우리 주변에는 평범해 보이지만 묵묵히 우리에게 큰 공헌을 하는 숨은 영웅들이 많습니다. 프로테이나제 K는 분자 진단 산업의 '숨은 영웅'과 같은 존재입니다. 업계의 '거대하고 강력한' 기업들에 비해 상대적으로 덜 알려져 있어 그 중요성을 간과해 왔습니다. 그러나 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 대유행으로 프로테이나제 K 수요가 급증하고 국내외 공급이 수요를 훨씬 따라가지 못하면서, 모두가 프로테이나제 K의 중요성을 비로소 깨닫게 되었습니다.
프로테아제 K는 무슨 용도로 쓰이나요?
프로테이나제 K는 단백질 분해 효소 활성을 가진 세린 프로테아제로, 광범위한 환경(pH 4-12.5, 고염 완충액, 70°C의 고온 등)에서 활성을 유지할 수 있습니다. 또한, 프로테이나제 K는 SDS, 요소, EDTA, 염산구아니딘, 이소티오시아네이트구아니딘 등에 의해 활성이 저해되지 않으며, 일정량의 세제는 오히려 프로테이나제 K의 활성을 증진시킵니다. 프로테이나제 K는 의료(바이러스 및 미생물 소독), 식품(육류 연화), 가죽(모발 연화), 와인 제조(알코올 정제), 아미노산 제제(분해된 깃털), 핵산 추출, 현장 혼성화 등 다양한 분야에 응용됩니다. 가장 일반적인 응용 분야는 핵산 추출입니다.
프로테이나제 K는 시료 내 모든 종류의 단백질, 특히 핵산에 단단히 결합된 히스톤 단백질을 분해하여 핵산을 시료에서 분리해 추출물로 이동시킬 수 있으므로, 다음 단계인 추출 및 정제 과정을 용이하게 합니다. 바이러스 핵산 검출에서 프로테이나제 K는 바이러스 샘플링 용액의 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 프로테이나제 K는 바이러스의 외피 단백질을 분해하고 불활성화시켜 운송 및 검출 단계에서 안전성을 높여줍니다. 또한, 프로테이나제 K는 RNase를 분해하여 바이러스 RNA의 분해를 방지하고 핵산 검출을 촉진합니다.
프로테아제 K의 갑작스러운 명성
과학 연구 분야든 체외 진단(IVD) 분야든 핵산 추출은 가장 기본적인 실험이므로 프로테아제 K는 항상 매우 중요한 존재였습니다. 그러나 과거에는 프로테아제 K의 역할에 비해 그 중요성이 제대로 알려지지 않았습니다. 이는 프로테아제 K의 수요와 공급이 매우 안정적이었기 때문입니다. 프로테아제 K의 공급에 문제가 생길 것이라고 생각하는 사람은 거의 없었습니다.
신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 대유행 발생 이후 핵산 검사 수요가 급증했습니다. 2020년 6월 말 기준 중국에서만 약 9천만 건의 코로나19 검사가 완료되었으며, 전 세계적인 규모를 고려하면 그 수치는 더욱 심각합니다. 핵산 추출 실험에서 프로테아제 K의 적정 농도는 약 50~200 μg/mL입니다. 일반적으로 핵산 추출에 약 100 μg의 프로테아제 K가 사용됩니다. 실제 사용 시에는 핵산 추출 효율을 높이기 위해 프로테아제 K의 사용량을 늘리는 경우가 많습니다. 신종 코로나바이러스 핵산 검사의 급증으로 프로테아제 K에 대한 수요가 발생했고, 기존의 수급 균형이 무너지면서 프로테아제 K는 하룻밤 사이에 중요한 방역 필수품이 되었습니다.
프로테아제 K 생산의 어려움
전염병 확산으로 단백질분해효소 K의 중요성이 부각되었음에도 불구하고, 지나치게 저평가되어 국내에서 단백질분해효소 K 생산에 참여하는 기업이 극히 드물다는 점은 안타까운 일이다. 단백질분해효소 K 생산을 시작하려는 과정에서, 단백질분해효소 K가 매우 특수한 단백질이라는 사실이 드러나고, 단기간에 생산 능력을 확대하는 것이 매우 어려운 과제로 떠올랐다.
프로테아제 K의 대규모 생산은 다음과 같은 어려움에 직면해 있습니다.
