KR20150137440A - Antifreeze protein and the methods of inhibiting freezing by using thereof - Google Patents

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KR20150137440A
KR20150137440A KR1020140065311A KR20140065311A KR20150137440A KR 20150137440 A KR20150137440 A KR 20150137440A KR 1020140065311 A KR1020140065311 A KR 1020140065311A KR 20140065311 A KR20140065311 A KR 20140065311A KR 20150137440 A KR20150137440 A KR 20150137440A
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이윤호
정웅식
강미혜
김충곤
김성
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한국해양과학기술원
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Abstract

The present invention relates to an antifreeze protein derived from an antarctic toothfish. According to the present invention, the antifreeze protein is classified as a new type of antifreeze protein due to a big difference in a sequence in comparison with an existing antifreeze protein, thereby being useful in the development of organ cryopreservation, cold-weather damage prevention for plant, and frozen food. The present invention further provides a method for producing the protein, and a recombinant vector and a transformed cell for the method.

Description

결빙단백질 및 이를 이용하는 결빙억제 방법{Antifreeze protein and the methods of inhibiting freezing by using thereof}[0001] The present invention relates to freezing proteins and methods for inhibiting freezing using the same,

본 발명은 결빙방지 단백질 및 이를 이용한 결빙 방지 방지에 관한 것이다. The present invention relates to an anti-freeze protein and to prevention of frost prevention using the same.

보다 상세하게는 남극대구(Notothenia coriiceps)로부터 유래한 결빙방지 단백질 및 이을 암호화하는 유전자, 이를 포함하는 재조합 벡터, 그의 형질전환체 및 상기 유전자로부터 발현되는 결빙방지 단백질 및 이를 이용한 결빙 방지 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to an anti-freeze protein derived from Antarctic cod ( Notothenia coriiceps ), a gene encoding the same, a recombinant vector containing the same, a transformant thereof, and an anti-icing protein expressed from the gene, .

결빙방지 단백질 (Antifreeze protein, 이하 AFP)이란 얼음과 결합하여 얼음 결정의 성장을 막는 특징을 가진 단백질로서 얼음결합 단백질 (Ice-binding protein) 이라고도 불리는데, 극지, 알파인, 혹한지 등에 서식하는 생물이 냉해를 극복하기 위한 기작으로 생합성하는 것으로 알려져 있다 (DeVries, A. L. et al. (1969) Science 163: 1074-1075; DeVries, A. L. et al. (1970) Journal of Biological Chemistry 245: 2901-2913).Antifreeze protein (AFP) is a protein that blocks the growth of ice crystals by binding to ice. It is also called ice-binding protein. It is also called "ice-binding protein" (DeVries, AL et al . (1969) Science 163: 1074-1075; DeVries, AL et al . (1970) Journal of Biological Chemistry 245: 2901-2913).

극지 생물이 저온에 적응하기 위해 세포 밖으로 분비하는 AFP는 얼음결정과 수소결합을 통해 결합하며, AFP가 부착하지 않는 곳에서는 비정형적으로 얼음결정의 성장이 일어나서 얼음 표면에 깊은 골짜기(pit)가 생긴다. 이러한 작용에 의하여 AFPs가 부착된 부위와 부착되지 않는 부위에 뚜렷한 경계를 관찰할 수 있다.AFP, secreted out of the cell to adapt to cold temperatures, binds to ice crystals through hydrogen bonds. At the point where AFP does not adhere, ice crystals grow at an irregular level, creating a deep pit on the ice surface . By this action, clear boundaries can be observed between the areas where AFPs are attached and those where they are not.

1971년 해산 어류로부터 결빙방지 단백질의 존재가 알려진 이후로 꾸준한 연구를 통해 한 종류의AFGPs(Antifreeze Glycoproteins)와 네 종류의 AFPs의 존재 및 구조가 밝혀졌다 (DeVries, A. L. et al. (1969) Science 163: 1074-1075; DeVries, A. L. et al. (1970) Journal of Biological Chemistry 245: 2901-2913; Fletcher, G. L. (1981) Canadian Journal of Zoology 59: 193-201; Chao, H. et al. (1994) Protein Science 3 (10): 1760-1769; Fletcher G. L. et al. (1982) Canadian Journal of Zoology 60: 348-355; Davies, P. L. and Hew, C. L. (1990) FASEB Journal 4(8): 2460-2468; Xue, Y. Q. et al. (1994) J. Mol. Biol. 237 (3): 351-353)Since the existence of anti-icing proteins from marine fishes in 1971 has been known, steady studies have revealed the presence and structure of one type of AFGPs (Antifreeze Glycoproteins) and four types of AFPs (DeVries, AL et al . :. 1074-1075; DeVries, aL et al (1970) Journal of Biological Chemistry 245: 2901-2913; Fletcher, GL (1981) Canadian Journal of Zoology 59:. 193-201; Chao, H. et al (1994) Davies, PL and Hew, CL (1990) FASEB Journal 4 (8): 2460-2468; Fletcher GL et al ., (1982) Canadian Journal of Zoology 60: 348-355; Protein Science 3 (10): 1760-1769; Xue, YQ et al . (1994) J. Mol. Biol. 237 (3): 351-353)

