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KR102780203B1 - Paenibacillus strain and new enzyme derived from the same - Google Patents

Paenibacillus strain and new enzyme derived from the same Download PDF

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KR102780203B1
KR102780203B1 KR1020240011605A KR20240011605A KR102780203B1 KR 102780203 B1 KR102780203 B1 KR 102780203B1 KR 1020240011605 A KR1020240011605 A KR 1020240011605A KR 20240011605 A KR20240011605 A KR 20240011605A KR 102780203 B1 KR102780203 B1 KR 102780203B1
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KR
South Korea
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enzyme
strain
bssk58
hyaluronic acid
hyaluronidase
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KR1020240011605A
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Korean (ko)
Inventor
박주웅
이현호
이진
Original Assignee
(주)바이오스트림
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Publication date
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Abstract

본 발명은 신규한 효소를 생산하는 페니바실러스 레시듀이(Paenibacillus residui) BSSK58 균주(기탁번호: KCTC15643BP), 이로부터 수득한 효소를 이용한 저분자 히알루론산 및 저분자 콘드로이틴 설페이트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주는 용혈 독성이 없고, 병원성 유전자가 포함되지 않은 페니바실러스 속으로 다른 종의 균주가 생산하는 히알루로니다아제와 분자량이 상이한 신규 히알루로니다아제를 생산한다. 상기 효소는 히알루론산에 대해 높은 기질 특이성을 통해 고분자 히알루론산을 저분자 히알루론산으로 분해시킨다. 따라서, 상기 균주로부터 생산된 히알루로니다아제는 식품, 화장품, 의약품 등 여러 산업분야에 적용 가능한 저분자 히알루론산 및 저분자 콘드로이틴 설페이트를 생산하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a Paenibacillus residui BSSK58 strain (Accession Number: KCTC15643BP) producing a novel enzyme, and a method for producing low-molecular-weight hyaluronic acid and low-molecular-weight chondroitin sulfate using the enzyme obtained therefrom. The Paenibacillus residui BSSK58 strain of the present invention is a Penibacillus genus that does not have hemolytic toxicity and does not contain pathogenic genes, and produces a novel hyaluronidase having a molecular weight different from that of hyaluronidases produced by other strains. The enzyme decomposes high-molecular-weight hyaluronic acid into low-molecular-weight hyaluronic acid through high substrate specificity for hyaluronic acid. Therefore, the hyaluronidase produced from the strain can be very usefully used to produce low-molecular-weight hyaluronic acid and low-molecular-weight chondroitin sulfate, which can be applied to various industrial fields such as foods, cosmetics, and pharmaceuticals.

Description

페니바실러스 균주 및 이로부터 유래한 신규한 효소{PAENIBACILLUS STRAIN AND NEW ENZYME DERIVED FROM THE SAME}{PAENIBACILLUS STRAIN AND NEW ENZYME DERIVED FROM THE SAME}

본 발명은 페니바실러스 레시듀이(Paenibacillus residui) BSSK58(KCTC15643BP) 균주, 상기 균주로부터 생산되는 신규 효소 및 이를 이용한 저분자 히알루론산 및 저분자 콘드로이틴의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a Paenibacillus residui BSSK58 (KCTC15643BP) strain, a novel enzyme produced from the strain, and a method for producing low-molecular-weight hyaluronic acid and low-molecular-weight chondroitin using the same.

히알루론산은 D-글루쿠로닉산(D-glucuronic acid)과 N-아세틸-D-글루코사민(N-acetyl-D-glucosamine)의 이당류 단위(disaccharide subunit)가 반복하여 이루어지는 다양한 길이의 다당류이다. 히알루론산은 동물의 피부에 많이 존재하며 높은 점성과 친수성의 특징을 가진다. 또한, 히알루론산은 피부 조직, 관절 연골 조직 등에서 중요한 구성 요소로 세포 간의 연결, 지지에 도움을 준다. 뿐만 아니라, 히알루론산이 가지는 보습효과와 윤활효과로 인해, 의약품(관절윤활제), 식품(히알루론산 건강기능식품), 화장품(보습제, 성형외과 필러) 등 폭넓은 분야에서 응용되고 있다(대한민국 등록특허공보 제1654810).Hyaluronic acid is a polysaccharide of various lengths composed of repeating disaccharide subunits of D-glucuronic acid and N-acetyl-D-glucosamine. Hyaluronic acid is abundant in animal skin and has the characteristics of high viscosity and hydrophilicity. In addition, hyaluronic acid is an important component of skin tissue, joint cartilage tissue, etc., and helps connect and support cells. In addition, due to the moisturizing and lubricating effects of hyaluronic acid, it is used in a wide range of fields such as pharmaceuticals (joint lubricants), foods (hyaluronic acid health functional foods), and cosmetics (moisturizers, plastic surgery fillers) (Korean Patent Publication No. 1654810).

히알루론산의 분자량은 백 Da에서 수백만 Da으로 다양하다. 또한, 히알루론산 수용액은 점성, 탄성 및 보습성을 가지며 이는 히알루론산의 분자량과 그 농도에 따라 정도가 달라진다. 고분자 히알루론산은 점도가 높고 피부 침투력이 낮아 제품 생산에 사용 시 그 기능성이 부족하다는 단점이 있다. 이와 같은 이유로 고분자 히알루론산을 저분자 히알루론산으로 분해하는 방법에 대한 다양한 연구들이 이루어지고 있다. 고분자 히알루론산을 저분자화하는 화학적 방법으로는 산, 알카리, 산화촉매제, 유기용매 등을 사용하는 방법이 있다. 또한, 고분자 히알루론산을 저분자화하는 물리적 방법으로는 열처리, 초음파 등을 사용하는 방법있다. 그러나 이러한 방법으로 히알루론산을 저분자화 할 경우 다양한 저분자를 제조하기 곤란하며, 불순물 생성 및 환경오염 문제가 발생된다(대한민국 등록특허공보 제0665916).The molecular weight of hyaluronic acid varies from hundreds of Da to millions of Da. In addition, hyaluronic acid aqueous solutions have viscosity, elasticity, and moisturizing properties, which vary depending on the molecular weight of hyaluronic acid and its concentration. High molecular weight hyaluronic acid has high viscosity and low skin penetration, which makes it insufficient in functionality when used in product production. For this reason, various studies are being conducted on methods for decomposing high molecular weight hyaluronic acid into low molecular weight hyaluronic acid. Chemical methods for decomposing high molecular weight hyaluronic acid include methods using acids, alkalis, oxidation catalysts, and organic solvents. In addition, physical methods for decomposing high molecular weight hyaluronic acid include methods using heat treatment and ultrasound. However, when decomposing hyaluronic acid into low molecular weight products using these methods, it is difficult to produce various low molecular weight products, and problems such as impurity generation and environmental pollution occur (Korean Patent Publication No. 0665916).

기존 히알루로니다아제는 양과 같은 포유동물의 고환에서 추출, 정제하여 의약품으로 사용되고 있다. 의약품 용도는 수술시 국소 마취제, 스테로이드 확산을 증가시키기 위하여 사용되고 있다. 그러나 의약품으로 사용하기 위해서 고순도의 정제 및 대량 생산에 어려움이 있어 매우 고가로 판매되고 있다. Existing hyaluronidase is extracted and purified from the testes of mammals such as sheep and used as a medicine. It is used for the purpose of increasing the diffusion of local anesthetics and steroids during surgery. However, it is sold at a very high price because it is difficult to purify and mass-produce it to a high purity for use as a medicine.

한편, 콘드로이틴 설페이트는 뮤코다당체로서 척추동물과 무척추동물 모두에 존재하는 글리코사미노글리칸(GAG)에 속하는 다당류이다. 구조적 특징으로는 β-1,3 결합으로 결합한 글루코사민(Glucosamine) 잔기와 N-아세틸-D-갈락토사민(GalNAc) 잔기가 번갈아 나타나고 다양한 위치에서 황산화된 이당류 서열로 구성된 다당체이다. 상기 콘드로이틴 설페이트는 인체의 연결조직에 존재하며, 콜라겐과 함께 연골조직의 주성분이며, 신경계 및 면역과도 밀접한 연관이 있는 생체 물질이다. 즉 피부 내 수분을 유지하며, 세포 간의 매트릭스 성분으로서 ECM(Extra-cellular Matrix)의 구조를 구성 성분이다. 또한, 진피조직의 핵심 성분으로서 피부의 항상성을 유지하고 관절 내의 윤활 역할을 유지하는데 필수적인 성분이라 할 수 있다. 이러한 콘드로이틴 설페이트는 육상 동물과 해양 어류 종으로부터 분리하여 사용된다. 경구 투여시, 콘드로이틴 설페이트는 소장 및 말초 기관(distal tract)에서 장내 점막에 의해 흡수된다는 연구결과 등이 보고되었지만, 그 메커니즘은 명확하게 규명되지 않은 실정이다. 그러나, 생체 이용률을 높이기 위해서는 콘드로이틴 설페이트의 저분자화는 필수적으로 요구되는 실정이다.Meanwhile, chondroitin sulfate is a polysaccharide belonging to glycosaminoglycan (GAG) that exists in both vertebrates and invertebrates as a mucopolysaccharide. Its structural characteristics are that it is a polysaccharide composed of disaccharide sequences in which glucosamine residues linked by β-1,3 bonds and N-acetyl-D-galactosamine (GalNAc) residues alternate and are sulfated at various positions. The chondroitin sulfate exists in the connective tissue of the human body, and is a major component of cartilage tissue along with collagen, and is a biological material closely related to the nervous system and immunity. In other words, it maintains moisture in the skin and is a structural component of the ECM (Extra-cellular Matrix) as a matrix component between cells. In addition, as a core component of the dermal tissue, it can be said to be an essential component for maintaining skin homeostasis and maintaining lubrication in joints. Such chondroitin sulfate is isolated and used from terrestrial animals and marine fish species. When administered orally, chondroitin sulfate is absorbed by the intestinal mucosa in the small intestine and distal tracts, but the mechanism has not been clearly elucidated. However, in order to increase bioavailability, it is essential to reduce the molecular weight of chondroitin sulfate.

현재까지 콘드로이틴 설페이트 분해 효소를 생산하는 균주는 다양한 종이 알려져 있다. 예를 들어, 프로테우스 불가리스(Proteus vugaris), 프라보박테리윰 헤파리늄(Flavobacterium heparinum), 박테리아 술포리폴리아(Bacteria sulfolifolia)의 미생물로부터 생산되는 콘드로이틴 분해 효소(chondroitinase ABC, EC 4.2.2.4)가 알려져 있다. 또 다른 분해 효소로 히알루론산 분해 효소(Hyaluronidase sheep testes Type II, EC 3.2.1.35)를 들 수 있는데, 수컷 양의 고환으로부터 추출되는 이 효소는 무작위적으로 히알루론산, 콘드로이틴, 콘드로이틴 설페이트의 N-아세틸 헥소사민-(1→4)-글라이코시딕 결합(N-acetylhexosamine-(1→4)-glycosidic bond)을 분해하는 것으로 알려져 있다. To date, various strains producing chondroitin sulfate decomposition enzymes are known. For example, chondroitinase ABC (EC 4.2.2.4) produced by microorganisms such as Proteus vugaris , Flavobacterium heparinum , and Bacteria sulfolifolia is known. Another decomposition enzyme is hyaluronic acid decomposition enzyme (Hyaluronidase sheep testes Type II, EC 3.2.1.35). This enzyme, extracted from the testes of male sheep, is known to randomly decompose the N-acetylhexosamine-(1→4)-glycosidic bond of hyaluronic acid, chondroitin, and chondroitin sulfate.

콘드로이틴 설페이트를 저분자화하는 방법으로는, 산 가수분해, 알칼리 가수분해 및 효소적 방법들이 알려져 있다. 화학적 분해 방법들인 산 및 알칼리를 이용한 분해 방법은 가수분해시 단당이 많이 생성되어 변환 효율이 낮고 기능기인 황산 기가 많이 제거된다. 또한, 이를 원료로 사용하기 위해서는 중화처리 공정이 필수적으로 요구되어 환경 오염을 일으킬 수 있다. 화학적 분해 방법의 단점을 대체하기 위하여 효소를 이용하는 방법이 대안으로 사용되고 있으며 효소적 가수분해 방법은 반응 조건은 온화하여, 오염이 감소되고 쉽게 제어되며, 효소적 가수분해는 황산 기의 파괴를 일으키지 않기 때문에 산업적 생산공정에 장점이 있다.As methods for reducing chondroitin sulfate to lower molecular weights, acid hydrolysis, alkaline hydrolysis, and enzymatic methods are known. Chemical decomposition methods using acids and alkalis produce a lot of monosaccharides during hydrolysis, resulting in low conversion efficiency, and many sulfate groups, which are functional groups, are removed. In addition, a neutralization process is essential for using it as a raw material, which may cause environmental pollution. To replace the shortcomings of chemical decomposition methods, methods using enzymes are being used as an alternative, and enzymatic hydrolysis methods have mild reaction conditions, so pollution is reduced and can be easily controlled, and enzymatic hydrolysis does not destroy sulfate groups, so it has advantages in industrial production processes.

