Hielscher Ultrasonics
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E. coli의 초음파 세포 용해

  • E. coli는 미생물학과 생명공학에서 가장 흔히 사용되는 세균입니다.
  • 초음파 세포 파쇄기는 E. coli의 세포 용해에서 신뢰할 수 있고 재현성 있는 결과를 제공합니다.
  • 강력하면서도 정밀하게 제어할 수 있는 캐비테이션과 전단력으로 완전한 파쇄와 높은 추출 수율(예: 단백질, DNA)을 얻을 수 있습니다.

E. coli의 초음파 세포 파쇄가 선호되는 방법인 이유는 무엇일까요?

초음파 균질기 또는 프로브형 초음파 처리기는 강력한 초음파로 세포벽과 세포막을 효율적으로 파쇄하므로 E. coli의 세포 용해에 여러 가지 이점을 제공합니다. 프로브형 초음파 처리기는 다음과 같은 이유로 E. coli의 세포 용해에 널리 사용됩니다:

  • 효율적인 세포벽 파쇄: E. coli는 펩티도글리칸으로 구성된 반경질 세포벽을 가지고 있어 기존의 세포 용해 방법으로는 파쇄하기 어려울 수 있습니다. 프로브형 초음파 처리기는 강력한 초음파를 발생시켜 세포를 둘러싼 액체에 캐비테이션 기포를 형성합니다. 이 기포가 붕괴하면 고속 액체 제트와 충격파가 발생하여 세포벽을 기계적으로 파쇄하고, 생체분자와 같은 세포 내용물을 효과적으로 방출합니다.
  • 향상된 침투력: 프로브 / 소노트로드에서 발생하는 초음파는 시료 깊숙이 침투하여 더 많은 E. coli 세포에 도달하고 이를 고르게 처리할 수 있습니다. 이는 시료 전체에서 더욱 균일한 세포 용해가 이루어지도록 하여 세포 파쇄 효율을 높이는 데 도움이 됩니다.
  • 처리 시간 단축: 프로브형 초음파 처리기가 전달하는 에너지는 국소 부위에 고도로 집중되어 빠르고 효율적인 세포 용해를 가능하게 합니다. 비드 비팅이나 효소적 세포 용해와 같은 다른 방법과 비교할 때, 초음파 처리는 수 분 또는 심지어 수 초 이내에 E. coli의 세포 용해를 달성할 수 있습니다. 동결–해동과 같은 여러 대체 기법은 수차례의 처리가 필요하지만, 초음파 세포 용해는 단일 공정 단계로 세포를 파쇄합니다.
  • 온도 제어: 최첨단 초음파 처리기에는 온도 센서와 스마트 소프트웨어가 탑재되어 있어 최대 공정 온도를 설정할 수 있습니다. 초음파 처리기는 온도 한계에 도달하면 자동으로 일시 정지하고, 설정된 온도에 도달하면 초음파 처리 공정을 시작합니다. 얼음 수조에서 시료를 냉각하는 것은 시료 온도를 낮게 유지하고 열에 의한 시료 변성을 방지하는 간단한 방법입니다.
  • 규모 확장성: 프로브형 초음파 처리기는 휴대용 장치부터 대규모 산업용 모델까지 다양한 크기로 제공됩니다. 따라서 실험실에서 소량을 처리하거나 백신 생산 또는 분자의 생합성과 같은 더 큰 규모의 바이오 공정 응용 분야로 규모를 확장하는 데 적합합니다.
  • 다용도성: 초음파 처리기는 세포 용해 외에도 DNA 전단, 단백질 추출, 조직 균질화, 나노입자 분산 및 유화와 같은 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 따라서 프로브형 초음파 처리기에 투자하면 연구 또는 산업 현장에서 다양한 용도로 활용할 수 있습니다.
  • 프로브형 초음파 처리기는 E. coli의 세포 용해에 많은 이점을 제공합니다. 초음파 공정 매개변수를 신뢰성 있고 정밀하게 제어할 수 있으므로 출력, 처리 시간, 시료 취급과 같은 운전 매개변수를 최적화하여 원하는 결과를 얻을 수 있습니다.
     

