I. 제목
○ 다이제스톰 다양성을 이용한 고기능 효소개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
○ 곤충 다이제스톰의 분석을 통해 공생미생물 및 신규 유전자원의 탐색/분석/확보
○ 고기능 및 다기능 xylanase와 mannanase를 포함한 hemicellulases의 특성규명
○ 곤충 공생미생물의 메타게놈 분석
○ 곤충 다이제스톰의 사료첨가제, 식품, 세제, 및 바이오매스 처리 등의 산업적 활용분야 개발
III. 연구개발의 내용 및 범위
○ 다이제스톰 유래 생물자원 확보
(바이오매스 가해 및 분해에 관여하는 곤충 및 무척추동물의 수집)
○ 공생미생물 유래 효소의 특성규명
(cellulase, xylanase, 및 mannanase 유전자의 클로닝 및 특성분석)
○ 효소생산 기술 및 산업적 용도개발
(이종발현 및 효소의 특성분석을 통한 산업적 활용분야 검토)
IV. 연구개발결과
○ 다양한 생물자원(하늘소류, 땅강아지, 쇠똥구리, 및 지렁이)으로부터 약 390종의 공생미생물을 분리·동정하였으며, 이 중 azo-polysaccharide derivatives를 이용한 활성 스크리닝을 통해 총 63 종의 바이오매스 분해 세균을 확보하고 종 다양성을 분석하였음
○ 땅강아지로부터 분리한 Microbacterium trichothecenolyticum HY-17과 Streptomyces mexicanus HY-14로부터 각각 GH family 10에 속하는 알칼리 내성 β-1,4-xylanase (XylH) 및 고활성 β-1,4-xylanase (XylU) 유전자를 클로닝하고, E. coli BL21에서의 과발현을 통해 효소의 생화학적 특성을 규명하였음
○ 털두꺼비하늘소의 장에서 분리한 Paenibadllus sp. HY-8 균주의 배양액으로부터 고활성 endo-β-1,4-mannanase (ManP)를 분리·정제하고 효소학적 특성을 분석하였음
○ 지렁이의 장내 공생미생물인 Cellulosimicrobium funkei HY-13의 genome으로부터 GH family 6에 속하는 신규의 endo-β-1,4-glucanase (CelC) 유전자를 클로닝하고, E. coli BL21에서의 과발현을 통해 효소의 생화학적 특성을 규명하였음. 또한 본 연구에서는 HY-13 균주로부터 GH family 6에 속하는 cellobio-hydrolase 유전자(CBH6)를 클로닝하고 분자구조를 분석하였음
○ Paenibacillus cineris HY-18 및 Cellulosimicrobium cellulans HY-24 균주로부터 각각 GH10 β-1,4-xylanase (XylN, XylM)를 인코딩하는 유전자를 클로닝하고 분자구조를 분석하였음
○ Cellulosimicrobium funkei HY-13과 Cellulosimicrobium sp. HY-19으로부터 각각 GH family 5에 속하는 modular endo-β-1,4-mannanase 유전자(ManD, ManY)를 클로닝하고 분자구조를 분석하였음
V. 연구개발결과의 활용계획
○ 각종 난분해성 탄수화물 관련 효소자원 원천기술/산업화 소재 확보
○ 산업용 (사료, 바이오에너지, 바이오펄프, 바이오화학) 효소 발현체계 구축하여 효소 생산에 도입
○ 국내 생물/곤충/환경 자원의 활용을 위한 경쟁력 있는 실용화 기술 체계 제공
○ 본 연구팀에 의해 개발된 무당거미 유래 단백질 효소 및 하늘소 유래 효소의 성공적인 기술이전/사업화 경험을 바탕으로 발전적 후속 고기능 효소 원천기술의 바이오에너지 및 동물사료 분야 시장진입 기대