KR100338375B1 - L-threonine producing microorganism and methods for preparing L-threonine using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 삼투압 대항물질을 첨가하지 않아도 고농도 및 고순도의 L-스레오닌을 생산할 수 있는 E. coli Ly1053 (KFCC-11132) 및 이를 이용하는 L-스레오닌의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to E. coli Ly1053 (KFCC-11132) capable of producing high concentrations and high purity of L-threonine without the addition of an osmotic counterpart, and a method for preparing L-threonine using the same.

Description

L-스레오닌을 생산하는 미생물 및 이를 이용하는 L-스레오닌의 제조방법 {L-threonine producing microorganism and methods for preparing L-threonine using the same}L-threonine producing microorganism and methods for preparing L-threonine using the same

본 발명은 L-스레오닌을 생산할 수 있는 대장균(에스케리키아 콜리 (Escherichia coli), 이하 E. coli 라 칭한다) Ly 1053 (KFCC-11132) 및 이를 이용하는 L-스레오닌의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로 본 발명은 E. coli KFCC-10718(대한민국 특허공고 92-8365)로부터 돌연변이하여 세포벽 분해효소인 라이소자임에 내성을 갖는 E. coli Ly 1053 (KFCC-11132) 및 이를 이용하는 L-스레오닌의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to E. coli (Escherichia coli, hereinafter referred to as E. coli) Ly 1053 (KFCC-11132) capable of producing L-threonine, and to a method for producing L-threonine using the same. More specifically, the present invention relates to E. coli Ly 1053 (KFCC-11132) resistant to lysozyme, a cell wall degrading enzyme by mutating from E. coli KFCC-10718 (Korean Patent Publication 92-8365), and L-threonine using the same. It relates to a manufacturing method.

L-스레오닌은 필수 아미노산의 일종으로서, 이를 사료에 첨가함으로써 사료의 질을 향상시키기 때문에 사료첨가제로 사용될 뿐만 아니라 식품첨가제 및 의약용 수액제, 의약품의 합성 원료 등으로 사용된다. 현재 L-스레오닌의 제조방법은 영양요구성 균주 및 대사조절 변이주를 이용하는 발효법이 주를 이루고 있다. L-스레오닌을 발효법으로 제조하는 경우, 대장균, 코리네형 세균, 세리티아속 세균, 프로비덴시아속 균주의 야생주로부터 유도된 인공변이주를 사용하고 있다. 이러한변이주들로는 아미노산 유사체 및 약제내성 변이주 또는 이들 내성주에 디아미노피메릭산, 메치오닌, 라이신, 이소루이신 영양요구성을 부여한 인공변이주가 공지되어 있다(참고 : 일본 공개특허출원 제평2-219582호, Appl. Microbiol. Biotechnol., 29, 550-553(1988), 한국 특허공고 제92-8365호).L-threonine is an essential amino acid, which is used as a feed additive because it improves the feed quality by adding it to the feed, and is used as a food additive, a pharmaceutical sap, and a synthetic raw material of medicines. Currently, the method of producing L-threonine is mainly composed of fermentation methods using nutrient-forming strains and metabolic control strains. When L-threonine is produced by fermentation, artificial mutants derived from wild strains of E. coli, coryneform bacteria, Seritia bacteria and Providencia strains are used. Such mutant strains are known to have amino acid analogs and drug-resistant mutants or artificial mutants which have been given diaminopimeric acid, methionine, lysine, and isoleucine nutrient composition (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-219582, Appl. Microbiol.Biotechnol., 29, 550-553 (1988), Korean Patent Publication No. 92-8365).

그러나, 통상적으로 아미노산 유사체 및 약제내성, 아미노산 요구주 등 여러 형질을 부여하는 경우 발효시간이 지연되는 점 등 발효수율을 증진시키는데 한계가 있으며 또한 세포벽이 약화되어 고농도당의 발효배지조건에서 여러 아미노산 부산물이 생성된다. 이러한 아미노산 부산물이 많이 축적될 경우 L-스레오닌 정제과정에서 결정화 공정이 어렵고 정제수율이 저하되는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 대한민국 특허공고 제96-16873호는 삼투압 대항물질인 프롤린이나 콜린 클로라이드를 첨가하는 방법을 개시하고 있으나, 이러한 방법도 프롤린이나 콜린클로라이드와 같은 값비싼 물질들을 첨가해야 하므로 제조원가가 상승된다는 단점이 있다.However, there are limitations in enhancing fermentation yield, such as delay in fermentation time, when amino acid analogs, drug resistance, amino acid demands, etc., are imparted, and cell walls are weakened. Is generated. If a large amount of these amino acid by-products accumulate, it is difficult to crystallize the L-threonine purification process and the purification yield is deteriorated. In order to solve this problem, Korean Patent Publication No. 96-16873 discloses a method of adding an osmotic counterpart, proline or choline chloride, but this method also requires the addition of expensive substances such as proline and choline chloride. There is a disadvantage of being raised.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 세포벽을 강화할 수 있는 방법을 연구하였다. 그 결과, 세포벽 분해효소인 라이소자임에 내성을 갖는 돌연변이 균주가 삼투압 대항물질을 첨가하지 않아도 L-스레오닌 수율을 향상시키고, 부산물인 L-글루탐산의 생성을 억제하며, 당소모속도를 향상시켜, 보다 경제적으로 L-스레오닌을 생산할 수 있다는 사실을 발견하고 본 발명을 완성하였다.Thus, the present inventors studied a method that can strengthen the cell wall to overcome the above problems. As a result, a mutant strain resistant to lysozyme, a cell wall degrading enzyme, improves L-threonine yield, suppresses the production of by-product L-glutamic acid, and improves the sugar consumption rate even without adding an osmotic counterpart. The present invention has been accomplished by discovering that L-threonine can be produced economically.

