KR101145405B1 - Mutant Blocked in Glycerol Oxidaion Pathway for Producing 1,3-Propanediol - Google Patents

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Abstract

본 발명은 글리세롤을 탄소원으로하여 1,3-프로판디올을 생산하는 능력을 가지는 미생물에서, 전사 활성인자를 코딩하는 유전자 또는 디하이드록시아세톤키나아제를 코딩하는 유전자가 결실 또는 불능화된 미생물 변이체 및 상기 변이체를 이용한 1,3-프로판디올의 제조방법에 관한 것이다. The present invention provides a microbial variant in which a gene encoding a transcriptional activator or a gene encoding a dihydroxyacetone kinase is deleted or inactivated in a microorganism having the ability to produce 1,3-propanediol using glycerol as a carbon source and the above variant. It relates to a method for producing 1,3-propanediol using.

본 발명에 따른 변이체를 이용하면, 종래 균주를 이용하여 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생산할 경우, 불가피하게 얻어지는 부산물 생성은 거의 없이 1,3-프로판디올만을 생산할 수 있어, 정제 과정에서의 비용을 절감할 수 있다.Using the variant according to the present invention, when producing 1,3-propanediol from glycerol using a conventional strain, it is possible to produce only 1,3-propanediol with almost no inevitably produced by-products, the cost in the purification process Can reduce the cost.

Description

글리세롤 산화경로가 차단된 1、3―프로판디올 생산 변이체{Mutant Blocked in Glycerol Oxidaion Pathway for Producing 1,3-Propanediol}Mutant Blocked in Glycerol Oxidaion Pathway for Producing 1,3-Propanediol

본 발명은 글리세롤을 탄소원으로하여 1,3-프로판디올을 생산하는 능력을 가지는 미생물에서, 전사 활성인자를 코딩하는 유전자 또는 디하이드록시아세톤키나아제를 코딩하는 유전자가 결실 또는 불능화된 미생물 변이체 및 상기 변이체를 이용한 1,3-프로판디올의 제조방법에 관한 것이다. The present invention provides a microbial variant in which a gene encoding a transcriptional activator or a gene encoding a dihydroxyacetone kinase is deleted or inactivated in a microorganism having the ability to produce 1,3-propanediol using glycerol as a carbon source and the above variant. It relates to a method for producing 1,3-propanediol using.

1,3-프로판디올은 폴리에스터(polyester), 폴리에테르(polyether), 혹은 폴리우레탄(polyurethanes) 등의 합성원료로 사용될 수 있는 물질로, 고기능성 의류,카펫, 자동차직물 등의 섬유와 플라스틱 필름 등의 다양한 용도로 쓰이고 있다. 특히 1,3-프로판디올과 테레프탈릭산(terephtalic acid)의 중합반응에 의해 생성되는 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(polytrimethylene terephtalate, PTT)는 물성이 우수하고 유점이 228℃로 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 보다 낮아 실질적인 효용성이 높아 향후 PET를 대체할 수 있는 차세대 섬유재료로서 주목을 받고 있다. 또한, 1,3-프로판디올을 단량체로 하여 만든 플라스틱과 중합체는 부탄디올, 에틸렌 글리콜(ethylene glycol)로 만든 제품보다 더 우수한 광학 안정성을 가지는 특성을 나타낸다. 또한 1,3-프로판디올은 폴리글리콜 형태(polyglycol-type)의 윤활제와 용매로 사용될 수 있어 글리세롤에 비해 그 상업적 가치를 높게 평가 받고 있다.1,3-propanediol is a material that can be used as a synthetic raw material such as polyester, polyether, or polyurethanes. Fiber and plastic films such as high-performance clothing, carpets, and automobile fabrics It is used for various purposes such as. In particular, polytrimethylene terephtalate (PTT) produced by the polymerization reaction of 1,3-propanediol and terephtalic acid has excellent physical properties and has a lower point than polyethylene terephthalate (PET) at 228 ° C. It is attracting attention as a next-generation textile material that can replace PET in the future due to its substantial utility. In addition, plastics and polymers made of 1,3-propanediol as monomers have better optical stability than products made of butanediol and ethylene glycol. In addition, since 1,3-propanediol can be used as a polyglycol-type lubricant and solvent, its commercial value is higher than that of glycerol.

1,3-프로판디올은 화학적 합성 및 미생물 발효에 의하여 생산할 수 있다. 화학적 생산방법에는 에틸렌옥사이드(ethylene oxide)를 hydroformylation에 의해 1,3-프로판디올로 전환하는 방법(미국특허 제3,687,981호)과 아크롤레인(acrolein)을 hydration에 의해 1,3-프로판디올로 전환하는 방법(미국특허 제5,015,789호)이 있다. 하지만 이러한 화학공정들은 1,3-프로판디올의 생산 과정중 고온 또는 고압과정을 필요로 하기 때문에 생산 비용이 높고, 환경 오염물질을 함유한 폐유를 발생시키는 문제점이 있다. 1,3-propanediol can be produced by chemical synthesis and microbial fermentation. Chemical production methods include converting ethylene oxide to 1,3-propanediol by hydroformylation (US Pat. No. 3,687,981) and converting acrolein to 1,3-propanediol by hydration. (US Pat. No. 5,015,789). However, since these chemical processes require high temperature or high pressure during the production of 1,3-propanediol, the production cost is high and there is a problem of generating waste oil containing environmental pollutants.

생물학적 방법으로 통성 혐기성 균주인 시트로박터(Citrobacter), 클로스트리디움(Clostridium), 엔테로박터(Enterobacter), 일리오박터 (Ilyobacter), 크렙시엘라(Klebsiella), 락토바실러스(Lactobacillus), 펠로박터(Pelobacter) 등의 미생물들을 이용 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생성하는 방법(미국특허 제 5,254,467호)이 있으며, 상기 윤주들의 유전공학적인 방법으로는 락토바실러스에서 글리세롤디하이드로게나아제 유전자를 증폭 또는 넉아웃시킨 변이체를 이용하여, 1, 3-프로판디올을 생성시킨 경우가 있으나, 1,3-프로판디올의 생성능을 향상시킨 경우가 있으나(US 2007/0148749), 유전공학적인 변이체를 이용하여, 1,3-프로판디올 생산시 다량 축적되는 부산물을 줄이는 방법에 대한 선행기술은 없었다.Bakteo (Citrobacter) in a flexible anaerobic strains sheet by biological methods, Clostridium (Clostridium), Enterobacter bakteo (Enterobacter), one Rio bakteo (Ilyobacter), keurep when Ella (Klebsiella), Lactobacillus bacteria (Lactobacillus), Tupelo bakteo ( Pelobacter ) and the like to produce 1,3-propanediol from glycerol using microorganisms (U.S. Patent No. 5,254,467), the genetic engineering method of the leap to amplify the glycerol dehydrogenase gene in Lactobacillus or 1, 3-propanediol may be produced using the knocked out variant, but the ability to produce 1,3-propanediol may be improved (US 2007/0148749), but using genetically engineered variants, There is no prior art on how to reduce by-products that accumulate large amounts in the production of 1,3-propanediol.

상기의 미생물을 이용하여 글리세롤의 1,3-프로판디올로 전환하는 대사과정 에서 다양한 종류의 산화대사산물들이 다량 생산된다. 특히, 2,3-부탄디올(2,3-butanediol)은 글리세롤 산화대사산물로서 1,3-프로판디올과 유사한 비점을 지녀 정제 과정에서 큰 제약으로 작용한다.In the metabolic process of converting glycerol to 1,3-propanediol using the microorganism, various kinds of oxidative metabolites are produced in large quantities. In particular, 2,3-butanediol is a glycerol oxidative metabolite and has a similar boiling point to 1,3-propanediol, which acts as a big constraint in the purification process.

이에, 본 발명자들은 대사공학적 방법에 의해 글리세롤 대사에서 2,3-부탄디올을 비롯한 산화대사 부산물들을 생성하지 않고, 1,3-프로판디올만을 생산하는 미생물을 개발하기 위하여 예의 노력한 결과, 유전자 재조합 기술을 이용하여 글리세롤 대사경로에서 부산물을 생성하는 산화대사경로를 차단시키고, 1,3-프로판디올을 생성하는 환원대사경로만을 갖는 변이체를 제작하고, 상기 변이체를 이용하여, 1,3-프로판디올을 생산하면 2,3-부탄디올 등의 산화대사 부산물이 생성되지 않는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have made efforts to develop microorganisms that produce only 1,3-propanediol without generating metabolic by-products including 2,3-butanediol in glycerol metabolism by metabolic methods. To block oxidative metabolic pathways that produce by-products in glycerol metabolic pathways, and to produce variants having only reduced metabolic pathways that produce 1,3-propanediol, and to produce 1,3-propanediol using the variants. When it was confirmed that no metabolism by-products such as 2,3-butanediol were produced, the present invention was completed.

본 발명의 목적은 부산물의 생성없이 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생산하기 위하여, 글리세롤을 기질로하여 1,3-프로판디올을 생산하는 능력을 가지는 미생물에서 글리세롤 산화경로가 차단된 변이체를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a variant in which the glycerol oxidation pathway is blocked in a microorganism having the ability to produce 1,3-propanediol based on glycerol in order to produce 1,3-propanediol from glycerol without the production of by-products. It is.

본 발명의 다른 목적은 상기 변이체를 글리세롤을 함유하는 배지에서 배양하는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올의 제조방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for producing 1,3-propanediol, wherein the variant is cultured in a medium containing glycerol.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 글리세롤을 탄소원으로하여 1,3-프로판디올을 생산하는 능력을 가지는 미생물에서, 전사 활성인자를 코딩하는 유전자 또는 디하이드록시아세톤키나아제를 코딩하는 유전자가 결실 또는 불능화된 미생물 변이체를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, in a microorganism having the ability to produce 1,3-propanediol using glycerol as a carbon source, a gene encoding a transcriptional activator or a gene encoding a dihydroxyacetone kinase is deleted or It provides an inactivated microbial variant.

