KR100352192B1 - A New thermophilic bacterium Brevibacillus borstelensis BCS-1 and A thermostable D-stereospecific amino acid amidase produced therefrom - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한국 토양으로부터 분리된 신규 고온성브레비바실러스 보스테렌시스미생물 및 이로부터 생산되는 내열성 D-입체특이적 아미노산 아미다아제에 관한 것으로, 본 발명의브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1, KCTC 0673BP)가 생산하는 D-입체특이적 아미노산 아미다아제는 높은 온도에서도 안정적으로 D-아미노산을 함유하는 아미드를 D-아미노산과 암모니아로 가수분해하는 생물촉매로서, 그리고 D,L-아미노산 함유 아미드로부터 다양한 새로운 D-아미노산의 효소적 합성에 필요한 생물촉매로서 유용하게 사용될 수 있다.The present invention relates to a novel high temperature Brevibacillus bosterensis microorganism isolated from Korean soil and a heat-resistant D-stereospecific amino acid amidase produced therefrom, the Brevibacillus bosterensis BCS-1 of the present invention ( D-stereospecific amino acid amidase produced by Brevibacillus borstelensis BCS-1, KCTC 0673BP) is a biocatalyst that hydrolyzes amides containing D-amino acids to D-amino acids and ammonia stably even at high temperatures, and D It can be usefully used as a biocatalyst for the enzymatic synthesis of various new D-amino acids from, L-amino acid containing amides.

Description

신규 고온성 미생물 브레비바실러스 보스테렌시스 BCS-1 및 그로부터 생산되는 내열성 D-입체특이적 아미노산 아미다아제{A New thermophilic bacterium Brevibacillus borstelensis BCS-1 and A thermostable D-stereospecific amino acid amidase produced therefrom}A new thermophilic bacterium Brevibacillus borstelensis BCS-1 and A thermostable D-stereospecific amino acid amidase produced therefrom}

본 발명은 신규 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스및 그로부터 생산되는 D-입체특이적 아미노산 아미다아제에 관한 것으로, 보다 상세하게는 D-아미노산 함유 아미드의 아미노 말단 아미노산을 가수분해하는 효소인 D-입체특이적 아미노산 아미다아제(D-Stereospecific Amino Acid Amidase, 이하에서는 'DAA'로 약칭함)를 생산하는 신규 고온성 미생물 균주브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1 (Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP) 및 그로부터 생산되는 내열성 DAA, 그리고 DAA의 효소반응을 이용하여 새로운 D-아미노산을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel thermophilic microorganism Brevibacillus bosterensis and D-stereospecific amino acid amidase produced therefrom, and more particularly, D, an enzyme that hydrolyzes the amino terminal amino acids of D-amino acid-containing amides. - specific amino acid stereo amidase novel thermophilic microorganism strain to produce (D-Stereospecific amino acid amidase, hereinafter abbreviated to 'DAA') BRAY ratio Bacillus boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) ( KCTC 0673BP) and heat-resistant DAA produced therefrom, and a method for producing a new D-amino acid using an enzyme reaction of DAA.

자연계에 존재하는 아미노산들은 대부분 광학활성을 나타내는 알파 탄소를 가지고 있으며 입체특이성을 나타낸다. 자연계에 존재하는 대부분의 단백질은 L-입체특이적 아미노산으로 구성되어 있으나, 미생물의 펩티도글리칸이나 펩티드계 항생물질의 구성성분 및 고등식물의 생리활성물질의 구성성분 등은 D-입체특이적 아미노산으로 구성되어 있다. 이에 D-입체특이적 아미노산은 신경전달물질, 백신, 합성감미료, 항생제 및 호르몬 등의 생리활성 물질을 합성하는 중간물질로서 식품과 의약분야에서 널리 이용되고 있다.Most amino acids in nature have alpha carbon which shows optical activity and show stereospecificity. Most proteins in nature are composed of L-stereospecific amino acids, but the components of microorganisms such as peptidoglycans and peptide antibiotics, and those of higher bioactive substances, are D-stereospecific. It consists of amino acids. Accordingly, D-stereospecific amino acids are widely used in food and medicine as intermediates for synthesizing bioactive substances such as neurotransmitters, vaccines, synthetic sweeteners, antibiotics and hormones.

D-아미노산을 생산하는 방법에는 화학 합성법과 미생물 효소를 생물촉매로 사용하여 생산하는 방법이 알려져 있다. 화학적 합성법에 의한 아미노산의 생산은 D,L-아미노산이 혼합된 상태(racemic mixture)로 생성물이 얻어지기 때문에, 복잡한 광학적 순수과정을 거쳐야 하는 어려움이 있다. 이에 비해 생물촉매를 이용한 D-아미노산 생산법은 광학적으로 순수한 D-아미노산 만을 1단계로 직접 생산할 수 있으며, 환경오염의 문제점을 가지고있는 다단계 화학합성법을 대체할 수 있는 저공해 청정 생산기술로서 주목되고 있다.As a method for producing D-amino acids, chemical synthesis and production methods using microbial enzymes as biocatalysts are known. The production of amino acids by chemical synthesis is difficult to undergo a complex optical pure process because the product is obtained in a mixed mixture of D, L-amino acids. On the other hand, D-amino acid production method using biocatalyst can directly produce optically pure D-amino acid in one step, and it is attracting attention as a low pollution clean production technology that can replace the multi-step chemical synthesis method that has the problem of environmental pollution. .

생물촉매를 이용한 D-아미노산 생산법으로 D,L-아미노산 혼합물로부터 D-아미노산만을 순수하게 분리하여 생산하는 방법이 연구되었는데, 이 방법은 D,L-아미노산 혼합물을 D,L-아미노산 함유 아미드 혼합물로 만든 후, 여기에 DAA를 작용시켜 D,L-아미노산 함유 아미드 혼합물에서 D-아미노산 아미드만을 선택적으로 가수분해하여 D-아미노산을 제조하는 것이다. 따라서 D-아미노산 생산에 DAA를 사용하면 비교적 저렴한 D,L-아미노산 혼합물(racemic mixture)로부터 산업적으로 유용한 다양한 D-아미노산을 생산할 수 있다는 장점이 있다.The method for producing D-amino acid using biocatalyst has been studied to produce purely separated D-amino acid from D, L-amino acid mixture, and this method is to convert D, L-amino acid mixture into D, L-amino acid-containing amide mixture. Then, DAA is added thereto to selectively hydrolyze only the D-amino acid amide in the D, L-amino acid-containing amide mixture to produce D-amino acid. Therefore, the use of DAA for the production of D-amino acids has the advantage of producing a variety of industrially useful D-amino acids from relatively inexpensive D, L-amino acid mixtures.