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    과학 연구 및 분석에서 세포 파쇄와 단백질 추출에 적합한 초음파 처리기 선택 방법이 안내 영상은 실험실, 분석 및 연구에서 수행하는 용해, 세포 파쇄, 단백질 분리, DNA 및 RNA 단편화 등의 시료 전처리 작업에 가장 적합한 초음파 처리기 유형을 설명합니다. 용도, 시료 부피, 시료 수 및 처리량에 맞는 최적의 초음파 처리기 유형을 선택하십시오. Hielscher Ultrasonics는 고객에게 적합한 초음파 균질기를 제공합니다!
    이 안내 영상은 실험실, 분석 및 연구에서 수행하는 용해, 세포 파쇄, 단백질 분리, DNA 및 RNA 단편화 등의 시료 전처리 작업에 가장 적합한 초음파 처리기 유형을 설명합니다. 용도, 시료 부피, 시료 수 및 처리량에 맞는 최적의 초음파 처리기 유형을 선택하십시오. Hielscher Ultrasonics는 고객에게 적합한 초음파 균질기를 제공합니다!
    초음파 DNA 단편화는 차세대 시퀀싱(NGS)의 시료 전처리 단계로 자주 사용됩니다.

    0 – 15 min 동안 초음파 처리한 E. coli EDL933의 유전체 DNA에 대한 전기영동 분석. L은 DNA 래더를 나타냅니다.
    (연구 및 이미지: ©Basselet et al. 2008)

    초음파 캐비테이션을 이용한 세포 파쇄

    초음파 프로브형 균질기는 초당 약 20,000회 진동(20kHz)하며 액체나 현탁액에서 캐비테이션을 일으킵니다. 음향 캐비테이션은 진공에 가까운 압력과 높은 온도를 갖는 미세한 영역을 형성하여 세포를 찢어 파쇄합니다. 온도가 섭씨 수천 도에 이를 수 있지만, 캐비테이션이 발생하는 부피가 매우 작아 공정 온도를 크게 높이지는 않습니다. 초음파로 발생한 음향 캐비테이션과 전단력은 E.coli와 같은 세균 세포의 세포막에 구멍을 내거나 세포막을 파괴합니다. Hielscher 초음파 처리기는 초음파 강도, 진폭, 에너지 투입량, 온도 등의 공정 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있습니다. 따라서 세포 유형, 세포 배양물 및 공정 목표에 맞게 초음파 세포 용해 공정을 최적으로 조정할 수 있습니다.
     

    초음파 세포 용해의 장점

    • 세포 용해의 정밀한 제어(강도, 진폭, 온도)
    • 신뢰할 수 있고 재현성 있는 결과
    • 특정 시료에 대한 최적의 조정
    • 온도 제어
    • 극소량부터 대용량까지의 시료에 적용 가능(µL부터 리터까지)
    • 순수한 기계적 처리
    • 사용하기 편리하고 안전한 작동
    • 실험실부터 생산 규모까지 선형 스케일업
    초음파 장치 VialTweeter는 동일한 공정 조건에서 최대 10개 바이알의 시료를 동시에 전처리할 수 있습니다. (확대하려면 클릭하세요!)

    VialTweeter 기반 초음파 세포 용해

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    초음파 균질기와 다른 세포 용해 기법의 비교

