KR101221003B1 - Methods for Modulating Thermostability and Acid Tolerance of Microbes - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)-코딩 뉴클레오타이드 서열의 치환 변이를 실시하는 단계; 및 (b) 상기 변이된 MetA-코딩 서열을 미생물 세포에 형질전환시키는 단계를 포함하는 미생물의 열 안정성 또는 산 저항성을 증가시키는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 변이형 MetA는 고온 및/또는 산성 조건에 대하여 크게 향상된 안정성을 나타내며, 변이형 MetA를 발현하는 미생물, 특히 박테리아는 고온 및/또는 산성 조건과 같은 격렬한(vigorous) 환경 하에서 개선된 성장률을 나타낸다.The present invention comprises the steps of (a) performing substitutional mutation of homoserine o-succinyltransferase (MetA) -coding nucleotide sequence; And (b) transforming said mutated MetA-encoding sequence into microbial cells. Variant MetA of the present invention exhibits greatly improved stability to high temperature and / or acidic conditions, and microorganisms, particularly bacteria expressing variant MetA, exhibit improved growth rates under vigorous environments such as high temperature and / or acidic conditions. Indicates.
MetA, 열 안정성, 성장률, 산 저항성 MetA, thermal stability, growth rate, acid resistance
Description
본 발명은 미생물의 열 안정성 또는 산 저항성을 조절하는(즉, 증가 또는 감소시키는) 방법 및 열 안정성 또는 산 저항성이 증가된 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)에 관한 것이다.The present invention relates to a method of controlling (ie, increasing or decreasing) the thermal stability or acid resistance of a microorganism and homoserine o-succinyltransferase (MetA) with increased thermal stability or acid resistance.
중온성 박테리아인 Escherichia coli의 성장은 높아진(elevated) 온도에 따라 제한된다(13, 14). 아주 뜻밖에도, 초기의 연구들은 하나의 단백질, 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(homoserine o-succinyltransferase, MetA)의 불안정성 때문에 44℃ 이상의 온도에서 E. coli 가 성장하지 못한다는 것을 밝혔다(13, 14, 15, 16). 메티오닌 생합성 과정의 첫 번째 효소인 MetA(EC 2.1.3.46)는 석시닐-CoA로부터 L-호모세린으로의 석시네이트 전달을 촉매한다(3, 22). MetAE.coli가 인 비트로에서 25℃에서조차 언폴드(unfold)되려는 경향을 가지는 것으로 최근 연구들 은 보고하고 있다; 언폴딩(unfolding)은 44℃에 최대가 되고 이후에 단백질은 대량으로 응집된다(5). 인 비보에서, 세포질 단백질의 가용성 분획은 44℃보다 높은 온도에서 MetAE.coli를 포함하지 않는다(5). 살모넬라 엔테리카(Salmonella enterica)의 MetAE.coli는 온도 증가에 민감할 뿐만 아니라 벤조에이트, 프로피오네이트 및 아세테이트를 포함하는 약한 유기산에도 민감하다(11). 더욱이, 하이드로젠 퍼록사이드는 열 및 산 모두에 대한 민감도를 증가시켜 불안정화된 MetA를 산화적으로 손상시킨다(11). 프라이스-카터 및 공동 연구자들(11)은 증가된 온도 및/또는 약한 유기산의 존재 하에서 합성된 과량의 MetAS.enterica는 세포에 독성을 일으키고 박테리아 성장을 억제하는 불용성 응집체의 축적을 초래한다고 주장하였다.The growth of mesophilic bacteria Escherichia coli is limited by elevated temperature (13, 14). Quite unexpectedly, early studies found that E. coli did not grow at temperatures above 44 ° C because of the instability of a protein, homoserine o-succinyltransferase (MetA) (13, 14). , 15, 16). MetA (EC 2.1.3.46), the first enzyme in the process of methionine biosynthesis, catalyzes the transfer of succinate from succinyl-CoA to L-homoserine (3, 22). Recent studies report that MetA E. coli tends to unfold even at 25 ° C. in vitro ; Unfolding is maximized at 44 ° C. after which the protein aggregates in bulk (5). In Vivo , The soluble fraction of cytoplasmic protein does not contain MetA E. coli at temperatures higher than 44 ° C. (5). MetA E. coli from Salmonella enterica is not only sensitive to temperature increase but also to weak organic acids including benzoate, propionate and acetate (11). Moreover, hydrogen peroxide increases the sensitivity to both heat and acid, oxidatively damaging unstabilized MetA (11). It argued that Carter and co-workers (11) is synthesized in the presence of an increased temperature and / or the weak organic acid is an excess MetA S.enterica cause toxicity to the cells results in the accumulation of insoluble aggregates of inhibiting bacterial growth-Price .
모든 이전 데이타 및 MetA가 메티오닌 생합성의 조절점(control point)이라는 사실을 바탕으로, MetA가 박테리아 성장의 조절에 중추적인 역할을 수행한다고 제안되어져 왔다(2). 많은 스트레스 요인들에 대한 MetA의 높은 민감도는 MetA가 일종의 대사 접점(metabolic fuse)으로서 기능할 수 있음을 의미하는데, 이로 인해 E.coli가 호의적이지 않은 성장 조건들을 탐지할 수 있다(11). 이러한 면에서, 메티오닌이 E.coli의 성장에 대한 높은 온도 및 아세트산의 억제 효과를 약화시키는 것은 주목할 만한 것이다(7, 12, 13 14).Based on all previous data and the fact that MetA is the control point of methionine biosynthesis, it has been suggested that MetA plays a central role in the regulation of bacterial growth (2). MetA's high sensitivity to many stressors means that MetA can function as a metabolic fuse, allowing E. coli to detect unfavorable growth conditions (11). In this respect, it is noteworthy that methionine attenuates the high temperature and the inhibitory effects of acetic acid on the growth of E. coli (7, 12, 13 14).
그러나 아직까지 메티오닌의 생합성에 관여하는 효소, 특히 MetA를 개량하여 E.coli의 열적 안정성을 향상시키려는 시도는 없었다. 그 이유는 중온성 박테리아의 효소를 개량하여 효소 자체의 열적 안정성을 높이는 것이 어려울 뿐만 아니 라, 이러한 개량의 결과가 박테리아의 고온 성장 속도를 향상시킬 수 있는 지에 대하여 예측하기 매우 어렵기 때문이다.However, no attempt has been made to improve the thermal stability of E. coli by improving the enzymes involved in the biosynthesis of methionine, especially MetA. The reason is that it is difficult to improve the thermostability of the enzyme itself by improving the enzyme of mesophilic bacteria, and it is very difficult to predict whether the result of such improvement can increase the high temperature growth rate of the bacteria.
예를 들어, 미국 특허출원 공개 제20050233308호는, 단백질의 Lys, Ser 및 Ser잔기를 각각 Arg, Thr 및 Ala로 치환시켜 효소의 열안정성을 향상시키는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이 특허문헌은 중온성 박테리아인 Corynebacterium glutamicum과 호열성 박테리아인 Corynebacterium efficiens의 오쏠로그(orthologs) 연구를 통하여, 효소의 열안정성에 관여하는 아미노산 잔기를 단지 예측하고 있을 뿐이다. 즉, 이 특허문헌은 효소의 개량을 통하여 효소 자체의 열안정성을 높일 수 있다는 실제적인 데이터를 제시하고 있지 않으며, 효소의 개량을 통하여 박테리아의 고온 성장 속도를 향상시킬 수 있다는 것을 개시하고 있지 않다. 더욱이, 이 특허문헌은 본 발명의 개량 대상인 MetA에 대하여 전혀 개시하고 있지 않다.For example, US Patent Application Publication No. 20050233308 discloses a method for improving the thermal stability of enzymes by substituting the Lys, Ser and Ser residues of the protein with Arg, Thr and Ala, respectively. However, the patent document only predicts amino acid residues involved in enzyme thermal stability by studying orthologs of mesophilic bacteria Corynebacterium glutamicum and thermophilic bacteria Corynebacterium efficiens . That is, this patent document does not provide practical data that the thermal stability of the enzyme itself can be improved by improving the enzyme, and does not disclose that the high temperature growth rate of bacteria can be improved by the improvement of the enzyme. Moreover, this patent document does not disclose at all about MetA which is the improvement object of this invention.
미국 특허출원 공개 제20020137094호는, 단백질 서열의 멀티플 얼라인먼트를 통하여 열 안정성에 관여하는 아미노산 잔기를 예측하는 방법을 개시하고 있다. 이 특허문헌도 효소의 개량을 통하여 효소 자체의 열안정성을 높일 수 있다는 실제적인 데이터를 제시하고 있지 않으며, 효소의 개량을 통하여 박테리아의 고온 성장 속도를 향상시킬 수 있다는 것을 전혀 개시하고 있지 않다.US Patent Application Publication No. 20020137094 discloses a method for predicting amino acid residues involved in thermal stability through multiple alignments of protein sequences. This patent document does not provide practical data that the thermal stability of the enzyme itself can be improved by improving the enzyme, and does not disclose that the high temperature growth rate of bacteria can be improved by improving the enzyme.
따라서 MetA 효소의 열안정성을 증가시킴으로써 미생물 특히 E.coli의 최적 성장 온도를 넓히고자 하는 본 발명의 시도는 매우 흥미로운 것이다.Therefore, the attempt of the present invention to widen the optimum growth temperature of microorganisms, in particular E. coli , by increasing the thermal stability of the MetA enzyme is of great interest.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.
본 발명자들은 중온/고온 및/또는 산 조건에서 박테리아 특히 E. coli 성장을 크게 증가/감소시킬 수 있는 방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 야생형 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)의 아미노산 서열을 치환 변이시키는 경우에는 중온/고온 및/또는 산 조건에서 박테리아의 성장을 증가/감소시킬 수 있음을 발견함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors have sought to develop a method which can greatly increase / decrease the growth of bacteria, in particular E. coli, at moderate / high temperature and / or acid conditions. As a result, the invention found that substitution substitution of the amino acid sequence of wild-type homoserine o-succinyltransferase (MetA) can increase / decrease the growth of bacteria at moderate / high temperature and / or acid conditions. To complete.
따라서 본 발명의 목적은 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)의 열 안정성 또는 산 저항성을 조절하는 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of controlling the thermal stability or acid resistance of homoserine o-succinyltransferase (MetA).
본 발명의 다른 목적은 미생물의 열 안정성 또는 산 저항성을 조절하는 방법를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method for controlling the thermal stability or acid resistance of microorganisms.
본 발명의 또 다른 목적은 열 안정성 또는 산 저항성이 조절된 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)를 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide homoserine o-succinyltransferase (MetA) with controlled thermal stability or acid resistance.
본 발명의 다른 목적은 상술한 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA) 돌연변이체를 코딩하는 핵산 분자를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a nucleic acid molecule encoding the above-mentioned homoserine o-succinyltransferase (MetA) mutant.
본 발명의 다른 목적은 상술한 핵산 분자 돌연변이체를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a recombinant vector comprising the above-described nucleic acid molecule mutants.
본 발명의 다른 목적은 상상술한 핵산 분자 돌연변이체로 형질전환된 숙주 세포를 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a host cell transformed with the nucleic acid molecule mutants imagined.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 미생물의 열 안정성 또는 산 저항성을 조절하는 방법을 제공한다:According to one aspect of the invention, the invention provides a method of controlling the thermal stability or acid resistance of a microorganism comprising the following steps:
(a) 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)-코딩 뉴클레오타이드 서열의 치환 변이를 실시하는 단계; 및 (b) 상기 변이된 MetA-코딩 서열을 미생물 세포에 형질전환시키는 단계.(a) subjecting a substitution variant of homoserine o-succinyltransferase (MetA) -coding nucleotide sequence; And (b) transforming the mutated MetA-coding sequence into a microbial cell.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 치환 변이를 포함하는 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)-코딩 뉴클레오타이드 서열로 세포를 형질전환시키는 단계를 포함하는 세포의 열 안정성 또는 산 저항성을 증가시키는 방법을 제공한다: (a) 61번째 아미노산 Ser을 Thr로 치환; (b) 213번째 아미노산 Glu를 Val으로 치환; (c) 229번째 아미노산 Ile을 Thr으로 치환; (d) 267번째 아미노산 Asn을 Asp로 치환; (e) 271번째 아미노산 Asn을 Lys으로 치환; (f) 96번째 아미노산 Gln을 Lys으로 치환; (g) 110번째 아미노산 Leu을 Val으로 치환; (h) 124번째 아미노산 Ile을 Leu으로 치환; (i) 160번째 아미노산 Arg을 Leu으로 치환; (j) 195번째 아미노산 Ala을 Thr으로 치환; (k) 200번째 아미노산 Ala을 Glu로 치환; (l) 218번째 아미노산 Asp를 Gly으로 치환; (m) 229번째 아미노산 Ile을 Tyr으로 치환; (n) 247번째 아미노산 Phe을 Tyr으로 치환; 또는 (o) 상기 (a)-(n) 치환의 조합.According to another aspect of the present invention, the present invention provides for the thermal stability of a cell comprising the step of transforming the cell with a homoserine o-succinyltransferase (MetA) -coding nucleotide sequence comprising the following substitutional mutations: A method of increasing acid resistance is provided: (a) replacing the 61st amino acid Ser with Thr; (b) substituted 213th amino acid Glu with Val; (c) the 229th amino acid Ile is substituted with Thr; (d) replace the 267th amino acid Asn with Asp; (e) substitution of Lys for 271st amino acid Asn; (f) substitution of the 96th amino acid Gln with Lys; (g) replace 110th amino acid Leu with Val; (h) replacing the 124th amino acid Ile with Leu; (i) replacing the 160 th amino acid Arg with Leu; (j) substitution of the 195th amino acid Ala for Thr; (k) replacing the 200th amino acid Ala with Glu; (l) substitution of the 218th amino acid Asp with Gly; (m) substitution of the 229th amino acid Ile with Tyr; (n) substitution of the 247th amino acid Phe with Tyr; Or (o) a combination of the above (a)-(n) substitutions.
본 발명자들은 중온/고온 및/또는 산 조건에서 미생물, 바람직하게는 박테리아 보다 바람직하게는 E. coli 성장을 크게 증가/감소시킬 수 있는 신규한 방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 야생형 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)의 아미노산 서열을 치환 변이시키는 경우에는 중온/고온 및/또는 산 조건에서 박테리아의 성장을 증가/감소시킬 수 있음을 발견하였다.The inventors have sought to develop a novel method which can significantly increase / decrease the growth of microorganisms, preferably bacteria, preferably E. coli , at moderate / high temperature and / or acid conditions. As a result, it was found that substitution substitution of the amino acid sequence of wild-type homoserine o-succinyltransferase (MetA) can increase / decrease the growth of bacteria at moderate / high temperature and / or acid conditions.
본 발명의 방법은 MetA에 변이를 주어 MetA의 열 안정성 또는 산 저항성을 증가/감소시키고, 이러한 변이된 MetA 유전자로 세포를 형질전환시켜 세포의 중온/고온 및/또는 산 조건에서의 성장을 향상시킨다.The method of the present invention modifies MetA to increase / decrease the thermal stability or acid resistance of MetA, and transform the cells with these mutated MetA genes to enhance the growth of the cells in medium / high temperature and / or acid conditions. .
본 발명은 MetA를 개량하여 미생물의 열 안정성 및/또는 산 안정성을 개선/감소시킨 최초의 발명이다.The present invention is the first invention to improve MetA to improve / reduce the thermal and / or acid stability of microorganisms.
본 발명의 방법은 “미생물의 열 안정성 또는 산 저항성을 증가/감소시키는 방법”으로 표현되거나 또는 “미생물의 중온/고온 및/또는 산성 조건 하에서의 성장률을 개선/감소시키는 방법”으로도 표현될 수 있다.The method of the present invention may be expressed as "a method of increasing / decreasing microbial thermal stability or acid resistance" or a "method of improving / decreasing the growth rate of microorganisms under medium / high temperature and / or acidic conditions". .