따라서, 본 발명의 목적은 삼투압 대항물질을 첨가하지 않아도 고농도 및 고순도의 L-스레오닌을 생산할 수 있는 균주로서, 라이소자임에 대해서 내성을 갖는 E. coli 인공변이 균주 및 이를 이용하는 L-스레오닌의 제조방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to produce a high concentration and high purity of L-threonine without the addition of an osmotic counterpart, E. coli mutant strain resistant to lysozyme and the production of L-threonine using the same To provide a way.

본 발명은 라이소자임에 대해서 내성을 갖는 E. coli 인공변이 균주 및 이를 이용하는 L-스레오닌의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 E. coli KFCC 10718 균주를 친주로하여 라이소자임에 대한 내성을 갖는 인공변이 균주 및 이를 이용하는 L-스레오닌의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an E. coli artificial mutant strain resistant to lysozyme and a method for producing L-threonine using the same. More specifically, the present invention relates to an artificial mutant strain having resistance to lysozyme as a parent strain of E. coli KFCC 10718 strain and a method for producing L-threonine using the same.

본 발명의 E. coli 인공변이 균주는 E. coli KFCC 10718 균주를 친주로 사용하여 완충액에 현탁시킨 후 N-메틸-N'-니트로-N-니트로소구아니딘으로 처리하여 인공변이를 유발하고, 이를 라이소자임이 첨가된 완충액에 현탁시켜 처리한 후, 처리액을 배양하고 다시 라이소자임으로 처리한 후, 이를 배지에 도말하여 형성시킨 단일 콜로니들을 선별한 것이다. 더욱 구체적인 선별 방법은 실시예 1에서 상세히 기술한다.The E. coli artificial mutant strain of the present invention is suspended in a buffer using the E. coli KFCC 10718 strain as a parent strain, and then treated with N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine to induce artificial mutations. After treatment by suspending in the lysozyme-added buffer, the treatment solution was cultured and treated with lysozyme again, and then single colonies formed by plating them on the medium were selected. More specific screening methods are described in detail in Example 1.

상기의 라이소자임에 대한 내성주와 공지된 친주 KFCC 10718 의 L-스레오닌 생산성 및 부산물인 L-글루탐산 생성량, 당소모량을 비교하였다. 그 결과, 라이소자임에 대한 내성주는 KFCC 10718 균주에 비하여, 부산물의 생성을 억제하며, 당소모속도를 향상시켜 고농도 및 고순도의 L-스레오닌을 생산할 수 있음을 확인하였다 (실험예 2 및 실험예 3 참조).L-threonine productivity and byproduct L-glutamic acid production and sugar consumption of the resistant strain and known parent strain KFCC 10718 were compared. As a result, the resistant strain against lysozyme inhibited the production of by-products compared to the KFCC 10718 strain, it was confirmed that it can produce high concentration and high purity L-threonine by improving the sugar consumption rate (Experimental Example 2 and Experimental Example 3). Reference).

이하 실시예에서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예가 본발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.In the following Examples, the present invention will be described in more detail, but the following Examples do not limit the scope of the present invention.

실시예 1. 인공변이를 통한 내성주의 선별Example 1. Selection of resistant strain through artificial mutation

E. coli KFCC-10718 균주를 친주로 사용하여 0.1M 포스페이트 완충액(pH 7.0) 또는 0.1M 시트레이트 완충액(pH 5.5)에 107-108cell/ml 로 현탁시키고 N-메틸-N'-니트로-N-니트로소구아니딘을 최종농도가 100-500 mg/L가 되도록 첨가하고 실온 내지 33℃에서 20분간 처리하여 인공돌연변이를 유발시켰다.Suspended at 10 7 -10 8 cell / ml in 0.1M phosphate buffer (pH 7.0) or 0.1M citrate buffer (pH 5.5) using the E. coli KFCC-10718 strain as parent strain and N-methyl-N'-nitro N-nitrosoguanidine was added to a final concentration of 100-500 mg / L and treated for 20 minutes at room temperature to 33 ° C. to induce artificial mutations.

