그림 1.그람 양성균과 그람 음성균의 박테리아 세포벽
그람 양성균은 여러 겹의 펩티도글리칸으로 이루어져 있습니다. 펩티도글리칸은 β-(1-4)-N-아세틸-D-글루코사민(β-(1-4)-N-Acetyl-D-glucosamine) 단위로 이루어진 고분자입니다. 교차 잔기들은 젖산이 더해져 N-아세틸무람산(N-acetylmuramic acid)으로 변형되며 테트라펩타이드에 가지를 연결합니다. 인접한 고분자의 테트라펩타이드가 펜타글리신 다리로 연결됩니다. 교차 결합한 펩티도글리칸 고분자는 인지질 이중층 세포막 위에 그물망 같은 구조를 형성합니다.
그람 음성균 세포벽은 외막의 지질 이중층으로 이루어져 있으며, 지질 이중층에는 인지질과 더불어 지질다당류 부분으로 덮여 있습니다. 지질단백질은 세포질 주변 공간(periplasmic space)에서 외부의 지질막을 얇은 펩티도글리칸 층과 연결합니다. 내부 세포막은 인지질 이중층으로 구성되어 있습니다.상황에 적절한 효소 - 박테리아 용해
라비에이스(Labiase)
스트렙토마이세스 풀비시무스(Streptomyces fulvissimus)에서 유래한 제품 번호 L1414(파우더)
- 스트렙토마이세스 풀비시무스 에서 유래한 라비에이스는 유산간균(Lactobacillus), 에어로코커스(Aerococcus) , 연쇄상구균(Streptococcus)과 같은 많은 그람 양성균의 용해에 유용한 효소 제제입니다.
- 라비에이스는 β-N-아세틸-D-글루코사미니데이스(β-N-acetyl-D-glucosaminidase)와 리소자임 활성을 포함합니다.
- 활성을 위한 최적 pH: pH 4 정도
- 안정을 위한 최적 pH: pH 4~8 정도
라이소스타핀(Lysostaphin)
제품 번호 L7386(동결건조 파우더, 최소 500 units/mg 단백질)
제품 번호 L4402(동결건조 파우더, 최소 2,000 units/mg 단백질, SDS-PAGE 분석 결과 97% 초과)
제품 번호 L2898(무균 충전, 동결건조 파우더, 최소 500 units/mg 단백질)
제품 번호 L9043(동결건조 파우더, 최소 3,000 unit/mg 고형 단백질)
- 라이소스타핀은 분자량이 약 25 kDa인 아연 엔도펩티데이스입니다. 라이소스타핀은 포도상구균 종 세포벽의 펩티도글리칸 층에서 폴리글리신의 교차 결합을 절단하므로 세포 용해에 유용하고 잠재적 항미생물 치료제로도 사용할 수 있는 것으로 밝혀졌습니다.
- 활성을 위한 최적 pH: pH 7.5 정도
그림 2.리소자임 및 뮤타놀리신(Mutanolysin)
달걀흰자에서 유래한 리소자임
제품 번호 L6876(투석 진행, 동결건조, 약 50,000 units/mg)
제품 번호 L7651(분자생물학 등급, 동결건조, 약 50,000 units/mg)
제품 번호 L/KR/ko7001(동결건조, 약 50,000 units/mg)
제품 번호 L7773(무균 충전, 동결건조, 약 50,000 units/mg)
제품 번호 L2879(염화물, 동결건조, 약 60,000 units/mg)
인간의 리소자임
제품 번호 L1667(쌀에서 재조합 발현)
제품 번호 L6394(인간의 모유에서 유래)
제품 번호 L8402(인간의 호중구에서 유래)
- 리소자임은 분자량이 14.3kD인 단일 사슬 단백질입니다. 리소자임은 펩티도글리칸 내 N-아세틸뉴라민산(N-acetylmuraminic acid)과 N-아세틸-D-글루코사민(N-acetyl-D-glucosamine) 잔기 사이의 β(1-4) 결합을 가수분해하며, 키토덱스트린(chitodextrin) 내 N-아세틸-D-글루코사민(N-acetyl-D-glucosamine) 잔기 사이의 결합을 가수분해합니다. 그람 양성 세포는 세포벽에 펩티도글리칸 함유량이 높아 이러한 가수분해에 매우 취약합니다. 그람 음성균은 외막이 존재하고 펩티도글리칸 함유량이 낮아 이러한 가수분해에 덜 취약합니다. 하지만, 이러한 세포는 박테리아 외막의 금속 이온을 킬레이트화하는 EDTA가 존재할 때 더 쉽게 가수분해될 수 있습니다.