본 발명에 따라, 미생물의 열 안정성 및/또는 산 안정성을 증가/감소시키기 위한 치환은 MetA의 다양한 위치에서 실시될 수 있다.In accordance with the present invention, substitutions to increase / decrease the thermal and / or acid stability of microorganisms can be made at various positions of MetA.
바람직하게는, MetA의 치환은 (a) 61번째 아미노산 Ser을 Thr로 치환; (b) 213번째 아미노산 Glu를 Val으로 치환; (c) 229번째 아미노산 Ile을 Thr으로 치환; (d) 267번째 아미노산 Asn을 Asp로 치환; (e) 271번째 아미노산 Asn을 Lys으로 치환; (f) 96번째 아미노산 Gln을 Lys으로 치환; (g) 110번째 아미노산 Leu을 Val으 로 치환; (h) 124번째 아미노산 Ile을 Leu으로 치환; (i) 160번째 아미노산 Arg을 Leu으로 치환; (j) 195번째 아미노산 Ala을 Thr으로 치환; (k) 200번째 아미노산 Ala을 Glu로 치환; (l) 218번째 아미노산 Asp를 Gly으로 치환; (m) 229번째 아미노산 Ile을 Tyr으로 치환; (n) 247번째 아미노산 Phe을 Tyr으로 치환; 또는 (o) 상기 (a)-(n) 치환의 조합이다.Preferably, substitution of MetA comprises: (a) substitution of the 61st amino acid Ser with Thr; (b) substituted 213th amino acid Glu with Val; (c) the 229th amino acid Ile is substituted with Thr; (d) replace the 267th amino acid Asn with Asp; (e) substitution of Lys for 271st amino acid Asn; (f) substitution of the 96th amino acid Gln with Lys; (g) replace 110th amino acid Leu with Val; (h) replacing the 124th amino acid Ile with Leu; (i) replacing the 160 th amino acid Arg with Leu; (j) substitution of the 195th amino acid Ala for Thr; (k) replacing the 200th amino acid Ala with Glu; (l) substitution of the 218th amino acid Asp with Gly; (m) substitution of the 229th amino acid Ile with Tyr; (n) substitution of the 247th amino acid Phe with Tyr; Or (o) a combination of the above (a)-(n) substitutions.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 치환 변이는 미생물의 열 안정성 또는 산 저항성을 증가시키며, (a) 61번째 아미노산 Ser을 Thr로 치환; (b) 213번째 아미노산 Glu를 Val으로 치환; (c) 229번째 아미노산 Ile을 Thr으로 치환; (d) 267번째 아미노산 Asn을 Asp로 치환; (e) 271번째 아미노산 Asn을 Lys으로 치환; (f) 96번째 아미노산 Gln을 Lys으로 치환; (g) 110번째 아미노산 Leu을 Val으로 치환; (h) 124번째 아미노산 Ile을 Leu으로 치환; (k) 200번째 아미노산 Ala을 Glu로 치환; (m) 229번째 아미노산 Ile을 Tyr으로 치환; (n) 247번째 아미노산 Phe을 Tyr으로 치환; 또는 (o) 상기 치환의 조합이다.According to a more preferred embodiment of the present invention, the substitutional variant of the present invention increases the thermal stability or acid resistance of the microorganism, which comprises: (a) replacing the 61st amino acid Ser with Thr; (b) substituted 213th amino acid Glu with Val; (c) the 229th amino acid Ile is substituted with Thr; (d) replace the 267th amino acid Asn with Asp; (e) substitution of Lys for 271st amino acid Asn; (f) substitution of the 96th amino acid Gln with Lys; (g) replace 110th amino acid Leu with Val; (h) replacing the 124th amino acid Ile with Leu; (k) replacing the 200th amino acid Ala with Glu; (m) substitution of the 229th amino acid Ile with Tyr; (n) substitution of the 247th amino acid Phe with Tyr; Or (o) a combination of the above substitutions.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 치환 변이는 미생물의 열 안정성 또는 산 저항성을 감소시키며, (i) 160번째 아미노산 Arg을 Leu으로 치환; (j) 195번째 아미노산 Ala을 Thr으로 치환; (l) 218번째 아미노산 Asp를 Gly으로 치환; 또는 (o) 상기 치환의 조합이다.According to a more preferred embodiment of the present invention, substitutional variants of the present invention reduce the thermal stability or acid resistance of the microorganism, and (i) substituting Leu for the 160 th amino acid Arg; (j) substitution of the 195th amino acid Ala for Thr; (l) substitution of the 218th amino acid Asp with Gly; Or (o) a combination of the above substitutions.
본 명세서에서 MetA 아미노산 서열을 언급하면서 사용되는 아미노산 잔기의 위치는 E. coli의 MetA 아미노산 서열(서열목록 제2서열)을 기준으로 하여 기재된 것이다.The position of amino acid residues used herein referring to the MetA amino acid sequence is described based on the MetA amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of E. coli .
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 치환은 상술한 (a) 61번째 아미노산 Ser을 Thr로 치환은 MetA의 Leu-Ser-Asn-Ser-Pro-Leu-Gln-Val 서열에서 4번째 Ser을 Thr로 치환하는 것이고; (b) 213번째 아미노산 Glu를 Val으로 치환은 MetA의Ile-Leu-Ala-Glu-Thr-Glu-Xaa1-Gly(Xaa1는 Asp 또는 Glu) 서열에서 4번째 Glu를 Val으로 치환하는 것이며; (c) 229번째 아미노산 Ile을 Thr으로 치환은 MetA의 Asp-Lys-Arg-Ile-Ala-Phe-Val-Thr 서열에서 Ile을 Thr으로 치환하는 것이고; (d) 267번째 아미노산 Asn을 Asp로 치환은 MetA의 Tyr-Phe-Pro-Xaa1-Asn-Asp-Pro-Gln(Xaa1는 Lys, His 또는 Gln) 서열에서 Asn을 Asp로 치환하는 것이며; (e) 271번째 아미노산 Asn을 Lys으로 치환은 MetA의 Asp-Pro-Gln-Asn-Xaa1-Pro-Arg-Ala(Xaa1은 Lys, Ile 또는 Thr) 서열에서 Asn을 Lys으로 치환하는 것이며; (f) 96번째 아미노산 Gln을 Lys으로 치환은 MetA의 Glu-Asp-Ile-Gln-Asp-Gln 서열에서 4번째 Gln을 Lys으로 치환하는 것이며; (g) 110번째 아미노산 Leu을 Val으로 치환은 MetA의 Gly-Ala-Pro-Leu-Gly-Leu-Val-Glu 서열에서 4번째 Leu을 Val으로 치환하는 것이며; (h) 124번째 아미노산 Ile을 Leu으로 치환은 MetA의 Trp-Pro-Gln-Ile-Xaa1-Gln-Val-Leu(Xaa1은 Lys 또는 Arg) 서열에서 4번째 Ile을 Leu으로 치환하는 것이며; (i) 160번째 아미노산 Arg을 Leu으로 치환은 MetA의 Lys-Gln-Thr-Arg-Xaa1-Xaa2-Lys-Xaa3(Xaa1은 Ile, Thr 또는Ala; Xaa2는Asp 또는 Glu; Xaa3는 Leu 또는 Ile) 서열에서 4번째 Arg을 Leu으로 치환하는 것이며; (j) 195번째 아미노산 Ala을 Thr으로 치환 은 MetA의 Ser-Arg-Tyr-Ala-Asp-Phe-Pro-Xaa1(Xaa1은 Arg 또는 Gly) 서열에서 4번째 Ala을 Thr으로 치환하는 것이며; (k) 200번째 아미노산 Ala을 Glu로 치환은 MetA의 PPhe-Pro-Ala-Ala-Leu-Ile-Arg-Asp 서열에서 4번째 Ala을 Glu로 치환하는 것이며; (l) 218번째 아미노산 Asp를 Gly으로 치환은 Glu-Xaa1-Gly-Asp-Ala-Tyr-Leu-Phe(Xaa1는 Asp 또는 Glu) 서열에서 4번째 Asp를 Gly으로 치환하는 것이며; (m) 229번째 아미노산 Ile을 Tyr으로 치환은 MetA의 Asp-Lys-Arg-Ile-Ala-Phe-Val-Thr 서열에서 4번째 Ile을 Tyr으로 치환하는 것이며; (n) 247번째 아미노산 Phe을 Tyr으로 치환은 MetA의 Ala-Xaa1-Glu-Phe-Phe-Arg-Asp-Val(Xaa1은 Ser, Gln 또는 Gly) 서열에서 4번째 Phe을 Tyr으로 치환하는 것이며; 또는 (o) 상기 (a)-(n) 치환의 조합이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the substitution of the present invention comprises (a) replacing the 61-th amino acid Ser with Thr, wherein the fourth Ser in the Leu-Ser-Asn-Ser-Pro-Leu-Gln-Val sequence of MetA. Is replaced by Thr; (b) substitution of the 213th amino acid Glu with Val replaces the fourth Glu with Val in the sequence Ile-Leu-Ala-Glu-Thr-Glu-Xaa 1 -Gly (Xaa 1 is Asp or Glu) of MetA; (c) substitution of the 229th amino acid Ile with Thr replaces Ile with Thr in the Asp-Lys-Arg-Ile-Ala-Phe-Val-Thr sequence of MetA; (d) substitution of the 267th amino acid Asn with Asp replaces Asn with Asp in the Tyr-Phe-Pro-Xaa 1 -Asn-Asp-Pro-Gln (Xaa 1 is Lys, His or Gln) sequence of MetA; (e) substitution of the 271st amino acid Asn with Lys replaces Asn with Lys in the Asp-Pro-Gln-Asn-Xaa 1 -Pro-Arg-Ala (Xaa 1 is Lys, Ile or Thr) sequence of MetA; (f) substitution of the 96th amino acid Gln with Lys replaces the fourth Gln with Lys in the Glu-Asp-Ile-Gln-Asp-Gln sequence of MetA; (g) substitution of the 110th amino acid Leu with Val replaces the fourth Leu with Val in the Gly-Ala-Pro-Leu-Gly-Leu-Val-Glu sequence of MetA; (h) substitution of Leu for the 124th amino acid Ile with Trp-Pro-Gln-Ile-Xaa 1 -Gln-Val-Leu (Xaa 1 Lys or Arg) replaces the fourth Ile with Leu in the sequence; (i) Lys-Gln-Thr-Arg-Xaa 1 -Xaa 2 -Lys-Xaa 3 of MetA replaces 160th amino acid Arg with Leu (Xaa 1 is Ile, Thr or Ala; Xaa 2 is Asp or Glu; Xaa 3 is Leu or Ile) replacing the fourth Arg with Leu; (j) Substituting the 195 th amino acid Ala for Thr replaces the fourth Ala with Thr in the Ser-Arg-Tyr-Ala-Asp-Phe-Pro-Xaa 1 (Xaa 1 is Arg or Gly) sequence of MetA; (k) substitution of the 200th amino acid Ala with Glu replaces the fourth Ala with Glu in the PPhe-Pro-Ala-Ala-Leu-Ile-Arg-Asp sequence of MetA; (l) substitution of the 218th amino acid Asp with Gly replaces the fourth Asp with Gly in the Glu-Xaa 1 -Gly-Asp-Ala-Tyr-Leu-Phe (Xaa 1 is Asp or Glu) sequence; (m) substitution of the 229th amino acid Ile with Tyr replaces the fourth Ile with Tyr in the Asp-Lys-Arg-Ile-Ala-Phe-Val-Thr sequence of MetA; (n) Substitution of 247 th amino acid Phe with Tyr replaces the fourth Phe with Tyr in the sequence Ala-Xaa 1 -Glu-Phe-Phe-Arg-Asp-Val (Xaa 1 is Ser, Gln or Gly) of MetA. Will; Or (o) a combination of the above (a)-(n) substitutions.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 치환 변이는 (c) 229번째 아미노산 Ile을 Thr으로 치환; (d) 267번째 아미노산 Asn을 Asp로 치환; (e) 271번째 아미노산 Asn을 Lys으로 치환; (h) 124번째 아미노산 Ile을 Leu으로 치환; (i) 160번째 아미노산 Arg을 Leu으로 치환; (m) 229번째 아미노산 Ile을 Tyr으로 치환; 또는 (o) 상기 치환의 조합이다.According to a more preferred embodiment of the invention, the substitution variants of the invention comprise (c) substitution of Thr for 229th amino acid Ile; (d) replace the 267th amino acid Asn with Asp; (e) substitution of Lys for 271st amino acid Asn; (h) replacing the 124th amino acid Ile with Leu; (i) replacing the 160 th amino acid Arg with Leu; (m) substitution of the 229th amino acid Ile with Tyr; Or (o) a combination of the above substitutions.
MetA의 특정 아미노산의 치환 변이는 당업계에 공지된 다양한 방법을 통하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 치환 변이는 PCR 돌연변이유발법, 트랜스포존 돌연변이유발법, 위치-지정 돌연변이유발법, 삽입 돌연변이유발법(insertional mutagenesis) 및 카세트 돌연변이유발법으로 실시할 수 있고(Sambrook, J. et al., Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 3rd ed. Cold Spring Harbor Press(2001)), 바람직하게는 위치-지정 돌연변이유발법을 통하여 실시할 수 있고, 위치-지정 변이 유발은 PCR 등을 통하여 할 수 있다. PCR에 의해 위치-지정 변이 유발을 하는 경우에는, 특정 위치에의 염기가 치환된 서열을 갖는 프라이머를 이용한다.Substitutional variation of certain amino acids of MetA can be carried out through various methods known in the art. For example, substitutional mutations can be performed by PCR mutagenesis, transposon mutagenesis, location-directed mutagenesis, insertional mutagenesis and cassette mutagenesis (Sambrook, J. et al. , Molecular Cloning.A Laboratory Manual , 3rd ed.Cold Spring Harbor Press (2001)), preferably via site-directed mutagenesis, and site-directed mutagenesis can be via PCR and the like. When position-directed mutation is caused by PCR, a primer having a sequence substituted with a base at a specific position is used.
변이된 MetA-코딩 서열을 세포에 형질전환시키는 과정은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통하여 실시할 수 있다. 예를 들어, CaCl2 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973)), 하나한 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973); 및 Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기 천공 방법(Dower, W.J. et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145(1988)) 등에 의해 형질전환 과정을 실시할 수 있다.The process of transforming a mutated MetA-coding sequence into a cell can be carried out through various methods known in the art. For example, CaCl 2 method (Cohen, SN et al. , Proc. Natl. Acac. Sci. USA , 9: 2110-2114 (1973)), one method (Cohen, SN et al. , Proc. Natl. Acac. Sci. USA , 9: 2110-2114 (1973); and Hanahan, D., J. Mol. Biol. , 166: 557-580 (1983)) and electroporation methods (Dower, WJ et al. , Nucleic Acids Res. , 16: 6127-6145 (1988)) can be used for the transformation process.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 MetA는 중온성 박테리아로부터 유래된다. 본 명세서에서 사용되는 용어 “중온성 박테리아”는 마일드(mild)한 온도범위, 전형적으로 15-40℃에서 가장 높은 성장률을 나타내는 박테리아를 의미한다. 바람직하게는, 상기 중온성 박테리아는 Escherichia, Pseudomonas, Xanthomonas, Serratia, Lactobacillus, Bacillus, Citrobacter, Salmonella 또는 Klebsiella이고, 보다 바람직하게는 Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Xanthomonas rinicola, Serratia marcescens, Lactobacillus lactis, Bacillus subtilis, Citrobacter freundii, Salmonella enterica 또는 Klebsiella pneumoniae이며, 가장 바람직하게는 Escherichia coli 이다.According to a preferred embodiment of the invention, MetA of the invention is derived from mesophilic bacteria. As used herein, the term “medium bacteria” means a bacterium that exhibits the highest growth rate in the mild temperature range, typically 15-40 ° C. Preferably, the mesophilic bacteria are Escherichia, Pseudomonas, Xanthomonas, Serratia, Lactobacillus, Bacillus, Citrobacter, Salmonella or Klebsiella , more preferably Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Xanthomonas rinicola, Serratia marcescenstis, Lactobacillus subtilis Citrobacter freundii, Salmonella enterica or Klebsiella pneumoniae , most preferably Escherichia coli .
