KR101190879B1 - Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin - Google Patents

Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin Download PDF

Info

Publication number
KR101190879B1
KR101190879B1 KR1020100108689A KR20100108689A KR101190879B1 KR 101190879 B1 KR101190879 B1 KR 101190879B1 KR 1020100108689 A KR1020100108689 A KR 1020100108689A KR 20100108689 A KR20100108689 A KR 20100108689A KR 101190879 B1 KR101190879 B1 KR 101190879B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
indirubin
corynebacterium
recombinant
gene
seq
Prior art date
Application number
KR1020100108689A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120047046A (en
Inventor
이진호
김학성
파트리샤 로리타 아메리아 시시
정영수
Original Assignee
경성대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경성대학교 산학협력단 filed Critical 경성대학교 산학협력단
Priority to KR1020100108689A priority Critical patent/KR101190879B1/en
Priority to PCT/KR2010/007747 priority patent/WO2012060489A1/en
Publication of KR20120047046A publication Critical patent/KR20120047046A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101190879B1 publication Critical patent/KR101190879B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/88Lyases (4.)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/74Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora
    • C12N15/77Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora for Corynebacterium; for Brevibacterium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0069Oxidoreductases (1.) acting on single donors with incorporation of molecular oxygen, i.e. oxygenases (1.13)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P17/00Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms
    • C12P17/16Preparation of heterocyclic carbon compounds with only O, N, S, Se or Te as ring hetero atoms containing two or more hetero rings
    • C12P17/165Heterorings having nitrogen atoms as the only ring heteroatoms

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 코리네박테리움 글루타미컴(Corynebacterium glutamicum) 유래의 신규한 인돌 옥시게나제(indole oxygenase) 유전자를 함유한 재조합 미생물을 이용한 인디루빈(indirubin) 제조방법에 관한 것으로, 인돌 옥시게나제와 대장균(Escherichia coli) 유래의 트립토파나제(tryptophanase)를 동시에 발현시키는 재조합벡터를 제작하고, 이를 사용하여 형질전환된 재조합 코리네박테리움 글루타미컴 KS405(기탁번호: KCTC-11795BP)를 개발하고, 트립토판을 함유한 배지에서 배양하여 인디고이드(indigoid) 화합물, 특히, 인디루빈을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for producing indirubin (indirubin) using a recombinant microorganism containing a novel indole oxygenase gene derived from Corynebacterium glutamicum , and indole oxygenase. To prepare a recombinant vector expressing tryptophanase from Escherichia coli at the same time, using this to develop a transformed recombinant Corynebacterium glutamicum KS405 (Accession No .: KCTC-11795BP) And a method for producing an indigoid compound, in particular, indirubin by culturing in a medium containing tryptophan.

Description

코리네박테리움 유래 인돌 옥시게나제 유전자를 함유한 재조합 미생물을 이용한 인디루빈 제조방법{Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin}Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin}

본 발명은 코리네박테리움 글루타미컴(Corynebacterium glutamicum) 유래의 신규한 인돌 옥시게나제(indole oxygenase) 유전자를 함유한 재조합 미생물을 이용한 인디루빈(indirubin) 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 인돌 옥시게나제와 대장균(Escherichia coli) 유래의 트립토파나제(tryptophanase)를 동시에 발현시키는 재조합벡터를 제작하고, 이를 사용하여 형질전환된 재조합 코리네박테리움 글루타미컴 KS405(기탁번호: KCTC-11795BP)를 개발하고, 트립토판을 함유한 배지에서 배양하여 인디고이드(indigoid) 화합물, 특히, 인디루빈을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing indirubin using a recombinant microorganism containing a novel indole oxygenase gene derived from Corynebacterium glutamicum , and more specifically, Recombinant Corynebacterium glutamicum KS405 (Accession No .: KCTC-) was prepared using a recombinant vector expressing indole oxygenase and tryptophanase from Escherichia coli . 11795BP), and incubated in a medium containing tryptophan to produce indigoid compounds, in particular indirubin.

인디루빈은 인디고와 화학적 구조가 매우 유사한 적색을 나타내는 인디고이드 화합물이다. 일반적으로 천연 쪽(Polygonum tinctorium), 대청(Isatis tinctoria)등을 이용하여 청색염료인 인디고를 생산하는 과정에서 부산물로 소량 만들어진다. 전통적인 한약처방인 당귀 롱휘 완(Danggui Longhui Wan)은 만성 백혈병 치료에 이용되어 온 11종의 약재로 구성되어 있는데, 그 중 인디루빈이 유효약물로 밝혀졌으며, 최근 세포주기(cell cycle) 저해제로 만성백혈병 치료제, 알츠하이머와 같은 퇴행성 신경질환 치료제등의 의학적 활용가치가 매우 큰 약물로 알려져 있다(Bri. J. Haemato., 130:681-690, 2005 Nature Cell Biol., 1:60-67, 1999).Indirubin is an indigoide compound that exhibits a red color that is very similar in chemical structure to indigo. In general, a small amount of by-product is produced in the process of producing indigo, a blue dye using polygonum tinctorium and isatis tinctoria. The traditional herbal medicine, Danggui Longhui Wan, consists of 11 kinds of medicines that have been used to treat chronic leukemia. Among them, indirubin has been found to be an effective drug, and recently, it is a chronic cell cycle inhibitor. It is known to have a very high medical value such as leukemia medication and neurodegenerative diseases such as Alzheimer's disease (Bri. J. Haemato., 130: 681-690, 2005 Nature Cell Biol., 1: 60-67, 1999). .

