KR101163542B1 - Methods of preparing for Biotransformed Vanillin from Isoeugenol - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이소유제놀로부터 생물전환된(biotransformed) 바닐린 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이소유제놀 모노옥시게나아제(iem) 및 iem 조절 유전자 발현 벡터로 형질전환된 숙주세포의 의하여 배양 배지에 포함된 이소유제놀을 바닐린으로 생물전환시켜 생물전환된 바닐린 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 기존 대장균에서 외부유전자의 발현을 위하여 쓰이는 고가의 유전자 발현 유도물질 IPTG(Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) 또는 페룰릭 산(Ferulic acid)을 필요로 하지 않으며, 이에 따라 경제적으로 저렴한 비용으로 대량의 천연바닐린을 생산할 수 있는 장점이 있다. 또한, 본 발명은 원하는 특정단백질을 대량으로 생산할 수 있는 발현 컨스트럭트를 제공함으로써, 미생물을 이용하여 단백질을 대량생산하는 제약 및 식품과 같은 분야에 있어 응용이 가능하다.The present invention relates to a method for producing biotransformed vanillin from isoeugenol. More specifically, the present invention is the production of bioconverted vanillin by bioconverting isoeugenol contained in the culture medium to vanillin by host cells transformed with isoeugenol monooxygenase ( iem ) and iem regulatory gene expression vector It is about a method. The present invention does not require expensive gene expression inducer IPTG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) or ferulic acid, which is used for expression of external genes in E. coli, and thus economically low cost. There is an advantage that can produce a large amount of natural vanillin. In addition, the present invention can be applied in fields such as pharmaceuticals and foods for mass production of proteins using microorganisms by providing expression constructs capable of mass production of desired specific proteins.

Description

이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린 제조방법{Methods of preparing for Biotransformed Vanillin from Isoeugenol}Method of preparing for transforming vanillin from isoeugenol from Isoeugenol

본 발명은 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 이소유제놀 모노옥시게나아제(iem) 및 iem 조절 유전자 발현 벡터로 형질전환된 숙주세포의 의하여 배양 배지에 포함된 이소유제놀을 바닐린으로 생물전환시키는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for producing vanillin bioconverted from isoeugenol. More specifically, the present invention relates to a method for bioconverting isoeugenol contained in the culture medium to vanillin by host cells transformed with isoeugenol monooxygenase ( iem ) and iem regulatory gene expression vectors.

바닐린(4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde)은 바닐라 열매의 주요 성분이며 음식, 음료 및 약품의 착향료로서 폭 넓게 이용된다. 현재, 대부분의 바닐린은 구아야콜(guaiacol)로부터 화학적으로 합성된다38. 식물-유래 바닐린이 오직 열대지역에서 낮은 수율로 생산되는 원인으로 인하여 합성 바닐린의 가격은 바닐라 열매로부터 얻은 천연바닐린보다 낮은 가격으로 거래되고 있는 실정이다24,38. 신톤(synthon)으로서 저렴한 천연 유기 물질을 이용하는 바이오생물공학에 의한 천연 바닐린 생산이 최근 주목받고 있다24. 식물-유래 페닐프로파노이드 유제놀 및 이소유제놀은 천연 바닐린 생산을 위한 유용한 전구체로서 제시되어 온 천연 리그닌(lignin) 전구체이다1,9,11,21,31,34,37,39,43,44.Vanillin (4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyde) is a major component of vanilla fruit and is widely used as a flavoring agent in food, drinks and medicine. Currently, most vanillins are chemically synthesized from guayacol 38 . Due to the low yields of plant-derived vanillin produced only in the tropics, synthetic vanillin is traded at lower prices than natural vanillin from vanilla fruit 24,38 . Natural vanillin production by biobiotechnology, which uses inexpensive natural organic materials as synthons, has recently attracted attention 24 . Plant-derived phenylpropanoid eugenol and isoeugenol are natural lignin precursors that have been suggested as useful precursors for natural vanillin production 1,9,11,21,31,34,37,39,43, 44 .

Corynebacterium sp.은 유제놀을 페룰산(ferulic acid)을 거쳐 바닐린으로 전환시키는 최초의 미생물이었다34. 유제놀은 코니페릴 알코올(coniferyl alcohol), 코니페릴 알데히드 및 페롤산 중간체의 형성을 통해 바닐린으로 대사된다26,34,35,37. Pseudomonas sp. HR 199 균주에, 유제놀을 바닐린으로 전환에 관여하는 유전자들에 대해서 잘 특성화되어 있으며2,18-20,23,25(도 1), 프로토카테츄익 산(protocatechuic acid)의 합성에 이용되는 경로의 한 부분이다. Corynebacterium sp. Was the first microorganism to convert eugenol to vanillin via ferulic acid 34 . Eugenol is metabolized to vanillin through the formation of coniferyl alcohol, coniferyl aldehyde and ferrol acid intermediates 26,34,35,37 . Pseudomonas sp. In the HR 199 strain, the genes involved in the conversion of eugenol to vanillin are well characterized and the pathways used for the synthesis of 2,18-20,23,25 (Fig. 1), protocatechuic acid. Is part of.

이 박테리아에서, 유제놀을 코니페릴 알코올(coniferyl alcohol)로의 생체전환은 플라보사이토크롬 c(flavocytochrome c) 클래스 효소 유제놀 하이드록시라아제가 암호화된 ehyAehyB 유전자에 의하여 촉매된다23. 코니페릴 알코올은 코니페릴 알코올 디하드로게나아제 효소에 의하여 calA, calB, fcs, 및 ech 유전자에 의하여 각각 암호화된 코니페릴 알데히드, 페룰릭 에시드 및 페룰로일-CoA를 거쳐 바닐린으로 전환된다2,18-20. 바닐린으로부터 프로토카테유익 에시트로의 추가적인 전환은 각각 바닐린 디하이드로게나아제 및 바닐레이트-O-디메틸라아제를 암호화하는 vdhvanAB 유전자에 의하여 진행된다25.In this bacterium, the bioconversion of eugenol to coniferyl alcohol is catalyzed by the ehyA and ehyB genes encoded by the flavoytochrome c class enzyme eugenol hydroxyase 23 . Coney perylene alcohol is converted to vanillin through an -CoA in Coney perylene di-alcohol dehydrogenase hard as by enzyme calA, calB, fcs, ech gene, and by each of the encrypted Coney perylene aldehyde, ferulic acid and metallic ferrule 2, 18-20 . Further conversion from vanillin to the protocatechoic eczema is by the vdh and vanAB genes encoding vanillin dehydrogenase and vanillate - O -dimethylase, respectively 25 .

상대적으로 복잡한 생합성 경로와 비교하여, 이소유제놀-에폭시드 및 이소유제놀-디올 중간체를 포함하는 보다 적은 단계를 이용하여 이소유제놀이 바닐린으로 변환된다11,43(도 2). 이소유제놀에서 바닐린으로의 생체전환은 Aspergillus niger ATCC 9142 곰팡이 균주에서 최초로 보고되었으며, 바닐린에서 나닐릴 알코올과 바닐릭 산으로의 추가적인 분해로 인하여 낮을 수율(10%이하)을 나타내었다1. 그러나, 최근에 이소유제놀로부터 바닐링으로 전환시키는 Bacillus sp. B231, Pseudomonas putida I589, Bacillus fusiformis CGMCC134744, Bacillus pumilus S-111 , Pseudomonas chlororaphis CDAE513 , Pseudomonas putida IE2739, Bacillus subtilis HS843Pseudomonas nitroreducens Jin137과 같은 미생물들에 대하여 보고되었다. 그러나, 몇 개의 박테리아 균주에서 바닐린 형성에 대한 메커니즘의 세부적 사항에 대하여 잘 알려 있지 않으며, 이소유제놀의 폴리머화로 인하여 디하이드로디이소유제놀이 배지에서 검출된다11,37,43. Pseudomonas paucimobilis TMY 1009 균주로부터 생성된 리그노스틸벤-α,β-디옥시게나아제(Lignostilbene-α,β-dioxygenase)는 이소유제놀을 바닐린으로 생체전환시키는 최초의 효소이다42. 최근 Pseudomonas putida IE27로부터 Iso (isoeugenol monooxygenase)가 정제되었다40. Iso의 활성은 보조인자 NADH 없이 오직 산소의 존재하에서만 관찰되었다40. 그러나, 지금까지 이소유제놀로부터 바닐린으로의 생전환에 관여된 몇 개의 유전자만이 동정되었다40.Compared with the relatively complex biosynthetic pathway, isoeugenol is converted to vanillin using fewer steps, including isoeugenol-epoxide and isoeugenol-diol intermediates 11,43 (FIG. 2). Biotransformation of isoeugenol to vanillin was first reported in the Aspergillus niger ATCC 9142 fungal strain, resulting in low yield (less than 10%) due to the further degradation of vanillin to nanyl alcohol and vanic acid 1 . However, Bacillus sp. Recently converted from isoeugenol to vanilling. Microorganisms such as B2 31 , Pseudomonas putida I58 9 , Bacillus fusiformis CGMCC1347 44 , Bacillus pumilus S-1 11 , Pseudomonas chlororaphis CDAE5 13 , Pseudomonas putida IE27 39 , Bacillus subtilis HS8 43 and Pseudomonas nitroreducens Jin1 37 . However, the details of the mechanism for vanillin formation in several bacterial strains are not well known, and due to the polymerization of isoeugenol, dihydrodiisoeugenol is detected in the media 11,37,43 . Lignostilbene-α, β-dioxygenase produced from Pseudomonas paucimobilis TMY 1009 strain was the first enzyme to bioconvert isoeugenol to vanillin 42 . Recently, Iso (isoeugenol monooxygenase) was purified from Pseudomonas putida IE27 40 . Of Iso activity it was only observed only in the presence of oxygen without the co-factors NADH 40. However, so far only a few genes involved in the bioconversion from isoeugenol to vanillin have been identified 40 .

그러나, 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자의 발현을 조절하는 조절 유전자를 이용하여 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린을 제조하는 방법에 대하여 아직까지 보고된 바 없다.
However, no method has yet been reported for the production of bioconverted vanillin from isoeugenol using regulatory genes that regulate the expression of the isoeugenol monooxygenase gene.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety, and the level of the technical field to which the present invention belongs and the contents of the present invention are more clearly explained.

본 발명자들은 미생물을 이용하여 효율적이고 경제적으로 천연바닐린을 생산할 수 있는 방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 이소유제놀 모노옥시게나아제 발현을 조절할 수 있는 유전자와 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자를 발현하는 벡터로 미생물을 형질전환시킨 후, 배양액에 첨가된 이소유제놀이 이소유제놀 모노옥시게나아제 발현 조절 유전자를 유도시켜 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린을 생산함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.
The present inventors have tried to develop a method capable of producing natural vanillin efficiently and economically using microorganisms. As a result, microorganisms were transformed with a gene capable of regulating isoeugenol monooxygenase expression and a vector expressing isoeugenol monooxygenase gene, and then the isoyugenol isoeugenol monooxygena added to the culture medium. The present invention has been accomplished by inducing an aze expression control gene to produce bioconverted vanillin from isoeugenol.

따라서, 본 발명의 목적은 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린 생산방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing vanillin bioconverted from isoeugenol.

본 발명의 다른 목적은 이소유제놀 유도성(inducible) 발현벡터를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an isoeugenol inducible expression vector.

본 발명의 또 다른 목적은 이소유제놀 유도성 단백질 발현 방법을 제공하는데 있다.It is another object of the present invention to provide a method for isoeugenol inducible protein expression.

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

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 이소유제놀로부터 생물전환된(biotransformed) 바닐린(vanillin) 제조방법을 제공한다: (a) 서열목록 제2서열의 뉴클레오타이드 서열 및 상기 서열에 상보적인 뉴클레오타이드 서열로 구성된 이중 가닥(double strand) 핵산 분자를 가지는 벡터를 숙주세포에 형질전환시키는 단계; (b) 상기 형질전환된 숙주세포를 이소유제놀(isoeugenol)이 포함된 배양 배지에서 배양시키는 단계; 및 (c) 상기 (b)단계 배지로부터 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린을 수득하는 단계.
According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for preparing biotransformed vanillin from isoeugenol, comprising the following steps: (a) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and the sequence Transforming the host cell with a vector having a double stranded nucleic acid molecule consisting of a nucleotide sequence complementary to the host cell; (b) culturing the transformed host cell in a culture medium containing isoeugenol; And (c) obtaining vanillin bioconverted from isoeugenol from the medium of step (b).

본 발명자들은 미생물을 이용하여 효율적이고 경제적으로 천연바닐린을 생산할 수 있는 방법을 개발하고자 노력하였으며, 그 결과, 이소유제놀 모노옥시게나아제 발현을 조절할 수 있는 유전자와 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자를 발현하는 벡터로 미생물을 형질전환시킨 후, 배양액에 첨가된 이소유제놀이 이소유제놀 모노옥시게나아제 발현 조절 유전자를 유도시켜 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린을 생산하였다.The present inventors have tried to develop a method capable of producing natural vanillin efficiently and economically using microorganisms. After transforming the microorganism with the expressing vector, the isoeugenol added to the culture induced an isoeugenol monooxygenase expression control gene to produce bioconverted vanillin from isoeugenol.

본 발명에서의 용어 “이소유제놀(isoeugenol)”은 분자식은 C10H12O2을 가지는 유기화합물이며, 상기 바닐린은 다음의 화학식 1으로 표현된다.The term “isoeugenol” in the present invention is an organic compound having a molecular formula of C 10 H 12 O 2 , and vanillin is represented by the following Chemical Formula 1.

화학식 1Formula 1

Figure 112010008174555-pat00001
Figure 112010008174555-pat00001

본 발명에서의 용어 “바닐린(vanillin)”은 분자식은 C8H8O3을 가지는 유기화합물이며, 상기 바닐린은 다음의 화학식 2로 표현된다.The term “vanillin” in the present invention is an organic compound having a molecular formula of C 8 H 8 O 3 , wherein vanillin is represented by the following Chemical Formula 2.

화학식 2Formula 2

Figure 112010008174555-pat00002
Figure 112010008174555-pat00002

본 명세서에서 용어 “이소유제놀 모노옥시게나아제”는 이소유제놀의 산화반응에 관여하는 옥시게나아제 효소를 의미한다. 바람직하게는 본 발명에서의 이소유제놀 모노옥시게나아제는 이소유제놀으로부터 바닐린으로의 생물전환을 촉매한다.As used herein, the term “isoeugenol monooxygenase” refers to an oxygenase enzyme involved in the oxidation of isoeugenol. Preferably the isoeugenol monooxygenase in the present invention catalyzes the bioconversion from isoeugenol to vanillin.

본 명세서에서 용어 “상보적(complementary)”은 어떤 특정한 혼성화 또는 어닐링 조건 하에서 서열목록의 각각의 서열에 기재된 뉴클레오타이드 서열에 선택적으로 혼성화할 수 있을 정도의 상보성을 갖는 것을 의미한다. 따라서 용어 “상보적”은 용어 완전 상보적(perfectly complementary)과는 다른 의미를 가지며, 본 발명의 서열목록 각각의 서열에 기재된 뉴클레오타이드 서열에 선택적으로 혼성화할 수 있을 정도이면, 하나 또는 그 이상의 미스매치(mismatch) 염기서열을 가질 수 있다.As used herein, the term “complementary” means having complementarity enough to selectively hybridize to the nucleotide sequence described in each sequence in the sequence listing under certain specific hybridization or annealing conditions. Thus, the term “complementary” has a meaning different from that of the term perfectly complementary, and is one or more mismatches so long as it can selectively hybridize to the nucleotide sequence described in each sequence in the sequence listing of the present invention. (mismatch) can have a nucleotide sequence.

