KR100320269B1 - New 2-Ketoaldonate Reductase Gene and 2-Keto-L-Glonate Production Using It - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 대장균 유래 2-케토알도네이트 환원효소(2-ketoaldonate reductase)의 유전자 염기서열을 결정하고 이들 효소들의 유전자를 결손시켜 포도당 대사에 의한 비타민 C 제조시 중간산물의 세포내 대사를 저해하여 고수율로 비타민 C 전구체인 2-케토-엘-글로네이트(2-keto-L-gulonate) 생산에 관한 것으로 대장균으로부터 포스포그라이세레이트 탈수소효소(phosphoglycerate dehydrogenase)및 하이드록시피루베이트 환원효소(hydropyruvate reductase)와 유사성을 보이는yiaE유전자를 PCR 클로닝하고 클로닝한yiaE유전자의 효소 단백질 산물의 기질 특이성을 조사하여yiaE유전자가 2-케토알도네이트 환원효소를 코딩하는 유전자임을 검증하고 이 유전자의 염기서열을 결정한 후 상기 검증한 2-케토알도네이트 환원효소를 코딩하는yiaE유전자를 결손시킨 다음 대장균에 도입하여 재조합 대장균내에서 발현되는 2-케토알도네이트 환원효소 활성을 측정한 결과,yiaE유전자가 결손된 2-케토알도네이트 환원효소는 대장균내 생물전환에 의한 2-케토-엘-글로네이트의 생산시에 중간산물인 2-케토-디-글루코네이트, 2,5-다이케토-디-글루코네이트 및 최종산물인 2-케토-엘-글로네이트의 세포내 대사를 방지하여 비타민 C 전구체인 2-케토-엘-글로네이트의 생산수율을 향상시키는 뛰어난 효과가 있다.The present invention determines the gene sequence of the novel E. coli-derived 2-ketoaldonate reductase and deletes the genes of these enzymes to inhibit the intracellular metabolism of intermediates during vitamin C production by glucose metabolism. To the production of 2-keto-L-gulonate, a vitamin C precursor in high yield, from phosphoglycerate dehydrogenase and hydroxypyruvate reductase from Escherichia coli PCR cloning of the yiaE gene showing similarity with (hydropyruvate reductase) and investigating the substrate specificity of the enzymatic protein product of the cloned yiaE gene to verify that the yiaE gene is a gene encoding 2- ketoaldonate reductase. after determining that a defect in the gene coding for the verification yiaE a 2-keto aldose reductase carbonate, and then E. coli I As a result of measurement of 2-keto-ALDO carbonate reductase activity is expressed in recombinant E. coli, 2-keto reductase The aldose carbonate yiaE a gene defect caused by 2-keto-organisms in Escherichia coli-El-production of the glow carbonate Prevents the intracellular metabolism of 2-keto-di-gluconate, 2,5-diketo-di-gluconate, and the final product, 2-keto-L-glonate, which are intermediates in There is an excellent effect of improving the production yield of keto-L- glonate.

Description

신규한 2-케토알도네이트 환원효소 유전자 및 이를 이용한 2-케토-엘-글로네이트 생산Novel 2-ketoaldonate reductase gene and 2-keto-L-glonate production using the same

본 발명은 신규한 대장균 유래의 2-케토알도네이트 환원효소(2-ketoaldonate reductase)의 유전자 염기서열 및 이를 이용한 2-케토-엘-글로네이트의 생산에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 신규한 대장균 유래의 2-케토알도네이트 환원효소의 유전자 조작에 의한 효율적인 2-케토-엘-글로네이트의 생물전환에 관한 것이다.The present invention relates to a gene sequence of the novel 2-ketoaldonate reductase derived from E. coli and the production of 2-keto-L-glonate using the same. More specifically, the present invention relates to the efficient bioconversion of 2-keto-L-glonate by genetic engineering of the novel E. coli derived 2-ketoaldonate reductase.

생물전환공정을 이용한 비타민 C 전구체인 2-케토-엘-글로네이트(2-keto-L-2-keto-L-Glonate, a vitamin C precursor using bioconversion process

gulonate)의 미생물에 의한 생물전환공정 경로는 포도당으로부터 글루코네이트(gluconate), 2-케토-디-글루코네이트 (2-keto-D-gluconate)를 거쳐 2,5-다이케토-디-글루코네이트 (2,5-diketo-D-gluconate)를 생산한 후 2-케토-엘-글로네이트로 전환하는 포도당 경로이다. 이 경로는 최근에서야 상업적인 시험생산에 들어갔을 뿐 관련정보는 일본의 시오노기(Shionogi)사와 겐넨테크(Genentech)사의 연구에 국한되어 있다. 이 연구는 원료가격이 솔비톨(sorbitol)에 비해 40% 수준이기 때문에 80년대 초 처음으로 재조합균주에 의한 1단계 생산에 대한 연구가 시작된 이래 지속적인 연구가 수행되고 있다. 포도당 경로의 생리 대사적인 측면을 관찰해 보면 포도당은 막결합 포도당 탈수소효소 (glucose dehydrogenase)에 의하여 페리프라즘 (periplasm)에서 산화되어 글루코네이트로 전환되고 다시 막결합 글루코네이트, 2-케토-디-글루코네이트 탈수소효소에 의하여 2,5-다이케토-디-글루코네이트로 전환된다. 이들 탈수소화 반응에 관여하는 효소들은 모두 막결합 효소로 알려져 있어 배지중의 포도당으로부터 2,5-다이케토-디-글루코네이트까지의 효소반응이 페리프라즘 (periplasm)에서 진행되므로 2,5-다이케토-디-글루코네이트가 높은 수율로 생산된다(Matsushita 등,Adv. Microb. Physiol., 26, 247-301, 1994). 이들 효소들의 조효소인 막결합 포도당 탈수소효소는 PQQ-의존성이고 글루코네이트, 2-케토-디-글루코네이트 탈수소효소는 FAD-의존성인 것으로 알려져 있다. 포도당으로부터 3단계의 탈수소 반응을 통하여 전환된 2,5-다이케토-디-글루코네이트는 세포질 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소를 통하여 2-케토-엘-글로네이트로 환원되어야 한다. 그러나 현재까지 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 생산하는 미생물들은 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소 활성을 가지고 있지 않는 것으로 알려져 있으므로 이들 활성을 갖는 미생물을 이용하여 2-케토-엘-글로네이트로 전환시켜 주어야 한다. 이 경로가 2-케토-엘-글로네이트 생산에 이용될 수 있는 가능성은 1982년 소노야마(Sonoyama)가 코리네박테리아를 이용하여 2,5-다이케토-디-글루코네이트로부터 2-케토-엘-글로네이트를 생산하므로써 확인되었는데(Sonoyama 등,Appl. Environ. Microbiol., 43, 1064-1069, 1982; Sonoyama등, US patent 3,998,697), 이후 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 2-케토-엘-글로네이트로 전환할 수 있는 다수의 미생물이 알려지게 되었다(Sonoyama 등, JP 4,543,331). 현재까지 알려진 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소는 NADPH-의존성으로 알려져 있다. 실제로 초산발효에 이용되고 있는 대부분의 초산균과 어위니아(Erwinia), 슈도모나스 (Pseudomonas) 등 다양한 미생물이 포도당으로부터 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 생산할 수 있는 것으로 알려져 있으나 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소 활성을 가지고 있지 않기 때문에 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 2-케토-엘-글로네이트로 전환할 수 있는 미생물의 확보가 포도당 경로를 통한 2-케토-엘-글로네이트 생산의 중요 관건이 된다(Sonoyama 등,Agric. Biol. Chem., 51, 2003-2004, 1987).bioconversion process by microorganisms of gulonate) from glucose to gluconate, 2-keto-D-gluconate and 2,5-diketo-di-gluconate Glucose pathway that produces (2,5-diketo-D-gluconate) and then converts to 2-keto-el-glonate. This route has only recently entered commercial pilot production, but the information is limited to the research of Shionogi and Genentech in Japan. Since the raw material price is 40% of sorbitol, the research has been conducted since the beginning of the first stage production by recombinant strains in the early 80s. Observing the physiological and metabolic aspects of the glucose pathway, glucose is oxidized in periplasm by glucose dehydrogenase to be converted into gluconate and then membrane-bound gluconate, 2-keto-di- Converted to 2,5-diketo-di-gluconate by gluconate dehydrogenase. All of the enzymes involved in these dehydrogenation reactions are known as membrane-bound enzymes. As the enzyme reaction from glucose in the medium to 2,5-diketo-di-gluconate proceeds in the periplasm, 2,5 -Diketo-di-gluconate is produced in high yield (Matsushita et al.,Adv. Microb. Physiol, 26, 247-301, 1994). Membrane-bound glucose dehydrogenase, a coenzyme of these enzymes, is known to be PQQ-dependent and gluconate, 2-keto-di-gluconate dehydrogenase, is FAD-dependent. 2,5-diketo-di-gluconate converted from glucose through three stages of dehydrogenation was converted to 2-keto-el-glonate via cytoplasmic 2,5-diketo-di-gluconate reductase Must be reduced. However, until now, microorganisms producing 2,5-diketo-di-gluconate are known to have no 2,5-diketo-di-gluconate reductase activity. Conversion to 2-keto-L-glonate. The possibility that this pathway could be used for the production of 2-keto-L-glonate is described by Sonoyama in 1982 from 2-keto- from 2,5-diketo-di-gluconate using Corynebacteria. It was confirmed by producing L-glonate (Sonoyama et al.,Appl. Environ. Microbiol, 43, 1064-1069, 1982; Sonoyama et al., US Pat. No. 3,998,697), after which a number of microorganisms are known which can convert 2,5-diketo-di-gluconate to 2-keto-l-glonate (Sonoyama et al., JP 4,543,331). The 2,5-diketo-di-gluconate reductases known to date are known to be NADPH-dependent. In fact, most of the acetic acid bacteria and aeroniaErwinia), Pseudomonas (Pseudomonas) It is known that a variety of microorganisms can produce 2,5-diketo-di-gluconate from glucose, but it is 2,5- because it does not have 2,5-diketo-di-gluconate reductase activity. Securing microorganisms capable of converting iketo-di-gluconate to 2-keto-el-glonate is an important factor in the production of 2-keto-l-glonate via the glucose pathway (Sonoyama et al.,Agric. Biol. Chem, 51, 2003-2004, 1987).