인디루빈은 화학합성법, 식물추출법, 미생물에 의한 생물학적인 방법으로 인디고를 생산하는 과정에서 소량 부산물로 제조될 수 있다. 화학합성법의 경우 o-나이트로벤즈알데하이드(o-nitrobenzaldehyde)로부터 출발하여 인디고를 합성하는 과정에서 인디루빈이 소량 합성된다(http://en.wikipedia.org/wiki/Baeyer-Drewson_indigo_synthesis Bioorg. Med. Chem., 14:237246, 2006). 식물추출법의 경우, 쪽식물에 포함되어 있는 청색색소의 전구체인 인디칸(indicant)이라는 인독실배당체를 추출한 다음 발효에 의해 인독실(indoxyl)을 유리시킨 후 공기에 의해 산화되면서 인디고가 생산되는데, 인독실이 이사틴(isatin)으로변환된 후 인독실과 이사틴의 결합으로 소량의 인디루빈이 만들어진다. 그러나 화학합성법의 경우, 반응과정에 사용되거나 부산물로 만들어지는 독성물질로 인한 환경오염 문제점을 가지고 있으며, 식물에서 추출된 천연색소의 경우 대량 생산, 제품 표준화 및 경제성 측면에서 문제점을 가지고 있다. 따라서, 이러한 단점들을 극복하기 위한 전략으로 생물학적 방법으로 미생물 및 동물유래의 다양한 옥시게나아제(oxygenase)를 미생물에 도입하여 인돌(indole)로부터 인디고를 생산하는 공지의 기술들이 많이 보고되었다(J. Indus. Microbiol. Biotech., 28:127-133, 2002; 대한민국 등록특허 10-0494764; Appl. Microbiol. Biotechnol. 63, 1997; Science. 222: 167-169, 1983). 이러한 반응에 관여하는 대표적인 효소유형으로는 옥시게나아제, 옥시도리덕타제(oxidoreductase),전자전달단백질등으로 이루어진 다성분 시스템(multicomponent system) (J. Bacteriol. 184: 344-349, 2002; Appl. Environ. Microbiol., 71:5476-5483, 2005; Lett. Appl. Microbiol., 31:5-9, 2000; Appl. Microbiol. Biotechnol., 66:422-429, 2005), FAD-의존형 모노옥시게나제 (FAD-dependent monooxygenase)( Biochem. Biophy. Res. Comm., 306:930-936, 2003), 앞에서 언급된 효소들과는 상동성이 없으며 1가지 성분(single component)으로 구성된 옥시게나아제(Appl. Environ. Microbiol., 71:7768-7777, 2005; Kor. J. Microbiol. Biotechnol., 37:197203, 2009; Appl. Microbiol. Biotechnol., 79:417-422, 2008)가 있다. 대부분의 옥시게나아제는 인돌로부터 주성분으로 인디고를 생산하며, 부산물로 소량의 인디루빈을 생산한다. 그 중에서 인디루빈 생산농도가 가장 높은 것은 35mg/L수준이다(대한민국 등록특허 10-0494764). 한편, 일부의 효소는 인돌로부터 인디루빈이 상대적으로 많이 생기는 형태가 보고되어 있는데 그 수준은 65mg/L 이며(대한민국 등록특허 10-0590053), 아직까지 고순도로 인디루빈을 생산할 수 있는 기술은 알려진 봐 없다. 또한, 대부분 대장균을 생산용 미생물로 사용하고 있는데, 대장균은 세포외막의 지질A(lipid A) 성분이 내독소(endotoxin)로 작용하기 때문에 의약용 생산미생물로 사용하기에는 부적합한 미생물이라는 단점을 가지고 있다. 즉, 인디루빈은 다양한 활용가치가 높은 고부가가치 생리활성물질로 밝혀졌지만, 현재까지 화학합성법, 식물추출법, 미생물을 이용한 생물학적 방법으로는 인디고 부산물로서 매우 소량 얻을 수 있으며, 특히, 생물학적인 방법으로 65mg/L 이하 수준의 인디루빈 생산기술이 공지되어 있다. Indirubin can be prepared as a by-product in the process of producing indigo by chemical synthesis, plant extraction, microbiological biological method. In the case of the chemical synthesis method, a small amount of indirubin is synthesized in the process of synthesizing the indigo starting from o-nitrobenzaldehyde (http://en.wikipedia.org/wiki/Baeyer-Drewson_indigo_synthesis Bioorg.Med. Chem., 14: 237246, 2006). In the case of plant extraction, indigo is produced by extracting an indyl glycoside called indicant, which is a precursor of blue pigment, which is freed from fermentation and liberated indoxyl by fermentation. After the room is converted to isatin, a small amount of indirubin is produced by combining the room with isatin. However, in the case of the chemical synthesis method, there is a problem of environmental pollution due to toxic substances used in the reaction process or by-products, and the natural pigment extracted from plants has problems in terms of mass production, product standardization and economics. Therefore, as a strategy for overcoming these shortcomings, many well-known techniques for producing indigo from indole have been reported by introducing various oxygenases derived from microorganisms and animal origin into microorganisms in a biological method (J. Indus). Microbiol.Biotech., 28: 127-133, 2002; Korean Patent No. 10-0494764; Appl. Microbiol.Biotechnol. 63, 1997; Science.222: 167-169, 1983). Representative enzyme types involved in this reaction include a multicomponent system consisting of oxygenase, oxidoreductase, electron transfer protein, and the like (J. Bacteriol. 184: 344-349, 2002; Appl. Environ.Microbiol., 71: 5476-5483, 2005; Lett. Appl.Microbiol., 31: 5-9, 2000; Appl. Microbiol. Biotechnol., 66: 422-429, 2005), FAD-dependent monooxygena FAD-dependent monooxygenase (Biochem. Biophy. Res. Comm., 306: 930-936, 2003), having no homology with the above-mentioned enzymes and consisting of a single component. Environ. Microbiol., 71: 7768-7777, 2005; Kor. J. Microbiol. Biotechnol., 37: 197203, 2009; Appl. Microbiol. Biotechnol., 79: 417-422, 2008). Most oxygenases produce indigo as a main component from indole and a small amount of indirubin as a byproduct. Among them, the highest production concentration of indirubin is 35 mg / L level (Republic of Korea Patent Registration 10-0494764). On the other hand, some enzymes have been reported to form a relatively high indolebin from indole, the level is 65mg / L (Korea Patent 10-0590053), a technique that can produce indierubin with high purity is known yet none. In addition, most of the E. coli is used as a production microorganism, E. coli has a disadvantage of being unsuitable for use as a pharmaceutical production microorganism because the lipid A (lipid A) component of the extracellular membrane acts as an endotoxin. That is, indirubin has been found to be a high value-added bioactive substance with high value for various applications, but until now, it can be obtained as a by-product by indigo by chemical synthesis method, plant extraction method, and microorganism, especially, 65mg by biological method. Techniques for producing indirubin at levels below / L are known.

따라서, 앞으로 해결해야 할 과제는 생산용 미생물로 전통적으로 안전하다고 여겨지는 GRAS(generally regarded as safe) 미생물을 이용하여 인디고 생성 농도는 최소화하면서 인디루빈을 고농도, 고순도로 생산할 수 있는 기술개발이 필요하다.Therefore, the problem to be solved in the future is the development of technology capable of producing indirubin in high concentration and high purity while minimizing the concentration of indigo by using GRAS (generally regarded as safe) microorganism, which is traditionally regarded as safe for production. .

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명자들은 수년간 미생물을 이용한 인디루빈 대량생산에 관한 연구를 한 결과, 코리네박테리움 글루타미컴 유래의 신규한 인돌 옥시게나제 유전자를 클로닝(cloning)하여 대장균유래의 트립토파나제와 함께 GRAS 미생물인 코리네박테리움 글루타미컴에서 과발현시켜 L-트립토판(L-tryptophan)을 첨가한 배지에서 배양하여 고순도, 고농도로 인디루빈을 생산할 수 있는 기술을 개발하여 본 발명을 완성하였다.The present invention has been made in order to solve the above problems, the present inventors have been studied for the mass production of indirubin using microorganisms for many years, a novel indole oxygenase gene derived from Corynebacterium glutamicum Cloning and overexpressing in the GRAS microorganism Corynebacterium glutamicum together with E. coli-derived tryptophanase to incubate in a medium containing L-tryptophan to produce indirubin at high purity and high concentration The present invention has been completed by developing a technique capable of.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 본 발명은 코리네박테리움 속으로부터 유래된 서열번호 1의 인돌 옥시게나제 유전자와대장균으로 부터 유래한 서열번호 4의 트립토파나제 유전자가 발현되는 벡터로 형질전환된 재조합 코리네박테리움을 이용하여 인디루빈을 생성시키는 것을 특징으로 하는 코리네박테리움 유래 인돌 옥시게나제 유전자를 함유한 재조합 미생물을 이용한 인디루빈 제조방법을 제공한다.The present invention according to a preferred embodiment of the present invention to achieve the above object is an indole oxygenase gene of SEQ ID NO: 1 derived from the genus Corynebacterium and tryptopanase of SEQ ID NO: 4 derived from E. coli Provided is a method for producing indirubin using a recombinant microorganism containing a corynebacterium-derived indole oxygenase gene, characterized by generating indirubin by using a recombinant corynebacterium transformed with a vector expressing a gene. .

또한 상기 형질 전환된 재조합 코리네박테리움은, 상기 인돌 옥시게나제 유전자와 트립토파나제 유전자가 각각 서열번호 3의 "tac 프로모터"와 서열번호 5의 "ilvC 프로모터"와 재조합하여 두 유전자가 동시에 과발현되는 재조합 벡터에 의해 형질전환된 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13032(Corynebacterium glutamicum ATCC13032)를 모주로 하는 재조합 미생물(기탁번호; KCTC-11795BP)인 것을 특징으로 한다.In addition, the transformed Corynebacterium, the indole oxygenase gene and tryptopanase gene is recombined with the "tac promoter" of SEQ ID NO: 3 and the "ilvC promoter" of SEQ ID NO: 5, respectively, the two genes at the same time Corynebacterium glutamicum ATCC13032 ( Coynebacterium glutamicum ATCC13032) transformed by the overexpressed recombinant vector is characterized in that the recombinant microorganisms (Accession Number: KCTC-11795BP).

