ES2678022T3 - Variant of L-arabinose isomerase to produce D-tagatose - Google Patents

Variant of L-arabinose isomerase to produce D-tagatose Download PDF

Info

Publication number
ES2678022T3
ES2678022T3 ES14884327.9T ES14884327T ES2678022T3 ES 2678022 T3 ES2678022 T3 ES 2678022T3 ES 14884327 T ES14884327 T ES 14884327T ES 2678022 T3 ES2678022 T3 ES 2678022T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
arabinose isomerase
amino acid
variant
seq
tagatose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES14884327.9T
Other languages
Spanish (es)
Inventor
In Seok Oh
Chang Gyeom Kim
Seung Hyun Cho
Seong Bo Kim
Yang Hee Kim
Kyong Yeon Cho
Sung Jae Yang
Jin Ha Kim
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CJ CheilJedang Corp
Original Assignee
CJ CheilJedang Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by CJ CheilJedang Corp filed Critical CJ CheilJedang Corp
Priority claimed from PCT/KR2014/003658 external-priority patent/WO2015133678A1/en
Application granted granted Critical
Publication of ES2678022T3 publication Critical patent/ES2678022T3/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/90Isomerases (5.)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/52Genes encoding for enzymes or proenzymes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/74Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora
    • C12N15/77Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora for Corynebacterium; for Brevibacterium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02Monosaccharides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/24Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of an isomerase, e.g. fructose

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

Una variante de arabinosa isomerasa que tiene una actividad incrementada de conversión de D-galactosa en Dtagatosa, teniendo la variante de arabinosa isomerasa una sustitución de un aminoácido distinto de la fenilalanina para un aminoácido en la posición 275 y una sustitución de prolina para un aminoácido en la posición 469 de una secuencia de aminoácidos mostrada en SEQ ID NO: 1.A variant of arabinose isomerase having an increased activity of converting D-galactose into Dtagatose, the variant of arabinose isomerase having a substitution of an amino acid other than phenylalanine for an amino acid at position 275 and a replacement of proline for an amino acid in position 469 of an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.

Description

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

DESCRIPCIONDESCRIPTION

Variante de L-arabinosa isomerasa para producir D-tagatosa Campo tecnicoVariant of L-arabinose isomerase to produce D-tagatose Technical field

La presente invencion se refiere a una variante de la L-arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana DMS 5068, la cual se produce por ingeniena de protemas y tiene una actividad incrementada de conversion de D-galactosa en D-tagatosa, un microorganismo que expresa la variante de L-arabinosa isomerasa, y un metodo de produccion de D- tagatosa a partir de D-galactosa usando el microorganismo. La variante se caracteriza por sustituciones en las posiciones 275 y 769 de la isomerasa.The present invention relates to a variant of the L-arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana DMS 5068, which is produced by protein engineering and has an increased activity of conversion of D-galactose into D-tagatose, a microorganism that expresses the variant of L-arabinose isomerase, and a method of producing D-tagatose from D-galactose using the microorganism. The variant is characterized by substitutions at positions 275 and 769 of the isomerase.

Antecedentes de la tecnicaBackground of the technique

La D-tagatosa es un monosacarido que tiene dulzor igual a aproximadamente el 90 % de el del azucar mientras que tiene propiedades, incluyendo bajas calonas y propiedades de no caries. Se puede usar como un edulcorante sano sin causar diversas enfermedades adultas, a diferencia de los edulcorantes convencionales.D-tagatose is a monosaccharide that has sweetness equal to approximately 90% of that of sugar while it has properties, including low calones and non-caries properties. It can be used as a healthy sweetener without causing various adult diseases, unlike conventional sweeteners.

Debido a tales propiedades, la D-tagatosa se recibe como un sustituto del azucar y se sabe que tiene alto potencial comercial en el mercado de alimentos. Sin embargo, la tagatosa es un azucar raro que no esta abundantemente presente en la naturaleza, pero esta contenido en productos lacteos o algunas plantas en cantidades muy pequenas. Por esta razon, para que la tagatosa se use como un edulcorante funcional de bajas calonas, se debena desarrollar la tecnologfa capaz de producir tagatosa.Due to such properties, D-tagatose is received as a sugar substitute and is known to have high commercial potential in the food market. However, tagatose is a rare sugar that is not abundantly present in nature, but is contained in dairy products or some plants in very small quantities. For this reason, in order for tagatose to be used as a functional low-calorie sweetener, the technology capable of producing tagatose must be developed.

La D-tagatosa se produjo mediante un proceso de isomerizacion qmmica a partir de la D-galactosa usando Ca(OH)2 como catalizador por Arla Foods Ingredients Inc. en 2003, y se ha comercializado bajo el nombre comercial “Gaio- tagatosa”. Sin embargo, se sabe que el proceso de isomerizacion qmmica es excelente en terminos de rendimiento de la conversion por isomerizacion, pero tiene defectos en el sentido de que la recuperacion y la purificacion son diffciles y el proceso es complejo y, por tanto, el rendimiento total del proceso es menor que el de un proceso de isomerizacion enzimatico.D-tagatose was produced by a chemical isomerization process from D-galactose using Ca (OH) 2 as a catalyst by Arla Foods Ingredients Inc. in 2003, and has been marketed under the trade name "Gaiotagatose." However, it is known that the process of chemical isomerization is excellent in terms of isomerization conversion performance, but it has defects in the sense that recovery and purification are difficult and the process is complex and, therefore, the yield The total process is less than that of an enzymatic isomerization process.

La L-arabinosa isomerasa (EC 5.3.1.5) es una enzima que cataliza una reaccion de isomerizacion de conversion de L-arabinosa en L-ribulosa. Ademas, se sabe que la L-arabinosa isomerasa convierte no solamente L-arabinosa (es decir su sustrato natural) en L-ribulosa, sino tambien D-galactosa (es decir un sustrato estructuralmente similar a L- arabinosa) en D-tagatosa.L-arabinose isomerase (EC 5.3.1.5) is an enzyme that catalyzes a conversion isomerization reaction of L-arabinose into L-ribulose. Furthermore, it is known that L-arabinose isomerase converts not only L-arabinose (ie its natural substrate) into L-ribulose, but also D-galactose (ie a substrate structurally similar to L-arabinose) into D-tagatose.

El factor mas importante capaz de contribuir a un incremento en la productividad de un proceso de produccion de D- tagatosa a partir de D-galactosa usando la L-arabinosa isomerasa es desarrollar una enzima, la cual tenga buena reactividad y se pueda aplicar con exito al proceso de produccion, a traves de la modificacion de la isomerasa. Debido a que un incremento en la productividad juega un papel crucial en la maximizacion del beneficio por un descenso en el coste de produccion y el exito del negocio, ha habido una necesidad continua de modificar la arabinosa isomerasa.The most important factor capable of contributing to an increase in the productivity of a production process of D-tagatose from D-galactose using L-arabinose isomerase is to develop an enzyme, which has good reactivity and can be applied successfully to the production process, through the modification of the isomerase. Because an increase in productivity plays a crucial role in maximizing profit by a decrease in production cost and business success, there has been a continuing need to modify arabinose isomerase.

La arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana DSM 5068 que es un microorganismo termofilo tiene un estabilidad termica muy alta, pero necesita mejorar mas para asegurar la productividad economica de la arabinosa isomerasa, la cual es comparable a la de la glucosa isomerasa.Thermotoga neapolitana DSM 5068 arabinose isomerase which is a thermophilic microorganism has a very high thermal stability, but needs to improve further to ensure the economic productivity of arabinose isomerase, which is comparable to that of glucose isomerase.

El documento WO 2014/137148 (septiembre de 2014) describe una variante de L-arabinosa isomerasa derivada a partir de Thermotoga neapolitana y un metodo para producir D-tagatosa a partir de D-galactosa usando la enzima o un microorganismo de Corynebacterium que expresa la misma.WO 2014/137148 (September 2014) describes a variant of L-arabinose isomerase derived from Thermotoga neapolitana and a method for producing D-tagatose from D-galactose using the enzyme or a Corynebacterium microorganism that expresses the same.

Generalmente, los metodos de produccion de enzimas variantes para incrementar las actividades de las enzimas o para producir enzimas activas para nuevos sustratos se dividen en gran parte en un metodo de mutagenesis al azar y un metodo de diseno racional. El metodo de mutagenesis al azar es muy usado, debido a se pueden usar sin requerir especial informacion sobre una enzima diana. Sin embargo, se requiere un sistema de cribado capaz de procesar un gran numero de enzimas variantes. Por otro lado, la modificacion de enzimas por diseno racional no requiere de sistema de cribado especial, debido a que produce solamente un numero limitado de enzimas variantes. Sin embargo, en el caso del diseno racional, los factores que determinan el mecanismo catalttico, propiedad de union a sustrato o especificidad de sustrato de una enzima diana se debenan investigar en detalle.Generally, the methods of producing varying enzymes to increase the activities of enzymes or to produce active enzymes for new substrates are largely divided into a random mutagenesis method and a rational design method. The random mutagenesis method is widely used, because they can be used without requiring special information about a target enzyme. However, a screening system capable of processing a large number of variant enzymes is required. On the other hand, the modification of enzymes by rational design does not require a special screening system, because it produces only a limited number of variant enzymes. However, in the case of rational design, the factors that determine the catalytic mechanism, substrate binding property or substrate specificity of a target enzyme should be investigated in detail.

DivulgacionDivulgation

Problema tecnicoTechnical problem

Por consiguiente, el solicitante ha intentado incrementar la especificidad de sustrato de la L-arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana DSM 5068 para D-galactosa cambiando la estructura tridimensional de la L-arabinosaTherefore, the applicant has attempted to increase the substrate specificity of the Thermotoga neapolitan DSM 5068 L-arabinose isomerase for D-galactose by changing the three-dimensional structure of the L-arabinose

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

isomerasa basandose en la ingeniena de protemas, modelado molecular y analisis del mecanismo de reaccion enzimatica de manera que la arabinosa isomerasa que tiene potencial para producir tagatosa pueda tener la capacidad de producir industrialmente tagatosa.isomerase based on protein engineering, molecular modeling and analysis of the enzymatic reaction mechanism so that arabinose isomerase that has the potential to produce tagatose can have the ability to produce industrially tagatose.

Es un objetivo de la presente invencion proporcionar una variante de la arabinosa isomerasa a partir de Thermotoga neapolitana DSM 5068, la cual tiene actividad de conversion incrementada, y una secuencia de nucleotidos genica que codifica la variante.It is an objective of the present invention to provide a variant of arabinose isomerase from Thermotoga neapolitana DSM 5068, which has increased conversion activity, and a gene nucleotide sequence encoding the variant.

Otro objetivo de la presente invencion es proporcionar un vector recombinante que comprenda la secuencia de nucleotidos genica, y un microorganismo del genero Corynebacterium transformado con el vector recombinante.Another objective of the present invention is to provide a recombinant vector comprising the gene nucleotide sequence, and a microorganism of the Corynebacterium genus transformed with the recombinant vector.

Otro objetivo mas de la presente invencion es proporcionar un metodo de produccion de D-tagatosa a partir de D- galactosa usando o bien la variante de arabinosa isomerasa o el microorganismo transformado o un cultivo del microorganismo transformado.A further objective of the present invention is to provide a method of producing D-tagatose from D-galactose using either the arabinose isomerase variant or the transformed microorganism or a culture of the transformed microorganism.

Solucion tecnicaTechnical solution

La presente invencion proporciona variantes de arabinosa isomerasa, polinucleotidos, vectores, microorganismos y metodos como se definen en las reivindicaciones adjuntas.The present invention provides variants of arabinose isomerase, polynucleotides, vectors, microorganisms and methods as defined in the appended claims.

Para conseguir los objetivos anteriores, la presente invencion proporciona una variante de arabinosa isomerasa que tiene una actividad incrementada de conversion de D-galactosa en D-tagatosa, teniendo la variante de arabinosa isomerasa una sustitucion de prolina para leucina en la posicion 469 y una sustitucion de un aminoacido distinto de la fenilalanina para un aminoacido en la posicion 275 de la arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana DSM 5068, y una secuencia de nucleotidos genica que codifica la variante de arabinosa isomerasa.To achieve the above objectives, the present invention provides a variant of arabinose isomerase that has an increased activity of converting D-galactose to D-tagatose, the arabinose variant isomerase having a proline substitution for leucine at position 469 and a substitution of an amino acid other than phenylalanine for an amino acid at position 275 of the thermotoga neapolitan ismrase Arabometose DSM 5068, and a gene nucleotide sequence encoding the arabinose isomerase variant.

La presente invencion tambien proporciona un vector recombinante que comprende la secuencia de nucleotidos genica, y un microorganismo del genero Corynebacterium transformado con el vector recombinante.The present invention also provides a recombinant vector comprising the gene nucleotide sequence, and a microorganism of the Corynebacterium genus transformed with the recombinant vector.

La presente invencion tambien proporciona un metodo de produccion de D-tagatosa a partir de D-galactosa usando la variante de arabinosa isomerasa.The present invention also provides a method of producing D-tagatose from D-galactose using the arabinose isomerase variant.

La presente invencion tambien proporciona un metodo para producir D-tagatosa, comprendiendo el metodo cultivar el microorganismo transformado de la invencion.The present invention also provides a method for producing D-tagatose, the method comprising culturing the transformed microorganism of the invention.

Efectos ventajososAdvantageous effects

Segun la presente invencion, la produccion de la D-tagatosa se puede incrementar usando un microorganismo del genero Corynebacterium transformado con la nueva variante de arabinosa isomerasa o la secuencia de nucleotidos genica que codifica la variante de arabinosa isomerasa, reduciendo de ese modo el coste de produccion y la inversion en infraestructura.According to the present invention, the production of D-tagatose can be increased using a microorganism of the genus Corynebacterium transformed with the new variant of arabinose isomerase or the gene nucleotide sequence encoding the variant of arabinose isomerase, thereby reducing the cost of Production and infrastructure investment.

