KR100801633B1 - Process for preparing isoprenoid through mevalonate pathway - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다양한 생물체들로부터 유래된 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합에 의해 형질전환된 미생물 및 이를 이용하여 메발로네이트 경로를 통해 이소프레노이드를 생산하는 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법을 이용하면 미생물에서 이소프레노이드를 효율적으로 대량생산할 수 있다.The present invention relates to a microorganism transformed by a genetic combination of enzymes associated with mevalonate pathways derived from various organisms and a method for producing isoprenoids through the mevalonate pathway using the same. The microorganisms can be used to efficiently mass produce isoprenoids from microorganisms.

Description

메발로네이트 경로를 통한 이소프레노이드의 제조방법{PROCESS FOR PREPARING ISOPRENOID THROUGH MEVALONATE PATHWAY} PROCESS FOR PREPARING ISOPRENOID THROUGH MEVALONATE PATHWAY

도 1은 메발로네이트 경로의 모식도이고,1 is a schematic diagram of the mevalonate pathway,

도 2는 비메발로네이트 경로의 모식도이다. 2 is a schematic of the non-mevalonate pathway.

본 발명은 메발로네이트(mevalonate) 경로에 관여하는 효소들을 암호화하는 유전자의 조합에 의해 형질전환된 미생물 및 이를 이용하여 이소프레노이드(isoprenoid)를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a microorganism transformed by a combination of genes encoding enzymes involved in the mevalonate pathway and a method for producing isoprenoids using the same.

이소프레노이드는 탄소수가 5개인 이소프렌(isoprene)을 기본 단위로 하여 이루어진 화합물의 총칭이다. 현재 자연계에는 약 30,000여 종의 이소프레노이드 화합물이 존재한다고 알려져 있어 단일 천연물 부류로는 그 종류가 가장 많으며, 이러한 이소프레노이드는 전자전달계(퀴노이드(quinoid)), 세포막 및 세포벽(스테롤(sterol)), 신호전달(프레닐화된 단백질(prenylated protein)) 및 광합성(클로로 필(chlorophyl)) 등, 생명체의 유지에 필수적인 역할을 담당하고 있다. 또한, 많은 이소프레노이드들이 항암 및 항산화(라이코펜(lycopene), 베타-카로틴(β-carotene) 및 아스타잔틴(astaxanthin) 등의 카로티노이드(carotenoid)), 면역증강, 항염증, 진통작용, 및 각종 성인병 예방(코엔자임 큐텐(coenzyme Q10)) 등 인체 생리활성과 관련하여 그 기능이 주목받고 있으며, 방향제, 살충제, 항생제 등으로도 사용되고 있다(Barkovich, R. 등, Metab. Eng., 3, 27-39, 2001).Isoprenoid is a generic term for compounds composed of isoprene having 5 carbon atoms as a basic unit. It is known that there are about 30,000 kinds of isoprenoid compounds in the natural world, and the single natural product class is the most common, and these isoprenoids are electron transport systems (quinoids), cell membranes, and cell walls (sterols). ), Signaling (prenylated protein) and photosynthesis (chlorophyl) play an essential role in the maintenance of life. Many isoprenoids are also anticancer and antioxidant (carotenoids such as lycopene, beta-carotene and astaxanthin), immunopotentiation, anti-inflammatory, analgesic, and various Its function is attracting attention in relation to human physiological activities such as prevention of adult diseases (coenzyme Q10), and it is also used as a fragrance, insecticide, antibiotics (Barkovich, R. et al . , Metab. Eng ., 3, 27- 39, 2001).

최근 유용한 이소프레노이드의 대량생산에 대한 관심이 증가되면서 효율적인 합성방법에 대한 연구가 많이 진행되고 있다. 특히, 이소프레노이드의 이소프렌 단위는 생물체 내에서 하기 화학식 1의 이소펜테닐피로인산(isopentenyl pyrophosphate, IPP)이라는 전구체로부터 생합성되므로, 전구체인 이소펜테닐피로인산을 효과적으로 생산하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.Recently, as interest in mass production of useful isoprenoids has increased, studies on efficient synthetic methods have been conducted. In particular, since the isoprene unit of the isoprenoid is biosynthesized from a precursor called isopentenyl pyrophosphate (IPP) of the formula (1) in an organism, studies on how to effectively produce isopentenylpyrophosphate as a precursor It's going on.

Figure 112006026716226-pat00001
Figure 112006026716226-pat00001

생물체에서 이러한 이소펜테닐피로인산을 생합성하는 경로에는 크게, 도 1에 나타낸 바와 같은 메발로네이트 경로 및 도 2에 나타낸 바와 같은 비메발로네이트 (Nonmevalonate) 경로(MEP(2C-methyl-D-erythritol-4-phosphate) 경로)가 알려져 있으며(Boucher, Y. 등, Mol. Microbiol., 37, 703-716, 2003), 메발로네이트 경로는 인간을 비롯한 대부분의 진핵 생물, 방선균, 및 일부 세균 등에서 발견되며, 비메발로네이트 경로는 대부분의 원핵 생물, 즉 대장균을 포함한 대부분의 세균에서 발견된다.The biosynthesis pathway of such isopentenylpyrophosphate in organisms is largely divided into the mevalonate pathway as shown in FIG. 1 and the nonnmevalonate pathway as shown in FIG. 2 (MEP (2C-methyl-D-erythritol-). 4-phosphate) pathway is known (Boucher, Y. et al . , Mol. Microbiol ., 37, 703-716, 2003), and the mevalonate pathway is found in most eukaryotes, actinomycetes, and some bacteria, including humans. The nonmevalonate pathway is found in most prokaryotes, most bacteria including Escherichia coli.

메발로네이트 경로를 구체적으로 살펴보면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 아세틸-CoA를 출발물질로 하여 다음과 같은 6 단계의 효소 반응에 의해 이소펜테닐피로인산이 생합성된다:Looking specifically at the mevalonate pathway, as shown in Figure 2, isopentenylpyrophosphate is biosynthesized by acetyl-CoA as a starting material by a six step enzyme reaction:

단계 1) 아세틸-CoA 아세틸전달효소(acetyl-CoA acetyltransferase)가 매개하는, 두 분자의 아세틸-CoA가 결합하여 아세토아세틸-CoA(acetoacetyl-CoA) 분자가 생합성되는 단계;Step 1) acetyl-CoA acetyltransferase mediated, two molecules of acetyl-CoA is bound to biosynthesize acetoacetyl-CoA (acetoacetyl-CoA) molecules;

단계 2) 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소(hydroxymethylglutaryl-CoA(HMG-CoA) synthase)가 매개하는, 한 분자의 아세틸-CoA와 한 분자의 아세토아세틸-CoA가 결합하여 하이드록시메틸글루타릴-CoA 분자가 생합성되는 단계;Step 2) One molecule of acetyl-CoA and one molecule of acetoacetyl-CoA, which is mediated by hydroxymethylglutaryl-CoA (HMG-CoA) synthase, binds to hydroxymethylgluta Biosynthesis of the reel-CoA molecule;

단계 3) 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소(HMG-CoA reductase)가 매개하는 하이드록시메틸글루타릴-CoA를 환원시켜 메발로네이트 분자를 생합성하는 단계;Step 3) reducing hydroxymethylglutaryl-CoA mediated by hydroxymethylglutaryl-CoA reductase to biosynthesize the mevalonate molecule;

단계 4) 메발로네이트 인산화효소(mevalonate kinase)가 매개하는, 메발로네이트가 인산화되는 단계;Step 4) phosphorylation of mevalonate, mediated by mevalonate kinase;

단계 5) 인산메발로네이트 인산화효소(phosphomevalonate kinase)가 매개하는, 인산메발로네이트(phosphomevalonate)가 인산화되는 단계; 및Step 5) phosphorylation of phosphomevalonate, mediated by phosphomevalonate kinase; And

단계 6) 이인산메발로네이트 탈카복실화효소(diphosphomevalonate decarboxylase)가 매개하는, 이인산메발로네이트(diphosphomevaloante)를 탈카복실화(decarboxylation)하여 이소펜테닐피로인산을 생합성하는 단계.Step 6) biosynthesis of isopentenylpyrophosphate by decarboxylation of diphosphomevaloante, mediated by diphosphomevalonate decarboxylase.

최근, 비메발로네이트 경로의 조작을 통해 이소프레노이드의 생합성을 증대시키기 위한 방법들이 보고되었으나(Kim, S. W. 등, Biotechnol. Bioeng., 72, 408-415, 2001; Harker, M. 등, FEBS Lett., 448, 115-119, 1999; 및 Farmer, W. R. 등, Biotechnol. Prog., 17, 57-61, 2001), 이러한 방법들은 그 효과가 크지 않고 사용된 숙주 고유의 대사경로 조절 기작에 의해 생합성 증대 효과가 제한되는 문제점이 있다(Martin, V. JJ 등, Nat. Biotechnol., 21, 796-802, 2003). 이러한 문제점을 극복하기 위해, 비메발로네이트 경로를 갖는 대장균에 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)에서 유래된 메발로네이트 경로 관련 효소들을 도입시켜 이소프레노이드의 생산을 증가시키는 연구가 보고된 바 있으나(미국 특허 공개 제2003/0148479호; 및 제2004/0005678호), 단지 사카로마이세스 세레비지애에서 유래된 한 종류의 메발로네이트 경로만을 선택해서 숙주인 대장균에 도입함으로 인해 이소펜테닐피로인산의 생합성 효율에 한계가 있었다.Recently, methods for enhancing the biosynthesis of isoprenoids through manipulation of the non-mevalonate pathway have been reported (Kim, SW et al. , Biotechnol. Bioeng. , 72, 408-415, 2001; Harker, M. et al., FEBS Lett ., 448, 115-119, 1999; and Farmer, WR et al . , Biotechnol. Prog., 17, 57-61, 2001), these methods are insignificant and biosynthetic by host-specific metabolic pathway regulation mechanisms used. There is a problem that the enhancement effect is limited (Martin, V. JJ et al . , Nat. Biotechnol ., 21, 796-802, 2003). To overcome this problem, studies have been reported to increase the production of isoprenoids by introducing enzymes associated with mevalonate pathways derived from Saccharomyces cerevisiae into Escherichia coli with non-mevalonate pathways. (US Patent Publication Nos. 2003/0148479; and 2004/0005678), but only one type of mevalonate pathway derived from Saccharomyces cerevisiae was selected and introduced into the host E. coli. There was a limit to the biosynthetic efficiency of tenylpyrophosphate.

이에, 본 발명자들은 비메발로네이트 경로를 갖는 미생물에서 메발로네이트 경로를 이용하여 이소프레노이드를 생산하는 방법에 대해 예의 연구한 결과, 메발로네이트 경로에 관여하는 6종의 효소들을 암호화하는 유전자를 각각 다양한 생물체에서 유래된 것들로 조합시켜 비메발로네이트 경로를 갖는 미생물에 도입하면 이소프레노이드 생산 능력이 현저히 향상되는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다. Therefore, the present inventors earnestly studied a method for producing isoprenoids using a mevalonate pathway in a microorganism having a non-mevalonate pathway, and as a result, a gene encoding six enzymes involved in the mevalonate pathway was identified. The present invention was completed by finding that the isoprenoid production ability was significantly improved when introduced into microorganisms having a non-mevalonate pathway in combination with those derived from various organisms.

본 발명의 목적은 미생물에서 메발로네이트 경로를 통해 이소프레노이드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a process for the preparation of isoprenoids via the mevalonate pathway in microorganisms.

본 발명의 다른 목적은 이소프레노이드를 대량 생산할 수 있는 형질전환된 미생물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a transformed microorganism capable of mass production of isoprenoids.

상기 목적에 따라, 본 발명에서는 (a) 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus) 유래 메발로네이트 인산화효소, 및 스트렙토코커스 뉴모니애(Streptococcus pneumoniae) 유래 인산메발로네이트 인산화효소 및 이인산메발로네이트 탈카복실화효소; 및 (b-1) 엔테로코커스 패칼리스(Enterococcus faecalis) 유래 아세틸-CoA 아세틸전달효소/하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소 및 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소, 또는 (b-2) 랄스토니아 유트로파(Ralstonia eutropha) 유래 아세틸-CoA 아세틸전달효소, 및 스트렙토코커스 뉴모니애(Streptococcus pneunomiae) 유래 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소 및 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소를 암호화하는 유전자들을 숙주 미생물에 도입시켜 형질전환시킨 후, 형질전환된 숙주 미생물을 배양시켜 이소프레노이드를 생합성하는 것을 포함하는, 이소프레노이드의 제조방법을 제공한다.In accordance with the above object, in the present invention (a) Staphylococcus aureus ( Metalonate kinase derived from Staphylococcus aureus ), and Mevalonate Phosphate and Phosphate diphosphate derived from Streptococcus pneumoniae Nate decarboxylase; And (b-1) acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase and hydroxymethylglutaryl-CoA synthetase derived from Enterococcus faecalis , or (b-2) Acetyl-CoA acetyltransferase from Ralstonia eutropha , and hydroxymethylglutaryl-CoA synthetase and hydroxymethylglutaryl-CoA reductase from Streptococcus pneunomiae The present invention provides a method for producing an isoprenoid, which comprises introducing a gene encoding the gene into a host microorganism, transforming the same, and culturing the transformed host microorganism to biosynthesize the isoprenoid.

