biotechnology.tistory.com의 mirror blog: 4월 2007

2007년 4월 26일 목요일

이번 주 Nature 특집 이슈 - Glycochemistry & Glycobiology

방금 전에 받은 이번 주 네이처의 특집 (Insights)이 당생물학에 관한 내용이 실렸더군요. 제가 근무하는 CCRC (cpmplex Carbohydrate Research Center)에 왔던 사람들이 여럿있군요. Hung-wen Liu, Jeffrey D. Esko, Peter H. Seeberger, Ajit Varki 등등 나름 이 분야의 개척자들입니다. 일독을 해야겠습니다.

Insight: Glycochemistry & Glycobiology -

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Insight: Glycochemistry & Glycobiology

Glycochemistry & Glycobiology p999

Joshua Finkelstein

doi:10.1038/446999a

Full Text | PDF (130K)

Chemical glycosylation in the synthesis of glycoconjugate antitumour vaccines p1000

Danica P. Galoni c acute & David Y. Gin

doi:10.1038/nature05813

Abstract | Full Text | PDF (540K)

Unusual sugar biosynthesis and natural product glycodiversification p1008

Christopher J. Thibodeaux, Charles E. Melançon & Hung-wen Liu

doi:10.1038/nature05814

Abstract | Full Text | PDF (807K)

Cycling of O-linked -N-acetylglucosamine on nucleocytoplasmic proteins p1017

Gerald W. Hart, Michael P. Housley & Chad Slawson

doi:10.1038/nature05815

Abstract | Full Text | PDF (632K)

Glycan-based interactions involving vertebrate sialic-acid-recognizing proteins p1023

Ajit Varki

doi:10.1038/nature05816

Abstract | Full Text | PDF (748K)

Heparan sulphate proteoglycans fine-tune mammalian physiology p1030

Joseph R. Bishop, Manuela Schuksz & Jeffrey D. Esko

doi:10.1038/nature05817

Abstract | Full Text | PDF (2,977K)

Exploiting the defensive sugars of HIV-1 for drug and vaccine design p1038

Christopher N. Scanlan, John Offer, Nicole Zitzmann & Raymond A. Dwek

doi:10.1038/nature05818

Abstract | Full Text | PDF (656K)

Synthesis and medical applications of oligosaccharides p1046

Peter H. Seeberger & Daniel B. Werz

doi:10.1038/nature05819

Abstract | Full Text | PDF (336K)

참고로 ACS (미국화학회)에서 탄수화물 화학분야에 두가지 큰 상이 있습니다. 하나는 Melville L. Wolfrom Award이고 다른 하나는 Horace S. Isbell Award 인데요. 아래는 그 수상자들입니다. 나름대로 탄수화물 분야의 기라성같은 인물들입니다.

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2007년 4월 18일 수요일

▶◀ 버지니아텍의 젊은이들에게 애도를 표합니다.

뭐라고 말을 해야할지 모르겠습니다. 도저히 일손이 잡히지 않는군요. 범인이 한국인이 아니었다면, 아마 이정도까지는 아니었겠지요. 오늘 아침까지만 해도 중국친구들 만나면 뭐라 말을 해줘야 하나, 이건 너네 나라의 문제가 아니라 개인의 문제라고 말을 해줘야지 했었는데 오히려 제가 그런 소리를 미국 친구에게 들었습니다. 그런 면에서 반성도 해봅니다.

범인의 성격이 어떻고, 가족이 어떻고, 교우관계가 어떻고 국적과 영주권은 무엇이고, 심지어 이달 초에 과속딱지를 뗀 소식까지 여러가지 이야기들이 봇물처럼 나오고 있지만 잠시만 무고하게 숨진 젊은 친구들을 애도했으면 좋겠습니다.

친구와 형제와 자녀를 잃은 유족들과 버지니아텍의 모든 분들께 애도를 표합니다. 하나님의 위로가 있기를 기도할 뿐입니다.

