Fructosyltransferases 중 하나인 levansucrase는 Zymommas mobilis의 경우 sucrose로부터 levan을 형성하고, Yanase 등과 O'Mullan 등이 3종류의 sucrose 가수분해 효소를 분리하고, 3종 효소 모두가 \( \beta \)-D-fructofuranosidase이며 이중 levansucrase가 levan의 형성에 관여한다고 보고했다. Levansucrase는 E. coli에서 발현시켜 inclusion body로 생산하거나 GRAS 미생물인 효모 Saccharomyces cerevisiae에서 재조합 단백질 형태로 생산하여 식품과 의약품 등 산업적 유용소재로 활용되는 levan을 생산하는데 사용된다.
<p>Levansucrase는 fructosyltransferases의 한 종류로 Zymom-mas mobilis 경우 sucrose로부터 levan을 형성한다. Z. mo-bilis에서 sucrose의 분해는 sucrase ( \( \beta \)-D-fructofuranosidase; EC. 3.2.1. 26)와 levansucrase (sucrase: 2,6- \( \beta \)-D-fructon 6- \( \beta \) -D-fructosyltransferase; EC 2.4.1.10)에 의해서 균체외에서 이루어지지만 주로 levansucrase에 의해 분해가 이루어지는 것으로 알려져 있다. 이때 생성된 fructose로부터 levansucrase의 transfructosylation 반응에 의해 levan이 형성된다. Yanase 등과 O'Mullan 등은 Z. mobilis에서 3종류의 sucrose 가수분해 효소 \{ 균체내 sucrase A (InvA), 균체외 분비성 sucrase B (InvB), 균체외 분비성 levan-sucrase (LevU) \} 를 분리하고, 이 3종류의 효소가 모두 \( \beta \)-D-fructofuranosidase이며 이중 levansucrase가 fructose pol-vmer인 levan의 형성에 관여한다고 보고하였다. 효소에 의해 합성된 levan은 다수의 \( \beta \)-2,6 결합과 소수의 \( \beta \)-2,1 결합으로 이루어진 fructose-homopolymer로서, 식품과 의약품 등 산업적 유용소재로 활용된다.</p> <p>천연 수용성 식이섬유인 levan은 복잡한 생합성 기작에 의한 한정된 생산성과 복잡한 정제 과정으로 인해 다량생산에 어려움이 있다. Levan을 생산할 수 있는 levansucrase는 자연으로부터 직접 얻어서 사용하기에는 그 양이 적다든지, 기능(활성)이 다양하지 못해서 산업적 사용에는 많은 제약이 따른다. Levansucrase 유전자를 E. coli에서 발현시켜 inclu-sion body로 생산될 경우, 고순도로 대량 제조하는 데에는 한계성을 갖고 있다. 따라서, 유전자 재조합 기술을 사용하여 GRAS (Generally recognized as safe) 미생물인 효모 Saccharomyces cerevisiae에서 재조합 단백질 형태로 생산하는 것이 inclusion body를 만드는 E. coli 보다 levan 생산성 향상과 식품소재로서의 안전성 확보 및 기능(활성) 개선에 크게 유리하다.</p> <p>이제까지 levansucrase 유전자는 8종의 Gram 음성 세균 (Acetobacter diaxotrophicus, Acetobacter xylinus, Erwinia amy-lovora, Pseudomonas syringae pv. glycinea, Pseudomonas syringae pv. phaseolicola, Pseudomonas aurantiaca, Rahnella aquatilis, Zymomonas mobilis)과 몇몇 Gram 양성 세균(Bacillus, Strep-tococcus)에서 cloning 되었다. 본 연구에서 사용한 levansucrase는 Z. mobilis ZM1 유래의 levU 유전자이며, ORF가 \( 1272 \mathrm { bp } \) 이고 단백질 분자량은 \( 46 \mathrm { kDa } \) 이다. pYES2.0을 이용한 GAL1p-native ss-levU-GAL7t 발현 cassette와 pYInu-AT를 이용한 GAL10p-INU1 ss-levU-GAL7t의 발현 cassette 가지는 levU 효모 발현계를 구축한 뒤 S. cerevisiae에 형질전환시켜 levansucrase 발현과 분비 양상을 조사하고, levan biopolymer의 경제성있는 대량생산공정 개발을 위한 기초자료로 활용하고자 한다.</p>