상기 다른 목적에 따라, 본 발명에서는 상기 효소 유전자들로 형질전환되어 이소프레노이드를 대량생산하는 형질전환된 미생물을 제공한다.According to another object, the present invention provides a transformed microorganism transformed with the enzyme genes to mass produce isoprenoids.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명자들은 이소프레노이드 생합성 과정의 중간체인 이소펜테닐피로인산의 생합성이 이루어지는 메발로네이트 경로와 관련된 6 종의 효소들의 유전자로서 다양한 생물체로부터 유래된 유전자의 조합들을 비메발로네이트 경로를 갖는 미생물에 도입시켜 이소프레노이드의 생합성을 증대시키는 최적의 유전자 조합을 발견하였으며, 이러한 시도는 지금까지 보고된 바 없는 본 발명에서 최초로 수행된 것이다.The inventors of the present invention have described a combination of genes derived from various organisms into microorganisms having non-mevalonate pathways as genes of six enzymes associated with the mevalonate pathway, which is an intermediate of isoprenoid biosynthesis. Optimal gene combinations have been found that have been introduced to enhance the biosynthesis of isoprenoids, and this attempt was first performed in the present invention that has not been reported to date.

본 발명에서는 편의상 도 1에 나타낸 전체 메발로네이트 경로의 6 단계 중 단계 1, 2 및 3을 상부 경로로, 그리고 단계 4, 5 및 6을 하부 경로로 구분한다. 이때, 상부 경로는 아세틸-CoA로부터 출발하여 메발로네이트를 생합성하는 경로이며, 하부 경로는 메발로네이트로부터 이소펜테닐피로인산을 생합성하는 경로이다. 따라서, 전체 메발로네이트 경로가 아닌 상부나 하부 메발로네이트 경로 관련 효소의 유전자 조합만을 비메발로네이트 경로를 갖는 숙주 미생물에 도입하는 경우에는 이소프레노이드를 생합성할 수 없으나, 숙주 미생물의 고체 배지나 배양액에 메발로네이트를 첨가하는 경우에는 하부 메발로네이트 경로 관련 효소의 유전자 조합만을 도입하여 이소프레노이드를 생합성할 수 있다(Campos, N. 등, Biochem. J., 353, 59-67, 2003; 및 Martin, V. JJ. 등, Nat. Biotechnol., 21, 797-802, 2003). In the present invention, steps 1, 2 and 3 are divided into upper paths, and steps 4, 5 and 6 are divided into lower paths among the six steps of the entire mevalonate path shown in FIG. 1 for convenience. In this case, the upper path is a path for biosynthesis of mevalonate starting from acetyl-CoA, and the lower path is a path for biosynthesis of isopentenylpyrophosphate from mevalonate. Therefore, if only a combination of genes of the upper or lower mevalonate pathway related enzymes, but not the entire mevalonate pathway, is introduced into the host microorganism having the non-mevalonate pathway, the isoprenoid cannot be biosynthesized, In case of adding mevalonate to the culture, the isoprenoid can be biosynthesized by introducing only a combination of genes of lower mevalonate pathway related enzymes (Campos, N. et al. , Biochem. J., 353, 59-67, 2003). And Martin, V. JJ. Et al., Nat. Biotechnol ., 21, 797-802, 2003).

본 발명에서 사용되는 각 효소가 메발로네이트 경로에서 매개하는 단계, 및 각 효소의 예시적인 아미노산 서열 및 이를 암호화 하는 유전자의 염기 서열을 하 기 표 1에 나타내었다.Each of the enzymes used in the present invention mediated in the mevalonate pathway, and the exemplary amino acid sequence of each enzyme and the nucleotide sequence of the gene encoding it are shown in Table 1 below.

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본 발명의 바람직한 실시예에서는 효율적인 메발로네이트 경로 관련 효소 조합을 확인하기 위해, 먼저 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 다양한 생물체 유래 유전자들의 조합을 각각 숙주 미생물에 도입하여 이소프레노이드의 하나인 라이코펜의 생산성을 비교 평가함으로써 본 발명에 따른 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합을 1종 선발하였으며(스타필로코커스 아우레우스 유래 메발로네이트 인산화효소, 및 스트렙토코커스 뉴모니애 유래 인산메발로네이트 인산화효소 및 이인산메발로네이트 탈카복실화효소), 이후 상부 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 다양한 생물체 유래 유전자들의 조합을 각각 숙주 미생물에 도입하여 상부 메발로네이트 경로의 최종 산물인 메발로네이트의 생산성을 비교 평가함으로써 본 발명에 따른 상부 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합을 2종 선발하였다. 따라서, 본 발명에 따른 전체 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합은 선발된 1 종의 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합에 선발된 2 종의 상부 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합을 각각 결합시켜 얻어진 것이다.In a preferred embodiment of the present invention, in order to identify an efficient combination of mevalonate pathway-associated enzymes, a combination of various organism-derived genes for the lower mevalonate pathway-associated enzymes is first introduced into a host microorganism, respectively. By comparing and evaluating the productivity of lycopene, one gene combination of enzymes related to the lower mevalonate pathway according to the present invention was selected (Staphylococcus aureus-derived mevalonate kinase, and Streptococcus pneumoniae-derived phosphate Nate kinase and diphosphate mevalonate decarboxylase), followed by a combination of various organism-derived genes for the enzymes associated with the upper mevalonate pathway, respectively, into the host microorganisms, resulting in the metabolo, the final product of the upper mevalonate pathway. By evaluating the productivity of Nate Two gene combinations of the top mevalonate pathway related enzymes according to the invention were selected. Therefore, the gene combination of the total mevalonate pathway related enzymes according to the present invention is a combination of the genes of the two upper mevalonate pathway related enzymes selected from the gene combination of the selected one lower mevalonate pathway related enzymes, respectively. It is obtained by combining.

상기 메발로네이트 경로 관련 효소들을 암호화하는 유전자들을 적절한 발현 벡터에 삽입하여 숙주 미생물에 도입할 수 있다. 이때, 발현 벡터로는 선택된 숙주 미생물에 통상적으로 사용되는 발현 벡터는 어느 것이나 사용 가능하며, 예를 들면 pUC19, pSTV28, pBBR1MCS, pBluscriptII, pBAD, pTrc99A, pET, pACYC184 및 pBR322 계열 등의 당 업계에 상용화된 벡터를 사용할 수 있다. Genes encoding the enzymes associated with the mevalonate pathway may be introduced into a host microorganism by inserting into an appropriate expression vector. At this time, any expression vector that is commonly used in the host microorganism selected as the expression vector may be used, and is commercialized in the art such as pUC19, pSTV28, pBBR1MCS, pBluscriptII, pBAD, pTrc99A, pET, pACYC184 and pBR322 series. Vector can be used.

본 발명에 따른 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합은 해당 조합을 구성하는 각 유전자들을 하나의 벡터에 삽입시키거나, 2 종류 이상의 벡터에 나누어 삽입시킨 후 미생물 숙주에 도입할 수 있으며, 이때 하나의 벡터에 둘 이상의 유전자들이 삽입되는 경우, 유전자들은 오페론(operon) 형태로 삽입될 수 있다. Gene combinations of the enzymes associated with the mevalonate pathway according to the present invention can be introduced into a microorganism host by inserting each gene constituting the combination into one vector or by inserting the genes into two or more vectors. When two or more genes are inserted into a vector, the genes may be inserted in the form of an operon.

또한, 본 발명에 따른 메발로네이트 경로 관련 효소들을 암호화하는 유전자들은 숙주 미생물의 염색체상에 직접 도입될 수 있으며, 해당 유전자 조합을 구성하는 유전자들 중 일부는 숙주 미생물의 염색체상에 직접 도입시키고 나머지는 벡터에 삽입하여 도입시킬 수도 있다. 이러한 염색체상에 도입시키는 방법으로는 통상적으로 사용되는 공지의 방법들을 이용할 수 있으며, 예를 들면 상동성 재조합 방법(Link, A. J. 등, J. Bacteriol., 179, 6228-6237, 1997)을 이용할 수 있다.In addition, genes encoding the mevalonate pathway related enzymes according to the present invention can be introduced directly on the chromosome of the host microorganism, and some of the genes constituting the gene combination are introduced directly on the chromosome of the host microorganism and the rest Can also be introduced by inserting into a vector. As a method of introducing onto such a chromosome, known methods commonly used may be used, and for example, homologous recombination methods (Link, AJ et al., J. Bacteriol ., 179, 6228-6237, 1997) may be used. have.

본 발명에 사용되는 숙주 미생물로는 메발로네이트 경로 유전자들이 도입되어 이소프레노이드를 생합성할 수 있는 미생물이면 어느 것이나 사용가능하며, 예를 들면 이소프레노이드의 전구체인 이소펜테닐피로인산의 생합성 경로로 비메발로네이트 경로를 갖는 대장균(E. coli), 바실러스속(Bacillus sp.), 슈도모나스속(Pseudomonas sp.), 아그로박테리움속(Agrobacterium sp.), 로도박터속(Rhodobacter sp.), 어위니아속(Erwinia sp.) 등의 세균(bacteria)류, 바람직하게는 대장균을 사용할 수 있다.As the host microorganism used in the present invention, any microorganism capable of biosynthesizing isoprenoids by introducing mevalonate pathway genes may be used. For example, a biosynthetic pathway of isopentenylpyrophosphate, a precursor of isoprenoids, may be used. E. coli , Bacillus sp., Pseudomonas sp., Agrobacterium sp., Rhodobacter sp. Bacteria, such as Erwinia sp., Preferably E. coli can be used.

숙주 미생물이 이소펜테닐피로인산을 이소프레노이드로 전환할 수 있는 기능이 없는 경우에는 미생물에서 과량 생성된 이소펜테닐피로인산이 독성을 나타내어 숙주의 성장을 멈추게 하거나 죽게할 수 있다(Hamano, Y. 등, Biosci. Biotechnol. Biochem., 65, 1627-1635, 2001; 및 Martin, V. JJ. 등, Nat. Biotechnol., 21, 797-802, 2003). 따라서, 본 발명에서는 형질전환시 이소펜테닐피로인산으로부터 이소프레노이드를 생합성하는 효소를 암호화하는 유전자를 추가로 숙주 미생물에 도입시켜 형질전환시킬 수 있으며, 이때 희망하는 최종 이소프레노이드의 종류에 따라 효소 유전자의 종류를 선택할 수 있다. 대표적인 이소프레노이드류로는 라이코펜; 베타-카로틴, 지아잔틴, 아스타잔틴 및 루테인 등의 카로티노이드류; 코엔자임 큐텐 등의 퀴논류; 모노터프노이드(monoterpenoid), 세스퀴터프노이드(sesquiterpenoid), 디터프노이드(diterpenoid), 세스터터프노이드(sesterterpenoid) 등의 터프노이드류; 각종 스테로이드(steroid); 및 천연 고무를 예시할 수 있다. 또한, 이러한 추가 유전자의 도입은 메발로네이트 경로 관련 효소들을 암호화하는 유전자들을 도입함과 동시에 또는 순차적으로 수행될 수 있다.If the host microorganism does not have the ability to convert isopentenylpyrophosphate to isoprenoids, the excess of isopentenylpyrophosphate produced in the microorganism may be toxic, causing the host to stop growing or die (Hamano, Y). Et al. , Biosci. Biotechnol. Biochem., 65, 1627-1635, 2001; and Martin, V. JJ. Et al. , Nat. Biotechnol ., 21, 797-802, 2003). Accordingly, in the present invention, a gene encoding an enzyme that biosynthesizes isoprenoids from isopentenylpyrophosphate may be further introduced into the host microorganism and transformed in accordance with the type of the final isoprenoid desired. You can choose the type of enzyme gene. Representative isoprenoids include lycopene; Carotenoids such as beta-carotene, zeaxanthin, astaxanthin and lutein; Quinones such as coenzyme qtene; Turfoids such as monoterpenoids, sesquiterpenoids, diterpenoids, and sesterterpenoids; Various steroids; And natural rubbers. In addition, the introduction of such additional genes can be performed simultaneously or sequentially with the introduction of genes encoding mevalonate pathway related enzymes.

