KR101112141B1 - Guanosine tetraphosphate synthase relA and its use for increasing antibiotic expression - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 코딩하는 것을 특징으로 하는 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 나타마이신의 발현의 증가를 유도하는 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자를 스트렙토마이세스 나탈렌시스로부터 얻을 수 있으며, 상기 relA 유전자를 스트렙토마이세스 나탈렌시스에 도입하는 경우, 나타마이신의 생산을 증가시킬 수 있다. 따라서 본 발명의 relA 유전자 및 그 발현 단백질을 이용하여 나타마이신 고생산균주를 획득 할 수 있으며, 저렴한 가격으로 나타마이신 항생물질을 이용할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 relA 유전자 및 그 발현 단백질을 유효성분으로 함유하는 항생물질 발현 증가용 조성물의 사용이 기대된다.The present invention relates to a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene, and more specifically to a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene, characterized by encoding a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. It is about.
According to the present invention, a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene which induces an increase in the expression of natamycin can be obtained from Streptomyces natalensis , and the relA gene is introduced into Streptomyces natalenes. May increase the production of natamycin. Therefore, high production strains of natamycin can be obtained by using the relA gene and the expressed protein of the present invention, and it will be possible to use natamycin antibiotics at a low price. Therefore, the use of the composition for increasing the expression of antibiotics containing the relA gene of the present invention and its expression protein as an active ingredient is expected.
Description
본 발명은 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 코딩하는 것을 특징으로 하는 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자에 관한 것이다.
The present invention relates to a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene, and more specifically to a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene, characterized by encoding a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. It is about.
식품생산에 있어서 식품의 안전한 보존은 소비자의 건강과 더불어 경제적 손실을 줄일 수 있는 무엇보다도 중요한 문제이다. 식품보존에 있어서 일반적으로 커다란 문제가 되는 것은 미생물에 의한 부패 및 독성이다. 이러한 문제는 가공식품은 물론이고 열처리가 불가능한 과일 등의 비가공식품에 있어서도 아주 심각한 문제이며 시급히 해결되어야할 문제 중 하나이다. 상기 문제들의 해결방안의 하나로써 인체에 무독하며 항균활성이 뛰어난 항균물질을 이용하는 것이다.In food production, safe preservation of food is an important issue above all, which can reduce economic loss as well as consumer health. A major problem in food preservation in general is the decay and toxicity caused by microorganisms. This problem is a serious problem in processed food as well as unprocessed foods such as fruits that cannot be heat-treated and is one of the problems to be solved urgently. One of the solutions to the above problems is to use an antibacterial material that is harmless to the human body and has excellent antibacterial activity.
현재, 방선균 스트렙토마이세스 나탈렌시스(Streptomyses natalensis)에 의해 생산되어지는 나타마이신(natamycin)은 진균제로써 FDA의 승인을 받은 식품보존용 항생물질(GRAS)로써 인간에 무독할 뿐만 아니라, 피부의 곰팡이성 감염질병에도 유효한 것으로 알려져 있다. 또한 상기 나타마이신은 광범위한 항곰팡이 활성 및 곰팡이가 생산하는 독소의 상당수를 억제하는 역할을 하는 것으로 보고되어져 있다. 실제로 10 μg/ml의 나타마이신을 처리한 경우, Apergillus flavus에 의한 aflatoxin B1의 생산을 약 62 % 저해하였으며, Penicilium patulum이 생산하는 penicillic acid는 98.8 % 정도 저해하는 것으로 나타났다. 상기와 같은 결과는 나타마이신의 항곰팡이제로서의 우수성 및 나타마이신의 다양한 산업화 가능성을 제시하고 있다. 현재 DSM사에 의해 판매되어지고 있는 나타마이신(순도 50%)은 1 kg당 약 150만원으로 매우 고가로 판매되어지고 있으며, 이러한 사실이 나타마이신의 다양한 용도에서의 활용을 저해하는 커다란 이유 중 하나이다. 따라서 상기 항생물질의 다양한 용도에서의 활용을 위해, 판매단가를 저렴화할 필요성이 있으며, 이를 극복하기 위해서는 무엇보다 나타마이신 고생산균주 획득에 의한 생산성 향상이 절실히 요구되어진다. 그러나 지금까지 알려져 있는 단세포 분리, X-선 및 자외선 조사 등에 의한 고생산능력 돌연변이균주의 획득 및 돌연변이 유도물질 처리에 의한 고생산능력 변이주의 획득 방법은 생산성 향상에 한계가 있음이 밝혀졌다.Currently, natamycin, produced by Actinomycetes Streptomyses natalensis , is a fungicide, a food preservative antibiotic (GRAS) that is not only toxic to humans, but also a fungus on the skin. It is also known to be effective against sexually transmitted diseases. In addition, the natamycin has been reported to play a role in inhibiting a wide range of antifungal activity and a large number of toxins produced by the fungus. In fact, treatment with 10 μg / ml natamycin inhibited the production of aflatoxin B1 by Apergillus flavus by about 62%. Penicilium The penicillic acid produced by patulum was inhibited by 98.8%. These results suggest the superiority of natamycin as an antifungal agent and the possibility of various industrialization of natamycin. Natamycin (purity 50%), which is currently sold by DSM, is sold at a very high price of about 1.5 million won per kilogram, which is one of the major reasons that hamper its use in various applications. . Therefore, in order to utilize the antibiotic in various uses, it is necessary to reduce the selling price, and to overcome this, above all, the productivity improvement by acquiring high production strains of natamycin is urgently required. However, it has been found that there is a limit in productivity improvement in the acquisition of high yielding mutant strains by single cell separation, X-ray and ultraviolet irradiation, and the acquisition of high yielding mutant strains by mutation inducer treatment.
한편, 방선균의 분자생물학적 연구로써 스트렙토마이세스 세리컬러(Streptomyses coelicolor) A3(2)를 대상하는 유전학적 연구가 영국의 존인네스 센터(John Innes Centre)를 중심으로 오랫동안 지속적으로 진행되어 왔다. 이들 연구로부터 기초적 지식뿐만 아니라 유전적 기술들이 축적되어 폴리케타이드계 항생물질 생합성 유전자의 인위적 조작에 의한 신규 생리활성물질의 생산이라는 단계에 이르게 되었다. 그러나 많은 이차대사산물생산과 복잡한 생활사를 가진 방선균은 그 특징만큼이나 많은 조절작용을 가지고 있지만 연구를 통해 밝혀진 사실들은 극히 소수에 지나지 않는다. 지금까지 보고된 연구들에 의하면 스트렙토마이세스속 방선균에서 이차대사산물의 생합성과 형태분화의 제어는 자기조절인자(autoregulator) 제어계와 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide; ppGpp) 및 S-아데노실메티오닌(S-adenosylmethionine; SAM) 등과 같은 대표적인 조절작용들이 서로 독립적 또는 유기적으로 작용하여 이루어진다는 것이 일부 밝혀졌다.Meanwhile, as a molecular biological study of actinomycetes, Streptomyses coelicolor ) Genetic studies of A3 (2) have been ongoing for a long time, centered on the John Innes Center in the UK. From these studies, not only basic knowledge but also genetic techniques have been accumulated, leading to the production of new bioactive substances by artificial manipulation of polyketide antibiotic biosynthesis genes. But actinomycetes, with their many secondary metabolic productions and complex life histories, have as much control as their features, but only a few have been found in research. Studies reported so far indicate that the control of biosynthesis and morphogenesis of secondary metabolites in Streptomyces actinomycetes is characterized by an autoregulator control system, high phosphorylated guanosine nucleotide (ppGpp) and S-adenosylmethionine. It has been found in part that representative regulatory actions such as S-adenosylmethionine (SAM) and the like are performed independently or organically.
