Xylan은 hemicellulose의 주 성분으로서, 농산 폐기물이나 목재에서 찾을 수 있으며, cellulose에 이어 자연에서 두 번째로 풍부한 물질이다. Xylan은 xylose의 \( \beta \)-D-1,4 결합으로 구성되며, 효소로 분해하면 xylose와 xylo-oligosaccharides 같은 산업적으로 유용한 물질들을 얻을 수 있다. Xylan을 화학적으로 분해하는 방법은 비용이 많이 들고 환경 오염을 야기하기 때문에, 농산 부산물에서 xylan을 고부가가치 물질로 전환하는 효소적 분해법의 개발과 xylan 분해 효소의 대량생산 연구가 중요하다.
<h1>서 론</h1> <p>Xylan은 hemicellulose의 주성분으로 농산 폐기물 또는 목재 성분의 약 \( 30 \% \) 를 차지하여 cellulose 다음으로 자연계에 풍부한 자원물질이다. Xylan은 xylose의 \( \beta \)-D-1,4 사슬 결합으로 이루어진 고분자 물질로서 이를 적절한 미생물 효소로 분해할 경우, 산업적으로 응용가치가 높은 물질인 xylose와 xylose 당화합물인 xylo-oligosaccharide (xylobiose, xylotriose, xylotetraose) 등을 얻을 수 있다. 이들은 알콜 및 acetone-butanol 생산의 기질, 새로운 감미료 소재 개발 에 이용되고 있다.</p> <p>Xylan의 가수분해에는 endo- \( \beta-1,4 \)-xylanase (EC. 3.2.1.8; endo-xylanase), \( \beta \)-D-xylosidase (EC. 3.2.1.37; exo-xylanase), \( \alpha \)-arabinofuranosidase, acetyl xylan esterase 등 여러 효소들의 상호작용이 필요하다. Xylan을 탄소원으로 이용하는 많은 세균과 곰팡이가 자연계에서 분리 - 보고되고 있으며, 이러한 미생물이 생산하는 xylanases는 제지산업에서의 표백작용(biobleaching) 또는 폐지의 deinking, 식품소재 감미료(xylitol 또는 xylo-oligosaccharides) 생산 및 제빵산업에서 기능성(향과 texture 개선, 저장중 빵의 firmness 감소 등) 빵효모의 생산, 곡류사료의 소화 흡수율 제고를 위한 가축사료 첨가제(probiotics)생산 등으로 활용 범위가 확대되면서 효소학적 특성 연구 및 대량생산 연구가 최근 다시 활발해지고 있다.</p> <p>그러나, 아직까지 천연자원인 xylan의 활용은 본격화되지 못하고 있으며, xylose 및 xylose 유래 당화합물 등의 산물을 대량생산하려는 복합적인 연구도 미비한 실정이다. 특히, xylan을 분해하는 화학적 분해법은 고온, 고압 또는 강산, 강알칼리 조건하에서 이루어지기 때문에 효소적 분해법에 비해 경제성이 떨어지며, 부반응에 따른 부산물의 생산 및 부산물 제거문제, 분해 반응 후의 폐기물 양산에 따른 환경 오염문제 등 많은 문제점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하고 농산 부산물인 biomass (xylan)를 고부가가치 유용물질로의 전환, 심각해지는 자원난의 해결책 등으로 효소적 분해법의 개발이 필요하며 결과적으로 xylan 분해 효소들의 과발현 및 대량생산 연구가 절실히 요구된다.</p> <p>Xylanase 효소의 과발현 및 대량생산을 위해서는 단백질 분비능이 뛰어난 Bacillus를 숙주세포로 사용함이 바람직하며, 유전자 과발현에 활용할 수 있는 Bacillus 유래의 강력한 구성적 (constitutive) \( \mathrm { P } _ {\mathrm { JH } } \) promoter가 최근 보고되었다. 이에 본 논문에서는 최근 cloning된 Bacillus. sp. 유래 endoxylanase 유전자를 \( \mathrm { P } _ {\mathrm { jH } } \) promoter 하류에 subcloning하여 재조합 Bacillus에서 endoxylanase의 과발현 - 생산을 위한 배지 최적화와 회분배양에서의 발현특성을 조사하여 그 결과를 보고하고자 한다.</p>