Descripcion de los dibujosDescription of the drawings

La Figura 1 muestra una estructura compuesta del sitio activo e ion de manganeso cofactor de la L-arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana.Figure 1 shows a composite structure of the active site and manganese ion cofactor of the L-arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana.

La Figura 2 muestra los sitios de la L-arabinosa y la D-galactosa, los cuales se unen al sitio activo de la L- arabinosa isomerasa, y los grupos funcionales de la L-arabinosa y la D-galactosa, los cuales interactuan con el sitio activo de la L-arabinosa isomerasa. Se muestra que el carbono 6 de la D-galactosa causa impedimento esterico con el resto de fenilalanina en la posicion 275 de la L-arabinosa isomerasa.Figure 2 shows the sites of L-arabinose and D-galactose, which bind to the active site of L-arabinose isomerase, and the functional groups of L-arabinose and D-galactose, which interact with the active site of L-arabinose isomerase. It is shown that carbon 6 of D-galactose causes steric hindrance with the rest of phenylalanine at position 275 of L-arabinose isomerase.

La Figura 3 muestra los resultados obtenidos sustituyendo el resto en 275 de la L-arabinosa isomerasa a mutagenesis saturada y comparando la actividad relativa de las variantes, seleccionadas por el metodo de cistema-carbazol, a traves de una reaccion de desarrollo de color. Se encontro un numero considerable de variantes que mostraban una actividad mayor que la de un control.Figure 3 shows the results obtained by replacing the 275 moiety of L-arabinose isomerase with saturated mutagenesis and comparing the relative activity of the variants, selected by the cystem-carbazole method, through a color development reaction. A considerable number of variants were found that showed an activity greater than that of a control.

La Figura 4 muestra las estructuras de variantes seleccionadas (F275V/L469P, F275M/L469P, y F275I/L469P), previstas por una tecnica de modelado molecular.Figure 4 shows the structures of selected variants (F275V / L469P, F275M / L469P, and F275I / L469P), provided by a molecular modeling technique.

La Figura 5 muestra los resultados del analisis SDS-PAGE de variantes aisladas y purificadas de L-arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana.Figure 5 shows the results of the SDS-PAGE analysis of isolated and purified variants of L-arabinose isomerase from Thermotoga neapolitana.

La Figura 6 muestra los resultados de evaluacion de la actividad relativa de variantes seleccionadas a temperaturas variantes para determinar las temperaturas optimas de las variantes.Figure 6 shows the results of the evaluation of the relative activity of selected variants at varying temperatures to determine the optimum temperatures of the variants.

La Figura 7 muestra los resultados de la medicion de las estabilidades termicas de variantes seleccionadas a 95 °C en funcion del tiempo.Figure 7 shows the measurement results of the thermal stability of selected variants at 95 ° C as a function of time.

La Figura 8 muestra los resultados de evaluacion de la actividad relativa de variantes seleccionadas para determinar la dependencia de las variantes sobre manganeso.Figure 8 shows the results of the evaluation of the relative activity of selected variants to determine the dependence of the variants on manganese.

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

Modo para la invencionMode for the invention

Se describe una variante de la arabinosa isomerasa a partir de Thermotoga neapolitana DSM 5068, la cual tiene actividad de conversion incrementada, y una secuencia de nucleotidos genica que codifica la variante.A variant of the arabinose isomerase is described from Thermotoga neapolitana DSM 5068, which has increased conversion activity, and a gene nucleotide sequence encoding the variant.

La presente invencion proporciona una variante de arabinosa isomerasa que tiene una actividad incrementada de conversion de D-galactosa en D-tagatosa, teniendo la variante de arabinosa isomerasa una sustitucion de prolina para leucina en la posicion 469 y una sustitucion de un aminoacido distinto de fenilalanina para un aminoacido en la posicion 275 de la arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana DSM 5068, y una secuencia de nucleotidos genica que codifica la variante de arabinosa isomerasa.The present invention provides a variant of arabinose isomerase that has an increased activity of converting D-galactose to D-tagatose, the variant of arabinose isomerase having a proline substitution for leucine at position 469 and a substitution of an amino acid other than phenylalanine. for an amino acid at position 275 of the Arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana DSM 5068, and a gene nucleotide sequence encoding the arabinose isomerase variant.

Como se usa en el presente documento, la expresion “arabinosa isomerasa que convierte D-galactosa en D- tagatosa” significa una enzima que cataliza una reaccion de isomerizacion que usa D-galactosa como sustrato para producir D-tagatosa.As used herein, the expression "arabinose isomerase that converts D-galactose to D-tagatose" means an enzyme that catalyzes an isomerization reaction that uses D-galactose as a substrate to produce D-tagatose.

La variante de arabinosa isomerasa segun la presente invencion preferentemente tiene una sustitucion de un aminoacido que tiene una cadena lateral alifatica no polar para un aminoacido en la posicion 275 de la arabinosa isomerasa.The arabinose isomerase variant according to the present invention preferably has a substitution of an amino acid having a non-polar aliphatic side chain for an amino acid at position 275 of the arabinose isomerase.

Como se usa en el presente documento, la expresion “aminoacido que tiene una cadena lateral alifatica no polar” significa alanina, valina, isoleucina, leucina, metionina o prolina.As used herein, the term "amino acid having a non-polar aliphatic side chain" means alanine, valine, isoleucine, leucine, methionine or proline.

Preferentemente, el aminoacido en la posicion 275 de la arabinosa isomerasa esta sustituido con un aminoacido cualquiera seleccionado del grupo que consiste en valina, metionina e isoleucina.Preferably, the amino acid at position 275 of the arabinose isomerase is substituted with any amino acid selected from the group consisting of valine, methionine and isoleucine.

Preferentemente, la variante de arabinosa isomerasa segun la presente invencion tiene ademas una sustitucion de prolina para leucina en la posicion 469 de la arabinosa isomerasa.Preferably, the arabinose isomerase variant according to the present invention also has a proline substitution for leucine at position 469 of the arabinose isomerase.

Como se usa en el presente documento, el termino “sustitucion” significa sustitucion de un aminoacido en una posicion espedfica con otro aminoacido para producir una mutacion. Un metodo de mutagenesis adecuado puede ser cualquier metodo que se pueda usar por los expertos en la tecnica para este fin. Particularmente, el metodo de mutagenesis puede ser un metodo de mutagenesis saturada, un metodo de mutagenesis al azar o un metodo de mutagenesis dirigida (“Evolutionary molecular engineering based on RNA replication”, Pure Appl. Chem. 1984, 56:967-978; “Promoters selected from random DNA-sequences”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1986, 83:7.405-7.409; “Mutants generated by the insertion of random oligonucleotides into the active-site of the beta-lactamase gene”, Biochemistry 1989, 28:5.703-5.707).As used herein, the term "substitution" means substitution of an amino acid in a specific position with another amino acid to produce a mutation. A suitable mutagenesis method can be any method that can be used by those skilled in the art for this purpose. Particularly, the mutagenesis method may be a saturated mutagenesis method, a random mutagenesis method or a directed mutagenesis method ("Evolutionary molecular engineering based on RNA replication", Pure Appl. Chem. 1984, 56: 967-978; "Promoters selected from random DNA-sequences", Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1986, 83: 7.405-7.409; "Mutants generated by the insertion of random oligonucleotides into the active-site of the beta-lactamase gene", Biochemistry 1989, 28: 5,703-5,707).

Preferentemente, la variante de arabinosa isomerasa segun la presente invencion tiene un aminoacido en la posicion 275, sustituido usando el metodo de mutagenesis saturada, y leucina en la posicion 469, sustituida usando el metodo de mutagenesis dirigida.Preferably, the arabinose isomerase variant according to the present invention has an amino acid at position 275, substituted using the saturated mutagenesis method, and leucine at position 469, substituted using the directed mutagenesis method.

En una realizacion de la presente invencion, se realizo mutagenesis al azar usando arabinosa isomerasa tipo silvestre (que tiene una secuencia de aminoacidos de SEQ ID NO: 1 y una secuencia de nucleotidos de SEQ ID NO:In one embodiment of the present invention, random mutagenesis was performed using wild-type arabinose isomerase (which has an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and a nucleotide sequence of SEQ ID NO:

6) de Thermotoga neapolitana DSM 5068 como molde, obteniendo de ese modo variantes que tienen caractensticas enzimaticas mejoradas e informacion genetica sobre las variantes. Las variantes se analizaron en conjunto, y como resultado, se encontro que la variacion en la secuencia da aminoacidos de la region C-terminal de la arabinosa isomerasa inflma un incremento en la actividad enzimatica.6) Thermotoga neapolitana DSM 5068 as a mold, thereby obtaining variants that have improved enzymatic characteristics and genetic information about the variants. The variants were analyzed together, and as a result, it was found that variation in the amino acid sequence of the C-terminal region of the arabinose isomerase causes an increase in enzymatic activity.

Ademas, los aminoacidos en la region C-terminal que constituyen el sitio activo de cada una de la arabinosa isomerasa tipo silvestre y la variante de arabinosa isomerasa se analizaron por modelado molecular. Como resultado, se encontro que la variante tema una sustitucion de prolina para leucina en la posicion 469 de la arabinosa isomerasa tipo silvestre, y asf desapareda la lamina beta en la posicion 18 de la protema, y el angulo y la cadena principal se inclinaban cuando la estructura tridimensional de la helice alfa en la posicion 17 se movfa hacia el cuerpo proteico, indicando que se cambiaba la estructura de la protema.In addition, the amino acids in the C-terminal region that constitute the active site of each of the wild-type arabinose isomerase and the arabinose isomerase variant were analyzed by molecular modeling. As a result, the variant was found to be a substitution of proline for leucine at position 469 of the wild-type arabinose isomerase, and thus the beta sheet disappears at position 18 of the protema, and the angle and the main chain inclined when the three-dimensional structure of the alpha helix at position 17 moved towards the protein body, indicating that the structure of the protein was changed.

Basandose en los resultados anteriormente descritos, la leucina en la posicion 469 de la arabinosa isomerasa tipo silvestre estaba sustituida con prolina usando la mutagenesis dirigida, preparando de ese modo una variante (L469P) (que tema una secuencia de aminoacidos de SEQ ID NO: 2 y una secuencia de nucleotidos de SEQ ID NO:Based on the results described above, leucine at position 469 of wild-type arabinose isomerase was substituted with proline using directed mutagenesis, thereby preparing a variant (L469P) (which feeds an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and a nucleotide sequence of SEQ ID NO:

7) . La variante se incubo y, a continuacion, se midio su actividad, y como resultado, se encontro que la variante mostraba una mayor actividad para la galactosa sustrato en comparacion con la arabinosa isomerasa tipo silvestre.7). The variant was incubated and then its activity was measured, and as a result, it was found that the variant showed increased activity for the galactose substrate compared to the wild-type arabinose isomerase.

En una realizacion de la presente invencion, para obtener una enzima que tenga actividad de conversion incrementada a partir de la variante de arabinosa isomerasa (L469P), se seleccionaron los restos principales de la region de union a sustrato y la region activa de la enzima, y se estimo el mecanismo de reaccion, seleccionando de ese modo el aminoacido en la posicion 275. Las mutaciones se introdujeron en la posicion 275 usando el metodo deIn one embodiment of the present invention, to obtain an enzyme that has increased conversion activity from the arabinose isomerase variant (L469P), the main residues of the substrate binding region and the active region of the enzyme were selected, and the reaction mechanism was estimated, thereby selecting the amino acid at position 275. Mutations were introduced at position 275 using the method of

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

mutagenesis saturada, y las variantes se cribaron, seleccionando de ese modo variantes que teman actividad de conversion incrementada.saturated mutagenesis, and the variants were screened, thereby selecting variants that fear increased conversion activity.

Las variantes seleccionadas se secuenciaron, y como resultado, se encontro que las variantes teman sustituciones de valina (L469P/F275V), metionina (L469P/F275M) e isoleucina (L469P/F275I), respectivamente, para el aminoacido en la posicion 275. Cada una de las tres variantes se transformaron dentro de microorganismos del genero Corynebacterium, y se realizo una reaccion de isomerizacion cultivando los microorganismos. Como resultado, se encontro que todas las tres variantes mostraban actividad incrementada en comparacion con la variante L469P que tema una sustitucion de prolina para leucina en la posicion 469.The selected variants were sequenced, and as a result, the variants were found to substitute valine (L469P / F275V), methionine (L469P / F275M) and isoleucine (L469P / F275I), respectively, for the amino acid at position 275. Each one of the three variants were transformed into microorganisms of the genus Corynebacterium, and an isomerization reaction was carried out by culturing the microorganisms. As a result, it was found that all three variants showed increased activity compared to the L469P variant that had a proline replacement for leucine at position 469.

Para examinar las caractensticas de las tres variantes, las arabinosa isomerasas expresadas se aislaron de los microorganismos del genero Corynebacterium cultivados bajo las condiciones anteriormente descritas. Se encontro que las protemas purificadas mostraban actividad de arabinosa isomerasa para D-galactosa. Ademas, se encontro por SDS PAGE que las protemas purificadas teman pesos moleculares coherentes con el de la arabinosa isomerasa.To examine the characteristics of the three variants, the arabinose isomerases expressed were isolated from microorganisms of the Corynebacterium genus cultured under the conditions described above. The purified proteins were found to show arabinose isomerase activity for D-galactose. In addition, it was found by SDS PAGE that purified proteins fear molecular weights consistent with that of arabinose isomerase.

