KR100531671B1 - Method for the production of 1,3-propanediol from fermentable carbon sources using mixed cultures of two different organisms - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) NAD+-의존성 디히드로게나제 활성을 갖고 NAD+를 NADH로 전환시키는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자로 형질전환된 1,3-프로판디올 생산 유기체와 글리세롤 생산 유기체를 상기 글리세롤 생산 유기체 : 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체 = 1 : 0.01 내지 1 : 1의 세포 비율로 혼합하는 단계; (b) 단당류, 올리고당류, 다당류 또는 단일 탄소 기질로 구성되는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 탄소원 존재하에서 상기 글리세롤 생산 유기체와 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체를 미세호기적(microaerobic) 조건에서 혼합 배양하는 단계; 및 (c) 상기 배양물로부터 1,3-프로판디올을 분리하는 단계를 포함하는, 글리세롤 생산 유기체와 1,3-프로판디올 생산 유기체의 공동 배양에 의하여 1,3-프로판디올을 생산하는 방법을 제공한다.The invention (a) NAD + - dependent dehydrogenase having activity claim NAD + transformants in a gene encoding a polypeptide which converts NADH to the conversion of glycerol to produce a 1,3-propanediol producing organisms and glycerol production organism organism : Mixing at a cell ratio of the 1,3-propanediol producing organism = 1: 0.01 to 1: 1; (b) mixing the glycerol producing organism and the 1,3-propanediol producing organism under microaerobic conditions in the presence of at least one carbon source selected from the group consisting of monosaccharides, oligosaccharides, polysaccharides or single carbon substrates. Culturing; And (c) separating 1,3-propanediol from the culture, thereby producing 1,3-propanediol by co-culture of a glycerol producing organism and a 1,3-propanediol producing organism. to provide.

Description

서로 다른 두 개의 유기체의 공동배양을 통한 발효가능한 탄소원으로부터 1,3-프로판디올의 생산방법{Method for the production of 1,3-propanediol from fermentable carbon sources using mixed cultures of two different organisms}Method for the production of 1,3-propanediol from fermentable carbon sources using mixed cultures of two different organisms}

본 발명은 동일한 배양조건에서 서로 다른 두 개의 유기체를 이용하여 발효가능한 탄소원으로부터 1,3-프로판디올을 생산하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로 발효가능한 탄소원으로부터 글리세롤을 생산할 수 있는 유기체와 생산된 글리세롤을 다시 1,3-프로판디올로 생물전환시킬 수 있는 또 다른 유기체의 공동배양을 통해 최종적으로 주어진 탄소원으로부터 1,3-프로판디올의 생산에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing 1,3-propanediol from fermentable carbon sources using two different organisms under the same culture conditions. More specifically 1,3-propanediol from a given carbon source through co-culture of an organism capable of producing glycerol from a fermentable carbon source and another organism capable of bioconverting the produced glycerol back to 1,3-propanediol It is about the production of.

1,3-프로판디올은 섬유나 카펫에 사용되는 폴리에스테르와 폴리에테르, 폴리우레탄 및 환상 화합물의 생산에 사용되어지는 매우 유용가치가 높은 단량체이다.1,3-propanediol is a very valuable monomer used in the production of polyesters, polyethers, polyurethanes and cyclic compounds used in fibers and carpets.

종래에 1,3-프로판디올의 생산에 관한 다양한 화학적 경로가 잘 알려져 있다. 예를 들면, 에틸렌옥사이드는 포스핀, 물, 일산화탄소와 수소 및 산의 존재하에 촉매에 의해 1,3-프로판디올로 전환될 수 있다. 또한 아크롤레인의 촉매적 용액상 수화 후 환원반응에 의해 혹은 주기율표 VIII 족 원소를 가진 촉매에 의해 일산화탄소와 수소의 존재 시 글리세롤과 같은 탄화수소로부터 1,3-프로판디올을 생산할 수가 있다. 비록 이러한 방법들에 의해 1,3-프로판디올의 생산은 가능하나 생산과정 중 고온 또는 고압과정을 필요로 함으로 상당한 생산비용이 발생할 뿐만 아니라 환경오염을 유발시키는 다양한 물질을 포함한 폐수가 부수적으로 생성됨으로 인해 생산 및 환경 면에서 문제점을 안고 있다.Various chemical routes to the production of 1,3-propanediol are well known in the art. For example, ethylene oxide can be converted to 1,3-propanediol by a catalyst in the presence of phosphine, water, carbon monoxide and hydrogen and acid. It is also possible to produce 1,3-propanediol from hydrocarbons, such as glycerol, in the presence of carbon monoxide and hydrogen by catalytic reduction in the solution phase of acrolein followed by reduction or by catalysts with group VIII elements of the periodic table. Although it is possible to produce 1,3-propanediol by these methods, it requires a high temperature or high pressure during the production process, which not only incurs a considerable production cost but also generates waste water containing various substances that cause environmental pollution. Due to the production and environmental problems.

글리세롤로부터 1,3-프로판디올의 생물학적 생산방법도 오랫동안 알려져 온 방법이다. 자연상태에서 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생산하는 균주로는 시트로박터 (Citrobacter), 클로스트리디움 (Clostridium), 클렙시엘라 (Klebsiella), 락토바실러스 (Lactobacillus) 등이 있으며 이러한 균주들은 일반적으로 다른 외인성 환원수용체가 없는 혐기조건에서 유일한 탄소공급원으로 글리세롤을 사용하여 글리세롤을 1,3-프로판디올로 전환시킨다. 글리세롤로부터 1,3-프로판디올로의 전환은 두 개의 서로 다른 효소반응을 통해 두 단계로 나뉘어지며, 첫번째 단계에서는 디히드라타제 (dehydratase)가 글리세롤을 3-히드록시프로피온알데히드 (3-hydroxypropionaldehyde)와 물로 전환시키고, 두번째 단계에서는 3-히드록시프로피온알데히드가 NADH-의존성 옥시도리덕타제 (NADH-dependent oxidoreductase)에 의해 1,3-프로판디올로 환원된다. 이와는 별도로 1,3-프로판디올 생산균주들은 글리세롤의 산화적 대사경로를 통해 균 성장에 필요한 탄소와 에너지를 공급하고 있다. 먼저 글리세롤은 NAD+-의존성 글리세롤 디히드로게나제(dehydrogenase)에 의해 디히드록시아세톤(DHA)으로 산화되고 이때 NADH가 생산된다. 이후 연속적으로 DHA 키나제(kinase)에 의해 디히드록시아세톤포스페이트(DHAP)로 전환된다. 생성된 디히드록시아세톤포스페이트는 해당과정과 TCA 사이클을 통해 ATP 생성에 사용되어진다. 시트로박터 프로인디이 (Citrobacter freundii), 클렙시엘라 뉴모니에 (Klebsiella pneumoniae) 등과 같이 자연상태에서 1,3-프로판디올을 생산하는 균주들은 상기 네 가지 효소, 글리세롤 디히드라타제(glycerol dehydratase; dhaB), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제(1,3-propanediol oxidoreductase; dhaT), 글리세롤 디히드로게나제(glycerol dehydrogenase; dhaD), 디히드록시아세톤 키나제(dihydroxyacetone kinase; dhaK)가 기능적으로 서로 연관되어 있다. 따라서, 이러한 효소들을 코딩(coding)하는 유전자들은 유전자의 발현이 상호조절(coordinate regulation)될 수 있는 dha 레귤론(regulon) 형태로 구성되어 있다. 이 밖에도 글리세롤 디히드라타제의 재활성을 도와주는 인자(orfX, orfZ)들도 dha 레귤론에 함께 포함되어 있다. 글리세롤로부터 1,3-프로판디올의 생산에 관여하는 dha 레귤론을 클로닝하여 대장균에 발현시킴으로써 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생산한 보고는 많이 있다. 예를 들면, 통(Tong) 등은 클렙시엘라 뉴모니에 (Klebsiella pneumoniae)의 dha 레귤론(dhaB, dhaT, dhaD, dhaK)을 포함한 코스미드(cosmid)를 대장균에 도입, 발현시켜 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생산하였다(Applied and Environmental Microbiololgy, 57: 3541(1991)).Biological production of 1,3-propanediol from glycerol is also a long known method. Strains that produce 1,3-propanediol from glycerol in nature include Citrobacter, Clostridium, Klebsiella, and Lactobacillus. The conversion of glycerol to 1,3-propanediol using glycerol as the only carbon source in anaerobic conditions without other exogenous reducing receptors. The conversion of glycerol to 1,3-propanediol is divided into two stages through two different enzymatic reactions. In the first stage, dehydratase converts glycerol to 3-hydroxypropionaldehyde and 3-hydroxypropionaldehyde. In the second step, 3-hydroxypropionaldehyde is reduced to 1,3-propanediol by NADH-dependent oxidoreductase. Separately, 1,3-propanediol-producing strains provide the carbon and energy needed for bacterial growth through oxidative metabolic pathways of glycerol. Glycerol is first oxidized to dihydroxyacetone (DHA) by NAD + -dependent glycerol dehydrogenase, where NADH is produced. Subsequently it is converted to dihydroxyacetone phosphate (DHAP) by DHA kinase. The dihydroxyacetone phosphate produced is used for ATP production through glycolysis and the TCA cycle. Strains that produce 1,3-propanediol in nature, such as Citrobacter freundii and Klebsiella pneumoniae, include the four enzymes, glycerol dehydratase (dhaB). ), 1,3-propanediol oxidoreductase (dhaT), glycerol dehydrogenase (dhaD) and dihydroxyacetone kinase (dihydroxyacetone kinase (dhaK) It is related. Thus, the genes encoding these enzymes are organized in the form of dha regulons in which expression of genes can be coordinated. In addition, factors that help reactivate glycerol dihydratase (orfX, orfZ) are also included in the dha regulator. There have been many reports of producing 1,3-propanediol from glycerol by cloning dha regulators involved in the production of 1,3-propanediol from glycerol and expressing it in E. coli. For example, Tong et al. Introduced and expressed cosmids, including dha regulators of Klebsiella pneumoniae (dhaB, dhaT, dhaD, and dhaK), in Escherichia coli. , 3-propanediol was produced (Applied and Environmental Microbiololgy, 57: 3541 (1991)).

1,3-프로판디올과 마찬가지로 글리세롤의 경우에도 화학적 경로와 생물학적 경로를 통해서 생산되어질 수 있다. 화학적 경로에 의한 글리세롤의 생산은 아크로레인(acrolein), 알릴 클로라이드(allyl chloride) 혹은 프로필렌 옥사이드(propylene oxide)와 같은 석유에서 유래된 원료물질들을 통해 이루어지나 1,3-프로판디올과 마찬가지로 상당한 생산비용과 환경오염 물질들을 발생시키는 단점이 있다.As with 1,3-propanediol, glycerol can be produced through chemical and biological pathways. The production of glycerol by the chemical route is through raw materials derived from petroleum such as acrolein, allyl chloride or propylene oxide, but as with 1,3-propanediol, significant production costs And disadvantages of generating environmental pollutants.

글리세롤의 생물학적 생산방법에 관해서도 잘 알려져 있다. 대표적인 글리세롤생산 균주로는 사카로마이세스 세레비지애(S.cerevisiae), C. magnoliae, P.farinose, C.glycerinogenes와 같은 효모를 들 수가 있다. 이외에도 B.subtilis와 같은 박테리아 및 D.tertiolecta와 같은 조류가 생산균주로서 알려져 있다. 이러한 균주들은 글루코즈나 다른 탄소원을 가지고 해당과정(glycolysis)에서 프럭토즈-1,6-비스포스페이트(fructose-1,6-bisphosphate) 경로 등을 통해 글리세롤을 생산할 수 있다.There is also a well known method of biological production of glycerol. Representative glycerol-producing strains include yeasts such as S. cerevisiae, C. magnoliae, P. farinose, and C. glycerinogenes. In addition, bacteria such as B. subtilis and algae such as D. tertiolecta are known as production strains. These strains can produce glycerol with glucose or other carbon sources via the fructose-1,6-bisphosphate pathway in glycolysis.

종래에 알려진 글리세롤 생산균주의 대표적인 글리세롤 생합성 경로는 다음과 같다. 간단히 말하면, 글루코즈와 같은 탄소원이 해당과정을 통해 글리세롤로 생전환되는 경로이다. 글루코즈는 ATP의 존재 하에 헥소키나제(hexokinase)에 의해 글루코즈-6-포스페이트(glucose-6-phosphate)로 전환된다. 글루코즈-6-포스페이트는 글루코즈-포스페이트 이소머라제(glucose phosphate isomerase)에 의해 프럭토즈-6-포스페이트(fructose-6-phosphate)로 전환된 뒤 6-포스포프럭토키나제(6-phosphofructokinase)의 작용에 의하여 프럭토즈-1,6-비스포스페이트(fructose-1-6-bisphopsphate)로 전환되고 다시 알돌라제(aldolase)에 의해 디히드록시아세톤 포스페이트(DHAP)로 된다. 이후 해당과정을 벗어나 NADH-의존성 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제(NADH-dependent G3PDH)에 의해 글리세롤-3-포스페이트(glycerol-3-phosphate)로 전환된 뒤 글리세롤-3-포스페이트 포스파타제(phosphatase)에 의하여 탈인산화되어 최종적으로 글리세롤이 생성된다 (Agarwal 등, Adv. Biochem. Engrg. 41 :114(1990)).Representative glycerol biosynthetic pathways of known glycerol producing strains are as follows. In short, it is the pathway by which carbon sources such as glucose are bioconverted to glycerol through glycolysis. Glucose is converted to glucose-6-phosphate by hexokinase in the presence of ATP. Glucose-6-phosphate is converted to fructose-6-phosphate by glucose-phosphate isomerase followed by the action of 6-phosphofructokinase To fructose-1,6-bisphosphate, and back to dihydroxyacetone phosphate (DHAP) by aldolase. After this step, it was converted to glycerol-3-phosphate by NADH-dependent G3PDH, followed by glycerol-3-phosphate phosphatase. Dephosphorylation by means of glycerol (Agarwal et al., Adv. Biochem. Engrg. 41: 114 (1990)).

종래에 글리세롤 생합성 경로에 관여하는 유전자로서 DHAP를 글리세롤-3-포스페이트로 전환시키는 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제를 코딩하는 유전자들이 많이 알려져 있다. 예를 들어 왕(Wang) 등은 사카로마이세스 디아스타티쿠스 (S. diastaticus)로부터 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제를 코딩하는 GPD1과 DAR1을 클로닝하였고(Wang 등, J. Bact. 176:7091(1994)), 알베르틴(Albertyn) 등은 사카로마이세스 세레비지에(S. cerevisiae)로부터 GPD1을 클로닝하였다(Albertyn 등, Mol. Cell Biol. 14;4135(1994)). 글리세롤-3-포스페이트를 글리세롤로 탈인산화시키는 포스파타제(GPP1, GPP2)도 노르베크(Norbeck) 등에 의해서 사카로마이세스 세레비지에로부터 클로닝되었다(Norbeck 등, J Biol. Chem. 271;13875(1996)). 사카로마이세스 세레비지에의 GPD1과 GPP2 유전자는 상기 문헌들에 의해 삼투압감수성(osmosensitivity)이 있는 것으로 밝혀졌으며 자신을 보호하기 위한 수단으로써 글리세롤을 생합성한다.Conventionally, genes encoding glycerol-3-phosphate dehydrogenase that convert DHAP to glycerol-3-phosphate as a gene involved in the glycerol biosynthetic pathway are known. For example, Wang et al. Cloned GPD1 and DAR1 encoding glycerol-3-phosphate dehydrogenase from S. diastaticus (Wang et al., J. Bact. 176: 7091 (1994), Albertyn et al. Cloned GPD1 from S. cerevisiae (Albertyn et al., Mol. Cell Biol. 14; 4135 (1994)). Phosphatases (GPP1, GPP2) which dephosphorylate glycerol-3-phosphate to glycerol were also cloned from Saccharomyces cerevisiae by Norbeck et al. (Norbeck et al., J Biol. Chem. 271; 13875 (1996)). ). The GPD1 and GPP2 genes of Saccharomyces cerevisiae have been shown to be osmosensitivity by the above documents and biosynthesize glycerol as a means to protect themselves.