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, MetA-코딩 뉴클레오타이드 서열에 의해 형질전환 되는 세포는 중온성 박테리아이고, 보다 바람직하게는 Escherichia, Pseudomonas, Xanthomonas, Serratia, Lactobacillus, Bacillus, Citrobacter, Salmonella 또는 Klebsiella이고, 보다 더 바람직하게는 Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Xanthomonas rinicola, Serratia marcescens, Lactobacillus lactis, Bacillus subtilis, Citrobacter freundii, Salmonella enterica 또는 Klebsiella pneumoniae이며, 가장 바람직하게는 Escherichia coli 이다.According to a preferred embodiment of the invention, the cells transformed with MetA-coding nucleotide sequences are mesophilic bacteria, more preferably Escherichia, Pseudomonas, Xanthomonas, Serratia, Lactobacillus, Bacillus, Citrobacter, Salmonella or Klebsiella More preferably, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Xanthomonas rinicola, Serratia marcescens, Lactobacillus lactis, Bacillus subtilis, Citrobacter freundii, Salmonella enterica or Klebsiella pneumoniae , and most preferably Escherichia coli .
본 발명의 방법에 따르면 MetA의 열 안정성 및/또는 산 저항성이 크게 증가/감소되며, 결국 변이 MetA를 포함하는 형질전환 세포의 열 안정성 및/또는 산 저항성이 크게 증가/감소한다. According to the method of the present invention, the thermal stability and / or acid resistance of MetA is greatly increased / reduced, and eventually the thermal stability and / or acid resistance of transformed cells comprising the mutant MetA is greatly increased / reduced.
본 명세서에서 용어 “열 안정성”은 온도 범위 20-60℃, 바람직하게는 30-50℃, 보다 바람직하게는 30-48℃, 가장 바람직하게는 30-44℃에서 상당한 성장속도를 나타내는 것을 의미한다. 본 명세서에서 MetA를 언급하면서 사용되는 용어 “열 안정성”은 열적인 영향에 대한 효소의 안정성을 의미한다. 모든 효소 단백질은 온도가 증가함에 따라 불안정화되어 결국 분해되고, 각 효소 단백질은 특정 온도 범위(즉, 단백질이 안정하고 활성을 유지하는 온도 범위)를 가진다. 증가된 열 안정성은 효소 단백질이 효소적 활성을 유지 및/또는 증가된 온도에서 상대적으 로 더 높은 활성을 보유하는 것을 의미한다.As used herein, the term “thermal stability” means to exhibit significant growth rates in the temperature range 20-60 ° C., preferably 30-50 ° C., more preferably 30-48 ° C., and most preferably 30-44 ° C. . The term "thermal stability" as used herein referring to MetA means the stability of the enzyme to thermal effects. All enzyme proteins destabilize and eventually degrade as the temperature increases, and each enzyme protein has a specific temperature range (ie, a temperature range in which the protein remains stable and active). Increased thermal stability means that the enzyme protein maintains enzymatic activity and / or retains relatively higher activity at increased temperatures.
본 명세서에서 미생물을 언급하면서 사용되는 용어 “산 저항성”은 산성 조건(즉, 낮은 pH 조건) 하에서 성장할 수 있다는 것을 의미한다. 본 명세서에서 MetA를 언급하면서 사용되는 용어 “산 저항성”은 더 낮은 pH에서 효소의 안정성을 의미한다.The term “acid resistance” as used herein referring to microorganisms means that it can grow under acidic conditions (ie, low pH conditions). The term “acid resistance” as used herein referring to MetA refers to the stability of the enzyme at lower pH.
본 발명의 방법에 따르면, 고온 및/또는 산성 조건 하에서 미생물을 이용하여 효율적으로 생물공정(bioprocesses)을 실시하는 것을 가능하게 한다.According to the method of the present invention, it is possible to efficiently carry out bioprocesses using microorganisms under high temperature and / or acidic conditions.
도 10 및 도 11에서 볼 수 있듯이, 본 발명의 MetA는 다양한 박테리아에서 열 안정성을 책임지며 보존된 서열을 가지고 있다. 이러한 측면에서, 박테리아 세포 또는 MetA의 열 안정성 또는 산 저항성을 조절하는 본 발명의 돌연변이유발법 접근방법은 많은 미생물에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 바람직하게는 Escherichia, Pseudomonas, Xanthomonas, Serratia, Lactobacillus, Bacillus, Citrobacter, Salmonella 또는 Klebsiella, 보다 바람직하게는 Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Xanthomonas rinicola, Serratia marcescens, Lactobacillus lactis, Bacillus subtilis, Citrobacter freundii, Salmonella enterica 또는 Klebsiellapneumonia, 및 가장 바람직하게는 Escherichiacoli에 적용될 수 있다.As can be seen in FIGS. 10 and 11, MetA of the present invention is responsible for thermal stability in various bacteria and has a conserved sequence. In this respect, the mutagenesis approach of the present invention that modulates the thermal stability or acid resistance of bacterial cells or MetA can be applied to many microorganisms, for example Escherichia, Pseudomonas, Xanthomonas, Serratia, Lactobacillus, Bacillus, Citrobacter, Salmonella or Klebsiella , more preferably Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, Xanthomonas rinicola, Serratia marcescens, Lactobacillus lactis, Bacillus subtilis, Citrobacter freundii, Salmonella enterica or Klebsiellapneumonia can be applied to Escher , and most preferably Escherichia .
본 발명의 또 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 아미노산 치환을 포함하는 열 안정성 또는 산 저항성이 증가/감소된 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아 제(MetA)를 제공한다: (a) 61번째 아미노산 Ser을 Thr로 치환; (b) 213번째 아미노산 Glu를 Val으로 치환; (c) 229번째 아미노산 Ile을 Thr으로 치환; (d) 267번째 아미노산 Asn을 Asp로 치환; (e) 271번째 아미노산 Asn을 Lys으로 치환; (f) 96번째 아미노산 Gln을 Lys으로 치환; (g) 110번째 아미노산 Leu을 Val으로 치환; (h) 124번째 아미노산 Ile을 Leu으로 치환; (i) 160번째 아미노산 Arg을 Leu으로 치환; (j) 195번째 아미노산 Ala을 Thr으로 치환; (k) 200번째 아미노산 Ala을 Glu로 치환; (l) 218번째 아미노산 Asp를 Gly으로 치환; (m) 229번째 아미노산 Ile을 Tyr으로 치환; (n) 247번째 아미노산 Phe을 Tyr으로 치환; 또는 (o) 상기 (a)-(n) 치환의 조합.According to another aspect of the invention, the invention provides homoserine o-succinyltransferase (MetA) having increased / decreased thermal stability or acid resistance comprising the following amino acid substitutions: (a) 61 Th amino acid Ser is replaced by Thr; (b) substituted 213th amino acid Glu with Val; (c) the 229th amino acid Ile is substituted with Thr; (d) replace the 267th amino acid Asn with Asp; (e) substitution of Lys for 271st amino acid Asn; (f) substitution of the 96th amino acid Gln with Lys; (g) replace 110th amino acid Leu with Val; (h) replacing the 124th amino acid Ile with Leu; (i) replacing the 160 th amino acid Arg with Leu; (j) substitution of the 195th amino acid Ala for Thr; (k) replacing the 200th amino acid Ala with Glu; (l) substitution of the 218th amino acid Asp with Gly; (m) substitution of the 229th amino acid Ile with Tyr; (n) substitution of the 247th amino acid Phe with Tyr; Or (o) a combination of the above (a)-(n) substitutions.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 치환은 상술한 (a) 61번째 아미노산 Ser을 Thr로 치환은 MetA의 Leu-Ser-Asn-Ser-Pro-Leu-Gln-Val 서열에서 4번째 Ser을 Thr로 치환하는 것이고; (b) 213번째 아미노산 Glu를 Val으로 치환은 MetA의Ile-Leu-Ala-Glu-Thr-Glu-Xaa1-Gly(Xaa1는 Asp 또는 Glu) 서열에서 4번째 Glu를 Val으로 치환하는 것이며; (c) 229번째 아미노산 Ile을 Thr으로 치환은 MetA의 Asp-Lys-Arg-Ile-Ala-Phe-Val-Thr 서열에서 Ile을 Thr으로 치환하는 것이고; (d) 267번째 아미노산 Asn을 Asp로 치환은 MetA의 Tyr-Phe-Pro-Xaa1-Asn-Asp-Pro-Gln(Xaa1는 Lys, His 또는 Gln) 서열에서 Asn을 Asp로 치환하는 것이며; (e) 271번째 아미노산 Asn을 Lys으로 치환은 MetA의 Asp-Pro-Gln-Asn-Xaa1-Pro-Arg-Ala(Xaa1은 Lys, Ile 또는 Thr) 서열에서 Asn을 Lys으로 치환하는 것이며; (f) 96번째 아미 노산 Gln을 Lys으로 치환은 MetA의 Glu-Asp-Ile-Gln-Asp-Gln 서열에서 4번째 Gln을 Lys으로 치환하는 것이며; (g) 110번째 아미노산 Leu을 Val으로 치환은 MetA의 Gly-Ala-Pro-Leu-Gly-Leu-Val-Glu 서열에서 4번째 Leu을 Val으로 치환하는 것이며; (h) 124번째 아미노산 Ile을 Leu으로 치환은 MetA의 Trp-Pro-Gln-Ile-Xaa1-Gln-Val-Leu(Xaa1은 Lys 또는 Arg) 서열에서 4번째 Ile을 Leu으로 치환하는 것이며; (i) 160번째 아미노산 Arg을 Leu으로 치환은 MetA의 Lys-Gln-Thr-Arg-Xaa1-Xaa2-Lys-Xaa3(Xaa1은 Ile, Thr 또는Ala; Xaa2는Asp 또는 Glu; Xaa3는 Leu 또는 Ile) 서열에서 4번째 Arg을 Leu으로 치환하는 것이며; (j) 195번째 아미노산 Ala을 Thr으로 치환은 MetA의 Ser-Arg-Tyr-Ala-Asp-Phe-Pro-Xaa1(Xaa1은 Arg 또는 Gly) 서열에서 4번째 Ala을 Thr으로 치환하는 것이며; (k) 200번째 아미노산 Ala을 Glu로 치환은 MetA의 PPhe-Pro-Ala-Ala-Leu-Ile-Arg-Asp 서열에서 4번째 Ala을 Glu로 치환하는 것이며; (l) 218번째 아미노산 Asp를 Gly으로 치환은 Glu-Xaa1-Gly-Asp-Ala-Tyr-Leu-Phe(Xaa1는 Asp 또는 Glu) 서열에서 4번째 Asp를 Gly으로 치환하는 것이며; (m) 229번째 아미노산 Ile을 Tyr으로 치환은 MetA의 Asp-Lys-Arg-Ile-Ala-Phe-Val-Thr 서열에서 4번째 Ile을 Tyr으로 치환하는 것이며; (n) 247번째 아미노산 Phe을 Tyr으로 치환은 MetA의 Ala-Xaa1-Glu-Phe-Phe-Arg-Asp-Val(Xaa1은 Ser, Gln 또는 Gly) 서열에서 4번째 Phe을 Tyr으로 치환하는 것이며; 또는 (o) 상기 (a)-(n) 치환의 조합이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the substitution of the present invention comprises (a) replacing the 61-th amino acid Ser with Thr, wherein the fourth Ser in the Leu-Ser-Asn-Ser-Pro-Leu-Gln-Val sequence of MetA. Is replaced by Thr; (b) substitution of the 213th amino acid Glu with Val replaces the fourth Glu with Val in the sequence Ile-Leu-Ala-Glu-Thr-Glu-Xaa 1 -Gly (Xaa 1 is Asp or Glu) of MetA; (c) substitution of the 229th amino acid Ile with Thr replaces Ile with Thr in the Asp-Lys-Arg-Ile-Ala-Phe-Val-Thr sequence of MetA; (d) substitution of the 267th amino acid Asn with Asp replaces Asn with Asp in the Tyr-Phe-Pro-Xaa 1 -Asn-Asp-Pro-Gln (Xaa 1 is Lys, His or Gln) sequence of MetA; (e) substitution of the 271st amino acid Asn with Lys replaces Asn with Lys in the Asp-Pro-Gln-Asn-Xaa 1 -Pro-Arg-Ala (Xaa 1 is Lys, Ile or Thr) sequence of MetA; (f) substitution of the 96th amino acid Gln with Lys replaces the fourth Gln with Lys in the Glu-Asp-Ile-Gln-Asp-Gln sequence of MetA; (g) substitution of the 110th amino acid Leu with Val replaces the fourth Leu with Val in the Gly-Ala-Pro-Leu-Gly-Leu-Val-Glu sequence of MetA; (h) substitution of Leu for the 124th amino acid Ile with Trp-Pro-Gln-Ile-Xaa 1 -Gln-Val-Leu (Xaa 1 Lys or Arg) replaces the fourth Ile with Leu in the sequence; (i) Lys-Gln-Thr-Arg-Xaa 1 -Xaa 2 -Lys-Xaa 3 of MetA replaces 160th amino acid Arg with Leu (Xaa 1 is Ile, Thr or Ala; Xaa 2 is Asp or Glu; Xaa 3 is Leu or Ile) replacing the fourth Arg with Leu; (j) substitution of the 195th amino acid Ala with Thr replaces the fourth Ala with Thr in the Ser-Arg-Tyr-Ala-Asp-Phe-Pro-Xaa 1 (Xaa 1 is Arg or Gly) sequence of MetA; (k) substitution of the 200th amino acid Ala with Glu replaces the fourth Ala with Glu in the PPhe-Pro-Ala-Ala-Leu-Ile-Arg-Asp sequence of MetA; (l) substitution of the 218th amino acid Asp with Gly replaces the fourth Asp with Gly in the Glu-Xaa 1 -Gly-Asp-Ala-Tyr-Leu-Phe (Xaa 1 is Asp or Glu) sequence; (m) substitution of the 229th amino acid Ile with Tyr replaces the fourth Ile with Tyr in the Asp-Lys-Arg-Ile-Ala-Phe-Val-Thr sequence of MetA; (n) Substitution of 247 th amino acid Phe with Tyr replaces the fourth Phe with Tyr in the sequence Ala-Xaa 1 -Glu-Phe-Phe-Arg-Asp-Val (Xaa 1 is Ser, Gln or Gly) of MetA. Will; Or (o) a combination of the above (a)-(n) substitutions.
본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 치환 변이는 (c) 229번째 아미노산 Ile을 Thr으로 치환; (d) 267번째 아미노산 Asn을 Asp로 치환; (e) 271번째 아미노산 Asn을 Lys으로 치환; (h) 124번째 아미노산 Ile을 Leu으로 치환; (i) 160번째 아미노산 Arg을 Leu으로 치환; (m) 229번째 아미노산 Ile을 Tyr으로 치환; 또는 (o) 상기 치환의 조합이다.According to a more preferred embodiment of the invention, the substitution variants of the invention comprise (c) substitution of Thr for 229th amino acid Ile; (d) replace the 267th amino acid Asn with Asp; (e) substitution of Lys for 271st amino acid Asn; (h) replacing the 124th amino acid Ile with Leu; (i) replacing the 160 th amino acid Arg with Leu; (m) substitution of the 229th amino acid Ile with Tyr; Or (o) a combination of the above substitutions.
본 발명의 변이형 MetA 단백질의 아미노산의 구체적인 예는 서열목록 제2서열에 기재되어 있다.Specific examples of amino acids of the variant MetA protein of the present invention are described in SEQ ID NO: 2.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 본 발명의 변이형 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)를 코딩하는 핵산 분자를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a nucleic acid molecule encoding the above-described variant homoserine o-succinyltransferase (MetA) of the present invention.
