된 분쇄물을 혼합함으로써, 적당한 비율로 다수의 효소활성을 나타내는 분쇄물의 풀(pool)을 생성할 수 있다(참조: 도 1H). 카스틸로(Castillo) 등은 이러한 방법을 이용해서, 별개의 2개의 파지 벡터에 표적 펩티드(target peptide)의 라이브러리와 표적 결합제(target binder)(sdFv)의 라이브러리를 발현시키고, 후보(candidate) 결합제를 성공적으로 분리하였다(참조: 2001, J. Immuno. Meth., 257:117-122). A simple approach to obtaining multiple enzymes is to produce each enzyme as a separate fusion construct. By mixing the mills produced from different fusion constructs, one can generate a pool of mills that exhibit a large number of enzymatic activities in an appropriate proportion (see FIG. 1H). Castillo et al. Use this method to express a library of target peptides and a library of target binders (sdFv) in two separate phage vectors, and a candidate binder. Was successfully isolated (2001, J. Immuno. Meth., 257: 117-122).
외각 단백질과의 융합 생성물로 발현되는 핵산분자 1과
다중체 형태의 생산물의 서브유닛간의 연관성이 상대적으로 강한 경우에, 오직 하나의 서브유닛만을 하나의 외각 단백질과의 융합을 통해서 파지입자에 부착시킬 필요가 있다. 세포 내에서 다른 서브유닛의 조립(assembly)이 일어나서, 파지 표면에 다중체 형태의 생성물이 존재하게 된다(참조: 도 1I). 이것은 항체의 다양한 서브유닛을 사용할 때 통상적으로 이용하는 방법론으로, 예를 들어, [Hoogenboom et al., 1998, Immunotechonology, 4:1-20]에서 상세히 설명되었다. If the association between the subunits of the product in the form of a multimer is relatively strong, only one subunit needs to be attached to the phage particle through fusion with one outer protein. Assembly of other subunits occurs within the cell, resulting in the presence of multiplexed products on the phage surface (see FIG. 1I). This is the methodology commonly used when using various subunits of antibodies, as detailed in, eg, Hoogenboom et al ., 1998, Immunotechonology, 4: 1-20.
실시예 8: 파지-발현 효소를 이용한 혼합된 사무 폐기물의 탈잉크 Example 8 De-Ink of Mixed Office Waste Using Phage-Expressing Enzymes
혼합된 사무 폐기물(MOW, mixed office waste)은 재활용 폐지의 큰 자원이지만, 탈잉크하기에는 가장 까다로운 원료로 알려져 있기 때문에, 통상적인 알칼리성 탈잉크 공정에 대한 대안이 필요하게 되었다. 다양한 연구결과는 효소를 이용한 탈잉크가 실용적인 대안임을 보여주고, 리파제, 오일로 만든 잉크를 분해하는 에스터라제, 펙티나제, 헤미셀룰라제/자일라나제, 셀룰라제, 아밀라제 및 잉크입자가 연관된 결합 또는 섬유 표면을 변화시켜, 잉크입자를 유리시키는 여타의 리그닌분해효소(lignolytic enzyme)를 포함하는 여러가지 효소들이 탈잉크화를 도모한다는 것을 나타내었다. 자일라나제 및 알파-아밀라제는 모두 탈잉크를 향상시키는 것으로 보여진다. 알파-아밀라제와 자일라나제를 암호화하고 파지 외각 단백질 10을 암호화하는 핵산분자에 부착된 핵산분자를 포함하는 T7 구축물을 탈잉크 검정에 사용하고, 이것이 MOW의 효소 탈잉크를 수행하기 위한 실용적인 방법임을 알 수 있었다.Mixed office waste (MOW) is a large resource for recycling waste, but because it is known as the most difficult raw material to de-ink, alternatives to conventional alkaline de-ink processes are needed. Various studies have shown that de-inking with enzymes is a viable alternative, involving lipases, esterases that break down inks made from oils, pectinase, hemicellase / xylanase, cellulase, amylase and ink particles. It has been shown that various enzymes, including other lignolytic enzymes that liberate ink particles by altering the bond or fiber surface, facilitate deinking. Xylanase and alpha-amylase are both shown to enhance deinking. A T7 construct comprising a nucleic acid molecule encoding alpha-amylase and xylanase and attached to a nucleic acid molecule encoding
펄프의 제조Preparation of Pulp
약 22%의 잉크 피복(coverage)을 지닌 MOW를 파쇄(600g)하고, Technical Association of Paper and Pulp Industries(TAPPI) protocol T525 om-92로 펄프화하였다. 상기 펄프를 75%(물):25%(섬유)가 되도록 부분건조하고 4℃에서 보관하였다. MOW with about 22% ink coverage was crushed (600 g) and pulped with Technical Association of Paper and Pulp Industries (TAPPI) protocol T525 om-92. The pulp was partially dried to 75% (water): 25% (fiber) and stored at 4 ° C.