최근에는 단독 미생물을 이용하여 글루코즈 또는 다른 탄소원으로부터 1,3-프로판디올을 생물학적으로 생산하는 방법을 제시한 문헌(국제특허 공개 WO9635796, WO9821339, 및 WO0112833)들이 보고되었다. 상기 문헌들에서는 글루코즈와 같은 탄소원을 글리세롤로 전환시킨 후 이를 다시 1,3-프로판디올로 2차 전환시키는 방법을 제시하고 있다. 예를 들면, NADH-의존성 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제(NADH-dependent G3PDH) 효소를 코딩하는 유전자와 글리세롤-3-포스페이트 포스파타제(EC3.1.3.21)를 코딩하는 유전자를 대장균과 같은 숙주세포에 도입, 형질 전환시켜 글루코즈로부터 글리세롤을 생합성하게 하고, 다시 상기 형질전환된 세포에 보조효소 B12-의존성 디히드라타제를 코딩하는 유전자와 NADH-의존성 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제를 코딩하는 유전자를 추가 도입하여 재조합 유기체를 만든 후 글루코즈로부터 1,3-프로판디올의 생산을 가능하게 하였다. 그러나, 이러한 생물학적 생산방법은 단일 미생물에 의해 단일 탄소원을 사용하여 1,3-프로판디올을 생산함으로 인해서, 발효가능한 탄소원의 1,3-프로판디올 생산 경로로의 이동과 세포성장을 유지하기 위한 탄소원으로의 이동의 적절한 조화를 유지해야 함과 동시에 세포 성장을 유지하기 위한 에너지로서 NADH 공급과 1,3-프로판디올의 생산에 필요한 환원등가물 수용체로서 2분자의 NADH 공급의 적절한 조화를 유지해야 하는 두 가지의 어려움이 있다.Recently, literature (International Patent Publications WO9635796, WO9821339, and WO0112833) have been reported that present a method for biologically producing 1,3-propanediol from glucose or other carbon sources using a single microorganism. These documents suggest a method of converting a carbon source such as glucose to glycerol and then back to 1,3-propanediol. For example, genes encoding NADH-dependent glycerol-3-phosphate dehydrogenase (NADH-dependent G3PDH) enzymes and genes encoding glycerol-3-phosphate phosphatase (EC3.1.3.21) may be produced by hosts such as E. coli. Cells are introduced and transformed to biosynthesize glycerol from glucose, which in turn encodes a gene encoding coenzyme B12-dependent dihydratase and a NADH-dependent 1,3-propanediol oxidoreductase in the transformed cells. The gene was added to make a recombinant organism and then to enable the production of 1,3-propanediol from glucose. However, this biological production method produces a 1,3-propanediol by using a single carbon source by a single microorganism, thereby transferring the fermentable carbon source to the 1,3-propanediol production pathway and maintaining a carbon source for cell growth. It is necessary to maintain the proper coordination of migration to the cell, while maintaining the proper coordination of the NADH supply as energy to maintain cell growth and the NADH supply of two molecules as the reducing equivalent receptor required for the production of 1,3-propanediol. There are difficulties in things.

글루코즈로부터 글리세롤을 생산하는 균주와 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생산하는 균주를 공동 배양하여 최종적으로 글루코즈로부터 1,3-프로판디올을 생산하는 방법도 문헌에 보고되었다(미국특허 제5,599,689호). 상기 생산방법은 자연계에서 글루코즈로부터 글리세롤을 생산할 수 있는 균주 예를 들면, 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae), 피키아 미소(Pichia miso) 및 지고사카로마이세스 록시(Zygosaccharomyces rouxii) 등 글리세롤 생산균주 1종과 자연계에서 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생산할 수 있는 클렙시엘라 뉴모니에(K. pneumoniae), 시트로박터 프로인디이(C. freundii) 또는 dha 레귤론이 도입된 대장균 중 1,3-프로판디올 생산균주 1종을 공동배양하여 전자의 균주로부터는 글루코즈로부터 글리세롤을 생산하게 하고 배지내로 배출된 글리세롤을 후자가 흡수하여 1,3-프로판디올을 생산하게 하는 것이다. 상기 문헌에 제시된 생산방법은 혐기적인 배양조건에서 글루코즈로부터 1,3-프로판디올을 생산하고 있다. 상기 공동배양 생산방법이 혐기적 배양조건을 따르는 이유는 사카로마이세스 세레비지에와 같은 글리세롤 생산균주의 경우 글리세롤 생산에 관여하는 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제의 활성이 NADH 의존성이기 때문이다. 다시 말해서, 사카로마이세스 세레비지에 균주는 산소가 없는 혐기조건에서 글리세롤 생산경로를 통해 NADH를 재산화시키면서 글리세롤을 생산한다. 뿐만 아니라 공동배양에 이용되는 클렙시엘라 뉴모니에와 같은 1,3-프로판디올 생산균주의 경우에도 3-히드록시프로피온알데히드를 1,3-프로판디올로 전환시키는 옥시도리덕타제 효소의 활성이 NADH 의존성임으로 산소가 없을 시에 1,3-프로판디올을 생산한다. 이러한 균주들은 산소가 없는 혐기조건에서 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제 효소 및 옥시도리덕타제 효소에 의해 NADH를 NAD+로 전환하여 부족한 산소대신에 생성된 NAD+를 전자수용체로 사용함으로써 세포에 필요한 에너지를 생산하고 있다. 그러나 상기와 같은 공동배양 생산방법은 혐기조건에서 실시됨으로 인해, 균주 내 생성된 NADH와 발효가능한 탄소원이 혐기조건에서 발현이 유도되는 유전자들에 의해 다른 환원산물, 예를 들면 락테이트(lactate) 또는 에탄올, 숙시네이트(succinate) 등을 만드는데 사용되어질 수 있으므로 1,3-프로판디올 생산경로와 서로 경쟁적인 관계가 될 수 있다. 따라서 상기 생산방법에 따라 발효가능한 탄소원으로부터 1,3-프로판디올을 생산할 경우 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 뿐만 아니라 혐기적 배양조건에서는 균주의 성장성이 떨어짐으로 인해 짧은 시간에 글루코즈로부터 대량의 1,3-프로판디올을 생산하기 어렵다는 문제점이 있다.A method of co-culturing a strain producing glycerol from glucose with a strain producing 1,3-propanediol from glycerol and finally producing 1,3-propanediol from glucose has been reported in the literature (US Pat. No. 5,599,689). . The production method is a strain that can produce glycerol from glucose in nature, for example, glycerol such as Saccharomyces cerevisiae, Pichia miso and Zygosaccharomyces rouxii Among E. coli introduced K. pneumoniae, C. freundii, or dha regulators, which can produce 1,3-propanediol from glycerol in one species and in nature. The 1,3-propanediol producing strain is co-cultured to produce glycerol from glucose from the former strain, and the latter absorbs the glycerol discharged into the medium to produce 1,3-propanediol. The production method presented in this document produces 1,3-propanediol from glucose under anaerobic culture conditions. The reason why the co-culture production method follows anaerobic culture conditions is that the activity of glycerol-3-phosphate dehydrogenase involved in glycerol production is NADH dependent in the case of glycerol producing strains such as Saccharomyces cerevisiae. . In other words, the Saccharomyces cerevisiae strain produces glycerol by reoxidizing NADH through the glycerol production pathway in anaerobic conditions without oxygen. In addition, in the case of 1,3-propanediol producing strains such as Klebsiella pneumoniae used in co-culture, the activity of the oxidoreductase enzyme that converts 3-hydroxypropionaldehyde into 1,3-propanediol NADH dependent, producing 1,3-propanediol in the absence of oxygen. These strains convert NADH into NAD + by glycerol-3-phosphate dehydrogenase enzyme and oxidoreductase enzyme in anaerobic conditions without oxygen, and use NAD + produced as an electron acceptor instead of oxygen. It produces the necessary energy. However, since the co-culture production method is carried out under anaerobic conditions, the NADH and fermentable carbon source generated in the strain are reduced by other genes induced by anaerobic expression, for example, lactate or lactate. It can be used to make ethanol, succinate, etc., so it can be competitive with the 1,3-propanediol production pathway. Therefore, when producing 1,3-propanediol from the fermentable carbon source according to the production method has a disadvantage in that the productivity is low. In addition, under anaerobic culture conditions, there is a problem that it is difficult to produce a large amount of 1,3-propanediol from glucose in a short time due to the deterioration of the strain.

따라서, 본 발명의 목적은 서로 다른 유기체들의 공동배양을 통해 글루코즈와 같은 저가의 탄소원으로부터 1,3-프로판디올을 높은 효율로 생산하는 방법을 제공하는 것이다. It is therefore an object of the present invention to provide a method for producing 1,3-propanediol with high efficiency from a low cost carbon source such as glucose through coculture of different organisms.

본 발명은 하기 단계를 포함하는, 글리세롤 생산 유기체와 1,3-프로판디올 생산 유기체의 공동 배양에 의하여 1,3-프로판디올을 생산하는 방법을 제공한다:The present invention provides a method for producing 1,3-propanediol by co-culture of a glycerol producing organism and a 1,3-propanediol producing organism, comprising the following steps:

(a) NAD+-의존성 디히드로게나제 활성을 갖고 NAD+를 NADH로 전환시키는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자로 형질전환된 1,3-프로판디올 생산 유기체와 글리세롤 생산 유기체를 상기 글리세롤 생산 유기체 : 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체 = 1 : 0.01 내지 1 : 1의 세포 비율로 혼합하는 단계;(a) NAD + - dependent dehydrogenase claim having activity for the NAD + transformed with a gene encoding a polypeptide of 1,3-propanediol and glycerol producing organism to produce an organism which converts NADH glycerol producing organisms: the first , 3-propanediol producing organism = 1: mixing at a cell ratio of from 0.01 to 1: 1;

(b) 단당류, 올리고당류, 다당류 또는 단일 탄소 기질로 구성되는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 탄소원 존재하에서 상기 글리세롤 생산 유기체와 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체를 미세호기적(microaerobic) 조건하에서 혼합 배양하는 단계; 및(b) mixing the glycerol producing organism and the 1,3-propanediol producing organism under microaerobic conditions in the presence of at least one carbon source selected from the group consisting of monosaccharides, oligosaccharides, polysaccharides or single carbon substrates. Culturing; And

(c) 상기 배양물로부터 1,3-프로판디올을 분리하는 단계.(c) separating 1,3-propanediol from the culture.

본 발명의 (a) 단계에 있어서, 상기 글리세롤 생산 유기체는 아스퍼질러스 (Aspergillus), 사카로마이세스 (Saccharomyces) 속, 또는 글리세롤 생산에 관여하는 유전자로 형질전환된 재조합 유기체로부터 선택될 수 있다. 상기 재조합 유기체는 에세리키아 (Escherichia), 시트로박터 (Citrobacter), 엔테로박터 (Enterobacter), 클로스트리듐 (Clostridium), 클렙시엘라 (Klebsiella), 에어로박터 (Aerobacter), 락토바실러스 (Lactobacillus), 쉬조사카로마이세스 (Schizosaccharomyces), 지고사카로마이세스 (Zygosaccharomyces), 피치아(Pichia), 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces), 칸디다 (Candida), 한세눌라 (Hansenula), 데바리오마이세스 (Debaryomyces), 뮤코 (Mucor), 토룰롭시스 (Torulopsis), 메틸로박터 (Methylobacter), 살모넬라 (Salmonella), 바실러스 (Bacillus), 스트렙토마이세스 (Streptomyces), 수도모나스 (Pseudomonas) 및 코리네박테리움 (Corynebacterium)으로 구성된 속의 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 바람직하게는, 에세리키아 (Escherichia) 속의 대장균이다. In step (a) of the present invention, the glycerol producing organism may be selected from recombinant organisms transformed with Aspergillus, Saccharomyces, or genes involved in glycerol production. The recombinant organisms include Escherichia, Citroacter, Enterobacter, Clostridium, Klebsiella, Aerobacter, Lactobacillus, Shizozosaccharomyces, Zygosaccharomyces, Pichia, Kluyveromyces, Candida, Hansenula, Debaryomyces, Debaryomyces, Muco, Torulopsis, Methylobacter, Salmonella, Bacillus, Streptomyces, Pseudomonas and Corynebacterium It may be selected from the group of the genus composed. Preferably, E. coli of the genus Escherichia.

또한, 상기 글리세롤 생산에 관여하는 유전자는 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자 및 글리세롤-3-포스파타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자가 포함되나, 여기에 한정되는 것은 아니다. 상기 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자의 예에는 GPD1, GPD2, GPD3, DAR1, gpsA, GUT2, glpD 및 glpABC로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 유전자가 포함된다. 또한, 상기 글리세롤-3-포스파타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자의 예에는 GPP1 및 GPP2로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상의 유전자가 포함되나, 여기에 한정되는 것은 아니다. In addition, genes involved in glycerol production include genes encoding polypeptides having glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity and genes encoding polypeptides having glycerol-3-phosphatase activity, but are not limited thereto. no. Examples of the gene encoding the polypeptide having the glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity include one or more genes selected from the group consisting of GPD1, GPD2, GPD3, DAR1, gpsA, GUT2, glpD and glpABC. In addition, examples of genes encoding polypeptides having glycerol-3-phosphatase activity include, but are not limited to, one or more genes selected from the group consisting of GPP1 and GPP2.