본 명세서에서 용어 “핵산 분자”는 DNA (gDNA 및 cDNA) 그리고 RNA 분자를 포괄적으로 포함하는 의미를 갖으며, 핵산 분자에서 기본 구성 단위인 뉴클레오타이드는 자연의 뉴클레오타이드뿐만 아니라, 당 또는 염기 부위가 변형된 유사체 (analogue)도 포함한다 (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York(1980); Uhlman 및 Peyman, Chemical Reviews, 90:543-584(1990)).As used herein, the term “nucleic acid molecule” is meant to encompass DNA (gDNA and cDNA) and RNA molecules inclusively, and the nucleotides, which are the basic building blocks of nucleic acid molecules, are modified from sugar or base sites, as well as natural nucleotides. Analogs are also included (Scheit, Nucleotide Analogs, John Wiley, New York (1980); Uhlman and Peyman, Chemical Reviews , 90: 543-584 (1990)).
본 발명의 핵산 분자의 구체적인 예는 서열목록 제1서열로 나타내는 뉴클레오타이드 서열을 포함한다.Specific examples of the nucleic acid molecule of the present invention include the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1.
본 발명의 다른 일 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 변이형 호모세린 o-석시닐트랜스퍼라아제(MetA)를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한 다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a recombinant vector comprising a nucleic acid molecule encoding the above-described variant homoserine o-succinyltransferase (MetA).
본 발명의 벡터 시스템은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법은 Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press(2001)에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다. The vector system of the present invention can be constructed through various methods known in the art, and specific methods thereof are described in Sambrook et al. , Molecular Cloning, A Laboratory Manual , Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001), which is incorporated herein by reference.
본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명의 벡터는 원핵 세포 또는 진핵 세포를 숙주로 하여 구축될 수 있다. 본 발명의 핵산 분자가 원핵 세포 유래이고, 배양의 편의성 등을 고려하여, 원핵 세포를 숙주로 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다.The vector of the present invention can typically be constructed as a vector for cloning or as a vector for expression. In addition, the vector of the present invention can be constructed using prokaryotic or eukaryotic cells as hosts. It is preferable that the nucleic acid molecule of the present invention is derived from a prokaryotic cell, and the prokaryotic cell is used as a host in consideration of the convenience of culture. The vector of the present invention can typically be constructed as a vector for cloning or as a vector for expression.
예를 들어, 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터(예컨대, tac 프로모터, lac 프로모터, lacUV5 프로모터, lpp 프로모터, pL λ프로모터, pR λ프로모터, rac5 프로모터, amp 프로모터, recA 프로모터, SP6 프로머터, trp 프로모터 및 T7 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 라이보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 숙주 세포로서 E. coli가 이용되는 경우, E. coli 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위(Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158:1018-1024(1984)), 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터(pL λ프로모터, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14:399-445(1980))가 조절 부위로서 이용될 수 있다.For example, when the vector of the present invention is an expression vector and the prokaryotic cell is a host, a strong promoter (for example, a tac promoter, a lac promoter, a lac UV5 promoter, an lpp promoter, a p L λ promoter) capable of promoting transcription , p R λ promoters,
한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드(예: pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pUC19, pET 등), 파지(예: λgt4λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스(예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다.The vectors that can be used in the present invention include plasmids (e.g., pSClOl, ColEl, pBR322, pUC8 / 9, pHC79, pUC19, pET etc.), phage (e.g., λgt4λB, λ- And M13) or a virus (e.g., SV40 or the like).
본 발명의 벡터는 그로부터 발현되는 MetA의 정제를 용이하게 하기 위하여, 다른 서열과 융합될 수도 있다. 융합되는 서열은 예컨대, 글루타티온 S-트랜스퍼라제(Pharmacia, USA), 말토스 결합 단백질(NEB, USA), FLAG(IBI, USA) 및 6x His(hexahistidine; Quiagen, USA) 등이 있고, 가장 바람직하게는 6x His이다. 상기 정제를 위한 추가적인 서열 때문에, 숙주에서 발현된 단백질은 친화성 크로마토그래피를 통하여 신속하고, 용이하게 정제된다.The vectors of the invention may be fused with other sequences to facilitate purification of MetA expressed therefrom. Sequences to be fused include, for example, glutathione S-transferase (Pharmacia, USA), maltose binding protein (NEB, USA), FLAG (IBI, USA), 6x His (hexahistidine; Quiagen, USA), and most preferably Is 6 × His. Because of the additional sequence for such purification, proteins expressed in the host are rapidly and easily purified through affinity chromatography.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 융합 서열이 포함되어 있는 벡터에 의해 발현된 융합 단백질은 친화성 크로마토그래피에 의해 정제된다. 예컨대, 글루타티온-S-트랜스퍼라제가 융합된 경우에는 이 효소의 기질인 글루타티온을 이용할 수 있고, 6x His이 이용된 경우에는 Ni-NTA His-결합 레진 컬럼(Novagen, USA)을 이용하여 소망하는 MetA를 신속하고 용이하게 얻을 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the fusion protein expressed by the vector containing the fusion sequence is purified by affinity chromatography. For example, when glutathione-S-transferase is fused, glutathione, which is a substrate of this enzyme, can be used, and when 6x His is used, Ni-NTA His-binding resin column (Novagen, USA) can be used for desired MetA. Can be obtained quickly and easily.
한편, 본 발명의 벡터는 선택표지로서, 당업계에서 통상적으로 이용되는 항생제 내성 유전자를 포함하며, 예를 들어 암피실린, 겐타마이신, 카베니실린, 클로람페니콜, 스트렙토마이신, 카나마이신, 게네티신, 네오마이신 및 테트라사이클린 에 대한 내성 유전자가 있다.Meanwhile, the vector of the present invention includes an antibiotic resistance gene commonly used in the art as an optional marker, for example, ampicillin, gentamicin, carbenicillin, chloramphenicol, streptomycin, kanamycin, geneticin, neomycin And resistance genes for tetracycline.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 본 발명의 변이형 핵산 분자로 형질전환된 숙주 세포를 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a host cell transformed with the above-described variant nucleic acid molecule of the present invention.
본 발명의 벡터를 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주 세포는 당업계에 공지되어 어떠한 숙주 세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli JM109, E. coli BL21(DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다.Host cells capable of stable and continuous cloning and expression of the vectors of the present invention are known in the art and can be used with any host cell, for example E. coli JM109, E. coli BL21 (DE3), E. coli RR1. , Bacillus genus strains, such as E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis, and Salmonella typhimurium, Serratia marcensons, and various Pseudomonas Enterobacteria such as species and strains.
본 발명의 벡터를 숙주 세포 내로 운반하는 방법은, 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973)), 하나한 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973); 및 Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기 천공 방법(Dower, W.J. et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145(1988)) 등에 의해 실시될 수 있다. The method of carrying the vector of the present invention into a host cell is performed by the CaCl 2 method (Cohen, SN et al. , Proc. Natl. Acac. Sci. USA , 9: 2110-2114 (1973) when the host cell is a prokaryotic cell). ), One method (Cohen, SN et al. , Proc. Natl. Acac. Sci. USA , 9: 2110-2114 (1973); and Hanahan, D., J. Mol. Biol. , 166: 557-580 (1983)) and electroporation methods (Dower, WJ et al. , Nucleic. Acids Res. , 16: 6127-6145 (1988)) and the like.
숙주 세포 내로 주입된 벡터는 숙주 세포 내에서 발현될 수 있으며, 이러한 경우에는 다량의 MetA를 얻게 된다. 예를 들어, 상기 발현 벡터가 lac 프로모터를 포함하는 경우에는 숙주 세포에 IPTG를 처리하여 유전자 발현을 유도할 수 있 다.Vectors injected into host cells can be expressed in host cells, in which case a large amount of MetA is obtained. For example, when the expression vector includes a lac promoter, the host cell may be treated with IPTG to induce gene expression.
위에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 오직 MetA 안정화만으로 고온에서 미생물(예컨대, E. coli) 성장률을 개선한 첫 번째 보고이다. MetA의 안정화는 더 높은 온도에서 자라는 플랫폼 미생물, 바람직하게는 박테리아(예컨대, E. coli) 균주를 고안할 수 있도록 새로운 이론적 근거를 제공하며, 절감된 비용 및 시간으로 생물공정(bioprocess)을 실시할 수 있도록 한다.As detailed above, the present invention is the first report to improve microbial (eg, E. coli ) growth rates at high temperatures with only MetA stabilization. Stabilization of MetA provides a new theoretical basis for the design of platform microorganisms, preferably bacteria (eg, E. coli ) strains, which grow at higher temperatures, and enable bioprocessing at reduced cost and time. To help.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:
(a) 본 발명은 본 발명은 MetA를 개량하여 미생물의 열 안정성 및/또는 산 안정성을 조절하는(즉, 증가/감소시키는) 최초의 발명이다.(a) The present invention is the first invention in which MetA is improved to control (ie, increase / decrease) the thermal and / or acid stability of microorganisms.
(b) 변이형 MetA는 고온 및/또는 산성 조건에서 크게 증가된 안정성 또는 중온에서 감소된 안정성을 나타낸다.(b) Variant MetA exhibits greatly increased stability at high and / or acidic conditions or reduced stability at mid temperature.
(c) 변이형 MetA를 발현하는 미생물, 특히 박테리아는 매우 고온 및/또는 낮은 산성 조건과 같은 격렬한(vigorous) 환경 하에서 개선된 성장률을 나타낸다.(c) Microorganisms expressing variant MetA, in particular bacteria, exhibit improved growth rates under vigorous environments such as very high temperature and / or low acidic conditions.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지 에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples in accordance with the gist of the present invention. .
실시예Example
실험 재료 및 실험 방법Experimental Materials and Experimental Methods
박테리아 스트레인 및 플라스미드. 본 발명에서 사용된 박테리아 스트레인 및 플라스미드들을 표 1에 기술하였다. Bacterial strains and plasmids. The bacterial strains and plasmids used in the present invention are described in Table 1.
DH5α
endA1 thi-1 relA1 deoR λ-endA1 thi-1 relA1 deoR λ-
(17)
(일본)Keio collection
(Japan)
WE
Invention
333
Invention
T61
Invention
V213
Invention
T229
Invention
D267
Invention
K271
Invention
WG
Invention
pKD46
(4)
pMetA-333
Invention
a Ampr, 암피실린 저항성; Kanr, 카나마이신 저항성; metAp E.coli , E.coli metA 유전자의 프로모터; metA E.coli , E.coli metA 유전자; metA Geo , G.kaustophilus metA 유전자. a Amp r , ampicillin resistance; Kan r , kanamycin resistance; metAp E. coli , a promoter of the E. coli metA gene; metA E. coli , E. coli metA gene; metA Geo , G.kaustophilus metA gene.
성장 조건. E.coli 스트레인을 글루코오스(0.2%), LB(Difco, USA) 또는 2×YT가 첨가된 최소 M9 배지에서 배양하였다. 항생제는 다음의 농도로 사용하였다: 암피실린 - 100 ㎍ ml-1, 카나마이신 - 25 ㎍ ml-1. L-메티오닌을 50 ㎍ ml-1의 최종 농도로 첨가하였다. 게오바실러스 카우스토필러스(Geobacillus kaustophilus) KCTC 3397 스트레인을 영양 브로스(Difco, USA)에서 호기성 상태로 50℃에서 배양하였다. Growth conditions. E. coli strains were incubated in minimal M9 medium with glucose (0.2%), LB (Difco, USA) or 2 × YT. Antibiotics were used at the following concentrations: ampicillin-100 μg ml -1 , kanamycin-25 μg ml -1 . L-methionine was added at a final concentration of 50 μg ml −1 . Geobacillus kaustophilus KCTC 3397 strain was incubated at 50 ° C. in aerobic state in Difco, USA.
플라스미드 DNA의 제조. 플라스미드 mini prep 키트(SolGent Co, Ltd., Korea)를 이용하여 세포로부터 플라스미드 DNA를 추출하였다. 본 발명에서 사용된 모든 제한효소들은 New England BioLabs Inc.,(USA)로부터 구입하였다. Preparation of Plasmid DNA. Plasmid DNA was extracted from the cells using a plasmid mini prep kit (SolGent Co, Ltd., Korea). All restriction enzymes used in the present invention were purchased from New England BioLabs Inc., USA.
E. coli metA 클로닝. E. coli 스트레인 W3110(참조: Dong-Eun Chang et al., Journal of Bacteriology, 181(21):6656-6663(1999), ATCC로부터 구입가능)의 게놈 DNA로부터 metA의 천연 프로모터를 metA1(CGCCTACTCGAGATCGCAACGAGTTCCTCC) 및 metA2(GCCTCAAAGCTTCATATGCTGATTACCTCACTACATACGC) 프라이머를 이용하여 증폭한 후, pACYC177 플라스미드 벡터의 XhoI 및 HindIII 사이에 클로닝하여 pPmetA 플라스미드를 제조하였다. E. coli 스트레인 W3110의 게놈 DNA로부터 metA3(CGCCTCCATATGCCGATTCGTGTGCCG) 및 metA4(CGCCTCAAGCTTGGTGCCTGAGGTAAGGTGCTG) 프라이머를 이용하여 증폭된 metA 구조 유전자를 pPmetA 플라스미드의 NdeI 및 HindIII 사이에 클로닝하여 pMetA 플라스미드를 제조하였다. E. coli metA cloning. The natural promoter of metA was metA1 (CGCCTA CTCGAG ) from genomic DNA of E. coli strain W3110 (Dong-Eun Chang et al., Journal of Bacteriology , 181 (21): 6656-6663 (1999), available from ATCC). PPmetA plasmids were prepared by amplification using ATCGCAACGAGTTCCTCC) and metA2 (GCCTC AAAGCTTCATATG CTGATTACCTCACTACATACGC) primers, followed by cloning between XhoI and HindIII of the pACYC177 plasmid vector. The pMetA plasmid was prepared by cloning the metA structural genes amplified from the genomic DNA of E. coli strain W3110 using metA3 (CGCCTC CATATG CCGATTCGTGTGCCG) and metA4 (CGCCTC AAGCTT GGTGCCTGAGGTAAGGTGCTG) primers between NdeI and HindIII of the pPmetA plasmid.
호열성 스트레인 G. kaustophilus KCTC 3397로부터 metA 클로닝. 게놈 DNA로부터 metA Geo 를 Geo1(CGCCTCCATATGCCAATCAACATTCCAAAAG) 및 Geo2(CAGGGCGATTGTCGAAACACG) 프라이머를 이용하여 증폭시킨 후 pPmetA 플라스미드의 NdeI 제한효소 위치에 클로닝하였다. 결과적으로 제조된 pGeo-MetA 플라스미드를 E. coli JW3973(ΔmetA)(참조: Baba, T., et al., Mol Syst Biol 2:1-11(2006))에 감염시켰다. 형질전환된 세포를 글루코오스 및 암피실린이 첨가된 최소 M9 플레이트에서 배양하였다. Cloning of metA from thermophilic strain G. kaustophilus KCTC 3397 . After the metA Geo amplified using Geo1 (CGCCTC CCAATCAACATTCCAAAAG CATATG) and Geo2 (CAGGGCGATTGTCGAAACACG) primers from genomic DNA was cloned into the restriction enzyme NdeI position of pPmetA plasmid. The resulting pGeo-MetA plasmid was infected with E. coli JW3973 (Δ metA ) (Baba, T., et al., Mol Syst Biol 2: 1-11 (2006)). Transformed cells were cultured in minimal M9 plates added with glucose and ampicillin.