KRKR 10-165481010-1654810 B1B1 KRKR 10-066591610-0665916 B1B1

이에, 본 연구자들은 히알루론산을 분해할 수 있는 히알루론산 분해 효소(hyalunidase)를 개발하기 위해 연구한 결과, 히알루론산 및 콘드로이틴 설페이트를 분해할 수 있는 신규 효소를 생산할 수 있는 미생물을 동정하였고, 이로부터 수득한 효소를 이용하여 저분자 히알루론산 및 저분자 콘드로이틴 설페이트를 생산할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present researchers conducted research to develop a hyaluronic acid-decomposing enzyme (hyalunidase) capable of decomposing hyaluronic acid, and as a result, identified a microorganism capable of producing a novel enzyme capable of decomposing hyaluronic acid and chondroitin sulfate, and confirmed that low-molecular-weight hyaluronic acid and low-molecular-weight chondroitin sulfate could be produced using the enzyme obtained therefrom, thereby completing the present invention.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, 페니바실러스 레시듀이(Paenibacillus residui) BSSK58 균주(기탁번호: KCTC15643BP)를 제공한다.To achieve the above purpose, one aspect of the present invention provides Paenibacillus residui BSSK58 strain (Accession Number: KCTC15643BP).

본 발명의 다른 측면은, 서열번호 2로 표시되는 아미노산을 포함하는 효소를 제공한다.Another aspect of the present invention provides an enzyme comprising an amino acid represented by SEQ ID NO: 2.

본 발명의 또 다른 측면은, 고분자 히알루론산에 상기 효소를 처리하는 단계를 포함하는 저분자 히알루론산 및 그 염의 제조 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for producing low molecular weight hyaluronic acid and its salts, comprising the step of treating high molecular weight hyaluronic acid with the enzyme.

본 발명의 또 다른 측면은, 콘드로이틴 설페이트에 상기 효소를 처리하는 단계를 포함하는 저분자 콘드로이틴 및 그 염의 제조 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for producing low molecular weight chondroitin and its salts, comprising the step of treating chondroitin sulfate with the enzyme.

본 발명에 따른 토양 미생물인 페니바실러스 레시듀이(Paenibacillus residui) BSSK58 균주(기탁번호: KCTC15643BP), 이로부터 수득한 신규한 히알루론산 분해 효소를 이용한 저분자 히알루론산 및 저분자 콘드로이틴의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주는 용혈 독성이 없고, 포유동물 유래 혹은 미생물 유래의 것과 같이 히알루론산의 β-1,4 결합를 분해하는 활성을 나타낸다. 특히, 히알루로니다아제 생산 균주인 페니바실러스 레시듀 BSSK58 균주는 비병원성 미생물로써 안전하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a soil microorganism, Paenibacillus residui BSSK58 strain (Accession Number: KCTC15643BP), and a method for producing low-molecular-weight hyaluronic acid and low-molecular-weight chondroitin using a novel hyaluronic acid-decomposing enzyme obtained therefrom. The Paenibacillus residui BSSK58 strain of the present invention has no hemolytic toxicity and exhibits activity for decomposing β-1,4 linkages of hyaluronic acid, like those derived from mammals or microorganisms. In particular, the Paenibacillus residui BSSK58 strain, which is a hyaluronidase-producing strain, can be safely used as a non-pathogenic microorganism.

도 1은 페니바실러스 레시듀이(Paenibacillus residui) BSSK58 균주의 계통도이다.
도 2는 고체 평판배지에서 본 발명의 균주를 스크리닝하는 과정을 나타낸 것이며(도 2의 좌측), 이러한 과정을 통해 선별된 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주를 배양하는 것을 보여주는 사진이다(도 2의 우측).
도 3은 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 용혈성 독소 생성 여부를 확인한 것이다. 도면에서 보여주는 바와 같이, 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주는 용혈성 독소를 생성하지 않으나(도 3의 좌측), 스타필로코커스 와르넨(Staphylococcus warnen)은 용혈성 독소를 생성하였다(도 3의 우측).
도 4는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주에서 7종의 독성 유전자(virulence gene)가 검출되지 않음을 보여주는 결과이다.
도 5a 및 도 5b는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 최적 배양 온도 및 최적 pH를 나타낸 그래프이다.
도 6는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주에서 생산된 효소의 Native-PAGE 전기영동 결과이다.
도 7a 및 도 7b는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소의 최적 반응 pH 및 pH 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 8a 및 8b는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소의 활성 온도 범위 및 열 안정성을 확인한 그래프이다.
도 9는 히알루론산에 대한 효소 반응속도 상수를 나타낸 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 콘드로이틴 설페이트(소의 기관 또는 상어 연골 유래)에 대한 효소 반응속도 상수를 나타낸 그래프이다.
도 11은 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소의 반응시간에 따른 고분자 히알루론산의 가수분해 변화 양상을 나타낸 그래프이다.
도 12는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소의 반응시간에 따른 콘드로이틴 설페이트(소의 기관 유래)의 가수분해 변화 양상을 나타낸 그래프이다.
도 13은 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소의 반응시간에 따른 콘드로이틴 설페이트(상어 연골 유래)의 가수분해 변화 양상을 나타낸 그래프이다.
도 14는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소의 유전자를 PCR을 이용하여 증폭시킨 결과이다.
도 15는 PCR 반응을 통해 얻어진 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소 유전자를 결합시켜 제작한 재조합 벡터이다.
도 16은 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소의 유전자를 결합시켜 제작한 재조합 벡터로 형질전환시킨 세포에서 발현 및 정제한 히알루로니다아제를 SDS-PAGE로 확인한 결과이다.
도 17은 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 생산한 효소의 유전자를 결합시켜 제작한 재조합 벡터로 형질전환시킨 세포에서 수득한 히알루로니다아제의 효소 활성을 나타낸 그래프이다.
Figure 1 is a phylogenetic diagram of Paenibacillus residui BSSK58 strain.
FIG. 2 illustrates a process for screening the strain of the present invention on a solid plate medium (left side of FIG. 2), and is a photograph showing the culturing of the Penicillium residuum BSSK58 strain selected through this process (right side of FIG. 2).
Figure 3 shows whether the Penicillium recidui BSSK58 strain produces hemolytic toxin. As shown in the figure, the Penicillium recidui BSSK58 strain does not produce hemolytic toxin (left side of Figure 3), but Staphylococcus warnen produces hemolytic toxin (right side of Figure 3).
Figure 4 shows the results showing that seven virulence genes were not detected in the Penicillium recidui BSSK58 strain.
Figures 5a and 5b are graphs showing the optimal culture temperature and optimal pH of the Penicillium residuum BSSK58 strain.
Figure 6 shows the Native-PAGE electrophoresis results of the enzyme produced from the Penicillin-Bacillus Recidui BSSK58 strain.
Figures 7a and 7b are graphs showing the optimal reaction pH and pH stability of the enzyme produced by Penicillium residui BSSK58 strain.
Figures 8a and 8b are graphs confirming the activity temperature range and thermal stability of the enzyme produced by Penicillium residui BSSK58 strain.
Figure 9 is a graph showing the enzyme reaction rate constant for hyaluronic acid.
Figures 10a and 10b are graphs showing enzyme reaction rate constants for chondroitin sulfate (derived from bovine trachea or shark cartilage).
Figure 11 is a graph showing the change in hydrolysis of high molecular weight hyaluronic acid according to the reaction time of the enzyme produced by Penicillium rhizobacillus residue BSSK58 strain.
Figure 12 is a graph showing the change in hydrolysis of chondroitin sulfate (derived from bovine trachea) according to the reaction time of the enzyme produced by Penicillium residui BSSK58 strain.
Figure 13 is a graph showing the change in hydrolysis of chondroitin sulfate (derived from shark cartilage) according to the reaction time of the enzyme produced by Penicillium residui strain BSSK58.
Figure 14 shows the results of amplifying the gene of an enzyme produced by the Penicillium recidui BSSK58 strain using PCR.
Figure 15 is a recombinant vector produced by combining enzyme genes produced by the Penicillium recidui BSSK58 strain obtained through a PCR reaction.
Figure 16 shows the results of SDS-PAGE confirmation of hyaluronidase expressed and purified in cells transformed with a recombinant vector constructed by combining the genes of enzymes produced by Penicillium recidui BSSK58 strain.
Figure 17 is a graph showing the enzyme activity of hyaluronidase obtained from cells transformed with a recombinant vector constructed by combining the gene of an enzyme produced by Penicillium recidui BSSK58 strain.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

신규 균주New strain

본 발명의 일 측면은, 페니바실러스 레시듀이(Paenibacillus residui) BSSK58 균주(기탁번호: KCTC15643BP)를 제공한다. 상기 균주는 서열번호 1로 표시되는 16s rRNA를 포함하며, 비용혈성인 것을 특징으로 한다.One aspect of the present invention provides a Paenibacillus residui BSSK58 strain (accession number: KCTC15643BP). The strain comprises 16s rRNA represented by sequence number 1 and is characterized in that it is non-hemolytic.

상기 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주는 페니바실러스 속 미생물로서, 식물 호르몬 인돌-3-아세트산(IAA) 생성 및 철분 획득을 가능하게 하는 사이드로포어(siderophores) 방출을 통해 작물 성장을 직접 촉진할 수 있다. 또한, 페니바실러스는 다양한 항균제를 생산하는 것으로 알려져 있다. 구체적으로, 페니바실러스 유래 항균제는 페니바실러스 폴리믹사(Paenibacillus polymyxa) 균주에서 처음 분리한 비리보솜 리포펩타이드인 폴리믹신(polymyxin)과 푸사리시딘(fusaricidins) 등이 존재하며, 의학 분야에서 다양하게 응용되고 있다. 페니바실러스로부터 유래한 다른 유용한 분자로는 엑소다당류(exopolysaccharide, EPS) 및 효소, 예컨대 아밀라아제, 셀룰라아제, 헤미셀룰라아제, 리파아제, 펙티나제, 산소화효소, 탈수소효소, 리그닌 변형 효소 및 뮤타나제와 같은 효소가 있다. 이들은 세제, 식품 및 사료, 섬유, 종이, 바이오 연료 및 건강 관리에 응용될 수 있다. The above Penibacillus residuei BSSK58 strain is a microorganism of the genus Paenibacillus, which can directly promote crop growth by producing the plant hormone indole-3-acetic acid (IAA) and releasing siderophores that enable iron acquisition. In addition, Penibacillus is known to produce various antimicrobial agents. Specifically, Penibacillus-derived antimicrobial agents include polymyxins, which are nonribosomal lipopeptides first isolated from the Paenibacillus polymyxa strain, and fusaricidins, which have been widely applied in the medical field. Other useful molecules derived from Penibacillus include exopolysaccharides (EPS) and enzymes, such as amylase, cellulase, hemicellulase, lipase, pectinase, oxygenase, dehydrogenase, lignin-modifying enzyme, and mutanase. They can be applied in detergents, food and feed, textiles, paper, biofuels and healthcare.

뿐만 아니라, 페니바실러스는 다양한 효소를 생산하는 것으로 알려져 있다. 구체적으로, 유럽식품의약품안전청(EMA)에서 허가를 받아 식품첨가용 효소를 생산하는 페니바실러스 속에는 Paenibacillus lentus DSM280288 균주는 endo-1,4-mannanase 생산, Paenibacillus macerans 균주는 Cyclomaltodextringlucanotransferase 생산, Paenibacillus Illinois 균주는 Cyclomaltodextrinotransferase 생산을 하여 판매하고 있다. 특히, 본원의 페니바실러스 레시듀이는 비병원성 미생물로써 안전하게 사용될 수 있다.In addition, Phenibacillus is known to produce various enzymes. Specifically, among the Phenibacillus genus that has been approved by the European Food and Drug Administration (EMA) to produce enzymes for food additives , the Paenibacillus lentus DSM280288 strain produces endo-1,4-mannanase, the Paenibacillus macerans strain produces Cyclomaltodextringlucanotransferase, and the Paenibacillus Illinois strain produces Cyclomaltodextrinotransferase and are sold. In particular, the Phenibacillus Recidui of this invention can be safely used as a non-pathogenic microorganism.

본 명세서에서 사용된 용어, "용혈"은 적혈구가 파괴되어 내용물(세포질)이 주변 액체(예: 혈장) 안으로 용해되는 것을 의미한다. 용혈성으로 균주들을 분류하기도 하는데, 알파, 베타 및 감마 용혈이 있다. 알파 용혈은 적혈구의 헤모글로빈을 산화시켜 혈액한천배지에 녹색 얼룩을 만든다. 베타 용혈을 일으키는 종은 주변의 혈액세포들을 파괴함으로써 혈액한천배지를 파열시켜 투명한 얼룩을 만든다.As used herein, the term "hemolysis" means the destruction of red blood cells, causing their contents (cytoplasm) to dissolve into the surrounding fluid (e.g., plasma). Hemolytic strains are sometimes classified as alpha, beta, and gamma hemolytic. Alpha hemolytic strains oxidize the hemoglobin in red blood cells, producing a green stain on blood agar plates. Beta hemolytic strains rupture blood agar plates by destroying surrounding blood cells, producing a clear stain.