본 발명은 또한, 상기 미생물 변이체를 글리세롤을 함유하는 배지에서 배양하여 1,3-프로판디올을 생성시키는 단계; 및 상기 생성된 1,3-프로판디올을 회수하는 단계를 포함하는 1,3-프로판디올의 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of culturing the microbial variant in a medium containing glycerol to produce 1,3-propanediol; And it provides a method for producing 1,3-propanediol comprising the step of recovering the produced 1,3-propanediol.

본 발명은 또한, 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD), 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AK 균주)에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자를 함유하 는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자가 상기 변이체(AK 균주)의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 변이체를 제공한다.The invention also relates to the glycerol dehydrogenase gene (DhaD), transcriptional activator gene (DhaR), 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and glycerol dehydrolase reactivator II gene ( A vector containing a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase is introduced into a Krebssiella pneumoniae variant (AK strain) from which DhaBA2) is deleted, or a 1,3-propanediol oxydori It provides a variant having a 1,3-propanediol generating ability is inserted into the chromosome of the variant (AK strain) ductase gene.

본 발명은 또한, 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD), 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AK 균주)에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자를 코딩하는 유전자가 상기 변이체(AK 균주)의 염색체에 삽입되어 있는, 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 변이체를 제공한다.The invention also relates to the glycerol dehydrogenase gene (DhaD), transcriptional activator gene (DhaR), 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and glycerol dehydrolase reactivator II gene ( Vector containing a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivator in a Krebsiella pneumoniae variant (AK strain) that has deleted DhaBA2) 1,3 wherein a gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivator are inserted into the chromosome of the variant (AK strain) It provides a variant having a propanediol generating ability.

본 발명은 또한, 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕테이즈 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AR 균주)에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자가 상기 변이체(AR 균주)의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 변이체를 제공한다.The present invention also relates to Krebselanus, in which the transcriptional activator gene (DhaR), the 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and the glycerol dehydratase reactivator II gene (DhaBA2) are deleted. A vector containing a gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase is introduced into the monadic variant (AR strain), or a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase is introduced into the variant (AR strain). It provides a variant having the ability to produce 1,3-propanediol inserted in the chromosome of the strain).

본 발명은 또한, 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕테이즈 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AR 균주)에 1,3-프로판디올 옥시도 리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자를 코딩하는 유전자가 상기 변이체(AR 균주)의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 변이체를 제공한다.The present invention also relates to Krebselanus, in which the transcriptional activator gene (DhaR), the 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and the glycerol dehydratase reactivator II gene (DhaBA2) are deleted. Monia variants (AR strains) have introduced a vector containing a gene encoding a 1,3-propanediol oxidase reductase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivator, or 1,3- A gene encoding propanediol oxidoreductase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivator provide a variant having the ability to produce 1,3-propanediol inserted into a chromosome of the variant (AR strain). .

본 발명은 또한, 상기 미생물 변이체를 글리세롤을 함유하는 배지에서 배양하여 1,3-프로판디올을 생성시키는 단계; 및 상기 생성된 1,3-프로판디올을 회수하는 단계를 포함하는 1,3-프로판디올의 제조방법을 제공한다.The present invention also comprises the steps of culturing the microbial variant in a medium containing glycerol to produce 1,3-propanediol; And it provides a method for producing 1,3-propanediol comprising the step of recovering the produced 1,3-propanediol.

본 발명에 따른 변이체를 이용하면, 종래 균주를 이용하여 글리세롤로부터 1,3-프로판디올을 생산할 경우, 불가피하게 얻어지는 부산물 생성은 거의 없이 1,3-프로판디올만을 생산할 수 있어, 정제 과정에서의 비용을 절감할 수 있다.Using the variant according to the present invention, when producing 1,3-propanediol from glycerol using a conventional strain, it is possible to produce only 1,3-propanediol with almost no inevitably produced by-products, the cost in the purification process Can reduce the cost.

일 관점에서, 본 발명은 글리세롤을 탄소원으로하여 1,3-프로판디올을 생산하는 능력을 가지는 미생물에서, 전사 활성인자를 코딩하는 유전자 또는 디하이드록시아세톤키나아제를 코딩하는 유전자가 결실 또는 불능화된 미생물 변이체에 관한 것이다.In one aspect, the present invention is a microorganism having a ability to produce 1,3-propanediol using glycerol as a carbon source, a microorganism in which a gene encoding a transcriptional activator or a gene encoding a dihydroxyacetone kinase is deleted or incapable It is about a variant.

본 발명에 있어서, 추가적으로 글리세롤 디하이드로게나아제를 코딩하는 유전자가 결실 또는 불능화된 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the gene encoding glycerol dehydrogenase may be additionally deleted or disabled.

글리세롤 대사경로는 산화적, 환원적 두 대사경로를 통해 대사가 이루어진다 (도 1). 먼저, 산화적 대사과정에서, 글리세롤은 NAD+ 의존적 글리세롤 디히드로게나제(dehydrogenase)의 작용에 의해 디히드록시아세톤(dehydroxyacetone, DHA)으로 산화되면서 NADH가 생산되고, DHA 키나제(kinase)의 작용에 의해 디히드록시아세톤포스페이트(dehydroxyacetone phosphate, DHAP)로 전환되어진 후 해당과정을 통해 대사되면서 성장에 필요한 탄소원과 에너지원으로 이용되며, 상기 산화적 대사과정에서, 2,3-부탄디올, 아세트산, 에탄올, 젖산, 숙신산 등의 부산물들이 생성된다.Glycerol metabolism is metabolized through two oxidative and reductive metabolic pathways (FIG. 1). First, in oxidative metabolism, glycerol is oxidized to dehydroxyacetone (DHA) by the action of NAD + dependent glycerol dehydrogenase to produce NADH, and by the action of DHA kinase It is converted into dehydroxyacetone phosphate (DHAP) and then metabolized through glycolysis and used as carbon and energy source for growth. In the oxidative metabolism, 2,3-butanediol, acetic acid, ethanol, lactic acid And by-products such as succinic acid are produced.

한편, 환원적 대사과정에서, 글리세롤은 디히드라타제(dehyratase)의 작용에 의해 3-히드록시프로피온알데히드(3-hydroxypropionaldehyde)로 전환된 후 NADH 의존적 옥시도리덕타제(oxidoreductase)에 의해 1,3-프로판디올로 환원되면서 NAD+가 형성된다. On the other hand, in reductive metabolism, glycerol is converted to 3-hydroxypropionaldehyde by the action of dehyratase and then 1,3- by NADH dependent oxidoreductase. NAD + is formed while reducing to propanediol.

상기 글리세롤의 산화, 환원 대사경로는 세포내의 NAD+-NADH 밸런스를 유지하기 위해 서로 밀접하게 연관이 되어 있으며, 상기의 네 가지 효소를 코드하는 유전자들-글리세롤 디히드라타제(glycerol dehyratase, dhaB), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제(1,3-propanediol reducatse, dhaT), 글리세롤 디히드로게나제(glycerol dehydrogenase, dhaD), 디히드록시아세톤 키나제(dehydroxyacetone kinase, dhaK)-은 통상 염색체상에서 클러스터(cluster)로 존재하고, 공존하는 전사 조절인자인 DhaR에 의해 동일한 레귤론(regulon)으로 조절된다.The oxidation and reduction metabolic pathways of glycerol are closely related to each other in order to maintain intracellular NAD + -NADH balance, and the genes encoding the four enzymes-glycerol dehyratase ( dhaB ), 1 , 3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanediol reducatse, dhaT ), glycerol dehydrogenase ( dhaD ), dehydroxyacetone kinase ( dhaK ) -are usually clusters on chromosomes ( clusters) and regulated to the same regulon by co-existing transcriptional regulator DhaR.

본 발명의 변이체는 상기 글리세롤 대사과정 중 산화경로를 담당하는 단백질 을 코딩하는 유전자를 결실 또는 불능화시켜, 2,3-부탄디올, 에탄올, 젖산, 숙신산 등의 부산물을 생성하지 않으면서, 환원경로를 통하여 1, 3-프로판디올만을 생산하는 균주이다.Variants of the present invention by deleting or disabling the gene encoding the protein responsible for the oxidation pathway during the glycerol metabolism process, without generating by-products such as 2,3-butanediol, ethanol, lactic acid, succinic acid, through a reduction pathway It is a strain that produces only 1, 3-propanediol.

본 발명에 있어서, 상기 변이체의 글리세롤 산화경로를 담당하는 단백질은 글리세롤 디하이드로게나아제, 전사 활성인자 및 디하이드록시아세톤키나아제인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the protein responsible for the glycerol oxidation pathway of the variant may be characterized in that the glycerol dehydrogenase, transcriptional activator and dihydroxyacetone kinase.

본 발명에 있어서, 상기 변이체는 시트로박터(Citrobacter), 클로스트리디움(Clostridium), 엔테로박터(Enterobacter), 일리오박터(Ilyobacter), 크렙시엘라(Klebsiella), 락토바실러스(Lactobacillus) 및 펠로박터(Pelobacter)로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the mutant sheet to bakteo (Citrobacter), Clostridium (Clostridium), Enterobacter bakteo (Enterobacter), one Rio bakteo (Ilyobacter), keurep when Ella (Klebsiella), Lactobacillus (Lactobacillus) and fellow bakteo It may be characterized in that it is selected from the group consisting of ( Pelobacter ).

본 발명에 있어서, 상기 변이체는 크렙시엘라 뉴모니아이고, 글리세롤 산화경로를 담당하는 효소를 코딩하는 유전자는 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD), 전사 활성인자 유전자(DhaR) 및 디하이드록시아세톤키나아제 유전자(DhaK, DhaL, DhaM 및 DhaK')인 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the variant is Krebsiella pneumoniae, the gene encoding the enzyme responsible for the glycerol oxidation pathway is the glycerol dehydrogenase gene (DhaD), transcription activator gene (DhaR) and dihydroxyacetone kinase It may be characterized as a gene (DhaK, DhaL, DhaM and DhaK ').