이들 가운데 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide; ppGpp)의 세포내 축적은 생육에 필요한 영양분 고갈에 대한 첫 번째 반응 중 하나로, 대장균을 통한 연구에 따르면 ppGpp 합성효소인 RelA와 ppGpp 합성효소/가수분해효소 기능을 가진 SpoT가 각각 ATP와 GTP로부터 ppGpp를 합성한다. 상기 RelA 단백질은 아미노산이 제한된 조건 하에서 리보솜과 함께 ppGpp합성 기능만을 수행하는 반면, SpoT는 탄소원 제한조건 하에서 리보솜에 독립적인 ppGpp합성 기능과 마그네슘 의존적 파이로포스포하이드로라제(pyrophosphohydrolase, P2분해) 기능으로 ppGpp를 분해하는 이중기능 효소(bifunctional enzyme)로 밝혀졌다. 그러나 SpoT의 ppGpp의 합성 활성은 생체내(in vivo)에서 일반적으로 보다 왕성한 분해활성에 의해 잘 드러나지 않는다.Among these, intracellular accumulation of high phosphorylated guanosine nucleotide (ppGpp) is one of the first reactions to nutrient depletion for growth, and studies by Escherichia coli have shown that ppGpp synthase RelA and ppGpp synthase / hydrolase Functional SpoT synthesizes ppGpp from ATP and GTP, respectively. The RelA protein performs only ppGpp synthesis function with ribosomes under amino acid-limited conditions, while SpoT has ribosome-independent ppGpp synthesis function and magnesium-dependent pyrophosphohydrolase (P2 degradation) function under carbon source restriction conditions. It was found to be a bifunctional enzyme that degrades ppGpp. However, the synthetic activity of ppGpp of SpoT is not generally revealed by the more aggressive degradation activity in vivo.
또한 ppGpp는 방선균에서 이차대사와 형태분화에 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 스트렙토마이세스 세리컬러(S. coelicolor) A3(2)에서 relA 유전자가 파괴된 경우, 스트렙토마이세스 세리컬러가 생산하는 색소계 항생물질들인 액티놀로딘(actinorhodin)과 언데실프로디기오신(undecylprodigiosin)의 생산이 억제되었다. 이러한 결과는 ppGpp가 항생물질 생합성의 개시에 중심적인 역할을 담당하고 있다는 증거가 되었는데, 이후 계속된 연구에 의해 이러한 현상은 ppGpp가 액티놀로딘과 언데실프로디기오신의 합성개시를 유도하는 경로-특이적 촉진인자(pathway-specific activator)의 유전자인 actⅡ-ORF4와 redD의 발현을 촉진함으로써 이루어진다는 사실이 밝혀졌다.PpGpp has also been shown to play an important role in secondary metabolism and morphogenesis in actinomycetes. When the relA gene is destroyed in S. coelicolor A3 (2), the pigment-based antibiotics actinorhodin and undecylprodigiosin produced by Streptomyces cericol Production was suppressed. These findings provide evidence that ppGpp plays a central role in the initiation of antibiotic biosynthesis, and further studies suggest that this is the route by which ppGpp induces the synthesis of actinolodine and undecylprodigiosin. Of actII-ORF4 and redD , genes of path- specific activator It has been found that this is achieved by promoting expression.
뿐만 아니라, 액티노마이신(actinomycin)을 생산하는 스트렙토마이세스 안티바이오티커스(S. antibioticus)의 경우에서도 relA 유전자를 제거시키는 경우, 균체의 성장속도가 매우 느려졌으며, 액티노마이신의 생산 능력이 상실된다는 것이 보고되었다.In addition, in the case of S. antibioticus , which produces actinomycin, relA gene removal also slowed the growth rate of the cells and produced the ability of actinomycin. It is reported that it is lost.
그러나 지금까지 살펴본 바와 같이, 스트렙토마이세스속 방선균에 대한 연구는 활발하게 진행되고 있는 반면에 최근 산업적으로 중요한 항생물질인 나타마이신을 생산하는 스트렙토마이세스 나탈렌시스에 대한 relA 유전자 연구는 아직까지 전무한 상태이다.However, as we have seen, the research on Streptomyces actinomycetes has been actively conducted, while the relA gene study on Streptomyces natalensis, which produces an industrially important antibiotic, natamycin, has not been studied yet. It is a state.
이에, 본 발명자들은 상기 종래기술들의 문제점들을 극복하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(ppGpp) 합성효소인 relA 유전자를 스트렙토마이세스 나탈렌시스에 도입하는 경우, 나타마이신의 발현이 증가될 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
Accordingly, the present inventors have diligently researched to overcome the problems of the prior arts. As a result, when the relA gene, a high phosphorylated guanosine nucleotide (ppGpp) synthase, is introduced into Streptomyces natalensis , the expression of natamycin is increased. The present invention was confirmed to be possible.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 나타마이신의 발현의 증가를 유도하는 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자를 제공하는데 있다.Accordingly, a primary object of the present invention is to provide a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene that induces increased expression of natamycin.
본 발명의 다른 목적은 상기고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자 및 그 발현 단백질을 유효성분으로 함유하는 항생물질 발현 증가용 재조합벡터를 제공하는데 있다.
Another object of the present invention to provide a recombinant vector for increasing the expression of antibiotics containing the high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene and its expression protein as an active ingredient.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 코딩하는 것을 특징으로 하는 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide; ppGpp) 생합성 relA 유전자를 제공한다.According to one aspect of the invention, the invention provides a high phosphorylated guanosine nucleotide (ppGpp) biosynthetic relA gene, characterized by encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
상기 ppGpp는 방성균의 이차대사산물 생산 및 형태분화에 중요하게 관여하며, relA 유전자에 의해 생합성된다. 이는, 방성균에서 relA 유전자가 파괴되는 경우, 색소계 항생물질들의 생산이 억제되는 것을 통해 확인되어졌다. 따라서 상기 relA 유전자의 발현을 증가시키면 ppGpp의 생합성이 증가하므로, 항생물질의 생성을 최적화할 수 있을 것이다.The ppGpp is importantly involved in the production and morphogenesis of secondary metabolites of the bacterium, and is biosynthesized by the relA gene. This was confirmed by inhibiting the production of pigment-based antibiotics when the relA gene is destroyed in the bacterium. Therefore, increasing the expression of the relA gene increases the biosynthesis of ppGpp, it will be able to optimize the production of antibiotics.