본 발명자들은, 용혈성이 없고 히알루론산 또는 콘드로이틴 설페이트를 분해하는 효소를 생산하는 균주를 선별하여, 상기 균주가 페니바실러스에 속하는 신규한 균주임을 확인하였다(도 1 내지 도 3). 또한 상기 균주를 "페니바실러스 레시듀이(Paenibacillus residui) BSSK58"로 명명하고, 상기 동일한 균주를 한국생명공학연구원 생물자원센터에 2023년 10월 16일자로 기탁번호 KCTC15643P로 기탁하였다.The present inventors selected a strain that is non-hemolytic and produces an enzyme that decomposes hyaluronic acid or chondroitin sulfate, and confirmed that the strain is a novel strain belonging to the genus Paenibacillus (Figs. 1 to 3). In addition, the strain was named " Paenibacillus residui BSSK58", and the same strain was deposited with the Biological Resource Center of the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology on October 16, 2023 under the deposit number KCTC15643P.

신규 효소new enzyme

본 발명의 다른 측면은, 서열번호 2로 표시되는 아미노산을 포함하는 효소 또는 이의 단편을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서 상기 효소는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주로부터 수득되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 효소는 히알루로니다아제 일 수 있다. 또한, 이하, 상기 효소는 "BSSK58 히알루로니다아제"와 호환되어 사용될 수 있다.Another aspect of the present invention provides an enzyme or a fragment thereof comprising an amino acid represented by SEQ ID NO: 2. Specifically, in one embodiment of the present invention, the enzyme may be obtained from, but is not limited to, a Penicillium lactis strain BSSK58. In addition, the enzyme may be hyaluronidase. In addition, hereinafter, the enzyme may be used interchangeably with "BSSK58 hyaluronidase".

본 명세서에서 사용된 용어, "히알루론산(hyaluronic acid, 또는 히알루로난(hyaluronan), HA)"은 분자량이 50,000 Da 내지 13,000,000 Da에 이르며, 유리체(Hyaloid) 및 우론산(uronic acid)으로 이루어진 복잡한 다당류의 하나로, 반복단위인 글루쿠론산과 N-아세틸글루코사민이 (1-3)과 (1-4)로 번갈아 결합되어 이루어진 고분자 화합물이다.The term "hyaluronic acid (or hyaluronan, HA)" as used herein is a polymer compound consisting of a complex polysaccharide composed of hyaloid and uronic acid, with a molecular weight of 50,000 Da to 13,000,000 Da, and in which repeating units of glucuronic acid and N-acetylglucosamine are alternately bonded in a (1-3) and (1-4) configuration.

히알루론산은 보습 효과, 물리적 마찰에 대한 윤활 효과 및 세균 침입에 대한 보호 효과 등의 다양한 효능과 우수한 물성을 가지고 있어 화장품 첨가제, 관절염치료제, 안과수술용 수술보조제 및 외과수술 후의 유착저해제 등의 화장품, 의약품 및 의약부외품의 소재, 식품 등에 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 생리 활성 물질들의 이동을 주관하며 세포와의 특이한 작용에 의해 세포의 분화 및 성장을 유도하는 중개자 역할 뿐 아니라, 세포외기질에서는 콜라겐, 엘라스틴, 콘드로이틴 설페이트(chondroitin sulphate) 등의 조직을 지탱하는 단백질 및 당 단백질들의 지지체 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 하지만, 히알루론산이 식물과 화장품에 사용될 경우, 분자량이 큰 히알루론산은 체내 흡수 및 피부 내로의 흡수가 용이하지 않은 단점이 있다. 이러한 히알루론산은 소의 안구, 닭벼슬, 동물의 완충조직, 태반, 암세포 및 피부 등에 다량 함유되어 있다.Hyaluronic acid has various effects such as moisturizing effect, lubricating effect against physical friction, and protective effect against bacterial invasion, and excellent physical properties, and is widely used as a cosmetic additive, arthritis treatment agent, surgical assistant for ophthalmic surgery, and adhesion inhibitor after surgical surgery, as well as a material for cosmetics, medicines and quasi-drugs, and food. In addition, it is known to act as a mediator that controls the movement of physiologically active substances and induces cell differentiation and growth through a specific interaction with cells, and also acts as a support for proteins and glycoproteins that support tissues such as collagen, elastin, and chondroitin sulfate in the extracellular matrix. However, when hyaluronic acid is used in plants and cosmetics, hyaluronic acid with a large molecular weight has the disadvantage of not being easily absorbed into the body and the skin. Such hyaluronic acid is contained in large quantities in cow eyes, chicken combs, animal buffer tissue, placenta, cancer cells, and skin.

본 발명에 있어서, 상기 효소는 히알루론산을 가수분해하는 효소이다. 즉, 상기 효소는 히알루로니다아제로 명명할 수 있다. 상기 히알루로니다아제는 다양한 생물에서 발견되며 작용 기전에 따라 3종류로 나뉜다. 히알루로네이트 4-글리카노하이드로라아제(EC 3.2.1.35)는 엔도-β-N-아세틸글루코스아미니다아제(hyaluronoglucosaminidase)로, β-1,4-글루코사이드 결합상에서 작용하는 하이드롤라제(hydrolase)이다. 사당류(tetrasaccharide)를 주로 생성하며, 고환, 리소좀 및 벌독에 분포되어 있다. 히알루로네이트 3-글리카노하이드로라아제(EC 3.2.1.36)는 엔도-β-글루쿠로니다제(hyaluronoglucuronidase)로서, β-1,3-글루코사이드 결합상에서 작용하는 하이드롤라제이다. 사당류를 주로 생성하며, 거머리 또는 구충에서 발견된다. 히알루로네이트 라이아제(hyaluronate lyase, EC 4.2.2.1)는 세균에 존재하는 히알루로니다아제로서 β-1,4-글루코사이드 결합상에서 작용하고, β-제거기전을 통해서 4,5-불포화된 이당류를 생성시킨다.In the present invention, the enzyme is an enzyme that hydrolyzes hyaluronic acid. That is, the enzyme can be named hyaluronidase. The hyaluronidase is found in various organisms and is divided into three types according to the mechanism of action. Hyaluronate 4-glycanohydrolase (EC 3.2.1.35) is an endo-β-N-acetylglucosaminidase, a hydrolase that acts on a β-1,4-glucoside bond. It mainly produces tetrasaccharides and is distributed in testes, lysosomes, and bee venom. Hyaluronate 3-glycanohydrolase (EC 3.2.1.36) is an endo-β-glucuronidase, a hydrolase that acts on β-1,3-glucosidic bonds. It produces mainly tetrasaccharides and is found in leeches and hookworms. Hyaluronate lyase (EC 4.2.2.1) is a bacterial hyaluronidase that acts on β-1,4-glucosidic bonds and produces 4,5-unsaturated disaccharides through a β-elimination mechanism.

종래에 미생물로부터 생산되는 히알루로니다아제는 스트렙토코커스(Streptococcus), 스타필로코커스(Staphylococcus), 펩토스트렙토코커스(Peptostreptococcus), 클로스트리디움(Clostridium), 프로피오니박테리움(Propionibacterium)는 주로 그람양성균으로 병원성 세균이며, 방선균인 스트렙토마이세스(Streptomyces), 곰팡이 균주인 페니실리움(Penicillium)속, 피스툴리나(Fistulina)속 그리고 해양미생물에서 생산된다.Hyaluronidases produced conventionally from microorganisms are mainly produced by gram-positive pathogenic bacteria such as Streptococcus , Staphylococcus , Peptostreptococcus , Clostridium , and Propionibacterium , as well as by Streptomyces , an actinomycete, Penicillium and Fistulina fungi, and marine microorganisms.

미생물에서 생산되는 히알루로니다아제의 효소학적 특성을 보면 스트렙토코커스 디스갈락티애(Streptococcus dysgalactiae)속의 히알루로니다아제는 분자량이 80 kDa이며, 효소 활성의 최적 조건은 pH 6 내지 pH 7 및 35℃내지 45℃이었다. 스트렙토코커스 코가니엔시스(Streptococcus koganiensis) ATCC 31394의 히알루로니다아제는 분자량이 21.6 kDa이었다. 스트렙토코커스 아갈락티에(Streptococcus agalactiae)의 히알루로니다아제는 분자량이 116 kDa이었다. 바실러스(Bacillus) sp CGMCC5744에서 생산되는 히알루로니다아제는 분자량이 123 kDa이며, 효소 활성의 최적 조건은 pH 4 내지 pH 9 및 20℃ 내지 48℃이었다. 스트렙토마이세스 악티노시두스 77(Streptomyces actinocidus 77)에서 생산되는 히알루로니다아제의 효소 분자량은 44 KDa이며, 효소 활성의 최적 조건은 pH 6.5 내지 pH 7.0 및 50℃ 내지 60℃이었다. 페니실리움(Penicillium spp.)속에서 생산되는 히알루로니다아제의 분자량은 31.7 KDa이며 효소의 최적반응 pH 3.0, 온도는 43℃이었다.Enzymatic properties of hyaluronidases produced by microorganisms showed that hyaluronidase from Streptococcus dysgalactiae had a molecular weight of 80 kDa, and the optimal conditions for enzyme activity were pH 6 to pH 7 and 35 to 45°C. Hyaluronidase from Streptococcus koganiensis ATCC 31394 had a molecular weight of 21.6 kDa. Hyaluronidase from Streptococcus agalactiae had a molecular weight of 116 kDa. Hyaluronidase produced by Bacillus sp CGMCC5744 had a molecular weight of 123 kDa, and the optimal conditions for enzyme activity were pH 4 to pH 9 and 20 to 48°C. Hyaluronidase produced by Streptomyces actinocidus 77 had a molecular weight of 44 KDa, and the optimal conditions for enzyme activity were pH 6.5 to pH 7.0 and 50 to 60°C. Hyaluronidase produced by Penicillium spp. had a molecular weight of 31.7 KDa, and the optimal reaction temperature of the enzyme was pH 3.0 and 43°C.

본 발명의 히알루로니다아제는 신규 토양미생물인 페니바실러스 레시듀이 KCTC15643BP로부터 생산된다. 상기 균주는 히알루로니다아제를 대량으로 생산할 수 있다. 본 발명의 히알루로니다아제는 포유동물 유래 혹은 미생물 유래의 것과 같이 히알루론산의 β-1,4 결합을 분해하는 기작을 나타내고 있다. 특히, 본 발명의 히알루로니다아제 생산 균주인 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주는 비병원성 미생물로써 안전하게 사용될 수 있다.The hyaluronidase of the present invention is produced from a novel soil microorganism, Penibacillus recidui KCTC15643BP. The strain can produce hyaluronidase in large quantities. The hyaluronidase of the present invention exhibits a mechanism for decomposing the β-1,4 bond of hyaluronic acid, similar to that of mammalian origin or microorganism origin. In particular, the Penibacillus recidui BSSK58 strain, which is a hyaluronidase producing strain of the present invention, can be safely used as a non-pathogenic microorganism.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 균주에서 수득한 히알루로니다아제의 분자량은 약 161 kDa임을 확인하였다(도 6). 또한, 상기 히알루로니다아제는 서열번호 2의 서열을 포함할 수 있다. 본 발명에서 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주에서 정제한 히알루로니다아제는 "BSSK58 히알루로니다아제"로 병용 기재될 수 있다. 또한, BSSK58 히알루로니다아제는 히알루로니다아제 전구체, 성숙형 히알루로니다아제 및 활성을 갖는 이의 절단된 형태를 포함할 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the molecular weight of the hyaluronidase obtained from the strain was confirmed to be about 161 kDa (Fig. 6). In addition, the hyaluronidase may include the sequence of SEQ ID NO: 2. In the present invention, the hyaluronidase purified from the Penicillium residueu BSSK58 strain may be collectively described as "BSSK58 hyaluronidase". In addition, the BSSK58 hyaluronidase may include a hyaluronidase precursor, a mature hyaluronidase, and a truncated form thereof having activity.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 BSSK58 히알루로니다아제는 pH 4.0 내지 pH 11.0에서 분해 활성을 나타낼 수 있다. 바람직하게는, pH 9.0일 수 있다(도 7a 및 도 7b).According to another embodiment of the present invention, the BSSK58 hyaluronidase can exhibit decomposition activity at pH 4.0 to pH 11.0. Preferably, it can be pH 9.0 (FIGS. 7A and 7B).

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 BSSK58 히알루로니다아제는 약 25℃ 내지 약 60℃에서 분해 활성을 나타낼 수 있다. 구체적으로, 상기 본 발명의 히알루로니다아제는 약 30℃ 내지 약 55℃, 약 40℃ 내지 약 50℃에서 분해 활성을 나타낼 수 있다. 바람직하게는 약 40℃, 약 41℃, 약 42℃, 약 43℃, 약 44℃, 약 45℃, 약 46℃, 약 47℃, 약 48℃, 약 49℃ 또는 약 50℃에서 분해 활성을 나타낼 수 있다. 히알루로니다아제의 반응 온도가 50℃까지 상승할수록 효소의 분해 활성이 높아졌으며, 55℃에서 활성이 급격히 감소하였다. 이를 통해, BSSK58 히알루로니다아제의 최적반응온도가 50℃임을 확인하였다(도 8a 및 도 8b).According to another embodiment of the present invention, the BSSK58 hyaluronidase can exhibit decomposition activity at about 25°C to about 60°C. Specifically, the hyaluronidase of the present invention can exhibit decomposition activity at about 30°C to about 55°C, about 40°C to about 50°C. Preferably, the temperature is about 40°C, about 41°C, about 42°C, about 43°C, about 44°C, about 45°C, about 46°C, about 47°C, about 48°C, It can exhibit decomposition activity at about 49℃ or about 50℃. As the reaction temperature of hyaluronidase increased to 50℃, the decomposition activity of the enzyme increased, and the activity decreased rapidly at 55℃. Through this, it was confirmed that the optimal reaction temperature of BSSK58 hyaluronidase is 50℃ (Fig. 8a and Fig. 8b).

