KR100628394B1 - - preparation of alanine auxotroph by deletion of alanine aminotransferase gene in Corynebacterium and production method of L-lysine using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 코리네박테리움의 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(alanine aminotrasnferase) 유전자를 파괴시킴으로써 알라닌 요구주를 제작하고, 이를 직접 발효법으로 배양하여 발효액 중에 L-라이신을 축적시킨 후 그로부터 L-라이신을 회수함을 특징으로 하는 L-라이신의 제조방법에 관한 것이다.The present invention produces alanine liquor by destroying the alanine aminotrasnferase gene of Corynebacterium, and cultures it by direct fermentation to accumulate L-lysine in fermentation broth, and recover L-lysine therefrom. The present invention relates to a method for producing L-lysine.
코리네박테리움, 알라닌, 아미노트랜스퍼레이즈, L-라이신, L-아미노산Corynebacterium, Alanine, Aminotransferase, L-Lysine, L-Amino Acid
Description
도 1은 본 발명에서 코리네박테리움의 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(alanine aminotransferase: aat) 유전자를 파괴하기 위한 용도로 제작한 서열번호 2의 aat 유전자 단편을 포함하는 재조합 벡터 pCR-Δaat이다.1 is Corynebacterium of alanine amino transferase raised in the present invention: a recombinant vector pCR-Δaat containing (alanine aminotransferase aat) the aat gene fragment of SEQ ID NO: 2, produced for the purpose of destroying the gene.
본 발명은 코리네박테리움의 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(alanine aminotransferase: 이하 aat라 함) 유전자를 파괴시킴으로써 알라닌 요구주를 제작하고, 이를 직접 발효법으로 배양하여 발효액 중에 L-라이신을 축적시킨 후 그로부터 L-라이신을 회수함을 특징으로 하는 L-라이신의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is to produce alanine liquor by destroying the alanine aminotransferase ( aat ) gene of Corynebacterium, and cultured by direct fermentation method to accumulate L- lysine in the fermentation broth and then from there L- lysine The present invention relates to a method for producing L-lysine, characterized by recovering lysine.
코리네박테리움 균주(Corynebacterium), 특히 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)은 L-아미노산 생산에 많이 이용되고 있는 그람 양성의 미생물이다. L-아미노산, 특히 L-라이신은 동물사료, 사람의 의약품 및 약제산 업에 사용되고 있으며 코리네박테리움 균주의 발효에 의해 생성되고 있다. 이와 같이 코리네박테리움 균주를 이용한 L-아미노산의 제법은 중요하기 때문에 그 제조방법을 개선하기 위해 많은 시도가 행해지고 있다.Corynebacterium strain (Corynebacterium), in particular Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum) is a Gram-positive microorganism which is widely used in production of L- amino acids. L-amino acids, especially L-lysine, are used in animal feed, human medicine and pharmaceutical industry and are produced by fermentation of Corynebacterium strains. Thus, since the production of L-amino acid using the Corynebacterium strain is important, many attempts have been made to improve the production method thereof.
그 중에서 재조합 DNA 기술을 이용하여 각각의 L-아미노산 생합성-관련 유전자를 증폭시켜 L-아미노산 생성에 미치는 효과를 연구하고 L-아미노산 생산 코리네박테리움 균주를 개량하려는 연구가 많이 있어 왔다.『Kinoshita, "Glutamic Acid Bacteria" in : Biology of industrial Microorganisms, Demain and Solomon(Eds), Benjamin Chummings, London, UK, 1985, 115-142; Hiliger, BioTec 2, 40-44(1991); Eggeling, Amino Acids 6, 261-272(1994); Jetten and Sinskey, Critical Reviews in Biotechnology 15, 73-103 (1995); 및 Sahm et al, Annuals of the New York Academy of Science 782, 25-39 (1996)』. 또한, 특정유전자를 파괴시키거나 감쇠발현(Underexpression)시킴으로써 L-아미노산 생산 코리네박테리움 균주를 개량하려는 연구가 있었다. 예를 들면, 데구사-휠스 악티엔게젤샤프트의 대한민국 특허공개 제2001-51915호 및 제2001-62279호에는 코리네박테리움 글루타미쿰으로부터 유래된 sucC 및 sucD 유전자 및 zwa2 유전자를 감쇠발현(underexpression)시켜 코리네형 박테리아로부터 L-아미노산의 생산성을 증대시키는 방법이 기술되어 있다. Among them, there have been many studies to amplify each L-amino acid biosynthesis-related gene using recombinant DNA technology to study the effect on L-amino acid production and to improve L-amino acid producing Corynebacterium strains. , "Glutamic Acid Bacteria" in Biology of industrial Microorganisms, Demain and Solomon (Eds), Benjamin Chummings, London, UK, 1985, 115-142; Hiliger, BioTec 2, 40-44 (1991); Eggeling, Amino Acids 6, 261-272 (1994); Jetten and Sinskey, Critical Reviews in Biotechnology 15, 73-103 (1995); And Sahm et al, Annuals of the New York Academy of Science 782, 25-39 (1996). In addition, there have been studies to improve L-amino acid producing Corynebacterium strains by destroying or underexpressing specific genes. For example, Korean Patent Publication Nos. 2001-51915 and 2001-62279 to Degussa-Wheels Actiengegelshaft disclose attenuated expression of sucC and sucD genes and zwa2 genes derived from Corynebacterium glutamicum. A method of increasing the productivity of L-amino acids from coryneform bacteria is described.
