KR101061412B1 - Cloning of Isoeugenol Monooxygenase and Uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 아미노산 서열로 이루어진 이소유제놀 모노옥시게나아제(Isoeugenol Monooxygenase) 및 이를 코딩하는 핵산 분자와 이를 이용하여 효소적으로 바닐린 유도체를 합성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 바닐린 유도체 합성 과정은 효소 자체만을 이용하기 때문에 바닐린을 바닐린 산과 같은 물질로 전환시키지 않으며 조효소 및/또는 보조인자의 첨가 없이도 세포 밖에서 보다 경제적이고 효율적으로 바닐린 유도체를 생산할 수 있다.The present invention relates to an isoeugenol monooxygenase consisting of a novel amino acid sequence, a nucleic acid molecule encoding the same, and a method for synthesizing an enzymatic vanillin derivative using the same. Since the vanillin derivative synthesis process of the present invention uses only the enzyme itself, it is possible to produce vanillin derivatives more economically and efficiently outside the cell without the addition of coenzymes and / or cofactors, without converting vanillin to a substance such as vanillic acid.

바닐린, 유제놀, 이소유제놀, 이소유제놀 모노옥시게나아제, 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin1 Vanillin, Eugenol, Isoeugenol, Isoeugenol Monooxygenase, Pseudomonas Nitroreducence Jin1

Description

이소유제놀 모노옥시게나아제의 클로닝 및 그의 용도{Cloning of Isoeugenol Monooxygenase and Uses thereof} Cloning of Isoeugenol Monooxygenase and Uses}

본 발명은 이소유제놀 모노옥시게나아제, 이를 코딩하는 핵산 분자 및 그의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to isoeugenol monooxygenase, nucleic acid molecules encoding the same and uses thereof.

바닐린(vanillin, 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde)은 식품, 음료, 향수, 의약품 등에 가장 많이 사용되는 향신료 물질로써 우리가 널리 알고 있는 바닐라 향의 주 물질이며 전 세계적으로 수만 톤이 생성되며 이중 생물체에서 얻어지는 것은 120 톤 정도이다. 생물 기원 바닐라 향은 주로 마다가스카라 혹은 인도네시아와 같은 열대기후 지역에서만 재배되는 식물인 바닐라 플래니폴리아(Vanilla planifolia)부터 얻어진다. 지금은 벤젠 유도체인 과이어콜(quaiacol)로부터 화학적으로 생산이 가능하며 합성 바닐린 가격은 1 kg 당 12 달러정도이다. 이에 반해 생물기원 천연 바닐린 가격은 1 kg 당 4,000 달러에 거래되기도 한다.Vanillin (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) is the most commonly used spice substance used in foods, beverages, perfumes, and medicines. It is the main substance of vanilla flavour, which is widely known and produced tens of thousands of tons worldwide. What is obtained is about 120 tons. Biological vanilla scent is derived from Vanilla planifolia , a plant grown only in tropical climates such as Madagascar or Indonesia. It can now be chemically produced from the benzene derivative quaiacol, and the synthetic vanillin is priced at about $ 12 per kg. On the other hand, bio-based natural vanillin prices can be traded at $ 4,000 / kg.

식물로부터 천연 바닐린을 생산하는 과정은 바닐라 플래니폴리아의 꽃이 수 분 후 약 8개월 후에 바닐라 콩을 수확하고 다시 6개월 정도의 숙성과정을 거쳐야만 바닐라향을 내는 바닐라 콩을 얻을 수 있다. 하지만 바닐라콩에서 얻을 수 있는 바닐린 양은 바닐라 콩 무게의 약 2%로 낮은 생산성을 가지고 있다. 또한 실제 시장에서는 소비자들의 "천연(natural)", "건강한(healthy)" 또는 "웰빙(well-being)" 관련 상품에 대한 선호도에 기인한 과소 공급과 과대 수요의 불균형이 초래되고 있다. 한 예로 1990년 독일의 모든 식품 향신료 중 70%가 천연물질(즉, 생물기원)에서 유래한 것이었을 정도로 건강에 대한 관심이 증대함에 따라 천연물질에 대한 선호도가 높아지고 있다. 생기와 같은 이유들로 시장에서 천연바닐린 가격은 합성바닐린 가격과 큰 차이를 보이고 있다. In the process of producing natural vanillin from plants, vanilla beans can be obtained when vanilla flanifolia flowers harvest vanilla beans after about 8 months after several minutes and ripen for about 6 months. However, the amount of vanillin that can be obtained from vanilla beans is about 2% of the weight of vanilla beans, resulting in low productivity. Also, in the real market, there is an imbalance between undersupply and oversupply due to consumers' preference for "natural", "healthy" or "well-being" related products. For example, in 1990, 70% of all food spices in Germany were derived from natural substances (ie biological origins), and as health concerns grew, the preference for natural substances increased. For the same reason, the price of natural vanillin in the market differs significantly from that of synthetic vanillin.

하지만 안정적인 천연바닐린의 생산을 식물에만 의존하기에는 여러 가지 문제점이 있다. 앞서 언급한 바와 같이 바닐라 플래니폴리아는 열대지방에서만 재배가 가능하고 바닐린을 얻기 위해 1년 이상의 긴 시간이 소요되며 다양한 환경요소 즉, 식물 병이나 기후 등에 생산성이 영향을 받게 된다. 또한 생산성을 향상시키기 위해 이용되는 비료나 농약은 만성적인 환경오염을 유발하게 된다. 따라서 미생물을 이용하여 재생가능한 물질로부터 천연 바닐린을 생산하는 방법은 식물유래의 천연 바닐린 생산보다 더 안정적인 생산성을 갖도록 하는 것이 필요하다.However, there are several problems in relying only on plants for producing stable natural vanillin. As mentioned earlier, vanilla planifolia can only be grown in the tropics, and it takes more than a year to obtain vanillin, and productivity is affected by various environmental factors such as plant diseases and climate. Fertilizers or pesticides used to improve productivity also cause chronic environmental pollution. Therefore, methods for producing natural vanillin from renewable materials using microorganisms need to have more stable productivity than natural vanillin production derived from plants.

종래 기술에서는 미생물을 이용하여 천연 바닐린을 생산하기 위한 다양한 방법이 제시되었다. 미국 특허 제5017388호는 이소유제놀과 유제놀(eugenol)을 바닐린으로 생전환 시키는 미생물을 이용하여 바닐린을 생산하는 과정을 개시하고 있다. 국제 출원 제PCT/US99/21323호는 탄소원으로부터 바닐린 산을 만들고 특정 효소를 이용하여 바닐린 산을 바닐린으로 전환하는 방법을 개시하고 있다. 국제특허 제PCT/EP99/07952는 바닐린을 분해하는 바닐린 디하이드로게나아제를 불활성화 시켜 바닐린이 분해되어 바닐린 산으로 전환되지 않도록 만든 돌연변이 균주를 이용한 천연 바닐린 생산 방법을 개시하고 있다. 유럽특허 제0542348호는 리포옥시게나아제(EC 1.13.11.12)를 이용하여 이소유제놀이나 유제놀이 바닐린으로 생전환 시키는 방법을 개시하고 있다. 미국 특허 제6524831호는 유제놀로부터 바닐린을 생산하는 대사과정에 관련한 유전자 및 리그노스틸벤 디옥시게나아제를 해독하는 것에 관계할 것이라 예상되는 유전자들을 클로닝한 기술을 개시하고 있다.In the prior art, various methods have been proposed for producing natural vanillin using microorganisms. U.S. Pat.No.5017388 discloses the production of vanillin using microorganisms which bioconvert the isoeugenol and eugenol to vanillin. International Application No. PCT / US99 / 21323 discloses a process for making vanillic acid from a carbon source and converting vanillic acid to vanillin using a specific enzyme. International Patent No. PCT / EP99 / 07952 discloses a natural vanillin production method using a mutant strain in which vanillin dehydrogenase that degrades vanillin is inactivated so that vanillin is not degraded and converted to vanillic acid. EP 0542348 discloses a method for the bioconversion of isoeugenol or eugenol to vanillin using lipooxygenase (EC 1.13.11.12). U.S. Pat. No. 6,652,831 discloses a technique for cloning genes related to the metabolic process of producing vanillin from eugenol and genes that are expected to be involved in decoding lignostilbene deoxygenase.

현재까지 이소유제놀을 바닐린으로 생전환 할 수 있는 여러 미생물들이 논문을 통해 보고되었다(Furukawa, H. et al. J. Biosci. Bioeng. (2003) 96:401-3., Hua, D.et al. J. Biotechnol. (2007) 130:463-70., Kasana, R. C.et. al. Curr. Microbiol. (2007) 54:457-61., Priefert, H. et. al. Appl. Microbiol. Biotechnol.(2001) 56:296-314., Shimoni, E. et. al. J. Biotechnol.(2003) 105:61-70., Shimoni, E. et. al. J. Biotechnol. (2000) 78:1-9., Unno, T. et. al. J. Agric. Food. Chem. (2007) 55:8556-61., Yamada, M. et. al. Appl. Microbiol. Biotechnol. (2007) 73:1025-30.,Zhang, Y. et. al. Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 73:771-9., Zhao, L.-Q. et. al. Process Biochem. (2006) 41:1673-6., Zhao, L. Q. et. al. Biotechnol. Lett. (2005) 27:1505-9.). 하지만 많은 경우 미생물은 이소유제놀을 탄소원이나 에너지원으로 이용하기 때문에 만들어진 바닐린이 바닐린 산과 같은 물질로 빠르게 전환되어 배양약에서의 바닐린 농도가 증가하다가 시간이 지나면서 감소하는 문제점이 있다. 바닐린 자체의 미생물학적 독성도 배양액에서의 바닐린 농도를 높이는데 방해가 된다.To date, several microorganisms capable of converting isoeugenol into vanillin have been reported in the literature (Furukawa, H. et al. J. Biosci. Bioeng. (2003) 96: 401-3., Hua, D.et J. Biotechnol. (2007) 130: 463-70., Kasana, R C et al. Curr. Microbiol. (2007) 54: 457-61., Priefert, H. et. al. Appl.Microbiol.Biotechnol (2001) 56: 296-314., Shimoni, E. et. Al. J. Biotechnol. (2003) 105: 61-70., Shimoni, E. et. Al. J. Biotechnol. (2000) 78: 1-9., Unno, T. et. Al. J. Agric. Food.Chem. (2007) 55: 8556-61., Yamada, M. et. Al. Appl. Microbiol.Biotechnol. (2007) 73: 1025-30., Zhang, Y. et.al. Appl.Microbiol.Biotechnol. (2006) 73: 771-9., Zhao, L.-Q. et.al.Process Biochem. (2006) 41: 1673- 6., Zhao, LQ et. Al. Biotechnol. Lett. (2005) 27: 1505-9.). In many cases, however, microorganisms use isoeugenol as a carbon source or energy source, so vanillin is rapidly converted to a material such as vanillic acid, which increases the vanillin concentration in the culture drug and then decreases over time. The microbiological toxicity of vanillin itself also interferes with increasing vanillin concentration in the culture.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

본 발명자들은 종래의 미생물을 이용한 바닐린 제조방법과 달리, 효소 자체만을 이용하여 바닐린을 바닐린 산과 같은 물질로 전환시키지 않으며 보다 경제적이고 효율적인 바닐린 합성 방법 및 합성 효소를 발굴하고자 노력하였다. 그러한 노력의 일환으로 바닐린 합성에 관련된 신규한 이소유제놀 모노옥시게나아제를 확보하고, 상기의 효소를 코딩하는 핵산 분자를 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다. The present inventors tried to find a more economical and efficient method for synthesizing vanillin and synthesizing enzymes without converting vanillin to a substance such as vanillic acid using only the enzyme itself, unlike the conventional method for preparing vanillin using a microorganism. As part of such efforts, the present invention has been accomplished by securing novel isoeugenol monooxygenase related to vanillin synthesis and identifying nucleic acid molecules encoding the enzymes.

따라서, 본 발명의 목적은 신규한 아미노산 서열로 이루어진 이소유제놀 모노옥시게나아제 및 이를 코딩하는 핵산 분자를 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide isoeugenol monooxygenase and nucleic acid molecules encoding the same, consisting of novel amino acid sequences.

본 발명의 다른 목적은 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제를 이용하여 바닐린 유도체를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for preparing a vanillin derivative using the isoeugenol monooxygenase.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 이소유제놀 모노옥시게나아제(isoeugenol monooxygenase)를 제공한다.According to one aspect of the invention, the present invention provides an isoeugenol monooxygenase consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 sequence.