본 발명에서는 또한 상기 메발로네이트 경로 관련 효소들을 암호화하는 유전자 조합으로 형질전환된 숙주 미생물을 제공한다. 이때, 형질전환된 숙주 미생물은, 예를 들면, 본 발명의 바람직한 실시예에 의해 제조되어 한국생명공학연구원 유전자은행에 2006년 4월 7일자로 기탁된 대장균인, 플라스미드 pT-LYCm4 및 pEFSASN으로 형질전환된 대장균 MG1655(기탁번호: KCTC 10932BP)일 수 있다.The present invention also provides a host microorganism transformed with a combination of genes encoding the enzymes associated with the mevalonate pathway. At this time, the transformed host microorganism is transformed with plasmids pT-LYCm4 and pEFSASN, for example, E. coli, which is prepared by a preferred embodiment of the present invention and deposited with the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank on April 7, 2006. Converted E. coli MG1655 (Accession Number: KCTC 10932BP).

본 발명의 숙주 미생물은 메발로네이트 경로에 관여하는 6종의 효소들을 코딩하는 유전자가 이소프레노이드의 생산을 극대화할 수 있는 다양한 생물체 유래 유전자들의 조합으로 이루어져 있으므로, 이를 배양함으로써 이소프레노이드를 대량으로 생산할 수 있다.In the host microorganism of the present invention, genes encoding six enzymes involved in the mevalonate pathway are composed of various organism-derived genes capable of maximizing the production of isoprenoids. Can be produced by

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by the following examples. However, the following examples are merely to illustrate the invention, but the content of the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1: 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합 선발Example 1 Gene Combination Selection for Lower Mevalonate Pathway Related Enzymes

단계 1) 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합을 포함하는 재조합 벡터의 제조Step 1) Preparation of a Recombinant Vector Comprising Gene Combinations for Lower Mevalonate Pathway Related Enzymes

하부 메발로네이트 경로 중 단계 4를 매개하는 메발로네이트 인산화효소의 유전자인 mvaK1, 단계 5를 매개하는 인산메발로네이트 인산화효소의 유전자인 mvaK2, 및 단계 6을 매개하는 이인산메발로네이트 탈카복실화효소의 유전자인 mvaD를 다양한 생물체로부터 증폭시키기 위해, 스트렙토코커스 뉴모니애(Streptococcus pneumoniae, ATCC6314), 엔테로코커스 패칼리스(Enterococcus faecalis, ATCC700802), 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus, ATCC35556) 및 스트렙토코커스 피오제네스(Streptococcus pyogenes, ATCC12344)의 염색체 DNA를 ATCC(American Type Culture Collection)로부터 입수하였다. 한편, 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)의 전체 메발로네이트 경로 관련 효소인 HMGS, PMK(ERG8), MDD(ERG19), MVK(ERG12) 및 HMGR의 유전자를 증폭시키기 위해, 사카로마이세스 세레비지애 L32Q 균주(ATCC 204508)로부터 Qiagen 사의 디엔이지 티슈 키트(DNeasy Tissue Kit)를 사용하여 염색체 DNA를 추출하였다. 또한, 이소펜테닐피로인산의 생산성 증대를 위한 이소펜테닐피로인산 이성화효소(IPP isomerase) 유전자인 idi를 증폭시키기 위해, 대장균 MG1655(ATCC 700926)으로부터 Qiagen 사의 디엔이지 키트(DNeasy Kit)를 사용하여 염색체 DNA를 추출하였다. MvaK1 , the gene of the mevalonate kinase mediating step 4 of the lower mevalonate pathway, mvaK2 , the gene of the mevalonate phosphatase mediating step 5, and divalbartaphate decarboxylate mediating the step 6 To amplify mvaD , a gene of the enzyme, from various organisms, Streptococcus pneumoniae ( ATCC6314), Enterococcus faecalis ( ATCC700802), Staphylococcus aureus ( ATCC35556), and Chromosome DNA of Streptococcus pyogenes ( ATCC12344) was obtained from the American Type Culture Collection (ATCC). Meanwhile, in order to amplify the genes of HMGS, PMK (ERG8), MDD (ERG19), MVK (ERG12) and HMGR, enzymes related to the entire mevalonate pathway of Saccharomyces cerevisiae , Saccharomyces cerevisiae Seth Cerebizia Chromosomal DNA was extracted from the L32Q strain (ATCC 204508) using a DNeasy Tissue Kit from Qiagen. In addition, in order to amplify idi , which is an isopentenylpyrophosphate isomerase gene for increasing productivity of isopentenylpyrophosphate, using a DNiae kit (DNeasy Kit) of Qiagen from E. coli MG1655 (ATCC 700926) Chromosomal DNA was extracted.

상기 각 유전자의 증폭은 상기 염색체 DNA를 주형으로 하여 pfu 중합효소(Promega 사)를 이용한 중합효소 연쇄반응(PCR)을 통해 수행하였으며, 증폭된 유전자는 DNA 정제키트(Qiagen 사)로 정제한 후 EcoRV로 절단된 pBluescriptII KS 벡터(Stratagene 사)에 삽입시켜 염기서열을 확인하였다. The amplification of each gene was performed by polymerase chain reaction (PCR) using pfu polymerase (Promega) using the chromosomal DNA as a template, and the amplified gene was purified by DNA purification kit (Qiagen) and then Eco. The nucleotide sequence was confirmed by inserting into a pBluescriptII KS vector (Stratagene) cut with RV.

상기 중합효소 연쇄반응에 사용된 전방향 및 역방향 프라이머는, 각 생물체의 메발로네이트 하부 경로 관련 효소를 암호화하는 유전자의 염기서열 정보를 NCBI(National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)로부터 입수하여 이를 토대로 제작하였으며, 각 유전자의 증폭에 사용된 전방향 및 역방향 프라이머의 염기서열 및 프라이머에 포함된 제한효소의 종류를 하기 표 2에 나타내었다.Forward and reverse primers used in the polymerase chain reaction, the base sequence information of the gene encoding the enzyme related to the methalonate sub-path of each organism is NCBI (National Center for Biotechnology Information, http: //www.ncbi. nlm.nih.gov/) was prepared based on this, and the base sequence of the forward and reverse primers used for amplification of each gene and the types of restriction enzymes contained in the primers are shown in Table 2 below.

Figure 112006026716226-pat00003
Figure 112006026716226-pat00003

먼저, 스트렙토코커스 뉴모니애의 염색체 DNA 주형 및 서열번호: 9 및 10의 염기서열을 갖는 프라이머를 이용하여 mvaK1, mvaD mvaK2 오페론을 증폭하였으며, 증폭된 유전자 단편을 KpnI 및 XbaI으로 처리한 후 동일 효소로 절단된 pBAD24 벡터(Guzman, L. M. 등, J. Bacteriol., 177, 4121-4130, 1995)에 삽입하여 플라스미드 pDSN12D를 제조하였다. 또한, idi 유전자 단편을 대장균 염색체 DNA 주형 및 서열번호: 27 및 28의 염기서열을 갖는 프라이머를 이용하여 증폭한 후, 이를 SmaI과 SphI으로 처리하여 동일 효소로 절단된 플라스미드 pDSN12D에 삽입하여 플라스미드 pDSN12Didi를 제조하였다. 그 후, 플라스미드 pDSN12Didi를 BamHI과 SalI으로 절단하여 상기 4개의 유전자가 포함된 유전자 단편을 얻은 후 이를 동일 효소로 처리된 pSTV28 벡터(Takara 사)에 삽입하여 플라스미드 pSSN12Didi를 제작하였다. First, a Streptococcus pneumoniae chromosome DNA template and SEQ ID NO: 9, and using the 10 primers having the nucleotide sequence of were amplified mvaK1, mvaD and mvaK2 operon, an amplified gene fragment was treated with Kpn I and Xba I The plasmid pDSN12D was then prepared by inserting the pBAD24 vector (Guzman, LM et al . , J. Bacteriol. , 177, 4121-4130, 1995) digested with the same enzyme. In addition, the idi gene fragment was amplified using an E. coli chromosome DNA template and primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 27 and 28, and then treated with Sma I and Sph I and inserted into the plasmid pDSN12D digested with the same enzyme. pDSN12Didi was prepared. Thereafter, the plasmid pDSN12Didi was digested with Bam HI and Sal I to obtain a gene fragment containing the four genes, which were then inserted into a pSTV28 vector (Takara) treated with the same enzyme to prepare a plasmid pSSN12Didi.

엔테로코커스 패칼리스의 염색체 DNA 주형 및 서열번호: 11 및 12의 염기서열을 갖는 프라이머를 이용하여 mvaK1, mvaD mvaK2 오페론을 증폭하였으며, 증폭된 유전자 단편을 NcoI과 SalI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 pBAD24 벡터에 삽입하여 플라스미드 pDEF12D를 제조하였다. 제조된 플라스미드 pDEF12D에 상기와 동일한 방법으로 idi 유전자를 삽입하여 플라스미드 pDEF12Didi를 제조하였으며, 이를 BamHI 및 HindIII로 절단하여 상기 4개의 유전자가 포함된 유전자 단편을 얻은 후 이를 동일 효소로 처리된 pSTV28 벡터에 삽입하여 플라스미드 pSEF12Didi를 제조하였다.The mvaK1 , mvaD and mvaK2 operons were amplified using the chromosomal DNA template of Enterococcus faecalis and the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 11 and 12, and the amplified gene fragments were treated with Nco I and Sal I and then the same enzyme. Plasmid pDEF12D was prepared by inserting into a pBAD24 vector treated with. Plasmid pDEF12Didi was prepared by inserting the idi gene into the prepared plasmid pDEF12D in the same manner as described above. The plasmid pDEF12D was digested with Bam HI and Hind III to obtain a gene fragment containing the four genes, which was then treated with the same enzyme. Inserted into to prepare plasmid pSEF12Didi.

스타필로코커스 아우레우스의 염색체 DNA 주형 및 서열번호: 13 및 14의 염기서열을 갖는 프라이머를 이용하여 mvaK1, mvaD mvaK2 오페론을 증폭하였으며, 증폭된 유전자 단편을 NcoI과 XbaI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 pBAD24 벡터에 삽입하여 플라스미드 pDSA12D를 제조하였다. 제조된 플라스미드 pDSA12D에 상기와 동일한 방법으로 idi 유전자를 삽입하여 플라스미드 pDSA12Didi를 제조하였으며, 이를 EcoRI과 PstI으로 절단하여 상기 4개의 유전자가 포함된 유전자 단편을 얻은 후 이를 동일 효소로 처리된 pSTV28 벡터에 삽입하여 플라스미드 pSSA12Didi를 제조하였다.The mvaK1 , mvaD and mvaK2 operons were amplified using the chromosomal DNA template of Staphylococcus aureus and the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 13 and 14, and the amplified gene fragments were treated with Nco I and Xba I. Plasmid pDSA12D was prepared by inserting into the pBAD24 vector treated with the same enzyme. The plasmid pDSA12Didi was prepared by inserting the idi gene into the prepared plasmid pDSA12D in the same manner as above. The plasmid pDSA12Didi was digested with Eco RI and Pst I to obtain a gene fragment containing the four genes, which were then treated with the same enzyme. Inserted into to prepare plasmid pSSA12Didi.

스트렙토코커스 피오제네스의 염색체 DNA 주형 및 서열번호: 15 및 16의 염기서열을 갖는 프라이머를 이용하여 mvaK1, mvaD mvaK2 오페론을 증폭하였으며, 증폭된 유전자 단편을 KpnI과 XbaI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 pBAD24 벡터에 삽입하여 플라스미드 pDSY12D를 제조하였다. 제조된 pDSY12D 플라스미드를 XbaI으로 절단하고 클리나우(Klenow) 중합효소(New England Biolabs 사)로 평활말단을 만든 후 SalI으로 처리한 다음, 상기와 동일한 방법으로 idi 유전자를 삽입하여 pDSY12Didi를 제조하였다. 이를 EcoRI과 SalI으로 절단하여 상기 4개의 유전자가 포함된 유전자 단편을 얻은 후 이를 동일 효소로 처리된 pSTV28 벡터에 삽입하여 플라스미드 pSSY12Didi를 제조하였다. Streptococcus Pio chromosomal DNA template and SEQ ID NO: of jeneseu: 15 and was using primers having the nucleotide sequence of 16 to amplify the mvaK1, mvaD and mvaK2 operon, it processes the amplified gene fragment with Kpn I and Xba I and then the same enzyme Plasmid pDSY12D was prepared by inserting into a pBAD24 vector treated with. By inserting the idi gene with a cut made pDSY12D plasmid with Xba I and then made blunt ends by Hinckley Now (Klenow) polymerase (New England Biolabs, Inc.) treated with Sal I, and then the same procedure as above was prepared pDSY12Didi . This was digested with Eco RI and Sal I to obtain a gene fragment containing the four genes, which were then inserted into a pSTV28 vector treated with the same enzyme to prepare plasmid pSSY12Didi.