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 BSSK58 히알루로니다아제의 활성은 Ag2+, Fe2+, Cu2+에 의하여 저해를 받았다. 반면, Ca2+, Ni2+, Ba2+, Mg2+, EDTA는 이의 활성을 촉진시켰다(표 2).According to another embodiment of the present invention, the activity of the BSSK58 hyaluronidase was inhibited by Ag 2+ , Fe 2+ , and Cu 2+ . On the other hand, Ca 2+ , Ni 2+ , Ba 2+ , Mg 2+ , and EDTA promoted its activity (Table 2).

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 상기 BSSK58 히알루로니다아제는 히알루론산을 특이적으로 분해할 수 있다. 구체적으로, 상기 효소는 히알루론산, 콘드로이틴 설페이트(chondroitin sulfate, 소의 기관 또는 상어 연골 유래), 헤파린나트륨(heparin sodium), 알기네이트(alginate), 크산탄(xanthan) 또는 아가로즈(agarose) 등의 다당류 기질 용액과 반응시켜 다당류의 분해 정도를 비교하였다.According to another embodiment of the present invention, the BSSK58 hyaluronidase can specifically decompose hyaluronic acid. Specifically, the enzyme was reacted with a polysaccharide substrate solution such as hyaluronic acid, chondroitin sulfate (derived from bovine trachea or shark cartilage), heparin sodium, alginate, xanthan, or agarose, and the degree of decomposition of the polysaccharide was compared.

그 결과, 히알루론산, 콘드로이틴 설페이트(소의 기관 또는 상어 연골 유래), 헤파린나트륨, 알기네이트 및 크산탄을 분해하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 상기 BSSK58 히알루로니다아제는 히알루론산 및 콘드로이틴 설페이트에 대하여 강한 분해능을 확인할 수 있었다(표 1). 즉, 상기 BSSK58 히알루로니다아제는 소의 기관 또는 상어 연골 유래 콘드로이틴 설페이트(Chondroitin sulfate)를 분해하여 저분자화 할 수 있다(표 1). As a result, it was confirmed that hyaluronic acid, chondroitin sulfate (derived from bovine trachea or shark cartilage), heparin sodium, alginate, and xanthan gum were decomposed. In particular, the BSSK58 hyaluronidase was confirmed to have strong decomposition ability for hyaluronic acid and chondroitin sulfate (Table 1). That is, the BSSK58 hyaluronidase can decompose chondroitin sulfate derived from bovine trachea or shark cartilage and reduce it to a low molecular weight substance (Table 1).

효소 생산 방법 및 저분자 히알루론산/콘드로이틴 설페이트 생산 방법Enzyme production method and low molecular weight hyaluronic acid/chondroitin sulfate production method

본 발명의 또 다른 측면은, 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주를 배양하는 단계 및 배양액으로부터 효소를 정제하는 단계를 포함하는 효소를 제조하는 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for producing an enzyme, comprising the steps of culturing a Penicillium recidui BSSK58 strain and purifying the enzyme from the culture solution.

이때, 상기 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주는 상술한 바와 같다. 또한, 상기 효소는 BSSK58 히알루로니다아제를 의미하며, 이는 상술한 바와 같다.At this time, the above Penicillium lactamase BSSK58 strain is as described above. In addition, the enzyme refers to BSSK58 hyaluronidase, which is as described above.

본 발명의 또 다른 측면은, 고분자 히알루론산에 상기 효소를 처리하는 단계를 포함하는 저분자 히알루론산 및 그 염의 제조 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for producing low molecular weight hyaluronic acid and its salts, comprising the step of treating high molecular weight hyaluronic acid with the enzyme.

상기 고분자 히알루론산은 통상의 방법에 따라 생물조직으로부터의 추출 또는 미생물로부터의 발효에 의해 제조될 수 있으며, 상업적으로 판매하고 있는 고분자 히알루론산일 수 있다. 고분자 히알루론산은 1,200 kDa 내지 2,600 kDa 크기일 수 있으며, 바람직하게는 1,200 kDa 내지 2,200 kDa일 수 있다. 하지만 이에 제한되지 않는다.The above high molecular weight hyaluronic acid can be produced by extraction from biological tissue or fermentation from microorganisms according to a conventional method, and can be a commercially available high molecular weight hyaluronic acid. The high molecular weight hyaluronic acid can have a size of 1,200 kDa to 2,600 kDa, and preferably 1,200 kDa to 2,200 kDa. However, it is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 히알루론산은 히알루로네이트를 포함할 수 있다. 상기 "히알루로네이트"는 히알루론산의 염의 형태로서, 히알루론산에서 지질, 단백질 및 핵산 등를 제거하여 생산되므로 분자 크기가 히알루론산보다 작다. 예를 들어, 히알루로산의 나트륨염, 칼륨염, 마크네슘염, 칼슘염 및 아연염이 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, hyaluronic acid may include hyaluronate. The "hyaluronate" is a salt form of hyaluronic acid, and is produced by removing lipids, proteins, nucleic acids, etc. from hyaluronic acid, so its molecular size is smaller than that of hyaluronic acid. Examples thereof include, but are not limited to, sodium salts, potassium salts, magnesium salts, calcium salts, and zinc salts of hyaluronic acid.

구체적으로, 저분자 히알루론산 제조 방법에 있어서 상기 BSSK58 히알루로니다아제의 처리는 고분자 히알루론산에 35 unit/mL의 BSSK58 히알루로니다아제를 35℃, 200 rpm, pH 8.0의 100 mM 인산완충용액에서 1시간 동안 처리할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Specifically, in the method for producing low-molecular-weight hyaluronic acid, the treatment of the BSSK58 hyaluronidase may be performed by treating high-molecular-weight hyaluronic acid with 35 units/mL of BSSK58 hyaluronidase at 35°C, 200 rpm, in a 100 mM phosphate buffer solution at pH 8.0 for 1 hour, but is not limited thereto.

또한, 상기 저분자 히알루론산은 약 300 Da 내지 약 100 kDa 일 수 있다. 또는 상기 저분자 히알루론산은 약 380 Da 내지 약 50,000 Da일 수 있다. 또는, 상기 저분자 히알루론산은 약 380 Da 내지 약 10,000 Da일 수 있다. 또는, 상기 저분자 히알루론산은 약 380 Da 내지 약 5,000 Da일 수 있다. 바람직하게는 생산된 저분자 히알루론산은 약 760 Da의 사당류일 수 있다. 또한, 생산된 저분자 히알루론산은 약 380 Da 내지 약 400 Da의 이당류일 수 있다.In addition, the low molecular weight hyaluronic acid may be about 300 Da to about 100 kDa. Or, the low molecular weight hyaluronic acid may be about 380 Da to about 50,000 Da. Or, the low molecular weight hyaluronic acid may be about 380 Da to about 10,000 Da. Or, the low molecular weight hyaluronic acid may be about 380 Da to about 5,000 Da. Preferably, the produced low molecular weight hyaluronic acid may be a tetrasaccharide of about 760 Da. In addition, the produced low molecular weight hyaluronic acid may be a disaccharide of about 380 Da to about 400 Da.

본 발명의 또 다른 측면은, 콘드로이틴 설페이트에 상기 효소를 처리하는 단계를 포함하는 저분자 콘드로이틴 및 그 염의 제조 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for producing low molecular weight chondroitin and its salts, comprising the step of treating chondroitin sulfate with the enzyme.

상기 콘드로이틴 설페이트는 폴리음이온을 포함한 다당류이다. D-글루코산(GlcA)과 N-아세틸-D-가라크토사민(GalNAc)이 β-1,3 글리코시드 결합으로 결합해 이당 단위가 되고, 그것들이 β-1,4 글리코시드 결합으로 서로 결합되고, 그 후 생합성 과정에 있어서 다른 위치로 설페이트기가 도입된다. 콘드로이틴 설페이트는 여러 동물 연골이나 결합 조직 중 넓게 존재하고 있다. 또한, 콘드로이틴 설페이트는 약 50 kDa 내지 약 100 kDa 일 수 있으며, 바람직하게는, 약 10 kDa 내지 약 50 kDa 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The above chondroitin sulfate is a polysaccharide containing a polyanion. D-glucosan (GlcA) and N-acetyl-D-galactosamine (GalNAc) are bonded by a β-1,3 glycosidic bond to form a disaccharide unit, which are then bonded to each other by a β-1,4 glycosidic bond, and a sulfate group is then introduced to another position during the biosynthetic process. Chondroitin sulfate is widely present in various animal cartilages and connective tissues. In addition, the chondroitin sulfate may be about 50 kDa to about 100 kDa, and preferably, about 10 kDa to about 50 kDa, but is not limited thereto.

구체적으로, 저분자 콘드로이틴 설페이트 제조 방법에 있어서, 상기 BSSK58 히알루로니다아제의 처리는 콘드로이틴 설페이트에 35 unit/mL의 BSSK58 히알루로니다아제를 35℃, 200 rpm, pH 8.0의 100 mM 인산완충용액에서 1시간 동안 처리할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Specifically, in the method for producing low-molecular-weight chondroitin sulfate, the treatment of the BSSK58 hyaluronidase may be performed by treating chondroitin sulfate with 35 units/mL of BSSK58 hyaluronidase at 35°C, 200 rpm, in a 100 mM phosphate buffer solution at pH 8.0 for 1 hour, but is not limited thereto.

또한, 상기 저분자 콘드로이틴 설페이트는 약 300 Da 내지 약 20 kDa 일 수 있다. 또는 상기 저분자 콘드로이틴 설페이트는 약 400 Da 내지 약 10 kDa 일 수 있다. 또는 상기 저분자 콘드로이틴 설페이트는 약 500 Da 내지 약 5000 Da 일 수 있다. 바람직하게는 생산된 저분자 콘드로이틴 설페이트는 약 800 Da 내지 약 930 Da 일 수 있다. 또한, 생산된 저분자 콘드로이틴 설페이트는 약 370 Da 내지 약 470 Da 일 수 있다.In addition, the low-molecular-weight chondroitin sulfate may be about 300 Da to about 20 kDa. Or the low-molecular-weight chondroitin sulfate may be about 400 Da to about 10 kDa. Or the low-molecular-weight chondroitin sulfate may be about 500 Da to about 5000 Da. Preferably, the produced low-molecular-weight chondroitin sulfate may be about 800 Da to about 930 Da. In addition, the produced low-molecular-weight chondroitin sulfate may be about 370 Da to about 470 Da.

구체적으로, 본 명세서의 일 실시예에서, 상기 조건으로 BSSK58 히알루로니다아제를 처리한 결과, 6시간 반응 시 고분자 히알루론산이 저분자 히알루론산으로 분해되었음을 확인할 수 있다(도 11).Specifically, in one embodiment of the present specification, it was confirmed that when BSSK58 hyaluronidase was treated under the above conditions, high molecular weight hyaluronic acid was decomposed into low molecular weight hyaluronic acid after 6 hours of reaction (Fig. 11).

또한, 본 명세서의 또 다른 일 실시예에서, 상기 조건으로 BSSK58 히알루로니다아제를 처리한 결과, 6시간 반응 시 콘드로이틴 설페이트(소의 기관 또는 상어 연골 유래)가 저분자 콘드로이틴 설페이트로 분해되었음을 확인할 수 있다(도 12 내지 도 13).In addition, in another embodiment of the present specification, it was confirmed that when BSSK58 hyaluronidase was treated under the above conditions, chondroitin sulfate (derived from bovine trachea or shark cartilage) was decomposed into low-molecular-weight chondroitin sulfate after 6 hours of reaction (Figs. 12 to 13).

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are only intended to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예 1. 페니바실러스 레시듀이Example 1. Phenibacillus Recidui 균주 분리 및 동정Strain isolation and identification

토양 시료로부터 효소(히알루로니다아제) 생산 균주를 분리하기 위해 최소 배지를 사용하여 분리하였다. 최소 배지의 조성은 펩톤 0.1% NaCl 0.5%, KH2PO4 0.02%, KCl 0.02%, Na2HPO4-7H2O 0.14%, 히알루론산 나트륨 0.5%, 한천 2.0%를 첨가한 후에 고압멸균하여 사용하였다.To isolate the enzyme (hyaluronidase) producing strain from soil sample, it was isolated using minimal medium. The composition of minimal medium was peptone 0.1%, NaCl 0.5%, KH 2 PO 4 0.02%, KCl 0.02%, Na 2 HPO 4 -7H 2 O 0.14%, sodium hyaluronate 0.5%, agar 2.0%, and then autoclaved and used.