또한 상기 재조합 미생물은 트립토판이 함유된 배지에서 인디루빈을 생산하는 것을 특징으로 한다.
In addition, the recombinant microorganism is characterized by producing indirubin in a medium containing tryptophan.

삭제delete

삭제delete

삭제delete

삭제delete

이상에서와 같이 본 발명에 따르면, 코리네박테리움 글루타미컴 유래의 신규한 인돌 옥시게나제 유전자와 대장균 유래의 트립토파나제 유전자를 동시에 발현시키는 재조합벡터와 이를 함유한 재조합 코리네박테리움을 이용하여 생물학적인 방법으로 의약용으로 부가가치가 높은 적색의 인디루빈 화합물을 고농도 고순도로 대량으로 생산할 수 있다.  As described above, according to the present invention, a recombinant vector expressing a novel indole oxygenase gene derived from Corynebacterium glutamicum and a tryptopanase gene derived from E. coli and a recombinant corynebacterium containing the same It is possible to produce a large amount of high value-added red indirubin compound with high value for medical use by biological method.

도 1은 본 발명의 플라스미드 pPIO1의 제작과정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 플라스미드 pCOX2의 제작과정을 나타내는 도면이다.
도 3는 본 발명의 플라스미드 pTn3의 제작과정을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 플라스미드 pTO2C의 제작과정을 나타내는 도면이다.
1 is a view showing the manufacturing process of the plasmid pPIO1 of the present invention.
2 is a view showing the manufacturing process of the plasmid pCOX2 of the present invention.
Figure 3 is a view showing the manufacturing process of the plasmid pTn3 of the present invention.
4 is a view showing the manufacturing process of the plasmid pTO2C of the present invention.

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

본 발명은 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13032에서 분리된 서열번호 1의 DNA 염기서열과 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는 인돌 옥시게나제 유전자 및 단백질을 제공하며, 코리네박테리움에서 프로모터 활성을 갖는 서열번호 3의 "tac 프로모터"와 재조합하여 제작된 인돌 옥시게나제 과발현 재조합벡터를 제공한다.The present invention provides an indole oxygenase gene and protein having a DNA sequence of SEQ ID NO: 1 and an amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 isolated from Corynebacterium glutamicum ATCC13032, and having a promoter activity in Corynebacterium Provided is an indole oxygenase overexpressing recombinant vector produced by recombination with the "tac promoter" of SEQ ID NO: 3.

본 발명자들은 코리네박테리룸 글루타미컴 ATCC13032 게놈정보를 분석한 결과, 단백질의 기능은 실험적으로 검증되지 않고 단지 그 기능을 추정적으로 철분수송 플라보단백질(K+ transport flavoprotein) 또는 플라빈함유 모노옥시게나제 3 (flavin-containing monooxygenase 3) (GenBank 등재번호 CAF19847, CAF20910)로 명명된 2개의 유전자가 존재하였다. 그 중에서 CAF19847의 유전자를 중합효소연쇄반응(polymerase chain reaction, 이하 PCR로 칭함)을 통해 증폭한 후 "tac 프로모터"를 함유한 대장균 발현벡터 pKK223-3에 도입하여 플라스미드 pPIO1을 제작하였다. 그 결과, pPIO1을 함유한 재조합 대장균 세포의 콜로니 및 액체배양액의 색이 짙은 청바지색으로 변화하였다. 이 유전자를 대장균과 코리네박테리움 글루타미컴에서 발현시키기 위해 대장균/코리네박테리움 셔틀벡터(shuttle vector)인 pCES208(J. Microbiol. Biotechnol., 18:639-647, 2008)에 서열번호 6과 서열번호 7에 기재된 프라이머(primer)들을 사용해 플라스미드 pPIO1을 주형으로 해서 PCR로 증폭한 다음 pCES208에 도입하여 플라스미드 pCOX1을 제작하였다. pCOX1을 함유한 대장균 W3110을 트립토판을 함유한 LB(Luria-Bertani) 배지 (Molecular cloning: a laboratory manual, 3rd ed. 2001)에서 2일간 배양한 발효액을 이용하여 생산된 인디고이드 화합물을 TLC(thin layer chromatography), HPLC (high performance liquid chromatography), GC-MS(gas chromatography-mass spectroscopy)로 분석한 결과, 생성된 적색화합물은 인디루빈으로, 청색화합물은 인디고임을 확인하여 CAF19847의 유전자가 인돌을 산화하여 색깔을 띠는 인디고이드 화합물을 만드는 인돌옥시게나제임을 확인할 수 있었다(이하 유전자를 iog1이라 칭함). 상기 유전자의 DNA 염기서열은 서열번호 1에 기재된 총 1,413 염기 쌍으로 구성되어 있으며, 서열번호 2에 명기된 총 470개의 아미노산으로 구성되어 있다. The present inventors have analyzed the Corynebacterium glutamicum ATCC13032 genome information. As a result, the function of the protein is not experimentally verified and only the function is estimated to be iron transport flavoprotein or a flavin-containing monojade. There were two genes named flavin-containing monooxygenase 3 (GenBank accession number CAF19847, CAF20910). Among them, the CAF19847 gene was amplified through a polymerase chain reaction (hereinafter, referred to as PCR), and introduced into an E. coli expression vector pKK223-3 containing a "tac promoter" to prepare plasmid pPIO1. As a result, the color of colonies and liquid culture liquid of recombinant E. coli cells containing pPIO1 changed to dark blue jeans. In order to express this gene in Escherichia coli and Corynebacterium glutamicum, E. coli / Corynebacterium shuttle vector pCES208 (J. Microbiol. Biotechnol., 18: 639-647, 2008) SEQ ID NO: 6 And primers described in SEQ ID NO: 7 were used to amplify by PCR using plasmid pPIO1 as a template, and then introduced into pCES208 to prepare plasmid pCOX1. E. coli W3110 containing pCOX1 was incubated for 2 days in a LB (Lolea cloning: a laboratory manual, 3rd ed. 2001) containing tryptophan. As a result of analysis by chromatography, high performance liquid chromatography (HPLC) and gas chromatography-mass spectroscopy (GC-MS), the resulting red compound is indirubin and the blue compound is indigo. It was confirmed that it is an indoleoxygenase that produces a colored indigoid compound (hereinafter, the gene is referred to as iog 1). The DNA base sequence of the gene consists of a total of 1,413 base pairs described in SEQ ID NO: 1, and consists of a total of 470 amino acids specified in SEQ ID NO: 2.

본 발명의 유전자 서열은 하나 이상의 염기가 치환, 결실, 삽입 또는 이들 조합에 의해 용이하게 변형될 수 있다. 따라서, 서열번호 1과 서열번호 2와 높은 상동성을 갖는 DNA 또는 단백질, 예를 들면 그 상동성이 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 높은 상동성을 갖는 DNA와 단백질도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Gene sequences of the invention can be readily modified by one or more bases by substitutions, deletions, insertions or combinations thereof. Thus, DNAs or proteins having high homology with SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, such as DNAs and proteins having high homology of 70% or more, preferably 80% or more, are also within the scope of the present invention. It should be interpreted as being included.

또, 본 발명은 대장균에서 분리된 서열번호 4의 DNA 염기서열을 갖는 트립토파나제 유전자를 제공한다. 또한 본 발명은 트립토판을 분해하여 인돌을 만드는 활성을 갖는 대장균 유래의 트립토파나제 유전자를 코리네박테리움에서 프로모터(promoter) 활성을 갖는 서열번호 5의 "ilvC 프로모터"와 재조합하여 제작된 트립토파나제 과발현 재조합벡터를 제공한다.The present invention also provides a tryptopanase gene having a DNA base sequence of SEQ ID NO: 4 isolated from E. coli. In addition, the present invention is a recombinant trippypanase gene derived from E. coli, which has the activity to make indole by dissolving tryptophan in a tripine (proteter) having a promoter (promoter) of SEQ ID NO: 5 trips produced by recombinant Provides topanase overexpressed recombinant vector.

