KR100276837B1 - Separation Method of Bacteriodosin by Aqueous Phase Interface Concentration - Google Patents
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Abstract
본 발명은 할로박테리아 세포파쇄액으로부터 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아의 세포막을 고분자 및 무기염으로 구성된 수성이상계(aqueous two phase system)의 계면(interface)에 농축하는 단계를 포함하는 박테리오로돕신 분리방법에 관한 것이다. 본 발명의 박테리오로돕신 분리방법을 이용하면, 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아의 세포막을 효율적으로 농축, 회수할 수 있으며, 이는 결과적으로 박테리오로돕신의 최종 분리수율을 크게 향상시킨다. 또한, 본 발명의 박테리오로돕신 분리방법은 종래의 박테리오로돕신 분리방법에 비하여 보다 저렴하고 간편할 뿐 아니라, 박테리오로돕신의 대량제조가 가능하므로, 본 발명의 박테리오로돕신 분리방법은 바이오칩 및 3차원 메모리소자의 등의 개발에 크게 기여할 수 있을 것이다.The present invention relates to a method for separating bacteriodrodopsine from a halobacterial cell lysate comprising concentrating a cell membrane of a halobacterial cell containing an aqueous bacteriodopsin at an interface of an aqueous two phase system composed of a polymer and an inorganic salt. . By using the bacteriorhodoxin separation method of the present invention, the cell membranes of the halobacteria containing the bacteriorodopsin can be efficiently concentrated and recovered, which in turn greatly improves the final separation yield of the bacteriododoxin. In addition, the bacteriorodoxin separation method of the present invention is cheaper and simpler than the conventional bacteriorodoxin separation method, and the mass production of the bacteriorodoxin is possible, so that the bacteriorodoxin separation method of the present invention is used for the development of biochips and three-dimensional memory devices. You will be able to contribute greatly.
Description
본 발명은 할로박테리아(Halobacteria) 속 미생물로부터 박테리오로돕신(bacteriorhodopsin)을 분리하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 할로박테리아 세포파쇄액으로부터 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아의 세포막을 고분자 및 무기염으로 구성된 수성이상계(aqueous two phase system)의 계면(interface)에 농축하는 단계를 포함하는 박테리오로돕신 분리방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for separating bacteriorhodopsin from Halobacteria genus microorganisms. More specifically, the present invention includes the step of concentrating a cell membrane of halobacteria containing a bacteriododocin from a halobacterial cell lysate at an interface of an aqueous two phase system composed of a polymer and an inorganic salt. To a separation method.
할로박테리아는 사해에 생존하는 호염성 원시미생물로서, 호기조건 하에서는 유산소대사를 통하여 ATP를 생산하지만, 혐기조건 하에서는 박테리오로돕신이라는 세포막 단백질을 통하여 ATP를 생산한다. 박테리오로돕신은 혐기조건 하에서 할로박테리아의 세포내에서 합성되는 세포막 단백질로서, 리신잔기(lysine residue)의 엡실론 아미노기와 쉬프염기(Schiff's base)를 통하여 연결되어 있는 카로티노이드(carotenoid)의 레티날(retinal)을 색소포(chromophore)로서 가지고 있다. 이와 같은 구조를 가지고 있는 박테리오로돕신이 빛을 받으면, 레티날(retinal)의 이성질화(isomerization) 현상에 의하여 전기 쉬프염기에서 양자이탈이 일어나는데, 이탈된 양자는 막 외부로 방출되고, 레티날은 쉬프염기가 막 내부의 양자를 재흡입함으로써 다시 기저상태로 돌아오는 광순환(photocycle)이 이루어진다(참조: Henderson et al., Nature, 257:28-32, 1975).Halobacteria are probiotics that survive in the Dead Sea. Under aerobic conditions, they produce ATP through aerobic metabolism, but under anaerobic conditions, they produce ATP through a cell membrane protein called bacteriorhodosin. Bacteriorhodoxin is a cell membrane protein synthesized in the cells of halobacteria under anaerobic conditions. It is a pigmented carotenoid retinal that is linked through an epsilon amino group of lysine residue and through Schiff's base. It has it as a chromophore. When the bacteriorhodosin having such a structure receives light, quantum escape occurs from the electric Schiff base due to isomerization of the retinal, and the released protons are released to the outside of the membrane, and the retinal is a Schiffbase. By re-absorption of protons within the membrane, a photocycle occurs back to the ground state (Henderson et al., Nature, 257: 28-32, 1975).