본 발명에서의 상기 단계 (a)는 서열목록 제2서열 및 상기 서열목록 제2서열에 상보적인 이중가닥 핵산 분자를 가지는 벡터를 이용하여 숙주세포를 형질 전환시키는 단계를 포함하며, 보다 바람직하게는, 서열목록 제1서열 및 상기 서열목록 제1서열에 상보적인 이중가닥 핵산 분자가 포함된 벡터를 이용하여 숙주세포를 형질 전환시키는 단계를 포함한다.Step (a) in the present invention includes the step of transforming the host cell using a vector having a double-stranded nucleic acid molecule complementary to the sequence 2nd sequence and the sequence 2nd sequence, more preferably And transforming the host cell using a vector comprising a double-stranded nucleic acid molecule complementary to the sequence listing first sequence and the sequence listing first sequence.

본 발명은 외부의 이소유제놀에 의하여 유도된 이소유제놀 모노옥시게나아제 조절자 단백질이 이소유제놀 모노옥게나아제 유전자를 발현시킴으로써 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린을 매우 효과적으로 제조가 가능하여, 종래 고가의 유전자 발현 유도물질 IPTG(Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside)에 의하여 생산된 바닐린보다 경제적으로 대량생산할 수 있는 장점을 가진다.According to the present invention, the isoeugenol monooxygenase modulator protein induced by external isoeugenol can be produced very effectively by converting isoeugenol monooxenase gene into vanillin which is bioconverted from isoeugenol. Conventional expensive gene expression inducer IPTG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) has the advantage that can be economically mass-produced than vanillin produced by.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 상기 서열목록 제1서열 및 제2서열은 미생물로부터 유래된 것이다. 보다 바람직하게는 상기 서열 목록 제1서열 및 제2서열은 슈도모나스 속 미생물로부터 유래된 것이며, 가장 바람직하게는 슈도모나스 니트로리듀센스 Jin1(KCTC 11023BP)으로부터 유래된 것이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the first sequence and the second sequence of the sequence listing in the present invention are derived from a microorganism. More preferably, the first and second sequences of the sequence listing are derived from Pseudomonas genus microorganisms, and most preferably from Pseudomonas nitroreducence Jin1 (KCTC 11023BP).

본 명세서에서 용어, “뉴클레오타이드”는 단일가닥 또는 이중가닥 형태로 존재하는 디옥시리보뉴클레오타이드 또는 리보뉴클레오타이드이며, 다르게 특별하게 언급되어 있지 않은 한 자연의 뉴클레오타이드의 유사체를 포함 한다 (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)).As used herein, the term “nucleotide” is a deoxyribonucleotide or ribonucleotide that exists in single- or double-stranded form and includes analogs of natural nucleotides unless otherwise specifically indicated (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews, 90: 543-584 (1990).

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

본 발명의 명세서에서, 상기 벡터는 선별을 위해 선별 마커(selectable marker)를 가질 수 있다. 바람직하게는 상기 선별 마커는 항생제 내성을 나타내는 유전자를 인코딩하는 폴리뉴클레오타이드이다. 상기 항생제 내성을 나타내는 유전자는 예를 들어 암피실린, 겐타마이신, 카베니실린, 클로람페니콜, 스트렙토마이신, 카나마이신, 게네티신, 네오마이신 및 테트라사이클린에 대한 내성 유전자가 있다.In the specification of the present invention, the vector may have a selectable marker for selection. Preferably the selection marker is a polynucleotide encoding a gene that exhibits antibiotic resistance. Genes that exhibit antibiotic resistance are, for example, resistance genes for ampicillin, gentamicin, carbenicillin, chloramphenicol, streptomycin, kanamycin, geneticin, neomycin and tetracycline.

본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 플라스미드(예: pDG1661, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1, pHV14, pGEX 시리즈, pET 시리즈 및 pUC19 등), 파지 (예: λgt4?λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스 (예: SV40등)를 조작하여 제작될 수 있으며, 가장 바람직하게는 플라스미드를 조작하여 제작 된다.Vectors that can be used in the present invention are plasmids (e.g. pDG1661, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8 / 9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1, pHV14, pGEX series, pET series) And pUC19, etc.), phages (eg, λgt4? ΛB, λ-Charon, λΔz1 and M13, etc.) or viruses (eg, SV40, etc.), most preferably by manipulation of plasmids.

한편, 상술한 벡터를 세포내로 도입하는 방법은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 실시될 수 있으며, 예를 들어 미세 주입법 (Capecchi, M.R., Cell, 22:479(1980); 및 Harland와 Weintraub, J. Cell Biol. 101:1094-1099(1985)), 칼슘 포스페이트 침전법 (Graham, F.L. et al., Virology, 52:456(1973); 및 Chen과 Okayama, Mol. Cell. Biol. 7:2745-2752(1987)), 전기 천공법 (Neumann, E. et al., EMBO J., 1:841(1982); 및 Tur-Kaspa et al., Mol. Cell Biol., 6:716-718(1986)), 리포좀-매개 형질감염법 (Wong, T.K. et al., Gene, 10:87(1980); Nicolau 및 Sene, Biochim. Biophys. Acta, 721:185-190(1982); 및 Nicolau et al., Methods Enzymol., 149:157-176(1987)), DEAE-덱스트란 처리법 (Gopal, Mol. Cell Biol., 5:1188-1190(1985)), 및 유전자 밤바드먼트 (Yang et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87:9568-9572(1990)) 방법에 의해 벡터를 세포 내로 유입시킬 수 있다.On the other hand, the method of introducing the above-mentioned vector into the cell can be carried out through various methods known in the art, for example, micro-injection method (Capecchi, MR, Cell , 22: 479 (1980); and Harland and Weintraub, J. Cell Biol. 101: 1094-1099 (1985)), calcium phosphate precipitation (Graham, FL et al., Virology , 52: 456 (1973); and Chen and Okayama, Mol. Cell. Biol. 7: 2745 -2752 (1987)), electroporation (Neumann, E. et al., EMBO J. , 1: 841 (1982); and Tur-Kaspa et al., Mol. Cell Biol. , 6: 716-718 ( 1986)), liposome-mediated transfection (Wong, TK et al., Gene , 10:87 (1980); Nicolau and Sene, Biochim. Biophys. Acta , 721: 185-190 (1982); and Nicolau et al , Methods Enzymol. , 149: 157-176 (1987)), DEAE-dextran treatment (Gopal, Mol. Cell Biol. , 5: 1188-1190 (1985)), and gene bombardment (Yang et al. , Proc. Natl. Acad. Sci. , 87: 9568-9572 (1990)) can be introduced into the cells.

상기 숙주 세포는 상기 벡터를 안정적이면서 연속적으로 발현시킬 수 있는 공지된 어떠한 숙주세포도 사용할 수 있다.The host cell may use any known host cell capable of stably and continuously expressing the vector.

본 발명이 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 상기 단계 (a)에서의 숙주세포는 그람음성 박테리아이고, 보다 바람직하게는 에세리키아 속 박테리아이며, 보다 더 바람직하게는 에세리키아 속 박테리아는 에세리키아 콜리(Escherichia coli), 에세리키아 알베트티(Escherichia albertii), 에세리키아 블라태(Escherichia blattae), 에세리키아 페르구소니(Escherichia fergusonii), 에세리키아 헤르마니(Escherichia hermannii) 또는 에세리키아 불네리스(Escherichia vulneris)이고, 가장 바람직하게는 에세리키아 콜리이다.
According to the present embodiment invention is desired, the host cell in step (a) in the present invention is a Gram-negative bacteria, more preferably Escherichia in bacteria and, more preferably, Escherichia genus bacteria is the genus Escherichia coli (Escherichia coli), Escherichia Al Vietnam Tea (Escherichia albertii), Escherichia Blige state (Escherichia blattae), Escherichia Pere old Sony (Escherichia fergusonii), Escherichia Manny Hernandez (Escherichia hermannii) Or Escherichia fire neriseu to (Escherichia vulneris), and most preferably Escherichia coli.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 (ⅰ) 서열목록 제4서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅰ, (ⅱ) 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 I에 작동적으로 결합된(operatively linked) 서열목록 제3서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 전사 조절자-코딩 뉴클레오타이드 서열, 및 (ⅲ) 서열목록 제5서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ를 포함하는 이소유제놀 유도성(inducible) 발현벡터를 제공한다.According to another aspect of the invention, the invention is (i) isoeugenol inducible promoter I consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4, (ii) is operably linked to the isoeugenol inducible promoter I ( isoeugenol inducible comprising an isoeugenol inducible promoter II consisting of a transcriptional regulator-coding nucleotide sequence consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, and (iii) a nucleotide sequence of the SEQ ID NO: 5 It provides an inducible expression vector.

본 발명의 명세서에서 표현 “목적단백질-코딩 뉴클레오타이드”는 목적단백질의 CDS(coding sequence) 뉴클레오타이드를 의미한다.The expression “target protein-coding nucleotide” in the context of the present invention means CDS (coding sequence) nucleotide of the protein of interest.

본 발명에서 발현하고자 하는 목적 단백질-코딩 뉴클레오타이드는 어떠한 뉴클레오타이드 서열도 포함한다. 바람직하게는, 상기 목적 단백질-코딩 뉴클레오타이드는 호르몬, 호르몬 유사체, 효소, 효소저해제, 신호전달단백질 또는 그 일부분, 항체 또는 그 일부분, 단쇄항체, 결합단백질 또는 그 결합도메인, 항원, 부착단백질, 구조단백질, 조절단백질, 독소단백질, 사이토카인, 전사인자, 혈액 응고 인자, 수용체 또는 그 일부분, 수송단백질, 백신 단백질 또는 스트렙토아비딘을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 포함한다.The desired protein-coding nucleotide to be expressed in the present invention includes any nucleotide sequence. Preferably, the target protein-coding nucleotide is a hormone, a hormone analog, an enzyme, an inhibitor, a signaling protein or a portion thereof, an antibody or a portion thereof, a short chain antibody, a binding protein or a binding domain, an antigen, an adhesion protein, a structural protein. And nucleotide sequences encoding regulatory proteins, toxin proteins, cytokines, transcription factors, blood clotting factors, receptors or portions thereof, transport proteins, vaccine proteins or streptoavidin.

상기 목적 단백질은 예를 들어 공지된 방법인 에러-프론(error-prone) PCR, 셔플링(shuffling), 올리고뉴클레오타이드-지시 돌연변이유도(oligonucleotide-directed mutagenesis), 어셈블리 PCR(assembly PCR), 성(sexual) PCR 돌연변이유도, 인 비보(in vivo) 돌연변이유도, 카세트(cassette) 돌연변이유도, 순환앙상블(recursive ensemble) 돌연변이유도, 지수(exponential) 앙상블 돌연변이유도, 사이트-특이적(site specific) 돌연변이유도, 라이게이션 리어셈블리(ligation reassembly), GSSM 및 이들 방법의 조합으로 자연 단백질(natural-occurring protein)을 변이시킨 변이 단백질일 수 있다.The target protein is, for example, known methods such as error-prone PCR, shuffling, oligonucleotide-directed mutagenesis, assembly PCR, sexual PCR mutagenesis, in vivo mutagenesis, cassette mutagenesis, recursive ensemble mutagenesis, exponential ensemble mutagenesis, site-specific mutagenesis, Ly It may be a mutant protein in which a natural-occurring protein is mutated by a combination of ligation reassembly, GSSM and a combination of these methods.

본 발명의 벡터는 전형적으로 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 벡터는 그람음성 박테리아 또는 그람양성 박테리아를 숙주세포로 하여 구축될 수 있으며, 바람직하게는 그람음성 박테리아를 숙주로 하는 것이다. 보다 바람직하게는 상기 박테리아는 에세리키아 속 박테리아이며, 보다 더 바람직하게는 에세리키아 속 박테리아는 에세리키아 콜리(Escherichia coli), 에세리키아 알베트티(Escherichia albertii), 에세리키아 블라태(Escherichia blattae), 에세리키아 페르구소니(Escherichia fergusonii), 에세리키아 헤르마니(Escherichia hermannii) 또는 에세리키아 불네리스(Escherichia vulneris)이고, 가장 바람직하게는 에세리키아 콜리이다.Vectors of the invention can typically be constructed as a vector for expression. In addition, in the present invention, the vector may be constructed using Gram-negative bacteria or Gram-positive bacteria as a host cell, and preferably Gram-negative bacteria as a host. More preferably the bacteria Escherichia genus bacteria, and more preferably, Escherichia genus bacteria Escherichia coli (Escherichia coli), Escherichia Al Vietnam Tea (Escherichia albertii), Escherichia Blige state (Escherichia blattae), Escherichia Pere old Sony (Escherichia fergusonii), Escherichia Manny Hernandez (Escherichia hermannii) Or Escherichia fire neriseu to (Escherichia vulneris), and most preferably Escherichia coli.

본 발명은 상기 서열목록 제5서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ를 포함하는 이소유제놀 유도성 발현벡터를 세포에 도입함으로써 목적단백질을 보다 효율적 및 대량으로 생산시킬 수 있다.The present invention can be produced more efficiently and in large quantities by introducing an isoeugenol inducible expression vector comprising isoeugenol inducible promoter II consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 into the cell.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 (ⅰ)-(ⅲ)의 서열은 하나의 발현벡터에 위치하거나 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ)는 제1벡터에 위치하고 (ⅲ)은 제2벡터에 위치하여 목적단백질-코딩 뉴클레오타이드의 발현의 유도가 가능하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the sequence of (i)-(iii) is located in one expression vector or (iii) and (ii) is located in the first vector and (iii) is located in the second vector. Induction of expression of the protein-coding nucleotide of interest is possible.

보다 바람직하게는, 상기 프로모터 Ⅰ의 뉴클레오타이드 서열은 서열목록 제6서열이고, 상기 프로모터 Ⅱ의 뉴클레오타이드 서열은 서열목록 제7서열이다.More preferably, the nucleotide sequence of the promoter I is SEQ ID NO: 6, the nucleotide sequence of the promoter II is SEQ ID NO: 7.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 이소유제놀 유도성 발현벡터는 발현하고자 하는 목적단백질-코딩 뉴클레오타이드 서열을 추가적으로 포함하며 상기 서열은 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ에 작동적으로 결합된다.According to a preferred embodiment of the invention, the isoeugenol inducible expression vector further comprises a protein-coding nucleotide sequence of interest to be expressed and the sequence is operably linked to the isoeugenol inducible promoter II.

본 발명의 명세서에서 이소유제놀 유도성 단백질 발현 벡터는 상기 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린 제조방법과 동일한 메커니즘으로 단백질을 발현시키는 방법을 포함하고 있으므로, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위해서, 이 둘 사이의 공통적인 요소는 그 기재를 생략한다.
Since the isoeugenol-inducible protein expression vector in the specification of the present invention includes a method for expressing a protein by the same mechanism as the method for producing vanillin bioconverted from the isoeugenol, the common content between the two is excessive in this specification. In order to avoid complexity, common elements between the two are omitted.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 이소유제놀 유도성 단백질 발현 방법을 제공한다: (a) (ⅰ) 서열목록 제4서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅰ, (ⅱ) 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 I에 작동적으로 결합된 서열목록 제2서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 전사 조절자-코딩 뉴클레오타이드 서열, (ⅲ) 서열목록 제5서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ, 및 (ⅳ) 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ에 작동적으로 결합된 목적단백질-코딩 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 벡터로 박테리아를 형질전환시키는 단계; 및 (b) 상기 형질전환 된 박테리아에 이소유제놀을 처리하여 상기 목적단백질의 발현을 유도하는 단계.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a method for isoeugenol-induced protein expression, comprising the following steps: (a) (i) an isoeugenol inducible promoter consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 I, (ii) a transcriptional regulator-coding nucleotide sequence consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, which is operably linked to the isoeugenol inducible promoter I, (iii) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 Transforming the bacterium with a vector comprising isoeugenol inducible promoter II and (iii) a protein-coding nucleotide sequence operably linked to the isoeugenol inducible promoter II; And (b) treating the transformed bacteria with isoeugenol to induce expression of the protein of interest.