이러한 D-아미노산 생산기술에 사용되는 생물촉매로서는 중온성 미생물인오크로박트럼 안트로피(Ochrobactrum anthropi),바실러스 쎄레우스(Bacillus cereus) 유래의 D-입체특이적 펩티다아제(Asano et al.,J. Biol. Chem.271: 30256-30262.1996) 및노카디아 오리엔타리스(Nocardia orientalis) 유래의 D-아미노산 아미다아제(Asano et al.,Biochem. Biophy. Res. Com.162: 470-474. 1989) 등이 있으나, 이들 효소는 37℃이하에서 효소활성을 나타내는 것으로, 50℃이상 높은 온도에서 효소활성을 유지하는 고온성 미생물 유래의 내열성 DAA효소에 대한 연구는 진행되어 있지 않다.The D- amino acid as the biological catalyst mesophilic foil spectrum not trophy in the microorganism used in the production technology of oak (Ochrobactrum anthropi), Bacillus ssere mouse (Bacillus cereus) specific peptidase derived from the D- solid (Asano et al., J. Biol Chem 271:.. 30256-30262.1996) and no less Arcadia ohrienta (Nocardia orientalis) is D- amino acids derived from the amino dehydratase (Asano et al, Biochem Biophy Res Com 162:...... 470-474 1989) , etc. However, these enzymes exhibit enzymatic activity at 37 ° C. or lower, and no studies have been conducted on heat-resistant DAA enzymes derived from high temperature microorganisms that maintain enzymatic activity at temperatures higher than 50 ° C.

효소를 생물촉매로 이용하는 생물전환공정에 있어서 생물촉매의 안정성은 효소 전환 합성 기술의 생산성을 결정하는 가장 중요한 요인이다. 일반적으로 고온의 생육환경에 서식하는 고온성 미생물들은 서식지의 고온 극한환경에 적응하여 열에 대하여 매우 안정한 내열성 효소를 생산한다. 그리고 이러한 내열성 효소는 열에 안정한 특징 이외에도 유기용매에 대한 안정성, pH에 대한 안정성 및 화학 변성제 등에 대한 안정성도 가지고 있는 것으로 보고되고 있어 효소전환 합성기술에 사용되는 가장 유효한 생물촉매이다.In the bioconversion process using enzymes as biocatalysts, the stability of biocatalysts is the most important factor in determining the productivity of enzyme conversion synthesis technology. In general, thermophilic microorganisms that live in a high temperature growth environment adapt to the high temperature extremes of the habitat and produce heat-resistant enzymes that are very stable against heat. In addition to the heat-stable characteristics, these heat-resistant enzymes have been reported to have stability against organic solvents, stability against pH and chemical denaturation agents, and thus are the most effective biocatalysts used in enzyme conversion synthesis technology.

이에 본 발명자들은 국내 각지의 고온균이 서식하는 토양, 퇴비, 고온폐수등의 고온 환경으로부터 55℃이상의 고온에서 생육하고 열에 안정하여 높은 온도에서 순수한 D-아미노산을 합성할 수 있는 내열성 DAA를 생산하는 신규 고온성 미생물을 탐색하였다. 그 결과, 한국의 토양, 퇴비, 고온폐수에서 분리된 1,300 종의 고온성 미생물 중에서 열 안정성이 매우 높은 D-아미노산 합성 내열성 효소를 생산하는 신규 고온성 미생물을 분리해내어 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors grow at a high temperature of 55 ° C. or higher from soils, compost, and high temperature wastewater inhabited by high temperature bacteria in various parts of Korea, and produce heat-resistant DAA capable of synthesizing pure D-amino acid at high temperature. New thermophilic microbes were explored. As a result, among the 1,300 species of high temperature microorganisms isolated from Korean soil, compost, and high temperature wastewater, a novel high temperature microorganism producing D-amino acid synthetic heat resistant enzyme having high thermal stability was isolated and completed the present invention.

본 발명은 D-아미노산의 효소적 합성에 생물촉매로서 유용하게 이용될 수 있는 내열성 DAA를 생산하는 신규 고온성 미생물 균주를 제공하는 데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a novel thermophilic microbial strain that produces heat resistant DAA which can be usefully used as a biocatalyst for enzymatic synthesis of D-amino acids.

또한 본 발명은 상기 신규 고온성 미생물 균주로부터 생산되는 신규한 내열성 DAA를 제공하는 데 그 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide a novel heat resistant DAA produced from the novel thermophilic microbial strain.

또한 본 발명은 상기 신규한 내열성 효소를 이용한 D-아미노산의 효소적 합성 생산방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing enzymatic synthesis of D-amino acid using the novel heat resistant enzyme.

도 1 은본 발명의 신규 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP)의 16S rDNA 염기배열을 BLAST 검색하여 기존에 보고된 여러 미생물의 16S rDNA 염기배열과 상동성을 비교한 결과이고, 1 is a 16S rDNA nucleotide sequences of various microbes reported the 16S rDNA base sequence of the novel thermophilic microorganism breather ratio Bacillus boss of the invention exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) (KCTC 0673BP) in the existing by BLAST search Is the result of comparing homology with

도 2 는본 발명의 신규 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1로부터 정제된 내열성 D-입체특이적 아미노산 아미다아제의 최적 pH(A) 및 pH 안정성(B)을 나타낸 그래프이고, FIG. 2 is a graph showing the optimal pH (A) and pH stability (B) of the heat resistant D-stereospecific amino acid amidase purified from the novel high temperature microbial Brevibacillus bosterensis BCS-1 of the present invention,

도 3 은본 발명의 신규 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1로부터 정제된 내열성 D-입체특이적 아미노산 아미다아제의 반응 최적온도(A) 및 열안정성(B)을 나타낸 그래프이고, Figure 3 is a graph showing the optimum temperature (A) and thermal stability (B) of the reaction of the heat-resistant D-stereospecific amino acid amidase purified from the novel high-temperature microbial Brevibacillus bosterensis BCS-1 of the present invention,

도 4 는본 발명의 신규 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1이 생산하는 내열성 D-입체특이적 아미노산 아미다아제에 의한 D,L-페닐알라닌 아미드로부터 생산된 D-페닐알라닌을 분석한 결과의 그래프이다. Figure 4 is a result of analyzing the D-phenylalanine produced from D, L-phenylalanine amide by the heat-resistant D-stereospecific amino acid amidase produced by the novel high temperature microorganism Brevibacillus bosterensis BCS-1 of the present invention Is a graph.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 한국 토양으로부터 분리된, 신규의 고온성 미생물 균주인브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1) 및 상기 미생물로부터 생산되며 D-아미노산의 효소적 합성에 유용하게 사용될 수 있는 신규의 내열성 D-입체특이적 아미노산 아미다아제를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is produced from a separate soil from Korea, a novel thermophilic microorganism Bacillus strain Brescia non boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) and the microbial enzymes of D- amino acids Provided are novel heat-resistant D-stereospecific amino acid amidases that can be usefully used for biosynthesis.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 고온성 미생물 균주인 브레비 바실러스 BCS-1에 관한 것이다.The present invention relates to Brevi Bacillus BCS-1, a thermophilic microbial strain.