1982년 소노야마(Sonoyama) 등은 어위니아속(Erwinia sp.)에서 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 생산하고 코리네박테리아속 미생물의 변이주를 이용하여 2-케토-엘-글로네이트로 전환하는 2단계 생물전환공정을 확립하여 전체 발효 100시간 동안 약 85%의 수율로 106g/L의 2-케토-엘-글로네이트를 얻을 수 있다고보고하였다(Sonoyama 등,Appl. Environ. Microbiol., 43, 1064-1069). 이들은 어위니아속 미생물과 코리네박테리아속 미생물의 혼합배양에 의한 공정과 새로운 2,5-다이케토-디-글루코네이트 생산균 탐색에 관한 연구를 하였다. 대부분의 2,5-다이케토-디-글루코네이트 생산균주와 2-케토-엘-글로네이트 전환균주들은 2,5-다이케토-디-글루코네이트의 대사능이 높고 생산된 2-케토-엘-글로네이트를 아이도네이트 (idonate)로 환원하여 다시 대사시킬 수 있기 때문에 이에 관련된 효소활성이 변이된 새로운 균주의 육종이 필요한 것으로 보고되고 있다. 1987년 소노야마(Sonoyama) 등은 코리네박테리아속 미생물을 이용하여 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 2-케토-엘-글로네이트로 전환할 때 2-케토-엘-글로네이트의 광학적 이성질체인 2-케토-디-글루코네이트가 함께 축적되는 것을 해결하기 위하여 코리네박테리아속 미생물의 2,5-다이케토-디-글루코네이트의 대사경로를 분석하였다(Sonoyama 등,Agric. Biol. Chem., 51, 3039-3047, 1987). 이들의 결과에 따르면 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 2-케토-엘-글로네이트로 전환할 때 발생될 수 있는 문제는 2,5-다이케토-디-글루코네이트가 2-케토알도네이트 환원효소(2-ketoaldonate reductase)와 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소의 작용을 받아 2-케토-디-글루코네이트와 2-케토-엘-글로네이트로 동시에 전환된다는 것이다. 또한 2,5-다이케토-디-글루코네이트로부터 전환된 2-케토-엘-글로네이트는 2-케토알도네이트 환원효소에 의하여 아이도네이트로 전환된 후 5-케토-디-글루코네이트(5KDG)를 거쳐 5-케토-디-글루코네이트 환원효소에 의해 글루코네이트로 전환, 대사될 수 있음이 확인되었다. 이러한 문제해결을 위하여 2-케토알도네이트환원효소와 5-케토-디-글루코네이트 환원효소의 활성을 잃어버린 돌연 변이주를 유도하여 2,5-다이케토-디-글루코네이트로부터 2-케토-디-글루코네이트의 축적없이 2-케토-엘-글로네이트를 생산하는 변이주를 얻어 90.5 mole% 수율을 얻었으나 부산물인 아이도네이트의 생성은 막을 수 없었다.In 1982, Sonoyama et al. Produced 2,5-diketo-di-gluconate from Erwinia sp. And mutated 2-keto-el-glo using strains of Corynebacterial microorganisms. It was reported that a two-step bioconversion process to convert to Nate could yield 106 g / L 2-keto-L-glonate at a yield of about 85% for 100 hours of fermentation (Sonoyama et al. , Appl. Environ.Microbiol , 43, 1064-1069). They studied the process of mixed culture of Eurnia microorganisms and Corynebacteria microorganisms and searched for new 2,5-diketo-di-gluconate producing bacteria. Most 2,5-diketo-di-gluconate producing strains and 2-keto-el-glonate converting strains have high metabolism of 2,5-diketo-di-gluconate and produced 2-keto- Since el-glonate can be reduced and metabolized again by idonate, it is reported that breeding of a new strain having a related variation in enzymatic activity is required. In 1987, Sonoyama et al. Described 2-keto-l-glonate when converting 2,5-diketo-di-gluconate to 2-keto-l-glonate using a Corynebacterial microorganism. Metabolic pathways of 2,5-diketo-di-gluconate of the genus Corynebacteria were analyzed in order to solve the accumulation of 2-keto-di-gluconate, which is an optical isomer of (Sonoyama et al . , Agric. Biol. Chem ., 51, 3039-3047, 1987). According to their results, a problem that may occur when converting 2,5-diketo-di-gluconate to 2-keto-l-glonate is that 2,5-diketo-di-gluconate is 2 Under the action of 2-ketoaldonate reductase and 2,5-diketo-di-gluconate reductase, simultaneously with 2-keto-di-gluconate and 2-keto-el-glonate Is to be converted. In addition, 2-keto-L-glonate converted from 2,5-diketo-di-gluconate is converted to idonate by 2-ketoaldonate reductase and then 5-keto-di-gluconate ( 5KDG), it was confirmed that it can be converted to gluconate and metabolized by 5-keto-di-gluconate reductase. In order to solve this problem, 2-keto-di from 2,5-diketo-di-gluconate was induced by mutants that lost the activity of 2-ketoaldonate reductase and 5-keto-di-gluconate reductase. A mutant strain that produced 2-keto-L-glonate without the accumulation of -gluconate was obtained, yielding 90.5 mole% yield, but production of byproduct idonate could not be prevented.

앤더슨(Anderson) 등은 코리네박테리아속 미생물로부터 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소의 유전자를 분리하여 2,5-다이케토-디-글루코네이트 생산균인 어위니아 허비콜라 (Erwinia herbicola)에 도입하여 1단계 생산공정을 확립하였다(Anderson 등,Science, 230, 144-148, 1985). 초기의 수율은 아주 낮았지만 꾸준한 수율향상을 위한 실험결과 약 100시간에 100g/L의 2-케토-엘-글로네이트를 생산하였다. 유사한 특성을 지닌 효소를 같은 균주에서 클로닝하여 초기의 수율로 볼 때는 더 높은(20-30g/L) 공정을 그린들리(Glindley) 등도 발표하였다(Glindley 등,Appl. Environ. Microbiol., 54, 1770-1775, 19988). 포도당 경로를 이용한 위의 재조합 균주의 생산수율이 낮은 이유는 첫째, 세포내 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소에 필요한 NADPH 재생의 필요성, 둘째는 2,5-다이케토-디-글루코네이트의 세포내로 전송, 세째는 세포내에서 형성된 2-케토-엘-글로네이트의 분비, 네째는 2,5-다이케토-디-글루코네이트 및 2-케토-엘-글로네이트의 숙주세포에 의한 분해 등에 기인한 것으로 분석되고 있다. 수율 향상은 부산물인 아이도네이트 생성경로와 2,5-다이케토-디-글루코네이트와 2-케토-엘-글로네이트 분해 대사경로를 막는 쪽으로 시도되었다. 앤더슨(Anderson) 등은 어위니아의 2-케토알도네이트 환원효소가 2,5-다이케토-디-글루코네이트에서5-케토-디-글루코네이트, 2-케토-디-글루코네이트에서 글루코네이트, 2-케토-엘-글로네이트에서 아이도네이트의 전환을 모두 촉매한다는 사실을 밝히고, 2-케토알도네이트 환원효소를 코딩하는 유전자를 결손시켜 부산물인 아이도네이트의 생산을 막으려고 시도하였으나 큰 진전을 보지 못하였다. 이는 어위니아 균주에 이미 밝혀진 2-케토알도네이트 환원효소이외에 같은 기능을 하는 효소 시스템이 존재하기 때문인 것으로 확인되었다. Anderson et al. Isolated the 2,5-diketo-di-gluconate reductase gene from Corynebacterial microorganisms ( Erwinia herbicola ) to establish a one-step production process (Anderson et al., Science , 230, 144-148, 1985). The initial yield was very low, but the experimental results for steady yield improvement yielded 100 g / L 2-keto-L-glonate in about 100 hours. An enzyme with similar properties was cloned from the same strain and published a higher (20-30 g / L) process in Greenley et al. (Glindley et al. , Appl. Environ. Microbiol ., 54, 1770). -1775, 19988). The reason for the low yield of the above recombinant strains using the glucose pathway is firstly, the necessity of NADPH regeneration required for intracellular 2,5-diketo-di-gluconate reductase, and secondly, 2,5-diketo- Intracellular transfer of di-gluconate, third secretion of 2-keto-L-glonate formed intracellularly, fourth of 2,5-diketo-di-gluconate and 2-keto-el-glonate It is analyzed to be due to degradation by host cells. Yield improvement was attempted to block byproduct idonate production pathways and metabolic pathways of 2,5-diketo-di-gluconate and 2-keto-el-glonate degradation. Anderson et al. Found that the two-ketoaldonate reductase of Erwinia is gluconate at 2-keto-di-gluconate at 2,5-diketo-di-gluconate and 2-keto-di-gluconate. Attempted to prevent the production of by-product idonate by depleting the gene encoding 2-ketoaldonate reductase, revealing that it catalyzes the conversion of all idonates in 2-keto-el-glonate. I didn't see any progress. This was confirmed to be due to the presence of an enzyme system that functions the same as the 2-ketoaldonate reductase already found in the Erwinia strain.