- 최적 pH: 리소자임의 활성은 pH와 이온 강도에 따라 기능합니다. 효소는 넓은 pH 범위(6.0~9.0)에서 활성화합니다. pH 9.2에서 리소자임이 최대로 활성화할 때의 이온 강도(0.01~0.06 M)보다 pH 6.2에서 최대로 활성화할 때의 이온 강도(0.02~0.100 M)의 범위가 더 넓습니다.
- 용해 절차를 진행할 때는 500,000 units/ml의 10 mM Tris-HCl(pH 8.0) 용액을 새로 준비하여 사용합니다. 또한 이 제품은 물(10mg/ml)에 용해되어 투명하거나 약간 탁한 무색의 용액을 만들 수 있습니다. 수용액은 2~8°C에서 냉장 보관하는 경우 최소한 한 달까지 안정적인 상태를 유지합니다. 이 저장 용액 25 µl는 일반적으로 350 µl의 10 mM Tris-HCl(pH 8.0), 0.1M NaCl, 1 mM EDTA, 5% [w/v] TRITON X-100으로 재현탁한 1 ml 초과 배양 배지 세포 팰릿에서 얻은 대장균을 용해할 수 있습니다. 용해에 사용되는 일반적인 배양 조건은 37°C에서 30분입니다.
아크로모펩티데이스(Achromopeptidase)
제품 번호 A3422(부분적으로 정제된 파우더, 20,000~40,000 units/mg 고형물)
제품 번호 A3547(미가공 파우더(crude powder), 800~3,200 units/mg 고형물)
제품 번호 A7550(미가공 파우더, 300~600 units/mg 고형물)
- 아크로모펩티데이스는 분자량이 약 27kD인 라이실 엔도펩티데이스입니다. 이는 리소자임 저항성이 있는 그람 양성균의 용해에 유용하게 사용됩니다.
- 활성을 위한 최적 pH: pH 8.5~9 정도
- 약 500~1,500 units/ml 아크로모펩티데이스를 사용하여 A600=0.6 밀도의 세포를 37°C에서 2시간 동안 용해할 수 있습니다.
스트렙토마이세스 글로비스포루스(Streptomyces globisporus)에서 유래한 뮤타놀리신
제품 번호 SAE0092(동결건조, 최소 4,000 units/mg 단백질)
제품 번호 M9901(동결건조, 최소 4,000 units/mg 단백질)
제품 번호 M4782(무균 충전, 동결건조, 최소 4,000 units/mg 단백질)
- 뮤타놀리신은 박테리아에서 쉽게 분해되는 생체 분자와 RNA를 분리하기 위해 세포를 부드럽게 용해합니다. 이는 DNA를 분리하는 스페로플라스트(spheroplast)를 형성하는 데 사용되어 왔습니다.
- 뮤타놀리신은 23kD의 N-아세틸 뮤라미데이스(N-Acetyl Muramidase)로, 리소자임처럼 박테리아 세포벽 고분자인 펩티도글리칸-다당류에서 N-아세틸뮤라밀-β(1-4)-N-아세틸글루코사민(N-acetylmuramyl-β(1-4)-N-acetylglucosamine) 결합을 절단하는 뮤랄리틱(muralytic) 효소입니다. 뮤타놀리신의 카르복시 말단 부분은 해당 세포벽 고분자의 인식과 결합에 관여합니다. 뮤타놀리신은 리스테리아와 기타 그람 양성균, 즉 유산간균, 유산구균속 등을 용해합니다.
황색포도상구균(Staphylococcus aureus)에서 유래한 α-헤몰리신(α-Hemolysin)
제품 번호 H9395
- α-헤몰리신은 대부분의 병원성 황색포도상구균 균주에서 분비되는 세포 외 단백질입니다.