본 발명의 relA 유전자에 있어서, 상기 유전자는 relA 단백질을 코딩하는 어떠한 염기서열을 가질 수 있으나, 바람직하게는 서열번호 1의 염기서열을 갖는 것을 특징으로 한다.In the relA gene of the present invention, the gene may have any nucleotide sequence encoding the relA protein, but preferably has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
본 발명의 구체적인 실시예에서는, 스트렙토마이세스 나탈렌시스로부터 2586 bp 크기의 완전한 ORF(단백질코드부분, 서열번호 1)를 얻을 수 있었으며, 획득한 유전자의 단백질은 방선균 유래의 relA 단백질과 높은 상동성을 가지고 있음이 밝혀졌다. 구체적으로, 스트렙토마이세스 클라불리게루스(Streptomyces clavuligerus)의 relA에 95 %의 상동성, 스트렙토마이세스 아베르미틸리스(Streptomyces avermitilis)의 relA에 94 %의 상동성 및 스트렙토마이세스 스카비에이(Streptomyces scabiei)의 relA에 93 %의 상동성을 가지고 있음이 관찰되었다. 따라서 본 ORF가 스트렙토마이세스 나탈렌시스에서 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 합성효소를 코드하는 relA 유전자일 것으로 사료된다.In a specific embodiment of the present invention, a complete ORF (protein code portion, SEQ ID NO: 1) of 2586 bp size was obtained from Streptomyces natalensis , and the obtained protein had high homology with relA protein derived from actinomycetes. It turns out that it has. Specifically, Streptomyces ( C. Streptomyces) clavuligerus) the homology of 93% in the relA 94% homology, and Streptomyces Scar ratio A (Streptomyces scabiei) of the relA of homology of 95% in the relA, Streptomyces Abbe reumi subtilis (Streptomyces avermitilis) Was observed. Thus, the ORF encodes relA, which encodes a highly phosphorylated guanosine nucleotide synthase in Streptomyces natalensis. It is thought to be a gene.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 단백질을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA protein, which has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
본 발명의 상기 단백질은 고인산화 구아노신 뉴클레오티드의 생합성을 촉진시켜 액티놀로딘(actinorhodin) 및 나타마이신(natamycin)의 생산을 증가시키는 것을 특징으로 한다.The protein of the present invention is characterized by promoting the biosynthesis of high phosphorylated guanosine nucleotides to increase the production of actinorhodin and natamycin.
본 발명의 구체적인 실시예에서 본 발명의 스트렙토마이세스 나탈렌시스 유래의 relA 유전자를 발현벡터에 도입하여 액티놀로딘과 나타마이신의 생산량을 각각 측정하는 경우, 상기 유전자가 도입되지 않은 발현벡터(pSET152ET)에 비해 액티놀로딘과 나타마이신의 생산량이 크게 증가됨을 확인할 수 있다. 따라서 본 발명에 따라 클로닝된 2.6 kb의 ORF는 스트렙토마이세스 나탈렌시스에서 고인산화 구아노신 뉴클레오티드를 생합성하는 relA 유전자이며, 스트렙토마이세스 리비단스 TK24의 액티놀로딘 및 스트렙토마이세스 나탈렌시스의 나타마이신의 생산 촉진에 중요한 역할을 담당하고 있음을 확인할 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, when the relA gene derived from Streptomyces natalissis of the present invention is introduced into an expression vector to measure the production of actinolodine and natamycin, the expression vector (pSET152ET) is not introduced. It can be seen that the production of actinolodine and natamycin is significantly increased compared to). Thus, the 2.6 kb ORF cloned according to the present invention is the relA gene, which biosynthesizes high phosphorylated guanosine nucleotides in Streptomyces natalenes, indicating the actinolodine and Streptomyces natalylenes of Streptomyces Libidans TK24. It can be seen that it plays an important role in promoting the production of mycin.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotidep) 생합성 relA 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a recombinant vector comprising the high phosphorylated guanosine nucleotidep biosynthetic relA gene.
본 발명에 있어서, 상기 relA 유전자를 발현하는 재조합 벡터는 상기 유전자를 발현할 수 있는 어떠한 발현벡터 예컨대, pIJ459, pIJ4090도 이용될 수 있으며, 바람직하게는 방선균에서 발현가능한 pSET152ET를 사용할 수 있다.In the present invention, the relA As a recombinant vector expressing a gene, any expression vector capable of expressing the gene may be used, such as pIJ459, pIJ4090, and preferably, pSET152ET that is expressible in actinomycetes.
상기 pSET152ET는 방선균의 게놈에 삽입되어 안정적으로 유지되며, 방선균에서의 발현이 확인된 에리쓰로마이신(erythromycin) 내성유전자의 프로모터를 가진 발현벡터이다.The pSET152ET is inserted into the genome of actinomycetes and is stably maintained, and is an expression vector having a promoter of an erythromycin resistance gene whose expression in actinomycetes is confirmed.
본 발명의 구체적인 실시예에서는, 본 발명을 통해 획득한 스트렙토마이세스 나탈렌시스 유래의 relA 유전자를 상기 발현벡터의 프로모터에 삽입하여 재조합 벡터를 제작한 뒤, 접합전달법을 이용하여 스트렙토마이세스 리비단스 TK24 또는 스트렙토마이세스 나탈렌시스에 도입하였다.In a specific embodiment of the present invention, after inserting the relA gene derived from Streptomyces natalensis obtained through the present invention into the promoter of the expression vector to produce a recombinant vector, streptomyces libby using conjugation transfer method Introduced in Dans TK24 or Streptomyces natalenes.