현재, 대구와 넙치를 비롯한 17종의 어류에서 결빙방지 단백질이 생산되는 것이 알려졌으며, 극지 규조, 당근 및 민들레를 비롯한 27종 이상의 고등 식물에서도 결빙방지 단백질이 생산되는 것이 알려져 있다 (DeVries, A. L. et al. (1970) Journal of Biological Chemistry 245: 2901-2913; Hincha, D. K. et al. (1992) J. Plant Physiol. 140: 236-240; Sun, X. Y. et al. (1995) Can. J. Microbiol. 41 (9): 776-784; Griffith, M. et al. (1997) Physiologia Plantarum. 100 is. 2: 327-332; Smallwood, M. et al. (1999) Biochemical Journal. 340: 385-391; Janech MG. et al., (2006) J. Phycol. 42, 410-416).It is known that anti-freezing proteins are produced in 17 kinds of fish including cod and flounder, and it is known that anti-icing proteins are produced in more than 27 kinds of higher plants including polar diatoms, carrots and dandelions (DeVries, AL et . al (1970) Journal of Biological Chemistry 245:.. 2901-2913; Hincha, DK et al (1992) J. Plant Physiol 140:.. 236-240; Sun, XY et al (1995) Can J. Microbiol. 41 (9): 776-784; Griffith , M. et al (1997) Physiologia Plantarum 100 is 2:..... 327-332; Smallwood, M. et al (1999) Biochemical Journal 340: 385-391; Janech MG. Et al ., (2006) J. Phycol., 42, 410-416).

일반적으로 얼음은 녹는 과정에서 다시 얼음결정이 형성되는 재결정화(re-crystallization) 과정을 거치기도 하는데, 이 때 형성되는 큰 얼음결정은 세포에 비가역적인 손상을 초래하는 경우가 많다. 따라서 AFP의 주요한 역할은 얼음의 결정 형성 및 재결정화를 억제하여 얼음에 의해 발생될 수 있는 손상을 감소시키는 것이다. AFP는 얼음결정 형성을 억제하기 때문에 물의 어는점과 녹는점의 차이를 가져오게 되는 데 이 현상을 열적 이력(thermal hysteresis) 활성이라고 하며 AFP의 활성을 정량적으로 나타내는 지표가 된다. 열적이력 현상은 나노리터 오스모미터(nanolitre osmometer)라는 장치로 쉽게 측정할 수 있다. 얼음 표면에 결합된 결빙방지 단백질은 열역학적으로 유리한 얼음의 성장을 방해하게 된다. In general, ice is subjected to a re-crystallization process in which ice crystals are formed again in the process of melting, and large ice crystals formed at this time often cause irreversible damage to the cells. Thus, the primary role of AFP is to inhibit crystal formation and recrystallization of ice, thereby reducing the damage caused by ice. AFP inhibits the formation of ice crystals, which leads to the difference between the freezing point and the melting point of water. This phenomenon is called thermal hysteresis activity and is an indicator of quantitatively the activity of AFP. Thermal hysteresis can be easily measured with a device called a nanolitre osmometer. Anti-icing proteins bound to the ice surface inhibit the growth of thermodynamically favorable ice.