이상의 생물전환방법이나 대사공학적 방법의 가장 큰 문제점은 산화적 대사과정을 갖는 미생물은 반드시 세포내에 중간산물이나 최종산물을 이용하는 대사경로도 함께 갖는다는 것이다. 기존에 밝혀진 대사경로를 단순히 차단하므로써 부산물의 생성을 막을 수는 있으나 미생물의 성장이나 원활한 대사과정의 운용에는 많은 문제점을 야기하였다.The biggest problem of the above bioconversion method or metabolic method is that the microorganism with oxidative metabolic process must have metabolic pathway using intermediate or final product in the cell. By simply blocking the previously known metabolic pathways can prevent the production of by-products, but caused many problems in the growth of microorganisms and smooth metabolic processes.

본 발명자들은 어위니아 시프리페디 (Erwinia cypripedii)의 세개 서브유니트로 구성되어 있고 글루코네이트를 2-케토-디-글루코네이트로 전환시키는 막결합 글루코네이트 탈수소효소 (membrane-bound gluconate dehydrogenase; GADH) (Yum등,J. Bacteriol. 179, 6566-6572, 1997)를 코딩하는 유전자 클러스터를 클로닝하고 대장균에서 발현시켜 높은 수율로 전환시켰다. 그러나 재조합 대장균을 사용하여 글루코네이트로부터 2-케토-디-글루코네이트로의 전환실험을 수행하는 중 도 1에서 보여주는 바와 같이 글루코네이트가 배지에서 완전히 소모된 다음 글루코네이트로부터 전환된 2-케토-디-글루코네이트로가 조금씩 배양액에서 소실되었다. 물론 글루코네이트가 높은 수율로 빠르게 2-케토-디-글루코네이트로 전환되기 때문에2-케토-디-글루코네이트 생물전환에는 문제가 없지만 상술한 바와 같이 포도당 대사과정을 이용한 비타민 C 전구체인 2-케토-엘-글로네이트 생물전환에 대장균을 숙주세포로 이용하기 위해서 그 원인을 검증하였다. 이 과정에서 본 발명자들은 2-케토-디-글루코네이트가 대사되어 이용되었다면 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로 전환시켜 이용할 수 밖에 없으므로 대장균의 세포추출물을 조효소액으로 사용하여 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로 환원시키는 NADPH-의존성 환원효소 활성을 측정하였다. 그 결과 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로 환원시키는 효소활성을 관찰하였으며 이는 코리네박테리움 (Corynebacterium), 브레비박테리움 (Brevibacterium), 어위니아 (Erwinia), 아세토박터 (Acetobacter), 글루코노박터(Gluconobacter), 세라티아 (Serratia), 슈도모나스 (Pseudomonas) 등의 미생물(Sonoyama 등,Agric. Biol. Chem.51, 3039-3047, 1987; Truesdell, 등,J. Bacteriol. 173, 6651-6656, 1991; Yum, 등,Biosci. Biotechnol. Biochem. 62, 154-156 1998)에서 보고된 케토글루코네이트에 관련된 대사과정이 대장균에도 존재할 수 있다는 가능성을 보여주었다. 어위니아, 아세토박터, 글루코노박터, 세라티아, 슈도모나스 등의 미생물에서는 포도당이 2-케토-디-글루코네이트, 5-케토-디-글루코네이트, 2,5-다이케토-디-글루코네이트 등의 케토글루코네이트로 산화되기 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 전자전달 사슬과 연결되어 있는 막결합 탈수소효소에 의해 진행된다(Ameyama 등,Agric. Biol. Chem. 51, 2943-2950, 1987; Sonoyama 등,Agric. Biol. Chem. 52, 667-674, 1988). 케토글루코네이트 혹은 인산화된 케토글루코네이트가 대사과정에 들어가기 위해서는 NADPH-의존성 환원효소에 의해 환원된 후에만 가능하다 (Sonoyama 등,J. Ferment. Technol. 65, 311-317, 1987; Truesdell, 등,J. Bacteriol.173, 6651-6656, 1991). 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로, 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 5-케토-디-글루코네이트로, 2-케토-엘-글로네이트를 아이도네이트로 전환시키는 반응을 촉매하는 것으로 알려진 NADPH-의존성 2-케토알도네이트 환원 효소가 브레비박테리움 케토소레덕텀(Brevibacterium ketosoreductum)( Yum, 등,Biosci. Biotechnol. Biochem. 62, 154-156, 1998)과 어위니아 허비콜라 (Erwinia herbicola) ( Truesdell, 등,J. Bacteriol. 173, 6651-6656, 1991) 등에서 순수정제 혹은 부분정제를 통하여 생화학적 특성이 보고된 바 있다. 또한 2,5-다이케토-디-글루코네이트에 대한 기질특이성이 조사되지는 않았지만 초산균의 2-케토-디-글루코네이트 환원효소도 2-케토-엘-글로네이트를 아이도네이트, 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로 전환시키는 것으로 알려져 있다 (Ameyama와 Adachi, CARBOHYDRATE METABOLISM. PART D. Wood, W.A. ed. 89, 198-202, 1982). 보다 세부적인 케토글루코네이트의 이용에 관련된 대사경로는 코리네박테리움(Sonoyama 등,Agric. Biol. Chem. 51, 3039-3047, 1987)과 어위니아속(Truesdell, 등,J. Bacteriol. 173, 6651-6656, 1991)에서만 연구되었다. 이들 두 미생물의 케토글루코네이트 대사경로는, 2,5-다이케토-디-글루코네이트가 어위니아속에서는 5-케토-디-글루코네이트로 전환되지만, 코리네박테리움속 미생물에서는 글루코네이트로 전환되기 전에 2-케토-디-글루코네이트로 전환된다는 것을 제외하고는 상당한 유사성을 갖는다. 케토글루코네이트를 연속적으로 글루코네이트로 전환하는 것은 용성 NAD(P)H-의존성 환원효소들에의하여 이루어지며, 글루코네이트는 인산화되어 6-포스포글루코네이트 (6-phosphogluconate)가 된 뒤 펜토스 포스페이트 경로(pentose phosphate pathway)를 통해 대사된다.We consist of three subunits of Erwinia cypripedii and convert membrane gluconate dehydrogenase (GADH) to convert gluconate to 2-keto-di-gluconate (GADH) ( Yum et al., J. Bacteriol . 179, 6566-6572, 1997), were cloned and expressed in E. coli and converted to high yield. However, during the conversion experiment from gluconate to 2-keto-di-gluconate using recombinant E. coli, 2-keto-di converted to gluconate after gluconate was completely consumed in the medium as shown in FIG. Gluconate little by little disappeared from the culture. Of course, the 2-keto-di-gluconate bioconversion is not a problem because the gluconate is rapidly converted to 2-keto-di-gluconate in high yield, but as mentioned above, 2-keto, a vitamin C precursor using glucose metabolism The cause of the E. coli was used as a host cell in the L-glonate bioconversion. In this process, the present inventors have no choice but to convert 2-keto-di-gluconate to gluconate if 2-keto-di-gluconate is metabolized, and thus, 2-keto using the cell extract of E. coli as a coenzyme solution. NADPH-dependent reductase activity of reducing di-gluconate to gluconate was measured. As a result, 2-keto-D-glucosidase enzyme activity was observed with the carbonate for reducing as gluconate This Corynebacterium (Corynebacterium), Brevibacterium (Brevibacterium), control Winiah (Erwinia), acetonitrile bakteo (Acetobacter), Microorganisms such as Gluconobacter , Serratia , Pseudomonas , etc. (Sonoyama et al. , Agric. Biol. Chem. 51, 3039-3047, 1987; Truesdell, et al. , J. Bacteriol . 173, 6651- 6656, 1991; Yum, et al ., Biosci. Biotechnol. Biochem . 62, 154-156 1998) showed that metabolic processes related to ketogluconate may also be present in E. coli. In microorganisms such as Erwinia, Acetobacter, Gluconobacter, Serratia and Pseudomonas, glucose is 2-keto-di-gluconate, 5-keto-di-gluconate, 2,5-diketo-di-gluconate In order to oxidize to ketogluconate, the reaction proceeds by a membrane-bound dehydrogenase linked to an electron transport chain as described above (Ameyama et al ., Agric. Biol. Chem . 51, 2943-2950, 1987; Sonoyama et al ., Agric . Biol. Chem. 52, 667-674 , 1988). Ketogluconate or phosphorylated ketogluconate is only possible after reduction by NADPH-dependent reductase to enter the metabolic process (Sonoyama et al. , J. Ferment. Technol . 65, 311-317, 1987; Truesdell, et al., J. Bacteriol. 173, 6651-6656, 1991). Convert 2-keto-di-gluconate to gluconate, 2,5-diketo-di-gluconate to 5-keto-di-gluconate, and 2-keto-l-glonate to idonate NADPH-dependent 2-ketoaldonate reductases, known to catalyze the reaction of scavenging reactions, have been incorporated into Brevibacterium ketosoreductum (Yum, et al ., Biosci. Biotechnol. Biochem . 62, 154-156, 1998). Biochemical properties have been reported by pure or partial purification in Erwinia herbicola (Truesdell, et al., J. Bacteriol . 173, 6651-6656, 1991). In addition, although the substrate specificity to 2,5-diketo-di-gluconate was not investigated, acetic acid 2-keto-di-gluconate reductase also reacted to 2-keto-L-glonate, iodonate, 2- It is known to convert keto-di-gluconate to gluconate (Ameyama and Adachi, CARBOHYDRATE METABOLISM. PART D. Wood, WA ed. 89, 198-202, 1982). Metabolic pathways involved in the use of more detailed ketogluconates are Corynebacterium (Sonoyama et al ., Agric. Biol. Chem . 51, 3039-3047, 1987) and Trusdell, et al ., J. Bacteriol . 173, 6651-6656, 1991). Ketogluconate metabolic pathways of these two microorganisms convert 2,5-diketo-di-gluconate into 5-keto-di-gluconate in the genus of Erwinia, but to gluconate in the corynebacterium microorganisms. It has considerable similarity, except that it is converted to 2-keto-di-gluconate before it is. Continuous conversion of ketogluconate to gluconate is accomplished by soluble NAD (P) H-dependent reductases, which are phosphorylated to become 6-phosphogluconate followed by pentose phosphate Metabolized via the pentose phosphate pathway.