    화학적 세포 용해는 단백질 구조를 변화시키고 정제 과정에 문제를 일으킬 수 있으며, 효소적 세포 용해는 긴 배양 시간이 필요하고 재현성이 없으므로 화학적 및 효소적 세포 용해에는 문제가 있을 수 있습니다. 반면 초음파 파쇄는 정교하고 빠른 세포 파쇄 방법입니다.
    초음파 세포 용해는 오직 기계적 힘에만 기반합니다. 화학 물질을 첨가하지 않으며, 초음파 처리는 전단력으로 세포벽을 파괴합니다. 화학적 세포 용해는 단백질 구조를 변화시키고 정제 과정에 문제를 일으킬 수 있습니다. 효소적 파쇄는 긴 배양 시간이 필요하고 재현성이 없습니다. E.coli 세균 세포의 초음파 파쇄는 빠르고 간단하며 신뢰할 수 있고 재현성이 있습니다. 이러한 이유로 전 세계 생물학 및 생화학 실험실에서 시료 전처리, 분석 전 처리, 체외 진단 및 다양한 분석에 Hielscher 초음파 처리기를 사용합니다.

    초음파 세포 용해에 관한 일반 권장 사항

    초음파 처리는 피코리터부터 최대 100L/hr까지(초음파 플로우 셀 사용) 극소량, 중간량 및 대량의 세포 현탁액을 용해하는 데 가장 널리 사용되는 기법입니다. 세포는 액체의 전단 작용과 캐비테이션에 의해 용해됩니다. 초음파 처리 중에는 DNA도 전단되므로 세포 현탁액에 DNase를 첨가할 필요가 없습니다.
     

    E.coli의 초음파 세포 용해 중 온도 제어
    세포 파쇄 및 식물 성분 추출용 초음파 세포 파쇄기 UP100H(100W).시료를 미리 냉각하고 초음파 처리 중 얼음 위에 유지하면 시료의 열적 분해를 쉽게 방지할 수 있습니다.
    세포 용해 중에는 시료를 얼음처럼 차갑게 유지하는 것이 이상적이지만, 대부분의 시료는 온도가 배양 온도나 원래 조직의 온도보다 높아지지 않으면 충분합니다. 따라서 현탁액을 얼음 위에 유지하면서 5–10 sec의 짧은 초음파 펄스와 10–30 sec의 휴지기를 여러 차례 반복하여 초음파 처리하는 것이 권장됩니다. 휴지기에는 열이 방출되어 다시 낮은 온도로 돌아갈 수 있습니다. 더 큰 규모의 세포 시료에는 냉각 재킷이 장착된 다양한 플로우 셀 반응기를 사용할 수 있습니다.
    성공적인 초음파 세포 용해를 위한 자세한 팁과 권장 사항을 여기에서 읽어보세요!

    E. Coli 용해물의 초음파 전처리 프로토콜

    연구자들은 E.coli 세포 파쇄에 Hielscher 초음파 균질기를 사용합니다. 아래에서 다양한 E. coli 관련 응용 분야를 위해 Hielscher 초음파 균질기를 사용하여 E.coli를 용해하는, 시험을 거쳐 검증된 여러 프로토콜을 확인할 수 있습니다.
     

    초음파 균질기 UP100H이 영상은 실험실 시료 전처리에 널리 사용되는 초음파 처리기인 Hielscher 초음파 균질기 UP100H를 보여 줍니다.

    초음파를 이용한 E. coli 세포 배양, 가교 및 세포 추출물 제조

    SeqA 및 RNA 중합효소 ChIP-Chip을 위해 E. coli MG1655 또는 MG1655 ΔseqA를 37°C에서 OD600 값이 약 0.15가 되도록 50 ml LB(+ 0.2% 포도당)에서 배양한 후, 배지 ml당 포름알데히드(37%) 27 μl를 첨가했습니다(최종 농도 1%). 실온에서 20 min 동안 천천히 진탕(100 rpm)하여 가교한 다음, 2.5 M 글리신 10 ml를 첨가하여 반응을 정지시켰습니다(최종 농도 0.5 M). 열충격 실험에서는 E. coli MG1655를 65 ml LB 배지에서 30°C로 배양하여 OD600 값이 약 0.3이 되도록 했습니다. 이어서 배양액 30 ml를 43°C로 예열한 플라스크로 옮기고 나머지는 30°C로 유지했습니다. 가교 및 반응 정지는 위에서 설명한 방법으로 수행하되, 실온에서 추가로 천천히 진탕하기 전에 세포를 30 또는 43°C에서 5 min 동안 유지했습니다. 세포를 원심분리로 회수하고 차가운 TBS(pH7.5)로 두 번 세척했습니다. 세포를 세포 용해 완충액(10 mM Tris(pH 8.0), 20% 자당, 50 mM NaCl, 10 mM EDTA, 10 mg/ml 라이소자임) 1 ml에 재현탁하고 37°C에서 30 min 동안 배양한 다음, IP 완충액 4 ml를 첨가했습니다. 이어서 Hielscher 초음파 프로세서 UP400St를 출력 100%로 설정하여 얼음 위에서 30 sec 초음파 처리와 30 sec 휴지를 12회 반복했습니다. 9000 g에서 10 min 동안 원심분리한 후, 상등액을 800 μl씩 분주하여 -20°C에 보관했습니다. (Waldminghaus 2010)
     

