KR101171434B1 - Mining and improvement of isatin-generating enzyme, and their combined use with ß-glucosidase for the production of natural indirubin - Google Patents

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Abstract

본 발명은 천연재료인 쪽 식물에 포함되어 있는 인디칸(indican)에 작용하여 염료와 의약품 원료, 생리활성 물질로 이용되는 인디루빈(indirubin)의 생산 방법에 관한 것으로 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)와 이사틴 생성 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 형질전환 미생물로 인디루빈를 특이적으로 대량 생산할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. The present invention relates to a method for producing indirubin, which is used as a dye, a pharmaceutical raw material, and a physiologically active substance by acting on an indican contained in a natural plant, beta-glucosidase (β- The present invention provides a method for producing a large amount of indirubin by transforming microorganisms including genes encoding glucosidase and isatin generating enzyme.

더욱 상세하게는, 본 발명은 인디루빈의 제조 과정 중 인독실의 C-2 위치에 선택적으로 산화활성을 나타내는 옥시게나아제의 발굴 및 그 개량방법에 관한 것으로, 생물정보학적 방법으로 GenBank 에 등록된 서열에서 관련 유전자를 탐색/발굴한 후 발현벡터에 삽입해 형질전환시킨 재조합 균주를 ampicillin 과 인디칸이 포함된 LB 고체배지에 도말해 붉은색을 띄는 클론을 확보하는 과정을 거쳐 선발된 기능성 옥시게나아제 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.More specifically, the present invention relates to the discovery and improvement of the oxygenase that exhibits selective oxidative activity at the C-2 position of the indoksil during the preparation of indirubin, registered in GenBank by bioinformatics The functional oxygena selected by searching for and extracting the relevant gene from the sequence and inserting the transformed recombinant strain into the LB solid medium containing ampicillin and indican to obtain a reddish clone. It is to provide an agent and a preparation method thereof.

또한 발굴된 옥시게나아제의 활성증대를 위해 무작위 돌연변이법으로 제작된 재조합 유전자를 글루코시다아제가 포함된 재조합 균주에 형질전환한 후 대조군에 비해 인디루빈 생성능이 증가된 유전자가 삽입된 클론을 확보하는 과정으로 개량된 유전자원을 이용하는 인디루빈 제조 방법을 제공하는 것이다.In addition, after transforming the recombinant gene produced by random mutagenesis to increase the activity of the discovered oxygenase to a recombinant strain containing glucosidase, a clone containing a gene with an increased indyrubin-producing ability compared to the control was obtained. It is to provide a method for producing indirubin using the improved genetic resources as a process.

옥시게나아제, 글루코시다아제, 인디칸, 인독실, 이사탄, 인디루빈  Oxygenase, Glucosidase, Indican, Indoksil, Isatan, Indirubin

Description

이사틴 생성효소의 발굴 및 개량과 이를 베타-글루코시다아제와 접목한 천연 인디루빈 생산 방법{Mining and improvement of isatin-generating enzyme, and their combined use with β-glucosidase for the production of natural indirubin}Mining and improvement of isatin-generating enzyme, and their combined use with β-glucosidase for the production of natural indirubin}

본 발명은 쪽 식물에 함유되어 있는 인디칸(indican)에 작용하여 염료와 의약품 원료로 이용되는 인디루빈의 생산 방법에 관한 것으로 인디칸이 함유된 쪽 식물에 β-글루코시다아제(β-glucosidase)와 함께 새로운 효소를 첨가하여 인디루빈을 생산하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing indirubin, which is used as a raw material for dyes and pharmaceuticals by acting on indicans contained in the side plants, and β-glucosidase in the side plants containing indicans. The present invention relates to a method for producing indirubin by adding a new enzyme together.

인류의 역사와 함께 천연염료는 합성염료 제조법이 확립되기 이전부터 오랜 기간 이용되고 있으며 대부분이 천연재료, 즉 식물추출물 위주의 재료로부터 생산되어지고 있다. 합성염료와 달리 천연염료는 인체에 무해하며 합성과정이나 추출공정에서 파생되는 환경오염의 문제가 발생하지 않는다. 염료의 주된 활용분야인 염색액으로 사용할 경우엔 자연스럽고 조화로운 색채와 질감을 가져, 합성염료로는 표현할 수 없는 색감의 구현이 가능하다고 알려져 있다. 또한 염색원료로의 기능이외에 친환경 소재로써 식품 첨가물이나 생리활성 물질로도 활용범위가 점차로 늘어나고 있는 추세이다. 이러한 천연물의 일종인 인디루빈은 붉은색을 지닌 천연물질로 식물 소재물질인 인디칸으로부터 생산되어진다고 알려져 있다. 인디칸은 쪽(Polygonum tinctorium) 식물에 많은 양이 존재하는 것으로 알려진 방향족 화합물로서 고대 로마 시대부터 화장품과 물감의 재료로 사용된 인디고의 전구체이며 현재 의류나 소재 염색에 사용되는 주된 식물 소재 재료이다. 인디고 계열의 염료는 전통적인 방법에 의존한 천연추출물의 형태로 주로 이용되어져 왔으나 생산과정의 비균일성과 재료식물의 염료성분 차이, 발효-숙성과정의 비규격화 등의 문제가 있어, 현재는 화학 합성원료가 주로 사용되고 있다. 그러나 최근에 의류염색, 식품 혹은 화장품 성분으로 첨가될 때 암을 포함한 질병 유발 물질 잔존 가능성과 알레르기 등을 유발한다는 보고와 함께 유기합성법의 환경오염 문제가 대두되면서 건강, 환경오염, 소비자 선호도에 따라 천연염료에 대한 관심이 늘어나는 추세이다. 국내에서도 천연염료에 대한 관심과 연구가 증가되어 실제 염색에 많이 응용되고 있으며, 최근에는 전통적인 방법에서 벗어나 규격화된 생물공학적인 방법으로 인디고를 생산하는데 많은 연구가 활발히 진행 중이다. With the history of mankind, natural dyes have been used for a long time before the synthetic dye preparation method was established, and most of them are produced from natural materials, that is, plant extract-oriented materials. Unlike synthetic dyes, natural dyes are harmless to the human body and do not cause any environmental pollution problems derived from synthetic or extraction processes. When used as a dye solution, which is a major application field of dyes, it is known to have a natural and harmonious color and texture, so that colors can not be expressed by synthetic dyes. In addition to its function as a dyeing material, the range of application as a food additive or a physiologically active material as an eco-friendly material is gradually increasing. Indirubin, which is a kind of natural products, is known to be produced from indican, which is a plant material, as a natural substance with red color. Indican is an aromatic compound known to have high amounts in Polygonum tinctorium plants, a precursor to indigo that has been used in cosmetics and paints since ancient Roman times, and is currently the main plant material used for dyeing clothing and materials. Indigo-based dyes have been used mainly in the form of natural extracts depending on traditional methods, but there are problems such as non-uniformity in the production process, differences in the dye composition of the plant material, and non-standardization of the fermentation-maturation process. Is mainly used. However, with the recent reports of dyeing of clothing, food or cosmetic ingredients, the possibility of remaining disease-causing substances including cancer and allergies has emerged, and the environmental pollution problem of organic synthesis has emerged, and according to health, environmental pollution and consumer preferences, There is a growing interest in dyes. There is an increasing interest and research on natural dyes in Korea, which has been applied to actual dyeing. Recently, many studies are being actively carried out to produce indigo by the standardized biotechnological method.

인디루빈(indirubin)은 indigoid compound 계열의 붉은색을 띠는 화합물로, 고대 중국의 약전에서 이미 다양한 효과를 지닌 약물로 사용되어지고 있는 것이 보고되었으며, 대체 염료로도 사용할 수 있는 독특한 식물유래 natural pigment 혹은 dye 로 알려져 있다. 천염염색 재료 외에 대체 약물로는 백혈병 치료제로 사용되고 있으며 항염증에 효과가 있고, 건선 및 피부발진 치료제로서 아주 유용하게 사용되고 있어 고가에 거래되고 있다. 하지만 생체내의 명확한 합성경로나 관련된 유전자 혹은 단백질에 관해 알려진 정보가 미미해, 현재는 부산물(by-product) 정도의 양만이 얻어지고 있다. 부수적으로 쪽 식물에서 인디고 전구체인 인디칸과 인디루빈 생성에 필요한 이사틴(isatin) 등에 대한 함량과 식물 자체 효소에 의해 생성된 인디고에 관한 연구는 존재하나, 상기 보고들 외에 인디칸에서 인디루빈의 생변환에 일반적으로 사용할 수 있는 대량생산가능 효소에 관한 연구사례는 전무하다. Indirubin is a reddish compound of the indigoid compound family, which has been reported to be used as a drug with various effects in ancient Chinese pharmacopoeia, and is a unique plant-derived natural pigment that can be used as a substitute dye. Or dye. In addition to cheonsa dye materials, alternative drugs are used to treat leukemia, have an anti-inflammatory effect, and are very useful as psoriasis and skin rash treatments. However, there is little known information about a clear synthetic pathway or related genes or proteins in vivo, and now only a by-product amount is available. Incidentally, there have been studies on the content of indigo, the indigo precursor and isatitin necessary for the production of indirubin, and indigo produced by the plant's own enzyme. There are no studies on mass-producible enzymes that are commonly used for biotransformation.

결과적으로 선택적인 인디루빈의 생산 기술은 알려진바 없고, 생물공학적인 방법에 의한 기존의 인디고 생성공정, 즉 아미노산인 트립토판에서 트립토파나아제를 이용해 인돌을 생산한 후 디옥시게나아제(dioxygenase)를 첨가해 인디고를 생산하는 과정에서 낮은 농도로 생산되는 인디루빈의 생산경로는 알려져 있다 (도 1 참고). 이때 목적하는 인디고 이외에 부산물로 생성되는 인디루빈은 디옥시게나아제에 의해 C-2 와 C-3 에 동시에 산화반응이 유발되어 합성되는 이사탄에 의해 만들어지나, 효소의 산화 특이성이 C-3 위치에서 높게 나타나고 두 곳에서 동시에 반응하는 경우가 적어 대량생산은 매우 어려운 것으로 보고되었다. 이를 극복하기 위한 수단으로 몇몇 산화효소계열의 효소개량이 시도되었으나 뚜렷한 생산능의 증가는 보고되지 않고 있다.As a result, there is no known technique for producing selective indirubin, and indigo production process using biotechnological methods, ie, indole is produced from tryptophanase, an amino acid, followed by addition of dioxygenase. The production route of indirubin produced at low concentrations during the production of sea indigo is known (see FIG. 1). Indirubin produced as a by-product besides the desired indigo is made by istanane, which is synthesized by the oxidation reaction of C-2 and C-3 simultaneously by deoxygenase, but the oxidation specificity of the enzyme is It was reported to be high and mass production was very difficult because it was rarely reacted in two places at the same time. As a means of overcoming this, several oxidase-based enzyme modifications have been attempted, but no significant increase in production capacity has been reported.

본 발명은 인돌(indole)을 인독실(indoxyl)이나 이사틴(isatin)으로 전환시켜 산업적으로 활용가치가 높은 인디루빈을 생산하는 기존 과정에 비해 인디칸이 함유된 쪽 식물에 선행 연구로부터 발굴된 β-글루코시다아제를 첨가해 인디칸으로부터 인독실을 생성시키고 인독실의 산화위치가 선택적인 옥시게나아제를 도입해 이사틴을 형성시킴으로써, 결과적으로 인디루빈을 특이적으로 대량 생산할 수 있게 됨으로써 본 발명을 완성하였다.The present invention has been found from previous studies on indican-containing plants compared to the existing process of converting indole into indoxyl or isatin to produce indirubin with high industrial value. By adding β-glucosidase to generate indokyl from indicane and introducing oxygenase with selective oxidation position of indylyl to form isatin, consequently the specific mass production of indirubin can be achieved. The invention was completed.

따라서 본 발명의 목적은 인독실의 특정부위에 선택적으로 산화를 유도할 수 있는 옥시게나아제 발굴 및 그 개량 방법과 효소를 제공하는 것이고 이를 통해 인디루빈의 특이적 대량 생산이 가능하도록 하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method and enzyme for the discovery and improvement of an oxygenase that can selectively induce oxidation in a specific part of the indoctrin, thereby enabling the specific mass production of indirubin.

본 발명은 또한 쪽 식물 또는 그의 추출물로부터 천연 인디루빈을 특이적으로 대량 생산할 수 있는 신효소 공정, 즉 베타글루코시다아제와 옥시게나아제를 접목하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention also provides a new enzyme process that can specifically produce large quantities of natural indirubin from a plant or extract thereof, ie, a method of combining betaglucosidase and oxygenase.