본 발명자들은 앞서 설명한 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로 환원시킬 뿐만 아니라 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 5-케토-디-글루코네이트로, 그리고 2-케토-엘-글로네이트를 아이도네이트로 환원을 촉매하는 2-케토알도네이트 환원효소를 코딩하는 대장균의 2-케토알도네이트 유전자 존재를 알아내고 이 결과로부터 대장균내에 다른 케토글루코네이트 환원효소가 존재할 수 있으므로 1997년 완결된 대장균의 게놈 염기 데이터베이스를 이용하여 관련 효소를 그 산물이 아직 밝혀져 있지않은 유전자중에서 검색하여 가능성이 있는 유전자를 PCR로 분리하고 그 유전자 산물을 정제한 후 그 기질 특이성을 검토하여 2-케토알도네이트 환원효소를 코딩하는 유전자를 대장균에서 발견하였다. 2-케토알도네이트 환원효소는 포도당 대사경로를 대장균에 도입할 경우 중간 전환산물이 대사되는데 관여하여 최종수율에 영향을 줄 수 있는 효소이다.We not only reduce the 2-keto-di-gluconate described above to gluconate but also convert 2,5-diketo-di-gluconate to 5-keto-di-gluconate, and 2-keto-el Determining the presence of the 2-ketoaldonate gene of Escherichia coli encoding 2-ketoaldonate reductase catalyzing the reduction of glonate to idonate and from these results there may be other ketogluconate reductases present in E. coli Using the genome base database of E. coli, which was completed in 1999, related enzymes were searched among genes whose products were not yet identified, and the potential genes were isolated by PCR, the gene products were purified, and the substrate specificity was examined. Genes encoding aldonate reductase have been found in E. coli. 2-ketoaldonate reductase is an enzyme that can affect the final yield by inducing the metabolism of intermediate conversion products when the glucose metabolic pathway is introduced into E. coli.

따라서, 본 발명은 상기 언급한 종래의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 신규한 대장균 유래 2-케토알도네이트 환원효소의 유전자 염기서열을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 신규한 대장균 유래 2-케토알도네이트 환원효소의 유전자를 결손시켜 포도당 대사에 의한 비타민 C 제조시 중간산물인 2-케토-디-글루코네이트, 2,5-다이케토-디-글루코네이트 및 최종산물인 2-케토-엘-글로네이트의 세포내 대사를 저해하여 고수율로 비타민 C 전구체인 2-케토-엘-글로네이트를 생산함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 신규한 대장균 유래 2-케토알도네이트 환원효소 유전자를 결손시킨 결손 유전자로 균주를 형질전환시키므로써 세포내에서 포도당을 비타민 C 전구체인 2-케토-엘-글루타네이트로 전환하는 형질전환된 숙주세포를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a gene sequence of the novel E. coli-derived 2-ketoaldonate reductase. Another object of the present invention is to delete the gene of the novel E. coli-derived 2-ketoaldonate reductase, 2-keto-di-gluconate, 2,5-diketo which is an intermediate in the production of vitamin C by glucose metabolism It inhibits the intracellular metabolism of di-gluconate and the final product 2-keto-el-glonate to produce 2-keto-el-glonate, a vitamin C precursor, in high yield. Another object of the present invention is to transform glucose into a deficiency gene lacking the novel E. coli-derived 2-ketoaldonate reductase gene. To provide a transformed host cell to convert to.

본 발명의 상기 목적은 대장균으로부터 포스포그라이세레이트 탈수소효소(phosphoglycerate dehydrogenase) 및 하이드록시피루베이트 환원효소(hydroxypyruvate reductase)와 유사성을 보이는yiaE유전자를 PCR 클로닝하고 이 유전자 산물의 효소 단백질을 정제한 후 아미노산 서열을 결정하고 기질 특이성을 조사하여 상기 클로닝한yiaE유전자가 2-케토알도네이트 환원효소를 코딩하는 유전자임을 검증한 후 상기 2-케토알도네이트 환원효소를 코딩하는yiaE유전자에 카나마이신 내성 유전자를 결합시켜 2-케토알도네이트 환원효소 유전자를 결손시킨 후 대장균에 도입하여 재조합 대장균내에서 발현되는 2-케토알도네이트 환원효소 활성을 측정하여 이 효소의 기능상실 여부를 조사하고 케토글루코네이트 대사경로를 작성하므로써 달성하였다.The object of the present invention is to PCR-cloned yiaE gene showing similarity with phosphoglycerate dehydrogenase and hydroxypyruvate reductase from E. coli and purifying enzyme protein of this gene product. After determining the amino acid sequence and investigating substrate specificity to verify that the cloned yiaE gene is a gene encoding 2- ketoaldonate reductase, a kanamycin resistance gene is added to the yiaE gene encoding 2- ketoaldonate reductase. Depletion of 2-ketoaldonate reductase gene by binding, introduced into E. coli, and measuring 2-ketoaldonate reductase activity expressed in recombinant E. coli to investigate the loss of function of the enzyme and the ketogluconate metabolic pathway Achieved by writing

도 1은 클로닝된 막결합 글루코네이트 탈수소효소 유전자를 갖는 재조합 대장균을 이용하여 글루코네이트를 2-케토-디-글루코네이트로 전환하는 효소활성을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the enzymatic activity of converting gluconate into 2-keto-di-gluconate using recombinant E. coli with the cloned membrane-bound gluconate dehydrogenase gene.

도 2a와 도 2b는 대장균으로부터 유래하는 2-케토알도네이트 환원효소 유전자의 염기서열 및 아미노산 서열을 나타낸다.Figures 2a and 2b shows the nucleotide sequence and amino acid sequence of the 2-ketoaldonate reductase gene derived from E. coli.

도 3은 대장균을 비롯한 다른 균주내에서의 케토글루코네이트의 대사과정을 나타낸다.Figure 3 shows the metabolic process of ketogluconate in other strains, including E. coli.

본 발명은 포스포그라이세레이트 탈수소효소와 하이드록시피루베이트 환원효소와 유사성을 보이는 2-하이드록사이드 탈수소효소 유전자인yiaE를 PCR로 클로닝하고 상기yiaE유전자가 삽입된 pHD2 플라스미드로 대장균을 형질전환시켜 재조합한 후 이 재조합 대장균으로부터 얻어진 세포추출물의 2-케토알도네이트 환원효소 활성을측정하여 상기yiaE유전자가 2-케토알도네이트 환원효소를 암호화하는 유전자임을 검증하는 단계; 상기 2-케토알도네이트 환원효소 유전자인yiaE의 유전자 산물의 COOH 말단에 His-Tag을 붙이고 PCR을 실시한 후yiaE유전자 부분을 절단하여 플라스미드에 삽입하고 대장균에 도입하여 배양한 후 효소 단백질을 Ni-NTA 레진을 사용하여 정제하므로써 효소 단백질만을 정제하여 얻는 단계; 상기 정제된 효소 단백질의 단백질 분자량을 측정하고 아미노산 서열을 결정하는 단계; 상기 정제된 효소 단백질의 최적 활성 및 기질특이성을 조사하는 단계; 2-케토알도네이트 환원효소 유전자인yiaE유전자의 중간에 pUC4K의 Km 내성 Tn903 유전자가 들어 있는 유전자 단편을 삽입하여 2-케토알도네이트 결손 유전자인yiaE::Km 유전자를 제조하고 이 유전자가 삽입된 균주와yiaE유전자가 삽입된 균주의 2-케토알도네이트 활성을 비교하는 단계 및; 2-케토알도네이트 환원효소의 기질특이성을 바탕으로 케토글루코네이트 대사경로를 작성하는 단계로 구성된다.The present invention cloned yiaE , a 2- hydroxydehydrogenase gene showing similarity to phosphoglycerate dehydrogenase and hydroxypyruvate reductase by PCR, and transformed Escherichia coli with a pHD2 plasmid inserted with the yiaE gene. By measuring the 2- ketoaldonate reductase activity of the cell extract obtained from the recombinant Escherichia coli and then recombining to verify that the yiaE gene is a gene encoding 2- ketoaldonate reductase; After attaching His-Tag to the COOH terminal of the gene product of yiaE , the 2- ketoaldonate reductase gene, and performing PCR, the yiaE gene was cut, inserted into a plasmid, introduced into E. coli, cultured, and the enzyme protein Ni-NTA. Obtaining only an enzyme protein by purifying with resin; Measuring a protein molecular weight of the purified enzyme protein and determining an amino acid sequence; Investigating optimal activity and substrate specificity of the purified enzyme protein; 2-keto reductase genes of aldose carbonate yiaE by inserting a gene fragment containing the Km resistance gene of Tn903 pUC4K in the middle of the gene of 2-keto aldose carbonate defect yiaE gene :: Km produced the gene and the gene is inserted into the strain Comparing the 2- ketoaldonate activity of the strain with the yiaE gene; Comprising the step of preparing the ketogluconate metabolic pathway based on the substrate specificity of 2-ketoaldonate reductase.

이하, 본 발명의 상세한 설명을 실시예를 들어 단계별로 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the detailed description of the present invention will be described step by step with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited only to these Examples.