Usando las enzimas variantes purificadas, se midieron la temperatura optima, la estabilidad termica, el uso de ion metalico y la actividad enzimatica de las enzimas variantes. Como resultado, se encontro que las tres variantes mostraban la actividad mas alta a 75 °C, pero la estabilidad termica de algun modo descendio, el uso del ion metalico no difena significativamente, y las actividades espedficas de las variantes de arabinosa isomerasa eran aproximadamente 5,5 veces mayores (F275V/L469P), 5 veces mayores (F275M/L469P) y 3,9 veces mayores (F275I/L469P), respectivamente, que las de la variante L469P.Using the purified variant enzymes, the optimum temperature, thermal stability, the use of metal ion and the enzymatic activity of the variant enzymes were measured. As a result, it was found that the three variants showed the highest activity at 75 ° C, but the thermal stability somewhat decreased, the use of the metal ion did not differ significantly, and the specific activities of the arabinose isomerase variants were approximately 5 , 5 times greater (F275V / L469P), 5 times greater (F275M / L469P) and 3.9 times greater (F275I / L469P), respectively, than those of the L469P variant.

En una realizacion, la presente invencion proporciona una secuencia de nucleotidos genica que codifica la variante de arabinosa isomerasa.In one embodiment, the present invention provides a genetic nucleotide sequence encoding the arabinose isomerase variant.

La secuencia de nucleotidos genica puede ser una seleccionada del grupo que consiste en SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 y SEQ ID NO: 10.The gene nucleotide sequence may be one selected from the group consisting of SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 and SEQ ID NO: 10.

Se describen variantes de arabinosa isomerasa que pueden tener secuencias de nucleotidos genicas que codifican protemas que tienen una homologfa de al menos 80 %, preferentemente al menos 90 %, mas preferentemente al menos 95 %, y particularmente preferentemente al menos 97 %, a secuencias de aminoacidos de las SEQ ID NO: 3 a 5, siempre que las actividades de la arabinosa isomerasa de las variantes de arabinosa isomerasa de la presente invencion se puedan mantener o aumentar. Lo mas preferentemente, las variantes de arabinosa isomerasa segun la presente invencion tienen secuencias de nucleotidos genicas mostradas en las SEQ ID NO: 8 a 10.Arabinose isomerase variants are described which may have gene nucleotide sequences encoding proteins that have a homology of at least 80%, preferably at least 90%, more preferably at least 95%, and particularly preferably at least 97%, at sequences of amino acids of SEQ ID NO: 3 to 5, provided that the arabinose isomerase activities of the arabinose isomerase variants of the present invention can be maintained or increased. Most preferably, arabinose isomerase variants according to the present invention have gene nucleotide sequences shown in SEQ ID NO: 8 to 10.

Como se usa en el presente documento, el termino “homologfa” se refiere a la identidad entre dos secuencias de aminoacidos. La homologfa se puede determinar usando metodos bien conocidos por los expertos en la tecnica, por ejemplo, BLAST 2.0 que calcula parametros tales como la puntuacion, identidad o similitud.As used herein, the term "homology" refers to the identity between two amino acid sequences. Homology can be determined using methods well known to those skilled in the art, for example, BLAST 2.0 which calculates parameters such as punctuation, identity or similarity.

Se describen variantes que codifican variantes de arabinosa isomerasa que pueden hibridar a polinucleotidos mostrados en las SEQ ID NO: 8 a 10 o sondas de los polinucleotidos bajo condiciones estrictas y que funcionan normalmente.Variants encoding arabinose isomerase variants that can hybridize to polynucleotides shown in SEQ ID NO: 8 to 10 or polynucleotide probes under strict and normally functioning conditions are described.

Como se usa en el presente documento, el termino “condiciones estrictas” significa las condiciones que permiten la hibridacion espedfica entre los polinucleotidos. Por ejemplo, la hibridacion se realiza en un tampon de hibridacion (3,5>SSC, Ficoll al 0,02 %, polivinilpirrolidona al 0,02 %, albumina de suero bovino al 0,02 %, NaH2PO4 2,5 mM (pH 7), SDS al 0,5 %, EDTA 2 mM) a 65 °C ("Molecular Cloning", A Laboratory Manual, J. Sambrook y col., Editores, 2a Edicion, Cold Spring Harbor Laboratory press, Cold Spring Harbor, Nueva York, 1989) o “Current Protocols in Molecular Biology” (F.M. Ausubel y col., Editores, John Wiley & Sons, Inc., Nueva York). En el presente documento, SSC es cloruro de sodio 0,15 M/citrato de sodio 0,15 M (pH 7). Despues de la hibridacion, la membrana que tiene ADN transferido a la misma se lava con 2>SSC a temperatura ambiente y, a continuacion, se lava con 0,1 a 0,5>SSC/0,1xSDS a una temperatura de 68 °C.As used herein, the term "strict conditions" means the conditions that allow specific hybridization between polynucleotides. For example, hybridization is performed in a hybridization buffer (3.5> SSC, 0.02% Ficoll, 0.02% polyvinyl pyrrolidone, 0.02% bovine serum albumin, 2.5 mM NaH2PO4 (pH 7), 0.5% SDS, 2 mM EDTA) at 65 ° C ("Molecular Cloning", A Laboratory Manual, J. Sambrook et al., Editors, 2nd Edition, Cold Spring Harbor Laboratory press, Cold Spring Harbor, New York, 1989) or "Current Protocols in Molecular Biology" (FM Ausubel et al., Editors, John Wiley & Sons, Inc., New York). Here, SSC is 0.15 M sodium chloride / 0.15 M sodium citrate (pH 7). After hybridization, the membrane that has DNA transferred to it is washed with 2> SSC at room temperature and then washed with 0.1 to 0.5> SSC / 0.1xSDS at a temperature of 68 ° C.

En una realizacion, la presente invencion proporciona una variante de isomerasa que tiene una secuencia de aminoacidos cualquiera seleccionada del grupo que consiste en SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4 y SEQ ID NO: 5. Espedficamente, la variante es una arabinosa isomerasa mutante que tiene una sustitucion de un aminoacido cualquiera seleccionado del grupo que consiste en valina, metionina e isoleucina para un aminoacido en la posicion 275 y que tiene tambien una sustitucion de prolina para un aminoacido en la posicion 469.In one embodiment, the present invention provides an isomerase variant having any amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5. Specifically, the variant is an arabinose mutant isomerase that has a substitution of any amino acid selected from the group consisting of valine, methionine and isoleucine for an amino acid at position 275 and that also has a proline substitution for an amino acid at position 469.

Se describe una variante que puede ser un mutante o mutante artificial que codifica un polipeptido que tiene una secuencia de aminoacidos que comprende una sustitucion, delecion, insercion o adicion de uno o varios aminoacidos en una o mas posiciones distintas de las posiciones 275 y 469 de la secuencia de aminoacidos de una cualquiera de las SEQ ID NO: 3 a 5, siempre que la actividad de la arabinosa isomerasa se pueda mantener o aumentar.A variant is described which may be an artificial mutant or mutant encoding a polypeptide having an amino acid sequence comprising a substitution, deletion, insertion or addition of one or more amino acids in one or more positions other than positions 275 and 469 of the amino acid sequence of any one of SEQ ID NO: 3 to 5, provided that the activity of arabinose isomerase can be maintained or increased.

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

Como se usa en el presente documento, el termino “varios aminoacidos” significa 2 a 20 aminoacidos, preferentemente 2 a 10 aminoacidos, y mas preferentemente 2 a 5 aminoacidos, dependiendo del tipo o posiciones de los restos de aminoacidos en la estructura tridimensional de la protema.As used herein, the term "various amino acids" means 2 to 20 amino acids, preferably 2 to 10 amino acids, and more preferably 2 to 5 amino acids, depending on the type or positions of the amino acid residues in the three-dimensional structure of the Protect

Ademas, las sustituciones, deleciones, inserciones, adiciones o inversiones descritas de aminoacidos pueden incluir mutantes de origen natural o variantes artificiales, basados en diferencias individuales y/o diferencias de especie del microorganismo que expresa la arabinosa isomerasa.In addition, the described substitutions, deletions, insertions, additions or inversions of amino acids can include naturally occurring mutants or artificial variants, based on individual differences and / or species differences of the microorganism expressing arabinose isomerase.

En una realizacion, la presente invencion tambien proporciona un vector recombinante que comprende un polinucleotido unido de manera operable al mismo.In one embodiment, the present invention also provides a recombinant vector comprising a polynucleotide operably linked thereto.

Como se usa en el presente documento, el termino “vector” se refiere a una construccion de ADN que contiene la secuencia de nucleotidos de un gen codificador de protema diana unido de manera operable a una secuencia reguladora adecuada para ser capaz de expresar el gen diana en una celula hospedadora adecuada. La secuencia reguladora incluye un promotor capaz de iniciar la transcripcion, cualquier operador para regular esta transcripcion, una secuencia que codifica un sitio de union a ribosoma de ARNm, y una secuencia para regular la terminacion de la transcripcion y la traduccion. Una vez transformado en un hospedador adecuado, el vector puede replicarse o funcionar independientemente del genoma hospedador, o puede integrarse en el propio genoma.As used herein, the term "vector" refers to a DNA construct that contains the nucleotide sequence of a target protein coding gene operably linked to a suitable regulatory sequence to be able to express the target gene. in a suitable host cell. The regulatory sequence includes a promoter capable of initiating transcription, any operator to regulate this transcription, a sequence encoding a mRNA ribosome binding site, and a sequence to regulate the termination of transcription and translation. Once transformed into a suitable host, the vector can replicate or function independently of the host genome, or it can be integrated into the genome itself.

El vector que se usa en la presente invencion no esta espedficamente limitado y puede ser cualquier vector conocido en la tecnica, siempre que pueda replicarse en un hospedador. Ejemplos de los vectores comunmente usados puede incluir plasmidos naturales o recombinantes, cosmidos, virus y bacteriofagos.The vector used in the present invention is not specifically limited and can be any vector known in the art, as long as it can be replicated in a host. Examples of commonly used vectors may include natural or recombinant plasmids, cosmetics, viruses and bacteriophages.

Ademas, el vector que se usa en la presente invencion es un vector capaz de transformar celulas hospedadoras, para insertar el polinucleotido que codifica la protema diana en el cromosoma de la celula hospedadora. Ejemplos espedficos del vector incluyen, pero no se limitan a, un vector lanzadera pECCG112 que se puede auto replicar en ambas direcciones en E. coli y bacterias tipo Coryne (Kap-Soo, Noh, Kor. Jour. Microbiol. julio de 1991, p 149-154).In addition, the vector used in the present invention is a vector capable of transforming host cells, to insert the polynucleotide encoding the target protein into the host cell chromosome. Specific examples of the vector include, but are not limited to, a shuttle vector pECCG112 that can self-replicate in both directions in E. coli and Coryne bacteria (Kap-Soo, Noh, Kor. Jour. Microbiol. July 1991, p 149-154).

Tambien, el polinucleotido que codifica la protema diana endogena en el cromosoma se puede reemplazar con un nuevo polinucleotido por un vector para la insercion en el cromosoma bacteriano. La insercion del polinucleotido en el cromosoma se puede realizar por cualquier metodo conocido en la tecnica, por ejemplo, recombinacion homologa.Also, the polynucleotide encoding the endogenous target protein on the chromosome can be replaced with a new polynucleotide with a vector for insertion into the bacterial chromosome. The insertion of the polynucleotide into the chromosome can be performed by any method known in the art, for example, homologous recombination.

Debido a que el vector de la presente invencion se puede insertar en el cromosoma por recombinacion homologa, ademas puede comprender un marcador de seleccion para confirmar su insercion en el cromosoma. El marcador de seleccion se usa para seleccionar una celula transformada con el vector, es decir, confirmar la insercion del polinucleotido diana. El marcador de seleccion que se usa en la presente invencion se puede seleccionar de marcadores que proporcionan fenotipos seleccionables, tales como resistencia a farmaco, auxotroffa, resistencia a agentes citotoxicos, o expresion de protema de superficie. Solamente las celulas que expresan el marcador de seleccion son capaces de sobrevivir o mostrar diferentes fenotipos bajo el ambiente tratado con el agente selectivo, y asf se pueden seleccionar las celulas transformadas.Because the vector of the present invention can be inserted into the chromosome by homologous recombination, it can also comprise a selection marker to confirm its insertion into the chromosome. The selection marker is used to select a cell transformed with the vector, that is, to confirm the insertion of the target polynucleotide. The selection marker that is used in the present invention can be selected from markers that provide selectable phenotypes, such as drug resistance, auxotrophic, resistance to cytotoxic agents, or surface protection expression. Only cells expressing the selection marker are capable of surviving or displaying different phenotypes under the environment treated with the selective agent, and thus transformed cells can be selected.

En una realizacion, la presente invencion tambien proporciona un microorganismo del genero Corynebacterium transformado con el vector recombinante.In one embodiment, the present invention also provides a microorganism of the genus Corynebacterium transformed with the recombinant vector.