또한 외부의 다른 박테리아 유래의 유전자를 도입하는 경우도 있다. 일본 특허공보 제(평)7-121228호에서는, 에스케리키아 콜리 유래의 시트르산 신타제를 암호화하는 유전자를 도입하는 방법이 기술되어 있다. In addition, genes derived from other bacteria may be introduced. In Japanese Patent Laid-Open No. 7-121228, a method of introducing a gene encoding citric acid synthase derived from Escherichia coli is described.
L-아미노산 생산 코리네박테리움 균주의 경우, 각종 탄소원으로부터 해당과정(Glycolysis)을 거쳐 생성된 파이루베이트(pyruvate)가 여러 종류의 아미노산[발린(valine), 이소루신(isoleucine), 루신(leucine), 라이신(lysine), 알라닌(alanine) 등] 생성의 전구체가 된다. 이러한 이유로 특정 아미노산의 생산량을 증가시키고자 할 경우에는, 파이루베이트로부터 유래하는 기타 아미노산의 생산을 저해시켜 줌으로써 궁극적으로 원하는 아미노산만이 생산되도록 균주를 개량한다. In the case of L-amino acid-producing Corynebacterium strains, pyruvate produced through glycolysis from various carbon sources is composed of various amino acids (valine, isoleucine, leucine, and leucine). ), Lysine, alanine, and the like. For this reason, if one wants to increase the production of a particular amino acid, the strain is modified so that only the desired amino acid is ultimately produced by inhibiting the production of other amino acids derived from pyruvate.
현재 코리네박테리움에서 파이루베이트로부터 발린, 이소루신, 루신, 라이신 등의 아미노산을 생성하는 대사경로는 모두 밝혀져 있으며, 이들을 이용한 각종 아미노산 생산균주 개량의 연구가 활발히 진행 중에 있다. 그러나 알라닌(alanine)의 경우에는 파이루베이트로부터 알라닌을 생성하는 경로의 효소가 아직까지 보고되고 있지 않다. Currently, all of the metabolic pathways for producing amino acids such as valine, isoleucine, leucine, and lysine from pyruvate in corynebacterium have been identified, and studies on improving various amino acid producing strains using them are being actively conducted. In the case of alanine, however, no enzyme has yet been reported in the pathway for producing alanine from pyruvate.