실시예 1: 대장균이 생산하는 2-케토알도네이트 환원효소 유전자 클로닝 및 돌연변이 유전자를 발현시켜 얻은 2-케토알도네이트 환원효소Example 1: 2-ketoaldonate reductase gene cloning produced by Escherichia coli and 2-ketoaldonate reductase obtained by expressing a mutant gene

본 실시예에서는 1997년 말 대장균 게놈 시퀀싱 프로젝트 (E. coliGenome Sequencing Project)(Blattner 등,Science, 277, 1453-1462 1997; Sofia 등,Nucleic Acids Res. 22, 2576-2586, 1994)가 완결되었기 때문에 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로 전환시키는 효소를 코딩하는 유전자를 찾기 위해 지금까지 그 기능이 확인 되지 않은 대장균 유전자중 추정되는 하이드록사이드 환원효소(putative hydroxyacid reductase)나 탈수소효소(dehydrogenase)로 생각되는 단백질을 코딩하는 유전자를 중심으로 탐색하여 대장균 염색체상 80.1분에 위치하고bisC-cspA유전자 사이에 존재하며 포스포그라이세레이트 탈수소효소(phosphoglycerate dehydrogenase)와 하이드록시피루베이트 환원효소(hydroxypyruvate reductase)와 유사성을 보이는 2-하이드록사이드 탈수소효소(2-hydroxyacid dehydrogenase ;yiaE) (Blattner 등,Science, 277,1453-1462 1997; Sofia 등,Nucleic Acids Res. 22, 2576-2586, 1994)를 발견하였다.In this example, the E. coli Genome Sequencing Project (Blattner et al., Science , 277, 1453-1462 1997; Sofia et al., Nucleic Acids Res . 22, 2576-2586, 1994) was completed in late 1997. Therefore, to find a gene encoding an enzyme that converts 2-keto-di-gluconate to gluconate, an estimated putative hydroxyacid reductase or dehydrogenase (E. coli gene) has not yet been identified. Searching for genes encoding proteins thought to be dehydrogenases, located at 80.1 minutes on E. coli chromosome, located between bisC - cspA genes, phosphoglycerate dehydrogenase and hydroxypyruvate reductase ( 2-hydroxyacid dehydrogenase ( yiaE ) showing similarity with hydroxypyruvate reductase (Blattner et al., Science , 277, 1453-1462 1997; Sofia et al., Nucleic Acids Res . 22, 2576-2586, 1994).

제 1단계:First step: yiaEyiaE 유전자 클로닝Gene cloning

본 단계에서는yiaE유전자가 코딩하는 단백질을 밝히기 위하여 대장균 W3110 염색체 DNA를 주형으로 하여 PCR로 클로닝하였다. 이때 유전자은행(GeneBank)에 저장된yiaE염기서열(GenBank accession No. AE000432) (Blattner 등,Science, 277, 1453-1462 1997)를 바탕으로 도 2a 및 도 2b에 나타난 바와 같이 PCR 프라이머[2KRA-5'; 5'ACGGGTGGTCACGACCTGAACAT3', 전진 프라이머(the forward primer)와 올리고염기서열 2KRA-3'; 5'ATGAACGGTTCGCTGGGTGTGCT3', 역전사 프라이머(the reverse primer)]를 디자인 하여 PCR 클로닝에 사용하였다. PCR은 퍼킨 엘머(Perkin Elmer)사의 GeneAmp PCR system 2400을 사용하여 95℃에서 30초간 변성, 65℃에서 30초간 어닐닝(annealing), 72℃에서 2분간의 효소중합반응을 30회 반복하였고 최종 5분간의 신장(extension)반응을 72℃에서 행하였다. PCR 반응산물을 제한 효소BclI으로 절단하고 1.5 kb DNA 단편을 같은 제한효소로 절단한 후 CIP처리한 pUC19 벡터 플라스미드와 연결하고 대장균 DH5α에 형질전환하였다. PCR DNA단편이 삽입된 재조합 플라스미드를 pHD2라 명명하였고 DNA 시퀀싱을 통하여yiaE유전자 클로닝을 최종 확인하였다. 즉 클로닝된yiaE유전자가 삽입되어 있는 pHD2 플라스미드가 도입된 재조합 대장균 세포추출물의 2-케토알도네이트 환원효소 활성을 측정하였으며 그 결과 플라스미드를 갖지 않는 대장균 DH5α 보다 10배 이상 효소활성을 나타냈다. 이 활성은 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로 전환할 뿐만 아니라 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 5-케토-디-글루코네이트로, 2-케토-엘-글로네이트를 아이도네이트전환하므로써yiaE유전자가 2-케토알도네이트 환원효소를 코딩함을 알 수 있었다.In this step, to identify the protein encoded by the yiaE gene, E. coli W3110 chromosomal DNA was cloned by PCR. At this time, PCR primers [2KRA-5 ′] as shown in FIGS. 2A and 2B based on the yiaE sequence (GenBank accession No. AE000432) (Blattner et al., Science , 277, 1453-1462 1997) stored in a GeneBank. ; 5'ACGGGTGGTCACGACCTGAACAT3 ', the forward primer and oligobase sequence 2KRA-3';5'ATGAACGGTTCGCTGGGTGTGCT3', the reverse primer] was designed and used for PCR cloning. PCR was performed using Perkin Elmer's GeneAmp PCR system 2400 for 30 seconds of denaturation at 95 ° C, annealing at 65 ° C for 30 seconds, and enzymatic polymerization for 2 minutes at 72 ° C. Minute extension reactions were carried out at 72 ° C. The PCR reaction product was digested with the restriction enzyme Bcl I, the 1.5 kb DNA fragment was digested with the same restriction enzyme, linked to the CIP-treated pUC19 vector plasmid, and transformed into E. coli DH5α. The recombinant plasmid in which the PCR DNA fragment was inserted was named pHD2 and finally confirmed yiaE gene cloning through DNA sequencing. That is, the 2-ketoaldonate reductase activity of the recombinant E. coli cell extract into which the pHD2 plasmid into which the cloned yiaE gene was inserted was introduced was measured. As a result, the enzyme activity was 10 times higher than that of E. coli DH5α having no plasmid. This activity not only converts 2-keto-di-gluconate to gluconate but also converts 2,5-diketo-di-gluconate to 5-keto-di-gluconate, 2-keto-el-glonate It was found that the yiaE gene encodes 2- ketoaldonate reductase by idonate conversion.

본 단계에서 얻은 재조합 플라스미드 pHD2로 재조합한 대장균 DH5α를 E.coli DH5α/pHD2로 명명하고 이 균주를 1998년 8월 7일 한국과학기술연구원 생명공학연구소내 유전자 은행에 기탁번호 KCTC 0507BP로 기탁하였다.Escherichia coli DH5α recombined with the recombinant plasmid pHD2 obtained in this step was named E. coli DH5α / pHD2, and the strain was deposited with the KCTC 0507BP at the Gene Bank of the Korea Institute of Science and Technology.

제 2단계:Second step: yiaEyiaE 유전자 산물인 2-케토알도네이트 환원효소 단백질 정제Purification of 2-ketoaldonate reductase protein, a gene product

본 단계에서는yiaE유전자 산물이 2-케토알도네이트 환원효소인지를 보다 정확히 확인하기 위하여 Ni-NTA 컬럼(column)를 사용한 금속-결합 친화성 크로마토그라피(metal-chelate affinity chromatography)를 행하여 His-표지(His-tagged) 효소단백질을 정제하였다. 대장균에서 2-케토알도네이트 환원효소을 분리정제하기 위하여 먼저yiaE유전자 산물의 COOH 말단에 6개의 His-Tag를 붙일 수 있도록 재조합 플라스미드를 제조하였다. 즉 상기 제 1단계에서 전진 프라이머(forward primer)로 클로닝에 사용한 2KRA5'를 사용하고 역전사 프라이머(reverse primer)5'GGGgaattcAGTGATGGTGATGGTGATG GTCCGCGACGTGCGGATTCACAC3' [인위적으로 만든 제한효소EcoRI 인식부위는 소문자로 표시되어 있고 밑줄친 부분은yiaE유전자의 COOH 말단부위와 상보적인 염기서열를 나타내고 추가된 6개의 His를 코딩하는 부분과 정지코돈(stop codon)과 상보적인 tcA는 진한 글씨체로 나타냄]를 합성하여 클로닝에서와 같은 반응조건으로 PCR을 행하였다. PCR 산물을 제한효소BclI과EcoRI으로 절단한 후 같은 제한효소로 절단한 pUC19와 라이게이션(ligation)하고 대장균 DH5α에 형질전환시켜 최종적으로 pUCHisC를 제조하였고 시퀀싱(sequencing)을 통하여yiaE유전자가 삽입되어 있는지를 확인하였다. 6His-tag 융합 효소 단백질을 QIAGEN사의 Ni-NTA 레진을 사용하여 재조합 대장균에서 정제하였다. 500ml의 재조합 대장균 DH5α( pUCHisC)의 세포배양액을 원심분리하여 세포를 모은 후 20ml의 Na-포스페이트(Na-phosphate; pH 8.0), 0.3 M NaCl 용액에 현탁하고 얼음에서 초음파 파쇄하였다. 세포 파쇄물을 16,000g에서 원심분리하여 상등액을 직접 1.6 ml의 Ni-NTA 레진(resin)이 들어있는 컬럼에 통과시켰다. 컬럼을 30ml 50 mM Na-포스페이트(pH 8.0), 0.3 M NaCl, 10% 글리세롤(glycerol)완충액으로 세척하고 C-터미날 6His-표지(C-terminal 6His-tagged) 2-케토알도네이트 환원효소을 50mM Na-시트레이트 버퍼(Na-citrate buffer;pH 6.0)로 용출하여 회수하였다. In this stepyiaETo more precisely determine whether the gene product is 2-ketoaldonate reductase, His-tagged by metal-chelate affinity chromatography using a Ni-NTA column. Enzyme protein was purified. In order to isolate and purify 2-ketoaldonate reductase from E. coli,yiaERecombinant plasmids were prepared to attach 6 His-Tags to the COOH terminus of the gene product. That is, using 2KRA5 'used for cloning as the forward primer in the first step and reverse primer 5'GGGgaattcAGTGATGGTGATGGTGATG GTCCGCGACGTGCGGATTCACAC3 '[human-made restriction enzymeEcoRI recognition parts are shown in lowercase letters and underlined partsyiaEPCR was performed under the same reaction conditions as that of cloning, showing the base sequence complementary to the COOH terminus of the gene, the additional 6 His-coding portions, and the stop codon and tcA complementary to each other. . PCR product restriction enzymesBclI andEcoAfter digestion with RI, ligation with pUC19 digested with the same restriction enzyme was carried out and transformed into E. coli DH5α to finally prepare pUCHisC. Through sequencingyiaEIt was confirmed whether the gene is inserted. 6His-tag fusion enzyme protein was purified in recombinant E. coli using Ni-NTA resin from QIAGEN. Cell cultures of 500 ml of recombinant E. coli DH5α (pUCHisC) were centrifuged to collect the cells, suspended in 20 ml of Na-phosphate (pH 8.0), 0.3 M NaCl solution and sonicated on ice. 16,000 cell debrisgThe supernatant was directly passed through a column containing 1.6 ml of Ni-NTA resin by centrifugation at. The column was washed with 30 ml 50 mM Na-phosphate (pH 8.0), 0.3 M NaCl, 10% glycerol buffer and C-terminal 6 His-tagged 2-ketoaldonate reductase was 50 mM Na Recovered by eluting with citrate buffer (pH 6.0).