본 발명의 신규 고온성 미생물의 분리, 동정 및 효소학적 특징은 다음과 같다.Isolation, identification and enzymatic characteristics of the novel pyrogenic microorganisms of the present invention are as follows.

1) 신규 고온성 미생물의 분리1) Isolation of New Thermophilic Microorganisms

먼저, 전국 각지의 건초 더미, 부식토, 하천, 고온폐수, 온천 등지에서 채취한 토양 시료를 MY 배지에 접종하고 농화배양(enrichment culture)한다. 이 배양액을 2% 한천(agar)를 포함한 MY 평판 배지에 접종하고 배양하여 순수한 콜로니를 분리한다. 분리된 균주를 2% 한천을 포함한 LB 배지에 접종하고 배양하여 미생물의 생장이 관찰된 콜로니를 분리한다.First, inoculate soil samples collected from haystacks, humus, rivers, hot wastewater, and hot springs across the country into MY medium and enrich the culture. This culture is inoculated in MY flat medium containing 2% agar and cultured to separate pure colonies. The isolated strain is inoculated in LB medium containing 2% agar and cultured to isolate colonies in which microbial growth is observed.

2) 미생물학적 특성2) microbiological characteristics

상기와 같이 분리된 균주의 미생물학적 특성을 살펴본 결과, MY 한천 평판 배지에서 배양하였을 때, 유백색의 콜로니를 형성하였으며, 콜로니의 가장자리가 톱니모양을 가지는 균의 외형을 나타내었다. 또한 액체 배양시 필라멘트(filament) 형태의 균체가 관찰되었고, 액체 배지 내에서 장시간 정치 배양하였을 때 균체의 준말단부위에서 타원형의 내생 포자를 형성하여 전형적인바실러스속의 미생물학적 특성을 나타내었으며, 대수 성장기의 균은 현미경하에서 운동성이 활발한 특징을 나타내었다. 분리균을 혐기적인 조건하에서 배양하였을 경우, 균체의 성장이 육안으로는 관찰되지 않았으나, 현미경하에서는 미약한 균 성장이 이루어졌으며 막대모양의 균체의 성장이 확인되었다.As a result of examining the microbiological characteristics of the isolated strains as described above, when cultured in MY agar plate medium, milky white colonies were formed, and the edges of the colonies showed the shape of the fungus having serrated shapes. In addition, filamentous cells were observed in the liquid culture, and when the cells were cultured for a long time in liquid medium, they formed elliptical endospores at the semi-terminus of the cells, showing microbiological characteristics in typical Bacillus . Was characterized by active mobility under the microscope. When the isolates were cultured under anaerobic conditions, the growth of the cells was not observed with the naked eye. However, the microbial growth was weak under the microscope, and the growth of rod-shaped cells was confirmed.

반면, 균의 성장에 필요한 탄소원 이용에서는 대부분의바실러스속 균주가 나타내는 탄소원의 이용과는 달리 만노스(mannose)와 프룩토오스(fructose)에 대해서만 55℃에서 48시간 배양했을 경우, 미약한 이용성을 보였을 뿐 대다수의 탄소원에 대해서는 음성반응을 나타내었다. 보다 정확한 동정을 위하여 이 분리균의 16S rDNA 염기배열을 결정한 후, 기존에 보고된 다른 미생물의 염기배열과 상동성을 비교하였으며, 그 결과브레비바실러스 보스테렌시스(Brevibacillus borstelensis)의 16S rDNA 염기배열과 매우 높은 상동성을 나타내었다.On the other hand, unlike the use of carbon sources represented by most Bacillus strains, the use of the carbon source necessary for the growth of bacteria showed a slight availability when mannose and fructose were incubated at 55 ° C for 48 hours only. In addition, most carbon sources showed negative reactions. And then to a more precise identification determining the 16S rDNA base sequence of the isolated strain, 16S rDNA base sequence of the compared the nucleotide sequence homology with other microorganisms, so that breather ratio Bacillus boss exhilarating sheath (Brevibacillus borstelensis) reported previously Very high homology with

상기와 같은 생리학적 및 화학 분류학적 특성의 분석 결과, 기존에 알려진바실러스 보스테렌시스(Shida et al.,Int. J. Syst. Bacteriol. 45: 93-100 (1995))의 최적성장온도는 30℃로, 본 발명의 미생물균주브레비바실러스 보스테렌시스는 최적성장온도 45℃, 최고온도는 58℃로 미생물 생육온도에서 현저한 차이가 있어, 본 발명의 미생물 균주를브레비바실러스 보스테렌시스로 동정하고브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1)로 명명하였다.As a result of the analysis of the above physiological and chemical taxonomic characteristics, the optimum growth temperature of the known Bacillus bosterensis (Shida et al., Int. J. Syst. Bacteriol . 45: 93-100 (1995)) is 30 ℃, the microbial strain Brevibacillus bosterenesis of the present invention is the optimum growth temperature of 45 ℃, the maximum temperature is 58 ℃, there is a significant difference in the microbial growth temperature, the microorganism strain of the present invention is identified as Brevibacillus bosterensis and it was named Bacillus non breather boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1).

이와 같이 본 발명에 따라 토양에서 분리된 신규 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1은 생명공학연구소내 유전자원센터에 1999년 10월 21일자 수탁번호 제 KCTC 0673BP 호로 기탁되었다.As described above, the novel thermophilic microorganism Brevibacillus bosterrensis BCS-1 isolated from soil was deposited with the accession No. KCTC 0673BP dated October 21, 1999 to the Genetic Resource Center in the Biotechnology Research Institute.

또한 본 발명은 상기 신규 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1으로부터 생산되는 신규 내열성 D-입체특이적 아미노산 아미다아제를 제공한다.The present invention also provides a novel heat-resistant D-stereospecific amino acid amidase produced from the novel high temperature microbial Brevibacillus bosterensis BCS-1.

본 발명의 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1으로부터 생산되는 내열성 DAA는 상기 균주를 LB 액체 배지에 접종하고 배양한 후, 균체를 회수하여 트리스 완충액에 부유시키고 초음파 파쇄기로 균체를 파쇄하여 조효소액으로 얻는다.Heat-resistant DAA produced from the thermophilic microorganism Brevibacillus bosterensis BCS-1 of the present invention is inoculated into the LB liquid medium and incubated, and then the cells are recovered, suspended in Tris buffer and crushed by an ultrasonic crusher. Obtained as a crude enzyme solution.