본 발명자들은 종래의 미생물을 이용한 바닐린 제조방법과 달리, 효소 자체만을 이용하여 바닐린을 바닐린 산과 같은 물질로 전환시키지 않으며 보다 경제적이고 효율적인 바닐린 합성 방법 및 합성 효소를 발굴하고자 노력하였다. 그 결과, 신규한 이소유제놀 모노옥시게나아제 효소를 발굴하였고, 이에 따르면 보다 효율적이고 보다 저가의 생산비용으로 바닐린을 제조할 수 있음을 확인하였다.The present inventors tried to find a more economical and efficient method for synthesizing vanillin and synthesizing enzymes without converting vanillin to a substance such as vanillic acid using only the enzyme itself, unlike the conventional method for preparing vanillin using a microorganism. As a result, a novel isoeugenol monooxygenase enzyme was discovered and it was confirmed that vanillin can be produced more efficiently and at a lower production cost.

본 명세서에서 용어 “이소유제놀 모노옥시게나아제”는 유제놀 또는 이소유제놀의 산화반응에 관여하는 옥시게나아제 효소를 의미한다. 한편, 본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제는 유제놀 또는 이소유제놀의 다양한 유도체의 산화반응을 유도할 수 있다. 바람직하게는 본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제는 이소유제놀 또는 유제놀을 바닐린 유도체로 생전환하는 것을 촉매한다.As used herein, the term “isoeugenol monooxygenase” refers to an oxygenase enzyme involved in the oxidation of eugenol or isoeugenol. On the other hand, isoeugenol monooxygenase of the present invention can induce oxidation reaction of eugenol or various derivatives of isoeugenol. Preferably the isoeugenol monooxygenase of the present invention catalyzes the bioconversion of isoeugenol or eugenol to vanillin derivatives.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제는 미생물로부터 유래된 것이다. 보다 바람직하게는 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제는 슈도모나스 속 미생물로부터 유래된 것이며, 가장 바람직하게는 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin1(KCTC 11023BP)으로부터 유래된 것이다.According to a preferred embodiment of the invention, the isoeugenol monooxygenase is derived from a microorganism. More preferably, the isoeugenol monooxygenase is derived from Pseudomonas genus microorganisms, and most preferably from Pseudomonas nitroreducence Jin1 (KCTC 11023BP).

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제를 코딩하는 핵산 분자를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a nucleic acid molecule encoding the isoeugenol monooxygenase.

가장 바람직하게는, 본 발명의 핵산 분자는 서열목록 제1서열로 나타내는 뉴클레오타이드 서열을 포함한다.Most preferably, the nucleic acid molecule of the present invention comprises the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1.

본 명세서에서 용어 “핵산 분자”는 DNA(gDNA 및 cDNA) 그리고 RNA 분자를 포괄적으로 포함하는 의미를 갖으며, 핵산 분자에서 기본 구성 단위인 뉴클레오타이드는 자연의 뉴클레오타이드뿐만 아니라, 당 또는 염기 부위가 변형된 유사체 (analogue)도 포함한다(Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)).As used herein, the term “nucleic acid molecule” is meant to encompass DNA (gDNA and cDNA) and RNA molecules inclusively, and the nucleotides, which are the basic structural units in nucleic acid molecules, are modified from sugar or base sites as well as natural nucleotides. Analogs are also included (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews , 90: 543-584 (1990)).

본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제의 가장 큰 특징인 탄소원을 바닐린 유도체로 전환할 수 있는 능력을 갖는 범위에서, 본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제는 첨부한 서열목록에 기재된 아미노산 서열 또는 뉴클레오타이드 서열에 한정되지 않는다는 것은 당업자에게 명확하다.In the range having the ability to convert the carbon source, which is the most characteristic feature of the isoeugenol monooxygenase of the present invention, to vanillin derivatives, the isoeugenol monooxygenase of the present invention may be selected from the amino acid sequence It is apparent to those skilled in the art that the present invention is not limited to nucleotide sequences.

뉴클레오타이드에서의 변이는 단백질에서 변화를 가져오지 않는 것도 있다. 이러한 핵산은 기능적으로 균등한 코돈 또는 동일한 아미노산을 코딩하는 코돈(예를 들어, 코돈의 축퇴성에 의해, 아르기닌 또는 세린에 대한 코돈은 여섯 개이다), 또는 생물학적으로 균등한 아미노산을 코딩하는 코돈을 포함하는 핵산분자를 포함한다. Variations in nucleotides do not result in changes in proteins. Such nucleic acids include functionally equivalent codons or codons that encode the same amino acid (eg, by degeneracy of the codon, there are six codons for arginine or serine), or codons that encode biologically equivalent amino acids. And nucleic acid molecules.

또한, 뉴클레오타이드에서의 변이가 이소유제놀 모노옥시게나아제 자체에 변화를 가져올 수도 있다. 이소유제놀 모노옥시게나아제의 아미노산에 변화를 가져오는 변이인 경우에도 본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제와 거의 동일한 활성을 나타내는 것이 얻어질 수 있다.In addition, variations in nucleotides may result in changes in the isoeugenol monooxygenase itself. Even in the case of mutations that bring about a change in the amino acid of isoeugenol monooxygenase, it can be obtained that exhibit almost the same activity as the isoeugenol monooxygenase of the present invention.

본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제에 포함될 수 있는 생물학적 기능 균등물은 본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제와 균등한 생물학적 활성을 발휘하는 아미노산 서열의 변이에 한정될 것이라는 것은 당업자에게 명확하다.It is apparent to those skilled in the art that the biological function equivalents that may be included in the isoeugenol monooxygenase of the present invention will be limited to variations in amino acid sequences that exert biological activity equivalent to the isoeugenol monooxygenase of the present invention. .

이러한 아미노산 변이는 아미노산 곁사슬 치환체의 상대적 유사성, 예컨대, 소수성, 친수성, 전하, 크기 등에 기초하여 이루어진다. 아미노산 곁사슬 치환체의 크기, 모양 및 종류에 대한 분석에 의하여, 아르기닌, 라이신과 히스티딘은 모두 양전하를 띤 잔기이고; 알라닌, 글라이신과 세린은 유사한 크기를 갖으며; 페닐알라닌, 트립토판과 타이로신은 유사한 모양을 갖는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 이러한 고려 사항에 기초하여, 아르기닌, 라이신과 히스티딘; 알라닌, 글라이신과 세린; 그리고 페닐알라닌, 트립토판과 타이로신은 생물학적으로 기능 균등물이라 할 수 있다.Such amino acid variations are made based on the relative similarity of amino acid side chain substituents such as hydrophobicity, hydrophilicity, charge, size, and the like. By analysis of the size, shape and type of amino acid side chain substituents, arginine, lysine and histidine are all positively charged residues; Alanine, glycine and serine have similar sizes; It can be seen that phenylalanine, tryptophan and tyrosine have a similar shape. Thus, based on these considerations, arginine, lysine and histidine; Alanine, glycine and serine; Phenylalanine, tryptophan and tyrosine are biologically equivalent functions.

변이를 도입하는 데 있어서, 아미노산의 소수성 인덱스(hydropathic idex)가 고려될 수 있다. 각각의 아미노산은 소수성과 전하에 따라 소수성 인덱스가 부여되어 있다: 아이소루이신(+4.5); 발린(+4.2); 루이신(+3.8); 페닐알라닌(+2.8); 시스테인/시스타인(+2.5); 메티오닌(+1.9); 알라닌(+1.8); 글라이신(-0.4); 쓰레오닌(-0.7); 세린(-0.8); 트립토판(-0.9); 타이로신(-1.3); 프롤린(-1.6); 히스티딘(-3.2); 글루타메이트(-3.5); 글루타민(-3.5); 아스파르테이트(-3.5); 아스파라긴(-3.5); 라이신(-3.9); 및 아르기닌(-4.5).In introducing mutations, hydropathic idex of amino acids may be considered. Each amino acid is assigned a hydrophobicity index according to its hydrophobicity and charge: isoleucine (+4.5); Valine (+4.2); Leucine (+3.8); Phenylalanine (+2.8); Cysteine / cysteine (+2.5); Methionine (+1.9); Alanine (+1.8); Glycine (-0.4); Threonine (-0.7); Serine (-0.8); Tryptophan (-0.9); Tyrosine (-1.3); Proline (-1.6); Histidine (-3.2); Glutamate (-3.5); Glutamine (-3.5); Aspartate (-3.5); Asparagine (-3.5); Lysine (-3.9); And arginine (-4.5).

단백질의 상호적인 생물학적 기능(interactive biological function)을 부여하는 데 있어서 소수성 아미노산 인덱스는 매우 중요하다. 유사한 소수성 인덱스를 가지는 아미노산으로 치환하여야 유사한 생물학적 활성을 보유할 수 있다는 것은 공지된 사실이다. 소수성 인덱스를 참조하여 변이를 도입시키는 경우, 바람직하게는 ± 2 이내, 보다 바람직하게는 ± 1 이내, 보다 더 바람직하게는 ± 0.5 이 내의 소수성 인덱스 차이를 나타내는 아미노산 사이에 치환을 한다.The hydrophobic amino acid index is very important in conferring the interactive biological function of proteins. It is known that substitution with amino acids having similar hydrophobicity indexes can retain similar biological activity. When introducing mutations with reference to the hydrophobicity index, substitutions are made between amino acids which exhibit a hydrophobicity index difference within the range of preferably within ± 2, more preferably within ± 1, even more preferably within ± 0.5.

한편, 유사한 친수성 값(hydrophilicity value)을 가지는 아미노산 사이의 치환이 균등한 생물학적 활성을 갖는 단백질을 초래한다는 것도 잘 알려져 있다. 미국 특허 제4,554,101호에 개시된 바와 같이, 다음의 친수성 값이 각각의 아미노산 잔기에 부여되어 있다: 아르기닌(+3.0); 라이신(+3.0); 아스팔테이트(+3.0± 1); 글루타메이트(+3.0± 1); 세린(+0.3); 아스파라긴(+0.2); 글루타민(+0.2); 글라이신(0); 쓰레오닌(-0.4); 프롤린(-0.5 ± 1); 알라닌(-0.5); 히스티딘(-0.5); 시스테인(-1.0); 메티오닌(-1.3); 발린(-1.5); 루이신(-1.8); 아이소루이신(-1.8); 타이로신(-2.3); 페닐알라닌(-2.5); 트립토판(-3.4). On the other hand, it is also well known that substitutions between amino acids having similar hydrophilicity values result in proteins with equivalent biological activity. As disclosed in US Pat. No. 4,554,101, the following hydrophilicity values are assigned to each amino acid residue: arginine (+3.0); Lysine (+3.0); Asphaltate (+ 3.0 ± 1); Glutamate (+ 3.0 ± 1); Serine (+0.3); Asparagine (+0.2); Glutamine (+0.2); Glycine (0); Threonine (-0.4); Proline (-0.5 ± 1); Alanine (-0.5); Histidine (-0.5); Cysteine (-1.0); Methionine (-1.3); Valine (-1.5); Leucine (-1.8); Isoleucine (-1.8); Tyrosine (-2.3); Phenylalanine (-2.5); Tryptophan (-3.4).

친수성 값을 참조하여 변이를 도입시키는 경우, 바람직하게는 ± 2 이내, 보다 바람직하게는 ± 1 이내, 보다 더 바람직하게는 ± 0.5 이내의 친수성 값 차이를 나타내는 아미노산 사이에 치환을 한다.When introducing mutations with reference to hydrophilicity values, substitutions are made between amino acids which exhibit a hydrophilicity value difference of preferably within ± 2, more preferably within ± 1 and even more preferably within ± 0.5.

분자의 활성을 전체적으로 변경시키지 않는 단백질에서의 아미노산 교환은 당해 분야에 공지되어 있다(H. Neurath, R.L.Hill, The Proteins, Academic Press, New York, 1979). 가장 통상적으로 일어나는 교환은 아미노산 잔기 Ala/Ser, Val/Ile, Asp/Glu, Thr/Ser, Ala/Gly, Ala/Thr, Ser/Asn, Ala/Val, Ser/Gly, Thr/Phe, Ala/Pro, Lys/Arg, Asp/Asn, Leu/Ile, Leu/Val, Ala/Glu, Asp/Gly 간의 교환이다.Amino acid exchange in proteins that do not alter the activity of the molecule as a whole is known in the art (H. Neurath, R. L. Hill, The Proteins, Academic Press, New York, 1979). The most commonly occurring exchanges are amino acid residues Ala / Ser, Val / Ile, Asp / Glu, Thr / Ser, Ala / Gly, Ala / Thr, Ser / Asn, Ala / Val, Ser / Gly, Thr / Phe, Ala / Exchange between Pro, Lys / Arg, Asp / Asn, Leu / Ile, Leu / Val, Ala / Glu, Asp / Gly.