아미노산 생합성과 분해에 관여하는 효소의 일종인 아미노트랜스퍼레이즈(aminotransferase)는 아미노산과 옥소산(oxo acid) 사이에서 아미노 그룹(amino group)의 전달(transfer)을 매개하는 효소이다. 코리네박테리움에서 이러한 아미노트랜스퍼레이즈는 기질특이성이 다양하고 여러 기질에 대해 중복성을 나타내고 있어서 최근까지도 거의 특성이 보고되어 있지 않은 실정이다. 최근 보고된 논문(Journal of Biotechnology 104(2003) 229-240)에 의하면, 히든-마코브 모델(Hidden Markov model)에 기초한 분석에 의해 코리네박테리움의 아미노트랜스퍼레이즈 후보 유전자들을 탐색하여 분류하고 있으나, 각각의 아미노트랜스퍼레이즈들의 기능에 대하여서는 명확히 규정된 바가 없다. 특히 알라닌 생합성관련 아미노트 랜스퍼레이즈에 대해서는 현재까지 보고된 바가 없었으나, 2002년 일본 농예화학회에서 임상조 등이 코리네박테리움 락토퍼멘텀 13869 균주로부터 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(aat)를 클로닝하여 유전자 결손실험을 한 결과, 당 유전자가 코리네박테리움의 알라닌 생합성에 관여하는 유일한 아미노트랜스퍼레이즈임을 밝힌 바 있다(발표번호 3-5Bp14). A type of enzyme involved in amino acid biosynthesis and degradation, aminotransferase is an enzyme that mediates the transfer of amino groups between amino acids and oxo acids. Such aminotransferases in Corynebacterium have various substrate specificities and show redundancy with respect to various substrates, and until recently, few characteristics have been reported. According to a recently reported article ( Journal of Biotechnology 104 (2003) 229-240), the aminotransferase genes of Corynebacterium are searched and classified by an analysis based on the Hidden-Markov model. However, the function of each aminotransferase is not clearly defined. In particular, no alanine biosynthesis-related aminotransferases have been reported so far, but the Japanese Agrochemical Society in 2002 clinicians cloned alanine aminotransferases ( aat ) from Corynebacterium lactofermentum 13869 strains. Genetic deletion experiments have revealed that the sugar gene is the only aminotransferase involved in alanine biosynthesis of Corynebacterium (published number 3-5Bp14).
이에 따라 본 발명자들은 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈에 해당하는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum) ATCC 13032 균주의 유전자는 NCBI 등록번호 AY238317로 등록된 유전자임을 확인하고, 본 유전자를 결손시켜 세포내 파이루베이트의 농도를 증가시킴으로써 L-라이신의 생산성을 증가시키려 하였다.Accordingly, the present inventors confirmed that the gene of Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 strain corresponding to alanine aminotransferase was a gene registered under NCBI accession number AY238317, and the present gene was deleted by intracellular pyruvation. Increasing the concentration of baits attempted to increase the productivity of L-lysine.
본 발명은 L-라이신 생합성의 주요 기질인 파이루베이트의 세포내 농도를 증가시켜 L-라이신 생산성을 향상시킬 목적으로, 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈 유전자를 파괴하여 알라닌에 대한 요구성 및 그것이 L-라이신 생산에 미치는 영향을 확인하고, 이를 이용하여 L-라이신의 생산방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention aims to increase L-lysine productivity by increasing the intracellular concentration of pyruvate, which is a major substrate of L-lysine biosynthesis, and destroys the alanine aminotransferase gene to produce a requirement for alanine and its production of L-lysine. The purpose of the present invention is to provide a method for producing L-lysine using the present invention.
본 발명의 상기 목적은 코리네박테리움에서 알라닌 생합성에 관련된 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(aat) 유전자를 파괴할 경우 L-라이신 생산이 보다 더 증가됨을 확인함으로써 달성하였다.The object of the present invention was achieved by confirming that L-lysine production is further increased when the alanine aminotransferase ( aat ) gene involved in alanine biosynthesis in Corynebacterium is destroyed.
본 발명은 코리네박테리움의 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(alanine aminotransferase: aat) 유전자를 파괴시킴으로써 알라닌 요구주를 제작하고, 이를 직접발효법으로 배양하여 발효액 중에 L-라이신을 축적시킨 후, 그로부터 L-라이신을 회수함을 특징으로 하는 L-라이신의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention is to prepare alanine liquor by destroying the alanine aminotransferase ( aat ) gene of Corynebacterium, and cultured by direct fermentation to accumulate L- lysine in the fermentation broth, from which L-lysine is obtained. The present invention relates to a method for producing L-lysine, characterized in that it is collected.
본 발명을 자세히 설명하면 아래와 같다.The present invention is described in detail below.
먼저, 본 발명은 코리네박테리움의 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(alanine aminotransferase: aat) 유전자를 파괴하기 위한 용도로 제작된 aat 유전자 단편이 포함된 재조합 벡터를 제공한다.First, the present invention provides a recombinant vector containing an aat gene fragment produced for the purpose of destroying the alanine aminotransferase ( aat ) gene of Corynebacterium.
상기에서, 재조합 벡터는 서열번호 2의 코리네박테리움의 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(alanine aminotransferase: aat) 유전자 단편을 포함하는 것을 특징으로 한다.In the above, the recombinant vector is characterized in that it comprises an alanine aminotransferase ( aat ) gene fragment of Corynebacterium of SEQ ID NO: 2.