상기와 같이 얻어진 조효소액을 이용하여, D-아미노산 함유 아미드와 반응시켜 효소 반응에 의해 생성된 아미노산의 양을 측정하고, 동일한 조건하에서 L-아미노산 함유 아미드와 반응시켜 효소전환반응에 의해 생성된 아미노산의 양을 측정하여 본 결과, 본 발명의 고온성 미생물 브레비바실러스 보스테렌시스 BCS-1으로부터 생산되는 내열성 DAA가 D-아미노산 함유 아미드의 아미노 말단 D-아미노산에 특이적으로 작용함을 확인할 수 있다.Using the crude enzyme solution obtained as described above, the amount of amino acid produced by the enzymatic reaction was measured by reacting with the D-amino acid-containing amide, and the amino acid produced by the enzymatic conversion reaction by reacting with the L-amino acid-containing amide under the same conditions. As a result of measuring the amount of, it can be seen that the heat-resistant DAA produced from the thermophilic microorganism Brevibacillus bosterensis BCS-1 of the present invention acts specifically on the amino terminal D-amino acid of the D-amino acid-containing amide. .

DAA는 D-아미노산 함유 아미드에 입체특이적으로 작용하여 D-아미노산과 암모니아를 생산하는 효소로서 하기 화학식 1과 같은 기작으로 D-아미노산 함유 아미드에 작용한다.DAA acts on D-amino acid-containing amides in the same manner as in the following formula (1) as an enzyme that stereospecifically acts on D-amino acid-containing amides to produce D-amino acids and ammonia.

또한 본 발명의 고온성브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1으로부터 생산되는 내열성 DAA의 효소학적 특성을 조사하고자 상기의 LB배지를 이용하여 얻은 조효소액을 유안침전, 이온교환, 소수성 이온교환 크로마토그래피 등의 절차를 거쳐 순수한 DAA를 정제하여, 이들의 반응 최적 pH, 최적 온도 및 열안정성 등의 효소학적특성을 조사하였다. 그 결과, 상기 효소의 분자량은 29 kDa으로 확인되었으며, 최적 pH는 약 9.5, pH 안정성 범위는 약 6.0-10.0으로, 반응 최적 온도는 70℃, 열안정성은 약 65℃ 까지인 내열성 효소로 확인되었다.In addition, the high temperature of the present inventionBrevibacillus bosterensisIn order to investigate the enzymatic properties of heat-resistant DAA produced from BCS-1, the crude enzyme solution obtained by using the above LB medium was purified through pure sedimentation, ion exchange, hydrophobic ion exchange chromatography, and the like. Enzymatic characteristics such as the optimum pH, optimal temperature and thermal stability were investigated. As a result, the molecular weight of the enzyme was confirmed to be 29 kDa, the optimum pH is about 9.5, pH stability range of about 6.0-10.0, The optimum temperature of the reaction was found to be a heat-resistant enzyme having a temperature of 70 ° C. and a thermal stability of about 65 ° C.

본 발명은 상기 신규한 내열성 효소를 이용하여 D-아미노산을 제조하는 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing D-amino acid using the novel heat resistant enzyme.

이상과 같은 효소학적 특성 및 입체특이성을 가진 내열성 DAA를 이용하여 D,L-페닐알라닌 아미드, D,L-알라닌 아미드, D,L-루이신 아미드, D,L-트립토판 아미드 등의 아미노산 함유 아미드 혼합물(racemic mixture)로부터 1단계로 직접 부반응에의한 불순물없이 순수한 D-페닐알라닌, D-트립토판, D-루이신, D-알라닌 등의 아미노산을 효소적으로 합성할 수 있다.Amino acid-containing amide mixtures such as D, L-phenylalanine amide, D, L-alanine amide, D, L-leucine amide, D, L-tryptophan amide, etc., using heat-resistant DAA having the above enzymatic properties and stereospecificity From a racemic mixture, pure amino acids such as pure D-phenylalanine, D-tryptophan, D-leucine, and D-alanine can be enzymatically synthesized in one step without direct side impurities.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples.

단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.However, these Examples are only for illustrating the present invention, the present invention is not limited to these.

<실시예 1> 미생물의 분리 및 동정Example 1 Isolation and Identification of Microorganisms

단계 1: 미생물의 분리Step 1: Isolation of Microorganisms

전국 각지의 건초 더미, 부식토, 하천, 폐수, 온천 등지에서 채취한 토양시료를 1.5% 폴리펩톤, 0.2% 글리세롤(glycerol), 0.2% 효모 추출액(yeast extract), 0.2% 고기 추출액(meat extract), 0.2% K2HPO4, 0.2% KH2PO4, 0.026% NH4Cl의 조성을 갖는 MY 배지에 접종하고 55℃에서 농화 배양하였다. 이 배양액을 2% 한천을 포함한 LB 배지(1.0% 트립톤, 0.5% 효모 추출액, 0.5% 식염,pH 6.8)에 접종하고 55℃에서 배양하여 순수한 균 집락을 분리하였다. 분리된 균주를 55℃에서 배양한 후 24시간 이내에 미생물의 성장이 관찰된 균 집락을 선별 분리하였다.Soil samples collected from haystacks, humus, rivers, wastewater, and hot springs around the country were collected from 1.5% polypeptone, 0.2% glycerol, 0.2% yeast extract, 0.2% meat extract, It was inoculated in MY medium having a composition of 0.2% K2HPO4, 0.2% KH2PO4, 0.026% NH4Cl, and concentrated at 55 ° C. The culture was inoculated in LB medium containing 2% agar (1.0% tryptone, 0.5% yeast extract, 0.5% saline, pH 6.8) and incubated at 55 ° C to isolate pure colonies. After culturing the isolated strain at 55 ℃, the bacterial colonies where the growth of microorganisms were observed within 24 hours were separated.

이 고온성 미생물을 5 ㎖ LB 액체배지에 접종하고 55℃에서 10시간 배양 후, 원심분리에 의해 균체를 회수하여 초음파 파쇄기로 균체를 파쇄하여 조효소액을 얻고 이를 효소 활성 측정에 사용하였다.After inoculating the thermophilic microorganism into 5 ml LB liquid medium and incubating at 55 ° C. for 10 hours, the cells were recovered by centrifugation, and the cells were crushed by an ultrasonic crusher to obtain a crude enzyme solution, which was used for measuring enzyme activity.