    초음파 프로브를 이용한 효소의 과량 생산 및 정제

    초음파 처리기 UP100H는 세포 배양 플레이트의 시료 전처리에 자주 사용되는 실험실용 균질기입니다.데카히스티딘(His10) 태그 단백질을 과량 생산하기 위해 E. coli BL21(DE3)를 pET19b 구성체로 형질전환했습니다. 밤새 전배양한 배양액을 원심분리하여 회수하고, 그중 1%를 발현 배양에 접종하는 데 사용했습니다. pET19mgtB를 보유한 세포를 600 nm에서의 광학 밀도(OD600)가 0.7이 될 때까지 22°C에서 배양했습니다. 배양액을 17°C로 옮기고 100 μM IPTG로 발현을 유도했습니다. 16 h 후, 배양액을 4°C에서 7,500 × g로 원심분리하여 세포를 회수했습니다. 세포를 0.3 M NaCl이 포함된 pH 7.4의 50 mM 인산 완충 식염수(PBS)에 재현탁하고, S2 마이크로팁 소노트로드를 장착한 Hielscher 초음파 처리기 UP200St를 사용하여 사이클 0.5, 진폭 75%로 초음파 처리하여 파쇄했습니다.
    데카히스티딘 태그 GtfC의 과량 생산은 37°C에서 OD600 값이 0.6일 때 100 μM IPTG로 유도했습니다. 이어서 세포를 4 h 동안 배양하고 회수한 후, 위에서 MgtB에 대해 설명한 방법으로 용해했습니다.
    조세포 추출물을 4°C에서 15,000 × g로 원심분리하여 세포 잔해를 침전시켰습니다. 청징화한 추출물을 ÄKTAprime Plus 시스템을 사용하여 1-ml HisTrap FF Crude 컬럼에 주입했습니다. His 태그 단백질의 구배 용출에 관한 제조업체 프로토콜에 따라 효소를 정제했습니다. 용출된 단백질 용액을 4°C에서 0.3 M NaCl이 포함된 pH 7.4의 50 mM PBS를 사용하여 두 번 투석했으며, 투석 외액의 부피는 단백질 용액 부피의 1,000배였습니다. 정제 결과는 12% SDS-PAGE로 분석했습니다. 단백질 농도는 Roti-Quant를 사용한 Bradford법으로 측정했습니다. (Rabausch et al. 2013)
     

    E. coli 세균에서 초음파를 이용한 단백질 추출
    관심 미끼 단백질(이 경우 Arabidopsis thaliana의 MTV1)을 GST 태그와 융합하여 BL21 Escherichia coli(E. coli) 세포에서 발현시킵니다.