라이소자임에 대한 내성주의 선별을 위해서 라이소자임 2g/L가 포함된 25mM 트리스 완충액(pH 8.0)에 현탁하여 24시간 처리하였다. 처리액을 메티오닌 (100mg/L) 및 이소루이신(100mg/L)이 포함된 최소배지(표 1)에서 14시간 배양하고 재차 라이소자임으로 처리하였다. LB 한천배지(표 2)에 도말하여 단일콜로니들을 선별하였다.For selection of resistant strains against lysozyme, the cells were suspended in 25 mM Tris buffer (pH 8.0) containing 2 g / L of lysozyme and treated for 24 hours. The treated solution was incubated for 14 hours in a minimal medium (Table 1) containing methionine (100 mg / L) and isoleucine (100 mg / L) and treated with lysozyme again. Single colonies were selected by plating on LB agar medium (Table 2).

최소배지 조성Minimum medium composition 조성물Composition 농도 (g/L)Concentration (g / L) 포도당glucose 5.05.0 인산제이나트륨Disodium Phosphate 6.06.0 인산제일칼륨Potassium phosphate 3.03.0 염화나트륨Sodium chloride 0.50.5 염화암모늄Ammonium chloride 1.01.0 황산마그네슘Magnesium sulfate 0.50.5 염화칼슘Calcium chloride 0.010.01 L-메티오닌L-methionine 0.10.1 L-이소루이신L-isorucin 0.10.1 pH 7.0pH 7.0

LB 배지 조성LB Badge Composition 조성물Composition 농도(g/L)Concentration (g / L) 트립톤Trypton 1010 효모엑기스Yeast Extract 55 염화나트륨Sodium chloride 55 한천Agar 1818 pH 7.0pH 7.0

실험예 1 : 라이소자임 내성도 측정Experimental Example 1 Measurement of Lysozyme Tolerance

상기 실시예에서 선별한 균주와 친주 E. coli KFCC-10718 을 라이소자임 2g/L 가 포함된 트리스 완충액(pH 8.0)에 현탁하여 24시간 동안의 사멸율을 측정하여 내성도를 비교하였다. 그 결과는 표 3과 같다.The strains selected in the above example and the parent strain E. coli KFCC-10718 were suspended in Tris buffer solution (pH 8.0) containing 2 g / L of lysozyme, and the mortality rate was measured for 24 hours to compare resistance. The results are shown in Table 3.

라이소자임 내성주와 친주 E. coli KFCC-10718 의 사멸율(%) 비교Comparison of% lysozyme-resistant strain and parental strain E. coli KFCC-10718 균주Strain 사멸율(%)% Mortality 0시간0 hours 8시간8 hours 16시간16 hours 24시간24 hours 라이소자임 내성주Lysozyme resistant strains 00 3030 6565 8080 E. coli KFCC-10718E. coli KFCC-10718 00 6060 9090 9898

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 라이소자임 내성주가 친주인 E. coli KFCC-10718 보다 오래 생존함을 알 수 있다. 이는 본 발명의 라이소자임 내성주가 세포벽이 강화된 균주임을 의미한다.As can be seen from the table, it can be seen that the lysozyme resistant strain of the present invention survives longer than the parent strain E. coli KFCC-10718. This means that the lysozyme resistant strain of the present invention is a cell wall enhanced strain.

실험예 2 : 부산물 생성량 비교Experimental Example 2 Comparison of By-Product Production

라이소자임 내성주와 친주 E. coli KFCC-10718 을 LB 평판배지에서 하룻밤 배양한 뒤, 20ml의 스레오닌 생산배지(표 4)를 함유한 250ml 삼각플라스크에 접종하여 33℃에서 48-72시간 동안 호기적 조건으로 진탕배양하여 L-스레오닌을 수득하고, 생성되는 부산물인 L-글루탐산의 양을 비교하였다. 그 결과를 표 5에 나타내었다.Lysozyme-resistant and parental E. coli KFCC-10718 were incubated overnight in LB plate medium, and then inoculated into a 250 ml Erlenmeyer flask containing 20 ml of threonine production medium (Table 4) for 48-72 hours at 33 ° C. Conditions were shaken to obtain L-threonine, and the amount of L-glutamic acid as a byproduct was compared. The results are shown in Table 5.