2007년 4월 14일 토요일

Protein maturation; N-terminal Methionine Excision (NME)

단백질이 만들어지는 translation 과정의 첫번째 아미노산은 Met (methionine)입니다. 보통 Eukayrotes의 경우는 methionine이고 prokaryotes의 경우는 N-formyl-Met (fMet)이죠. 하지만 실제 단백질이 다 만들어진 다음에 보면 첫번째 아미노산이 Met이 아닌 경우가 많습니다. 대장균의 경우는 약 50%이상의 단백질에서 첫번째 아미노산이 Met이 아닌 다른 아미노산이 발견된다고 합니다. 이렇게 N-terminal Met이 잘라져 나가는 현상을 N-terminal Methionine Excision (NME)하고 하는데 거의 모든 생물종에서 나타나는 현상입니다.

이와 같이 translation 후 단백질이 functional form으로 변하는 과정을 protein maturation이라고 하는데 그 중에서 단백질의 N-말단에서 벌어지는 일들은 보통 다음과 같은 과정을 포함합니다.

1. Deformylation by Peptide Deformylase (PDF) in Bacteria only
2. N-terminal Methionine Excision (NME) by Methionine aminopeptidase (MAP) in all organisms
3. N-terminal Acetylation by N-terminal acetyltransferase (NAT) mainly in Archaea and Eukarya.

아래 그림은 최근 발표된 Archaea의 N-terminal Acetylation에 관한 논문 (J Mol Biol. 2006 Oct 6;362(5):915-924)의 그림입니다. 아래에서보시는 바와 같은 과정이 N-말단에서 일어나는 protein의 maturation 과정입니다.

Figure 1. (a) Major N-terminal protein processing steps in the three domains of life (black, archaea; dark grey, eukaryota; light grey, bacteria). The ATG (or another) start codon is translated directly to methionine (archaea, eukaryota) or to formyl-methionine (f-Met) with subsequent deformylation (bacteria). The initial methionine may remain unprocessed (N1, yellow) or may be cleaved (N2, green). Subsequent N-terminal acetylation may affect the initial methionine (Ac1, light blue) or the newly uncovered N-terminal residue (here represented as serine) (Ac2, dark blue). The relative proportion of the modifications in the three domains of life is indicated by the thickness of the arrow (thick, common; thin, less common; dotted, exceptional). (b) Start codon usage, (c) the extent of initial methionine cleavage, and (d) the extent of N-terminal acetylation in H. salinarum (cake diagrams and values) and N. pharaonis (values in parenthesis). In (c), N1 (which includes Ac1) is indicated in yellow and N2 (which includes Ac2) is coloured in green. Partial cleavage is indicated in light green. In (d), N1 is indicated in yellow, N2 in green, Ac1 in light blue and Ac2 in dark blue as in (a). The statistics presented have been compiled from protein set 3 ((a) and (b)) and the reduced protein set 3.2 (c) (see Methods). Further details are given in Supplementary Data, Table 5.

이 중에서 MAP의 경우는 Met 다음의 아미노산이 어떤 것이 오는가에 따라 활성에 제약을 받습니다. 일반적으로 반경이 1.29 A(옹스트롬)보다 작으면 박테리아, 아키아, 유캐리아 MAP이 인식 가능하고 메치오닌을 제거합니다. 아래는 대장균 MAP의 아미노산에 따른 기질특이성입니다.

일반적으로 Eukaria에서 나타나는 N-terminal myristoylation의 경우는 N-말단의 Gly잔기에 일어나는데 이 경우에는 보통 Met 다음 잔기가 Gly이고 MAP에 의해 Met이 제거된 다음에 myristoylation이 일어납니다. MAP과 myristoylation모두 co-translational modification이라고 볼 수 있습니다.

