Pseudomonas속 균주들의 아세틸알긴산 분비를 통한 바이오필름 형성은, 다양한 생물학적 특성 덕분에 항생제에 높은 저항성이 있다고 알려져있다. 이에 대적하여, 낭포성 섬유증 환자 치료를 위해 알긴산 분해효소에 대한 연구가 시작되었고, 사전연구에 다르면 polyM 분해효소를 통해 바이오필름의 아세틸알긴산을 분해하는 과정을 통해 항생제 투여양을 감소시킬 수 있다고 했다. 본 연구에서는 재조합 AcAlgE 및 polyM block을 특이적으로 분해하는 알긴산 분해효소를 아세틸알긴산과 반응시켜 NMR과 FPLC로 분석을 진행하였다.
<h1>서론</h1> <p>Pseudomonas속 균주들은 세포외 다당류(exopolysaccharide, EPS)로 아세틸알긴산을 분비하여 바이오필름(biofilm)을 형성하므로서 먹이에 부착할 수 있고 백혈구들에게 잡혀먹히지 않으며 바이오필름을 형성하지 않는 균들보다 항생제에 수백배 수천배 저항성이 있다고 알려진 바 있다. 토양균인 Azotobacter속 균주들도 불리한 환경조건에서 균체가 건조되는 것을 방지하기 위하여 아세틸알긴산을 생성한다고 알려져 있다. 미역이나 다시마와 같은 갈조류의 세포벽 구성성분으로 셀루로우즈, 알긴산, 퓨코이단 등이 있으며 그 중 알긴산은 L-guluronate가 \( \alpha \)(1-4) 결합되어 있는 polyG block과 D-mannuronate가 \( \beta \)(1-4) 결합하고 있는 polyM block, 그리고 L-guluronate와 D-mannuronate가 \( \alpha \)(1-4) 결합 또는 \( \beta \)(1-4) 결합하고 있는 random block (MG/GM)들로 이루어진 선상 산성다당류이다. 그러나 특히 P. aeruginosa가 생산하는 알긴산은 갈조류의 알긴산과는 달리 L-guluronate는 거의 없으며 D-Mannuronate가 \( \beta \)(1-4) 결합으로 연결되어 있는 polyM 구조이며 mannuronate의 2번 또는 3번 탄소의 수산기(- \( \mathrm { OH } \))가 아세틸화(- \( \mathrm { OCOCH_3 } \))되어 있다.</p> <p>알긴산 분해효소(alginate lyase)에 대한 연구는 유전병인 낭포성 섬유증(cystic fibrosis) 환자를 치료하기 위하여 시작되었다. 낭포성 섬유증이란 염소이온 수송을 담당하는 막단백질(CFTR)의 유전적 결함( \( \triangle \)F508)으로 폐와 이자에서 과잉의 점액질이 생산되며 호흡과 소화작용에 문제가 생기는 질병으로 알려져 있다. 이러한 환자들은 두꺼운 점액질 때문에 쉽게 세균에 감염이 되고 특히 Pseudomonas 균에 감염이 되면 항생제를 보통 환자들보다 많은 양 주사하여도 아세틸알긴산으로 바이오필름을 형성한 세균들을 치료하기 힘들다고 한다. Hatch 및 Schiller와 Alipour 등은 알긴산 분해효소 특히 polyM 분해효소를 사용하면 Pseudomanas 가 생성한 바이오필름의 아세틸알긴산을 분해하여 항생제 양을 줄일 수 있다고 보고한 바 있다.</p> <p>알긴산 분해균주들은 알긴산을 유일한 탄소원으로 이용하여 에너지원으로 사용하기 때문에 알긴산 operon 또는 알긴산 분해관련 유전자 cluster를 가지고 있다. 본 연구실에서 Sphingomonas sp. strain MJ-3 및 Stenotrophomonas maltophilia KJ-2 균주의 알긴산 operon (alg operon)을 분석하던 중 operon의 마지막 유전자로 만들어지는 단백질이 GDSL-like esterase 단백질과 상동성을 가지는 것으로 분석되었다. 이 유전자를 재조합하여 생화학적 특성을 연구한 결과 P. aeruginasa ATCC 39324 균주로부터 분리한 아세틸알긴산의 아세틸기를 가수분해하는 아세틸알긴산 탈아세틸화효소(AcAlgE) 활성을 가지는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 재조합 AcAlgE 및 polyM block을 특이적으로 분해하는 알긴산 분해효소를 각각 또는 함께 Pseudomonas aeruginosa 균주가 생산하는 세포 외 다당류인 아세틸알긴산과 반응시켰으며 그 생성물을 NMR 및 FPLC로 분석 비교하였다.</p>