KR20110060276A

KR20110060276A - 단백질 배양장치

Info

Publication number: KR20110060276A
Application number: KR1020090116819A
Authority: KR
Inventors: 김재원
Original assignee: 김재원
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-08

Abstract

본 발명은 단백질 배양장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 외부에서 제어하여 단백질 배양이 가능하고, 또한, 기설정된 데이터에 따라 자동으로 작동하면서 단백질을 배양하며, 배양된 단백질을 이물질과 분리하여 순수 단백질을 얻을 수 있도록 하는 단백질 배양장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 단백질 배양장치는,

판몸체와, 상기 판몸체의 일측부에 위치하고, 단백질세포가 수용된 세포튜브를 다수 개 구비한 채로, 상기 세포튜브를 흔들 수 있도록 하는 인큐베이터와, 일단이 상기 판몸체의 타측부에 유동가능하도록 결합 되고, 타단을 통해 상기 세포튜브의 단밸질세포가 과발현 되도록 하는 첨가물을 상기 세포튜브에 주입하도록 된 주입암과, 일단이 상기 판몸체 중앙부에 유동가능하도록 결합 되고, 타단을 통해 상기 단백질세포와 첨가물이 혼합된 혼합물을 상기 인큐베이터에서 외부로 이송하는 이송암과, 상기 판몸체 상에서 상기 인큐베이터와 인접하게 위치되고, 상기 이송암에 의해 이송된 혼합물이 내재 됨과 동시에, 고속회전을 하는 원심분리기와, 상기 원심분리기에 의해 분리된 상기 혼합물의 상층에 형성된 이물질과 하층에 형성된 세포 중에서, 상기 이물질을 옮겨 담을 수 있도록 상기 원심분리기 외부에 이격된 채로 구비된 슬러지튜브와, 상기 원심분리기에 구비되어 상기 이물질이 상기 슬러지튜브에 이송되도록 하는 분리암과, 상기 판몸체 상에서 상기 원심분리기와 인접하게 형성되어 상기 주입암과 이송암 및 분리암을 제어하는 제어모듈로 구성된다.

판몸체, 단백질세포, 첨가물, 인큐베이터, 주입암, 이송암, 원심분리기, 분리암, 제어모듈, 슬러지튜브, 세포튜브

Description

단백질 배양장치{CELL CULTURE APPARATUS}

지금까지 많은 유용 단백질을 발현시키는 숙주세포 균주 중에서 대장균(Escherichia coli)은 가장 잘 알려져 있고 염색체의 염기 서열이 완전히 밝혀져 있을 뿐만 아니라, 가장 많이 연구되어져 온 균주로 값이 싼 영양배지에서도 성장속도가 뛰어날 뿐 아니라 그 유전적인 특성 또한 잘 알려져 있어 클로닝 벡터와 발현 벡터 시스템도 많이 개발되어 있다. 이와 같은 이유로 대장균은 재조합 단백질을 생산하기 위한 고밀도 호기성 세포 배양 (high-cell-density aerobic fermentation)에서 숙주 세포로서 널리 사용되고 있다.

한편 재조합 단백질의 과발현에 대한 연구는 유전자 클로닝 기술의 개발을 통해 시작되었으며, 인간, 동물, 식물, 박테리아로부터 유용한 물질을 생산하는 균주 개발에 초점이 맞춰져 왔다. 재조합 단백질의 과발현에 대한 연구는 크게 두 가지로 나눌 수 있는데 첫째, 단위 시간당 하나의 세포 내에서 단백질 생산 (specific productivity)의 증대와 둘째, 단위 시간당 세포 부피의 증대 (cell productivity)에 관한 것이다. 단위 시간 및 단위 세포 당 단백질 생산을 높이기 위해서 일반적으로 유용한 단백질을 코딩하고 있는 유전자를 높은 카피 수의 강력한 프로모터하에 두어 발현시키는 시스템을 사용하고 있으며 상업적으로 사용되는 발현 벡터 중에 pET 벡터가 고효율의 발현 벡터로 많이 사용되고 있다. 또한 세포의 분자생리학 분야에 대한 연구가 계속됨에 따라, 전사, 번역 등의 수준에서 외래 유전자의 발현 증가를 높이는 방법들이 제시되고 있다.

그러나 이러한 종래의 단백질 과발현을 위한 장치는, 단백질을 과발현하는 과정을 사람이 일일이 수행해야하기 때문에 그 사용이 번거로운 문제점이 있었다.