관련링크

1. 대장균에서의 NME 현상; J Mol Biol. 1963 Nov;62:483-96
2. 효모에서의 MAP 활성; J Biol Chem. 1985 May 10;260(9):5382-91
3. 대장균에서의 MAP 활성; J Bacteriol. 1987 Feb;169(2):751-7
4. Archaea에서 N-terminal acetylation; J Mol Biol. 2006 Oct 6;362(5):915-924
5. NME review; Cell Mol Life Sci. 2004 Jun;61(12):1455-74
6. MAP review; FEMS Microbiol Rev. 1996 Jul;18(4):319-44

2007년 4월 12일 목요일

바이오에탄올 덕분에 옥수수값이 두배 상승

이번 주 (2007년 4월 16일자) 경제잡지 포춘 (Fortune)에 흥미로운 기사가 실렸습니다. 제목은 The Great Corn Gold Rush 입니다. 닷컴 버블에 빗대어 닷콘 버블 (dot-corn bubble)이라는 용어를 사용하였군요.

최근 바이오에탄올의 붐이 불어서 미국에서 옥수수 값이 두 배로 올랐다고 합니다. 1 bushel (8갤런, 약 35리터)당 가격이 4불정도가 되었는데 2000년도에 비해 두 배 정도 오른 가격입니다. 역대 최고가격은 극심한 가뭄이 있었던 1996년에 bushel당 5불을 했던 것이라네요.

왼쪽의 그림에 잘 나타나 있습니다만 2006년 117억6천만 bushel 생산한 중에서

약 50%는 동물사료로,
19%는 수출,
18%는 바이오에탄올 생산,
11%는 식품용으로 사용되었다고 합니다.

하지만 지난 번에 말씀드린 대로 식량자원인 옥수수를 이용하는 것에 대한 비판도 만만치 않은데 아래 한국경제신문의 기사에 나온 보고서를 인용하면,

"바이오 연료에만 의존하면 세계적으로 기아 상황을 악화시킬 소지가 있다"면서 "세계은행 등 여러 기관에서 나온 연구논문들에 따르면 주요 곡물 가격이 1% 오를 때마다 전 세계 빈민층의 칼로리 소비량이 0.5% 줄어드는 것으로 추정된다"고 하네요.

하지만 지난 번 사이언스의 뉴스에 나온 셀룰로스를 이용한 에탄올 생산이 가능해진다면 이런 문제는 다 해결이 가능하겠다는 생각이 듭니다. 물론 미생물의 전분 이용성과 셀룰로스 이용성은 상당히 차이가 나기 때문에 발효효율을 어디까지 끌어올릴 수 있느냐가 중요한 문제가 되겠죠.

관련 링크들
Corn: The inflation crop (CNN Money)
The great corn gold rush (Fortune)
Cellulosic Ethanol:Biofuel Researchers Prepare to Reap a New Harvest (Science)
How Biofuels Could Starve the Poor (Foreign Affairs)
Corn ethanol could hurt poor's food security; (biopact.com)
"`에탄올 연료붐` 기아 위기 심화시킬 것" (한국경제)
또 하나의 대체에너지 "Cellulosic Ethanol"

2007년 4월 11일 수요일

MIT, 예일에 이어 고려대도 강의 인터넷 공개

얼마전에 눈길을 끄는 뉴스가 있었습니다. MIT, 예일 등의 미국 대학들이 무료강좌를 인터넷에 공개한다는 내용이었습니다. 당시는 그냥 그러려니 했었는데 어제 우연한 기회에 MIT의 OCW 사이트에 가보게 되었습니다. (아래 링크 참조) 그런데 직접 가보니까 너무 좋더군요.일목요연한 강의들에 대한 정리를 보자니 부러운 생각까지 들더군요.

물론 아직까지는 비디오보다는 간단한 교안을 올려놓은 경우가 대부분이었습니다. 하지만 그것만으로도 필요한 사람들에게는 도움이 될 수 있을 것 같습니다. 무엇보다 다른 학교들에서 강의의 질을 높이기 위해 노력을 하겠다는 생각이 들더군요. 아니나 다를까, 고려대학교에서도 강의를 "전세계"에 공개한다는 뉴스를 보고 이 포스트를 올립니다.