또한 본 발명은 상기의 재조합벡터를 이용하여 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈 유전자를 파괴시킨 형질전환 세포를 제공한다. 본 발명에서 사용 가능한 숙주세포로는 그람양성 박테리아에 속하는 미생물을 사용할 수 있으며, 특히 코리네박테리움(Corynebacterium) 속에 속하는 미생물을 사용하는 것이 바람직하다. The present invention also provides a transformed cell in which the alanine aminotransferase gene is destroyed using the recombinant vector. As host cells usable in the present invention, microorganisms belonging to Gram-positive bacteria can be used, and in particular, it is preferable to use microorganisms belonging to the genus Corynebacterium .
더 나아가, 본 발명은 상기에서 제공된 형질전환 미생물을 L-라이신을 생성하기에 적절한 조건하에서 배양하고 L-라이신을 회수하여 L-라이신을 제조하는 방법을 제공한다.Furthermore, the present invention provides a method for producing L-lysine by culturing the transformed microorganism provided above under conditions suitable for producing L-lysine and recovering L-lysine.
한편, 본 발명에서 제공하는 상기의 유전자 aat 가 파괴된 코리네박테리움 라이신 생산균주, 코리네박테리움 글루타미쿰(CF3224-0412)는 2004년 12월 10일자로 한국미생물보존센터에 기탁하여 기탁번호 제KCCM-10636호를 부여받았다.Meanwhile, the Corynebacterium lysine producing strain, Corynebacterium glutamicum (CF3224-0412), in which the gene aat was provided by the present invention, was deposited and deposited with the Korea Microorganism Conservation Center on December 10, 2004. No. KCCM-10636 has been assigned.
본원 명세서에 사용된 용어 '벡터'는 적합한 숙주 내에서 DNA의 발현을 실시할 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미한다. 그러한 조절 서열은 전사를 실시하기 위한 프로모터, 그러한 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열, 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함한다. 벡터는 플라스미드, 파지 입자, 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물일 수 있다. 적당한 숙주로 형질전환되면, 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이므로, 본 발명의 명세서에서 "플라스미드" 및 "벡터"는 때로 상호교환적으로 사용된다. As used herein, the term 'vector' refers to a DNA preparation containing a DNA sequence operably linked to a suitable regulatory sequence capable of expression of the DNA in a suitable host. Such regulatory sequences include promoters for carrying out transcription, any operator sequence for regulating such transcription, sequences encoding suitable mRNA ribosomal binding sites, and sequences that control termination of transcription and translation. The vector may be a plasmid, phage particles, or simply a potential genomic insert. Once transformed into the appropriate host, the vector can replicate and function independently of the host genome, or in some cases can be integrated into the genome itself. Because plasmids are the most commonly used form of current vectors, "plasmid" and "vector" are sometimes used interchangeably in the context of the present invention.
본 발명에서 사용되는 코리네박테리아 균주로는, 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13032 외에 다른 코리네박테리움 속 균주, 특히 코리네박테리움 글루타미쿰 종의 적당한 균주로는 공지된 야생형 균주, 코리네박테리움 써모아미노게네스(thermoaminogenes) FERMBP-1539, 브레비박테리움 플라붐(Brevibacterium flavum) ATCC14067, 브레비박테리움 락토페르멘툼(lactofermentum) ATCC13869, 및 이들로부터 제조된 L-아미노산 생산 돌연변이체 또는 균주, 예를 들면, 코리네박테리움 글루타미쿰 KFCC10881, 코리네박테리움 글루타미쿰 KFCC11001 등이 있다.Corynebacteria strains used in the present invention, Corynebacterium glutamicum ATCC13032 in addition to other strains of the genus Corynebacterium, particularly suitable strains of Corynebacterium glutamicum species known wild type strain, Coryne Bacterium thermoaminogenes FERMBP-1539, Brevibacterium flavum ATCC14067, Brevibacterium lactofermentum ATCC13869, and L-amino acid producing mutants or strains prepared therefrom For example, Corynebacterium glutamicum KFCC10881, Corynebacterium glutamicum KFCC11001, and the like.
본 발명에 따라 사용되는 코리네박테리아 균주는 배치 공정(batch process) 또는 주입 배치 또는 반복 주입 배치 공정(fed batch or repeated fed batch process)에서 연속식 또는 회분식으로 배양할 수 있다. 이들 공지된 배양 방법은 문헌[Chmiel, (Bioprozesstechnik 1. Einfuhrung in die Bioverfahrenstechnik (Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 1991); 및 Storhas (Bioreaktoren und periphere Einrichtungen (Vieweg Verlag, Braunschweig/Wiesbaden, 1994)]에 기술되어 있다.Corynebacteria strains used in accordance with the present invention can be cultured continuously or batchwise in a batch process or in a fed batch or repeated fed batch process. These known culture methods are described in Chmiel, (Bioprozesstechnik 1. Einfuhrung in die Bioverfahrenstechnik (Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 1991); and Storhas (Bioreaktoren und periphere Einrichtungen (Vieweg Verlag, Braunschweig / Wiesbaden, 1994)). .