본 발명의 상기 재조합 벡터는 도 2의 개열지도를 갖는 pSET152ET_relA인 것을 특징으로 한다.The recombinant vector of the present invention is characterized in that the pSET152ET_ relA having a cleavage map of FIG.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 상기 재조합 벡터로 형질전환된 숙주세포를 제공한다. 본 발명의 상기 숙주세포는 구체적으로 방선균(Streptomyces)인 것을 특징으로 한다. 그러나 본 발명의 형질전환의 대상이 되는 숙주세포는 특별한 한정을 요하지 않으며, 예컨대 Streptomyces coelicolor, Streptomyces ambofaciens, Streptomyces virginiae를 사용할 수 있다. 본 발명에서는 바람직하게 스트렙토마이세스속의 스트렙토마이세스 리비단스 TK24 또는 스트렙토마이세스 나탈란시스를 사용하였다.According to another aspect of the present invention, there is provided a host cell transformed with the recombinant vector of the present invention. The host cell of the present invention is specifically characterized in that the actinomycetes ( Streptomyces ). However, the host cell subjected to the transformation of the present invention does not require special limitation, for example, Streptomyces coelicolor , Streptomyces ambofaciens , Streptomyces You can use virginiae . In the present invention, Streptomyces lividans TK24 or Streptomyces natalansis of the genus Streptomyces is preferably used.
본 발명에 있어서, 상기 숙주세포의 형질전환방법은 원형질체법(protoplast), 전기천공법(electroporation)을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 접합전달방법을 사용하였다.In the present invention, the host cell transformation method may be a protoplast method, an electroporation method, but preferably a conjugation transfer method.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 상기 숙주세포를 배양하는 단계, 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 단백질을 수득하는 단계를 포함하는 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 단백질의 제조방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention provides a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA protein comprising culturing the host cell and obtaining a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA protein. It provides a method of manufacturing.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 상기 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자를 유효성분으로 함유하는 항생물질 발현 증가용 재조합벡터를 제공한다.According to one aspect of the invention, the present invention provides a recombinant vector for increasing the expression of antibiotics containing the high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene.
본 발명의 상기 재조합벡터에 있어서, 상기 유전자는 발현벡터에 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.
In the recombinant vector of the present invention, the gene is characterized in that it is inserted into the expression vector.
도 1은 스트렙토마이세스 나탈렌시스로부터 relA 유전자의 PCR 수행 결과를 나타낸다.
도 2는 스트렙토마이세스 나탈렌시스로부터 relA 유전자가 삽입된 재조합 벡터를 나타낸다.
도 3은 액티놀로딘의 생산량 측정 결과를 나타낸다.
도 4는 나타마이신의 생산량 측정 결과를 나타낸다.Figure 1 shows the results of PCR of the relA gene from Streptomyces Natalensis .
2 shows a recombinant vector into which the relA gene is inserted from Streptomyces natalensis .
3 shows the result of measuring the production amount of actinolodine.
Figure 4 shows the production measurement results of natamycin.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. Since these examples are only for illustrating the present invention, the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.
실시예Example 1. 균주 및 발현벡터 1. Strains and Expression Vectors
본 발명에서 사용된 균주는 나타마이신 생산균주로써 공시균주인 스트렙토마이세스 나탈렌시스(Streptomyses natalensis) ATCC 27448과 게놈 라이브러리 제작과 클로닝을 위한 pUC19 벡터, relA 유전자 발현용 벡터 pSET152ET 및 E. coli(Escherichia coli) XL-10Gold(Stratagene, UK) 숙주를 일본 오사카대학의 니히라(Nihira) 교수로부터 공여 받아 사용하였다. 상기 relA 유전자 발현용 벡터인 pSET152ET의 구체적인 제작과정은 다음과 같다.The strain used in the present invention is a natamycin-producing strain, the strain strain Streptomyces natalensis ( Streptomyses). natalensis ) pUC19 vector for ATCC 27448 and genome library construction and cloning, vector pSET152ET for relA gene expression and E. coli ( Escherichia coli ) XL-10Gold (Stratagene, UK) host was used from Niihira Professor of Osaka University, Japan. The detailed manufacturing process of the pSET152ET, the vector for relA gene expression is as follows.
먼저, Bierman 등에 의하여 방성균의 형질전환을 위한 접합전달용 벡터의 용도로 제작된 벡터 pSET152를 모체로 하였다 [Bierman M, Logan R, O'Brien K, Seno ET, Rao RN, Schoner BE.(1992) Plasmid cloning vectors for the conjugal transfer of DNA from Escherichia coli to Streptomyces spp. Gene. 116(1): 43-49]. 상기 pSET152 벡터에 니히라 교수팀에서 클론된 유전자의 효율적 발현용 프로모터로 에리트로마이신(erythromycin) 내성유전자의 프로모터를 사용하기 위하여 일반적 발현용 벡터 pIJ487을 이용하였다 [Ward JM, Janssen GR, Kieser T, Bibb MJ, Buttner MJ, Bibb MJ.(1986) Construction and characterisation of a series of multi-copy promoter-probe plasmid vectors for Streptomyces using the aminoglycoside phosphotransferase gene from Tn5 as indicator. 203(3): 468-78]. 상기 pIJ487 벡터로부터 프로모터를 분리하기위해, 벡터 pIJ487를 제한효소 EcoRI와 BamHI로 절단하여 260 bp의 DNA 단편을 회수하였다. 얻어진 EcoRI-BamHI 프로모터를 pSET152의 EcoRI-BamHI에 삽입하여 최종적으로 효율적인 발현벡터 pSET152ET(6.0 kb)를 제작하였다 [Lee YJ, Kitani S, Kinoshita H, Nihira T.(2010) Null mutation analysis of an afsA-family gene, barX, that is involved in biosynthesis of the γ-butyrolactone autoregulator in Streptomyces virginiae. Microbiology, 156: 206-210].First, the vector pSET152 produced by Bierman et al. For use as a vector for conjugation transfer for transformation of an antibacterial bacterium was used as a parent [Bierman M, Logan R, O'Brien K, Seno ET, Rao RN, Schoner BE. (1992). Plasmid cloning vectors for the conjugal transfer of DNA from Escherichia coli to Streptomyces spp. Gene. 116 (1): 43-49]. In order to use the promoter of the erythromycin resistance gene as a promoter for efficient expression of genes cloned from Professor Nihira's team to the pSET152 vector, general expression vector pIJ487 was used [Ward JM, Janssen GR, Kieser T, Bibb MJ, Buttner MJ, Bibb MJ. (1986) Construction and characterization of a series of multi-copy promoter-probe plasmid vectors for Streptomyces using the aminoglycoside phosphotransferase gene from Tn5 as indicator. 203 (3): 468-78. To isolate a promoter from the pIJ487 vector, vector pIJ487 was digested with restriction enzymes Eco RI and Bam HI to recover 260 bp DNA fragments. The Eco RI- Bam HI promoter thus obtained was prepared and finally an efficient expression vector pSET152ET (6.0 kb) was inserted into Eco RI- Bam HI of pSET152 [Lee YJ, Kitani S, Kinoshita H, Nihira T. (2010) Null mutation analysis of an afsA -family gene, barX , that is involved in biosynthesis of the γ-butyrolactone autoregulator in Streptomyces virginiae . Microbiology, 156: 206-210.