단계 2: 미생물의 특성조사 및 동정Step 2: Characterization and Identification of Microorganisms

단계 1에서 분리된 고온성 미생물은 LB 한천 평판 배지에서 배양하였을 때, 유백색의 균 집락을 형성하였으며 가장자리는 톱니모양을 가진 균 집락을 형성하였고, 55℃ 이상의 호기적 조건에서 잘 자라고 액체 및 고체 배지에서 장시간 배양시 필라멘트형의 균체 외각에서 포자낭(sporangium)이 돌출해 타원형의 내생포자를 형성하는 그램양성 세균으로서 전형적인바실러스속(Bacillus genus)의 미생물로 확인되었으며, 탄소원의 이용에서는 푸룩토오스(fructose) 및 만노스(mannose) 등에서만 미약한 반응성을 보일 뿐 대부분의 탄소원에서는 음성반응을 나타내었다. 균체성장에 미치는 온도의 영향을 조사하고자 LB 액체배지(pH 6.8)를 이용한 다양한 온도범위(30-55℃)에서 균체의 성장 속도를 확인한 결과, 균체의비성장률(specific growth rate, μ)이 30℃에서 0.006, 37℃에서 0.016, 40℃에서 0.017, 45℃에서 0.019, 50℃에서 0.018, 55℃에서 0.007을 나타내어, 본 발명의 분리균의 최적 성장온도는 45℃로 확인되었으며 최대성장온도는 58℃로 확인되었다. 상기 결과는 본 발명의 분리균과 형태학적, 생리학적 특성에서 유사성이 있는바실러스 보스테렌시스(Bacillus borstelensis)가 최대 균체 성장온도가 30℃이고, 최대 성장가능 온도가 50℃ 라는 보고(Shida et al.,Int. J. Syst. Bacteriol. 45: 93-100 (1995))와는 상당한 차이를 보였으며,바실러스 보스테렌시스의 효소학적 특징이 연구된 바가 없어, 고온성브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1은 현재까지 밝혀진 바가 없는 새로운 효소활성 보유의 신규 고온균으로 확인되었다.The thermophilic microorganism isolated in step 1 formed a milky white colony when the incubated in LB agar plate medium and sawtooth-like colony on the edges, and grew well under aerobic conditions above 55 ° C. in at was identified as a microorganism of a typical Bacillus (Bacillus genus) as gram-positive bacteria to the pojanang (sporangium) projecting from the cell outer shell of filamentary during long incubation forming endospores elliptical, utilization of carbon sources Fu rukto agarose (fructose ) And only mannose, but only a slight reactivity was negative in most carbon sources. In order to investigate the effect of temperature on cell growth, the specific growth rate (μ) of the cells was found to be 30. The growth rate of the cells was confirmed at various temperature ranges (30-55 ℃) using LB liquid medium (pH 6.8). 0.006 at 37 ℃, 0.016 at 37 ℃, 0.017 at 40 ℃, 0.019 at 45 ℃, 0.018 at 50 ℃, 0.007 at 55 ℃, the optimum growth temperature of the isolated bacteria of the present invention was confirmed as 45 ℃ and the maximum growth temperature It confirmed with 58 degreeC. The results reporting that Bacillus boss exhilarating sheath (Bacillus borstelensis) has a maximum cell growth temperature 30 ℃, the maximum growth Temperature 50 ℃ in this similarity in separating bacteria and morphological and physiological characteristics of the present invention (Shida et al ..., Int J. Syst Bacteriol 45:. 93-100 (1995)) showed a significant difference between different from Bacillus boss is not bar the enzymatic characteristics of the system exhilarating research, non-thermophilic Bacillus breather boss exhilarating cis BCS- 1 was identified as a new thermophile with a new enzyme activity that has not been identified to date.

본 발명에 따라 선별된 미생물의 상세한 생리적 및 생화학적 특성은 표 1에 나타낸 바와 같다.Detailed physiological and biochemical properties of the microorganisms selected according to the present invention are shown in Table 1.

생리학적 및 생화학적 특성Physiological and Biochemical Properties 신규 미생물에서 얻어진 결과Results obtained from new microorganisms 생장온도Growth temperature 30-58℃30-58 ℃ 세포모양Cell shape 막대 모양Rod shape 그램염색Gram Dyeing 양성positivity 운동성motility 양성positivity 내생포자Endogenous spores 있음has exist 보게스-프로스카우어(Voges-Proskauer)Voges-Proskauer 양성positivity 니트레이트 환원력Nitrate reducing power 양성positivity 글루코오즈로부터의 산 생성Acid production from glucose 음성voice 만니톨로부터의 산 생성Acid production from mannitol 음성voice 아라비노스로부터의 산 생성Acid production from arabinose 음성voice 베타-갈락토시다아제 생성Beta-galactosidase production 음성voice 트립토판 디아미다아제 생산Tryptophan Deamidase Production 양성positivity 카탈라아제 생산Catalase production 양성positivity 젤라티나아제 생산Gelatinase production 양성positivity pH 5.7에서의 생장growth at pH 5.7 약함weakness 7% 식염내의 생장Growth in 7% Saline 음성voice 혐기적 조건에서의 생장Growth in anaerobic conditions 양성positivity

상기와 같은 미생물학적 특성을 갖는 본 발명의 고온균의 보다 정확한 동정을 위해, 상기 고온균의 16S rDNA의 유전자 분석을 하였다.In order to more accurately identify the high temperature bacteria of the present invention having the above microbiological characteristics, gene analysis of the 16S rDNA of the high temperature bacteria was performed.

유전자 분석을 위해 N-말단 프라이머(서열 번호 1)와 C-말단 프라이머(서열 번호 2)를 사용하여 16S rDNA 유전자를 PCR로 증폭하여 플라스미드 pT7Blue에 클로닝한 후 염기서열을 결정하였다. 그 후 본 발명의 고온균의 16S rDNA 염기서열을 BLAST 검색하여 기존에 보고된 여러 미생물의 16S rDNA 염기서열과 상동성을 비교한 결과, 브레비바실러스 보스테렌시스(Brevibacillus borstelensis)와 가장 유사함을 확인하였다. 도 1은 본 발명에 따라 선별 분리된 고온성 미생물의 16S rDNA의 염기서열과 기존에 보고된 여러 미생물의 16S rDNA 염기서열을 비교하여 나타낸 것이다.For gene analysis, 16S rDNA gene was amplified by PCR using N-terminal primer (SEQ ID NO: 1) and C-terminal primer (SEQ ID NO: 2), cloned into plasmid pT7Blue, and the nucleotide sequence was determined. Subsequently, BLAST search of 16S rDNA nucleotide sequence of the high temperature bacterium of the present invention compared the homology with 16S rDNA sequencing of several microorganisms reported, and showed the most similarity to Brevibacillus borstelensis . Confirmed. Figure 1 shows a comparison of the 16S rDNA nucleotide sequence of a variety of microorganisms reported 16S rDNA of the high temperature microorganism screened according to the present invention.

이상의 결과로 본 발명의 분리균을브레비바실러스 보스테렌시스로 동정하고브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1으로 명명하였다. 이 고온균는 생명공학연구소내 유전자원센터에 1999년 10월 21일 기탁번호 제 KCTC 0673BP호로 기탁하였다.Identification of the isolated strain of the present invention with the above results in non-Bacillus breather boss exhilarating cis and was named Bacillus breather boss ratio exhilarating system BCS-1. This pyrobacterial was deposited on October 21, 1999 with the accession number KCTC 0673BP to the Genetic Resource Center in the Biotechnology Research Institute.