AFP 및 해당 유전자는 유용하게 사용될 수 있으며 그 활용 범위 또한 광범위하다. 어류 AFP 유전자를 발현하는 식물의 경우, 냉해 저항성을 가진다는 연구가 진행되고 있으며, 또한 대장균, 효모, 혈소판, 적혈구, 난자와 정자, 토끼 간 등의 냉동 보존에 사용될 수 있다 (Davies, (1987) New biotechnol. 1, 1057-1063; Cutler, (1989) J. Plant Physiol. 135, 351-354; Parody-Morreale et al. (1988) Nature 333, 782-783; Rubinsky et al. (1992) Cryobiology 29, 69-79; Carpenter & Hansen, (1992) Proc Natl Acad Sci U.S.A 89, 8953-8957; Lee et al. (1992) Cryo-Letters 13, 59-66).AFP and its genes can be usefully used and its application range is also broad. Plants expressing the fish AFP gene have been studied to have cold resistance and can also be used for cryopreservation of E. coli, yeast, platelets, erythrocytes, oocytes, sperm, rabbit liver, etc. (Davies, (1989) J. Plant Physiol. 135, 351-354; Parody-Morreale et al . (1988) Nature 333, 782-783; Rubinsky et al . (1992) Cryobiology 29 , 69-79; Carpenter & Hansen, (1992) Proc Natl Acad Sci USA 89, 8953-8957; Lee et al . (1992) Cryo-Letters 13, 59-66).

최근에는 AFP가 육각 이중피라미드를 형성하는 성질을 이용하여 냉동 수술시 선택적으로 암세포 및 종양을 파괴하는데 AFP를 사용한 보고도 있다 (Koushafer et al. (1997) J Surg Oncol 66, 114-121). 그 밖에 AFP는 얼음의 미세구조가 질감에 영향을 미치는 아이스크림, 해동 시 우수한 보존 상태를 요하는 냉동식품 등 다양한 분야에 활용될 수 있다 (Margesin et al. (2007) Naturwissenschaften 94, 77-99). 특히 국제공개 제 WO 92/22581호에는 식물에서 분리한 AFP를 아이스크림에서 얼음 결정형태를 조절하는 데 사용하는 방법을 제시하고 있으며, 국제공개 제WO 99/37782호에는 화본과 초본에서 분리한 AFP를 아이스크림이나 냉동 요구르트와 같은 식품에 사용하는 방법을 제시하고 있다.Recently, AFP has been reported to use AFP to selectively destroy cancer cells and tumors during cryosurgery using the property of forming hexagonal double pyramid (Koushafer et al . (1997) J Surg Oncol 66, 114-121). In addition, AFP can be used in a variety of applications such as ice cream, where the microstructure of the ice influences the texture, and frozen foods that require excellent preservation conditions during thawing (Margesin et al . (2007) Naturwissenschaften 94, 77-99). In particular, WO 92/22581 discloses a method of using AFP isolated from a plant to regulate the shape of ice crystals in an ice cream, and International Publication No. WO 99/37782 discloses a method for producing ice cream Or frozen yogurt.

위와 같은 특징을 가진 AFP는 고부가가치의 신 기능성 바이오소재로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.AFP with the above characteristics can be used as a new functional biomaterial with high added value.

본 발명의 목적은, 남극대구가 저온에 적응하기 위해 발현하는 결빙방지용 단백질 유전자의 서열을 제공하고, 이러한 결빙방지 단백질 유전자를 포함하는 형질전환체를 배양하여 경제적으로 활성이 향상된 결빙방지 단백질을 대량으로 제조하는 방법 및 이를 이용한 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a sequence of an anti-freeze protein gene which is expressed by Antarctic cod to be adapted to a low temperature and cultivate a transformant containing this anti-icing protein gene to produce an anti- And a method using the same.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 AFP를 암호화하며, 성숙 단백질(mature AFP)을 암호화하는 서열번호 2의 아미노산 서열을 가진 AFP 단백질을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an AFP protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 which encodes AFP and encodes a mature protein (mature AFP).

또한 본 발명은, 상기 서열번호 2의 AFP 단백질을 암호화하는 유전자를 제공한다. 보다 구체적으로는 서열번호 1의 핵산 서열을 가지는 유전자이다.The present invention also provides a gene encoding the AFP protein of SEQ ID NO: 2. More specifically, it is a gene having a nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 1.

아울러 본 발명은, 상기AFP 유전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 벡터 및 이 재조합 벡터로 형질전환된 형질전환체를 제공한다.The present invention also provides a recombinant vector comprising the AFP gene and a transformant transformed with the recombinant vector.

본 발명은, 본 발명에 따른 결빙방지 단백질을 포함하는 결빙방지제용 조성물을 제공한다.The present invention provides a composition for an anti-icing agent containing an anti-freeze protein according to the present invention.

본 발명은, 본 발명에 따른 결빙 방지 단백질을 이용한 결빙 방지 방법을 제공한다.The present invention provides a method of preventing icing using an anti-icing protein according to the present invention.

