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Development of repeat protein based novel binding protein scaffold (반복 단백질을 이용한 신규 결합 단백질 골격의 개발)

반복 단백질은 최소한의 구조적 단위인 모듈이 연속적으로 구성되어 이루어진 단백질로, 매우 안정하며 모듈의 조합을 통해서 표면적을 자유롭게 조절이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 본 연구단은 기존의 항체를 대신할 수 있는 신규 골격 단백질을 개발하기 위해, 무악류의 후천성 면역 단백질인 가변 림프구 수용체 (Variable lymphocyte receptor, VLR)를 전산한적 방법을 이용하여 신규 골격 단백질인 Repebody를 성공적으로 설계하였다. 또한 항체를 대신할 수 있는 인공항체로 개발하기 위해서, 파지 디스플레이를 이용한 초고속 스크리닝 시스템 및 컴퓨터를 이용한 계산적 설계 방법을 이용하여 단백질-단백질 간의 상호작용 예측 및 표적 단백질에 대한 결합력을 설계하여 다양한 표적 단백질에 대한 결합력을 갖는 Repebody를 개발하는 연구를 활발히 진행하고 있다.

Repeat protein is sequentially consisted of the smallest functional and structural unit, repeat module, which has the advantage that the area of binding surface can be easily adjusted by module engineering. To develop novel protein scaffold as an alternative to immunoglobulin antibody, we have engineered variable lymphocyte receptor (VLR), which is the adaptive immune receptor of jawless vertebrate, and then successfully designed the novel alternative scaffold, Repebody, by using computation approach. In addition, to demonstrate general applicability of the scaffold, we developed the Repebody as an effective molecular binder for therapeutic purpose as well as for applications in diagnostics such as protein chips, bioimaging, and immuno-assays by rational design and library-based approaches.


Oriented immobilization of antibody for high detection sensitivity of a lateral flow assay

측면흐름 분석기법(Lateral flow assay)은 임신진단 등의 간편 현장 진단(point of care test, POCT)을 위해 만들어진 가장 상업적으로 유용한 기기 중 하나로 많은 주목을 받고 있다. 그러나 검출 입자(detection label)와 분석에 사용되는 총 샘플 양의 제한은 기법의 민감도를 제한시키는 요인이 된다. 본 연구실에서는 다양한 나노입자를 대상으로 하여 이 분석기법의 민감도 향상을 위한 연구가 진행되고 있다. 그 중 하나로, 사용되는 자성 입자에 Protein G를 이용하여 항체를 배향성있게 고정함으로써 민감도를 향상하는 연구를 수행하였다.

Lateral flow assays have attracted much attention as one of the most commercially available devices for POCT like the pregnancy test. However, restriction on detection labels and total sample volume gives a limit on sensitivity. Here, we are performing the research for enhancement of sensitivity of the assay by adopting various nanoparticles. Firstly, sensitivity of the assay was improved through oriented immobilization of antibody to the magnetic bead by Protein G.



Design of Enzymes for the Production of Valuable Compounds (including Aromatic Compounds and Poly-amines)

지금까지 산업전반을 이끌어온 oil-refinery는 환경, 사회, 경제적인 문제를 발생시키기 때문에, 이를 대체할 수 있는 bio-refinery 기술연구가 급속히 성장하고 있다. 이에 따라 최근 최첨단 생명공학기술을 이용해 고부가 화학물질, 의약용 물질 및 바이오 연료 등을 생산하는 cell factory의 제작 연구는 많은 주목을 받고 있다.

Oil-refinery that has been leading most industry came up with lots of problems as the energy crisis soaring oil prices and environmental concerns. So, there was growing urgency to produce bio-based products from renewable resources as bio-refinery. For these reasons, recently, research for construction of cell factory attracted a lot of attentions.

본 연구실은 고부가 가치 물질인 Aromatic compounds와 polyamine계열 물질의 효과적인 생산을 위한 cell factory 제작 연구를 수행하고 있다. 이를 위해 관련 대사경로 설계, 중요효소들의 structure-based design 과 directed evolution등의 방법으로 유용한 효소 개발에 초점을 맞추고 있다.

Our laboratory has been conducting construction of cell factory for efficient production of high value-added aromatic compounds and polyamine. To achieve this, we focus on redesign of metabolic pathway and enzyme engineering using structure-based rational design and directed evolution methods.


Development of biosensors using FRET (형광공명전이 현상을 이용한 바이오센서 개발)

나노 입자는 크기가 1~100nm 스케일의 나노 테크놀러지의 주요 연구 소재 중의 하나로서, 중심 금속의 종류나 크기에 따라 특유의 물리화학적 혹은 광학적 특성을 나타내기 때문에 생명공학 분야를 비롯한 다양한 응용분야에서 활용되고 있습니다. 따라서 본 연구실에서는 나노물질 및 나노기술을 접목하여 생체분자의 상호작용을 분석하고 나노바이오센서를 개발하는 연구들이 진행되고 있습니다. 그 중에서도, 생체분자의 상호작용에 의해 생긴 두 나노입자(금나노 입자와 양자점)들 사이에서 일어나는 형광공명전이 현상(FRET)을 이용하여, glycosylation 정도를 판별하거나 kinase의 활성도 측정 및 protease 분석 등의 바이오센서 시스템을 구축하는 연구를 수행하고 있습니다.

Nanoparticle is one of major research materials in nanotechnology. It has been studied in various research fields, including biological engineering, due to specific chemicophysical or optical property by kind of metal or size of nanoparticle. The current goal of the Biomolecular Engineering Lab is to focus on the development of nanobiotechnologies to analyze biomolecular interactions and the high-throughput detection of disease biomarkers with high sensitivity and specificity in biological systems. Our laboratory has developed a noble detection system to detect the fluorescence resonance energy transfer technique (FRET) induced via specific biomolecular interactions between gold nanoparticles (AuNPs) and quantum dots (QDs). This NPs-based FRET approach is currently applied in glycan profiling and detecting glycosylation degree of a protein, assay of protein kinase or protease.

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