효소의 제조Preparation of the enzyme
파지 분쇄물을 PEG 침전을 포함하는 T7Select(Novagen) 생산자의 지시대로 제조하였다. 유리된 효소 또는 파지 효소의 활성의 거의 동량의 유닛(예를 들어, 20유닛)을 170mL의 TB에 재현탁하였다. Phage grinding was prepared as directed by the T7Select (Novagen) producer including PEG precipitation. Almost equal units of activity (eg 20 units) of free or phage enzyme activity were resuspended in 170 mL TB.
효소반응Enzyme reaction
170ml의 효소제제(상술함)를 핫플레이트 위에서 70℃로 가열하고, 10g의 오븐 건조한(OD) 섬유(40g의 펄프)를 가하였다. 이 혼합물을 반응온도에서 30분간 조심스럽게 교반하였다. 온도를 100℃까지 상승시키고, 혼합물을 10분간 끓였다. 끓인 후에 혼합물에는 어떠한 파지도 나타나지 않았다. 170 ml of enzyme preparation (described above) was heated to 70 ° C. on a hotplate and 10 g of oven dried (OD) fiber (40 g of pulp) was added. The mixture was carefully stirred at reaction temperature for 30 minutes. The temperature was raised to 100 ° C. and the mixture was boiled for 10 minutes. After boiling, the mixture did not show any phage.
핸드시트(handsheet)의Of the handsheet 부유( floating( flotationflotation ) 및 제조) And manufacturing
10분간 끓인 후, 상기 혼합물을 상온에서 2L의 물로 희석하고, 부유 장치로 옮겼다(참조: Pala et al., 2004, J. Biotech., 108:79-89). 3mL의 부유 보조물질(aid)(1/50으로 희석, Buckman BDR2331)을 가하였다. 부유 현상이 20분간 0.5L min-1의 기류에서 일어났다. 부유가 끝나면 잔여 거품을 제거한 다음, 펄프를 저속도의 원심분리 여과를 통해서 농축하고 오븐 건조하였다. 3g의 OD 섬유를 300ml의 물로 적시고, 1분간 분해하였다(Black and Decker FP15X, setting Ⅱ). 핸드시트를 만들고(TAPPI protocol T272om-92), TAPPI protocol T272om-92를 사용하여 명도를 측정(ColorTouch apparatus(Model ISO) light source D65)하였다. After boiling for 10 minutes, the mixture was diluted with 2 L of water at room temperature and transferred to a flotation device (Pala et al ., 2004, J. Biotech., 108: 79-89). 3 mL of suspension aid (diluted to 1/50, Buckman BDR2331) was added. Suspension occurred at air flow of 0.5 L min < -1 > for 20 minutes. At the end of the suspension the remaining foam was removed, the pulp was concentrated through low speed centrifugal filtration and oven dried. 3 g of OD fibers were wetted with 300 ml of water and digested for 1 minute (Black and Decker FP15X, setting II). A handsheet was made (TAPPI protocol T272om-92) and brightness was measured using the TAPPI protocol T272om-92 (ColorTouch apparatus (Model ISO) light source D65).