제 3단계: 정제된 2-케토알도네이트 환원효소의 아미노산 서열결정Third Step: Amino Acid Sequencing of Purified 2-Ketoaldonate Reductase

상기 제 2단계에서 정제한 단백질을 Laemmli (Laemmli,1970)의 방법에 따라 SDS-PAGE를 행하여 순도를 검정하였다. 정제한 효소단백질을 Sephacryl S-200 겔 여과(gel filtration)하여 단백질 분자량을 측정한 결과 74,000달톤로 결정하였다.SDS-PAGE로 결정한 분자량은 36,000달톤으로 추론한 아미노산 염기서열(deduced amino acid sequence)로 결정한 분자량과 일치하였다. 이는 효소 단백질이 다이머 (dimer)로 존재함을 나타낸다. 대장균 2-케토알도네이트의 분자량과 서브유니트 구조는 본 발명자들이 B.케토소레덕툼(B.ketosoreductum)(Yum등,Biosci. Biotechnol. Biochem. 62, 154-156,1998)에서 분리한 2-케토알도네이트와 유사하였다. 정제된 효소단백질의 아미노말단 아미노산 서열을 결정하기 위하여 SDS-PAGE한 정제된 단백질을 Bio-Rad Trans-Blot 장치(apparatus)를 사용하여 100V에서 1시간동안 폴리비닐리덴 디프로라이드(polyvinylidene difluoride;PVDF) 막(membrane)으로 옮겼다. PVDF 막을 염색용액 (0.1% Coomassie Blue R-250 in 50% (v/v))으로 염색하고 탈색액 (10%(v/v)acetic acid in 50% methanol)으로 3분간 탈색하였다. 염색된 효소단백질밴드(band)를 절단하여 Applied Biosystems model 470A 시퀀서로 아미노말단 아미노산 서열을 결정하였다. 정제된 단백질의 아미노말단 아미노산서열은 NH2-Met-Lys-Pro-Ser-Val-Ile-Leu-Tyr-Lys-Ala-Leu-Pro-Asp-Asp-Leu-Leu-Gln-Arg-Leu-Gln-Glu-His으로 결정되었고 이 아미노산 서열은 도 2a의 1번에서 22번까지의 추론된 아미노산 잔기(deduced amino acid residue)와 일치하는 것이다. 이는 이미 앞에서 서술한 바와 같이 전사 시작부위가 nt 355-357의 ATG가 아니라 리보솜-결합 염기서열(ribosome-binding sequence), GGAG (nt 357-360) 다음의 ATG가 전사 시작부위임을 증명하였다.Purity of the protein purified in the second step was performed by SDS-PAGE according to the method of Laemmli (Laemmli, 1970). The purified enzyme protein was determined to be 74,000 Daltons by Sephacryl S-200 gel filtration. The molecular weight determined by SDS-PAGE was deduced amino acid sequence inferred to 36,000 Daltons. It is consistent with the determined molecular weight. This indicates that the enzyme protein is present as a dimer. The molecular weight and subunit structure of E. coli 2-ketoaldonate were determined by the inventors of 2-keto isolated from B. ketosoreductum (Yum et al ., Biosci. Biotechnol. Biochem . 62, 154-156,1998). Similar to aldonate. In order to determine the amino-terminal amino acid sequence of the purified enzyme protein, SDS-PAGE purified protein was purified using poly-vinylidene difluoride (PVDF) for 1 hour at 100 V using a Bio-Rad Trans-Blot apparatus. ) To the membrane. PVDF membranes were stained with dye solution (0.1% Coomassie Blue R-250 in 50% (v / v)) and decolorized with decolorizing solution (10% (v / v) acetic acid in 50% methanol) for 3 minutes. The amino acid sequence was determined by cutting the stained enzyme protein band (band) with an Applied Biosystems model 470A sequencer. The amino terminal amino acid sequence of the purified protein is NH 2 -Met-Lys-Pro-Ser-Val-Ile-Leu-Tyr-Lys-Ala-Leu-Pro-Asp-Asp-Leu-Leu-Gln-Arg-Leu- Determined by Gln-Glu-His, this amino acid sequence is consistent with the deduced amino acid residues from 1 to 22 in FIG. 2A. This proved that the transcription initiation site was not the ATG of nt 355-357, but the ATG following the ribosome-binding sequence and GGAG (nt 357-360) as described above.

제 4단계: 2-케토-알도네이트 환원효소의 생화학적 특성Fourth Step: Biochemical Properties of 2-keto-aldonate Reductase

본 발명 효소의 생화학적 특성을 알아보기 위해 효소활성의 최적 pH와 기질특이성을 조사하였다. 실험결과, 효소활성 최적 pH는 7.5이었고 조효소로서 NADH 보다 NADPH를 전자주개(electron donor)로 사용하였다. 본 발명의 2-케토알도네이트 환원효소는 표 1에 나타낸 바와 같이 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 5-케토-디-글루코네이트로, 2-케토-디-글루코네이트를 글루코네이트로, 2-케토-엘-글로네이트를 아이도네이트로 환원시키는 효소반응을 촉매하는 것으로 나타났다.In order to investigate the biochemical properties of the enzyme of the present invention, the optimum pH and substrate specificity of the enzyme activity were investigated. As a result, the optimum pH of enzyme activity was 7.5 and NADPH was used as electron donor rather than NADH as coenzyme. The 2-ketoaldonate reductase of the present invention is characterized in that 2,5-diketo-di-gluconate is converted to 5-keto-di-gluconate and 2-keto-di-gluconate is shown in Table 1. Nate has been shown to catalyze the enzymatic reaction of reducing 2-keto-L-glonate to idonate.

대장균 2-케토알도네이트 환원효소의 기질 특이성Substrate Specificity of Escherichia Coli 2-ketoaldonate Reductase 기 질Quality 상대활성(%)α Relative Activity (%) α 2-케토-디-글루코네이트(2KDG)2-keto-di-gluconate (2KDG) 100100 2,5-다이케토-디-글루코네이트(25DKG)2,5-diketo-di-gluconate (25DKG) 4646 2-케토-엘-글로네이트(2KLG)2-keto-l-glonate (2KLG) 5555 5-케토-D-글루코네이트(5KDG)5-keto-D-gluconate (5KDG) 00 D-프럭토스D-fructose 00 L-솔보스L-Solbos 00

제 5단계: 유전자가 결손된 2-케토알도네이트 환원효소 제조Step 5: preparation of 2-ketoaldonate reductase with missing genes