    1. GST-MTV1과 GST의 펠릿을 각각 하나씩 취하고(세균 배양액 50 ml에 해당), 각각을 얼음처럼 차가운 추출 완충액 2.5 mL에 재현탁합니다.
    2. 초음파 처리기 UP100H(약 2–5mL의 소량 시료용 MS3 마이크로팁 소노트로드 장착)를 사용하여 세균 세포가 용해될 때까지 파쇄합니다. 세포 용해는 불투명도 감소와 점도 증가로 확인할 수 있습니다. 이 과정은 얼음 위에서 수행해야 하며, 간헐적으로 초음파 처리하는 것이 권장됩니다(예: 10 sec 초음파 처리 후 얼음 위에서 10 sec 휴지하는 과정을 반복). 지나치게 높은 강도로 초음파 처리하지 않도록 주의해야 합니다. 거품이나 흰색 침전물의 형성이 관찰되면 강도를 낮춰야 합니다.
    3. 용해된 세균 용액을 1.5 mL 미세원심분리 튜브로 옮기고 4°C에서 16,000 x g로 20 min 동안 원심분리합니다.

     

    초음파 프로브는 음향 캐비테이션의 힘을 이용하여 세포를 파쇄하고 대장균에서 분자와 DNA를 추출합니다.

    UP400St와 같은 프로브형 초음파 처리기는 음향 캐비테이션의 작동 원리를 이용하여 E.coli를 효율적으로 용해합니다.

    초음파 처리를 이용한 재조합 단백질의 발현 분석 및 정제

    E. coli 펠릿을 Hielscher 초음파 처리기 UP100H로 초음파 처리하였다. 이를 위해 세포 펠릿을 차가운 세포 용해 완충액(50 mM Tris-HCl pH=7.5, 100 mM NaCl, 5 mM DTT, 1 mM PMSF)에 재현탁하고 얼음 위에서 10 min 동안 냉각하였다. 그런 다음 세포 현탁액에 10 s의 짧은 초음파 처리를 10회 수행하고, 각 처리 후 냉각을 위해 30 s의 휴지 시간을 두었다. 마지막으로 4°C에서 14,000 rpm으로 15 min 동안 초원심분리하여 세포 잔해를 제거하였다. rPR 발현을 확인하기 위해 상등액을 12% 폴리아크릴아미드 겔에서 전기영동하고 SDS-PAGE와 웨스턴 블롯팅으로 분석하였다. rPR은 제조업체의 지침에 따라 Ni2+-NTA 수지(Invitrogen, 미국)를 사용하여 정제하였다. 이 단계에서는 비변성 정제법을 사용하였다. 정제된 단백질의 순도는 12% 폴리아크릴아미드 겔 전기영동과 후속 쿠마시 블루 염색으로 평가하였다. 정제된 단백질의 농도는 Micro BCA 단백질 분석 키트(PIERCE, 미국)로 측정하였다. (Azarnezhad et al. 2016)
     

    초음파 컵 혼(200와트)이 영상은 실험실 시료의 분산, 균질화, 추출 또는 탈기에 사용하는 200와트 초음파 컵 혼을 보여줍니다.
    이 영상은 실험실 시료의 분산, 균질화, 추출 또는 탈기에 사용하는 200와트 초음파 컵 혼을 보여줍니다.

    E. coli 세포 용해용 초음파 균질기

    Hielscher Ultrasonics는 E. coli 박테리아 및 기타 세포 유형, 조직과 세포 배양물의 신뢰할 수 있고 효율적인 세포 용해를 위한 고성능 초음파 균질기를 설계, 제조 및 공급합니다.
    다양한 초음파 프로브와 간접 초음파 처리 시스템을 갖추고 있어 고객의 세포 파쇄 및 추출 용도에 이상적인 초음파 조직 균질기를 제공할 수 있습니다.

    설계, 제조 및 컨설팅 – 독일에서 만든 품질

    Hielscher 초음파 처리기는 브라우저를 통해 원격으로 제어할 수 있습니다. 초음파 처리 매개변수를 모니터링하고 공정 요구 사항에 맞춰 정밀하게 조정할 수 있습니다.Hielscher 초음파 처리기는 최고 수준의 품질 및 설계 기준으로 잘 알려져 있습니다. 스마트 소프트웨어, 직관적인 메뉴, 프로그래밍 가능한 설정, 자동 데이터 기록은 Hielscher 초음파 처리기가 갖춘 기능 중 일부에 불과합니다. 견고함과 손쉬운 조작 덕분에 당사의 초음파 처리기를 연구 및 생명공학 시설에 원활하게 통합할 수 있습니다. Hielscher 초음파 처리기는 가혹한 조건과 까다로운 환경에서도 손쉽게 작동합니다.