- 성숙한 단백질은 분자량이 33kD인 293개의 잔기로 구성되어 있습니다. 또한 65%의 베타 병풍(β-sheet) 구조와 10%의 알파 나선(α-helical) 구조로 이루어져 있습니다.
- α-헤몰리신은 물에 용해되는 단량체로 분비되어, 초기 단계에서 표적 세포막에 결합하며 통합됩니다. 여러 단량체가 모여 칠량체성 기공(heptameric pore)을 형성합니다. 이 기공은 K+을 신속하게 유출하고, Na+와 Ca+를 유입합니다. 적혈구의 삼투성 팽창(osmotic swelling)에 따라 결과적으로 파열이 발생합니다.
그림 3.황색포도상구균(Staphylococcus aureus)
그림 4.키티네이스(Chitinase)
- 키티네이스는 키틴을 분해하는 약 30 kDa의 세포 외 효소 복합체입니다.키틴은 두 가지 효소 반응을 통해 N-아세틸-D-글루코사민(N-acetyl-D-glucosamine)으로 분해됩니다. 먼저, 키토덱스트리네이스-키티네이스(chitodextrinase-chitinase), 즉 폴리(1,4-β-[2-아세타미도-2-디옥시-D-글루코시드](1,4-β-[2-acetamido-2-deoxy-D-glucoside]))-글리카노하이드로레이스(glycanohydrolase)를 통해 키틴에서 키토비오스 단위가 제거됩니다. 다음으로, N-아세틸-글루코사미니데이스-키토바이에이스(N-acetyl-glucosaminidase-chitobiase)가 반응에 관여하며, 이당류를 절단하여 N-아세틸-D-글루코사민(N-acetyl-D-glucosamine) 단량체 소단위로 나눕니다.효소는 엔도키티네이스(endochitinase)와 엑소키티네이스(exochitinase)로 분류됩니다. 엔도키티네이스 활성 시, 키틴 사슬 내부 지점에서 무작위로 절단하는 과정이 진행됩니다. 엑소키티네이스 활성 시, 키틴의 비환원 말단에서 시작하여 점진적으로 키토비오스(chitobiose) 또는 N-아세틸-글루코사민(N-acetyl-glucosamine) 단위가 방출되는 과정이 진행됩니다.
마이크로바이옴 - 서열 분석과 계통 발생
미생물 군집의 연구는 최근 16S rRNA 유전자 염기서열 분석과 메타 유전자와 같은 기술을 광범위하게 채택하면서 혁신적으로 변화했습니다. 마이크로바이옴 시료 준비 과정에서 발생하는 DNA 오염은 이러한 염기 서열 기반 접근법의 중요한 해결 과제이므로, 불필요한 DNA 오염 물질이 제거된 DNA 추출 시약을 마련하는 것이 필수입니다.
마이크로바이옴 시료 처리에 대한 또 다른 주요 과제는 미생물을 분해하기 어렵다는 점입니다. 세포벽은 처리 과정에서 캡슐 또는 저항성 포자를 형성할 수 있습니다. 미생물체로부터 DNA를 추출하기 위해 용해 효소를 사용하여 부분적으로 스페로플라스트를 형성시킬 수 있습니다. 이러한 스페로플라스트는 이어서 DNA를 방출하기 위해 용해됩니다.
마이크로바이옴 연구용 DNA 제거 용해 효소
당사는 예기치 못한 DNA 오염 없이 마이크로바이옴 시료의 용해성을 개선하는 데 도움이 되는 미생물 DNA 제거 용해 효소와 효소 혼합물을 계속해서 제공하고 있습니다.
그림 4.효모 세포벽
효모에서 세포벽은 건조균체중량의 약 30%를 차지합니다. 효모 세포벽은 약 25%의 나선형 β(1-3) 및 β(1-6)-D-글루칸(glucan), 약 25%의 올리고-만난(oligo-mannan), 약 20%의 단백질, 약 10%의 지질, 약간의 키틴으로 구성되어 있습니다. 단백질 구성 요소는 대부분 만노단백질(mannoprotein) 복합체로 존재합니다. 공유 결합은 키틴의 환원 말단과 β(1-3)-글루칸의 비환원 말단 사이, 그리고 당단백질, β(1-6)-글루칸, β(1-3)-글루칸 사이에서 β(1-4)-결합 형태로 존재하는 것으로 보고되었습니다.