Como se usa en el presente documento, el termino “transformacion” significa introducir un vector que comprende un polinucleotido que codifica una protema diana en una celula hospedadora para ser capaz de expresar una protema codificada por el polinucleotido en la celula hospedadora. Los polinucleotidos transformados incluyen todos los genes insertados en el cromosoma de la celula hospedadora o localizados fuera del cromosoma, siempre que se puedan expresar en la celula hospedadora. Ademas, los polinucleotidos incluyen ADN y ARN, los cuales codifican la protema diana. Siempre que el polinucleotido se pueda introducir en la celula hospedadora y expresar en la misma, el gen se puede introducir de cualquier forma. Por ejemplo, el polinucleotido se puede introducir en la celula hospedadora en forma de un casete de expresion que es una construccion de polinucleotidos que incluye todos los elementos para la expresion del gen. El casete de expresion incluye un promotor que se une de manera operable al gen, una senal de terminacion de la transcripcion, un sitio de union a ribosoma, y una senal de terminacion de la traduccion. El casete de expresion puede estar en forma de un vector de expresion capaz de auto replicacion. El polinucleotido tambien se puede introducir en la celula hospedadora por sf mismo, y unir de manera operable a la secuencia necesaria para la expresion en la celula hospedadora.As used herein, the term "transformation" means introducing a vector comprising a polynucleotide encoding a target protein in a host cell to be able to express a protein encoded by the polynucleotide in the host cell. Transformed polynucleotides include all genes inserted into the host cell chromosome or located outside the chromosome, provided they can be expressed in the host cell. In addition, polynucleotides include DNA and RNA, which encode the target protein. As long as the polynucleotide can be introduced into the host cell and expressed in it, the gene can be introduced in any way. For example, the polynucleotide can be introduced into the host cell in the form of an expression cassette that is a polynucleotide construct that includes all the elements for gene expression. The expression cassette includes a promoter that operably binds to the gene, a transcription termination signal, a ribosome binding site, and a translation termination signal. The expression cassette may be in the form of an expression vector capable of self replication. The polynucleotide can also be introduced into the host cell itself, and operably linked to the sequence necessary for expression in the host cell.

El microorganismo de la presente invencion incluye cualquiera de los microorganismos procariotas y microorganismos eucariotas, siempre que se pueda expresar la variante de isomerasa. Por ejemplo, se puede incluir un microorganismo que pertenece al genero Escherichia, el genero Erwinia, el genero Serratia, el genero Providencia, el genero Corynebacterium o el genero Brevibacterium. Preferentemente, el microorganismo de la presente invencion es un microorganismo que pertenece al genero Corynebacterium. Mas preferentemente, es Corynebacterium glutamicum.The microorganism of the present invention includes any of the prokaryotic microorganisms and eukaryotic microorganisms, provided that the isomerase variant can be expressed. For example, a microorganism belonging to the Escherichia genus, the Erwinia genus, the Serratia genus, the Providencia genus, the Corynebacterium genus or the Brevibacterium genus can be included. Preferably, the microorganism of the present invention is a microorganism belonging to the genus Corynebacterium. More preferably, it is Corynebacterium glutamicum.

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

En un ejemplo de la presente invencion, Corynebacterium glutamicum que tiene la capacidad de producir L- aminoacido se transformo con un vector que tema una secuencia de nucleotidos de cada una de las SEQ ID NO: 8, 9 y 10, y las cepas construidas se nombraron Corynebacterium glutamicum pFIS-1-TNAI-2, pFIS-1-TNAI-3 y pFIS-1- tNaI-4, respectivamente, y se depositaron en el “Korean Culture Center of Microorganisms” (361-221, Honje 1-dong, Seodaemun-gu, Seul, Corea del Sur), una autoridad de deposito internacional, el 14 de febrero de 2013 bajo los numeros de acceso KCCM11378P, KCCM11379P y KCCM11380P, respectivamente. La presente descripcion tambien se refiere a un cultivo de un microorganismo del genero Corynebacterium transformado con un vector recombinante de la invencion.In one example of the present invention, Corynebacterium glutamicum that has the ability to produce L-amino acid was transformed with a vector that feeds a nucleotide sequence of each of SEQ ID NO: 8, 9 and 10, and the strains constructed are they named Corynebacterium glutamicum pFIS-1-TNAI-2, pFIS-1-TNAI-3 and pFIS-1- tNaI-4, respectively, and deposited in the "Korean Culture Center of Microorganisms" (361-221, Honje 1-dong , Seodaemun-gu, Seoul, South Korea), an international deposit authority, on February 14, 2013 under accession numbers KCCM11378P, KCCM11379P and KCCM11380P, respectively. The present description also relates to a culture of a microorganism of the genus Corynebacterium transformed with a recombinant vector of the invention.

El cultivo puede ser un cultivo no diluido que comprende las celulas del microorganismo o puede ser una celula microbiana obtenida eliminando el sobrenadante del cultivo o concentrando el cultivo. Una composicion del medio para cultivar el microorganismo puede comprender no solamente componentes convencionales requeridos para el cultivo de los microorganismos del genero Corynebacterium, sino tambien componentes que tienen un efecto sinergico sobre el crecimiento de los microorganismos del genero Corynebacterium, y se pueden seleccionar facilmente por expertos en la tecnica. Ademas, el cultivo puede estar en un lfquido o estado seco, y los metodos para secar el cultivo incluyen, pero no se limitan a, secado al aire, secado natural, secado por pulverizacion y liofilizacion.The culture may be an undiluted culture comprising the cells of the microorganism or it may be a microbial cell obtained by removing the culture supernatant or concentrating the culture. A composition of the medium for culturing the microorganism can comprise not only conventional components required for the cultivation of microorganisms of the Corynebacterium genus, but also components that have a synergistic effect on the growth of microorganisms of the Corynebacterium genus, and can be readily selected by experts. in the technique In addition, the culture may be in a liquid or dry state, and methods for drying the culture include, but are not limited to, air drying, natural drying, spray drying and lyophilization.

El microorganismo del genero Corynebacterium segun la presente invencion se puede cultivar por cualquier metodo convencional. Espedficamente, el microorganismo se puede cultivar inoculandolo en un medio que contiene totalmente o parcialmente sacarosa o glucosa como fuente de carbono. El proceso de cultivo se puede realizar en medios y condiciones de cultivo adecuados conocidos en la tecnica. Este proceso de cultivo puede ser modificado facilmente por cualquier experto en la tecnica dependiendo del tipo de cepa seleccionada. Ejemplos del proceso de cultivo incluyen, pero no se limitan a, cultivo discontinuo, cultivo continuo, y cultivo de alimentacion discontinua. El medio que se usa en el cultivo del microorganismo de la presente invencion debena satisfacer apropiadamente los requerimientos del microorganismo de la presente invencion.The microorganism of the genus Corynebacterium according to the present invention can be cultured by any conventional method. Specifically, the microorganism can be cultured by inoculating it in a medium that contains totally or partially sucrose or glucose as a carbon source. The cultivation process can be performed under suitable culture media and conditions known in the art. This culture process can be easily modified by any person skilled in the art depending on the type of strain selected. Examples of the cultivation process include, but are not limited to, discontinuous culture, continuous culture, and discontinuous feed culture. The medium that is used in the cultivation of the microorganism of the present invention should properly meet the requirements of the microorganism of the present invention.

Espedficamente, el medio que se usa en la presente invencion contiene sacarosa o glucosa como fuente principal de carbono. Ademas, las melazas que contienen una alta concentracion de sacarosa tambien se pueden usar como una fuente de carbono. Ademas, se pueden usar cantidades adecuadas de diversas fuentes de carbono. Preferentemente, se usa glucosa purificada. Ejemplos de fuentes de nitrogeno que se pueden usar en la presente invencion incluyen fuentes de nitrogeno organicas tales como peptona, extracto de levadura, extracto de carne, extracto de malta, licor de maceracion de mafz, y harina de soja, y fuentes de nitrogeno inorganicas tales como urea, sulfato de amonio, cloruro de amonio, fosfato de amonio, carbonato de amonio y nitrato de amonio. Preferentemente, se usa peptona. Estas fuentes de nitrogeno se pueden usar solas o en combinacion. El medio puede contener fosfato de potasio monobasico, fosfato de potasio dibasico y las correspondientes sales que contienen sodio, como fuentes de fosforo. Ademas, el medio puede contener una sal de metal tal como sulfato de magnesio o sulfato ferroso. Ademas, el medio puede contener aminoacidos, vitaminas y precursores adecuados. Estos medios o precursores se pueden anadir al medio de una manera discontinua o continua.Specifically, the medium used in the present invention contains sucrose or glucose as the main source of carbon. In addition, molasses that contain a high concentration of sucrose can also be used as a carbon source. In addition, suitable amounts of various carbon sources can be used. Preferably, purified glucose is used. Examples of nitrogen sources that can be used in the present invention include organic nitrogen sources such as peptone, yeast extract, meat extract, malt extract, maceration liquor, and soybean meal, and inorganic nitrogen sources. such as urea, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate. Preferably, peptone is used. These nitrogen sources can be used alone or in combination. The medium may contain monobasic potassium phosphate, dibasic potassium phosphate and the corresponding sodium-containing salts, as phosphorus sources. In addition, the medium may contain a metal salt such as magnesium sulfate or ferrous sulfate. In addition, the medium may contain suitable amino acids, vitamins and precursors. These means or precursors can be added to the medium in a discontinuous or continuous manner.

El medio de cultivo generalmente se mantiene a una temperatura que oscila de 27 °C a 37 °C, y preferentemente de 30 °C a 37 °C. El cultivo del microorganismo se puede continuar hasta que se obtenga el nivel deseado de la protema. Preferentemente el periodo de cultivo es de 10 a 100 horas.The culture medium is generally maintained at a temperature ranging from 27 ° C to 37 ° C, and preferably from 30 ° C to 37 ° C. The culture of the microorganism can be continued until the desired level of the protein is obtained. Preferably the cultivation period is 10 to 100 hours.

La presente invencion proporciona un metodo para producir D-tagatosa, comprendiendo el metodo hacer reaccionar una solucion que contiene D-galactosa con una fuente de ion metalico seleccionada del grupo que consiste en iones de manganeso, iones de magnesio e iones de zinc en presencia de la variante de arabinosa isomerasa que tiene una actividad de conversion de D-galactosa en D-tagatosa, el microorganismo transformado del genero Corynebacterium, o un cultivo del microorganismo transformado del genero Corynebacterium, produciendo de ese modo D-tagatosa.The present invention provides a method for producing D-tagatose, the method comprising reacting a solution containing D-galactose with a metal ion source selected from the group consisting of manganese ions, magnesium ions and zinc ions in the presence of the arabinose isomerase variant that has a conversion activity of D-galactose into D-tagatose, the transformed microorganism of the genus Corynebacterium, or a culture of the transformed microorganism of the genus Corynebacterium, thereby producing D-tagatose.

Para permitir que un sustrato se introduzca en el microorganismo transformado del genero Corynebacterium, o un cultivo del microorganismo transformado del genero Corynebacterium, las celulas microbianas obtenidas centrifugando el microorganismo transformado o el cultivo se pueden tratar con un tensioactivo, lisozima o xileno.To allow a substrate to be introduced into the transformed microorganism of the Corynebacterium genus, or a culture of the transformed microorganism of the Corynebacterium genus, the microbial cells obtained by centrifuging the transformed microorganism or the culture can be treated with a surfactant, lysozyme or xylene.

Preferentemente, las celulas microbianas se pueden tratar con POESA al 0,1 %.Preferably, microbial cells can be treated with 0.1% POESA.

La solucion que contiene D-galactosa, la cual se usa en la presente invencion, se puede seleccionar del grupo que consiste en D-galactosa purificada, D-galactosa derivada de biomasa, y D-galactosa obtenida por hidrolisis de lactosa, pero no se limita a las mismas.The solution containing D-galactose, which is used in the present invention, can be selected from the group consisting of purified D-galactose, D-galactose derived from biomass, and D-galactose obtained by lactose hydrolysis, but not Limit them.

La arabinosa isomerasa es una metaloenzima que usa un ion metalico como cofactor. El ion metalico se puede seleccionar del grupo que consiste en iones de manganeso, iones de magnesio e iones de zinc, pero no esta limitado, y puede ser cualquier ion metalico que se pueda unir a la isomerasa para realizar una reaccion de isomerizacion. Espedficamente, la fuente de ion de manganeso incluye cloruro de manganeso; la fuente de ion deArabinose isomerase is a metalloenzyme that uses a metal ion as a cofactor. The metal ion can be selected from the group consisting of manganese ions, magnesium ions and zinc ions, but it is not limited, and it can be any metal ion that can bind to the isomerase to perform an isomerization reaction. Specifically, the manganese ion source includes manganese chloride; the ion source of

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

magnesio incluye cloruro de magnesio; y la fuente de ion de zinc incluye cloruro de zinc; sin embargo, el ambito de la presente invencion no se limita a estas fuentes de ion metalico.Magnesium includes magnesium chloride; and the zinc ion source includes zinc chloride; however, the scope of the present invention is not limited to these sources of metal ion.

Una solucion de reaccion para producir D-tagatosa contiene un sistema tampon para mantener el pH, tal como tampon Tris o tampon de fosfato. Preferentemente, contiene tampon Tris (pH 6,5 a 7,5). El cloruro de manganeso, cloruro de magnesio o cloruro de zinc esta contenido a una concentracion de 0,1 mM a 10 mM, y preferentemente 1 mM a 5 mM. La D-galactosa sustrato se anade en una cantidad de 1 a 300 g/l, y preferentemente 18 a 300 g/l, y la reaccion de isomerizacion se induce a una temperatura de 60 °C a 95 °C, preferentemente 70 °C a 80 °C, y mas preferentemente 72 °C a 78 °C, produciendo de ese modo D-tagatosa.A reaction solution to produce D-tagatose contains a buffer system to maintain the pH, such as Tris buffer or phosphate buffer. Preferably, it contains Tris buffer (pH 6.5 to 7.5). Manganese chloride, magnesium chloride or zinc chloride is contained at a concentration of 0.1 mM to 10 mM, and preferably 1 mM to 5 mM. The D-galactose substrate is added in an amount of 1 to 300 g / l, and preferably 18 to 300 g / l, and the isomerization reaction is induced at a temperature of 60 ° C to 95 ° C, preferably 70 ° C at 80 ° C, and more preferably 72 ° C to 78 ° C, thereby producing D-tagatose.