특히, 단백질을 과발현하는 과정에서 극소량의 첨가물을 첨가하게 되는데, 이때, 첨가물의 양이 극소량이기 때문에 첨가되는 첨가물 양에 일부분의 오차가 발생 될 경우, 원하는 단백질의 과발현의 양이 일부 완성되지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

제 1 목적은, 단백질을 과발현하는 과정을 제어장치에 입력하여, 그 제어장치가 기계를 작동하도록 함으로 인해, 단백질 배양을 용이하게 할 수 있는 단백질 배양장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

제 2 목적은, 단백질을 과발현하는 과정에서 극소량의 첨가물 첨가 등을 제어장치가 제어하도록 하여, 오차의 발생을 최소화하여, 최적의 단백질 과발현을 시행할 수 있도록 하는 단백질 배양장치를 제공하는데 그 다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 단백질 배양장치는,

그리고, 상기 주입암은, 상기 판몸체에 하부가 고정된 채로 회동 되는 주입회동봉과, 상기 주입회동봉 상부에 연결되되 수평 및 수직방향으로 유동 되는 주입유동봉과, 상기 주입유동봉에 말단이 연결되고, 선단에 상기 세포튜브에 상기 첨가물을 주입하는 스포이드를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 인큐베이터는, 상기 세포튜브가 거치 되는 다수개의 세포튜브거치대를 포함하여 구성된다.

더불어, 상기 이송암은, 상기 판몸체에 하부가 고정된 채로 회동 되는 이송회동봉과, 상기 이송회동봉 상부에 연결되되 수평 및 수직방향으로 유동 되는 이송유동봉과, 상기 이송유동봉에 말단이 연결되고, 선단에 상기 세포튜브를 잡고 놓을 수 있도록 된 파지암을 포함하여 구성된다.

한편, 상기 원심분리기는, 상기 첨가물에 첨가된 세포튜브가 거치 됨과 동시에 회동 가능하게 형성된 혼합물거치대를 포함하여 구성되고, 상기 분리암은, 상기 원심분리기 내부에 하부가 고정된 채로 회동 및 유동 되는 분리회동봉과, 상기 분리회동봉 상부에 형성되어, 상기 원심분리기를 통해 이물질과 세포 분리되 상기 세 포튜브에서 상기 이물질을 상기 슬러지튜브에 옮길 수 있도록 상기 세포튜브 하부를 유동시키는 분리유동편을 포함하여 구성된다.

특히, 상기 제어모듈은, 외부에서 상기 주입암과 이송암 및 분리암이 제어되도록 하는 제어버튼과, 기 저장된 프로그램에 따라, 상기 주입암과 이송암 및 분리암이 동작 되도록 하는 제어프로그램을 포함하여 구성된다.

제 1 효과는, 사용자가 일일이 작업해야 하는 부분을 최소화하여 용이하게 단백질을 과발현하여 하도록 하는 그 사용상의 효과가 있다.

제 2 효과는, 단백질 과발현하는 작업을 기계화하여, 사용자에게 번거로움을 제거하면서도 오차의 발생을 최소화하여, 최적의 단백질 과발현을 이룰 수 있도록 하는 그 사용상의 다른 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 고안의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 단백질 배양장치를 나타낸 전체 측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 단백질 배양장치를 나타낸 평면도이다. 이러한 본 발명에 따른 단백질 배양장치는, 기설정된 데이터에 따라 자동으로 작동하면서 단백질을 배양하면서도, 배양과정에서 번거로운 작업을 최소화하여 최적의 단백질을 배양하기 위해 사용된다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단백질 배양장치는,

다수개의 단백질세포(30)를 내부에 수용할 수 있는 세포튜브(120)가 구비된 인큐베이터(110)와, 상기 인큐베이터(110)와 이격 된 채로 나란하게 형성된 원심분리기(150)를 갖는다.

이어서, 상기 인큐베이터(110)와 원심분리기(150)는, 판 형태로 형성된 판몸체(10) 상면에 형성된다.