효모 세포벽을 분해하는 효소
라이족토니아 솔라니에서 유래한 용해 효소 (키탈레이스)
제품 번호 L8757(파우더)
- 주요 활성 효소는 β-1,3-글루카네이스(β-1,3-glucanase)이며 단백질분해효소, 펙티네이스, 아밀레이스 활성도 포함하는 것으로 보고되었습니다.
아트로박터 루테우스에서 유래한 리티케이스
제품 번호 L2524(파우더, 최소 2,000 units/mg 단백질)
제품 번호 L4025(파우더, 최소 200 units/mg 고형물)
제품 번호 L5263(Zymolyase® 100T 파우더, 최소 3,000 units/mg 단백질)
- Β-1,3-글루칸 라미나리펜타오하이드로레이스(β-1,3-glucan laminaripentaohydrolase) 활성과 추가적인 β-1,3-글루카네이스, 단백질분해효소, 만나네이스 활성을 포함합니다. 미량의 활성을 일으키는 효소로는 자일라네이스, 아밀레이스, 탈인산화효소가 포함됩니다.
- 아쉬바이아(Ashbya), 칸디다(Candida), 데바리오마이세스(Debaryomyces), 에레모테시움(Eremothecium), 엔도미세스(Endomyces), 한세눌라(Hansenula), 한세니아스포라(Hanseniaspora), 클로케라(Kloeckera), 클루이베르마이세스(Kluyveromyces), 리포마이세스(Lipomyces), 메치코이아(Metschikowia), 피키아(Pichia), 풀루라리아(Pullularia), 토룰롭시스(Torulopsis), 사카로미세스(Saccharomyces), 사카로미콥시스(Saccharomycopsis), 사카로미코데스(Saccharomycodes), 슈와니오미세스(Schwanniomyces) 용해에 유용한 것으로 보고되었습니다.
진핵세포에 영향을 미치는 독소
독소란 살아있는 세포에서 생성되는 유독한 저분자, 펩타이드, 또는 단백질입니다. 일부 독소는 세포 내부 진입을 촉진하는 방식으로 세포 표면의 분자와 상호작용합니다. 이러한 독소는 세포 파괴를 목적으로 하는 연구자들에게 유용한 도구입니다.
진핵세포 투과성 증가 - 독소 사용
황색포도상구균(Staphylococcus aureus)에서 유래한 α-헤몰리신(α-Hemolysin)
제품 번호 H9395(동결건조 파우더, 10,000 units/mg 이상 단백질)
- α-헤몰리신은 대부분의 병원성 황색포도상구균 균주에서 분비되는 33kD의 세포 외 단백질입니다.
- 이는 선택적으로 용혈 작용을 하며, 특히 토끼 적혈구에 크게 반응합니다.
- 피부 괴사, 근육 마비를 유발하며, 실험용 동물에게 치명적입니다.
- 독소는 초기 단계에 막에 결합하기 위해 단량체 형태로 존재해야 합니다. 결합에 특정한 수용체는 필요하지 않습니다. 생체막 및/또는 인공막에 결합할 때는 자가 올리고머화(self-oligomerization)가 발생하여 막 관통 기공(transmembrane pore)이라고 여겨지는 고리 구조, 즉 육량체 집합체를 형성하며, 이 구조를 통해 이온과 작은 대사산물이 투과할 수 있습니다.
- α-헤몰리신은 세포의 포스포리페이스를 자극하고 Ca2+ 유입을 유도하여 세포막 파괴, 세포질 성분 유출, 막 투과성 손상, 세포의 삼투성 용해를 유발할 수 있다고 여겨집니다.
그림 5.화농성연쇄상구균(Streptococcus Pyogenes)
클로스트리디엄 테타니(Clostridium tetani)에서 유래한 테타놀리신(Tetanolysin)
제품 번호 T5319(동결건조 파우더)
- 콜레스테롤 결합 독소는 세포막을 투과성으로 만들어 거대 분자가 세포 내부로 진입하도록 촉진하는 데 사용됩니다. 유도된 기공 크기는 20~50 nm 범위로 보고되었습니다.