본 발명의 인디루빈의 특이적 대량 생산을 위하여 기존의 산화효소 혹은 산화환원효소가 지닌 반응 특성을 분석해 인돌의 C-2 위치에 선택적이거나 C-3 위치에 산화유도가 가능한 옥시게나아제들을 대상으로 인독실에서 이사틴을 생성할 수 있는 효소들을 발굴하거나 개량하는 것이다. 따라서 C-3위치가 산화되어 있는 인독실에 C-2위치만 추가적으로 산화를 유도할 수 있는 효소를 발굴하거나 제작한다면 이사틴이 생성됨으로 원하는 반응을 유도할 수 있을 것으로 판단되었다. 결국, 기발굴한 베타-글루코시다아제에 의해 인디칸으로부터 인독실이 형성되고 선별 혹은 제작한 효소에 의해 인독실에서 이사틴이 생성되어, 인디루빈(indirubin)를 특이적으로 대량 생산할 수 있게 될 수 있어 가능한 것이다. For the specific mass production of indirubin of the present invention, the reaction characteristics of existing oxidase or oxidoreductase are analyzed to target oxygenases that are selective at the C-2 position of indole or oxidatively induced at the C-3 position. Discovering or improving enzymes capable of producing isatin in the reading room. Therefore, if the C-3 site is oxidized in the reading room or the enzyme that can induce additional oxidation only in the C-2 position was determined that the isatin was able to induce the desired reaction. Eventually, a beta-glucosidase is formed from the indyl acid from the indica, and the selected or produced enzyme issatin is produced from the indose room, thereby enabling the production of indirubin (indirubin) in large quantities. It is possible.

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

이 때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가진다. At this time, if there is no other definition in the technical terms and scientific terms used, it has a meaning commonly understood by those of ordinary skill in the art.

또한, 종래와 동일한 기술적 구성 및 작용에 대한 반복되는 설명은 생략하기로 한다.Repeated descriptions of the same technical constitution and operation as those of the conventional art will be omitted.

본 발명의 구현을 위해 베타-글루코시다아제 활성의 결과로 인디칸에서 탈착하는 D-글루코스의 단일 탄소원(sole carbon source)로서의 이용 원리를 이용해 글루코시다아제를 포함한 상태로 competent cell을 제조한 후, 인디루빈 생성능을 확인하기 위해 클로닝한 옥시게나아제 유전자원을 형질전환하고 최소배지에 배양하며 성장과 함께 붉은색을 띄는 클론을 선별하는 전략을 이용하였다 [도 2참조]. After the production of competent cells with glucosidase using the principle of use as a sole carbon source of D-glucose desorbed from indican as a result of beta-glucosidase activity for the implementation of the present invention, In order to confirm the ability to produce indirubin, a cloned oxygenase gene source was transformed, cultured in a minimal medium, and a strategy of selecting red clones with growth was used [see FIG. 2].

우선 인독실의 특정부위에 산화유도가 가능한 옥시게나아제의 체계적인 발굴을 시도하였다. GeneBank 와 PDB 데이터 베이스내의 모든 옥시게나아제 유전자 서열과 아미노산 서열을 수집하여 진화상의 계통도를 분석하였다. 이들 구성원 중, 아미노산 서열이 유사성이 매우 높은 경우(>35 %)와 같은 균주 내의 파라로그(paralogue)인 경우, 오르소로그(orthologue)지만 진화유연 관계가 극히 밀접한 경우를 제외한 후 계통도를 재구성하였다. 이후에 각각의 아과를 유전상의 진화거리와 기질특이성, 기질 스펙트럼(substrate spectrum)으로 재분류한 후 각각의 아-아과를 대표하는 균주를 환경시료, 균주은행, 실험실 보유균주에서 확보한 후 활성을 측정하였다. 이때 특별히 고려한 사항은 기존에 인돌 혹은 구조적으로 유사한 기질에 활성을 지닌 것으로 보고된 자원을 포함하는 아-아과를 주된 탐색자원으로 고려하였다. 결과적으로 Rhodococcus 속 유래의 유전자가 코딩한 효소원에 의해 인독실의 C-2 위치에 선택적으로 산화가 가능한 것이 확인되었다. 이러한 과정으로 분류된 아-아과의 모든 아미노산 서열을 Clustal X 프로그램을 활용하여 보존서열을 확인한 후 이를 다시 GenBank 내의 BLAST-P 프로그램을 이용하여 탐색한 결과 옥시게나아제 혹은 옥시도 리덕테이즈로 추정 명명(putative enzyme)되어 있으나 인독실에 대해 활성이 보고되지 않은 신규 효소군을 확보할 수 있었다. First of all, we attempted a systematic discovery of oxygenase, which can induce oxidation in a specific part of the reading room. The evolutionary tree was analyzed by collecting all oxygenase gene sequences and amino acid sequences in the GeneBank and PDB databases. Of these members, if the amino acid sequence is a paralogue in a strain, such as when the similarity is very high (> 35%), the phylogenetic tree was reconstructed except for orthologous but extremely close evolutionary relationships. . Subsequently, each subfamily is reclassified into genetic evolutionary distance, substrate specificity, and substrate spectrum, and the strains representing each sub- subfamily are obtained from environmental samples, strain banks, and laboratory holding strains. Measured. Particular considerations included sub-aguasses as the main search resources, including those previously reported to be active on indole or structurally similar substrates. As a result, it was confirmed that the enzyme source encoded by a gene derived from Rhodococcus spp. Can be selectively oxidized to the C-2 position of the reading room. All the amino acid sequences of sub-Aguas classified by this process were identified using the Clustal X program and then searched using the BLAST-P program in GenBank. (putative enzyme) but could be obtained a new group of enzymes that have not been reported activity in the laboratory.

본 발명에서 체계적인 발굴과정을 통해 확인된 옥시게나아제의 특성을 분석하면, 발굴된 인독실 산화 옥시게나아제의 대부분이 일반적인 방향족 화합물 분해능이 있는 것으로 알려진 토양 미생물(Rhodococcus 와 streptomyces)에서 발견되었고, 효소특성에 관해서는 알려진 정보가 거의 없는 실정이다. 본 발명자들은 선별된 옥시게나아제들이 공통된 조상에서 진화하였고 같은 기질에 대해 활성을 보이는 것이 일반적인 특징임을 보여주기 위해 유사한 크기의 아미노산(393~404)과 35% 이상의 높은 서열유사성을 보이는 자원임을 서열번호 1~8 (서열번호 1~4는 염기서열, 서열번호 5~8은 아미노산 서열)로 표시하였다 [도 3참조].In the present invention, when analyzing the characteristics of the oxygenase identified through the systematic excavation process, most of the excavated phosphorylated oxygenase was found in soil microorganisms (Rhodococcus and streptomyces) known to have a general aromatic compound resolution, and enzymes There is little known information about the characteristics. The inventors found that the selected oxygenases evolved from a common ancestor and showed a general characteristic of being active against the same substrate, with similar sized amino acids (393-404) and more than 35% high sequence similarity. 1 to 8 (SEQ ID NOS: 1 to 4 are nucleotide sequences, and SEQ ID NOs: 5 to 8 are amino acid sequences).

본 발명은 기존의 인디루빈 생산경로에서 문제가 되는 인돌의 C-2와 C-3 에 산화를 유도하는 이중 산화법이 지니는 기질 특이성의 문제와 동시반응의 어려움을 해결하 기 위한 방법으로 식물 추출물인 인디칸의 글루코시다아제에 의한 분해 산물, 즉 이미 C-3에 산화가 진행된 인독실을 중간체로 이용함으로써 기존효소의 일부 혹은 상대적으로 산화반응이 수월한 C-2 위치의 선택적인 산화가 가능한 미생물 유래 옥시게나아제 아과들을 이용하였다. 여기에 본 연구실에서 특허 출원한 글루코시다아제와 접목함으로써 인디칸으로부터 단일 혹은 연속 공정으로 인디루빈의 생산이 가능한 우수한 활성을 지닌 효소의 발굴을 완성하였다. The present invention is a plant extract as a method to solve the problem of substrate specificity and the simultaneous reaction of the double oxidation method to induce oxidation of indole C-2 and C-3, which is a problem in the existing indirubin production pathway Decomposition products of indican glucosidase, that is, microorganisms capable of selective oxidation of a part of the existing enzyme or the C-2 position which is relatively easy to oxidize by using an indoksil that has already been oxidized to C-3 as an intermediate. Oxygenase subfamily was used. By incorporating glucosidase patented in our laboratory, we have completed the discovery of an enzyme with excellent activity capable of producing indirubin from indican in a single or continuous process.

본 발명자들에 의해 발굴된 옥시게나아제의 경우, 인독실에서 직접 이사탄을 생성함으로써 인독실과 이사탄 결합체인 인디루빈의 효과적인 생산을 단일 공정으로 유도할 수 있다. 하지만, 반응 기질인 인독실의 기질 안정성이 낮고 공기와 접촉하면 자발적으로 산화되는 특징을 지녀, 경제적인 인독실의 유기합성이 가능하더라도 생산 공정에 직접 적용하기에는 많은 어려움이 따른다. 따라서 경제적이고 친환경적인 공정의 개발을 위해서는 식물자체 혹은 분획된 성분, 추출물의 형태로 확보된 인디칸에 기발굴된 글루코시다아제와 본 발명의 옥시게나아제를 단일 혹은 연속 공정으로 전환하는 방법경제적른할 것으로 추정되었다. 이러한 가능성의 확인을 위해 천위해재료인 식물자체와 쪄서 말린 후 아세톤으로 추출된 분말에 두 개의 효소를 첨가하는 방법으로 인디루빈의 생산이 가능한지를 확인하였다. 결과적으로 단순히 물리적인 방법으로 파쇄하거나 말린 쪽에서는 뚜렷한 효소반응을 검출하기 어렵거나 미미한 양의 인디루빈이 검출되었으나 용매로 추출한 분말에서는 붉은 색의 생성물을 쉽게 확인 할 수 있었다. In the case of the oxygenase discovered by the present inventors, the production of istane directly in the reading room can lead to the effective production of indrubin, which is a combination of the reading room and the istane, in a single process. However, since the substrate stability of the reaction chamber, which is a reaction substrate, is low and is spontaneously oxidized upon contact with air, it is difficult to apply it directly to the production process even if the organic synthesis of the economic chamber is possible. Therefore, in order to develop an economical and environmentally friendly process, a method for converting the glucosidase and the oxygenase of the present invention into a single or continuous process, which has been previously extracted in the indican obtained in the form of a plant or fractionated components and extracts It was estimated. In order to confirm this possibility, it was confirmed whether the production of indirubin was possible by adding two enzymes to the powder extracted with acetone and the plant itself as a natural hazard material. As a result, indirubin was found to be difficult or insignificant in the physiologically crushed or dried side, but the red product was easily identified in the solvent-extracted powder.

반응성이 확인되어 인디루빈이 검출된 상기과정의 두 효소원을 준비하는 과 정은 인위적인 조작 없이 대장균에서 리킹(leaking)에 의해 발현되는 효소를 이용하거나 항시발현되는 벡터에 각각을 클로닝하는 방법, 혹은 단일 벡터에 두 효소를 동시발현시키는 과정으로 준비하였다. 후자의 경우, 두 효소원의 각각에 프로모터를 달거나 폴리시스트론 발현 원리와 같이 하나의 프로모터뒤에 직렬로 나란히 클로닝하는 과정이 모두 가능한 것으로 확인되었다. 이때 각각의 ORF 앞에 리보좀 결합부위(RBS, ribosome binding site)을 위치시킴으로써 번역은 따로 진행되게하는 transcriptional coupling을 이용하는 것이 매우 중요하다. 또 다른 과정으로 염색체의 일정영역(non-essential for cell viability)에 두 효소원의 유전자를 삽입하는 방법으로 벡터의 사용이나 항생제의 사용을 배제하는 것이 의약품과 관련된 제품생산에 유리한 것으로 확인되었다. The process of preparing the two enzyme sources of the above-described process where reactivity was detected and indirubin was detected by using an enzyme expressed by leaking in E. coli without artificial manipulation or by cloning each of them in a constant expression vector or single The vector was prepared by co-expressing two enzymes. In the latter case, it was found that both the process of attaching a promoter to each of the two enzyme sources or cloning in series behind one promoter, such as the polycistronic expression principle, was possible. In this case, it is very important to use a transcriptional coupling to place the ribosome binding site (RBS) in front of each ORF so that translation can proceed separately. In another process, by inserting genes of two enzyme sources into a non-essential for cell viability, it was found that eliminating the use of vectors or antibiotics was advantageous for the production of pharmaceutical products.