이와 같이, 박테리오로돕신은 빛의 파장에 따라 색변화가 일어나며, 빠르고 가변적인 광순환을 거쳐 다시 원상태로 돌아오는 등 광화학적 성질이 특이하여, 최근 생물공학과 전자공학을 결합함으로써 기존 반도체의 한계를 극복하고자 하는 생물전자공학 분야의 연구가 활기를 띠고 있는 가운데, 바이오칩(biochip)과 3차원 메모리소자 등의 개발을 실현시킬 수 있을 것으로 기대되는 생체분자로서 주목받고 있다. 특히, 박테리오로돕신은 대부분의 생체분자와는 달리 고온조건 및 전해질용액 등에서도 안정하며, 비교적 광범위한 pH 범위와 건조시에도 안정성이 유지되는 등 기술적 공정에 이용될 수 있는 유용한 특성들로 인하여, 다른 광변환 단백질들 보다 더 선호되고 있는 실정이다.As such, the bacteriorhodoxin has a unique photochemical property such as color change depending on the wavelength of light, and a fast and variable optical cycle. While research in the field of bioelectronics is vigorous, it is drawing attention as a biomolecule that is expected to realize the development of biochips and three-dimensional memory devices. In particular, unlike most biomolecules, bacteriodhodopsin is stable in high temperature conditions and electrolyte solutions, and due to its useful properties that can be used in technical processes such as relatively wide pH range and stability in drying, It is more preferred than proteins.
이와 같이, 박테리오로돕신에 대한 수요는 날로 증가하여 상업적인 대량생산의 필요성이 절실한 반면, 박테리오로돕신 분리방법의 개발은 아직까지 미미한 실정으로, 수크로스 밀도구배 초원심분리 방법(참조: Oesterhelt et al., Methods Enzymol., 31:667-678, 1974) 및 젤 여과 크로마토그래피(gel permeation chromatography) 방법(참조: Neumann et al., German Patent, DE 3922133A1, 1989) 등이 알려져 있으며, 최근에 종래의 초원심분리 방법을 약간 변형한 방법이 보고된 바 있다(참조: Tan et al., Biophys. J., 70:2385-2395, 1996).As such, the demand for bacteriododocin has increased day by day, and the need for commercial mass production is urgent, while the development of the bacteriododosin separation method is still insignificant. Sucrose density gradient ultracentrifugation method (see Oesterhelt et al., Methods Enzymol) , 31: 667-678, 1974) and gel permeation chromatography methods (Neumann et al., German Patent, DE 3922133A1, 1989), and the like, and recently known ultracentrifugation methods A slightly modified method has been reported (Tan et al., Biophys. J., 70: 2385-2395, 1996).
그러나, 박테리오로돕신의 효율적 분리를 위해서는 박테리오로돕신이 함유된 세포막을 농축하여 회수하는 과정이 반드시 요구되는데, 종래의 수크로스 밀도구배 초원심분리 방법은 세포막 농축단계의 수율이 낮을 뿐만 아니라, 다량의 박테리오로돕신 제조에 적용하는 것이 불가능하고, 고가의 장치를 사용하여야 하는 등의 단점이 있다. 한편, 젤 여과 크로마토그래피 방법은 수크로스 밀도구배 초원심분리 방법에 비하여 고가의 장치를 필요로 하지 않고, 비교적 고수율로 분리가 가능하며, 제조규모의 확대가 가능하다는 등의 장점은 있으나, 이 방법 역시 세포막 회수가 초원심분리에 의하여 이루어지기 때문에, 박테리오로돕신의 완전한 대량제조에는 적절치 못하다는 단점을 지니고 있다.However, in order to efficiently separate bacteriorhodoxin, a process of concentrating and recovering a cell membrane containing bacteriododocin is required. The conventional sucrose density gradient ultracentrifugation method has a low yield of the cell membrane concentration step, and is used to prepare a large amount of bacteriododocin. There are disadvantages such as impossible to apply and use of expensive equipment. On the other hand, the gel filtration chromatography method does not require an expensive device compared to the sucrose density gradient ultracentrifugation method, and can be separated at a relatively high yield, and the manufacturing scale can be expanded. The method also has the disadvantage that it is not suitable for the complete mass production of bacteriododocin because cell membrane recovery is by ultracentrifugation.
따라서, 머지않아 실현될 바이오칩을 사용하는 바이오컴퓨터의 생산과 이에 따른 박테리오로돕신의 산업적인 수요를 예상할 때, 보다 효율적으로 박테리오로돕신을 대량제조할 수 있는 방법의 개발이 절실히 요구되어 왔다.Therefore, when anticipating the production of biocomputers using biochips that will be realized in the near future and the industrial demand of bacteriodopsin, there is an urgent need to develop a method for mass production of bacteriodopsin more efficiently.