    Hielscher Ultrasonics는 ISO 인증 기업으로, 최첨단 기술과 사용자 편의성을 갖춘 고성능 초음파 처리기에 특히 중점을 두고 있습니다. 물론 Hielscher 초음파 처리기는 CE를 준수하며 UL, CSA 및 RoHs의 요구 사항을 충족합니다.

    아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다:

    배치 부피 유량 권장 장치
    멀티웰 / 마이크로타이터 플레이트 n.a. UIP400MTP
    바이알 또는 비커용 CupHorn n.a. 초음파 CupHorn
    초음파 미세 유동 반응기 n.a. GDmini2
    각 0.5–1.5mL의 바이알 최대 10개 n.a. VialTweeter
    0.5–1.5mL n.a. VialTweeter
    1–500mL 10–200mL/min UP100H
    10–2000mL 20–400mL/min UP200Ht, UP400St
    0.1–20L 0.2–4L/min UIP2000hdT
    10–100L 2–10L/min UIP4000
    n.a. 10–100L/min UIP16000
    n.a. 더 높은 유량 여러 대로 구성된 클러스터: UIP16000

    연락하세요! / 문의하세요!

    추가 정보 문의하기

    초음파 조직 균질기 및 세포 파쇄기, 세포 용해 응용 분야 및 가격에 대한 추가 정보는 아래 양식을 통해 요청해 주십시오. 고객님의 공정을 함께 논의하고 요구 사항을 충족하는 초음파 균질기를 제안해 드리겠습니다!





    멀티웰 플레이트 초음파 처리용 초음파 처리기 UIP400MTP이 영상은 고강도 초음파를 이용하여 모든 표준 멀티웰 플레이트에서 시료를 신뢰성 있게 전처리할 수 있는 초음파 시료 전처리 시스템 UIP400MTP를 보여줍니다. UIP400MTP의 대표적인 용도로는 세포 용해, DNA, RNA 및 염색질 절단, 단백질 추출 등이 있습니다.
    이 영상은 고강도 초음파를 이용하여 모든 표준 멀티웰 플레이트에서 시료를 신뢰성 있게 전처리할 수 있는 초음파 시료 전처리 시스템 UIP400MTP를 보여줍니다. UIP400MTP의 대표적인 용도로는 세포 용해, DNA, RNA 및 염색질 절단, 단백질 추출 등이 있습니다.