본 발명은 남극대구(Antarctic cod; Notothenia coriiceps )의 AFP 유전자를 확보한 후 대장균을 이용하여 발현시켜 대량생산을 가능하게 한다. 남극대구는 남극해양의 결빙현상으로부터 야기되는 극저온의 수온 환경에서도 살아남는 생물로서 본 어류로부터 합성되는 결빙방지 단백질은 높은 어는점 강하 활성을 나타낼 것으로 기대된다. 본 발명으로부터 합성된 결빙방지 단백질은 진핵 생물에서 발생하는 단백질 발현 후 변형(post-translational modification) 단계가 없다 하더라도 이용 가능한 결빙방지 활성을 나타냄으로써, 파일럿 스케일의 대량발현 및 생산에 유용하게 적용할 수 있다.The present invention secures the AFP gene of Antarctic cod ( Notothenia coriiceps ) and expresses it by using E. coli to enable mass production. Antarctic cod is an organism that survives in the cryogenic temperature environment caused by the freezing phenomenon of the Antarctic Ocean. It is expected that the anti - icing protein synthesized from this fish will exhibit high freezing point descending activity. The anti-icing protein synthesized from the present invention exhibits the anti-freezing activity which can be used even though there is no post-translational modification step in the eukaryote, so that it can be usefully applied to the mass expression and production of the pilot scale have.

도 1는 단백질을 발현하여서 전기영동한 후 염색한 결과를 보인다. M은 단백질 래더(ladder); 1은 E. coli에서 발현하지 않은 추출물; 2는 유도된 미성숙 AFP 단백질; 3은 유도된 성숙 AFP 단백질.
도 2은 본 발명에 따른 결빙 방지 단백질에 의한 결빙 방지 효과를 보인다. (A)는 본 발명에 따른 결빙 방지 단백질을 발현하는 E. coli로부터 분리된 결빙 방지 단백질에 의한 결빙 방지 효과를 보인다.
Figure 1 shows the result of protein expression and electrophoresis and staining. M is a protein ladder; 1 is an extract not expressed in E. coli ; 2 is an induced immature AFP protein; 3 is a derived mature AFP protein.
2 shows the anti-icing effect of the anti-icing protein according to the present invention. (A) shows the anti-icing effect by the anti-freezing protein isolated from E. coli expressing anti-icing protein according to the present invention.

본 발명은 남극대구(Antarctic cod; Notothenia coriiceps )로부터 유래한 서열번호 2의 결빙 방지 단백질을 제공한다. 또한, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열을 암호화 하는 핵산서열을 제공한다.
The present invention provides an anti-icing protein of SEQ ID NO: 2 derived from Antarctic cod ( Notothenia coriiceps ). In addition, the present invention provides a nucleic acid sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

본 발명의 제2의 형태는 상기 결빙 방지 단백질을 핵산서열을 포함하는 재조합 벡터 및 이로 형질전환된 숙주생물을 제공한다. 본 발명은 재조합 벡터는 당업계에 공지된 다양한 형태의 재조합 벡터, 예를 들어 플라스미드, 코스미드, 파지미드, 파지, 바이러스 등의 재조합 벡터일 수 있다. 바람직한 벡터는 그것이 결합된 핵산을 자기 복제 및 발현시킬 수 있는 벡터이다. 본 발명에서 사용되는 '형질전환'이란 용어는 외래 DNA 또는 RNA가 세포에 흡수되어 세포의 유전형이 변화되는 것을 말한다. 상기 숙주세포는 이에 제한 되는 것은 아니나, 원핵세포, 효모세포, 곤충세포를 포함한다. 바람직하기는 원핵세포 중에 대장균이 가장 바람직하다.
A second aspect of the present invention provides a recombinant vector comprising the anti-icing protein nucleic acid sequence and a host organism transformed with the recombinant vector. The recombinant vector of the present invention may be a recombinant vector such as various types of recombinant vectors known in the art, for example, plasmid, cosmid, phagemid, phage, virus and the like. A preferred vector is a vector capable of self-replication and expression of the nucleic acid to which it is coupled. As used herein, the term " transformation " means that the foreign DNA or RNA is absorbed into the cell and the genotype of the cell is changed. Such host cells include, but are not limited to, prokaryotic cells, yeast cells, and insect cells. Preferably, Escherichia coli is the most preferred among the prokaryotic cells.