효소특성의 규명을 위한 순수분리 정제의 용이함과 현장적용에 유리한 대량생산을 위해, 일반적인 융합 단백질과 택(maltose binding protein, MBP; glutathione-S-transferase; His-tag 등)을 이용한 안정적인 발현 시스템의 구축을 시도하였다. 하지만 MBP 혹은 his-tag 의 융합에서 효과적인 발현이 유도되는 글루코시다아제와 달리 옥시게나아제의 경우 효과가 미미하거나 발현양이 증가하지 않는 것이 확인되었다. 이는 알려진 유사 계열의 옥시게나아제의 특성이 세포막에 삽입되거나 상호작용하는 특성에 기인한 것으로 판단되었다. 인디루빈의 생산능이 인디칸에서 인독실을 생성하는 글루코시다아제에 비해 상대적으로 낮은 활성을 지닌 옥시게나아제에 의해 좌우됨으로 두 효소원을 융합단백질이나 택을 붙이지 않고 자체의 서열만으로 발현시키는 것이 공정상에 유리한 것으로 최종 확인되었다. In order to facilitate the purification and purification of pure water for the characterization of enzymes, and to mass production advantageously for field application, a stable expression system using a general fusion protein (MBP; glutathione-S-transferase; His-tag, etc.) Tried to build. However, unlike glucosidase, which is an effective expression induced in the fusion of MBP or his-tag, it was confirmed that the effect of oxygenase was insignificant or not increased. This was judged to be due to the properties of known similar oxygenases being inserted or interacted with the cell membrane. Since the production capacity of indirubin is dependent on oxygenase, which has a relatively low activity compared to glucosidase, which produces indokyl in indica, it is a process to express the two enzyme sources in their own sequence without fusion protein or tagging. It was finally confirmed as favorable to the phase.

전체 생산능의 율속단계인 옥시게나아제의 특성 개량을 위해 무작위 돌연변이를 유도한 후 인디루빈의 생산능의 증가 여부를 확인한 결과, 아미노산 서열이 하나 혹은 두 개가 변화된 돌연변이 효소원의 특성이 보다 우수한 것으로 조사되었다. 비교적 간단한 과정으로 제조된 변이효소의 창출이 쉬운 점을 근거로, 본 발명에서 선정된 효소원을 단백질 공학 기법을 이용해 보다 우수한 특성을 지닌 효소로 개량하거나 식물의 전처리 과정에 활용할 수 있는 셀룰라아제와 같은 효소원의 추가적인 첨가가 고려된다면, 기질의 전처리 시간과 효소역가의 조정, 공정의 단순화가 가능함으로 의약학 분야에 넓은 활용범위를 지닌 천연색소의 효율적인 생물학적 생산이 가능할 것이며, 이러한 공정을 통해 환경오염이나 보건상의 문제를 최소화 할 수 있을 것이라 사료된다.As a result of inducing random mutations to improve the properties of oxygenase, which is a rate-limiting step of overall production capacity, and confirming whether the production capacity of indirubin was increased, the mutant enzyme source having one or two amino acid sequences changed was better. It was investigated. On the basis of the easy creation of a mutant enzyme prepared by a relatively simple process, the enzyme source selected in the present invention can be improved to an enzyme having better characteristics using protein engineering techniques or a cellulase which can be used for pretreatment of plants. If additional enzyme sources are considered, it is possible to adjust the substrate pretreatment time, enzyme titer, and simplify the process, thus enabling efficient biological production of natural pigments with a wide range of applications in the pharmaceutical field. It is thought that the health problems can be minimized.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같이, 베타-글루코시다아제와 옥시게나아제 아과를 이용해 인디칸으로부터 인디루빈의 생산이 가능함을 확인함으로써 선별된 효소들을 이용해 쪽 식물 자체, 분말 또는 추출물에서 인디루빈의 생산이 가능함을 보여준다. 따라서 쪽 식물을 이용하여 의약품으로 활용 가능한 천연 색소의 생산과정, 혹은 화장품이나 물감, 친환경 벽지나 의류 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 신 제조공정이 될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 제조과정이 친환경적이고 천연재료를 이용함으로 인체에 직접 적용 가능한 신기능 의약품의 개발에도 유리하게 활용할 수 있을 것으로 판단된다. 부수적으로 순수한 재조합 효소공정이 지니는 장점으로 인해 고비용, 재현성 및 균일화 측면에서의 문제점도 쉽게 극복할 수 있어, 기존의 인돌을 이용한 복잡한 생산과정과 불안정한 생산물의 품질을 개선하거나 대체할 수 있을 것이다. The present invention, as described above, by using beta-glucosidase and oxygenase subfamily to confirm that the production of indirubin from indicans by using the selected enzymes in the production of indirubin in the plant itself, powder or extract Show that it is possible. Therefore, it is expected to be a new manufacturing process that can be used in various fields such as the production of natural pigments that can be used as medicines or cosmetics, paints, eco-friendly wallpaper or clothing by using plants. In addition, the manufacturing process is eco-friendly and natural materials can be used to develop new functional medicines that can be directly applied to the human body. Incidentally, the advantages of pure recombination enzyme process can easily overcome the problems in terms of cost, reproducibility and uniformity, thereby improving or replacing the complex production process and unstable product quality using the existing indole.

이하, 본 발명을 구체적인 실시 예에 의해 보다 더 상세히 설명하고자 한다. 하지만, 본 발명은 하기 실시 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 여러 가지 변형 또는 수정할 수 있음은 이 분야에서 당업자에게 명백한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited by the following examples, and various modifications or changes can be made within the spirit and scope of the present invention to those skilled in the art.

[실시예 1] 인독실에 활성을 지닐 것으로 추정된 옥시게나아제 유전자원의 선별Example 1 Screening for Oxygenase Gene Sources Presumed to Have Activity in the Indoctrin

일반적으로 인디칸을 함유한 쪽 식물에서는 인디고가 주로 생산되고 인디루빈의 생산량은 전무하거나, 비특이적인 산화과정에 의해 극히 미미한 수준만이 존재하는 것으로 알려져 있다. 따라서 인디고 생산에 관련된 식물 유래 글루코시다아제의 특성에 관해서는 부분적으로 기술되어 있으나, 인독실의 위치 특이적인 산화에 관련된 효소원에 관해서는 보고된 결과가 없다. 따라서 기존의 인돌과 관련한 공정에서 언급되어진 옥시게나아제와 기질 특이성, 반응정도를 분석해 인독실에 활성을 지닐 개연성이 높은 효소원의 탐색을 시도하였다. Generally, it is known that indigo is mainly produced in indican-containing plants and there is no indirubin production or only a very small level by nonspecific oxidation process. Therefore, although the characteristics of plant-derived glucosidase related to indigo production are described in part, there are no reported results regarding enzyme sources related to the site-specific oxidation of the indole chamber. Therefore, we attempted to search for highly probable enzyme sources that would have activity in the doxo room by analyzing oxygenase, substrate specificity, and reaction degree mentioned in the existing indole process.

현재까지 인돌을 기질로 디옥시게나아제 계열의 효소를 이용해 인디고이드(indigoid) 계열의 색소를 생산하는 방법은 많이 보고되었다. 옥시게나아제는 산소를 이용해 기질을 위치특이적으로 산화하는 효소로 반응하는 기질이 다르지만, 돌연변이에 의해 유도된 기질특이성의 변화에 따라 다양한 기질을 산화시킬 수 있 는 것으로 알려져 있다. 기존에 연구된 논문을 보면 야생형 효소와 변이유도 과정을 통해 제작된 효소들이 인돌을 기질로 C-2 와 C-3 위치를 산화시켜 인독실, 이사틴, 옥시인돌, 디옥시인돌까지 생성할 수 있어 인디고와 인디루빈을 포함한 다양한 indigoid 계열의 색소의 생산이 원론적으로는 가능한 것으로 알려져 있다. 이러한 효소로서, Burkholderia cepacia G4 와 Pseudomonas mendocina KR1 의 toluene ortho-monooxygenase 가 보고되었다. 그 외에도 chloroperoxidase, indole oxygenase 라 명명된 효소원들이 활성을 지닌 것으로 보고되어 있다. 또한 인간세포유래의 cytochrome P450(CYP2W1, CYP2A6)도 같은 과정을 통해 인디루빈을 생산하려는 시도가 진행 중이다. 위에 언급한 효소들은 모두 인돌을 산화시킬 수 있고 변이 유도를 통해 인돌의 산화위치를 변화시킬 수 있다는 점에서 인디루빈의 생산에 이용할 수 있는 가능성이 있다 (표 1).To date, many methods have been reported to produce indigoid pigments using deoxygenase enzymes as indole substrates. Oxygenase is known to be able to oxidize various substrates according to the change in substrate specificity induced by mutations, although the substrates that react with enzymes that oxidize the substrates specifically using oxygen are known. Previous studies have shown that wild-type enzymes and enzymes produced through mutation-inducing processes can produce indole, isatin, oxyindole, and deoxyindole by oxidizing C-2 and C-3 positions using indole as a substrate. It is known that the production of various indigoid pigments, including indigo and indirubin, is possible in principle. As such enzymes, toluene ortho-monooxygenases of Burkholderia cepacia G4 and Pseudomonas mendocina KR1 have been reported. In addition, enzyme sources called chloroperoxidase and indole oxygenase have been reported to be active. In addition, attempts are being made to produce indirubin through cytochrome P450 (CYP2W1, CYP2A6) derived from human cells. All of the above mentioned enzymes have the potential to be used for the production of indirubin in that they can oxidize indole and change the oxidation site of indole through mutation induction (Table 1).

표 1. 인디루빈 생산이 가능할 것으로 조사된 유전자군Table 1. Genotypes Investigated to Enable Indirubin Production

StrainStrain genegene Gene IDGene ID Protein IDProtein ID Burkholderia cepacia G4 Burkholderia cepacia G4 toluene-4-monooxygenase toluene-4-monooxygenase AF349675  AF349675 AAL50370.1
AAL50371.1
AAL50372.1
AAL50373.1
AAL50374.1
AAL50375.1
AAL50370.1
AAL50371.1
AAL50372.1
AAL50373.1
AAL50374.1
AAL50375.1
Pseudomonas mendocina KR1Pseudomonas mendocina KR1 toluene-4-monooxygenase toluene-4-monooxygenase M65106.1M65106.1 AAA25999.1
AAA26000.1
AAA26001.1
AAA26002.1
AAA26003.1
AAA25999.1
AAA26000.1
AAA26001.1
AAA26002.1
AAA26003.1
Homo sapiensHomo sapiens cytochrome P450 (CYP2W1)cytochrome P450 (CYP2W1) NM_017781(54905)NM_017781 (54905) NP_060251NP_060251 Homo sapiensHomo sapiens
cytochrome P450 (CYP2A6)cytochrome P450 (CYP2A6) AK312964 AK312964 BAG35803.1BAG35803.1
Leptoxyphium fumagoLeptoxyphium fumago ChloroperoxidaseChloroperoxidase X04486.1X04486.1 CAA28172.1CAA28172.1 Rhodococcus jostii RHA1Rhodococcus jostii RHA1 Indole oxygenaseIndole oxygenase NC_008271.1NC_008271.1 YP_709118YP_709118 Bacillus megateriumBacillus megaterium Cytochrome p450 BM-3Cytochrome p450 BM-3 P14779.2P14779.2 Rhodococcus sp.Rhodococcus sp. Pigment production hydroxylasePigment production hydroxylase M55641M55641 AAA26187.1AAA26187.1

표1에서 인독실의 산화가 가능한 것으로 추정되어진 산화 혹은 산화-환원 효소계열의 단백질의 특성은 다음과 같다. 알려진 toluene ortho-monooxygenase (Burkholderia cepacia G4) 효소를 암호화하는 유전자는 tomA012345 의 6개의 cistron으로 구성되어 있다. 이는 211-kDa hydroxylase(tomA1A3A4), 40-kDa NADH oxidoreductase(tomA5) 와 10.4-kDa cofactor-less regulatory protein (tomA2)이한쌍씩 존재하는 형태이다. 구조적으로 substrate binding site 와 hydroxylation reaction 을 위한 활성부위(active site)가 존재하며 NADH 를 필요로 한다. 또한 TOM 변이 효소(TomA3의 α-subunit)는 인돌을 기질로 인디고이드 계열의 화합물을 생산할 수 있다고 알려져 있다. Toluene-4-monooxygenase (T4MO, Pseudomonas mendocina KR1) 는 toluene을 p-cresol로 전환시키는 효소로서 tmoABCDEF operon으로 구성되어 있다. 배지 내에 toluene, phenol 또는 이들과 구조적으로 유사한 물질이 존재할 때에만 발현이 유도된다고 알려져 있다. In Table 1, the characteristics of the oxidative or oxidation-reduction enzyme family proteins, which are estimated to be oxidizable, are as follows. The gene encoding the known toluene ortho-monooxygenase ( Burkholderia cepacia G4) enzyme consists of six cistrons of tomA012345. It is a pair of 211-kDa hydroxylase (tomA1A3A4), 40-kDa NADH oxidoreductase (tomA5), and 10.4-kDa cofactor-less regulatory protein (tomA2). Structurally, there is an active site for the substrate binding site and hydroxylation reaction and requires NADH. It is also known that TOM mutant enzyme (α-subunit of TomA3) can produce indigoide-based compounds based on indole. Toluene-4-monooxygenase (T4MO, Pseudomonas mendocina KR1) is an enzyme that converts toluene to p-cresol and consists of tmoABCDEF operon. It is known that expression is induced only when toluene, phenol or structurally similar substances are present in the medium.