본 발명은 일 양태에서, 크렙시엘라 뉴모니아 균주의 염색체에서 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD), 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)를 결실시켜 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AK 균주)를 제작하고, 상기 결실된 유전자 중 글리세롤 환원경로를 담당하는 유전자인 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전 자(DhaBA2)를 포함하는 재조합벡터로 형질전환시켜, 환원경로를 복구시키고, 결과적으로, 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD) 및 전사 활성인자 유전자(DhaR)만이 결실된 변이체를 제작하였다 (도 2). In one aspect, the present invention provides a glycerol dehydrogenase gene (DhaD), a transcriptional activator gene (DhaR), a 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT), and a chromosome of a Krebsiella pneumoniae strain. Deletion of the glycerol dehydratase reactivation factor II gene (DhaBA2) to produce a Krebssiella pneumoniae variant (AK strain), 1,3-propane which is a gene responsible for the glycerol reduction pathway of the deleted gene Transformation with a recombinant vector comprising a diol oxidoreductase gene (DhaT) and a glycerol dehydratase reactivator II gene (DhaBA2) to restore the reduction pathway and consequently the glycerol dehydrogenase gene (DhaD) and the transcript activator gene (DhaR) was the only deletion variants (FIG. 2).

따라서, 본 발명의 변이체는 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD) 및 전사 활성인자 유전자(DhaR)가 결실 또는 불능화되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.Thus, the variant of the present invention may be characterized in that the glycerol dehydrogenase gene (DhaD) and the transcriptional activator gene (DhaR) are deleted or disabled.

이 과정에서 환원경로 유전자들이 더 이상 DhaR 조절 인자의 조절을 받지 않도록 유전자의 상류에 lacZ 프로모터(PlacZ)를 삽입하여 유전자의 발현을 유도인자를 이용하여 인위적으로 조절할 수 있도록 하였다. In this process, the lacZ promoter (P lacZ ) is inserted upstream of the gene so that the reduction pathway genes are no longer controlled by the DhaR regulator, so that the expression of the gene can be artificially controlled using an inducer.

본 발명은 다른 양태에서, 크렙시엘라 뉴모니아 균주의 염색체에서 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕테이즈 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실된 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AR 균주)를 제작하고, 상기 결실된 유전자 중 글리세롤 환원경로를 담당하는 유전자인 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)를 포함하는 재조합벡터로 형질전환시켜, 환원경로를 복구시키고, 결과적으로, 전사 활성인자 유전자(DhaR)만이 결실된 변이체를 제작하였다 (도 2). In another aspect, the invention provides a transcriptional activator gene (DhaR), a 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and a glycerol dehydratase reactivator II in the chromosome of a Krebsiella pneumoniae strain. A Krebsiella pneumoniae variant (AR strain), in which the gene (DhaBA2) was deleted, was produced, and the 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT), which is a gene responsible for the glycerol reduction pathway among the deleted genes, and A recombinant vector containing a glycerol dehydratase reactivator II gene (DhaBA2) was transformed to restore the reduction pathway, resulting in a variant in which only the transcriptional activator gene (DhaR) was deleted (FIG. 2). ).

따라서, 본 발명의 변이체는 전사 활성인자 유전자(DhaR)가 결실 또는 불능화되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.Therefore, the variant of the present invention may be characterized in that the transcriptional activator gene (DhaR) is deleted or disabled.

다른 관점에서, 본 발명은 글리세롤을 탄소원으로하여 1,3-프로판디올을 생산하는 능력을 가지는 미생물에서, 전사 활성인자를 코딩하는 유전자 또는 디하이드록시아세톤키나아제를 코딩하는 유전자가 결실 또는 불능화된 미생물 변이체를 글리세롤을 함유하는 배지에서 배양하는 것을 특징으로 하는 1,3-프로판디올의 제조방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention is a microorganism having a ability to produce 1,3-propanediol using glycerol as a carbon source, a microorganism in which a gene encoding a transcriptional activator or a gene encoding a dihydroxyacetone kinase is deleted or incapable The present invention relates to a method for producing 1,3-propanediol, wherein the variant is cultured in a medium containing glycerol.

본 발명은 일 양태에서, 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD) 및 전사 활성인자 유전자(DhaR)가 결실된 클랩시엘라 뉴모니아 균주와 전사 활성인자 유전자(DhaR)가 결실된 크렙시엘라 뉴모니아 균주는 글리세롤을 함유하는 배지에서 소량의 아세트산을 제외하고는 산화경로의 다른 부산물을 생산하지 않고, 1,3-프로판디올을 생산하는 것을 확인하였다.In one aspect, the present invention provides a Klebsiella pneumoniae strain in which a glycerol dehydrogenase gene (DhaD) and a transcriptional activator gene (DhaR) are deleted and a transcriptional activator gene (DhaR). The strain was confirmed to produce 1,3-propanediol without producing other byproducts of the oxidation pathway except for a small amount of acetic acid in a medium containing glycerol.

또 다른 관점에서, 본 발명은 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD), 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AK 균주)에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자가 상기 변이체(AK 균주)의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 변이체에 관한 것이다.In another aspect, the invention provides a glycerol dehydrogenase gene (DhaD), a transcriptional activator gene (DhaR), a 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and a glycerol dehydratase reactivator. A vector containing a gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase was introduced into the Krebs. Erythropneumoniae variant (AK strain), in which the II gene (DhaBA2) was deleted, or 1,3-propanediol The present invention relates to a variant having 1,3-propanediol generating ability in which a gene encoding oxidoreductase is inserted into a chromosome of the variant (AK strain).

상기 변이체를 제조하기 위하여, 플라스미드 DNA가 큐어링된 크렙시엘라 뉴모니아 MGH78578 균주(이하, "Cu"라 함)를 모균주로 하여 상동성 재조합 (homologous recombination) 방법으로 dha 레귤론의 DhaB 효소 재활성화 인자, DhaT 유전자, DhaR 조절인자 및 DhaD 유전자를 apramycin 내성 유전자로 치환하여 산화, 환원 경로가 모두 결손된 재조합 균주를 제조하였다(이하, "AK" 균주라 함). In order to prepare the above variant, DhaB enzyme of dha regulation is carried out by homologous recombination method using homologous recombination of Krebsiella pneumoniae MGH78578 strain (hereinafter referred to as "Cu") with plasmid DNA cured. Reactivation factor, DhaT gene, DhaR regulator and DhaD gene was replaced with apramycin resistance gene to prepare a recombinant strain lacking both oxidation and reduction pathways (hereinafter referred to as "AK" strain).

상기 변이체를 제조하기 위하여, 플라스미드 DNA가 큐어링된 크렙시엘라 뉴모니아 MGH78578 균주(이하, "Cu"라 함)를 모균주로 하여 상동성 재조합 (homologous recombination) 방법으로 dha 레귤론의 DhaB 효소 재활성화 인자, DhaT 유전자 및 DhaR 조절인자를 apramycin 내성 유전자로 치환한 재조합 균주를 제조하였다(AR로 명명) 치환하여 산화, 환원 경로가 모두 결손된 재조합 균주를 제조하였다(이하 "AR" 균주라 함).In order to prepare the above variant, DhaB enzyme of dha regulation is carried out by homologous recombination method using homologous recombination of Krebsiella pneumoniae MGH78578 strain (hereinafter referred to as "Cu") with plasmid DNA cured. A recombinant strain was prepared in which the reactivation factor, the DhaT gene, and the DhaR regulator were substituted with the apramycin resistance gene (named AR). Thus, a recombinant strain was prepared in which the oxidation and reduction pathways were deleted (hereinafter referred to as the "AR" strain). ).

또한, 글리세롤 혐기대사회로가 제거된 크렙시엘라 뉴모니아 재조합 균주 AK, AR 균주의 증식과 글리세롤 대사 특성을 분석하였다. AK, AR 균주를 글리세롤이 첨가된 배지에 배양하여 균체의 증식 정도를 조사하고, 동시에 배양액에서의 글리세롤의 잔존량과 1,3-프로판디올을 비롯한 대사산물들의 생성량을 크로마토그래피법으로 분석하였다. 그 결과, 아세트산을 제외한 2,3-부탄디올 등의 산화 대사산물 또한 전혀 생산되지 않는 것으로 나타났으며, 이는 AK, AR 균주에서 글리세롤 혐기 대사회로가 폐쇄된 유전적 배경과 일치하였다.In addition, we analyzed the proliferation and glycerol metabolism of the Klebsiella pneumoniae recombinant strains AK and AR, which were removed from the glycerol anaerobic society. AK and AR strains were cultured in the medium to which glycerol was added to investigate the growth of the cells, and at the same time, the residual amount of glycerol and the production of metabolites including 1,3-propanediol were analyzed by chromatography. As a result, oxidative metabolites such as 2,3-butanediol except for acetic acid were not produced at all, which is consistent with the genetic background in which the glycerol anaerobic metabolism was closed in AK and AR strains.

본 발명에서 글리세롤의 산화 및 환원경로가 차단된 AK 균주 및 AR 균주의 글리세롤 환원 경로를 복구하기 위하여, 글리세롤 환원 경로 복구용 플라스미드를 제조하였다. 상기 플라스미드 DNA는 DhaB 재활성화 효소 유전자(orfW)-orfX DNA 단편과 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성을 지닌 유전자{dhaT, yqhD(E. coli 유래), 혹은 yqhD 상동성 유전자(크렙시엘라 뉴모니아 유래)}를 증폭하고, pGEM TEasy 벡터의 lacZ 프로모터 하류에 삽입하여 제조하였다.In the present invention, in order to recover the glycerol reduction pathway of the AK strain and the AR strain in which the oxidation and reduction pathways of glycerol were blocked, a glycerol reduction pathway recovery plasmid was prepared. The plasmid DNA is a gene having a DhaB reactivation enzyme gene ( orfW ) -orfX DNA fragment and 1,3-propanediol oxidoreductase activity { dhaT , yqhD (from E. coli ), or yqhD homologous gene ( Krepsi Ela pneumoniae)} was amplified and inserted downstream of the lacZ promoter of the pGEM TEasy vector.