히알루론산을 분해하는 균주를 선별하기 위해 최소 배지에 희석한 토양 시료를 도말하여 생육한 콜로니를 최소 배지에 이식하여 35℃에서 2~3일간 배양하였다. 그 후, 10% CPC(cetylpyridinium chloride)를 배지 표면에 첨가하여 실온에 두어, 도 2와 같이 clear zone이 형성하는 콜로니를 1차로 선별하였다. 그 후, 효소 활성이 우수한 균주를 2차로 선별하여 동정하였다. 그 후, 동정한 균주의 16S rRNA 염기서열을 분석하였다(솔젠트(주), 대한민국). 그 결과 도 1과 같이 페니바실러스 레시듀이(Peanibacillus residui)로 동정되었고, 페니바실러스 레시듀이 BSSK58(Peanibacillus residui BSSK58)로 명명하였다.To select a strain that decomposes hyaluronic acid, a soil sample diluted in a minimal medium was smeared, and the grown colonies were transplanted to the minimal medium and cultured at 35°C for 2 to 3 days. After that, 10% CPC (cetylpyridinium chloride) was added to the surface of the medium, and the medium was left at room temperature, and colonies forming a clear zone, as shown in Fig. 2, were first selected. After that, strains with excellent enzyme activity were secondarily selected and identified. Thereafter, the 16S rRNA base sequence of the identified strain was analyzed (Solgent Co., Ltd., Republic of Korea). As a result, it was identified as Peanibacillus residui as shown in Fig. 1, and named Peanibacillus residui BSSK58.

실시예 2. 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 안전성 확인Example 2. Safety confirmation of Penebacillus recidui BSSK58 strain

선별한 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 안전성을 확인하기 위해 혈청배지에서 생육시켜 용혈성 독소(hemolysin)의 생성 유무를 확인한 결과, 용혈성 독소를 생성하지 않는 비병원성 세균임을 확인하였다(도 3). 또한 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주가 독소 유전자를 가지고 있는지를 전장 유전체 시퀀싱(full genome sequence)을 통해 확인하였다. Virulencefinder 2.0 버전에서 확인한 결과 7종의 virulence gene은 "No hit found"로 확인되었기에 비병원성 균주로 간주할 수 있었다(도 4).To confirm the safety of the selected Penicillium recidui BSSK58 strain, it was grown in serum medium and the production of hemolytic toxin (hemolysin) was confirmed. As a result, it was confirmed that it is a non-pathogenic bacterium that does not produce hemolytic toxin (Fig. 3). In addition, it was confirmed through full genome sequencing whether the Penicillium recidui BSSK58 strain has a toxin gene. As a result of verification using Virulencefinder version 2.0, seven virulence genes were confirmed as "No hit found", so it could be considered a non-pathogenic strain (Fig. 4).

실시예 3. 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 효소 생산 조건Example 3. Enzyme production conditions of Penicillium residui BSSK58 strain

페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 최적 생산 조건의 배지는 트립톤 1.13%, 소이톤 0.3%, 펩톤 0.57%, NaCl 0.5%, K2HPO4 0.25%, 히알루로네이트 0.5%의 배지이다. 배양 온도는 25℃ 내지 50℃에서 생육하였으며 최적 생산 온도는 35℃에서 45℃이었으며, 배지의 초기 pH는 6.0 내지 8.5이며, 최적 pH는 7.5에서 8.0 이였다(도 5a 및 도 5b). 그리고, 최적 배양 시간은 1일 내지 4일이며 최적 배양은 2~3일임을 확인하였다.The medium for the optimal production conditions of the Penicillium residuei BSSK58 strain is a medium containing 1.13% tryptone, 0.3% soytone, 0.57% peptone, 0.5% NaCl, 0.25% K 2 HPO 4 , and 0.5% hyaluronate. Growth was performed at a culture temperature of 25 to 50°C, the optimal production temperature was 35 to 45°C, the initial pH of the medium was 6.0 to 8.5, and the optimal pH was 7.5 to 8.0 (Fig. 5a and Fig. 5b). In addition, it was confirmed that the optimal culture time was 1 to 4 days, and the optimal culture time was 2 to 3 days.

실시예 4. BSSK58 히알루로니다아제의 정제Example 4. Purification of BSSK58 hyaluronidase

실시예 3에서의 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 배양액에 암모늄 설페이트를 70%(포화농도%)가 되게 처리하여 효소단백질을 침전시켰다. 침전된 히알루로니다아제를 원심분리하여 회수하여 1차로 활성 분획 부분을 모아서 10 mM 인산나트륨 완충용액(pH 7.2)에 용해하였다. 그 후에 동일 완충용액으로 5℃에서 1일간 투석한 효소액을 음이온 교환 수지(Q-sepharose FF, GE healthcare, USA)로 1차 정제하였다. 1차로 활성 분획 부분을 모아서 10 mM 인산나트륨 완충용액(pH 7.2)에 40%(w/v) 암모늄 설페이트를 첨가한 용액으로 투석하였다. 그 후, HIC(hydrophobic interaction chromatography), 즉 butyl sepharose FF(GE healthcare, USA) 컬럼을 이용하여 효소 활성 분획을 모아서 투석한 후에 최종적으로 겔 필터레이션을 하여 순수한 히알루로니다아제가 포함된 용액을 수득하였다. In Example 3, the culture solution of the Penicillium residue BSSK58 strain was treated with ammonium sulfate to 70% (saturation concentration) to precipitate the enzyme protein. The precipitated hyaluronidase was recovered by centrifugation, and the active fraction was first collected and dissolved in a 10 mM sodium phosphate buffer solution (pH 7.2). Thereafter, the enzyme solution was dialyzed with the same buffer solution at 5°C for 1 day, and then purified once using an anion exchange resin (Q-sepharose FF, GE healthcare, USA). The active fraction was first collected and dialyzed against a solution containing 40% (w/v) ammonium sulfate in a 10 mM sodium phosphate buffer solution (pH 7.2). Afterwards, the enzyme active fraction was collected using HIC (hydrophobic interaction chromatography), that is, a butyl sepharose FF (GE healthcare, USA) column, dialyzed, and finally gel filtration was performed to obtain a solution containing pure hyaluronidase.

단백질 정량은 BCA법으로 측정하였으며, 상업적으로 판매하는 키트(Thermo)를 사용하여 제조사가 제공하는 방법을 변형하여 측정하였다. 기준 단백질로 BSA를 2 mg/mL 내지 15.6 μg/mL로 희석하고 분석 단백질을 적절히 희석한 다음 기준 단백질과 분석 단백질을 96 웰 플레이트에 10 μL씩 분주하였다. 단백질 분석 키트의 시약 A와 시약 B를 50:1로 혼합 후 단백질이 분주된 플레이트에 200 μL씩 첨가하고, 37℃에서 30분간 반응 후 560 nm에서 흡광도를 측정하였다. 기준 단백질을 이용하여 표준곡선을 그리고 수식을 이용하여 측정 단백질의 농도를 계산하였다. Native-PAGE 전기영동법으로 최종 정제된 히알루로니다아제의 분자량을 측정한 결과 효소의 분자량은 161 kDa임을 확인하였다(도 6).Protein quantification was measured by the BCA method, and a commercially available kit (Thermo) was used, modifying the method provided by the manufacturer. BSA as a reference protein was diluted to 2 mg/mL to 15.6 μg/mL, and the analyte protein was appropriately diluted. 10 μL of the reference protein and the analyte protein were dispensed into a 96-well plate. Reagent A and reagent B of the protein analysis kit were mixed in a ratio of 50:1, and 200 μL was added to the plate where the protein was dispensed. After reaction at 37°C for 30 minutes, the absorbance was measured at 560 nm. A standard curve was drawn using the reference protein, and the concentration of the measured protein was calculated using a formula. The molecular weight of the finally purified hyaluronidase was measured by Native-PAGE electrophoresis, and the molecular weight of the enzyme was confirmed to be 161 kDa (Fig. 6).

실시예 5. BSSK58 히알루로니다아제의 아미노산 서열 분석Example 5. Amino acid sequence analysis of BSSK58 hyaluronidase

페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 총 게놈 DNA 분석 데이터 중 히알루로니다아제의 아미노산 서열은 실시예 4에서 분리 정제한 단백질의 에드만 시퀀싱(Edman sequencing) 분석을 통하여 얻어진 N 말단 10개의 아미노산 서열 ESPEPDNLLQ(서열번호 4)을 비교 분석하여 확인하였다.Among the total genomic DNA analysis data of the Penicillium residue BSSK58 strain, the amino acid sequence of hyaluronidase was confirmed by comparative analysis with the N-terminal 10 amino acid sequence ESPEPDNLLQ (SEQ ID NO: 4) obtained through Edman sequencing analysis of the protein isolated and purified in Example 4.

또한, 히알루로니다아제의 전장 아미노산 서열을 분석한 결과 서열번호 2의 아미노산 서열을 가짐을 확인하였다. 또한, NCBI/BLAST 소프트웨어에 근거한 아미노산 서열 상동성의 분석은 하기를 나타내었다. 서열번호 2의 아미노산 서열과 최고의 유사성을 갖는 단백질은 Ig-like domain-containing protein과 유사성은 99.9% 였고, NCBI/BLAST 소프트웨어에 근거한 유전자 서열 상동성의 분석은 하기를 나타내었다, 서열번호 3의 뉴클레오타이드 서열에 대한 상동 서열은 없었으며, 이는 서열번호 3의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 히알루로니다아제를 암호화하는 유전자는 신규 유전자임을 확인하였다.In addition, the full-length amino acid sequence of hyaluronidase was analyzed to confirm that it has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. In addition, the analysis of amino acid sequence homology based on NCBI/BLAST software showed the following. The protein with the highest similarity to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 had a similarity of 99.9% with Ig-like domain-containing protein, and the analysis of gene sequence homology based on NCBI/BLAST software showed the following. There was no homologous sequence to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, confirming that the gene encoding hyaluronidase having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 is a novel gene.

실시예 6. BSSK58 히알루로니다아제 최적 활성 조건 확인Example 6. Confirmation of optimal activity conditions for BSSK58 hyaluronidase

실시예 6.1. BSSK58 히알루로니다아제의 최적 pHExample 6.1. Optimal pH of BSSK58 hyaluronidase

상기 실시예 4에서 제조한 히알루로니다아제에 대한 효소의 최적 pH 범위를 조사하기 위한 시험 방법은 3가지의 100 mM 완충액 즉 초산나트륨 완충액(pH 3 내지 pH 6), 인산나트륨 완충액(pH 6 내지 pH 8), 트리스-염산 완충액(pH 7 내지 pH 9), 탄산나트륨 완충액(pH 9 내지 pH 11)을 제조한 후에 이들 완충액에 고분자 히알루론산을 1%가 되게 용해하여 기질 용액을 준비하였다. 효소 반응은 상기 실험예 1과 같은 방법으로 효소의 역가를 측정하였다. 그 결과, 활성 pH 범위는 pH 4 내지 pH 11 이었으며 최적 반응 활성 pH 범위는 pH 8 내지 pH 9 임을 확인하였다(도 7a).In order to investigate the optimal pH range of the enzyme for the hyaluronidase prepared in the above Example 4, a test method was conducted by preparing three 100 mM buffers, namely, sodium acetate buffer (pH 3 to pH 6), sodium phosphate buffer (pH 6 to pH 8), Tris-hydrochloric acid buffer (pH 7 to pH 9), and sodium carbonate buffer (pH 9 to pH 11), and then dissolving high molecular weight hyaluronic acid in these buffers to make 1% to prepare a substrate solution. The enzyme reaction was measured for enzyme activity in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, it was confirmed that the active pH range was pH 4 to pH 11 and the optimal reaction activity pH range was pH 8 to pH 9 (Fig. 7a).

실시예 6.2. BSSK58 히알루로니다아제의 최적의 pH 버퍼 확인Example 6.2. Determination of the optimal pH buffer for BSSK58 hyaluronidase

상기 실시예 4에서 제조한 히알루로니다아제에 대한 효소의 pH 안정성 범위를 조사하기 위한 시험 방법은 3가지의 100 mM 완충액 즉 초산나트륨 완충액(pH 3 내지 pH 6), 인산나트륨 완충액(pH 6 내지 pH 8), 트리스-염산 완충액(pH 7 내지 pH 9), 탄산나트륨 완충액(pH 9 내지 pH 11)을 제조한 후 동결건조된 히알루로니다아제 0.1 mg을 각각의 완충액 10 mL에 용해하였다. 그리고 4℃ 냉장고에서 24시간 동안 처리한 후에 효소 반응은 상기 실험예 1과 같은 방법으로 효소의 역가를 측정하였다. 그 결과, 안정성을 갖는 pH 범위는 pH 4 내지 pH 11 이었으며 최고의 안정성 pH를 나타내는 버퍼는 100 mM 인산나트륨완충액의 pH 9 이었다(도 7b).In order to investigate the pH stability range of the hyaluronidase prepared in the above Example 4, a test method was conducted by preparing three 100 mM buffers, namely, sodium acetate buffer (pH 3 to pH 6), sodium phosphate buffer (pH 6 to pH 8), Tris-HCl buffer (pH 7 to pH 9), and sodium carbonate buffer (pH 9 to pH 11), and then dissolving 0.1 mg of freeze-dried hyaluronidase in 10 mL of each buffer. Then, after treatment in a refrigerator at 4°C for 24 hours, the enzyme reaction was measured for enzyme activity in the same manner as in Experimental Example 1. As a result, the pH range with stability was pH 4 to pH 11, and the buffer showing the highest stable pH was pH 9 of 100 mM sodium phosphate buffer (Fig. 7b).