Cytochrome P450 의 일종으로 CYP2W1 와 CYP2A6 는 각 기질들에 대한 monooxygenase 반응을 촉매한다. 기질을 산화시키는데 산소분자와 NADPH(NADH)를 필요로 한다. 하지만 이들이 대장균에서는 거의 발현이 되지 않는 것으로 알려져 있다. 알려진 특성은 인돌에 대해 monooxygenase 활성을 지니고 있어 oxindole 이나 isatin 으로 전환이 가능해 NADPH-P450 reductase 와 같이 발현하였을 때 인디고를 생성한다고 보고되었다. Leptoxyphium fumago 유래의 chloroperoxidase 는 arylamine 의 질소를 산화해 nitroso-compounds 생성하는데, 반응액에 과산화수소를 첨가하면 인돌을 산화시켜 99 % 이상 oxindole을 생산한다. 산성(pH3~4)에서 최대 활성을 나타내며 peroxidase 와 달리 시스테인 잔기를 통해 활성부위가 연결되어 있어 P450 계열의 효소와 유사한 특성을 갖는다.As a type of cytochrome P450, CYP2W1 and CYP2A6 catalyze the monooxygenase reaction on individual substrates. Oxygen molecules and NADPH (NADH) are required to oxidize the substrate. However, they are known to be hardly expressed in E. coli. Known properties have been reported to produce indigo when expressed with NADPH-P450 reductase, which can be converted to oxindole or isatin with monooxygenase activity against indole. Chloroperoxidase derived from leptoxyphium fumago produces nitroso-compounds by oxidizing the nitrogen of arylamine. When hydrogen peroxide is added to the reaction solution, oxidized indole produces more than 99% oxindole. It shows the maximum activity in acid (pH3 ~ 4). Unlike peroxidase, the active site is linked through cysteine residues, so it has similar characteristics to that of P450 series enzymes.

Rhodococcus 계열의 인돌 옥시게나아제는 인돌을 산화시켜 인디고를 생산하며 부반응 형태로 인디루빈이 일부 생성되는 것으로 알려져 있다. 그러나 효소가 세포막에 연관(association) 되어 기능함으로 과발현이 어렵고, 정제 시 활성이 저하되어 정확한 특성이 알려져 있지 않다. Bacillus megaterium 의 p450 BM-3 는 54 kDa의 cytochrome P450 과 64 kDa 의 NADPH-P450 reductase 의 두 도메인이 single polypeptide chain 으로 연결되어 있다. 이 효소는 12~20 탄소를 지닌 포화지방산과 불포화 지방산을 말단부위부터 순차적으로 산화시킨다. 조효소로 NADPH 를 필요 로 하며 대장균에서 세포질내에 발현되는 것으로 알려져, 가용성의 상태로 발현해 다양한 기질특이성에 관해 연구중이며 변이효소의 일종이 인디루빈을 생성하는 것으로 알려져 있다. 그러나 기질의 낮은 전환율로 많은 양의 단백질이 요구되는 단점이 있다. Rhodococcus sp.(ATCC 21145)의 Pigment production hydroxylase 는 42 kDa 의 작은 단백질로 Acyl-CoA dehydrogenase 의 기능을 가지고 있다. 대장균에서 남색과 붉은색 색소를 생산한다고 알려져 있으나 단백질의 특성에 관한 연구는 많이 진행되지 않았다. 이 물질들은 인디고와 인디루빈의 흡광도(552nm, 603nm)와 아주 유사한 특성(560nm, 610nm)을 보이며, 물과 에타놀, 메타놀에 잘 녹지 않고 클로로포름에 낮은 비율로 녹는 특성까지 유사한 것으로 알려져 있다. Rhodococcus family of indole oxygenases are known to produce indigo by oxidizing indole and to produce some indirubin in side reactions. However, because the enzyme is associated with the cell membrane (association) function, it is difficult to overexpress, the activity is reduced during purification, the exact characteristics are not known. Bacillus megaterium p450 BM-3 has two domains, 54 kDa cytochrome P450 and 64 kDa NADPH-P450 reductase. The enzyme oxidizes saturated fatty acids and unsaturated fatty acids with 12 to 20 carbons sequentially from the end. NADPH is required as a coenzyme, and it is known to be expressed in the cytoplasm of E. coli. It is expressed in a soluble state and is studied on various substrate specificities. A type of mutant enzyme is known to produce indirubin. However, the low conversion rate of the substrate has the disadvantage that a large amount of protein is required. Pigment production hydroxylase of Rhodococcus sp . (ATCC 21145) is a small 42 kDa protein that has the function of Acyl-CoA dehydrogenase. E. coli is known to produce indigo and red pigments, but little research has been done on the properties of proteins. These materials are very similar to the absorbances of indigo and indirubin (552 nm, 603 nm) (560 nm, 610 nm), and are known to be insoluble in water, ethanol, and methanol, and in low proportions in chloroform.

전술한 예비선정 효소원을 포함하는 균주와 세포주를 다양한 분양기관(KCTC, KCCM, ATCC 등)에서 분양받아 각각의 기관에서 명시된 최적배지로 세포를 배양해 활성을 측정하였다. 이를 위해 기발굴된 베타-글루코시다아제를 포함하는 재조합 대장균을 배양해 세포를 파쇄한 후, 중성 pH에서 옥시게나아제를 지닌 세포주의 파쇄액과 혼합하고 기질로서 인디칸을 첨가하였다. 다양한 반응조건과 환원력하에서 활성을 측정한 결과 T4MO 와 CYP2W1, CYP2A6, Rhodococcus 유래의 indole oxygenase 와 BM-3 계열의 효소, 그리고 Pigment production hydroxylase 에서 인독실의 특정 위치를 산화한 결과물로 인디루빈이 생성되는 것으로 조사되었다. Strains and cell lines containing the aforementioned preselected enzyme source were distributed in various distribution organs (KCTC, KCCM, ATCC, etc.), and the activity was measured by culturing the cells in the optimal medium specified in each organ. To this end, recombinant Escherichia coli containing pre-explored beta-glucosidase was cultured to disrupt cells, and then mixed with the disruption solution of the cell line with oxygenase at neutral pH and indican was added as a substrate. The activity was measured under various reaction conditions and reducing power, resulting in oxidative induction of T4MO, CYP2W1, CYP2A6, Rhodococcus- derived indole oxygenase and BM-3 family enzymes, and the specific position of the doxoroom in Pigment production hydroxylase. It was investigated.

[실시예 2] 인독실에 활성을 지닌 후보 유전자의 클로닝과 활성비교Example 2 Cloning and Activity Comparison of Candidate Genes with Activity in the Reading Room

산화 혹은 산화-환원 관련 효소 유전자를 증폭하기 위해 실험에 사용된 각각 의 균주는 표1에 명시하였다. 클로닝과 활성측정의 대상 유전자로는 toluene ortho-monooxygenase, CYP2W1, CYP2A6, 2E1, 2C19, indole oxygenase, cytochrome P450 BM-3, chloroperoxidase, non-heme chloroperoxidase, pigment production hydroxylase 등을 사용하였다. 균주는 실험실 보유 균주와 분양 기관 (KCTC, KACC, ATCC) 에서 분양받아 이용하였다. E. coli XL1-Blue (recA1 endA1 gyrA46 thi-1 hsdR17 supE44 relA1 lac F'[proAB laclqZM15 Tn10(Tetr)c]) 는 선별대상이 되는 유전자의 클로닝과 발현 숙주로 사용하였다. 활성 측정을 위한 단백질의 발현은 inducer 없이 과 발현을 유도하기 위해 lacI 유전자를 제거한 pTrc99A(Pharmacia) 플라스미드를 사용하였다. PCR 증폭의 주형이 되는 염색체의 분리는 LB배지와 균주 분양기관에서 명시된 배지를 사용해 확보된 전세포를 이용하였고, 형질전환 균주는 25-37°C, ampicillin (100 μg/mL) 이 첨가된 LB 배지를 이용해 배양하였다. Each strain used in the experiment to amplify oxidative or redox-related enzyme genes is shown in Table 1. Toluene ortho-monooxygenase, CYP2W1, CYP2A6, 2E1, 2C19, indole oxygenase, cytochrome P450 BM-3, chloroperoxidase, non-heme chloroperoxidase, and pigment production hydroxylase were used as genes for cloning and activity measurement. Strains were used in the laboratory-owned strains and pre-institutions (KCTC, KACC, ATCC). E. coli XL1-Blue (recA1 endA1 gyrA46 thi-1 hsdR17 supE44 relA1 lac F '[proAB laclqZM15 Tn10 (Tetr) c]) was used as a cloning and expression host for the genes to be selected. Protein expression for activity measurement was used pTrc99A (Pharmacia) plasmid from which the lacI gene was removed to induce overexpression without an inducer. Isolation of chromosomes, which are the template for PCR amplification, was performed using whole cells secured using the medium specified in the LB medium and strain incubator, and transgenic strains were 25-37 ° C and LB added with ampicillin (100 μg / mL). The culture was carried out using the medium.

각각의 균주로부터 pTrc99A 플라스미드로 클로닝한 유전자는 GenBank 에 등록된 서열들을 바탕으로 제작한 primer들을 이용해 PCR로 증폭하였다. PCR 반응에는 Pfu polymerase를 이용하였고, 주형 DNA 20 ng 을 첨가하여 전체양이 25㎕ 가 되게 조정한 다음 전형적인 조건을 이용하였다. 준비된 유전자와 pTrc99A 플라스미드는 제한효소 NcoⅠ과 HindⅢ 로 절단한 후, 0.8 % agarose gel 에 전기영동하여 Wizard SV gel & PCR clean-up system (Promega)을 이용해 회수하였다. Ligation 은 플라스미드와 증폭된 유전자를 혼합한 후 4℃ 에서 12시간 동안 수행하였다. Genes cloned into pTrc99A plasmid from each strain were amplified by PCR using primers prepared on the basis of sequences registered in GenBank. Pfu polymerase was used for the PCR reaction, and the total amount was adjusted to 25 μl by adding 20 ng of template DNA, and then typical conditions were used. The prepared gene and pTrc99A plasmid were digested with restriction enzymes Nco I and Hind III and electrophoresed on 0.8% agarose gel and recovered using Wizard SV gel & PCR clean-up system (Promega). Ligation was performed at 4 ° C. for 12 hours after mixing the plasmid and the amplified gene.

형질전환에 사용한 대장균 XL1-Blue competent cell 은 MgCl2 20 mM 이 첨가 된 SOB에 접종하여 37℃ 에서 3시간 배양한 후 20 mM hexaminecobalt chloride를 첨가한 TB 용액을 처리하여 제조하였다. 제조된 세포의 경우 -80℃ 에 보관하며 사용하였다. 형질전환은 일반적인 열충격 방법에 따라 각각의 재조합 DNA 를 competent cell 과 혼합한 후 얼음에 30분간 정치한 후, 42℃에서 90초간 열충격, 얼음에서 2분간 방치하는 방법으로 수행하였다. 형질전환 후 LB 고체배지에 도말하여, 15-20 시간 내외로 성장을 유도한 후 colony cracking을 통해 원하는 유전자가 삽입된 클론을 확보하였다. E. coli XL1-Blue competent cells used for transformation were prepared by inoculating SOB containing 20 mM MgCl 2 and incubating at 37 ° C. for 3 hours, followed by treatment with TB solution containing 20 mM hexaminecobalt chloride. The prepared cells were used while stored at -80 ℃. Transformation was performed by mixing each recombinant DNA with competent cells according to the general thermal shock method, and then standing on ice for 30 minutes, then thermal shock at 42 ° C. for 90 seconds, and leaving it on ice for 2 minutes. After transformation, the cells were plated on LB solid medium to induce growth within 15-20 hours, and colony cracking was used to obtain clones into which the desired gene was inserted.

상기 과정으로 준비된 모든 유전자를 베타-글루코시다아제를 포함한 상태로 제조된 대장균 competent cell에 형질전환하여, 인디칸을 포함한 최소배지에 도말해 붉은 색의 인디루빈이 생성되는지를 관찰하였다. 병행해, 보다 높은 감도로 인디루빈의 생성능을 확인하고자 베타-글루코시다아제를 지닌 세포와 각각의 옥시게나아제를 지닌 숙주를 배양한 후, 반응액(1-2 % triton X-100 과 2-5 mM 인디칸이 포함된 완충용액)에 첨가해 상온에서 15분간 전처리한 후 반응을 유도하였다. 액체 반응의 경우, 흡광도를 재거나 고성능 액체크로마토그래피(HPLC)로 반응액내의 산물과 기질을 분석하였다. 결과적으로 야생형 전세포(whole cell)균주의 결과와 유사하게 T4MO 와 CYP2W1, indole oxygenase 와 BM-3 계열의 효소, 그리고 pigment production hydroxylase 에서 농도의 편차는 존재하지만 분명한 인디루빈의 생성을 확인하였다. 하지만 Rhodococcus 유래의 indole oxygenase를 제외한 모든 경우에서 산화력과 단백질의 발현양, 활성에 따른 편차가 크게 존재해 이후의 실험은 indole oxygenase를 대상으로 수행하였다. All the genes prepared by the above process were transformed into E. coli competent cells prepared with beta-glucosidase, and then observed on red medium indirubin was plated on minimal medium containing indican. In parallel, incubation of cells with beta-glucosidase and hosts with respective oxygenases in order to confirm the ability of indirubin to produce higher sensitivity, followed by reaction solution (1-2% triton X-100 and 2- Buffer solution containing 5 mM indican) was pretreated at room temperature for 15 minutes to induce a reaction. In the case of liquid reactions, the products and substrates in the reaction solution were analyzed by absorbance or by high performance liquid chromatography (HPLC). As a result, similar to the results of wild-type whole cell strains, the concentrations of T4MO and CYP2W1, indole oxygenase and BM-3 enzymes, and pigment production hydroxylase showed a clear but distinct indierubin production. However, after the experiment to the expression level, the variation of the activity of the protein and significant oxidative present in all but the Rhodococcus origin indole oxygenase was performed on the indole oxygenase.