탈잉크De Ink 공정의 결과물 Output of the process
도 6은 아밀라제 및 자일라나제의 탈잉크로 인한 핸드시트의 명도(brightness) 증가를 나타낸다. 이러한 효소를 암호화하는 핵산서열의 부재로 아밀라제 및 자일라나제의 활성이 없는 T7 파지 분쇄물(T7-NE)을 음성 대조군으로 사용하였다. 하나의 효소(T7-amy 또는 T7-xyn 파지)를 암호화하는 핵산분자를 포함하는 파지는 통해서 음성 대조군에 비해서 명도의 향상성을 보여준다(둘 다 3.8%). 동일한 파지입자(T7-AX)에서 두 효소 모두의 조합은 명도에 있어서 4.1% 증가한 더 높은 향상성을 나타내었다. 이러한 경향은 여러 독립적인 실험을 통해서도 관찰할 수 있었다. 분쇄물 생산의 최적화를 통하여, 시판되는 아밀라제에서 나타나는 정도의 향상성을 T7-NE 분쇄물에서 나타내도록 할 수 있는 것이다(5.6%의 향상성).6 shows an increase in the brightness of the handsheets due to the deinking of amylases and xylanases. In the absence of nucleic acid sequences encoding these enzymes, T7 phage pulverized (T7-NE) without amylase and xylanase activity was used as a negative control. Phage containing nucleic acid molecules encoding one enzyme (T7-amy or T7-xyn phage) showed improved brightness compared to the negative control (both 3.8%). The combination of both enzymes in the same phage particle (T7-AX) showed a higher improvement with a 4.1% increase in brightness. This tendency can be observed through several independent experiments. Through optimization of the mill production, the degree of improvement seen in commercial amylases can be shown in the T7-NE mill (5.6% improvement).
실시예 9: 포유류의 숙주세포를 사용한 효소의 생산 Example 9 Production of Enzymes Using Mammalian Host Cells
합성된 강력 프로모터를 지닌 플라스미드를, 예를 들면, [Charkrabarti et al., 1997, Biotechniques, 23(6):1094-1097]에 기술된 당업계에 알려진 기술을 이용하여 작제하였다. 베시니아 서열, 프로모터 또는 선별마커(예를 들면, TK 키나제 또는 항생물질 선별마커)를 암호화하는 플랭킹 핵산들 사이에 존재하는, 목적하는 효소를 암호화하는 핵산분자를 생산하였다. 적절한 프로모터와 선별마커는 당업계에 알려져 있고, 챠크러바티(Chakrabarti) 등에 의한 상기 선행기술에 예시되어 있다. Plasmids with a potent promoter synthesized were constructed using techniques known in the art, for example described in Charkrabarti et al ., 1997, Biotechniques, 23 (6): 1094-1097. Nucleic acid molecules encoding the enzymes of interest are produced that are present between flanking nucleic acids encoding a basinian sequence, a promoter or a selection marker (eg, TK kinase or antibiotic selection marker). Suitable promoters and screening markers are known in the art and are exemplified in the prior art by Chakrarabarti et al.
IHDJ 주와 같은 재조합 베시니아 바이러스를 예를 들면, [Earl PL and Moss B., 1991, Generation of Vaccinia viruses, pp. 16.17.1-16.17.16 in FM Ausbal et al., (ed) Current Protocols in Molecular Biology, vol 2., Greene Publishing Associates and Wiley International Sciences, New York, NY]에 기술된 당업계에 알려진 기술을 이용해서 작제하였다. 이 바이러스는, 바이러스의 세포외부(extracellular) 외피(envelope)의 B5R 단백질의 세포질 및 막투과성 도메인을 암호화하는 핵산과 번역 융합된 바이러스 게놈에 삽입되어 생성된 핵산으로 이루어져 있다. Recombinant Bessian viruses such as IHDJ strains are described, for example, in Earl PL and Moss B., 1991, Generation of Vaccinia viruses, pp. 16.17.1-16.17.16 in FM Ausbal et al ., (Ed) Current Protocols in Molecular Biology, vol 2., Greene Publishing Associates and Wiley International Sciences, New York, NY It was constructed. The virus consists of a nucleic acid produced by insertion into a viral genome fused with a nucleic acid encoding the cytoplasmic and transmembrane domains of the B5R protein of the extracellular envelope of the virus.
CV-1 세포와 같은 숙주세포를 재조합 바이러스와 함께 감염시켰고 재조합 바이러스는 예를 들면, 상기의 얼 피엘(Earl PL) 과 모스 비(Moss B)(1991)에 의해 기술된 당업계에 알려진 방법에 의해 번식이 가능해져, 생성된 핵산은 B5R 단백질의 일부를 암호화하는 핵산에 번역 융합되어 발현된다. Host cells, such as CV-1 cells, were infected with the recombinant virus and the recombinant virus was described, for example, in methods known in the art described by Earl PL and Moss B (1991) above. By viable breeding, the resulting nucleic acid is translated and fused to a nucleic acid encoding a part of the B5R protein.