스레오닌 생산배지 조성Composition of threonine production medium 조성물Composition 농도 (리터당)Concentration (per liter) 포도당glucose 100g100 g 인산제일칼륨Potassium phosphate 1.0g1.0 g 황산암모늄Ammonium Sulfate 28g28 g 황산마그네슘Magnesium sulfate 0.5g0.5g 황산망간Manganese sulfate 5 mg5 mg 황산철Iron sulfate 5 mg5 mg 효모엑기스Yeast Extract 2.0g2.0 g L-메티오닌L-methionine 0.15g0.15 g 탄산칼슘Calcium carbonate 30g30 g pH 7.0pH 7.0

L-스레오닌 수율(%) 및 L-글루탐산 생성량(g/L) 비교L-Threonine Yield (%) and L-Glutamic Acid Production (g / L) Comparison 균주Strain L-스레오닌 수율(%)L-Threonine Yield (%) L-글루탐산 생성량(g/L)L-glutamic acid production amount (g / L) 라이소자임 내성주Lysozyme resistant strains 28.028.0 0.90.9 E. coli KFCC-10718E. coli KFCC-10718 24.524.5 5.35.3

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 라이소자임 내성 균주는 부산물인 L-글루탐산의 생성량이 친주인 E. coli KFCC-10718 에 비하여 매우 작음을 알 수 있다.As can be seen from the table, the lysozyme resistant strain of the present invention can be seen that the production amount of by-product L- glutamic acid is very small compared to the parent strain E. coli KFCC-10718.

상기의 라이소자임에 대한 내성 균주는 Ly 1053 이라 명명하고, 이를 2000년 1월 29일 한국종균협회에 기탁하여 수탁번호 제KFCC-11132호를 부여받았다.The resistant strain for lysozyme was named Ly 1053, and was deposited with the Korean spawn association on January 29, 2000 and received Accession No. KFCC-11132.

실험예 3 : 당 소모량 비교Experimental Example 3 Sugar Consumption Comparison

라이소자임 내성주 Ly 1053 (KFCC-11132)과 친주 E. coli KFCC-10718 을 LB 평판배지에서 하룻밤 배양한 뒤, 20ml의 스레오닌 생산배지(표 4)를 함유한 250ml 삼각플라스크에 접종하여 33℃에서 60시간 동안 호기적 조건으로 진탕배양하여 당소모량 및 L-스레오닌 생성량을 비교하였다. 그 결과를 표 6에 나타내었다.Ly 1053 (KFCC-11132) and lysozyme resistant strain Ly. Coli KFCC-10718 were incubated overnight in LB plate medium, and then inoculated in a 250 ml Erlenmeyer flask containing 20 ml of threonine production medium (Table 4) at 33 ° C. The amount of sugar consumption and L-threonine production were compared by shaking culture in aerobic conditions for 60 hours. The results are shown in Table 6.

당소모량 및 L-스레오닌 생성량 비교Comparison of sugar consumption and L-threonine production 균주Strain E. coli Ly 1053 (KFCC-11132)E. coli Ly 1053 (KFCC-11132) E. coli KFCC-10718E. coli KFCC-10718 당 농도Sugar concentration 0시간0 hours 100100 100100 14시간14 hours 8787 9595 24시간24 hours 6060 7272 48시간48 hours 55 1414 60시간60 hours 00 55 L-스레오닌 농도L-threonine concentration 0시간0 hours 00 00 14시간14 hours 2.52.5 1.21.2 24시간24 hours 11.011.0 4.04.0 48시간48 hours 27.027.0 18.218.2 60시간60 hours 28.028.0 24.024.0

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 Ly 1053 (KFCC-11132) 균주의 당소모속도 및 L-스레오닌 생성량이 친주인 E. coli KFCC-10718 에 비하여 매우 향상되었음을 알 수 있다.As can be seen from the table, it can be seen that the sugar consumption rate and L-threonine production of the Ly 1053 (KFCC-11132) strain of the present invention was significantly improved compared to the parent strain E. coli KFCC-10718.

상기와 같이 본 발명의 균주 Ly 1053 (KFCC-11132)는 삼투압 대항물질을 첨가하지 않아도 고농도 및 고순도의 L-스레오닌을 생산할 수 있는 균주로서, 이를 이용하면 부산물을 감소시키고 당소모속도를 증가시켜 효율적으로 L-스레오닌을 생산할 수 있다.As described above, the strain Ly 1053 (KFCC-11132) of the present invention is a strain capable of producing high concentration and high purity L-threonine without adding an osmotic counterpart. It can efficiently produce L-threonine.

Claims (2)

L-스레오닌을 생산하는 E. coli Ly1053(KFCC-11132).E. coli Ly 1053 (KFCC-11132), which produces L-threonine. 제 1 항에 따른 균주를 배양하여 그 배양물로부터 L-스레오닌을 제조하는 방법.A method of producing L-threonine from the culture by culturing the strain according to claim 1.
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