[실시예 3] 인독실에 높은 활성을 지닌 유전자군의 발굴Example 3 Discovery of Gene Group with High Activity in Human Reading Room

상기한 Rhodococcus 유래의 옥시게나아제 서열을 바탕으로 인독실의 특정부위에 산화유도가 가능한 옥시게나아제의 추가적인 발굴을 체계적으로 시도하였다. GeneBank 와 PDB 데이터 베이스내의 모든 옥시게나아제 유전자 서열과 아미노산 서열을 대상으로 발굴된 옥시게나아제와 유사한 서열을 지닌 자원들을 수집한 후, 아미노산 서열이 유사성이 매우 높은 경우와 같은 균주 내의 파라로그(paralogue), 오르소로그(orthologue)이지만 진화유연 관계가 극히 밀접한 경우를 제외한 후 계통도를 재구성하였다. 이후에 각각의 유전자서열상의 진화거리와 알려진 효소의 기질특이성, 기질 스펙트럼(substrate spectrum)을 고려하여 최종 선정한 유전자들의 보존서열(conservative sequence)를 분석하였다. 이때 보존서열의 분석에는 일반적으로 활용되는 Clustal X 프로그램을 이용하였다. 유추된 보존서열과 선호도가 높은 아미노산 서열로 구성된 가상의 ORF 서열을 GenBank 내의 BLAST-P 프로그램을 이용하여 탐색한 결과, 옥시게나아제 혹은 옥시도 리덕테이즈로 추정되어 있으나 인독실에 대해 활성이 보고되지 않은 신규 효소군을 확보할 수 있었다 [도 3]. On the basis of the oxygenase sequence derived from Rhodococcus described above, an additional discovery of oxygenase, which can induce oxidation in a specific part of the human dorsal chamber, was systematically attempted. After collecting resources with oxygenase-like sequences found for all oxygenase gene sequences and amino acid sequences in the GeneBank and PDB databases, paraloges in strains such as those with very high amino acid sequences ), But the orthologue, but the evolutionary relationship is very close, and the schematic was reconstructed. Afterwards, the conservative sequence of the finally selected genes was analyzed in consideration of the evolutionary distance of each gene sequence, the substrate specificity of the known enzyme, and the substrate spectrum. At this time, Clustal X program which is generally used was used for analysis of conservation sequence. A hypothetical ORF sequence consisting of the inferred conserved sequence and the preferred amino acid sequence was searched using the BLAST-P program in GenBank. The new enzyme group was not able to be secured [FIG. 3].

본 발명에서 체계적인 발굴과정을 통해 확인된 옥시게나아제들의 특성을 분석하면, 발굴된 인독실 산화 옥시게나아제의 대부분이 일반적인 방향족 화합물 분해능이 있는 것으로 알려진 토양 미생물(Rhodococcus 와 streptomyces)에 존재하는 것으로 확인되었고, 효소특성에 관해서는 알려진 정보가 없는 실정이다. 이들 자원을 대상으로 유전자가 코딩한 효소원에 의해 인독실의 C2 위치에 선택적인 산화가 가능한지를 확인한 결과, 모든 경우에서 뚜렷한 활성이 있는 것이 확인되었다. 본 발명자들은 선별된 옥시게나아제들이 공통된 조상에서 진화하였고 같은 기질에 대해 활성을 보이는 것이 일반적인 특징임을 보여주기 위해 유사한 크기의 아미노산(393~404)과 35% 이상의 높은 서열유사성을 보이고 있음을 서열번호 1~8로 표시되는 염기서열(서열번호 1~4)과 아미노산 서열(서열번호 5~8)로 도시하였다 [도3].In the present invention, when analyzing the characteristics of the oxygenases identified through the systematic excavation process, it is confirmed that most of the excavated phosphorylated oxygenases are present in soil microorganisms ( Rhodococcus and streptomyces ) known to have general aromatic compound degradability. There is no known information on the enzyme properties. As a result of confirming the selective oxidation at the C2 position of the indoctrin by the enzyme source encoded by the gene for these resources, it was confirmed that there was a distinct activity in all cases. We show that the selected oxygenases evolved from a common ancestor and showed 35% or higher sequence similarity with amino acids (393 to 404) of similar size to show that it is a common feature to be active against the same substrate. It is shown by the nucleotide sequence (SEQ ID NO: 1-4) and amino acid sequence (SEQ ID NO: 5-8) represented by 1 to 8 [Fig. 3].

[실시예 4] 인돌 옥시게나아제의 개량을 위한 변이효소 라이브러리 제작 및 선별Example 4 Preparation and Selection of Mutagen Library for Improvement of Indole Oxygenase

선별된 인돌 옥시게나아제(GenBank ID; NC_008271.1) 경우에, 뚜렷한 활성을 보여줌에도 불구하고 초기에 첨가한 인디칸의 전환수율은 <10% 미만인 것으로 확인되었다. 발굴된 아과내의 대부분의 효소들도 이와 유사하거나 낮은 수율을 보여주는 것으로 조사되어, 공정상의 개선이나 단백질 자체의 개량에 의한 수율증대의 필요성이 제기 되었다. 이러한 개량가능성을 확인하기위해 발굴의 대상이 되는 야생형 유전자 혹은 혼합된 유전자들에 무작위 변이를 유발하는 방법으로 라이브러리를 구축하였다. 일반적으로 tag polymerase 은 교정기능이 낮을 뿐만 아니라, 각기 다른 양의 dNTP 첨가, MnCl2 와 MgCl2 의 농도 변화로 쉽게 변이유발비율을 증가시킬 수 있다. PCR 반응은 tag polymerase를 이용해 1~5 mM의 MnCl2, 5~20 mM 의 MgCl2, 0.2~1 mM의 dNTP를 사용해 전체양이 25㎕ 가 되도록 보정해 수행하였다. 무작위 돌연변이 PCR 은 95℃ 에서 5분 denaturation 후에, 95℃에서 1분 denaturation, 55 ℃에서 1분간 annealing, 72℃에서 1-3분간 extension/35cycle을 수행하는 방법을 이용하였다. 증폭된 유전자는 0.8 % agarose gel 에 전기영동한 후 Wizard SV Gel and PCR Clean-up system을 이용해 회수하였다. Ligation 은 vector 와 증폭된 변이 유전자 풀(pool)을 혼합한 후 4℃에서 12시간 동안 수행하였다. 각각의 재조합 DNA를 competent cell 에 형질전환한 후 1 mM 의 인돌(야생형 효소의 고유기질) 이 포함된 LB 고체 배지에 도말하였다.In the case of the selected indole oxygenase (GenBank ID; NC_008271.1), the conversion yield of the initially added indican was found to be less than <10%, despite showing distinct activity. Most of the enzymes found in the subfamily showed similar or low yields, suggesting the need for increased yields due to process improvements or the improvement of the protein itself. To confirm this possibility, the library was constructed by inducing random mutations in wild-type or mixed genes to be excavated. In general, tag polymerase has a low calibration function and can easily increase mutagenesis rate by adding different amounts of dNTP and changing concentrations of MnCl 2 and MgCl 2 . The PCR reaction was performed by adjusting the total amount to 25 μl using 1-5 mM MnCl 2 , 5-20 mM MgCl 2, 0.2-1 mM dNTP using tag polymerase. Random mutant PCR was performed by 5 minutes denaturation at 95 ° C, 1 minute denaturation at 95 ° C, annealing at 55 ° C for 1 minute, and extension / 35cycle at 1-3 ° C for 1-3 minutes. The amplified genes were electrophoresed on 0.8% agarose gel and recovered using Wizard SV Gel and PCR Clean-up system. Ligation was performed at 4 ° C. for 12 hours after mixing the vector and the amplified mutant gene pool. Each recombinant DNA was transformed into competent cells and plated in LB solid medium containing 1 mM indole (proprietary substrate of wild type enzyme).

16시간 배양 후 야생형 효소와는 다른 색을 띠는 콜로니를 1차 선별하였다. 인돌을 함유한 배지에서 콜로니를 배양한 결과 일반 배지보다 크기가 작은 것으로 보아 균의 생장에 영향을 미치는 것을 확인할 수가 있었다. 선행된 다른 연구자들의 결과에서도 인돌을 기질로 이용하는 것은 물질이 가진 독성으로 인해 제약이 따른다고 알려져 있다. 또한 인돌은 물에 잘 녹지 않기 때문에 유기용매를 이용해 녹여야 하는 단점이 있으며 첨가되는 기질의 양에도 제한이 있다. 이러한 결과로서 기존 연구에서 목적하는 인디루빈의 생성양이나 단백질 발굴에 영향이 있었으며, 결과적으로 우수한 효소원의 발굴 혹은 제작에 불리하게 작용하였을 것으로 판단되어진다. After 16 hours of incubation, colonies of different color from wild-type enzyme were selected first. When colonies were cultured in an indole-containing medium, they were found to have a smaller size than the normal medium, which could affect the growth of bacteria. In the results of other researchers, the use of indole as a substrate is known to be limited by the toxicity of the substance. In addition, indole does not dissolve well in water, so there is a disadvantage in that it must be dissolved using an organic solvent, and there is a limit in the amount of added substrate. As a result, it was found that the previous study had an effect on the production of the desired indirubin or the discovery of protein, and as a result, it may be detrimental to the discovery or production of an excellent enzyme source.

1차 선별한 효소원의 경우, 인돌에 대한 반응성이 달라져 야생형 효소와는 다른 색(인디루빈이 포함되었을 수 있는)을 나타냈을 것이라고 예측되었다. 이들을 대상으로 인디칸을 포함한 배지에서 베타-글루코시다아제와 같이 반응시켰을 때 인독실에 대한 활성의 증가 혹은 단백질의 발현양의 차이로 인디루빈의 생성양이 달라진 클론을 선별할 수 있을 것이라고 예측하였다. 이를 근거로, 인디칸이 함유된 LB 배지에 pACYC184벡터에 tac promoter 와 함께 클로닝된 글루코시다아제를 지닌 숙주로 형질전환하여 대조군 (glucosidase +야생형 산화효소)과 다른 색을 띄는 클론을 2차 선별하였고, 최종적으로 인디칸을 포함한 완충 반응용액에 처리하여 인디루빈과 같은 붉은 빛을 띄는 균주들을 최종 선별하였다. 이때, 대조군으로 인디칸을 포함한 반응액에 베타-글루코시다아제만를 첨가한 경우에는 남색의 인디고 블루만이 생성되었으며, 돌연변이원들에게만 인디칸을 처리한 경우에는 색의 변화가 관찰되지 않았다. 최종적으로 선별한 두 개의 변이효소의 아미노산 서열(서열번호 9 및 10)을 확인한 결과 각각이 1개 (OM1)와 2개 (OM2)의 돌연변이가 유도된 것이 확인되었다 [도 4]. 이들을 야생형 효소에 비해 우수한 활성능을 지녀, 초기에 첨가한 인디칸의 20% 정도를 인디루빈으로 전환하는 것이 확인되었다. It was predicted that the primary source of enzyme was a change in reactivity to indole, resulting in a different color than the wild-type enzyme (which may contain indirubin). We predicted that clones with different beta-glucosidase activity in the medium containing indican could be selected for clones with different production levels of indirubin due to increased activity in the doxoroom or differences in protein expression. . On the basis of this, LB medium containing indican was transformed into a host having a glucosidase cloned with a tac promoter in the pACYC184 vector, and the clones having a different color from the control group (glucosidase + wild type oxidase) were secondarily selected. Finally, the resultant was treated with a buffer reaction solution containing indican to finally screen for red light-like strains such as indirubin. In this case, when only beta-glucosidase was added to the reaction solution containing indican as a control, only indigo blue of indigo blue was produced. When indican was treated only by mutagens, no change in color was observed. As a result of confirming the amino acid sequence (SEQ ID NOS: 9 and 10) of the two selected mutants, it was confirmed that one (OM1) and two (OM2) mutations were induced, respectively [FIG. 4]. They have superior activity compared to wild type enzymes, and it was confirmed that about 20% of the initially added indican was converted to indirubin.