<실시예 2> 내열성 DAA의 정제와 효소학적 및 물리화학적 특성조사Example 2 Purification of Heat Resistant DAA and Enzymatic and Physicochemical Properties

본 발명의 분리균인브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1이 생산하는 DAA의 효소학적 및 물리화학적 특성을 확인하기위해, 상기 실시예 1의 단계 1에서 얻은 조효소액을 유안침전, 이온교환크로마토그래피, 소수성 이온교환 크로마토그래피 등의 절차를 거쳐 순수한 DAA를 정제하였다. 정제결과, 최종 207배 더 정제되었으며, 정제수율은 2%로 확인되었고, 정제된 DAA의 분자량은 SDS-PAGE에서 29 kDa으로 확인되었다. pH 및 온도의 정제 효소 활성에 대한 영향을 조사하고자 다양한 pH 범위의 완충액, 아세테이트 완충액(acetate, pH 3.0-5.5), 비스-트리스완충액(BES-Tris, pH 5.5-6.5), 인산완충액(H2PO4, pH 6.5-7.5), 트리스완충액(Tris, pH 8.0-10.5), 글리신완충액(Glycine, pH 9.0-10.5), 포타슘-클로라이드완충액(KCl, pH 11.5-13.0) 등을 이용하여 반응최적 pH를 확인하였으며, pH 안정성은 상기완충액에 효소액을 가해 4℃ 냉장고에서 4시간 정치시킨 후, 상대효소활성을 측정하였다. 온도영향에 대해서는 다양한 온도범위(30℃-100℃)에서 정제효소의 최적반응온도와 열안정성을 조사하였다. 정제효소의 최적온도측정은 각기 다른 온도에서 반응산물인 D-아미노산을 정량하여 상대효소활성을 측정하였으며, 열안정성은 상기의 다양한 온도범위에서 정제효소를 20분간 정체시킨 후 이들의 잔존효소활성을 측정하였다. Isolated bacterium of the present inventionBrevibacillus bosterensisIn order to confirm the enzymatic and physicochemical properties of DAA produced by BCS-1, the crude enzyme solution obtained in step 1 of Example 1 was purified by fluoroprecipitation, ion exchange chromatography, hydrophobic ion exchange chromatography, and the like. DAA was purified. As a result of purification, the final purification was 207 times more, the purification yield was confirmed as 2%, the molecular weight of the purified DAA was confirmed to be 29 kDa on SDS-PAGE. To investigate the effects of pH and temperature on purified enzyme activity, buffers, acetate buffers (acetate, pH 3.0-5.5), bis-tris buffers (BES-Tris, pH 5.5-6.5), phosphate buffers (H2PO4, pH 6.5-7.5), Tris buffer (Tris, pH 8.0-10.5), glycine buffer (Glycine, pH 9.0-10.5), potassium chloride buffer (KCl, pH 11.5-13.0) and the like to determine the optimum pH. , pH stability was measured by adding the enzyme solution to the buffer solution and allowed to stand for 4 hours in a 4 ℃ refrigerator, and then measured relative enzyme activity. For the temperature effect, the optimum reaction temperature and thermal stability of the purified enzyme at various temperature ranges (30 ℃ -100 ℃) were investigated. Optimum temperature of purified enzyme was measured by measuring quantitative reaction of D-amino acid at different temperatures to measure relative enzyme activity.Thermal stability was measured by restoring purified enzyme for 20 minutes at various temperature ranges above. Measured.

실험결과, 정제효소활성에 대한 pH의 영향에서 최적 pH는 약 9.5로 확인되었고(도 2A), pH 안정성에서는 약 6.0-10.0범위에서 안정함을 확인하였다(도 2B). 온도영향에서는 반응최적온도는 약 70℃로 확인되었으며(도 3A), 열안정성에서는 약 65℃까지 안정한 것으로 확인되었다(도 3B).As a result, it was confirmed that the optimum pH was about 9.5 in the effect of pH on the purification enzyme activity (FIG. 2A), and stable in the range of about 6.0-10.0 in pH stability (FIG. 2B). In the temperature effect, the optimum reaction temperature was found to be about 70 ° C. (FIG. 3A), and the thermal stability was found to be stable up to about 65 ° C. (FIG. 3B).

<실시예 3> 내열성 DAA의 활성 정량Example 3 Activity Determination of Heat Resistant DAA

본 발명의 고온성브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1로부터 정제된 내열성 DAA의 입체특이성을 조사하고자 표 2와 표 3에 표기된 각종 D-아미노산 함유 아미드와 L-아미노산 함유 아미드를 이용하여 내열성 DAA의 기질특이성과 입체특이성을 조사하였다.In order to investigate the stereospecificity of the heat-resistant DAA purified from the high-temperature Brevibacillus bosterensis BCS-1 of the present invention, various D-amino acid-containing amides and L-amino acid-containing amides shown in Tables 2 and 3 were used to Substrate specificity and stereospecificity were investigated.

DAA 활성을 측정하기 위해 반응액을 0.1 M 트리스 완충액(Tris-HCl, pH 8.0) 0.5 ㎖에 표 2, 3에 나타낸 각종 아미노산 아미드 5 mM과 효소액을 포함하도록 조제하였으며, 55℃에서 1시간 동안 정치 반응시켰다. DAA 반응에 의하여 생성된 D-아미노산의 양은 20 mM 염산용액에 D-아미노산의 농도가 0.1 mM이 되도록 희석하여 자동 아미노산 분석기(Hitachi L-8500A, 일본)로 분석하였으며, D-아미노산 표준곡선에 준하여 정량 하였다. 이와는 별도로 각종 L-아미노산 함유 아미드에 대한 효소활성 측정을 위해 상기와 동일한 조건에서 반응을 수행하였는 데, 기질로는 L-아미노산 함유 아미드 및 지방족 아미드를 이용하였다. 이 때 효소의 활성(Unit)은 1분동안 1 μ㏖의 D-아미노산을 생산하는 데 필요로 되는 효소량으로 정의하였다.In order to measure DAA activity, the reaction solution was prepared in 0.5 ml of 0.1 M Tris buffer solution (Tris-HCl, pH 8.0) to include 5 mM of various amino acid amides shown in Tables 2 and 3 and the enzyme solution. Reacted. The amount of D-amino acid produced by the DAA reaction was analyzed by an automatic amino acid analyzer (Hitachi L-8500A, Japan) by diluting the concentration of D-amino acid to 20 mM in 20 mM hydrochloric acid solution, and according to the D-amino acid standard curve. Quantification Separately, the reaction was carried out under the same conditions as described above to measure the enzyme activity of various L-amino acid-containing amides, and L-amino acid-containing amides and aliphatic amides were used as substrates. The activity of the enzyme (Unit) was defined as the amount of enzyme required to produce 1 μmol of D-amino acid for 1 minute.