그림 6.식물 세포벽
식물 세포는 견고한 반투과성 세포벽으로 둘러싸여 있습니다. 세포벽은 주로 단백질과 지질이 약간 포함된 다당류로 구성되어 있습니다. 세포벽의 세 가지 주요 다당류의 구성 요소 중 하나는 셀룰로오스이며, 이는 미세섬유 다발에 결합한 β-(1-4)-D-글리코피라노실(β-(1-4)-D-glycopyranosyl) 단위의 비분지형(unbranched) 고분자입니다. 미세섬유는 β-(1-4)-D-자일로피라노실(β-(1-4)-D-xylopyranosyl) 단위의 분지형(branched) 고분자인 헤미셀룰로오스를 통해 교차 결합합니다. 이 교차 결합 구조는 펙틴의 기질에 포함되어 있으며, 펙틴은 주로 α-(1-4) 폴리갈락투론산(α-(1-4) polygalacturonic acid) 백본(backbone)을 포함하고 무작위로 아세틸화 및 메틸화될 수 있습니다.
그림 7.셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴 구조
셀룰레이스(Cellulase)
셀룰레이스 제제는 일반적으로 셀룰레이스 활성이 높은 효소와 약간의 헤미셀룰레이스 활성을 가진 효소가 혼합되어 있습니다. 이러한 효소 혼합물은 셀룰로오스, 만난, 자일란, 갈락토만난, 펙틴 등 기타 다당류를 분해할 수 있습니다.
아스페르길루스 종(Aspergillus species)에서 유래한
제품 번호 C2605(Novozymes Carezyme 1,000L)
제품 번호 V2010(Novozymes Viscozyme L)
아스페르길루스 니게르(Aspergillus niger)에서 유래한
제품 번호 C1184(파우더, 최소 0.3 units/mg)
담자균류에서 유래한
제품 번호 D9515(Driselase, 파우더)
트리코더마 레세이(Trichoderma reesei)에서 유래한
제품 번호 C8546(파우더, 최소 1.0 units/mg)
제품 번호 C2730(Novozymes Celluclast 1.5L)
트리코더마 비리데(Trichoderma viride)에서 유래한
제품 번호 C0615(Yakult Onozuka RS)
제품 번호 C1794(세포 배양 검사 완료, 파우더, 최소 3.0~10 units/mg)
제품 번호 C9422(파우더, 최소 3.0~10 units/mg)
펙티네이스(Pectinase) 및 펙토리아제(Pectolyase)
펙티네이스는 펙틴과 다른 갈락투로난의 1-4-α-D-갈락토시듀로닉(1-4-α-D-galactosiduronic) 결합을 무작위로 가수분해하도록 촉매 역할을 합니다. 펙토리아제는 (1-4)-α-D-갈락투로난 메틸 에스테르((1-4)-α-D-galacturonan methyl ester)를 제거하도록 절단하는 촉매 역할을 하여, 비환원 말단에 4-디옥시-6-O-메틸- α-D-갈락-4-에누로노실(4-deoxy-6-O-methyl- α-D-galact-4-enuronosyl) 그룹을 가진 소당류를 생성합니다.
펙티네이스
아스페르길루스 아큐레아투스(Aspergillus aculeatus)에서 유래한
제품 번호 P2611(Novozymes Pectinex Ultra SPL)
아스페르길루스 니게르에서 유래한
제품 번호 P2736(Novozymes Pectinex 3XL)
제품 번호 P4716(글리세롤 수용액, 최소 5 units/mg 단백질)
제품 번호 P0690(식물 세포 배양 검사 완료)
거미줄곰팡이속 종(Rhizopus species)에서 유래한
제품 번호 P2401(Macerozyme R10 미가공 파우더 400~800 units/mg)
제품 번호 P4300(식물 세포 배양 검사 완료)
펙토리아제
아스페르길루스 자포니쿠스(Aspergillus japonicus)에서 유래한
제품 번호 P3026(동결건조, 최소 0.3 units/mg)
제품 번호 P5431(동결건조, 최소 2 units/mg)
제품 번호 P5936(식물 세포 배양 검사 완료)
참고문헌
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