결과적으로, 상기 판몸체(10)의 일측부에 위치하고, 단백질세포(30)가 수용된 세포튜브(120)를 다수 개 구비한 채로, 상기 세포튜브(120)를 흔들 수 있도록 하는 인큐베이터(110)와, 일단이 상기 판몸체(10)의 타측부에 유동가능하도록 결합 되고, 타단을 통해 상기 세포튜브(120)의 단밸질세포(30)가 과발현 되도록 하는 첨가물(50)을 상기 세포튜브(120)에 주입하도록 된 주입암(140)과, 일단이 상기 판몸체(10) 중앙부에 유동가능하도록 결합 되고, 타단을 통해 상기 단백질세포(30)와 첨가물(50)이 혼합된 혼합물(70)을 상기 인큐베이터(110)에서 외부로 이송하는 이송암(160)과, 상기 판몸체(10) 상에서 상기 인큐베이터(110)와 인접하게 위치되고, 상기 이송암(160)에 의해 이송된 혼합물(70)이 내재 됨과 동시에, 고속회전을 하는 원심분리기(150)와, 상기 원심분리기(150)에 의해 분리된 상기 혼합물(70)의 상층에 형성된 이물질(72)과 하층에 형성된 세포(74) 중에서, 상기 이물질(72)을 옮겨 담을 수 있도록 상기 원심분리기(150) 외부에 이격된 채로 구비된 슬러지튜브(190) 와, 상기 원심분리기(150)에 구비되어 상기 이물질(72)이 상기 슬러지튜브(190)에 이송되도록 하는 분리암(170)과, 상기 판몸체(10) 상에서 상기 원심분리기(150)와 인접하게 형성되어 상기 주입암(140)과 이송암(160) 및 분리암(170)을 제어하는 제어모듈(180)로 구성된다.

그리고, 상기 인큐베이터(110)는, 내부에 단백질세포(30)가 수용된 상기 세포튜브(120)를 흔들며 보온을 유지하면서 상기 단백질세포(30)가 성장되도록 한다.

예컨데, 상기 인큐베이터(110)는, 상기 세포튜브(120)에 투입되는 상기 단백질세포(30)는 3㎖ 내지 7㎖를 투입하여, 35℃ 내지 38℃의 온도에서 8시간 내지 14시간 동안 성장 OD600(단백질세포의 흡광도를 측정하는 것으로 OD값 0.6 정도의 값은 단백질세포 농도 1*10⁴/ ㎖ 이라 함) 에서 단백질세포(30)가 0.3㎖ 내지 0.9㎖가 될 때까지 성장시키게 된다.

이때, 상기 단백질세포(30)의 성장은 UV 스펙트로메타로 성장속도를 확인 가능하다.

이어서, 상기 단백질세포(30)가 0.3㎖ 내지 0.9㎖가 될 때까지 성장하게 되면, 상기 주입암(140)이 작동되면서, 상기 세포튜브(120)에 첨가물(50)을 주입하여, 상기 단백질세포(30)가 과 발현될 수 있도록 한다.

이때, 상기 세포튜브(120)에 첨가물(50)을 주입하게 되면 상기 세포튜브(120) 내부 상기 단백질세포(30)와 첨가물(50)의 합쳐져 된 혼합물(70)의 양은 40㎖ 내지 200㎖가 되는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 세포튜브(120)에 수용된 상기 혼합물(70)은, 상기 인큐베이 터(110)가 보온을 유지하면서 성장시키게 된다.

이때, 상기 혼합물(70)은 20℃ 내지 50℃의 온도 내에서 단백질 과발현하게 되는 것이 바람직하다.

또한, 온도의 변화에 따라 단백질이 발현되는 조건도 각각 다르게 되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 단백질세포(30)에 상기 혼합물(70)을 첨가하는 상기 주입암(140)은, 상기 판몸체(10)에 하부가 고정된 채로 회동 되는 주입회동봉(142)과, 상기 주입회동봉(142) 상부에 연결되되 수평 및 수직방향으로 유동 되는 주입유동봉(144)과, 상기 주입유동봉(144)에 말단이 연결되고, 선단에 상기 세포튜브(120)에 상기 첨가물(50)을 주입하는 스포이드(146)를 포함하여 구성된다.

그렇기 때문에, 상기 스포이드(146)에 상기 첨가물(50)을 구비한 후, 상기 주입회동봉(142)이 회동 됨과 동시에, 상기 주입유동봉(144)이 유동 되어, 상기 스포이드(146)가 상기 세포튜브(120) 입구에 위치되도록 한 후, 상기 스포이드(146) 내에 수용된 첨가물(50)을 상기 세포튜브(120) 내부로 진입시 켜, 상기 단백질세포(30)에 상기 첨가물(50)을 첨가하여 혼함물(70)이 되도록 하고, 이러한 작업이 끝나면, 상기 주입유동봉(144)과 상기 주입회동봉(142)은 원위치로 돌아가게 되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 인큐베이터(110)는, 상기 세포튜브(120)가 거치 되는 다수개의 세포튜브거치대(112)를 포함하여 구성된다.

이렇게, 상기 단백질세포(30)에 상기 첨가물(50)이 주입되어 된 상기 혼합 물(70)은, 상기 이송암(160)에 의해 상기 원심분리기(150)로 이송되게 된다.