상기 글리세롤 환원 경로 복구용 플라스미드 DNA가 형질전환된 AK 및 AR 균주의 특성을 분석하기 위하여 상기의 재조합 균주들을 글리세롤, 테트라사이클린과 IPTG가 첨가된 배지에 배양하면서 배양액 중의 대사산물을 분석하였다. 크렙시엘라 뉴모니아 Cu 유래의 재조합 균주들은 배양 후 일정 시간 지나면 첨가해 준 글리세롤을 전부 소모하는 반면, AK, AR 유래 재조합 균주들은 Cu 유래 재조합 균주들에 비해 다소 느린 글리세롤 소모 속도를 보였지만, 1,3-프로판디올의 생산 능력이 회복된 것으로 확인되었다 (도 8). 대장균 유래 혹은 크렙시엘라 뉴모니아 유래의 두 yqhD 유전자는 dhaT 유전자와 마찬가지로 글리세롤 환원 경로를 복구하는 것으로 나타났다. 한편, 글리세롤 산화경로가 차단되어 있는 AK, AR 유래의 재조합 균주들은 여전히 소량의 아세트산을 제외하고는 다른 산화경로 대사산물은 전혀 생산하지 않는 것으로 확인되었다 (도 8). In order to analyze the characteristics of the AK and AR strains transformed with the glycerol reduction pathway repair plasmid DNA, the metabolites in the culture solution were analyzed while culturing the recombinant strains in a medium to which glycerol, tetracycline, and IPTG were added. Recombinant strains derived from Klebsiella pneumoniae Cu consumed all of the added glycerol after a certain time after incubation, whereas recombinant strains derived from AK and AR showed a somewhat slower rate of glycerol consumption than recombinant strains derived from Cu. It was confirmed that the production capacity of, 3-propanediol was restored (FIG. 8). Both yqhD genes from E. coli or Klebsiella pneumoniae have been shown to restore the glycerol reduction pathway as well as the dhaT gene. On the other hand, AK, AR-derived recombinant strains that block the glycerol oxidation pathway was still found to produce no other oxidation pathway metabolites except for a small amount of acetic acid (FIG. 8).

또 다른 관점에서, 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD), 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AK 균주)에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자를 코딩하는 유전자가 상기 변이체(AK 균주)의 염색체에 삽입되어 있는, 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 변이체에 관한 것이다.In another aspect, the glycerol dehydrogenase gene (DhaD), transcriptional activator gene (DhaR), 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and glycerol dehydrolase reactivator II gene ( Vector containing a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivator in a Krebsiella pneumoniae variant (AK strain) that has deleted DhaBA2) 1,3 wherein a gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivator are inserted into the chromosome of the variant (AK strain) It relates to a variant having a propanediol generating ability.

또 다른 관점에서, 본 발명은 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕테이즈 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AR 균주)에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자가 상기 변이체(AR 균주)의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 변이체에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a Kreb, in which the transcriptional activator gene (DhaR), the 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT), and the glycerol dehydratase reactivator II gene (DhaBA2) are deleted. A vector containing a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase is introduced into a siela pneumoniae variant (AR strain), or a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase is The present invention relates to a variant having 1,3-propanediol generating ability inserted into a chromosome of a variant (AR strain).

또 다른 관점에서, 본 발명은 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕테이즈 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자II 유전자(DhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체(AR 균주)에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제 재활성화인자를 코딩하는 유전자가 상기 변이체(AR 균주)의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 변이체에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a Kreb, in which the transcriptional activator gene (DhaR), the 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT), and the glycerol dehydratase reactivator II gene (DhaBA2) are deleted. A vector containing a gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivator is introduced into the siela pneumoniae variant (AR strain), or 1, Genes encoding 3-propanediol oxidoreductase and genes encoding glycerol dehydratase reactivator are present in the variant having the ability to produce 1,3-propanediol inserted into the chromosome of the above-mentioned variant (AR strain). It is about.

본 발명에 있어서, 유전자의 "결실"이란 상기 유전자가 염색체상 또는 플라스미드 상에서 삭제되어 상기 유전자가 코딩하는 단백질을 생산할 수 없게된 상태를 의미하고, 유전자의 "불능화"란 상기 유전자가 삽입, 전좌, 일부결실 등에 의하여, 유전자가 코딩하는 단백질을 생산하지 못하게 된 상태를 의미한다.In the present invention, "deletion" of a gene means a state in which the gene is deleted on a chromosome or a plasmid to be unable to produce a protein encoded by the gene, and "disabling" of the gene means that the gene is inserted, translocated, By some deletion, it means a state in which the gene cannot be encoded.

본 발명에 따른 변이체의 배양은 널리 공지된 방법에 따라서 수행될 수 있으며, 배양 온도 및 시간, 배지의 pH 등의 조건은 적절하게 조절될 수 있다. 상기 변 이체의 배양액으로부터의 1,3-프로판디올의 회수는 통상적인 분리 기술, 예를 들어 증류, 전기투석, 투과증발, 크로마토그라피, 용매추출, 반응추출 등을 이용할 수 있으며, 통상적으로 순도가 높은 물질을 분리하기 위하여 이들을 조합하여 이용할 수 있다.Cultivation of the variant according to the present invention can be carried out according to well-known methods, conditions such as the culture temperature and time, the pH of the medium can be appropriately adjusted. Recovery of the 1,3-propanediol from the culture medium of the variant may use a conventional separation technique, such as distillation, electrodialysis, pervaporation, chromatography, solvent extraction, reaction extraction, etc. These may be used in combination to separate high materials.

이하에서 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are intended to illustrate the present invention more specifically, but the scope of the present invention is not limited to these examples.

이하, 실시예에서는 크랩시엘라 뉴모니아 균주의 글리세롤 산화환원경로를 모두 차단한 변이체를 제조하고, 글리세롤 환원경로를 다시 복구시켜 부산물을 생성하지 않으면서, 1,3-프로판디올 생산능을 가지는 변이체를 제조하였으나, 글리세롤로부터 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 미생물의 글리세롤 산화경로만을 차단시킴으로, 부산물을 생성하지 않으면서, 1,3-프로판디올 생산능을 가지는 변이체를 제조할 수 있다는 것은 당업자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, in the Examples, the variant was prepared by blocking all of the glycerol redox pathway of the crab ciella pneumoniae strain, and having the 1,3-propanediol production capacity without producing by-products by restoring the glycerol reduction pathway again. Variants were prepared, but by blocking only the glycerol oxidation pathway of microorganisms having 1,3-propanediol-producing ability from glycerol, it is possible to prepare variants having 1,3-propanediol-producing ability without producing by-products. Will be self-evident.

실시예 1: 글리세롤 산화-환원 대사경로가 차단된 재조합 균주의 제조Example 1 Preparation of Recombinant Strain Blocked with Glycerol Redox Metabolic Pathway

글리세롤 대사회로 재설계를 위하여 크렙시엘라 뉴모니아 MGH 78578(ATCC 700721)에서 글리세롤로부터 대사회로를 완전히 차단한 재조합 균주를 기본 균주로 제조하였다. 유전자 재조합 과정에서 사용 가능한 선별 마커를 확보하기 위하여 크 렙시엘라 뉴모니아 MGH78578 균주의 항생제 내성 특성을 분석한 결과, Apramycin(50 ㎍/ml)이 재조합 균주의 선별을 위한 항생제 마커로 사용할 수 있는 것으로 확인되었다. 또한 원래 균주에 존재하는 플라스미드들을 큐어링(curing) 방법으로 제거하여 tetracycline을 사용 가능한 선별 마커로 추가하였다. 플라스미드 DNA가 큐어링된 크렙시엘라 뉴모니아 MGH78578 균주(Cu로 명명)를 모균주로 하여 homologous recombination 방법으로 dha 레귤론(도 2)의 한 DhaB 효소 재활성화 인자, DhaT 유전자, DhaR 조절인자 및 DhaD 유전자를 apramycin 내성 유전자로 치환하여 산화, 환원 경로가 모두 결손된 재조합 균주 AK를 제조하였다. 동시에 DhaB 효소 재활성화 인자, DhaT 유전자 및 DhaR 조절인자를 apramycin 내성 유전자로 치환한 재조합 균주 AR을 제조하였다. 이때 DhaB 유전자 상류의 DhaR 의존적 자체 프로모터를 인위적으로 조절이 가능한 lacZ 프로모터로 교체하였다.For the redesign of the glycerol metabolic cycle, a recombinant strain was prepared as a base strain, which completely blocked the metabolic circuit from glycerol in Klebsiella pneumoniae MGH 78578 (ATCC 700721). Antimicrobial resistance characteristics of the Klebsiella pneumoniae MGH78578 strain were analyzed to obtain a selection marker that could be used during the recombination process. Apramycin (50 ㎍ / ml) could be used as an antibiotic marker for selection of recombinant strains. Confirmed. In addition, the plasmids present in the original strain were removed by a curing method, and tetracycline was added as an available selection marker. Plasmid DNA is cured the keurep when Ella pneumoniae MGH78578 strain (named Cu) to the to the parent strain dha a homologous recombination method LES gyulron a DhaB enzyme reactivation factor (Fig. 2), DhaT gene, DhaR regulator and By replacing the DhaD gene with apramycin resistance gene, a recombinant strain AK lacking both oxidation and reduction pathways was prepared. At the same time, a recombinant strain AR was prepared in which the DhaB enzyme reactivation factor, DhaT gene and DhaR regulator were substituted with apramycin resistance gene. At this time, the DhaR-dependent self-promoter upstream of the DhaB gene was replaced with an artificially controlable lacZ promoter.