개인적으로 저는 우리 대학교육에서 "강의" 또는 교육의 비중이 너무 낮지 않았나하는 생각을 하고 있습니다. 소위 상위권 대학들은 교수님들이 연구에 대한 과중한 부담때문에 강의에는 소홀할 수 밖에 없는 구조적인 문제도 있다고 보구요. 그런 측면에서 강의 전담교수를 많이 뽑았으면 하는 생각도 있습니다. 연구는 조금 떨어져도 지식의 전달에는 뛰어난 분들도 많이 계시니까요.

아무튼 잘 배우지 못하면 연구도 잘 하기 어렵다는 것이 십수년 이 생활을 해온 저의 소감입니다. 그런 면에서 저렇게 강의를 공개한다는 것은 자신들의 강의에 대한 자신감 뿐만이 아니라 자신들과 남들에 대한 충분한 도전이 될 수 있지 않을까 싶습니다. 물론 교수님들의 업무부담만 늘려주는 행정이 되지는 않았으면 좋겠군요.

(윗 그림은 한겨레신문 사이트에서 가져왔습니다.)

참고자료들

예일대, MIT 수업 인터넷에선 공짜 (연합뉴스)
미 명문대 온라인 공짜강좌 ‘펑펑’ (한겨레신문)
MIT's OpenCourseWare
고려대 강의 자료 세계에 공개…인터넷 'OCW' 서비스 (동아일보)

2007년 4월 6일 금요일

바이러스로 배터리를? (생물전지)

이번 주 타임지의 특집은 지구 온난화에 대한 이야깁니다. 지난 번 아카데미 시상식의 주인공 대접을 받았던 앨 고어의 <불편한 진실 (An Inconvenient Truth)>의 반향이 그만큼 큰 것일까요.

그 중에 지구 온난화를 방지하기 위핸 재미있는 연구들이 소개되었는데 눈길을 끈 한 사람이 있었습니다. 이름은 Angela Belcher이고 MIT의 재료공학과, 화학공학과의 교수입니다.

(옆의 사진은 지난 아카데미 시상식에 레오와 함께 스탠딩 코미디를 보여줬던, 마틴 스코세지와 함께 최고의 주목을 받았던 앨 고어 전 부통령)

Angela Belcher 교수의 연구는 바이러스를 이용한 전기의 생산입니다. 생물전지에 관한 연구는 보통 세균을 이용한 전기생산이 많은 주목을 받았습니다. 메사추세츠 대학의 Derek Lovley 교수팀이 Geobacter라는 세균을 이용한 미생물전지 연구를 하는 대표적인 인물이죠. 하지만 최근에는 바이러스를 이용한 전기의 생산이 주목을 받고 있네요. 원리는 아래에 있는 그림과 같습니다.

(위 그림 출처는 중앙일보)

재미있는 것은 주연구자들이 한국분들이네요. 이런 기술이 상용화된다면 한국인들의 활약이 기대되는군요. 좋은 일이네요. 아래 링크들도 참고하시길...

* 링크들

타임의 기사
Angela Belcher Lab
바이러스 배터리에 관한 국내 기사1
바이러스 배터리에 관한 중앙일보 기사
Geobacter를 이용한 미생물전지

2007년 4월 5일 목요일

쿠마씨 (Coomassie Brilliant Blue) 염색은 어떤 아미노산에 되는가?

가끔은 너무나 기본적인 것이 생각 안나서 괴로울 때가 있습니다. 쿠마씨 염색의 원리 같은 것이 그렇습니다.

단백질을 전기영동해서 염색할 때 가장 많이 사용하는 염색약이 쿠마씨 염색입니다. 보통 쿠마씨는 "Coomassie Brilliant Blue G 250"이라는 염색약을 뜻합니다. 화학구조는 왼쪽에 보시는 것과 같습니다.

(그림은 위키에서 가져왔습니다.)

단백질이 염색이 되는 원리는 이 시약이 단백질의 Arg, Lys이나 aromatic ring이 있는 아미노산 잔기들 (Tyr, Trp, Phe), His등과 결합을 하기 때문이라고 합니다.