본 발명에서 벡터에 포함되는 서열목록 제1서열 및 이에 상보적인 서열을 포함하고 있는 이중가닥 핵산 분자, 제2서열 및 이에 상보적인 서열을 포함하고 있는 이중가닥 핵산 분자, 서열목록 제4서열 및 이에 상보적인 서열을 포함하고 있는 이중가닥 핵산 분자 및 서열목록 제5서열 및 이에 상보적인 서열을 포함하고 있는 이중가닥 핵산 분자에는 샤인-달가르노(Shine-Dalgarno) 서열(또는 샤인-달가르노 박스)을 포함하고 있다. 상기 샤인-달가르노 서열은 원핵생물의 mRNA상에서 리보좀과 결합하는 부위를 의미하고, 일반적으로 개시코돈 AUG의 16번째 뉴클레오타이드 업스트림에 위치한다. 본 발명에서의 서열목록 제4서열에는 AGGATT의 샤인-달가르노 뉴클레오타이드 서열를 포함하고 있으며, 서열목록 제5서열에는 AGGAGA의 샤인-달가르노 뉴클레오타이드 서열을 포함하고 있다. In the present invention, a double-stranded nucleic acid molecule comprising a sequence listing first sequence included in a vector and a sequence complementary thereto, a second strand and a double-stranded nucleic acid molecule comprising a sequence complementary thereto, a sequence listing fourth sequence and The double-stranded nucleic acid molecule comprising the complementary sequence and the double-stranded nucleic acid molecule comprising the complementary sequence of the fifth sequence and the complementary sequence include a Shine-Dalgarno sequence (or a shine-dalgarno box). It is included. The shine-dalgarno sequence means a site that binds to ribosomes on prokaryotic mRNA and is generally located upstream of the 16th nucleotide of the initiation codon AUG. In the present invention, SEQ ID NO: 4 sequence includes the shine-dalgarno nucleotide sequence of AGGATT, SEQ ID NO: 5 sequence includes the shine-dalgarno nucleotide sequence of AGGAGA.

본 발명의 명세서에서 이소유제놀 유도성 단백질 발현 방법은 상기 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린 제조방법과 동일한 메커니즘으로 목적 단백질을 발현시키는 방법을 포함하고 있으므로, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위해서, 이 둘 사이의 공통적인 요소는 그 기재를 생략한다.
Since the method for expressing isoeugenol-induced protein in the specification of the present invention includes a method for expressing a target protein by the same mechanism as the method for producing vanillin bioconverted from the isoeugenol, the contents in common between the two are In order to avoid excessive complexity, common elements between the two omit the description.

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

(ⅰ) 본 발명은 이소유제놀로부터 생물전환된(biotransformed) 바닐린 제조방법, 이소유제놀 유도성 발현 벡터 및 이소유제놀 유도성 단백질 발현 방법을 제공한다.(Iii) The present invention provides a method for producing vanillin biotransformed from isoeugenol, an isoeugenol induced expression vector, and a method for isoeugenol induced protein expression.

(ⅱ) 본 발명은 기존 대장균에서 외부유전자의 발현을 위하여 쓰이는 고가의 유전자 발현 유도물질 IPTG 또는 페룰릭 산(Ferulic acid)을 필요로 하지 않으며, 이에 따라 경제적으로 저렴한 비용으로 대량의 천연바닐린을 생산할 수 있는 장점이 있다.(Ii) The present invention does not require expensive gene expression inducer IPTG or ferulic acid, which is used for the expression of external genes in E. coli, thereby producing a large amount of natural vanillin at an economically low cost. There are advantages to it.

(ⅲ) 또한, 본 발명은 원하는 특정단백질을 대량으로 생산할 수 있는 발현 컨스트럭트를 제공함으로써, 미생물을 이용하여 단백질을 대량생산하는 제약 및 식품과 같은 분야에 있어 응용이 가능하다.
(Iii) In addition, the present invention can be applied in fields such as pharmaceuticals and foods that mass-produce proteins using microorganisms by providing expression constructs capable of producing large quantities of desired specific proteins.

도 1은 본 발명에서 이용한 플라스미드 p1500의 모식도를 나타낸 모식도 이다.
도 2은 P. nitroreducens Jin1에 의하여 유제놀 및 이소유제놀로부터 바닐릭 산으로의 대사 경로 각 단계에 관여하는 유전자들을 나타낸 것이다. EhyAB, calA, calB, fcs, ech, vdh, vdhAB, aatiem은 유제놀 하이드록시라아제(eugenol hydroxylase), 코니페릴 알코올 디하드로게나아제(coniferyl alcohol dehydrogenase), 코니페릴 알데히드 디하이드로게나아제(coniferyl aldehyde dehydrogenase), 페룰로일-CoA-신세타아제(feruloyl-CoA-synthetase), 에노일-CoA-하이드라타아제/알돌라아제(enoyl-CoA-hydratase/aldolase), 바닐린 디하이드로게나아제(vanillin dehydrogenase), 바닐레이트-O-디메틸라아제(vanillate-O-demethylase), β-케토디올라아제(β-ketothiolase) 및 이소유제놀 모노옥시게나아제(isoeugenol monooxygenase)를 각각 암호화한다. 디하이드로디이소유제놀은 P. nitroreducens Jin1에 의하여 폴리머화된 이소유제놀의 다이머(dimer)이다.
도 3은 E.coli DH10B(p611A)에 의하여 이소유제놀로부터 생산된 바닐릭 산(vanillic acid)의 HPLC 추출 프로파일을 나타낸 것이다.
도 4는 각 균주에서의 유전자 영역을 표시한 모식도 이다. 패널 (A)는 P. nitroreducens Jin1에서의 55-kb 영역, 패널 (B)는 Pseudomonas sp. HR199에서의 32-kb 영역, 패널 (C)는 P. putida IE27에서의 6.9 kb 영역의 유전자 배열을들을 각각 비교한 것이다. Pseudomonas sp. HR199의 32-kb DNA 말단에서 충돌된 그레이 바(grey bar)는 이에 대응된 P. nitroreducens Jin1 영역에 대한 낮은 뉴클레오타이드 상동성을 나타낸 영역을 나타낸 것이다. trc1 * and 2*은 본 연구에서 명명된 것이다.
도 5는 P. nitroreducens Jin1의 이소유제놀 모토옥시게나아제를 발현하는 E.coli BL21(DE3)(pET-IEM)에 의하여 이소유제놀로부터 생산된 바닐린의 HPLC 추출 프로파일을 나타낸 것이다. 크로마토그램은 (A) 바닐린(authentic vanillin) 및 (B)이소유제놀을 나타낸 것이며, 생물학적 바닐린은 (C) 10분 및 (D) 2시간 동안 인큐베이션된 E.coli BL21(DE3)(pET-IEM)의 잔여 세포에 의하여 이소유제놀로부터 생산되었다.
도 6a-6b는 P. nitroreducens Jin1의 iemRiem 뉴클레오타이드 및 예측 아미노산 서열을 나타낸 것이다. iemR(아래 가닥) 및 iem(위 가닥)의 Shine-Dalgarno (S/D) 시퀀스를 박스화 하였다. 두 유전자의 번역 시작 부위는 밑줄 및 화살표로 나타내었다. 예측 프로모터 서열 및 전사 개시 부위는 -35 및 -10까지 위- 또는 밑줄을 그어 나타내고 iemR 또는 iem에 있어서 TS로 나타내었다. 번역 종결 부위는 3개의 별표로 나타내었다. iemR 및 iem의 헤어핀-유사 구조(hairpin-like structures) 다운스트림의 위치는 화살표를 삽입하여 나타내었다.
도 7a-7b는 다른 박테리아 전사 조절자와 P.nitroreducens Jin1에서의 전사 조절자 IemR 및 Iem (isoeugenol monooxygenase), 그리고 박테리아 옥시게나아제와의 상동성을 각각 나타낸 것이다. 도 6a는 Pseudomonas sp. HR199 (Accession number CAB69486) ORF 3, P. putida IE27 (Accession number BAF62887) 예상 전사 조절자, Sphingobium herbicidovorans MH (Accession number CAF32814) 전사 조절자, Acidovorax venae subsp. citrulli AAC00-1 (Accession number YP_968536) AraC/XylS 패밀리의 전사 조절자 및 Bradyrhizobium sp. HW13 cad 유전자 전사 조절자 (Accession number BAB78520)의 아미노산 서열을 iemR으로 추론된 P. nitroreducens Jin1 IemR과 정렬시킨 결과를 나타낸 것이다. 도 6b는 Pseudomonas sp. HR199 (Accession number CAB69485)의 LSD (the lignostilbene-dioxygenase)33, P. putida IE27 (Accession number BAF62888)의 Iso (isoeugenol monooxygenase)40, S. paucimobilis TMY1009 (Accession number AAC60447)의 LSD-I (lignostilbene-α,β-dioxygenase isozymes I)12, Novosphingobium aromaticivorans DSM 12444 (Accession number YP_496081)의 CRTO (carotenoid oxygenase)7Synechocytis sp. PCC 6803 (Accesion number NP_441748)의 ACO (apocarotenoid-15,15’-oxygenase)14의 아미노산 서열을 iem으로 추론된 P. nitroreducens Jin1(Jin1_Iem)의 이소유제놀 모노옥시게나아제와 정렬시킨 결과를 나타낸 것이다. 일치하는 서열은 마지막 열에 나타내었다. 갭(-)은 일렬로 정렬시키기 위하여 서열 내에 포함시켰다. 검정색 바탕에 흰색 문자들은 상동적인 아미노산 잔기를 나타낸다. 통상적인 아미노산 잔기들은 그레이 바탕에 흰색 문자로 표시하였다. 그레이 바탕에 검정색 문자들은 유사한 잔기들의 블록을 의미한다. 다소 유사한 잔기들을 밝은 그레이 배경에 검정색 문자로 표시하였다.
도 8은 P. nitroreducens Jin1 Iem 및 다른 박테리아 옥시게나아제의 덴드로그램(Dendrogram)을 나타낸 것이다. 아미노산 서열을 일렬로 정렬하고 Vector NTI9.0 프로그램을 이용하여 필로제네틱 트리(phylogenetic tree)로 이용하였다.
도 9는 P. nitroreducens Jin1에서 유제놀 및 이소유제놀 대사과정에 관여하는 대사 유전자들(ehyA, calA, calB, fcs, ech, aat, vdhiem)의 전사에 대한 리얼 타임 역전사 PCR(Real-Time reverse transcription PCR) 분석을 나타낸 결과이다. 그레이, 화이트, 블랙 및 대쉬된(dashed) 바는 P. nitroreducens Jin1의 탄소원으로 배지에 첨가된 글루코오스, 유제놀, 이소유제놀 및 바닐린을 나타낸 것이며, 에러 바는 표준 편차를 나타낸 것이다.
1 is a schematic diagram showing a schematic diagram of the plasmid p1500 used in the present invention.
Figure 2 shows genes involved in each step of the metabolic pathway from eugenol and isoeugenol to vanic acid by P. nitroreducens Jin1. EhyAB, calA, calB, fcs, ech, vdh, vdhAB, aat and iem is eugenol hydroxylauryl dehydratase (eugenol hydroxylase), a conical perylene alcohol di hard dehydrogenase kinase (coniferyl alcohol dehydrogenase), Connie perylene aldehyde dehydrogenase (coniferyl aldehyde dehydrogenase), feruloyl-CoA-synthetase, enoyl-CoA-hydratase / aldolase, vanillin dehydrogena dehydratase (vanillin dehydrogenase), banil rate - O - dimethyl la kinase (vanillate- O -demethylase), β- Kane Todi up dehydratase (β-ketothiolase) and iso eugenol mono oxide cyclooxygenase (isoeugenol monooxygenase) encrypts each. Dihydrodiisoeugenol is a dimer of isoeugenol polymerized by P. nitroreducens Jin1.
Figure 3 shows the HPLC extraction profile of vanillic acid produced from isoeugenol by E. coli DH10B (p611A).
4 is a schematic diagram showing the gene region in each strain. Panel (A) shows a 55-kb region in P. nitroreducens Jin1, and panel (B) shows Pseudomonas sp. The 32-kb region in HR199, panel (C), compares the gene sequences of the 6.9 kb region in P. putida IE27, respectively. Pseudomonas sp. Gray bars impinged at the 32-kb DNA terminus of HR199 represent regions showing low nucleotide homology to the corresponding P. nitroreducens Jin1 region. trc1 * and 2 * are named in this study.
Figure 5 shows the HPLC extraction profile of vanillin produced from isoeugenol by E. coli BL21 (DE3) (pET-IEM) expressing the isoeugenol motooxygenase of P. nitroreducens Jin1. The chromatogram shows (A) authentic vanillin and (B) isoeugenol, and biological vanillin was incubated for (C) 10 minutes and (D) E. coli BL21 (DE3) (pET-IEM). ) From isoeugenol.
Figure 6a-6b shows the nucleotide and predicted amino acid sequence iemR and iem of P. nitroreducens Jin1. a Shine-Dalgarno (S / D) sequence of iemR (bottom strand) and iem (upper strand) was screen box. The translation start sites of the two genes are indicated by underlines and arrows. Predicted promoter sequence and the transcription initiation site is up to the -35 and -10 represents the slit or underscore expressed as TS in iemR or iem. Translation termination sites are indicated by three asterisks. The location of the hairpin-like structures downstream of iem R and iem is indicated by the insertion of an arrow.
7A-7B show homology with other bacterial transcriptional regulators and transcriptional regulators IemR and Iem (isoeugenol monooxygenase) and bacterial oxygenase, respectively, in P. nitroreducens Jin1. Figure 6a is Pseudomonas sp. HR199 (Accession number CAB69486) ORF 3, P. putida IE27 (Accession number BAF62887) Expected transcriptional regulator, Sphingobium herbicidovorans MH (Accession number CAF32814) transcriptional regulator, Acidovorax venae subsp. citrulli AAC00-1 (Accession number YP_968536) Transcription regulators of the AraC / XylS family and Bradyrhizobium sp. HW13 cad gene transcription regulators shows the result of the alignment and P. nitroreducens Jin1 IemR deduced amino acid sequence of the iemR (Accession number BAB78520). 6b shows Pseudomonas sp. LSD (the lignostilbene-dioxygenase) 33 of HR199 (Accession number CAB69485) 33 , Iso (isoeugenol monooxygenase) 40 of P. putida IE27 (Accession number BAF62888), LSD-I (lignostilbene-α) of S. paucimobilis TMY1009 (Accession number AAC60447) , β-dioxygenase isozymes I) 12 , carotenoid oxygenase (CRTO) 7 and Synechocytis sp. of Novosphingobium aromaticivorans DSM 12444 (Accession number YP_496081). It shows the result of the alignment and iso eugenol mono oxide cyclooxygenase of PCC 6803 (Accesion number NP_441748) of ACO (apocarotenoid-15,15'-oxygenase) of P. nitroreducens Jin1 (Jin1_Iem) deduced the amino acid sequence of 14 to iem . Matching sequences are shown in the last column. A gap (-) was included in the sequence to align in line. White letters on a black background represent homologous amino acid residues. Typical amino acid residues are indicated in white letters on gray background. Black letters on a gray background mean blocks of similar residues. Somewhat similar residues are indicated in black letters on a light gray background.
FIG. 8 shows a dendrogram of P. nitroreducens Jin1 Iem and other bacterial oxygenases. The amino acid sequences were aligned and used as a phylogenetic tree using the Vector NTI9.0 program.
9 is P. nitroreducens of eugenol and iso-eugenol metabolic genes involved in metabolism processes in Jin1 (ehyA, calA, calB, fcs, ech, aat, vdh and iem) real-time RT-PCR (Real- for the transfer of the Time reverse transcription PCR analysis. Grey, white, black and dashed bars represent glucose, eugenol, isoeugenol and vanillin added to the medium as carbon sources of P. nitroreducens Jin1 and error bars represent standard deviations.

