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최근, 본 연구진은 담수 환경 유래 한천 분해 세균인 Cellvibrio sp KY-GH-1 (KCTC13629BP)의 전체 유전체 염기 서열을 분석하여 아가로오스를 L-AHG 및 D-갈락토오스로 가수분해시키는 아가레이즈들을 암호화하는 유전정보를 탐색하였다. 그 결과, KY-GH-1 균주는 유전체 상의 약 77 kb 길이의 아가레이즈 유전자 클러스터 내에 9개의 β-아가레이즈 유전자들과 2개의 α-네오아가로비오스 가수분해효소(α-NABH) 유전자들을 지닌 것으로 나타났다. 이러한 유전자 정보를 바탕으로 KY-GH-1 균주가 한천을 탄소원으로 자화하기 위해 단량체인 L-AHG와 D-갈락토오스로 분해시키는 공정은, 엔도형 GH16 β-아가레이즈, 엔도형 GH86 β-아가레이즈 등에 의해 개시되어 NA4, NA6, NA8 등을 생성시킨 후, 이들에 대해 엑소형 GH50 β-아가레이즈가 추가로 작용하여 NA2를 생성시키고, 이어서 GH117 α-NABH가 작용하여 생성된 NA2를 단량체 L-AHG와 D-갈락토오스로 분해함으로써 종결되는 것으로 예측되었다. 대장균 발현 시스템과 PET-30a 벡터를 함께 사용하여, KY-GH-1 균주 유래의 GH50 패밀리 β-아가레이즈 유전자들(GH50A, GH50B, GH50C)과 GH117 패밀리 α-NABH 유전자들(GH117A α-NABH, GH117B α- NABH)을 발현시켜 His-태그 재조합 효소단백질들로 확보하여, 이들 효소단백질을 이용하여 효소 활성을 비교 분석한 결과, 재조합 GH50A β-아가레이즈가 세 개의 GH50A 패밀리 β-아가레이즈 동위효소들 중에서 가장 높은 엑소형 β-아가레이즈 활성을 나타내며, 또한 재조합 GH117A α-NABH가 NA2를 L-AHG와 D-갈락토오스로 강력하게 가수분해할 수 있으나 재조합 GH117B α-NABH는 NA2 가수분해 활성이 없음을 확인하였다. 연이어 GH50A β-아가레이즈 및 GH117A α-NABH의 효소 특성을 추가로 조사하였다. 아울러 이들 각 효소가 나타내는, 아가로오스를 분해하여 NA2를 생성시키는 효율성과 NA2를 분해하여 L-AHG 및 D-갈락토오스를 생성시키는 효율성을 평가하였다. 본 총설에서는, L-AHG 및 D-갈락토오스의 양산을 위한 아가로오스의 효소적 가수분해에 성공적으로 활용될 수 있을 것으로 기대되는, 담수 유래 한천 분해 세균 Cellvibriosp. KY-GH-1 유래의 재조합 GH50A β-아가레이즈 및 GH117A α-NABH의 장점들에 대해 기술한다.
Recently, we sequenced the entire genome of a freshwater agar-degrading bacterium Cellvibrio sp. KYGH-1 (KCTC13629BP) to explore genetic information encoding agarases that hydrolyze agarose into monomers 3,6-anhydro-L-galactose (L-AHG) and D-galactose. The KY-GH-1 strain appeared to possess nine β-agarase genes and two α-neoagarobiose hydrolase (α-NABH) genes in a 77-kb agarase gene cluster. Based on these genetic information, the KY-GH-1 strain-caused agarose degradation into LAHG and D-galactose was predicted to be initiated by both endolytic GH16 and GH86 β-agarases to generate NAOS (NA4/NA6/NA8), and further processed by exolytic GH50 β-agarases to generate NA2, and then terminated by GH117 α-NABHs which degrade NA2 into L-AHG and D-galactose. More recently, by employing E. coli expression system with pET-30a vector we obtained three recombinant His-tagged GH50 family β-agarases (GH50A, GH50B, and GH50C) derived from Cellvibrio sp. KY-GH-1 to compare their enzymatic properties. GH50A β-agarase turned out to have the highest exolytic β-agarase activity among the three GH50 isozymes, catalyzing efficient NA2 production from the substrate (agarose, NAOS or AOS). Additionally, we determined that GH117A α-NABH, but not GH117B α-NABH, could potently degrade NA2 into L-AHG and D-galactose. Sequentially, we examined the enzymatic characteristics of GH50A β-agarase and GH117A α-NABH, and assessed their efficiency for NA2 production from agarose and for production of L-AHG and D-galactose from NA2, respectively. In this review, we describe the benefits of recombinant GH50A β-agarase and GH117A α-NABH originated from Cellvibrio sp. KY-GH-1, which may be useful for the enzymatic hydrolysis of agarose for mass production of L-AHG and D-galactose.