본 발명에서 선별된브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1 (Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP)에서 생산되는 내열성 DAA의 각종 D-아미노산 함유 아미드와 L-아미노산 함유 아미드에 대한 효소 활성 측정결과는 표 2와 표 3에 나타낸 바와 같다.The breather non-selective Bacillus in the present invention boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) (KCTC 0673BP) Enzyme activity measurement results for thermal resistance DAA various amino acids D- and L- amino acid containing an amide-containing amide that is produced from It is as showing in Table 2 and Table 3.

D-아미노산 함유 아미드에 대한 DAA 활성측정DAA Activity Determination for D-Amino Acid-Containing Amides 기질temperament 효소비활성 (Units/mg 단백질)Enzyme deactivation (Units / mg protein) 상대활성(%)Relative activity (%) D-메티오닌 아미드D-methionine amide 131.4131.4 100100 D-노르발린 아미드D-norvaline amide 103103 7878 D-노르루이신 아미드D-norleucine amide 101.8101.8 7777 D-라이신 아미드D-lysine amide 79.479.4 6060 D-루이신 아미드D-leucine amide 7878 5959 D-페닐알라닌 아미드D-phenylalanine amide 14.914.9 1111 D-티로신 아미드D-tyrosine amide 13.313.3 1010 D-알라닌 아미드D-alanine amide 12.512.5 1010 D-발린 아미드D-valine amide 11.411.4 99 D-트립토판 아미드D-Tryptophan Amide 9.39.3 77 D-페닐글리신 아미드D-phenylglycine amide 9.39.3 77 D-아스파라긴 아미드D-asparagine amide 6.36.3 55 D-프로린 아미드D-proline amide 3.73.7 33 D-글루타민 아미드D-glutamine amide 2.82.8 22 D-아스파르트산 아미드D-aspartic acid amide 0.40.4 0.30.3 Z-D-알라닌 아미드Z-D-alanine amide -- 0.00.0 Z-D-알라닌 에스테르Z-D-alanine ester -- 0.00.0

-;음성 반응Negative reaction

L-아미노산 함유 아미드에대한 DAA효소활성DAA Enzyme Activity on L-Amino Acid-Containing Amides 기질temperament 효소비활성 (Units/mg 단백질)Enzyme deactivation (Units / mg protein) 상대활성(%)Relative activity (%) L-루이신 아미드L-leucine amide 1.381.38 1.01.0 L-페닐알라닌 아미드L-phenylalanine amide 0.150.15 0.10.1 L-알라닌 아미드L-alanine amide -- 0.00.0 L-아스파르트산 아미드L-aspartic acid amide -- 0.00.0 아세트 아미드Acetamide -- 0.00.0 n-부티르 아미드n-butyramide -- 0.00.0 프로피온 아미드Propionamide -- 0.00.0 벤질 아미드Benzyl amide -- 0.00.0

-;음성 반응Negative reaction

상기 결과와 같이 본 발명의 신규 고온성브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP)이 생산하는 신규 내열성 DAA는 D-아미노산 함유 아미드의 아미노 말단 D-아미노산에만 특이적으로 작용하고 L-아미노산 함유 아미드와 아미노 말단 보호기를 가진 아미드 및 지방족 아실 아미드에는 효소활성을 나타내지 않는 것으로써, 본 발명의 신규 고온성브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP)이 생산하는 DAA는 D-아미노산 함유 아미드의 D-아미노산에 특이적으로 작용하는 가수분해 효소임이 확인되었다.New heat DAA to the new non-thermophilic Bacillus breather boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) (KCTC 0673BP) of this invention as the result of production is specific only to the amino terminal amino acid of the D- D- amino acid-containing amide typically action and written to does not represent an L- amino acid-containing polyamide and amide, and aliphatic acyl amides has enzymatic activity with the amino terminal protecting group, the novel thermophilic Bacillus breather ratio of the present invention boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1 DAA produced by KCTC 0673BP was confirmed to be a hydrolytic enzyme that specifically acts on the D-amino acid of the D-amino acid-containing amide.

<실시예 4> 본 발명의 미생물로부터 생산된 효소를 이용한 새로운 아미노산의 합성Example 4 Synthesis of New Amino Acid Using Enzyme Produced from Microorganism of the Present Invention

본 발명에 따라 선별 분리된 신규한브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP)이 생산하는 신규 내열성DAA를 이용하여 D,L-아미노산 혼합물로부터 순수한 D-아미노산을 얻기위해 대표적인 D,L-아미노산 함유 아미드 혼합물인 D,L-페닐알라닌 아미드로부터 순수한 D-페닐알라닌의 생산성을 분석하였다.The pure D- amino acids from D, L- amino acid mixture by using a selective separation of the novel non-breather boss Bacillus exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) new DAA heat resistance to the produced (KCTC 0673BP) in accordance with the invention The productivity of pure D-phenylalanine was analyzed from D, L-phenylalanine amide, a representative D, L-amino acid containing amide mixture to obtain.

효소반응은 0.2 ㎖ 반응액에 0.1 M 트리스 완충액(pH 8.0)과 5 mM D,L-페닐알라닌 아미드 및 정제효소액 20 ℓ(0.5 units) 를 가한 후 55℃에서 수행하였으며, 반응 24시간째 시료를 취하여 끓는 물에 5분간 열처리하여 효소를 불활성화 시킨 후 원심분리하여 반응물을 얻었다.The enzyme reaction was performed at 55 ° C. after adding 0.1 M Tris buffer (pH 8.0), 5 mM D, L-phenylalanine amide and 20 l (0.5 units) of purified enzyme solution to 0.2 ml reaction solution. Heat treatment was carried out in boiling water for 5 minutes to inactivate the enzyme, and then centrifuged to obtain a reaction product.

준비된 반응물을o-프탈디알데히드(o-phthaldialdehyde)로 유도체화(Yasudaet al.,Peptides18: 347-354. 1997)한 후, 50 mM 아세테이트 완충액(sodium acetate, pH 6.8)과 100% 메탄올을 이용하여 비례적으로 유기용매의 농도를 증가시키면서 역상 HPLC 칼럼(Rexchrome S5-100-ODS, Regis Chem. Co., 4.6 mm x 25 cm, 5 m)을 이용하여, 형광 검출기(fluorescence detector)를 이용한 파장범위(발광 342nm, 소광 452nm)에서 D,L-아미노산의 분리곡선을 확인하였다.The prepared reaction product o - au taldi aldehyde (o -phthaldialdehyde) derivatized with (.. Yasudaet al, Peptides 18 : 347-354 1997) after, 50 mM acetate buffer (sodium acetate, pH 6.8) and using a 100% methanol Using a reverse phase HPLC column (Rexchrome S5-100-ODS, Regis Chem. Co., 4.6 mm x 25 cm, 5 m) while increasing the concentration of the organic solvent in proportion to The separation curve of D, L-amino acid in the range (luminescence 342 nm, extinction 452 nm) was confirmed.