Mas adelante en el presente documento, la presente invencion se describira a mas detalle en referencia a los ejemplos.Later in this document, the present invention will be described in more detail in reference to the examples.

EjemplosExamples

Ejemplo 1: Modelado de la proteina arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana para la construccion de la enzima que tiene actividad de conversion incrementada y seleccion de las principales mutaciones de aminoacidosExample 1: Modeling of the Arabinose protein isomerase of Thermotoga neapolitana for the construction of the enzyme that has increased conversion activity and selection of the main amino acid mutations

Debido a que aun no se ha encontrado la estructura tridimensional de la arabinosa isomerasa tipo silvestre de Thermotoga neapolitana DSM 5068, se realizo la prediccion de la estructura tridimensional mediante una tecnica de modelado molecular que usa, como modelo, la arabinosa isomerasa de Escherichia coli cuya estructura tridimensional ya se ha encontrado y que tiene una alta homologfa de secuencia. Para la prediccion de la estructura tridimensional, se uso una tecnica de modelado comparativa, y se obtuvo un modelo estructural usando un modulo APM (Tripos, USA) en un paquete de modelado molecular.Because the three-dimensional structure of the wild-type Arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana DSM 5068 has not yet been found, the prediction of the three-dimensional structure was made using a molecular modeling technique that uses, as a model, the arabinose isomerase of Escherichia coli whose Three-dimensional structure has already been found and it has a high sequence homology. For the prediction of the three-dimensional structure, a comparative modeling technique was used, and a structural model was obtained using an APM module (Tripos, USA) in a molecular modeling package.

La tecnica de modelado comparativa es un metodo que es el mas frecuentemente usado para predecir las estructuras tridimensionales de las protemas. Si la secuencia de aminoacidos de una proteina deseada es muy similar a la secuencia de otra proteina cuya estructura tridimensional se ha conocido, la estructura tridimensional de la proteina deseada se puede predecir facilmente usando la tecnica de modelado comparativa, y en este caso, la precision de la prediccion es muy alta.The comparative modeling technique is a method that is the most frequently used to predict the three-dimensional structures of the proteins. If the amino acid sequence of a desired protein is very similar to the sequence of another protein whose three-dimensional structure has been known, the three-dimensional structure of the desired protein can be easily predicted using the comparative modeling technique, and in this case, the precision The prediction is very high.

La estructura de la arabinosa isomerasa de E. coli usada en este Ejemplo era una estructura tipo tnmero registrada como 2HXG.pdb en el “Protein Data Bank” (PDB).The structure of the E. coli arabinose isomerase used in this Example was a type-like structure registered as 2HXG.pdb in the "Protein Data Bank" (PDB).

A partir de los resultados de modelado, se predijo que la arabinosa isomerasa tipo silvestre (que tiene una secuencia de aminoacidos de SEQ ID NO: 1 y una secuencia de nucleotidos de SEQ ID NO: 6) de Thermotoga neapolitana DSM 5068 sena muy similar a la arabinosa isomerasa de E. coli en terminos de no solamente la secuencia deFrom the modeling results, it was predicted that wild-type arabinose isomerase (which has an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 6) of Thermotoga neapolitana DSM 5068 is very similar to E. coli arabinose isomerase in terms of not only the sequence of

nucleotidos, sino tambien las estructuras bi- y tridimensionales. Varios estudios sobre la arabinosa isomerasa de E.nucleotides, but also bi- and three-dimensional structures. Several studies on E. arabinose isomerase.

J 2+J 2+

coli dieron informacion sobre el sitio de union a sustrato, el ion de manganeso cofactor (Mn ) y los principales aminoacidos (Manjasetty & Chance, J. Mol. Biol., 2006. 360:297-309). Basandose en dicha informacion, se seleccionaron los principales restos de isomerasa de Thermotoga neapolitana DSM 5068.coli gave information about the substrate binding site, the cofactor manganese ion (Mn) and the main amino acids (Manjasetty & Chance, J. Mol. Biol., 2006. 360: 297-309). Based on this information, the main isomerase remains of Thermotoga neapolitana DSM 5068 were selected.

Para el analisis de los principales restos de aminoacidos, se realizaron alineamiento de secuencia, simulacion de acoplamiento molecular, y analisis del mecanismo de reaccion. El alineamiento de secuencia se realizo usando el algoritmo clustalW (//
www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/) basado en la informacion sobre las secuencias de 10 L- arabinosa isomerasas diferentes y la arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana.
For the analysis of the main amino acid residues, sequence alignment, molecular coupling simulation, and reaction mechanism analysis were performed. Sequence alignment was performed using the clustalW algorithm (//
www.ebi.ac.uk/Tools/msa/clustalw2/) based on the information on the sequences of 10 different L-arabinose isomerases and the arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana.

Los resultados del alineamiento de secuencia sugieren que las secuencias del sitio de union a metal y el sitio activo de la arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana DSM 5068 estaban muy bien conservados, como aquellos de otras isomerasas. La isomerasa de Thermotoga neapolitana DSM 5068 tema un sitio activo que comprendfa restos de aminoacidos E302 (acido glutamico en la posicion 302), E329 (acido glutamico en la posicion 329), H346 (histidina en la posicion 346) y H445 (histidina en la posicion 445) e iones de manganeso (Figura 1), y los restos de aminoacidos E302, E329, H346 y H445 teman efectos sobre la union del ion de manganeso. Particularmente, se predijo que los restos de E302 y E329 eran los factores mas importantes que promueven una reaccion de isomerizacion (Manjasetty & Chance, J. Mol. Biol., 2006. 360:297-309).The results of the sequence alignment suggest that the sequences of the metal binding site and the active site of the Arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana DSM 5068 were very well preserved, like those of other isomerases. The thermotoga neapolitan isomerase DSM 5068 has an active site comprising amino acid residues E302 (glutamic acid at position 302), E329 (glutamic acid at position 329), H346 (histidine at position 346) and H445 (histidine at position 445) and manganese ions (Figure 1), and amino acid residues E302, E329, H346 and H445 have effects on the binding of the manganese ion. In particular, it was predicted that the remains of E302 and E329 were the most important factors that promote an isomerization reaction (Manjasetty & Chance, J. Mol. Biol., 2006. 360: 297-309).

Se asumio que la especificidad de sustrato de la arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana se determinana segun el tamano y la morfologfa del sitio activo y las caractensticas de los restos de aminoacidos del sitio activo. A traves de la simulacion de acoplamiento molecular (surflexDock; Tripos, USA) realizada usando la L-arabinosa sustrato original, se seleccionaron los restos importantes en el reconocimiento de sustrato. Ademas, a traves del analisis del mecanismo de reaccion (Adrian J. Mulholland, Drug Discov. Today. 2005. 10(20):1.393-402), se selecciono la posicion de union mas adecuada de la D-galactosa. Basandose en esta seleccion, se selecciono un resto de aminoacido que tema una alta posibilidad de interferir con la union entre el sitio activo de la arabinosa isomerasa y la D-galactosa.It was assumed that the substrate specificity of the Arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana was determined according to the size and morphology of the active site and the characteristics of the amino acid residues of the active site. Through the molecular coupling simulation (surflexDock; Tripos, USA) performed using the original L-arabinose substrate, the important residues in the substrate recognition were selected. In addition, through the analysis of the reaction mechanism (Adrian J. Mulholland, Drug Discov. Today. 2005. 10 (20): 1393-402), the most suitable binding position of D-galactose was selected. Based on this selection, an amino acid residue was selected that had a high possibility of interfering with the binding between the active site of arabinose isomerase and D-galactose.

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

El aminoacido en la posicion 275 consistia en fenilalanina que tiene una cadena lateral aromatica y es relativamente grande en tamano y menos flexible, y se predijo que el aminoacido en la posicion 275 causana impedimenta esterico con el carbono 6 de la D-galactosa (Figura 2). Debido a la L-arabinosa, una pentosa, muestra basicamente la misma estructura que la D-galactosa, excepto que el numero de atomos de carbono es mas pequeno que el de la D- galactosa por uno, se anticipo que la reactividad de la arabinosa isomerasa con D-galactosa se podna incrementar significativamente incluso por solamente la sustitucion del aminoacido en la posicion 275 con otro aminoacido.The amino acid at position 275 consisted of phenylalanine which has an aromatic side chain and is relatively large in size and less flexible, and it was predicted that the amino acid at position 275 caused steric hindrance with carbon 6 of D-galactose (Figure 2 ). Due to L-arabinose, a pentose, it basically shows the same structure as D-galactose, except that the number of carbon atoms is smaller than that of D-galactose by one, it was anticipated that the reactivity of arabinose D-galactose isomerase can be significantly increased even by only the substitution of the amino acid at position 275 with another amino acid.

Como aminoacidos capaces de sustituir fenilalanina, se seleccionaron valina, metionina e isoleucina, los cuales tienen polaridad a la de fenilalanina, son relativamente pequenos en tamano y altamente flexibles, y asf se predice que tienen menos efecto sobre la estructura global de la arabinosa isomerasa mientras que se minimiza la repulsion con el carbono 6 de la D-galactosa.As amino acids capable of replacing phenylalanine, valine, methionine and isoleucine were selected, which have polarity to that of phenylalanine, are relatively small in size and highly flexible, and thus are predicted to have less effect on the overall structure of arabinose isomerase while that the repulsion with carbon 6 of D-galactose is minimized.

Debido a que estos aminoacidos seleccionados estan compuestos de una cadena alifatica no polar, a diferencia de la fenilalanina que comprende una cadena aromatica, se anticipo que estos aminoacidos podnan sustituir para fenilalanina mientras estuvieran estructuralmente libres.Because these selected amino acids are composed of a non-polar aliphatic chain, unlike phenylalanine which comprises an aromatic chain, it was anticipated that these amino acids could substitute for phenylalanine while structurally free.

Las estructuras de las variantes (que tienen secuencias de aminoacidos de SEQ ID NO: 3 a 5 y secuencias de nucleotidos de SEQ ID NO: 8 a l0) que tienen mutaciones puntuales se predijeron por una tecnica de modelado molecular. Como resultado, se predijo que el efecto de las mutaciones sobre la estructura global de la arabinosa isomerasa sena insignificante.Variant structures (which have amino acid sequences of SEQ ID NO: 3 to 5 and nucleotide sequences of SEQ ID NO: 8 to 10) that have point mutations were predicted by a molecular modeling technique. As a result, it was predicted that the effect of mutations on the overall structure of arabinose isomerase will be negligible.

Ademas, a traves de la mutagenesis al azar realizada usando la arabinosa isomerasa tipo silvestre a partir de Thermotoga neapolitana DSM 5068 usando un molde, se obtuvieron variantes que mostraban caractensticas enzimaticas mejoradas e informacion genetica sobre las variantes. Las variantes se analizaron en conjunto, y como resultado, se encontro que la variacion en la secuencia de aminoacidos de la region C-terminal de la arabinosa isomerasa tema un incremento en la actividad enzimatica.In addition, through random mutagenesis using wild-type arabinose isomerase from Thermotoga neapolitana DSM 5068 using a template, variants were obtained that showed improved enzymatic characteristics and genetic information about the variants. The variants were analyzed together, and as a result, it was found that the variation in the amino acid sequence of the C-terminal region of the arabinose isomerase is subject to an increase in enzymatic activity.

El fenomeno de que la estructura de la cadena de la region C-terminal de la arabinosa isomerasa esta muy cambiada se analizo mediante una tecnica de prediccion molecular. Como resultado, se anticipo que la reactividad de la arabinosa isomerasa con D-galactosa se puede incrementar significativamente incluso por solamente la sustitucion de prolina para leucina en la posicion 469 de la arabinosa isomerasa tipo silvestre.The phenomenon that the chain structure of the C-terminal region of arabinose isomerase is very changed was analyzed by a molecular prediction technique. As a result, it was anticipated that the reactivity of arabinose isomerase with D-galactose can be significantly increased even by only the replacement of proline for leucine at position 469 of wild-type arabinose isomerase.

Ejemplo 2: Preparacion de las variantes disenadas de arabinosa isomerasaExample 2: Preparation of the variants designed for arabinose isomerase

(1) Sustitucion de prolina para leucina en la posicion 469(1) Replacement of proline for leucine at position 469

La leucina en la posicion 469 de la arabinosa isomerasa tipo silvestre de Thermotoga neapolitana DSM 5068 se sustituyo con prolina mediante un metodo de mutagenesis dirigida usando cebadores espedficos.Leucine at position 469 of the wild-type Arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana DSM 5068 was replaced with proline by a method of directed mutagenesis using specific primers.

Como cebadores, se usaron el cebador N-terminal (SEQ ID NO: 13) y un cebador C-terminal (SEQ ID NO: 14), los cuales son oligonucleotidos que tienen secuencias de nucleotidos complementarias con una mutacion. Al usar un ADN plasmido como molde, se amplifico y sintetizo un plasmido que tema una nueva mutacion en un tubo de ensayo y, a continuacion, se separo el ADN tipo silvestre mediante escision con una enzima de restriccion Dpn I. En otras palabras, el ADN tipo silvestre usado como molde era un ADN aislado a partir de E. coli y estaba digerido con Dpn I que reconoce y escinde Gm6ATC, pero el ADN sintetizado en el tubo de ensayo no estaba escindido.As primers, the N-terminal primer (SEQ ID NO: 13) and a C-terminal primer (SEQ ID NO: 14) were used, which are oligonucleotides having nucleotide sequences complementary to a mutation. When using a plasmid DNA as a template, a plasmid that feeds a new mutation in a test tube was amplified and synthesized and then the wild-type DNA was separated by cleavage with a restriction enzyme Dpn I. In other words, the Wild-type DNA used as a template was DNA isolated from E. coli and was digested with Dpn I that recognizes and cleaves Gm6ATC, but the DNA synthesized in the test tube was not cleaved.