또한 상기 스트렙토마이세스 나탈렌시스 균주의 포자를 접합전달의 수용체로써 사용하였으며, 메틸화가 결손된 E. coli ET12567/pUZ8002(dam-13::Tn9, dcm-6, hsdM, hsdS)를 접합전달의 DNA 공여균주로 사용하였으며, 에리트로마이신(erythromycin) 내성유전자의 프로모터가 삽입된 pSET152ET(6 kb)는 클로닝된 유전자의 세포내 발현을 위한 벡터로 사용하였다.In addition, spores of the Streptomyces natalenes strain were used as receptors for conjugation transfer, and E. coli ET12567 / pUZ8002 (dam-13 :: Tn9, dcm-6, hsdM, hsdS) lacking methylation was used for conjugation transfer. As a DNA donor strain, pSET152ET (6 kb) into which a promoter of an erythromycin resistance gene was inserted was used as a vector for intracellular expression of the cloned gene.
스트렙토마이세스 나탈렌시스 균주의 포자생산과 접합전달을 위해 MS배지(mannitol 20 g/L, soy flour 20 g/L, agar 20 g/L)를 사용하였으며, 스트렙토마이세스 리비단스를 이용한 액티놀로딘(actinorhodin) 생산배지로는 R5 배지를 사용하였으며, 염색체 DNA 추출과 나타마이신(natamycin) 생산용 배지로는 ISP2 액체배지를 사용하였으며, E. coli 및 공여균주의 일반배양 및 형질전환에는 LB(Luria Bertani) 배지를 이용하였다. 실험에 사용된 시약은 시그마 케미칼사(Sigma Chemical Co., LTD, USA) 또는 쥰세이사(Junsei co., LTD, Japan)로부터 구입하여 사용하였으며, 효소는 타카라 슈조사(Takara shuzo co., LTD, Japan)로부터 구입하여 사용하였다.
MS medium (mannitol 20 g / L, soy flour 20 g / L, agar 20 g / L) was used for spore production and conjugation transmission of Streptomyces natalissis strain, and actinol using Streptomyces lividans R5 medium was used as the medium for rodin (actinorhodin) production, ISP2 liquid medium was used as the medium for chromosomal DNA extraction and natamycin production, and LB (for culture and transformation of E. coli and donor strains was used. Luria Bertani) medium was used. Reagents used in the experiment were purchased from Sigma Chemical Co., LTD, USA or Junsei co., LTD, Japan, and the enzyme was used as Takara shuzo co., LTD. Japan).
실시예Example 2. 균주로의 접합전달 2. Conjugation transfer to strain
먼저, E. coli에서 스트렙토마이세스 나탈렌시스(Streptomyses natalensis)로 플라스미드의 접합전달을 위해, pSET152ET를 포함하는 공여균주 E.coli ET12567/pUZ8002를 50 μg/ml의 아프라마이신(apramycin; Apr), 25 μg/ml의 클로르암페니콜(chloroamphenicol; Cm), 50 μg/ml의 카나마이신(kanamycin; Km)이 첨가된 LB배지에 접종한 후, 600 nm에서 흡광도가 0.45가 될 때까지 배양하였다. 배양이 완료되면, LB배지로 두 번 세척한 후, 0.1 배의 LB배지로 재현탁하여 접합전달을 위한 공여균주로 사용하였다.First, donor strain E.coli ET12567 / pUZ8002 containing pSET152ET was transferred to 50 μg / ml of apramycin (Apr) for conjugation of the plasmid from E. coli to Streptomyses natalensis . , 25 μg / ml chloroamphenicol (Cm), 50 μg / ml of kanamycin (Km) was inoculated into the LB medium and then incubated at 600 nm until the absorbance was 0.45. When the culture was completed, washed twice with LB medium, and then resuspended with 0.1 times LB medium was used as a donor strain for conjugation transfer.
열처리하지 않은 스트렙토마이세스 나탈렌시스 포자를 0.5 ml의 2xYT 배지로 현탁한 후, 발현벡터를 포함하는 공여균주 E. coli ET12567/pUZ8002를 상기 현탁액 0.5 ml과 잘 혼합하여 10 mM MgCl2를 포함한 MS고체배지에 도말하고 28 ℃에서 16 ~ 20시간 동안 정치배양 하였다. 배양 완료 후, 0.5 mg의 날리딕산(nalidixic acid)과 1 mg의 아프라마이신을 배지위에 중첩하여 접합전환체(형질전환체)를 선별하였으며 선발된 접합전달체는 항생제가 함유된 선택 배지에 계대배양하여 얻어진 균체들로부터 염색체 DNA를 추출하였다. 이후, PCR을 이용하여 형질전환 유무를 확인하였다.
After unsustained Streptomyces natalis spores were suspended in 0.5 ml of 2 × YT medium, the donor strain E. coli ET12567 / pUZ8002 containing the expression vector was mixed well with 0.5 ml of the suspension to prepare MS containing 10 mM MgCl 2 . It was plated on a solid medium and incubated at 28 ° C. for 16-20 hours. After completion of the culture, 0.5 mg of nalidixic acid and 1 mg of apramycin were superimposed on the medium to select a conjugate (transformer), and the selected conjugate was passaged on a selection medium containing antibiotics. Chromosomal DNA was extracted from the cultured cells. Then, the presence or absence of the transformation using PCR.
실시예Example 3. 3. PCRPCR 을 이용한 Using 스트렙토마이세스Streptomyces 나탈렌시스로부터From Natalensis relArelA 유전자의 탐색 Exploration of genes
스트렙토마이세스 나탈렌시스(Streptomyses natalensis) 게놈 중에서의 relA 유전자를 탐색하기 위해 이미 연구된 스트렙토마이세스속 방선균 유래의 relA로부터 아미노산 서열의 상동성 비교를 통해 얻어진 보존영역에 대한 특이적인 프라이머를 설계하고 PCR을 수행하였다. PCR 수행 결과는 도 1에 나타내었다. Streptomyses In order to search for the relA gene in the genome of natalensis ), primers were designed and PCR were performed to design specific primers for the conserved regions obtained by comparing homology of amino acid sequences from relA derived from Streptomyces actinomycetes. PCR performance results are shown in FIG. 1.
도 1에 나타낸 것과 같이, PCR 수행 결과, 예상된 크기와 일치하는 약 832 bp의 PCR 산물을 획득할 수 있었다.As shown in FIG. 1, as a result of PCR, a PCR product of about 832 bp, which matches the expected size, was obtained.
상기 얻어진 PCR 산물을 정제하고 제한효소 EcoRI로 처리한 후, 전기영동 과정을 거쳐 아가로스 겔로부터 PCR 산물을 회수하였다. 회수된 산물은 E. coli용 클로닝벡터인 pUC19의 제한효소 EcoRI 위치에 삽입하여 클로닝 하였다. 이후, 클로닝된 PCR 산물의 염기서열분석을 수행하였다.The PCR product was purified, treated with restriction enzyme Eco RI, and then subjected to electrophoresis to recover the PCR product from agarose gel. The recovered product was cloned by inserting the restriction enzyme Eco RI position of pUC19, a cloning vector for E. coli. Thereafter, sequencing of the cloned PCR product was performed.