상술한 생물학적 균등 활성을 갖는 변이를 고려한다면, 본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제 또는 이를 코딩하는 핵산 분자는 서열목록에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 상기한 본 발명의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 예컨대 최소 99%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다. 서열비교를 위한 얼라인먼트 방법은 당업계에 공지되어 있다. 얼라인먼트에 대한 다양한 방법 및 알고리즘은 Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2:482(1981); Needleman and Wunsch, J. Mol. Bio. 48:443(1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. 24: 307-31(1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237-44(1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151-3(1989); Corpet et al., Nuc. Acids Res. 16:10881-90(1988); Huang et al., Comp. Appl. BioSci. 8:155-65(1992) and Pearson et al., Meth. Mol. Biol. 24:307-31(1994)에 개시되어 있다. NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST)(Altschul et al., J. Mol. Biol. 215:403-10(1990))은 NBCI(National Center for Biological Information) 등에서 접근 가능하며, 인터넷 상에서 blastp, blasm, blastx, tblastn and tblastx와 같은 서열 분석 프로그램과 연동되어 이용할 수 있다. BLSAT는 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/에서 접속 가능하다. 이 프로그램을 이용한 서열 상동성 비교 방법은 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html에서 확인할 수 있다.Considering the above-described variations with biologically equivalent activity, the isoeugenol monooxygenase of the present invention or nucleic acid molecule encoding the same is construed to include a sequence that exhibits substantial identity with the sequences listed in the Sequence Listing. . Such substantial identity may, for example, be at least 99% when the sequences of the present invention are aligned with each other as closely as possible and the aligned sequences are analyzed using algorithms commonly used in the art. It means a sequence showing homology of. Alignment methods for sequence comparison are known in the art. Various methods and algorithms for alignment are described in Smith and Waterman, Adv. Appl. Math. 2: 482 (1981) ; Needleman and Wunsch, J. Mol. Bio. 48: 443 (1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol. Biol. 24: 307-31 (1988); Higgins and Sharp, Gene 73: 237-44 (1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5: 151-3 (1989); Corpet et al., Nuc. Acids Res. 16: 10881-90 (1988); Huang et al., Comp. Appl. BioSci. 8: 155-65 (1992) and Pearson et al., Meth. Mol. Biol. 24: 307-31 (1994). NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) (Altschul et al., J. Mol. Biol. 215: 403-10 (1990)) is accessible from the National Center for Biological Information (NBCI), etc. It can be used in conjunction with sequence analysis programs such as blastx, tblastn and tblastx. BLSAT is accessible at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/. Sequence homology comparison methods using this program can be found at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 이소유제놀 모노옥시게나아제 를 코딩하는 상술한 본 발명의 핵산 분자를 포함하는 벡터를 제공한다.According to another aspect of the invention, the invention provides a vector comprising the nucleic acid molecule of the invention described above which encodes isoeugenol monooxygenase.

본 발명의 벡터 시스템은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법은 Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press(2001)에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다. The vector system of the present invention may be constructed through various methods known in the art, and specific methods thereof are disclosed in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual , Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001), This document is incorporated herein by reference.

본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명의 벡터는 원핵 세포를 숙주로 하여 구축될 수 있다. 본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다.Vectors of the present invention can typically be constructed as vectors for cloning or vectors for expression. In addition, the vector of the present invention can be constructed using a prokaryotic cell as a host. Vectors of the present invention can typically be constructed as vectors for cloning or vectors for expression.

예를 들어, 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터(예컨대, tac 프로모터, lac 프로모터, lacUV5 프로모터, lpp 프로모터, pL λ프로모터, pR λ프로모터, rac5 프로모터, amp 프로모터, recA 프로모터, SP6 프로머터, trp 프로모터 및 T7 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 라이보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 숙주 세포로서 E. coli가 이용되는 경우, E. coli 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위(Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158:1018-1024(1984)) 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터(pL λ프로모터, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14:399-445(1980))가 조절 부위로서 이용될 수 있 다.For example, when the vector of the present invention is an expression vector and the prokaryotic cell is a host, a strong promoter (for example, a tac promoter, a lac promoter, a lac UV5 promoter, an lpp promoter, a p L λ promoter) capable of promoting transcription , p R λ promoters, rac 5 promoters, amp promoters, recA promoters, SP6 promoters, trp promoters and T7 promoters, etc.), ribosome binding sites for initiation of translation and transcription / detox termination sequences. When E. coli is used as the host cell, the promoter and operator site of the E. coli tryptophan biosynthetic pathway (Yanofsky, C., J. Bacteriol. , 158: 1018-1024 (1984)) and the leftward promoter of phage λ (p) L λ promoter, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet. , 14: 399-445 (1980)) can be used as regulatory sites.

한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드 (예: pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pUC19, pET 등), 파지(예: λgt4λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스(예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다.On the other hand, vectors that can be used in the present invention are plasmids (eg, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8 / 9, pHC79, pUC19, pET, etc.), phages (eg, λgt4λB, λ-Charon, λΔz1 which are often used in the art). And M13, etc.) or viruses (eg, SV40, etc.).

본 발명의 벡터는 그로부터 발현되는 이소유제놀 모노옥시게나아제의 정제를 용이하게 하기 위하여, 다른 서열과 융합될 수도 있다. 융합되는 서열은 예컨대, 글루타티온 S-트랜스퍼라제(Pharmacia, USA), 말토스 결합 단백질(NEB, USA), FLAG(IBI, USA) 및 6x His(hexahistidine; Quiagen, USA) 등이 있고, 가장 바람직하게는 6x His이다. 상기 정제를 위한 추가적인 서열 때문에, 숙주에서 발현된 단백질은 친화성 크로마토그래피를 통하여 신속하고, 용이하게 정제된다.Vectors of the present invention may be fused with other sequences to facilitate purification of the isoeugenol monooxygenase expressed therefrom. Sequences to be fused include, for example, glutathione S-transferase (Pharmacia, USA), maltose binding protein (NEB, USA), FLAG (IBI, USA), 6x His (hexahistidine; Quiagen, USA), and most preferably Is 6 × His. Because of the additional sequence for this purification, the protein expressed in the host is purified quickly and easily through affinity chromatography.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 융합 서열이 포함되어 있는 벡터에 의해 발현된 융합 단백질은 친화성 크로마토그래피에 의해 정제된다. 예컨대, 글루타티온-S-트랜스퍼라제가 융합된 경우에는 이 효소의 기질인 글루타티온을 이용할 수 있고, 6x His이 이용된 경우에는 Ni-NTA His-결합 레진 컬럼(Novagen, USA)을 이용하여 소망하는 이소유제놀 모노옥시게나아제를 신속하고 용이하게 얻을 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fusion protein expressed by the vector containing the fusion sequence is purified by affinity chromatography. For example, when glutathione-S-transferase is fused, glutathione, which is a substrate of this enzyme, can be used, and when 6x His is used, a desired iso isoform using a Ni-NTA His-binding resin column (Novagen, USA). Eugenol monooxygenase can be obtained quickly and easily.

한편, 본 발명의 벡터는 선택표지로서, 당업계에서 통상적으로 이용되는 항생제 내성 유전자를 포함하며, 예를 들어 암피실린, 겐타마이신, 카베니실린, 클로람페니콜, 스트렙토마이신, 카나마이신, 게네티신, 네오마이신 및 테트라사이클린 에 대한 내성 유전자가 있다.Meanwhile, the vector of the present invention includes an antibiotic resistance gene commonly used in the art as an optional marker, for example, ampicillin, gentamicin, carbenicillin, chloramphenicol, streptomycin, kanamycin, geneticin, neomycin And resistance genes for tetracycline.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 본 발명의 벡터를 포함하는 형질전환체를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a transformant comprising the vector of the present invention described above.

본 발명의 벡터를 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주 세포는 당업계에 공지되어 어떠한 숙주 세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli JM109, E. coli BL21(DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다.Host cells capable of stable and continuous cloning and expression of the vectors of the present invention are known in the art and can be used with any host cell, for example E. coli JM109, E. coli BL21 (DE3), E. coli RR1. , Bacillus genus strains, such as E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis, and Salmonella typhimurium, Serratia marcensons, and various Pseudomonas Enterobacteria such as species and strains.

본 발명의 벡터를 숙주 세포 내로 운반하는 방법은, CaCl2 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973)), 하나한 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973); 및 Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기 천공 방법(Dower, W.J. et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145(1988)) 등에 의해 실시될 수 있다. The method of carrying the vector of the present invention into a host cell is performed by CaCl 2 method (Cohen, SN et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA , 9: 2110-2114 (1973)), one method (Cohen, SN et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA , 9: 2110-2114 (1973); and Hanahan, D., J. Mol. Biol. , 166: 557-580 (1983)) and electroporation methods (Dower, WJ et al., Nucleic. Acids Res. , 16: 6127-6145 (1988)) and the like.

숙주 세포 내로 주입된 벡터는 숙주 세포 내에서 발현될 수 있으며, 이러한 경우에는 다량의 이소유제놀 모노옥시게나아제를 얻게 된다. 예를 들어, 상기 발현 벡터가 lac 프로모터를 포함하는 경우에는 숙주 세포에 IPTG를 처리하여 유전자 발현을 유도할 수 있다.Vectors injected into host cells can be expressed in host cells, in which case a large amount of isoeugenol monooxygenase is obtained. For example, when the expression vector contains a lac promoter, the host cell may be treated with IPTG to induce gene expression.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 바닐린 유도체의 제조방법을 제공한다:According to another aspect of the invention, the invention provides a process for the preparation of vanillin derivatives comprising the following steps:

(a) 상술한 본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제를 준비하는 단계; (a) preparing the isoeugenol monooxygenase of the present invention as described above;

(b) 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제를 하기 화학식 1 또는 2의 화합물과 접촉시키는 단계; 및 (b) contacting the isoeugenol monooxygenase with a compound of formula 1 or 2; And

(c) 하기 화학식 3의 바닐린 유도체를 수득하는 단계.(c) obtaining a vanillin derivative of formula (3).

화학식 1 Formula 1

Figure 112008078694859-pat00001
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상기 화학식에서, R1은 -CH=CHCH3 또는 -CH2CH=CH2이고, R2-R4는 서로 각각 독립적으로 수소, C1-5 알킬기, 하이드록실기 또는 C1-5 알콕시기이다.In the above formula, R 1 is -CH = CHCH 3 or -CH 2 CH = CH 2 , R 2 -R 4 are each independently of each other hydrogen, C 1-5 alkyl group, hydroxyl group or C 1-5 alkoxy group to be.

화학식 2Formula 2

Figure 112008078694859-pat00002
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상기 화학식에서, R1-R6은 서로 각각 독립적으로 수소, C1-5 알킬기, 하이드록실기 또는 C1-5 알콕시기이다.In the above formula, R 1 -R 6 are each independently hydrogen, C 1-5 alkyl group, hydroxyl group or C 1-5 alkoxy group.

화학식 3Formula 3

Figure 112008078694859-pat00003
Figure 112008078694859-pat00003

상기 화학식에서, R1-R3은 서로 각각 독립적으로 수소, C1-5 알킬기, 하이드록실기 또는 C1-5 알콕시기이다.In the above formula, R 1 -R 3 are each independently of each other hydrogen, a C 1-5 alkyl group, a hydroxyl group or a C 1-5 alkoxy group.

본 발명자들은 바닐린 생합성능을 갖는 효소 및 이러한 효소를 생산하는 박 테리아 균주를 발견하고자 하였으며 상기 효소 또는 균주를 이용하여 다양한 바닐린 유도체를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 바닐린을 종래의 공지된 합성 방법과는 다르게 산화시킬 수 있는 슈도모나스 속-유래의 이소유제놀 모노옥시게나아제를 발굴하였고, 이로부터 바닐린 유도체의 생성을 확인 하였다.The present inventors have attempted to find enzymes having vanillin biosynthesis and bacterial strains producing such enzymes, and have tried to develop various vanillin derivatives using the enzymes or strains. As a result, Pseudomonas genus-derived isoeugenol monooxygenase which can oxidize vanillin differently from the conventionally known synthetic method was discovered, and the production of vanillin derivative was confirmed from this.

바닐린 유도체를 제조하기 위하여 본 발명에서 이용되는 이소유제놀 모노옥시게나아제는 바람직하게는 미생물로부터 유래된 것이다. 보다 바람직하게는 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제는 슈도모나스 속 미생물로부터 유래된 것이며, 가장 바람직하게는 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin1(KCTC 11023BP)으로부터 유래된 것이다. The isoeugenol monooxygenase used in the present invention for preparing vanillin derivatives is preferably derived from microorganisms. More preferably, the isoeugenol monooxygenase is derived from Pseudomonas genus microorganisms, and most preferably from Pseudomonas nitroreducence Jin1 (KCTC 11023BP).