조금 더 자세히 말하면

위의 그림에서 보시다시피 쿠마씨는 6개의 phenyl group들과 2개의 sulfonic acid group들을 통해서 단백질과 결합하는데 소수성 결합 (hydrophobic interaction with Try, Tyr, His, Phen)과 반데르발스 결합 (electrostatic force with Arg and Lys)을 통해 결합을 합니다. Arg에 반응하는 양이 aromatic ring을 가진 아미노산 잔기보다 8배 높습니다.

2007년 4월 3일 화요일

B형 남성의 희소식, O형으로 혈액형을 바꾸는 효소?

지난 번 "고릴라의 혈액형은 전부 B형? (혈액형과 당생물학)"에서 썼던 내용인데 오늘 재미있는 뉴스가 있었습니다. 혈액형을 바꿔주는 효소를 미생물에서 발견했다는 뉴스인데요.

"A·B·AB형 혈액 O형으로 전환가능" (한국일보)
혈액형 상관없이 수혈 가능해진다 (조선일보)

이 기사들의 원문이 되는 뉴 사이언티스트에 나온 기사도 참고하시고 아예 원문을 보시려면 몇일 기다리셔야 겠습니다. 아직은 4월호가 정식으로 나오진 않았네요. 하지만 학교에 계신 분들인 미리 보실 수 있으실텐데, 학교 도서관이 subscription을 했으면 아래 원문을 눌러서 보시길....

Bacterial glycosidases for the production of universal red blood cells
Qiyong P Liu, Gerlind Sulzenbacher, Huaiping Yuan, Eric P Bennett, Greg Pietz, Kristen Saunders, Jean Spence, Edward Nudelman, Steven B Levery, Thayer White, John M Neveu, William S Lane, Yves Bourne, Martin L Olsson, Bernard Henrissat & Henrik Clausen
Published online: 01 April 2007 | doi:10.1038/nbt1298
Abstract | Full text | PDF (537K) | Supplementary Information

원리는 지난 번에 말씀드린 대로 간단합니다. ABO형 혈액형의 차이라고 하는 것이 적혈구 표면의 당쇄(당들의 연결 구조)의 아주 미묘한 차이밖에 없거든요.

(그림은 위 논문의 Fig. 1)

보시다시피 B형은 갈락토스, A형은 N-acetyl-D-갈락토스의 차이입니다. O형은 둘다 없는 것이구요. 그러니까 당을 분해하는 효소인 glycosidase를 이용해서 말단의 당을 하나 잘라내면 O형 혈액을 만들 수 있다는 것이지요. 문제는 이 효소가 얼마나 당을 잘 잘라내는지의 효율성이 되겠군요. 뉴 사이언티스트의 기사에 따르면,

The researchers homed in on two enzymes. One, from a gut bacterium called Bacteroides fragilis, removes the B antigen. The other, from Elizabethkingia meningosepticum – which causes opportunistic infections in people – targets the A antigen. The purified enzymes are highly efficient. For example, the B. fragilis enzyme is used up at only one-thousandth the rate of the coffee bean enzyme.

라고 되어있는데 1980년대에 보고된 커피콩의 효소보다 1000배의 효율이 좋다고하니 정말 실용화가 가능할지도 모르겠군요. B형을 O형으로 만드는 것이 더 가능성이 커 보입니다. 사회의 공적(?) B형 남성들에게 희소식일지 모르겠지만 혈액형 성격이라는 것이 단지 적혈구의 당쇄 하나의 미묘한 차이에 의해 생긴다고는 믿지 않기 때문에, 의학적 효용만 관심이 가는군요.

*PS.
혈액형 성격에 대해서는 제가 트랙백한 프쉬케님의 포스트를 읽어보심이 어떨지, 아니면 SBS 스페셜에서 방송된 "혈액형의 진실"(방송보기)이라는 프로그램을 보시든지요.

꽃송이버섯의 항암성분은 베타글루칸

재미있는 뉴스가 있습니다. "꽃송이버섯’ 항암효과 진실 풀렸다"는 뉴스입니다. 며칠전에는 다른 언론에서도 소개가 된 적이 있습니다.

