BT분야 기술소개서338

BT- 건강기능식품

가야도모나스 주비니에게 G7 유래 신규

알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈 및 이의 이용

출 원 번 호 10-2016-0133438 출 원 일 자 2016-10-14

등 록 번 호 10-1919105 등 록 일 자 2018-11-09

출 원 인 명지대학교 산학협력단 대표발명자 홍순광

01

02

기술개요 및 대표도면

기술의 특징 및 효과

가야도모나스 주비니에게 G7으로부터 동정되어 이종균주에서

과발현이 가능하며 네오아가로올리고당의 비환원성 말단의 무

수갈락토오스를 분해하여 무수갈락토오스 분자와 비환원성 말

단의 무수갈락토오스가 제거된 형태의 홀수개 당분자로 구성

된 네오아가로올리고당을 생성할 수 있는 신규 알파-네오아가

로바이오스 하이드로레이즈 및 이를 이용하는 방법에 관한 기

술임

◆ 기술의 특징

• (목적)

① 해조류 유래 아가로올리고당을 특이적으로 분해하여 식품 산업에 유용한 네오아가로올리고당을

생산할 수 있는 효소인 가야도모나스 주비니에게 G7(Gayadomonas jubiniege G7) 균주로부터

유래한 신규한 알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈를 제공하고자 함

② 알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈를 생산하기 위한 재조합 벡터 및 형질 전환체를 제공하

고자 함

③ 알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈의 대량생산 방법을 제공하고자 함

④ 알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈를 이용한 무수갈락토오스, 갈락토오스 또는 비환원성

말단의 무수갈락토오스가 제거된 네오아가로올리고당의 생산방법을 제공하고자 함

• NABH-1 암호화 유전자 발현벡터 및 형질전환체 제작

① 가야도모나스 주비니에게 G7(Gayadomonas joobiniege G7)(KCTC23721) 게놈 DNA를 추

출하고 Forward primer (5′- ATCACTCATATGTCTGAAAAAAAATTAAGT-3′)(서열번호 3)와

Reverse primer (5′-CTCCACAGGATCCTTTATTTTTAGTTGGAG-3′)(서열번호 4)를 이용하여

PCR을 통해 359개의 아미노산으로 구성되는 NABH-1의 암호화부위(1,080bp)를 포함하는 DNA

단편(서열번호 5)을 증폭

[네오아가로올리고당의 분해 과정 모식도]

BT분야 기술소개서 339

03 기술·시장 동향

◆ 기술 동향

• 외국의 경우, 해조류를 이용한 올리고당의 생산에 관한 연구는 주로 일본을 중심으로 이루어져 왔음

• 해조류의 β-1, 4 결합 가수분해에 의해 얻어지는 neoagaro 올리고당은 (1) 전분노화의 억제 작용이 강

하고, (2) 난분해성으로 소화효소에 의해 분해되지 않으나 장내 유용 세균에 의해서 분해되며, (3) 가열

을 하면 정균작용을 나타내는 등 매우 유용한 물질이라고 보고되었으며, 이로 인해 일본에서는 agar를

• 증폭된 DNA단편을 NdeI-BamHI 제한효소로 이중절단하고 pET28a(+)의 NdeI-BamHI 제한효

소부위에 접합하여 네오아가로바이오스 하이드로레이즈 C-말단에 His-tag가 포함되어 발현되는

pET28a-NABH1(NABH-1 암호화 유전자 발현벡터)을 제작

• 제작된 pET28a-NABH1으로 E. coli ER2566를 형질전환하여 NABH-1을 생산하기 위한 형질전

환체(E. coliER2566/pET28a-NABH1)를 제작

◆ 기술의 효과

• 본 기술의 알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈는 네오아가로바이오스를 갈락토오스와 무수

갈락토오스로 분해하는데 매우 효과적임

• 본 기술의 알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈는 이종숙주세포를 사용한 과발현 시스템을 통

해 대량생산이 가능하고, 바이오매스로부터 당화를 통해 의약품 원료, 식품 원료를 생산하는 산업분

야에서 다른 효소들과 함께 매우 유용하게 사용 가능함

• 본 기술의 알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈는 베타-아가레이즈에 의해 형성되며 짝수개의

당으로 구성된 네오아가로올리고당(네오아가로테트라오스, 네오아가로헥사오스 등)에 작용하여 비

환원성 말단의 무수갈락토오스 분자 1개 만을 제거함으로서, 홀수개의 당분자로 구성된 신규의 기

능성 네오아가로올리고당(네오아가로트리오스, 네오아가로펜타오스 등)을 제조할 수 있음

[네오아가로올리고당의 분해 과정 모식도]

[가야도모나스 주비니에게 균주의 게놈 DNA를 이용하여 PCR을 통해

수득한NABH-1 유전자 DNA 단편의 아가로스젤 전기영동 결과]

BT ( 건

강기

능식

품) 기

술소

개서

BT분야 기술소개서340

05 기존기술 대비 특·장점NABH-1은 네오아가로테트라오스 및 네오아가로헥사오스로부터 홀수개 당분자로 구성된 신규의 기능성

네오아가로올리고당(네오아가로트리오스, 네오아가로펜타오스 등)을 제조할 수 있음

분해하는 효소의 개발을 목적으로 활발한 연구를 진행하고 있음

• Agar 분해 세균에 관한 연구는 1902년에 H. H. Gram에 의해서 최초로 보고되었고, 1950년대 Agar

분해세균과 효소에 대해, 그리고 agar의 구조연구, 홍조류의 분류학적 연구,변패방지 연구를 시작으로

활발히 진행되면서 현재까지 이르고 있음

• Agar 분해 세균은 주로Pseudomonas atlantica, Pseudomonas gyotensis, Vibrio sp. 등이 보고되

었으며, agar 분해 효소는 β-agarase, neoagarotetrose hydrolase, neoagarobiose hydrolase, α