상기에서 제조된 플라스미드 pSSN12Didi의 스트렙토코커스 뉴모니애 유래 mvaK1 유전자를 스터필로코커스 아우레우스 유래 mvaK1 유전자로 대체하기 위해, pSSA12Didi 재조합 플라스미드를 EcoRI 및 NdeI으로 절단하여 스타필로코커스 아우레우스 유래 mvaK1 유전자 단편을 분리한 후, 이를 동일 효소로 처리하여 mvaK1 유전자를 제거한 pSSN12Didi 재조합 플라스미드에 삽입하여 pSSA1SN2Didi 재조합 플라스미드를 제조하였다. In order to replace the mvaK1 gene derived from Streptococcus pneumoniae of the plasmid pSSN12Didi prepared above with the mvaK1 gene derived from Staphylococcus aureus, the pSSA12Didi recombinant plasmid was digested with Eco RI and Nde I and mvaK1 derived from Staphylococcus aureus. After the gene fragment was isolated, it was treated with the same enzyme and inserted into the pSSN12Didi recombinant plasmid from which the mvaK1 gene was removed to prepare a pSSA1SN2Didi recombinant plasmid.

한편, 효모인 사카로미세스 세레비지애의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, HMGS 유전자의 경우 서열번호: 17 및 18의 염기서열을 갖는 프라이머를, PMK(ERG8) 유전자의 경우 서열번호: 19 및 20의 염기서열을 갖는 프라이머를, MDD(ERG19) 유전자의 경우 서열번호: 21 및 22의 염기서열을 갖는 프라이머를, MVK(ERG12) 유전자의 경우 서열번호: 23 및 24의 염기서열을 갖는 프라이머를, 그리고 HMGR 유전자의 경우 서열번호: 25 및 26의 염기서열을 갖는 프라이머를 사용하여 각 유전자의 단편을 증폭하였다. 증폭된 HMGS 유전자 단편을 PstI 및 HindIII로 처리한 후 동일 효소로 처리한 pTrc99A 벡터(Amann, E. 등, Gene, 69, 301-305, 1998)에 삽입하여 플라스미드 pTMV1을 제조하였으며, 증폭된 PMK(ERG8) 유전자 단편을 NcoI과 EcoRI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTMV1에 삽입하여 플라스미드 pTMV2를 제조하였다. 또한, 증폭된 MDD(ERG19) 유전자 단편을 EcoRI 및 SacI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTMV2에 삽입하여 플라스미드 pTMV3을 제조하였고, 증폭된 MVK(ERG12) 유전자 단편을 SacI 및 SmaI으로 절단한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTMV3로 삽입하여 플라스미드 pTMV4를 제조하였으며, 마지막으로 증폭된 HMGR 유전자를 SalI 및 PstI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTMV4에 삽입하여 사카로미세스 세레비지애의 전체 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합을 함유하는 플라스미드 pTMV5를 제조하였다. 한편, 랄스토니아 유트로파(Ralstonia eutropha, KCTC1006)의 염색체 DNA 주형 및 서열번호: 35 및 36의 프라이머를 사용하여 메발로비이트 경로의 단계 1을 매개하는 아세틸-CoA 아세틸전달효소의 유전자인 phbA를 증폭하였으며, 이를 PstI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTMV5에 삽입하여 플라스미드 pTMV7을 제조하였다.On the other hand, using the chromosomal DNA of the yeast Saccharomyces cerevisiae as a template, the primer having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 17 and 18 for the HMGS gene, SEQ ID NO: 19 and 20 for the PMK (ERG8) gene A primer having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 21, a primer having a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 21 and 22 for MDD (ERG19) gene, a primer having a nucleotide sequence of SEQ ID NOs: 23 and 24 for MVK (ERG12) gene, In the case of the HMGR gene, fragments of each gene were amplified using primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 25 and 26. The amplified HMGS gene fragment was treated with Pst I and Hind III and then inserted into a pTrc99A vector (Amann, E. et al., Gene , 69, 301-305, 1998) treated with the same enzyme to prepare plasmid pTMV1. The plasmid pTMV2 was prepared by inserting the PMK (ERG8) gene fragment into plasmid pTMV1 treated with Nco I and Eco RI and then treated with the same enzyme. In addition, amplified MDD (ERG19) gene fragments were treated with Eco RI and Sac I and then inserted into plasmid pTMV2 treated with the same enzyme to prepare plasmid pTMV3, and the amplified MVK (ERG12) gene fragments were prepared as Sac I and Sma I. The plasmid pTMV4 was prepared by digestion with plasmid pTMV3 treated with the same enzyme. Finally, the amplified HMGR gene was treated with Sal I and Pst I, and then inserted into plasmid pTMV4 treated with the same enzyme. A plasmid pTMV5 was prepared containing a genetic combination of Levi's entire mevalonate pathway related enzymes. Meanwhile, using the chromosomal DNA template of Ralstonia eutropha ( KCTC1006) and the primers of SEQ ID NOs: 35 and 36, the gene of acetyl-CoA acetyltransferase, which mediates step 1 of the mevalobiite pathway, PhbA was amplified and treated with Pst I and inserted into plasmid pTMV5 treated with the same enzyme to prepare plasmid pTMV7.

제조된 플라스미드 pTMV7을 EcoRI과 SacI으로 처리하여 MDD(ERG19) 유전자를 잘라낸 후 이를 동일 효소로 처리된 pSTV28 벡터에 삽입하여 플라스미드 pSSCD를 제조하였고, pTMV7을 SacI과 SmaI으로 처리하여 MVK(EFG12) 유전자를 잘라낸 후 이를 동일 효소로 처리된 pSSCD에 삽입하여 플라스미드 pSSC1D를 제조하였으며, 여기에 상기와 동일한 방법으로 idi 유전자를 삽입하여 플라스미드 pSSC1Didi를 제조하였다. 마지막으로, pTMV7을 NcoI과 EcoRI으로 처리하여 PMK(ERG8) 유전자를 잘라내고 이를 동일 효소로 처리된 클리나우 중합효소 처리하여 평활말단을 만든 후 SmaI으로 처리한 플라스미드 pSSC1Didi에 삽입시켜 사카로미세스 세레비지애의 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합을 함유하는 플라스미드 pSSC12Didi를 제조하였다. The prepared plasmid pTMV7 was treated with Eco RI and Sac I to cut out the MDD (ERG19) gene, and then inserted into the pSTV28 vector treated with the same enzyme to prepare plasmid pSSCD, and pTMV7 was treated with Sac I and Sma I to treat MVK ( EFG12) was cut out and inserted into pSSCD treated with the same enzyme to prepare plasmid pSSC1D. Plasmid pSSC1Didi was prepared by inserting the idi gene in the same manner as above. Finally, pTMV7 was treated with Nco I and Eco RI to cut the PMK (ERG8) gene, which was then treated with Klenow polymerase treated with the same enzyme to make a blunt end, and then inserted into Sma I-treated plasmid pSSC1Didi. A plasmid pSSC12Didi containing a genetic combination of enzymes related to the lower mevalonate pathway of Mrs. cerevisiae was prepared.

단계 2) 라이코펜 생합성 효소 유전자를 포함하는 플라스미드의 제조Step 2) Preparation of Plasmids Containing Lycopene Biosynthetic Enzyme Genes

라이코펜 생합성 효소 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제조하기 위해, 어위니아 허비콜라(Erwinia herbicola)의 crtE, crtB crtI 유전자 및 헤마토코커스 플러비얼리스(Hematococcus pluvialis)의 IPP 이소메라제(isomerase)를 암호화하는 ipiHP1 유전자를 포함하며 대장균에서 붉은색의 라이코펜을 발현할 수 있는 플라스미드 pT-LYCO4(Kim, S. W. 등, Metab . Eng., 72, 408-415, 2001)를 사용하였다. To prepare a recombinant vector containing a lycopene biosynthetic enzyme gene, the crtE , crtB and crtI genes of Erwinia herbicola and the IPP isomerase of Hematococcus pluvialis were used. A plasmid pT-LYCO4 (Kim, SW et al . , Metab . Eng ., 72, 408-415, 2001), which includes the ipiHP1 gene encoding and capable of expressing red lycopene in E. coli, was used.

상기 pT-LYCO4 벡터를 주형으로 사용하고, crtE 유전자의 경우 서열번호: 29 및 30의 염기서열을 갖는 프라이머를, crtB crtI 유전자의 경우 서열번호: 31 및 32의 염기서열을 갖는 프라이머를, 그리고 ipiHP1 유전자의 경우 서열번호: 33 및 34의 염기서열을 갖는 프라이머를 사용하여 각각의 유전자 단편들을 증폭하였다. 증폭된 유전자 단편들은 각 프라이머에 포함된 제한효소 부위에 따라 제한효소 처리하여 벡터에 삽입하였으며, 구체적으로 crtE 유전자의 경우 EcoRI과 XhoI으로 처리한 후 동일 효소로 처리된 pACYC184 벡터(New England Biolabs 사)에 삽입시켜 플라스미드 pAC-crtE를 제조하였고, crtB crtI 유전자의 경우 XhoI과 XbaI으로 절단한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pAC-crtE에 삽입시켜 플라스미드 pAC-crtEBI를 제조하였으며, ipiHP1 유전자의 경우 XbaI과 SalI으로 처리한 후 동일 효소로 처리된 플라스미드 pAC-crtEBI에 삽입시켜 플라스미드 pAC-LYCm4를 제조하였다. 제조된 플라스미드 pAC-LYCm4를 EcoRI과 SalI으로 절단하여 상기 4 개의 유전자가 포함된 유전자 단편을 분리하였으며, 이를 동일 효소로 처리된 pTrc99A 벡터에 삽입시켜 플라스미드 pT-LYCm4를 제조하였다. A primer having a 31 and a base sequence of 32, and: The pT-LYCO4 using the vector as a template, in the case of the crtE gene SEQ ID NO: For the primer having the nucleotide sequence of 29 and 30, crtB and crtI gene SEQ ID NO: For the ipiHP1 gene, the respective fragments were amplified using primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 33 and 34. The amplified gene fragments by restriction enzyme treatment according to the restriction sites included in the primers were each inserted into a vector, particularly crtE Were prepared for gene Eco RI and Xho I and then treated with the pACYC184 vector treated with the same restriction enzyme plasmid pAC-crtE was inserted into the (New England Biolabs Inc.), crtB And In the case of the crtI gene, the plasmid pAC-crtEBI was prepared by cleaving with Xho I and Xba I and inserting the same enzyme-treated plasmid pAC-crtE. The ipiHP1 gene was treated with Xba I and Sal I and then treated with the same enzyme. Plasmid pAC-LYCm4 was prepared by insertion into the plasmid pAC-crtEBI. The prepared plasmid pAC-LYCm4 was digested with Eco RI and Sal I to separate gene fragments containing the four genes, and inserted into the pTrc99A vector treated with the same enzyme to prepare plasmid pT-LYCm4.

단계 3) 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합의 라이코펜 생산성 비교Step 3) Comparing Lycopene Productivity of Gene Combinations for Lower Mevalonate Pathway Related Enzymes

상기 단계 1)에서 제조된 플라스미드 pSSN12Didi, pSSC12Didi, pSEF12Didi, pSSA12Didi, pSSY12Didi 및 pSSA1SN2Didi를 각각 상기 단계 2)에서 제조된 플라스미드 pT-LYCm4와 함께 ATCC에서 입수한 대장균 MG1655에 도입시켜 형질전환하였다. 형질전환된 각 대장균의 단일 콜로니를 100 ㎍/㎖의 암피실린과 50 ㎍/㎖의 클로람페니콜이 함유된 2YT 배지(16 g/L 트립톤, 10 g/L 효모 추출물, 및 5 g/L NaCl) 5 ㎖에 접종하여 37℃에서 진탕배양하였으며, 얻어진 배양액 600 ㎕씩을 1% 글리세롤, 100 ㎍/㎖ 암피실린, 50 ㎍/㎖ 클로람페니콜 및 10 mM 메발로네이트가 함유된 2YT 배지 300 ㎖에 각각 접종하여 29℃에서 48시간 동안 본 배양하였다.The plasmids pSSN12Didi, pSSC12Didi, pSEF12Didi, pSSA12Didi, pSSY12Didi and pSSA1SN2Didi prepared in step 1) were transformed with the plasmid pT-LYCm4 prepared in step 2) and introduced into E. coli MG1655 obtained from ATCC. A single colony of each transformed Escherichia coli was collected in 2YT medium (16 g / L tryptone, 10 g / L yeast extract, and 5 g / L NaCl) containing 100 μg / ml of ampicillin and 50 μg / ml of chloramphenicol. Inoculated with ㎖ and incubated shaking at 37 ℃, 600 μl of the obtained culture was inoculated in 300 ml of 2YT medium containing 1% glycerol, 100 μg / ml ampicillin, 50 μg / ml chloramphenicol and 10 mM mevalonate, respectively, at 29 ° C. Incubated for 48 hours at.