(1) 크렙시엘라 뉴모니아로부터 플라스미드 DNA의 큐어링(1) Cure of Plasmid DNA from Klebsiella pneumoniae

크렙시엘라 뉴모니아 MGH78578을 1% trypton, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl이 포함되어진 액체 배지 (LB)에 접종하여 12시간 동안 37℃에서 180 rpm으로 배양한 후 1% trypton, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl, 2 mM Tris-Cl buffer, 0.1% EtBr이 포함된 액체 배지에 계대 접종하여 12시간 동안 37℃에서 180 rpm으로 배양하였다. 동일한 방법으로 3회 반복 후 배양액을 항생제를 첨가하지 않은 고상 LB 배지에 도말하여 12시간 동안 37℃에서 배양하여 단일 콜로니들을 분리하였다. 분리된 콜로니들을 tetracycline이 첨가된 혹은 첨가되지 않은 배지에 접종하여 tetracyline이 첨가된 배지에서는 더 이상 증식하지 못하는 콜로니를 선별하였다. 선별된 콜로니들로부터 플라스미드 DNA를 분리하여 아가로즈 전기영동법으로 확인하여 플라스미드 DNA가 소실된 균주를 최종 선별하였다. 선별된 균주를 크렙시엘라 뉴모니아 MGH78578 Cu라 명명하고, 세포 증식과 글리세롤 대사 특징이 MGH78578 균주와 별 차이가 없음을 확인한 후, 재조합 균주 제조를 위한 모균주로 이용하였다.Inoculated with Krebssiella pneumoniae MGH78578 in liquid medium (LB) containing 1% trypton, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl, incubated at 180 rpm at 37 ° C for 12 hours, and then 1% trypton, 0.5% yeast Passage was inoculated in a liquid medium containing extract, 0.5% NaCl, 2 mM Tris-Cl buffer, 0.1% EtBr and incubated at 37 rpm for 180 hours at 37 rpm. After three repetitions in the same manner, the cultures were plated in solid LB medium without antibiotics and incubated at 37 ° C. for 12 hours to isolate single colonies. The isolated colonies were inoculated in medium with or without tetracycline to select colonies that could no longer grow in medium with tetracyline. Plasmid DNA was isolated from the selected colonies and confirmed by agarose electrophoresis to finally select strains that lost plasmid DNA. The selected strain was named Klebsiella pneumoniae MGH78578 Cu, and after confirming that the cell proliferation and glycerol metabolism characteristics are not significantly different from the MGH78578 strain, it was used as a parent strain for the preparation of recombinant strains.

(2) 글리세롤 대사회로가 차단된 재조합 균주의 제조(2) Preparation of Recombinant Strain Blocked with Glycerol Metabolic Circuits

크렙시엘라 뉴모니아 MGH78578 균주의 염색체 DNA를 분리하기 위하여 상기 균주를 LB 액체 배지(50 ml)에서 12시간 동안 배양한 후, 10℃에서 14,000ㅧ g로 10 분간 원심분리하여 균체를 회수하였다. 회수된 균체를 50 mM Tris-Cl (pH 8.0)로 세척한 후 25% 슈크로스 3 ㎖, TES 완충액 175 ㎕, 20% SDS, 0.5 mM EDTA 100 ㎕ 용액에 재현탁하여 37℃에서 30 분간 방치하였다. RNase (TE 완충액 중 10 ㎎/㎖)를 40 ㎕ 첨가하여 37℃에서 20 분간 더 방치하고, 단백질을 제거하기 위하여 Proteinase K (TE 완충액 중 10 ㎎/㎖)를 250 ㎕ 가하고 50℃에서 1 시간 동안 처리하였다. 5 M NaCl 900 ㎕를 가하고 14,000ㅧ g로 10 분간 원심분리하여 상등액을 회수한 후 2배 volume의 무수 알콜을 가하여 염색체 DNA의 침전을 유도하고, 4℃에서 14,000ㅧ g로 15 분간 원심분리하여 염색체 DNA를 침전시키고, 70% 에탄올로 세척한 후 건조하였다. 분리한 염색체 DNA를 0.7% (U/V) 아가로스 젤 상에서 전기 영동하여 확인하였다.To isolate the chromosomal DNA of the Krebssiella pneumoniae MGH78578 strain, the strain was incubated for 12 hours in LB liquid medium (50 ml), and the cells were recovered by centrifugation at 14,000 ㅧ g for 10 minutes at 10 ° C. The recovered cells were washed with 50 mM Tris-Cl (pH 8.0), resuspended in 3 ml of 25% sucrose, 175 µl of TES buffer, 20 µl SDS, and 100 µl of 0.5 mM EDTA, and left at 37 ° C for 30 minutes. . 40 μl of RNase (10 mg / ml in TE buffer) was added and left at 37 ° C. for 20 minutes, and 250 μl of Proteinase K (10 mg / ml in TE buffer) was added to remove protein for 1 hour at 50 ° C. Treated. 900 μl of 5 M NaCl was added and centrifuged at 14,000 ㅧ g for 10 minutes to recover the supernatant, followed by induction of chromosomal DNA by adding 2 volumes of anhydrous alcohol, and centrifugation at 14,000 ㅧ g at 4 ° C. for 15 minutes. DNA was precipitated, washed with 70% ethanol and dried. The separated chromosomal DNA was confirmed by electrophoresis on 0.7% (U / V) agarose gel.

추출한 염색체 DNA를 주형으로 하여 상동성 재조합(homologous recombination) 용 플라스미드를 제조하기 위한 DNA 단편들을 하기의 프라라이머 세트들을 사용하여 PCR로 증폭하였다 (도 2). PCR 반응 조건은 주형 DNA 2 ㎕, 각 프라이머 DNA 2㎕, dNTP mix 0.2 mM, MgCl2 2 mM, 10ㅧ 완충액 (Mg2+ 배제) 5 ㎕, Taq 중합효소 0.05 U/㎕ 및 3차 증류수 30.5 ㎕의 최종 반응 용액 50 ㎕으로 1 사이클은 94℃에서 30 초 변성, 52℃에서 30 초간 어닐링, 72℃에서 1 분간 증폭시켰다.DNA fragments for preparing plasmid for homologous recombination using the extracted chromosomal DNA as a template were amplified by PCR using the following primer sets (FIG. 2). PCR reaction conditions were 2 μl template DNA, 2 μl each primer DNA, 0.2 mM dNTP mix, 2 mM MgCl 2 , 5 μl 10 μg buffer (excluding Mg 2+ ), 0.05 U / μl Taq polymerase and 30.5 μl tertiary distilled water. 50 µl of the final reaction solution of 1 cycle was denatured at 94 ° C for 30 seconds, annealed at 52 ° C for 30 seconds, and amplified at 72 ° C for 1 minute.

dhaBI 유전자 단편 증폭용 프라이머dhaBI gene fragment amplification primers

서열번호 1 : 5'-TCTAGAATGAAAAGATCAAAACGATTT-3'(dhaBI XbaI-480bpF)SEQ ID NO: 5'-TCTAGAATGAAAAGATCAAAACGATTT-3 '(dhaBI XbaI-480 bpF)

서열번호 2 : 5'-GGATCCGTCAGCGGCAATCTGCAC-3'(dhaBI BamHI-480bpR)SEQ ID NO: 5'-GGATCCGTCAGCGGCAATCTGCAC-3 '(dhaBI BamHI-480 bpR)

dhaK 유전자 단편 증폭용 프라이머dhaK gene fragment amplification primers

서열번호 3 : 5'-AAGCTTCATGCTCTCCGGCGCCTGTC-3'(dhaK HindIII-200-700 bpF)SEQ ID NO: 5'-AAGCTTCATGCTCTCCGGCGCCTGTC-3 '(dhaK HindIII-200-700 bpF)

서열번호 4 : 5'-AGATCTATTTGGTCCAGCGAGCTGAAGC-3'(dhaK BglII-200-700bpR)SEQ ID NO: 5'-AGATCTATTTGGTCCAGCGAGCTGAAGC-3 '(dhaK BglII-200-700 bpR)

dhaR 유전자 단편 증폭용 프라이머 dhaR gene fragment amplification primers

서열번호 5 : 5'-AGATCTCCTGGGATTTCGCGACGGCA-3'(dhaR bglII-200-700bpF)SEQ ID NO: 5'-AGATCTCCTGGGATTTCGCGACGGCA-3 '(dhaR bglII-200-700 bpF)

서열번호 6 : 5'-AAGCTTTCGACAATCGGTTTTAAGGTG-3'(dhaR HindIII-200-700bpR)SEQ ID NO: 5'-AAGCTTTCGACAATCGGTTTTAAGGTG-3 '(dhaR HindIII-200-700 bpR)

Apr 유전자 단편 증폭용 프라이머Primer for amplifying Apr gene fragment

서열번호 7 : 5'-GTTAACCTGACGCCGTTGGATACACC-3' Apr HpaI FSEQ ID NO: 5'-GTTAACCTGACGCCGTTGGATACACC-3 'Apr HpaI F

서열번호 8 : 5'-AGATCTAAAAGCTTATGAGCTCAGCCAATCGA-3' Apr HindIII-BglIIRSEQ ID NO: 8'-AGATCTAAAAGCTTATGAGCTCAGCCAATCGA-3 'Apr HindIII-BglIIR

증폭된 DNA 단편을 pGEM TEasy 벡터를 이용하여 클로닝하여 염기서열을 확인한 후, 도 3에 나타낸 바와 같이 플라스미드 DNA를 제작하였다.The amplified DNA fragment was cloned using pGEM TEasy vector to confirm the nucleotide sequence, and then plasmid DNA was prepared as shown in FIG. 3.