본 발명의 방법에 있어서, 반응 효소로 이용되는 이소유제놀 모노옥시게나아제는, (i) 정제된 형태의 이소유제놀 모노옥시게나아제, (ⅱ) 이소유제놀 모노옥시게나아제-코딩 유전자를 포함하고 있어 세포 내에 이 효소를 발현하는 미생물, 또는 (ⅲ) 상기 미생물의 파쇄물(lysate) 또는 세포추출액(cell extract) 형태를 가질 수 있다.In the method of the present invention, isoeugenol monooxygenase to be used as a reaction enzyme comprises (i) isoeugenol monooxygenase in purified form, and (ii) isoeugenol monooxygenase-encoding gene. It may contain a microorganism expressing this enzyme in the cell, or (iii) a lysate or cell extract of the microorganism.

본 발명의 방법에서 이소유제놀 모노옥시게나아제의 기질로 이용되는 화합물은 화학식 1 또는 화학식 2의 화합물이다.The compound used as a substrate of isoeugenol monooxygenase in the method of the present invention is a compound of Formula 1 or Formula 2.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 화학식 1에서 R2는 수소, R3는 하이드록실기 및 R4는 메톡시기이다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 화학식 2에서 R1-R6는 서로 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 하이드록실기 또는 메톡시기이다.According to a preferred embodiment of the invention, in formula 1 R 2 is hydrogen, R 3 is a hydroxyl group and R 4 is a methoxy group. According to a preferred embodiment of the present invention, R 1 -R 6 in formula (2) are each independently hydrogen, methyl group, hydroxyl group or methoxy group.

상기 화합물들을 정의하는 화학식에서, 용어 “C1-5 알킬기”는 탄소수 1-5의 직쇄 또는 분쇄 포화 탄화수소기를 의미하며, 예를 들어 메틸, 에틸, n-프로필, 이소프로필, 이소부틸, n-부틸, t-부틸 및 n-펜틸을 포함한다. 용어, “알콕시”는 -O알킬기를 의미하며, 예를 들어 메톡시 및 에톡시를 포함한다.In the formulas defining the above compounds, the term “C 1-5 alkyl group” means a straight or pulverized saturated hydrocarbon group of 1-5 carbon atoms, for example methyl, ethyl, n -propyl, isopropyl, isobutyl, n − Butyl, t -butyl and n -pentyl. The term “alkoxy” refers to an —Oalkyl group and includes, for example, methoxy and ethoxy.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단계 (c)는 조효소(coenzyme), 보조인자(cofactor) 또는 이들 모두의 부존재 하에서 실시된다.According to a preferred embodiment of the invention, step (c) is carried out in the absence of coenzymes, cofactors or both.

본 발명의 가장 큰 특징 중의 하나는 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제가 산화반응을 촉매 하는데 있어서 조효소와 보조인자를 필요로 하지 않는다는 것이다. 옥시게나아제 즉 산소를 물질에 넣어주는 역할을 하는 효소의 경우, 산소를 활성화시키기 위해서 NADH와 같은 조효소(coenzyme)나 철 이온과 같은 금속보조인자(metal cofactor) 물질이 필요한 것으로 알려져 있다. 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin의 이소유제놀 모노옥시게나아제와 아미노산 염기서열 유사성이 높은 카로티노이드 옥시게나아제 및 리그노스틸벤 디옥시게나아제의 경우에 반응에 철 이온이 필요한 것으로 알려져 있다. 하지만, 본 발명의 이소유제놀 모노옥시게나아제의 경우 HPLC 분석결과 NADH가 있는 조건과 없는 조건에 관계없이 이소유제놀을 바닐린으로 생전환할 수 있고 특히 반응액에 철이온과 같은 금속 보조인자를 첨가하지 않아도 반응이 일어나기 때문에 반응물에 산소를 넣어주는 산화반응을 수행함에 있어서 조효소와 보조인자에 비의존적으로 반응이 일어나는 산화효소임을 알 수 있다(참고: 도 5).One of the greatest features of the present invention is that the isoeugenol monooxygenase does not require coenzymes and cofactors to catalyze the oxidation reaction. Oxygenases, or enzymes that play oxygen, are known to require coenzymes such as NADH or metal cofactors such as iron ions to activate oxygen. It is known that iron ions are required for the reaction of carotenoid oxygenase and lignostilbene deoxygenase having high amino acid sequence similarity to isoeugenol monooxygenase of Pseudomonas nitroreducens Jin. However, in the case of the isoeugenol monooxygenase of the present invention, it is possible to bioconvert isoeugenol to vanillin regardless of conditions with and without NADH, and particularly, a metal cofactor such as iron ion in the reaction solution. Since the reaction occurs even without addition, it can be seen that the oxidase reacts independently of the coenzyme and the cofactor in performing the oxidation reaction in which oxygen is added to the reactants (see FIG. 5).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제는 세포 밖에 존재하는 것이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the isoeugenol monooxygenase is present outside the cell.

상기와 같이 이소유제놀 모노옥시게나아제는 조효소와 보조인자를 필요로 하지 않기 때문에 이소유제놀 모노옥시게나아제가 세포 안에서 존재할 때뿐 아니라 세포 밖에서 존재할 때에도 반응이 일어날 수 있으며, 이 경우 기질, 예컨대 이소유제놀이 세포 안으로 들어오는데 소모하는 세포의 에너지를 절약할 수 있다. 따라서, 이소유제놀 모노옥시게나아제-코딩 유전자를 포함하고 있어 세포 내에 이 효소를 함유하고 있는 미생물을 이용하는 경우뿐만 아니라, 상기 미생물의 파쇄물, 상기 파쇄물로부터 얻은 세포추출액 또는 정제된 형태의 이소유제놀 모노옥시게나아제를 이용하여 조효소 및/또는 보조인자의 첨가 없이도 세포 밖에서 바닐린 유도체를 생산할 수 있다.As isoeugenol monooxygenase does not require coenzymes and cofactors as described above, the reaction may occur when isoeugenol monooxygenase is present in the cell as well as outside the cell, in which case a substrate, such as Isoyuenol can save the energy of the cells consumed to enter the cell. Thus, not only the use of a microorganism containing an isoeugenol monooxygenase-encoding gene containing the enzyme in a cell, but also a lysate of the microorganism, a cell extract obtained from the lysate, or a purified form of isoeugenol Monooxygenase can be used to produce vanillin derivatives extracellularly without the addition of coenzymes and / or cofactors.

이소유제놀 모노옥시게나아제를 상기 화학식 1 또는 2의 화합물과 접촉시키는 단계는 통상적인 효소 반응 조건 하에서 실시될 수 있다.Contacting the isoeugenol monooxygenase with the compound of Formula 1 or 2 may be carried out under conventional enzymatic reaction conditions.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다.The features and advantages of the present invention are summarized as follows.

(ⅰ) 본 발명은 신규한 아미노산 서열로 이루어진 이소유제놀 모노옥시게나아제 및 이를 코딩하는 핵산 분자를 제공한다.(Iii) The present invention provides an isoeugenol monooxygenase consisting of a novel amino acid sequence and a nucleic acid molecule encoding the same.

(ⅱ) 본 발명은 종래의 공지된 합성 방법과는 다르게 이소유제놀 모노옥시게나아제만을 이용하여 효소적으로 바닐린 유도체를 합성하는 방법을 제공한다.(Ii) The present invention provides a method for synthesizing a vanillin derivative enzymatically using only isoeugenol monooxygenase, unlike conventionally known synthetic methods.

(ⅲ) 본 발명의 방법은 효소 자체만을 이용하여 바닐린을 바닐린 산과 같은 물질로 전환시키지 않으며 조효소 및/또는 보조인자의 첨가 없이도 세포 밖에서 보다 경제적이고 효율적으로 바닐린 유도체를 생산할 수 있다.(Iii) The method of the present invention does not convert vanillin to a substance such as vanillic acid using only the enzyme itself and can produce vanillin derivatives more economically and efficiently outside the cell without the addition of coenzyme and / or cofactors.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

실시예 1: Example 1: 슈도모나스 니트로리듀센스Pseudomonas nitro red sense Jin1 균주의 유전체 라이브러리 구축 및 이소유제놀 분해 활성을 갖는 콜로니의 선별 방법 Genome library construction of Jin1 strain and screening method of colonies with isoeugenol degrading activity

본 발명자들이 이전에 발명(대한민국 특허 제10-0830691호)한 이소유제놀을 바닐린으로 생전환시키는 균주 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin1(Accession No: KCTC 11023BP)에서 생전환에 관여하는 유전자를 찾기 위해 균주 Jin1의 유전체 라이브러리(genomic DNA library)를 구축하였다. BAC(Bacterial artificial chromosomes) 플라스미드인 pIndigoBAC536 (Caltech, Calififornia, 미국)을 제한효소 HindⅢ로 처리한 후 동일한 제한효소로 부분 처리한 균주 Jin1의 게놈 DNA를 결합(ligation) 반응 시킨 후 대장균(E. coil) DH10B (Life Technologies, France) 에 전기충격법(electroporation)을 이용해 형질전환하였다. 50-100 kb 정도의 균주 Jin1의 게놈 DNA를 가진 1,100개의 콜로니를 확보하였다.In the strain Pseudomonas nitrolidusense Jin1 (Accession No: KCTC 11023BP), in which the present inventors bioconvert the isoeugenol previously invented (Korean Patent No. 10-0830691) to vanillin, the strain was used to find a gene involved in bioconversion. Jin1's genomic DNA library was constructed. BAC (Bacterial artificial chromosomes) plasmid pIndigoBAC536 (Caltech, Calififornia, USA) restriction enzyme Hind Ⅲ after treatment with the same restriction enzymes was treated parts of the genomic DNA of strain Jin1 combined (ligation) reaction with Escherichia coli (E. coil ) DH10B (Life Technologies, France) was transformed by electroporation. About 1,100 colonies with genomic DNA of strain Jin1 on the order of 50-100 kb were obtained.

확보된 1,100개 콜로니에서 이소유제놀을 분해할 수 있는 콜로니를 찾기 위해 다음과 같은 방법을 수행하였다. 24개의 홈을 가진 배양용기에 항생제 클로람페니콜(chloramphanicol)을 12.5 ㎍/㎖ 농도로 첨가한 1 ㎖ Luria-Broth(LB, 10 g tryptone, 10 g NaCl, 5 g yeast extract, pH 7.5)를 분주하고 각 콜로니를 접종한 뒤 12 시간 이상 37℃에서 배양하였다. 플라스틱 배양용기에서 8개의 다른 콜로니 배양액을 200 ㎕씩 위와 같은 농도의 항생제를 넣은 20 ㎖ LB에 다시 접종하였고, 배양은 125 ㎖ 세럼병(serum bottle)에 테플론 코팅된 고무마개를 이용하여 입구를 막은 용기에서 실시하였고, 이소유제놀 분해 관련 유전자의 발현을 위하여 500 μM 이소유제놀을 배양액에 첨가하였다. 12 시간 이상 30℃에서 배양 후 배양액을 원심 분리하여 대장균을 모은 후 최소배지(참고: 참고예)에 박테리아를 현탁하고 다시 원심 분리하는 과정을 세 번 반복한 후 최소배지에 다시 현탁하였다. 이소유제놀의 분해 실험을 위하여 15 ㎖ 크기의 세럼병에 1 ㎖ 박테리아 현탁액과 50 μM 의 이소유제놀을 넣어 준 후 20 시간동안 30℃에서 반응시켰다. 에틸아세테이트 1 ㎖를 반응액에 첨가하고, 30 초간 강하게 섞은 후 탁상용 원심분리기로 원심분리하였다. 원심분리를 통해 에틸아세테이트층과 수용액 층이 분리되었고 에틸아세테이트 층만을 2 ㎖ HPLC 분석용 유리용기에 옮긴 후 가스크로마토그래피로 사용된 이소유제놀 양 혹은 생성된 바닐린 양을 각 물질의 피크면적으로 분석하였다.The following method was performed to find colonies capable of decomposing isoeugenol in 1,100 colonies obtained. Dispense 1 ml Luria-Broth (LB, 10 g tryptone, 10 g NaCl, 5 g yeast extract, pH 7.5) with the addition of antibiotic chloramphanicol at a concentration of 12.5 μg / ml in a 24-well culture vessel. After inoculation with colonies, the cells were cultured at 37 ° C. for at least 12 hours. Eight different colonies were inoculated in a 20 ml LB containing 200 μl of antibiotics in a plastic culture vessel, and the incubation was performed using a Teflon-coated rubber stopper in a 125 ml serum bottle. In a vessel, 500 μM isoeugenol was added to the culture for the expression of isoeugenol degradation related genes. After incubation at 30 ° C. for 12 hours or more, the culture solution was centrifuged to collect E. coli, and then suspended in bacteria and centrifuged again in a minimal medium (see Reference Example). For the decomposition experiment of isoeugenol, 1 ml of a bacterial suspension and 50 μM of isoeugenol were added to a 15 ml serum bottle and reacted at 30 ° C. for 20 hours. 1 ml of ethyl acetate was added to the reaction solution, vigorously mixed for 30 seconds, and then centrifuged with a desktop centrifuge. The ethyl acetate layer and the aqueous solution layer were separated by centrifugation, and only the ethyl acetate layer was transferred to a 2 ml glass container for HPLC analysis, and the amount of isoeugenol or vanillin produced by gas chromatography was analyzed by the peak area of each substance. It was.