이에, 본 발명자들은 종래의 박테리오로돕신 분리방법들의 문제점을 분석하여, 종래방법들의 박테리오로돕신 분리수율이 30 내지 50%에 그치는 원인이 세포파쇄액으로부터 박테리오로돕신이 함유된 세포막을 초원심분리로 회수하는 단계에서의 손실이 매우 크기 때문임을 확인하였다. 따라서, 본 발명자들은 박테리오로돕신 분리과정의 중간단계인 세포막 회수과정에서의 수율을 향상시키기 위하여 예의 연구노력한 결과, 세포막 회수를 위한 초원심분리 과정을 수성이상계 계면농축(aqueous two phase interfacial condensation) 과정으로 대체할 경우, 박테리오로돕신이 함유된 세포막의 회수율을 획기적으로 증가시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors analyzed the problems of the conventional methods of separating bacteriodopsin, and the yield of the bacteriodopsin separation of the conventional methods was only 30 to 50%, which was caused by the step of recovering the cell membrane containing bacteriododocin from the cell lysate by ultracentrifugation. It is confirmed that the loss is very large. Therefore, the present inventors have made intensive studies to improve the yield in the cell membrane recovery process, which is an intermediate step of the bacteriododocin separation process, and replaced the ultracentrifugation process for cell membrane recovery with an aqueous two-phase interfacial condensation process. In this case, it was confirmed that the recovery rate of the cell membrane containing bacteriododocin can be significantly increased, and the present invention was completed.
결국, 본 발명의 목적은 할로박테리아 세포파쇄액으로부터 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아의 세포막을 수성이상계의 계면에 농축하는 단계를 포함하는 박테리오로돕신 분리방법을 제공하는 것이다.After all, it is an object of the present invention to provide a method for separating bacteriodopsin comprising the step of concentrating a cell membrane of a bacteriodopsin-containing halobacterial at an interface of an aqueous phase from a halobacterial cell lysate.
도 1은 할로박테리아의 세포막이 수성이상계의 계면에 농축된 양상을 개략적으로 나타낸 그림이다.1 is a schematic view showing the concentration of the cell membrane of the halobacteria at the interface of the aqueous phase.
본 발명은 할로박테리아 속 미생물로부터 박테리오로돕신을 분리하는데 있어서, 할로박테리아 세포파쇄액으로부터 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아의 세포막을 수성이상계의 계면에 농축하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that the step of separating the bacteriorodoxin from the microorganism of the genus Halobacteria, comprising the step of concentrating the cell membrane of the halobacteria containing the bacteriorodoxin from the halobacterial cell lysate at the interface of the aqueous phase.
이하, 본 발명의 수성이상계 계면농축에 의한 박테리오로돕신 분리방법을 단계별로 나누어 보다 구체적으로 설명하고자 한다.Hereinafter, the separation method of the bacteriododocin by the aqueous phase-based interface concentration of the present invention will be described in more detail.
제 1단계: 할로박테리아 세포의 준비Step 1: Preparation of Halobacterial Cells
할로박테리아(Halobacteria) 속 미생물을 배지에 접종하고, 35 내지 40℃에서 400 내지 600rpm의 조건으로 60 내지 80시간 동안 진탕배양한 다음, 할로박테리아 배양액을 5,000 내지 6,000×g에서 30 내지 50분간 원심분리하여 세포를 회수한다. 전기 할로박테리아 속 미생물은 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어 할로박테리움 살리나리움(Halobacterium salinarium), 할로박테리움 할로비움(Halobacterium halobium), 할로박테리움 쿠티루비움(Halobacterium cutirubium) 또는 할로박테리움 트라파리움(Halobacterium traparium) 등을 사용할 수 있다.Inoculate the halobacterial microorganisms into the medium, shake culture for 60 to 80 hours at the conditions of 400 to 600rpm at 35-40 ℃, centrifugation of halobacterial culture at 5,000 to 6,000 × g 30 to 50 minutes The cells are recovered. The microorganisms of the genus Halobacterium are not particularly limited, for example, Halobacterium salinarium, Halobacterium halobium, Halobacterium cutirubium or Halobacterium trat. Palladium (Halobacterium traparium) can be used.