라이브러리 구축 및 열 안정적 metA 돌연변이의 선택. pMetA 플라스미드로부터 프로모터 부위와 함께 metA를 분리하여 겔-정제한 후, 이를 에러-프론(error-prone) PCR의 템플레이트로 이용하였다. 킬로 베이스당 3, 5 및 8 뉴클레오타이드 변형(substitutions)을 얻기 위해 다양화 PCR 무작위 돌연변이 유발 키트(Diversify PCR Random Mutagenesis Kit, Clontech Laboratories, Inc., USA)를 이용하여 무작위 돌연변이 유발법을 실시하였다. PCR 조건은 metA5(GTAGTGAGGTAATCAGCATATG) 및 metA4 프라이머를 이용하여 매뉴얼에 기재된 대로 실시하였다. 퀴아퀵 PCR 정제 키트(QIAquick PCR Purification Kit, Qiagen,USA)를 이용하여 PCR 산물을 정제하고 동일한 프라이머 및 TaKaRa Ex Taq 폴리머레이즈를 사용하여 한번 이상 증폭하였다. PCR 산물을 NdeI 및 HindIII 제한효소들을 처리한 후에 pPmetA 플라스미드에 클로닝하였다. 전기 천공법으로 결과적인 DNA 혼합물을 신선하게 준비된(freshly prepared) E. coli JW3973(ΔmetA) 세포에 감염시켰다. 형질전환된 세포를 글루코오스 및 암피실린이 보충된 최소 M9 플레이트에서 37℃로 배양하였다. 높은 온도에서 자라는 클론들을 선택하기 위해서 고형 M9 글루코오스 배지에서 44℃로 배양하였다. 이후 액체 M9 글루코오스 배지에서 44℃로 배양하며 가장 빠르게 자라는 돌연변이를 동정하였다. Library construction and selection of thermally stable metA mutants. to remove the metA from pMetA plasmid with the promoter region gel-purified and then, this error-was used as a template of the fluorocarbon (error-prone) PCR. Random mutagenesis was performed using a Diversify PCR Random Mutagenesis Kit (Clontech Laboratories, Inc., USA) to obtain 3, 5 and 8 nucleotide variations per kilobase. PCR conditions were performed as described in the manual using metA5 (GTAGTGAGGTAATCAG CATATG ) and metA4 primers. PCR products were purified using QIAquick PCR Purification Kit (Qiagen, USA) and amplified more than once using the same primers and TaKaRa Ex Taq polymerase. PCR products were cloned into the pPmetA plasmid after treatment with NdeI and HindIII restriction enzymes. Freshly prepared the resulting DNA mixture as electroporation (freshly prepared) was infected with E. coli JW3973 (Δ metA) cells. Transformed cells were incubated at 37 ° C. in minimal M9 plates supplemented with glucose and ampicillin. In order to select clones that grow at high temperature, they were incubated at 44 ° C. in solid M9 glucose medium. The fastest growing mutation was then identified by culturing at 44 ° C. in liquid M9 glucose medium.
E. coli 염색체로 metA 돌연변이체들의 삽입. 람다 레드 재조합 시스템을 이용하여 metA 돌연변이체를 E. coli JW3973(ΔmetA)의 염색체로 감염시켰다(4). metA8(ATCTGGATGTCTAAACGTATAAGCGTATGTAGTGAGG) 및 metA9(ATCGCTTAACGATCGACTATCACAGAAGATTAATCC) 프라이머, 벤트(Vent) 폴리머레이즈(New England BioLabs Inc., USA) 및 주형인 해당 플라스미드를 이용하여 업- 및 다운-스트림으로 50 bp 플랭킹 뉴클레오타이드 서열을 가지는 구조 유전자를 합성하였다. 주형인 게놈 DNA로부터 Geo4(ATCTGGATGTCTAAACGTATAAGCGTATGTAGTGAGGTAATCAGGTTATGCCAATCAACATTCC) 및 Geo5(ATCGCTTAACGATCGACTATCACAGAAGATTAATCCAGCGTTGGATTCATCAGGGCGATTGTCGAAACACG) 프라이머를 이용하여 G. kaustophilus metA를 증폭하였다. 헬퍼 플라스미드 pKD46을 지니는 E. coli JW3973(ΔmetA)로 신선하게-제조된 수용성 있는 세포(freshly-prepared competent cell)에 150 ㎍의 PCR 산물을 상술한 전기 천공법을 사용하여 형질전환시켰다(4). Insertion of metA mutants into the E. coli chromosome . The metA mutant was infected with the chromosome of E. coli JW3973 (Δ metA ) using the lambda red recombination system (4). 50 bp flanking sequences having 50 bp flanking sequences up- and down-stream using metA8 (ATCTGGATGTCTAAACGTATAAGCGTATGTAGTGAGG) and metA9 (ATCGCTTAACGATCGACTATCACAGAAGATTAATCC) primers, Vent polymerase (New England BioLabs Inc., USA) and the corresponding plasmids as templates The gene was synthesized. G. kaustophilus the metA were amplified using Geo4 (ATCTGGATGTCTAAACGTATAAGCGTATGTAGTGAGGTAATCAGGTTATGCCAATCAACATTCC) and Geo5 (ATCGCTTAACGATCGACTATCACAGAAGATTAATCCAGCGTTGGATTCATCAGGGCGATTGTCGAAACACG) primers from a template of genomic DNA. Freshly-prepared competent cells freshly prepared with E. coli JW3973 (Δ metA ) with helper plasmid pKD46 were transformed using the electroporation method described above (4). .
형질전환된 세포를 글루코오스가 첨가된 M9 메티오닌 부족 배지에서 37℃로 배양하였다. 성장한 콜로니들을 카나마이신 저항성 소실에 대해 검사(check)하고 pKD46 플라스미드를 제거하기 위해 43℃에서 비선택적 LB 플레이트 상에서 배양하였다. 삽입된 metA 돌연변이체들을 염색체로부터 증폭한 후 시퀀싱하였다.Transformed cells were incubated at 37 ° C. in glucose supplemented M9 methionine deficient medium. Grown colonies were checked for loss of kanamycin resistance and cultured on non-selective LB plates at 43 ° C. to remove the pKD46 plasmid. Inserted metA mutants were amplified from chromosomes and sequenced.
metA 의 위치-지정 돌연변이 유발법(site-directed mutagenesis). metA에 다수의 직접적인 돌연변이를 도입하기 위해 Quick Change Multi Site-Directed Mutagenesis kit(Stratagene, USA)를 이용하였다. 위치-지정 돌연변이 유발법을 위해 metT(GCCTGCTTTCAAACACACACCTTTGCAGGTCG), metD(CTATTTCCCGCACGATGATCCGCAAAATACACC), metK(GATCCGCAAAAGACACCGCGAGCGAGC), metT2(GCCAGTAAAGATAAGCGCACTGCCTTTGTGACG), metV(CTGGAAATTCTGGCAGTGACGGAAGAAGGG) 프라이머를 이용하였다. site-directed mutagenesis of metA . The Quick Change Multi Site-Directed Mutagenesis kit (Stratagene, USA) was used to introduce a number of direct mutations into metA . MetT (GCCTGCTTTCAAACACACACCTTTGCAGGTCG), metD (CTATTTCCCGCACGATGATCCGCAAAATACACC), metK (GATCCGCAAAAGACACCGCGAGCGAGC), metT2 (GCCAGTAAAGATAAGCGCACTGGAGTCTGGG)
다른 위치-지정된 metA 돌연변이들은 제조사의 프로토콜에 따라 KOD-Plus-돌연변이유발 키트(Toyobo Co., Ltd)를 이용하여 제조되었다. pMetA 플라스미드를 템플레이트로 이용하였으며 프라이머들은 표 2에 기재되어 있다. 돌연변이 Y229는 QuickChange II-E 위치-지정 돌연변이유발 키트(Stratagene)를 이용하여 연장 PCR을 중첩시킴으로써 제작하였으며 사용된 프라이머는 다음과 같다: MetY-forward, GCCAGTAAAGATAAGCGCTACGCCTTTGTGACGGG; 및 MetY-reverse, MetY-forward의 상보적인 서열. 서열 상의 변화는 밑줄로 표시되었다.Other site-directed metA mutations were prepared using the KOD-Plus-Mutation Induction Kit (Toyobo Co., Ltd) according to the manufacturer's protocol. The pMetA plasmid was used as a template and the primers are listed in Table 2. Mutant Y229 was constructed by overlapping extension PCR using the QuickChange II-E position-directed mutagenesis kit (Stratagene) and the primers used were: MetY-forward, GCCAGTAAAGATAAGCGCTACGCCTTTGTGACGGG; And MetY-reverse, the complementary sequence of MetY-forward. Changes in sequence are underlined.
K3-reverse
V3-forward
V3-reverse
L2-forward
L2-reverse
L1-forward
L1-reverse
T4-forward
T4-reverse
E1-forward
E1-reverse
G1forward
G1reverse
Y2-forward
Y2-reverseK3-forward
K3-reverse
V3-forward
V3-reverse
L2-forward
L2-reverse
L1-forward
L1-reverse
T4-forward
T4-reverse
E1-forward
E1-reverse
G1forward
G1reverse
Y2-forward
Y2-reverse
Q96K
L110V
L110V
I124L
I124L
R160L
R160L
A195T
A195T
A200E
A200E
D218G
D218G
F247Y
F247YQ96K
Q96K
L110V
L110V
I124L
I124L
R160L
R160L
A195T
A195T
A200E
A200E
D218G
D218G
F247Y
F247Y
AATATCTTCAAAGTTACAGTAGAAG
GGTGGGCCTGGTGGAGTTTAATG
GGCGCACCAGTTACAATCAAACC
CAGCTCAAACAGGTGCTGGAGTG
CGGCCAGTAAGCGACATCATTAAAC
CTCTCACCGAAAAACTCTCTGGC
TTTGCTTAGGAATGCCGTAGAGG
CTATACTGACTTTCCGGCAGCGTTG
CGCGAATGCGGTGCCAGGAATGAATC
CAGAGTTGATTCGTGATTACACCG
CCGGAAAGTCAGCATAGCGCGAATG
GGTGCATATCTGTTTGCCAGTAAAG
CCCTTCTTCCGTCTCTGCCAGAATTTC
GAATATTTCCGCGATGTGGAAGCC
CTGCGCCAGCGTTTGCGCATCATATTC A AGGATCAGAACTTTGACGGTTTG
AATATCTTCAAAGTTACAGTAGAAG
G G TGGGCCTGGTGGAGTTTAATG
GGCGCACCAGTTACAATCAAACC
CAG C TCAAACAGGTGCTGGAGTG
CGGCCAGTAAGCGACATCATTAAAC
CTC T CACCGAAAAACTCTCTGGC
TTTGCTTAGGAATGCCGTAGAGG
CTAT A CTGACTTTCCGGCAGCGTTG
CGCGAATGCGGTGCCAGGAATGAATC
CAG A GTTGATTCGTGATTACACCG
CCGGAAAGTCAGCATAGCGCGAATG
G G TGCATATCTGTTTGCCAGTAAAG
CCCTTCTTCCGTCTCTGCCAGAATTTC
GAAT A TTTCCGCGATGTGGAAGCC
CTGCGCCAGCGTTTGCGCATCATATTC
온도구배 배양기에서 E.coli 스트레인들의 배양. 다른 온도에서 M9 글루코오스 배지에서 E. coli 스트레인의 성장을 온도구배 배양기(TVS126MA, Adventec MSF Inc., USA)를 이용하여 연구하였다. 각 스트레인에서 하나의 콜로니를 30℃에서 하룻밤 동안 5 ml의 M9 배지에서 배양하였다. 배양액을 300 ml의 신선한 M9 배지에서 0.05의 OD600 값으로 희석하여 15 ml 튜브에 분배한 후에 30-47℃에서 12시간 동안 흔들어주면서 배양하였다. 5분마다 600 nm에서 광학 밀도(optical density)를 모니터링하면서 성장을 측정하였다. Incubation of E. coli strains in a temperature gradient incubator . Growth of E. coli strain in M9 glucose medium at different temperatures was studied using a temperature gradient incubator (TVS126MA, Adventec MSF Inc., USA). One colony at each strain was incubated in 5 ml of M9 medium at 30 ° C. overnight. The culture solution was diluted to an OD 600 value of 0.05 in 300 ml of fresh M9 medium, distributed in 15 ml tubes, and incubated with shaking at 30-47 ° C. for 12 hours. Growth was measured while monitoring the optical density at 600 nm every 5 minutes.
응집된 단백질 및 가용성 단백질의 정제. E. coli의 metA 염색체 돌연변이들을 75 ml M9 글루코오스 배지에서 중간-지수기(약 0.6의 OD600)까지 30℃로 플라스크 배양하였다. 25 ml의 배양액을 각각 40℃에서 45℃로 이동하거나 또는 30℃에서 3시간 동안 30 mM 아세트산으로 처리하였다. 남은 25 ml의 배양액을 대조군으로 이용하였다. 응집된 단백질 및 가용성 단백질 분획들을 종래에 기술된 대로 정제하였다(5, 19). Purification of Aggregated and Soluble Proteins. The metA chromosomal mutations of E. coli were flask cultured at 75 ° C. at 75 ° C. to medium-index (OD 600 of about 0.6) at 30 ° C. 25 ml of culture were each transferred from 40 ° C. to 45 ° C. or treated with 30 mM acetic acid at 30 ° C. for 3 hours. The remaining 25 ml of culture was used as a control. Aggregated and soluble protein fractions were purified as previously described (5, 19).
SDS-PAGE 및 면역 블롯팅. 12% SDS-PAGE를 이용하여 겔 전기영동을 실시하였다. 전기영동 후, 단백질을 나이트로셀룰로오스 막(Bio-Rad, USA)으로 전기 이동시켰다. MetA의 74-94 아미노산(2)으로 구성된 합성 올리고펩타이드에 대한 토끼 항-MetA 혈청(Peptron Inc., Korea)을 1차 항체 및 호스래디쉬 퍼록시데이즈-결합 항-토끼 IgG(Pierce, USA)를 2차 항체로 이용하여 MetA 단백질을 검출하였다. 수퍼시그널 웨스트 피코 화학발광 기질 키트(SuperSignal West Pico Chemiluminescent Substrate kit, Pierce, USA)를 이용하여 면역 블롯을 발광하고 이를 이미지 리더 후지필름 라스-3000(Image Reader Fujifilm LAS-3000)으로 스캔한 후 LabWorks 소프트웨어로 분석하였다. SDS-PAGE and immunoblotting. Gel electrophoresis was performed using 12% SDS-PAGE. After electrophoresis, the proteins were electrophoresed to nitrocellulose membranes (Bio-Rad, USA). Rabbit anti-MetA serum (Peptron Inc., Korea) against synthetic oligopeptides consisting of 74-94 amino acids (2) of MetA was subjected to primary antibodies and horseradish peroxidase-binding anti-rabbit IgG (Pierce, USA) MetA protein was detected using as a secondary antibody. Use the SuperSignal West Pico Chemiluminescent Substrate kit (Pierce, USA) to emit immunoblots, scan them with Image Reader Fujifilm LAS-3000, and then use LabWorks software. Analyzed.