상기 1,3-프로판디올 생산 유기체는 시트로박터 (Citrobacter), 엔테로박터 (Enterobacter), 클로스트리듐 (Clostridium), 클렙시엘라 (Klebsiella), 락토바실러스 (Lactobacillus) 속, 또는 1,3-프로판디올 생산에 관여하는 유전자로 형질전환된 재조합 유기체로부터 선택되는 것일 수 있다. 상기 재조합 유기체는 에세리키아 (Escherichia), 에어로박터 (Aerobacter), 쉬조사카로마이세스 (Schizosaccharomyces), 지고사카로마이세스 (Zygosaccharomyces), 피치아 (Pichia), 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces), 칸디다 (Candida), 한세눌라(Hansenula), 데바리오마이세스 (Debaryomyces), 뮤코 (Mucor), 토룰롭시스 (Torulopsis), 메틸로박터 (Methylobacter), 살모넬라 (Salmonella), 바실러스 (Bacillus), 스트렙토마이세스 (Streptomyces), 수도모나스 (Pseudomonas) 및 코리네박테리움 (Corynebacterium)으로 구성된 속의 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 바람직하게는, 에세리키아 (Escherichia) 속의 대장균이다. The 1,3-propanediol producing organism is Citrobacter, Enterobacter, Clostridium, Klebsiella, Lactobacillus genus, or 1,3-propane It may be selected from recombinant organisms transformed with the genes involved in diol production. The recombinant organism is Escherichia, Aerobacter, Schizosaccharomyces, Zygosaccharomyces, Pichia, Kluyveromyces, Candida (Candida), Hansenula, Debaryomyces, Muco, Torulopsis, Methylobacter, Salmonella, Bacillus, Streptomyces Streptomyces, Pseudomonas and Corynebacterium may be selected from the group of the genus. Preferably, E. coli of the genus Escherichia.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 1,3-프로판디올 생산에 관여하는 유전자로서, (a) 1종 이상의 디히드라타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자; (b) 1종 이상의 디히드라타제 재활성화 인자를 코딩하는 유전자; 및 (c) 1종 이상의 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자를 포함할 수 있다. 상기 디히드라타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자는 글리세롤 디히드라타제를 코딩하는 유전자 및 디올 디히드라타제를 코딩하는 유전자로 구성된 군에서 선택되는 것일 수 있다. 또한, 상기 디히드라타제 재활성화 인자는 dha 레귤론에서 유래된 orfX 및 orfZ로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것일 수 있다. 그러나, 상기 1,3-프로판디올 생산에 관여하는 유전자는 상기 예에 한정되는 것은 아니며, 당업계에 알려진 어느 것이나 이용할 수 있다. In the method of the present invention, a gene involved in the production of 1,3-propanediol, comprising: (a) a gene encoding a polypeptide having at least one dihydratase activity; (b) a gene encoding at least one dihydratase reactivation factor; And (c) a gene encoding a polypeptide having at least one 1,3-propanediol oxidoreductase activity. The gene encoding the polypeptide having dihydratase activity may be selected from the group consisting of a gene encoding glycerol dihydratase and a gene encoding diol dihydratase. In addition, the dihydratase reactivation factor may be selected from the group consisting of orfX and orfZ derived from the dha regulator. However, genes involved in the production of 1,3-propanediol are not limited to the above examples, and any one known in the art can be used.

본 발명에 있어서, 1,3-프로판디올 생산 유기체는 NAD+-의존성 디히드로게나제 활성을 갖고 NAD+를 NADH로 전환시킬 수 있는 폴리펩티드를 코딩하고 있는 유전자에 의하여 형질전환된 유기체이다. 상기 NAD+-의존성 디히드로게나제는 숙주 유기체로부터 유래된 내인성 유전자일 수도 있고 기타 박테리아, 효모 또는 곰팡이와 같은 다른 미생물에서 유래된 외인성 유전자일 수도 있다. 예를 들면, 대장균 DH5α로부터 유래된 NAD+-의존성 말레이트 디히드로게나제(sfcA)와 NAD+-의존성 알파-케토글루타레이트 디히드로게나제(α-ketoglutarate dehydrogenase) 및 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)로부터 유래된 NAD+-의존성 이소시트레이트 디히드로게나제(IDH), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)로부터 유래된 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제(FDH) 등이 있다. 본 발명의 실시예에서는 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)로부터 유래된 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제(FDH)를 일 예로서 사용하였다.In the present invention, 1,3-propanediol producing organisms NAD + - is transformed organism by gene that encodes a polypeptide that can have dependent dehydrogenase activity convert NAD + to NADH. The NAD + -dependent dehydrogenase may be an endogenous gene derived from a host organism or may be an exogenous gene derived from other microorganisms such as other bacteria, yeasts or fungi. For example, NAD + -dependent malate dehydrogenase (sfcA) and NAD + -dependent alpha-ketoglutarate dehydrogenase and Saccharomyces cerevisiae derived from E. coli DH5α. NAD + -dependent isocitrate dehydrogenase (IDH) derived from Saccharomyces cerevisiae, NAD + -dependent formate dehydrogenase (FDH) derived from Staphylococcus aureus, etc. There is this. In the embodiment of the present invention, NAD + -dependent formate dehydrogenase (FDH) derived from Staphylococcus aureus was used as an example.

본 발명에 있어서, "형질전환"이란 유전자 그 자체 및 그 형질전환 카셋트에 의하여 형질전환된 것을 포함한다. 상기 "형질전환 카셋트"란 외래유전자를 가지고 있으며 외래 유전자 외에 특정 숙주세포의 형질전환을 용이하게 하는 인자를 갖는 벡터를 말한다. 여기서 벡터란 자가복제서열, 게놈삽입서열, 파지 또는 뉴클레오티드 서열, 선형 또는 원형, 단일 또는 이중가닥의 DNA 혹은 RNA이다. 일반적으로 벡터에는 적당한 유전자의 전사 및 번역을 지시하는 서열, 선택마커, 및 자가복제 또는 염색체 삽입을 허용하는 서열이 포함된다. 벡터의 구체적인 예로는, 플라스미드 벡터(pSE계, pBR계, pUC계, pBluscriptII계, pGEM계, pTZ계, pET계)와 파지 또는 코스미드 벡터(pWE15, M13, EMBL3, EMBL4, FIX II, DASH II, ZAP II, gt11, Charon4A, Charon21A) 등이 있다.In the present invention, "transformation" includes those transformed by the gene itself and its transformation cassette. The "transformation cassette" refers to a vector having a foreign gene and having a factor that facilitates transformation of a specific host cell in addition to the foreign gene. Here, the vector is a self-replicating sequence, a genomic insertion sequence, a phage or nucleotide sequence, linear or circular, single or double stranded DNA or RNA. Generally, vectors include sequences that direct the transcription and translation of appropriate genes, selection markers, and sequences that allow self-replicating or chromosomal insertion. Specific examples of the vector include plasmid vectors (pSE, pBR, pUC, pBluscriptII, pGEM, pTZ, and pET) and phage or cosmid vectors (pWE15, M13, EMBL3, EMBL4, FIX II, DASH II). , ZAP II, gt11, Charon4A, Charon21A), and the like.

본 발명의 (a) 단계에 있어서, 상기 글리세롤 생산 유기체 : 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체는 1 : 0.01 내지 1 : 1의 비율로 혼합하는 것이 바람직하나, 여기에 한정되는 것은 아니다. In step (a) of the present invention, the glycerol producing organism: the 1,3-propanediol producing organism is preferably mixed in a ratio of 1: 0.01 to 1: 1, but is not limited thereto.

본 발명의 (b) 단계에 있어서, 사용되는 탄소원은 선택되는 글리세롤 생산 유기체와 1,3-프로판디올 생산 유기체의 종류에 따라 달라 질 수 있다. 상기 탄소원의 예에는 단당류로서 포도당 및 프럭토즈 등이 포함되며, 올리고당류로서 자당, 유당 및 말토즈 등이 포함되며, 다당류로서 녹말이 포함되며, 단당류로서 CO2 등이 포함되나, 이들 예에 한정되는 것은 아니며, 당업계에 탄소원으로서 알려진 것이면 어느 것이나 사용할 수 있다. 본 발명의 공동 배양 조건은 사용되는 유기체의 종류에 따라 다르며, 혐기성 조건 또는 미세호기성 조건에서 배양될 수 있다. 바람직하게는 미세호기성 조건에서 배양되는 것이다. 본 발명에 있어서, "미세호기적 조건"이란 대기압 중의 산소 분압 즉, 약 0.2 기압 보다 낮은 산소 분압을 갖는 조건을 말한다. 미생물을 액체 배양하는 경우에 있어서, "미세호기적 조건"이란 동일한 온도와 압력하의 순수 중의 용존 산소량 포화량(mg/l)(dissolved oxygen tension)(DOT)의 20 %이하의 산소 농도를 말한다. 바람직하게는 상기 산소 농도는 20 % DOT 이하, 바람직하게는 10 % DOT 이하, 더 바람직하게는 5 % DOT, 및 가장 바람직하게는 1 % DOT 이하의 산소 농도를 의미한다. 본 발명에서는 일반적으로 미생물의 호기적 배양을 위해 미생물 배양 플라스크 마개로 사용되는 면전을 사용하지 않고 실리콘 발포마개(silistopper)를 사용함으로써 배양 플라스크 내 원활한 산소 공급을 차단하여 미생물의 배양 상태가 자연적으로 미세호기적 배양 조건이 유지되도록 하였다.In step (b) of the present invention, the carbon source used may vary depending on the type of glycerol producing organism and 1,3-propanediol producing organism being selected. Examples of the carbon source include glucose and fructose as monosaccharides, sucrose, lactose and maltose as oligosaccharides, starch as polysaccharides, CO 2 and the like as monosaccharides, but are limited to these examples. It may be used as long as it is known in the art as a carbon source. The co-culture conditions of the present invention vary depending on the type of organism used, and can be cultured under anaerobic conditions or microaerobic conditions. Preferably it is cultured in microaerobic conditions. In the present invention, "microaerobic conditions" refer to conditions having an oxygen partial pressure in atmospheric pressure, that is, an oxygen partial pressure lower than about 0.2 atm. In the case of liquid culture of microorganisms, "microaerobic conditions" refers to an oxygen concentration of 20% or less of the dissolved oxygen tension (DOT) in pure water under the same temperature and pressure. Preferably the oxygen concentration means 20% DOT or less, preferably 10% DOT or less, more preferably 5% DOT, and most preferably 1% DOT or less. In the present invention, by using a silicone foam stopper instead of the face used as a microbial culture flask stopper for aerobic cultivation of microorganisms in general, the microbial culture is naturally fine by blocking the smooth oxygen supply in the culture flask. Aerobic culture conditions were maintained.

본 발명의 (c) 단계에 있어서, 1,3-프로판디올은 당업계에 알려진 통상적인 분리 방법에 따라 분리될 수 있다. 예를 들면, 배양물로부터 여과나 원심분리를 통하여 바이오매스를 제거한 다음 얻어진 상등액을 증류나 추출 등의 방법에 의하여 분리될 수 있다 In step (c) of the present invention, 1,3-propanediol may be separated according to conventional separation methods known in the art. For example, after removing the biomass from the culture by filtration or centrifugation, the obtained supernatant may be separated by a method such as distillation or extraction.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example

실시예 1 : 글리세롤 3-포스페이트 디히드로게나제(GPD1)의 발현 카세트 제작Example 1 Preparation of Expression Cassette of Glycerol 3-Phosphate Dehydrogenase (GPD1)

한국생명공학연구원 유전자원센터 유전자은행(KCTC)으로부터 분양받은 사카로마이세스 세레비지에 (Saccharomyces cerevisiae: KCTC 0119) 균주에서 게놈 DNA를 추출하였다. 추출된 DNA를 주형으로 하여 5'말단 NheI 인지부위 및 3'말단 SacI 인지부위의 염기서열을 포함하는 합성 프라이머(서열번호 1과 2)를 사용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 수행하고 GPD1(NCBI X76859, SGD GPD1/YDL022W)을 증폭 단리하였다. 증폭 단리된 GPD1 유전자 절편을 TOPO TA Cloning 키트(Invitrogen사, 미국)를 사용, pCR2.1 벡터에 클로닝하여 pCGD1을 제작하였다. Genomic DNA was extracted from Saccharomyces cerevisiae (KCTC 0119) strain, which was distributed by the Korea Institute of Bioscience and Biotechnology. Using the extracted DNA as a template, polymerase chain reaction (PCR) was carried out using synthetic primers (SEQ ID NOs: 1 and 2) containing the nucleotide sequences of the 5'-terminal NheI recognition site and the 3'-terminal SacI recognition site, and GPD1 ( NCBI X76859, SGD GPD1 / YDL022W) was amplified isolated. Amplified isolated GPD1 gene fragment was cloned into pCR2.1 vector using TOPO TA Cloning kit (Invitrogen, USA) to prepare pCGD1.

상기 제작된 pCGD1을 NheI과 SacI 제한효소로 처리하여 전기영동을 수행한 후 Qiagen 젤 회수용 키트를 이용하여 GPD1 유전자 절편을 회수하였다. 또한 발현벡터 pSE380(Invitrogen사, 미국)을 NheI과 SacI 제한효소로 처리한 다음 AP(alkaline phosphatase)를 다시 처리하고 상기 방법과 같이 pSE380 벡터를 회수하였다. 위에서 만들어진 NheI 및 SacI으로 절단된 GPD1 유전자 절편을 NheI/SacI/AP 처리된 pSE380 벡터에 동일 부위 내로 클로닝하여 발현카세트 pSGD1을 제작하였다.After the electrophoresis was performed by treating the prepared pCGD1 with NheI and SacI restriction enzymes, GPD1 gene fragments were recovered using a Qiagen gel recovery kit. In addition, the expression vector pSE380 (Invitrogen, USA) was treated with NheI and SacI restriction enzymes and then treated with AP (alkaline phosphatase) again to recover the pSE380 vector as described above. The expression cassette pSGD1 was constructed by cloning the NDL-SecI-generated GPD1 gene fragment into NheI / SacI / AP-treated pSE380 vectors into the same site.

실시예 2 : 글리세롤 3-포스파타제(GPP2)의 발현카세트 제작Example 2 Preparation of Expression Cassette of Glycerol 3-Phosphatase (GPP2)

실시예 1의 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae: KCTC 0119)의 게놈 DNA를 주형으로 하여 5'말단 NheI 인지부위 및 3'말단 SacI 인지부위의 염기서열을 포함하는 합성 프라이머(서열번호 3과 4)를 사용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 수행하고 GPP2(SGD HOR2/YER062C)를 증폭 단리하였다. 증폭 단리된 GPP2 유전자 절편을 TOPO TA Cloning 키트(Invitrogen사, 미국)를 사용, pCR2.1 벡터에 클로닝하여 pCGP2를 제작하였다. Synthetic primer (SEQ ID NO: 3) comprising a nucleotide sequence of 5 'terminal NheI recognition site and 3' terminal SacI recognition site using genomic DNA of Saccharomyces cerevisiae (KCTC 0119) as a template And 4) was used to perform polymerase chain reaction (PCR) and amplification isolation of GPP2 (SGD HOR2 / YER062C). Amplified isolated GPP2 gene fragment was cloned into pCR2.1 vector using TOPO TA Cloning kit (Invitrogen, USA) to prepare pCGP2.

상기 제작된 pCGP2를 실시예 1과 같이 NheI과 SacI 제한효소로 처리하여 GPP2 유전자 절편을 회수하였고, 이를 NheI/SacI/AP(alkaline phosphatase) 처리된 발현벡터 pSE380에 동일 부위 내로 클로닝하여 발현카세트 pSGP2를 제작하였다. The prepared pCGP2 was treated with NheI and SacI restriction enzymes as in Example 1 to recover the GPP2 gene fragment, which was cloned into NheI / SacI / AP (alkaline phosphatase) treated expression vector pSE380 into the same site to express the expression cassette pSGP2. Produced.

실시예 3 : GPD1 및 GPP2 유전자 동시 발현카세트 및 형질전환 대장균 제작Example 3: co-expression cassette and transgenic E. coli of GPD1 and GPP2 genes

각각의 trc 프로모터(전사조절 유전자 서열)와 터미네이터에 의해 발현이 조절되는 pSGD1과 pSGP2를 하나의 발현벡터 안에 하나의 trc 프로모터에 의해 전사되어질 수 있도록 하기 의하여 pSGD1 플라스미드에 GPP2 유전자 절편을 삽입하는 방법을 사용하였다.A method of inserting a GPP2 gene segment into a pSGD1 plasmid by allowing pSGD1 and pSGP2, whose expression is regulated by each trc promoter and transcription terminator, to be transcribed by one trc promoter into one expression vector Used.