코리네박테리움 글루타미컴은 트립토판을 인돌로 분해하는 트립토파나제가 없기 때문에 서열번호 10~15에 기재된 프라이머들을 이용하여 코리네박테리움 유래의 ilvC 프로모터 단편, 대장균 유래의 tnaA 유전자 단편과 pKK223-3에 있는 rrnB 전사종결인자(transcriptional terminator) 단편을 각각 PCR로 증폭하였다. 증폭된 DNA 단편을 이용하여 2회 중복PCR(overlap PCR)을 수행하여 ilvC 프로모터-tnaA 유전자-전사종결인자가 연결된 DNA 단편을 얻었다. 이 단편을 제한효소 SalI, KpnI으로 이중 절단 후 pCES208에 도입하여 재조합 플라스미드 pTn3를 제작하였다. Since Corynebacterium glutamicum lacks tryptopanases that break down tryptophan into indole, it is derived from Corynebacterium using the primers described in SEQ ID NOS: 10-15. The ilv C promoter fragment, the tnaA gene fragment from Escherichia coli and the rrnB transcriptional terminator fragment in pKK223-3 were amplified by PCR, respectively. Two overlap PCRs were performed using the amplified DNA fragments to obtain DNA fragments to which the ilv C promoter- tnaA gene-transcription terminator was linked. This fragment after double-cut with restriction enzymes Sal I, Kpn I by introducing the recombinant plasmid was prepared pCES208 pTn3.

또한 본 발명은 상기의 인돌 옥시게나제와 트립토파나제 유전자가 동시에 과발현된 재조합벡터와 형질전환된 재조합 코리네박테리움 글루타미컴을 제공한다. 더욱이, 본 발명은 상기 재조합 코리네박테리움 글루타미컴을 트립토판을 함유한 배지에서 배양하면서 트립토파나제 활성에 의해 트립토판을 인돌로 전환시키고, 인돌 옥시게나제 활성에 의해 인돌이 인독실과 이사틴으로 전환되고, 인독실과 이사틴의 결합하여 인디루빈을 제조하는 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a recombinant vector and transformed Corynebacterium glutamicum transformed with the indole oxygenase and tryptopanase gene simultaneously overexpressed. Furthermore, the present invention converts tryptophan to indole by tryptophanase activity while culturing the recombinant Corynebacterium glutamicum in a tryptophan-containing medium, and indole oxygenase activity is induced by indole oxygenase activity. Provided is a method of converting to chitin and combining indoxin and isatin to produce indirubin.

즉, 최종적으로 상기에서 기술한 iog1발현벡터와 tnaA 발현벡터를 이용하여 pCES 벡터에 iog1tnaA가 동시에 발현되는 플라스미드 pTO2C를 제작하였다. 플라스미드 pTO2C로 형질전환된 재조합 코리네박테리움 KS405 (기탁번호: KCTC-11795BP)을 이용하여 트립토판이 10g/L 첨가된 LB배지에서 3일간 배양한 결과, 인디루빈이 509mg/L 인디고는 45mg/L 생산됨을 확인하였다. 이는 지금까지 보고된 인디루빈 생산기술과 비교하여 보면 가장 높은 농도의 고순도 인디루빈 생산기술임을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.That is, the plasmid pTO2C in which iog1 and tnaA are simultaneously expressed in the pCES vector was prepared using the iog1 expression vector and tnaA expression vector described above. After incubation for 3 days in LB medium containing 10 g / L tryptophan using recombinant Corynebacterium KS405 transformed with plasmid pTO2C (Accession No .: KCTC-11795BP), 509 mg / L indigo was 45 mg / L. Confirmed to be produced. This completed the present invention by confirming that the highest concentration of high purity indirubin production technology compared to the indirubin production technology reported so far.

본 발명에 사용되는 숙주세포는 바람직하게는 코리네박테리움 속 또는 대장균 속에 속하는 박테리아 세포일 수 있으나, 이들 예에 한정되는 것은 아니다.The host cell used in the present invention is preferably bacterial cells belonging to the genus Corynebacterium or E. coli, but is not limited to these examples.

이하 본 발명을 실시 예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시 예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 국한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples.

[실시예 1] 코리네박테리움 글루타미컴 유래의 인돌 옥시게나제를 암호화하는 iog1 유전자의 클로닝.Example 1 Cloning of iog1 gene encoding indole oxygenase from Corynebacterium glutamicum.

LB한천배지에서 배양된 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13032 세포 1 백금이를 멸균된 3차 증류수 100μl에 넣고 끓는 물에 약 2분간 방치 후 잘 현탁한 다음 1분간 원심분리하여 그 상등액을 취해 게놈 DNA 추출물로 이용하였다. PCR은 Pfu-X DNA 중합효소(polymerase) (솔젠트(사))를 사용하였고 주형 DNA는 5μl, 각 프라이머는 20pmol을 첨가하여 진행하였다. PCR 조건은 95℃에서 2분간 변성(denaturation), 95℃에서 20초간 변성, 50℃에서 40초간 풀림(annealing), 72℃에서 1분 30초간 신장(extension) 하는 과정을 30회 반복하였다. 증폭된 DNA 단편을 0.8% 아가로스 젤(agarose gel)에서 전기영동하여 약 1.4 kb(kilo base) 크기의 단편만을 회수한 후 제한효소 EcoRI과 HindIII로 절단한 다음, EcoRI/HindIII로 절단된 플라스미드 pKK223-3(파마시아(사))에 삽입하여 재조합 플라스미드 pPIO1을 제작하였다(도 1). Corynebacterium glutamicum ATCC13032 cells cultured in LB agar medium were put in 100μl of sterile tertiary distilled water, left in boiling water for about 2 minutes, suspended well, centrifuged for 1 minute, and the supernatant was taken to take genomic DNA. Used as an extract. PCR was performed using Pfu-X DNA polymerase (solgent, Inc.), 5 μl of template DNA, and 20 pmol of each primer were added. PCR conditions were repeated 30 times for 2 minutes denaturation (deaturation) at 95 ℃, denatured for 20 seconds at 95 ℃, annealing for 40 seconds at 50 ℃, (extension) for 1 minute 30 seconds at 72 ℃. Amplified DNA fragments were electrophoresed on 0.8% agarose gel to recover only about 1.4 kb (kilo base) fragments, digested with restriction enzymes Eco RI and Hind III, and then digested with Eco RI / Hind III. Recombinant plasmid pPIO1 was prepared by inserting into the cut plasmid pKK223-3 (Pharmacia Co., Ltd.) (FIG. 1).

제작된 플라스미드를 대장균 숙주인 E. coli TOP10에 도입하여 얻은 형질전환체에서 다시 pPIO1을 정제한 다음 그 염기서열을 분석한 결과 서열번호 1에 기재된 총 1,413 염기 쌍을 확인하였으며, 서열번호 2에 명기된 총 470개의 아미노산으로 구성됨을 확인하였다.PPIO1 was further purified from the transformant obtained by introducing the prepared plasmid into E. coli TOP10, which is an E. coli host, and then analyzed the nucleotide sequence. It was confirmed that it consists of a total of 470 amino acids.