<참고예 1> 최소배지(Stanier's basal minimal salts buffer) Reference Example 1 Stanier's basal minimal salts buffer

1) A 용액: Na2HPO4 69.5 g, KH2PO4 69.5 g을 물에 녹여 최종부피 1 L로 맞추었다.1) A solution: 69.5 g of Na 2 HPO 4 and 69.5 g of KH 2 PO 4 were dissolved in water to a final volume of 1 L.

2) B용액: 니트릴로트리아세트산(Nitrilotriacetic acid) 20.0 g, MgSO4 28.90 g, CaCl 5.04 g, (NH4)6MO7O24ㆍ4H2O 18.50 ㎎, FeSO4ㆍ7H2O 198.0 ㎎, Nicotinic acid 100 ㎎을 물에 녹인 후, 하기 100 ㎖의 금속이온을 포함하는 용액과 섞어 최종 부피를 1 L로 만들었다.2) Solution B: Nitrilotriacetic acid 20.0 g, MgSO 4 28.90 g, CaCl 5.04 g, (NH 4 ) 6 MO 7 O 24 4H 2 O 18.50 mg, FeSO 4 7H 2 O 198.0 mg, Nicotinic 100 mg of acid was dissolved in water, and then mixed with a solution containing 100 ml of metal ions to make a final volume of 1 L.

금속이온용액의 조성(100 ㎖당)Composition of Metal Ion Solution (per 100 ml) 화합물compound 함유량content EDTA(Disodium salt) Disodium salt (EDTA) 0.25 g0.25 g ZnSO4ㆍ7H2O ZnSO 4 ㆍ 7H 2 O 1.1 g1.1 g FeSO4ㆍ7H2OFeSO 4 7 H 2 O 0.5 g0.5 g MnSO4ㆍH2OMnSO 4 H 2 O 0.154 g0.154 g CuSO4ㆍ5H2O CuSO 4 ㆍ 5H 2 O 0.04 g0.04 g Co(NO3)2ㆍ6H2O Co (NO 3 ) 2 ㆍ 6H 2 O 0.025 g0.025 g Na2B4O7ㆍ10H2O Na 2 B 4 O 7 10 H 2 O 0.018 g0.018 g

3) C 용액: (NH4)2SO4 20.0 g을 100 ㎖의 물에 녹인다.3) C solution: Dissolve 20.0 g of (NH 4 ) 2 SO 4 in 100 mL of water.

4) 물 1 L당 A 용액 4 ㎖, B 용액 2 ㎖, C 용액 0.5 ㎖를 넣어 최소 배지를 만들었다.4) 4 ml of A solution, 2 ml of B solution and 0.5 ml of C solution were added per 1 L of water to make a minimum medium.

위와 같은 방법으로 가스 크로마토그래피상에서 이소유제놀의 피크면적이 줄어드는 콜로니 그룹을 하나 확보하고 그룹에 포함된 8개의 콜로니를 각각 항생제 클로람페니콜을 12.5 ㎍/㎖ 농도로 첨가한 20 ㎖ LB에 접종하고 위와 같은 방법으로 이소유제놀을 첨가하고 배양하였다. 8개의 콜로니 중 이소유제놀을 분해할 수 있었던 콜로니를 611A라 명명하고 콜로니가 가지고 있는 플라스미드를 p611A라 명명하였다. In the same manner as above, one colony group having a reduced peak area of isoeugenol was obtained on gas chromatography, and eight colonies included in the group were inoculated in 20 ml LB containing antibiotic chloramphenicol at a concentration of 12.5 μg / ml. Isoeugenol was added by the method and incubated. Among the 8 colonies, the colonies capable of decomposing isoeugenol were named 611A and the plasmids of the colonies were named p611A.

실시예 2: 플라스미드 p611A에 삽입된 Example 2: inserted into plasmid p611A 슈도모나스 니트로리듀센스Pseudomonas nitro red sense Jin1 게놈 DNA 염기서열분석 및 유전자 분석 Jin1 genomic DNA sequencing and gene analysis

플라스미드 p611A가 가지고 있는 균주 Jin1의 게놈 DNA 부분의 DNA 염기서열을 분석한결과 약 140 kb정도의 게놈 DNA가 삽입되었음을 확인하였다. DNA 염기서열을 바탕으로 유전자의 전사가 시작되는 암호인 ATG 또는 GTG를 시작으로 전사가 끝나는 암호인 TGA TAA TAG를 바탕으로 400 bp 이상의 염기서열을 가진 유전자일 것으로 추정되는 DNA 부분의 아미노산 염기서열을 NCBI 단백질 블라스트 검색(NCBI Protein Blast search) (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/Blast.cgi?CMD=Web&PAGE_TYPE=BlastHome) 데이터 베이스와 비교하였고 22개 예상 유전자가 포함되어 있음을 확인 하였다. 그 결과는 다음 표 2에 나타내었다. 약 29 kb DNA 단편에 있는 예상 유전자들은 유제놀과 이소유제놀 대사에 관여하는 대사유전자들(ORF1, 3, 4, 6-10, 15-21)과 유전자발현조절자(transcriptional regulator)로 예상되는 유전자들(ORF2, 5, 22) 그리고 슈도모나스 푸티다 IE27(Pseudomona putida IE27)에서 분리된 이소유제놀 모노옥시게나아제(isoeugenol monooxygenase; Yamada, M. et. al. Arch. Microbiol. (2007) 187:511-7) 유전자와 81.4% 아미노산 염기서열을 유사성을 가지고 있는 ORF12 및 같은 논문에서 보고된 예상 유전자발현조절자와 47% 아미노산 염기서열 유사성을 가지고 있는 ORF11 유전자들이 있다. 도 1은 29 kb DNA의 예상 유전자의 방향을 표시한 그림이고, 표 2에 각 유전자번호에 대한 유전자 주석을 정리하였다. 본 발명에서 획득한 DNA 염기서열 중 일부인 30,813 bp가 기존 특허(EP 0845532)에서 제시한 32,679 bp DNA 염기서열(BLAST DNA 염기서열 Accession No: A92090) 중 30,784 bp가 98.4% 유사함을 보였다. 기존 특허는 유제놀이 코니페릴 알코올, 코닐페릴 알데하이드, 페룰릭 산, 바닐린 등을 거쳐 바닐린 산이 되는 대사과정에 관여하는 유전자들에 대한 기능을 밝혔고 32,679 bp에 있는 예상유전자들에 대한 유전자 주석(annotation)을 하였다. ORF12(1437 bp)는 기존 특허의 1518 bp인 리그노스틸벤 디옥시게나아제(lignostilbene dioxygenase)로 주석된 예상 유전자와 98% 아미노산 염기서열 유사성을 보인다. 하지만 기존특허에서는 단순하게 주석만 하였을 뿐 본 발명이 최초로 예상유전자(ORF12)의 기능을 보고하고 있다. Analysis of the DNA sequence of the genomic DNA portion of the strain Jin1 possessed by the plasmid p611A confirmed that about 140 kb of genomic DNA was inserted. Based on the DNA base sequence, the amino acid sequence of the DNA portion estimated to be a gene having a nucleotide sequence of 400 bp or more based on ATG or GTG, a code that starts transcription of the gene, and TGA TAA TAG, a code that ends transcription. Compared to the NCBI Protein Blast search ( http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/Blast.cgi?CMD=Web&PAGE_TYPE=BlastHome ) database and contains 22 predicted genes Confirmed. The results are shown in Table 2 below. The predicted genes in the 29 kb DNA fragment are expected to be metabolic genes involved in eugenol and isoeugenol metabolism (ORF1, 3, 4, 6-10, 15-21) and transcriptional regulators. . the gene (ORF2, 5, 22) and Pseudomonas footage is IE27 (Pseudomona putida IE27) the mono iso-eugenol oxide cyclooxygenase (isoeugenol monooxygenase isolated from; Yamada, M. et al Arch Microbiol (2007) 187...: 511-7) ORF12 with similarity to the 81.4% amino acid sequence with the gene and ORF11 gene with 47% amino acid sequence similarity with the predicted gene expression regulator reported in the same paper. Figure 1 is a diagram showing the direction of the predicted gene of 29 kb DNA, Table 2 summarizes the gene annotation for each gene number. 30,813 bp of a part of the DNA sequence obtained in the present invention showed that 30,784 bp of the 32,679 bp DNA sequence (BLAST DNA sequence Accession No: A92090) presented in the existing patent (EP 0845532) was 98.4% similar. Existing patents reveal the functions of genes involved in the metabolic process of vanillic acid via eugenol conniperyl alcohol, conilferyl aldehyde, ferulic acid, vanillin, etc. Was done. ORF12 (1437 bp) shows 98% amino acid sequence similarity with the expected gene annotated with lignostilbene dioxygenase, 1518 bp of the existing patent. However, the existing patents are merely annotations, and the present invention reports the function of the expected gene (ORF12) for the first time.

29kb DNA 단편에 존재하는 유전자들의 유전자 번호와 유전자 주석Gene Numbers and Gene Annotations of Genes in 29kb DNA Fragments 유전자번호Gene number 유전자 주석 Gene annotation ORF1ORF1 Coniferyl alcohol dehydrogenase (calA)Coniferyl alcohol dehydrogenase ( calA ) ORF2ORF2 Putative transcriptional activator (eugR)Putative transcriptional activator ( eugR ) ORF3ORF3 Transcriptional regulatorTranscriptional regulator ORF4 ORF4 Coniferyl aldehyde dehydrogenase (calB)Coniferyl aldehyde dehydrogenase ( calB ) ORF5ORF5 Transcriptional regulator, MarR family Transcriptional regulator, MarR family ORF6ORF6 Methyl-accepting chemotaxis proteinMethyl-accepting chemotaxis protein ORF7ORF7 Beta-ketothiolase (aat)Beta-ketothiolase ( aat ) ORF8 ORF8 Feruloyl-CoA-synthetase (fcs)Feruloyl-CoA-synthetase (fcs) ORF9 ORF9 Vanillin dehydrogenase (vdh)Vanillin dehydrogenase ( vdh ) ORF10ORF10 Enoyl-CoA-hydratase/aldolase (ech)Enoyl-CoA-hydratase / aldolase ( ech ) ORF11ORF11 Putative transcriptional regulatorPutative transcriptional regulator ORF12ORF12 Isoeugenol monooxygenaseIsoeugenol monooxygenase ORF13ORF13 NADPH:quinone reductase and related Zn-dependent oxidoreductasesNADPH: quinone reductase and related Zn-dependent oxidoreductases ORF14ORF14 Predicted nucleoside-diphosphate-sugar epimerasePredicted nucleoside-diphosphate-sugar epimerase ORF15ORF15 Eugenol hydroxylase flavoprotein subunit (EhyB)Eugenol hydroxylase flavoprotein subunit ( EhyB ) ORF16ORF16 Hypothetical proteinHypothetical protein ORF17ORF17 Eugenol hydroxylase flavoprotein subunit (EhyA)Eugenol hydroxylase flavoprotein subunit ( EhyA ) ORF18 ORF18 Putative gamma-glutamylcysteine synthetase (gcs)Putative gamma-glutamylcysteine synthetase ( gcs ) ORF19ORF19 Putative formaldehyde dehydrogenase (fdh)Putative formaldehyde dehydrogenase ( fdh ) ORF20ORF20 Vanillate O-demethylase oxidoreductase (vanB)Vanillate O-demethylase oxidoreductase (v anB ) ORF21ORF21 Vanillate O-demethylase oxidoreductase (vanA)Vanillate O-demethylase oxidoreductase ( vanA ) ORF22ORF22 Transcriptional regulator (vanR)Transcriptional regulator ( vanR )

실시예 3: 이소유제놀 모노옥시게나아제와 다른 효소의 아미노산 염기서열 비교Example 3: Comparison of amino acid sequences of isoeugenol monooxygenase and other enzymes

이소유제놀 모노옥시게나아제는 앞서 언급한 슈도모나스 푸티다 IE27의 이소유제놀 모노옥시게나아제(ISM)와 81.4% 동일한 아미노산 서열을 가지고 있다. 슈도모나스 포시모비리스(Pseudomonas paucimobilis) TMY1009 리그노스틸벤 디옥시게나아제 (lignostilbene dioxygenase, LSD)와는 41.6%, 노보스핑고비엄 아로마티시보란스 (Novosphingobium aromaticivorans) DSM 12444 균주의 카로티노이드 옥시게나아제(carotenoid oxygenase, CRTO)와는 39.2% 아미노산 염기서열 유사성을 가진다. 도면 2는 각 유전자의 아미노산 서열을 바탕으로 정렬한 것이다. Isoeugenol monooxygenase has an amino acid sequence 81.4% identical to the isoeugenol monooxygenase (ISM) of Pseudomonas putida IE27 mentioned above. Pseudomonas Posey Mobi-less (Pseudomonas paucimobilis) TMY1009 lignoceric stilbene dioxygenase dehydratase (lignostilbene dioxygenase, LSD) than 41.6%, Novos ping hump moth Aromatikkushida time signal lance (Novosphingobium aromaticivorans) carotenoids oxide cyclooxygenase the DSM 12444 strain (carotenoid oxygenase, CRTO) has 39.2% amino acid sequence similarity. Figure 2 is arranged based on the amino acid sequence of each gene.