클로닝, 발현 및 단백질 정제. 야생형 metA 및 돌연변이된 metA들을 C-말단에 6×히스티딘 택(tag)이 결합되도록(in frame)으로 pET22b 플라스미드의 NdeI/HindIII 제한효소 위치로 클로닝하였다. 올바른 유전자들이 클로닝되었는 지를 확인하기 위해 암피실린-저항성 클론으로부터 상기 플라스미드 DNA를 정제하여 시퀀싱하였다. 얻어진(resulting) 플라스미드들을 수용성 있는(competent) E. coli BL21(DE3) 세포에 형질전환시켰다. 상응 플라스미드를 지니는 E. coli BL21(DE3) 스트레인 중 하나의 콜로니를 30℃에서 암피실린이 포함된 15 ml LB 배지에서 하룻밤 동안 배양하였다. 이후 배양액을 암피실린이 포함된 500 ml 2×YT 배지에 접종하여 0.6의 OD600 값까지 30℃에서 배양하였다. IPTG(최종 농도 1 mM)를 처리하여 단백질 발현을 유도한 후에 배양액을 22℃로 쿨링하였다. IPTG로 4시간 동안 유도한 후, 원심분리로 세포를 수득하고 펠릿을 냉장 완충액(50mM Tris-HCl, 300 mM NaCl, 10 mM MgCl2, 5 mM imidazole, pH 7.5)에서 젖은 세포 1 g당 3 ml 완충액의 비율로 재현탁하였다. 세포를 0.5 mg/ml 라이소자임, 1 mM PMSF 및 DNase I과 30분 동안 4℃에서 교반 배양하여 용해시킨 후, 브랜손 소니파이어(Branson Sonifier, model 450)을 이용하여 20초 간격으로 10×20s로 초음파 분쇄하였다. 40분 동안 12,000 ×g로 원심분리하여 세포 파편(debris)을 제거한다. Ni-NTA 아가로오스(Qiagen, USA)를 이용하여 상등액 으로부터 단백질을 정제하였다. 2 ml의 아가로오스 현탁액(slurry)를 강하게 흔들면서(rocking) 6 ml의 상등액과 4℃에서 하룻밤 동안 배양하였다. 중력 여과(gravity filtration)에 의해 비결합(unbound) 단백질을 제거하였다. 상기 아가로오스를 4 ml 완충액(50 mM Tris-HCl, 300 mM NaCl, 100 mM imidazole, pH 7.5)으로 세척하였다. 6 ml 완충액(50 mM Tris-HCl, 300 mM NaCl, 250 mM imidazole, pH 7.5)을 이용하여 단백질을 아가로오스로부터 추출하고 투석액(2l, 50 mM K-phosphate buffer, 150 mM NaCl, pH 7.6)을 두 번 바꾸면서 용출액을 투석하였다. 그후 150 mM NaCl 및 50% 글라이세롤을 포함하는 50 mM 포타슘-포스페이트 완충액(pH 7.6)으로 6시간 동안 투석하였다. SDS-PAGE에 의해 모든 시료들에서 순수한 단백질의 존재를 확인하였다. Cloning, Expression and Protein Purification. 6 × histidine select the wild-type and mutated metA metA the C- terminal (tag) that is coupled (in frame) was cloned into a NdeI / HindIII restriction enzymes position of pET22b plasmid. The plasmid DNA was purified and sequenced from ampicillin-resistant clones to confirm that the correct genes were cloned. The resulting plasmids were transformed into competent E. coli BL21 (DE3) cells. Colonies of one of the E. coli BL21 (DE3) strains with the corresponding plasmids were incubated overnight at 15 ° C. in 15 ml LB medium containing ampicillin. The culture was then inoculated in 500
효소 활성의 측정. ND1000 UV/Vis 분광 광도계(Nanodrop Technologies, USA)를 이용하여 석시닐-CoA의 티오에스테르 결합의 가수분해에 의해 야기되는 232 nm에서의 흡광도 감소(3)를 모니터링하면서 반응속도를 결정하였다. 최종 20 ㎕에 50 mM 포타슘-포스페이트 완충액(pH 7.5), 200 μM 석시닐-CoA, 5 mM L-호모세린, 1 μM 단백질을 포함하는 분석(assay) 용액을 40, 45, 50 및 58℃에서 30분 동안 배양하거나 또는 25℃에서 아세트산의 존재 하에서 30분 동안 배양하였다. 효소를 첨가하여 반응을 개시하였다. L-호모세린의 존재 및 부재 하에서 얻어지는 값들 간의 차이로 반응에서 석시닐-CoA의 소비를 계산하였다. 각각의 포인트에서 세 번의 독립적인 측정을 실시하였다. Determination of Enzyme Activity. The reaction rate was determined using an ND1000 UV / Vis spectrophotometer (Nanodrop Technologies, USA), monitoring the absorbance decrease at 232 nm (3) caused by the hydrolysis of the thioester bonds of succinyl-CoA. In a final 20 μl assay solution containing 50 mM potassium-phosphate buffer (pH 7.5), 200 μM succinyl-CoA, 5 mM L-homoserine, 1 μM protein at 40, 45, 50 and 58 ° C. Incubate for 30 minutes or incubation for 30 minutes in the presence of acetic acid at 25 ℃. Enzyme was added to initiate the reaction. The consumption of succinyl-CoA in the reaction was calculated by the difference between the values obtained in the presence and absence of L-homoserine. Three independent measurements were taken at each point.
시차주사열계량법(differential scanning calorimetry). 상기 MetA들의 열적 안정성을 15-90℃ 간격의 온도에서 90℃/h 스캔 속도로 측정하였다. VP-DSC 열량계(MicroCal Inc., USA)를 사용하여 50 mM 포타슘-포스페이트 완충액에서 10 μM 단백질을 측정하였다. 서로 독립적인 단백질을 제조하여 세 번의 스캔 결과를 얻었다. Differential scanning calorimetry. The thermal stability of the MetAs was measured at a 90 ° C./h scan rate at temperatures between 15-90 ° C. intervals. 10 μM protein was measured in 50 mM potassium-phosphate buffer using a VP-DSC calorimeter (MicroCal Inc., USA). Proteins that were independent of each other were prepared to obtain three scan results.
실험결과Experiment result
L-메티오닌은 E. coli 성장을 자극한다. 높아진 온도에서 E. coli 성장에 대한 메티오닌의 자극 효과를 확인하기 위해 W3110 스트레인을 30-49℃의 온도 범위에서 L-메티오닌(50 ㎕ ml-1)을 포함하거나 혹은 포함하지 않은 M9 글루코오스 배지에서 온도구배 배양기로 배양하였다. 메티오닌은 30℃ 이상의 온도에서 E. coli 성장을 촉진하였다(도 2). 메티오닌이 없는 경우, E. coli 스트레인 W3110은 45℃에서 매우 천천히 성장하며 46℃ 그 이상에서는 성장을 완전히 멈췄는데(도 2), 이는 이전의 결과들과 동일하였다(16). 배양액에 메티오닌을 첨가한 경우, 45℃ 및 46℃에서 성장이 일어났으나 47℃ 이상에서는 일어나지 않았다(도 2). 예상한 대로, 상기 메티오닌 효과는 더 높은 성장 온도에서 더욱 더 두드러졌다: 특이적 성장률은 44℃에서 두 배 및 45℃에서 10배 증가하였다(도 2). L-methionine stimulates E. coli growth. To confirm the stimulation effect of methionine on E. coli growth at elevated temperatures, the temperature of W3110 strain in M9 glucose medium with or without L-methionine (50 μl ml −1 ) in the temperature range of 30-49 ° C. Incubation was done with a gradient incubator. Methionine promoted E. coli growth at temperatures above 30 ° C. (FIG. 2). In the absence of methionine, E. coli strain W3110 grew very slowly at 45 ° C. and completely stopped growing above 46 ° C. (FIG. 2), which was identical to previous results (16). When methionine was added to the culture, growth occurred at 45 ° C. and 46 ° C., but not above 47 ° C. (FIG. 2). As expected, the methionine effect was even more pronounced at higher growth temperatures: specific growth rates doubled at 44 ° C. and 10-fold at 45 ° C. (FIG. 2).
호열성 스트레인 게오바실러스 카우스토필러스로부터 유래한 MetA는 높아진 온도에서 E. coli 성장을 촉진시킨다. 본 발명자들은 호열성 스트레인으로부터 추출한 MetA가 단순히 더 높은 온도에서 E. coli 성장을 개선하는 지 여부를 조사하였다. 본 발명자들은 열 안정적 유전자로서 G. kaustophilus KCTC 3397 스트레인으로부터 유래한 metA를 이용하였다. KCTC 3397은 호기성 그람-파지티브 내생포자-형성 박테리아로서 37-75℃에서, 적정하게는 55-65℃에서 성장할 수 있다(21). 상기 metA Geo 를 pPmetA 플라스미드의 E. coli metAp의 지배를 받도록 클로닝하였다. 결과적인 플라스미드, pGeo-metA는 M9 배지에서 metA-결실 돌연변이의 성장을 보상하였다. 하지만, E. coli 스트레인 JW3973(pGeo-MetA)의 특이한 성장률은 37℃에서 E. coli JW3973(pMetA)의 성장률에 비해 20% 정도 낮았다. 본 발명자들은 E. coli 염색체로 metA Geo 를 삽입시켜 WG 스트레인을 제조하였다. 본 발명의 metA Geo 는 44℃에서 고형 M9 배지 상에서 E. coli 성장을 자극하였다(도 4). MetA from thermophilic strain Geobacillus caustophilus promotes E. coli growth at elevated temperatures . We investigated whether MetA extracted from thermophilic strain simply improves E. coli growth at higher temperatures. We used metA derived from the G. kaustophilus KCTC 3397 strain as a heat stable gene. KCTC 3397 is an aerobic Gram-positive endospore-forming bacterium that can grow at 37-75 ° C., suitably 55-65 ° C. (21). The metA Geo was cloned to be subject to E. coli metAp of the pPmetA plasmid. The resulting plasmid, pGeo-metA, compensated for the growth of metA-deleted mutants in M9 medium. However, the specific growth rate of E. coli strain JW3973 (pGeo-MetA) was about 20% lower than that of E. coli JW3973 (pMetA) at 37 ° C. We prepared WG strain by inserting metA Geo into the E. coli chromosome. MetA Geo of the present invention stimulated E. coli growth on solid M9 medium at 44 ° C. (FIG. 4).
MetA의 방향성 진화는 열 저항성 E. coli 스트레인을 초래한다. 메티오닌 및 열 안정적 MetAGeo가 더 높은 온도에서 E. coli 성장의 손상을 약화시키키 때문에, 본 발명자들은 더욱 높은 온도에서 metA E.coli 를 지니는 E. coli 세포의 성장의 증대를 모니터링하면서 더욱 더 열에 안정한 MetAE.coli를 얻기 위해 노력하였다. 본 발명자들은 37℃에서 E. coli의 특이적 성장률을 낮추는 MetAGeo에 비해 열 안정적 MetAE.coli가 높은 온도뿐 아니라 마일드(mild)한 온도에서도 E. coli 성장을 촉진한다고 추정하였다. 실험 재료 및 실험 방법에 기술된 대로 에러-프론(error-prone) PCR을 이용해 metA E.coli 의 무작위 돌연변이 유발법을 실시하였다. 본 발명자들은 돌연변이된 metA들을 pPmetA 플라스미드로 삽입한 라이브러리를 구축하였는데, 이는 M9 글루코오스 배지에서 metA-결실 돌연변이 E. coli JW3973의 성장을 완전히 회복시켰다. 490 클론들로 구성된 상기 라이브러리를 44℃에서 M9 최소 플레이트에서 배양하여 자라는 클론을 선택하였다. 선택된 23개의 클론들을 44℃에서 액체 M9 글루코오스 배지에서 배양하여 가장 빠르게-자라는(rapidly-growing) 클론을 동정하였다. 높아진 온도에서 다른 클론들에 비해 더 빠르게 자라는 하나의 예상(prospective) 클론을 스트레인 333이라 명시하였다(도 3). MetA E.coli -333에는 다섯 개의 아미노산 - S61T, E213V, I229T, N267D 및 N271K - 이 대체되었음을 시퀀싱 분석을 통해 알 수 있었다. 아미노산 잔기가 향상된 열 안정성을 책임지는 지 여부를 결정하기 위해 MetA E.coli - 333에서 발견되는 아미노산들 중 하나의 아미노산만을 대체하여 위치-지정 돌연변이 유발법에 의해 야생형 효소에 도입시켰다. 본 발명자들은 모든 돌연변이된 metA E.coli 를 E. coli JW3973(ΔmetA) 염색체에 통합하여 스트레인 333, T61, V213, T229, D267 및 K271을 제조하였다. 이러한 metA 돌연변이체들의 열 안정성을 조사하기 위해 본 발명자들은 이들을 44℃에서 고형 M9 글루코오스 플레이트에서 배양시켰다. 도 4에서, 좌측 패널은 염색체 상에 비-돌연변이된 metA를 가지고 있는 대조군 스트레인 WE가 돌연변이 333 및 WG에 비하여 44℃에서 약하게 자라는 것을 보여준다. 하나의 아미노산 대체 돌연변이체들 중에서 오직 두 스트레인, T229 및 D267만이 높아진 온도에서 대조군에 비해 더 잘 성장하였다(도 4). 다른 스트레인에 비해 더 느리게 성장하는 WG를 제외하고는 모든 스트레인들은 37℃에서 정상적으로 성장하였다(도 4, 우측 패널). Directional evolution of MetA results in a heat resistant E. coli strain. Since Kiki weakened when damage to the methionine and heat stable MetA Geo the E. coli growth at higher temperatures, the inventors have found that while monitoring the increase in the growth of E. coli cells having the metA E.coli in higher temperature more heat Efforts were made to obtain stable MetA E. coli . The inventors have estimated that as well as in comparison to MetA Geo lower the specific growth rate of the E. coli heat stable at 37 ℃ MetA E.coli temperature high mild (mild) a temperature promoting the E. coli growth. Random mutagenesis of metA E. coli was performed using error-prone PCR as described in Experimental Materials and Experimental Methods. The present inventors were to construct a library by inserting a mutated metA pPmetA plasmid, which was fully restored the growth of E. coli JW3973 metA- deletion mutation in M9-glucose medium. The library consisting of 490 clones was incubated in M9 minimal plates at 44 ° C. to select clones to grow. The 23 clones selected were incubated in liquid M9 glucose medium at 44 ° C. to identify the fastest-growing clones. One prospective clone that grows faster than other clones at elevated temperatures is designated strain 333 (FIG. 3). The sequencing analysis indicated that MetA E. coli -333 replaced five amino acids-S61T, E213V, I229T, N267D and N271K-. To determine whether amino acid residues were responsible for improved thermal stability, only one of the amino acids found in MetA E. coli -333 was replaced and introduced into the wild type enzyme by site-directed mutagenesis. We integrated all mutated metA E. coli into the E. coli JW3973 (Δ metA ) chromosome to produce
열 저항적 E. coli metA 돌연변이는 높아진 온도에서 더욱 빠르게 성장한다. 다른 온도에서 열 안정적 돌연변이들의 성장을 조사하기 위해, 본 발명자들은 온도구배 배양기에서 그들을 배양하였다. 도 5A에서 볼 수 있듯이, 스트레인 333은 30-42℃ 범위의 온도에서 비-돌연변이된 스트레인 WE보다 5-12% 더 빠르게 성장하였다. 하지만, 열 안정적 스트레인 333 및 대조군 스트레인 WE 간의 특이적 성장률에서의 차이는 43℃에서는 30%, 44℃에서는 64%까지 증가하였다(도 5A). 하나의 아미노산이 돌연변이된(single-mutated) metA 스트레인들인 T229 및 D267은 각각 44℃에서는 48% 및 31%, 43℃에서는 18% 및 10% 더 빨리 성장하였다. 하나-위치(single-site) 돌연변이체들 및 대조군 스트레인 간의 특이적 성장률에서의 차이는 39-41℃에서는 4-12%까지, 30-38℃ 범위에서는 0까지 감소하였다(Fig. 5A). 테스트된 모든 스트레인들은 45℃ 이상에서 성장하지 못했다. Heat resistant E. coli metA mutations grow faster at elevated temperatures. To investigate the growth of heat stable mutations at different temperatures, we cultured them in a temperature gradient incubator. As can be seen in FIG. 5A, strain 333 grew 5-12% faster than non-mutated strain WE at temperatures ranging from 30-42 ° C. However, the difference in specific growth rates between heat
외래 metA Geo 는 액체 M9 배지에서 마일드한 온도, 즉 30-42℃에서 약 10% 정도로 호스트 스트레인의 성장을 낮추었다(도 5A). 43℃에서 WG의 특이적 성장률은 대조군 스트레인 WE와 동일하였으며 44℃에서는 20% 더 빠르게 성장하였다(도 5A). Exogenous metA Geo reduced host strain growth by about 10% at mild temperature in liquid M9 medium, ie 30-42 ° C. (FIG. 5A). The specific growth rate of WG at 43 ° C. was the same as the control strain WE and grew 20% faster at 44 ° C. (FIG. 5A).