얻어진 각 배양액 1 ㎖씩을 취하여 분광광도계를 이용하여 600 nm의 파장에서 흡광도를 측정한 후 희석배수를 곱하여 균체량을 확인하였다. 또한, 배양된 각 배지로부터 20 ㎕씩을 원심분리하여 균체를 얻은 후 이를 아세톤 400 ㎕으로 현탁시켜 55℃에서 15분간 방치하고, 여기에 다시 아세톤 600 ㎕을 가하여 55℃에서 15분간 방치하여 라이코펜을 추출하였다. 얻어진 추출액을 14,000 rpm에서 10분간 원심분리한 후, 상층액의 흡광도를 분광광도계를 이용하여 474.5 nm의 파장에서 측정하였다. 측정값을 검량선을 통해 얻은 방정식에 대입하였고, 희석배수를 계산하여 라이코펜량을 계산하였다. 이때, 검량선 작성을 위해서 표준 라이코펜(Sigma 사)을 구입하여 아세톤에 용해시킨 후 각각 다른 농도로 아세톤에 희석하여 분광광도계에서 474.5 nm 파장을 이용해 흡광도를 측정하고 이를 이용하여 표준 검량선을 작성하였다. 상기 방법으로부터 확인된, 각 플라스미드로 형질전환된 대장균의 균체량 및 균체당 라이코펜 함량을 하기 표 3에 나타내었다.1 mL of each obtained culture solution was taken, and the absorbance was measured at a wavelength of 600 nm using a spectrophotometer, and the number of cells was multiplied by the dilution factor. In addition, centrifuged 20 μl from each culture medium to obtain the cells, suspended with 400 μl of acetone and left at 55 ° C. for 15 minutes, and then 600 μl of acetone was added thereto and left at 55 ° C. for 15 minutes to extract lycopene. It was. The obtained extract was centrifuged at 14,000 rpm for 10 minutes, and then the absorbance of the supernatant was measured at a wavelength of 474.5 nm using a spectrophotometer. The measured values were substituted into the equation obtained through the calibration curve, and the amount of lycopene was calculated by calculating the dilution factor. At this time, for preparing a calibration curve, a standard lycopene (Sigma) was purchased, dissolved in acetone, and diluted in acetone at different concentrations to measure absorbance using a 474.5 nm wavelength in a spectrophotometer. The cell mass and the lycopene content per cell of E. coli transformed with each plasmid confirmed from the above method are shown in Table 3 below.

Figure 112006026716226-pat00004
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그 결과, 본 발명에 따라 스타필로코커스 아우레우스 유래의 메발로네이트 인산화효소, 및 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 인산메발로네이트 인산화효소 및 이인산메발로네이트 탈카복실화효소를 암호화하는 유전자 조합을 포함하는 플라스미드 pSSA1SN2Didi를 도입한 경우의 형질전환 대장균이 가장 높은 라이코펜 생산성을 나타냄을 확인하였다. As a result, according to the present invention, a combination of genes encoding mevalonate kinase derived from Staphylococcus aureus, and mevalonate phosphatase derived from Streptococcus pneumoniae and mevalonate decarboxylase from diphosphate When introducing the plasmid pSSA1SN2Didi containing the transformed E. coli showed the highest lycopene productivity.

실시예 2: 상부 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합 선발Example 2: Gene Combination Selection for Upper Mevalonate Pathway Related Enzymes

단계 1) 상부 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합을 포함하는 재조합 벡터의 제조Step 1) Preparation of a Recombinant Vector Comprising Gene Combinations for Upper Mevalonate Pathway Related Enzymes

상부 메발로네이트 경로 중 단계 1을 매개하는 아세틸-CoA 아세틸전달효소의 유전자인 phbA, 단계 2를 매개하는 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소의 유전자인 mvaS, 단계 3을 매개하는 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소의 유전자인 mvaA, 및 단계 1 및 3에 매개하는 아세틸-CoA 아세틸전달효소/하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소의 유전자인 mvaE를 다양한 생물체 유래의 것으로 증폭시키기 위해, 스트렙토코커스 뉴모니애(ATCC6314), 엔테로코커스 패칼리스(ATCC14508) 및 스타필로코커스 아우레우스(ATCC35566)의 염색체 DNA는 ATCC로부터 입수하였으며, 랄스토니아 유트로파(Ralstonia eutropha , KCTC1006), 스트렙토마이세스 그리세올로스포레우스(Streptomyces griseolosporeus, KCCM12200) 및 파라코커스 지아잔시니파시엔스(Paracoccus zeaxanthinifaciens , ATCC21588)의 염색체 DNA는 통상적인 방법에 따라 추출하였다. 사카로미세스 세레비지애 유래의 메발로네이트 상부경로 관련 효소들을 코딩하는 유전자 조합은 상기 실시예 1에서 제조된 플라스미드 pTMV7로부터 얻었다. PhbA , a gene of acetyl-CoA acetyltransferase mediating step 1 of the upper mevalonate pathway, mvaS , a gene of hydroxymethylglutaryl-CoA synthase mediating step 2, hydroxymethyl mediating step 3 Mediated to mvaA , the gene of glutaryl- CoA reductase, and steps 1 and 3 Streptococcus pneumoniae (ATCC6314), Enterococcus faecalis (ATCC14508) and Staphylo to amplify mvaE , a gene of acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase, from a variety of organisms Chromosome DNA of Caucus aureus (ATCC35566) was obtained from ATCC, and Ralstonia The chromosomal DNA of eutropha , KCTC1006), Streptomyces griseolosporeus (KCCM12200), and Paracoccus zeaxanthinifaciens ( ATCC21588) was extracted according to a conventional method. Gene combinations encoding mevalonate upstream related enzymes from Saccharomyces cerevisiae were obtained from plasmid pTMV7 prepared in Example 1 above.

각 유전자의 증폭, 각 유전자 증폭에 사용된 전방향 및 역방향 프라이머의 제작 및 증폭된 유전자 단편의 염기서열 확인은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하였으며, 각 유전자의 증폭에 사용된 전방향 및 역방향 프라이머의 염기서열 및 프라이머에 포함된 제한효소 종류를 하기 표 4에 나타내었다.The amplification of each gene, the preparation of the forward and reverse primers used for each gene amplification and the nucleotide sequence confirmation of the amplified gene fragments were performed in the same manner as in Example 1, the forward and reverse primers used for amplification of each gene The base sequence and the type of restriction enzyme contained in the primers are shown in Table 4 below.

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먼저, 랄스토니아 유트로파의 염색체 DNA 주형 및 서열번호: 35 및 36의 염기서열을 갖는 프라이머를 사용하여 phbA 유전자를 증폭하였으며, 증폭된 유전자를 PstI으로 처리하고 멍빈 뉴클레아제(Mungbean nuclease)를 처리하여 평활말단을 만든 후 이를 SmaI으로 처리한 pTrc99A 벡터에 삽입하여 플라스미드 pTphbA를 제조하였다. First, the phbA gene was amplified using a chromosomal DNA template of Ralstonia eutropa and a primer having nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 35 and 36. The amplified gene was treated with Pst I and Mungbean nuclease. ) To make a smooth end, and then inserted into a pTrc99A vector treated with Sma I to prepare a plasmid pTphbA.

파라코커스 지아잔시니파시엔스의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, 각각 서열번호: 37 및 38, 및 서열번호: 39 및 40의 프라이머를 사용하여 mvaA 및 mvaS 유전자를 증폭하였으며, 증폭된 mvaA 유전자는 NcoI과 SmaI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 pTrc99A 벡터에 삽입하여 플라스미드 pTPZmvaA를 제조하였고, 증폭된 mvaS 유전자는 SmaI과 XbaI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTPZmvaA에 삽입하여 플라스미드 pTPZmvaAS를 제조하였다. 그 후, 상기에서 제조된 플라스미드 pTphbA를 KpnI으로 처리하여 분리한 phbA 유전자를 멍빈 뉴클레아제로 처리하고 HindIII를 처리한 다음, 이를 XbaI을 처리하고 클리나우 중합효소를 처리한 후 HindIII를 처리한 플라스미드 pTPZmvaAS에 삽입하여 플라스미드 pTPZmvaASP를 제조하였다. The mvaA and mva S genes were amplified using the chromosomal DNA of Paracoccus ziazynifaciens as a template and primers of SEQ ID NOs: 37 and 38, and SEQ ID NOs: 39 and 40, respectively. The amplified mvaA gene was treated with Nco I and Sma I and then inserted into the pTrc99A vector treated with the same enzyme to prepare plasmid pTPZmvaA. The amplified mvaS gene was treated with Sma I and Xba I and then treated with the same enzyme. Plasmid pTPZmvaAS was prepared by inserting into pTPZmvaA. After that, processes the phbA gene was separated by treating the plasmid pTphbA prepared in the Kpn I zero meongbin nuclease and process the Hind III and then, it was treated with Xba I and process the Cleveland Now polymerase Hind III The plasmid pTPZmvaASP was prepared by inserting into the treated plasmid pTPZmvaAS.

스트렙토마이세스 그리세올로스포레우스의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, 각각 서열번호: 41 및 42, 및 서열번호: 43 및 44의 프라이머를 사용하여 mvaA 및 mvaS 유전자를 증폭하였으며, 증폭된 mvaA 유전자는 BspHI과 EcoRI을 처리한 후 NcoI과 EcoRI을 처리한 pTrc99A 벡터에 삽입하여 플라스미드 pTSGmvaA를 제조하였고, 증폭된 mvaS 유전자는 EcoRI과 SacI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTSGmvaA에 삽입하여 플라스미드 pTSGmvaAS를 제조하였다. 그 후, 상기 실시예 1에서 제조된 플라스미드 pTMV7을 PstI으로 처리하여 분리한 phbA 유전자를 멍빈 뉴클레아제로 처리하여 평활말단을 만든 다음, 이를 SmaI으로 처리한 플라스미드 pTSGmvaAS에 삽입하여 플라스미드 pTSGmvaASP를 제조하였다.The mvaA and mva S genes were amplified using the chromosomal DNA of Streptomyces gryolospororeus as a template and primers of SEQ ID NOs: 41 and 42, and SEQ ID NOs: 43 and 44, respectively. The amplified mvaA gene was treated with Bsp HI and Eco RI, and then inserted into a pTrc99A vector treated with Nco I and Eco RI to prepare plasmid pTSGmvaA. The amplified mvaS gene was treated with Eco RI and Sac I and then treated with the same enzyme. Plasmid pTSGmvaAS was prepared by insertion into the treated plasmid pTSGmvaA. Subsequently, the plasmid pTMV7 prepared in Example 1 was treated with Pst I to prepare a blunt end by treatment with an empty nuclease, followed by insertion into a plasmid pTSGmvaAS treated with Sma I to prepare plasmid pTSGmvaASP. It was.

상기 실시예 1에서 제조된 플라스미드 pTMV7을 NcoI으로 처리하여 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합을 제거한 후, 이를 다시 연결하여 사카로미세스 세레비지애의 상부 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합을 함유하는 플라스미드 pTMV7-1을 제조하였다. The plasmid pTMV7 prepared in Example 1 was treated with Nco I to remove gene combinations of the lower mevalonate pathway related enzymes, and then relinked to combine the genes of the upper mevalonate pathway related enzymes of Saccharomyces cerevisiae. A plasmid pTMV7-1 containing was prepared.

스타필로코커스 아우레우스의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, 각각 서열번호: 45 및 46, 및 서열번호: 47 및 48의 염기 서열을 갖는 프라이머를 사용하여 mvaA 및 mvaS 유전자를 증폭하였으며, 증폭된 mvaA 유전자는 PciI과 SacI을 처리한 후 NcoI과 EcoRI을 처리한 pTrc99A 벡터에 삽입하여 플라스미드 pTSAmvaA를 제조하였고, 증폭된 mvaS 유전자는 SacI과 KpnI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTSAmvaA에 삽입하여 플라스미드 pTSAmvaAS를 제조하였다. 그 후, 플라스미드 pTSAmvaAS에 상기 플라스미드 pTSGmvaASP의 제조방법과 동일한 방법으로 phbA 유전자를 삽입하여 플라스미드 pTSAmvaASP를 제조하였다. The mvaA and mva S genes were amplified using chromosomal DNA of Staphylococcus aureus as a template and primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 45 and 46, and SEQ ID NOs: 47 and 48, respectively. The amplified mvaA gene was to produce plasmid pTSAmvaA was inserted Pci I and pTrc99A vector was treated with Sac I treatment the Nco I and Eco RI, the amplified mvaS gene with the same restriction enzyme and then treated with Sac I and Kpn I Plasmid pTSAmvaAS was prepared by insertion into the treated plasmid pTSAmvaA. Then, the plasmid pTSAmvaASP was prepared by inserting the phbA gene into the plasmid pTSAmvaAS in the same manner as the preparation method of the plasmid pTSGmvaASP.