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

실시예Example

다른 별도의 언급이 없는 경우, 고체/고체는 (중량/중량) 부 또는 %, 고체/액체는 (중량/부피) 부 또는 %, 그리고 액체/액체는 (부피/부피) 부 또는 %이다.
Unless stated otherwise, solids / solids are (weight / weight) parts or%, solids / liquids are (weight / volume) parts or%, and liquids / liquids are (volume / volume) parts or%.

재료 및 방법Materials and methods

박테리아 균주, 플라스미드 및 배지Bacterial Strains, Plasmids and Media

본 연구에서 사용된 박테리아 균주 및 플라스미드는 표 1 및 표 2에 나타내었다. 카본 소스가 포함된 영양 브로스 또는 MSB (basal minimal medium)에서 Pseudomonas nitroreducens Jin1을 배양하였다37. LB(Luria-Bertani) 배지 또는 M9 최소배지19에서 Escherichia coli 균주를 배양하였으며, 필요한 경우 암피실린(ampicillin) 및 클로람페니콜(chloramphenicol)을 각각 50 및 12.5 ㎍/㎖로 첨가하였다.The bacterial strains and plasmids used in this study are shown in Tables 1 and 2. Pseudomonas nitroreducens Jin1 was incubated in nutrient broth or basal minimal medium containing a carbon source 37 . Escherichia coli strains were cultured in LB (Luria-Bertani) medium or M9 minimal medium 19 , and ampicillin and chloramphenicol were added at 50 and 12.5 μg / ml, respectively, if necessary.

Figure 112010008174555-pat00003
Figure 112010008174555-pat00003

Amp는 ampicillin의 약자이며, Chl는 chloramphenicol의 약자이다.
Amp stands for ampicillin and Chl stands for chloramphenicol.

Figure 112010008174555-pat00004
Figure 112010008174555-pat00004

Amp는 ampicillin의 약자이며, Chl는 chloramphenicol의 약자이다.
Amp stands for ampicillin and Chl stands for chloramphenicol.

BAC 라이브러리 제조BAC Library Fabrication

영양 브로스 배지에서 P. nitroreducens Jin1을 배양하였으며, 1% 아가로스플러그(plugs)상에 고정시킨 후, (http://www. hpa.org.uk/web/HPAwebFile/HPAweb_C/1194947324361)에 개시된 방법에 따라 용해시켰다. 지놈(genomic) DNA를 HindⅢ를 이용하여 부분적으로 절단하여 CHEF-DR Ⅱ (Bio-Rad, Richmond CA, USA) PFGE(pulsed field gel electrophoresis)를 사용하여 단편들을 분리하였다. 아가로스 겔로부터 DNA 단편(100-150 kb)을 회수한 후, HindⅢ로 절단된 pIndigoBAC53615에 클론하고 전기천공기(Eppendorf, Hamburg, Germany)를 이용하여 E. coli DH10B를 형질전환시켰다. 천백개의 클로르암페니콜(chloramphenicol) 내성 백색 콜로니를 수집하여 -70℃에 저장하였다.
P. nitroreducens Jin1 was cultured in nutrient broth medium, fixed on 1% agarose plugs, and then the method disclosed in (http://www.hpa.org.uk/web/HPAwebFile/HPAweb_C/1194947324361). Dissolved accordingly. Genomic DNA was partially cut using Hind III and fragments were separated using CHEF-DR II (Bio-Rad, Richmond CA, USA) pulsed field gel electrophoresis (PFGE). After recovering DNA fragments (100-150 kb) from agarose gels, cloned into pIndigoBAC536 15 digested with Hind III and transformed E. coli DH10B using an electroporator (Eppendorf, Hamburg, Germany). One hundred hundred chloramphenicol resistant white colonies were collected and stored at -70 ° C.

라이브러리 스크리닝 및 유전자 시퀀싱Library Screening and Gene Sequencing

P. nitroreducens Jin1 BAC 라이브러리로부터 수득한 각각의 클론을 1 ㎖ LB 배지를 포함하는 24-웰 마이크로플레이트에 접종한 후 37℃에서 200 rpm으로 하룻밤 배양하였다. 8개 웰로부터 각각의 배양물 100 ㎕을 20 ㎖의 LB 배지 및 500 의 이소유제놀이 포함된 160-㎖ 시럼(serum) 병에서 각각 넣고 30℃에서 20시간 동안 배양하였다. 박테리아 배양물을 6,000 x g에서 10분 동안 원심분리하여 회수하였으며, pH 7, 20 mM 포스페이트 버퍼로 세포들을 2회 세척하였다. OD 600 nm = 10에서 2 ㎖ MSB 배지 잔여 세포 부유물을 첨가하였으며, 50 이소유제놀을 보충한 후 30℃에서 20시간 동안 인큐베이션하였다. 1 ㎖의 에틸 아세테이트로 이소유제놀과 대사산물을 추출하였고, 기체 크로마토그래피로 분석하였다. 반응 혼합액에서 이소유제놀 전환을 나타내는 각각의 클론들을 이소유제놀 대사과정 테스트를 하였다. Qiagen Large-Construct 키트(Qiagen, Valencia, CA)를 사용하여 이소유제놀을 전환시키는 BAC p611A을 분리하였으며, Macrogen사(Seoul, Korea)에 의뢰하여 시퀀싱하였다.
Each clone obtained from the P. nitroreducens Jin1 BAC library was inoculated into 24-well microplates containing 1 ml LB medium and then incubated overnight at 37 ° C. at 200 rpm. 100 μl of each culture from 8 wells were put in 160-ml serum bottles each containing 20 ml LB medium and 500 isoeugenol and incubated at 30 ° C. for 20 hours. The bacterial cultures were recovered by centrifugation at 6,000 × g for 10 minutes and cells were washed twice with pH 7, 20 mM phosphate buffer. 2 ml MSB medium residual cell suspension was added at OD 600 nm = 10 and supplemented with 50 isoeugenol and incubated at 30 ° C. for 20 hours. Isoeugenol and metabolites were extracted with 1 ml of ethyl acetate and analyzed by gas chromatography. Individual clones showing isoeugenol conversion in the reaction mixture were tested for isoeugenol metabolism. BAC p611A converting isoeugenol was isolated using a Qiagen Large-Construct kit (Qiagen, Valencia, Calif.), And was sequenced by Macrogen (Seoul, Korea).

RNA 추출 및 cDNA 합성 RNA extraction and cDNA synthesis

전유도(pre-induction) 과정 없이 영양 브로스에서 P. nitroreducens Jin1을 배양하였다. 배양 배지에 이소유제놀, 유제놀 및 바닐린을 3 mM 최종 농도로 첨가한 후 27℃에서 200 rpm으로 인큐베이션하였다. 네거티브 대조군 배양액에는 단일 탄소원으로 7 mM 글루코오스를 포함시켰다. OD 600 ㎚=0.25를 갖는 바닐린을 포함하는 배양액을 제외하고, 최적의 세포 밀도가 OD 600 ㎚=0.45가 되었을 때 500 ㎕ 세포 배양액을 1 ㎖ of RNAprotect Bacteria Reagent(Qiagen, Valencia, CA)와 혼합시켰다. 실온에서 5분간 혼합액을 5분 동안 인큐베이션하고, RNeasy Mini 키트(Qiagen, Valencia, CA)를 사용하여 총 RNA를 추출하였다. 37℃에서 30분 동안 RQ1 RNase-Free DNase (Promega, Madison, WI)를 사용하여 RNA 샘플에 포함된 DNA를 제거하였다. 각각의 페놀/클로로포름/이소아밀(isoamyl) 알코올 용액을 같은 양 첨가하여 효소 반응을 정지시켰으며, 에탄올 첨가하여 RNA를 회수하였다. NanoDrop 분광분석기(NanoDrop Technologies, Wilmington, DE)를 사용하여 샘플내 RNA 농도를 측정하였으며, 총 RNA 샘플은 1.8 및 2.1사이에서 260/280 비율을 나타내었다. cDNA를 합성하기 위하여 50 pmol 랜덤 헥사머 프라이머(Genotech, Deajeon, Korea)와 200 U CycleScript 역전사효소(Bioneer, Deajeon, Korea)를 이용하여 500 ng RNA를 역전사시켰다. 30-㎕ 반응 혼합액에는 1 mM DTT, 0.25 mM dNTP 및 5X 반응 버퍼를 포함시켰다. Mastercycler personal(Eppendorf, Hamburg, Germany)을 이용하여 다음 조건에서 cDNA을 합성하였다: 15℃에서 30초 동안 역전사 프라이머 어닐링시키는 단계, 42℃에서 4분 동안 cDNA 합성단계, 55℃에서 RNA 주형 2차구조 변성 및 cDNA 합성하는 단계를 12 사이클, 90℃에서 5분 동안 역전사효소를 불활성화 시키는 단계.
P. nitroreducens Jin1 was cultured in nutrient broth without pre-induction. Isoeugenol, eugenol and vanillin were added to the culture medium at a final concentration of 3 mM and then incubated at 27 ° C. at 200 rpm. Negative control cultures contained 7 mM glucose as a single carbon source. Except for the culture containing vanillin with OD 600 nm = 0.25, 500 μl cell culture was mixed with 1 ml of RNAprotect Bacteria Reagent (Qiagen, Valencia, CA) when the optimal cell density reached OD 600 nm = 0.45. . The mixture was incubated for 5 minutes at room temperature for 5 minutes and total RNA was extracted using the RNeasy Mini kit (Qiagen, Valencia, CA). DNA contained in the RNA samples was removed using RQ1 RNase-Free DNase (Promega, Madison, Wis.) For 30 minutes at 37 ° C. The same amount of each phenol / chloroform / isoamyl alcohol solution was added to stop the enzymatic reaction, and ethanol was added to recover RNA. RNA concentrations in the samples were measured using a NanoDrop spectrometer (NanoDrop Technologies, Wilmington, DE), and total RNA samples showed a 260/280 ratio between 1.8 and 2.1. 500 ng RNA was reverse transcribed using 50 pmol random hexamer primers (Genotech, Deajeon, Korea) and 200 U CycleScript reverse transcriptase (Bioneer, Deajeon, Korea) to synthesize cDNA. The 30-μl reaction mixture contained 1 mM DTT, 0.25 mM dNTP, and 5X reaction buffer. CDNA was synthesized using Mastercycler personal (Eppendorf, Hamburg, Germany) under the following conditions: reverse transcription primer annealing at 15 ° C. for 30 seconds, cDNA synthesis for 4 minutes at 42 ° C., RNA template secondary structure at 55 ° C. Denaturation and cDNA synthesis step are 12 cycles, inactivating reverse transcriptase for 5 minutes at 90 ℃.

리얼-타임 역전사 PCR (Real-Time reverse transcription(RT) PCR).Real-Time reverse transcription (RT) PCR.

P. nitroreducens Jin1로부터 8개의 대사 유전자(ehyA, calA, calB, fcs, ech, vdh, iemaat) 및 예측 조절 유전자(iemR)서열을 기초로 하여 실시간 RT-PCR 프라이머를 제작되었다(표 3). cDNAs는 RNase-프리 워터로 2배 희석하였으며 리얼-타임 PCR 분석에 희석된 샘플 2 ㎕을 사용하였다. 16S rRNA 증폭을 위하여 cDNA를 추가적으로 10배 희석하였다. 각 유전자의 정방향 및 역방향 프라이머를 0.3 μM 농도로 하여 사용하였다. 2X QuantiTech SYBR 그린 마스터 믹스(Qiagen, Valencia, CA) 및 RNase-프리 워터를 총 반응 볼륨 25 ㎕로 하여 사용하였다. 사이클 조건은 다음과 같다: 95℃에서 15분 1 사이클, 94℃에서 30초, 53℃ 30초 및 72℃에서 30초 45사이클. 최종 사이클 후, 멜팅(melting) 프로토콜은 형광 모니터링을 하는 동안 53℃에서 45초간 유지, 53-95℃에서 가열 및 각 1℃ 증가된 온도에서 5초간 유지시킨다. Rotor-Gene 3000 (Corbett Research, Sydney, Australia)를 이용하여 리얼-타임 PCR을 하였고, 각 유전자에 대한 mRNA 복제 수의 상대적인 값(relative value: RV)을 다음 방정식을 이용하여 계산하였다: RV = (유전자 복제 수)/(iemR 복제 수)Real-time RT-PCR primers were prepared from P. nitroreducens Jin1 based on eight metabolic genes ( ehyA, calA, calB, fcs, ech, vdh, iem and aat ) and predictive regulatory gene ( iemR ) sequences (Table 3). . cDNAs were diluted 2-fold with RNase-free water and 2 μl diluted samples were used for real-time PCR analysis. CDNA was further diluted 10-fold for 16S rRNA amplification. The forward and reverse primers of each gene were used at 0.3 μM concentration. 2X QuantiTech SYBR Green Master Mix (Qiagen, Valencia, Calif.) And RNase-free water were used with 25 μl total reaction volume. The cycle conditions are as follows: 15 minutes 1 cycle at 95 ° C., 30 seconds at 94 ° C., 30 seconds at 53 ° C. and 30 cycles at 72 ° C., 30 seconds. After the final cycle, the melting protocol is maintained for 45 seconds at 53 ° C., heated at 53-95 ° C. and 5 seconds at each 1 ° C. increased temperature during fluorescence monitoring. Real-time PCR was performed using Rotor-Gene 3000 (Corbett Research, Sydney, Australia), and the relative value (RV) of the number of mRNA copies for each gene was calculated using the following equation: RV = ( Number of gene copies) / (number of iemR copies)

Figure 112010008174555-pat00005
Figure 112010008174555-pat00005

E. coli에서 iem(isoeugenol monooxygenase) 유전자의 서브클로닝 및 기능 분석Subcloning and Functional Analysis of the Iem (isoeugenol monooxygenase) Gene in E. coli