먼저, 하나의 프로모터에 의해 두개의 유전자가 전사되기 위해서는 프로모터와 터미네이터 사이에 목적으로 하는 유전자들이 위치해 있어야 하고 또한 이 유전자들 서열 앞에 리보좀 결합 서열(RBS; ribosome-binding site)이 각각 포함된 형태의 유전자 구조(오페론; operon)를 가지고 있어야 한다.First, in order for two genes to be transcribed by one promoter, a target gene must be located between the promoter and the terminator, and a ribosome-binding site (RBS) is included in front of the gene sequences. Must have a genetic structure (operon)

이를 위해 본 실시예에서는 리보좀(ribosome) 결합 서열과 GPP2 유전자 절편을 함유하는 새로운 pCRGP2를 제작하였다. 상기 실시예2에서 클로닝된 pSGP2 플라스미드를 주형으로 하여 pSE380에 존재하는 리보좀 결합서열을 포함하는 5'말단 SacI 인지부위를 가진 합성 프라이머(서열번호 5)와 실시예 2에서 사용된 3'말단 SacI 인지부위를 가진 합성 프라이머(서열번호 4)를 사용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 수행하고 리보좀 결합서열(RBS)을 포함한 GPP2를 증폭 단리하였다. 증폭 단리된 RBS/GPP2 유전자 절편을 TOPO TA Cloning 키트(Invitrogen사, 미국)를 사용, pCR2.1 벡터에 클로닝하여 pCRGP2를 제작하였다.In this example, a new pCRGP2 containing a ribosome binding sequence and a GPP2 gene fragment was constructed. Synthetic primer (SEQ ID NO: 5) having a 5 'terminal SacI recognition site comprising a ribosomal binding sequence present in pSE380 using the pSGP2 plasmid cloned in Example 2 as a template and the 3' terminal SacI recognition used in Example 2 Polymerase chain reaction (PCR) was carried out using a synthetic primer having a site (SEQ ID NO: 4) and amplification and isolation of GPP2 including ribosomal binding sequence (RBS). Amplified isolated RBS / GPP2 gene segments were cloned into pCR2.1 vector using TOPO TA Cloning kit (Invitrogen, USA) to prepare pCRGP2.

상기 제작된 pCRGP2를 SacI 제한효소로 처리하여 RBS/GPP2 유전자 절편을 회수하였고 이를 실시예 1에서 제작된 pSGD1을 SacI/AP 처리한 발현벡터의 동일 부위 내로 클로닝하여 pSG1이라 명명된 발현카세트를 제작하였다. 상기 발현카세트를 대장균 숙주세포(DH5α)에 도입하여 최종적으로 형질이 전환된 대장균 DH5α(pCJP-005)을 제작하였다.The prepared pCRGP2 was treated with SacI restriction enzyme to recover the RBS / GPP2 gene fragment, and the pSGD1 prepared in Example 1 was cloned into the same site of the SacI / AP-treated expression vector to prepare an expression cassette named pSG1. . The expression cassette was introduced into E. coli host cells (DH 5α) to prepare E. coli DH5α (pCJP-005) which was finally transformed.

실시예 4 :Example 4: 형질전환된 대장균 DH5α(pCJP-005)로부터 글리세롤의 생산Production of Glycerol from Transformed Escherichia Coli DH5α (pCJP-005)

본 실시예에서는 상기 실시예 3에서 제작된 형질전환된 대장균 DH5α(pCJP-005)을 이용하여 글루코즈로부터 글리세롤 생산여부를 확인하였다.In this example, the production of glycerol from glucose was confirmed using the transformed E. coli DH5α (pCJP-005) prepared in Example 3.

먼저, 대장균 DH5α(pCJP-005)가 자란 콜로니(colony) 하나를 100㎍/㎖의 암피실린(ampicillin)을 포함하는 3ml의 LB 배지에 접종하고, 37℃에서 16시간 동안 배양하였다. 상기 대장균 배양액 1ml를 하기 글리세롤 생산배지 50 ml가 들어있는 250 ml용 진탕 플라스크에 첨가하고, 실리콘 발포마개(silistopper)로 배지 주입구를 막은 다음, 37 ℃에서 48 시간 동안 50 rpm, 200 rpm에서 배양하였다.First, one colony (E. coli) grown with Escherichia coli DH5α (pCJP-005) was inoculated in 3 ml of LB medium containing 100 µg / ml of ampicillin and incubated at 37 ° C for 16 hours. 1 ml of the E. coli culture was added to a 250 ml shake flask containing 50 ml of the following glycerol production medium, the medium inlet was blocked with a silicone stopper, and then cultured at 50 rpm and 200 rpm for 48 hours at 37 ° C. .

상기 글리세롤 생산배지는 증류수 1L에 KH2PO4 8g, (NH4)2HPO 4 8g, MgSO4 2.05g, CaCl2 40mg, FeSO4 40mg 및 미량원소액을 넣고, pH를 6.7로 맞추어 멸균한 것이다. 글리세롤 생산배지에는 미량원소액이 10ml가 들어간다. 미량원소액 조성은 증류수 1L에 CoCl2ㆍ6H2O 0.8g, ZnSO4ㆍ7H2O 0.4g, Na 2MoO4ㆍ2H2O 0.4g, CuCl2ㆍ2H2O 0.2g, H3BO3 0.1g, HCl(37%)이 포함되어 있다. 또한, 따로 멸균된 글루코즈와 이스트 익스트렉트 (yeast extract)를 상기 글리세롤 생산배지에 각각 20g/L와 5g/L로 맞추어 혼합하고, 여기에 항생제(ampicillin 100㎍/㎖) 및 IPTG(1mM)를 대장균 접종 전에 첨가시킨다.The glycerol production medium is sterilized by adding 8 g of KH 2 PO 4, 8 g of (NH 4 ) 2 HPO 4 , 2.05 g of MgSO 4 , 40 mg of CaCl 2, 40 mg of FeSO 4 , and a trace element solution to 1 L of distilled water. . The glycerol production medium contains 10 ml of trace element solution. The trace element liquid composition was composed of 0.8 g of CoCl 2 ㆍ 6H 2 O, ZnSO 4 ㆍ 7H 2 O 0.4g, Na 2 MoO 4 ㆍ 2H 2 O 0.4g, CuCl 2 ㆍ 2H 2 O 0.2g, H 3 BO 3 in 1 L of distilled water. 0.1 g, HCl (37%) is included. In addition, separately sterilized glucose and yeast extract (20g / L and 5g / L, respectively) to the glycerol production medium, mixed with antibiotics (ampicillin 100㎍ / ㎖) and IPTG (1mM) Add before E. coli inoculation.

생산된 글리세롤과 소비된 글루코즈 양을 분석하기 위하여 HPLC 모듈타입 (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator)을 이용하였다.HPLC module type (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator) was used to analyze the amount of glycerol produced and glucose consumed.

대장균 배양액 분석결과, 대장균을 pSE380 벡터로 형질전환시킨 대조군에서는 글리세롤 생산을 확인할 수 없었으나, 대장균 DH5α(pCJP-005)를 이용한 실험군에서는 50 rpm에서는 1.562g/L, 200 rpm에서 3.980g/L의 글리세롤이 생산되었다. 본 분석결과를 통해 글루코즈로부터 글리세롤로의 전환은 상대적으로 용존산소 농도가 낮은 미세호기적 배양조건(50 rpm) 보다는 용존산소 농도가 다소 높은 미세호기적(microaerobic) 배양조건(200 rpm)에서 글리세롤 생합성이 높음을 확인할 수 있었다(표1 참조).As a result of E. coli culture analysis, glycerol production was not found in the control group transformed with E. coli pSE380 vector, but in the experimental group using E. coli DH5α (pCJP-005), 1.562 g / L at 50 rpm and 3.980 g / L at 200 rpm Glycerol was produced. From the results of the analysis, the conversion of glucose to glycerol was relatively different from that of microaerobic culture conditions (50 rpm) with relatively low dissolved oxygen concentrations, and glycerol biosynthesis under microaerobic culture conditions (200 rpm) with slightly higher dissolved oxygen concentrations. This high was confirmed (see Table 1).

표 1. 형질전환대장균 DH5α(pSE380) 및 DH5α(pCJP-005)에 의한 글루코즈의 글리세롤로의 전환 (단위:g/L) Table 1. Conversion of glucose to glycerol by transgenic E. coli DH5α (pSE380) and DH5α (pCJP-005) (unit: g / L)

형질전환체Transformant 교반속도Stirring speed 소비된 글루코즈Consumed Glucose 생산된 글리세롤Produced Glycerol DH5α(pSE380)대조군DH5α (pSE380) control 50 rpm50 rpm 10.00010.000 0.0000.000 200 rpm200 rpm 10.00010.000 0.0000.000 DH5α(pCJP-005)실험군DH5α (pCJP-005) experimental group 50 rpm50 rpm 6.4846.484 1.5621.562 200 rpm200 rpm 10.00010.000 3.9803.980

실시예 5 : 클렙시엘라 뉴모니에 dha 레귤론의 서브클로닝 및 형질전환 대장균 제작Example 5 Subcloning and Transgenic Escherichia Coli of Klebsiella pneumoniae

본 실시예에서는 글리세롤을 1,3-프로판디올로 전환시키는 활성을 갖고 있는 클렙시엘라 뉴모니에 (Klebsiella pneumoniae)의 글리세롤 디히드라타제 유전자(dhaB), 디히드라타제 재활성화 인자(orfX, orfZ) 및 NADH-의존성 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제(dhaT)를 포함하는 dha 레귤론 (NCBI acession U30903)을 서브클로닝하기 앞서, dha 레귤론의 염기서열 정보를 확보하기 위하여 미국 국립생물정보센터(NCBI)(www.ncbi.nlm.nih.gov)의 유전자 검색을 이용하였다.In this embodiment, the glycerol dihydratase gene (dhaB), dihydratase reactivation factors (orfX, orfZ) of Klebsiella pneumoniae, which has the activity of converting glycerol to 1,3-propanediol And prior to subcloning the dha regulatory (NCBI acession U30903) containing NADH-dependent 1,3-propanediol oxidoreductase (dhaT), the National Institute of Biological Information (US) (NCBI) (www.ncbi.nlm.nih.gov) gene search was used.

미국 ATCC(American Type Culture Collection)로부터 분양받은 클렙시엘라 뉴모니에(Klebsiella pneumoniae: ATCC 25955) 균주에서 Qiagen사 염색체 회수용 키트를 이용하여 게놈 DNA를 추출하였다. 본 실시예에서 서브클로닝할 dha 레귤론의 유전자군 크기가 9kb 이상으로 한번의 중합효소 연쇄반응(PCR)을 통해 대상 유전자군의 증폭이 어려움으로 상기 유전자군을 두 개의 소군(유전자군 A과 유전자군 B)으로 나누어 증폭한 뒤 다시 하나의 군으로 합치는 방법을 사용하여 dha 레귤론을 서브클로닝하였다.Genomic DNA was extracted from a Klebsiella pneumoniae (ATCC 25955) strain from the American Type Culture Collection (ATCC) using a Qiagen chromosome recovery kit. In this embodiment, the gene group size of the dha regulators to be subcloned is 9 kb or more, and thus, it is difficult to amplify the target gene group through a single polymerase chain reaction (PCR). Subcloning of the dha regulators was performed by dividing into group B), amplifying and then combining into one group.

먼저 두 개의 유전자 소군들을 증폭하기 위해 두 쌍의 합성 프라이머를 제작하였다. 한 쌍은 5'말단 HindIII 인지부위를 가진 프라이머(서열번호 6)와 dha 레귤론 내부 염기서열 중 3'말단 KpnI 절단 염기서열을 포함한 프라이머(서열번호 7)이다. 다른 한 쌍은 dha 레귤론 내부 염기서열 중 앞쪽 3'말단 KpnI과 연결하기 위해 dha 레귤론 내부 염기서열 중 5'말단 KpnI 절단 염기서열을 포함한 프라이머(서열번호 8)와 3'말단 EcoRI 인지부위를 가진 프라이머(서열번호 9)이다.First, two pairs of synthetic primers were prepared to amplify the two gene subgroups. One pair is a primer having a 5'-terminal HindIII recognition site (SEQ ID NO: 6) and a primer containing a 3'-terminal KpnI cleavage sequence of the dha regulatory base (SEQ ID NO: 7). The other pair uses a primer (SEQ ID NO: 8) and a 3 'terminal EcoRI recognition site containing a 5' terminal KpnI cleavage sequence of the dha regulator internal sequence to link with the front 3 'terminal KpnI of the dha regulatory constant. Primer (SEQ ID NO: 9).

dha 레귤론 유전자군 A를 증폭하기 위해 상기 추출된 클렙시엘라 뉴모니에 게놈 DNA를 주형으로 하여 5'말단 HindIII 인지부위 및 3'말단 KpnI 인지부위의 염기서열을 포함하는 합성 프라이머(서열번호 6과 7)를 사용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 수행하고 유전자군 A를 증폭 단리하였다. 증폭 단리된 dha 레귤론 유전자군 A 절편을 TOPO TA Cloning 키트(Invitrogen사, 미국)를 사용, pCR2.1 벡터에 클로닝하여 pCDA를 제작하였다. Synthetic primer (SEQ ID NO: 6) comprising the base sequences of the 5'-terminal HindIII recognition site and the 3'-terminal KpnI recognition site using genomic DNA as a template for amplifying the dha regulation gene group A (SEQ ID NO: 6). And 7) was used to perform polymerase chain reaction (PCR) and genogroup A was amplified and isolated. Amplified isolated dha regulator gene group A fragment was cloned into pCR2.1 vector using TOPO TA Cloning kit (Invitrogen, USA) to prepare pCDA.

dha 레귤론 유전자군 B를 증폭하기 위해 상기 추출된 클렙시엘라 뉴모니에 게놈 DNA를 주형으로 하여 5'말단 KpnI 인지부위 및 3'말단 EcoRI 인지부위의 염기서열을 포함하는 합성 프라이머(서열번호 8과 9)를 사용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 수행하고 유전자군 B를 증폭 단리하였다. 증폭 단리된 dha 레귤론 유전자군 B 절편을 TOPO TA Cloning 키트(Invitrogen사, 미국)를 사용, pCR2.1 벡터에 클로닝하여 pCDB를 제작하였다.Synthetic primer (SEQ ID NO: 8) comprising the base sequences of the 5'-terminal KpnI recognition site and the 3'-terminal EcoRI recognition site, using genomic DNA as the template for amplifying dha regulation gene group B (SEQ ID NO: 8). And 9) were used to perform polymerase chain reaction (PCR) and genogroup B was amplified and isolated. Amplified isolated dha regulator gene group B fragment was cloned into pCR2.1 vector using TOPO TA Cloning kit (Invitrogen, USA) to prepare pCDB.

