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특수효소 개발
특수효소
유전자 진화 및 단백질 공학기술
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생물체의 진화과정을 보면, 먼저 자연환경적 요인에 의해서 유전자에 돌연변이가 도입되고, 이 유전자들은 다시 유성생식이라는 재조합과정을
통하여 더욱 다양한 형태로 유전적 변이를 거듭하게 됩니다. 이들 변이체들 중에서 자연환경이라는 선택조건에 잘 맞는 경우 우세한 종이 되고
그렇지 못한 경우 소멸하게 됩니다. 즉, 생물체는 유전자의 돌연변이와 재조합 과정을 통하여 유전적 다양성을 만들어 내고, 유전적 다양성은
자연환경이라는 선택조건에 의해 선발되어 더욱 진화된 우량 유전자가 만들어지게 되는 것입니다. 이러한 자연적진화 방법은 특정 유전자가
특정 방향으로 개량되기 위해서는 수백만년의 오랜 시간이 소요됩니다.
유전자진화란, 이와 같이 자연에서 일어나는 재조합 현상을 연구실의 시험관 내에서 인위적으로 가속화시켜 단기간에 우리가 원하는 성질을
갖는 유전자를 선발하는 기술을 말합니다.
- 서로 다른 돌연변이를 가지고 있는 유전자 군을 얻어
- 이들 유전자 군의 서로 다른 돌연변이를 서로 바꾸어 다양한 재조합 유전자 라이브러리를 만들고,
- 이 라이브러리로부터 우리가 원하는 특성을 가진 유용한 유전자를 선발하는 기술
효소반응기술
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고정화효소를 이용하여 산물을 제조함에 있어서 역시 복잡한 기술개발이 필수적입니다.
우선 온도, pH, 기질 투입과 반응산물의 회수를 연속적이고 용이하게 할 수 있는 반응기가 개발되어야 합니다. 또한 사용되는 기질이
수용성인지 아니면 불용성인지에 따라 투입되는 효소의 양, 기질의 투입 농도, 투입 속도, 교반 속도 등 공정이 전부 최적화되어야 효율적으로
효소반응을 진행하여 반응산물의 수율과 품질을 증대시킬 수 있습니다.
효소 및 단백질 대량 생산기술
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고부가가치의 효소 및 단백질은 보다 저렴한 비용으로 생산하여야 기존의 화학공정을 대체할 수 있습니다. 이렇게 하려면 우선 효소가
발현되는 미생물을 배양 즉 발효를 하여 대량 생산하여야 가능합니다. 또한 각종 미생물에 따라 적합한 배양기, 배양에 이용되는 각종 영양원,
배지의 pH, 배양온도, 산소요구도 등에 대한 배양조건들 역시 기술개발을 통하여 최적화하여야 저렴한 비용으로 대량 생산할 수 있습니다.
이렇게 대량 발효를 통하여 생산된 효소는 세포 내에서 발현되는지 아니면 세포외에 분비되는지에 따라서 서로 다른 방법에 의하여
분리정제를 하여야 합니다. 세포외에 분비되는 경우 세포를 제거하여 배양액만 회수하여 정제하면 되지만, 세포 내에서 발현되는
경우에는 세포의 회수, 세포의 파쇄, 파쇄된 세포찌꺼기와 각종 핵산물질의 제거, 이온교환수지 등 복잡한 과정을 거쳐야만 깨끗하고 순도가
높은 효소로 분리정제할 수 있습니다.
고정화효소 개발 및 대량 생산기술
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값비싼 효소 및 단백질을 산업적으로 이용하려면, 생산공정에서 반드시 최대한 많이 재사용하여야 비용을 절감할 수 있고 나아가서
화학공정에 비하여 경쟁력을 높일 수 있습니다. 수용성 효소 및 단백질을 재사용하려면 반드시 불용성 담체에 고정화하여 반응산물과
분리할 수 있어야 합니다. 효소를 고정화할 경우, 쉽게 반응산물과 분리하여 연속적으로 재사용할 수 있고, 특히나 공정 중의 온도, pH,
압력 등 외부조건에 의한 안정성이 월등히 증가하여 사용주기를 늘릴 수 있습니다. 다만 효소의 활성부위가 변형으로 인하여
불활성화되거나, 물질확산성의 저하로 반응효율이 떨어지는 단점도 있습니다.
이용되는 효소 및 단백질의 종류와 반응시스템에 따라 고정화에 사용되는 담체의 종류가 다르고, 그에 따라 고정화방법 역시 달라집니다.
또한 효소의 반응시스템에 따라 이용되는 담체의 크기, pore size, 친화도, 강도 등 특성이 최적화되어야 고정화효소를 효율적으로
사용할 수 있습니다.
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