제 2단계: 할로박테리아 세포의 파쇄Second step: disruption of halobacterial cells
전기 회수된 세포를 20 내지 30%(w/v), 가장 바람직하게는 25%(w/v) 염화나트륨 수용액과 증류수로 순차적으로 세척하고, 증류수에 재현탁한 다음, DNase I을 가하고, 5시간 내지 7시간 동안 교반하여 세포를 파쇄한다.The cells recovered were sequentially washed with 20 to 30% (w / v), most preferably 25% (w / v) aqueous sodium chloride solution and distilled water, resuspended in distilled water, and then added with DNase I, followed by 5 hours to Stir for 7 hours to disrupt the cells.
제 3단계: 수성이상계 계면농축Step 3: Aqueous Phase Interfacial Concentration
전기로부터 수득한 세포파쇄액을 고분자 및 무기염으로 구성된 수성이상계에 적용하고, 1,500 내지 2,500×g에서, 가장 바람직하게는 2,000×g에서, 30분 내지 50분간, 가장 바람직하게는 40분간 원심분리하여 박테리오로돕신이 함유된 세포막을 수성이상계의 계면에 농축시켜 회수한다. 전기 고분자는 폴리일렉트로라이트(polyelectrolyte)로서 그 종류에 특별히 제한받는 것은 아니나, 폴리에틸렌글리콜(polyethyleneglycol)을 사용하는 것이 가장 바람직하며, 폴리에틸렌글리콜은 분자량 1450 내지 8000인 폴리에틸렌글리콜을 바람직하게 사용할 수 있으나, 분자량 8000의 폴리에틸렌글리콜을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 전기 무기염으로는 pKa가 7에서 크게 벗어나지 않는 이온의 염을 사용하는 것이 바람직하며, 인산염을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 아울러, 전기 수성이상계의 고분자와 무기염의 조성비는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 한, 특별히 제한되는 것은 아니나, 고분자:무기염의 함량비율이 중량비로 8:11인 수성이상계가 가장 바람직하며, 전기 수성이상계의 pH는 바람직하게는 6.8 내지 7.4, 가장 바람직하게는 7이다. 한편, 전기 수성이상계를 이용하여 효율적으로 세포막을 농축하기 위해서는 할로박테리아 배양액의 부피에 대한 수성이상계의 질량비로서 바람직하게는 0.1 내지 0.5에 해당하는 양의 수성이상계가 요구된다.The cell lysate obtained from the foregoing is applied to an aqueous phase system composed of a polymer and an inorganic salt, and centrifuged at 1,500 to 2,500 × g, most preferably at 2,000 × g, 30 to 50 minutes, most preferably 40 minutes. The cell membrane containing bacteriododocin is concentrated at the interface of the aqueous phase system and recovered. The polymer is a polyelectrolyte (polyelectrolyte), but is not particularly limited to its kind, it is most preferred to use polyethylene glycol (polyethyleneglycol), polyethylene glycol may be preferably used polyethylene glycol having a molecular weight of 1450 to 8000, the molecular weight Most preferably, 8000 polyethylene glycol is used. In addition, it is preferable to use the salt of the ion in which pK a does not deviate significantly from 7, and it is most preferable to use a phosphate salt as an electric inorganic salt. In addition, as long as the composition ratio of the polymer and the inorganic salt of the electro-aqueous phase system is not particularly limited, the aqueous phase system having a content ratio of polymer to inorganic salt of 8:11 by weight ratio is most preferred, and the electro-aqueous The pH of the ideal system is preferably 6.8 to 7.4, most preferably 7. On the other hand, in order to efficiently concentrate the cell membrane by using an aqueous aqueous phase system, an aqueous phase system in an amount of preferably 0.1 to 0.5 is required as a mass ratio of the aqueous phase system to the volume of the halobacterial culture.
제 4단계: 농축된 세포막으로부터 박테리오로돕신의 정제Fourth Step: Purification of Bacteriododoxin from Concentrated Cell Membrane
전기 회수된 할로박테리아 세포막을 소량의 증류수에 현탁한 다음, 젤 여과 크로마토그래피 칼럼에 로딩하고 용출시켜 박테리오로돕신을 정제한다.The recovered halobacterial cell membrane is suspended in a small amount of distilled water, then loaded into a gel filtration chromatography column and eluted to purify the bacteriododocin.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited to these examples.