사용되는 배양 배지는 적절한 방식으로 특정 균주의 요건을 충족해야 한다. 코리네박테리아 균주에 대한 배양 배지는 문헌["Manual of Methods for General Bacteriology" by the American Society for Bacteriology (Washington D.C., USA, 1981)]에서 찾아 볼 수 있다. 사용될 수 있는 당원으로는 글루코즈, 사카로즈, 락토즈, 프락토즈, 말토즈, 전분, 셀룰로즈와 같은 당 및 탄수화물, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 코코넛유 등과 같은 오일 및 지방, 팔미트산, 스테아린산, 리놀레산과 같은 지방산, 글리세롤, 에탄올과 같은 알코올, 아세트산과 같은 유기산이 포함된다. 이들 물질은 개별적으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 질소원으로는 펩톤, 효모 추출물, 육즙, 맥아 추출물, 옥수수 침지액, 대두밀 및 요소 또는 무기 화합물, 예를 들면 황산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 탄산암모늄 및 질산암모늄이 포함된다. 질소원 또한 개별적으로 또는 혼합물로서 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 인원으로는 인산이수소칼륨 또는 인산수소이칼륨 또는 상응하는 나트륨-함유 염이 포함된다. 또한, 배양 배지는 성장에 필요한 황산마그네슘 또는 황산철과 같은 금속염을 함유해야 한다. 마지막으로, 상기 물질에 더하여 아미노산 및 비타민과 같은 필수 성장 물질이 사용될 수 있다. 또한, 배양 배지에 적절한 전구체들이 사용될 수 있다. 상기된 원료들은 배양과정에서 배양물에 적절한 방식에 의해 회분식으로 또는 연속식으로 첨가될 수 있다.The culture medium used must meet the requirements of the particular strain in an appropriate manner. Culture media for Corynebacteria strains can be found in "Manual of Methods for General Bacteriology" by the American Society for Bacteriology (Washington D.C., USA, 1981). Sugar sources that can be used include sugars and carbohydrates such as glucose, saccharose, lactose, fructose, maltose, starch, cellulose, oils and fats such as soybean oil, sunflower oil, castor oil, coconut oil, palmitic acid, stearic acid Fatty acids such as linoleic acid, alcohols such as glycerol, ethanol, and organic acids such as acetic acid. These materials can be used individually or as a mixture. Nitrogen sources that can be used include peptone, yeast extract, gravy, malt extract, corn steep liquor, soybean wheat and urea or inorganic compounds such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate. Nitrogen sources can also be used individually or as a mixture. Personnel that may be used include potassium dihydrogen phosphate or dipotassium hydrogen phosphate or the corresponding sodium-containing salts. In addition, the culture medium should contain metal salts such as magnesium sulfate or iron sulfate required for growth. Finally, in addition to the above substances, essential growth substances such as amino acids and vitamins can be used. In addition, suitable precursors to the culture medium may be used. The above-mentioned raw materials may be added batchwise or continuously in a manner appropriate to the culture during the culturing process.
수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아와 같은 기초 화합물 또는 인산 또는 황산과 같은 산 화합물을 적절한 방식으로 사용하여 배양물의 pH를 조절할 수 있다. 또한, 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있다. 호기 상태를 유지하기 위해 배양물내로 산소 또는 산소-함유 기체 (예, 공기)를 주입한다. 배양물의 온도는 보통 20℃ 내지 45℃, 바람직하게는 25℃ 내지 40℃이다. 배양은 원하는 L-아미노산의 생성량이 최대로 얻어질 때까지 계속한다. 이러한 목적으로 보통 10 내지 160 시간에서 달성된다.Basic compounds such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia or acid compounds such as phosphoric acid or sulfuric acid can be used in an appropriate manner to adjust the pH of the culture. In addition, antifoaming agents such as fatty acid polyglycol esters can be used to inhibit bubble generation. Inject oxygen or oxygen-containing gas (eg, air) into the culture to maintain aerobic conditions. The temperature of the culture is usually 20 ° C to 45 ° C, preferably 25 ° C to 40 ° C. Incubation is continued until the maximum amount of L-amino acid desired is produced. For this purpose it is usually achieved in 10 to 160 hours.
