<h1>서 론</h1><p>Hemicellulose이 주성분으르 cellulose 다음으로 지구상에 많이 존재하는 xylan은 최근 대체에너지원인 알콜 생산의 기질로서 주목을 받고 있을 뿐만 아니라 butanol과 butandiol과 같은 유기용매 내지는 xylitol과 같은 감미료 생산원료로서도 그 이용이 기대되고 있는 중요 바이오매스 자원이다. Xylan은 1,4- \( \beta \)-D-xylopyranoside 결합의 기본탄소골격을 갖는 D-xylose의 중합체로서 endo-1,4-xylanase(EC 3.2.1.8)와 \( \beta \)-xylosidase(EC. 3.2.1.37)의 작용에 의해 가수분해 된다. Xylan 분해효소인 xylanases는 곰팡이나 세균과 같은 미생물뿐만 아니라 식물체, 곤충 그리고 원생동물 등 자연계에 광범위하게 존재하며, 이 효소를 이용하여 고급용지의 생산(biobleaching) 및 폐지재생, 과일음로, 사료첨가용 효소, 기능성 식품소재인 xylitol과 xylooligosaccharides(XOSs)의 생산, ethanol 생산에서의 응용 등 현재 그 이용성이 매우 높으며 앞으로도 다양한 용도로 개발될 것으로 기대되는 효소이다. Xylan 분해 산물의 일종인 XOS는 xylose가 2개에서 5개 정도로 결합된 다당류로서 온화감미를 갖는 시럽 또는 분말상 물질이며 Bifidus, Lactobacillus 등과 같은 장내 유용미생물을 선택적으로 증식시킴으로서 장기능을 개선시키는 기능성 식품소재이다. 특히 XOS 중 2당류(xylobiose), 3당류(xylotriose)가 장내 유용 미생물 중식에 가장 효과적이고 면역증강 활성까지 보임으로써, 그 효과가 다른 올리고당보다 우수하여 식품 외에도 의약품, 사료 및 농업분야를 포함하는 댜양한 분야에서 폭넓게 사용될 수 있다.</p><p>XOS 생산을 위해 세균 및 곰팡이 유래의 endoxylanase 유전자가 Bacillus subtilis, Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Kluyveromyces lactis 등에 도입되어 유전자 발현 시도가 이뤄졌으나, XOSs 생산용 전세포 생물촉매 (whole cell biocatalyst) 개발에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 본 연구에서는 XOS와 같은 식품소재 생산을 위한 효소 반응용 및 취급 용이성과 효소 안정성 중대를 위한 생촉매 시스템으로, 효모 S. cerevisiae의 세포표면에 endoxylanase를 발현시키고자 한다. 진핵세포 S. cerevisiae는 인체에 대한 안전성 문제를 보완할 수 있는 GRAS (generally recognized as safe) 미생물이며 표면발현 모체로 agglutinin을 사용할 경우 단백질의 표면밀도가 효모세포 1개당 \( 10^{4}-10^{5} \)개로써 원핵세포 시스템에 비하여 매우 높다는 장점을 가지고 있다. \( \alpha \)-Agglutinin 단백질은 Aga1과 Aga2의 소단위체로 구성되어 있으며 Aga1(725개 아미노산으로 구성)이 효모 새포벽 \( \beta \)-glucan에 공유결합으로 고정되고, 87개의 아미노산으로 이루어진 Aga2가 disulfide 결합으로 Aga1과 연결되어 있다. 목적 단백질의 N-말단은 Aga2의 C-말단과 연결되며, 목적 단백질은 분비되고 난 후 효모 세포벽 바깥으로 display된다.</p><p>따라서 본 연구에서는 \( \alpha \)-agglutinin을 이용한 endoxylanase의 효모세포 표면발현 시스템을 구축하고, endoxylanase를 고효율로 표면 발현하는 호모 형질전환체를 얻은 다음, 이를 생촉매로 이용하여 xylan으로부터 XOS의 최적 생산조건 (반응시간, 기질 종류, 기질 농도, 생촉매 사용량, 반응온도 등)을 확립하고자 한다.</p>
xylanases는 어디에 존재해?
곰팡이나 세균과 같은 미생물뿐만 아니라 식물체, 곤충 그리고 원생동물