정방향 프라이머 5’-AAAACATATGGCGAGACTCAACCGCAAC-3’및 역방향 프라이머 5’-AAAACTCGAGTTAAGGTCTGGGTACCCAGC-3’를 이용하여 이소유제놀 모토옥시게나아제 유전자를 PCR하여 증폭하였다. 또한, 역방향 프라이머에 정지 코돈(TAA)을 추가하였다. pGEM-T 이지 벡터(Promega, Madison, WI)에 증폭된 PCR 산물을 클론하였으며, 플라스미드는 pG-IEM로 하였다. NdeI 및 XhoI으로 절단한 후 아가로스 겔-전기영동을 이용하여 pG-IEM내 iem 유전자 단편을 정제하고, pET21-a에 연결하여 pET-IEM을 제작하였으며, E. coli BL21(DE3)에 제작된 pET-IEM을 넣어 형질전환시켰다. pET-IEM내 His-tag은 역방향 프라이머 내 XhoI 서열에 앞서 있는 정지 코돈으로 인하여 iem 유전자와 융합되지 않았다. E. coli BL21(DE3)(pET-IEM)을 LB 배지에 접종하고, OD 600 nm가 0.1-0.2에 도달할 때까지 37℃에서 100 rpm으로 흔들면서 배양한 후, 20℃에서 인큐베이션하였다. OD 600 nm값이 0.4 내지 0.6에 도달했을 때 0.1 mM IPTG(Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside)를 세포 배지에 첨가하고, 20℃에서 100 rpm으로 12시간 동안 추가로 인큐베이션하였다. 10분 동안 6,000 x g로 원심분리하여 세포를 회수하고, pH 7.0, 20 mM 포스페이트 버퍼로 2회 세척하였으며, OD 600 nm = 5까지 포스페이트 버퍼(phosphate buffer)에 박테리아 팰릿(pallets)을 부유하였다. 30℃ 50-㎖ 세럼병에 2 mM 이소유제놀을 첨가한 후 3 ㎖ 세포 부유물을 200 rpm으로 흔들면서 인큐베이션하였다. 6 ㎖ 에틸 아세테이트로 혼합액을 추출하였으며, in vacuo에서 4 ㎖ 에틸 아세테이트를 건조하였다. 0.5 ㎖ 메탄올에 건조 샘플을 용해시키고, 하기와 같이 0.5 ㎖ HPLC(high performance liquid chromatography)를 이용하여 분석하였다.
The isoeugenol motooxygenase gene was PCR amplified using forward primer 5′-AAAACATATGGCGAGACTCAACCGCAAC-3 ′ and reverse primer 5′-AAAACTCGAGTTAAGGTCTGGGTACCCAGC-3 ′. In addition, stop codons (TAA) were added to the reverse primers. PCR products amplified in pGEM-T easy vectors (Promega, Madison, Wis.) were cloned and the plasmids were designated as pG-IEM. In using the electrophoretic purification of the pG-IEM in iem gene fragment, and by connecting the pET21-a was produced pET-IEM, E. coli BL21 ( DE3) - agarose gel was cut with Nde I and Xho I The prepared pET-IEM was transformed. His-tag in pET-IEM did not fuse with the iem gene due to the stop codon preceding the Xho I sequence in the reverse primer. E. coli BL21 (DE3) (pET-IEM) was inoculated in LB medium, incubated with shaking at 100 rpm at 37 ° C. until the OD 600 nm reached 0.1-0.2, and then incubated at 20 ° C. When the OD 600 nm value reached 0.4 to 0.6, 0.1 mM IPTG (Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) was added to the cell medium and further incubated at 20 ° C. at 100 rpm for 12 hours. Cells were harvested by centrifugation at 6,000 × g for 10 minutes, washed twice with pH 7.0, 20 mM phosphate buffer, and bacterial pellets suspended in phosphate buffer until OD 600 nm = 5. After addition of 2 mM isoeugenol to a 30 ° C. 50-ml serum bottle, the 3 ml cell suspension was incubated with shaking at 200 rpm. The mixture was extracted with 6 mL ethyl acetate, and 4 mL ethyl acetate was dried in vacuo . The dry sample was dissolved in 0.5 ml methanol and analyzed using 0.5 ml high performance liquid chromatography (HPLC) as follows.

iem (isoeugenol monooxygenase) 유전자의 업스트림 영역 분석Upstream Region Analysis of the IEM (isoeugenol monooxygenase) Gene

PCR을 이용하여 iem의 시작 업스트림 영역의 50-1,500 bp 유전자 영역을 조사하여 정방향 프라이머를 제작하였다. iem 유전자의 번역 정지 코돈의 150 bp 다운스트림 영역을 증폭하기 위하여 역방향 프라이머를 디자인하였다. 모든 PCR 프라이머에 BglⅡ 인식 시퀀스를 추가하였으며, 증폭된 PCR 산물을 BglⅡ로 절단하고, BamHI으로 절단된 프로보터가 없는 pKK232-8 벡터에 연결하였다22. 바닐린 대사하지 못하는 E. coli BL21(DE3)41을 본 실험의 숙주 균주로 이용하였다. 암피실린(50 ㎍/㎖)이 포함된 LB 배지에서 37℃에서 12시간 동안 200 rpm으로 흔들면서 세포를 배양하였다. 0.4% (w/v) 글루코오스가 첨가된 M9 최소 배지가 50 ㎖가 포함된 250-㎖ 플라스크에 LB에서 성장된 세포(1%)를 접종하였다. 30℃에서 12시간 동안 200 rpm으로 흔들면서 세포를 인큐베이션하고, 원심분리하여 회수하였으며, M9 배지로 2회 세척하였다. 0.4% 글루코오스가 첨가된 M9 배지 30 ㎖이 포함된 160-㎖ 세럼병으로 세포를 옮기고, OD 600 nm = 0.1에 맞추어 0.5 mM 이소유제놀, 유제놀 및 바닐린을 포함 또는 미포함시켜 인큐베이션하였다. 30℃에서 12시간 동안 200 rpm으로 흔들면서 박테리아 배양물을 인큐베이션하고, 원심분리하여 회수하였다. pH 7, 20 mM 포스페이트 버퍼로 세포를 세척하고, 동일한 버퍼에 OD 600 nm = 1.0로 현탁하고, 1 mM 글루코스 및 2 mM 이소유제놀이 포함된 15-㎖ 세럼병에 1 ㎖ 세포 부유물을 첨가하였다. 30℃에서 2시간 동안 200 rpm으로 흔들면서 부유물을 인큐베이션하고, 하기에 기술된 방법에 따라 HPLC를 이용하여 생산된 바닐린 양을 결정하기 위하여 1 ㎖ 에틸 아세테이트로 추출하였다. 기질을 첨가하지 않은 LB 배지에서 성장시킨 세포를 음성 대조군으로 사용하였으며, 모든 실험들은 3회 반복하였다.
Using PCR to investigate the 50-1,500 bp gene region of the region upstream of the start iem prepare a forward primer. Reverse primers were designed to amplify the 150 bp downstream region of the translation stop codon of the iem gene. Bgl II recognition sequences were added to all PCR primers, and the amplified PCR products were digested with Bgl II and linked to a pKK232-8 vector without a proboter digested with Bam HI 22 . E. coli BL21 (DE3) 41, which does not have vanillin metabolism, was used as the host strain in this experiment. Cells were cultured in LB medium containing ampicillin (50 μg / ml) with shaking at 200 rpm for 12 hours at 37 ° C. Cells grown in LB (1%) were seeded in 250-ml flasks containing 50 ml of M9 minimal medium with 0.4% (w / v) glucose. Cells were incubated with shaking at 200 rpm for 12 hours at 30 ° C., harvested by centrifugation, and washed twice with M9 medium. Cells were transferred to 160-ml serum bottles containing 30 ml of M9 medium with 0.4% glucose and incubated with or without 0.5 mM isoeugenol, eugenol and vanillin at OD 600 nm = 0.1. The bacterial cultures were incubated with shaking at 200 rpm for 12 hours at 30 ° C. and recovered by centrifugation. Cells were washed with pH 7, 20 mM phosphate buffer, suspended in the same buffer at OD 600 nm = 1.0 and 1 ml cell suspension was added to a 15-ml serum bottle containing 1 mM glucose and 2 mM isoyugenol. The suspension was incubated with shaking at 200 rpm for 2 hours at 30 ° C. and extracted with 1 ml ethyl acetate to determine the amount of vanillin produced using HPLC according to the method described below. Cells grown in LB medium without substrate were used as negative controls and all experiments were repeated three times.

분석 방법Analysis method

불꽃 이온화 검출기(Shimadzu, Kyoto, Japan)가 장착된 Shimadzu GC-17A 기체 크로마토그래프(gas chromatograph: GC)를 이용하여 기질 및 대사산물을 검출하였다. 에틸 아세테이트 추출물의 1 ㎕ 분주액을 가스-타이트 시린지(gas-tight syringe; Hamilton, Reno, NV)를 사용하여 GC 내로 주입하였다. GC에는 RTX-5 카필러리 콜럼(30 m, 0.32 mm 및 1.0 μm) 및 주입기가 장착되었으며, 검출기 온도는 300℃이었다. 콜럼 온도를 5분 동안 200℃에서 세팅하였으며, 15℃/분의 비율로 250℃까지 온도를 올린 다음, 50℃/분의 비율로 300℃까지 증가시키고, 2분 동안 정치시켰다. HPLC를 PDA (photodiode array) 분석기 (Varian, Walnut Creek, CA) 및 역상 C18 Spherisorb (Waters, Milford, MA ) 콜럼 (5 ㎛ 입자 크기, 4.6 mm x 25 cm)이 장착된 Varian ProStar HPLC를 사용하여 HPLC를 실시하였다. 모빌 상(mobile phase)은 0.1% 포름산이 포함된 아세토니트릴과 물로 구성되었으며, 기울기(gradient)는 다음과 같이 하였다: 0분에서 10% 아세토니트릴, 5분에서 20% 아세토니트릴, 12분에서 40% 아세토니트릴, 17분에서 90% 아세토니트릴, 및 5분간 90% 아세토니트릴에서 정치.Substrates and metabolites were detected using a Shimadzu GC-17A gas chromatograph (GC) equipped with a flame ionization detector (Shimadzu, Kyoto, Japan). A 1 μl aliquot of ethyl acetate extract was injected into the GC using a gas-tight syringe (Hamilton, Reno, NV). The GC was equipped with an RTX-5 capillary column (30 m, 0.32 mm and 1.0 μm) and an injector and the detector temperature was 300 ° C. The colum temperature was set at 200 ° C. for 5 minutes, the temperature was raised to 250 ° C. at a rate of 15 ° C./min, then increased to 300 ° C. at a rate of 50 ° C./min, and left for 2 minutes. HPLC was performed using Varian ProStar HPLC equipped with a photodiode array (PDA) analyzer (Varian, Walnut Creek, Calif.) And reversed-phase C18 Spherisorb (Waters, Milford, Mass.) Colum (5 μm particle size, 4.6 mm x 25 cm) Was carried out. The mobile phase consisted of acetonitrile with 0.1% formic acid and water, and the gradient was as follows: 0 to 10% acetonitrile, 5 to 20% acetonitrile, 12 to 40 Stand in% acetonitrile, 90% acetonitrile at 17 minutes, and 90% acetonitrile for 5 minutes.

각 샘플의 20 ㎕ 분주액을 1 ㎖/min의 유속으로 주입하였다. 270 nm에서 UV 검출을 실시하였다.
20 μl aliquots of each sample were injected at a flow rate of 1 ml / min. UV detection was performed at 270 nm.

뉴클레오타이드 서열 접근 번호Nucleotide Sequence Access Number

본 연구에 기술된 뉴클레오타이드 및 아미노산 서열 데이터는 GenBank에 접근 번호 FJ851547로 제출되었다.
The nucleotide and amino acid sequence data described in this study were submitted to GenBank under accession number FJ851547.

결과 및 검토Results and review

라이브러리 스크리닝(Library screening)Library screening

P. nitroreducens Jin1로부터 총 DNA의 BAC 라이브러리는 50-100 kb범위의 인서트 DNA를 포함하고 있으며, 1,100개의 BAC 클론을 조사한 후 이 중에서 하나의 콜론인 E.coli DH10B(p611A)가 이소유제놀을 바닐릭 산으로 전환시켰다(도 2). 그러나 클론 p611A는 유제놀을 바닐릭 산으로 전환시키지 못하였다. 또한, 이소유제놀 다이머인 디하이드로디이소유제놀은 이소유제놀과 함께 배양된 상청액에서 검출되지 않았다(도 2). 상기 화합물은 이미 P. nitroreducens Jin1로 접종한 배양 배지에서 검출된 바 있다37.The BAC library of total DNA from P. nitroreducens Jin1 contains insert DNA in the range of 50-100 kb, after which 1,100 BAC clones were examined and one colon, E. coli DH10B (p611A), replaced isoeugenol. Converted to nilic acid (FIG. 2). However, clone p611A did not convert eugenol to vanic acid. In addition, no dihydrodiisoeugenol, an isoeugenol dimer, was detected in the supernatants incubated with isoeugenol (FIG. 2). The compound has already been detected in culture medium inoculated with P. nitroreducens Jin1 37 .

ORFs(open reading frame)의 시퀀스 및 주석Sequence and annotation of open reading frames (ORFs)

BAC p611A내 인서트 DNA를 시퀀싱하였으며, 57.4 kb 콘티그(Contig) 1 및 80.5 kb 콘티그 2를 제작하였다. 콘티그 2의 약 30 kb 유전자 영역은 바닐린 중간 생성물 통하여 유제놀으로부터 프로토카테츄익 산으로의 대사에 관여하는 것으로 보고된 Pseudomonas sp. HR199에서의 30 kb 유전자 영역과 98.5% 의 서열 상동성을 나타내었다(도 4)33. 도 4은 Pseudomonas sp. HR199 (Accession No A92090) 및 P. putida IE27 (Accession No AB291707)로부터 ORFs에 대한 주석을 달기 위하여 P. nitroreducens Jin1로부터 시퀀스된 영역에서 검출된 ORFs들의 비교를 나타낸 것이다. 도 4의 결과는 Pseudomonas sp.HR199의 유제놀 대사 유전자 클러스터에서 발견된 유전자 순서 및 23개의 ORFs 전사 방향이 P. nitroreducens Jin1에서 발견된 것과 정확히 일치하였다. 그러나, Pseudomonas sp. HR199에서 ORF 1의 예측 전사 시작 부위의 1,898 뉴클레오타이드 유전자 부위 1,248 bp 업스트림은 P. nitroreducens Jin1에서 ORF 38 예측 전사 시작 부위의 2,103 뉴클레오타이드 업스트림과 45%의 뉴클레오타이드 상동성을 나타내었다(도 4). P. putida IE27이 이소유제놀 대사를 위한 iso 유전자를 포함하고 있어도, iso 주위 유전자들의 배열은 P. nitroreducens Jin1의 ORF 27과 lsd, 그리고 Pseudomonas sp. HR199의 주변 유전자들의 배열과 각각 상이하였다. Insert DNA in BAC p611A was sequenced and 57.4 kb Contig 1 and 80.5 kb Contig 2 were constructed. The contigs from about 30 kb of the gene region 2 is reported to be involved in the metabolism of the prototype catheter chyuik acid from eugenol by vanillin intermediates Pseudomonas sp. It showed 98.5% sequence homology with the 30 kb gene region in HR199 (FIG. 4) 33 . 4 is Pseudomonas sp. A comparison of ORFs detected in regions sequenced from P. nitroreducens Jin1 to annotate ORFs from HR199 (Accession No A92090) and P. putida IE27 (Accession No AB291707). The results in FIG. 4 are exactly the same as those found in P. nitroreducens Jin1 and the gene sequence found in the eugenol metabolic gene cluster of Pseudomonas sp.HR199 and 23 ORFs transcription directions. However, Pseudomonas sp. The 1,898 nucleotide gene region 1,248 bp upstream of the predicted transcription start site of ORF 1 in HR199 showed 45% nucleotide homology with 2,103 nucleotides upstream of the ORF 38 predicted transcription start site in P. nitroreducens Jin1 (FIG. 4). Although P. putida IE27 contains iso genes for isoeugenol metabolism, the array of genes surrounding iso is ORF 27 and lsd of P. nitroreducens Jin1 , and Pseudomonas sp . Each was different from the arrangement of surrounding genes of HR199.