엔테로코커스 패칼리스의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, 각각 서열번호: 49 및 50, 및 서열번호: 51 및 52의 염기서열을 갖는 프라이머를 사용하여 mvaE 및 mvaS 유전자를 증폭하였으며, 증폭된 mvaE 유전자는 SacI과 SmaI을 처리한 후 동일 효소를 처리한 pTrc99A 벡터에 삽입하여 플라스미드 pTEFAmvaE를 제조하였고, 증폭된 mvaS 유전자는 SmaI과 BamHI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTEFAmvaE에 삽입하여 플라스미드 pTEFAmvaES를 제조하였다.Using the chromosomal DNA of Enterococcus faecalis as a template and amplifying the mvaE and mva S genes using primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 49 and 50, and SEQ ID NOs: 51 and 52, respectively, The amplified mvaE gene was treated with Sac I and Sma I and inserted into the pTrc99A vector treated with the same enzyme to prepare plasmid pTEFAmvaE. The amplified mvaS gene was treated with Sma I and Bam HI and then treated with the same enzyme. Plasmid pTEFAmvaES was prepared by insertion into pTEFAmvaE.

스트렙토코커스 뉴모니아의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, 각각 서열번호: 53 및 54, 및 서열번호: 55 및 56의 염기서열을 갖는 프라이머를 사용하여 mvaA 및 mvaS 유전자를 증폭하였으며, 증폭된 mvaA 유전자는 EcoRI과 KpnI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 pTrc99A 벡터에 삽입하여 플라스미드 pTSNmvaA를 제조하였고, 증폭된 mvaSKpnI과 XbaI으로 처리한 후 동일한 효소로 처리한 플라스미드 pTSNmvaA에 삽입하여 플라스미드 pTSNmvaAS를 제조하였다. 그후, 랄스토니아 유트로파의 염색체 DNA 주형 및 서열번호: 35 및 36의 프라이머를 사용하여 증폭한 phbA 유전자를 PstI으로 처리한 후 동일 효소로 처리한 플라스미드 pTSNmvaAS에 삽입하여 플라스미드 pTSNmvaASP를 제조하였다.Using the chromosomal DNA of Streptococcus pneumoniae as a template and amplifying mvaA and mva S genes using primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 53 and 54, and SEQ ID NOs: 55 and 56, respectively, The amplified mvaA gene, Eco RI and Kpn after treatment with I was prepared plasmid pTSNmvaA inserted into the pTrc99A vector treated with the same restriction enzyme, the amplified mvaS is treated with the same enzymes and then treated with Kpn I and Xba I plasmid pTSNmvaA Inserted in to prepare plasmid pTSNmvaAS. Then, the plasmid pTSNmvaASP was prepared by incorporating the phbA gene amplified using the chromosomal DNA template of Ralstonia eutropa and the primers of SEQ ID NOs: 35 and 36 with Pst I, and then inserting the same enzyme-treated plasmid pTSNmvaAS. .

단계 2) 상부 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합의 메발로네이트 생산성 비교Step 2) Comparison of Mevalonate Productivity of Gene Combinations for Top Mevalonate Pathway Related Enzymes

상기 실시예 2에서 제조된 플라스미드 pTEFAmvaES, pTMV7-1, pTPZmvaASP, pTSAmvaASP, pTSGmvaASP 및 pTSNmvaASP를 각각 대장균 MG1655에 도입시켜 형질전환하였다. 형질전환된 각 대장균의 단일 콜로니를 100 ㎍/㎖의 암피실린이 함유된 2YT 배지 5 ㎖에 접종하여 37℃에서 진탕배양하였으며, 얻어진 배양액 200 ㎕씩을 100 ㎍/㎖ 암피실린을 함유하면서 0.1 mM IPTG(isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside)를 함유하거나 함유하지 않는 TT 배지(증류수 1ℓ에 20 g 글루코오스, 16 g K2HPO4, 14 g KH2PO4, 5 g 펩톤, 1 g 시트르산, 25 mg 황산마그네슘(MgSO4·7H2O), 50 mg 황산철(FeSO4·7H2O) 및 8 mg 티아민(thiamine-HCl)을 첨가한 후 4 N 수산화나트륨을 사용하여 pH를 7.2로 맞춘 배지) 5 ㎖에 접종하여 30℃에서 48시간 동안 본 배양하였다.The plasmids pTEFAmvaES, pTMV7-1, pTPZmvaASP, pTSAmvaASP, pTSGmvaASP and pTSNmvaASP prepared in Example 2 were transformed into Escherichia coli MG1655, respectively. A single colony of each transformed Escherichia coli was inoculated in 5 ml of 2YT medium containing 100 µg / ml ampicillin and shaken at 37 ° C. 200 µl of the obtained culture solution was diluted with 0.1 mM IPTG (isopropyl) containing 100 µg / ml ampicillin. TT medium with or without -β-D-thiogalactopyranoside (20 g glucose, 1 g distilled water, 16 g K 2 HPO 4 , 14 g KH 2 PO 4 , 5 g peptone, 1 g citric acid, 25 mg magnesium sulfate) MgSO 4 · 7H 2 O), 50 mg iron sulfate (FeSO 4 · 7H 2 O), and 8 mg thiamine (HCl) were added to 5 ml of medium adjusted to pH 7.2 using 4 N sodium hydroxide). Inoculation was incubated for 48 hours at 30 ° C.

배양된 각 배지로부터 200 ㎕씩을 취하여 분광광도계를 이용하여 600 nm의 파장에서 흡광도를 측정하여 균체량을 확인하였다. 또한, 메발로네이트 생산성을 확인하기 위해, 배양된 각 배지로부터 400 ㎕의 배양액을 취해 14,000 rpm에서 10분 동안 원심분리한 후 상층액 350 ㎕를 취하였으며, 여기에 3 N HCl을 첨가하여 pH를 2.0으로 조정한 후 45℃에서 1시간 동안 방치하였다. 여기에 결정상태의 황산나트륨을 포화될 때까지 진탕하면서 첨가하였으며, 여기에 1 ㎖의 에틸아세테이트를 가한 후 5분 동안 진탕하여 메발로네이트를 추출하였다. 이를 10분간 원심분리하여 상층액을 취하는 과정을 2회 반복하여 메발로네이트 추출액을 얻었으며, 추출액을 진공하에 증발시켜 에틸아세테이트를 완전히 제거한 후 내부 표준물질인 25% 버트알데하이드(vertraldehyde)가 함유된 에틸아세테이트 400 ㎕에 용해하여 하기 조건의 가스 크로마토그래피로 메발로네이트의 함량을 분석하였다.200 μl each of the cultured medium was taken, and the absorbance was measured at a wavelength of 600 nm using a spectrophotometer to check the cell mass. In addition, in order to confirm the mevalonate productivity, 400 μl of the culture solution was taken from each culture medium, and centrifuged at 14,000 rpm for 10 minutes, and then 350 μl of the supernatant was added thereto. After adjusting to 2.0, it was left at 45 ℃ for 1 hour. To this, crystalline sodium sulfate was added with shaking until saturation, 1 ml of ethyl acetate was added thereto, followed by shaking for 5 minutes to extract mevalonate. Centrifuged for 10 minutes, the supernatant was taken twice to obtain a mevalonate extract. The extract was evaporated under vacuum to completely remove ethyl acetate, and then contained 25% buttaldehyde, an internal standard. The content of mevalonate was analyzed by dissolving in 400 μl of ethyl acetate and performing gas chromatography under the following conditions.

- 가스 크로마토그래피: 시료주입장치(auto-sampler)가 장착된 에질런트 테크놀로지 6890N (Agilent Techonolies 6890N) 모델Gas Chromatography: Agilent Techonolies 6890N model with auto-sampler

- 칼럼: HP-5-433(30.0 m×0.25 mm×0.25 mm 노니날(noninal), 5% 페닐메틸실록산(phenyl methyl siloxane), 휴렛펙커드)Column: HP-5-433 (30.0 m × 0.25 mm × 0.25 mm noninal, 5% phenyl methyl siloxane, Hewlett-Packard)

- 이동상: 수소Mobile phase: hydrogen

- 속도: 1.5 ㎖/분Rate: 1.5 ml / min

- 오븐 온도: 180℃-Oven temperature: 180 ℃

- 모드: 이소크래틱 모드Mode: Isocratic Mode

- 시료주입량: 1 ㎕Sample injection volume: 1 μl

- 검출: FID 방식 Detection: FID method

상기 방법으로부터 확인된, 각 플라스미드로 형질전환된 대장균의 균체량 및 균체당 라이코펜 함량을 하기 표 5에 나타내었다.The cell weight and the lycopene content per cell of the E. coli transformed with each plasmid confirmed from the above method are shown in Table 5 below.

Figure 112006026716226-pat00006
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그 결과, 상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따라 엔테로코커스 패칼리스 유래 아세틸-CoA 아세틸전달효소/하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소 및 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소를 암호화하는 유전자 조합을 포함하는 플라스미드 pTEFAmvaES를 도입한 경우(0.15 내지 4.16 g/L)와, 랄스토니아 유트로파 유래 아세틸-CoA 아세틸전달효소, 및 스트렙토코커스 뉴모니애 유래 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소 및 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소를 암호화하는 유전자 조합을 포함하는 플라스미드 pTSNmvaASP를 도입한 경우(0.86 내지 1.32 g/L)의 형질전환 대장균이 우수한 메발로네이트 생산성을 나타냄을 확인하였다. As a result, as shown in Table 5, the acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase and hydroxymethylglutaryl-CoA synthetase derived from Enterococcus faecalis according to the present invention. Plasmid pTEFAmvaES containing a combination of genes (0.15 to 4.16 g / L), acetyl-CoA acetyltransferase derived from Ralstonia eutropha, and hydroxymethylglutaryl-derived from Streptococcus pneumoniae Transgenic Escherichia coli exhibited excellent mevalonate productivity when plasmid pTSNmvaASP was introduced (0.86-1.32 g / L) containing a combination of genes encoding CoA synthase and hydroxymethylglutaryl-CoA reductase. It was.

실시예Example 3: 전체  3: full 메발로네이트Mevalonate 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합을 도입한  Genetic combinations for pathway related enzymes 대장균에서의In E. coli 라이코펜Lycopene 생산성 확인  Productivity Check

단계 1) 전체 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합을 포함하는 플라스미드의 제조Step 1) Preparation of a Plasmid Containing Gene Combinations for All Mevalonate Pathway Related Enzymes

실시예 1에서 선발된 하부 메발로네이트 경로 관련 효소들을 암호화하는 유전자 조합 1종에 실시예 2에서 선발된 상부 메발로네이트 경로 관련 효소들을 암호화하는 유전자 조합 2종을 각각 결합시켜 2종의 전체 메발로네이트 경로 관련 효소들을 암호화하는 유전자 조합이 각각 포함된 플라스미드를 다음과 같이 제조하였다.Two gene combinations encoding the lower mevalonate pathway related enzymes selected in Example 1 were combined with two gene combinations encoding the upper mevalonate pathway related enzymes selected in Example 2, respectively. Plasmids each containing a gene combination encoding the balonate pathway related enzymes were prepared as follows.

상부 메발로네이트 경로 관련 효소들을 암호화하는 유전자 조합 단편 2종을 각각 실시예 2에서 제조한 플라스미드 pTEFAmvaES 및 pTSNmvaASP을 주형으로 하여 증폭하였으며, 이때 각 유전자의 증폭 방법, 각 유전자 증폭에 사용된 전방향 및 역방향 프라이머의 제작 및 증폭된 유전자 단편의 염기서열 확인은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 하였다. 각 유전자의 증폭에 사용된 전방향 및 역방향 프라이머의 염기서열 및 프라이머에 포함된 제한효소 종류를 하기 표 6에 나타내었다.Two gene combination fragments encoding the upper mevalonate pathway related enzymes were amplified using the plasmids pTEFAmvaES and pTSNmvaASP prepared in Example 2, respectively, wherein the amplification method of each gene, the omnidirectional and Preparation of the reverse primer and confirming the nucleotide sequence of the amplified gene fragments in the same manner as in Example 1. The base sequence of the forward and reverse primers used for amplification of each gene and the restriction enzyme types included in the primers are shown in Table 6 below.