실시예 6.3. BSSK58 히알루로니다아제의 최적 온도Example 6.3. Optimal temperature of BSSK58 hyaluronidase

상기 실시예 4에서 제조한 히알루로니다아제에 대한 효소반응의 최적 온도 범위를 조사하기 위한 시험 방법으로 히알루로니다아제를 100 mM 인산나트륨 완충액에 용해한 후에 25℃에서 60℃에서 반응시킨 결과, 최적온도는 50℃였다(도 8a).As a test method to investigate the optimal temperature range for the enzymatic reaction of hyaluronidase manufactured in the above Example 4, hyaluronidase was dissolved in a 100 mM sodium phosphate buffer and reacted at 25°C to 60°C, and the optimal temperature was 50°C (Fig. 8a).

실시예 6.4. BSSK58 히알루로니다아제의 효소의 열 안정성Example 6.4. Enzyme thermal stability of BSSK58 hyaluronidase

상기 실시예 4에서 제조한 히알루로니다아제에 대한 열 안정성을 조사하기 위한 실험 방법으로 히알루로니다아제를 100 mM 인산나트륨 완충액에 용해한 후에 50℃, 60℃에서 1시간에서 5시간 열처리하였다. 그리고 80℃에서는 10분에서 50분간 열처리한 후에 냉각시켰다. 그리고 상기와 같은 방법으로 실시하여 효소의 역가를 측정하였다. 그 결과, 도 8b와 같이 50℃에서 1시간 열처리하면, 효소활성이 60%, 60℃에서 5시간 열처리하면 효소활성이 40%정도 남아있고, 80℃에서는 10분만에 거의 활성이 상실되었다. 따라서 효소 반응을 중지시킬 경우에 80℃에서 20분간 열처리하면 효소 역가가 완전히 상실되므로 반응 산물에 대한 피해를 최소한으로 줄일 수 있다.In order to investigate the heat stability of the hyaluronidase manufactured in the above Example 4, the hyaluronidase was dissolved in a 100 mM sodium phosphate buffer, and then heat-treated at 50°C and 60°C for 1 to 5 hours. Then, the heat treatment was performed at 80°C for 10 to 50 minutes, and then cooled. The enzyme activity was measured using the same method as above. As a result, as shown in Fig. 8b, when the heat treatment was performed at 50°C for 1 hour, 60% of the enzyme activity remained, and when the heat treatment was performed at 60°C for 5 hours, about 40% of the enzyme activity remained, and at 80°C, almost all the activity was lost in 10 minutes. Therefore, when the enzyme reaction is stopped, if the heat treatment is performed at 80°C for 20 minutes, the enzyme activity is completely lost, so that the damage to the reaction product can be minimized.

실시예 6.5. 히알루로니다아제의 효소 반응속도상수 분석Example 6.5. Analysis of enzyme reaction rate constant of hyaluronidase

효소 반응은 상기 실험예 1과 같은 방법으로 실시하여 효소 반응속도 상수를 분석하였다. 히알루로니다아제 효소의 최적 기질 농도는 1%까지는 저해가 없으며, 콘드로이티나아제로서 효소 활성을 나타내는 최적 기질 농도는 10%까지 저해가 없으며 그 이상의 농도는 점도가 높아 용해하기가 곤란하여 생략하였다.The enzyme reaction was performed in the same manner as in Experimental Example 1 above, and the enzyme reaction rate constant was analyzed. The optimal substrate concentration for hyaluronidase enzyme is that there is no inhibition up to 1%, and the optimal substrate concentration for chondroitinase enzyme activity is that there is no inhibition up to 10%. Concentrations higher than that are difficult to dissolve due to high viscosity, and thus were omitted.

히알루로니다아제의 효소반응속도 상수 분석한 결과 Km 값이 28.38 mM/mL로 기질에 대한 친화성을 나타내었으며, Vm는 5.78 mM/mL/min으로 효소 반응속도를 나타냈다(도 9).As a result of analyzing the enzyme reaction rate constant of hyaluronidase, the Km value was 28.38 mM/mL, indicating affinity for the substrate, and the Vm was 5.78 mM/mL/min, indicating the enzyme reaction rate (Figure 9).

또한, 소의 기관 유래 콘드로이틴 설페이트의 경우 Km 값이 4.93 mM/mL/min로 기질에 대한 친화성을 나타내었으며, Vm는 1.12 mM/mL/min으로 효소 반응속도를 나타내었으며, 상어 연골 유래의 콘드로이틴 설페이트의 경우 Km 값이 8.06 mM/mL/min로 기질에 대한 친화성을 나타내었으며, Vm는 6.78 mM/mL/min으로 효소 반응속도를 나타냈다(도 10a 및 도 10b).In addition, in the case of bovine tracheal-derived chondroitin sulfate, the Km value was 4.93 mM/mL/min, indicating affinity for the substrate, and the Vm was 1.12 mM/mL/min, indicating enzymatic reaction rate, and in the case of shark cartilage-derived chondroitin sulfate, the Km value was 8.06 mM/mL/min, indicating affinity for the substrate, and the Vm was 6.78 mM/mL/min, indicating enzymatic reaction rate (Fig. 10a and Fig. 10b).

실험방법 1. 히알루로니다아제의 활성시험법(역가)Experimental method 1. Hyaluronidase activity test (titer)

실험방법 1.1. 작용 및 원리Experimental method 1.1. Function and principle

본 시험방법은 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 배양물에서 얻어진 히알루로니다아제의 역가를 측정하는 방법이다. 역가시험은 pH 8.0, 온도 35℃에서 고분자 히알루론산(sodium hyaluronate) 기질을 60분간 가수분해를 시켜서 생성된 N-아세틸글루코사민(N-acetyl glucosamine)을 p-DMAB(p-dimethylaminobenzaldehyde) 발색시액과 반응시켜 흡광도 측정법으로 측정하였다.This test method is a method for measuring the activity of hyaluronidase obtained from a culture of Penicillium residue BSSK58 strain. The activity test was performed by hydrolyzing a high molecular weight hyaluronic acid (sodium hyaluronate) substrate at pH 8.0 and a temperature of 35℃ for 60 minutes, producing N-acetyl glucosamine, which was then reacted with p- DMAB ( p -dimethylaminobenzaldehyde) color developing solution and measuring the absorbance using the absorbance measurement method.

실험방법 1.2. 시험 용액의 조제Experimental Method 1.2. Preparation of Test Solution

검체를 일정량 취하여 1 mL 당 30 unit 내지 70 unit을 함유하도록 희석하여 시험액을 제조하였다. 그리고 완충액을 이용하여 희석하였다. 효소 공시험용액은 검체를 수욕상에서 10분간 가열하여 비활성화시켜 제조하였다.A certain amount of the sample was taken and diluted to contain 30 to 70 units per mL to prepare a test solution. The solution was then diluted using a buffer solution. The enzyme blank test solution was prepared by inactivating the sample by heating it in a water bath for 10 minutes.

실험방법 1.3.Experimental method 1.3. 시험 조작Test manipulation

미리 기질 용액 2 mL을 15 mL 튜브에 정확하게 넣어 시험 30분 전에 30℃ 항온 수조에 항온시켜 준비하였다. 준비한 기질 용액에 시험 용액과 효소공시험용액을 각각 0.2 mL을 넣은 후에 35℃의 항온 수조에 넣어 100 rpm에서 정확하게 60분간 반응 후 칼륨테트라붕산염4수화물 용액 0.44 mL을 가하여 혼합하였다. 그리고 수욕상에서 5분간 가열 후 얼음물에서 5분간 냉각시킨다. 2 mL 튜브에 미리 준비한 p-DMAB 발색시액 1.5 mL에 반응액 0.3 mL을 넣어 잘 혼합해준 후 37℃의 항온수조에서 20분간 반응하였다. 반응액을 10,000xg에서 10분간 원심분리한 후 상등액을 취하여 20분안에 액층 1 cm, 파장 585 nm에서 흡광도를 각각 측정하여 검량선에서 N-아세틸글루코사민의 농도(μmol)를 구하였다.In advance, 2 mL of the substrate solution was precisely placed in a 15 mL tube and incubated in a 30°C constant temperature water bath 30 minutes before the test. 0.2 mL of the test solution and the enzyme blank test solution were each added to the prepared substrate solution, placed in a 35°C constant temperature water bath, and reacted at 100 rpm for exactly 60 minutes. Then, 0.44 mL of potassium tetraborate tetrahydrate solution was added and mixed. Then, it was heated in a water bath for 5 minutes and cooled in ice water for 5 minutes. 0.3 mL of the reaction solution was added to 1.5 mL of the p -DMAB color developing solution prepared in advance in a 2 mL tube, mixed well, and reacted in a 37°C constant temperature water bath for 20 minutes. After centrifuging the reaction solution at 10,000 × g for 10 minutes, the supernatant was collected and the absorbance was measured at 1 cm of liquid layer and 585 nm within 20 minutes, and the concentration (μmol) of N-acetylglucosamine was obtained from the calibration curve.

실험방법 1.4. 검량선의 작성Experimental Method 1.4. Preparation of Calibration Curve

미리 건조 항량시킨 N-아세틸글루코사민을 정밀하게 무게를 달아 인산완충액에 희석하여 3,000 μmol로 제조하였다. 상기 제조된 용액을 사용하여 25, 50, 100, 200, 300 μmol의 표준 용액을 각각 조제하여 15 mL 튜브에 2 mL씩 정확하게 넣어 준비하였다. 준비한 표준용액에 칼륨테트라붕산염4수화물 용액 0.4 mL을 가하여 혼합한 후, 수욕상에서 5분간 가열 후 얼음물에서 5분간 냉각시켰다. 2 mL 튜브에 미리 준비한 p-DMAB 발색시액 1.5 mL에 반응액 0.3 mL을 넣어 잘 혼합해준 다음 35℃의 항온수조에서 20분간 반응하였다. 반응액을 10,000xg에서 10분간 원심분리한 후 상등액을 취하여 20분안에 액층 1 cm, 파장 585 nm에서 흡광도를 각각 측정하여 N-아세틸글루코사민의 농도(μmol)에 대한 검량선을 작성하였다.The pre-dried, constant-weight N-acetylglucosamine was precisely weighed and diluted in phosphate buffer to prepare 3,000 μmol. Using the prepared solution, standard solutions of 25, 50, 100, 200, and 300 μmol were respectively prepared and 2 mL each was precisely added to 15 mL tubes to prepare them. 0.4 mL of potassium tetraborate tetrahydrate solution was added to the prepared standard solution, mixed, heated in a water bath for 5 minutes, and cooled in ice water for 5 minutes. 0.3 mL of the reaction solution was added to 1.5 mL of the pre-prepared p -DMAB color developing reagent in a 2 mL tube, mixed well, and reacted in a constant-temperature water bath at 35°C for 20 minutes. The reaction solution was centrifuged at 10,000 × g for 10 minutes, the supernatant was collected, and the absorbance was measured at 1 cm of liquid layer and 585 nm within 20 minutes to create a calibration curve for the concentration (μmol) of N-acetylglucosamine.

다음의 계산식에 따라서 효소제의 역가를 구하였다:The enzyme activity was calculated according to the following formula:

[수학식 1][Mathematical Formula 1]

효소 단위(μmol/mL)= (A x D)/(T x S x W)Enzyme Units (μmol/mL) = (A x D)/(T x S x W)

A: 검량선에서 얻은 시험용액의 N-아세틸글루코사민의 농도(μmol)A: Concentration of N-acetylglucosamine in the test solution obtained from the calibration curve (μmol)

이 때, 시험 용액의 N-아세틸글루코사민의 농도는 시험용액의 흡광도에서 효소공시험용액의 흡광도를 뺀 값을 이용하여 계산한다.At this time, the concentration of N-acetylglucosamine in the test solution is calculated by subtracting the absorbance of the enzyme blank test solution from the absorbance of the test solution.

D: 효소의 희석 배수D : Dilution ratio of enzyme

T: 효소반응시간(min)T: Enzyme reaction time (min)

S: 반응에 사용된 기질의 양(mL)S: Amount of substrate used in the reaction (mL)

W: 반응에 사용된 시료의 양(mL)W: Amount of sample used in the reaction (mL)

역가의 정의: 1 Hyaluronidase unit(unit/mL)는 상기 시험 조건하에서 1분간에 1 μmol의 N-아세틸글루코사민을 생성하는 효소의 양이다.Definition of activity: 1 Hyaluronidase unit (unit/mL) is the amount of enzyme that produces 1 μmol of N-acetylglucosamine per minute under the above test conditions.

이 때, 시액은 다음과 같다.At this time, the solution is as follows.

기질용액: 고분자 히알루론산(sodium hyaluronate) 0.25 g에 인산 완충용액 100 mL을 가하여 30℃의 진탕 항온 수조에서 용해시켜 기질용액을 조제하였다. Substrate solution : 0.25 g of high molecular weight hyaluronic acid (sodium hyaluronate) was dissolved in 100 mL of phosphate buffer solution in a shaking constant temperature water bath at 30°C to prepare a substrate solution.