‘네이처’誌가 주목한 새 항암치료제 ‘꽃송이버섯’ (신동아)

[박태균기자의약선] 항암 효과 탁월 베타 글루칸 (중앙일보)

본문중의 일부분만 인용해 보면 베타글루칸의 함량은,

꽃송이버섯(100g당 43.6g).
잎새버섯(15~20g).
영지버섯(8~15g).
느타리버섯(7~12g).
송이버섯(18.1g).
아가리쿠스(11.6g)

등으로 조사되었다고 합니다.

이 뉴스와 관련된 논문은 네이처 이뮤놀로지 지난 1월호에 두 편이 연달아 실렸군요. 네이처에서도 특집으로 다웠다네요. 논문은 나중에 읽어보고 리뷰해보도록 하죠.

Dectin-1 is required for beta -glucan recognition and control of fungal infection pp31 - 38
Philip R Taylor, S Vicky Tsoni, Janet A Willment, Kevin M Dennehy, Marcela Rosas, Helen Findon, Ken Haynes, Chad Steele, Marina Botto, Siamon Gordon & Gordon D Brown
Published online: 10 December 2006 | doi:10.1038/ni1408
Abstract | Full text | PDF (474K) | Supplementary Information
See also: News and Views by Dostert & Tschopp | Article by Saijo et al.
Dectin-1 is required for host defense against Pneumocystis carinii but not against Candida albicans pp39 - 46
Shinobu Saijo, Noriyuki Fujikado, Takahisa Furuta, Soo-hyun Chung, Hayato Kotaki, Keisuke Seki, Katsuko Sudo, Shizuo Akira, Yoshiyuki Adachi, Naohito Ohno, Takeshi Kinjo, Kiwamu Nakamura, Kazuyoshi Kawakami & Yoichiro Iwakura
Published online: 10 December 2006 | doi:10.1038/ni1425
Abstract | Full text | PDF (386K) | Supplementary Information
See also: News and Views by Dostert & Tschopp | Article by Taylor et al.

(사진출처: 신동아)

단백질 등전점이나 분자량 구하는 프로그램

의외로 제 홈페이지를 찾으시는 분들의 상당수가 등전점에 대한 검색을 하시는 분들이더군요. 그 중에 등전점 구하는 방법을 찾는 분들이 꽤 계시던데 간단한 방법을 알려드리죠.

단백질의 여러가지 parameter들을 구하는 프로그램은 수없이 많이 나와있습니다. 그런 프로그램을 자기 컴에다 깔아놓고 쓰시는 분들도 많지만 저는 그냥 온라인 상에서 이용할 수 있는 프로그램을 선호합니다. 그 중에서 제가 가장 애용하는 프로그램은 ExPASy의 ProtParam입니다.

일단 위의 사이트에 접속하시면 다음과 같은 화면이 뜹니다.

저 첫번째 입력창은 무시하셔도 상관없고 두번째 창에 아미노산 시퀀스를 갖다 붙이세요. 물론 one character로 된 시퀀스여야 합니다. 그리고 compute parameters를 누르시면 끝입니다. 그러면 나오는 결과들은,

1) Number of amino acids:
2) Molecular weight:
3) Theoretical pI:
4) Amino acid composition:
5) Total number of negatively charged residues (Asp + Glu):
6) Total number of positively charged residues (Arg + Lys):
7) Atomic composition:
8) Formula (분자식)
9) Total number of atoms:
10) Extinction coefficients (Extinction coefficients are in units of M-1 cm-1, at 280 nm measured in water)
11) Estimated half-life:
12) The N-terminal of the sequence considered is M (Met).
13) Instability index
14) Aliphatic index
15) Grand average of hydropathicity (GRAVY)

등이 계산되어 나옵니다. 각각의 파라미터는 나름대로의 의미가 있지만 특히 분자량, 등전점(pI), extinction coefficient (대략적인 단백질 농도 측정시 사용) 등이 가장 많이 사용하는 파라미터들입니다.

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2007년 4월 27일 금요일

2001년 사이언스 당생물학 특집

Carbohydrates and Glycobiology

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