더불어, 상기 혼합물(70)을 상기 원심분리기(150)로 이송하는 상기 이송암(160)은, 상기 판몸체(10)에 하부가 고정된 채로 회동 되는 이송회동봉(162)과, 상기 이송회동봉(162) 상부에 연결되되 수평 및 수직방향으로 유동 되는 이송유동봉(164)과, 상기 이송유동봉(164)에 말단이 연결되고, 선단에 상기 세포튜브(120)를 잡고 놓을 수 있도록 된 파지암(166)을 포함하여 구성된다.

그렇기 때문에, 상기 혼합물(70)을 상기 파지암(166)이 파지한 후 상기 이송회동봉(162)이 회동 되고 상기 이송유동봉(164)이 유동 되어, 상기 혼합물(70)이 상기 원심분리기(150)로 이송되게 된다.

이러한, 상기 혼합물(70)의 이송 작업이 끝나게 되면, 상기 이송회동봉(162)과 이송유동봉(164) 및 파지암(166)은 원위치로 돌아가게 된다.

한편, 상기 원심분리기(150)는, 상기 첨가물(50)에 첨가된 세포튜브(120)가 거치 됨과 동시에 회동 가능하게 형성된 혼합물거치대(152)를 포함하여 구성되고, 상기 분리암(170)은, 상기 원심분리기(150) 내부에 하부가 고정된 채로 회동 및 유동 되는 분리회동봉(172)과, 상기 분리회동봉(172) 상부에 형성되어, 상기 원심분리기(150)를 통해 이물질(72)과 세포(74) 분리되 상기 세포튜브(120)에서 상기 이물질(72)을 상기 슬러지튜브(190)에 옮길 수 있도록 상기 세포튜브(120) 하부를 유동시키는 분리유동편(174)을 포함하여 구성된다.

그렇기 때문에, 상기 원심분리기(150)에 위치된 상기 혼합물(70)은, 9000ｒｐｍ 내지 15000ｒｐｍ으로 1분 내지 5분간 원심분리 하게 된다.

마찬가지로, 상기 원심분리기(150)의 온도와 원심분리 시간에 따라 상기 혼합물(70)은 다른 결과물을 가져오는 것은 당연하다.

이렇게, 상기 원심분리기(150)의 원심분리를 통해 상기 혼합물(70)은, 이물질(72)은 상층에, 단백질인 세포(74)는 하층에 위치하도록 나뉘게 되는데, 이렇게 상층에 형성된 상기 이물질(72)은, 상기 분리유동편(174)을 통해 상기 슬러지튜브(190)로 옮겨져, 상기 세포튜브(120)에는 세포(74)층만 남게 된다.

또한, 사용자의 필요에 따라, 상기 세포(74)가 수용된 상기 세포튜브(120)에는, 다시 첨가물(50)을 주입한 후, 100ｒｐｍ 내지 200ｒｐｍ으로 1분 내지 5분간 느리게 원심분리 하고, 상기 세포(74)를 파쇄할 후 있는 초음파 장치를 사용하여 고주파 또는 저주파로, 상기 세포(74)를 파쇄한 후, 이때, 발생 되는 이물질(72)을 상기 슬러지튜브(190)에 버리고 순수 세포(74)층을 남길 수 있다.

이렇게 상기 인큐베이터(110)와 원심분리기(150), 주입암(140), 이송암(160) 및 분리암(170)의 작동을 위해, 제어모듈(180)을 사용하게 되고, 상기 제어모듈(180)은, 외부에서 상기 주입암(140)과 이송암(160) 및 분리암(170)이 제어되도록 하는 제어버튼(182)과, 기 저장된 프로그램에 따라, 상기 주입암(140)과 이송암(160) 및 분리암(170)이 동작 되도록 하는 제어프로그램(184)을 포함하여 구성된다.

특히, 상기 제어프로그램(184)에 상기 인큐베이터(110)와 원심분리기(150) 작동의 시간, 온도, 단백질세포 및 첨가물의 양을 다양하게 조절하여 설정 값을 입력가능하고, 이에 따른 다양한 조건에 따른 다양한 결과물의 양을 얻을 수 있는 것 은 당연하다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진자에게 있어서 자명할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 단백질 배양장치를 나타낸 전체 측면도이고,

도 2는 본 발명에 따른 단백질 배양장치를 나타낸 평면도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 판몸체 30 : 단백질세포