인산 완충용액(100 mM sodium phosphate buffer(150 mM NaCl 포함), pH 8.0) Phosphate buffer solution (100 mM sodium phosphate buffer (containing 150 mM NaCl), pH 8.0)

칼륨테트라붕산염4수화물용액(0.8 M potassium tetraborate tetrahydrate, pH 10.0): 칼륨테트라붕산염4수화물(Na2B4K2O74H2O, MW:305.5) 244.4 g에 700 mL의 증류수를 넣어 가열하여 용해한 다음, 24시간 후 완전히 용해되면, 증류수를 넣어 1 L가 되도록 하여 차광하여 보관하였다. 사용 시 35℃의 항온수조에서 예비가열하여 사용하였다. Potassium tetraborate tetrahydrate solution (0.8 M potassium tetraborate tetrahydrate, pH 10.0): Add 700 mL of distilled water to 244.4 g of potassium tetraborate tetrahydrate (Na 2 B 4 K 2 O 7 4H 2 O, MW: 305.5), heat to dissolve, and after 24 hours, when it is completely dissolved, add distilled water to make 1 L, and store in a dark place. Preheat in a constant temperature water bath at 35℃ before use.

p -DMAB 발색시액(p-dimethylaminobenzaldehyde): 10 M HCl 12.5 mL을 아세트산 80 mL에 넣어 혼합한 다음, 아세트산을 넣어 100 mL이 되도록 한 용액에 p-디메칠아미노벤즈알데하이드 10 g을 첨가하고 용해하여 발색시약 원액을 준비하였다. 발색 시약 원액 10 mL에 아세트산 90 mL을 넣어 p-DMAB 발색시액으로 이용하였다. 발색시액은 시험 당일 제조, 차광하여 사용하였다. p -DMAB color developing solution ( p -dimethylaminobenzaldehyde): 12.5 mL of 10 M HCl was mixed with 80 mL of acetic acid, and 10 g of p -dimethylaminobenzaldehyde was added to the solution to make 100 mL with acetic acid, and dissolved to prepare a stock solution of the color developing reagent. 90 mL of acetic acid was added to 10 mL of the stock solution of the color developing reagent and used as a p -DMAB color developing solution. The color developing solution was prepared on the day of the test and used in a light-shielded manner.

실시예 7. 히알루로니다아제의 다양한 다당류에 대한 분해능Example 7. Degradation ability of hyaluronidase on various polysaccharides

상기 실시예 4에서 제조한 히알루로니다아제를 사용하여 콘드로이틴 설페이트(상어 연골 유래, sigma), 콘드로이틴 설페이트(소의 기관 유래, sigma), 헤파린나트륨(sigma), 알기네이트(sigma), 크산탄(sigma) 또는 아가로즈(sigma)를 촉매적으로 분해능을 다음과 같이 실험을 수행하였다.The following experiment was conducted to determine the catalytic decomposition ability of chondroitin sulfate (derived from shark cartilage, sigma), chondroitin sulfate (derived from bovine trachea, sigma), heparin sodium (sigma), alginate (sigma), xanthan (sigma), or agarose (sigma) using the hyaluronidase prepared in Example 4.

콘드로이틴 설페이트(상어 연골 유래), 콘드로이틴 설페이트(소의 기관 유래), 헤파린나트륨, 알기네이트, 크산탄 및 아가로즈를 250 mM 인산나트륨 완충액에 10 mg/mL로 용해하여 기질 용액을 준비하였다. 히알루로니다아제 효소용액은 350 unit/mL로 조제하였다. 반응은 기질용액 100 μL에 증류수 600 μL와 인산나트륨 완충액 200 μL 그리고 효소용액 100 μL를 첨가한 후에 35℃에서 150 rpm으로 교반, 12시간 반응시켰다. 효소 반응을 중지하기 위해서 100℃에서 10분간 처리한 다음에 얼음물에서 10분간 냉각시켰다. 그리고 침전물을 제거하기 위해 15,000g, 4℃에서 15분간 원심분리하여 상등액만 얻었다.Chondroitin sulfate (from shark cartilage), chondroitin sulfate (from bovine trachea), heparin sodium, alginate, xanthan gum, and agarose were dissolved in 250 mM sodium phosphate buffer at 10 mg/mL to prepare a substrate solution. The hyaluronidase enzyme solution was prepared at 350 units/mL. The reaction was performed by adding 600 μL of distilled water, 200 μL of sodium phosphate buffer, and 100 μL of enzyme solution to 100 μL of the substrate solution, and stirring at 150 rpm at 35°C for 12 hours. To stop the enzyme reaction, the mixture was treated at 100°C for 10 minutes and then cooled in ice water for 10 minutes. Then, to remove the precipitate, centrifugation was performed at 15,000 g and 4°C for 15 minutes to obtain only the supernatant.

그 상등액을 흡광도 232 nm에서 불활성화 시킨 효소액을 첨가한 반응액을 대조군으로 하여 흡광도를 측정한 결과는 표 1과 같이 콘드로이틴 설페이트(상어 연골 유래), 콘드로이틴 설페이트(소의 기관 유래), 헤파린나트륨, 알기네이트, 크산탄를 촉매적으로 분해하였지만 아가로즈는 분해시키지 못했다.The results of measuring the absorbance using the reaction solution containing the enzyme solution inactivated at an absorbance of 232 nm as a control group are shown in Table 1. Chondroitin sulfate (derived from shark cartilage), chondroitin sulfate (derived from bovine trachea), sodium heparin, alginate, and xanthan gum were catalytically decomposed, but agarose was not decomposed.

기질(substrate)substrate 히알루로니다아에 의한 분해능Decomposition by hyaluronidase 고분자 히알루론산High molecular weight hyaluronic acid ++++++ 콘드로이틴 설페이트(상어연골, sigma)Chondroitin sulfate (shark cartilage, sigma) ++++++ 콘드로이틴 설페이트(소의 기관, sigma)Chondroitin sulfate (bovine trachea, sigma) ++++++ 헤파린나트륨(sigma)Heparin sodium (sigma) ++ 알기네이트(sigma)Alginate (sigma) ++ 크산탄(sigma)Xanthan (sigma) ++++ 아가로즈(sigma)Agarose (sigma) --

실시예 8. 히알루로니다아제의 금속이온 및 킬레이트 시약에 대한 영향Example 8. Effect of hyaluronidase on metal ions and chelating agents

실시예 4에서 제조한 히알루로니다아제의 금속이온에 대한 활성 변화를 관찰하였다. 히알루로니다아제를 35 μ/mL의 농도로 증류수에 용해한다. 각종 금속이온의 농도는 10 mM로 조제하였다. 히알루로니다아제 용액과 10 mM 금속이온 용액을 1:1로 혼합하여 35℃에서 150 rpm으로 1시간 동안 교반 처리한 후에 히알루로니다아제 역가 측정법으로 활성을 측정하였다. 그 결과, 표 2와 같이 은이온, 철이온, 구리이온에 의해 효소 활성이 저해되었으며, 반면, 칼슘이온, 니켈이온, 바륨이온, 마그네슘, EDTA에 의해 효소 활성이 촉진되었다.The activity change of hyaluronidase manufactured in Example 4 in response to metal ions was observed. Hyaluronidase was dissolved in distilled water at a concentration of 35 μ/mL. The concentration of various metal ions was adjusted to 10 mM. The hyaluronidase solution and the 10 mM metal ion solution were mixed in a 1:1 ratio and stirred at 35°C for 1 hour at 150 rpm, and then the activity was measured using the hyaluronidase titer measurement method. As a result, as shown in Table 2, the enzyme activity was inhibited by silver ions, iron ions, and copper ions, whereas calcium ions, Enzyme activity was stimulated by nickel ions, barium ions, magnesium, and EDTA.

시료Sample Relative activity(%)Relative activity(%) 대조군Control group 100100 은이온(Ag2+)Silver ion (Ag 2+ ) 66 니켈이온(Ni2+)Nickel ion (Ni 2+ ) 122122 철이온(Fe2+)Iron ion (Fe2 + ) 4646 바륨이온(Ba2+)Barium ion (Ba2 + ) 128128 칼슘이온(Ca2+)Calcium ion (Ca2 + ) 173173 아연이온(Zn2+)Zinc ion (Zn 2+ ) 8585 구리이온(Cu2+)Copper ion (Cu2 + ) 2727 망간이온(Mn2+)Manganese ion (Mn 2+ ) 100100 마그네슘이온(Mg2+)Magnesium ion (Mg 2+ ) 128128 칼륨이온(K+)Potassium ion (K + ) 9595 나트륨이온(Na+)Sodium ion (Na + ) 100100 EDTAEDTA 116116

실시예 9. 저분자 히알루론산 및 저분자 황산산콘드로이틴의 제조Example 9. Preparation of low-molecular-weight hyaluronic acid and low-molecular-weight chondroitin sulfate

실시예 4에서 제조된 히알루로니다아제를 35 unit/mL로 제조하여 사용하였으며, 효소 반응을 위해 기질농도는 고분자 히알루론산의 경우 1%, 콘드로이틴 설페이트의 경우 10%로 하여 기질용액량에 10%(v/v)의 효소액을 첨가하여 35℃에서 200 rpm으로 교반하면서 수행하였다. 히알루로니다아제 반응시간에 따른 고분자 히알루론산 및 콘드로이틴 설페이트의 분해 과정을 도 11 내지 도 13에 나타내었다. 이때, HPLC 분석은 GPC(OHpak SB-804 HQ, SHodex, Japan) 컬럼을 사용하여 자외선 흡광도 210 nm에서 수행하였고, 이동상은 10 mM 인산나트륨 완충액을 사용하였으며, 유속은 0.7 mL/min에서 측정하였다. The hyaluronidase manufactured in Example 4 was used at 35 unit/mL, and the substrate concentration for the enzymatic reaction was 1% for high molecular weight hyaluronic acid and 10% for chondroitin sulfate, and 10% (v/v) of the enzyme solution was added to the substrate solution, and the reaction was performed at 35°C with stirring at 200 rpm. The decomposition process of high molecular weight hyaluronic acid and chondroitin sulfate according to the hyaluronidase reaction time is shown in Figs. 11 to 13. At this time, HPLC analysis was performed using a GPC (OHpak SB-804 HQ, SHodex, Japan) column at an ultraviolet absorbance of 210 nm, a 10 mM sodium phosphate buffer solution was used as the mobile phase, and the flow rate was measured at 0.7 mL/min.

실시예 10. 재조합 히알루로니다아제의 발현Example 10. Expression of recombinant hyaluronidase

실시예 10.1. 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 염색체 DNA 추출Example 10.1. Chromosomal DNA extraction of Penebacillus recidui strain BSSK58

실시예 1에서의 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 염색체 DNA를 TRIzolTM(Sigma, USA)을 이용하여 추출하였다. 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주의 배양액 1 mL을 6,000 rpm에서 5분간 원심분리한 후 상등액을 제거하고 Trizol 시약 1 mL을 첨가한 다음 현탁 후 상온에서 5분간 반응하였다. 클로로포름 0.2 mL을 첨가하고 상온에서 2분간 반응 후 4℃, 12,000xg에서 15분간 원심분리한 다음 중간층 위의 수성상(aqueous phase)를 제거하였다. 100% 에탄올 0.3 mL을 첨가한 다음 혼합하고 상온에서 2분간 반응 후 4℃, 2,000xg에서 5분간 원심분리하고 상등액을 제거하였다.The chromosomal DNA of the Penicillium residui BSSK58 strain in Example 1 was extracted using TRIzol TM (Sigma, USA). 1 mL of the culture solution of the Penicillium residui BSSK58 strain was centrifuged at 6,000 rpm for 5 minutes, the supernatant was removed, 1 mL of Trizol reagent was added, the suspension was reacted at room temperature for 5 minutes, 0.2 mL of chloroform was added, the mixture was reacted at room temperature for 2 minutes, centrifuged at 4°C and 12,000×g for 15 minutes, and the aqueous phase on the middle layer was removed. 0.3 mL of 100% ethanol was added, mixed, and the mixture was reacted at room temperature for 2 minutes, centrifuged at 4°C and 2,000×g for 5 minutes, and the supernatant was removed.

그 후, 10% 에탄올이 첨가된 0.1 M 시트르산 나트륨(pH 8.5) 1 mL로 펠릿을 재현탁하고 상온에서 30분간 반응 후 4℃, 2,000xg에서 5분간 원심분리한 다음 상등액을 제거하였다. 또 다시 10% 에탄올이 첨가된 0.1 M 시트르산 나트륨(pH 8.5) 1 mL로 펠릿을 재현탁하고 상온에서 30분간 반응 후 4℃, 2,000xg에서 5분간 원심분리한 다음 상등액을 제거하였다. 75% 에탄올 1.5 mL로 펠릿을 재현탁하고 상온에서 20분간 반응 후 4 ℃, 2,000xg에서 5분간 원심분리한 다음 상등액을 제거하였다. 펠릿을 5분간 말리고 0.3 mL의 8 mM NaOH로 용해한 후 4℃, 12,000xg에서 10분간 원심분리한 다음 상등액을 새로운 튜브에 옮기고 HEPES 완충용액을 이용하여 중화시켰다.After that, the pellet was resuspended in 1 mL of 0.1 M sodium citrate (pH 8.5) containing 10% ethanol, reacted at room temperature for 30 minutes, centrifuged at 4°C, 2,000×g for 5 minutes, and the supernatant was removed. Again, the pellet was resuspended in 1 mL of 0.1 M sodium citrate (pH 8.5) containing 10% ethanol, reacted at room temperature for 30 minutes, centrifuged at 4°C, 2,000×g for 5 minutes, and the supernatant was removed. The pellet was resuspended in 1.5 mL of 75% ethanol, reacted at room temperature for 20 minutes, centrifuged at 4°C, 2,000×g for 5 minutes, and the supernatant was removed. The pellet was dried for 5 minutes, dissolved in 0.3 mL of 8 mM NaOH, centrifuged at 4°C, 12,000 × g for 10 minutes, and the supernatant was transferred to a new tube and neutralized with HEPES buffer.