프라이머primer 1, 2 염기서열 1, 2 nucleotide sequence

프라이머 1 (서열번호 6) 5’-CCCGGAATTC ATGGAGATGGTTATGAAGAA-3’Primer 1 (SEQ ID NO: 6) 5'-CCCGGAATTC ATGGAGATGGTTATGAAGAA-3 '

프라이머 2 (서열번호 7) 5’-CCCCAAGCTT TTAGGCTTTATCGCGGACTT-3’Primer 2 (SEQ ID NO: 7) 5'-CCCCAAGCTT TTAGGCTTTATCGCGGACTT-3 '

[실시예 2] 코리네박테리움에서 인돌 옥시게나제 발현용 재조합 플라스미드의 제작Example 2 Preparation of Recombinant Plasmid for Indole Oxygenase Expression in Corynebacterium

코리네박테리움에서 Iog1을 과발현하기 위해 대장균/코리네박테리움 셔특벡터에 삽입한 재조합 플라스미드를 제작하였다. PCR은 주형 DNA로 pPIO1 100ng, 프라이머 3, 4를 각각 20pmol을 첨가하여 진행하였다. PCR 조건은 95℃에서 2분간 변성, 95℃에서 20초간 변성, 55℃에서 40초간 풀림, 72℃에서 2분간 신장하는 과정을 30회 반복하였다. 증폭된 DNA 단편을 아가로스 젤에서 전기영동하여 1.98kb 크기의 단편만을 회수한 후 제한효소 XbaI과 BamHI으로 절단한 다음, XbaI/BamHI로 절단된 플라스미드 pCES208에 삽입하여 재조합 플라스미드 pCOX2을 제작하였다(도 2). 제작된 플라스미드를 대장균 숙주인 E. coli TOP10에 도입하여 얻은 형질전환체에서 다시 pCOX1을 정제한 다음 그 염기서열을 분석하여 서열변형이 없는 것을 확인하였다. 플라스미드 pCOX1로 형질전환된 대장균 W3110을 최종적으로 재조합대장균 WCX12로 명명하였다.In order to overexpress Iog1 in Corynebacterium, a recombinant plasmid inserted into Escherichia coli / Corynebacterium sher. PCR was carried out by adding 20 pmol of 100ng pPIO1 and primers 3 and 4 as template DNA. PCR conditions were repeated 30 times for 2 minutes denaturation at 95 ℃, 20 seconds at 95 ℃, 40 seconds at 55 ℃ decompression, extended for 2 minutes at 72 ℃. The amplified DNA fragments were electrophoresed on agarose gel to recover only 1.98 kb fragments, digested with restriction enzymes Xba I and Bam HI, and then inserted into plasmid pCES208 digested with Xba I / Bam HI to insert recombinant plasmid pCOX2. It was produced (Fig. 2). Purified pCOX1 from the transformant obtained by introducing the prepared plasmid into E. coli TOP10, which is an E. coli host, and analyzed the base sequence to confirm that there was no sequence modification. E. coli W3110 transformed with plasmid pCOX1 was finally named recombinant E. coli WCX12.

프라이머primer 3, 4 염기서열 3 and 4 base sequences

프라이머 3 (서열번호 8) 5’-CTAGTCTAGATCAAGGCGCACTCCCGTTCT-3’Primer 3 (SEQ ID NO: 8) 5'-CTAGTCTAGATCAAGGCGCACTCCCGTTCT-3 '

프라이머 4 (서열번호 9) 5’-CCGCGGATCCGCAAAAAGGCCATCCGTCAG-3’Primer 4 (SEQ ID NO: 9) 5'-CCGCGGATCCGCAAAAAGGCCATCCGTCAG-3 '

[실시예 3] 인디고이드 화합물 분석Example 3 Indigooid Compound Analysis

코리네박테리움 유래의 Iog1에 의해 만들어지는 인디고이드 화합물을 분석하기 위해서 HPLC와 GC-MS를 이용하여 분석하였다. In order to analyze the indigoid compound produced by Iog1 derived from Corynebacterium, it was analyzed using HPLC and GC-MS.

재조합대장균 WCX12를 카나마이신(kanamycin) 50μg/ml 첨가, 트립토판이 5g/L 첨가된 500ml LB배지(2,000ml 삼각 플라스크)에 접종하여 33℃에서 진탕배양하였다. 세포의 OD(optical density)가 0.6 되는 시점에 IPTG(isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside)를 0.1mM 첨가하여 단백질 발현을 유도하면서 48시간 배양하여 인디고이드를 얻었다. Recombinant Escherichia coli WCX12 was inoculated into 500 ml LB medium (2,000 ml Erlenmeyer flask) to which 50 µg / ml of kanamycin was added and 5 g / L of tryptophan were inoculated and shaken at 33 ° C. When the OD (optical density) of the cell was 0.6, 0.1 mM of IPTG (isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) was added to incubate for 48 hours while inducing protein expression to obtain indigoid.

배양액 100μl를 취하여 900μl DMF(dimethylformamide)와 혼합하였으며, 필요시 더 희석하였다. 희석액을 13,000rpm, 1분간 원심 분리하여 상등액을 취하였다. HPLC Capcell Pak C-18 column(5μm, 4.6x250mm)에 상등액을 주입하여 이동상으로 70% 메탄올을 사용하며 1.0ml/min의 유속으로 흘리면서 분리하였으며, 인디루빈은 540nm에서 인디고는 600nm에서 흡광도를 측정하여 분석하였다. 그 결과를 표준 합성 인디루빈과 인디고와 비교한 결과 표준 합성품과 분 발명에서 얻은 샘플 모두 인디고는 9~11분 위치에서, 인디루빈은 17~19분 위치에서 최대 흡광도 수치를 나타내는 것을 확인하였다.100 μl of the culture was taken and mixed with 900 μl DMF (dimethylformamide), and further diluted if necessary. The diluted solution was centrifuged at 13,000 rpm for 1 minute to obtain a supernatant. The supernatant was injected into HPLC Capcell Pak C-18 column (5μm, 4.6x250mm) and separated using 70% methanol as mobile phase and flowing at a flow rate of 1.0ml / min.Indirubin was measured at 540nm and 600nm at indigo. Analyzed. The results were compared with the standard synthetic indirubin and indigo, and it was confirmed that indigo showed the maximum absorbance values at the positions of 9 to 11 minutes and indirubin at the positions of 17 to 19 minutes for both the standard synthetic product and the sample obtained in the powder invention.

인디고이드 발효배양액을 7,000rpm에서 20분간 원심분리하여 세포와 인디고이드 침전물을 회수한 다음 40ml의 증류수로 현탁한 다음 다시 원심분리하는 과정을 2회 반복하여 세척하였다. 세척된 침전물을 40ml의 증류수에 현탁한 후 초음파기로 세포와 침전물을 잘게 파쇄한 다음 ethyl acetate로 3회 추출하였다. 이를 건조한 후 소량의 클로르포름에 녹인 후, 실리카겔 컬름(silica gel column, 3.6x60cm, 235x440 mesh)에서 n-hexane와 ethyl acetate가 1:1로 혼합된 용매를 흘러 보내면서 청색색소와 적색색소를 분리하였다. 분리된 색소들을 클로르포름에 녹인 후 각각 실리카겔 컬름에서 다시 정제하여 최종적으로 클로르포름에 녹인 적색색소와 청색색소액을 각각 제조하였다. 이를 VF-1 ms capillary column이 장착된 Agilent 5973N GC-MS(USA)를 사용하여 분석한 결과, 적색색소는 표준 합성품 인디루빈과 동일한 retention time(18.4분)을 가지며 그 분자량은 262Da로 확인이 되었으며, 청색색소는 표준 합성 인디고와 동일한 retention time(17.94분)을 가지며 그 분자량은 262Da로 확인이 되어, 최종적으로 본 발명에서 트립토판에서부터 생성되는 적색 및 청색색소가 각각 인디루빈 및 인디고임을 확인하였다. 또한, 본 발명에서 클로닝하여 발현시킨 코리네박테리움 글루타미컴 유래의 iog1 유전자는 인돌 옥시케나제를 암호화하는 유전자임을 증명하였다.The indigodiate fermentation broth was centrifuged at 7,000 rpm for 20 minutes to recover the cells and indigoid precipitates, and then suspended in 40 ml of distilled water and centrifuged again. The washed precipitate was suspended in 40 ml of distilled water, and the cells and the precipitate were crushed finely with an ultrasonic wave and extracted three times with ethyl acetate. After drying it, it was dissolved in a small amount of chloroform and separated from blue pigment and red pigment by flowing a 1: 1 mixed solvent of n-hexane and ethyl acetate in a silica gel column (3.6x60 cm, 235x440 mesh). It was. The separated pigments were dissolved in chloroform and purified again in silica gel column, respectively, to prepare red pigment and blue pigment solution, which were finally dissolved in chloroform. This was analyzed using an Agilent 5973N GC-MS (USA) equipped with a VF-1 ms capillary column. The red pigment had the same retention time (18.4 minutes) as the standard synthetic indirubin and had a molecular weight of 262 Da. The blue pigment has the same retention time (17.94 minutes) as the standard synthetic indigo and its molecular weight was confirmed as 262 Da, finally confirming that the red and blue pigments produced from tryptophan in the present invention were indirubin and indigo, respectively. In addition, the iog1 gene derived from Corynebacterium glutamicum cloned and expressed in the present invention proved to be a gene encoding indole oxykenase .

