Repetitive sequenced proteins and polypeptides are being highlighted as being the next new biomaterial for the future. Not only do they display outstanding mechanical properties, the proteins also exhibit biocompatibility. Spider silk has attracted much attention in the biotechnology field due to its great physical properties: strength, toughness, elasticity, as well as biocompatibility and biodegradability. However, mass production of spider silk has been imposed by the aggressive territorialism and cannibalism of spiders. Alternative ways to produce the silk has been studied including production of recombinant spider silk protein through Escherichia coli. This study shows the increased production of native- sized recombinant spider silk protein through engineering of promoters and introducing synthetic biology approach to increase the production of the silk protein. In addition, production of artificially made recombinant protein was shown as well. Tyrosine and phenylalanine were repeated within the recombinant gene and was expressed successfully in the E.coli system for the first time to our knowledge. In addition, to increase the production of the recombinant protein, charged tRNAs of both tyrosine and phenylalanine were expressed within the cell. These results show the possibility of mass production of spider silk protein as well as genetic strategies for expressing high molecular weight and repetitive sequenced proteins.
반복적인 서열을 가진 단백질과 고분자는 물리적 성질과 생체 적합성이 우수하여 미래의 대체물질로써 각광받고 있다. 이러한 물질들 중 거미 실크는 탄성과 내구성이 뛰어나 생명공학분야에서 가장 많이 연구되고 있다. 자연적인 거미 실크의 생산은 거미의 육식성으로 인해 집단 재배가 어려워 대량 생산이 불가능하다. 이러한 문제점을 극복하고자 거미 실크를 대장균 등 미생물에서 생산하는 연구들이 진행되고 있으며, 2010년 최초로 자연적인 거미실크 단백질과 같은 분자량을 가진 재조합 단백질 생산에 성공 하였다. 본 연구는 자연적 크기의 거미실크 단백질의 생산을 위해 프로모터 교체 및 합성생물학적 기법 중 하나인 오소고날 리보솜을 도입하여 거미실크 단백질 생산을 시도하였다. 8개의 다른 세기를 보이는 프로모터로 교체된 유전자 카세트를 통해 단백질 발현을 시도 하였으나 기존의 시스템에 비해 양이 증가 하는 것을 보이지 않았다. 하지만, 예전의 시스템은 IPTG induction 으로 발현을 조절 하여 단백질 생산을 하였으나 본 연구를 통해 프로모터 치환으로IPTG 사용 없이도 거미실크 단백질 발현이 가능하게 되었다. 오소고날 리보솜을 통한 거미실크 단백질 발현은 세포 내에 큰 사이즈를 가진3개의 유전자 카세트로 인해 정상적인 발현에 실패 하였다. 한편, 방향족 아미노산인 타이로신과 페닐알라닌에 대해서 반복적인 서열을 가진 단백질을 생산하는 최초로 성공하였고, tRNA를 증폭시켜 발현량을 증가시켰다. 본 연구에서는 큰 사이즈의 단백질과 반복적인 서열을 가진 단백질 발현에 성공하였고 이를 위한 유전자 조작 기법을 설명하고 있다.