Dha 레귤론 유전자군 A와 B를 합치기 위하여 먼저 두 유전자군을 하나로 합칠 벡터를 제작하였다. 삽입되는 유전자군들의 크기가 매우 커 클로닝의 효율이 떨어질 수 있으므로 기존의 pCR2.1 벡터의 크기(3.9kb)를 줄이기 위해 DraI 제한효소를 처리하여 벡터 내부의 항생제저항 마커(marker) 중 암피실린(ampicillin)-저항 마커를 제거하였다. 따라서, 본 벡터(pCR2.1/Kan)에는 카나마이신(kanamycin) 항생제에 대한 저항 마커만 가지고 있다. 상기 제작된 pCDA를 HindIII/KpnI으로 처리하여 유전자군 A 절편을 회수하였고 이를 발현벡터, pCR2.1/Kan을 HindIII/KpnI/AP로 처리한 동일부위에 클로닝하여 pCR/Kan-A를 제작하였다. 또한, pCDB를 KpnI/EcoRI으로 처리하여 유전자군 B 절편을 회수하였고 이를 앞서 제작된 KpnI/EcoRI/AP로 처리한 pCR/Kan-A 벡터의 동일부위에 클로닝하여 pCRRZ이라 명명된 dha 레귤론 유전자군 발현카세트를 제작하였다. 또한, pCRRZ를 HindIII/XbaI으로 처리하여 dha 레귤론 유전자군 절편을 회수하였고 이를 HindIII/XbaI/AP를 처리하여 제작된 저카피수 벡터인 pCL1920벡터의 동일부위에 클로닝하여 pCLRZ이라 명명된 또 다른 dha 레귤론 유전자군 발현카세트를 제작하였다. 상기 발현카세트들의 프로모터와 터미네이터는 외부에서 인위적으로 제공된 것이 아닌 클렙시엘라 뉴모니에의 dha 레귤론 자체의 것들을 이용하여 글리세롤로부터 1,3-프로판디올 생산에 관련된 유전자들이 발현되도록 제작되었다. 이 후 pCRRZ와 pCLRZ을 대장균 숙주세포(DH5α)에 도입하여 최종적으로 형질이 전환된 대장균 DH5α(pCRRZ)와 DH5α(pCLRZ)을 제작하였다.To combine the Dha regulatory gene groups A and B, first, a vector was created to combine the two gene groups into one. Since the size of the gene group to be inserted can be very large, cloning efficiency can be reduced, and ampicillin among antibiotic resistance markers in the vector is processed by processing DraI restriction enzyme to reduce the size of the existing pCR2.1 vector (3.9kb). ) -Resistance markers were removed. Therefore, this vector (pCR2.1 / Kan) has only resistance markers for kanamycin antibiotics. The prepared pCDA was treated with HindIII / KpnI to recover a gene group A fragment, and the expression vector, pCR2.1 / Kan, was cloned into the same site treated with HindIII / KpnI / AP to prepare pCR / Kan-A. In addition, pCDB was treated with KpnI / EcoRI to recover genogroup B fragments, which were cloned into the same region of the previously prepared pCR / Kan-A vector treated with KpnI / EcoRI / AP, and a group of dha regulatory genes named pCRRZ. An expression cassette was produced. In addition, pCRRZ was treated with HindIII / XbaI to recover the dha regulatory gene fragment, which was cloned into the same region of pCL1920 vector, a low copy number vector prepared by HindIII / XbaI / AP, and another dha named pCLRZ. The regulation gene expression cassette was produced. The promoters and terminators of the expression cassettes were designed to express genes related to 1,3-propanediol production from glycerol using those of Klebsiella pneumoniae dha regulator itself, which is not provided externally artificially. Subsequently, pCRRZ and pCLRZ were introduced into E. coli host cells (DH5α) to prepare E. coli DH5α (pCRRZ) and DH5α (pCLRZ) which were finally transformed.

실시예 6 :Example 6: 형질전환된 대장균 DH5α(pCLRZ)로부터 1,3-프로판디올의 생산Production of 1,3-propanediol from transformed E. coli DH5α (pCLRZ)

본 실시예에서는 상기 실시예 5에서 제작된 형질전환된 대장균 DH5α(pCLRZ)을 이용하여 글리세롤로부터 1,3-프로판디올 생산여부를 확인하였다.In this example, the production of 1,3-propanediol from glycerol was confirmed using the transformed E. coli DH5α (pCLRZ) prepared in Example 5.

먼저, 대장균 DH5α(pCLRZ)이 자란 콜로니(colony) 하나를 100㎍/㎖의 스펙티노마이신(spectinomycin)을 포함하는 3ml의 LB 배지에 접종하고, 37℃에서 16시간 동안 배양하였다. 상기 대장균 배양액 1ml를 하기 1,3-프로판디올 생산배지 50ml가 들어있는 250 ml용 진탕 플라스크에 첨가하고, 실리콘 발포마개로 배지 주입구를 막은 다음, 37℃에서 48시간 동안 50rpm, 200rpm에서 배양하였다. First, one colony (colon) grown with E. coli DH5α (pCLRZ) was inoculated in 3 ml of LB medium containing 100 µg / ml of spectinomycin and incubated at 37 ° C for 16 hours. 1 ml of the E. coli culture was added to a 250 ml shake flask containing 50 ml of 1,3-propanediol production medium, and the medium inlet was blocked with a silicone foam stopper, and then cultured at 50 rpm and 200 rpm for 48 hours at 37 ° C.

상기 1,3-프로판디올 생산배지는 증류수 1L에 Na2HP4 6g, KH2PO4 3g, NH4Cl 2g, NaCl 0.5g, 이스트 익스트렉트(yeast extract) 5g 및 MgSO4 2mM을 넣고, pH를 6.8로 맞추어 멸균한 것이다. 또한, 따로 멸균된 글리세롤을 상기 1,3-프로판디올 생산배지에 20g/L로 맞추어 혼합하고, 여기에 스펙티노마이신(spectinomycin 100㎍/㎖) 및 보조효소(coenzyme) B12(30nM)를 대장균 접종 전에 첨가시킨다.The 1,3-propanediol production medium was put in 1L of distilled water, Na 2 HP 4 6g, KH 2 PO 4 3g, NH 4 Cl 2g, NaCl 0.5g, yeast extract 5g and MgSO 4 2mM, Sterilized by adjusting the pH to 6.8. In addition, the sterilized glycerol was mixed with the 1,3-propanediol production medium at 20 g / L and mixed therein, and inoculated with E. coli with spectinomycin (100 μg / ml) and coenzyme B12 (30 nM). Add before.

생산된 1,3-프로판디올과 소비된 글리세롤 양을 분석하기 위하여 HPLC 모듈타입 (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator)을 이용하였다.The HPLC module type (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator) was used to analyze the amount of 1,3-propanediol and glycerol consumed.

대장균 배양액 분석결과, 대장균을 pCL1920 벡터로 형질전환시킨 대조군에서는 1,3-프로판디올 생산을 확인할 수 없었으나, DH5α(pCLRZ)을 이용한 실험군에서는 50rpm 의 미세호기적 배양조건에서 6.060g/L, 그 보다 용존산소 농도가 다소 높은 미세호기적 조건(200rpm)에서는 1.994g/L의 1,3-프로판디올이 생산되었다. 본 분석결과를 통해 글리세롤로부터 1,3-프로판디올로의 전환은 배양액 내 용존산소 농도가 상대적으로 다소 낮은 50rpm의 미세호기적 배양조건에서 1,3-프로판디올 생합성이 높음을 확인할 수 있었다(표2 참조).As a result of E. coli culture analysis, 1,3-propanediol production was not found in the control group transformed with E. coli pCL1920 vector, but in the experimental group using DH5α (pCLRZ) 6.060g / L at 50rpm microaerobic culture conditions, the At slightly higher aerobic conditions (200 rpm), 1.994 g / L of 1,3-propanediol was produced. The results showed that the conversion of glycerol to 1,3-propanediol showed high 1,3-propanediol biosynthesis at 50 rpm microaerobic culture conditions with relatively low dissolved oxygen concentration in the culture medium (Table 2).

표 2. 형질전환대장균 DH5α(pCLRZ)에 의한 글리세롤로부터 1,3-프로판디올 생산 (g/L)Table 2. Production of 1,3-propanediol from glycerol by transgenic E. coli DH5α (pCLRZ) (g / L)

형질전환체Transformant 교반속도Stirring speed 소비된 글리세롤Consumed Glycerol 1,3-프로판디올 생산1,3-propanediol production DH5α(pCL1920)대조군DH5α (pCL1920) control 50rpm50 rpm 8.8958.895 0.0000.000 200rpm200 rpm 9.8709.870 0.0000.000 DH5α(pCLRZ)실험군DH5α (pCLRZ) experimental group 50rpm50 rpm 10.08510.085 6.0606.060 200rpm200 rpm 10.66110.661 1.9941.994

실시예 7 :Example 7: 글리세롤 생산 대장균 DH5α(pCJP-005)와 1,3-프로판디올 생산 대장균 DH5α(pCRRZ)의 공동배양을 통한 글루코즈로부터 1,3-프로판디올의 생산Production of 1,3-propanediol from glucose through co-culture of glycerol-producing E. coli DH5α (pCJP-005) and 1,3-propanediol production E. coli DH5α (pCRRZ)

본 실시예에서는 상기 실시예 3과 실시예 5에서 제작된 형질전환된 대장균 DH5α(pCJP-005)과 대장균 DH5α(pCRRZ) 각각을 공동배양하여 글루코즈로부터 1,3-프로판디올 생산여부를 확인하였다.In this example, the transformed E. coli DH5α (pCJP-005) and E. coli DH5α (pCRRZ) produced in Example 3 and Example 5 were co-cultured to confirm the production of 1,3-propanediol from glucose.

먼저, 대장균 DH5α(pCJP-005)와 대장균 DH5α(pCRRZ)가 자란 콜로니(colony) 각각 하나를 100㎍/㎖의 암피실린(ampicillin)과 25㎍/㎖의 카나마이신(kanamycin)을 포함하는 3ml의 LB 배지에 각각 접종하고, 37℃에서 16시간 동안 배양하였다. 상기 각각의 대장균 배양액 1ml씩을 하기 1,3-프로판디올 생산 통합배지 50ml가 들어있는 250 ml 용 진탕 플라스크에 첨가하고, 각각 실리콘 발포마개와 면전 마개로 배지 주입구를 막은 다음, 37℃에서 24시간, 48시간 동안 200rpm에서 배양하였다.First, 3 ml of LB medium containing 100 μg / ml of ampicillin and 25 μg / ml of kanamycin, each colony grown with E. coli DH5α (pCJP-005) and E. coli DH5α (pCRRZ). Were inoculated respectively and incubated at 37 ° C. for 16 hours. 1 ml of each E. coli culture was added to a 250 ml shake flask containing 50 ml of 1,3-propanediol production integrated medium, and the media inlet was closed with a silicone foam stopper and a face stopper, respectively, and then at 37 ° C. for 24 hours, Incubated at 200 rpm for 48 hours.

상기 1,3-프로판디올 생산 통합배지는 증류수 1L에 KH2PO4 8g, (NH4) 2HPO4 8g, MgSO4 2.05g, CaCl2 40mg, FeSO4 40mg 및 미량원소액을 넣고, pH를 6.7로 맞추어 멸균한 것이다. 1,3-프로판디올 생산 통합배지에는 미량원소액이 10ml가 들어간다. 미량원소액 조성은 증류수 1L에 CoCl2ㆍ6H2O 0.8g, ZnSO4ㆍ7H2 O 0.4g, Na2MoO4ㆍ2H2O 0.4g, CuCl2ㆍ2H2O 0.2g, H3BO3 0.1g, HCl(37%)이 포함되어 있다. 또한, 따로 멸균된 글루코즈와 이스트 익스트렉트(yeast extract)를 상기 1,3-프로판디올 생산 통합배지에 각각 10g/L와 5g/L로 맞추어 혼합하고, 여기에 IPTG(1mM) 및 보조효소(coenzyme) B12(30nM)을 대장균 접종 전에 첨가시킨다.The 1,3-propanediol production integrated medium was placed in 1 L of distilled water, Kg 2 PO 4 8g, (NH 4 ) 2 HPO 4 8g, MgSO 4 2.05g, CaCl 2 40mg, FeSO 4 40mg and a trace element solution, pH Sterilized to 6.7. The 1,3-propanediol production integrated medium contains 10 ml of trace element solution. The trace element liquid composition was composed of 0.8 g of CoCl 2 ㆍ 6H 2 O, ZnSO 4 ㆍ 7H 2 O 0.4g, Na 2 MoO 4 ㆍ 2H 2 O 0.4g, CuCl 2 ㆍ 2H 2 O 0.2g, H 3 BO 3 in 1 L of distilled water. 0.1 g, HCl (37%) is included. In addition, separately sterilized glucose and yeast extract (10 g / L and 5 g / L, respectively) to the 1,3-propanediol production integrated medium, and mixed with IPTG (1 mM) and coenzyme ( coenzyme) B12 (30 nM) is added before E. coli inoculation.

생산된 1,3-프로판디올과 글리세롤, 소비된 글루코즈 양을 분석하기 위하여 HPLC 모듈타입 (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator)을 이용하였다.The HPLC module type (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator) was used to analyze the amount of 1,3-propanediol, glycerol and glucose consumed.

대장균 배양액 분석결과, 면전 마개를 사용하여 호기적 배양 조건에서 대장균 DH5α(pCJP-005)와 대장균 DH5α(pCRRZ)를 공동배양하였을 경우, 글리세롤은 24 시간, 48 시간 배양시 각각 3.328 g/L, 3.112 g/L 생산되었으나, 1,3-프로판디올은 생산되지 않았으며, 실리콘 발포마개를 사용한 미세호기적인 배양조건(200 rpm)에서는 글리세롤과 1,3-프로판디올이 24시간 배양 시 각각 3.367g/L, 0.472g/L와 48시간 배양 시 각각 1.533g/L, 0.790g/L가 생산되었음을 확인할 수 있었다. 본 결과를 통해 실리콘 발포마개를 사용한 미세호기적인 배양조건(200rpm)에서 글루코즈로부터 글리세롤 생합성은 실시예 4와 유사한 결과를 얻었으나 글리세롤로부터 1,3-프로판디올로의 전환은 뛰어나지 못함을 확인할 수 있었다. 이러한 원인은 실시예 6에서와 같이 글리세롤로부터 1,3-프로판디올의 생합성이 용존산소 농도가 다소 낮은 배양조건에서 더 잘 이루어지기 때문이다. 또한, 면전 마개를 통해 산소공급이 원활한 호기적 배양조건에서는 글리세롤로부터 1,3-프로판디올의 생산이 전혀 이루어지지 않음을 확인할 수 있었다. As a result of E. coli culture analysis, when E. coli DH5α (pCJP-005) and E. coli DH5α (pCRRZ) were co-cultured in aerobic culture conditions using the presence cap, glycerol was 3.328 g / L and 3.112 for 24 hours and 48 hours, respectively. g / L was produced, but 1,3-propanediol was not produced, and under aerobic culture conditions (200 rpm) using a silicone foam stopper, glycerol and 1,3-propanediol were 3.367 g / L for 24 hours of incubation, respectively. It was confirmed that 1.533g / L and 0.790g / L were produced in L, 0.472g / L and 48 hours of incubation, respectively. The results showed that glycerol biosynthesis from glucose was similar to Example 4 under microaerobic culture conditions (200rpm) using silicone foam stopper, but it was confirmed that the conversion from glycerol to 1,3-propanediol was not excellent. . This is because, as in Example 6, the biosynthesis of 1,3-propanediol from glycerol is better at culture conditions with slightly lower dissolved oxygen concentrations. In addition, it was confirmed that the production of 1,3-propanediol from the glycerol at all in aerobic culture conditions with a smooth oxygen supply through the face stopper.

