Agarase의 대량생산을 위해 배양조건 최적화와 유전자 클로닝을 이용한 이종 숙주에서의 생산이 주요 전략으로 고려되었다. Streptomyces coelicolor의 agarase 유전자를 이용하여 Streptomyces lividans에서 생산하는 경우, 인을 제한하면 agarase 유전자의 전사, 번역, 분비가 촉진된다는 것이 Parro 등에 의해 보고되었다. 또한, 배지에 포도당을 제한하면 S. lividans에서 agarase의 분비가 촉진된다는 것이 Parro와 Melado에 의해 제시되었다. 이러한 방법은 GC 함량이 높은 세균 유래 agarase 유전자의 생산에 유용하게 사용될 수 있다.
<h1>Agarase의 생산</h1><p>현재 agarase를 상업적으로 판매하는 곳은 Fermentas (cat. # E00461), Biovision (cat. # 9201-500), Sigma-Aldrich (cat. # A6306) 등이다. 다양한 용도를 가지는 agarase를 대량 생산하기 위한 노력으로 agarase 생산세포의 배양조건의 최적화와 유전자 클로닝을 통한 이종 숙주에서의 대량생산 등으로 나눌 수 있다.</p><h2>배양조건의 최적화</h2><p>배양조건의 최적화는 자연계에서 분리한 agarase 생산균주에 대한 배양조건의 최적화와 agarase의 유전자가 도입된 이종 숙주의 배양조건의 최적화로 나눌 수 있다. Vibrio sp. JT0107 균주를 배양하면서 배지에 agarose를 첨가해야 agar-ase 합성이 촉진된다는 보고와 교반하면서 공기를 공급하고 agarose를 충분히 공급하면 agarase 생산이 통상적인 배양보다 13배 정도 증진된다는 보고도 있었다. Yun 등은 자연계에서 분리한 Saccharophagus degradans 2-40 균주에 다양한 탄소원의 종류와 농도별로 실험하여 \( 0.2 \%\)(\(\mathrm{w} / \mathrm{v}\)) agar의 첨가가 agarase의 생산에 가장 좋은 영향을 미치며 \( 6.4 \) \( \mathrm{U} /\mathrm{l}\) \(63.2 \mathrm{U} / \mathrm{g}) \)의 활성을 획득했다고 보고하였다. Fu 등은 one-factor-at-a-time design으로 9개의 인자 중에 agar, yeast extract, 초기 \( \mathrm{pH} \)가 Agarivorans albus YKW-34 균주의 agarase 생산에 중요하다고 보고하였다.</p><p>한편, Parro 등은 Streptomyces coelicolor의 agarase 유전자를 이용하여 이종 숙주인 Streptomyces lividans에서 생산하는 경우에 인(phosphate)을 제한하면 agarase 유전자의 전사, 번역, 분비가 촉진된다고 보고하였으며, Parro와 Melado는 배지에 포도당을 제한하면 이종 숙주인 S. lividans에서 agarase의 분비가 촉진된다고 보고하였다.</p><h2>Agarase 유전자를 이용한 이종 숙주에서의 대량생산</h2><p>자연계에서 발견되는 agarase 생산 세균에서 해당 유전자를 획득하고 이종 숙주에서 생산하는 것은 아주 일반적인 대량생산 방법인데, 이는 agarase의 생산량을 증진시킬 수 있기 때문이다. 이때, 이용되는 이종 숙주는 주로 대장균과 Bacillus subtilis이며, S. lividans을 이용한 예도 보고되었다. 대장균 숙주의 경우는 연구 초기에 주로 이용되지만, 생산된 단백질을 획득하기 위해서는 세포를 파괴하는 과정이 필수적이다. B. subtilis 숙주의 경우는 도입된 유전자에 의해 생산되는 단백질의 외분비 생산이 가능하여 세포를 파괴할 필요가 없는 장점이 있다. Lee 등은 동일한 \( \beta \)-agarase 유전자를 B. subtilis 숙주를 이용한 외분비 생산으로 E. coli 숙주에서 생산한 경우에 비해 130배 이상의 단백질을 생산하였다. Streptomyces 속 세균은 염색체 DNA의 GC 함량이 높은 그람양성세균으로 GC 함량이 낮은 세균과는 코돈 사용성(codon usage)과 프로 모터의 구성이 다르며 일반적으로 많은 단백질들이 분비되는 특징이 있다. 이러한 특징을 이용하면 유전자의 GC 함량이 높은 세균 유래 agarase 유전자의 생산에 용이하게 사용될 수 있다.</p>