상기 염기서열분석 결과, 스트렙토마이세스속 방선균 유래의 relA 들과 아미노산 수준에서 90 % 이상의 매우 높은 상동성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 본 발명에서 획득된 PCR 산물이 스트렙토마이세스 나탈렌시스에 존재하는 relA 코드 유전자의 일부분이며, 스트렙토마이세스 나탈렌시스에 relA가 존재함을 나타내는 것이다. 따라서 상기 PCR 산물을 프로브로 이용하여 relA를 코드하는 전체 ORF를 클로닝하였다.
As a result of the sequencing analysis, relA derived from Streptomyces sp. It was confirmed that the homology was very high above 90% at the amino acid level. These results indicate that the PCR product obtained in the present invention is part of the relA code gene present in Streptomyces natales , and that relA exists in Streptomyces natales . Therefore, using the PCR product as a probe, the entire ORF encoding relA was cloned.
실시예 4. 스트렙토마이세스 나탈렌시스로부터 Example 4 From Streptomyces Natalensis relArelA 유전자의 클로닝 Cloning of genes
relA 유전자의 클로닝을 위해, 스트렙토마이세스 나탈렌시스(Streptomyses natalensis)의 염색체 DNA를 다양한 제한효소로 처리한 후, 상기 실시예 3에서 획득한 PCR 산물을 프로브로 사용하여 써던 블롯(Southern blot)을 수행하였다. 써던 블롯을 위해, 검출용 키트(DIG High Prime DNA Labeling and Detection Starter Kit Ⅱ, Roche Applied Science, Tokyo, Japan)를 프로브로 사용하였다. For cloning of the relA gene, the chromosomal DNA of Streptomyses natalensis was treated with various restriction enzymes, and Southern blots were prepared using the PCR product obtained in Example 3 as a probe. Was performed. For the Southern blot, a detection kit (DIG High Prime DNA Labeling and Detection Starter Kit II, Roche Applied Science, Tokyo, Japan) was used as the probe.
써던 블롯의 결과로부터 완전한 relA유전자의 클로닝이 가능할 것으로 예상되는 약 7.5 kb의 제한효소 KpnI 절단 DNA단편을 클로닝 대상으로 선정한 후, 콜로니 블롯을 수행하였다. 먼저, 상기 써던 블롯의 결과를 바탕으로 다량의 스트렙토마이세스 나탈렌시스 게놈 DNA를 KpnI 효소로 처리한 뒤 전기영동을 수행하였으며, 아가로스 겔로부터 약 7.5 kb의 DNA 단편을 회수하였다. 이후, 상기 DNA 단편을 이미 제한효소 KpnI으로 절단한 벡터 pUC19와 연결하여 E. coli에 형질전환을 수행하여 DNA 라이브러리를 작성하였다. 상기 제조된 DNA 라이브러리로부터 클로닝을 하기위해, 상기 써던 블롯에 사용된 동일한 프로브를 이용하여 콜로니 블롯을 수행하였다.About 7.5 kb of restriction enzyme Kpn I cleaved DNA fragment, which is expected to be able to clone the complete relA gene from the result of Southern blot, was selected for cloning, followed by colony blot. First, on the basis of the results of the Southern blot, a large amount of Streptomyces natalensis genomic DNA was treated with Kpn I enzyme followed by electrophoresis, and a DNA fragment of about 7.5 kb was recovered from an agarose gel. Thereafter, the DNA fragment was linked with the vector pUC19, which had already been cleaved with the restriction enzyme Kpn I, to transform the E. coli to prepare a DNA library. To clone from the prepared DNA library, colony blots were performed using the same probes used in the Southern blots.
상기 콜로니 블롯을 통해 얻어진 게놈 DNA 단편에 대한 염기서열 분석결과, PCR 산물을 포함하는 2586 bp 크기의 완전한 ORF(서열번호 1)가 존재하고 있음을 확인하였다. 또한 획득된 ORF에 대해 데이터 베이스를 이용하여 상동성을 분석한 결과, 아미노산 수준에서 방선균 유래의 relA 단백질과 높은 상동성을 가지고 있을 뿐만 아니라, ORF의 크기 또한 유사하였다. 따라서 본 ORF가 스트렙토마이세스 나탈렌시스에서 고인산화 구아노신 뉴클레오티드 합성효소를 코드하는 relA 유전자일 것으로 추정하였다. 상기 상동성 분석결과는 하기 표 1에 나타내었다.
As a result of sequencing of genomic DNA fragments obtained through the colony blot, it was confirmed that a complete ORF (SEQ ID NO: 1) having a size of 2586 bp including a PCR product was present. In addition, as a result of analyzing the homology of the obtained ORF using a database, not only the homology with the relA protein derived from actinomycetes at the amino acid level, but also the size of the ORF. Therefore, it was assumed that this ORF was the relA gene encoding high phosphorylated guanosine nucleotide synthase in Streptomyces natalensis . The homology analysis results are shown in Table 1 below.
[표 1. ORF로부터 해독된 뉴클레오티드 쿼리를 이용한 단백질 데이터베이스의 BLASTX 탐색 결과]Table 1. BLASTX search results of protein database using nucleotide query translated from ORF]
상기 결과의 스트렙토마이세스 나탈렌시스로부터 클로닝된 relA 유전자는 서열미공개로 DDBJ/EMBL/GeneBank에 기탁번호 AB524881로 등록하였다.
The relA gene cloned from the resulting Streptomyces natalenes was unpublished and registered under the accession number AB524881 in DDBJ / EMBL / GeneBank.
실시예Example 5. 재조합 벡터의 제조 5. Preparation of Recombinant Vectors
상기의 실시예 4에서 획득된 relA 유전자의 방선균 내에서 발현을 위해, 방선균의 게놈에 삽입되어 안정적으로 유지되며 방선균에서의 발현이 확인된 에리쓰로마이신(erythromycin) 내성유전자의 프로모터를 가지는 pSET152ET 벡터[Lee YJ, Kitani S, Kinoshita H, Nihira T.(2010) Microbiology, 156: 206-210]를 이용하였다. 상기 발현벡터의 프로모터에 상기 실시예 4에서 획득한 스트렙토마이세스 나탈렌시스의 2.6 kb relA 유전자를 발현용 벡터 pSET152ET의 제한효소부위 XbaI에 전사방향과 일치하게 삽입한 뒤 재조합 벡터를 제작하였다. 상기 재조합 벡터의 제작과정을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, pUC19 벡터의 제한효소 KpnI부위에 삽입된 7.5 kb의 DNA 단편으로부터 relA의 ORF를 획득하기 위해, 제한효소 XbaI로 분해하였다. 이로부터 얻어진 2.6 kb relA의 ORF를 포함하는 XbaI-XbaI DNA 단편을 방선균용 발현벡터 pSET152ET의 프로모터하부 제한효소 부위 XbaI에 삽입하여 전사방향을 확인한 후, 도 2와 같은 재조합 벡터 pSET152ET_relA를 제조하였다.