표 3. 형질전환대장균 DH5α(pCJP-005) & DH5α(pCRRZ)의 공동배양에 의한Table 3. Co-culture of transformed E. coli DH5α (pCJP-005) & DH5α (pCRRZ)

글루코즈로부터 1,3-프로판디올 생산 (g/L)Production of 1,3-propanediol from glucose (g / L)

공동 배양 형질전환체Co-culture transformants 마개stopper 배양시간(시간)Incubation time (hours) 소비된 글루코즈(g)Glucose consumed (g) 생산된 글리세롤(g/l)Produced Glycerol (g / l) 생산된 1,3-프로판디올(g/l)1,3-propanediol produced (g / l) DH5α(pCJP-005) & DH5α(pCRRZ)DH5α (pCJP-005) & DH5α (pCRRZ) 실리콘 발포마개Silicone foam stopper 2424 10.00010.000 3.3673.367 0.4720.472 4848 10.00010.000 1.5331.533 0.7900.790 면전 마개Face plug 2424 10.00010.000 3.3283.328 0.0000.000 4848 10.00010.000 3.1123.112 0.0000.000

실시예 8 : NADExample 8 NAD ++ -의존성Dependence 디히드로게나제 유전자의 서브클로닝 및 형질전환 대장균 제작Subcloning and Transgenic Escherichia Coli of Dehydrogenase Gene

본 실시예에서는 NAD+-의존성 디히드로게나제 활성을 갖고 NAD+를 NADH로 전환시킬 수 있는 폴리펩티드를 코딩하고 있는 유전자 중 외인성 유전자로서 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)의 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제(FDH) (NCBI acession AP004822.1)를 서브클로닝하여 클렙시엘라 뉴모니에(Klebsiella pneumoniae)의 dha 레귤론을 포함하고 있는 대장균 DH5α(pCLRZ)에 도입하였다.In this embodiment, NAD + - dependent dehydrogenase claim having activity as an exogenous gene of the gene, which encodes a polypeptide capable of converting NAD + to NADH Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) of NAD + - dependent PO Mate dehydrogenase (FDH) (NCBI acession AP004822.1) was subcloned and introduced into E. coli DH5α (pCLRZ) containing the dha regulator of Klebsiella pneumoniae.

미국 ATCC(American Type Culture Collection)로부터 분양받은 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus)(ATCC 6538) 균주에서 Qiagen사 염색체 회수용 키트를 이용하여 게놈 DNA를 추출하였다. 추출된 DNA를 주형으로 하여 5'말단 NdeI 인지부위 및 3'말단 NsiI 인지부위의 염기서열을 포함하는 합성 프라이머(서열번호 10과 11)를 사용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 수행하고 FDH를 증폭 단리하였다. 증폭 단리된 FDH 유전자 절편을 TOPO TA Cloning 키트(Invitrogen사, 미국)를 사용, pCR2.1 벡터에 클로닝하여 pCFDH를 제작하였다. 상기 FDH 유전자는 자체 프로모터없이 시작코돈(start codon)부터 클로닝되었으므로 외부에서 프로모터를 도입하여야 정상적으로 작동할 수 가 있다. FDH의 정상적인 발현을 위해 숙주세포에 존재하는 프로모터 중 배지 내 글루코즈에 의해 발현이 유도되는 ptsG 유전자의 프로모터와 배지 내 글리세롤 존재 시 발현이 증가하는 sucA 유전자의 프로모터를 클로닝하여 FDH 유전자에 도입하였다. 대장균 DH5α의 게놈 DNA를 주형으로 하여 각각 5'말단 HindIII 인지부위 및 3'말단 NdeI 인지부위의 염기서열을 포함하는 합성 프라이머(ptsG 프로모터: 서열번호 12,13; sucA 프로모터: 서열번호 14,15)를 사용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 수행하고 ptsG 프로모터와 sucA 프로모터를 증폭 단리하였다. 증폭 단리된 ptsG 프로모터와 sucA 프로모터 절편을 TOPO TA Cloning 키트(Invitrogen사, 미국)를 사용, pCR2.1 벡터에 클로닝하여 각각 pCPP와 pCSP를 제작하였다.Genomic DNA was extracted from a Staphylococcus aureus (ATCC 6538) strain from the American Type Culture Collection (ATCC) using a Qiagen chromosome recovery kit. Using the extracted DNA as a template, polymerase chain reaction (PCR) was carried out using synthetic primers (SEQ ID NOs: 10 and 11) including the nucleotide sequences of the 5'-terminal NdeI recognition site and the 3'-terminal NsiI recognition site, and FDH Amplification was isolated. Amplified isolated FDH gene fragment was cloned into pCR2.1 vector using TOPO TA Cloning kit (Invitrogen, USA) to prepare pCFDH. Since the FDH gene has been cloned from the start codon without its own promoter, it may be normally operated by introducing a promoter from the outside. For the normal expression of FDH, the promoter of ptsG gene whose expression is induced by glucose in medium among the promoters present in the host cell and the promoter of sucA gene whose expression is increased in the presence of glycerol in medium were cloned and introduced into the FDH gene. Synthetic primer (ptsG promoter: SEQ ID NO: 12,13; sucA promoter: SEQ ID NO: 14,15) containing the nucleotide sequences of the 5 'terminal HindIII recognition site and the 3' terminal NdeI recognition site, respectively, using genomic DNA of E. coli DH5α as a template The polymerase chain reaction (PCR) was performed and the ptsG promoter and sucA promoter were amplified and isolated. Amplified isolated ptsG promoter and sucA promoter fragments were cloned into pCR2.1 vector using TOPO TA Cloning kit (Invitrogen, USA) to prepare pCPP and pCSP, respectively.

상기 제작된 pCFDH를 NdeI과 SpeI 제한효소로 처리하여 전기영동을 수행한 후 Qiagen 젤 회수용 키트를 이용하여 FDH 유전자 절편을 회수하였다. 또한, pCPP와 pCSP를 NdeI과 SpeI 제한효소로 처리한 다음 AP(alkaline phosphatase)를 각각 다시 처리하고 상기 방법과 같이 pCPP와 pCSP를 회수하였다. 상기에서 만들어진 NdeI 및 SpeI으로 절단된 FDH 유전자 절편을 NdeI/SpeI/AP 처리된 pCPP 및 pCSP 벡터 동일 부위 내로 클로닝하여 발현카세트 pCPF와 pCSF를 제작하였다. 이 후 pCPF와 pCSF를 상기 실시예 5에서 제작된 대장균 DH5α(pCLRZ)에 도입하여 최종적으로 두 개의 발현카세트가 도입된 형질전환 대장균 DH5α(pCLRZ/pCPF)와 DH5α(pCLRZ/pCSF)를 제작하였다.PCFDH was treated with NdeI and SpeI restriction enzymes, followed by electrophoresis, and the FDH gene fragment was recovered using a Qiagen gel recovery kit. In addition, pCPP and pCSP were treated with NdeI and SpeI restriction enzymes, and then AP (alkaline phosphatase) was retreated, and pCPP and pCSP were recovered as described above. An expression cassette pCPF and pCSF were prepared by cloning the FDH gene fragment cut with the NdeI and SpeI prepared above into the same site with the NdeI / SpeI / AP treated pCPP and pCSP vectors. Subsequently, pCPF and pCSF were introduced into E. coli DH5α (pCLRZ) prepared in Example 5 to prepare transformed Escherichia coli DH5α (pCLRZ / pCPF) and DH5α (pCLRZ / pCSF).

실시예 9 :Example 9: 형질전환된 대장균 DH5α(pCLRZ/pCPF)와 DH5α(pCLRZ/pCSF)로부터 1,3-프로판디올의 생산Production of 1,3-propanediol from transformed E. coli DH5α (pCLRZ / pCPF) and DH5α (pCLRZ / pCSF)

본 실시예에서는 상기 실시예 8에서 제작된 형질전환된 대장균 DH5α(pCLRZ/pCPF)와 대장균 DH5α(pCLRZ/pCSF)를 이용하여 글리세롤로부터 1,3-프로판디올 생산여부를 확인하였다.In this example, the production of 1,3-propanediol from glycerol was confirmed using the transformed E. coli DH5α (pCLRZ / pCPF) and E. coli DH5α (pCLRZ / pCSF) prepared in Example 8.

먼저, 대장균 DH5α(pCLRZ/pCPF)와 대장균 DH5α(pCLRZ/pCSF)가 자란 콜로니(colony) 하나를 각각 100㎍/㎖의 암피실린(ampicillin)과 100㎍/㎖의 스펙티노마이신(spectinomycin)을 포함하는 3ml의 LB 배지에 접종하고, 37℃에서 16시간 동안 배양하였다. 각각의 상기 대장균 배양액 1ml를 하기 1,3-프로판디올 생산배지 50ml가 들어있는 250 ml 용 진탕 플라스크에 첨가하고, 실리콘 발포마개로 배지 주입구를 막은 다음, 37℃에서 24시간 동안 200rpm에서 배양하였다. First, one colony in which Escherichia coli DH5α (pCLRZ / pCPF) and Escherichia coli DH5α (pCLRZ / pCSF) was grown, each containing 100 µg / ml ampicillin and 100 µg / ml spectinomycin Inoculated in 3 ml of LB medium and incubated for 16 hours at 37 ℃. 1 ml of each E. coli culture was added to a 250 ml shake flask containing 50 ml of 1,3-propanediol production medium, the medium inlet was blocked with a silicone foam stopper, and then cultured at 200 rpm for 24 hours at 37 ° C.

상기 1,3-프로판디올 생산배지는 증류수 1L에 Na2HP4 6g, KH2PO4 3g, NH4Cl 2g, NaCl 0.5g, 이스트 익스트렉트(yeast extract) 5g 및 MgSO4 2mM을 넣고, pH를 6.8로 맞추어 멸균한 것이다. 또한, 따로 멸균된 글리세롤을 상기 1,3-프로판디올 생산배지에 20g/L로 맞추어 혼합하고, 여기에 항생제(ampicillin 100㎍/㎖, spectinomycin 100㎍/㎖) 및 보조효소(coenzyme) B12(30nM)을 대장균 접종 전에 첨가시킨다.The 1,3-propanediol production medium was put in 1L of distilled water, Na 2 HP 4 6g, KH 2 PO 4 3g, NH 4 Cl 2g, NaCl 0.5g, yeast extract 5g and MgSO 4 2mM, Sterilized by adjusting the pH to 6.8. In addition, separately sterilized glycerol was mixed at 20 g / L to the 1,3-propanediol production medium, and antibiotics (ampicillin 100 ㎍ / ㎖, spectinomycin 100 ㎍ / ㎖) and coenzyme B12 (30 nM) ) Is added before E. coli inoculation.

생산된 1,3-프로판디올과 소비된 글리세롤 양을 분석하기 위하여 HPLC 모듈타입(Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator)을 이용하였다.The HPLC module type (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator) was used to analyze the produced 1,3-propanediol and the amount of glycerol consumed.

대장균 배양액 분석결과, 대장균을 pCLRZ로 형질전환시킨 대조군의 경우 미세호기적(microaerobic) 조건 200rpm 배양 시 1.177g/L의 1,3-프로판디올이 생산됨을 확인할 수 있었다. 이와는 달리 형질전환 대장균 DH5α(pCLRZ/pCPF)와 형질전환 대장균 DH5α(pCLRZ/pCSF)의 실험군들에서는 1,3-프로판디올이 각각 3.163g/L와 6.120g/L가 생산되었다. 이러한 결과는 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제(FDH) 유전자 도입을 통해 형질전환 대장균 내에 이용가능한 NADH 양을 증가시킬 수 있으므로 결국 NADH-의존성 옥시도리덕타제(NADH-dependent oxidoreductase)의 활성화된 효소(active form)가 증가하여 미세호기적(microaerobic) 배양조건에서도 혐기산물인 1,3-프로판디올의 대량생산을 유도할 수 있었다(표4 참조).As a result of E. coli culture analysis, it was confirmed that the control group transformed with E. coli pCLRZ produced 1.177 g / L of 1,3-propanediol in 200 rpm culture of microaerobic conditions. In contrast, the experimental groups of transformed E. coli DH5α (pCLRZ / pCPF) and transformed E. coli DH5α (pCLRZ / pCSF) produced 3.163 g / L and 6.120 g / L, respectively. These results suggest that the introduction of NAD + -dependent formate dehydrogenase (FDH) gene can increase the amount of NADH available in transgenic E. coli, thus activating the NADH-dependent oxidoreductase. Enzyme (active form) increased to induce the mass production of the anaerobic 1,3-propanediol even under microaerobic culture conditions (see Table 4).

표 4. 형질전환 대장균 DH5α(pCLRZ/pCPF)와 DH5α(pCLRZ/pCSF)에 의한Table 4. Transgenic E. coli DH5α (pCLRZ / pCPF) and DH5α (pCLRZ / pCSF)

글리세롤로부터 1,3-프로판디올 생산 (g/L)1,3-propanediol production from glycerol (g / L)

형질전환체Transformant 소비된 글리세롤Consumed Glycerol 생산된 1,3-프로판디올1,3-propanediol produced DH5α(pCLRZ)DH5α (pCLRZ) 4.3984.398 1.1771.177 DH5α(pCLRZ/pCPF)DH5α (pCLRZ / pCPF) 5.4155.415 3.1633.163 DH5α(pCLRZ/pCSF)DH5α (pCLRZ / pCSF) 11.00811.008 6.1206.120

실시예 10 : NADExample 10 NAD ++ -의존성 포메이트Dependent Formate 디히드로게나제 유전자의 pCRRZ로의 서브클로닝 및 형질전환 대장균 제작Subcloning of Dehydrogenase Gene into pCRRZ and Construction of Transgenic E. Coli

본 실시예에서는 상기 실시예 5에서 제작된 형질전환 카세트 pCRRZ에 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제 유전자(FDH)를 서브클로닝하여 하나의 카세트에 의해 dha 레귤론 유전자들과 포메이트 디히드로게나제 유전자가 동시에 발현되게 하였다.In this example, by subcloning the NAD + -dependent formate dehydrogenase gene (FDH) into the transformation cassette pCRRZ prepared in Example 5, the dha regulator genes and the formate dehydrogena by one cassette The first gene was allowed to be expressed simultaneously.

먼저, 상기 실시예 8에서 제작된 글루코즈에 의해 발현이 유도되는 FDH 유전자를 포함하고 있는 pCPF를 NsiI 제한효소로 처리하여 전기영동을 수행한 후 Qiagen 젤 회수용 키트를 이용하여 ptsG 프로모터-FDH 유전자 절편을 회수하였다. 또한 실시예 5에서 제작된 pCRRZ을 NsiI 제한효소로 처리한 다음 AP(alkaline phosphatase)를 다시 처리하고 상기 방법과 같이 pCRRZ을 회수하였다. 상기에서 NsiI으로 절단된 ptsG 프로모터-FDH 유전자 절편을 NsiI/AP 처리된 pCRRZ 벡터 동일부위 내로 서브클로닝하여 발현카세트 pCJP-023을 제작하였다. 이 후 pCJP-023을 대장균 DH5α에 도입하여 최종적으로 형질전환 대장균 DH5α(pCJP-023)을 제작하였다.First, pCPF containing the FDH gene induced by glucose prepared in Example 8 was treated with NsiI restriction enzymes, followed by electrophoresis, and then ptsG promoter-FDH gene fragment using Qiagen gel recovery kit. Was recovered. In addition, pCRRZ prepared in Example 5 was treated with NsiI restriction enzyme, and then AP (alkaline phosphatase) was again treated and pCRRZ was recovered as described above. An expression cassette pCJP-023 was constructed by subcloning the ptsG promoter-FDH gene fragment cleaved with NsiI into the same region of the NsiI / AP treated pCRRZ vector. Thereafter, pCJP-023 was introduced into Escherichia coli DH5α to finally produce transformed Escherichia coli DH5α (pCJP-023).