50 : 첨가물 70 : 혼합물

72 : 이물질 74 : 세포

110 : 인큐베이터 112 : 세포거치대

120 : 세포튜브

140 : 주입암 142 : 주입회동봉

144 : 주입유동봉 146 : 스포이드

150 : 원심분리기 152 : 혼합물거치대

160 : 이송암 162 : 이송회동봉

164 : 이송유동봉 166 : 파지암

170 : 분리암 172 : 분리회동봉

174 : 분리유동편

180 : 제어모듈 182 : 제어버튼

184 : 제어프로그램

190 : 슬러지튜브

Claims

판몸체(10)와;

상기 판몸체(10)의 일측부에 위치하고, 단백질세포(30)가 수용된 세포튜브(120)를 다수 개 구비한 채로, 상기 세포튜브(120)를 흔들 수 있도록 하는 인큐베이터(110)와;

일단이 상기 판몸체(10)의 타측부에 유동가능하도록 결합 되고, 타단을 통해 상기 세포튜브(120)의 단밸질세포(30)가 과발현 되도록 하는 첨가물(50)을 상기 세포튜브(120)에 주입하도록 된 주입암(140)과;

일단이 상기 판몸체(10) 중앙부에 유동가능하도록 결합 되고, 타단을 통해 상기 단백질세포(30)와 첨가물(50)이 혼합된 혼합물(70)을 상기 인큐베이터(110)에서 외부로 이송하는 이송암(160)과;

상기 판몸체(10) 상에서 상기 인큐베이터(110)와 인접하게 위치되고, 상기 이송암(160)에 의해 이송된 혼합물(70)이 내재 됨과 동시에, 고속회전을 하는 원심분리기(150)와;

상기 원심분리기(150)에 의해 분리된 상기 혼합물(70)의 상층에 형성된 이물질(72)과 하층에 형성된 세포(74) 중에서, 상기 이물질(72)을 옮겨 담을 수 있도록 상기 원심분리기(150) 외부에 이격된 채로 구비된 슬러지튜브(190)와;

상기 원심분리기(150)에 구비되어 상기 이물질(72)이 상기 슬러지튜브(190)에 이송되도록 하는 분리암(170)과;

상기 판몸체(10) 상에서 상기 원심분리기(150)와 인접하게 형성되어 상기 주입암(140)과 이송암(160) 및 분리암(170)을 제어하는 제어모듈(180);로 구성되는 것을 특징으로 하는 단백질 배양장치.
제 1항에 있어서,

상기 주입암(140)은,

상기 판몸체(10)에 하부가 고정된 채로 회동 되는 주입회동봉(142)과, 상기 주입회동봉(142) 상부에 연결되되 수평 및 수직방향으로 유동 되는 주입유동봉(144)과, 상기 주입유동봉(144)에 말단이 연결되고, 선단에 상기 세포튜브(120)에 상기 첨가물(50)을 주입하는 스포이드(146)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 단백질 배양장치.
제 1항에 있어서,

상기 인큐베이터(110)는,

상기 세포튜브(120)가 거치 되는 다수개의 세포튜브거치대(112)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단백질 배양장치.
제 1항에 있어서,

상기 이송암(160)은,

상기 판몸체(10)에 하부가 고정된 채로 회동 되는 이송회동봉(162)과, 상기 이송회동봉(162) 상부에 연결되되 수평 및 수직방향으로 유동 되는 이송유동봉(164)과, 상기 이송유동봉(164)에 말단이 연결되고, 선단에 상기 세포튜브(120)를 잡고 놓을 수 있도록 된 파지암(166)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단백질 배양장치.
제 1항에 있어서,

상기 원심분리기(150)는,

상기 첨가물(50)에 첨가된 세포튜브(120)가 거치 됨과 동시에 회동 가능하게 형성된 혼합물거치대(152)를 포함하여 구성되고,

상기 분리암(170)은,

상기 원심분리기(150) 내부에 하부가 고정된 채로 회동 및 유동 되는 분리회동봉(172)과, 상기 분리회동봉(172) 상부에 형성되어, 상기 원심분리기(150)를 통해 이물질(72)과 세포(74) 분리되 상기 세포튜브(120)에서 상기 이물질(72)을 상기 슬러지튜브(190)에 옮길 수 있도록 상기 세포튜브(120) 하부를 유동시키는 분리유동편(174)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단백질 배양장치.
제 1항에 있어서,

상기 제어모듈(180)은,

외부에서 상기 주입암(140)과 이송암(160) 및 분리암(170)이 제어되도록 하는 제어버튼(182)과, 기 저장된 프로그램에 따라, 상기 주입암(140)과 이송암(160) 및 분리암(170)이 동작 되도록 하는 제어프로그램(184)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 단백질 배양장치.