실시예 4: 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자의 클로닝Example 4 Cloning of the Isoeugenol Monooxygenase Gene

1. 플라스미드 pUC19에 유전자 클로닝1. Gene Cloning in Plasmid pUC19

이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자가 실제로 이소유제놀을 바닐린으로 전환시킬 수 있는지 알아보고자 얻어진 DNA 염기서열을 바탕으로 다음의 프라이머를 디자인 하였다.The following primers were designed based on the DNA sequences obtained to determine if the isoeugenol monooxygenase gene can actually convert isoeugenol to vanillin.

5’-프라이머: 5’- ACA ACA AAG GAG ACC GTG CC -3’5'-primer: 5'- ACA ACA AAG GAG ACC GTG CC -3 '

3’-프라이머: 5’- TTA AGG TCT GGG TAC CCA GC -3’3'-primer: 5'- TTA AGG TCT GGG TAC CCA GC -3 '

상기 프라이머 및 균주 Jin1으로부터 얻은 게놈 DNA를 주형으로 하여 PCR 중합반응 후, 얻어진 PCR 밴드를 pGEMTeasy 벡터(Invitrogen, USA)에 삽입하였고, DNA 염기서열 분석결과 돌연변이가 없는 것을 골라 다음 실험에 이용하였다. 플라스미드 pGEM::IEM을 제한효소 EcoRI으로 잘라 pUC19에 삽입하였고 pUC19::IEM을 대장균에 형질전환하였다. 형질전환된 대장균을 30℃에서 12시간 이상 배양한 후 박테리아를 원심분리하여 모은 후 50 mM 인산염완충액(pH 7.0)으로 현탁하고 다시 원심 분리하는 과정을 세 번 반복하고 600 ㎚에서 흡광도를 10이 되도록 같은 완충액에 박테리아를 현탁하였다. 15 ㎖ 크기의 세럼병에 2 ㎖ 현탁액과 1 mM 글루코오스, 3 mM 이소유제놀을 첨가한 후 30℃에서 2시간동안 반응시켰다. 반응시간이 0 시간인 것과 2 시간인 것을 4 ㎖ 에틸아세테이트로 추출하고 추출액을 가스 크로마토그래피로 분석하였다. 그 결과 반응시간이 2 시간일 때 이소유제놀은 피크면적이 반응시간 0에 비해 줄어들었지만 바닐린은 피크면적이 증가하였다. 이를 통해 이소유제놀이 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자에 의해 바닐린으로 생전환 됨을 확인하였다.After PCR polymerization using the genomic DNA obtained from the primer and strain Jin1 as a template, the obtained PCR band was inserted into the pGEMTeasy vector (Invitrogen, USA). Plasmid pGEM :: IEM was cut with restriction enzyme EcoR I and inserted into pUC19 and pUC19 :: IEM was transformed into E. coli. After incubating the transformed Escherichia coli for at least 12 hours at 30 ° C., the bacteria were collected by centrifugation, suspended in 50 mM phosphate buffer (pH 7.0), and centrifuged again, and the absorbance was 10 at 600 nm. The bacteria were suspended in the same buffer. 2 ml suspension, 1 mM glucose, and 3 mM isoeugenol were added to a 15 ml serum bottle, followed by reaction at 30 ° C. for 2 hours. The reaction time of 0 hours and 2 hours was extracted with 4 mL ethyl acetate and the extract was analyzed by gas chromatography. As a result, when the reaction time was 2 hours, the peak area of isoeugenol was reduced compared to the reaction time of 0, but vanillin increased the peak area. This isoisogenol was confirmed that the bioconversion to vanillin by the isoeugenol monooxygenase gene.

2. 플라스미드 pET21-a에 유전자 클로닝2. Cloning Genes in Plasmid pET21-a

이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자를 다음의 프라이머로 PCR 중합반응하여 증폭 하였다. 프라이머의 염기서열은 다음과 같다. 각 프라이머는 특정 제한효소를 인위적으로 삽입하였다.The isoeugenol monooxygenase gene was amplified by PCR polymerization with the following primers. The base sequence of the primer is as follows. Each primer artificially inserted a specific restriction enzyme.

5’-프라이머: AAAA CATATG GCG AGA CTC AAC CGC AAC 5'-primer: AAAA CATATG GCG AGA CTC AAC CGC AAC

3’-프라이머: AAAA CTCGAG TTA AGG TCT GGG TAC CCA GC 3'-primer: AAAA CTCGAG TTA AGG TCT GGG TAC CCA GC

(굵은 이탤릭체는 NdeI과, XhoI을 의미)(Bold italics means Nde I and Xho I)

PCR 중합반응 후 얻어진 PCR 밴드를 pGEMTeasy 벡터에 먼저 삽입하고 DNA염기서열분석 후 돌연변이가 일어나지 않은 것을 골라 플라스미드를 추출하여 제한효소 NdeI과 XhoI으로 처리한 다음, 동일 효소로 처리된 pET21-a(Novagen, USA)에 삽입하여 pETIEM을 만들었다. 플라스미드 pETIEM은 3’-프라이머의 XhoI 인식 염기서열 바로 앞에 전사중지 암호가 들어가도록 디자인하여 아무런 태크(tag)가 발현되지 않도록 하였다. 만들어진 플라스미드는 대장균 BL21(DE3)(Studier, F. W. et. al, Methods Enzymol. (1990) 185: 6089)에 형질전환 하였다. The PCR band obtained after the PCR reaction was first inserted into the pGEMTeasy vector, DNA sequencing analysis was performed, and the plasmids were extracted, treated with restriction enzymes Nde I and Xho I, and then treated with the same enzyme, pET21-a ( Novagen, USA) was used to make pETIEM. Plasmid pETIEM was designed to contain a transcription stop code immediately before the Xho I recognition sequence of the 3'-primer so that no tag was expressed. The made plasmid E. coli BL21 (DE3) (Studier, FW et. Al, Methods Enzymol. (1990) 185: 6089) were transformed.

실시예 5: HPLC 분석 방법Example 5: HPLC Analysis Method

HPLC는 다음의 방법으로 분석하였다. 역상 C18(5 ㎛ particle size, 4.6 mm X 25 cm, Milford, MA)을 Varian ProStar HPLC(Varian, Walnut Creek, CA)에 장착하였고 20 ㎕의 샘플이 분석되었다. 0.1%의 포름산을 포함하는 H2O와 아세토니트릴을 용매로 이용하였고 용매비율은 10% 아세토니트릴로 시작하여 5 분에는 20%, 12 분에는 40%, 17 분에 90% 아세토니트릴로 23분까지 비율을 고정하였고, 유속은 1 분에 1 ㎖으로 설정하였다. 포토 다이오드 어래이(Photo Diode Array; Varian, Walnut Creek, CA)를 이용해 270 ㎚에서 UV 디텍터로 흡광도를 측정해 HPLC 크로마토그램을 얻었다. 바닐린과 이소유제놀의 체류시간(retention time)은 각각 12.9, 18.2 분이었다.HPLC was analyzed by the following method. Reversed-phase C 18 (5 μm particle size, 4.6 mm × 25 cm, Milford, Mass.) Was mounted on Varian ProStar HPLC (Varian, Walnut Creek, Calif.) And 20 μl of samples analyzed. H 2 O and acetonitrile containing 0.1% formic acid were used as solvents. The solvent ratio started with 10% acetonitrile, 20% at 5 minutes, 40% at 12 minutes, and 90% acetonitrile at 17 minutes. The ratio was fixed up to and the flow rate was set to 1 ml per minute. The absorbance was measured with a UV detector at 270 nm using a Photo Diode Array (Varian, Walnut Creek, Calif.) To obtain an HPLC chromatogram. The retention times of vanillin and isoeugenol were 12.9 and 18.2 minutes, respectively.

실시예 6: 대장균에서 과발현된 이소유제놀 모노옥시게나아제의 효소반응 실험방법Example 6 Experimental Method for Enzymatic Reaction of Isoeugenol Monooxygenase Overexpressed in Escherichia Coli

실시예 4에서 만들어진 형질전환된 대장균 BL21(DE3)/pETIEM에서 수용성 상태의 이소유제놀 모노옥시게나아제를 얻기 위하여 다음의 조건으로 배양하였다. 600 ㎖ LB에 박테리아를 접종한 후 37℃, 100 rpm에서 키운 후 600 ㎚에서 흡광도가 0.2가 되면 배양기의 온도를 20℃로 변경하였다. 흡광도가 0.4-0.6이 되면 0.1 mM 의 농도가 되도록 IPTG를 넣어 유전자의 발현을 유도하였다. 12 시간 동안 배양 후 원심분리기로 박테리아를 모으고 20 mM 염산트리스 완충액(Tris-HCl, pH8.0)에 현탁하고 다시 원심분리를 하는 과정을 두 번 반복하였다. 원심분리된 박테리아는 -80℃에 보관하였다. In the transformed E. coli BL21 (DE3) / pETIEM prepared in Example 4 to obtain a water-soluble isoeugenol monooxygenase under the following conditions. After inoculating the bacteria in 600 ml LB, the temperature of the incubator was changed to 20 ° C. when the absorbance reached 0.2 at 600 nm after growing at 37 ° C. and 100 rpm. When the absorbance was 0.4-0.6, IPTG was added to the concentration of 0.1 mM to induce gene expression. After incubation for 12 hours, the bacteria were collected by centrifugation, suspended in 20 mM Tris HCl buffer (Tris-HCl, pH8.0), and centrifuged again. Centrifuged bacteria were stored at -80 ° C.

세포추출액(cell extract)을 얻기 위해 상기 원심분리된 박테리아 10 g(습시료 중량 기준)에 10% 글리세롤과 1 mM 디트리오디올(DTT)을 첨가한 20 ㎖의 20 mM 염산 트리스완충액(pH 8.0)을 넣고 70% 강도로 20 min 동안 초음파파쇄기를 이용하여 박테리아 막을 깨뜨렸고, 18,000 g 속도로 30 분간 4℃에서 원심분리한 후 상등액을 취하였다.20 ml of 20 mM hydrochloric acid tris buffer solution (pH 8.0) added with 10% glycerol and 1 mM ditriodiol (DTT) to 10 g of the centrifuged bacteria (based on the wet sample weight) to obtain a cell extract. The bacterial membrane was broken by using an ultrasonic crusher for 20 min at 70% intensity, and the supernatant was taken after centrifugation at 4 ° C. for 30 minutes at a speed of 18,000 g.

효소반응은 다음과 같이 방법으로 수행하였다. 100 mM 인산염완충액, 10% 에탄올에 세포추출액을 넣고 7 mM 이소유제놀을 첨가하면서 반응을 시작하였다. 총 반응액이 1 ㎖이었으며 10-30 분간 30℃에서 150 rpm에서 반응시킨 후 1 ㎖ 메탄올을 첨가 후 10 초간 강하게 섞어 주었고 원심분리 후 상등액을 HPLC로 분석하였다.Enzyme reaction was carried out in the following manner. The reaction was started by adding the cell extract to 100 mM phosphate buffer and 10% ethanol and adding 7 mM isoeugenol. The total reaction solution was 1 ml, the reaction was carried out at 30 rpm for 30-30 minutes at 150 rpm and then strongly mixed for 10 seconds after the addition of 1 ml methanol. The supernatant was analyzed by HPLC after centrifugation.