[실시예 4] 대장균 유래의 트립토파나제를 암호화하는 tnaA 유전자의 클로닝Example 4 Cloning of the tnaA Gene Encoding Tryptopanase from E. Coli

코리네박테리움 글루타미컴에서 트립토판을 인돌로 분해하기 위해 대장균 유래의 tnaA 유전자, 코리네박테리움에서 잘 작동하는 ilvC 유전자의 프로모터, pKK223-3에 존재하는 전사동결인자 rrnB를 각각 PCR로 증폭한 다음, 중복 PCR을 통해 연결하여 pCES208에 클로닝하였다. TnaA from E. coli to break down tryptophan into indole in Corynebacterium glutamicum Gene, ilvC works well in Corynebacterium The transcription freezing factor rrnB present in the promoter of the gene, pKK223-3, was amplified by PCR, respectively, and then cloned into pCES208 by connecting through duplicate PCR.

PCR에 사용되는 대장균 염색체는 LB한천배지에서 배양된 대장균 W3110 세포 1 백금이를 멸균된 3차 증류수 100μl에 넣고 끓는 물에 약 2분간 방치 후 잘 현탁한 다음 1분간 원심분리하여 그 상등액을 취해 게놈 DNA 추출물로 이용하였으며, 코리네박테리움 염색체는 [실시예 1]에서 얻은 코리네 게놈 DNA 추출물을 이용하였다. The E. coli chromosome used for PCR is placed in 100 μl of E. coli W3110 cells cultured in LB agar medium in sterile tertiary distilled water and left in boiling water for about 2 minutes. The Corynebacterium chromosome was used as a DNA extract, and the Coryne genomic DNA extract obtained in [Example 1] was used.

ilvC 프로모터를 증폭하기 위해 주형 DNA로 코리네글루타미컴 염색체 추출액 5μl, 프라이머 5, 6를 각각 20pmol을 첨가하여 PCR을 수행하였다. PCR 조건은 95℃에서 2분간 변성, 95℃에서 20초간 변성, 55℃에서 40초간 풀림, 72℃에서 30초간 신장하는 과정을 30회 반복하여 증폭된 DNA 단편을 아가로스 젤에서 전기영동하여 0.3kb 크기의 단편 1을 정제하였다. In order to amplify the ilv C promoter, PCR was performed by adding 5 μl of coryneglutacomb chromosome extract and 20 pmol of primers 5 and 6 as template DNA. PCR conditions were repeated 30 times to denature for 2 minutes at 95 ° C, 20 seconds at 95 ° C, 40 seconds at 55 ° C, 30 seconds at 72 ° C, and electrophoresed amplified DNA fragments on an agarose gel. Fragment 1 of kb size was purified.

tnaA 유전자를 증폭하기 위해 주형 DNA로 대장균 염색체 추출액 5μl, 프라이머 7, 8을 각각 20pmol을 첨가하여 PCR을 수행하였다. PCR 조건은 95℃에서 2분간 변성, 95℃에서 20초간 변성, 43℃에서 40초간 풀림, 72℃에서 1분 30초간 신장하는 과정을 30회 반복하여 증폭된 DNA 단편을 아가로스 젤에서 전기영동하여 약 1.4kb 크기의 단편 2을 정제하였다. tnaA In order to amplify the gene, PCR was performed by adding 20 pmol of E. coli chromosome extract 5, and primers 7, 8 as template DNA. PCR conditions were performed by electrophoresis on the amplified DNA fragments on agarose gel for 30 min denaturation at 95 ° C., denaturation at 95 ° C. for 20 sec, annealing at 43 ° C. for 40 sec, and extension at 72 ° C. for 1 min 30 sec. Fragment 2 of about 1.4 kb in size was purified.

전사종결인자 rrnB를 증폭하기 위해 주형 DNA로 플라스미드 pKK223-3 100ng, 프라이머 9, 10을 각각 20pmol을 첨가하여 PCR을 수행하였다. PCR 조건은 95℃에서 2분간 변성, 95℃에서 20초간 변성, 55℃에서 40초간 풀림, 72℃에서 30초간 신장하는 과정을 30회 반복하여 증폭된 DNA 단편을 아가로스 젤에서 전기영동하여 약 0.4kb 크기의 단편 3을 정제하였다.In order to amplify the transcription terminator rrnB, PCR was performed by adding 20 pmol of plasmid pKK223-3 100ng and primers 9 and 10 as template DNA. PCR conditions were repeated 30 times to denature for 2 minutes at 95 ° C, 20 seconds at 95 ° C, 40 seconds at 55 ° C, 30 seconds at 72 ° C, and electrophoresed the amplified DNA fragments on agarose gel. 0.4 kb fragment 3 was purified.

각각의 증폭된 단편을 연결하기 위한 2단계에 걸쳐 중복 PCR을 수행하였다. 먼저 주형 DNA로 0.3kb 크기의 단편 1과 약 1.4kb 크기의 단편 2를 각각 100ng, 프라이머 5, 8을 각각 20pmol을 첨가하여 PCR을 수행하였다. PCR 조건은 95℃에서 2분간 변성, 95℃에서 20초간 변성, 55℃에서 40초간 풀림, 72℃에서 2분간 신장하는 과정을 30회 반복하여 증폭한 다음 약 1.7kb 크기의 단편 4를 정제하였다. 그 다음 다시 단편 4와 약 0.4kb의 단편 3을 각각 100ng, 프라이머 5, 10을 각각 20pmol을 첨가하여 중복 PCR을 수행하였다. PCR 조건은 95℃에서 2분간 변성, 95℃에서 20초간 변성, 55℃에서 40초간 풀림, 72℃에서 2분 10초간 신장하는 과정을 30회 반복하였다. 증폭된 DNA 단편을 아가로스 젤에서 전기영동하여 약 2.1kb 크기의 단편만을 회수한 후 제한효소 SalI과 KpnI으로 절단한 다음, SalI/KpnI로 절단된 플라스미드 pCES208에 삽입하여 재조합 플라스미드 pTn3을 제작하였다(도 3). 제작된 플라스미드를 대장균 숙주인 E. coli TOP10에 도입하여 얻은 형질전환체에서 다시 pTna3을 정제한 다음 그 염기서열을 분석한 결과하여 서열변형이 없는 것을 확인하였다. Duplicate PCR was performed over two steps to connect each amplified fragment. As a template DNA, PCR was performed by adding 100 ng of 0.3 kb fragment 1 and about 1.4 kb fragment 2, respectively, and 20 pmol of primers 5 and 8, respectively. PCR conditions were amplified by repeating the procedure of denaturation at 95 ° C. for 2 minutes, denaturation at 95 ° C. for 20 seconds, annealing at 55 ° C. for 40 seconds, stretching at 72 ° C. for 2 minutes, and then purified fragment 4 having a size of about 1.7 kb. . Then, duplicate PCR was performed by adding 100 ng of fragment 4 and fragment 0.4 of about 0.4 kb and 20 pmol of primers 5 and 10, respectively. PCR conditions were repeated 30 times for 2 minutes denaturation at 95 ℃, 20 seconds denatured at 95 ℃, 40 seconds unwinded at 55 ℃, elongation 2 minutes 10 seconds at 72 ℃. The amplified DNA fragments after the electrophoresis and recovered the fragment of about 2.1kb in size from agarose gel with restriction enzymes Sal I and Kpn I cut to the next, and then inserted into the plasmid pCES208 cut with Sal I / Kpn I recombinant plasmid pTn3 Was prepared (FIG. 3). Purified pTna3 from the transformant obtained by introducing the prepared plasmid into E. coli TOP10, an E. coli host, and analyzed the sequencing to confirm that there was no sequence modification.