본 발명의 제 3 의 형태는 상기 형질전환된 숙주생물을 이용하여 결빙 단백질을 생산하는 방법을 제공한다. 보다 상세하게는 상기 결빙 방지 단백질을 암호화하는 핵산 서열을 포함하는 발현 벡터로 형질전환된 미생물을 배양하고 재조합 단백질의 발현을 유도하여 돌연변이 중합효소 단백질을 분리하는 제조방법을 제공한다.
A third aspect of the present invention provides a method for producing freezing protein using the transformed host organism. More particularly, the present invention provides a method for isolating a mutant polymerase protein by culturing a microorganism transformed with an expression vector containing a nucleic acid sequence encoding the anti-freeze protein and inducing expression of the recombinant protein.

본 발명의 결빙 방지 단백질에는 그의 "기능적 동등물"도 포함될 수 있다. 여기서 기능적 동등물은 결빙 방지 단백질의 아미노산 서열들 중에서 일부 또는 전부가 치환되거나 아미노산의 일부가 결실 또는 부가된 아미노산 서열 변형체가 포함된다. 이 때 아미노산의 치환은 보존적인 치환이 되는 것이 바람직하다. 천연에 존재하는 아미노산의 보존적 치환의 예를 들면 다음과 같다; 지방족 아미노산(Gly, Ala, Pro), 소수성 아미노산(Ile, Leu, Val), 방향족 아미노산(Phe, Tyr, Trp), 산성 아미노산(Asp, Glu), 염기성 아미노산(His, Lys, Arg, Gln, Asn) 및 황 함유 아미노산(Cys, Met). 또한, 이 때 아미노산의 결실은 결빙 방지 단백질의 활성에 직접 관여하지 않는 부분에 위치하는 것이 바람직하다.
The anti-icing protein of the present invention may also include its "functional equivalents ". Functional equivalents include amino acid sequence variants in which some or all of the amino acid sequences of the anti-freeze protein are replaced or portions of the amino acids are deleted or added. At this time, the amino acid substitution is preferably conservative substitution. Examples of conservative substitutions of amino acids present in nature include: (Gly, Ala, Pro), hydrophobic amino acids (Ile, Leu, Val), aromatic amino acids (Phe, Tyr, Trp), acidic amino acids (Asp, Glu), basic amino acids (His, Lys, Arg, Gln, Asn ) And sulfur-containing amino acids (Cys, Met). In this case, it is preferable that the amino acid deletion is located in a portion not directly involved in the activity of the anti-freezing protein.

이하 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것으로서 본 발명의 범위가 이에 한정되지 않음은 자명하다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples illustrate the present invention, and it is obvious that the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예 1> 남극대구의 cDNA 라이브러리(library) 제작 및 서열 분석<Example 1> Construction and sequencing of cDNA library of Antarctic cod

남극대구로부터 전체 RNA를 분리하여 cDNA 라이브러리를 제작하였고, 약 2000여개의 클론들을 수득한 후 서열분석을 실시하였다. cDNA를 시퀀싱(sequencing) 하여 결빙방지단백질의 ORF(open reading frame) 부분의 염기서열을 확보하였으며, 서열의 길이는 465bp로 측정되었다. 이를 아미노산 서열로 번역하여 서열번호 2의 아미노산 서열을 얻었다. 상기 아미노산을 이용하여 다른 종의 AFP와 비교한 결과 유형 II에 속하는 것으로 분류되었다. 또한 NCBI의 Blastp를 통해 분석하여 보았을 때 가장 높은 유사도를 보이는 AFP유형 II의 Oreochromis niloticus의 얼음-구조화 단백질(접근번호 XP 005460680.1)로서, 동일성은 46%에 불과하여, 남극대구의 AFP는 신규한 단백질이었다.
Total RNA was isolated from Antarctic cod and cDNA library was prepared. About 2000 clones were obtained and sequenced. cDNA was sequenced to obtain the nucleotide sequence of the ORF (open reading frame) portion of the anti-freeze protein, and the length of the sequence was measured as 465 bp. This was translated into an amino acid sequence to obtain the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. As a result of comparison with other species of AFP using the amino acid, it was classified as belonging to type II. In addition, AFP type II Oreochromis niloticus ice-structured protein (Accession No. XP 005460680.1), which has the highest similarity when analyzed by NCBI Blastp, has only 46% identity, and AFP in Antarctic cod is a novel protein .

<실시예 2> 실시예 1로부터 얻어진 유전자의 클로닝 Example 2 Cloning of the gene obtained from Example 1

결빙방지단백질의 ORF유전자를 T7 lac 프로모터를 가진 pET-28a(+) 벡터에 삽입하였고, BL21(DE3) 대장균을 사용하여 발현벡터를 형질전환하였다.
The ORF gene of the anti-freezing protein was inserted into the pET-28a (+) vector having the T7 lac promoter and the expression vector was transformed using BL21 (DE3) E. coli.