이 경우 생성된 D-페닐알라닌은 전적으로 DAA의 반응에 의해서만 생성될 수 있으며, 미 반응의 아미드 형태의 화합물은 유도체화 되지 않은 형태로 잔존하게 되어 분석상에서는 DAA에 의해 생성되는 D-페닐알라닌만 분석되게 된다.In this case, the produced D-phenylalanine can be produced solely by the reaction of DAA, and the unreacted amide compound remains in underivatized form, and only D-phenylalanine produced by DAA is analyzed. .

이러한 결과로부터 본 발명의 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1가 생산하는 DAA효소는 D-아미노산에만 특이적으로 작용하여 다양한 D-아미노산의 생산에 이용할 수 있는 생물촉매임을 확인할 수 있다.From these results, it can be seen that the DAA enzyme produced by the thermophilic microorganism Brevibacillus bosterrensis BCS-1 of the present invention acts specifically on D-amino acids and is a biocatalyst that can be used to produce various D-amino acids.

도 4는 본 발명의 고온성브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1 (Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP)으로부터 얻어진 정제효소를 이용하여 기질인 D,L-페닐알라닌 아미드를 속도론적 광학분할을 수행하여 생성된 D-페닐알라닌을 HPLC로 분석한 결과이다. 도 4에서 보듯이, 본 발명의 고온성브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP)이 생산하는 DAA는 D-입체특이성을 가지고 있기 때문에 D,L-페닐알라닌 아미드를 반응기질로 사용할 경우, D-페닐알라닌에만 특이적으로 작용하여 순수한 D-페닐알라닌을 생산하는 것을 볼 수 있다. 실험결과브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1이 생산하는 내열성 DAA를 이용하여 30℃ 에서 반응 24 시간후 47%의 전환률을 나타내었으며, 이때 eep(enantiomeric excess of the product)=97.1%, E(enantiomeric ratio)=196을 나타내어, 본 발명의 결과로부터 생성된 내열성 DAA는 D,L-페닐알라닌 아미드를 광학분할하여 D-페닐알라닌을 생산할 수 있는 매우 유용한 생물촉매임을 알수있다.Figure 4 is a non-thermophilic Bacillus breather boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) (KCTC 0673BP) performing a matrix of D, L- phenylalanine amide for the kinetic optical resolution by using the purified enzyme obtained from the present invention The resulting D-phenylalanine was analyzed by HPLC. As shown in Figure 4, the DAA to produce a non-thermophilic Bacillus breather boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) (KCTC 0673BP) of this invention because they have the D- stereospecific D, L- phenylalanine amide When used as a reactor, it can be seen that the specific action only on D-phenylalanine to produce pure D-phenylalanine. The experimental results showed a breather ratio Bacillus boss exhilarating system BCS-1 produces a conversion rate of 47% after reaction for 24 hours at 30 ℃ using a heat-resistant DAA that, where eep (enantiomeric excess of the product) = 97.1%, E (enantiomeric ratio) = 196, indicating that the heat-resistant DAA produced from the results of the present invention is a very useful biocatalyst capable of producing D-phenylalanine by optically dividing D, L-phenylalanine amide.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 토양에서 분리된 신규 고온성 미생물브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP)이 생산하는 DAA는 D-아미노산 함유 아미드 화합물의 D-아미노산에만 특이적으로 작용하며, 열, 유기용매, pH 및 화학 변성제 등에 대해 안정한 효소이므로, 이를 생물촉매로 이용한 D-아미노산 생산방법은 비교적 저렴한 D,L-아미노산 함유 아미드 혼합물로부터 1단계로 직접 부반응 없이 새로운 순수한 D-아미노산을 효과적으로 생산할 수 있어 경제적이고 환경친화적으로 이용될 수 있는 방법이다.As described above, in accordance with the present invention which is produced DAA isolated from soil novel thermophilic microorganism Bacillus non breather boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) (KCTC 0673BP) has D- amino acid-containing amide compound Because it acts only on D-amino acids and is an enzyme that is stable against heat, organic solvents, pH and chemical denaturation agents, the production of D-amino acids using this as a biocatalyst is performed in one step from a relatively inexpensive mixture of D, L-amino acids containing It is an economical and environmentally friendly method that can effectively produce new pure D-amino acids without direct side reactions.

Claims (5)

신규 고온성브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1(Brevibacillus borstelensisBCS-1)(KCTC 0673BP).New non-thermophilic Bacillus breather boss exhilarating system BCS-1 (Brevibacillus borstelensis BCS- 1) (KCTC 0673BP). 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기브레비바실러스 보스테렌시스BCS-1의 배양에 의해 얻어지고, 하기 (a) 내지 (f)의 특징으로 가지는 신규 내열성 D-입체특이적 아미노산 아미다아제The novel heat-resistant D-stereospecific amino acid amidase according to claim 1, which is obtained by culturing the Brevibacillus bosterensis BCS-1, and characterized by the following (a) to (f). (a) 분자량 29 kDa;(a) molecular weight 29 kDa; (b) 최적 pH 9.5;(b) optimum pH 9.5; (c) pH 안정성 범위 6.0-10.0;(c) pH stability range 6.0-10.0; (d) 반응 최적 온도 70℃;(d) reaction optimum temperature of 70 ° C .; (e) 열안정성 온도 65℃까지;(e) thermal stability temperature up to 65 ° C; (f) D-아미노산 함유 아미드에 입체특이적으로 작용(f) Stereospecifically Acts on D-Amino Acid-Containing Amides 제 1항의 미생물 균주 또는 상기 미생물이 생산하는 제 2항의 D-아미노산 아미다아제를 이용하여 D,L-아미노산 함유 아미드로부터 새로운 D-아미노산을 효소적으로 생산하는 방법.A method for enzymatically producing new D-amino acids from D, L-amino acid-containing amides using the microorganism strain of claim 1 or the D-amino acid amidase produced by the microorganism. 제 4항에 있어서, 상기 D-아미노산이 D-메티오닌, D-노르발린, D-노르루이신, D-라이신, D-루이신, D-페닐알라닌, D-티로신, D-알라닌, D-아스파르트산, D-트립토판, D-프로린, D-글루타민산 및 D-아스파라긴산 중에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 4, wherein the D-amino acid is D-methionine, D-norvaline, D-norleucine, D-lysine, D-leucine, D-phenylalanine, D-tyrosine, D-alanine, D-aspart At least one selected from acid, D-tryptophan, D-proline, D-glutamic acid and D-aspartic acid.
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GB9615852D0 (en) * 1996-07-29 1996-09-11 Allied Colloids Ltd Production of amino acids and enzymes used therefor

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