프라이머primer 5~10 염기서열 5 ~ 10 base sequences

프라이머 5 (서열번호 10) 5’-CCGCGGATCCCCAGGCAAGCTCCGCGCACT-3’Primer 5 (SEQ ID NO: 10) 5'-CCGCGGATCCCCAGGCAAGCTCCGCGCACT-3 '

프라이머 6 (서열번호 11) 5’-GGGAGAAAATCTCGCCTTTC-3’Primer 6 (SEQ ID NO: 11) 5'-GGGAGAAAATCTCGCCTTTC-3 '

프라이머 7 (서열번호 12) 5’-GAAAGGCGAGATTTTCTCCCATGGAAAACTTTAAACATCT-3’Primer 7 (SEQ ID NO: 12) 5'-GAAAGGCGAGATTTTCTCCCATGGAAAACTTTAAACATCT-3 '

프라이머 8 (서열번호 13) 5’-TCTCTCATCCGCCAAAACAGTTAAACTTCTTTAAGTTTTG -3’Primer 8 (SEQ ID NO: 13) 5'-TCTCTCATCCGCCAAAACAGTTAAACTTCTTTAAGTTTTG -3 '

프라이머 9 (서열번호 14) 5’-CTGTTTTGGCGGATGAGAGA-3’Primer 9 (SEQ ID NO: 14) 5'-CTGTTTTGGCGGATGAGAGA-3 '

프라이머 10 (서열번호 15) 5’-CGGGGTACCGCAAAAAGGCCATCCGTCAG-3’Primer 10 (SEQ ID NO: 15) 5'-CGGGGTACCGCAAAAAGGCCATCCGTCAG-3 '

[실시예 5]: iog1tnaA 유전자 동시발현 플라스미드 제작[Example 5]: Preparation of iog1 and tnaA gene co-expression plasmid

재조합 플라미스드 pCOX1을 제한효소 XbaI과 BamHI으로 절단한 한 후 아가로스 젤에서 전기영동하여 약 2kb 크기의 단편만을 회수한 후 제한효소 XbaI과 BamHI으로 절단한 다음, XbaI/BamHI로 절단된 재조합 플라스미드 pTn3에 삽입하여 재조합 플라스미드 pTO2C를 제작하였다. 제작된 플라스미드를 대장균 숙주인 E. coli TOP10에 도입하여 얻은 형질전환체를 제작하였다(도 4). 최종적으로 pTO2C로 형질전환된 재조합 코리네박테리움 글루타미컴 KS405을 개발하였다.Recombinant plasmid pCOX1 was digested with restriction enzymes Xba I and Bam HI, followed by electrophoresis on agarose gel to recover only about 2 kb fragments, and digested with restriction enzymes Xba I and Bam HI, followed by Xba I / Bam. Recombinant plasmid pTO2C was constructed by inserting into recombinant plasmid pTn3 digested with HI. The prepared plasmid was introduced into E. coli TOP10, an E. coli host, to prepare a transformant obtained (FIG. 4). Finally, recombinant Corynebacterium glutamicum KS405 transformed with pTO2C was developed.

[실시예 6] 재조합 대장균에서 인디고이드 생산Example 6 Indigoid Production in Recombinant Escherichia Coli

실시예 2에서 제작한 재조합 대장균 WCX12를 항생제인 카나마이신 50μg/ml 첨가, 트립토판을 0.5~10g/L 첨가된 30ml LB배지에서 33℃, 48시간 동안 진탕 배양하였다. 배양 중간에 세포의 OD가 0.6되는 시점에 IPTG를 첨가하여 단백질 발현을 유도하여 인디고이드를 생산하였다. 배양액 100μl를 취하여 900μl DMF와 혼합하였으며, 필요시 더 희석하였다. 희석액을 13,000rpm, 1분간 원심 분리한 상등액을 취하여 HPLC로 인디루빈과 인디고를 정량 분석하였다. 그 결과, 트립토판이 2.5g/L 첨가된 LB배지에서 인디루빈이 319mg/L, 인디고가 529mg/L 축적됨을 확인하였다.Recombinant E. coli WCX12 prepared in Example 2 was added to the antibiotic kanamycin 50μg / ml, tryptophan was shaken incubation for 30 hours at 33 ℃, 30ml LB medium added 0.5 ~ 10g / L. Indigoid was produced by inducing protein expression by adding IPTG when the OD of the cells was 0.6 in the middle of the culture. 100 μl of culture was taken and mixed with 900 μl DMF, further diluted if necessary. The supernatant obtained by centrifuging the diluted solution at 13,000 rpm and 1 minute was taken and quantitatively analyzed indirubin and indigo by HPLC. As a result, it was confirmed that 319 mg / L of indirubin and 529 mg / L of indigo accumulated in the LB medium to which tryptophan was added 2.5 g / L.

트핍토판이 첨가된 LB 배지에서 대장균 WCX12를 이용한 인디고이드 생산Indigoid production using E. coli WCX12 in LBP medium supplemented with tryptophan LB배지에 첨가된
트립토판 농도(g/L)
Added to LB medium
Tryptophan Concentration (g / L)
생성된 인디루빈농도(mg/L)Generated indirubin concentration (mg / L) 생성된 인디고농도(mg/L)Indigo concentration produced (mg / L)
0.50.5 2929 206206 1One 155155 381381 2.52.5 319319 529529 55 279279 392392 7.57.5 281281 280280 1010 191191 169169

[실시예 7] 재조합 코리네박테리움 글루타미컴에서 인디고이드 생산Example 7 Indigoid Production in Recombinant Corynebacterium glutamicum

실시예 4에서 개발한 재조합 코리네박테리움 글루타미컴 KS405를 이용하여 카나마이신 50μg/ml 첨가, 트립토판을 0.5~10g/L 첨가된 30ml LB배지에서 33℃, 72시간 동안 진탕 배양하였다. 배양액 100μl를 취하여 900μl DMF와 혼합하였으며, 필요 시 더 희석하였다. 희석액을 13,000rpm, 1분간 원심 분리한 상등액을 취하여 HPLC로 인디루빈과 인디고를 정량 분석하였다. 그 결과, 트립토판이 10g/L 첨가된 LB배지에서 인디루빈이 509mg/L, 인디고가 45mg/L 축적됨을 확인하였다. 또한, 인디고는 부산물로 소량 생성되고 대부분 인디루빈이 생산됨을 확인하였다.Using the recombinant Corynebacterium glutamicum KS405 developed in Example 4, 50 μg / ml of kanamycin was added, and tryptophan was shaken at 33 ° C. for 72 hours in a 30 ml LB medium added with 0.5-10 g / L. 100 μl of the culture was taken and mixed with 900 μl DMF, further diluted if necessary. The supernatant obtained by centrifuging the diluted solution at 13,000 rpm and 1 minute was taken and quantitatively analyzed indirubin and indigo by HPLC. As a result, it was confirmed that 509 mg / L of indirubin and 45 mg / L of indigo accumulated in LB medium to which 10 g / L of tryptophan was added. Indigo was also produced in small amounts as a by-product and was found to produce mostly indirubin.