실시예 1: 수성이상계 계면농축에 필요한 최적 고분자의 선정Example 1: Selection of Optimum Polymer for Aqueous Phase Interfacial Concentration
실시예 1-1: 할로박테리아의 배양 및 수성이상계 계면농축에 의한 세포막 분리Example 1-1: Separation of Cell Membrane by Cultivation of Halobacteria and Aqueous Phase Interfacial Concentration
할로박테리움 살리나리움 SP9(Halobacterium salinarium SP9)을 25%(w/v) 염화나트륨(NaCl), 2%(w/v) 염화마그네슘 6-수화물(MgCl2·6H2O)g, 0.02%(w/v) 염화칼슘 2-수화물(CaCl2·2H2O), 0.2%(w/v) 염화칼륨(KCl) 및 1%(w/v) 펩톤(peptone, Oxoid, U.K.)을 포함하는 배지(pH 7) 1L에 접종하고, 37℃, 500rpm의 조건으로 70시간 동안 진탕배양한 다음, 전기 배양액을 5,700×g에서 40분간 원심분리하여 세포를 회수하였다. 그런 다음, 전기에서 수득한 세포를 25%(w/v) 염화나트륨 수용액과 증류수로 순차적으로 세척하고, 70mL의 증류수에 재현탁한 다음, DNase I 0.5mg을 가하고, 6시간 동안 교반하여 세포를 파쇄하였다. 이어서, 전기 세포파쇄액을 고분자로는 폴리에틸렌글리콜을 포함하고, 무기염으로는 인산칼륨을 포함하는 수성이상계에 적용하고, 2,000×g에서 40분간 원심분리하여, 박테리오로돕신이 함유된 세포막을 수성이상계의 계면에 농축시켜 회수하였다. 전기 수성이상계에서 폴리에틸렌글리콜의 분자량 및 폴리에틸렌글리콜:인산염의 조성비는 하기 표 1과 같다.Halobacterium salinarium SP9 was added 25% (w / v) sodium chloride (NaCl), 2% (w / v) magnesium chloride 6-hydrate (MgCl 2 · 6H 2 O) g, 0.02% (w / v) medium containing calcium chloride dihydrate (CaCl 2 .2H 2 O), 0.2% (w / v) potassium chloride (KCl) and 1% (w / v) peptone, Oxoid, UK ) Was inoculated at 1 L, shaken incubated at 37 ° C. and 500 rpm for 70 hours, and then the cells were recovered by centrifuging the electroculture at 5,700 × g for 40 minutes. Then, cells obtained above were washed sequentially with 25% (w / v) aqueous sodium chloride solution and distilled water, resuspended in 70 mL of distilled water, 0.5 mg of DNase I was added, and stirred for 6 hours to disrupt the cells. . Subsequently, the cell lysate was applied to an aqueous phase system containing polyethylene glycol as a polymer and potassium phosphate as an inorganic salt, and centrifuged at 2,000 x g for 40 minutes, and the cell membrane containing bacteriodopsin was separated from the aqueous phase system. Concentrated at the interface and recovered. The molecular weight of polyethylene glycol and the composition ratio of polyethylene glycol: phosphate in the aqueous aqueous phase are shown in Table 1 below.
실시예 1-2: 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아 세포막의 계면농축 수율측정Example 1-2 Measurement of Interfacial Concentration Yield of Halobacterial Cell Membranes Containing Bacteriododoxin
할로박테리아 세포의 전체 단백질 농도는 바이오래드 디씨 프로테인 어쎄이 킷트(Bio-Rad DC Protein Assay Kit, Bio-Rad Pacific Ltd., U.S.A.)를 이용하여 측정하였으며, 이때 표준 단백질로는 소의 감마 글로불린(bovine gamma globulin)을 사용하였다. 한편, 전기 실시예 1-1의 할로박테리아 배양액 중의 총 박테리오로돕신의 농도 및 수성이상계 계면농축에 의하여 회수된 세포막 층의 박테리오로돕신의 농도를 각각 다음과 같은 방법으로 측정하였다: 먼저, 빛이 차단된 공간에서 4N 암모니아수(NH4OH)와 4N 수산화나트륨(NaOH) 용액을 부피비로 시료:NH4OH:NaOH = 9: 0.5:0.5가 되도록 가하여, 568nm에서의 흡광도를 측정한 다음, 레티날이 박테리오로돕신으로부터 제거되도록 24시간 동안 빛에 노출시키고, 다시 568nm에서 흡광도를 측정하였다. 이어서, 레티날 제거 전후의 흡광도의 차이로써 박테리오로돕신을 정량하였다(참조: Shand, R. S. and Betlach, M. C., J. Bacteriol., 173:4692-4699, 1991). 할로박테리아 배양액 중의 총 박테리오로돕신 농도와 수성이상계 계면농축에 의하여 회수된 세포막 층의 박테리오로돕신 농도를 비교한 결과, 하기 표 1에서 보듯이, 고분자로서 분자량이 8000인 폴리에틸렌글리콜(이하, 'PEG 8000'이라 약함)을 사용할 때, 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아 세포막의 계면농축 수율이 가장 우수한 것으로 확인되었다.The total protein concentration of halobacterial cells was measured using the Bio-Rad DC Protein Assay Kit (Bio-Rad Pacific Ltd., USA), where bovine gamma globulin was used as the standard protein. ) Was used. Meanwhile, the concentrations of total bacteriododocin in the halobacterial medium of Example 1-1 and the concentration of bacteriododocin in the cell membrane layer recovered by the aqueous phase interfacial concentration were measured by the following methods: First, in a space where light was blocked. 4N ammonia water (NH 4 OH) and 4N sodium hydroxide (NaOH) solutions were added in a volume ratio of Sample: NH 4 OH: NaOH = 9: 0.5: 0.5 to measure the absorbance at 568 nm, and then the retinal was removed from the bacteriodopsin. It was exposed to light for 24 hours, and the absorbance was measured again at 568 nm. Subsequently, bacteriododoxin was quantified by the difference in absorbance before and after retinal removal (Shand, RS and Betlach, MC, J. Bacteriol., 173: 4692-4699, 1991). As a result of comparing the total bacteriododocin concentration in the halobacterial culture medium and the bacteriododocin concentration of the cell membrane layer recovered by the aqueous phase interfacial concentration, as shown in Table 1, polyethyleneglycol having a molecular weight of 8000 (hereinafter referred to as 'PEG 8000') is weak. ), The interfacial concentration yield of halobacterial cell membranes containing bacteriododocin was found to be the best.
이하, 후술하는 실시예에서는 상기와 동일한 방법으로 측정된 세포막 농축수율만을 개시하기로 한다.Hereinafter, in Examples described later, only the cell membrane concentration yield measured in the same manner as described above will be disclosed.
실시예 2: 수성이상계의 최적 조성비 결정Example 2 Determination of Optimal Composition Ratio of Aqueous Phase System
고분자로는 PEG 8000을 사용하고, 고분자:무기염의 조성비(%PEG(w/v):%인산염(w/v))를 상평형도에서 연결선의 길이를 증가시키면서 8:11, 9:13 또는 10:14로 하거나, 동일 연결선 상에서 각각 13:8.5, 10:10, 5:12 또는 3:13이 되도록 제조된 각각의 수성이상계를 이용하여. 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 세포막을 농축하고 회수 하였다. 이어서, 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아 세포막의 계면농축 수율을 측정한 결과, 각 경우에 모두 계면농축 수율은 89 내지 90%로 거의 일정한 것으로 확인되었다.PEG 8000 is used as the polymer, and the composition ratio of polymer: inorganic salt (% PEG (w / v):% phosphate (w / v)) is increased by 8:11, 9:13 or 10:14 or each aqueous phase system prepared to be 13: 8.5, 10:10, 5:12 or 3:13 on the same connecting line, respectively. Cell membranes were concentrated and recovered in the same manner as in Example 1-1. Subsequently, the interfacial concentration yield of the halobacterial cell membrane containing bacteriododocin was measured, and in each case, the interfacial concentration yield was found to be almost constant at 89 to 90%.
이하, 후술하는 실시예에서는 편의상 고분자는 PEG 8000이고, 고분자:무기염의 조성비는 중량비로 8:11인 수성이상계를 사용한 결과만을 개시하기로 한다.Hereinafter, in the examples described below, only the result of using an aqueous phase system in which the polymer is PEG 8000 and the composition ratio of the polymer: inorganic salt is 8:11 by weight ratio will be described for convenience.
실시예 3: 염의 첨가가 계면농축 효율에 미치는 영향Example 3: Effect of Salt Addition on Interfacial Concentration Efficiency
수성이상계에 부가적으로 염화나트륨을 각각 0.1%(w/v), 1%(w/v) 또는 10%(w/v)가 되도록 첨가하면서, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 세포막을 농축하고 회수하였다. 이어서, 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아 세포막의 계면농축 수율을 측정한 결과, 1% 이상의 농도로 염화나트륨을 첨가하면, 계면농축 수율이 80% 이하로 감소하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과는 배양액으로부터 세포를 회수하는 단계에서 높은 농도로 염을 포함하고 있는 배지를 완전히 제거하고, 세포파쇄물을 적절한 양의 증류수에 현탁하는 것이 계면농축 수율에 직접적인 영향을 미칠 수 있음을 제시하였다.Concentrate the cell membrane in the same manner as in Example 1-1, adding sodium chloride to 0.1% (w / v), 1% (w / v), or 10% (w / v), respectively, in addition to the aqueous phase system. And recovered. Subsequently, as a result of measuring the interfacial concentration yield of the halobacterial cell membrane containing bacteriododocin, it was confirmed that the interfacial concentration yield decreased to 80% or less when sodium chloride was added at a concentration of 1% or more. These results suggested that complete removal of medium containing salts at high concentration and suspension of cell debris in an appropriate amount of distilled water in the step of recovering the cells from the culture can directly affect the interfacial concentration yield.