L-아미노산은 음이온 교환 크로마토그래피 및 후속으로 닌히드린 유도체화에 의해 분석할 수 있다(Spackman et al. (Analytical Chemistry, 30, (1958), 1190).L-amino acids can be analyzed by anion exchange chromatography and subsequent ninhydrin derivatization (Spackman et al. (Analytical Chemistry, 30, (1958), 1190).
이하 본 발명의 구성을 실시예를 통해 더욱 구체적으로 설명하나, 이들 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
실시예 1: 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC 13032 유래 Example 1: Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 derived aataat 유전자의 클로닝 및 Cloning of genes and aataat 유전자 파괴용 재조합벡터 제작 Recombinant vector construction for gene destruction
2002년 일본 농예화학회에서 발표된 코리네박테리움 락토퍼멘텀 13869 균주의 알라닌 아미노트랜스퍼레이즈(aat)에 해당하는 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC 13032 균주의 유전자(NCBI 등록번호 AY238317, 서열번호 1)를 클로닝하기 위하여, 등록된 염기서열에 근거하여 아래 표 1에서 기재된 한 쌍의 프라이머(서열번호 3, 서열번호 4)를 합성하고, 코리네박테리움 글루타미쿰 야생주(ATCC 13032)의 염색체 DNA를 주형으로 하여 연쇄중합법(PCR법) [Sambrook et al, Molecular Cloning, a Laboratory Manual (1989), Cold Spring Harbor Laboratories](PCR 조건: Denaturing=96℃,30초/Annealing=48℃,30초/Polymerization=72℃,1분 10초, 30회)에 의해 1,314 염기쌍의 aat 유전자를 증폭한 뒤 TOPO Cloning Kit(Invitrogen)을 이용하여 대장균 플라스미드 pCR2.1(Invitrogen)에 클로닝하여 pCR-aat 플라스미드를 얻었다.Gene of the Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 strain corresponding to alanine aminotransferase ( aat ) of Corynebacterium lactofermentum 13869 strain, published by the Japan Agricultural and Chemical Society in 2002 (NCBI accession No. AY238317, SEQ ID NO: 1 ), A pair of primers (SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4) described in Table 1 below were synthesized based on the registered nucleotide sequence, and the chromosomes of Corynebacterium glutamicum wild strain (ATCC 13032). Chain polymerization method (PCR method) using DNA as a template [Sambrook et al, Molecular Cloning, a Laboratory Manual (1989), Cold Spring Harbor Laboratories] (PCR conditions: Denaturing = 96 ° C., 30 seconds / Annealing = 48 ° C., 30) 1/314 base pair aat gene amplified by second / Polymerization = 72 ° C., 1 minute 10 seconds, 30 times), and then cloned into E. coli plasmid pCR2.1 (Invitrogen) using the TOPO Cloning Kit (Invitrogen) and pCR-aat plasmid Got.
그 다음 코리네박테리아 게놈상의 aat 유전자의 활성을 제거하기 위하여, 상기 유전자의 중간부분만을 증폭하여 양끝부위가 제거된 단편(Δaat)을 게놈상의 aat 유전자와 재조합시킴으로써 벡터 및 Δaat의 삽입에 의해 aat 유전자의 활성을 제거하고자 하였다. 우선 서열번호 1의 383..958bp의 염기서열만을 증폭하여 Δaat 단편(서열번호 2)을 제작하기 위해, 아래 표 2와 같은 한 쌍의 프라이머(서열번호 5, 서열번호 6)을 제작하였다. 상기에서 제작된 pCR-aat를 주형으로 하여 연쇄중합법(PCR법)(PCR 조건: Denaturing=96℃,30초/Annealing=48℃,30초/Polymerization=72℃,30초,30회)으로 Δaat 단편(서열번호 2)을 증폭한 후, TOPO Cloning Kit(Invitrogen)을 이용하여 대장균 플라스미드 pCR2.1(Invitrogen)에 클로닝하여 pCR-Δaat 를 획득하였다(도 1).Then Corey four bacteria to remove genomic activity of the aat gene on, by the fragment has two ends portions removed to amplify only the middle portion of the gene (Δaat) the insertion of the vector and Δaat by recombinant and aat gene on the genome aat gene To remove the activity. First, to prepare a Δaat fragment (SEQ ID NO: 2) by amplifying only the nucleotide sequence of 383..958 bp of SEQ ID NO: 1, a pair of primers (SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6) were prepared as shown in Table 2 below. Chain polymerization method (PCR method) (PCR conditions: Denaturing = 96 ° C., 30 seconds / Annealing = 48 ° C., 30 seconds / Polymerization = 72 ° C., 30 seconds, 30 times) with pCR-aat prepared as a template. After amplifying the Δaat fragment (SEQ ID NO: 2), it was cloned into E. coli plasmid pCR2.1 (Invitrogen) using a TOPO Cloning Kit (Invitrogen) to obtain pCR-Δaat (FIG. 1).