선별과정에서 확인된 특정 클론(OM1)의 경우, 인디칸을 포함한 반응액에서 베타-글루코시다아제와 함께 붉은색의 인디루빈 추정 물질이 생성하는 결과 이외에, 1 mM 의 인돌과 반응시켰을 때에도 야생형 효소보다 진한 붉은색을 보여주는 흥미로운 결과가 도출되었다. 따라서 변이효소의 경우, 하나 이상의 위치에서 인돌 혹은 인독실을 산화할 수 있는 것이 확인되었다. 상기한 결과와 같이 새로 선별한 효소원의 경우, 인돌이나 인독실에 대한 기질특이성이나 비활성의 증가가 다른 옥시게나아제 아군에 비해 쉬울 수 있음을 확인하였다. 이는 단백질이 지닌 변이 공간(mutation space)이 크다는 것을 암시하는 결과로서 향후에 유사기질 혹은 공정에 폭넓은 활용이 기대되어 진다. Specific clones identified during screening (OM1), wild-type enzymes, even when reacted with 1 mM indole, in addition to the production of red indirubin spectra with beta-glucosidase in the reaction solution containing indicans Interesting results have been obtained, showing a darker red color. Therefore, it was confirmed that in the case of the mutant enzyme, it is possible to oxidize the indole or the doxyl chamber at one or more positions. In the case of the newly selected enzyme source as described above, it was confirmed that an increase in substrate specificity or inactivation for indole or doxyl may be easier than that of other oxygenase subgroups. This suggests that the mutation space of a protein is large, and it is expected to be widely used in similar substrates or processes in the future.

[실시예 5] 선별된 효소원을 이용한 인디루빈 생성 확인Example 5 Indirubin Production Confirmation Using Selected Enzyme Sources

전술한 과정으로 최종 선별한 효소원을 대상으로, 인디루빈 생성과 표준시료와의 비교/확인을 위해 ampicillin(100㎍/ml)이 포함된 LB 액체배지에 접종해 37℃에서 12시간 배양하였다. 배양액의 1 % 를 ampicillin(100㎍/ml)이 포함된 LB 10 ml 에 재접종한 후 37℃에서 OD600 = 2가 될 때 까지 배양하였다. 배양액은 1.6 ml 씩 12000 rpm 에서 5분간 원심분리한 후 상층액은 버리고 남은 세포에 200 ㎕ 반응용액 (1 % Triton X-100 을 포함한 50 mM Tri-HCl buffer, pH7.0)을 첨가해 분산한 후, 표2와 같은 기질을 처리해 반응을 유도하였다.The enzyme source finally selected by the above-described process was inoculated in LB liquid medium containing ampicillin (100 µg / ml) for 12 hours incubation with ampicillin (100 µg / ml) for indirubin production and comparison with the standard sample. 1% of the culture was re-inoculated with 10 ml of LB containing ampicillin (100 µg / ml) and incubated at 37 ° C. until OD 600 = 2. The culture solution was centrifuged at 12000 rpm for 5 minutes at 1.6 ml, and the supernatant was discarded. The remaining cells were dispersed by adding 200 µl of reaction solution (50 mM Tri-HCl buffer containing 1% Triton X-100, pH7.0). After that, the substrate was treated with the substrate as shown in Table 2 to induce the reaction.

표 2. 인디루빈 생성확인을 위한 반응액의 조성Table 2. Composition of reaction solution for confirmation of indirubin production

No.No. Triton x-100Triton x-100 IndicanIndican IsatinIsatin IndoleIndole GlucosidaseGlucosidase Indole oxygenaseIndole oxygenase Final VolumeFinal volume 1One 1%One% 1mM1 mM 0.1 ml 0.1 ml 0.5 ml0.5 ml 22 1%One% 1mM1 mM 1mM1 mM 0.1 ml0.1 ml 0.5 ml0.5 ml 33 1%One% 1mM1 mM 0.1 ml0.1 ml 0.1 ml0.1 ml 0.5 ml0.5 ml 44 1%One% 1mM1 mM 0.1 ml0.1 ml 0.5 ml0.5 ml 55 1%One% 1mM1 mM 1mM1 mM 0.1 ml0.1 ml 0.5 ml0.5 ml 66 1%One% 0.1 ml0.1 ml 0.5 ml0.5 ml

결과적으로, 그림 5 a 에서와 같이 인디칸을 기질로 글루코시다아제와 변이효소원(OM1)을 첨가한 경우에 대조군에 비해 뚜렷한 붉은 빛을 띄는 인디루빈 추정산물이 생성되는 것을 확인하였다. 이러한 결과는 인디루빈 생성 대조군(postive control)으로 이용한 인디칸과 글루코시다아제를 혼합한 용액에 변이효소 대신 기 대산물(이사틴)을 직접 첨가한 반응액의 색과 비교하였을때도 유사한 정도의 색감과 농도를 지녀 효율적으로 변이효소에 의해 이사틴이 인독실에서 생성되었음을 알 수 있었다. 이를 Thin layer chromatography 상에서 표준시료와 비교하기 위해 반응물의 전개를 시도하였다. 반응액 0.5 ml 을 건조한 후 DMSO 0.2 ml 를 첨가해 녹인 후, TLC plate (silica gel)에 0.5 ㎕ 씩 5회 점적하였다. Spotting 한 후 건조하는 방법을 반복적으로 수행해 물질의 확산을 가급적 억제한 후, 전개용매에서 일정시간 전개한 후 결과를 확인하였다. 전개용매는 toluene : acetone : chloroform = 2:1:1 비율로 혼합하여 사용하였다. 그림 5b 의 결과와 같이 대조군으로 점적한 인디고나 인디칸, 인돌과는 확연히 구분되며 인디루빈 표준시료와 같은 위치에서 농도를 달리한 반응물(sample 1-5)의 모든 산물의 Rf 값이 일치함이 확인되었다. As a result, when glucosidase and mutant source (OM1) were added to indican as a substrate as shown in Fig. 5a, it was confirmed that the indirubin estimator produced a distinct reddish color compared to the control group. This result was similar to the color of the reaction solution in which indicane and glucosidase, which were used as indirubin production control, were directly added to the product (Isatin) instead of the mutant enzyme. It was found that isatin was produced in the human chamber by the mutant enzyme efficiently. The development of the reactants was attempted to compare this with the standard sample on thin layer chromatography. After drying 0.5 ml of the reaction solution, 0.2 ml of DMSO was added to dissolve it, and 0.5 µl of the solution was added dropwise to the TLC plate (silica gel) five times. After spotting and repeatedly drying, the diffusion of the material was suppressed as much as possible, and then developed in a developing solvent for a predetermined time, and the results were confirmed. The developing solvent was used in a mixture of toluene: acetone: chloroform = 2: 1: 1. As shown in Fig. 5b, it is clearly distinguished from indigo, indican, and indole as a control group, and the Rf values of all products of the reactants having different concentrations at the same position as the indirubin standard (sample 1-5) are consistent. Confirmed.

이를 고성능 액체 크로마토(HPLC)로 분리한 결과와 질량 분석기(Mass spectrophotometer)로 검증한 결과에서도 표준시료와 정확히 일치하는 Rt와 분자량을 보임으로써, 본 발명의 반응 산물이 인디루빈임을 최종 확인하였다 [도 6]. This result was separated by high performance liquid chromatography (HPLC) and verified by mass spectrometer (Mass spectrophotometer), and showed the Rt and molecular weight that exactly matched the standard sample, thereby finally confirming that the reaction product of the present invention was indirubin. 6].

[실시예 6] 베타-글루코시다아제 유전자와 옥시게나아제 유전자의 융합Example 6 Fusion of Beta-glucosidase Gene and Oxygenase Gene

발굴한 옥시게나아제와 제작한 돌연변이 효소원의 경우 분자량이 < 200 kDa 으로 매우 크며(data not shown) 다량체(multimer) 의 특성을 지니는 것으로 조사되었다. 따라서, 과발현이 어려우며 세포생리에도 영향이 큰 것으로 확인되었다. 또한 동시발현 시켜야 하는 글루코시다아제의 경우에도 독립적인 발현양이 많지 않음이 선행연구에서 확인되었다. 이러한 문제점을 일부분 극복하고 각각의 독립적 발현에 따른 metabolic burden 을 줄이는 방법으로 글루코시다아제-옥시게나아제 융합단백질의 제작을 시도하였다 [그림 7]. 일반적인 말단 접합(end-to-end) 방법으로 융합단백질을 제조한 결과 세포내의 stress 나 샤페론의 부재, giant fusion protein 에 의한 burden 과 맞물려 기능성 단백질로의 발현이 어려운 것으로 확인되었다. 하지만 미약하게나마 활성이 측정되어지며 세포독성은 일부분 줄어든 것으로 조사되어, 좀 더 개선 된 융합 방법, 예를 들면 특정 domain 의 선별적 융합이나 grafting 을 시도하는 방법으로 bi-functional fusion protein 의 제작이 가능할 수 있음을 확인할 수 있었다. The discovered oxygenase and the mutant enzyme source produced were found to be very large (data not shown) with molecular weight <200 kDa and have multimer properties. Therefore, overexpression is difficult and the effect on cell physiology was confirmed. In addition, in the case of glucosidase which should be co-expressed, it was confirmed in the previous study that the amount of independent expression was not high. In order to overcome some of these problems and reduce the metabolic burden associated with each independent expression, glucosidase-oxygenase fusion proteins have been attempted [Figure 7]. As a result of preparing the fusion protein by general end-to-end method, it was found to be difficult to express as a functional protein due to intracellular stress, absence of chaperone, and burden caused by giant fusion protein. However, since the activity is measured and the cytotoxicity is partially reduced, the bi-functional fusion protein may be produced by more advanced fusion methods such as selective fusion or grafting of specific domains. It could be confirmed.

[실시예 7] 발현방법의 조절에 따른 인디루빈 생산능 평가Example 7 Indirubin Production Capacity Evaluation by Control of Expression Method

대장균 숙주에서 안정적이며 대사생리에 미치는 영향이 적은 2가지 벡터(pACYC184 와 pTrc99A)를 이용해 각각의 유전자(글루코시다아제와 옥시게나아제)를 클로닝한 후 단일 세포에 형질전환하는 방법으로 공정을 평가하였다. 이때, 전체 반응속도의 율속단계인 옥시게나아제의 발현양을 늘리기 위해 pTrc99A 에 클로닝하였고, 상대적으로 활성이 높고 발현양이 많은 글루코시다아제는 pACYC184 에 클로닝하였다. 또 다른 발현 전략으로는 pACYC184 플라스미드에 프로모터를 삽입한 후 옥시게나아제와 글루코시다아제를 operon 형태로 클로닝하는 방법을 시험하였다 [도 8]. 결과적으로는 미약하나마 동시발현을 하는 경우가 상대적인 인디루빈 생성량이 많으며 플라스미드의 안정성에도 유리함이 확인되었다. 산업적으로 이러한 효소발현 시스템을 활용하기 위해서는 플라스미드를 세포내에서 안정적으로 유지시 키기 위한 항생제의 첨가가 병행되어야 한다. 이를 극복하는 수단으로 인디루빈 생산량이 증가된 개량효소와 글루코시다아제를 숙주의 chromosome 에 삽입하는 방법으로 재조합 균체를 제작할 예정이다. 이때 제한된 copy 수에 의한 생산능의 저하를 막는 수단으로 단백질 생산량을 늘릴 수 있는 적절한 promoter 를 같이 삽입하는 방법을 이용할 예정이다. The process was evaluated by cloning each gene (glucosidase and oxygenase) using two vectors, pACYC184 and pTrc99A, which are stable in Escherichia coli hosts and have low metabolic physiological effects. . At this time, in order to increase the expression level of oxygenase, which is a rate-limiting step of the overall reaction rate, it was cloned into pTrc99A, and glucosidase having a relatively high activity and expression level was cloned into pACYC184. Another expression strategy was tested for cloning the oxygenase and glucosidase in the operon form after inserting the promoter into the pACYC184 plasmid [FIG. 8]. As a result, it was confirmed that the co-expression is weak, but the relative amount of indirubin production is favorable, and also advantageous to the stability of the plasmid. Industrially, in order to utilize this enzyme expression system, the addition of antibiotics to keep the plasmid stable in the cell must be performed in parallel. As a means of overcoming this, recombinant cells will be prepared by inserting improved enzymes and glucosidase with increased indirubin production into the chromosome of the host. In this case, a method of inserting an appropriate promoter to increase the protein production will be used as a means of preventing the degradation of production capacity due to the limited number of copies.