El ADN se transformo dentro de E. coli DH5 alfa para obtener un gen variante y, a continuacion, la secuencia de nucleotidos del gen variante se analizo para confirmar que la mutacion se daba apropiadamente. El gen variante se transformo dentro de Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 para producir una cepa recombinante que entonces se denomino L469P. La cepa recombinante se uso como control.The DNA was transformed into E. coli DH5 alpha to obtain a variant gene, and then the nucleotide sequence of the variant gene was analyzed to confirm that the mutation occurred properly. The variant gene was transformed into Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 to produce a recombinant strain that was then called L469P. The recombinant strain was used as a control.

(2) Sustitucion de aminoacidos distintos de fenilalanina para el aminoacido en la posicion 275(2) Substitution of amino acids other than phenylalanine for the amino acid at position 275

Para inducir una mutacion adicional en la variante construida L469P, un vector clonado con isomerasa se sometio a mutagenesis saturada usando un par de cebadores que conteman una mutacion.To induce an additional mutation in the L469P constructed variant, an isomerase cloned vector was subjected to saturated mutagenesis using a pair of primers that contain a mutation.

El par cebador disenado se diseno de modo que el codon de aminoacido en la posicion 275 se sustituina con NNS (N: A, T, G o C; y S: G o C). Las variantes obtenidas por este metodo pueden comprender 20 tipos de aminoacidos (SEQ ID NO: 11 y SEQ ID NO: 12). Tales variantes proporcionaron colonias sencillas mediante transformacion, y los cambios en la actividad por las 20 mutaciones de aminoacidos en las correspondientes posiciones se podnan confirmar sin perdida cribando las colonias sencillas y analizando sus actividades.The designed primer pair was designed so that the amino acid codon at position 275 is replaced with NNS (N: A, T, G or C; and S: G or C). The variants obtained by this method may comprise 20 types of amino acids (SEQ ID NO: 11 and SEQ ID NO: 12). Such variants provided simple colonies by transformation, and changes in activity by the 20 amino acid mutations in the corresponding positions can be confirmed without loss by screening simple colonies and analyzing their activities.

Espedficamente, para producir una genoteca que comprenda 20 tipos de aminoacidos, se realizo la reaccion en cadena de la polimerasa (PCR) usando 100 pl/ml de un plasmido pECCG117-CJ1-TNAI_L469P (publicacion abierta a inspeccion publica de patente coreana N° 10-2010-0016948) como molde y cebadores directos e inversos. La reaccion PCR se realizo bajo las condiciones mostradas en las Tablas 1 y 2 de mas adelante. La genoteca obtenidaSpecifically, to produce a library comprising 20 types of amino acids, the polymerase chain reaction (PCR) was carried out using 100 pl / ml of a plasmid pECCG117-CJ1-TNAI_L469P (publication open to public inspection of Korean patent No. 10 -2010-0016948) as a mold and direct and reverse primers. The PCR reaction was performed under the conditions shown in Tables 1 and 2 below. The library obtained

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

por la reaccion PCR se transformo dentro de una cepa K12 DH5a de E. coli para producir colonias. El plasmido usado se expreso en la cepa de E. coli y se ensayo su actividad en la cepa de E. coli, debido a que se podna replicar y expresar en tanto E. coli como bacteria tipo Coryne.by PCR reaction, it was transformed into a K12 DH5a strain of E. coli to produce colonies. The plasmid used was expressed in the E. coli strain and its activity was tested in the E. coli strain, because it could be replicated and expressed in both E. coli and Coryne type bacteria.

Las actividades de las isomerasas expresadas a partir de 110 colonias obtenidas como se describio se analizaron por un metodo de cistema-carbazol (Dische, Z., y E. Borenfreund., “A New Spectrophotometric Method for the Detection and Determination of Keto Sugars and Trioses”, J. Biol. Chem., 192:583-587, 1951), y como resultado, se podna encontrar un numero de clones que tienen una actividad mayor que la del control (L469P) (Figura 3).Isomerase activities expressed from 110 colonies obtained as described were analyzed by a cystem-carbazole method (Dische, Z., and E. Borenfreund., “A New Spectrophotometric Method for the Detection and Determination of Keto Sugars and Trioses ”, J. Biol. Chem., 192: 583-587, 1951), and as a result, a number of clones can be found that have an activity greater than that of the control (L469P) (Figure 3).

Entre ellas, se seleccionaron y secuenciaron 10 colonias medidas para tener la actividad mas alta. Como resultado, como se esperaba, se pudo ver que la actividad era mayor para valina, metionina e isoleucina (secuencias de aminoacidos de SEQ ID NO: 3 a 5 y secuencias de nucleotidos de SEQ ID NO: 8 a 10). Ademas, no se encontraron mutaciones en los aminoacidos distintos del aminoacido en la posicion 275, sugiriendo que el resto de fenilalanina en la posicion 275 funciona para inhibir la reactividad de la D-galactosa.Among them, 10 colonies measured to have the highest activity were selected and sequenced. As a result, as expected, it could be seen that the activity was higher for valine, methionine and isoleucine (amino acid sequences of SEQ ID NO: 3 to 5 and nucleotide sequences of SEQ ID NO: 8 to 10). In addition, no mutations were found in amino acids other than amino acid at position 275, suggesting that the rest of phenylalanine at position 275 works to inhibit the reactivity of D-galactose.

Para examinar si la mutacion tiene algun efecto sobre la isomerasa, las estructuras de las variantes se predijeron por una tecnica de modelado molecular (Figura 4). Los resultados de la prediccion de las estructuras indicaron que todos los tres aminoacidos sustituyeron para la fenilalanina en la posicion 275 sin causar cambios significativos en las estructuras bi- y tridimensionales. Por tanto, se podna anticipar que la reactividad de la isomerasa con D-galactosa incremental sin incrementos significativos en la estabilidad termica y otros indices de produccion.To examine whether the mutation has any effect on isomerase, the structures of the variants were predicted by a molecular modeling technique (Figure 4). The results of the prediction of the structures indicated that all three amino acids substituted for phenylalanine at position 275 without causing significant changes in the two- and three-dimensional structures. Therefore, it can be anticipated that the reactivity of isomerase with incremental D-galactose without significant increases in thermal stability and other production indices.

Las variantes se transformaron dentro de Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 para producir cepas recombinantes. Las cepas recombinantes se denominaron "Corynebacterium glutamicum pFlS-1-TNAI-2, pFlS-1- TNAI-3 y pFIS-1-TNAI-4", respectivamente, y se depositaron en el “Korean Culture Center of Microorganisms” (361221, Honje 1-dong, Seodaemun-gu, Seul, Corea del Sur), una autoridad de deposito internacional, el 14 de febrero de 2013 bajo los numeros de acceso KCCM11378P, KCCM11379P y KCCM11380P, respectivamente.Variants were transformed into Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 to produce recombinant strains. The recombinant strains were named "Corynebacterium glutamicum pFlS-1-TNAI-2, pFlS-1- TNAI-3 and pFIS-1-TNAI-4", respectively, and were deposited in the "Korean Culture Center of Microorganisms" (361221, Honje 1-dong, Seodaemun-gu, Seoul, South Korea), an international deposit authority, on February 14, 2013 under accession numbers KCCM11378P, KCCM11379P and KCCM11380P, respectively.

Tabla 1: PCR de mutagenesis saturadaTable 1: PCR of saturated mutagenesis

Composicion de la solucion de reaccion  Composition of the reaction solution
Cantidad (pl) anadida  Quantity (pl) added

Tampon de PCR (pfu-ultra) 10x  10x PCR buffer (pfu-ultra)
5  5

dNTP (2,5 mM)  dNTP (2.5 mM)
5  5

pCJ1-TNAI L469P  pCJ1-TNAI L469P
1  one

Cebador TNAI275 F  TNAI275 F primer
1  one

Cebador TNAI275 R  TNAI275 R primer
1  one

pfu-ultra  pfu-ultra
1  one

agua doblemente destilada  doubly distilled water
Hasta 50 pl  Up to 50 pl

Tabla 2: condiciones de la reaccion PCRTable 2: PCR reaction conditions

Etapa  Stage
Temperatura Tiempo Ciclos  Temperature Time Cycles

Desnaturalizacion inicial  Initial Denaturation
95 °C 5 min 1  95 ° C 5 min 1

Desnaturalizacion  Denaturation
95 °C 45 s 18  95 ° C 45 s 18

Alineamiento  Alignment
60 °C 45 s  60 ° C 45 s

Extension  Extension
68 °C 18 min  68 ° C 18 min

Extension final  Final extension
72 °C 10 min 1  72 ° C 10 min 1

Ejemplo 3: Expresion de las variantes de arabinosa isomerasa en microorganismos del genero CorynebacteriumExample 3: Expression of arabinose isomerase variants in microorganisms of the genus Corynebacterium

Para medir el grado de incrementos en las actividades de las variantes seleccionadas y la aplicabilidad de las variantes a la produccion actual de D-tagatosa, las tres variantes se expresaron en microorganismos del genero Corynebacterium, y se realizaron estudios sobre indices relacionados con la productividad y la produccion.To measure the degree of increases in the activities of the selected variants and the applicability of the variants to the current production of D-tagatose, the three variants were expressed in microorganisms of the genus Corynebacterium, and studies were conducted on indices related to productivity and the production.

Las tres variantes seleccionadas en el Ejemplo 2 se transformaron en Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 para producir cepas recombinantes. Estas cepas recombinantes se cultivaron en medios (20 g/l de glucosa, 10 g/l de poli peptona, 10 g/l de extracto de levadura, 10 g/l de sulfato de amonio, 5,2 g/l de KH2PO4, 10,7 g/l de K2HPO4, 0,5 g/l de MgSO4, 1,5 g/l de urea, 1,8 mg/l de D-biotina, 9 mg/l de tiamina, 9 mg/l de Ca-pantotenico, 60 mg/l de niacinamida) que contienen 50 pg/ml de kanamicina a 30 °C durante 20 horas para inducir la expresion de los mutantes recombinantes de arabinosa isomerasa.The three variants selected in Example 2 were transformed into Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 to produce recombinant strains. These recombinant strains were cultured in media (20 g / l of glucose, 10 g / l of poly peptone, 10 g / l of yeast extract, 10 g / l of ammonium sulfate, 5.2 g / l of KH2PO4, 10.7 g / l of K2HPO4, 0.5 g / l of MgSO4, 1.5 g / l of urea, 1.8 mg / l of D-biotin, 9 mg / l of thiamine, 9 mg / l of Ca-pantothenic, 60 mg / l of niacinamide) containing 50 pg / ml of kanamycin at 30 ° C for 20 hours to induce the expression of recombinant arabinose isomerase mutants.

Para medir la actividad de las arabinosa isomerasas expresadas, los cultivos se centrifugaron a 8.000 fuerza g durante 10 minutos para recoger las celulas bacterianas que, a continuacion, se suspendieron de nuevo en tampon Tris-HCl 50 mM (pH 7,5). Las celulas suspendidas se trataron con POESA al 0,1 % a temperatura ambiente durante 1 hora para debilitar la pared celular. A continuacion, se realizo la centrifugacion de nuevo bajo las condiciones anteriormente descritas para recoger las celulas que, a continuacion, se suspendieron de nuevo en una solucion mezclada de 300 g/l de D-galactosa, cloruro de manganeso 5 mM y Tris-HCl 50 mM (pH 7,5) para una concentracion de 4 % (p/v). La suspension se dejo reaccionar a 75 °C durante 1 hora, y se realizo el analisis por HPLC (WATERSTo measure the activity of the expressed arabinose isomerases, the cultures were centrifuged at 8,000 g force for 10 minutes to collect the bacterial cells, which were then suspended again in 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5). Suspended cells were treated with 0.1% POESA at room temperature for 1 hour to weaken the cell wall. Then, centrifugation was performed again under the conditions described above to collect the cells which were then suspended again in a mixed solution of 300 g / l of D-galactose, 5 mM manganese chloride and Tris-HCl 50 mM (pH 7.5) for a concentration of 4% (w / v). The suspension was allowed to react at 75 ° C for 1 hour, and HPLC analysis was performed (WATERS

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

6060

6565

HPLC, EMPOWER system, columna de 300 mm de 6,5 l SugarPak ID de WATERS, detector de mdice de refraccion 2414) para la cuantificacion de D-galactosa y D-tagatosa.HPLC, EMPOWER system, 300 mm column of 6.5 l SugarPak ID of WATERS, refractive index detector 2414) for the quantification of D-galactose and D-tagatose.

Los resultados de una hora de la reaccion indicaron que el control L469P produda 35 g/l de D-galactosa, mientras que la variante F275V/L469P mostraba una productividad de 121 g/lh, la variante F275M/L469P mostraba una productividad de 117 g/lh, y la variante F275I/L469P mostraba 101 g/lh.The results of one hour of the reaction indicated that the L469P control produced 35 g / l of D-galactose, while the F275V / L469P variant showed a productivity of 121 g / lh, the F275M / L469P variant showed a productivity of 117 g / lh, and the F275I / L469P variant showed 101 g / lh.

Ejemplo 4: Aislamiento de las variantes de arabinosa isomerasa expresadas en bacteria CoryneExample 4: Isolation of arabinose isomerase variants expressed in Coryne bacteria

Se sembraron 200 ml de la cepa recombinante que comprende cada una de las tres variantes (F275V/L469P, F275M/L469P, y TNAI-F275I/L469P) cuyas actividades se confirmaron, y el control L469P, en un matraz de 2 l bajo las mismas condiciones que las descritas en el Ejemplo 3. Para examinar si se expresaban las arabinosa isomerasas, las actividades de las isomerasas se midieron usando una parte de cada uno de los cultivos bajo las mismas condiciones descritas en el Ejemplo 3.200 ml of the recombinant strain comprising each of the three variants (F275V / L469P, F275M / L469P, and TNAI-F275I / L469P) whose activities were confirmed, and the L469P control, were seeded in a 2L flask under the same conditions as those described in Example 3. To examine whether arabinose isomerases were expressed, isomerase activities were measured using a portion of each of the cultures under the same conditions described in Example 3.