Figure 112006026716226-pat00007
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먼저, 플라스미드 pTSNmvaASP를 주형으로 하고 서열번호: 57 및 58의 염기서열을 갖는 프라이머를 이용하여 랄스토니아 유트로파 유래 phbA, 및 스트렙토코커스 뉴모니애 유래 mvaAmvaS를 포함하는 유전자 단편을 증폭하였으며, 이를 SalI으로 처리한 후 클리나우 중합효소를 처리하여 평활말단을 만든 플라스미드 pSSA1SN2Didi에 삽입하여, 랄스토니아 유트로파 유래 아세틸-CoA 아세틸전달효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소 및 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소, 스타필로코커스 아우레우스 유래 메발로네이트 인산화효소, 및 스트렙토코커스 뉴모니애 유래 인산메발로네이트 인산화효소 및 이인산메발로네이트 탈카복실화효소를 암호화하는 유전자 조합을 포함하는 플라스미드 pSNSASN를 제조하였다.First, a plasmid pTSNmvaASP as a template and SEQ ID NO: using primers having the nucleotide sequences of 57 and 58 Lal Stony ah oil Trojan wave derived phbA, and was amplified gene fragment containing the Streptococcus pneumoniae derived mvaA and mvaS , After treatment with Sal I, treated with Klenow polymerase and inserted into the plasmid pSSA1SN2Didi, which made the blunt end, ralstonia utropa-derived acetyl-CoA acetyltransferase, Streptococcus pneumoniae-derived hydroxymethylgluta Reyl-CoA Synthetase and hydroxymethylglutaryl-CoA Reductase, Staphylococcus aureus-derived mevalonate kinase, and Streptococcus pneumoniae-phosphate mevalonate kinase and diphosphorate valate A plasmid pSNSASN was prepared comprising a combination of genes encoding carboxylase.

또한, 플라스미드 pTEFAmvaES를 주형으로 하고 서열번호: 59 및 60의 염기서열을 갖는 프라이머를 이용하여 엔테로코커스 패칼리스 유래 mvaEmvaS를 포함하는 유전자 단편을 증폭하였으며, 이를 XhoI을 처리한 후 SalI으로 처리한 플라스미드 pSSA1SN2Didi에 삽입하여, 엔테로코커스 패칼리스 유래 아세틸-CoA 아세틸전달효소/하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소 및 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소, 스타필로코커스 아우레우스 유래 메발로네이트 인산화효소, 및 스트렙토코커스 뉴모니애 유래 인산메발로네이트 인산화효소 및 이인산메발로네이트 탈카복실화효소를 암호화하는 유전자 조합을 포함하는 플라스미드 pEFSASN를 제조하였다.In addition, using a primer having the plasmid pTEFAmvaES as a template and the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 59 and 60, amplified gene fragments containing mvaE and mvaS derived from Enterococcus faecalis were treated with Sal I after treatment with Xho I. Inserted into the treated plasmid pSSA1SN2Didi, enterococcus faecalis-derived acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase and hydroxymethylglutaryl-CoA synthetase, Staphylococcus aureus-derived mes. A plasmid pEFSASN was prepared comprising a combination of a balonate kinase, and a gene combination encoding Streptococcus pneumoniae phosphate mevalonate phosphatase and a divalphate valonate decarboxylase.

단계 2) 전체 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합을 도입한 대장균에서의 라이코펜 생산성 확인 Step 2) Confirmation of Lycopene Productivity in Escherichia Coli with Gene Combinations for Total Mevalonate Pathway-Related Enzymes

상기 단계 1)에서 얻어진 2종의 플라스미드 pSNSASN 및 pEFSASN를 각각 상기 실시예 1에서 얻어진 라이코펜 생합성 효소에 대한 유전자를 포함하는 플라스미드 pT-LYCm4와 함께 대장균 MG1655에 도입시켜 형질전환하였으며, 대조군으로 플라스미드 pT-LYCm4만을 대장균 MG1655에 도입시켜 형질전환하였다. 이들 중, 플라스미드 pEFSASN 및 pT-LYCm4로 형질전환된 대장균 MG1655를 2006년 4월 7일자로 한국생명공학연구원 유전자은행에 기탁번호 KCTC 10932BP로 기탁하였다. 각 형질전환된 대장균의 단일 콜로니를 100 ㎍/㎖의 암피실린 및 50 ㎍/㎖의 클로람페니콜이 함유된 2YT 배지 5 ㎖에 접종하여 37℃에서 진탕배양하였으며, 얻어진 배양액 200 ㎕ 씩을 1% 글리세롤, 100 ㎍/㎖의 암피실린 및 50 ㎍/㎖의 클로람페니콜이 함유된 2YT 배지 5 ㎖에 접종한 후 29℃에서 48시간 동안 본 배양하였다. The two plasmids pSNSASN and pEFSASN obtained in step 1) were introduced into E. coli MG1655 with plasmid pT-LYCm4 containing the gene for the lycopene biosynthesis enzyme obtained in Example 1, respectively, and transformed into plasmid pT- as a control. Only LYCm4 was transformed into Escherichia coli MG1655. Among them, Escherichia coli MG1655 transformed with plasmids pEFSASN and pT-LYCm4 was deposited on April 7, 2006 to the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank with accession number KCTC 10932BP. A single colony of each transformed E. coli was inoculated in 5 ml of 2YT medium containing 100 μg / ml ampicillin and 50 μg / ml chloramphenicol and shaken at 37 ° C., and 200 μl of the obtained culture was added to 1% glycerol, 100 μg. 5 ml of 2YT medium containing / ml of ampicillin and 50 g / ml of chloramphenicol were then incubated for 48 hours at 29 ° C.

배양된 각 배지로부터 상기 실시예 1의 단계 3)과 동일한 방법으로 균체량과 라이코펜의 함량을 확인하였으며, 이로부터 확인된 각 플라스미드로 형질전환된 대장균의 균체량 및 균체당 라이코펜 함량을 하기 표 7에 나타내었다.Cell culture and lycopene content was confirmed in the same manner as in step 3) of Example 1 from each culture medium, and the cell weight and lycopene content per cell of E. coli transformed from each plasmid identified therefrom are shown in Table 7 below. It was.

Figure 112006026716226-pat00008
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그 결과, 상기 표 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 메발로네이트 경로 관련 효소를 암호화하는 유전자 조합을 도입시켜 형질전환된 대장균의 라이코펜 생산성이 이를 도입시키지 않은 대장균에 비해 5배 이상 증가한 것을 확인하였다. As a result, as shown in Table 7, it was confirmed that the lycopene productivity of the transformed Escherichia coli increased by a factor of five or more compared to Escherichia coli without introducing the gene combination encoding the enzyme of the mevalonate pathway according to the present invention. It was.

실시예 4: 전체 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합을 도입한 대장균에서의 베타-카로틴 및 지아잔틴의 생산성 확인 Example 4: Confirmation of the productivity of beta-carotene and zeaxanthin in E. coli introduced gene combinations for the entire mevalonate pathway related enzymes

라이코펜으로부터 베타-카로틴을 생합성하는 효소를 암호화하는 유전자 crtY(라이코펜 베타-사이클라제 유전자)의 단편을, 판토애 아나나스(Pantoea ananas, KCCM40419) 균주의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, 서열번호: 61 및 62의 염기서열을 갖는 전방향 및 역방향 프라이머를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 증폭하였으며, 증폭된 crtY 유전자를 SalI과 HindIII로 처리한 후 동일효소로 처리한 플라스미드 pT-LYCm4에 삽입하여 플라스미드 pT-CARO를 제조하였다.A fragment of the gene crtY (lycopene beta-cyclase gene), which encodes an enzyme for biosynthesis of beta-carotene from lycopene, was used as a template using chromosomal DNA of the Pantoea ananas (KCCM40419) strain, SEQ ID NO: 61 And amplified in the same manner as in Example 1 using the forward and reverse primers having the nucleotide sequence of 62, and the plasmid pT-LYCm4 treated with Sal I and Hind III and then treated with the same enzyme after the amplified crtY gene Insertion to prepare plasmid pT-CARO.

또한, 베타-카로틴으로부터 지아잔틴을 생합성하는 효소를 암호화하는 유전자 crtZ(베타-카로틴 히드록실라제 유전자)의 단편을, ATCC로부터 입수한 판토애 아나나스 균주의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, 서열번호: 63 및 64의 염기서열을 갖는 전방향 및 역방향 프라이머를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 증폭하였으며, 증폭된 crtZ 유전자를 HindIII로 처리한 후 동일효소로 처리한 플라스미드 pT-CARO에 삽입하여 플라스미드 pT-ZEA를 제조하였다.In addition, a fragment of the gene crtZ (beta-carotene hydroxylase gene) encoding an enzyme for biosynthesis of zeaxanthin from beta-carotene was used as a template using the chromosomal DNA of Pantoea ananas strain obtained from ATCC as a template. : Amplified in the same manner as in Example 1 using the forward and reverse primers having base sequences of 63 and 64, the amplified crtZ gene was treated with Hind III and inserted into the plasmid pT-CARO treated with the same enzyme To prepare plasmid pT-ZEA.

상기 실시예 3에서 제조한 플라스미드 pSNSASN 및 pEFSASN를 각각 상기에서 얻어진 플라스미드 pT-CARO 또는 pT-ZEA와 함께 대장균 MG1655에 도입시켜 형질전환하였으며, 대조군은 플라스미드 pT-CARO 또는 pT-ZEA만을 대장균 MG1655에 도입시켜 형질전환하였다. 각 형질전환된 대장균의 단일 콜로니를 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 접종 및 배양하였으며, 얻어진 각 배양액으로부터 상기 실시예 1의 단계 3)과 동일한 방법으로 균체량과 베타-카로틴 또는 지아잔틴의 함량을 확인하였다. 이때, 베타-카로틴 및 지아잔틴의 추출 및 정량은 실시예 1의 단계 3)과 동일하게 수행하였으며, 표준 베타-카로틴 및 지아잔틴의 시료는 Sigma 사에서 입수한 것을 사용하였다. 상기 방법으로부터 확인된 각 플라스미드로 형질전환 대장균의 균체량, 및 균체당 베타-카로틴 또는 지아잔틴의 함량을 하기 표 8 및 9에 나타내었다.The plasmids pSNSASN and pEFSASN prepared in Example 3 were transformed with E. coli MG1655 with the plasmids pT-CARO or pT-ZEA obtained above, respectively, and the control group was introduced into E. coli MG1655 with only plasmids pT-CARO or pT-ZEA. And transformed. A single colony of each transformed Escherichia coli was inoculated and incubated in the same manner as in Example 3, and the cell mass and the content of beta-carotene or zeaxanthin were confirmed by the same method as in step 3) of Example 1 from each culture solution obtained. It was. At this time, extraction and quantification of beta-carotene and zeaxanthin were performed in the same manner as in step 3) of Example 1, and samples of standard beta-carotene and zeaxanthin were obtained from Sigma. The cell weight of the transformed Escherichia coli, and the content of beta-carotene or zeaxanthin per cell are shown in Tables 8 and 9 below.

Figure 112006026716226-pat00009
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그 결과, 상기 표 8 및 9에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 메발로네이트 경로 관련 효소를 암호화하는 유전자 조합을 도입시켜 형질전환된 대장균의 베타-카로틴 및 지아잔틴 생산성이 이를 도입시키지 않은 대장균에 비해 5배 이상 증가한 것을 확인하였다.As a result, as shown in Tables 8 and 9, the beta-carotene and zeaxanthin productivity of the transformed Escherichia coli was introduced into E. coli by introducing a gene combination encoding the enzyme of the mevalonate pathway according to the present invention. It was confirmed that the increase more than five times.

실시예 5: 전체 메발로네이트 경로 관련 효소들에 대한 유전자 조합을 도입한 대장균에서의 코엔자임 큐텐의 생산성 확인 Example 5: Confirmation of the productivity of coenzyme qtene in E. coli with the introduction of gene combinations for the entire mevalonate pathway related enzymes

코엔자임 큐텐을 생합성하는 데카프레닐피로인산 생합성 효소(decaprenylpyrophosphate synthase)를 암호화하는 유전자 dds의 단편을, 로도박터 스파에로이데스(Rhodobacter sphaeroides 2.4.1, ATCC BAA-808) 균주의 염색체 DNA를 주형으로 사용하고, 서열번호: 65 및 66의 염기서열을 갖는 전방향 및 역방향 프라이머를 사용하여 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 증폭하였으며, 증폭된 dds 유전자를 EcoRI과 SacI으로 처리한 후 동일효소로 처리한 pTrc99A 벡터에 삽입하여 플라스미드 pT-dds를 제조하였다.A fragment of the gene dds , which encodes the decaprenylpyrophosphate synthase, which biosynthesizes coenzyme cutten, is used as a template, and the chromosomal DNA of the strain Rhodobacter sphaeroides 2.4.1 , ATCC BAA-808 is used as a template. Using the forward and reverse primers having the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 65 and 66, and amplified in the same manner as in Example 1, and the amplified dds gene was treated with Eco RI and Sac I, followed by the same enzyme. Plasmid pT-dds was prepared by insertion into the treated pTrc99A vector.