실시예 4: 수성이상계의 최적 pH 결정Example 4 Determination of Optimal pH for Aqueous Phase Systems
수성이상계에 포함된 인산염 중의 인산칼륨과 인산이수소칼륨의 비를 조정함으로써, 수성이상계의 pH를 5.0부터 8.0까지 단계적으로 변화시키면서, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 세포막을 농축하고 회수하였다. 이어서, 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아 세포막의 계면농축 수율을 측정한 결과, pH 8에서는 박테리오로돕신의 변성이 일어나고, pH 6.5 이하에서는 인산염 완충액 중으로 박테리오로돕신의 손실이 발생하며, pH 5에서는 상분리가 일어나는 반면, pH 6.8 내지 7.4에서는 계면농축 수율이 89 내지 90%로 거의 일정한 것으로 확인되었다.By adjusting the ratio of potassium phosphate and potassium dihydrogen phosphate in the phosphate contained in the aqueous phase system, the cell membrane was concentrated and recovered in the same manner as in Example 1-1 while changing the pH of the aqueous phase system from 5.0 to 8.0. . Subsequently, the interfacial concentration yield of the halobacterial cell membrane containing the bacteriodopsin was measured. As a result, the degeneration of the bacteriodopsin occurs at pH 8, the loss of bacteriodopsin in the phosphate buffer at pH 6.5 and below, and the phase separation at pH 5, while the pH is separated. In 6.8 to 7.4, the interfacial concentration yield was found to be almost constant, 89 to 90%.
실시예 5: 효율적인 농축을 위한 수성이상계의 최소요구량 결정Example 5 Determination of Minimum Requirements of Aqueous Phase Systems for Efficient Concentration
대규모로 배양된 할로박테리아로부터 박테리오로돕신이 함유된 세포막을 효율적으로 분리, 농축하는데 필요한 수성이상계의 최소요구량을 결정하고자, 할로박테리아 배양액 1L에 대하여 수성이상계를 50g 내지 0.5kg 첨가하면서, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 세포막을 농축하고 회수하였다. 이어서, 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아 세포막의 계면농축 수율을 측정한 결과, 1L의 배양액에 대하여 0.1kg 이상의 수성이상계를 사용한 경우, 즉 배양액의 부피에 대한 수성이상계의 질량비가 0.1 이상인 경우의 계면농축 수율은 약 90%로 확인되었으며, 그보다 적은 양의 수성이상계를 사용한 경우에는 인산염 층으로의 손실이 일어나거나 상 분리 자체가 이루어지지 않는 것으로 확인되었다. 따라서, 1L 배양액으로부터 세포막을 분리하는데 필요한 수성이상계의 최소요구량은 0.1kg으로 결정되었다.In order to determine the minimum requirement of the aqueous phase system necessary for the efficient separation and concentration of the bacteriododoxin-containing cell membrane from the large-scale cultured halobacteria, 50 g to 0.5 kg of the aqueous phase system was added to 1 L of the halobacterial culture medium. Cell membranes were concentrated and recovered in the same manner as 1. Subsequently, as a result of measuring the interfacial concentration yield of the halobacterial cell membrane containing the bacteriododocin, the interfacial concentration yield was obtained when 0.1 kg or more of the aqueous phase system was used for 1 L of culture medium, that is, when the mass ratio of the aqueous phase system to the volume of the culture medium was 0.1 or more. Was found to be about 90%, and when a smaller amount of the aqueous phase system was used, no loss to the phosphate layer occurred or no phase separation itself. Therefore, the minimum requirement of the aqueous phase system required to separate cell membranes from 1 L culture was determined to be 0.1 kg.