도 3의 A에 나타낸 방법으로, AK 균주를 제조하기 위한 DhaB 유전자의 아미노 말단(dhaB')-LacZ promoter(PlacZ)-Apramycin 내성 유전자-DhaK 유전자의 아미노말단(dhaK')이 연결된 플라스미드 DNA를 제작하였으며, 도 3의 B에 나타낸 방법으로, AR 균주를 제조하기 위한 DhaB 유전자의 아미노 말단(dhaB')-LacZ promoter(PlacZ)-Apramycin 내성 유전자-DhaR 유전자의 아미노말단(dhaR')이 연결된 플라스미드 DNA를 제작하였다. In the method shown in Fig. 3A, the plasmid DNA to which the amino terminus (dhaB ')-LacZ promoter (P lacZ ) -Apramycin resistance gene-DhaK gene amino acid (dhaK') of the DhaB gene for preparing an AK strain was connected The amino terminal (dhaB ')-LacZ promoter (P lacZ ) -Apramycin resistance gene-DhaR gene of the DhaR gene for preparing an AR strain was linked by the method shown in FIG. 3B. Plasmid DNA was prepared.

상기 플라스미드를 BamHI-BglII로 처리하여 회수한 DNA 단편을 전기충격법으로 크렙시엘라 뉴모니아 Cu 균주에 도입한 후 apramycin이 첨가된 배지에서 콜로니를 형성하는 재조합 균주들을 분리하였다. 얻어진 콜로니에서는 염색체상으로 apramycin 내성 유전자를 포함하는 BamHI-BglII DNA 단편의 삽입이 일어난 것으로 유추되는데, 써던 블포팅을 실시하여 homologous recomination이 정확하게 dha 레균론에서 일어났음을 최종 확인하였으며, 그 결과, dha 레귤론의 DhaB 효소 재활성화 인자, DhaT 유전자, DhaR 조절인자 및 DhaD 유전자가 제거되고 lacZ 프로모터와 apramycin 내성 유전자가 삽입된 재조합 균주 AK 균주를 수득하였으며, DhaB 효소 재활성화 인자, DhaT 유전자 및 DhaR 조절인자가 제거되고 lacZ 프로모터와 apramycin 내성 유전자가 삽입된 재조합 균주 AR을 수득 제작하였다.DNA fragments obtained by treatment of the plasmid with Bam HI- Bgl II were introduced into the Klebsiella pneumoniae Cu strain by electroshock method, and recombinant strains forming colonies were isolated in apramycin-added medium. The obtained colony was inferred that there is an insertion of a Bam HI- Bgl II DNA fragment containing the apramycin resistance gene in the chromosome took place, carried out by the Southern block port homologous recomination This was exactly the final check have occurred in the dha LES gyunron, as a result , dha LES gyulron of DhaB enzyme reactivation factor, DhaT gene, DhaR regulator and DhaD gene is removed, and the lacZ promoter and the apramycin was a resistance gene to obtain a recombinant strain AK strain insertion, DhaB enzyme reactivation factor, DhaT gene and DhaR The recombinant strain AR was removed and a regulator was inserted, and the lacZ promoter and apramycin resistance gene were inserted.

실시예 2: 크렙시엘라 뉴모니아 AK, AR 균주의 특성 분석Example 2 Characterization of Klebsiella pneumoniae AK, AR Strains

글리세롤 혐기대사회로가 제거된 크렙시엘라 뉴모니아 재조합 균주 AK, AR 균주의 증식과 글리세롤 대사 특성을 분석하였다. AK, AR 균주를 글리세롤이 첨가된 배지에 접종하여 12시간 동안 37℃에서 180 rpm으로 배양한 후 균체의 증식 정도를 조사하고, 동시에 배양 상등액의 글리세롤의 잔존량과 1,3-프로판디올을 비롯한 대사산물들의 생성량을 크로마토그래피법으로 분석하였다{(사용기종: Agilent 1200 (refactive index detector, RID), 사용컬럼: Aminex HPX-87H (Bio-Rad) 300 mm x 78 mm, 사용용매: 65:35 deionized water-acetonitrile (0.005 M H2SO4), 유속 0.5 ml/min}. 대조구로 사용한 모균주 Cu에 비해 AK, AR 균주는 두 배 정도의 느린 균체 증식 속도를 보였으며, 글리세롤 소모량과 1,3-프로판디올 생산량이 각각 40%, 20% 정도 수준인 것으로 확인되었다 (도 5). 아세트산을 제외한 2,3-부탄디올 등의 산화 대사산물 또한 전혀 생산되지 않는 것으로 나타났으며, 이는 AK, AR 재조합 균주에서 글리세롤 혐기 대사회로가 폐쇄된 유전적 배경과 일치하는 결과이다.The proliferation and glycerol metabolism of the Klebsiella pneumoniae recombinant strains AK and AR, which were removed from the glycerol anaerobic community, were analyzed. AK and AR strains were inoculated in a medium containing glycerol, and then cultured at 180 rpm at 37 ° C. for 12 hours, and then examined for the degree of growth of the cells, and at the same time, the residual amount of glycerol and 1,3-propanediol in the culture supernatant were included. The production of metabolites was analyzed by chromatography {(model name: Agilent 1200 (refactive index detector, RID), column: Aminex HPX-87H (Bio-Rad) 300 mm x 78 mm, solvent: 65:35 deionized water-acetonitrile (0.005 MH 2 SO 4 ), flow rate 0.5 ml / min} .AK and AR strains showed twice as slow cell growth rate as compared to the parent strain Cu, which was used as a control. Propandiol production was found to be 40% and 20%, respectively (Fig. 5), oxidative metabolites such as 2,3-butanediol except for acetic acid were not produced at all, which is AK, AR recombination Glycerol anaerobic metabolism in lung strain The results are consistent with a genetic background.

실시예 3: 글리세롤 환원 경로 복구 균주의 제조Example 3: Preparation of Glycerol Reduction Pathway Recovery Strains

(1) 글리세롤 환원 경로 복구을 위한 플라스미드 DNA의 제조(1) Preparation of Plasmid DNA for Glycerol Reduction Pathway Repair

하기의 프라이머 서열을 사용하여 DhaB 재활성화 효소 유전자(orfW)-orfX DNA 단편과 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성을 지닌 유전자{dhaT, yqhD(E. coli 유래), 혹은 yqhD 상동성 유전자(크렙시엘라 뉴모니아 유래)}를 증폭, pGEM TEasy 벡터로 클로닝하여 염기서열을 확인한 후 도 5에 나타낸 바와 같이 플라스미드 DNA를 제조하였다.DhaB reactivating enzyme gene ( orfW ) -orfX DNA fragment and gene with 1,3-propanediol oxidoreductase activity { dhaT , yqhD (from E. coli ), or yqhD homology gene, using the following primer sequences (From Klebsiella pneumoniae)} was amplified and cloned into a pGEM TEasy vector to confirm the nucleotide sequence, thereby preparing plasmid DNA as shown in FIG. 5.

서열번호 9 : 5'-AGATCTATGAGCTATCGTATGTTTGA-3'(dhaT-BglII F)SEQ ID NO: 5'-AGATCTATGAGCTATCGTATGTTTGA-3 '(dhaT-BglII F)

서열번호 10 : 5'-CTCGAGAAGCTTCAGAATGCCTGGCGGAAAAT-3'(dhaT-HindIII/XhoI R)SEQ ID NO: 10'5-CTCGAGAAGCTTCAGAATGCCTGGCGGAAAAT-3 '(dhaT-HindIII / XhoI R)

서열번호 11 : 5'-AGATCTATGAACAACTTTAATCTGCAC-3'(yqhD-BglII F)SEQ ID NO: 5'-AGATCTATGAACAACTTTAATCTGCAC-3 '(yqhD-BglII F)

서열번호 12 : 5'-AGATCTATGAATAATTTCGACCTGCA-3'(yqhD-HindIII/XhoI R)SEQ ID NO: 12'5-AGATCTATGAATAATTTCGACCTGCA-3 '(yqhD-HindIII / XhoI R)

서열번호 13 : 5'-AGATCTATGAATAATTTCGACCTGCA-3'(yqhD Kle BglII F)SEQ ID NO: 13: 5'-AGATCTATGAATAATTTCGACCTGCA-3 '(yqhD Kle BglII F)

서열번호 14 : 5'-CTCGAGAAGCTTAGCGTGCAGCCTCGTAAAT-3'(yqhD Kle HindIII, XhoI R)SEQ ID NO: 14'5-CTCGAGAAGCTTAGCGTGCAGCCTCGTAAAT-3 '(yqhD Kle HindIII, XhoI R)

도 5는 lacZ 프로모터 하류에 크렙시엘라 뉴모니아의 DhaT 유전자와 DhaB 재활성화 효소 유전자가 포함된 플라스미드 혹은 DhaT 유전자만이 포함된 플라스미드 DNA를 제작하는 과정을 나타낸 것이고, 도 6는 lacZ 프로모터 하류에 대장균 유래의 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성 YqhD(E) 유전자와 DhaB 재활성화 효소 유전자가 포함된 플라스미드 혹은 YqhD(E) 유전자만이 포함된 플라스미드 DNA를 제작하는 과정을 나타낸 것이다. 도 7는 lacZ 프로모터 하류에 크렙시엘라 뉴모니아 유 래의 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성 YqhD(K) 유전자와 dhaB 재활성화 효소 유전자가 포함된 플라스미드 혹은 YqhD(K) 유전자만이 포함된 플라스미드 DNA를 제작하는 과정을 내타낸 것이다.5 will illustrating a process of manufacturing a DhaT gene and DhaB reactivate gene plasmid DNA plasmid or DhaT including gene only contain the keurep when Ella pneumoniae downstream lacZ promoter, Figure 6 is on the downstream lacZ promoter 1,3-propanediol oxidoreductase-derived E. coli-derived plasmid DNA containing the YqhD (E) gene and DhaB reactivation enzyme gene or plasmid DNA containing only the YqhD (E) gene is shown. FIG. 7 shows only a plasmid or YqhD (K) gene containing a 1,3-propanediol oxidoreductase active YqhD (K) gene and dhaB reactivating enzyme gene derived from Krebsiella pneumoniae downstream of the lacZ promoter. It shows the process of constructing the included plasmid DNA.