실시예 10.2. 히알루로니다아제 유전자 증폭Example 10.2. Amplification of hyaluronidase gene

PCR(polymerase chain reaction)을 이용하여 히알루로니다아제 유전자를 증폭하였다. 상기 실시예 10.1에서 추출한 DNA를 주형으로 하였고 상기 실시예 5의 전장 유전체 시퀀싱(Whole genome sequencing, WGS) 결과를 이용하여 표 3의 프라이머를 설계하였다. 설계한 프라이머는 주문합성(마크로젠, 대한민국)하여 사용하였다. PCR 반응은 총 50 μL로 하였고 주형 DNA 1 μL, 10 pmol/μL의 Forward 프라이머, Reverse 프라이머를 각각 2 μL, 2Х PCR 마스터 믹스(HighQu GmbH, 독일) 25 μL, 멸균 증류수 20 μL를 혼합하여 반응하였다. PCR 반응 조건은 95℃에서 10분 반응 후 95℃에서 1분, 58℃에서 1분, 72℃에서 4분 반응을 30 cycle 실시하고, 72℃에서 10분 후 4℃로 반응을 종료하였다. 그 결과, PCR 수행 후 증폭된 유전자를 3,000 bp 이상에 해당하는 밴드로 확인할 수 있었다(도 14).The hyaluronidase gene was amplified using PCR (polymerase chain reaction). The DNA extracted in the above Example 10.1 was used as a template, and the primers in Table 3 were designed using the whole genome sequencing (WGS) results of the above Example 5. The designed primers were custom synthesized (Macrogen, Korea) and used. The PCR reaction was performed in a total of 50 μL, and 1 μL of template DNA, 2 μL each of 10 pmol/μL forward and reverse primers, 25 μL of 2Х PCR master mix (HighQu GmbH, Germany), and 20 μL of sterile distilled water were mixed for the reaction. The PCR reaction conditions were as follows: 95°C for 10 minutes, followed by 30 cycles of 95°C for 1 minute, 58°C for 1 minute, and 72°C for 4 minutes, and the reaction was terminated at 72°C for 10 minutes and then 4°C. As a result, the amplified gene after PCR was confirmed as a band corresponding to 3,000 bp or more (Fig. 14).

프라이머Primer 염기서열Base sequence ForwardForward SK58_Nhe_I_5SK58_Nhe_I_5 5'-TTTGCTAGCATGATTCCAAGGAAATGGTTTTCCG-3'(서열번호 5) 5'-TTT GCTAGC ATGATTCCAAGGAAATGGTTTTCCG-3' (SEQ ID NO: 5) ReverseReverse SK58_Xho_I_3SK58_Xho_I_3 5'-TTTTCTCGAGATCACCGTTCTTCGGACCG-3'(서열번호 6)5'-TTTT CTCGAG ATCACCGTTCTTCGGACCG-3' (SEQ ID NO: 6)

실시예 10.3. 재조합 벡터 제작Example 10.3. Production of recombinant vector

PCR 반응을 통해 얻어진 히알루로니다아제 유전자를 재조합 대장균에서 발현시키기 위하여 재조합 벡터를 제작하였다. 상기 실시예 10.2에서의 증폭된 히알루로니다아제 유전자를 pLUG-Prime®(인트론바이오, 대한민국)에 TA 클로닝 한 후 Nhe I, Xho I 제한효소를 처리하고 히알루로니다아제 유전자를 분리, 정제하였다. 대장균용 발현 벡터인 pET24a(Merck, Germany)도 같은 제한효소를 처리한 후 분리, 정제하고 제한효소가 처리된 히알루로니다아제 유전자를 DNA 리가아제를 이용하여 결합(ligation)시켜 pET24a/BSSK58 재조합 벡터를 제작하였다(도 15).In order to express the hyaluronidase gene obtained through PCR reaction in recombinant E. coli, a recombinant vector was constructed. The amplified hyaluronidase gene in Example 10.2 was TA cloned into pLUG-Prime ® (Intron Bio, Korea), and then treated with Nhe I and Xho I restriction enzymes, and the hyaluronidase gene was isolated and purified. pET24a (Merck, Germany), an expression vector for E. coli, was also treated with the same restriction enzymes, and then isolated and purified. The hyaluronidase gene treated with the restriction enzyme was ligated using DNA ligase to construct the pET24a/BSSK58 recombinant vector (Fig. 15).

실시예 10.4. 재조합 단백질 발현 및 정제Example 10.4. Expression and purification of recombinant proteins

BL21(DE3) 대장균세포를 이용하여 재조합 히알루로니다아제를 발현시켰다. 대장균 BL21(DE3)를 상기 실시예 10.3의 재조합 벡터로 형질전환 시키고 카나마이신(kanamycin)이 포함된 LB(Luria-bertani) 액체 배지에 OD600 값이 0.6 이상 될 때까지 배양한 후 IPTG(Isopropyl-β-D-thio-Galactoside)를 1 mM이 되도록 첨가하였다. 30℃에서 하룻밤 동안 배양한 후 원심분리를 하여 형질전환된 대장균세포를 회수한 다음 상등액을 제거하였다. 형질전환된 대장균세포에서 발현된 재조합 히알루로니다아제 단백질을 친화성 크로마토그래피(Affinity Chromatography)를 이용하여 정제하였다.Recombinant hyaluronidase was expressed using BL21(DE3) E. coli cells. E. coli BL21(DE3) was transformed with the recombinant vector of Example 10.3 and cultured in LB (Luria-bertani) liquid medium containing kanamycin until the OD600 value was 0.6 or higher, and IPTG (Isopropyl-β-D-thio-Galactoside) was added to 1 mM. After culturing overnight at 30°C, the transformed E. coli cells were recovered by centrifugation and the supernatant was removed. The recombinant hyaluronidase protein expressed in the transformed E. coli cells was purified using affinity chromatography.

상기 수확한 세포를 인산완충용액(20 mM sodium phosphate, 500 mM NaCl, 20 mM Imidazole(pH 7.2))에 재현탁하고 20회 초음파 처리를 통하여 세포를 파쇄하였다. 파쇄한 세포를 13,000 rpm에서 20분간 원심분리한 후 상등액을 회수하고 0.45 μM 실린지 필터(Sartorius, 독일)로 여과하였다. 인산완충용액으로 평형화된 HiScreenTM Ni FF 컬럼(GE Healthcare, UK)에 세포 파쇄액을 흘려주어 재조합 단백질이 컬럼에 부착하도록 하고 인산완충용액을 흘려주어 미결합된 단백질을 제거한 다음 용출 완충액(20 mM sodium phosphate, 500 mM NaCl, 500 mM Imidazole(pH 7.2))을 농도구배로 흘려주어 재조합 히알루로니다아제를 용출하였다. SDS-PAGE로 정제한 단백질을 확인한 결과 약 170 kDa의 단백질이 확인되었다(도 16).The harvested cells were resuspended in phosphate buffer solution (20 mM sodium phosphate, 500 mM NaCl, 20 mM Imidazole (pH 7.2)) and sonicated 20 times to disrupt the cells. The disrupted cells were centrifuged at 13,000 rpm for 20 minutes, the supernatant was recovered, and filtered through a 0.45 μM syringe filter (Sartorius, Germany). The cell disruption solution was applied to a HiScreen TM Ni FF column (GE Healthcare, UK) equilibrated with phosphate buffer solution to allow the recombinant protein to attach to the column, and the phosphate buffer solution was applied to remove unbound protein, and then the elution buffer (20 mM sodium phosphate, 500 mM NaCl, 500 mM Imidazole (pH 7.2)) was applied in a gradient to elute the recombinant hyaluronidase. As a result of checking the purified protein by SDS-PAGE, a protein of approximately 170 kDa was confirmed (Fig. 16).

실시예 10.5. 재조합 단백질의 히알루로니다아제 활성 측정Example 10.5. Measurement of hyaluronidase activity of recombinant proteins

상기 실시예 10.4의 형질전환된 대장균세포를 원심분리로 회수하고 인산완충용액(PBS, Phosphate buffed saline(pH 7.2))으로 현탁 후 세포를 파쇄하였다. 파쇄한 세포를 13,000 rpm에서 20분간 원심분리하여 상등액을 회수하였다. 효소의 활성은 1% 기질인 고분자 히알루론산 용액 1 mL에 상등액 0.1 mL을 첨가하여, 35℃에서 1시간동안 150 rpm에서 반응하였다. 반응이 끝나면 80℃에서 20분간 효소 활성을 불활성화 시키고 232 nm에서 흡광도를 측정하였다.The transformed E. coli cells of Example 10.4 above were recovered by centrifugation, suspended in phosphate buffered saline (PBS, pH 7.2), and the cells were disrupted. The disrupted cells were centrifuged at 13,000 rpm for 20 minutes, and the supernatant was recovered. The enzyme activity was tested by adding 0.1 mL of the supernatant to 1 mL of a 1% substrate high molecular weight hyaluronic acid solution, and reacting at 35°C for 1 hour at 150 rpm. After the reaction was completed, the enzyme activity was inactivated at 80°C for 20 minutes, and the absorbance was measured at 232 nm.

그 결과, 형질전환된 세포에서 수득한 효소의 활성이 형질전환되지 않은 세포의 상등액(히알루로니다아제 미 포함)의 활성보다 높게 나타남을 확인하였다(도 17). 실험 결과, 대장균에서 생산된 히알루로니다아제는 BSSK58 균주에서 분리된 히알루로니다아제와 동일한 활성을 나타냄을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the activity of the enzyme obtained from the transformed cells was higher than that of the supernatant (without hyaluronidase) from the non-transformed cells (Fig. 17). The experimental results confirmed that the hyaluronidase produced in E. coli exhibited the same activity as the hyaluronidase isolated from the BSSK58 strain.

한국생명공학연구원Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology KCTC15643BPKCTC15643BP 2023101620231016

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Claims (13)

페니바실러스 레시듀이(Paenibacillus residui) BSSK58 균주(기탁번호: KCTC15643BP).Paenibacillus residui strain BSSK58 (Accession number: KCTC15643BP). 제1항에 있어서,
상기 균주의 16s rRNA가 서열번호 1을 포함하는 것을 특징으로 하는, 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주.
In the first paragraph,
A Phenybacillus residue BSSK58 strain, characterized in that the 16s rRNA of the strain comprises sequence number 1.
제1항에 있어서,
상기 균주가 비용혈성인 것을 특징으로 하는, 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주.
In the first paragraph,
A Penibacillus residue BSSK58 strain, characterized in that the strain is non-hemolytic.
서열번호 2로 표시되는 아미노산을 포함하는 효소.An enzyme comprising an amino acid represented by sequence number 2. 제4항에 있어서,
상기 효소는 히알루론산을 분해하는 것을 특징으로 하는, 효소.
In paragraph 4,
The above enzyme is an enzyme characterized in that it decomposes hyaluronic acid.
제4항에 있어서,
상기 효소는 페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주(기탁번호: KCTC15643BP)로부터 수득되는 것인, 효소.
In paragraph 4,
The above enzyme is an enzyme obtained from Penicillium recidui strain BSSK58 (accession number: KCTC15643BP).
제4항에 있어서,
상기 효소가 25℃ 내지 60℃에서 분해 활성을 나타내는 것을 특징으로 하는, 효소.
In paragraph 4,
An enzyme characterized in that the enzyme exhibits decomposition activity at 25°C to 60°C.
제4항에 있어서,
상기 효소가 pH 4.0 내지 pH 11.0에서 분해 활성을 나타내는 것을 특징으로 하는, 효소.
In paragraph 4,
An enzyme characterized in that the enzyme exhibits decomposition activity at pH 4.0 to pH 11.0.
제4항에 있어서,
상기 효소가 은이온, 철이온 및 구리이온으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 분해 활성이 저해되는 것을 특징으로 하는, 효소.
In paragraph 4,
An enzyme characterized in that the decomposition activity of the enzyme is inhibited by any one selected from silver ions, iron ions, and copper ions.
제4항에 있어서,
상기 효소는 콘드로이틴 설페이트, 헤파린나트륨, 알기네이트 또는 크산탄을 분해하는 것을 특징으로 하는, 효소.
In paragraph 4,
The above enzyme is characterized in that it decomposes chondroitin sulfate, heparin sodium, alginate or xanthan.
페니바실러스 레시듀이 BSSK58 균주(기탁번호: KCTC15643BP)를 배양하는 단계; 또는
배양액으로부터 제4항의 효소를 정제하는 단계를 포함하는 효소를 제조하는 방법.
A step of culturing Penicillium residui strain BSSK58 (Accession number: KCTC15643BP); or
A method for producing an enzyme, comprising the step of purifying the enzyme of claim 4 from a culture solution.
고분자 히알루론산에 제4항의 효소를 처리하는 단계를 포함하는 저분자 히알루론산 및 그 염을 제조하는 방법.A method for producing low molecular weight hyaluronic acid and its salt, comprising the step of treating high molecular weight hyaluronic acid with the enzyme of claim 4. 고분자 콘드로이틴 설페이트에 제4항의 효소를 처리하는 단계를 포함하는 저분자 콘드로이틴 및 그 염을 제조하는 방법.A method for producing low-molecular-weight chondroitin and its salts, comprising the step of treating high-molecular-weight chondroitin sulfate with the enzyme of claim 4.
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