P. putida IE27 (orf3)40에서의 바닐린 디하이드로게나아제 아미노산 서열이 P. nitroreducens Jin1에서의 바닐린 디하이드로게나아제(ORF 24)와 35.5% 아미노산 상동성을 나타내었지만, P. nitroreducens Jin1의 38 ORFs과 P. putida IE27 orf2의 아미노산 서열과는 유사성을 나타내지 않았다. BlastP 분석에서 콘티그 2에서 P. nitroreducens Jin1의 -30 kb 유전자 영역에서 발견된 ORFs 16 내지 38은 Pseudomonas sp. HR199 유제놀 대사 유전자 클러스터에서 발견된 23 ORFs에 대한 아미노산 서열과 매우 높은 아미노산 서열 상동성(83.2-100%)을 가졌다. 각 ORF로부터 번역된 단백질에 대한 유사성 값을 표 S2에 나타내었다. P. nitroreducens Jin1의 ORF 16부터 ORF 38까지 23 ORFs 중 10 개는 Pseudomonas sp. HR199에 의한 유제놀 대사에 이용된 유전자들과 상동적인 대사 유전자일 것이다. 이러한 P. nitroreducens Jin1 유전자들은 ORFs 16, 19, 22, 23, 24, 25, 30, 32, 35 및 36으로 표현되는 calA (encoding coniferyl alcohol aldehyde), calB (coniferyl aldehyde dehydrogenase), aat (β-ketothiolase), fcs (feruloyl-CoA-synthetase), vdh (vanillin dehydreogenase), ech (enoyl-CoA-hydratase/aldolase), ehyB (eugenol hydroxylase flavoprotein subunit), ehyA (eugenol hydroxylase cytochrome C subunit), vanB (vanillate-O-demethylase oxidoreductase reductase-subunit) 및 vanA (vanillate-O-demethylase oxidoreductase a-subunit)을 포함한다(도 4). ORF 27은 이소유제놀 모노옥시게나아제로 주석되었으며, 이소유제놀 대사에 관여하는 것으로 예측된다. 또한, 이러한 유전자 부위는 6개의 예측 전사 조절자인, ORF 10, 17, 18, 20, 26 및 37을 포함하였다. P. nitroreducens Jin1의 ORF 37은 P. putida WCS358 (Accession number CAB64602) 및 Pseudomonas syringae pv. tomato str. DC3000 (Accession number NP_792704)에서의 VanR 단백질과 각각 67.8% 및 66.4%의 아미노산 상동성을 보였다. 상기 ORF는 P. nitroreducens Jin1 vanAB로부터 갈라져 전사되었으며, 바닐레이트-O-디메틸라아제를 암호화하는 vanAB에 대한 전사 조절자로 예측되었다. 본 연구자들은 유제놀 및 이소유제놀의 대사에 연관된 유전자가 최종적으로 바닐린 및 P. nitroreducens Jin1에 의하여 유제놀 및 이소유제놀의 서로 다른 두개의 대사 경로에 있어 대사물들을 공유하기 위하여 가깝게 배열되어 있다고 추측하였다37. 바닐린에 대한 이소유제놀의 대사과정에 관여하는 것으로 생각한 ORFs (ORFs 26 및 27)가 P. nitroreducens Jin1의 유제놀 대사 유전자 클러스터에 위치하였다. P. putida IE27 (orf3) of vanillin in 40 dehydrogenase amino acid sequence is shown, but the vanillin dehydrogenase (ORF 24) and 35.5% amino acid homology in the P. nitroreducens Jin1, P. nitroreducens Jin1 38 ORFs of And P. putida IE27 orf2 showed no similarity with amino acid sequence. ORFs 16 to 38 found in the -30 kb gene region of P. nitroreducens Jin1 in Contig 2 in BlastP assay were identified as Pseudomonas sp. It had very high amino acid sequence homology (83.2-100%) with the amino acid sequence for 23 ORFs found in the HR199 Eugenol metabolic gene cluster. Similarity values for the proteins translated from each ORF are shown in Table S2. Ten of 23 ORFs from ORF 16 to ORF 38 of P. nitroreducens Jin1 were identified as Pseudomonas sp. It may be a metabolic gene homologous to the genes used for eugenol metabolism by HR199. These P. nitroreducens Jin1 genes are encoded coniferyl alcohol aldehydes ( calA ), coniferyl aldehyde dehydrogenase ( calB ), aat (β-ketothiolase) represented by ORFs 16, 19, 22, 23, 24, 25, 30, 32, 35, and 36. ), fcs (feruloyl-CoA-synthetase), vdh (vanillin dehydreogenase), ech (enoyl-CoA-hydratase / aldolase), ehyB (eugenol hydroxylase flavoprotein subunit), ehyA (eugenol hydroxylase cytochrome C subunit), vanB (vanillate- O -demethylase oxidoreductase reductase-subunit) and vanA (vanillate- O -demethylase oxidoreductase a-subunit) (FIG. 4). ORF 27 has been annotated with isoeugenol monooxygenase and is predicted to be involved in isoeugenol metabolism. In addition, these gene regions included ORF 10, 17, 18, 20, 26 and 37, six predictive transcriptional regulators. ORF 37 of P. nitroreducens Jin1 was expressed in P. putida WCS358 (Accession number CAB64602) and Pseudomonas syringae pv. tomato str. Amino acid homology of 67.8% and 66.4% with VanR protein in DC3000 (Accession number NP_792704), respectively. The ORF was cleaved and transcribed from P. nitroreducens Jin1 vanAB and predicted as a transcriptional regulator for vanAB , which encodes vanylate - O -dimethylase. We found that genes involved in the metabolism of eugenol and isoeugenol were closely arranged to share metabolites in two different metabolic pathways of eugenol and isoeugenol, finally by vanillin and P. nitroreducens Jin1. Estimated 37 . ORFs (ORFs 26 and 27), thought to be involved in the metabolism of isoeugenol to vanillin, were located in the eugenol metabolic gene cluster of P. nitroreducens Jin1.

또한, 콘티그 2는 두 개의 인테그라아제(integrase; ORFs 2 및 4에 암호화된)를 포함하였으며, P. nitroreducens Jin1에 의한 유제놀 대사과정에 관여하는 상기 클러스터의 다운스트림에 위치하였다. ORF 2 아미노산은 P. putida GB-1 (Accession number YP_001671010), Pseudomonas syringae pv. tomato str. DC3000 (Accession number NP_794482) 및 Marinomonas sp. MWYL1 (Accession number YP_001343052)의 파지(phage) 인테그라아제에 대하여 각각 38.8%, 37.7% 및 35.0%의 상동성을 나타내었다. 이와 유사하게, ORF 4 아미노산이 P. putida GB-1 (Accession number YP_001671012), P. syringae pv. tomato str. DC3000 (Accession number NP_794484) 및 Marinomonas sp. MWYL1 (Accession number YP_001343050)의 파지 인테그라아제에 대하여 각각 33.3%, 33.0% 및 37.3%의 상동성을 나타내었다. ORF 2 및 ORF 4 간에 현저한 아미노선 서열 상동성은 없었다. P. nitroreducens Jin1 및 HR199에서 발견된 30 kb 유제놀 대사 유전자 영역들은 매우 높은 뉴클레오타이드 서열 상동성(98.5%)을 나타낸 반면, HR199의 32 kb 영역으로부터의 1.9 kb 영역은 낮은 상동성(45%)을 나타내었으며, 지놈(genomic) DNA에 위치하였다25. 선행 문헌에 기술된 방법34에 따라, Pseudomonas sp. HR199의 부분적인 16S rDNA 유전자를 증폭하여 서열화하였다. PHYDIT 프로그램 분석6을 기초로 하여, HR199 균주로부터의 부분적인 16S rDNA의 뉴클레오타이드 서열은 Pseudomonas nitroreducens (ATCC 33634) 균주와 99.23%(10/1307) 상동성으로 최고로 매치되었으며, 그 다음 P. nitroreducens Jin1 (Accession Number EF534986)과 98.92% 상동성(15/1392)으로 매치되었다. 이러한 결과는 지리학적으로 다른 지역에서 독립적으로 분리된 박테리아가 식물유래 페닐프로파노이드 화합물 유제놀 및 이소유제놀의 대사에 있어서 거의 유사한 DNA 클러스터를 포함하고 있다는 것을 의미한다. 그러나, 한국 논 토양 및 독일 토양으로부터 분리된 P. nitroreducens Jin1과 Pseudomonas sp. HR199에서의 매우 상동적이고 큰 유전자 영역은 지리적으로 다른 지역에서 분리된 이러한 미생물들의 측면 유전자 이동에 의하여 유전자 영역을 수득한 것이라고 제시한다. 미생물 종간에 유전자 수평이동은 원핵생물의 진화 및 적응에 있어 중추적인 역할을 하는 것으로 나타났다17,32. 이러한 현상은 플라스미드, ICE (integrative and conjugative elements), 트랜스포존, IS (insertion sequences) 및 상동 재조합을 포함하는 MGE (mobile genetic elements)을 통하여 발생하는 것으로 나타났다17,32. 최근에, Gaillard10 등은 GEI (genomic island) 및 intB13 (integrase gene) 및 왼쪽과 오른쪽 끝(attLattR)에서 tRNAGly의 상동적인 18 bp 서열28을 포함하는 > 100 kb DNA 단편상에서 Pseudomonas sp. B13 균주 clc 구성 요소와 3- 및 4-클로로카테콜을 대사할 수 있는 몇 개의 박테리아의 clc 구성 요소를 비교하였다. 놀랍게도, Pseudomonas sp. B13 균주 clc 구성 요소가 2개의 분리된 영역을 제외하고 Burkholderia xenovorans LB400에서 발견된 염색체 부위의 총 길이에 걸쳐 100% 상동성을 나타내었다10. 본 연구에서, ORFs 2 및 4에 의하여 암호화되는 2개의 인테그라아제(integrases)는 Pseudomonas sp. B13 균주에서 발견된 인테그라아제 유전자 서열과 유사하지 않았으며, attLattR의 측면에 위치하고 있지 아니하였다. 그러므로, P. nitroreducens Jin1 및 Pseudomonas HR199에서 발견된 유제놀 대사 유전자 영역이 거의 상동적인 반면, 이러한 것이 어떻게 서로 다른 미생물에서 이동하고 연결되는지 아직까지 알려져 있지 않고 있다. 이러한 매커니즘을 이해하는 것은 추가적으로 연구해야만 한다.
Contig 2 also contained two integrases (encoded in ORFs 2 and 4) and was located downstream of the cluster involved in eugenol metabolism by P. nitroreducens Jin1. ORF 2 amino acids are P. putida GB-1 (Accession number YP_001671010), Pseudomonas syringae pv. tomato str. DC3000 (Accession number NP — 794482) and Marinomonas sp. Homologous phage integrase of MWYL1 (Accession number YP_001343052) showed 38.8%, 37.7% and 35.0% homology, respectively. Similarly, the ORF 4 amino acid is P. putida GB-1 (Accession number YP_001671012), P. syringae pv. tomato str. DC3000 (Accession number NP — 794484) and Marinomonas sp. The homology of 33.3%, 33.0% and 37.3% was shown for phage integrase of MWYL1 (Accession number YP_001343050), respectively. There was no significant amino acid sequence homology between ORF 2 and ORF 4. The 30 kb eugenol metabolic gene regions found in P. nitroreducens Jin1 and HR199 showed very high nucleotide sequence homology (98.5%), while the 1.9 kb region from the HR 199 32 kb region showed low homology (45%). And located in genomic DNA 25 . According to Method 34 described in the prior art, Pseudomonas sp. Partial 16S rDNA gene of HR199 was amplified and sequenced. Based on PHYDIT program analysis 6 , the nucleotide sequence of partial 16S rDNA from HR199 strain was best matched with Pseudomonas nitroreducens (ATCC 33634) strain with 99.23% (10/1307) homology, followed by P. nitroreducens Jin1 ( Accession Number EF534986) and 98.92% homology (15/1392). These results indicate that bacteria isolated geographically from different regions contain almost similar DNA clusters in the metabolism of the plant-derived phenylpropanoid compounds eugenol and isoeugenol. However, P. nitroreducens Jin1 and Pseudomonas sp. A very homologous and large genetic region in HR199 suggests that the genetic region has been obtained by lateral gene transfer of these microorganisms isolated from different geographical regions. Gene horizontal transfer between microbial species has been shown to play a pivotal role in the evolution and adaptation of prokaryotes 17,32 . This phenomenon has been shown to occur through mobile genetic elements (MGE) including plasmids, integral and conjugative elements (ICE), transposons, insertion sequences (IS) and homologous recombination 17,32 . Recently, Gaillard 10 et al. Described Pseudomonas sp. On> 100 kb DNA fragments containing homologous 18 bp sequence 28 of tRNA Gly at genomic islands (GEI) and intB13 (integrase genes) and at the left and right ends ( attL and attR ). The clc component of the B13 strain was compared with the clc component of several bacteria capable of metabolizing 3- and 4- chlorocatechol . Surprisingly, Pseudomonas sp. The B13 strain clc component showed 100% homology over the total length of chromosomal sites found in Burkholderia xenovorans LB400 except for two separate regions 10 . In this study, two integrases encoded by ORFs 2 and 4 were identified as Pseudomonas sp. It was not similar to the integrase gene sequence found in the B13 strain and was not flanked by attL and attR . Therefore, while the eugenol metabolic gene regions found in P. nitroreducens Jin1 and Pseudomonas HR199 are almost homologous, it is not yet known how these migrate and connect in different microorganisms. Understanding these mechanisms requires further study.