실시예 6: 계면농축된 할로박테리아 세포막으로부터 박테리오로돕신의 정제Example 6 Purification of Bacteriorhodoxin from Interfacially Concentrated Halobacterial Cell Membranes
1L의 할로박테리아 배양액과 0.1kg의 수성이상계를 사용하여, 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 수성이상계 계면농축에 의한 세포막 농축을 수행하였으며, 세포막 농축수율은 약 90%이었다. 전기로부터 수득한 세포막을 소량의 증류수에 현탁시켜, 세파크릴 에스1000(Sephacryl S1000, Pharmacia, Sweden)을 충진제로 사용하는 젤 여과 크로마토그래피 칼럼에 로딩하고, 용출하여 순수한 박테리오로돕신 17.5mg을 수득하였으며, 박테리오로돕신의 최종 수율은 70%로 확인되었다.Using 1 L of halobacterial culture medium and 0.1 kg of aqueous phase system, cell membrane concentration by aqueous phase interface concentration was carried out in the same manner as in Example 1-1, and the cell membrane concentration yield was about 90%. Cell membranes obtained from the above were suspended in a small amount of distilled water, loaded onto a gel filtration chromatography column using Sephacryl S1000 (Pharmacia, Sweden) as a filler, and eluted to obtain 17.5 mg of pure bacteriododocin, which was bacteriodopsin. The final yield of was found to be 70%.
비교실시예 1: 종래의 젤 여과 크로마토그래피 방법에 의한 박테리오로돕신의 분리Comparative Example 1: Isolation of Bacteriododoxin by Conventional Gel Filtration Chromatography
할로박테리움 살리나리움 SP9(Halobacterium salinarium SP9)을 상기 실시예 1-1과 동일한 방법으로 배양하고, 배양액으로부터 세포를 회수하였다. 그런 다음, 전기로부터 수득한 세포를 25% 염화나트륨 수용액에 재현탁하여 DNase I을 첨가하고, 증류수에서 24시간 투석하여 세포를 파쇄하였다. 전기에서 수득한 세포 파쇄액을 50,000×g에서 30분간 초원심분리하여 세포막을 회수하였으며, 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아 세포막의 농축수율을 측정한 결과, 초원심분리를 이용한 세포막의 농축수율은 약 52%이었다. 전기 회수한 세포막을 증류수에 재현탁하여 세파크릴 에스1000(Sephacryl S1000, Pharmacia, Sweden)을 충진재로 사용하는 젤 여과 크로마토그래피 칼럼에 로딩하고, 용출하여 순수한 박테리오로돕신 10mg을 수득하였으며, 박테리오로돕신의 최종 수율은 40%로 확인되었다.Halobacterium salinarium SP9 was cultured in the same manner as in Example 1-1, and cells were recovered from the culture. Then, cells obtained from the above were resuspended in 25% aqueous sodium chloride solution, added DNase I, and dialyzed in distilled water for 24 hours to disrupt the cells. Cell membranes were recovered by ultracentrifugation of the cell lysate obtained at 50,000 × g for 30 minutes, and the concentration yield of halobacterial cell membranes containing bacteriododocin was measured. It was%. The recovered cell membrane was resuspended in distilled water, loaded onto a gel filtration chromatography column using Sephacryl S1000 (Pharmacia, Sweden) as a filler, eluted to obtain 10 mg of pure bacteriododocin, and the final yield of bacteriodopsin was 40% was confirmed.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 할로박테리아 세포파쇄액으로부터 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아의 세포막을 수성이상계의 계면에 농축하는 단계를 포함하는 박테리오로돕신 분리방법을 제공한다. 본 발명의 박테리오로돕신 분리방법을 이용하면, 박테리오로돕신이 함유된 할로박테리아의 세포막을 효율적으로 농축, 회수할 수 있으며, 이는 결과적으로 박테리오로돕신의 최종 분리수율을 크게 향상시킨다. 또한, 본 발명의 박테리오로돕신 분리방법은 종래의 박테리오로돕신 분리방법에 비하여 보다 저렴하고 간편할 뿐 아니라, 박테리오로돕신의 대량제조가 가능하므로, 본 발명의 박테리오로돕신 분리방법은 바이오칩 및 3차원 메모리소자의 등의 개발에 크게 기여할 수 있을 것이다.As described and demonstrated in detail above, the present invention provides a method for separating bacteriododocin comprising the step of concentrating a cell membrane of halobacteria containing a bacteriododoxin from an halobacterial cell lysate at the interface of an aqueous phase system. By using the bacteriorhodoxin separation method of the present invention, the cell membranes of the halobacteria containing the bacteriorodopsin can be efficiently concentrated and recovered, which in turn greatly improves the final separation yield of the bacteriododoxin. In addition, the bacteriorodoxin separation method of the present invention is cheaper and simpler than the conventional bacteriorodoxin separation method, and the mass production of the bacteriorodoxin is possible, so that the bacteriorodoxin separation method of the present invention is used for the development of biochips and three-dimensional memory devices. You will be able to contribute greatly.
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