1. 낮은 발현량
프로테이나제 K는 대부분의 단백질을 비특이적으로 분해하며 발현 숙주 세포에 심각한 독성을 유발할 수 있습니다. 따라서 프로테이나제 K의 발현 수준은 일반적으로 매우 낮습니다. 프로테이나제 K를 고농도로 발현하는 발현 시스템 및 균주를 선별하는 데에는 일반적으로 더 긴 시간이 소요됩니다.
2. 색소 및 핵산 잔류물
대규모 발효 과정에서는 다량의 색소와 숙주 핵산 잔류물이 유입됩니다. 이러한 불순물은 간단한 정제 공정으로는 제거하기 어렵고, 복잡한 정제 과정은 비용을 증가시키고 회수율을 저하시킵니다.
3. 불안정성
프로테이나제 K는 안정성이 충분하지 않아 자체적으로 분해될 수 있으며, 보호제 없이 37°C에서 장기간 안정적으로 보관하기 어렵습니다.
4. 침전이 쉽게 일어남
프로테이나제 K의 동결건조 분말을 제조할 때, 동결건조 분말 내 프로테이나제 K의 고형분 함량을 높이기 위해서는 고농도의 동결건조 보호제를 첨가해야 합니다. 그러나 프로테이나제 K의 농도가 20mg/mL 이상이 되면 응집되어 침전물이 형성되기 쉽고, 이는 고형분 함량이 높은 프로테이나제 K의 동결건조에 큰 어려움을 초래합니다.
5. 대규모 투자
프로테이나제 K는 강력한 단백질 분해 효소 활성을 가지고 있으며 실험실에서 다른 단백질 분해 효소들을 가수분해할 수 있습니다. 따라서 프로테이나제 K의 연구 개발 및 생산에는 특수 생산 공간, 장비 및 인력이 필요합니다.
XD BIOCHEM의 프로테아제 K 용액
XD BIOCHEM은 성숙한 단백질 발현 및 정제 플랫폼을 보유하고 있으며, 재조합 단백질 발현 및 정제, 생산 공정 최적화 분야에서 풍부한 경험을 자랑합니다. 신속한 연구 개발팀 구성을 통해 프로테아제 K의 대량 생산 공정을 성공적으로 완료했으며, 동결건조 분말 제품의 월 생산량은 30kg 이상입니다. 본 제품은 안정적인 성능, 높은 효소 특이 활성, 그리고 숙주 시토크롬 및 핵산 잔류물이 없는 것이 특징입니다. XD BIOCHEM에 문의하시거나 시범 패키지를 받아보세요 (이메일:sales@xdbiochem.com전화번호: +86 513 81163739)
XD BIOCHEM의 기술 솔루션은 다음과 같습니다.
다중 복제 플라스미드 통합을 이용하여 8g/L의 발현 수준을 갖는 고발현 균주를 선별함으로써, 단백질분해효소 K의 낮은 발현 수준 문제를 극복할 수 있었다.
다단계 정제 공정을 확립함으로써, 프로테아제 K의 숙주 시토크롬 및 핵산 잔류물을 표준값 이하로 성공적으로 제거하였다.
보호 완충액 제형에 대한 고처리량 스크리닝을 통해 37°C에서 프로테아제 K를 안정적으로 보관할 수 있는 완충액을 선정했습니다.
스크리닝 버퍼는 프로테아제 K가 고농도에서 쉽게 응집 및 침전되는 문제를 해결하고, 프로테아제 K의 고형분 함량 동결건조를 위한 기반을 마련합니다.
XD BIOCHEM 프로테아제 K 샘플
XD BIOCHEM 프로테아제 K 안정성 테스트: 실온에서 80일 후에도 활성에 유의미한 변화가 없습니다.
XD BIOCHEM 프로테아제 K 안정성 테스트: 실온에서 80일 후에도 활성에 유의미한 변화가 없습니다.
XD BIOCHEM 프로테아제 K와 경쟁 제품의 핵산 추출 효과 비교. 핵산 추출 과정에서 XD BIOCHEM과 경쟁 프로테아제 K를 각각 사용하였다. XD BIOCHEM 프로테아제 K의 추출 효율이 더 높았고, 표적 유전자의 Ct 값은 더 낮았다.
게시 시간: 2021년 12월 31일