도 3은 대장균 BL21(DE3)/pETIEM의 세포추출액을 10 분(C), 20 분(B), 30분(A) 반응시킨 것과 세포추출물을 넣지 않고(D) 같은 조건에서 30분간 반응시킨 반응액의 HPLC 크로마토그램이다. X 축은 분석 시간을 Y축은 270 nm에서 흡광도를 나타낸다. 반응시간이 증가함에 따라 이소유제놀 양이 감소하며 바닐린 양이 증가함을 알 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 도 4와 같이 이소유제놀 모노옥시게나아제는 이소유제놀을 바닐린으로 생전환시키는 효소적 기능을 가지고 있음을 알 수 있다.Figure 3 is a reaction of the cell extract of E. coli BL21 (DE3) / pETIEM for 10 minutes (C), 20 minutes (B), 30 minutes (A) and the reaction without reacting for 30 minutes under the same conditions (D) HPLC chromatogram of the solution. X axis shows analysis time and Y axis shows absorbance at 270 nm. As the reaction time increases, the amount of isoeugenol decreases and the amount of vanillin increases. Based on these results, it can be seen that isoeugenol monooxygenase has an enzymatic function of bioconversion of isoeugenol to vanillin as shown in FIG. 4.

실시예 7: 이소유제놀 모노옥시게나아제의 조효소(coenzyme) 및 보조인자(cofactor) 비의존성Example 7: Coenzyme and Cofactor Independence of Isoeugenol Monooxygenase

산화효소 즉 산소를 물질에 넣어주는 역할을 하는 효소의 경우 산소를 활성화시키기 위해서 NADH과 같은 조효소나 철이온과 금속 같은 금속보조인자(metal cofactor) 물질이 필요한 것으로 알려져 있다. 슈도모나스 푸티다 IE27에서 분리된 ISM는 산소가 필요한 반응임에도 불구하고 철 이온이나 여러 조효소에 대해 큰 영향을 받지 않는 것으로 연구되었다. 그에 반해 균주 Jin1의 IEM과 아미노산 염기서열 유사성이 높은 카로티노이드 옥시게나아제와 리그노스틸벤 디옥시게나아제의 경우에 반응에 철 이온이 필요한 것으로 알려져 있다. 따라서 본 발명에서도 IEM의 조효소나 보조인자 의존성을 실험하기 위하여 세포추출물을 다음의 방법으로 준비하였다. 본 연구에서 얻은 IEM의 경우 NADH가 없는 조건에서도 효소반응이 일어남을 확인하였다. NADH 같은 조효소들은 그 가격이 상당히 비싸기 때문에 효소공정에서 경제성이 떨어지는 문제가 있는데 NADH가 없이도 효소반응이 일어날 경우 경제성 면에서 다양하게 응용이 가능할 것이다.In the case of an oxidase, an enzyme that plays a role in oxygen, it is known that coenzymes such as NADH or metal cofactors such as iron ions and metals are required to activate oxygen. ISM isolated from Pseudomonas putida IE27 has not been significantly affected by iron ions or various coenzymes even though oxygen is required. In contrast, carotenoid oxygenase and lignostilbene deoxygenase, which have high amino acid sequence similarity to IEM of strain Jin1, are known to require iron ions for reaction. Therefore, in the present invention, the cell extract was prepared by the following method in order to test the dependency of coenzyme or cofactor of IEM. In the case of IEM obtained in this study, it was confirmed that the enzyme reaction occurs even in the absence of NADH. Coenzymes such as NADH have a problem of low economical efficiency in enzymatic process because their price is quite expensive. If enzymatic reaction occurs without NADH, it can be applied economically in various ways.

도 5는 대장균 BL21(DE3)에 pETIEM 을 형질전환한 후 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자의 발현을 유도한 대장균의 세포추출물을 이용하여 조효소인 NADH가 있는 조건(A)과 없는 조건(B)에서 바닐린의 생산을 HPLC로 분석한 그림이다. X 축은 분석시간을 Y축은 270 nm 의 흡광도를 나타낸다. HPLC 분석결과에서 보이듯이 이소유제놀 모노옥시게나아제는 NADH가 있는 조건과 없는 조건에 관계없이 이소유제놀을 바닐린으로 생전환 할 수 있고 특히 반응액에 철이온과 같은 금속 보조인자를 첨가하지 않아도 반응이 일어나기 때문에 반응물에 산소를 넣어주는 산화반응을 수행함에 있어서 조효소 및 보조인자에 비의존적으로 반응이 일어나는 산화효소임을 알 수 있다. 이러한 결과는 이소유제놀 모노옥시게나아제를 세포안에서 존재할 때 뿐 아니라 세포 밖에서 존재할 때에도 반응이 일어날 수 있을 것이고 예를 들어 세포막에 유전자를 발현시켜 이소유제놀이 세포 안으로 들어오는데 소모하는 세포의 에너지를 절약하여 더 효율적인 바닐린 생산에 이용될 수 있을 것으로 예상된다. Figure 5 shows the condition (A) with or without coenzyme NADH using the cell extract of E. coli, which induced the expression of the isoeugenol monooxygenase gene after transforming pETIEM into Escherichia coli BL21 (DE3). HPLC analysis of the production of vanillin at The X axis shows the analysis time and the Y axis shows the absorbance of 270 nm. As shown by HPLC analysis, isoeugenol monooxygenase can convert isoeugenol to vanillin regardless of conditions with and without NADH, and especially without adding metal cofactors such as iron ions to the reaction solution. Since the reaction occurs, it can be seen that the oxidase reacts independently of the coenzyme and the cofactor in performing the oxidation reaction in which oxygen is added to the reactants. These results indicate that the reaction can occur when isoeugenol monooxygenase is present in the cell as well as outside the cell, for example by expressing a gene in the cell membrane to save energy of the cell that is consumed to enter the isoyugenol into the cell. It is expected that it can be used for more efficient vanillin production.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is apparent to those skilled in the art that the specific technology is merely a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

도 1 은 플라스미드 p611A에 삽입된 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin1의 일부 게놈 DNA 중 유제놀과 이소유제놀 대사에 관련된 유전자가 모여 있는 약 29 kb DNA 단편의 유전자 맵이다.FIG. 1 is a genetic map of approximately 29 kb DNA fragments in which genes related to eugenol and isoeugenol metabolism of some genomic DNAs of Pseudomonas nitrolidusense Jin1 inserted into plasmid p611A have been collected.

도 2는 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin1의 이소유제놀 모노옥시게나아제 (IEM)과 아미노산 염기서열 유사성이 높은 효소를 정렬한 것이다. ISM(이소유제놀 모노옥시게나아제, 슈도모나스 푸티다 IE27), LSD(리그노스틸벤 디옥시게나아제 , 슈도모나스 포시모비리스 TMY1009), CRTO(카로티노이드 옥시게나아제, 노보스핑고비엄 마로마티시보란스 DSM 12444)가 정렬되어 있다.Figure 2 is an alignment of isoeugenol monooxygenase (IEM) of Pseudomonas nitroreducens Jin1 with high amino acid sequence similarity. ISM (iso eugenol mono oxide cyclooxygenase, Pseudomonas footage is IE27), LSD (lignoceric stilbene dioxygenase dehydratase, Pseudomonas Posey tombstones less TMY1009), CRTO (carotenoids oxide cyclooxygenase, Novos ping hump moth Maroni Marti time signal pullulans DSM 12444 ) Is aligned.

도 3은 대장균 BL21(DE3)에 pETIEM 을 형질전환한 후 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자의 발현을 유도한 대장균의 세포추출물(cell extract)을 넣고 10 분(C), 20 분(B), 30분(A) 반응시킨 것과 세포추출물을 넣지 않고 (D) 30분간 반응시킨 반응액의 HPLC 크로마토그램이다.Figure 3 is transformed into E. coli BL21 (DE3) pETIEM transformed into E. coli induces the expression of E. coli cells extract (cell extract) 10 minutes (C), 20 minutes (B), It is the HPLC chromatogram of reaction liquid which reacted for 30 minutes (A) and the reaction liquid (D) for 30 minutes, without adding a cell extract.

도 4는 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin1의 이소유제놀 모노옥시게나아제에 의한 이소유제놀이 바닐린으로 대는 대사과정을 나타낸다.Figure 4 shows the metabolic process of Pseudomonas nitroreducens Jin1 isoeugenol vanillin by isoeugenol monooxygenase.

도 5는 대장균 BL21(DE3)에 pETIEM 을 형질전환한 후 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자의 발현을 유도한 대장균의 세포추출물을 이용하여 조효소인 NADH가 있는 조건(A)과 없는 조건(B)에서 바닐린의 생산을 HPLC로 분석한 그림이다. Figure 5 shows the condition (A) with or without coenzyme NADH using the cell extract of E. coli, which induced the expression of the isoeugenol monooxygenase gene after transforming pETIEM into Escherichia coli BL21 (DE3). HPLC analysis of the production of vanillin at

