The Increased Efficiency of Porphyran Hydrolysis by Constructing a Multifunctional Enzyme Complex from Marine Microorganisms

Abstract

Porphyran, a polysaccharide composed of red algae, is a source of a multifunctional oligosaccharide material and new biomass raw materials with various physiological activities. The glycolysis of porphyrans into oligosaccharides through various porphyranases is a process to obtain excellent and promising alternative resources. In this study, porphyran was extracted from Porphyra yezoensis, and it was used as a research substrate. We also established an efficient hydrolysis method using an enzymatic complex obtained through cohesin-dockerin interactions that degrade natural polysaccharides. The cohesion-dockerin interaction is designed to genetically binding dockerin module to the end of an existing enzyme and then attaching cohesin module to obtain a protein complex. The designed protein complex has been shown to further increase the activity on the substrate, which can be considered as a useful method to obtain efficient oligosaccharides or monosaccharides through hydrolysis of red algae as bioresources.| 포피란은 홍조류의 다당류로, 다당류로 이루어져있는 유망한 바이오매스입 니다. 포피란으로 이루어져있는 대표적인 홍조류는 포피라 에조엔시스가있습 니다. 포피라에조엔시스는 대한민국, 중국 등 동남아시아 해안지역에 광범위 하게 분포되어 채취되고 식용으로 사용되고 있습니다. 포피라 에조엔시스는 성장속도가 빠르며, 질병에 강한 것이 특징입니다. 포피란을 가수분해하여 얻 을 수 있는 당으로는 알파-L-갈락토피라노스-6-설페이트-(1,3)-베타-디-갈락토 스, 네오아가로-올리고사카라이드, 네오아가로비오스 그리고 네오아가로테트 라오스가 있습니다. 포피란을 분해하는 방법으로는 화학적 분해방법이 가장 많이 사용되나, 이는 환경적 문제를 야기합니다. 그렇기에 친환경적인 포피란 가수분해방법 개발의 필요성이 점점 증가하는 추세이고 포피란을 가수분해할 수 있는 친환경적인 분해방법으로는 미생물 효소를 통한 분해방법이있습니다. 이 연구에서는 포피란을 효율적이고 친환경적으로 가수분해하고자 포피란 복합체 효소를 구축하였으며 복합체 효소 구축을 통한 포피란 가수분해는 단 일 효소를 사용한 기존의 가수분해 결과보다 더 많은 양의 다당류를 얻을 수 있다는 결과 얻었습니다. 포피란 복합체 효소는 박테로이데스 플레베이우스 포르비-도커린 + 조벨리 아 갈락토니보란스 아가비-도커린 + 미니씨비피에이 (비에이엠) 복합 효소로 구성되었으며 가수분해의 최적 조건은 기질 0.5%, 온도 40℃, 가수분해 시간 60~120분이었습니다. 포피란을 효소 가수분해하여 얻은 올리고당 분해 농도를 실험한 결과 플레 베이우스 포르비-도커린 + 조벨리아 갈락토니보란스 아가비-도커린 + 미니씨 비피에이 (비에이엠)이 박테로이데스 플레베이우스 포르비-도커린(비) 단일 효소에 비해 약 3.73배 높은 유의미한 포피란 가수분해 효율을 얻었습니다. 다음으로, 천연 기질에 대한 포피란 복합체 효소의 가수분해 효율을 확인 - 38 - 하기 위해 실험을 진행하였으며, 포피라 에조엔시스에서 포피란을 정제하고 효소 가수분해에 대해 성공적인 결과를 얻었습니다. 포피라 에조엔시스에서 추출한 천연 포피란을 기질로 비복합체 효소와 복합체 효소를 가수분해한 결 과, 2시간 후의 상대비율 값은 약 1(비), 1.1(비엠), 1.2(비에이엠)이었습니다. 이는 포피란 복합체 효소가 천연 기질에 미치는 효소적 분해 효과가 효율 적이라는 것을 입증할 수 있는 결과이며, 더 나아가 인공 복합체 효소 구축 으로 가수분해효율을 높여, 천연 기질인 홍조류를 바이오매스로 활용할 수 있는 유망한 기술개발에 기여합니다