이 외에 공정상의 고려 요소로는, 본 발명이 글루코시다아제를 이용하여 인디칸에서 인독실을 생성한 후 산화효소에 의해 이사틴을 생성하므로, 산소 존재하에 인독실과 이사틴이 dimerization 되어 인디루빈이 생성되는 경우에 앞서 인독실 두 분자가 먼저 dimerization 되어 인디고를 생성할 수 있다. 따라서 인디루빈의 생성량이 산소농도에 많은 영향을 받는다. 실제 위의 예측결과의 증거로서 인디칸을 두 효소와 같이 반응시킨 후, 붉은 색이 약한 초기 반응액을 방치하였을 때 시간이 지남에 따라 붉은색이 진해짐을 확인하였다. 이는 초기반응 시 과량으로 포함된 산소가, 인독실이 옥시게나아제에 의해 이사틴으로 생성되기 전에 인독실 이량체인 인디고 형성해 유리한 조건을 제공하며, 농도가 낮아진 후에는 선택성이 높은 효소 반응물(이사틴)의 증가로 인디루빈양이 증가하는 현상과 관련이 있는 것으로 확인되었다. 또한 30℃ 에서 보다 37℃ 에서 인디루빈 생성량이 증가하는 현상은 효소의 비활성의 증가와 함께, 감소한 산소 용해도와 연관이 있음이 추가적으로 확인되었다. 따라서 인디칸을 기질로 인디루빈을 생산하는 공정에서는 효소원의 특성이외에 반응 온도와 산소량을 적절히 조절해야 할 것으로 생각된다. In addition, as a factor to be considered in the process, since the present invention generates a dodecyl room in indica using glucosidase, and then generates isatin by oxidase, the dodecyl room and isatin are dimerized in the presence of oxygen to indyrubin. In this case, two molecules of the reading chamber may be first dimerized to generate indigo. Therefore, the production amount of indirubin is greatly affected by the oxygen concentration. Indeed, as evidence of the above prediction results, it was confirmed that after reacting indican with both enzymes, the red color became darker with time when the initial reaction solution with weak red color was left. This provides an advantageous condition for the excess oxygen in the initial reaction to form indigo, a toxin chamber dimer before the toxin chamber is formed into isatin by the oxygenase, and after the concentration is lowered, the highly selective enzyme reactant (Isatin). It was confirmed that the increase of indirubin amount is increased by). In addition, it was further confirmed that an increase in indirubin production at 37 ° C than at 30 ° C was associated with decreased oxygen solubility with an increase in enzyme inactivation. Therefore, it is thought that the reaction temperature and the amount of oxygen should be appropriately controlled in the process of producing indirubin using indican as a substrate.

도 1은 신 공정에 의한 인디루빈 생산과정을 기존 공정과 비교해 도식화한 그림이다.1 is a diagram illustrating the indie-rubin production process by the new process compared with the existing process.

도 2는 인디루빈 생산능이 있는 옥시게나아제의 발굴을 위한 선별전략을 도식화한 그림이다. 2 is a diagram illustrating a screening strategy for the discovery of oxygenase with indirubin production capacity.

도 3은 체계적인 발굴과정에 의해 인디루빈 생산능이 확인된 옥시게나아제 아과의 유전자와 아미노산 서열이다.Figure 3 is a gene and amino acid sequence of the oxygenase subfamily confirmed indirubin production capacity by a systematic discovery process.

도 4는 인디루빈의 생산능의 증가를 위해 무작위 돌연변이 법으로 제조한 후 발굴한 변이효소의 아미노산 서열이다. Figure 4 is an amino acid sequence of the mutated enzyme discovered after the production by random mutagenesis to increase the production capacity of indirubin.

도 5는 발굴제작한 효소원을 이용해 인디루빈 생산능을 확인하는 과정에서 관찰된 반응액(a) 과 반응액을 TLC 로 분석한 결과이다.5 is a result of analyzing the reaction solution (a) and the reaction solution observed in the process of confirming the production of indirubin using the enzyme source excavated by TLC.

도 6은 인디칸에서 글루코시다아제와 옥시게나아제로 전환된 인디루빈 화합물을 최종적으로 확인한 Mass spectrophotometer 결과이다.6 is a mass spectrophotometer result of finally confirming the indirubin compound converted to glucosidase and oxygenase in indica.

도 7은 두 효소원을 이용한 인디루빈 생산 전략의 일종으로 융합단백질의 제작과정을 모식도로 나타낸 그림이다.Figure 7 is a schematic diagram showing the manufacturing process of the fusion protein as a kind of indirubin production strategy using two enzyme sources.

도 8은 두 효소원의 발현 전략을 개별 발현(a), 동시발현 (b), chromosomal integration 과정으로 모식화한 그림이다. 8 is a schematic diagram of the expression strategy of the two enzyme sources by individual expression (a), co-expression (b), chromosomal integration process.