본 단계에서는 막결합 글루코네이트 탈수소효소(GADH) 유전자를 재조합 대장균에서 발현시켜 2-케토-디-글루코네이트를 생산할 때 상기 제 4단계에서 설명하였듯이 대장균의 2-케토알도네이트 환원효소에 의한 2-케토-디-글루코네이트의 소실을 막기 위하여 2-케토알도네이트 유전자(yiaE)가 결손된 대장균 숙주세포를 호모로거스 재조합(homologous recombination)을 이용하여 크로모좀 (chromosomal)상yiaE유전자를 결손시켜 만들었다. 이를 위해yiaE유전자의 가운데 카나마이신(kanamycin) 내성 유전자가 삽입된 플라스미드 pHD-Km를 제조하였다. 유전자yiaE중간에 pUC4K (Pharmacia)의 Km 내성 Tn903 유전자가 들어 있는 1.2kbBamHI 단편을 삽입하기 위해 올리고뉴클레오타이드(oligonucleotide) 5'TGCGCACGT G G AT CCAGCGCCAT3'와 5'CTTTGGCTTCAACATGCCCATCCTC3' (각각 뉴클레오타이드 838-860와 861-885에 해당함, 밑줄은BamHI 제한효소 인식부위를 나타내고 진한 글자체는 제한효소 인식부위를 인위적으로 만들기 위해서 치환한 뉴클레오타이드를 나타냄)를 프라이머(primer)로 사용, PCR에 의해 새로운BamHI 제한효소 인식부위를 만들었다. PCR 주형은 pHD2을 사용하였고 폴리뉴클레오타이드 키나아제(polynucleotide kinase) 처리 후 라이케이션(ligation)하였다. 제조한 플라스미드 pHD-Bam를 제한효소BamHI으로 절단하고 pUC4K의 1.4 kbBamHI 단편(Km)과 라이게이션(ligation) 시켰다.yiaE유전자가 상기 삽입 돌연변이(insertion mutation)된 플라스미드를 대장균 크로모좀 상의 돌연변이(mutation) 제조에 사용하였다. 제한효소ScaI로 절단된 플라스미드 pHD-Km를 Winans 등의 방법(Winans 등,J. Bacteriol. 161, 1219-1221, 1985)에 따라 JC7623 (recBC,sbcBC)에 형질전환시켜 Kmr인 콜로니(colony)를 선별하고 Km 내성유전자를 포함하는 DNA 단편을 P1-매개 형질전환(P1-mediated transduction)(Miller, Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor Laboratory, 1972)에 의해 크로모좀상으로 융합(integration)시켰다.In this step, when the membrane-bound gluconate dehydrogenase (GADH) gene is expressed in recombinant E. coli to produce 2-keto-di-gluconate, as described in step 4 above, 2- To prevent the loss of keto-di-gluconate, E. coli host cells lacking the 2- ketoaldonate gene ( yiaE ) were made by depleting the yiaE gene on the chromosomal using homologous recombination. . To this end, a plasmid pHD-Km having a kanamycin resistance gene inserted into the yiaE gene was prepared. Gene yiaE raised to insert a Bam HI fragment Km resistance 1.2kb containing the Tn903 gene of pUC4K (Pharmacia) in the middle nucleotide (oligonucleotide) 5'TGCGCACGT G AT G CC AGCGCCAT3 'and 5'CTTTGGCTTCAACATGCCCATCCTC3' (respectively nucleotides 838-860 And 861-885, the underline indicates the Bam HI restriction enzyme recognition site and the dark font indicates the substituted nucleotide to artificially make the restriction enzyme recognition site) as a primer, restriction of new Bam HI by PCR An enzyme recognition site was made. The PCR template was pHD2 and was ligation after polynucleotide kinase treatment. The prepared plasmid pHD-Bam was digested with restriction enzyme Bam HI and ligation with 1.4 kb Bam HI fragment (Km) of pUC4K. Plasmids with the insertion mutation of the yiaE gene were used to prepare mutations on E. coli chromosomes. Restriction method of a plasmid, such as the pHD-Km Winans digested with Sca I (Winans, etc., J. Bacteriol. 161, 1219-1221, 1985) in accordance with by transforming the JC7623 (recBC, sbcBC) Km r colonies of (colony ) And DNA fragments containing Km resistance genes were integrated into chromosomes by P1-mediated transduction (Miller, Experiments in molecular genetics. Cold Spring Harbor Laboratory, 1972). .

실시예 2: 유전자가 결손된 2-케토알도네이트 환원효소 활성조사Example 2: 2-ketoaldonate reductase activity assay with gene deletion

상기 실시예 1에서 유전자를 결손시킨 2-케토알도네이트 환원효소가 최종적으로 크로모좀상에yiaE::Km결손이 형성되었는지를yiaE유전자 클로닝에 사용했던 2KRA-5'과 2KRA-3' 프라이머로 PCR을 하여 확인하고 W3110 균주의 크로모좀(chromosome)상yiaE유전자 기능이 상실된지 여부는 표 2에 나타낸 바와 같이 JC7623 (yiaE::Km)과 W3110 (yiaE::Km)균주의 2KR 효소활성이 소실된 것으로 확인하였다. 결손 변이주의 2KR 효소활성 소실이yiaE유전자 기능상실에서 오는것인지를 최종적으로 확인하기 위하여 W3110 (yiaE::Km) 변이주에 pHD2 플라스미드를 도입하였다. 실험결과, W3110 (yiaE::Km)(pHD2) 균주의 2-케토알도네이트 환원효소 활성이 회복되어yiaE유전자가 2-케토알도네이트 환원효소 단백질을 코딩하는 것임을 최종확인하였다.PCR of the 2KRA-5 'and 2KRA-3' primers used for cloning the yiaE gene to determine whether the 2-ketoaldonate reductase, in which the gene was deleted in Example 1, finally formed a yiaE :: Km deletion on the chromosome to the identified and the W3110 strain chromosome (chromosome) yiaE the gene function is not lost if the JC7623 as shown in Table 2 (yiaE :: Km) and W3110 (yiaE :: Km) the enzymatic activity of the strains lost 2KR It was confirmed that. The pHD2 plasmid was introduced into the W3110 ( yiaE :: Km ) mutant strain to finally confirm whether the loss of 2KR enzymatic activity of the deleted mutant strain is from the yiaE gene loss. As a result, 2-ketoaldonate reductase activity of the strain W3110 ( yiaE :: Km ) (pHD2) was restored, and it was finally confirmed that the yiaE gene encodes a 2- ketoaldonate reductase protein.

yiaE유전자 결손 변이주의 효소활성 분석Enzyme Activity Analysis of yiaE Gene Deficient Mutant 균 주a Strain a 2KR 활성b(단백질 U/mg)2KR active b (protein U / mg) 2-케토-디-글루코네이트로부터글루코네이트로의 전환Conversion of 2-keto-di-gluconate to gluconate JC7623JC7623 0.0420.042 ++ JC7623(yiaE::Km)JC7623 ( yiaE :: Km) 00 -- W3110W3110 0.0090.009 ++ W3110(yiaE::Km)W3110 ( yiaE :: Km) 00 -- W3110(yiaE::Km)(pHD2)W3110 ( yiaE :: Km) (pHD2) 0.3900.390 ++ [주]a각 균주는 LB 배지를 사용하여 37℃에서 18시간동안 배양하여 세포 추출액에서 2-케토-디-글루코네이트를 기질로 하여 효소활성을 측 정하였다.A strain was incubated at 37 ° C. for 18 hours using LB medium, and enzyme activity was measured using 2-keto-di-gluconate as a substrate in cell extracts.

실시예 3: 케토글루코네이트 대사경로Example 3: Ketogluconate Metabolism Pathway

상기 실시예 1과 실시예 2에서 서술한 바와 같이 본 발명에서는yiaE유전자를 검출하고 이 유전자 산물이 케토글루코네이트 환원효소임을 증명하였으며 효소의 기질과 반응산물을 확인하였다. 따라서, 이와같은 사실을 바탕으로 대장균의 케토글루코네이트 대사경로를 도 3에 나타냈다. 즉 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소는 어위니아속 미생물에서는 5-케토-디-글루코네이트로 전환된 후 대사되고 코리네박테리움속 미생물에서는 2-케토-디-글루코네이트로 전환된 후 대사되나 본 발명대장균의 경우는 2-케토-디-글루코네이트, 5-케토-디-글루코네이트, 2-케토-엘-글로네이트를 거쳐 글루코네이트로 전환 될 수 있다. 위의 경로를 거쳐 생성된 글루코네이트는 Entner-Doudoroff (ED) 경로를 거쳐 완전히 대사된다. 2,5-다이케토-디-글루코네이트의 2-케토-엘-글로네이트, 아이도네이트, 5-케토-디-글루코네이트를 거친 경로는 최근 Bausch 등(Bausch 등,J Bacteriol180, 3704-3710, 1998)이 아이도네이트 탈수소 효소 (IA dehydrogenase (5KR(I))의 존재를 밝힌 바 있으므로 그 경로가 가능하다고 할 수 있다. 결국 대장균을 생산 숙주미생물로 하여 막결합 글루코네이트 탈수소효소나 막결합 2-케토-디-글루코네이트 탈수소 효소를 이용하여 2-케토-디-글루코네이트나 2,5-다이케토-디-글루코네이트를 생산하거나 2,5-다이케토-디-글루코네이트로부터 2,5-다이케토-디-글루코네이트 환원효소 유전자를 발현시켜 비타민 C 전구체인 2-케토-엘-글로네이트 같은 케토글루코네이트를 생산할 경우 케토글루코네이트가 세포내로 대사되지 않도록 하기 위해서는yiaE유전자를 결손시킴으로써 가능한 것이 확인되었다.As described in Example 1 and Example 2, the present invention detected the yiaE gene, proved that the gene product was ketogluconate reductase, and confirmed the substrate and the reaction product of the enzyme. Therefore, based on this fact, the metabolic pathway of E. coli ketogluconate is shown in FIG. That is, 2,5-diketo-di-gluconate reductase is metabolized after conversion to 5-keto-di-gluconate in the genus Erwinia and 2-keto-di-gluconate in the genus Corynebacterium. Metabolized after conversion to E. coli can be converted to gluconate via 2-keto-di- gluconate, 5-keto-di- gluconate, 2-keto-L- glonate. Gluconate produced via the above pathway is fully metabolized via the Entner-Doudoroff (ED) pathway. Routes through 2-keto-el-glonate, iodonate, 5-keto-di-gluconate of 2,5-diketo-di-gluconate have recently been described by Bausch et al. (Bausch et al., J Bacteriol 180, 3704). -3710, 1998) revealed the presence of IA dehydrogenase (5KR (I)), and thus the route is possible. Finally, membrane-bound gluconate dehydrogenase (E. coli) is used as a production host microorganism. Membrane bound 2-keto-di-gluconate dehydrogenase to produce 2-keto-di-gluconate or 2,5-diketo-di-gluconate or 2,5-diketo-di-gluconate To prevent ketogluconate from being metabolized intracellularly by expressing the 2,5-diketo-di-gluconate reductase gene from nate to produce a ketogluconate such as 2-keto-el-glonate, a vitamin C precursor It is possible by defective genes to yiaE It was confirmed.