실시예 2: L-라이신 생산 코리네박테리움에서의 Example 2: L-Lysine Production in Corynebacterium aataat 파괴 및 알라닌 요구성 확인 Destructive and Alanine Requirements
실시예 1에서 제작한 pCR-Δaat를 L-라이신 생산균주인 코리네박테리움 글루타미쿰 KFCC 10749에 전기펄스법으로 형질전환한 후 (Appl. Microbiol. Biotechnol. (1999) 52:541-545에 의한 형질전환법 이용), 카나마이신(kanamycin) 25mg/L를 함유한 선별배지에서 형질전환균주를 획득하였다. 1차 재조합과정(cross-over)으로 게놈상으로 삽입된 pCR-Δaat에 의하여 aat 유전자가 파괴된 균주를 획득하였다(KFCC10749/Δaat).PCR-Δaat prepared in Example 1 was transformed into L-lysine producing strain Corynebacterium glutamicum KFCC 10749 by electric pulse method (Appl. Microbiol. Biotechnol. (1999) 52: 541-545 Transformation method), and transformed strains were obtained in a selection medium containing 25 mg / L of kanamycin. A strain in which the aat gene was destroyed by pCR-Δaat inserted into the genome by primary cross-over was obtained (KFCC10749 / Δaat).
유전자 aat가 실제로 알라닌에 대한 특이성을 갖는 아미노트랜스퍼레이즈인지 확인하고, 또한 파괴된 KFCC10749/Δaat의 알라닌 요구성을 파악하기 위하여, 알라닌이 함유되지 않은 최소배지[Biotechnology Letters vol.11(1) 11-16(1989)]에서 상기 세포의 성장을 관찰하였다. 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.In order to confirm that the gene aat is actually an aminotransferase with specificity for alanine, and to determine the alanine requirement of the destroyed KFCC10749 / Δaat, a minimal medium containing no alanine [ Biotechnology Letters vol. 11 (1) 11- 16 (1989)] observed the growth of the cells. The results are shown in Table 3 below.
상기 표 3의 결과에 의해, 본 발명에서 이용한 유전자 aat가 실제로 알라닌 생합성에 관여하는 효소임을 확인할 수 있었다. 한편, 알라닌 요구성 균주로 확인된 상기 KFCC10749/Δaat는 코리네박테리움 글루타미쿰(CF3224-0412)로 명명한 후 2004년 12월 10일 한국미생물보존센터에 기탁하여 기탁번호 제KCCM-10636호를 부여받았다.As a result of Table 3, it was confirmed that the gene aat used in the present invention was actually an enzyme involved in alanine biosynthesis. Meanwhile, the KFCC10749 / Δaat identified as an alanine-required strain was named Corynebacterium glutamicum (CF3224-0412), and was deposited on the Korea Microorganism Conservation Center on Dec. 10, 2004. Accession No. KCCM-10636 Was granted.
실시예 3: Example 3: aataat 파괴 L-라이신 생산균주에서의 라이신 생산 Lysine Production in Destructive L-lysine Producing Strains
실시예 2에서와 같이 알라닌 요구성을 갖는 L-라이신 생산균주인 코리네박테리움 글루타미쿰 KFCC10749/Δaat 균주(KCCM-10636)를 L-라이신 생산을 위해 아래와 같은 방법으로 배양하였다.Corynebacterium glutamicum KFCC10749 / Δaat strain (KCCM-10636), an L-lysine producing strain having alanine requirement as in Example 2, was cultured in the following manner for L-lysine production.