<110> INDUSTRY FOUNDATION OF CHONNAM NATIONAL UNIVERSITY <120> MINING AND IMPROVEMENT OF ISATIN-GENERATING ENZYME, AND THEIR COMBINED USE WITH BETA-GLUCOSIDASE FOR THE PRODUCTION OF NATURAL INDIRUBIN <140> 10-2009-0095227 <141> 2009-10-07 <160> 10 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 1224 <212> DNA <213> Rhodococcus jostii RHA1 plasmid pRHL3 <400> 1 ctatacatcc atcgtgagtg cgtcgtccgc gccgatcaac aggcgcccgt agacctcttt 60 gccgacctcg ggggtgacgt aggcgtgccg ccccgcgatc tctgcatcgc gccagatctg 120 gttgaggacg ttcgcgtcgg cgaacgagcc ggccccgttg gtggtcatca ggatgtcgat 180 cccgtccttg acgagctccg cgatgatccc ggtgttgttc cggatccgcc cgcgggtgat 240 caggtcgggc aactcaccac gtgcggcggc gttgtcgatg tcggcggtgg cctgctgcat 300 caggagctcg gccatgttga acttcgttgc ggccgccgcc acgccgagct gatgcgtcgg 360 cgagttcttc gccgccgtgt acctggtgta ggccacccgc ttgttcggca gtttctccag 420 tgtcagctcc atcgcatgcc gagccagacc gagctgcgcg ccgacgagaa tcagcgcggc 480 gaccgggatg aacgccatgt tggagttgcg ttcggtgctc ttgtacgggg tggcgaagtc 540 cgcctcgcgc 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gcggggccgt 1200 gtcggtgatc gtcat 1215 <210> 4 <211> 1182 <212> DNA <213> Streptomyces ghanaensis ATCC 14672 <400> 4 atgaagacca tcgaggcgcc gacgcgcgaa gaactcgtcc gccgtgcatc ggacctggtt 60 ccgcttctgc ggaggaacgc gctcgccggt gaggagaacc gccgactgcc gcaggagacg 120 gtcgacgccc tgaccgaagc cggaattctc aagatgcgcg tcccgcaccg ctacggcggc 180 tacgagtccg acatgcgcac ggtcgtcgac accatcgccg agctcgcccg cggtgacggc 240 tccgccgcct ggaccgtctc cgtgtgggcc atcagctcct ggatggtcgg cctcttcccc 300 gacgaggtcc aggacgaggt cttctcgacc cccgacgtac gcatcagcgg catcctcagc 360 ccgggcgcca tggccacccc ggtccccggc ggtgtggtgc tcaacgggaa gtggtcgttc 420 aactccggtg tccagcacag ccagtggaac accaacgccg ccatcctcat cggcgaggac 480 ggcgagccgc agcccatcat ggtggccatc cccgtctccg acctgacgat cgtggacgac 540 tggcacaccg ccggcctgcg cggcaccggc agcgtcacca cgatcgccga gaacctgttc 600 gtcccgcagg aacgcgtact gccgatgatc ccggtgctcc agggccagca ccgctcggtg 660 ctcaacgccg gttccccgct ctacagcgcg ccgttcatgc ccaccgcctg cgccaccatc 720 tgcgccccgg ccctgggcct cgcccgcgcg gccaaggagg ccttcctgga gcgcctgccc 780 ggccggaaga tcacgtacac ggcgtacgag aaccaggcgg aggccccgct gacgcacctc 840 caggtcgccg aggccacggt gaagatcgac gaggcggagt tccacgcgca ccgcaccgcg 900 cggatggtcg acgccaaggg cgccgccggc gaggagtgga cgctggagga gcgggcccgg 960 gtccgcctgg acctcggtgc cgtcacccag cgcgccaagg aggccgtgga cctgctcaac 1020 acggccagcg gcggctcgtc catctactcc tccgtgccga tccagcgcat cgagcgggac 1080 gtgcagaccg tcaacctgca cgcgatcctc cacccgaaca ccaacctcga gctgtacgga 1140 cggatcgtct gcggccagga gcccaacacc gtctacctgt ag 1182 <210> 5 <211> 407 <212> PRT <213> Rhodococcus jostii RHA1 <400> 5 Met Thr Gln Thr Leu Glu Pro Thr Ser Thr Glu Thr Ala Asp Val Asp   1 5 10 15 Ala Ser Arg Pro Asn Arg Glu Val Ile Gly Lys Ala Thr Ala Leu Ile              20 25 30 Pro Leu Ile Arg Gln Tyr Ala Asp Gln Gly Ser Ala Asp Arg Arg Ala          35 40 45 Ala Pro Glu Val Met Ala Ala Leu Glu Ala Glu Gly Leu Phe Lys Leu      50 55 60 Phe Val Pro Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Glu Glu Asn Leu Arg Thr Ala  65 70 75 80 Met Glu Thr Val Ala Glu Val Ala 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Val Ser Glu   1 5 10 15 Arg Glu Arg Leu Val Ser Ala Ala Arg Ala Leu Gly Pro Leu Leu Arg              20 25 30 Glu Asn Ala Ala Arg Ala Glu Ala Asp Arg Arg Val Pro Glu Glu Asn          35 40 45 Ile Asp Ala Leu Arg Glu Ala Gly Leu Phe Asp Ile Thr Lys Pro Ala      50 55 60 Arg Phe Gly Gly Ala Glu Glu Asp Phe Arg Thr Phe Leu Glu Val Ser  65 70 75 80 Leu Glu Leu Gly Arg Ser Cys Gly Ser Thr Ala Trp Val Thr Thr Leu                  85 90 95 Ser Asn Val Thr Ser Phe Phe Val Gly Ala Tyr Pro Glu Ser Val Gln             100 105 110 Arg Asp Val Leu Gly Ala Asp Pro Arg Ile Ala Thr Cys Gly Val Phe         115 120 125 Thr Pro Thr Ser Thr Ser Val Arg Val Asp Gly Gly Tyr Arg Val Thr     130 135 140 Gly Arg Trp Gly Phe Ala Ser Ala Ser His His Ala Ser Trp Ala Asn 145 150 155 160 Val Gly Ile Pro Leu Thr Asn Ala Asp Gly Asp Ala Val Gly Ala Ala                 165 170 175 Ser Ala Trp Ile Pro Met Thr Asp Leu Ser Ile Asp Asn Thr Trp Tyr             180 185 190 Val Ala Gly Met Ser Gly Ser Gly Ser Asp Thr Leu Val Ala Asp Asp         195 200 205 Val Phe Val Pro Asp Ala Arg Ile Leu Ser Val Thr Asp Met Met Glu     210 215 220 Gly Arg Thr Ala Ser Glu Phe Gln Asp Glu Thr Leu Tyr His Ser Ser 225 230 235 240 Leu Val Pro Val Leu Ala Leu Val Leu Val Gly Pro Val Leu Gly Met                 245 250 255 Ala Glu Gly Ala Tyr Asp Ala Val Leu Ala Thr Leu Gln Lys Asp Lys             260 265 270 Pro Ile Ala Tyr Ser Phe Tyr Gln Arg Ser Ile Asp Ala Pro Ser Thr         275 280 285 Gln Leu Asn Met Ala Ala Ala Arg Ser Leu Ile Asp Gln Ala Arg Leu     290 295 300 Leu Ala Phe Arg Gly Ala Asp Glu Ile Asp Ala Ala Ala Ala Ala Gly 305 310 315 320 Arg Gln Met Pro Val Val Glu Arg Ala Arg Ala Arg Met Asp Ala Ala                 325 330 335 Gln Ala Ala Asn Leu Cys Arg Glu Ala Val Glu Leu Leu Leu Asn Val             340 345 350 Ser Gly Ala Gly Ser Phe Ala Gln Val Asn Pro Leu Gln Arg Ile Trp         355 360 365 Arg Asp Leu Glu Thr Ser Ser Arg His Ala Phe Ile Asn Leu Asn Ile     370 375 380 Asn Gln Glu Ile Tyr Gly Arg Ala Leu Leu Gly Ile Asp Glu Gln Val 385 390 395 400 Ser Pro Phe Val                 <210> 8 <211> 393 <212> PRT <213> Streptomyces ghanaensis ATCC 14672 <400> 8 Met Lys Thr Ile Glu Ala Pro Thr Arg Glu Glu Leu Val Arg Arg Ala   1 5 10 15 Ser Asp Leu Val Pro Leu Leu Arg Arg Asn Ala Leu Ala Gly Glu Glu              20 25 30 Asn Arg Arg Leu Pro Gln Glu Thr Val Asp Ala Leu Thr Glu Ala Gly          35 40 45 Ile Leu Lys Met Arg Val Pro His Arg Tyr Gly Gly Tyr Glu Ser Asp      50 55 60 Met Arg Thr Val Val Asp Thr Ile Ala Glu Leu Ala Arg Gly Asp Gly  65 70 75 80 Ser Ala Ala Trp Thr Val Ser Val Trp Ala Ile Ser Ser Trp Met Val                  85 90 95 Gly Leu Phe Pro Asp Glu Val Gln Asp Glu Val Phe Ser Thr Pro Asp             100 105 110 Val Arg Ile Ser Gly Ile Leu Ser Pro Gly Ala Met Ala Thr Pro Val         115 120 125 Pro Gly Gly Val Val Leu Asn Gly Lys Trp Ser Phe Asn Ser Gly Val     130 135 140 Gln His Ser Gln Trp Asn Thr Asn Ala Ala Ile Leu Ile Gly Glu Asp 145 150 155 160 Gly Glu Pro Gln Pro Ile Met Val Ala Ile Pro Val Ser Asp Leu Thr                 165 170 175 Ile Val Asp Asp Trp His Thr Ala Gly Leu Arg Gly Thr Gly Ser Val             180 185 190 Thr Thr Ile Ala Glu Asn Leu Phe Val Pro Gln Glu Arg Val Leu Pro         195 200 205 Met Ile Pro Val Leu Gln Gly Gln His Arg Ser Val Leu Asn Ala Gly     210 215 220 Ser Pro Leu Tyr Ser Ala Pro Phe Met Pro Thr Ala Cys Ala Thr Ile 225 230 235 240 Cys Ala Pro Ala Leu Gly Leu Ala Arg Ala Ala Lys Glu Ala Phe Leu                 245 250 255 Glu Arg Leu Pro Gly Arg Lys Ile Thr Tyr Thr Ala Tyr Glu Asn Gln             260 265 270 Ala Glu Ala Pro Leu Thr His Leu Gln Val Ala Glu Ala Thr Val Lys         275 280 285 Ile Asp Glu Ala Glu Phe His Ala His Arg Thr Ala Arg Met Val Asp     290 295 300 Ala Lys Gly Ala Ala Gly Glu Glu Trp Thr Leu Glu Glu Arg Ala Arg 305 310 315 320 Val Arg Leu Asp Leu Gly Ala Val Thr Gln Arg Ala Lys Glu Ala Val                 325 330 335 Asp Leu Leu Asn Thr Ala Ser Gly Gly Ser Ser Ile Tyr Ser Ser Val             340 345 350 Pro Ile Gln Arg Ile Glu Arg Asp Val Gln Thr Val Asn Leu His Ala         355 360 365 Ile Leu His Pro Asn Thr Asn Leu Glu Leu Tyr Gly Arg Ile Val Cys     370 375 380 Gly Gln Glu Pro Asn Thr Val Tyr Leu 385 390 <210> 9 <211> 407 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Indole oxygenase mutant 1 K89R, A138T <400> 9 Met Thr Gln Thr Leu Glu Pro Thr Ser Thr Glu Thr Ala Asp Val Asp   1 5 10 15 Ala Ser Arg Pro Asn Arg Glu Val Ile Gly Lys Ala Thr Ala Leu Ile              20 25 30 Pro Leu Ile Arg Gln Tyr Ala Asp Gln Gly Ser Ala Asp Arg Arg Ala          35 40 45 Ala Pro Glu Val Met Ala Ala Leu Glu Ala Glu Gly Leu Phe Lys Leu      50 55 60 Phe Val Pro Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Glu Glu Asn Leu Arg Thr Ala  65 70 75 80 Met Glu Thr Val Ala Glu Val Ala Arg Gly Asp Gly Ser Thr Ala Trp                  85 90 95 Ala Val Ala Leu Leu Asn Val Cys Thr Trp Phe Gly Thr Thr Phe Ser             100 105 110 Gln Gln Ala Gln Asp Asp Val Phe Gly Ala Asn Pro Asp Ala Lys Cys         115 120 125 Cys Gly Ile Phe Thr Pro Gly Ser Lys Thr Glu Arg Val Glu Gly Gly     130 135 140 Tyr Ile Val Ser Gly Gln Trp Pro Tyr Ser Ser Gly Ser Phe Ala Ala 145 150 155 160 Asp Trp Gly Thr Leu Gly Ile Ala Leu Asp Val Glu Glu Gly Glu Asp                 165 170 175 Pro Arg Ala Leu Ala Leu Ile Pro Lys Asp Ala Trp Thr Ile Lys Pro             180 185 190 Thr Trp Phe Val Ala Gly Met Lys Gly Ser Gly Ser Asp Thr Ile Val         195 200 205 Val Glu Asp His Phe Val Pro Asp His Arg Ile Gln Arg Phe Val Ala     210 215 220 Met Arg Glu Ala Asp Phe Ala Thr Pro Tyr Lys Ser Thr Glu Arg Asn 225 230 235 240 Ser Asn Met Ala Phe Ile Pro Val Ala Ala Leu Ile Leu Val Gly Ala                 245 250 255 Gln Leu Gly Leu Ala Arg His Ala Met Glu Leu Thr Leu Glu Lys Leu             260 265 270 Pro Asn Lys Arg Val Ala Tyr Thr Arg Tyr Thr Ala Ala Lys Asn Ser         275 280 285 Pro Thr His Gln Leu Gly Val Ala Ala Ala Ala Thr Lys Phe Asn Met     290 295 300 Ala Glu Leu Leu Met Gln Gln Ala Thr Ala Asp Ile Asp Asn Ala Ala 305 310 315 320 Ala Arg Gly Glu Leu Pro Asp Leu Ile Thr Arg Gly Arg Ile Arg Asn                 325 330 335 Asn Thr Gly Ile Ile Ala Glu Leu Val Lys Asp Gly Ile Asp Ile Leu             340 345 350 Met Thr Thr Asn Gly Ala Gly Ser Phe Ala Asp Ala Asn Val Leu Asn         355 360 365 Gln Ile Trp Arg Asp Ala Glu Ile Ala Gly Arg His Ala Tyr Val Thr     370 375 380 Pro Glu Val Gly Lys Glu Val Tyr Gly Arg Leu Leu Ile Gly Ala Asp 385 390 395 400 Asp Ala Leu Thr Met Asp Val                 405 <210> 10 <211> 407 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Indole oxygenase mutant 2 V248I <400> 10 Met Thr Gln Thr Leu Glu Pro Thr Ser Thr Glu Thr Ala Asp Val Asp   1 5 10 15 Ala Ser Arg Pro Asn Arg Glu Val Ile Gly Lys Ala Thr Ala Leu Ile              20 25 30 Pro Leu Ile Arg Gln Tyr Ala Asp Gln Gly Ser Ala Asp Arg Arg Ala          35 40 45 Ala Pro Glu Val Met Ala Ala Leu Glu Ala Glu Gly Leu Phe Lys Leu      50 55 60 Phe Val Pro Arg Arg Tyr Gly Gly Tyr Glu Glu Asn Leu Arg Thr Ala  65 70 75 80 Met Glu Thr Val Ala Glu Val Ala Lys Gly Asp Gly Ser Thr Ala Trp                  85 90 95 Ala Val Ala Leu Leu Asn Val Cys Thr Trp Phe Gly Thr Thr Phe Ser             100 105 110 Gln Gln Ala Gln Asp Asp Val Phe Gly Ala Asn Pro Asp Ala Lys Cys         115 120 125 Cys Gly Ile Phe Thr Pro Gly Ser Lys Ala Glu Arg Val Glu Gly Gly     130 135 140 Tyr Ile Val Ser Gly Gln Trp Pro Tyr Ser Ser Gly Ser Phe Ala Ala 145 150 155 160 Asp Trp Gly Thr Leu Gly Ile Ala Leu Asp Val Glu Glu Gly Glu Asp                 165 170 175 Pro Arg Ala Leu Ala Leu Ile Pro Lys Asp Ala Trp Thr Ile Lys Pro             180 185 190 Thr Trp Phe Val Ala Gly Met Lys Gly Ser Gly Ser Asp Thr Ile Val         195 200 205 Val Glu Asp His Phe Val Pro Asp His Arg Ile Gln Arg Phe Val Ala     210 215 220 Met Arg Glu Ala Asp Phe Ala Thr Pro Tyr Lys Ser Thr Glu Arg Asn 225 230 235 240 Ser Asn Met Ala Phe Ile Pro Ile Ala Ala Leu Ile Leu Val Gly Ala                 245 250 255 Gln Leu Gly Leu Ala Arg His Ala Met Glu Leu Thr Leu Glu Lys Leu             260 265 270 Pro Asn Lys Arg Val Ala Tyr Thr Arg Tyr Thr Ala Ala Lys Asn Ser         275 280 285 Pro Thr His Gln Leu Gly Val Ala Ala Ala Ala Thr Lys Phe Asn Met     290 295 300 Ala Glu Leu Leu Met Gln Gln Ala Thr Ala Asp Ile Asp Asn Ala Ala 305 310 315 320 Ala Arg Gly Glu Leu Pro Asp Leu Ile Thr Arg Gly Arg Ile Arg Asn                 325 330 335 Asn Thr Gly Ile Ile Ala Glu Leu Val Lys Asp Gly Ile Asp Ile Leu             340 345 350 Met Thr Thr Asn Gly Ala Gly Ser Phe Ala Asp Ala Asn Val Leu Asn         355 360 365 Gln Ile Trp Arg Asp Ala Glu Ile Ala Gly Arg His Ala Tyr Val Thr     370 375 380 Pro Glu Val Gly Lys Glu Val Tyr Gly Arg Leu Leu Ile Gly Ala Asp 385 390 395 400 Asp Ala Leu Thr Met Asp Val                 405  

Claims (11)

인돌의 C-3 위치가 산화되어 있는 인독실의 C-2 위치를 추가적으로 산화시키는 옥시게네이즈 유전자를 분리 증폭시킨 후, 벡터에 삽입하고 대장균에 형질전환시킨 재조합 대장균을 1~100 mM 인디칸, 0.5~1.5 중량% NaCl 및 0.2~0.8 중량% 효모 추출물이 함유된 배지에서 배양하되, 상기 인독실은 베타-글루코시다아제에 의해 인디칸으로부터 형성되고, 상기 인독실의 C-2 위치를 산화시키는 서열번호 1 내지 서열번호 10 중 어느 하나의 염기 서열 또는 아미노산 서열로 표시되는 옥시게나아제 효소에 의하여 인독실에서 이사탄이 형성되는 것을 특징으로 하는 인디루빈의 제조방법.After isolation and amplification of the oxygenase gene that additionally oxidizes the C-2 position of the indole compartment in which the C-3 position of the indole is oxidized, the recombinant E. coli transformed into the vector and transformed into E. coli 1 to 100 mM indican, Incubated in a medium containing 0.5-1.5 wt.% NaCl and 0.2-0.8 wt.% Yeast extract, wherein the indoksil is formed from indicane by beta-glucosidase and oxidizes the C-2 position of the indoksil. A method for producing indirubin, characterized in that istane is formed in a doxoroom by an oxygenase enzyme represented by any one of SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 10. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 베타-글루코시다제는 시노라이조비움 멜리로티(Shinorhizobium meliloti) 균주로부터 유래된 유전자 (E. coli XL1-BLUE[pTrc99A-glu(SM)] (수탁번호 KCTC 11236BP)로 형질전환된 미생물인 것을 특징으로 하는 인디루빈의 제조방법.The beta-glucosidase is a microorganism transformed with a gene derived from a Shinorhizobium meliloti strain ( E. coli XL1-BLUE [pTrc99A-glu (SM)] (Accession No. KCTC 11236BP). Method for producing indirubin to be. 삭제delete 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 배양은 통기량 0.1~2.0 vvm 으로 산소를 주입하여 배양함을 특징으로 하는 인디루빈의 제조방법.The culturing is a method for producing indirubin, characterized in that the culture by injecting oxygen with aeration amount 0.1 ~ 2.0 vvm. 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어,The method of claim 1, 상기 백터는 조절자가 제거된 pTrc99A 발현 벡터로 발현되는 것을 특징으로 하는 인디루빈의 제조방법.The vector is a method for producing indirubin, characterized in that the modulator is expressed as a pTrc99A expression vector removed. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 베타-글루코시다아제 및 옥시게나아제 각각의 유전자를 포함한 재조합 플라스미드를 동시에 형질전환하거나 하나의 플라스미드에 두 유전자가 클로닝된 재조합 대장균을 이용한 인디루빈 제조방법.A method for producing indirubin using recombinant E. coli, wherein the recombinant plasmids including the genes of the beta-glucosidase and the oxygenase are simultaneously transformed or two genes are cloned into one plasmid. 제 10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 재조합 플라스미드내의 유전자를 숙주의 염색체로 도입한 재조합 대장균을 이용한 인디루빈 제조방법.A method for producing indirubin using recombinant E. coli, which introduces a gene in the recombinant plasmid into a host chromosome.
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