RelA obtained in Example 4 above For expression in actinomycetes, the pSET152ET vector [Lee YJ, Kitani S, Kinoshita H] has a promoter of the erythromycin resistance gene inserted into the genome of the actinomycetes and maintained stably and confirmed in actinomycetes. , Nihira T. (2010) Microbiology, 156: 206-210. 2.6 kb relA of Streptomyces natalenes obtained in Example 4 to the promoter of the expression vector The recombinant vector was constructed after inserting the gene into the restriction enzyme region Xba I of the expression vector pSET152ET in accordance with the transcription direction. The production process of the recombinant vector will be described in more detail as follows. First, in order to obtain an ORF of relA from a 7.5 kb DNA fragment inserted into the restriction enzyme Kpn I site of pUC19 vector, it was digested with restriction enzyme Xba I. The Xba I- Xba I DNA fragment containing the ORF of 2.6 kb relA obtained therefrom after confirming the transfer direction by inserting a promoter lower restriction sites Xba I of the Streptomyces expression vectors for pSET152ET, a recombinant vector such as pSET152ET_ relA 2 Prepared.
실시예 6. 유전자의 고발현을 통한 스트렙토마이세스 나탈렌시스 유래 Example 6 Derivation of Streptomyces Natalensis Through High Expression of Genes relArelA 의 기능분석Functional analysis of
지금까지 보고되어진 바에 의하면, 스트렙토마이세스속 방선균 유래의 relA 유전자들은 항생물질의 합성을 촉진하는 경로-특이적 촉진인자를 코드하는 유전자들의 발현을 유도함으로써 항생물질 생합성의 개시에 중심적인 역할을 한다는 것이 밝혀졌다. 또한 일부의 경우, 균체의 성장에도 relA 유전자의 영향을 받는 것으로 확인되었다. 이에 따라, 본 발명을 통해 획득된 스트렙토마이세스 나탈렌시스(Streptomyses natalensis) 유래 relA 유전자의 특성 및 기능분석을 위해 경로-특이적 촉진인자를 코드하는 유전자의 발현유도 작용을 확인하였다. 이를 위해, 방성균의 분자생물학적인 연구에 일반적으로 사용되고 있는 스트렙토마이세스 리비단스를 이용하여 확인하였다. 스트렙토마이세스 리비단스는 스트렙토마이세스 세리컬러와 유전적으로 매우 유사하여 색소계 항생물질인 액티놀로딘과 언데실프로디기오신을 생산할 수 있는 생합성 유전자군을 정상적으로 포함하고 있지만 항생물질의 생산개시를 유도하는 인자들의 부족으로 일반적인 조건에서는 스트렙토마이세스 세리컬러와 달리 액티놀로딘와 언데실프로디기오신을 생산하지 못하는 방선균이다.It has been reported that relA genes from Streptomyces actinomycetes play a central role in initiating antibiotic biosynthesis by inducing the expression of genes encoding pathway-specific promoters that promote the synthesis of antibiotics. It turned out. In some cases, the growth of cells was also affected by the relA gene. Accordingly, the expression-inducing action of the gene encoding a pathway-specific promoter was confirmed for characterization and function analysis of the Streptomyses natalensis- derived relA gene obtained through the present invention. To this end, it was confirmed using Streptomyces lividans, which is generally used for molecular biology research of the bacterium. Streptomyces lividans are genetically very similar to Streptomyces cericol and normally contain a group of biosynthetic genes capable of producing the pigment-based antibiotics actinolodine and undecylprodigiosin, but induce the onset of antibiotic production. Due to the lack of factors, actinomycetes cannot produce actinolodine and undecylprodigiosin under normal conditions, unlike streptomyces cericol.
먼저, 상기 실시예 5에서 2.6 kb relA 유전자를 pSET152ET 벡터의 프로모터에 연결하여 제작된 relA 발현용 재조합 벡터를 접합전달법을 이용하여 스트렙토마이세스 리비단스 TK24로 도입한 후, 상기 재조합 벡터로부터 액티놀로딘의 생산량을 확인하였다. 액티놀로딘 생산량의 측정 방법은 다음과 같다.First, the recombinant vector for relA expression produced by connecting the 2.6 kb relA gene to the promoter of the pSET152ET vector in Example 5 was introduced into Streptomyces lividans TK24 using conjugation transfer, followed by actinol from the recombinant vector. The yield of rodin was confirmed. The method for measuring the actinolodine production is as follows.
상기 relA 발현용 재조합 벡터가 도입된 스트렙토마이세스 리비단스 TK24 균주를 액체배양한 뒤, 배양액 1 ml을 취하여 4 ℃, 15,000×g의 조건으로 10 분 동안 원심분리한 후, 상층액을 수거하였다. 상기 수거된 상층액을 흡광도 600 nm에서 분광광도기를 이용하여 측정하였다. 상기 측정 결과는 도 3에 나타내었다.After culture of the Streptomyces lividans TK24 strain into which the recombinant vector for relA expression was introduced, 1 ml of the culture was taken, centrifuged at 4 ° C. and 15,000 × g for 10 minutes, and the supernatant was collected. The collected supernatants were measured using a spectrophotometer at
도 3에 나타낸 것과 같이, 스트렙토마이세스 리비단스 TK24의 야생형 균주(W), 야생형에 pSET152ET(relA 유전자가 삽입되지 않는 벡터, pSET152ET)만을 도입시킨 변이주(P)는 액티놀로딘의 생산이 매우 낮은 반면, relA 유전자가 삽입된 재조합 벡터가 도입된 변이주(C)는 액티놀로딘의 생산량이 크게 증가됨을 확인하였다. 이러한 결과는 relA 유전자의 발현이 항생물질의 생합성 개시를 유도하고 생합성을 촉진하는 경로-특이적 촉진인자의 발현 증가의 원인에 의한 것으로 사료된다.As shown in Figure 3, the wild type strain (W) of Streptomyces lividans TK24, mutant strain (P) introduced only pSET152ET (vector without the relA gene, pSET152ET) into the wild type is very low production of actinolodine On the other hand, the mutant strain (C) into which the recombinant vector into which the relA gene was inserted was confirmed, significantly increased the production of actinolodine. These results suggest that the expression of the relA gene is responsible for the increased expression of pathway-specific promoters that induce the biosynthesis of antibiotics and promote biosynthesis.
