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Ideonella sakaiensis 유래의 polyethylene terephthalate(PET) 분해 효소인 IsPETase는 상대적으로 낮은 온도 조건에서 높은 활성을 보이므로 PET 폐기물의 친환경적 처리와 활용에 있어서 유망한 효소이다. 하지만 대표적인 재조합 단백질 발현 균주인 Escherichia coli BL21(DE3)에서 낮은 수용성 발현을 보이므로 IsPETase의 산업적 대량 활용에 제약이 따른다. 최근 무정형 단백질로 이루어진 NEXT 태그를 이용하여 IsPETase의 수용성 발현을 향상시킨 사례가 보고되었다. 본 연구에서는 배양 조건 최적화 및 chaperone 동시 발현 전략을 통해 IsPETase와 NEXT-IsPETase의 수용성 발현 향상을 도모하였다. 배양 조건이 수용성 발현 조절에 있어서 주요 요소는 아니었으나, 일반적인 37℃, 1 mM IPTG 조건과 비교하여 최적 조건에서 두 효소 모두 수용성 발현이 다소나마 증가하였다. Chaperone을 동시 발현하였을 때, GroEL/GroES의 경우 수용성 발현량이 미미하게 증가하였고 DnaK/DnaJ/GrpE의 경우는 오히려 감소하였다. 추가적으로, 효소 정제 시 DnaJ chaperone이 함께 정제되었는데 이는 다운스트림 과정을 복잡하게 할 수 있다. 결론적으로, NEXT 태그가 융합된 IsPETase를 chaperone 없이 최적 배양 조건에서 발현하는 것이 E. coli BL21(DE3)에서 생산량을 극대화하는 최적의 방법이 될 수 있다.
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참고문헌 (23)
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Aer L, Jiang Q, Gul I, Qi Z, Feng J, and Tang L. 2022. Overexpression and kinetic analysis of Ideonella sakaiensis PETase for polyethylene terephthalate (PET) degradation. Environ. Res. 212, 113472.
Bell EL, Smithson R, Kilbride S, Foster J, Hardy FJ, Ramachandran S, Tedstone AA, Haigh SJ, Garforth AA, Day PJR, et al. 2022. Directed evolution of an efficient and thermostable PET depolymerase. Nat. Catal. 5, 673–681.
Belval L, Marquette A, Mestre P, Piron MC, Demangeat G, Merdinoglu D, and Chich JF. 2015. A fast and simple method to eliminate Cpn60 from functional recombinant proteins produced by E. coli Arctic Express. Protein Expr. Purif. 109, 29–34.
Brahney J, Hallerud M, Heim E, Hahnenberger M, and Sukumaran S. 2020. Plastic rain in protected areas of the United States. Science 368, 1257–1260.
Cui Y, Chen Y, Liu X, Dong S, Tian Y, Qiao Y, Mitra R, Han J, Li C, Han X, et al. 2021. Computational redesign of a PETase for plastic biodegradation under ambient condition by the GRAPE strategy. ACS Catal. 11, 1340–1350.
Bell EL, Smithson R, Kilbride S, Foster J, Hardy FJ, Ramachandran S, Tedstone AA, Haigh SJ, Garforth AA, Day PJR, et al. 2022. Directed evolution of an efficient and thermostable PET depolymerase. Nat. Catal. 5, 673–681.
Belval L, Marquette A, Mestre P, Piron MC, Demangeat G, Merdinoglu D, and Chich JF. 2015. A fast and simple method to eliminate Cpn60 from functional recombinant proteins produced by E. coli Arctic Express. Protein Expr. Purif. 109, 29–34.
Brahney J, Hallerud M, Heim E, Hahnenberger M, and Sukumaran S. 2020. Plastic rain in protected areas of the United States. Science 368, 1257–1260.
Cui Y, Chen Y, Liu X, Dong S, Tian Y, Qiao Y, Mitra R, Han J, Li C, Han X, et al. 2021. Computational redesign of a PETase for plastic biodegradation under ambient condition by the GRAPE strategy. ACS Catal. 11, 1340–1350.
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