(2) 글리세롤 환원경로가 복구된 재조합 균주의 제조(2) Preparation of Recombinant Strain with Restored Glycerol Reduction Path

상기에서 제작된 6종류의 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성 효소를 코드하는 유전자를 포함하는 플라스미드 DNA와 대조구로 pBR322 및 DhaB 재활성화효소 유전자를 포함하는 플라스미드 DNA를 전기 충격법으로 글리세롤 혐기대사회로가 폐쇄된 AK, AR 균주로 도입하여 글리세롤 환원 경로가 복구된 재조합 균주들을 제조하였다 (표 1). 모균주인 Cu 균주에 각각의 플라스미드가 도입된 재조합 균주가 대조구로 이용되었다. 본 실시예에서 제작한 제조합 균주를 한국생명공학연구원 내 유전자원센터에 기탁하였다 (표 2).Plasmid DNA containing the gene encoding the six kinds of 1,3-propanediol oxidoreductase activating enzyme prepared above and plasmid DNA containing pBR322 and DhaB reactivase gene as a control, glycerol anaerobic Recombinant strains with restored glycerol reduction pathways were prepared by introducing into AK and AR strains with closed metabolic circuits (Table 1). Recombinant strains in which each plasmid was introduced into the parent strain Cu strain were used as controls. The synthetic strain prepared in this example was deposited in the Genetic Resource Center of the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology (Table 2).

본 발명에서 이용되거나 제작한 재조합 균주와 플라스미드 DNARecombinant strain and plasmid DNA used or produced in the present invention Significant GenotypeSignificant Genotype StrainsStrains E. coli DH5a E. coli DH5a Cloning HostCloning Host K. pneumoniae Cu K. pneumoniae Cu TetRcontained Plasmid DNA curing K. pneumoniae MGH 78578Tet R contained Plasmid DNA curing K. pneumoniae MGH 78578 K. pneumoniae AK K. pneumoniae AK (orfY-dhaT-orfW-orfX-dhaR-dhaD)::PLacZ-AprR ( orfY-dhaT-orfW-orfX-dhaR-dhaD ) :: P LacZ -Apr R K. pneumoniae AR K. pneumoniae AR (orfY-dhaT-orfW-orfX-dhaR)::PLacZ-AprR ( orfY-dhaT-orfW-orfX-dhaR ) :: P LacZ -Apr R PlasmidsPlasmids pVpV pBR322pBR322 pVOpVO pBR322-PLacZ orfW-orfX pBR322-P LacZ orfW-orfX pVOTpVOT pBR322-PLacZ orfW-orfX-PLacZ dhaT pBR322-P LacZ orfW-orfX- P LacZ dhaT pVTpVT pBR322-PLacZ dhaT pBR322-P LacZ dhaT pVOQpVOQ pBR322-PLacZ orfW-orfX-PLacZ yqhD(E. coli)pBR322-P LacZ orfW-orfX- P LacZ yqhD ( E. coli ) pVQpVQ pBR322-PLacZ yqhD(E. coli)pBR322-P LacZ yqhD ( E. coli ) pVOKpVOK pBR322-PLacZ orfW-orfX-PLacZ yqhD(K. pneumoniae)pBR322-P LacZ orfW-orfX -P LacZ yqhD ( K. pneumoniae ) pVKpVK pBR322-PLacZ yqhD(K. pneumoniae)pBR322-P LacZ yqhD ( K. pneumoniae )

본 발명에 따른 재조합 균주의 기탁번호Accession number of the recombinant strain according to the present invention 균주명Strain name 기탁번호Deposit number Klebsiella pneumoniae AK Klebsiella pneumoniae AK KCTC11419BPKCTC11419BP Klebsiella pneumoniae AR Klebsiella pneumoniae AR KCTC11420BPKCTC11420BP Klebsiella pneumoniae AK-VOT Klebsiella pneumoniae AK-VOT KCTC11421BPKCTC11421BP Klebsiella pneumoniae AK-VOK Klebsiella pneumoniae AK-VOK KCTC11422BPKCTC11422BP Klebsiella pneumoniae AR-VOT Klebsiella pneumoniae AR-VOT KCTC11423BPKCTC11423BP Klebsiella pneumoniae AR-VOK Klebsiella pneumoniae AR-VOK KCTC11424BPKCTC11424BP

실시예 4: 글리세롤 환원경로가 복구된 재조합 균주의 특성 분석Example 4 Characterization of Recombinant Strains with Restored Glycerol Reduction Pathway

실시예 3에서 제조된 재조합 균주들을 글리세롤(2%), 테트라사이클린(10 μg/ml)과 IPTG(0.5 mM)가 첨가된 배지(50 ml)에 접종하여 37℃, 120 rpm으로 배양하면서 배양액 중의 대사산물을 분석하였다. 크렙시엘라 뉴모니아 Cu 유래의 재조합 균주들은 배양 후 14 시간이 지나면 첨가해 준 글리세롤을 전부 소모하는 반면, AK, AR 유래 재조합 균주들은 Cu 유래 재조합 균주들에 비해 다소 느린 글리세롤 소모 속도를 보였으나, 1,3-프로판디올의 생산 능력은 회복된 것으로 확인되었다(도 8). 대장균 유래 혹은 크렙시엘라 뉴모니아 유래의 두 YqhD 유전자는 DhaT 유전자와 마찬가지로 글리세롤 환원 경로를 복구하는 것으로 나타났다. 한편, 글리세롤 산화경로가 차단되어 있는 AK, AR 유래의 재조합 균주들은 여전히 소량의 아세트산을 제외하고는 다른 산화경로 대사산물은 전혀 생산하지 않는 것으로 확인되었다 (도 8). The recombinant strains prepared in Example 3 were inoculated in a medium (50 ml) to which glycerol (2%), tetracycline (10 μg / ml) and IPTG (0.5 mM) were added, and then cultured at 37 ° C. and 120 rpm. Metabolites were analyzed. Recombinant strains derived from Klebsiella pneumoniae Cu consumed all the added glycerol after 14 hours after incubation, whereas AK and AR-derived recombinant strains showed a slower rate of glycerol consumption than the recombinant strains derived from Cu. The production capacity of 1,3-propanediol was confirmed to have recovered (FIG. 8). Both YqhD genes from E. coli or Klebsiella pneumoniae have been shown to restore the glycerol reduction pathway as well as the DhaT gene. On the other hand, AK, AR-derived recombinant strains that block the glycerol oxidation pathway was still found to produce no other oxidation pathway metabolites except for a small amount of acetic acid (FIG. 8).

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.The specific parts of the present invention have been described in detail above, and it is apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments, and thus the scope of the present invention is not limited thereto. something to do. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

도 1은 글리세롤 대사과정에서 1,3-프로판디올을 생산하는 환원경로와 부산물을 생산하는 산화경로를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing a reduction pathway for producing 1,3-propanediol and an oxidation pathway for producing byproducts during glycerol metabolism.

도 2는 본 발명에 따른 변이체의 제조 방법을 dha 레귤론의 구조를 이용하여 나타낸 것이다.Figure 2 illustrates a method for producing a variant according to the invention using the structure of the dha regulator.

도 3은 본 발명에 따른 변이체를 제조하기 위한 플라스미드 DNA의 제작방법을 나타낸 것으로, A는 AK 균주를 제조하기 위한 DhaB 유전자의 아미노 말단(dhaB')-LacZ promoter(PlacZ)-Apramycin 내성 유전자-DhaK 유전자의 아미노말단(dhaK')이 연결된 플라스미드 DNA의 제작방법을 나타낸 것이고, B는 AR 균주를 제조하기 위한 DhaB 유전자의 아미노 말단(dhaB')-LacZ promoter(PlacZ)-Apramycin 내성 유전자-DhaR 유전자의 아미노말단(dhaR')이 연결된 플라스미드 DNA의 제작방법을 나타낸 것이다.Figure 3 shows a method for producing a plasmid DNA for producing a variant according to the present invention, A is the amino terminus (dhaB ') -LacZ promoter (P lacZ ) -Apramycin resistance gene of the DhaB gene for preparing the AK strain- A method for preparing plasmid DNA linked to the amino terminus (dhaK ') of the DhaK gene is shown. B is the amino terminus (dhaB')-LacZ promoter (P lacZ ) -Apramycin resistance gene-DhaR of the DhaB gene to prepare an AR strain. It shows a method for producing plasmid DNA linked to the amino terminal (dhaR ') of the gene.

도 4는 크렙시엘라 뉴모니아 AK, AR 균주의 글리세롤 대사산물을 분석한 그래프이다.Figure 4 is a graph analyzing the glycerol metabolite of Krebsiella pneumoniae AK, AR strain.

도 5는 lacZ 프로모터 하류에 크렙시엘라 뉴모니아의 DhaT 유전자와 DhaB 재활성화 효소 유전자가 포함된 플라스미드 혹은 DhaT 유전자만이 포함된 플라스미드 DNA의 제작방법을 나타낸 것이다..Figure 5 shows a method for producing plasmid DNA containing only the DhaT gene or DhaT gene of the DhaT gene and DhaB reactivation enzyme gene of the Krebsiella pneumoniae downstream of the lacZ promoter.

도 6는 lacZ 프로모터 하류에 대장균 유래의 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성 YqhD(E) 유전자 (E. coli)와 DhaB 재활성화 효소 유전자가 포함된 플라스미드 혹은 YqhD(E) 유전자만이 포함된 플라스미드 DNA를 제작하는 과정을 설명하는 모식도이다.6 shows only the plasmid or YqhD (E) gene containing the 1,3-propanediol oxidoreductase active YqhD (E) gene ( E. coli ) and the DhaB reactivating enzyme gene derived from E. coli downstream of the lacZ promoter. A schematic diagram illustrating the process of constructing the plasmid DNA.