또한 스트렙토마이세스 나탈렌시스에 있어서, 나타마이신 생산에 대한 relA의 영향을 조사하기 위해, 스트렙토마이세스 리비단스 연구에서 구축된 relA 유전자가 삽입된 재조합 벡터를 상기와 동일한 방법으로 스트렙토마이세스 나탈렌시스로 도입한 후, 상기 재조합 벡터로부터 나타마이신의 생산량을 확인하였다. 나타마이신 생산량의 측정 방법은 다음과 같다.In addition, in order to investigate the effect of relA on natamycin production in Streptomyces natalensis, the recombinant vector containing the relA gene constructed in the Streptomyces Libidans study was inserted in the same manner as above. After introduction into cis, the production amount of natamycin from the recombinant vector was confirmed. The method of measuring natamycin production is as follows.
상기 relA 발현용 재조합 벡터가 도입된 스트렙토마이세스 나탈렌시스 균주를 액체배양한 뒤, 배양액 0.1 ml을 취하여 0.9 ml 메탄올로 혼합하고 4 ℃, 15,000×g의 조건으로 10 분 동안 원심분리한 후, 상층액을 수거하였다. 상기 수거한 상층액을 가지고 다음의 두 가지 방법으로 이용하여 나타마이신의 생산량을 측정하였다. 첫 번째 방법은 효모(Saccharomyces cerevisiae)를 지시균(indicator strain)으로 사용한 disk agar diffusion법을 이용하고, 두 번째 방법은 HPLC를 이용하여 C18 reversed-phase column에 60%(v/v) methanol/water 용매를 0.8 ml/min의 유속으로 흘러 보내고 305 nm의 UV detector로 측정하는 방법을 이용하여 측정하였다. 상기 측정 결과는 도 4에 나타내었다.After culture of the Streptomyces natalensis strain into which the recombinant vector for relA expression was introduced, 0.1 ml of the culture solution was mixed with 0.9 ml of methanol, and centrifuged at 4 ° C. and 15,000 × g for 10 minutes. The supernatant was collected. With the collected supernatant, the production of natamycin was measured using the following two methods. The first method uses a disk agar diffusion method using Saccharomyces cerevisiae as an indicator strain, and the second method uses 60% (v / v) methanol / water on a C18 reversed-phase column using HPLC. The solvent was measured using a method that flowed at a flow rate of 0.8 ml / min and measured by a UV detector at 305 nm. The measurement results are shown in FIG. 4.
도 4에 나타낸 것과 같이, 액체배양 36 시간째에서 야생형 균주(W), 야생형에 pSET152ET(relA 유전자가 삽입되지 않는 벡터)만을 도입시킨 균주(P)는 생산이 증가되나 relA 유전자가 삽입된 재조합 벡터가 도입된 변이주(C)는 24시간에서 생산이 개시되어 relA에 의하여 생산시기가 앞당겨지는 현상을 확인할 수 있다. 뿐만 아니라, 야생형 균주(W), 야생형에 pSET152ET(relA 유전자가 삽입되지 않는 벡터)만을 도입시킨 변이주(P)에 비해 relA 유전자가 삽입된 재조합 벡터가 도입된 변이주(C)에서 나타마이신의 생산이 약 2.5배 증가됨을 확인하였다.As shown in Figure 4, at 36 hours of liquid culture, the wild type strain (W), strain (P) introduced only pSET152ET (vector without the relA gene inserted) into the wild type increased production but recombinant vector inserted with the relA gene The introduced strain (C) is started production in 24 hours, it can be confirmed that the production time is advanced by rel A. In addition, the production of natamycin in the wild type strain (W), the mutant strain (C) into which the recombinant vector into which the relA gene was inserted was introduced, compared to the mutant strain (P) into which only the pSET152ET (vector without the relA gene inserted) was introduced into the wild type. It was confirmed that about 2.5 times increased.
따라서 본 발명에 따라 클로닝된 2.6 kb의 ORF는 스트렙토마이세스 나탈렌시스에서 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(ppGpp)를 생합성하는 relA 유전자이며, 스트렙토마이세스 리비단스의 액티놀로딘의 생산과 스트렙토마이세스 나탈렌시스의 나타마이신의 생산 촉진에 중요한 역할을 담당하고 있음을 확인할 수 있다.
Therefore, the 2.6 kb ORF cloned according to the present invention is the relA gene for biosynthesis of high phosphorylated guanosine nucleotides (ppGpp) in Streptomyces natalenes, the production of Actinolodine of Streptomyces Libidans and Streptomyces natal It can be seen that it plays an important role in promoting the production of natamycin in lensis.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 나타마이신의 발현의 증가를 유도하는 고인산화 구아노신 뉴클레오티드(guanosine nucleotide) 생합성 relA 유전자를 스트렙토마이세스 나탈렌시스로부터 얻을 수 있으며, 상기 relA 유전자를 스트렙토마이세스 나탈렌시스에 도입하는 경우, 나타마이신의 생산을 증가시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, a high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene which induces an increase in the expression of natamycin can be obtained from Streptomyces natalensis , and the relA gene is obtained from Streptomyces natal When introduced into lanceis, it is possible to increase the production of natamycin.
따라서 본 발명의 relA 유전자 및 그 발현 단백질을 이용하여 나타마이신 고생산균주를 획득 할 수 있으며, 저렴한 가격으로 나타마이신 항생물질을 이용할 수 있을 것이다. 그러므로, 본 발명의 relA 유전자를 유효성분으로 함유하는 항생물질 발현 증가용 재조합벡터의 사용이 기대된다.Therefore, high production strains of natamycin can be obtained by using the relA gene and the expressed protein of the present invention, and it will be possible to use natamycin antibiotics at a low price. Therefore, the use of recombinant vectors for increasing the expression of antibiotics containing the relA gene of the present invention as an active ingredient is expected.
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Claims (11)
A high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene, characterized by encoding a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
The high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene according to claim 1, wherein the gene has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
A high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA protein, having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
The biosynthesis of guanosine nucleotide biosynthesis according to claim 3, wherein the protein promotes biosynthesis of high phosphorylated guanosine nucleotides to increase the production of actinorhodin and natamycin. relA protein.
A recombinant vector comprising the high phosphorylated guanosine nucleotide biosynthetic relA gene according to claim 1.
The method of claim 5, wherein the recombinant vector is a recombinant vector, characterized in that pSET152ET_ relA having a cleavage map of FIG.
A host cell transformed with the recombinant vector of claim 5.
8. The transformed host cell of claim 7, wherein the host cell is actinomycetes.
Of claim 7 wherein the step of culturing a host cell according to the deceased oxidizing guanosine nucleotide biosynthesis Highly oxidized guanosine nucleotide comprising the step of obtaining a relA protein (guanosine nucleotide) biosynthesis relA Method of producing protein.
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