<110> Gwangju Institute of Science and Technology <120> Cloning of Isoeugenol Monooxygenase and Uses thereof <160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 1437 <212> DNA <213> Pseudomonas nitroreducens <220> <221> CDS <222> (1)..(1434) <400> 1 atg gcg aga ctc aac cgc aac gac ccg caa tta gta gga aca ctt ctc 48 Met Ala Arg Leu Asn Arg Asn Asp Pro Gln Leu Val Gly Thr Leu Leu 1 5 10 15 ccc acc cgt atc gag gca gac ttg ttc gat cta gag gtt gac ggc gaa 96 Pro Thr Arg Ile Glu Ala Asp Leu Phe Asp Leu Glu Val Asp Gly Glu 20 25 30 atc cca aaa tca ata aat gga acg ttc tac cgt aat acg cca gaa cct 144 Ile Pro Lys Ser Ile Asn Gly Thr Phe Tyr Arg Asn Thr Pro Glu Pro 35 40 45 caa gtt acc ccg caa aaa ttc cac acc ttc ata gat gga gat gga atg 192 Gln Val Thr Pro Gln Lys Phe His Thr Phe Ile Asp Gly Asp Gly Met 50 55 60 gcc tct gcc ttc cac ttc gaa gat ggt cat gtc gac ttc atc agt cgc 240 Ala Ser Ala Phe His Phe Glu Asp Gly His Val Asp Phe Ile Ser Arg 65 70 75 80 tgg gtt aaa acc gct cga ttc acg gcc gaa cga cta gcg 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<160> 2 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 1437 <212> DNA <213> Pseudomonas nitroreducens <220> <221> CDS (222) (1) .. (1434) <400> 1 atg gcg aga ctc aac cgc aac gac ccg caa tta gta gga aca ctt ctc 48 Met Ala Arg Leu Asn Arg Asn Asp Pro Gln Leu Val Gly Thr Leu Leu   1 5 10 15 ccc acc cgt atc gag gca gac ttg ttc gat cta gag gtt gac ggc gaa 96 Pro Thr Arg Ile Glu Ala Asp Leu Phe Asp Leu Glu Val Asp Gly Glu              20 25 30 atc cca aaa tca ata aat gga acg ttc tac cgt aat acg cca gaa cct 144 Ile Pro Lys Ser Ile Asn Gly Thr Phe Tyr Arg Asn Thr Pro Glu Pro          35 40 45 caa gtt acc ccg caa aaa ttc cac acc ttc ata gat gga gat gga atg 192 Gln Val Thr Pro Gln Lys Phe His Thr Phe Ile Asp Gly Asp Gly Met      50 55 60 gcc tct gcc ttc cac ttc gaa gat ggt cat gtc gac ttc atc agt cgc 240 Ala Ser Ala Phe His Phe Glu Asp Gly His Val Asp Phe Ile Ser Arg  65 70 75 80 tgg gtt aaa acc gct cga ttc acg gcc gaa cga cta gcg cga aaa tcg 288 Trp Val Lys Thr Ala Arg Phe Thr Ala Glu Arg Leu Ala Arg Lys Ser                  85 90 95 cta ttt ggc atg tac aga aac ccc tat acc gac gac acc agt gta aaa 336 Leu Phe Gly Met Tyr Arg Asn Pro Tyr Thr Asp Asp Thr Ser Val Lys             100 105 110 gga cta gac cgc acc gtt gcc aat aca agc atc att agc cat cac ggc 384 Gly Leu Asp Arg Thr Val Ala Asn Thr Ser Ile Ile Ser His His Gly         115 120 125 aag gtg ctg gcg gtg aag gaa gac ggc cta ccg tac gaa ctg gat cct 432 Lys Val Leu Ala Val Lys Glu Asp Gly Leu Pro Tyr Glu Leu Asp Pro     130 135 140 cgt aca ctt gaa act cgc gga cgc ttc gac tac gac ggc caa gtt acc 480 Arg Thr Leu Glu Thr Arg Gly Arg Phe Asp Tyr Asp Gly Gln Val Thr 145 150 155 160 agc caa acc cac acc gcc cat cca aaa tat gac ccg gaa acg ggt gac 528 Ser Gln Thr His Thr Ala His Pro Lys Tyr Asp Pro Glu Thr Gly Asp                 165 170 175 ttg ttg ttc ttc ggt tcg gca gct aag ggc gaa gca act cca gac atg 576 Leu Leu Phe Phe Gly Ser Ala Ala Lys Gly Glu Ala Thr Pro Asp Met             180 185 190 gcc tat tac att gtc gac aag cac ggc aag gtg aca cat gaa act tgg 624 Ala Tyr Tyr Ile Val Asp Lys His Gly Lys Val Thr His Glu Thr Trp         195 200 205 ttt gag cag ccc tat ggc gca ttc atg cac gac ttt gcc att acc cga 672 Phe Glu Gln Pro Tyr Gly Ala Phe Met His Asp Phe Ala Ile Thr Arg     210 215 220 aat tgg tcc att ttc cca att atg ccg gcc acc aac agc ctg tcc cgc 720 Asn Trp Ser Ile Phe Pro Ile Met Pro Ala Thr Asn Ser Leu Ser Arg 225 230 235 240 ctc aag gcg aaa cag cca att tat atg tgg gag ccg gaa ctg ggc agc 768 Leu Lys Ala Lys Gln Pro Ile Tyr Met Trp Glu Pro Glu Leu Gly Ser                 245 250 255 tac att ggc gta ctg ccg cgc cgc ggc cag ggc agt cag att cgc tgg 816 Tyr Ile Gly Val Leu Pro Arg Arg Gly Gln Gly Ser Gln Ile Arg Trp             260 265 270 ctc aag gca ccg gcg ctc tgg gta ttt cat gtt gtg aat gct tgg gaa 864 Leu Lys Ala Pro Ala Leu Trp Val Phe His Val Val Asn Ala Trp Glu         275 280 285 gtc gga acc aag att tat atc gac ctt atg gaa agt gaa atc ctg ccg 912 Val Gly Thr Lys Ile Tyr Ile Asp Leu Met Glu Ser Glu Ile Leu Pro     290 295 300 ttc ccc ttc ccc aac tca caa aac caa ccc ttc gcc cct gag aaa gcc 960 Phe Pro Phe Pro Asn Ser Gln Asn Gln Pro Phe Ala Pro Glu Lys Ala 305 310 315 320 gta cca cgc ctg act cgt tgg gaa att gac ctc gat agc agc agc gac 1008 Val Pro Arg Leu Thr Arg Trp Glu Ile Asp Leu Asp Ser Ser Ser Asp                 325 330 335 gag atc aag cga acc cgg cta cac gat ttc ttt gcg gaa atg cca atc 1056 Glu Ile Lys Arg Thr Arg Leu His Asp Phe Phe Ala Glu Met Pro Ile             340 345 350 atg gat ttt cgc ttc gcc ctg caa tgc aac cgc tat ggc ttt atg ggg 1104 Met Asp Phe Arg Phe Ala Leu Gln Cys Asn Arg Tyr Gly Phe Met Gly         355 360 365 gtg gac gat cca cgc aaa cca ctt gcg cat cag cag gcc gag aag ata 1152 Val Asp Asp Pro Arg Lys Pro Leu Ala His Gln Gln Ala Glu Lys Ile     370 375 380 ttt gcg tac aac tca ctc ggc atc tgg gac aac cac cga ggt gac tac 1200 Phe Ala Tyr Asn Ser Leu Gly Ile Trp Asp Asn His Arg Gly Asp Tyr 385 390 395 400 gac ctc tgg tac tcc gga gaa gcc tcg gcg gcc cag gag ccg gcc ttc 1248 Asp Leu Trp Tyr Ser Gly Glu Ala Ser Ala Ala Gln Glu Pro Ala Phe                 405 410 415 gtc cct aga agt ccg acc gcc gcc gaa ggt gat ggg tac ttg ctg acc 1296 Val Pro Arg Ser Pro Thr Ala Ala Glu Gly Asp Gly Tyr Leu Leu Thr             420 425 430 gtg gtt ggt cgt ctc gat gaa aat cgc agt gat ctg gta att ctc gac 1344 Val Val Gly Arg Leu Asp Glu Asn Arg Ser Asp Leu Val Ile Leu Asp         435 440 445 act caa gac atc cag tct ggt ccc gtg gca acc atc aag ctg cca ttc 1392 Thr Gln Asp Ile Gln Ser Gly Pro Val Ala Thr Ile Lys Leu Pro Phe     450 455 460 cgg tta agg gcc gct ctc cat ggc tgc tgg gta ccc aga cct taa 1437 Arg Leu Arg Ala Ala Leu His Gly Cys Trp Val Pro Arg Pro 465 470 475 <210> 2 <211> 478 <212> PRT <213> Pseudomonas nitroreducens <400> 2 Met Ala Arg Leu Asn Arg Asn Asp Pro Gln Leu Val Gly Thr Leu Leu   1 5 10 15 Pro Thr Arg Ile Glu Ala Asp Leu Phe Asp Leu Glu Val Asp Gly Glu              20 25 30 Ile Pro Lys Ser Ile Asn Gly Thr Phe Tyr Arg Asn Thr Pro Glu Pro          35 40 45 Gln Val Thr Pro Gln Lys Phe His Thr Phe Ile Asp Gly Asp Gly Met      50 55 60 Ala Ser Ala Phe His Phe Glu Asp Gly His Val Asp Phe Ile Ser Arg  65 70 75 80 Trp Val Lys Thr Ala Arg Phe Thr Ala Glu Arg Leu Ala Arg Lys Ser                  85 90 95 Leu Phe Gly Met Tyr Arg Asn Pro Tyr Thr Asp Asp Thr Ser Val Lys             100 105 110 Gly Leu Asp Arg Thr Val Ala Asn Thr Ser Ile Ile Ser His His Gly         115 120 125 Lys Val Leu Ala Val Lys Glu Asp Gly Leu Pro Tyr Glu Leu Asp Pro     130 135 140 Arg Thr Leu Glu Thr Arg Gly Arg Phe Asp Tyr Asp Gly Gln Val Thr 145 150 155 160 Ser Gln Thr His Thr Ala His Pro Lys Tyr Asp Pro Glu Thr Gly Asp                 165 170 175 Leu Leu Phe Phe Gly Ser Ala Ala Lys Gly Glu Ala Thr Pro Asp Met             180 185 190 Ala Tyr Tyr Ile Val Asp Lys His Gly Lys Val Thr His Glu Thr Trp         195 200 205 Phe Glu Gln Pro Tyr Gly Ala Phe Met His Asp Phe Ala Ile Thr Arg     210 215 220 Asn Trp Ser Ile Phe Pro Ile Met Pro Ala Thr Asn Ser Leu Ser Arg 225 230 235 240 Leu Lys Ala Lys Gln Pro Ile Tyr Met Trp Glu Pro Glu Leu Gly Ser                 245 250 255 Tyr Ile Gly Val Leu Pro Arg Arg Gly Gln Gly Ser Gln Ile Arg Trp             260 265 270 Leu Lys Ala Pro Ala Leu Trp Val Phe His Val Val Asn Ala Trp Glu         275 280 285 Val Gly Thr Lys Ile Tyr Ile Asp Leu Met Glu Ser Glu Ile Leu Pro     290 295 300 Phe Pro Phe Pro Asn Ser Gln Asn Gln Pro Phe Ala Pro Glu Lys Ala 305 310 315 320 Val Pro Arg Leu Thr Arg Trp Glu Ile Asp Leu Asp Ser Ser Ser Asp                 325 330 335 Glu Ile Lys Arg Thr Arg Leu His Asp Phe Phe Ala Glu Met Pro Ile             340 345 350 Met Asp Phe Arg Phe Ala Leu Gln Cys Asn Arg Tyr Gly Phe Met Gly         355 360 365 Val Asp Asp Pro Arg Lys Pro Leu Ala His Gln Gln Ala Glu Lys Ile     370 375 380 Phe Ala Tyr Asn Ser Leu Gly Ile Trp Asp Asn His Arg Gly Asp Tyr 385 390 395 400 Asp Leu Trp Tyr Ser Gly Glu Ala Ser Ala Ala Gln Glu Pro Ala Phe                 405 410 415 Val Pro Arg Ser Pro Thr Ala Ala Glu Gly Asp Gly Tyr Leu Leu Thr             420 425 430 Val Val Gly Arg Leu Asp Glu Asn Arg Ser Asp Leu Val Ile Leu Asp         435 440 445 Thr Gln Asp Ile Gln Ser Gly Pro Val Ala Thr Ile Lys Leu Pro Phe     450 455 460 Arg Leu Arg Ala Ala Leu His Gly Cys Trp Val Pro Arg Pro 465 470 475  

Claims (10)

서열목록 제2서열의 아미노산 서열로 이루어진 이소유제놀 모노옥시게나아제(isoeugenol monooxygenase).Isoeugenol monooxygenase consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 sequence. 상기 제 1 항의 이소유제놀 모노옥시게나아제를 코딩하는 핵산 분자.A nucleic acid molecule encoding the isoeugenol monooxygenase of claim 1. 제 2 항에 있어서, 상기 핵산 분자의 염기 서열은 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 핵산 분자.The nucleic acid molecule of claim 2, wherein the nucleotide sequence of the nucleic acid molecule consists of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. 상기 제 2 항 또는 제 3 항의 이소유제놀 모노옥시게나아제를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 이소유제놀 모노옥시게나아제 발현용 벡터.An isoeugenol monooxygenase expression vector comprising a nucleic acid molecule encoding the isoeugenol monooxygenase of claim 2 or 3. 상기 제 4 항의 벡터를 포함하는 형질전환체. A transformant comprising the vector of claim 4. 다음의 단계를 포함하는 바닐린 유도체의 제조방법:Method for preparing a vanillin derivative comprising the following steps: (a) 상기 제 1 항의 이소유제놀 모노옥시게나아제를 준비하는 단계; (a) preparing the isoeugenol monooxygenase of claim 1; (b) 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제를 하기 화학식 1 또는 2의 화합물과 접촉시키는 단계; 및 (b) contacting the isoeugenol monooxygenase with a compound of formula 1 or 2; And (c) 하기 화학식 3의 바닐린 유도체를 수득하는 단계.(c) obtaining a vanillin derivative of formula (3). 화학식 1 Formula 1
Figure 112008078694859-pat00004
Figure 112008078694859-pat00004
상기 화학식에서, R1은 -CH=CHCH3 또는 -CH2CH=CH2이고, R2-R4는 서로 각각 독립적으로 수소, C1-5 알킬기, 하이드록실기 또는 C1-5 알콕시기이다.In the above formula, R 1 is -CH = CHCH 3 or -CH 2 CH = CH 2 , R 2 -R 4 are each independently of each other hydrogen, C 1-5 alkyl group, hydroxyl group or C 1-5 alkoxy group to be. 화학식 2Formula 2
Figure 112008078694859-pat00005
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상기 화학식에서, R1-R6은 서로 각각 독립적으로 수소, C1-5 알킬기, 하이드록실기 또는 C1-5 알콕시기이다.In the above formula, R 1 -R 6 are each independently hydrogen, C 1-5 alkyl group, hydroxyl group or C 1-5 alkoxy group. 화학식 3Formula 3
Figure 112008078694859-pat00006
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상기 화학식에서, R1-R3은 서로 각각 독립적으로 수소, C1-5 알킬기, 하이드록실기 또는 C1-5 알콕시기이다.In the above formula, R 1 -R 3 are each independently of each other hydrogen, a C 1-5 alkyl group, a hydroxyl group or a C 1-5 alkoxy group.
제 6 항에 있어서, 상기 화학식 1에서 R2은 수소, R3는 하이드록실기 및 R4는 메톡시기인 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 6, wherein in Formula 1, R 2 is hydrogen, R 3 is a hydroxyl group and R 4 is a methoxy group. 제 6 항에 있어서, 상기 화학식 2에서 R1-R6은 서로 각각 독립적으로 수소, 메틸기, 하이드록실기 또는 메톡시기인 것을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 6, wherein in Formula 2 R 1 -R 6 are each independently hydrogen, a methyl group, a hydroxyl group or a methoxy group. 제 6 항에 있어서, 상기 단계 (c)는 조효소(coenzyme), 보조인자(cofactor) 또는 이들 모두의 부존재 하에서 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein step (c) is carried out in the absence of coenzymes, cofactors, or both. 제 6 항에 있어서, 상기 이소유제놀 모노옥시게나아제는 세포 밖에 존재하는 것을 특징으로 하는 방법.7. The method of claim 6, wherein said isoeugenol monooxygenase is present outside the cell.
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