Las celulas bacterianas obtenidas de cada uno de los cultivos se suspendieron de nuevo en tampon Tris-HCl 20 mM (pH 7,5) que contema cloruro de manganeso 0,1 mM, y se lisaron usando un homogeneizador serie T de celula a alta presion (4.0 kW: Constant systems, GB). Para separar las protemas endogenas distintas de las isomerasas, las celulas se trataron con calor a 75 °C durante 20 minutos. Los residuos de las celulas tratadas con calor se separaron por centrifugacion a 8.000 fuerza g durante 10 minutos y, a continuacion, los residuos y los lfpidos celulares se separaron mas por ultracentrifugacion (ultracentnfuga Optima L-80 XP de BECKMAN COULTER) a 60.000 fuerza g.Bacterial cells obtained from each of the cultures were resuspended in 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 0.1 mM manganese chloride, and lysed using a high pressure cell T series homogenizer (4.0 kW: Constant systems, GB). To separate endogenous proteins other than isomerases, the cells were heat treated at 75 ° C for 20 minutes. The residues of the heat treated cells were separated by centrifugation at 8,000 g force for 10 minutes and then the residues and cell lipids were further separated by ultracentrifugation (Optima L-80 XP ultra-centrifugal from BECKMAN COULTER) at 60,000 g force .

El extracto celular resultante se purifico por cromatograffa de intercambio anionico (Mono QTM 10/100GL, GE Healthcare). El extracto celular purificado se calibro previamente con una solucion de union (NaCl 50 mM, cloruro de manganeso 0,1 mM, Tris-HCl 20 mM (pH 7,5) y, a continuacion, una cantidad en exceso del extracto celular se unio y fracciono mientras que se incrementaba la relacion de una solucion eluyente [NaCl 1 M, cloruro de manganeso 0,1 mM, Tris-HCl 20 mM (pH 7,5). Las fracciones que muestran actividad para la D-galactosa sustrato se seleccionaron a traves del metodo de cistema-carbazol-acido sulfurico y, a continuacion, se analizaron por SDS-PAGE.The resulting cell extract was purified by anion exchange chromatography (Mono QTM 10 / 100GL, GE Healthcare). The purified cell extract was previously calibrated with a binding solution (50 mM NaCl, 0.1 mM manganese chloride, 20 mM Tris-HCl (pH 7.5) and then an excess amount of the cell extract was bound and fractionating while increasing the ratio of an eluent solution [1 M NaCl, 0.1 mM manganese chloride, 20 mM Tris-HCl (pH 7.5). Fractions showing activity for the D-galactose substrate were selected through the cystem-carbazole-sulfuric acid method and then analyzed by SDS-PAGE.

Como resultado, se podna ver que la protema purificada tema un peso molecular de aproximadamente 56 kDa, lo cual es coherente con el peso molecular conocido de arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana. Una fraccion que tiene el grado mas alto de purificacion se selecciono por SDS-PAGE, y se separo una alta concentracion de NaCl de la misma usando una columna de desalacion PD-10 (GE Healthcare). La enzima purificada resultante se analizo por SDS-PAGE (Figura 5). La protema aislada y purificada se cuantifico usando un ensayo Bradford, y se uso BSA (albumina de suero bovino) como una protema patron.As a result, it can be seen that the purified protein has a molecular weight of approximately 56 kDa, which is consistent with the known molecular weight of Thermotoga neapolitana arabinose isomerase. A fraction having the highest degree of purification was selected by SDS-PAGE, and a high concentration of NaCl was separated therefrom using a PD-10 desalination column (GE Healthcare). The resulting purified enzyme was analyzed by SDS-PAGE (Figure 5). The isolated and purified protein was quantified using a Bradford assay, and BSA (bovine serum albumin) was used as a standard protein.

Ejemplo 5: estudios sobre la caracterizacion de las variantes de arabinosa isomerasaExample 5: studies on the characterization of arabinose isomerase variants

Se encontro que las tres variantes de arabinosa isomerasa preparadas en el ejemplo anterior mostraron actividades significativamente incrementadas en comparacion con la variante que tema una sustitucion de prolina para leucina en la posicion 469. Basandose en este descubrimiento, se realizaron experimentos sobre los parametros relacionados con las condiciones de reaccion que tienen efectos sobre la produccion actual de D-tagatosa.It was found that the three variants of arabinose isomerase prepared in the previous example showed significantly increased activities compared to the variant that had a substitution of proline for leucine at position 469. Based on this discovery, experiments were conducted on the parameters related to reaction conditions that have effects on the current production of D-tagatose.

5-1: Estudio sobre la temperatura optima5-1: Study on the optimum temperature

La arabinosa isomerasa de Thermotoga neapolitana, una enzima termofila, tiene estabilidad termica relativamente alta y la temperatura optima. La temperatura adecuada para producir D-tagatosa a partir de D-galactosa esta entre 55 °C y 75 °C. A una temperatura inferior de 55 °C, se daran problemas resultantes de la contaminacion con cepas heterologas, y a una temperatura mayor de 75 °C, los problemas surgiran en terminos de la estabilidad de la D- tagatosa producida. La arabinosa isomerasa tipo silvestre o el control L469P, la temperatura de reaccion optima de los cuales es de 85 °C, tema un problema en el sentido de que muestra actividad relativamente baja a una temperatura a la cual el proceso de produccion es aplicable.The arabinose isomerase of Thermotoga neapolitana, a thermophilic enzyme, has relatively high thermal stability and optimum temperature. The suitable temperature to produce D-tagatose from D-galactose is between 55 ° C and 75 ° C. At a temperature below 55 ° C, problems resulting from contamination with heterologous strains will occur, and at a temperature greater than 75 ° C, the problems will arise in terms of the stability of the D-tagatose produced. The wild type arabinose isomerase or the L469P control, the optimal reaction temperature of which is 85 ° C, is a problem in that it shows relatively low activity at a temperature at which the production process is applicable.

Para examinar las temperaturas optimas de las variantes de arabinosa isomerasa purificadas en el Ejemplo 4, se anadio cada una de las enzimas purificadas a D-galactosa sustrato 100 mM, y su actividad se midio en tampon Tris- HCl 50 mM (pH 7,5) que contema cloruro de manganeso 1 mM (MnCh) a una temperatura que oscilaba de 60 °C a 90 °C a intervalos de 5 °C.To examine the optimal temperatures of the arabinose isomerase variants purified in Example 4, each of the purified enzymes was added to 100 mM D-galactose substrate, and its activity was measured in 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5 ) containing 1 mM manganese chloride (MnCh) at a temperature ranging from 60 ° C to 90 ° C at intervals of 5 ° C.

La medicion de la actividad se realizo mediante un metodo de cistema-carbazol. Como se muestra en la Figura 6, los resultados de la medicion de la actividad enzimatica en funcion de la temperatura indicaron que la temperatura de reaccion optima de las tres variantes de arabinosa isomerasa era de 75 °C, la cual era 10 °C menor que la de L469P. Por tanto, se encontro que la actividad de las isomerasas en el intervalo de temperatura en el cual el proceso de produccion es aplicable generalmente sena alto y que el intervalo de temperatura de aplicacion del proceso de produccion sena mas amplio.The measurement of the activity was done by a method of cystem-carbazole. As shown in Figure 6, the results of the measurement of enzymatic activity as a function of temperature indicated that the optimal reaction temperature of the three variants of arabinose isomerase was 75 ° C, which was 10 ° C lower than that of L469P. Therefore, it was found that the activity of the isomerases in the temperature range in which the production process is applicable will generally be high and that the application temperature range of the production process will be broader.

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

3535

4040

45Four. Five

50fifty

5555

Ademas, las tres variantes mostraron patrones de temperatura similares, sugiriendo que las caractensticas del resto de fenilalanina en la posicion 275 tienen efectos sobre la temperatura de reaccion optima. Por tanto, se puede ver que la suficiente flexibilidad se debena asegurar de manera que el impedimento esterico de fenilalanina en la posicion 275 con D-galactosa durante la reaccion de la isomerasa con D-galactosa se puede minimizar. Ya que la temperatura incrementa, la movilidad molecular del resto de fenilo de fenilalanina y los restos circundantes pueden ser mas activos y, por tanto, se puede reducir el impedimento esterico con el carbono 6 de D-galactosa. Al mismo tiempo, se puede anticipar que la temperatura optima se puede formar dentro de un intervalo que no influye significativamente las estructuras de tres y cuatro dimensiones de la protema. Por tanto, puede haber un cambio en la temperatura optima de las variantes cuyo impedimento esterico se ha reducido basicamente mediante la mutacion en la posicion 275. Sin embargo, se requiere que el analisis adicional y los experimentos aprueben cientificamente este hecho.In addition, the three variants showed similar temperature patterns, suggesting that the characteristics of the rest of phenylalanine at position 275 have effects on the optimum reaction temperature. Therefore, it can be seen that sufficient flexibility must be ensured so that the steric phenylalanine impediment at position 275 with D-galactose during the reaction of the isomerase with D-galactose can be minimized. As the temperature increases, the molecular mobility of the phenylalanine phenyl moiety and the surrounding moieties may be more active and, therefore, the steric hindrance with D-galactose carbon 6 can be reduced. At the same time, it can be anticipated that the optimum temperature can be formed within a range that does not significantly influence the three- and four-dimensional structures of the protein. Therefore, there may be a change in the optimum temperature of the variants whose steric impairment has been reduced basically by the mutation at position 275. However, additional analysis and experiments are required to scientifically approve this fact.

5-2: Estudio sobre la estabilidad termica5-2: Study on thermal stability

Para examinar la estabilidad termica de las variantes de arabinosa isomerasa, cada una de las enzimas se anadio a una solucion de Tris-HCl 50 mM (pH 7,5) y cloruro de manganeso 1 mM a una concentracion de 20 pg/ml y se incubaron en un bano de agua de temperatura constante a 95 °C durante 180 minutos. Se realizo una reaccion enzimatica usando una solucion enzimatica muestreada a momentos variantes para medir la actividad residual de la enzima.To examine the thermal stability of arabinose isomerase variants, each of the enzymes was added to a solution of 50 mM Tris-HCl (pH 7.5) and 1 mM manganese chloride at a concentration of 20 pg / ml and incubated in a constant temperature water bath at 95 ° C for 180 minutes. An enzymatic reaction was performed using an enzymatic solution sampled at varying times to measure the residual activity of the enzyme.

Como se muestra en la Figura 7, los resultados del examen de la estabilidad termica indico que las variantes de arabinosa isomerasa mostraban un descenso en la actividad residual con el tiempo a 95 °C, pero la diferencia en la estabilidad termica entre las variantes no era significativa. Para obtener mas datos cuantitativos, se midio la semivida del activo de cada variante. Como resultado, se encontro que L469P tema una semivida de aproximadamente 3 horas, y las variantes que teman la mutacion en la posicion 275 teman una semivida de aproximadamente 2 horas (Tabla 3). Las estabilidades termicas de las variantes que teman la mutacion en la posicion 275 se midieron para ser relativamente bajas, pero se cree que la diferencia en la estabilidad termica no es significativa y se puede compensar suficientemente mediante el incremento en la actividad y el descenso en la temperatura del proceso.As shown in Figure 7, the results of the thermal stability test indicated that arabinose isomerase variants showed a decrease in residual activity over time at 95 ° C, but the difference in thermal stability between the variants was not significant. To obtain more quantitative data, the asset half-life of each variant was measured. As a result, L469P was found to have a half-life of approximately 3 hours, and variants that fear the mutation at position 275 fear a half-life of approximately 2 hours (Table 3). The thermal stabilities of the variants that fear the mutation at position 275 were measured to be relatively low, but it is believed that the difference in thermal stability is not significant and can be sufficiently compensated by the increase in activity and the decrease in process temperature

Tabla 3: Semividas de las arabinosas isomerasas, medidas a 95 °CTable 3: Half-lives of isomerase arabinoses, measured at 95 ° C

Variantes  Variants
Semivida (minutos)  Half-life (minutes)

L469P  L469P
185  185

F275V/L469P  F275V / L469P
122  122

F275M/L469P  F275M / L469P
126  126

F275I/L469P  F275I / L469P
134  134

5-3: Estudio sobre el cambio en la actividad causado por el efecto de los iones metalicos5-3: Study on the change in activity caused by the effect of metal ions

Muchas enzimas requieren iones metalicos para la catalisis. Por esta razon, para examinar la dependencia de la estabilidad termica de las variantes de arabinosa isomerasa de la presente invencion sobre los iones metalicos, el cambio en la actividad de las variantes por iones metalicos se examinaron usando cada una de las enzimas purificadas.Many enzymes require metal ions for catalysis. For this reason, to examine the dependence of the thermal stability of the arabinose isomerase variants of the present invention on metal ions, the change in the activity of the variants by metal ions was examined using each of the purified enzymes.