실시예 11 :Example 11: 글리세롤 생산 대장균 DH5α(pCJP-005)와 1,3-프로판디올 생산 대장균 DH5α(pCJP-023)의 공동배양을 통한 글루코즈로부터 1,3-프로판디올의 생산Production of 1,3-propanediol from glucose through co-culture of glycerol-producing E. coli DH5α (pCJP-005) and 1,3-propanediol production E. coli DH5α (pCJP-023)

본 실시예에서는 상기 실시예 3과 실시예 10에서 제작된 형질전환된 대장균 DH5α(pCJP-005)와 대장균 DH5α(pCJP-023) 각각을 공동배양하여 글루코즈로부터 1,3-프로판디올 생산여부를 확인하였다.In this example, co-cultivation of each of the transformed Escherichia coli DH5α (pCJP-005) and Escherichia coli DH5α (pCJP-023) prepared in Example 3 and Example 10 confirmed the production of 1,3-propanediol from glucose. It was.

먼저, 대장균 DH5α(pCJP-005)와 대장균 DH5α(pCJP-023)이 자란 콜로니(colony) 각각 하나를 100㎍/㎖의 암피실린(ampicillin)과 25㎍/㎖의 카나마이신(kanamycin)을 포함하는 3ml의 LB 배지에 각각 접종하고, 37℃에서 16시간 동안 배양하였다. 상기 각각의 대장균 배양액 1ml를 하기 1,3-프로판디올 생산 통합배지 50ml가 들어있는 250 ml 용 진탕 플라스크에 첨가하고, 실리콘 발포마개로 배지 주입구를 막은 다음, 37℃에서 24시간, 48시간 동안 200rpm에서 배양하였다.First, 3 ml of colony (coony) from which Escherichia coli DH5α (pCJP-005) and Escherichia coli DH5α (pCJP-023) were grown, each containing 100 µg / ml of ampicillin and 25 µg / ml of kanamycin Each was inoculated in LB medium and incubated at 37 ° C. for 16 hours. 1 ml of each E. coli culture was added to a 250 ml shake flask containing 50 ml of 1,3-propanediol production integrated medium, the medium inlet was closed with a silicone foam stopper, and then 200 rpm for 24 hours at 37 ° C. for 48 hours. Incubated at.

상기 1,3-프로판디올 생산 통합배지는 실시예 7과 동일하며 배양실험에 필요 시 포메이트(formate; pH 6.8, 30mM)을 대장균 접종 전에 첨가시킨다.The 1,3-propanediol production integrated medium is the same as in Example 7, and if necessary for the culture experiment, formate (formate; pH 6.8, 30 mM) is added before inoculation of E. coli.

생산된 1,3-프로판디올과 잔여 글리세롤, 글루코즈 양을 분석하기 위하여 HPLC 모듈타입(Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator)을 이용하였다.HPLC module types (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator) were used to analyze the amount of 1,3-propanediol, residual glycerol and glucose.

대장균 배양액 분석결과, 대장균 DH5α(pCJP-005)와 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제 유전자(FDH)를 도입한 대장균 DH5α(pCJP-023)을 공동배양하였을 경우, 포메이트 디히드로게나제 유전자를 도입하지 않은 대조군보다 1,3-프로판디올의 생산성이 2배 이상 증가함을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라 1,3-프로판디올 생산 통합배지에 포메이트를 첨가하여 형질전환 대장균들을 공동배양하였을 경우 1,3-프로판디올의 생산성이 증가함이 또한 확인되었다. 배지 내 포메이트 첨가에 따른 1,3-프로판디올 생산성의 증가원인은 1,3-프로판디올 생산 대장균에 도입된 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제(FDH)에 의해 대장균 내로 흡수된 포메이트가 1,3-프로판디올 생산에 필요한 NADH로 전환되었기 때문이다(표5 참조).E. coli culture analysis revealed that formate dehydrogenase gene was co-cultured with E. coli DH5α (pCJP-005) and E. coli DH5α (pCJP-023) incorporating NAD + -dependent formate dehydrogenase gene (FDH). It can be seen that the productivity of 1,3-propanediol increased more than two times compared to the control without introducing. In addition, it was also confirmed that the productivity of 1,3-propanediol was increased when co-culture of transgenic E. coli was added by adding formate to the 1,3-propanediol production integrated medium. The cause of the increase in 1,3-propanediol productivity due to the addition of formate in the medium is the formate absorbed into E. coli by NAD + -dependent formate dehydrogenase (FDH) introduced into 1,3-propanediol producing E. coli. Is converted to NADH, which is required for 1,3-propanediol production (see Table 5).

표 5. 형질전환대장균 DH5α(pCJP-005) & DH5α(pCRRZ) 또는 DH5α(pCJP-005) & DH5α(pCJP-023) 의 공동배양에 의한 글루코즈로부터 1,3-프로판디올 생산 (g/L)Table 5. Production of 1,3-propanediol from glucose by co-culture of transgenic E. coli DH5α (pCJP-005) & DH5α (pCRRZ) or DH5α (pCJP-005) & DH5α (pCJP-023) (g / L)

공동배양형질전환체Coculture transformants 배양 시간Incubation time 포메이트 첨가Formate addition 소비된 글루코즈Consumed Glucose 생산된 글리세롤Produced Glycerol 생산된 1,3-프로판디올1,3-propanediol produced DH5α(pCJP-005) & DH5α(pCRRZ)DH5α (pCJP-005) & DH5α (pCRRZ) 24 시간24 hours radish 10.00010.000 3.3673.367 0.4720.472 48 시간48 hours 10.00010.000 1.5331.533 0.7900.790 DH5α(pCJP-005) &DH5α(pCJP-023)DH5α (pCJP-005) & DH5α (pCJP-023) 24 시간24 hours 10.00010.000 1.4641.464 1.4871.487 48 시간48 hours 10.00010.000 0.0000.000 1.6321.632 24 시간24 hours U 10.00010.000 0.8700.870 1.7191.719 48 시간48 hours 10.00010.000 0.0000.000 1.8611.861

실시예 12 :Example 12: 글리세롤 생산 대장균 DH5α(pCJP-005)과 1,3-프로판디올 생산 대장균 DH5α(pCJP-023)의 공동배양시 대장균 혼합비율에 따른 글루코즈로부터 1,3-프로판디올의 생산Production of 1,3-propanediol from glucose according to the mixing ratio of E. coli DH5α (pCJP-005) and 1,3-propanediol production in co-culture of E. coli DH5α (pCJP-023)

본 실시예에서는 상기 실시예 3과 실시예 10에서 제작된 형질전환된 대장균 DH5α(pCJP-005)와 대장균 DH5α(pCJP-023) 각각의 혼합비율을 달리하여 공동배양시 글루코즈로부터 1,3-프로판디올 생산차이를 확인하였다.In this example, 1,3-propane from glucose was co-cultured by varying the mixing ratio of each of the transformed E. coli DH5α (pCJP-005) and E. coli DH5α (pCJP-023) prepared in Example 3 and Example 10. Diol production difference was confirmed.

먼저, 대장균 DH5α(pCJP-005)와 대장균 DH5α(pCJP-023)이 자란 콜로니(colony) 각각 하나를 100㎍/㎖의 암피실린(ampicillin)과 25㎍/㎖의 카나마이신(kanamycin) 을 포함하는 3ml의 LB 배지에 각각 접종하고, 37℃에서 16시간 동안 배양하였다. 상기 각각의 대장균 배양액 0.01 ml ~ 1 ml를 포메이트(Formate; pH 6.8, 30mM)가 첨가된 실시예 7과 동일한 1,3-프로판디올 생산 통합배지 50ml가 들어있는 250 ml 용 진탕 플라스크에 첨가하고, 실리콘 발포마개로 배지 주입구를 막은 다음, 37℃에서 48시간 동안 50 rpm, 및 200 rpm에서 배양하였다(표 6 참조).First, 3 ml of colony (coony) in which E. coli DH5α (pCJP-005) and E. coli DH5α (pCJP-023) were grown, each containing 100 μg / ml of ampicillin and 25 μg / ml of kanamycin Each was inoculated in LB medium and incubated at 37 ° C. for 16 hours. 0.01 ml to 1 ml of each E. coli culture was added to a 250 ml shake flask containing 50 ml of the same 1,3-propanediol production integrated medium as in Example 7 to which Formate (pH 6.8, 30 mM) was added. The medium inlet was blocked with a silicone foam stopper and then incubated at 37 rpm for 50 hours at 50 rpm and 200 rpm (see Table 6).

생산된 1,3-프로판디올과 글리세롤, 소비된 글루코즈 양을 분석하기 위하여 HPLC 모듈타입(Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator)을 이용하였다.HPLC module types (Waters 510 pump, Waters 717 Autosampler, Waters 400 RI detector, SP 4290 Intergrator) were used to analyze the amount of 1,3-propanediol, glycerol and glucose consumed.

대장균 배양액 분석결과, 글리세롤 생산대장균 (DH5α(pCJP-005))의 초기 혼합비율이 1,3-프로판디올 생산대장균 (DH5α(pCJP-023))보다 같거나 높을수록 1,3-프로판디올의 생산이 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 50 rpm의 미세호기적 배양조건보다는 용존산소 농도가 상대적으로 다소 높은 200 rpm 배양조건에서 1,3-프로판디올의 생산성이 우수함을 확인할 수 있었다 (표 6 참조).As a result of E. coli culture analysis, the production of 1,3-propanediol was higher when the initial mixing ratio of glycerol-producing E. coli (DH5α (pCJP-005)) was equal to or higher than that of 1,3-propanediol producing E. coli (DH5α (pCJP-023)). This increase was confirmed. In addition, it was confirmed that the productivity of 1,3-propanediol was excellent at 200 rpm culture conditions where the dissolved oxygen concentration was relatively higher than the micro-aerobic culture conditions of 50 rpm (see Table 6).

본 발명과 유사한 공동배양법을 통해 글루코즈로부터 1,3-프로판디올의 생산방법을 제시한 문헌의 경우(미국특허 제5,599,689호), 1,3-프로판디올 생산유기체의 비율이 글리세롤 생산유기체 비율보다 높을 경우에 1,3-프로판디올의 생산이 증가하는 반면, 본 발명에서는 글리세롤 생산유기체의 비율이 더 높을 경우 (예; 글리세롤 생산유기체: 1,3-프로판디올 생산유기체 = 1:0.1, 1:0.5)에, 1,3-프로판디올의 생산이 증가하였다. 또한, 본 발명에서는 상기 문헌과 비교시 생산유기체들의 유사한 비율 조건(1:0.1<비율<1:0.5)에서도 1,3-프로판디올 생산수율이 상기 문헌의 결과보다 월등함을 확인할 수 있었다.In the case of the literature suggesting a method for producing 1,3-propanediol from glucose through a coculture method similar to the present invention (US Pat. No. 5,599,689), the proportion of 1,3-propanediol-producing organisms is higher than that of glycerol-producing organisms. In this case, while the production of 1,3-propanediol is increased, in the present invention, when the ratio of glycerol producing organic gas is higher (e.g., glycerol producing organic gas: 1,3-propanediol producing organic gas = 1: 0.1, 1: 0.5) ), The production of 1,3-propanediol increased. In addition, in the present invention, it was confirmed that the yield of 1,3-propanediol was superior to that of the literature even under similar ratio conditions (1: 0.1 <ratio <1: 0.5).

상기 문헌(미국특허 제5,599,689호)과 본 발명의 또 다른 차이점은 혐기적 배양방법이 아닌 산소가 소량 제공되는 미세호기적(microaerobic) 배양조건에서 1,3-프로판디올을 생산한다는 점이다. 혐기적 배양조건에서는 유기체가 NADH를 사용하여 NAD+를 생성함으로써 부족한 산소대신에 생성된 NAD+를 전자수용체로 사용하여 세포에 필요한 에너지를 생산한다. 따라서, 글루코즈로부터 1,3-프로판디올을 생산하기 위해서는 NADH가 필요하기 때문에 혐기적 배양방법이 바람직하다. 그러나, 본 발명에서는 유기체에 NADH를 제공할 수 있는 포메이트 디히드로게나제 유전자를 도입 및 발현시킴으로써 인위적으로 유기체 내에 사용가능한 NADH 양을 증가시켰다. 이로 인해 유기체는 내부의 NADH/NAD+의 산화환원 균형(redox balance)을 조절하기 위해 산소가 소량 제공되는 미세호기적(microaerobic) 배양조건에서도 NADH를 사용하려는 혐기성 대사경로를 강화시키게 되고 따라서 혐기적이 아닌 산소가 제공되는 미세호기적(microaerobic) 배양조건에서도 글루코즈로부터 1,3-프로판디올을 대량 생산할 수 있다.Another difference between the document (US Pat. No. 5,599,689) and the present invention is that it produces 1,3-propanediol in microaerobic culture conditions in which a small amount of oxygen is provided, rather than anaerobic culture methods. In anaerobic culture conditions to organisms that use the NAD + generated in the oxygen rather than sparse by generating NAD + using NADH as an electron acceptor to produce energy for the cells. Therefore, anaerobic culturing is preferred because NADH is required to produce 1,3-propanediol from glucose. However, the present invention artificially increased the amount of NADH available in an organism by introducing and expressing a formate dehydrogenase gene capable of providing NADH to the organism. This enhances the anaerobic metabolic pathway for the use of NADH in microaerobic cultures, where small amounts of oxygen are provided to control the redox balance of NADH / NAD + in the organism. Even in microaerobic culture conditions in which oxygen is provided, 1,3-propanediol can be mass produced from glucose.

표 6. 형질전환대장균 DH5α(pCJP-005)와 DH5α(pCJP-023)의 공동배양시 혼합비율에 따른 글루코즈로부터 1,3-프로판디올 생산차이 비교Table 6. Comparison of 1,3-propanediol production difference from glucose according to the mixing ratio of co-culture of transgenic E. coli DH5α (pCJP-005) and DH5α (pCJP-023)

- 초기 글루코즈 농도 10g/L 단위(g/L) Initial glucose concentration of 10 g / L units (g / L)

공동배양형질전환체Coculture transformants 혼합비율Mixing ratio 교반속도Stirring speed 소비된글루코즈Consumed Glucose 생산된글리세롤Produced Glycerol 생산된 1,3-프로판디올1,3-propanediol produced DH5α(pCJP-005) &DH5α(pCJP-023)DH5α (pCJP-005) & DH5α (pCJP-023) 1:11: 1 50 rpm50 rpm 10.00010.000 0.0000.000 0.4500.450 1:0.011: 0.01 200 rpm200 rpm 10.00010.000 3.1403.140 0.1000.100 1:0.11: 0.1 10.00010.000 0.0000.000 1.8051.805 1:0.51: 0.5 10.00010.000 0.0000.000 1.6801.680 1:11: 1 10.00010.000 0.0000.000 1.4761.476 0.5:10.5: 1 10.00010.000 0.0000.000 0.9740.974 0.1:10.1: 1 10.00010.000 0.0000.000 0.0000.000 0.01:10.01: 1 10.00010.000 0.0000.000 0.0000.000

* 혼합비율 = 글리세롤 생산 대장균 : 1,3-프로판디올 생산 대장균* Mixing ratio = glycerol production E. coli: 1,3-propanediol production E. coli

* 혼합비율 예; 1:1 = 1 ml:1 ml, 1:0.01 = 1 ml:0.01 ml* Mixing ratio example; 1: 1 = 1 ml: 1 ml, 1: 0.01 = 1 ml: 0.01 ml

본 발명에서 사용된 형질전환대장균 DH5α(pCJP-005)와 DH5α(pCJP-023)는 2003년 10월 17일에 국제기탁기관인 한국미생물보존센터에 기탁하였으며, 각각 수탁번호 KCCM-10518 및 KCCM-10519을 부여받았다. Transgenic Escherichia coli DH5α (pCJP-005) and DH5α (pCJP-023) used in the present invention were deposited on the Korea Microorganism Conservation Center, an international depository, on October 17, 2003, respectively, Accession No. KCCM-10518 and KCCM-10519. Was granted.