    E. coli 초음파 세포 용해를 위한 추가 프로토콜

    초음파 VialTweeter를 이용한 E. coli 내 알리신 변형 단백질

    초음파 프로세서 UP200ST에 연결된 VialTweeter5,5′-디티오비스(2-니트로벤조산)(DTNB) 분석법을 이용한 설프히드릴기 함량 측정
    E. coli MG1655의 하룻밤 배양액을 MOPS 최소 배지에 접종하는 데 사용하였다(1:100). A600이 0.4에 도달할 때까지 호기적으로 배양하였다. 스트레스 처리를 위해 배양액을 각각 15-ml인 세 배양액으로 나누었다. 처리하지 않은 배양액을 음성 대조군으로 사용하였다. 나머지 두 배양액에는 각각 0.79 mM 알리신(128 μg ml-1) 또는 1 mM 디아미드를 첨가하였다. 배양액을 15 min 동안 배양하였다. 각 배양액에서 5 ml를 취하여 원심분리(8,525 × g, 4°C, 10 min)로 세포를 회수하였다. 세포를 1 ml의 PBS(137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, 2 mM KH2PO4, pH 7.4, 사용 전 혐기적으로 보관)로 두 번 세척하고 원심분리하였다(13,000 × g, 4°C, 10 min). 세포를 세포 용해 완충액(6 mM guanidinium HCl이 포함된 PBS, pH 7.4)에 재현탁한 후, 4°C에서 초음파 처리(VialTweeter 초음파 처리기, Hielscher GmbH, 독일) (3 × 1 min)로 파쇄하였다. 원심분리(13,000 × g, 4 °C, 15 min)로 세포 잔해를 펠릿으로 침전시켰다. 상등액을 자석 교반자가 들어 있는 3.5-ml QS-macro 큐벳(10 mm)으로 옮기고 세포 용해 완충액 1 ml와 혼합하였다. 실온에서 PSC-718 온도 제어 셀 홀더가 장착된 Jasco V-650 분광광도계로 412 nm에서 시료의 흡광도를 모니터링하였다. 3 mM 디티오비스(2-니트로벤조산) 용액 100μl를 첨가하였다. 흡광도가 포화될 때까지 모니터링하였다. 티올 농도는 흡광계수 ϵ412 = 13,700 M-1 cm-1 를 사용하여 계산하였으며, 이 값은 티오-2-니트로벤조산(TNB)에 대한 것이다. 세포 내 티올 농도는 대장균 세포의 부피가 6.7 × 10-15 리터이고 세포 밀도가 A600 = 0.5(배양액에서 1 × 108 세포 ml-1 에 해당)인 것을 기준으로 계산하였다. (Müller et al. 2016)
     

    초음파 세포 파쇄기를 이용한 생체 내 글루타티온 정량

    대장균 MG1655를 총부피 200ml의 MOPS 최소 배지에서 A600이 0.5에 도달할 때까지 배양하였다. 스트레스 처리를 위해 배양액을 50-ml씩 나누었다. 0.79 mM 알리신, 1 mM 디아미드 또는 디메틸설폭사이드(대조군)와 함께 15 min 동안 배양한 후, 4°C에서 4,000g로 10 min 동안 원심분리하여 세포를 회수하였다. 세포를 KPE 완충액으로 두 번 세척한 후 펠릿을 KPE 완충액 700µl에 재현탁하였다. 단백질 제거를 위해 10% (w/v) 설포살리실산 300l를 첨가한 후 초음파 처리로 세포를 파쇄하였다(3 x 1 min; VialTweeter 초음파 처리기). 원심분리(30 min, 13,000g, 4°C) 후 상등액을 회수하였다. KPE 완충액을 3배 부피로 첨가하여 설포살리실산 농도를 1%로 낮추었다. 총 글루타티온과 GSSG는 위에서 설명한 방법으로 측정하였다. 세포 내 글루타티온 농도는 대장균 세포의 부피가 6.7×10-15 리터이고 세포 밀도가 A600 0.5(배양액에서 1×108 세포 ml-1 에 해당)인 것을 기준으로 계산하였다. GSH 농도는 총 글루타티온에서 2[GSSG] 를 빼서 계산하였다. (Müller et al. 2016)

    초음파 균질기를 이용한 대장균에서의 인간 mAspAT 발현

    세포 내 물질(예: 단백질, 세포 소기관, DNA, RNA 등) 추출용 초음파 세포 파쇄기 UP400St (400W)발현 벡터를 보유한 대장균 BL21 (DE3)의 단일 콜로니를 100μg/mL 암피실린이 함유된 Luria-Bertani (LB) 배지 30 mL에서 37ºC 조건으로 배양하여 광학 밀도(OD600)가 0.6에 도달하도록 하였다. 4,000 × g에서 10 min 동안 원심분리하여 세포를 회수하고, 100μg/mL 암피실린이 함유된 신선한 LB 배지 3L에 재현탁하였다.
    이어서 16ºC에서 1 mM 이소프로필 β-ᴅ-1-티오갈락토피라노사이드(IPTG)로 20 h 동안 단백질 발현을 유도하였다. 8,000 × g에서 15 min 동안 원심분리하여 세포를 회수하고 완충액 A(20 mM NaH2PO4, 0.5 M NaCl, pH 7.4)로 세척하였다. 배양액 3 L에서 약 45g(습중량)의 세포를 얻었다. 원심분리 후 세포 펠릿을 얼음처럼 차가운 추출 완충액 A 40 mL(배양액 1 L 기준)에 재현탁하고, Hielscher 초음파 세포 파쇄기 UP400St를 사용하여 얼음처럼 차가운 온도에서 초음파 처리로 세포를 용해하였다. 세포 용해물을 12,000 rpm에서 15 min 동안 원심분리하여 가용성 분획(상등액)과 침전 분획(펠릿)을 분리하였다. (Jiang et al. 2015)
     