<실시예 3> 형질전환된 대장균으로부터 단백질 발현&Lt; Example 3 > Protein expression from transformed E. coli

형질전환(transformation)된 대장균 (BL 21(DE3))을 50μg/ml 농도의 암피실린(ampicillin)이 들어 있는 10ml의 LB 배지에 넣고 37℃에서 150rpm 으로 배양하였다. 약 16시간 배양한 후 50μg/ml 농도의 암피실린이 들어 있는 100ml의 LB 배지에 옮겨서 O.D600 값이 0.4~0.5 이 될 때까지 배양하였다. 그 후 IPTG를 1mM로 첨가하여 약 4시간 동안 배양하였다. 그리고 나서, 원심분리를 통해 세포를 수확하고 상층액을 버렸다. 수집된 세포를 10ml의 용해 완충액(lysis buffer)(20mM Tris-HCl (pH9.0)를 넣고 보텍스(vortex)로 세포를 풀어주었다. 이후 소니케이터(sonicater) 작동을 5초 간격으로 하여 상층액이 투명해질 때가지 세포를 파쇄하였다. 이후 원심분리기를 이용하여 상층액을 걷어내고, 이렇게 얻어진 상등액을 SDS-PAGE 젤에 로딩하여 단백질의 과발현을 확인하였다(도 1).
The transformed E. coli (BL21 (DE3)) was added to 10 ml of LB medium containing ampicillin at a concentration of 50 μg / ml and cultured at 37 ° C at 150 rpm. After incubation for about 16 hours, the cells were transferred to 100 ml of LB medium containing 50 μg / ml of ampicillin and cultured until the O. D600 value reached 0.4-0.5. Then, IPTG was added at 1 mM and cultured for about 4 hours. Then, the cells were harvested by centrifugation and the supernatant was discarded. The collected cells were lysed with 10 ml of lysis buffer (20 mM Tris-HCl, pH 9.0) and vortexed. After sonicator operation was performed every 5 seconds, the supernatant The supernatant was then removed using a centrifuge and the supernatant thus obtained was loaded on an SDS-PAGE gel to confirm the overexpression of the protein (FIG. 1).

<실시예 4> 결빙방지 단백질 활성 측정 및 얼음 결정 형태 관찰 <Example 4>Prevention of freezing proteinMeasurements of activity and observation of ice crystals

대장균 (E. coli)을 이용한 발현시킨 결빙방지단백질이 포함된 위의 상층액을 이용하여 단일 얼음결정의 형태의 변화 정도를 측정하였다. 나노리터 오스모미터 (nanoliter osmometer)(Otago osmometers, New Zealand)를 사용하였다 (kobashigawa et al. 2005, A part of ice nucleation protein exhibits the ice-binding ability.FEBS. 579, 1493-1497; Bravo and Griffith 2005, Characterization of antifreeze activity in Antarctic plants. J. Experiment. Bot. 56 (414), 1189-1196; Gwak et al.2010. Antifreeze protein in Antarctic marine diatom, Chaetoceros neogracile. Mar. Biotechnol. 12, 630-639).The degree of change of the shape of the single ice crystal was measured using the supernatant containing the anti-freezing protein expressed by E. coli . Braun and Griffith (eds.), Nanoliter osmometer (Otago osmometers, New Zealand) were used (Kobashigawa et al ., 2005, A part of ice nucleation protein exhibits ice-binding ability. FEBS. 579, 1493-1497; ... 2005, Characterization of antifreeze activity in Antarctic plants J. Experiment Bot 56 (414), 1189-1196;... Gwak et al .2010 Antifreeze protein in Antarctic marine diatom, Chaetoceros neogracile Mar. Biotechnol 12, 630-639 ).