본 발명의 1,3-프로판디올의 생산방법에 의하면, 동일한 미세호기적(microaerobic) 조건에서 글리세롤 생산 유기체와 1,3-프로판디올 생산 유기체의 공동배양을 통해 각각의 유기체 내에 생성된 NADH를 유기체 성장을 위한 에너지 생산에 사용하거나 글리세롤 생산과정 또는 1,3-프로판디올 생산과정에 적절히 사용하도록 함으로써 결과적으로 글루코즈로부터 1,3-프로판디올의 생산이 효율적으로 이루어질 수 있다.According to the method for producing 1,3-propanediol of the present invention, an NADH produced in each organism through co-culture of a glycerol producing organism and a 1,3-propanediol producing organism under the same microaerobic conditions As a result, the production of 1,3-propanediol from glucose can be efficiently achieved by using it for energy production for growth or appropriately for glycerol production or 1,3-propanediol production.

본 발명에 의하면, 1,3-프로판디올 생산 유기체에 NAD+를 NADH로 환원시킬 수 있는 디히드로게나제 활성을 가진 유전자 도입을 통해 재조합 유기체내에 다량의 NADH 생성을 유도함으로써 혐기적 배양조건에서만 대량 생산되던 1,3-프로판디올을 미세호기적(microaerobic) 배양조건에서도 대량 생산을 가능하게 할 뿐만 아니라, 혐기적이 아닌 미세호기적 조건에서 유기체를 배양함으로써 유기체의 성장을 높일 수 있고 이로 인해 1,3-프로판디올의 생산성 향상을 이루어낼 수 있다. 또한 혐기적 또는 호기적 배양조건의 경우 생산공정의 특성상 산소를 완전히 제거하거나 다량 공급해야 하는 과정이 필요하고 이 과정에서 상당한 생산비용이 발생하는 반면 미세호기적 배양조건은 이보다 낮은 생산비용이 발생한다는 점에서 산업적으로도 비교우위의 진보한 생산방법이 될 수 있다.According to the present invention, induction of a large amount of NADH in a recombinant organism through the introduction of a gene having a dehydrogenase activity capable of reducing NAD + to NADH into a 1,3-propanediol producing organism in large quantities in anaerobic culture conditions Not only enables the mass production of 1,3-propanediol produced under microaerobic culture conditions, but also increases the growth of organisms by culturing the organisms under anaerobic and microaerobic conditions. The productivity improvement of 3-propanediol can be achieved. In addition, anaerobic or aerobic culture conditions require the process of completely removing or supplying a large amount of oxygen due to the nature of the production process, and incurring considerable production costs in this process, while microaerobic culture conditions have lower production costs. In this respect, it can be an advanced production method of comparative advantage industrially.

<110> CJ Corporation <120> Method for the production of 1,3-propanediol from fermentable carbon sources using mixed cultures of two different organisms <160> 15 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 gctagcgatg tctgctgctg ctga 24 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 gagctcctaa tcttcatgta gatc 24 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 gctagcaatg ggattgacta ctaa 24 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 gagctcttac catttcaaca gatc 24 <210> 5 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 gagctcaggt aattataacc cggg 24 <210> 6 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 ggaagcttaa accatccata atatgcc 27 <210> 7 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 ttagctgcag accgtacaga gattg 25 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 tgcttatcca gcggatggac 20 <210> 9 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 ggaattccct gaaatagcac gttaaag 27 <210> 10 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 gggtcatatg tcaaacggtg ccgttt 26 <210> 11 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 atgcatagcc gtgactatac ttagatg 27 <210> 12 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 aagcttgtgc aacttctcca atgatct 27 <210> 13 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 catatgtgaa gatgatcctg agtatgg 27 <210> 14 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 aagcttatcc ggcctacaag tcattac 27 <210> 15 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 15 gttctgcata tggatccctt aagcatc 27<110> CJ Corporation <120> Method for the production of 1,3-propanediol from fermentable carbon sources using mixed cultures of two different organisms <160> 15 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 gctagcgatg tctgctgctg ctga 24 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 gagctcctaa tcttcatgta gatc 24 <210> 3 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 gctagcaatg ggattgacta ctaa 24 <210> 4 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 gagctcttac catttcaaca gatc 24 <210> 5 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 gagctcaggt aattataacc cggg 24 <210> 6 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 ggaagcttaa accatccata atatgcc 27 <210> 7 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 ttagctgcag accgtacaga gattg 25 <210> 8 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 tgcttatcca gcggatggac 20 <210> 9 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 ggaattccct gaaatagcac gttaaag 27 <210> 10 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 gggtcatatg tcaaacggtg ccgttt 26 <210> 11 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 atgcatagcc gtgactatac ttagatg 27 <210> 12 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 aagcttgtgc aacttctcca atgatct 27 <210> 13 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 catatgtgaa gatgatcctg agtatgg 27 <210> 14 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 aagcttatcc ggcctacaag tcattac 27 <210> 15 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 15 gttctgcata tggatccctt aagcatc 27

Claims (15)

(a) NAD+-의존성 디히드로게나제 활성을 갖고 NAD+를 NADH로 전환시키는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자로 형질전환된 1,3-프로판디올 생산 유기체, 및 글리세롤 생산 유기체를 상기 글리세롤 생산 유기체 : 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체 = 1 : 0.01 내지 1 : 1의 세포 비율로 혼합하는 단계;(a) NAD + - dependent dehydrogenase claim having activity of NAD + transformed with a gene encoding a polypeptide which converts NADH into 1,3- propanediol producing organism, and glycerol production organism the glycerol producing organism: the 1,3-propanediol producing organism = 1: mixing at a cell ratio of from 0.01 to 1: 1; (b) 단당류, 올리고당류, 다당류 또는 단일 탄소 기질로 구성되는 군으로부터 선택되는 1 종 이상의 탄소원 존재하에서 상기 글리세롤 생산 유기체와 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체를 미세호기적(microaerobic) 조건에서 혼합 배양하는 단계; 및(b) mixing the glycerol producing organism and the 1,3-propanediol producing organism under microaerobic conditions in the presence of at least one carbon source selected from the group consisting of monosaccharides, oligosaccharides, polysaccharides or single carbon substrates. Culturing; And (c) 상기 배양물로부터 1,3-프로판디올을 분리하는 단계를 포함하는, 글리세롤 생산 유기체와 1,3-프로판디올 생산 유기체의 공동 배양에 의하여 1,3-프로판디올을 생산하는 방법.(c) separating 1,3-propanediol from the culture, the method of producing 1,3-propanediol by co-culture of glycerol producing organisms and 1,3-propanediol producing organisms. 제1항에 있어서, 상기 글리세롤 생산 유기체는 아스퍼질러스 (Aspergillus), 사카로마이세스 (Saccharomyces) 속, 또는 글리세롤 생산에 관여하는 유전자로 형질전환된 재조합 유기체로부터 선택되는 방법.The method of claim 1 wherein the glycerol producing organism is selected from Aspergillus, Saccharomyces, or recombinant organisms transformed with genes involved in glycerol production. 제2항에 있어서, 상기 재조합 유기체가 에세리키아 (Escherichia), 시트로박터 (Citrobacter), 엔테로박터 (Enterobacter), 클로스트리듐 (Clostridium), 클렙시엘라 (Klebsiella), 에어로박터 (Aerobacter), 락토바실러스 (Lactobacillus), 쉬조사카로마이세스 (Schizosaccharomyces), 지고사카로마이세스 (Zygosaccharomyces), 피치아(Pichia), 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces), 칸디다 (Candida), 한세눌라 (Hansenula), 데바리오마이세스 (Debaryomyces), 뮤코 (Mucor), 토룰롭시스 (Torulopsis), 메틸로박터 (Methylobacter), 살모넬라 (Salmonella), 바실러스 (Bacillus), 스트렙토마이세스 (Streptomyces), 수도모나스 (Pseudomonas) 및 코리네박테리움 (Corynebacterium)으로 구성된 속의 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 2, wherein the recombinant organism is Escherichia, Citrobacter, Enterobacter, Clostridium, Klebsiella, Aerobacter, Lactobacillus, Schizosaccharomyces, Zygosaccharomyces, Pichia, Kluyveromyces, Candida, Hansenula, Devari Debaryomyces, Mucor, Torulopsis, Methylobacter, Salmonella, Bacillus, Streptomyces, Pseudomonas and Corynes The method is selected from the group consisting of Corynebacterium. 제1항에 있어서, 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체가 시트로박터 (Citrobacter), 엔테로박터 (Enterobacter), 클로스트리듐 (Clostridium), 클렙시엘라 (Klebsiella), 락토바실러스 (Lactobacillus) 속, 또는 1,3-프로판디올 생산에 관여하는 유전자로 형질전환된 재조합 유기체로부터 선택되는 방법.The method of claim 1, wherein the 1,3-propanediol producing organism is Citrobacter (Enteritacter), Enterobacter (Clostridium), Klebsiella (Klebsiella), Lactobacillus (Lactobacillus) genus, Or a recombinant organism transformed with a gene involved in 1,3-propanediol production. 제4항에 있어서, 상기 재조합 유기체가 에세리키아 (Escherichia), 에어로박터 (Aerobacter), 쉬조사카로마이세스 (Schizosaccharomyces), 지고사카로마이세스 (Zygosaccharomyces), 피치아 (Pichia), 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces), 칸디다 (Candida), 한세눌라(Hansenula), 데바리오마이세스 (Debaryomyces), 뮤코 (Mucor), 토룰롭시스 (Torulopsis), 메틸로박터 (Methylobacter), 살모넬라 (Salmonella), 바실러스 (Bacillus), 스트렙토마이세스 (Streptomyces), 수도모나스 (Pseudomonas) 및 코리네박테리움 (Corynebacterium)으로 구성된 속의 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 4, wherein the recombinant organism is Escherichia, Aerobacter, Schizosaccharomyces, Zygosaccharomyces, Pichia, Cluj Veromai Kluyveromyces, Candida, Hansenula, Debaryomyces, Mucor, Torulopsis, Methylobacter, Salmonella, Bacillus ), Streptomyces, Pseudomonas and Corynebacterium. 제3항에 있어서, 상기 글리세롤 생산에 관여하는 유전자는 GPD1, GPD2, GPD3, DAR1, gpsA, GUT2, glpD 및 glpABC로 구성된 군에서 선택되는 글리세롤-3-포스페이트 디히드로게나제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자인 방법.The method of claim 3, wherein the gene involved in glycerol production encodes a polypeptide having glycerol-3-phosphate dehydrogenase activity selected from the group consisting of GPD1, GPD2, GPD3, DAR1, gpsA, GUT2, glpD and glpABC. How to be a gene. 제3항에 있어서, 상기 글리세롤 생산에 관여하는 유전자는 GPP1 및 GPP2로 구성된 군에서 선택되는 글리세롤-3-포스파타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자인 방법.The method of claim 3, wherein the gene involved in glycerol production is a gene encoding a polypeptide having glycerol-3-phosphatase activity selected from the group consisting of GPP1 and GPP2. 제5항에 있어서, 1,3-프로판디올 생산에 관여하는 유전자로서,The gene according to claim 5, which is involved in 1,3-propanediol production, (a) 1종 이상의 디히드라타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자;(a) a gene encoding a polypeptide having at least one dihydratase activity; (b) 1종 이상의 디히드라타제 재활성화 인자를 코딩하는 유전자; 및(b) a gene encoding at least one dihydratase reactivation factor; And (c) 1종 이상의 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자를 포함하는 방법.(c) a gene comprising a gene encoding a polypeptide having at least one 1,3-propanediol oxidoreductase activity. 제8항에 있어서, 상기 디히드라타제 활성을 갖는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자가 글리세롤 디히드라타제를 코딩하는 유전자 및 디올 디히드라타제를 코딩하는 유전자로 구성된 군에서 선택되는 방법.The method of claim 8, wherein the gene encoding the polypeptide having dihydratase activity is selected from the group consisting of a gene encoding glycerol dihydratase and a gene encoding diol dihydratase. 제8항에 있어서, 상기 디히드라타제 재활성화 인자가 dha 레귤론에서 유래된 orfX 및 orfZ로 이루어지는 군으로부터 선택되는 방법.The method of claim 8, wherein said dihydratase reactivation factor is selected from the group consisting of orfX and orfZ derived from dha regulators. 제1항에 있어서, 상기 1,3-프로판디올 생산 유기체는 1종 이상의 NAD+-의존성 디히드로게나제 활성을 갖고 NAD+를 NADH로 전환시키는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자를 포함하는 방법.The method of claim 1, wherein the 1,3-propanediol producing organism comprises a gene encoding a polypeptide having at least one NAD + -dependent dehydrogenase activity and converting NAD + to NADH. 제11항에 있어서, 상기 유전자는 상기 숙주 유기체로부터 유래된 내인성 유전자이거나 다른 유기체에서 유래된 외인성 유전자인 방법.The method of claim 11, wherein the gene is an endogenous gene derived from the host organism or an exogenous gene derived from another organism. 제1항에 있어서, 상기 NAD+-의존성 디히드로게나제 활성을 갖고 NAD+를 NADH로 전환시키는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자는 스타필로코커스 아우레우스 (Staphylococcus aureus)로부터 유래한 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제(FDH)인 방법.The method of claim 1 wherein the NAD + - dependent dehydrogenase claim has an active gene encoding the polypeptide to convert NAD + to NADH is Staphylococcus aureus (Staphylococcus aureus) by NAD + derived from-dependent formate Dehydrogenase (FDH). 제1항에 있어서, 상기 NAD+-의존성 디히드로게나제 활성을 갖고 NAD+를 NADH로 전환시키는 폴리펩티드를 코딩하는 유전자가 NAD+-의존성 포메이트 디히드로게나제(FDH)이고, 포메이트를 포함하는 배지에서 배양하는 방법.The method of claim 1 wherein the NAD + - including a dependent formate dehydrogenase The (FDH), formate-dependent dehydrogenase claim having activity NAD + is a gene encoding a polypeptide which converts a NADH NAD + Method of culturing in the medium. 제1항에 있어서, 탄소원이 글루코즈인 방법.The method of claim 1 wherein the carbon source is glucose.
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