Para examinar el cambio en la actividad de la enzima en funcion de la concentracion de la enzima, cada una de las enzimas purificadas se anadieron a D-galactosa sustrato 100 mM, y la actividad de cada enzima se midio en una solucion de tampon Tris-HCl 50 mM (pH 7,5) que contema 1 a 5 mM de cloruro de manganeso (MnCh) a 75 °C durante 10 minutos (Figura 8). Como resultado, se podna ver que todas las variantes mostraban actividades similares dentro del intervalo de concentracion de cloruro de manganeso usado en el experimento y que el efecto de los iones de manganeso sobre la actividad de las isomerasas a la concentracion de cloruro de manganeso esencial para la actividad de la enzima no era significativo.To examine the change in enzyme activity as a function of the enzyme concentration, each of the purified enzymes was added to 100 mM D-galactose substrate, and the activity of each enzyme was measured in a Tris- buffer solution. 50 mM HCl (pH 7.5) containing 1 to 5 mM manganese chloride (MnCh) at 75 ° C for 10 minutes (Figure 8). As a result, it can be seen that all variants showed similar activities within the concentration range of manganese chloride used in the experiment and that the effect of manganese ions on the activity of isomerases to the concentration of manganese chloride essential for Enzyme activity was not significant.

5.4: Estudio sobre la actividad de las enzimas5.4: Study on enzyme activity

Para examinar los indices de reaccion de la enzimas, las actividades espedficas de las variantes de arabinosa isomerasa se midieron a una temperatura de reaccion de 75 °C. Espedficamente, se anadio cada una de las enzimas a cloruro de manganeso 1 mM y D-galactosa 100 mM, y la reactividad de 1 mg de la enzima se midio a pH 7,5 y 75 °C. La actividad espedfica de cada enzima durante la reaccion se midio bajo las anteriores condiciones durante 10 minutos, y como resultado, se mostro que las actividades espedficas de las variantes que teman la mutacion en la posicion 275 era aproximadamente 5,5 veces (F275V), 5 veces (F275M) y 3,9 veces (F275I), respectivamente, mayor que las de L469P (Tabla 4).To examine the reaction rates of the enzymes, the specific activities of arabinose isomerase variants were measured at a reaction temperature of 75 ° C. Specifically, each of the enzymes was added to 1 mM manganese chloride and 100 mM D-galactose, and the reactivity of 1 mg of the enzyme was measured at pH 7.5 and 75 ° C. The specific activity of each enzyme during the reaction was measured under the above conditions for 10 minutes, and as a result, the specific activities of the variants that fear the mutation at position 275 were shown to be approximately 5.5 times (F275V), 5 times (F275M) and 3.9 times (F275I), respectively, greater than those of L469P (Table 4).

55

1010

15fifteen

20twenty

2525

3030

Tabla 4: Actividades espedficas de las variantesTable 4: Specific activities of the variants

L469P F275V/L469P F275M/L469P F275I/L469P  L469P F275V / L469P F275M / L469P F275I / L469P

Actividad espedfica (U/mg)  Specific activity (U / mg)
2,4 13,1 12,1 9,3  2.4 13.1 12.1 9.3

Numeros de accesoAccess numbers

Autoridad de deposito: Korean Culture Center of Microorganisms;Deposit Authority: Korean Culture Center of Microorganisms;

Numero de acceso: KCCM11378P;Access number: KCCM11378P;

Fecha de deposito: 14 de febrero de 2013.Deposit date: February 14, 2013.

Autoridad de deposito: Korean Culture Center of Microorganisms;Deposit Authority: Korean Culture Center of Microorganisms;

Numero de acceso: KCCM11379P;Access number: KCCM11379P;

Fecha de deposito: 14 de febrero de 2013.Deposit date: February 14, 2013.

Autoridad de deposito: Korean Culture Center of Microorganisms;Deposit Authority: Korean Culture Center of Microorganisms;

Numero de acceso: KCCM11380P;Access number: KCCM11380P;

Fecha de deposito: 14 de febrero de 2013.Deposit date: February 14, 2013.

<110> CJ Cheiljedang Corporation<110> CJ Cheiljedang Corporation

<120> variantes de L-arabinosa isomerasa con actividad de conversion mejorada y metodo para la produccion de D-tagatosa usandolas<120> variants of L-arabinose isomerase with improved conversion activity and method for the production of D-tagatose using them

<130> PP14-0114<130> PP14-0114

<160> 14<160> 14

<170> KopatentIn 2.0<170> KopatentIn 2.0

<210> 1 <211> 496 <212> PRT<210> 1 <211> 496 <212> PRT

<212> Thermotoga neapolitana <400>1<212> Neapolitan Thermotoga <400> 1

Claims (13)

55 1010 15fifteen 20twenty 2525 3030 3535 4040 REIVINDICACIONES 1. Una variante de arabinosa isomerasa que tiene una actividad incrementada de conversion de D-galactosa en D- tagatosa, teniendo la variante de arabinosa isomerasa una sustitucion de un aminoacido distinto de la fenilalanina para un aminoacido en la posicion 275 y una sustitucion de prolina para un aminoacido en la posicion 469 de una secuencia de aminoacidos mostrada en SEQ ID NO: 1.1. A variant of arabinose isomerase having an increased activity of conversion of D-galactose into D-tagatose, the variant of arabinose isomerase having a substitution of an amino acid other than phenylalanine for an amino acid at position 275 and a substitution of proline for an amino acid at position 469 of an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. 2. La variante de arabinosa isomerasa de la reivindicacion 1, en la que la sustitucion del aminoacido para el aminoacido en la posicion 275 es un aminoacido seleccionado del grupo que consiste en valina, metionina e isoleucina.2. The arabinose isomerase variant of claim 1, wherein the amino acid substitution for the amino acid at position 275 is an amino acid selected from the group consisting of valine, methionine and isoleucine. 3. La variante de arabinosa isomerasa de la reivindicacion 1, que tiene una secuencia de aminoacidos seleccionada del grupo que consiste en SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4 y SEQ ID NO: 5.3. The arabinose isomerase variant of claim 1, which has an amino acid sequence selected from the group consisting of SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5. 4. Un polinucleotido que codifica la variante de arabinosa isomerasa de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.4. A polynucleotide encoding the arabinose isomerase variant of any one of claims 1 to 3. 5. El polinucleotido de la reivindicacion 4, el cual tiene una secuencia de nucleotidos de SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 o SEQ ID NO: 10.5. The polynucleotide of claim 4, which has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9 or SEQ ID NO: 10. 6. Un vector recombinante que comprende el polinucleotido de la reivindicacion 4 o reivindicacion 5.6. A recombinant vector comprising the polynucleotide of claim 4 or claim 5. 7. Un microorganismo del genero Corynebacterium transformado con el vector recombinante de la reivindicacion 6.7. A microorganism of the genus Corynebacterium transformed with the recombinant vector of claim 6. 8. El microorganismo de la reivindicacion 7, el cual es Corynebacterium glutamicum.8. The microorganism of claim 7, which is Corynebacterium glutamicum. 9. El microorganismo de la reivindicacion 8, el cual es Corynebacterium glutamicum pFIS-1-TNAI-2 (KCCM 11378P), pFIS-1-TNAI-3 (KCCM 11379P) o pFIS-1-TNAI-4 (KCCM 11380P).9. The microorganism of claim 8, which is Corynebacterium glutamicum pFIS-1-TNAI-2 (KCCM 11378P), pFIS-1-TNAI-3 (KCCM 11379P) or pFIS-1-TNAI-4 (KCCM 11380P). 10. Un metodo para producir D-tagatosa, comprendiendo el metodo convertir D-galactosa en D-tagatosa usando la variante de arabinosa isomerasa segun la reivindicacion 1.10. A method for producing D-tagatose, the method comprising converting D-galactose to D-tagatose using the arabinose isomerase variant according to claim 1. 11. Un metodo para producir D-tagatosa, comprendiendo el metodo cultivar el microorganismo de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9.11. A method for producing D-tagatose, the method comprising culturing the microorganism of any one of claims 7 to 9. 12. El metodo de la reivindicacion 10 o reivindicacion 11, el cual comprende hacer reaccionar una solucion que contiene D-galactosa con una fuente de ion metalico seleccionada del grupo que consiste en cloruro de manganeso, cloruro de magnesio y cloruro de zinc en presencia de la variante de arabinosa isomerasa.12. The method of claim 10 or claim 11, which comprises reacting a solution containing D-galactose with a metal ion source selected from the group consisting of manganese chloride, magnesium chloride and zinc chloride in the presence of the arabinose isomerase variant. 13. El metodo de la reivindicacion 12, en el que se anade el cloruro de manganeso a una concentracion de 0,1 a 10 mM.13. The method of claim 12, wherein the manganese chloride is added at a concentration of 0.1 to 10 mM. imagen1image 1 imagen2image2 imagen3image3 COCO cncn Actlvidad relativaRelative attitude imagen4image4 Temperatura (-C)Temperature (-C) H-H- IQIQ <1<1 imagen5image5 COCO CDCD imagen6image6 mm £ ^£ ^ o ooo oo oooo K) ^ n toK) ^ n to
ES14884327.9T 2013-03-06 2014-04-25 Variant of L-arabinose isomerase to produce D-tagatose Active ES2678022T3 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130023933A KR20140111093A (en) 2013-03-06 2013-03-06 L-arabinose isomerase variants with improved conversion activity and method for production of d-tagatose using them
PCT/KR2014/001789 WO2014137148A1 (en) 2013-03-06 2014-03-05 L-arabinose isomerase variant having improved conversion activity, and method for producing d-tagatose by using same
WOPCT/KR2014/001789 2014-03-05
PCT/KR2014/003658 WO2015133678A1 (en) 2014-03-05 2014-04-25 L-arabinose isomerase variant having improved conversion activity and method for producing d-tagatose using same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2678022T3 true ES2678022T3 (en) 2018-08-08

Family

ID=51491605

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES14884327.9T Active ES2678022T3 (en) 2013-03-06 2014-04-25 Variant of L-arabinose isomerase to produce D-tagatose

Country Status (6)

Country Link
KR (1) KR20140111093A (en)
ES (1) ES2678022T3 (en)
HU (1) HUE038651T2 (en)
PT (1) PT3115453T (en)
TR (1) TR201810753T4 (en)
WO (1) WO2014137148A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2671087C2 (en) * 2014-03-05 2018-10-29 СиДжей ЧЕИЛДЗЕДАНГ КОРПОРЕЙШН Variants of l-arabinose isomerase with improved conversion activity and a method for producing d-tagatose with their application
WO2017018863A1 (en) * 2015-07-29 2017-02-02 씨제이제일제당(주) Hexuronate c4-epimerase mutant with improved conversion activity, and method for producing d-tagatose by using same
KR101895064B1 (en) * 2015-07-31 2018-09-04 씨제이제일제당 주식회사 Methods for preparing a carbohydrate converting enzyme library by domain swapping based on conserved sequence and uses thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2002315938A1 (en) * 2002-07-12 2004-02-02 Tongyang Confectionery Co. Optimization method for preparation of tagatose by thermostable isomerase isomerase
KR101015343B1 (en) * 2008-08-05 2011-02-16 씨제이제일제당 (주) L-arabinose isomerase variant having improved activity

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140111093A (en) 2014-09-18
HUE038651T2 (en) 2018-11-28
WO2014137148A1 (en) 2014-09-12
PT3115453T (en) 2018-08-10
TR201810753T4 (en) 2018-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101625443B1 (en) Cellular production of glucaric acid
US9896705B2 (en) L-arabinose isomerase variants with improved conversion activity and method for production of D-tagatose using them
ES2199330T3 (en) METHOD FOR PRODUCING ESTER NUCLEOSIDO-5&#39;-PHOSPHATE.
ES2678022T3 (en) Variant of L-arabinose isomerase to produce D-tagatose
KR20180132408A (en) Psicose epimerase and method of psicose using the same
BR112019020338A2 (en) composition for the production of tagatose, and, method of production of tagatose.
US9926542B2 (en) Practical method for enzymatically synthesizing cyclic di-GMP
ES2796749T3 (en) System of expression of psychosa epimerase and production of psychosa that uses the same
KR20130101030A (en) Improved glycolic acid fermentative production with a modified microorganism
ES2341432T3 (en) NEW GLUCOSE-6-PHOSPHATE DEHYDROGENASE.
KR20160108375A (en) IMPROVED β-FRUCTOFURANOSIDASE
KR20190068470A (en) Novel psicose-6-phosphate phosphatase, composition for producing psicose including the phosphatase, and method for producing psicose using the phosphatase
KR20050004855A (en) Novel polyphosphate: amp phosphotransferase
JP2007189905A (en) Dna containing alkaliphilic cyclodextran synthase gene, recombinant dna and method for producing the alkaliphilic cyclodextran synthase
KR102232837B1 (en) Novel polypeptides having glucosylglycerol productivity and a method for producing glucosylglycerol using the same
KR20230006803A (en) Production of NMN and its derivatives through microbial processes
KR101998477B1 (en) A mutant of L-rhamnose isomerase from Clostridium stercorarium and A method for producing of D-allose from D-allulose using the same
KR102682846B1 (en) Variant of D-allulose 3-epimerase with excellent heat stability, manufacturing method thereof and manufacturing method of D-alluose using the same
RU2804010C1 (en) New variant of glutamine hydrolyzing gmp synthase and a method of producing purine nucleotide using it
KR102232839B1 (en) Novle polypeptides having turanose productivity and a method for producing turanose using the same
Savopoulos et al. Identification, cloning, and expression of a functional phenylalanyl-tRNA synthetase (pheRS) from Staphylococcus aureus
Lozada-Ramírez et al. S-adenosylhomocysteine hydrolase from Corynebacterium glutamicum: cloning, overexpression, purification, and biochemical characterization
Novikov et al. The highly efficient expression of the aspartase gene (L-aspartate ammonia-lyase) in Escherichia coli cells
KR20050051055A (en) α-Glucan phospholyase originated Thermus caldophilus GK24, preparative method thereof using recombinant host, and synthetic method of α-D-glucose-1-phosphate using the same
JP2024505616A (en) Novel promoter variants for constant expression and their uses