P. nitroreducens Jin1 ORFs 26 및 27.P. nitroreducens Jin1 ORFs 26 and 27.

P. nitroreducens Jin1의 ORF 27는 Pseudomonas sp. HR19933 리그노스틸벤 디옥시게나아제(lignostilbene dioxygenase) 및 P. putida IE27 (Accession number BAF62888)40 Iso의 아미노산 서열과 각각 97.9% 및 81.4%의 상동성을 나타내었다. BAC p611A를 포함하는 E. coli DH10B가 이소유제놀을 바닐린으로 전환시키는 것으로 분석되었다. 이러한 결과는 ORF 27이 iem (isoeugenol monooxygenase)이라는 것을 의미하였다. iem의 활성은 E. coli BL21(DE3)에서 T7 프로모터를 조절하여 ORF 27의 이종 발현을 통하여 추가적으로 확인되었으며, 이소유제놀로부터 바닐린을 생산하는 것으로 나타났다(도 5). iemRiem 유전자들은 각각 951과 1437 뉴클레오타이드로 구성되어 있으며, iem 유전자는 P. nitroreducens Jin1에서 단일 카피로 존재하였다. iemRiem 아미노산으로부터 예측된 단백질 크기는 각각 34.5 kDa 및 54.4 kDa이었다. ORF 27 of P. nitroreducens Jin1 was identified as Pseudomonas sp. HR199 33 amino acid sequence of lignostilbene dioxygenase and P. putida IE27 (Accession number BAF62888) 40 Iso, respectively The homology was 97.9% and 81.4%. E. coli DH10B with BAC p611A was analyzed to convert isoeugenol to vanillin. These results meant that the ORF 27 iem (isoeugenol monooxygenase). The activity of iem was further confirmed through heterologous expression of ORF 27 by regulating the T7 promoter in E. coli BL21 (DE3), producing vanillin from isoeugenol (FIG. 5). iemR and iem genes consists of 951 and 1437 nucleotides, respectively, iem gene was present in a single copy in P. nitroreducens Jin1. and the iemR iem The protein sizes predicted from the amino acids were 34.5 kDa and 54.4 kDa, respectively.

iemR을 포함하는 P. nitroreducens Jin1의 이소유제놀 모노옥시게나아제 유전자 영역 업스트림이 iem 유전자 발현에 관여하는지를 결정하기 위하여, 번역 개시코돈의 -1500, -502, -200, -100 및 -50 bp 업스트림과 iem 유전자의 구조적 영역을 포함하는 5개 플라스미드는 프로모터가 없는 pKK232-8 플라스미드를 이용하여 제조되었다. p1500 플라스미드는 iemR의 모든 코딩 영역을 포함하였다(표 4). 이소유제놀로부터 1 mM 바닐린을 생산하는 가장 높은 Iem 활성이 글루코오스 및 이소유제놀과 함께 배양된 p1500 플라스미드를 포함하고 있는 잔존하는 세포에서 관찰되었다(표 4). iem 업스트립 영역의 단편을 포함하는 다른 플라스미드는 Iem 활성을 나타내지 않았다. 글루코오스와 유제놀 또는 글로코오스와 바닐린이 포함된 최소배지, 또는 LB 배지에서 배양된 세포들은 글루코오스와 이소유제놀이 포함된 최소배지에서 성장한 세포의 활성의 약 14%, 14% 및 4% 활성을 나타내었다(표 4). 본 연구의 결과에서 IemRiem 유전자를 유도하는 전사 조절자임을 알 수 있었다. iemR isopropyl emulsion of P. nitroreducens Jin1 containing play mono oxide cyclooxygenase gene upstream region is to determine whether the gene expression involved in iem, -1500, -502, -200, -100 and -50 bp upstream of the translation initiation codon Five plasmids containing the structural regions of the and iem genes were prepared using a promoter-free pKK232-8 plasmid. The p1500 plasmid included all coding regions of iemR (Table 4). The highest Iem activity producing 1 mM vanillin from isoeugenol was observed in the remaining cells containing the p1500 plasmid incubated with glucose and isoeugenol (Table 4). iem and Other plasmids containing fragments of the upstrip region did not show Iem activity. Cells cultured in minimal medium containing glucose and eugenol or glocose and vanillin, or LB medium, exhibited about 14%, 14% and 4% activity of cells grown in minimal medium containing glucose and isoeugenol (Table 4). The IemR the results of the present study was found to induce transcription atom iem gene.

Figure 112010008174555-pat00006
Figure 112010008174555-pat00006

a플라스미드명은 Plasmid name indicates number of nucleotides of upstream region of iemgene inserted into a 플라스미드 pKK232-8에 삽인된 iem 유전자 업스트림 영역의 뉴클레오타이드 수를 나타낸 것이다. a plasmid thought illustrates the number of nucleotides of Plasmid name indicates number of nucleotides of upstream region of iemgene inserted into a region upstream of the gene iem sapin the plasmid pKK232-8.

b값은 3회 실험의 평균 ± 표준 편차를 의미한다. The b value represents the mean ± standard deviation of three experiments.

c 검출할 수 없는 바닐린의 양. c The amount of vanillin not detectable.

iemRiem는 각각 추정 전사 조절자(ORF 26) 및 이소유제놀 모노옥시게나아제(ORF 27) 유전자를 의미한다.
iemR and iem are each estimated transfer Adjuster (ORF 26) and iso eugenol mono oxide cyclooxygenase (ORF 27) refers to the gene.

iem의 전사 조절인자iem's transcription modulator

iem의 1500 bp 업스트림부터 163 bp 다운스트림까지 3.1 kb 뉴클레오타이드 서열을 도 6a-6b에 나타내었다. iem의 업스트림에 위치하는 951 bp iemRiem으로부터 파생되어 전사된다. 6개 뉴클레오타이드 거리에 있는 Shine-Dalgarno 서열(AGGATT) 및 전사 개시코돈의 예측된 전사 개시 부위 99 bp 업스트림에 의하여 -175 뉴클레오타이드 위치에서 iemR의 전사 개시코돈(ATG)은 진행된다. 예측된 프로모터 서열(TTGCCG-N7-GTTTATGTT)은 전사 개시 부위의 10 뉴클레오타이드 업스트림에 위치하였다(도 6a). iem 전사 개시 코돈(ATG)은 +1에 위치하였으며, 8개 뉴클레오타이드 거리에 있는 Shine-Dalgarno 서열(AGGAGA) 및 전사 개시코돈의 예측된 전사 개시 부위 48 bp 업스트림에 위치하는 전사 개시 부위에 의하여 진행된다. iem 프로모터 서열(ATGAAA-N14-AACATAAAC)은 전사 개시 부위의 8 뉴클레오타이드 업스트림에 위치하였다(도 6a). iemRiem에 대한 전사 종결 서열은 삽입된 반복 서열로 표현되며, 각 유전자의 종결 코돈의 15 및 26 bp 다운스트림에 각각 위치한다(도 6a-6b).3.1 kb nucleotide sequences from 1500 bp upstream to 163 bp downstream of iem are shown in FIGS. 6A-6B. 951 bp which is located upstream of iemR iem is transferred is derived from iem. The transcription initiation codon (ATG) of iemR is advanced at the -175 nucleotide position by the Shine-Dalgarno sequence (AGGATT) at six nucleotides distance and 99 bp upstream of the predicted transcription initiation site of the transcription initiation codon. The predicted promoter sequence (TTGCCG-N 7 -GTTTATGTT) was located 10 nucleotides upstream of the transcription initiation site (FIG. 6A). The iem transcription initiation codon (ATG) is located at +1 and is advanced by the Shine-Dalgarno sequence (AGGAGA) at 8 nucleotides distance and the transcription initiation site located 48 bp upstream of the predicted transcription initiation site of the transcription initiation codon. . The iem promoter sequence (ATGAAA-N 14 -AACATAAAC) was located 8 nucleotides upstream of the transcription initiation site (FIG. 6A). a transcription termination sequence for iemR iem and is represented by the inserted repeat sequence will be positioned at 15 and 26 bp down stream of the termination codon of each gene (Figure 6a-6b).

BlastP 분석에 의하여 밝혀낸 IemR 및 5개 다른 박테리아 전사 조절자의 아미노산 서열의 정열은 도 7a에 나타내었다. iemR 유전자의 아미노산 서열은 Pseudomonas sp. HR199 (Accession number CAB69486) ORF 3, P. putida IE27 (Accession number BAF62887) 예상 전사 조절자, Sphingobium herbicidovorans MH (Accession number CAF32814) 전사 조절자, Acidovorax venae subsp. citrulli AAC00-1 (Accession number YP_968536) AraC/XylS 패밀리의 전사 조절자 및 Bradyrhizobium sp. HW13 cad 유전자 전사 조절자 (Accession number BAB78520)의 아미노산 서열과 각각 97.5%, 46.6%, 26.5%, 26.3% 및 22.4% 상동성을 나타내었다. 전사 조절자 AraC/XylS 패밀리는 일반적으로 화학적 이펙터들(effectors) 존재하에서 활성자로 역할을 한다. 전사 인자의 패밀리의 N-터미날 부분은 변화가 가능하여 다양한 유도인자들과 결합하는 반면, C-터이말 부분은 DNA-결합을 매개하는 helix-turn helix 모티프를 포함한다16,29,36. helix-turn helix 예측 툴10에서는 IemR 및 다른 조절자들이 정렬된 아미노산 서열의 236부터 257까지 helix-turn-helix 모티프를 포함하는 것으로 나타내었다(도 7b). 또한, P. nitroreducens Jin1 IemR(229-313 뉴클레오타이드)의 C-터미날 서열은 P. putida IE27, S. herbicidovorans MH, A. venae subsp. citrulli AAC00-1 및 Bradyrhizobium sp. HW13 전사 조절자의 아미노산 서열과 각각 54.7%, 43.5%, 34.1% 및 41.4%의 상동성을 나타내었다. Alignment of the amino acid sequence of IemR and five other bacterial transcriptional regulators revealed by BlastP analysis is shown in FIG. 7A. The amino acid sequence of the iemR gene is Pseudomonas sp. HR199 (Accession number CAB69486) ORF 3, P. putida IE27 (Accession number BAF62887) Expected transcriptional regulator, Sphingobium herbicidovorans MH (Accession number CAF32814) transcriptional regulator, Acidovorax venae subsp. citrulli AAC00-1 (Accession number YP_968536) Transcription regulators of the AraC / XylS family and Bradyrhizobium sp. The amino acid sequence of the HW13 cad gene transcription regulator (Accession number BAB78520) was 97.5%, 46.6%, 26.5%, 26.3% and 22.4% homology, respectively. The transcriptional regulator AraC / XylS family generally acts as an activator in the presence of chemical effectors. The N-terminal portion of the family of transcription factors is changeable and binds to a variety of inducers, while the C-terminal portion contains helix-turn helix motifs that mediate DNA-binding 16,29,36 . The helix-turn helix prediction tool 10 indicated that IemR and other modulators contained helix-turn-helix motifs from 236 to 257 of the aligned amino acid sequence (FIG. 7B). In addition, the C-terminal sequence of P. nitroreducens Jin1 IemR (229-313 nucleotides) is described in P. putida IE27, S. herbicidovorans MH, A. venae subsp. citrulli AAC00-1 and Bradyrhizobium sp. The amino acid sequence of the HW13 transcriptional regulator showed 54.7%, 43.5%, 34.1% and 41.4% homology, respectively.

본 연구자들은 유제놀, 이소유제놀 및 바닐린과 함께 프리인큐베이션(preincubated)된 P. nitroreducens Jin1 균주가 프리인큐베이션 없이 성장된 세포보다 탄소 및 에너지원으로서 이소유제놀이 포함된 최소 배지에서 더 빠르게 성장하였다고 보고하였다37. 본 연구에서, Iem은 iemRiem을 포함하는 E. coli에 의하여 잘 발현이 되었으며, iem의 발현은 유제놀, 이소유제놀 및 바닐린에 의하여 유도되었다. 이와 대조적으로, P. putida IE27에서는 바닐린-유도 활성이 유제놀과 바닐린에 의하여 유도되지 않았다37. 이러한 결과는 P. nitroreducens Jin1에서의 IemR과 IE27 균주에서의 orf 1이 바닐린과 유제놀 유도자들에 대하여 분별적으로 반응한다는 것을 의미한다.
We report that P. nitroreducens Jin1 strains preincubated with eugenol, isoeugenol and vanillin grew faster in minimal media containing isoeugenol as a carbon and energy source than cells grown without preincubation. 37 . In this study, Iem was well expressed by E. coli containing iemR and iem, iem expression was induced by eugenol, iso-eugenol and vanillin. In contrast, vanillin-induced activity was not induced by eugenol and vanillin in P. putida IE27 37 . These results indicate that IemR in P. nitroreducens Jin1 and orf 1 in IE27 strains responded to vanillin and eugenol inducers differentially.

P. nitroreducens Jin1 Iem과 다른 옥시게나아제와의 관계Relationship between P. nitroreducens Jin1 Iem and other oxygenases

P. nitroreducens Jin1 iem의 뉴클레오타이드 서열을 다양한 박테리아 옥시게나아제의 뉴클레오타이드 서열과 비교하였다. 도 3에서의 BlastN 결과에서, iemPseudomonas sp. HR199 (Accession number A92110)의 lsd (lignostilbene dioxygenase)유전자, P. putida IE27 (Accession number AB291707)의 iso(isoeugenol monooxygenase) 유전자 및 S. paucimobilis TMY1009 (Accession number S65040)의 lsd (lignostilbene-α,β-dioxygenase isozymes I) 유전자와 각각 98.6, 70.6 및 53.5 뉴클레오타이드 상동성을 나타내었다. P. nitroreducens Jin1 the nucleotide sequence of iem was compared with the nucleotide sequence of various bacteria oxide cyclooxygenase. In BlastN results in Figure 3, iem the Pseudomonas sp. Lsd of lsd (lignostilbene dioxygenase) gene, P. putida IE27 iso (isoeugenol monooxygenase ) gene and the S. paucimobilis TMY1009 (Accession number S65040) of (Accession number AB291707) of HR199 (Accession number A92110) (lignostilbene -α, β-dioxygenase isozymes I) gene and 98.6, 70.6 and 53.5 nucleotide homology, respectively.

5개의 박테리아 옥시게나아제의 아미노산 서열과 P. nitroreducens Jin1의 Iem 아미노산 서열을 비교하였다(도 7b). Iem 아미노산 서열은 Pseudomonas sp. HR199 (Accession number CAB69485)의 LSD (the lignostilbene-dioxygenase)33, P. putida IE27 (Accession number BAF62888)의 Iso (isoeugenol monooxygenase)40, S. paucimobilis TMY1009 (Accession number AAC60447)의 LSD-I (lignostilbene-α,β-dioxygenase isozymes I)12, Novosphingobium aromaticivorans DSM 12444 (Accession number YP_496081)의 CRTO (carotenoid oxygenase)7Synechocytis sp. PCC 6803 (Accesion number NP_441748)의 ACO (apocarotenoid-15,15’-oxygenase)14 아미노산 서열과 각각 97.9, 81.4, 41.8 및 39.2의 상동성을 나타내었다. P. putida IE27의 Iso는 활성에 있어서 NADH 또는 금속 이온을 필요로 하지 않는다40. 이와 유사하게도, P. nitroreducens Jin1로부터 정제된 Iem이 호기성 조건하에서 이소유제놀로부터 바닐린으로 전환시키는 활성을 나타내기 위하여 NADH 또는 외부에서 첨가된 금속을 필요로 하지 않았다. 이와는 반대로, 디옥시젠(dioxygen) 활성을 위하여 lsd 및 ACO은 철 금속 이온을 필요로 하는 것으로 나타났다12,14. 최근, ACO의 크리스탈 구조에서 183, 238, 304 및 484 위치에서의 4개의 히스티딘 잔기가 Fe2+의 네 개의 리간드와 결합하는 것으로 알려졌다. 흥미롭게도, 이러한 4개의 히스티딘 잔기는 일렬로 정렬된 박테리아 옥시게나아제에서 보존된다(도 7b 화살표로 나타냄). 또한, 상기 6개 박테리아 옥시게나아제의 필로제네틱 트리(phylogenetic tree)는 두 개의 그룹으로 나뉜다(도 8). 향후 Iem에 대한 구조적 연구는 산소 원자가 어떻게 NADH 및 금속 보조인자의 도움 없이 이소유제놀로 결합되는지 규명하는 것이 유용할 것이다.
The amino acid sequence of five bacterial oxygenases and the Iem amino acid sequence of P. nitroreducens Jin1 were compared (FIG. 7B). Iem amino acid sequence is Pseudomonas sp. LSD (the lignostilbene-dioxygenase) 33 of HR199 (Accession number CAB69485) 33 , Iso (isoeugenol monooxygenase) 40 of P. putida IE27 (Accession number BAF62888), LSD-I (lignostilbene-α) of S. paucimobilis TMY1009 (Accession number AAC60447) , β-dioxygenase isozymes I) 12 , carotenoid oxygenase (CRTO) 7 and Synechocytis sp. of Novosphingobium aromaticivorans DSM 12444 (Accession number YP_496081). The amino acid sequence of the acocarotenoid-15,15'-oxygenase (ACO) 14 amino acid sequence of PCC 6803 (Accesion number NP_441748) was 97.9, 81.4, 41.8 and 39.2, respectively. Iso of P. putida IE27 does not require NADH or metal ions for its activity 40 . Similarly, Iem purified from P. nitroreducens Jin1 did not require NADH or externally added metals to exhibit the activity of converting isoeugenol to vanillin under aerobic conditions. In contrast, lsd for dioxygen activity And ACO have been shown to require iron metal ions 12,14 . Recently, four histidine residues at positions 183, 238, 304 and 484 in the crystal structure of ACO have been known to bind four ligands of Fe 2+ . Interestingly, these four histidine residues are conserved in lined bacterial oxygenase (indicated by the arrow in FIG. 7B). In addition, the phylogenetic tree of the six bacterial oxygenases is divided into two groups (FIG. 8). Future structural studies of Iem will find it useful to determine how oxygen atoms bind to isoeugenol without the help of NADH and metal cofactors.