-agarase, agarotetrosehydrolase, agarobiose hydrolase 로 나눌 수 있으며, 이 중 β-agarase는 처

음 agarose에 효소작용을 시작하는 enzyme으로 neoagarohexaose나 neoagarotetraose를 주로 생

성하였음

• 현재까지 한천올리고당은 공통적으로 해조류의 β-결합을 분해하여 얻어지며, 이렇게 분해되어 여러 가

지의 기능을 갖게 되는 oligo당은 기능성 조재로 사용되어 왔으며, 따라서 대부분의 연구가 β-agarase

생산 및 이용에 집중 되어 왔음

• 최근, 해조류 올리고당의 신 기능성 제품화 예로, 일본의 Takara Bio Inc사에서[TaKaRa Agaoligo]

를 기능성 식품 소재로 일본 국내에 시판하고 있으며, 해조류올리고당의 항산화 작용, human cancer

cell line의 apoptosis 유도 작용, mouse를 이용한 발암 예방 작용,일산화탄소 생성효소 (hemo

oxygenase 1 (HO-1))의 발현 촉진효과로 인한 항산화 작용 및 항염증 작용이 있음을 발표하였음

◆ 시장 동향

• (세계 해조류 제품시장 규모 및 동향) 글로벌 시장분석 기관인 Research and Markets는 전 세계 해

조류 제품시장이 연평균 5%이상 성장하여 2023년에 약 447억 달러에 달할 것으로 추산

① 해조류의 주요 유용 성분은 오메가-3 지방산, 카라기난, 알긴산염, 한천, 베타카로틴 등으로 상품

성이 높음

② 해조류는 주로 기능성 식품, 의약품, 화장품, 페인트 및 착색제, 오염 정화제 등의 원료로 사용되

며, 향후 기능성 식품과 의약품 소재부문의 수요 증가로 해조류 시장의 확대 추세가 예상됨

• (주요 시장 이슈) 유럽은 현재 해조류 제품 최대 소비시장이나, 향후 북미가 최대 시장으로 성장할

것으로 예상됨

① 유럽시장은 주로 제약 및 호르몬 제제 산업의 원료로 해조류 소재가 사용되어 왔으며, 해조류 제

품 시장의 차기 주자로 예상되는 북미에서는 최근 해조류 연구개발 투자가 급성장했으며, 오메

가-3 성분 시장이 급부상하고 있음

② 세계 해조류 성분(ingredient)의 시장 점유율 기준으로는 북미(34%), 유럽(30%), 아시아태평양

(25%), 남미, 아프리카 순으로 분석됨

04 기술의 적용 분야 및 제품

◆ 적용 분야

•건강기능식품 소재 • 기능성식품 소재

BT분야 기술소개서 341

06 기술개발 상태

◆ TRL 단계

◆ 기술개발 주요 내용

• 우리나라 가야섬의 연안 바닷물에서 분리된 가야도모나스 주비니에게 G7(Gayadomonas

jubiniege G7) 균주로부터 신규한 알파-네오아가로바이오스 하이드로레이즈 및 이의 유전자를 동

정하고, 이의 재조합 효소를 대량생산할 수 있는 방법을 구축

• 생산된 효소를 이용하여 네오아가로올리고당을 분해함으로써 매우 유용한 당의 형태, 즉 갈락토오

스, 무수갈락토오스, 또는 비환원성 말단의 무수갈락토오스가 제거된 홀수개의 당으로 구성된 네오

아가로올리당 생산 확인

•패밀리 특허 목록

1단계 2단계 3단계 4단계 5단계 6단계 7단계 8단계 9단계

기초 이론/실험

실용목적아이디어특허 등

개념정립

실험실규모의

기본성능검증

실험실규모의

소재부품시스템

핵심성능평가

확정된소재부품시스템제작 및

성능평가

파일롯규모

시작품제작 및

성능평가

신뢰성평가 및

수요기업평가

시제품인증 및표준화

사업화

기초연구단계 실험 단계 시작품 단계 실용화 단계 사업화 단계

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기술이전 문의

대표 발명자 정보

주 소 경기도 용인시 처인구 명지로 116

전화번호 031-330-6875 담당자 이선영

이 메 일 sylee81@mju.ac.kr

출원번호 출원일 등록번호 등록일 발명의 명칭

10-2016-0143611 2016-10-31 10-1919104 2019-01-28가야도모나스 주비니에게 G7 유래 신규 베타-

아가레이즈 AgaJ9 및 이의 이용

10-2017-0047184 2017-04-12 10-1944857 2018-09-20가야도모나스 주비니에게 G7 유래 베타-아가

레이즈 AgaJ11 및 이의 이용

BT ( 건

강기

능식

품) 기

술소

개서

◆ 대표 발명자 정보 성 명Ⅰ홍순광 소 속Ⅰ명지대학교 자연과학대학

주요 연구개발 분야 ① 항생물질 및 생리활성 물질 생합성 ② 세포 분화 및 조절 ③ 세포의 신호전달기구 연구 ④ 생체기능을 이용한 생물전환 공정 연구

◆ 주요 연구 실적 • 특허 등록 : 가야도모나스 주비니엥게 G7 유래 베타-아가레이즈 AgaJ11 및 이의 이용 외 13건 (최근 3년) • 논문 실적 : Identification and biochemical characterization of a novel cold-adapted 1, 3--3,6-anhydro-l-galactosidase, Ahg786, from Gayadomonas joobiniege G7 외 14건 (최근 3년)