또한, 본 발명자들은 다른 온도에서 다른 하나-위치 돌연변이체들을 배양하였다. 그들 중 두 개, 즉 V213 및 K271은 44℃에서 야생형보다 더 낮은 특이적 성장률을 보였지만(각각 대조군 스트레인의 64% 및 22%)(결과를 보이지 않음), 36-41℃의 범위에서 비-돌연변이된 스트레인보다 15-20% 더 빠르게 성장하였다(결과를 보이지 않음). 하나-위치 돌연변이 T61은 높아진 온도에서 대조군과 동일하게 성장하였지만 36-41℃의 범위에서 특이적 성장률은 돌연변이체인 V213 및 K271과 유사하였다(결과를 보이지 않음). 명백하게, 다수 metA 돌연변이 333은 마일드한 온도에서 성장을 촉진시키는 열에 민감한(thermosensitive) 돌연변이의 능력 및 더 높은 온도에서 더 빠르게 성장하는 열 안정적(thermostable) 돌연변이의 능력을 모두 가지고 있었다.In addition, we incubated different one-position mutants at different temperatures. Two of them, V213 and K271, showed lower specific growth rates than the wild type at 44 ° C (64% and 22% of the control strain, respectively) (no results), but non-mutations in the range of 36-41 ° C. It grew 15-20% faster than the strain was shown (no results shown). One-position mutant T61 grew identically to the control at elevated temperature, but specific growth rates in the range of 36-41 ° C. were similar to the mutants V213 and K271 (not shown). Clearly, many
열 안정적 E. coli 333 스트레인의 성장에 메티오닌의 영향을 탐구하기 위해서, 본 발명자들은 다른 온도에서 메티오닌의 존재 또는 부재 하에서 본 발명의 스트레인들을 배양시켰고 대조군으로서 비-돌연변이된 WE 스트레인을 사용하였다(도 5B). 열 안정적 MetA E. coli -333의 존재에도 불구하고, 이 돌연변이 스트레인은 메티오닌의 존재 하에서 나타나는 특이적 성장률에 도달할 수 없었다. 비록 비-돌연변이된 스트레인이 메티오닌-결핍 배지에서 43℃ 및 44℃에서 각각 1.6 배 및 2 배 더 천천히 성장하였지만, 상기 열 안정적 변종들은 양 온도에서 1.4-배까지 그 차이를 감소시켰다. 이는 열에 민감한(thermolabile) 다른 단백질이 메티오닌 생합성 경로에 존재하기 때문이다. 또한, 이전 결과들(investigations)은 메티오닌 생합성의 마지막 단계를 촉매하는 MetE가 높아진 온도에 민감하다는 것을 보여주었다(9).To explore the effect of methionine on the growth of heat
열 안정적 metA 돌연변이는 아세트산에 저항성을 보인다. 약 유기산이 MetAS.enterica을 불안정화시킬 수 있다(11)는 것이 알려져 있기 때문에, 본 발명자들은 열 안정적 metA 돌연변이들이 또한 아세트산에 저항성을 보일 것으로 추정하였다. 스트레인 333, D267, T229 및 WE를 바아오스크린(BioScreen) C 배양기(Labsystems, Finland)를 이용하여 30℃에서 30 mM 아세트산이 보충된 M9 글루코오스 배지에서 배양하였다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 야생형 스트레인은 배양을 시작하고 29시간 후에 정지기(stationary phase)에 도달하였다. 이와 대조적으로, 열 안정적 E. coli 스트레인 333 및 T229는 추가적으로 11시간 동안 활발하게 성장하여 대조군 스트레인에 비해 1.4 배 더 큰 세포 밀도를 보였다. 다른 돌연변이체, D267은 다른 열안정화 스트레인에 비해 더욱 천천히 성장하였으며 그 세포 밀도는 대조군에 비해 16% 만이 더 증가하였다. Heat stable metA mutations show resistance to acetic acid. Since about organic acid may destabilize the MetA S.enterica (11) is not known, the inventors have estimated that exhibit resistance to heat are also stable metA mutants acetate.
열 안정적 MetA 효소들은 열 또는 아세트산 스트레스 조건 하에서 인 비보 응집에 덜 민감하다. 인 비보에서 열 안정적 MetAE.coli 단백질들에 대한 높아진 온도 또는 아세트산 처리에 의한 효과를 결정하기 위해, 돌연변이 및 대조군 스트레인에 30℃에서 45℃로 40분 간 열을 가하거나 또는 30℃에서 30 mM 아세트산을 3시간 동안 처리한 후, 면역 블롯을 이용하여 MetAE.coli 단백질의 상대적인 양을 측정하였다. 브라이언 및 공동 연구자들(2)은 E. coli 세포가 44℃ 이상의 온도에서 가용성 MetAE.coli 단백질을 포함하지 않음을 밝혔다. 놀랍게도, 본 발명자들은 열 스트레스를 가한 후 가용성 분획에서 야생형 MetAE.coli 단백질을 발견하였다: 그들의 수준은 스트레스가 없는 배양에 비해 약 35% 정도였다(도 7A). 이는 언폴드(unfold)된 MetAE.coli 단백질의 일부가 가용성 분획에서 분리된 것으로 추정된다. 가용성 열 안정적 MetAE.coli-333 및 MetAE.coli-D267 단백질들의 상대적인 양은 각각 58% 및 67%였다(도 7A). 대조적으로, 45℃에서 가용성 MetAE.coli-T229 단백질은 열을 가하지 않은 대조군에 비해 29%에 불과했다(도 7A). 비-돌연변이된 불용성 MetAE.coli 단백질의 상대적인 양은 열처리 후 44배 증가하였다(도 7B). 테스트된 모든 돌연변이들의 불용성 분획은 열을 가하지 않은 경우보다 높은 온도 처리 후 13-19배 더 풍부해졌다(도 7B). 이러한 실험 결과들을 통해 본 발명자들은 본 발명의 MetAE.coli-333 및 MetAE.coli-D267 돌연변이가 열에 대해서 응집체를 형성함에 있어 더욱 저항성을 보임을 확인하였다. MetAE.coli-T229의 경우, 본 발명자들은 응집에 대한 저항성이 더욱 크다고 추정하는데, 이는 더욱 더 안정적인 이차 구조 때문이다. Heat stable MetA enzymes are less sensitive to in vivo aggregation under heat or acetic acid stress conditions . To determine the effect of elevated temperature or acetic acid treatment on heat stable MetA E. coli proteins in vivo , mutation and control strains were heated for 40 minutes from 30 ° C. to 45 ° C. or 30 mM at 30 ° C. After acetic acid was treated for 3 hours, the relative amount of MetA E. coli protein was measured using an immunoblot. Brian and co-workers (2) found that E. coli cells do not contain soluble MetA E. coli proteins at temperatures above 44 ° C. Surprisingly, we found wild-type MetA E. coli protein in the soluble fraction after heat stress: their levels were about 35% compared to the culture without stress (FIG. 7A). It is estimated that some of the unfolded MetA E. coli protein has been separated from the soluble fraction. The relative amounts of soluble heat stable MetA E. coli -333 and MetA E. coli -D267 proteins were 58% and 67%, respectively (FIG. 7A). In contrast, at 45 ° C., the soluble MetA E. coli -T229 protein was only 29% compared to the control without heat (FIG. 7A). The relative amount of non-mutated insoluble MetA E. coli protein increased 44 fold after heat treatment (FIG. 7B). The insoluble fraction of all the mutations tested was 13-19 times richer after high temperature treatment than without heat (FIG. 7B). Through these experimental results, the inventors confirmed that the MetA E. coli -333 and MetA E. coli -D267 mutations of the present invention are more resistant to formation of aggregates against heat. In the case of MetA E. coli -T229, we estimate that the resistance to aggregation is greater because of the more stable secondary structure.
지수적으로 자라는 배양액에 아세트산을 처리한 경우, 야생형 스트레인에서 보다 테스트된 모든 돌연변이에서 가용성 MetAE.coli의 상대적 양을 1.5-3배 더 높게 생산하였다(도 7C). 불용성 MetAE.coli의 상대적 양은 야생형 스트레인에서 약 15배, D267 및 333 스트레인에서 8-9배 및 T229 스트레인에서 2.6배 더 많았다. 이러한 결과는 아세트산에 노출(challenge)되었을 때 응집체를 형성함에 있어 돌연변이된 MetAE.coli 단백질이 야생형 단백질보다 더욱 더 저항적이라는 것을 확증한다.Treatment of exponentially grown cultures with acetic acid produced 1.5-3 fold higher relative amounts of soluble MetA E. coli in all tested mutants than in wild type strains (FIG. 7C). Relative amounts of insoluble MetA E. coli were about 15-fold higher in wild-type strains, 8-9-fold in D267 and 333 strains and 2.6-fold higher in T229 strains. These results confirm that the mutated MetA E. coli protein is more resistant than the wild type protein in forming aggregates when challenged with acetic acid.
열 안정성 MetA 효소들은 증가된 전환 중간점(transition midpoint)을 가진다. 돌연변이된 MetA 단백질 및 야생형 MetA 단백질의 전환 중간점(Tm)을 비교하기 위해 시차주사열계량법(differential scanning calorimetry, DSC)를 이용하였다. Tm은 열 안정성의 지시점이며 더욱 높은 Tm 값을 가진 단백질들은 언폴딩 및 변성에 덜 민감하다. C-말단 6×히스티딘 택을 포함하는 비-돌연변이된 MetA 및 돌연변이된 MetA들을 실험 재료 및 실험 방법에 기술된 대로 정제하였다. 도 8에서 볼 수 있듯이, 야생형 6×히스티딘 택 MetAE.coli은 47.075 ± 0.082℃의 Tm 값을 가지는 반면에 MetAE.coli-333은 더 높은 Tm 값(48.76±0.026℃)을 가진다(도 8). MetAGeo에서 가장 높은 Tm 값(67.68±0.055℃)을 보였다(도 8). 하나-위치 돌연변이된 단백질인 MetAE.coli-D267 및 MetAE.coli-T229는 높아진 온도에서 E. coli 성장을 자극하였으나, 그들의 Tm 값은 야생형 MetAE.coli와 매우 유사하였다(각각, 47.36±0.0014℃ 및 46.99±0.063℃). 이는 이들 돌연변이 효소들이 야생형에 비해 더욱 더 안정한 것이 아니라 열 자극 후 응집체 형성에 더욱 저항성을 가지기 때문으로 추론된다. 이러한 가능성을 가까운 시일 내에 탐구할 것이다. Thermally stable MetA enzymes have an increased transition midpoint. Differential scanning calorimetry (DSC) was used to compare the transition midpoint (Tm) of the mutated MetA protein and wild-type MetA protein. Tm is an indicator of thermal stability and proteins with higher Tm values are less sensitive to unfolding and denaturation. Non-mutated MetA and mutated MetAs including C-terminal 6x histidine tag were purified as described in Experimental Materials and Experimental Methods. As can be seen in FIG. 8,
돌연변이된 MetA 효소들은 높아진 온도 및 아세트산의 존재 하에서 증가된 활성을 가진다. 실험 재료 및 실험 방법에 기술된 대로 정제된 6×히스티딘 택 MetAE.coli 효소의 활성을 석시닐-CoA 티오에스테르 결합의 가수분해에 의해 야기되는 232 nm에서의 흡광도 변화를 모니터링하면서 40 내지 58℃의 온도에서 측정하였다. 열 안정적 MetA 단백질로부터 얻어진 결과들을 도 9의 위쪽 패널에 나타내었다. MetAE.coli-333은 40-55℃에서 비-돌연변이된 단백질보다 약 2.5배 더 활성화 되었지만 58℃에서 그 활성을 완전히 잃어버렸다. MetAE.coli-333와 대조적으로, MetAGeo, MetAE.coli-D267 및 MetAE.coli-T229은 40-45℃에서 더 낮은 활성을 보였지만 50℃ 및 그 이상의 온도에서는 모든 열안정화 MetA들의 온도 프로파일이 유사했다. 놀랍게도, MetAGeo의 촉매활성은 높아지는 온도에 따라 점진적으로 감소하였는데, 아마도 석시닐-CoA의 열적 불안정성 때문으로 사료된다. Mutated MetA enzymes have increased activity in elevated temperature and in the presence of acetic acid. The activity of the purified 6x histidine tack MetA E. coli enzyme as described in Experimental Materials and Experimental Methods was monitored at 40-58 ° C. while monitoring the change in absorbance at 232 nm caused by the hydrolysis of succinyl-CoA thioester bonds. It was measured at the temperature of. The results obtained from the heat stable MetA protein are shown in the top panel of FIG. 9. MetA E. coli -333 was about 2.5 times more active than non-mutated protein at 40-55 ° C. but completely lost its activity at 58 ° C. In contrast to MetA E.coli -333, MetA Geo , MetA E.coli -D267 and MetA E.coli -T229 showed lower activity at 40-45 ° C. but at 50 ° C. and above, the temperature of all heat stabilized MetAs. The profiles were similar. Surprisingly, the catalytic activity of MetA Geo gradually decreased with increasing temperature, presumably due to the thermal instability of succinyl-CoA.
본 발명자들은 25℃에서 아세트산의 존재 하에서 상기 돌연변이된 MetA들의 촉매활성을 테스트하였다. 10 mM의 최종 농도인 아세트산은 반응 완충액의 pH를 pH 7.5에서 pH 7.0으로; 20 mM의 경우, pH 6.6으로; 30 mM의 경우, pH 6.2로; 40 mM의 경우, pH 5.8로; 50 mM의 경우, pH 5.4로 낮추었다. 도 9B는 아세트산의 농도가 30 mM(pH 6.2) 이상으로 처리되었을 때 야생형 MetAE.coli의 활성을 크게 감소시키고 50 mM(pH 5.4)로 처리되면 검출할 수 없음을 나타내었다. 본 발명의 결과는 야생형 MetAE.coli의 활성이 6.0-6.5 범위의 pH에서 크게 떨어진다는 더 이전의 탐구들(investigations)(3)을 확인시켜 주었다. 또한, 아세트산은 30 mM부터 MetAE.coli-333의 활성을 억제하였지만, 야생형 효소에 비해 다소 덜 심했다. 더욱이, MetAE.coli-333은 50 mM 아세트산에서도 활성이 남아있었다(도 9B). We tested the catalytic activity of these mutated MetAs in the presence of acetic acid at 25 ° C. Acetic acid, a final concentration of 10 mM, changed the pH of the reaction buffer from pH 7.5 to pH 7.0; For 20 mM, to pH 6.6; For 30 mM, to pH 6.2; For 40 mM, to pH 5.8; For 50 mM it was lowered to pH 5.4. FIG. 9B shows that when the concentration of acetic acid was treated at 30 mM (pH 6.2) or higher, the activity of wild-type MetA E. coli was greatly reduced and not detected when treated with 50 mM (pH 5.4). The results of the present invention confirmed earlier investigations (3) that the activity of wild type MetA E. coli dropped significantly at pH in the range of 6.0-6.5. In addition, acetic acid inhibited the activity of MetA E. coli -333 from 30 mM, but was somewhat less severe than wild type enzyme. Moreover, MetA E. coli -333 remained active even at 50 mM acetic acid (FIG. 9B).
다른 두 효소들, MetAE.coli-D267 및 MetAE.coli-T229는 테스트된 모든 농도의 아세트산에서 촉매활성이 변화되지 않았다. 흥미롭게도, MetAGeo는 25℃에서 거의 비활성을 보였다(도 9B).The other two enzymes, MetA E. coli -D267 and MetA E. coli -T229, did not change catalytic activity at all concentrations of acetic acid tested. Interestingly, MetA Geo showed almost inertness at 25 ° C. (FIG. 9B).
