#17. 효모의 Flocculation에 대해서 (3)

17편. 효모의 Flocculation에 대해서 (3)  

구독자 님, 안녕하세요.

이번 Yeasty Letter 에서는 lectin 단백질(flocculins)과 관련이 있는 유전자 집단 중 ‘FLO1 유전자’에 대해 소개해드릴 예정입니다. 

지난 편을 읽지 않으신 분들은 먼저 읽어보시길 추천드립니다.

[FLO1 유전자]

FLO1 유전자는 약 4.6kb 크기의 DNA 조각으로, 1537개의 아미노산을 만드는 정보를 담고 있습니다. 이 유전자는 염색체 I의 오른쪽 끝에 위치하며 효모 세포벽에 있는 lectin 단백질(flocculins)을 암호화합니다. 이전에 설명드린 대로 lectin 단백질은 당과 결합하는 도메인을 가지고 있어 효모 세포들이 서로 붙어 응집(flocculation)하는 데 중요한 역할을 합니다.

연구 결과에 따르면, FLO1 유전자의 발현은 효모의 응집 능력에 결정적인 역할을 합니다. FLO1 유전자를 없애면 효모의 응집 능력이 사라지고 반대로 FLO1 유전자를 추가하면 효모 세포들이 서로 붙어 응집하는 현상이 나타납니다. 이는 FLO1 유전자가 효모의 응집 능력을 조절하는 데 결정적인 역할을 한다는 것을 보여줍니다.

또한, 최근 연구에서는 라거 효모에서 Lg-FLO1p라는 유사 lectin 단백질이 발견되었습니다. 이 단백질은 라거 효모의 세포벽에 존재하며 라거 효모가 응집하는 능력에 중요한 역할을 합니다.

요약하면, FLO1 유전자는 효모 세포벽에 존재하는 lectin 단백질을 만드는 정보를 제공하며 이 lectin 단백질이 효모의 응집 능력을 결정짓는 중요한 역할을 합니다. 

[Flocculation(효모 응집 능력) 표현형]

효모의 응집 여부를 결정하는 데는 두 가지 주요 유전자가 관여합니다.

바로 FLO1과 NewFLO 입니다.

1. FLO1 : Mannose의 존재에 효모 응집이 억제

: FLO1을 주로 발현하는 효모의 경우, 맥즙에 만노스(mannose)가 존재하면 응집이 억제됩니다. 그 이유는 효모 세포벽에 위치한 lectin 단백질(flocculins)이 다른 세포의 알파-만난 잔기(α-mannan)와 결합하는 대신, 맥즙에 자유롭게 존재하는 만노스와 결합하기 때문입니다. 따라서 맥즙 내에 만노스가 있으면 효모 간 응집이 억제되거나 해제됩니다.

2. NewFLO : 대부분의 에일 효모가 가지는 표현형으로 만노스, 포도당, 말토오스, 수크로스의 존재에 효모 응집이 억제

: 대부분의 에일 효모가 발현하는 NewFLO의 경우, 배양액에 만노스, 포도당, 말토오스, 수크로스가 존재하면 응집이 억제됩니다. (단, 갈락토오스는 영향을 주지 않습니다.) 이로 인해 맥즙에 이들 당류가 존재할 때 효모의 응집이 억제되거나 해제됩니다.

이러한 메커니즘 덕분에 맥즙 내 포도당과 말토오스가 대부분 소진된 후, 즉 발효가 끝나갈 무렵 에일 효모가 서로 응집하여 가라앉는 현상을 이해할 수 있습니다.

또한, NewFLO 표현형을 가진 효모는 양이온(칼슘, 마그네슘 등), 낮은 pH, 트립신 및 기타 단백질 분해 효소, 온도, 영양 성분 등에 더욱 민감하게 반응하여 응집 특성이 달라질 수 있습니다.

효모마다 응집 능력이 다른 이유를 조금 더 이해하실 수 있으신가요? 이는 단순히 온도 조절 등 외부 요인만이 아니라, 각 균주의 고유한 유전적 특성이 세포벽 구조와 응집 능력에 큰 영향을 미치기 때문입니다.

다음 뉴스레터에서는 오늘 설명드린 FLO 유전자뿐만 아니라, 다양한 유전자와 그 기능에 대해 소개해드릴 예정입니다. 이후에는 외부 요인이 FLO 유전자 발현과 구조에 어떤 영향을 미치는지 살펴보겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다.

Written by. SB

참고 문헌.

1. E.V. Soares, Flocculation in Saccharomyces cerevisiae: a review, Bioengineering Laboratory, Chemical Engineering Department, Superior Institute of Engineering from Porto Polytechnic Institute, 2010, page 1-18.

2. Jennifer C. Bayly, Characteristics of Flo11-dependent flocculation in Saccharomyces cerevisiae, Institute for Wine Biotechnology and Department of Viticulture & Oenology, 2005, page 1151-1156.

3. Lei-Yu He, Xin-Qing Zhao , Feng-Wu Bai, School of Life Science and Biotechnology, Dalian University of Technology, Engineering industrial Saccharomyces cerevisiae strain with the FLO1-derivative gene isolated from the flocculating yeast SPSC01 for constitutive flocculation and fuel ethanol production, 2012, Page 33-40.

4. Stewart Graham G, Beverages, The International Centre for Brewing and Distilling, 2016, Basel Vol. 2, Iss. 4.  

5. Ahmed Touhami, Aggregation of yeast cells: direct measurement of discrete lectin–carbohydrate interactions, 1 Unite´ de Chimie des Interfaces, 2003, page 2873-2878

6. Smukalla, S., Caldara, M., Pochet, N., et al. (2008). FLO1 is a variable green beard gene that drives biofilm-like cooperation in budding yeast. Cell, 135(4), 726–737.

7. Verstrepen, K. J., Derdelinckx, G., Verachtert, H., & Delvaux, F. R. (2003). Yeast flocculation: What brewers should know. Applied Microbiology and Biotechnology, 61, 197–205.