샘플 디스크 내의 6개의 샘플 챔버 내에 약 0.5 ul의 시료를 주입한 후, 샘플 디스크를 나노리터 오스모미터의 온도 스테이지(thermal stage)에 올려놓은 뒤 온도 스테이지를 -20℃로 조정하여 샘플 챔버 내부의 시료를 냉동시켰다. 시료의 냉동여부를 광학현미경 (Zeiss Axiolab, Zeiss)으로 확인한 후 온도 스테이지의 온도를 천천히 올리면서 얼음 결정의 생성을 확인하였다. 단일 얼음 결정을 제외한 모든 얼음 결정이 녹기 전까지 온도를 올리고, 단일 얼음 결정이 완전한 구형이 되도록 온도를 조정하였다. 최소 면적의 구형 단일 얼음 결정 상태에서 0.01℃/sec 로 온도 스테이지 온도를 내리면서 단일 얼음 결정이 구형에서 특정 형태의 얼음 결정 형태를 나타내는 온도를 측정하였으며, 성장하며 보여지는 형태의 변화를 알아보기 위해 온도를 낮추면서 10초 간격으로 얼음결정 형태를 사진으로 촬영하였고(Canon A620) 이를 도 2(A)에 보였다. 대조군(도 2(B))에서 나타나는 구형 형태의 얼음결정은 어는점 이하에서도 동일한 형태인 구형이 유지되면서 크기만 커지는 모양을 나타내는 반면, 결빙방지 단백질이 존재하고, 이들이 결빙방지 활성을 가질 때에는 각 결빙방지 단백질이 가지고 있는 선호하는(preferential) 얼음 표면에 결합하여 독특한 형태의 단일 얼음결정 형태를 나타내었다. 본 발명에 따른 결빙 단백질의 경우 별 모양 또는 눈꽃 모양을 나타내면서 얼음결정이 성장하여, 결빙방지 단백질의 얼음결합의 특성을 보이고 있다.After injecting about 0.5 ul of sample into six sample chambers in a sample disc, the sample disc was placed on a thermal stage of a nanoliter osmometer and the temperature stage was adjusted to -20 deg. The sample was frozen. After the sample was frozen by an optical microscope (Zeiss Axiolab, Zeiss), the temperature of the temperature stage was slowly increased to confirm the formation of ice crystals. The temperature was elevated until all the ice crystals except the single ice crystal were melted, and the temperature was adjusted so that the single ice crystal was perfectly spherical. We measured the temperature at which the single ice crystal showed a specific shape of ice crystal form in spherical shape while lowering the temperature stage temperature at 0.01 ℃ / sec in the spherical single ice crystal state with minimum area. The ice crystal form was photographed (Canon A620) at intervals of 10 seconds while lowering the temperature, as shown in Fig. 2 (A). The spherical ice crystals appearing in the control group (Fig. 2 (B)) exhibit a shape that is larger in size while retaining the same spherical shape even at a freezing point, whereas when freezing inhibiting proteins are present, (Fig. 1). In addition, the ice cream was found to bind to the preferential ice surface of the anti-proliferative protein and exhibit a unique type of single ice crystal form. In the case of the freezing protein according to the present invention, ice crystals grow in a star shape or a snow flake shape to show the ice-binding property of the anti-freezing protein.