트핍토판이 첨가된 LB 배지에서 코리네박테리움 글루타미컴 KS405를 이용한 인디고이드 생산Indigoid production using Corynebacterium glutamicum KS405 in LB medium supplemented with tryptophan LB배지에 첨가된
트립토판 농도(g/L)
Added to LB medium
Tryptophan Concentration (g / L)
생성된 인디루빈농도(mg/L)Generated indirubin concentration (mg / L) 생성된 인디고농도(mg/L)Indigo concentration produced (mg / L)
0.50.5 3030 1One 1One 5858 55 2.52.5 7676 1212 55 160160 2222 7.57.5 311311 3636 1010 509509 4545

한국생명공학연구원Korea Biotechnology Research Institute KCTC11795KCTC11795 2010102220101022

서열목록 전자파일 첨부Attach an electronic file to a sequence list

Claims (10)

코리네박테리움 속으로부터 유래된 서열번호 1의 인돌 옥시게나제 유전자와대장균으로 부터 유래한 서열번호 4의 트립토파나제 유전자가 발현되는 벡터로 형질전환된 재조합 코리네박테리움을 이용하여 인디루빈을 생성시키는 것을 특징으로 하는 코리네박테리움 유래 인돌 옥시게나제 유전자를 함유한 재조합 미생물을 이용한 인디루빈 제조방법.
Indyrubin using recombinant Corynebacterium transformed with a vector expressing the indole oxygenase gene of SEQ ID NO: 1 from the genus Corynebacterium and the tryptopanase gene of SEQ ID NO: 4 from E. coli Method for producing indirubin using a recombinant microorganism containing the corynebacterium-derived indole oxygenase gene, characterized in that to produce a.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 형질 전환된 재조합 코리네박테리움은, 상기 인돌 옥시게나제 유전자와 트립토파나제 유전자가 각각 서열번호 3의 "tac 프로모터"와 서열번호 5의 "ilvC 프로모터"와 재조합하여 두 유전자가 동시에 과발현되는 재조합 벡터에 의해 형질전환된 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13032(Corynebacterium glutamicum ATCC13032)를 모주로 하는 재조합 미생물(기탁번호; KCTC-11795BP)인 것을 특징으로 하는 코리네박테리움 유래 인돌 옥시게나제 유전자를 함유한 재조합 미생물을 이용한 인디루빈 제조방법.
The method of claim 1,
In the transformed recombinant Corynebacterium, the indole oxygenase gene and tryptopanase gene are recombined with the "tac promoter" of SEQ ID NO: 3 and the "ilvC promoter" of SEQ ID NO: 5, respectively, to overexpress both genes simultaneously. Corynebacterium -derived indole oxygenase gene, characterized in that it is a recombinant microorganism (Accession Number; KCTC-11795BP) based on Corynebacterium glutamicum ATCC13032 transformed by a recombinant vector Indirubin production method using a recombinant microorganism containing.
제7항에 있어서,
상기 재조합 미생물은 트립토판이 함유된 배지에서 인디루빈을 생산하는 것을 특징으로 하는 코리네박테리움 유래 인돌 옥시게나제 유전자를 함유한 재조합 미생물을 이용한 인디루빈 제조방법.
The method of claim 7, wherein
The recombinant microorganism is a method for producing indirubin using a recombinant microorganism containing the corynebacterium-derived indole oxygenase gene, characterized in that to produce indirubin in a medium containing tryptophan.
삭제delete 삭제delete
KR1020100108689A 2010-11-03 2010-11-03 Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin KR101190879B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100108689A KR101190879B1 (en) 2010-11-03 2010-11-03 Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin
PCT/KR2010/007747 WO2012060489A1 (en) 2010-11-03 2010-11-04 Recombinant microorganism containing cornebacterium induced indole oxygenase gene and method for preparing indirubin using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100108689A KR101190879B1 (en) 2010-11-03 2010-11-03 Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120047046A KR20120047046A (en) 2012-05-11
KR101190879B1 true KR101190879B1 (en) 2012-10-12

Family

ID=46024597

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100108689A KR101190879B1 (en) 2010-11-03 2010-11-03 Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR101190879B1 (en)
WO (1) WO2012060489A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10975243B2 (en) 2018-12-28 2021-04-13 Industrial Technology Research Institute Genetically modified microorganism and method for producing indigo dye
KR20240045452A (en) 2022-09-29 2024-04-08 아주대학교산학협력단 Acinetobacter sp. derived polynucleotide encoding indole-3-acetic acid monooxygenase and method for producing bio-indigo using the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102224855B1 (en) * 2020-03-20 2021-03-08 충남대학교산학협력단 Anticancer Salmonella Bio-synthesizing and Secreting Indirubin and Anticancer Composition Comprising the Salmonella

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101092515B1 (en) * 2009-02-03 2011-12-13 조선대학교산학협력단 Biological methods for producing high concentrated indirubin by the recombinant E. coli cells harboring a monooxygenase

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Appl. Environ. Microbiol., 2005. Vol. 71, No. 12, pp. 7768-7777*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10975243B2 (en) 2018-12-28 2021-04-13 Industrial Technology Research Institute Genetically modified microorganism and method for producing indigo dye
KR20240045452A (en) 2022-09-29 2024-04-08 아주대학교산학협력단 Acinetobacter sp. derived polynucleotide encoding indole-3-acetic acid monooxygenase and method for producing bio-indigo using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120047046A (en) 2012-05-11
WO2012060489A1 (en) 2012-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI820088B (en) Process for preparing ergothioneine
WO2021170097A1 (en) Novel flavone hydroxylases, microorganism for synthesizing flavone c-glycoside compounds, and use thereof
US11542481B2 (en) Morphinan N-demethylase isolated from the methylobacterium thebainfresser and methods of use thereof
EP3103873B1 (en) Biosynthesis gene cluster of streptomyces xiamenensis, use and bacterial strain
Cheng et al. A nonribosomal peptide synthase containing a stand-alone condensation domain is essential for phytotoxin zeamine biosynthesis
KR101190879B1 (en) Recombinant microorganism containning indole oxygenase derived from Corynebacterium and its using method of producing indirubin
CN110885846A (en) Microorganism for synthesizing baicalein and scutellarein, preparation method and application thereof
CN106119145A (en) A kind of Corynebacterium glutamicum mutant and application
CN112442490B (en) Invertase and application thereof in production of S-equol
CN111440734B (en) Genetic engineering yeast for producing baicalein compounds, and construction method and application thereof
WO2020231426A1 (en) Production of mycosporine-like amino acids employing enhanced production strains and novel enzymes
CN103409400A (en) Beta-elemene synthetase, encoding gene thereof, carrier, engineering bacterium and application of beta-elemene synthetase
CN106520652B (en) One plant of Corynebacterium glutamicum and its key gene for synthesizing tryptophan
WO2014092345A1 (en) Fusaricidin-producing strain, and method for mass producing fusaricidin using same
KR20130118279A (en) Recombinant microorganism with kaurene, kauronic acid, or steviol production ability and method for preparing kaurene, kauronic acid, or steviol using the same
US11352601B2 (en) Cyanobacterial hosts and methods for producing chemicals
CN107880134B (en) Method for enzymatic synthesis of kaempferol
CN116376790A (en) Recombinant bacterium, construction method and application thereof
CN113481233B (en) Method for constructing ectoin producing strain
JPWO2016076159A6 (en) Process for producing cis-5-hydroxy-L-pipecolic acid
CN108587991B (en) Bacterial strain for highly producing cyclic peptide compounds
WO2022150854A1 (en) Systems and methods for pharmaceutical production of psilocybin and intermediates or side products
CN111549045B (en) Vitamin K improvement by utilizing recombinant bacillus natto 2 Method for producing yield
BR112012019458B1 (en) nucleic acid construction, transformant, and methods for producing pyripyropenes
US10633680B2 (en) Recombinant cells and methods for biosynthesis of ent-atiserenoic acid

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160104

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161006

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee