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Oct 26, 2023

유도자

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 19445(2022) 이 기사 인용

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Trichoderma reesei는 리그노셀룰로오스 바이오매스 분해를 위한 셀룰라제 및 헤미셀룰라제 칵테일을 생산하는 데 널리 사용되는 숙주입니다. 여기에서는 셀룰로오스, 유당 및 소포로스와 같은 유도제 없이 단순 포도당을 사용하여 효소 생산을 가능하게 하는 산업용 T. reesei에 대한 유전자 변형 전략을 보고합니다. 이전에는 돌연변이된 XYR1V821F 또는 XYR1A824V가 포도당만을 탄소원으로 사용하여 자일라나제와 셀룰라제를 유도하는 것으로 알려져 있었으나, 그 효소 구성이 자일라나제 쪽으로 치우쳐 리그노셀룰로오스를 효율적으로 분해하기에는 성능이 부족했다. 따라서, 효소 생산성 향상 및 발현을 위해 고도로 돌연변이된 T. reesei E1AB1 균주에 대해 셀룰라제 조절인자이자 셀룰라제 발현의 필수인자로 알려진 돌연변이 XYR1V821F와 구성적으로 발현되는 CRT1, BGLR, VIB1, ACE2 또는 ACE3의 조합을 조사하였다. 높은 효소 성능을 위한 β-글루코시다아제. 결과는 돌연변이된 XYR1V821F 발현 균주에 대한 ACE3의 발현이 셀룰라제 발현을 촉진한다는 것을 보여주었다. 또한, 이들 두 전사 인자의 동시 발현은 또한 돌연변이된 XYR1V821F의 기존 단일 발현보다 효소 생산성이 1.5배 더 높은 생산성 증가를 가져왔습니다. 또한, 해당 생산성은 ACE3의 향상된 단일 발현을 사용한 생산성에 비해 5.5배 더 높았습니다. 더욱이, ACE3의 DNA 결합 도메인은 유도제가 없는 셀룰라아제 생산에 필수적인 것으로 간주되었지만, 부분적으로 잘린 DNA 결합 도메인을 가진 ACE3가 돌연변이된 XYR1V821F와 함께 발현될 때 셀룰라아제 생산에 더 효과적이라는 것을 발견했습니다. 이 연구는 두 가지 전사 인자인 돌연변이된 XYR1V821F 또는 XYR1A824V와 ACE3의 동시 발현이 최적화된 효소 구성과 증가된 생산성을 가져왔다는 것을 보여줍니다.

화석 연료를 환경적으로 깨끗하고 재생 가능한 에너지원으로 대체하는 것은 지속 가능한 사회를 구축하는 데 필수적입니다. 리그노셀룰로오스 바이오매스는 바이오정제 및 바이오연료 생산을 위한 가장 풍부하고 지속 가능한 공급원료입니다. 따라서 리그노셀룰로오스 바이오매스를 효과적으로 활용하면 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다1,2.

리그노셀룰로오스 바이오매스를 원료로 사용하기 위해서는 셀룰라제와 헤미셀룰라제를 이용하여 리그노셀룰로오스 바이오매스를 단당으로 가수분해하는 과정이 필요하다. 목질계 바이오매스 분해를 위한 세포외 셀룰라아제와 헤미셀룰라아제는 주로 사상균에 의해 생산됩니다3. 특히 사상균인 Trichoderma reesei(teleomorph Hypocrea jecorna)는 목질계 바이오매스 분해를 위해 혼합된 세포외 셀룰라아제와 헤미셀룰라아제 효소를 대량으로 생산하는 잘 알려진 미생물입니다4,5. 산업용 T. reesei 균주를 사용하여 최대 80g/L 이상의 세포외 단백질을 얻을 수 있다는 보고를 고려하면 이는 상업용 셀룰라아제 생산의 주류가 될 것으로 예상됩니다4,6,7,8. 그럼에도 불구하고, 리그노셀룰로오스 바이오매스의 효소적 가수분해에는 다량의 리그노셀룰로오스 분해 효소가 필요하며, 효소의 높은 비용은 리그노셀룰로오스 바이오연료 생산의 주요 병목 현상으로 인식됩니다9,10,11,12.

가장 좋은 해결책 중 하나는 효소 생산 능력을 강화하고 포도당과 같은 저렴한 탄소원을 사용하는 것입니다. 따라서 셀룰라아제 발현의 조절 메커니즘을 잘 이해해야 합니다. 그러나 셀룰라아제 발현은 여러 전사 인자(TF)에 의해 복잡하게 조절되며, 이는 셀룰라아제 유전자 발현에 직간접적으로 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 다양한 요인의 구체적인 역할과 완전한 규제 네트워크가 아직 완전히 이해되지 않았습니다. 이전 연구에서는 다양한 셀룰라아제 조절인자의 역할이 입증되었습니다. XYR1, HAP2/3/5, ACE2, VEL1, ACE3, ARE1, CRZ1, STR1 및 VIB1은 포지티브 레귤레이터인 반면 CRE1, ACE1, RCE1, CTF1, LAE1 및 PAC1은 네거티브 레귤레이터로 식별됩니다14,15. 셀룰라아제 유전자 발현에는 탄소 이화산물 억제(CCR)16의 방출이 필요합니다. 그러므로 유전적 기술에 의한 셀룰라제 조절인자의 변형이 효과적인 것으로 간주된다.