도 7는 lacZ 프로모터 하류에 크렙시엘라 뉴모니아 유래의 1,3-프로판디올 옥시도리덕타제 활성 YqhD(K) (K. pneumoniae) 유전자와 DhaB 재활성화 효소 유전자가 포함된 플라스미드 혹은 YqhD(K) 유전자만이 포함된 플라스미드 DNA의 제작방법을 나타낸 것이다.7 is a plasmid or YqhD (K) containing a 1,3-propanediol oxidoreductase-activated YqhD (K) ( K. pneumoniae ) gene and a DhaB reactivating enzyme gene derived from Krebsiella pneumoniae downstream of the lacZ promoter. ) Shows a method for producing plasmid DNA containing only genes.

도 8은 본 발명에 따른 크렙시엘라 뉴모니아 Cu , AK 및 AR 유래 재조합 균주들의 글리세롤 대사를 분석한 그래프이다.Figure 8 is a graph analyzing the glycerol metabolism of the Krebssiella pneumoniae Cu, AK and AR-derived recombinant strains according to the present invention.

<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> MUTANT BLOCKED IN GLYCEROL OXIDAION PATHWAY FOR PRODUCING 1,3-PROPANEDIOL <130> P08-B173 <160> 14 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 tctagaatga aaagatcaaa acgattt 27 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 ggatccgtca gcggcaatct gcac 24 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 aagcttcatg ctctccggcg cctgtc 26 <210> 4 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 agatctattt ggtccagcga gctgaagc 28 <210> 5 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 agatctcctg ggatttcgcg acggca 26 <210> 6 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 aagctttcga caatcggttt taaggtg 27 <210> 7 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 gttaacctga cgccgttgga tacacc 26 <210> 8 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 agatctaaaa gcttatgagc tcagccaatc ga 32 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 agatctatga gctatcgtat gtttga 26 <210> 10 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 ctcgagaagc ttcagaatgc ctggcggaaa at 32 <210> 11 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 agatctatga acaactttaa tctgcac 27 <210> 12 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 agatctatga ataatttcga cctgca 26 <210> 13 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 agatctatga ataatttcga cctgca 26 <210> 14 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 ctcgagaagc ttagcgtgca gcctcgtaaa t 31 <110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> MUTANT BLOCKED IN GLYCEROL OXIDAION PATHWAY FOR PRODUCING          1,3-PROPANEDIOL <130> P08-B173 <160> 14 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 tctagaatga aaagatcaaa acgattt 27 <210> 2 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 ggatccgtca gcggcaatct gcac 24 <210> 3 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 aagcttcatg ctctccggcg cctgtc 26 <210> 4 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 agatctattt ggtccagcga gctgaagc 28 <210> 5 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 agatctcctg ggatttcgcg acggca 26 <210> 6 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 aagctttcga caatcggttt taaggtg 27 <210> 7 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 gttaacctga cgccgttgga tacacc 26 <210> 8 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 agatctaaaa gcttatgagc tcagccaatc ga 32 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 agatctatga gctatcgtat gtttga 26 <210> 10 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 ctcgagaagc ttcagaatgc ctggcggaaa at 32 <210> 11 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 11 agatctatga acaactttaa tctgcac 27 <210> 12 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 12 agatctatga ataatttcga cctgca 26 <210> 13 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 13 agatctatga ataatttcga cctgca 26 <210> 14 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 14 ctcgagaagc ttagcgtgca gcctcgtaaa t 31  

Claims (12)

글리세롤을 탄소원으로하여 1,3-프로판디올을 생산하는 능력을 가지고, 글리세롤 산화경로에서 디하이드록시아세톤키나아제가 관여하는, 시트로박터(Citrobacter), 클로스트리디움(Clostridium), 엔테로박터(Enterobacter), 일리오박터(Ilyobacter), 크렙시엘라(Klebsiella), 락토바실러스(Lactobacillus) 및 펠로박터(Pelobacter)로 구성된 군에서 선택되는 미생물에서, 전사 활성인자를 코딩하는 유전자 또는 디하이드록시아세톤키나아제를 코딩하는 유전자가 결실 또는 불능화된 것을 특징으로 하는 미생물 변이체.Citrobacter, Clostridium, Enterobacter, which have the ability to produce 1,3-propanediol using glycerol as a carbon source and are involved in dihydroxyacetone kinase in the glycerol oxidation pathway In a microorganism selected from the group consisting of Ilyobacter, Klebsiella, Lactobacillus and Pelobacter, a gene encoding a transcriptional activator or a dihydroxyacetone kinase is encoded. Microbial variant, characterized in that the gene is deleted or disabled. 제1항에 있어서, 추가적으로 글리세롤 디하이드로게나아제를 코딩하는 유전자가 결실 또는 불능화된 것을 특징으로 하는 미생물 변이체.The microbial variant according to claim 1, wherein the gene encoding glycerol dehydrogenase is additionally deleted or disabled. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 미생물은 크렙시엘라 뉴모니아이고, 전사 활성인자 유전자는 DhaR이며, 디하이드록시아세톤키나아제 유전자는 DhaK, DhaL, DhaM 및 DhaK'로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 미생물 변이체.The microorganism of claim 1, wherein the microorganism is Krebsiella pneumoniae, the transcriptional activator gene is DhaR, and the dihydroxyacetone kinase gene is selected from the group consisting of DhaK, DhaL, DhaM, and DhaK '. Variants. 제4항에 있어서, 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD) 및 전사 활성인자 유전자(DhaR)가 결실 또는 불능화되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 변이체.5. The microbial variant according to claim 4, wherein the glycerol dehydrogenase gene (DhaD) and the transcriptional activator gene (DhaR) are deleted or disabled. 제4항에 있어서, 전사 활성인자 유전자(DhaR)가 결실 또는 불능화되어 있는 것을 특징으로 하는 미생물 변이체.The microorganism variant according to claim 4, wherein the transcriptional activator gene (DhaR) is deleted or disabled. 제1항, 제2항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 미생물 변이체를 글리세롤을 함유하는 배지에서 배양하여 1,3-프로판디올을 생성시키는 단계; 및 상기 생성된 1,3-프로판디올을 회수하는 단계를 포함하는 1,3-프로판디올의 제조방법.Culturing the microbial variant of any one of claims 1, 2 and 4 to 6 in a medium containing glycerol to produce 1,3-propanediol; And recovering the generated 1,3-propanediol. 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD), 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제(DhaB) 효소 재활성화인자II 유전자(dhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자가 상기 변이체의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체.Glycerol dehydrogenase gene (DhaD), transcriptional activator gene (DhaR), 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and glycerol dehydrolase (DhaB) enzyme reactivator II gene (dhaBA2 A vector containing a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase is introduced into a Krebs. Neumoniae variant having a deletion of) or a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase. Is a Klebsiella pneumoniae variant having a 1,3-propanediol generating ability is inserted into the chromosome of the variant. 글리세롤 디하이드로게나아제 유전자(DhaD), 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제(DhaB) 효소 재활성화인자II 유전자(dhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제(DhaB) 효소 재활성화인자II를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제(DhaB) 효소 재활성화인자II를 코딩하는 유전자가 상기 변이체의 염색체에 삽입되어 있는, 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체.Glycerol dehydrogenase gene (DhaD), transcriptional activator gene (DhaR), 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT) and glycerol dehydrolase (DhaB) enzyme reactivator II gene (dhaBA2 A vector containing a gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase and a gene encoding a glycerol dehydratase (DhaB) enzyme reactivation factor II in a Krebs. 1, wherein the gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase and the gene encoding glycerol dehydratase (DhaB) enzyme reactivation factor II are inserted into the chromosome of the variant, Krebsciella pneumoniae variants having the ability to produce 3-propanediol. 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕테이즈 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제(DhaB) 효소 재활성화인자II 유전자(dhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자가 상기 변이체의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체.Krebsiella pneumoniae that lacks the transcriptional activator gene (DhaR), 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT), and glycerol dehydratase (DhaB) enzyme reactivator II gene (dhaBA2) A vector containing a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase is introduced into a mutant, or a gene encoding a 1,3-propanediol oxidoreductase is inserted into a chromosome of the variant. Krebsciella pneumoniae variants having the ability to produce 3-propanediol. 전사 활성인자 유전자(DhaR), 1,3-프로판디올 옥시도리덕테이즈 유전자(DhaT) 및 글리세롤 디하이드라타아제(DhaB) 효소 재활성화인자II 유전자(dhaBA2)가 결실되어 있는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체에 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제(DhaB) 효소 재활성화인자II를 코딩하는 유전자를 함유하는 벡터가 도입되어 있거나, 1,3-프로판디올 옥시도리덕타아제를 코딩하는 유전자와 글리세롤 디하이드라타아제(DhaB) 효소 재활성화인자II를 코딩하는 유전자가 상기 변이체의 염색체에 삽입되어 있는 1,3-프로판디올 생성능을 가지는 크렙시엘라 뉴모니아 변이체.Krebsiella pneumoniae that lacks the transcriptional activator gene (DhaR), 1,3-propanediol oxidoreductase gene (DhaT), and glycerol dehydratase (DhaB) enzyme reactivator II gene (dhaBA2) Subtypes have introduced a vector containing a gene encoding 1,3-propanediol oxidoreductase and a gene encoding glycerol dehydratase (DhaB) enzyme reactivation factor II, or 1,3-propane A gene encoding the diol oxidoreductase and a gene encoding the glycerol dehydratase (DhaB) enzyme reactivation factor II are Krebsiella pneumoniae having the ability to produce 1,3-propanediol inserted into the chromosome of the variant. Monia variant. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항의 미생물 변이체를 글리세롤을 함유하는 배지에서 배양하여 1,3-프로판디올을 생성시키는 단계; 및 상기 생성된 1,3-프로판디올을 회수하는 단계를 포함하는 1,3-프로판디올의 제조방법.Culturing the microbial variant of any one of claims 8-11 in a medium containing glycerol to produce 1,3-propanediol; And recovering the generated 1,3-propanediol.
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