상기 실시예 3에서 제조한 플라스미드 pSNSASN 및 pEFSASN를 각각 상기에서 얻어진 플라스미드 pT-dds와 함께 대장균 MG1655에 도입시켜 형질전환하였으며, 대조군은 플라스미드 pT-dds만을 대장균 MG1655에 도입시켜 형질전환하였다. 각 형질전환된 대장균의 단일 콜로니를 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 접종 및 배양하였으며, 배양된 각 배지로부터 상기 실시예 1의 단계 3)과 동일한 방법으로 균체량을 확인하였다. 코엔자임 큐텐의 추출 및 함량확인은 참고문헌 [Park, Y. C. 등, App. Microbiol. Biotechnol., 67, 192-196, 2005]에 기재된 방법에 따라 수행하였다. The plasmids pSNSASN and pEFSASN prepared in Example 3 were transformed with E. coli MG1655 with the plasmid pT-dds obtained above, respectively, and the control group was transformed by introducing only plasmid pT-dds into E. coli MG1655. A single colony of each transformed E. coli was inoculated and cultured in the same manner as in Example 3, and the cell mass was confirmed in the same manner as in step 3) of Example 1 from each culture medium. Extraction and content determination of coenzyme cuene are described in reference [Park, YC, et al . , App. Microbiol. Biotechnol. , 67, 192-196, 2005.

상기 방법으로부터 확인된 각 플라스미드로 형질전환 대장균의 균체량, 및 균체당 코엔자임 큐텐의 함량을 하기 표 10에 나타내었다.Each plasmid identified from the method described above shows the cell weight of E. coli and the content of coenzyme cuene per cell in Table 10.

Figure 112006026716226-pat00011
Figure 112006026716226-pat00011

그 결과, 상기 표 10에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 메발로네이트 경로 관련 효소를 암호화하는 유전자 조합을 도입시켜 형질전환된 대장균의 코엔자임 큐텐 생산성이 이를 도입시키지 않은 대장균에 비해 3배 이상 증가한 것을 확인하였다.As a result, as shown in Table 10, the coenzyme qten productivity of E. coli transformed by introducing a gene combination encoding the enzyme associated with the mevalonate pathway according to the present invention increased more than three times compared to E. coli without introducing it. Confirmed.

상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 다양한 생물체들로부터 유래된 메발로네이트 경로 관련 효소들의 유전자 조합을 미생물에 도입시켜 이소프레노이드를 제조하는 방법은 기존 방법에 비해 이소프레노이드의 생합성을 효과적으로 증대시키므로, 이소프레노이드의 대량생산 개발 등에 유용하게 활용될 수 있다.As described above, according to the present invention, a method of preparing isoprenoids by introducing gene combinations of enzymes related to mevalonate pathways derived from various organisms into microorganisms effectively increases the biosynthesis of isoprenoids compared to conventional methods. Therefore, it can be usefully used for mass production development of isoprenoids.

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Claims (18)

(a) 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus) 유래의 메발로네이트 인산화효소, 스트렙토코커스 뉴모니애(Streptococcus pneumoniae) 유래의 인산메발로네이트 인산화효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 이인산메발로네이트 탈카복실화효소, 엔테로코커스 패칼리스(Enterococcus faecalis) 유래의 아세틸-CoA 아세틸전달효소/하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소 및 엔테로코커스 패칼리스 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소를 각각 암호화하는 유전자들의 조합; 또는 (a) Mevalonate kinase derived from Staphylococcus aureus , phosphate mevalonate kinase derived from Streptococcus pneumoniae , and diphosphate metal derived from Streptococcus pneumoniae Nate decarboxylase, acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase from Enterococcus faecalis and hydroxymethylglutaryl-CoA synthase from enterococcus faecalis A combination of genes each encoding a; or (b) 스타필로코커스 아우레우스 유래의 메발로네이트 인산화효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 인산메발로네이트 인산화효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 이인산메발로네이트 탈카복실화효소, 랄스토니아 유트로파(Ralstonia eutropha) 유래의 아세틸-CoA 아세틸전달효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소 및 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소를 각각 암호화하는 유전자들의 조합(b) methalonate kinase derived from Staphylococcus aureus, metholonate phosphatase derived from Streptococcus pneumoniae, mevalonate decarboxylase diphosphate derived from Streptococcus pneumoniae, ralstony Acetyl-CoA acetyltransferase from Ralstonia eutropha , hydroxymethylglutaryl-CoA synthetase from Streptococcus pneumoniae and hydroxymethylglutaryl-CoA from Streptococcus pneumoniae Combination of genes encoding reductase 을 숙주 미생물에 도입시켜 형질전환시킨 후, 형질전환된 숙주 미생물을 배양하여 이소프레노이드를 생산하는 것을 포함하는, 이소프레노이드의 제조방법.And introducing the host microorganism into the host microorganism, followed by culturing the transformed host microorganism, thereby producing an isoprenoid. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 스타필로코커스 아우레우스 유래의 메발로네이트 인산화효소가 서열번호: 6, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 인산메발로네이트 인산화효소가 서열번호: 7, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 이인산메발로네이트 탈카복실화효소가 서열번호: 8, 엔테로코커스 패칼리스 유래의 아세틸-CoA 아세틸전달효소/하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소가 서열번호: 1, 엔테로코커스 패칼리스 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소가 서열번호: 2, 랄스트로파 유트로파 유래의 아세틸-CoA 아세틸전달효소가 서열번호: 3, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소가 서열번호: 4, 그리고 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소가 서열번호: 5의 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 방법. A mevalonate kinase derived from Staphylococcus aureus is SEQ ID NO: 6, and a methalonate phosphatase derived from Streptococcus pneumoniae is SEQ ID NO: 7, biphosphate mevalonate from Streptococcus pneumoniae. Decarboxylase is SEQ ID NO: 8, acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase derived from Enterococcus faecalis is SEQ ID NO: 1, hydroxymethyl gluta derived from Enterococcus faecalis Reyl-CoA synthetase is SEQ ID NO: 2, acetyl-CoA acetyltransferase from Ralstropa eutropa is SEQ ID NO: 3, hydroxymethylglutaryl-CoA synthetase is derived from Streptococcus pneumoniae No. 4 and the hydroxymethylglutaryl-CoA reductase from Streptococcus pneumoniae has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5. 15. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 유전자들을 발현 벡터에 삽입하여 제조한 재조합 벡터의 형태로 숙주 미생물에 도입하는 것을 특징으로 하는 방법.Method for introducing into the host microorganism in the form of a recombinant vector prepared by inserting the gene into the expression vector. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 유전자들이 숙주 미생물의 염색체상에 직접 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.The genes are introduced directly on the chromosome of the host microorganism. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 유전자들이 일부는 숙주 미생물의 염색체상에 직접 도입되고 나머지는 벡터에 삽입된 재조합 벡터 형태로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the genes are partially introduced directly on the chromosome of the host microorganism and the remainder are introduced in the form of a recombinant vector inserted into the vector. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 숙주 미생물이 이소프레노이드의 전구체인 이소펜테닐피로인산의 생합성 경로로 비메발로네이트 경로를 갖는 것임을 특징으로 하는 방법.Wherein the host microorganism has a non-mevalonate pathway as a biosynthetic pathway of isopentenylpyrophosphate, a precursor of isoprenoids. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 숙주 미생물이 대장균(E. coli), 바실러스속(Bacillus sp.), 슈도모나스속(Pseudomonas sp.), 아그로박테리움속(Agrobacterium sp.), 로도박터속(Rhodobacter sp.) 및 어위니아속(Erwinia sp.) 균주를 포함하는 세균(bacteria)류 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.Host microorganisms include E. coli , Bacillus sp., Pseudomonas sp., Agrobacterium sp., Rhodobacter sp. And Erwinia. sp.) A method characterized in that it is selected from among bacteria including strains. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10, 숙주 미생물이 대장균임을 특징으로 하는 방법.The host microorganism is characterized in that E. coli. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 이소프레노이드가 라이코펜; 베타-카로틴, 지아잔틴, 아스타잔틴 및 루테인을 포함하는 카로티노이드류; 코엔자임 큐텐을 포함하는 퀴논류; 모노터프노이드(monoterpenoid), 세스퀴터프노이드(sesquiterpenoid), 디터프노이드(diterpenoid) 및 세스터터프노이드(sesterterpenoid)를 포함하는 터프노이드류; 스테로이드(steroid); 및 천연 고무로 이루어진 군에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.Isoprenoids are lycopene; Carotenoids including beta-carotene, zeaxanthin, astaxanthin and lutein; Quinones including coenzyme qtene; Turfoids including monoterpenoids, sesquiterpenoids, diterpenoids, and sesterterpenoids; Steroids; And it is selected from the group consisting of natural rubber. 삭제delete (a) 스타필로코커스 아우레우스(Staphylococcus aureus) 유래의 메발로네이트 인산화효소, 스트렙토코커스 뉴모니애(Streptococcus pneumoniae) 유래의 인산메발로네이트 인산화효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 이인산메발로네이트 탈카복실화효소, 엔테로코커스 패칼리스(Enterococcus faecalis) 유래의 아세틸-CoA 아세틸전달효소/하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소 및 엔테로코커스 패칼리스 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소를 각각 암호화하는 유전자들의 조합; 또는 (a) Mevalonate kinase derived from Staphylococcus aureus , phosphate mevalonate kinase derived from Streptococcus pneumoniae , and diphosphate metal derived from Streptococcus pneumoniae Nate decarboxylase, acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase from Enterococcus faecalis and hydroxymethylglutaryl-CoA synthase from enterococcus faecalis A combination of genes each encoding a; or (b) 스타필로코커스 아우레우스 유래의 메발로네이트 인산화효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 인산메발로네이트 인산화효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 이인산메발로네이트 탈카복실화효소, 랄스토니아 유트로파(Ralstonia eutropha) 유래의 아세틸-CoA 아세틸전달효소, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소 및 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소를 각각 암호화하는 유전자들의 조합(b) methalonate kinase derived from Staphylococcus aureus, metholonate phosphatase derived from Streptococcus pneumoniae, mevalonate decarboxylase diphosphate derived from Streptococcus pneumoniae, ralstony Acetyl-CoA acetyltransferase from Ralstonia eutropha , hydroxymethylglutaryl-CoA synthetase from Streptococcus pneumoniae and hydroxymethylglutaryl-CoA from Streptococcus pneumoniae Combination of genes encoding reductase 을 도입시켜 형질전환된 미생물. Microorganisms transformed by introducing. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 스타필로코커스 아우레우스 유래의 메발로네이트 인산화효소가 서열번호: 6, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 인산메발로네이트 인산화효소가 서열번호: 7, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 이인산메발로네이트 탈카복실화효소가 서열번호: 8, 엔테로코커스 패칼리스 유래의 아세틸-CoA 아세틸전달효소/하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소가 서열번호: 1, 엔테로코커스 패칼리스 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소가 서열번호: 2, 랄스트로파 유트로파 유래의 아세틸-CoA 아세틸전달효소가 서열번호: 3, 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 합성효소가 서열번호: 4, 그리고 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 하이드록시메틸글루타릴-CoA 환원효소가 서열번호: 5의 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 미생물.A mevalonate kinase derived from Staphylococcus aureus is SEQ ID NO: 6, and a methalonate phosphatase derived from Streptococcus pneumoniae is SEQ ID NO: 7, biphosphate mevalonate from Streptococcus pneumoniae. Decarboxylase is SEQ ID NO: 8, acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl-CoA reductase derived from Enterococcus faecalis is SEQ ID NO: 1, hydroxymethyl gluta derived from Enterococcus faecalis Reyl-CoA synthetase is SEQ ID NO: 2, acetyl-CoA acetyltransferase from Ralstropa eutropa is SEQ ID NO: 3, hydroxymethylglutaryl-CoA synthetase is derived from Streptococcus pneumoniae No. 4 and a hydroxymethylglutaryl-CoA reductase from Streptococcus pneumoniae have the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5. 삭제delete 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 대장균(E. coli), 바실러스속(Bacillus sp.), 슈도모나스속(Pseudomonas sp.), 아그로박테리움속(Agrobacterium sp.), 로도박터속(Rhodobacter sp.) 및 어위니아속(Erwinia sp.) 균주를 포함하는 세균(bacteria)류 중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 미생물. E. coli , Bacillus sp.), Pseudomonas sp.), Agrobacterium sp., Rhodobacter sp.) and Erwinia sp. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 대장균이 기탁번호 KCTC 10932BP로 기탁된 대장균 MG1655인 것을 특징으로 하는 미생물.The microorganism characterized in that E. coli is Escherichia coli MG1655 deposited with accession number KCTC 10932BP.
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