하기의 종배지 25 ml을 함유하는 250 ml 코너-바플 플라스크에 코리네박테리움 글루타미쿰 모균주 KFCC10749와 본 발명 균주 KFCC10749/Δaat를 각각 접종하고 30℃에서 20시간 동안 진탕배양(200 rmp)하였다. 하기의 생산배지 24 ml을 함유하는 250 ml 코너-바플 플라스크에 1 ml의 종 배양액을 각각 접종하고 30℃에서 120시간 동안 진탕배양(200 rpm)하였다. 배양 종료 후 아미노산 분석기에 의해 L-라이신의 생산량을 측정하였다. 코리네박테리움 글루타미쿰 KFCC10749와 KFCC10749/Δaat에 대한 배양물 중의 L-라이신 및 부산물로 생성되는 알라닌에 대한 결과는 아래 표 4와 같다. A 250 ml corner-baffle flask containing 25 ml of the following species was inoculated with Corynebacterium glutamicum parent strain KFCC10749 and the strain KFCC10749 / Δaat of the present invention, respectively, and shaken (200 rmp) at 30 ° C. for 20 hours. . 250 ml corner baffle flasks containing 24 ml of the following medium were inoculated with 1 ml of seed culture and shaken (200 rpm) for 120 hours at 30 ° C. After the incubation, L-lysine production was measured by an amino acid analyzer. The results for alanine produced by L-lysine and by-products in the cultures for Corynebacterium glutamicum KFCC10749 and KFCC10749 / Δaat are shown in Table 4 below.
종배지 (pH 7.0)Species Medium (pH 7.0)
: 원당 20g, 펩톤 10g, 효모추출물 5g, 요소 1.5g, KH2PO4 4g, K2HPO4 8g, MgSO4·7H2O 0.5g, 바이오틴 100㎍, 티아민 HCl 1000㎍, 칼슘-판토텐산 2000㎍, 니코틴아마이드 2000㎍ (공정수 1리터 기준): 20g raw sugar, 10g peptone, 5g yeast extract, 1.5g urea, KH 2 PO 4 4g, K 2 HPO 4 8g, MgSO 4 · 7H 2 O 0.5g, biotin 100㎍, thiamine HCl 1000㎍, calcium-pantothenic acid 2000㎍ , Nicotine amide 2000㎍ (based on 1 liter of process water)
생산배지 (pH 7.0)Production Medium (pH 7.0)
: 포도당 100g, (NH4)·2SO4 40g, 콩 단백질(Soy Protein) 2.5g, 콘 스티프 솔리드(Corn Steep Solids) 5g, 요소 3g, KH2PO4 1g, MgSO4·7H2 O 0.5g, 바이오틴 100㎍, 티아민 염산염 1000㎍, 칼슘-판토텐산 2000㎍, 니코틴아마이드 3000㎍, CaCO3 30g (공정수 1리터 기준): Glucose 100g, (NH 4 ) 2SO 4 40g, Soy Protein 2.5g, Corn Steep Solids 5g, Urea 3g, KH 2 PO 4 1g, MgSO 4 · 7H 2 O 0.5g, Biotin 100µg, Thiamine Hydrochloride 1000µg, Calcium-Pantothenic Acid 2000µg, Nicotinamide 3000µg, CaCO 3 30g (Based on 1 liter of process water)
상기의 표 4에서와 같이, 유전자 aat 파괴균주(KFCC10749/Δaat(KCCM-10636))의 경우 모균주 KFCC10749에 비해 라이신 생산이 현저히 증가되었으며, 알라닌의 생산은 약 67%가 감소되는 결과를 확인할 수 있었다.As shown in Table 4, the gene aat disrupted strain (KFCC10749 / Δaat (KCCM-10636)) was significantly increased in lysine production compared to the parent strain KFCC10749, and production of alanine was reduced by about 67%. there was.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 코리네박테리움의 알라닌 아미노트랜스퍼 레이즈 aat 유전자를 파괴시킴으로써 알라닌 요구주의 특성을 가짐과 동시에 L-라이신의 생산능력이 더욱 향상된 형질전환 미생물을 새로이 제공하고, 또한 상기 형질전환 미생물을 L-라이신을 생성하기에 적절한 조건하에서 배양한 후 L-라이신을 회수함으로써 종전보다 L-라이신을 훨씬 더 많이 생산할 수 있는 탁월한 L-라이신 제조방법을 제공하는 효과가 있다.As described above, the present invention newly provides a transformed microorganism having an alanine requirement and further improving the production capacity of L-lysine by destroying the alanine aminotransferase aat gene of Corynebacterium. Incubating the converting microorganisms under conditions suitable for producing L-lysine and recovering L-lysine has the effect of providing an excellent method for producing L-lysine which can produce much more L-lysine than before.
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