    알아두면 좋은 사실

    대장균

    대장균(Escherichia coli, E. coli)은 온혈 생물(내온동물)의 하부 장관에서 흔히 발견되는 Escherichia 속의 그람 음성, 통성 혐기성, 막대 모양 대장균군 세균입니다. 대장균에는 다양한 특성을 가진 수많은 균주(또는 아형)가 있습니다. 대부분의 대장균 균주는 사람에게 무해하며, 실험실 연구에 흔히 사용되는 B 및 K-12 균주가 그 예입니다. 그러나 일부 균주는 유해하며 심각한 질병을 일으킬 수 있습니다.
    대장균은 다루기 쉬워 현대 생물공학과 산업 미생물학에서 중요한 역할을 합니다. 실험실에서는 재조합 디옥시리보핵산(DNA)을 만들거나 모델 생물로 사용하는 등의 용도로 대장균을 흔히 활용합니다.
    대장균은 이종 단백질 생산을 위한 매우 다용도적인 숙주이며, 대장균에서 재조합 단백질을 생산하기 위한 다양한 단백질 발현 시스템을 사용할 수 있습니다. 높은 수준의 단백질 발현을 가능하게 하는 플라스미드를 사용하면 세균에 유전자를 도입할 수 있으며, 이를 통해 산업 발효 공정에서 이러한 단백질을 대량으로 생산할 수 있습니다.
    대장균은 인슐린을 생산하는 세포 공장으로 사용됩니다. 그 밖에도 변형된 대장균 세포는 백신과 고정화 효소의 개발 및 생산, 바이오연료 생산, 생물학적 환경 정화에 사용됩니다.
    K-12 균주는 알칼리성 인산분해효소(ALP)를 과발현하는 대장균의 돌연변이 형태입니다. 이 돌연변이는 해당 효소를 지속적으로 암호화하는 유전자의 결함으로 발생합니다. 유전자가 어떠한 억제도 받지 않고 산물을 생성하는 현상을 구성적 활성이라고 합니다. 이 특정 돌연변이 형태는 ALP 효소의 분리와 정제에 사용됩니다.
    대장균은 세포 공장으로도 널리 사용됩니다. 공학적으로 개량된 미생물(예: 세균)과 식물 세포는 이른바 세포 공장으로 사용할 수 있습니다. 이러한 유전자 변형 세포는 제약, 식품, 화학 산업 등에서 사용되는 분자, 화학물질, 고분자, 단백질 및 기타 물질을 생산합니다. 이러한 생물공학적으로 개량된 세포 내부에서 생산된 분자를 방출하기 위해, 초음파 세포 용해는 세포벽을 파쇄하고 표적 물질을 주변 액체로 이동시키는 데 흔히 사용되는 방법입니다. 생물공학적으로 개량된 세포의 용해에 대해 자세히 알아보세요!

    초음파 DNA 전단

    초음파 전단력은 세포 내부의 분자, 세포소기관 및 단백질을 방출하고 DNA 가닥을 조각으로 절단하는 데 흔히 사용됩니다. 음향 캐비테이션은 세포벽과 세포막을 파괴하여 세포에서 DNA를 추출하고, 분석에 이상적인 약 600 – 800 bp 길이의 절편을 생성합니다.
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    문헌 / 참고문헌


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