본 발명은 상기 실시예와 실험예를 통하여 설명한 바와 같이 대장균으로부터 유래되는 2-케토알도네이트 환원효소의 유전자를 클로닝하고 이 환원효소를 코딩하는yiaE유전자의 염기서열을 결정하여 제공하는 효과가 있고 또 이들 효소들의 대사경로에 기초하여 2-케토알도네이트 환원효소의 유전자인yiaE유전자를 결손시키므로써 대장균내 생물전환에 의한 2-케토-엘-글로네이트의 생산시 중간산물인 2-케토-디-글루코네이트, 2,5-다이케토-디-글루코네이트 및 최종산물인 2-케토-엘-글로네이트의 세포내 대사를 방지하여 비타민 C 전구체인 2-케토-엘-글로네이트의 생산수율을 향상시키는 뛰어난 효과가 있으므로 생물산업상 매우 유용한 발명인 것이다.The present invention has the effect of cloning the gene of 2- ketoaldonate reductase derived from Escherichia coli as described through the above Examples and Experimental Examples and determining and providing the base sequence of the yiaE gene encoding the reductase . Depletion of the yiaE gene, which is a gene of 2- ketoaldonate reductase, based on the metabolic pathways of these enzymes, results in the production of 2-keto-L- glonate , an intermediate in the production of 2-keto-L- glonate by E. coli bioconversion. By preventing intracellular metabolism of gluconate, 2,5-diketo-di-gluconate and the final product 2-keto-el-glonate, the yield of the production of vitamin C precursor 2-keto-l-glonate was It is a very useful invention for the biological industry because it has an excellent effect of improving.

Claims (6)

대장균에서 유래되고, 하기 유전자를 포함하는 것을 특징으로 하는 2-케토알도네이트 환원효소를 암호와하는 유전자.A gene derived from Escherichia coli and encoding the 2-ketoaldonate reductase, which comprises the following gene. ATGAAGCCGTCCGTTATCCTCTACAAAGCCTTACCTGATGATTTACTGCAACGCCTGCAA 60ATGAAGCCGTCCGTTATCCTCTACAAAGCCTTACCTGATGATTTACTGCAACGCCTGCAA 60 GAGCATTTCACCGTTCACCAGGTGGCAAACCTCAGCCCACAAACCGTCGAACAAAATGCA 120GAGCATTTCACCGTTCACCAGGTGGCAAACCTCAGCCCACAAACCGTCGAACAAAATGCA 120 GCAATTTTTGCCGAAGCTGAAGGTTTACTGGGTTCAAACGAGAATGTAAATGCCGCATTG 180GCAATTTTTGCCGAAGCTGAAGGTTTACTGGGTTCAAACGAGAATGTAAATGCCGCATTG 180 CTGGAAAAAATGCCGAAACTGCGTGCCACATCAACGATCTCCGTCGGCTATGACAATTTT 240CTGGAAAAAATGCCGAAACTGCGTGCCACATCAACGATCTCCGTCGGCTATGACAATTTT 240 GATGTCGATGCGCTTACCGCCCGAAAAATTCTGCTGATGCACACGCCAACCGTATTAACA 300GATGTCGATGCGCTTACCGCCCGAAAAATTCTGCTGATGCACACGCCAACCGTATTAACA 300 GAAACCGTCGCCGATACGCTGATGGCGCTGGTGTTGTCTACCGCTCGTCGGGTTGTGGAG 360GAAACCGTCGCCGATACGCTGATGGCGCTGGTGTTGTCTACCGCTCGTCGGGTTGTGGAG 360 GTAGCAGAACGGGTAAAAGCAGGCGAATGGACCGCGAGCATAGGCCCGGACTGGTACGGC 420GTAGCAGAACGGGTAAAAGCAGGCGAATGGACCGCGAGCATAGGCCCGGACTGGTACGGC 420 ACTGACGTTCACCATAAAACACTGGGCATTGTCGGGATGGGACGGATCGGCATGGCGCTG 480ACTGACGTTCACCATAAAACACTGGGCATTGTCGGGATGGGACGGATCGGCATGGCGCTG 480 GCACAACGTGCGCACTTTGGCTTCAACATGCCCATCCTCTATAACGCGCGCCGCCACCAT 540GCACAACGTGCGCACTTTGGCTTCAACATGCCCATCCTCTATAACGCGCGCCGCCACCAT 540 AAAGAAGCAGAAGAACGCTTCAACGCCCGCTACTGCGATTTGGATACTCTGTTACAAGAG 600AAAGAAGCAGAAGAACGCTTCAACGCCCGCTACTGCGATTTGGATACTCTGTTACAAGAG 600 TCAGATTTCGTTTGCCTGATCCTGCCGTTAACTGATGAGACGCATCATCTGTTTGGCGCA 660TCAGATTTCGTTTGCCTGATCCTGCCGTTAACTGATGAGACGCATCATCTGTTTGGCGCA 660 GAACAATTCGCCAAAATGAAATCCTCCGCCATTTTCATTAATGCCGGACGTGGCCCGGTG 720GAACAATTCGCCAAAATGAAATCCTCCGCCATTTTCATTAATGCCGGACGTGGCCCGGTG 720 GTTGACGAAAATGCACTGATCGCAGCATTGCAGAAAGGCGAAATTCACGCTGCCGGGCTG 780GTTGACGAAAATGCACTGATCGCAGCATTGCAGAAAGGCGAAATTCACGCTGCCGGGCTG 780 GATGTCTTCGAACAAGAGCCACTGTCCGTAGATTCGCCGTTGCTCTCAATGGCCAACGTC 840GATGTCTTCGAACAAGAGCCACTGTCCGTAGATTCGCCGTTGCTCTCAATGGCCAACGTC 840 GTCGCAGTACCGCATATTGGATCTGCCACCCATGAGACGCGTTATGGCATGGCCGCCTGT 900GTCGCAGTACCGCATATTGGATCTGCCACCCATGAGACGCGTTATGGCATGGCCGCCTGT 900 GCCGTGGATAATTTGATTGATGCGTTACAAGGAAAGGTTGAGAAGAACTGTGTGAATCCG 960GCCGTGGATAATTTGATTGATGCGTTACAAGGAAAGGTTGAGAAGAACTGTGTGAATCCG 960 CACGTCGCGGACTAA 975CACGTCGCGGACTAA 975 상기 제1항의 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드 pHD2.Recombinant plasmid pHD2 comprising the gene of claim 1. 상기 제2항의 재조합 플라스미드 pHD2로 형질전환된 대장균 DH5α/pHD2 균주 (기탁번호 KCTC 0507BP).E. coli DH5α / pHD2 strain transformed with the recombinant plasmid pHD2 of claim 2 (Accession No. KCTC 0507BP). 상기 제1항의 유전자 중간에 가나마이신(kanamycin)내성 유전자가 삽입된 플라스미드 pHD-Km을 제조한 다음 대장균속 세균에 도입하여 2-케토-엘-글로네이트 환원효소의 활성이 결핍되어 있는 재조합 균주.Recombinant strain having a plasmid pHD-Km in which the kanamycin-resistant gene is inserted in the middle of the gene of claim 1 and then introduced into E. coli bacteria, lacking the activity of 2-keto-L-glonate reductase. 상기 제4항의 재조합 균주를 배양하는 것을 포함하는 2-케토-디-글루네이트를 제조하는 방법.A method of preparing 2-keto-di-glunate comprising culturing the recombinant strain of claim 4. 대장균으로부터 유래되고, 하기와 같은 특성을 가지는 2-케토알도네이트 환원효소.2-ketoaldonate reductase derived from Escherichia coli and having the following characteristics. a)구성 및 분자량 : 분자량은 74kDa이며, 호모다이머(homodimer)로 구성되고,a) Composition and molecular weight: The molecular weight is 74kDa, consisting of homodimer, b)아미노산 서열 : 아미노산 서열이 하기와 같이 도시되고,b) amino acid sequence: the amino acid sequence is shown as follows, MKPSVILYKALPDDLLQRLQEHFTVHQVANLSPQTVEQNAAIFAEAEGLLGSNENVNAAL 60MKPSVILYKALPDDLLQRLQEHFTVHQVANLSPQTVEQNAAIFAEAEGLLGSNENVNAAL 60 LEKMPKLRATSTISVGYDNFDVDALTARKILLMHTPTVLTETVADTLMALVLSTARRVVE 120LEKMPKLRATSTISVGYDNFDVDALTARKILLMHTPTVLTETVADTLMALVLSTARRVVE 120 VAERVKAGEWTASIGPDWYGTDVHHKTLGIVGMGRIGMALAQRAHFGFNMPILYNARRHH 180VAERVKAGEWTASIGPDWYGTDVHHKTLGIVGMGRIGMALAQRAHFGFNMPILYNARRHH 180 KEAEERFNARYCDLDTLLQESDFVCLILPLTDETHHLFGAEQFAKMKSSAIFINAGRGPV 240KEAEERFNARYCDLDTLLQESDFVCLILPLTDETHHLFGAEQFAKMKSSAIFINAGRGPV 240 VDENALIAALQKGEIHAAGLDVFEQEPLSVDSPLLSMANVVAVPHIGSATHETRYGMAAC 300VDENALIAALQKGEIHAAGLDVFEQEPLSVDSPLLSMANVVAVPHIGSATHETRYGMAAC 300 AVDNLIDALQGKVEKNCVNPHVAD 324AVDNLIDALQGKVEKNCVNPHVAD 324 c) 기질특이성 및 활성 : 2,5-다이케토-디-글루코네이트(2,5-dikato-D-gluconate)를 5-케토-디-글루코네이트(5-keto-D-gluconate)로, 2-케토-디-글루코네이트(2-koto-D-gluconate)를 글루코네이트(gluconate)로, 2-케토-엘-글로네이트(2-keto-L-gulonate)를 아이도네이트(idonate)로 전환시키고,c) Substrate specificity and activity: 2,5-diketo-D-gluconate to 5-keto-D-gluconate, 2-keto-D-gluconate to gluconate, 2-keto-L-gulonate to idonate To switch, d) 조효소 : NADPH이다.d) coenzyme: NADPH.
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