<110> Korea Institute of Ocean Science & Technology <120> Antifreeze protein and the methods of inhibiting freezing by using thereof <130> PN140012 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 465 <212> DNA <213> Notothenia coriiceps <400> 1 atggctgccg tttcagagga agcagctgag aaagacctag cagttaagag tcatgtggtg 60 aagcgctctt tctactgccc cggtggatgg acctggatca acggacgctg tttctacttc 120 aaccccacac ccatgagttg ggctagagcc gagaaaatct gctcctccat ggggggacac 180 ctggcgtccg tgcacaactc gatggagtta tttgagatcg agaagatcac cataatcacc 240 acttatcaga tgccgctagc gtggatcgga ggctctgaat tacagaagct gaacgtctgg 300 acctggtctg atgggactcc tttccactac gcagactggt gtggtggaga gcccaatcag 360 gcaggcgtgc agaaatgcat acagataaat tactcagcgg cgaagtgctg ggataacatg 420 cattgtagct tgaagttgcc gtccgtctgt gtcaagggat cctga 465 <210> 2 <211> 154 <212> PRT <213> Notothenia coriiceps <400> 2 Met Ala Ala Val Ser Glu Glu Ala Ala Glu Lys Asp Leu Ala Val Lys 1 5 10 15 Ser His Val Val Lys Arg Ser Phe Tyr Cys Pro Gly Gly Trp Thr Trp 20 25 30 Ile Asn Gly Arg Cys Phe Tyr Phe Asn Pro Thr Pro Met Ser Trp Ala 35 40 45 Arg Ala Glu Lys Ile Cys Ser Ser Met Gly Gly His Leu Ala Ser Val 50 55 60 His Asn Ser Met Glu Leu Phe Glu Ile Glu Lys Ile Thr Ile Ile Thr 65 70 75 80 Thr Tyr Gln Met Pro Leu Ala Trp Ile Gly Gly Ser Glu Leu Gln Lys 85 90 95 Leu Asn Val Trp Thr Trp Ser Asp Gly Thr Pro Phe His Tyr Ala Asp 100 105 110 Trp Cys Gly Gly Glu Pro Asn Gln Ala Gly Val Gln Lys Cys Ile Gln 115 120 125 Ile Asn Tyr Ser Ala Ala Lys Cys Trp Asp Asn Met His Cys Ser Leu 130 135 140 Lys Leu Pro Ser Val Cys Val Lys Gly Ser 145 150 <110> Korea Institute of Ocean Science & Technology <120> Antifreeze protein and the methods of inhibiting freezing          using <130> PN140012 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 465 <212> DNA <213> Notothenia coriiceps <400> 1 atggctgccg tttcagagga agcagctgag aaagacctag cagttaagag tcatgtggtg 60 aagcgctctt tctactgccc cggtggatgg acctggatca acggacgctg tttctacttc 120 aaccccacac ccatgagttg ggctagagcc gagaaaatct gctcctccat ggggggacac 180 ctggcgtccg tgcacaactc gatggagtta tttgagatcg agaagatcac cataatcacc 240 acttatcaga tgccgctagc gtggatcgga ggctctgaat tacagaagct gaacgtctgg 300 acctggtctg atgggactcc tttccactac gcagactggt gtggtggaga gcccaatcag 360 gcaggcgtgc agaaatgcat acagataaat tactcagcgg cgaagtgctg ggataacatg 420 cattgtagct tgaagttgcc gtccgtctgt gtcaagggat cctga 465 <210> 2 <211> 154 <212> PRT <213> Notothenia coriiceps <400> 2 Met Ala Ala Val Ser Glu Glu Ala Ala Glu Lys Asp Leu Ala Val Lys   1 5 10 15 Ser His Val Val Lys Arg Ser Phe Tyr Cys Pro Gly Gly Trp Thr Trp              20 25 30 Ile Asn Gly Arg Cys Phe Tyr Phe Asn Pro Thr Pro Met Ser Trp Ala          35 40 45 Arg Ala Glu Lys Ile Cys Ser Ser Met Gly Gly His Leu Ala Ser Val      50 55 60 His Asn Ser Met Glu Leu Phe Glu Ile Glu Lys Ile Thr Ile Ile Thr  65 70 75 80 Thr Tyr Gln Met Pro Leu Ala Trp Ile Gly Gly Ser Glu Leu Gln Lys                  85 90 95 Leu Asn Val Trp Thr Trp Ser Asp Gly Thr Pro Phe His Tyr Ala Asp             100 105 110 Trp Cys Gly Gly Glu Pro Asn Gln Ala Gly Val Gln Lys Cys Ile Gln         115 120 125 Ile Asn Tyr Ser Ala Ala Lys Cys Trp Asp Asn Met His Cys Ser Leu     130 135 140 Lys Leu Pro Ser Val Cys Val Lys Gly Ser 145 150

Claims (10)

서열번호 2의 결빙 방지 단백질.The anti-icing protein of SEQ ID NO: 2. 서열번호 2의 결빙 방지 단백질을 암호화 하는 유전자.A gene encoding the anti-icing protein of SEQ ID NO: 2. 제 2 항에 있어서 상기 유전자는 서열번호 1의 핵산 서열을 가지는 유전자.3. The gene according to claim 2, wherein the gene has the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 제 2 항의 유전자를 포함하는 재조합 벡터.A recombinant vector comprising the gene of claim 2. 제 4 항의 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포.A host cell transformed with the recombinant vector of claim 4. 제 5 항에 있어서, 상기 숙주세포는 원핵생물인 것을 특징으로 하는 숙주세포.6. The host cell according to claim 5, wherein the host cell is prokaryotic. 제 6 항에 있어서, 상기 숙주세포는 E. coli인 것을 특징으로 하는 숙주세포.7. The host cell of claim 6, wherein the host cell is E. coli . 제 1 항의 결빙단백질을 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지용 조성물.A composition for preventing freezing, which comprises the icing protein of claim 1. 제 4 항에 따른 숙주세포를 배양하는 단계를 포함하는 제1항의 결빙 단백질 생산 방법.The method for producing an iced protein according to claim 1, comprising culturing the host cell according to claim 4. 제 1 항의 결빙단백질을 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 결빙 방지 방법.A method for preventing icing, which comprises treating the icing protein of claim 1.
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