다른 탄소원하에서 성장된 세포에서의 P. nitroreducens Jin1 유전자들 유도Induction of P. nitroreducens Jin1 genes in cells grown under different carbon sources

유제놀로부터 바닐릭 산으로의 대사과정과 관련된 6개의 유전자(ehyA, calA, calB, fcs, echvdh) 및 이소유제놀로부터 바닐린으로의 대사과정과 관련된 두 개의 유전자(iemRiem) 및 페룰릭으로부터 바닐릴-CoA로의 부 대사과정과 관련된 단일 유전자(aat)의 유도 패턴에서 탄소원의 영향을 조사하기 위하여 리얼 타임 RT-PCR(real-time reverse transcription PCR)을 사용하였다. RT-PCR 값은 iemR 유전자의 카피수로 표준화하였다. 도 9에서 유제놀에 의하여 유도된 7개 유전자의 상대적인 값이 테스트된 샘플 중 iem을 제외하고 가장 높게 나타났다. P. nitroreducens Jin1에서 ehyA, calA, calB, fcs, ech, vdhaat 유전자들이 이소유제놀, 바닐린 또는 글루코오스보다 유제놀에 의하여 보다 강하게 유도되었다. 페룰로일-CoA(feruloyl-CoA)를 바닐린으로 전환시키는 효소를 암호화하는 ech는 다른 유전자보다 더 많이 유도되었다. 또한, 유제놀은 ehyA, calA, calB, fcs, aatvdh의 유도 발현만큼의 iem 발현을 유도하였다. 그리고, 이소유제놀은 iem, calA (코니페릴 알코올을 코니페릴 알데히드로 대사하는 과정에 관여하는) 및 ech 발현을 유도하였다. 그러나, 유제놀과 달리, 이소유제놀은 ehyA, calB, fcs, aatvdh 유전자 발현을 유도하지 않았다. 또한, 바닐린은 모든 유전자의 전사를 낮은 수준으로 유도하였으며, 유도 패턴은 유제놀이 유도자인 경우에 확인된 것과 유사하였다. 글루코오스는 echiemR을 제외하고 테스트한 대부분의 유전자 발현을 유도시키지 않았다. 글루코오스, 이소유제놀, 유제놀 및 바닐린이 포함되었때의 조절 iemR의 mRNA 카피 수는 각각 156, 158, 116, 및 375인 반면, 다른 유전자의 유도와 비교하여 상대적으로 유도되지 못하였다. 이러한 결과는 iemRP. nitroreducens Jin1에서 구조적으로 낮은 수준으로 전사되고 iem의 전사가 이소유제놀 존재하에 증가됨을 의미한다. 이러한 양상은 Bradyrhizobium japonicum USDA 110에서의 nodD 유전자 유도와 유사하다3. 6 genes (ehyA, calA, calB, fcs , ech and vdh) and two genes related to the metabolism of the vanillin from the iso eugenol (iemR and iem) and ferrule associated with the metabolic processes of the bar nilrik acid from eugenol Real-time reverse transcription PCR (RT-PCR) was used to investigate the effect of carbon sources on the pattern of induction of single genes ( aat ) associated with secondary metabolism from Rick to vanillyl-CoA. RT-PCR values were normalized to copy number of iemR gene. In FIG. 9, the relative values of the seven genes induced by eugenol were the highest except for iem among the tested samples. In P. nitroreducens Jin1, ehyA, calA, calB, fcs, ech, vdh and aat genes were more strongly induced by eugenol than isoeugenol, vanillin or glucose. Ech coding for the enzymes that convert an -CoA (feruloyl-CoA) to vanillin by a ferrule has been induced more than the other gene. Further, the eugenol has led to the expression of iem by inducing expression of ehyA, calA, calB, fcs, aat and vdh. And, iso eugenol was induced (which is involved in the process of metabolism of alcohol in Coney perylene Coney perylene aldehyde) iem, and ech calA expression. However, unlike eugenol , isoeugenol did not induce ehyA, calB, fcs, aat and vdh gene expression. In addition, vanillin induced low levels of transcription of all genes, and the induction pattern was similar to that found for eugenol inducers. Glucose did not induce most of the gene expression tested except for ech and iemR . The mRNA copy numbers of regulatory iemRs when glucose, isoeugenol, eugenol and vanillin were included were 156, 158, 116, and 375, respectively, but were relatively uninduced compared to the induction of other genes. These results are transferred to the structural iemR low level in P. nitroreducens Jin1 means is increased under the transcription of iem iso eugenol present. This pattern is similar to nodD gene induction in Bradyrhizobium japonicum USDA 110 3 .

vdh에 의해 암호화된 바닐린 디하이드로게나아제(vanillin dehydrogenase)는 Pseudomonas sp. HR199에서 바닐린을 바닐릭 산으로의 생전환과 관련되어 있다고 알려져 있다20. P. nitroreducens Jin1에서, vdh의 발현은 세포가 바닐린과 함께 성장되었을 때 확인된 것보다 유제놀과 함께 성장되는 동안 약 39배 높게 유도되었다. 종래 연구에서26,37, 페룰릭산(ferulic acid)으로부터 바닐릭산으로 생전환시큰 과정에서의 중간 생성물인 바닐린은 유제놀상에서 Pseudomonas sp. HR199 및 P. nitroreducens Jin1 균주가 성장하는 동안에는 검출되지 아니하였다. 그러나 바닐린은 P. nitroreducens Jin1 잔여 세포 및 이소유제놀을 포함하는 배양 배지에서는 관찰되었다37. 이러한 결과는 이소유제놀에 의하여 유도된 P. nitroreducens Jin1 유전자의 전사 패턴을 고려하면 놀랄만한 것은 아니다. Vanillin dehydrogenase encoded by vdh was identified as Pseudomonas sp. It is known that HR199 is involved in the bioconversion of vanillin to vanic acid 20 . In P. nitroreducens Jin1, expression of vdh was induced about 39-fold higher during growth with eugenol than when cells were grown with vanillin. In the previous study, 26,37 , vanillin, an intermediate product during the bioconversion from ferulic acid to vanillic acid, was synthesized on Pseudomonas sp. No HR199 and P. nitroreducens Jin1 strains were detected during growth. However, vanillin was observed in culture media containing P. nitroreducens Jin1 residual cells and isoeugenol 37 . This result is not surprising considering the transcription pattern of P. nitroreducens Jin1 gene induced by isoeugenol.

요약하면, 본 연구자들은 단일 단계 반응에서 이소유제놀을 바닐린으로 전환할 수 있는 이소유제놀 모노옥시게나아제를 포함하는 유전자 영역을 규명하였다. 지금까지, 본 연구는 이소유제놀에서 바닐린으로의 대사와 관련되어 있는 두 개의 유전자, 즉 iemiemR의 기능에 대한 최초의 보고이다. 이소유제놀 모노옥시게나아제는 단일 구성 효소이며, 천연 생산물 바닐린의 미생물 생산을 위한 생촉매적 루트(route)를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 이것은 종래 보고된 톨루엔 디옥시게나아제 및 스티렌 모노옥시게나아제와 같은 복합체, 다중구성물, 옥시게나아제와 대조적이다4,45. 또한, 본 연구자들은 iemRiem 유전자를 포함하는 박테리아 균주가 천연 생산물 이소유제놀로부터 바닐린 생산을 위한 유용하고 경제적인 수단을 제공하는 증거를 제시하였다. 이러한 화합물은 바닐린 생합성에 필요한 기질 및 유전자 유도자와 같은 이중 기능 역할을 할 수 있다.
In summary, we have identified a gene region containing isoeugenol monooxygenase that can convert isoeugenol to vanillin in a single step reaction. So far, this study is the first report on the two genes, ie functions of iem and iemR that are related to the metabolism of vanillin from eugenol isobutane. Isoeugenol monooxygenase is a single component enzyme and has been found to provide a biocatalytic route for the microbial production of natural product vanillin. This is in contrast to previously reported complexes, multicomponents, oxygenases such as toluene deoxygenase and styrene monooxygenase 4,45 . In addition, the present researchers have presented evidence that a bacterial strain containing and iemR iem gene provides a useful and cost-effective means of producing vanillin from natural products play isopropyl emulsion. Such compounds may play a dual functioning role as substrates and gene inducers required for vanillin biosynthesis.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Therefore, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

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Claims (11)

다음 단계를 포함하는 이소유제놀로부터 생물전환된(biotransformed) 바닐린(vanillin) 제조방법:
(a) 5‘ 에서부터 3’방향으로 (ⅰ) 서열목록 제4서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅰ, (ⅱ) 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 I에 작동적으로 결합된(operatively linked) 서열목록 제3서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 전사 조절자-코딩 뉴클레오타이드 서열, 및 (ⅲ) 서열목록 제5서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ를 포함하는 벡터를 숙주세포에 형질전환시키는 단계;
(b) 상기 형질전환된 숙주세포를 이소유제놀(isoeugenol)이 포함된 배양 배지에서 배양시키는 단계; 및
(c) 상기 (b)단계 배지로부터 이소유제놀로부터 생물전환된 바닐린을 수득하는 단계.
Biotransformed vanillin preparation from isoeugenol comprising the following steps:
(a) isooperatively coupled to the isoeugenol inducible promoter I consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 in the 5 'to 3' direction, and (ii) the isoeugenol inducible promoter I (operatively linked) a vector comprising a transcriptional regulator-coding nucleotide sequence consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 and (i) an isoeugenol inducible promoter II consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 in the host cell Converting;
(b) culturing the transformed host cell in a culture medium containing isoeugenol; And
(c) obtaining vanillin bioconverted from isoeugenol from the medium of step (b).
제 1 항에 있어서, 상기 서열목록 제3서열 내지 제5서열은 Pseudomonas nitroreducens Jin1 균주(KCTC 11023BP)로부터 유래된 서열인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the third to fifth sequences of the sequence listing are sequences derived from Pseudomonas nitroreducens Jin1 strain (KCTC 11023BP).
제 1 항에 있어서, 상기 숙주세포는 그람음성 박테리아인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1, wherein the host cell is a Gram-negative bacterium.
제 3 항에 있어서, 상기 그람음성 박테리아는 에세리키아 속 박테리아인 것을 특징으로 하는 방법.
4. The method of claim 3, wherein the Gram-negative bacterium is a bacterium of the genus Escherichia .
제 4 항에 있어서, 상기 에세리키아 속 박테리아는 에세리키아 콜리(Escherichia coli), 에세리키아 알베트티(Escherichia albertii), 에세리키아 블라태(Escherichia blattae), 에세리키아 페르구소니(Escherichia fergusonii), 에세리키아 헤르마니(Escherichia hermannii) 또는 에세리키아 불네리스(Escherichia vulneris)인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 4, wherein the Escherichia genus bacterium is Escherichia coli (Escherichia coli), Escherichia al Corbett T (Escherichia albertii), Escherichia Blossom state (Escherichia blattae), Escherichia FER obtain Sony ( Escherichia fergusonii ) , Escherichia hermannii Or wherein the Escherichia fire in neriseu (Escherichia vulneris).
5‘ 에서부터 3’방향으로 (ⅰ) 서열목록 제4서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅰ, (ⅱ) 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 I에 작동적으로 결합된(operatively linked) 서열목록 제3서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 전사 조절자-코딩 뉴클레오타이드 서열, 및 (ⅲ) 서열목록 제5서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ를 포함하는 이소유제놀 유도성(inducible) 발현벡터.
(I) isoeugenol inducible promoter I consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 in the 5 'to 3' direction, and (ii) a operatively linked sequence to the isoeugenol inducible promoter I Isoeugenol inducible expression comprising a transcriptional regulator-coding nucleotide sequence consisting of the nucleotide sequence of list 3, and (iii) an isoeugenol inducible promoter II consisting of the nucleotide sequence of sequence 5 vector.
제 6 항에 있어서, 상기 (ⅰ)-(ⅲ)의 서열은 하나의 발현벡터에 위치하거나 또는 (ⅰ) 및 (ⅱ)는 제1벡터에 위치하고 (ⅲ)은 제2벡터에 위치하는 것을 특징으로 하는 발현벡터.
The method of claim 6, wherein the sequence of (i)-(iii) is located in one expression vector, or (iii) and (ii) is located in a first vector, and (iii) is located in a second vector. Expression vector.
제 6 항에 있어서, 상기 이소유제놀 유도성 발현벡터는 발현하고자 하는 목적단백질-코딩 뉴클레오타이드 서열을 추가적으로 포함하며 상기 서열은 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ에 작동적으로 결합된 것을 특징으로 하는 발현벡터.
7. The expression vector according to claim 6, wherein the isoeugenol inducible expression vector further comprises a protein-coding nucleotide sequence of interest to be expressed, and the sequence is operably linked to the isoeugenol inducible promoter II. vector.
다음 단계를 포함하는 이소유제놀 유도성 단백질 발현 방법:
(a) (ⅰ) 서열목록 제4서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅰ, (ⅱ) 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 I에 작동적으로 결합된 서열목록 제3서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 전사 조절자-코딩 뉴클레오타이드 서열, (ⅲ) 서열목록 제5서열의 뉴클레오타이드 서열로 이루어진 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ, 및 (ⅳ) 상기 이소유제놀 유도성 프로모터 Ⅱ에 작동적으로 결합된 목적단백질-코딩 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 벡터로 박테리아를 형질전환시키는 단계; 및
(b) 상기 형질전환 된 박테리아에 이소유제놀을 처리하여 상기 목적단백질의 발현을 유도하는 단계.
Isoeugenol inducible protein expression method comprising the following steps:
(a) (i) isoeugenol inducible promoter I consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4, (ii) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 operably linked to the isoeugenol inducible promoter I A target protein operably linked to the isoeugenol inducible promoter II consisting of a transcriptional regulator-coding nucleotide sequence consisting of (i) the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5, and (iii) the isoeugenol inducible promoter II Transforming the bacteria with a vector comprising the coding nucleotide sequence; And
(b) treating the transformed bacteria with isoeugenol to induce expression of the protein of interest.
제 9 항에 있어서, 상기 박테리아는 그람음성 박테리아 또는 그람양성 박테리아인 것을 특징으로 하는 방법.
10. The method of claim 9, wherein the bacteria are Gram-negative bacteria or Gram-positive bacteria.
제 10 항에 있어서, 상기 박테리아는 에스케리치아 콜리(Escherichia coli)인 것을 특징으로 하는 방법. The method of claim 10 wherein the bacteria is characterized in that the Escherichia coli (Escherichia coli).
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