당업계의 숙련된 자들에 의해 본 발명이 더욱 명백해지고 이해를 돕기 위한 목적으로 상기 실시예가 기술된 것임은 자명하고, 상술한 실시태양과 방법에 있어서 다양한 변화가 있을 수 있으나, 이는 본 명세서에 기술된 발명사상의 범주에서 벗어나지 않는 것이 명백하다. It will be apparent to those skilled in the art that the above embodiments have been described for the purpose of clarity and understanding of the present invention, and various changes may be made in the above-described embodiments and methods, which are described herein. It is obvious that the scope of the inventive concept does not depart.
<110> COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANISATION <120> Bacteriophages displaying functional enzymes and uses thereof <160> 17 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 1 ttacgcaaat cttaatggga cg 22 <210> 2 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 2 gctactatct ttgaacataa attgaaac 28 <210> 3 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 3 caacggatgc ttggaaacg 19 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 4 ggtttccgtc ttgatgctgt 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 5 ggagctgtcg tattccagtc 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 6 aacccctcaa gacccgttta 20 <210> 7 <211> 58 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 7 tcttcttgaa ttccgaaaac ctgtacttcc agggtgctca aggaggacca ccaaaatc 58 <210> 8 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 8 tctcttcaag cttctaatca ataattctcc agtaagcagg tttc 44 <210> 9 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 9 tcttcttgaa ttccgcaaat cttaatggga cgc 33 <210> 10 <211> 65 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 10 tcttcttgga ttccaccctg gaagtacagg ttttctgaac ctctttgaac ataaattgaa 60 accga 65 <210> 11 <211> 48 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 11 tcttcttgga tccggcggct catcagctca aggaggacca ccaaaatc 48 <210> 12 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 12 tctcttcaag cttctaatca ataattctcc agtaagcagg tttc 44 <210> 13 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 13 tcttcttgaa ttccgctcaa ggaggaccac caaaatc 37 <210> 14 <211> 64 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 14 tcttcttgga tccaccctgg aagtacaggt tttctgaacc atcaataatt ctccagtaag 60 cagg 64 <210> 15 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 15 tcttcttgga tccggcggct catcagcaaa tcttaatggg acgctg 46 <210> 16 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 16 tctcttcaag cttctatctt tgaacataaa ttgaaaccga c 41 <210> 17 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 17 gggtctgttt catccac 17 <110> COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANISATION <120> Bacteriophages displaying functional enzymes and uses approximately <160> 17 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 1 ttacgcaaat cttaatggga cg 22 <210> 2 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 2 gctactatct ttgaacataa attgaaac 28 <210> 3 <211> 19 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 3 caacggatgc ttggaaacg 19 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 4 ggtttccgtc ttgatgctgt 20 <210> 5 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 5 ggagctgtcg tattccagtc 20 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 6 aacccctcaa gacccgttta 20 <210> 7 <211> 58 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 7 tcttcttgaa ttccgaaaac ctgtacttcc agggtgctca aggaggacca ccaaaatc 58 <210> 8 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 8 tctcttcaag cttctaatca ataattctcc agtaagcagg tttc 44 <210> 9 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 9 tcttcttgaa ttccgcaaat cttaatggga cgc 33 <210> 10 <211> 65 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 10 tcttcttgga ttccaccctg gaagtacagg ttttctgaac ctctttgaac ataaattgaa 60 accga 65 <210> 11 <211> 48 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 11 tcttcttgga tccggcggct catcagctca aggaggacca ccaaaatc 48 <210> 12 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 12 tctcttcaag cttctaatca ataattctcc agtaagcagg tttc 44 <210> 13 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 13 tcttcttgaa ttccgctcaa ggaggaccac caaaatc 37 <210> 14 <211> 64 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 14 tcttcttgga tccaccctgg aagtacaggt tttctgaacc atcaataatt ctccagtaag 60 cagg 64 <210> 15 <211> 46 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 15 tcttcttgga tccggcggct catcagcaaa tcttaatggg acgctg 46 <210> 16 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 16 tctcttcaag cttctatctt tgaacataaa ttgaaaccga c 41 <210> 17 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 17 gggtctgttt catccac 17
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