마지막으로, 본 발명자들은 25℃ 및 40℃에서 야생형 MetAE.coli 효소 및 열 안정적 MetAE.coli 돌연변이 효소들의 촉매활성을 비교하였다(도 9A 및 도 9B). 야생형 효소 활성은 40℃에서 80% 정도 낮았다. 이와 대조적으로 40℃에서 MetAE.coli-333은 약 50% 정도 활성을 보였으며 MetAGeo는 높아진 온도에서 3.5배의 증가된 활성을 나타냈다(도 9A 및 도 9B). 야생형 효소에 대한 본 발명의 결과들은 이전의 발견들과 일치한다; MetAE.coli의 활성은 37℃ 및 42℃에서 70%로 감소하였다(14).Finally, we compared the catalytic activity of wild type MetA E. coli enzymes and heat stable MetA E. coli mutant enzymes at 25 ° C. and 40 ° C. (FIGS. 9A and 9B). Wild-type enzyme activity was as low as 80% at 40 ℃. In contrast, MetA E. coli -333 showed about 50% activity at 40 ° C. and MetA Geo showed 3.5-fold increased activity at elevated temperatures (FIGS. 9A and 9B). The results of the present invention for wild type enzymes are consistent with previous findings; The activity of MetA E. coli decreased to 70% at 37 ° C and 42 ° C (14).
단일-돌연변이된 MetA 효소들은 높아진 온도에서 E. coli 성장을 자극한다. MetA E. coli 의 돌연변이 연구를 보다 자세히 진행하기 위해, 본 발명자들은 E. coli 및 호열성 박테리아의 MetA 아미노산 서열의 유사성 분석(multiple alignment)을 실시하였다(도 10). 그 결과, 본 발명자들은 MetA E. coli 에서는 존재하지 않으나 호열성 MetA들에서는 모두 존재하는 8개의 아미노산 잔기를 발견하였다(도 10). 이들 아미노산 잔기가 MetA E. coli 의 열 안정성을 증가시키는 지 조사하기 위해, 단일 아미노산 치환(Q96K, L110V, I124L, R160L, A195T, A200E, D218G 및 F247Y)을 위치-지정된 돌연변이유발법에 의해 야생형 효소로 삽입시켰다. 본 발명자들은 모든 변이된 metA E. coli 를 E. coli JW3973(metA) 염색체로 통합시켜 K96, V110, L124, L160, T195, E200, G218 및 Y247 스트레인을 각각 제조하였다. 단일-위치 metA E. coli 돌연변이들의 열 안정성을 연구하기 위해, 본 발명자들은 돌연변이들을 44℃ M9 글루코오스 액체 배지에서 배양하였다. 표 3에 제시된 결과들은 다섯 개의 돌연변이들(K96, V110, L124, E200 및 Y247)이 대조군인 WE 스트레인에 비해 증가된 온도에서 더 빠르게 자란다는 것을 보여준다. 32℃ 및 37℃에서 다섯 개의 열안정적 metA 돌연변이들의 배양은 비-돌연변이된 WE 스트레인과 어떠한 차이도 보이지 않았다(표 3). 놀랍게도, 다른 세 개의 단일-위치 metA 돌연변이는 증가된 온도에서 E. coli 성장을 유지하지 못 했으나 37℃에서 G218는 50%, L160는 32%, T195는 17% 정도 성장률이 현저하게 감소하였다(표 3). 또한, 모든 열에 민감한(thermosensitive) 돌연변이들은 대조군 스트레인에 비해 32℃에서 더 늦게 성장하였다(표 3). Single-mutated MetA enzymes stimulate E. coli growth at elevated temperatures . To further elucidate the mutation studies of MetA E. coli , we conducted a multiple alignment of the MetA amino acid sequences of E. coli and thermophilic bacteria (FIG. 10). As a result, the inventors found eight amino acid residues that were not present in MetA E. coli but all in thermophilic MetAs (FIG. 10). To investigate whether these amino acid residues increase the thermal stability of MetA E. coli , single-amino acid substitutions (Q96K, L110V, I124L, R160L, A195T, A200E, D218G and F247Y) were performed by site-directed mutagenesis. Was inserted. We integrated all mutated metA E. coli into E. coli JW3973 ( metA ) chromosomes to prepare K96, V110, L124, L160, T195, E200, G218 and Y247 strains, respectively. To study the thermal stability of single-position metA E. coli mutants, we cultured the mutations in 44 ° C. M9 glucose liquid medium. The results presented in Table 3 show that the five mutations (K96, V110, L124, E200 and Y247) grow faster at increased temperature compared to the control WE strain. Cultures of five thermostable metA mutations at 32 ° C. and 37 ° C. showed no difference from the non-mutated WE strain (Table 3). Surprisingly, the other three single-position metA mutants failed to maintain E. coli growth at elevated temperatures, but at 37 ° C, G218 decreased by 50%, L160 by 32% and T195 by 17% (Table 1). 3). In addition, all thermosensitive mutations grew later at 32 ° C. compared to the control strain (Table 3).
이전에, 본 발명자들은 I229T 치환을 보유한 열안정 T229 돌연변이를 획득하였다. 프로그램을 이용하여, 본 발명자들은 이소루이신의 타이로신으로의 대체가 추가적으로 MetA E.coli 단백질 안정성을 증가시킬 수 있다는 것을 확인하였다. 또한, 단일-위치 돌연변이 Y229는 44℃에서 촉진된 성장을 나타냈지만(표 3) 다른 돌연변이체인 T229보다 더 높지는 않았다(결과를 보이지 않음).Previously, we obtained thermostable T229 mutations carrying I229T substitutions. Using the program, we found that replacement of isoleucine with tyrosine may additionally increase MetA E. coli protein stability. In addition, single-position mutant Y229 showed accelerated growth at 44 ° C. (Table 3) but was not higher than other mutants T229 (not shown).
이름Mutation
name
추가논의Additional discussion
메티오닌 생합성 경로에서 첫 번째 효소인 MetA의 이상한 불안정성은 높아진 온도에서 E. coli 성장을 제한하는 주요한 요인이다(2, 5, 13, 14, 15). 33℃ 보다 높은 온도에서 응집체의 형성으로 인해 MetAE.coli의 활성이 감소된다(2). 메티오닌의 첨가 또는 열 안정적 MetA로의 대체는 더 높은 온도에서 성장 억제를 약화시켰기 때문에, MetAE.coli의 지시된 치환(evolution)은 E. coli 스트레인이 자랄 수 있는 온도 범위를 더욱 넓게 해 준다. 지시된 치환을 이용하여 본 발명자들은 다섯 개의 아미노산이 대체된(S61T, E213V, I229T, N267D and N271K) 열 저항적 효소 MetAE.coli-333을 수득하였는데, 이는 더 높은 온도에서 호스트 스트레인의 성장을 촉진할 뿐 아니라 정상적인 성장 온도 37℃에서도 성장을 촉진하였다. 시차주사열계량법(differential scanning calorimetry) 결과를 통해 MetAE.coli-333의 더욱 높은 열 안정성을 인 비보에서 확인하였으며 더 높은 활성을 높아진 온도에서 보였다. 또한, 프로파람 소프트웨어(http://ca.expasy.org/)를 이용한 결과, MetAE.coli-333이 안정적으로 분류되었다: 42.26의 불안정 지수(instability index)를 가지는 야생형 MetAE.coli에 비해 MetAE.coli-333는 39.79의 불안정 지수를 가진다. 불안정 지수는 단백질 안정성의 척도를 제공한다. 40보다 더 작은 불안정 지수를 가지는 단백질은 안정한 것으로 간주되고 40 이상의 값은 단백질이 불안정하다고 예측한다(6).The unusual instability of MetA, the first enzyme in the methionine biosynthetic pathway, is a major factor limiting E. coli growth at elevated temperatures (2, 5, 13, 14, 15). The formation of aggregates at temperatures above 33 ° C. reduces the activity of MetA E. coli (2). Because the addition or alternative to the heat stable MetA of methionine is sikyeotgi weaken the inhibition of growth at higher temperatures, substituted (evolution) of the indicated MetA E.coli to give a wider temperature range in which to grow the E. coli strain. Using the indicated substitutions, we obtained the heat resistant enzyme MetA E. coli -333 with five amino acids replaced (S61T, E213V, I229T, N267D and N271K), which showed growth of the host strain at higher temperatures. Not only promoted, but also promoted growth at a normal growth temperature of 37 ℃. Differential scanning calorimetry results confirmed higher thermal stability of MetA E. coli -333 in vivo and showed higher activity at elevated temperatures. In addition, using Proparam software ( http://ca.expasy.org/ ), MetA E. coli -333 was stably classified: compared to wild type MetA E.coli with an instability index of 42.26. MetA E. coli -333 has an instability index of 39.79. Instability index provides a measure of protein stability. Proteins with an instability index less than 40 are considered stable and values above 40 predict that the protein is unstable (6).
44℃에서 상기 하나-위치 metA E.coli 돌연변이체들의 촉진된 성장을 분석함으로써 MetAE.coli의 열적 불안정성에 포함된 중요한 아미노산 잔기를 동정할 수 있었다. 267번째 아스파라긴을 아스파테이트로 대체함에 따라 열 안정성의 증대를 예상하였는데, 이는 호열성 스트레인으로부터 알려진 MetA 단백질들이 해당 위치에 양전하를 띄는 아미노산을 가지고 있기 때문이다(멀티플 얼라인먼트가 도 10 및 도 11에 나타나 있다). 일반적으로, 이러한 발견은 호열성 스트레인의 단백질들이 중온성 스트레인의 단백질보다 전하를 띈 아미노산 잔기를 더 많이 포함한다는 이전의 탐구(observation)를 확증한다(18). 229번째 이소루이신을 트레오닌으로의 대체는 ‘반대(opposite)’ 경우이다: MetA 단백질의 열 안정성을 증대시킴을 예상할 수 없었는데, 이는 호열성 스트레인의 단백질들이 항상 낮은 수준의 극성 아미노산을 포함하기 때문이다(18). MetAE.coli 단백질의 2차 구조 예상(http://www.igb.uci.edu/)을 통해 229번째 이소루이신은 베타 스트랜드 중의 하나에 속한다는 것을 알 수 있었다. 일반적으로, 세 개 이상의 수소 결합에 의해 측면으로 연결된 여러 베타 스트랜드들은 꼬이고 주름진 쉬트(twisted, pleated sheet)를 형성한다(20). 많은 인간 질병들, 특히 아밀로이드증(amyloidoses)에서 관찰되는 단백질 응집체들 및 섬유들(fibrils)의 형성에 베타 쉬트들 간의 연결(association)이 연관되어 있다(10). 본 발명자들은 229번째 이소루이신의 트레오닌으로의 대체가 상기 베타 스트랜드의 길이(http://www.igb.uci.edu/)를 짧게 하여 스트레스 조건 하에서 MetAE.coli 단백질의 응집을 감소시키는 것으로 추정한다. 이러한 돌연변이 효소들은 더 높은 온도에서 E. coli의 성장을 개선할 수 있는 데, 이는 더욱 증가된 열안정화 때문이 아니라 열 자극(heat challenge) 후 응집체를 형성함에 있어 더욱 저항성을 보이기 때문이다.By analyzing the accelerated growth of the one-position metA E. coli mutants at 44 ° C., important amino acid residues included in the thermal instability of MetA E. coli could be identified. The replacement of the 267th asparagine with aspartate was expected to increase thermal stability, since MetA proteins known from thermophilic strains have amino acids that are positively charged at that position (multiple alignments are shown in FIGS. 10 and 11). have). In general, these findings confirm previous observations that proteins in thermophilic strains contain more charged amino acid residues than proteins in mesophilic strains (18). Replacement of the 229th isoleucine with threonine is the 'opposite' case: it was not expected to increase the thermal stability of the MetA protein because the proteins of the thermophilic strain always contain low levels of polar amino acids. (18). Secondary structure prediction of MetA E. coli protein ( http://www.igb.uci.edu/ ) revealed that the 229th isoleucine belongs to one of the beta strands. Generally, several beta strands laterally connected by three or more hydrogen bonds form a twisted, pleated sheet (20). Association between beta sheets is involved in the formation of protein aggregates and fibrils observed in many human diseases, particularly amyloidoses (10). We estimate that replacement of 229th isoleucine with threonine shortens the length of the beta strand ( http://www.igb.uci.edu/ ) to reduce aggregation of MetA E. coli protein under stress conditions. do. These mutant enzymes can improve the growth of E. coli at higher temperatures, not because of increased heat stabilization but because they are more resistant to forming aggregates after heat challenge.
브라이언 및 공동 연구자들(2)은 MetAE.coli 단백질을 안정화시키기 위해 시도하였다. 그들은 단백질의 아미노 말단 부분(처음 23개의 아미노산들)이 안정화를 책임지고 있음을 보였으며, 이는 이 서열이 단백질 분해 부위 또는 MetAE.coli 단백질을 단백질 가수분해의 기질로 전환시키는 단백질들에 대한 결합 부위를 구성하기 때문이라고 주장하였다(2). 이러한 연구 결과를 토대로, 본 발명자들은 열 안정적 MetAE.coli가 N-말단 부위에 돌연변이를 가지고 있다고 예측하였다. 하지만, 본 발명의 열 안정적 MetAE.coli-333 돌연변이는 상기 부위에 어떠한 아미노산 대체를 포함하지 않았다.Brian and co-workers (2) attempted to stabilize the MetA E. coli protein. They showed that the amino terminus portion of the protein (the first 23 amino acids) was responsible for stabilization, indicating that this sequence binds to proteolytic sites or proteins that convert MetA E. coli proteins into proteolytic substrates. It was argued that it constitutes a site (2). Based on these findings, we predicted that the heat stable MetA E. coli had a mutation at the N-terminal site. However, the heat stable MetA E. coli -333 mutation of the present invention did not contain any amino acid substitutions at this site.
매우 놀랍게도, 본 발명의 열 안정적 E. coli MetA들은 야생형 단백질보다 인 비보에서 아세트산에 더욱 더 저항성을 보였다. 이전의 연구들에서 메티오닌이 아세트산에 의한 E. coli 성장의 억제를 약화시킨다는 것이 알려져 왔다(7, 12). 아세트산의 존재 하에서 본 발명의 metA E.coli 돌연변이들의 연장된 지수적인 성장(extended exponential growth)은 그들의 증가된 산 저항성에 대한 추가적인 증거로 간주할 수 있는데, 이는 지수적으로 증가하는 시기의 중기(mid-exponential phase) 배양이 정지기(stationary phase) 배양보다 더욱 더 산-민감하다는 것이 밝혀졌기 때문이다(1). 프라이스-카터 및 공동 연구자들은 살모넬라 엔테리카(Salmonella enterica)의 MetA 단백질이 아세테이트, 벤조에이트 및 프로피오네이트를 포함하는 약 유기산의 존재 하에서와 같이 높아진 온도에서 불안정하다는 것을 발견했다(11). 더욱 초기에, 로 및 공동 연구자들(12)은 아세테이트 처리에 의한 E. coli 성장의 억제는 MetE의 기질인 호모세린의 축적에서 기인한다고 결론을 내렸다. 본 발명자들은 두 효소들의 불안정성이 열 및 아세테이트의 스트레스 조건 하에서 E. coli 성장에 영향을 미치는 것으로 추정한다.Very surprisingly, the heat stable E. coli MetAs of the present invention showed more resistance to acetic acid in vivo than the wild type protein. Previous studies have known that methionine attenuates the inhibition of E. coli growth by acetic acid (7, 12). Extended exponential growth of the metA E. coli mutants of the present invention in the presence of acetic acid can be considered as further evidence of their increased acid resistance, which is the mid-exponentially increasing mid This is because it has been found that the exponential phase culture is more acid-sensitive than the stationary phase culture (1). Price-Carter and co-workers found that the MetA protein of Salmonella enterica is unstable at elevated temperatures, such as in the presence of weak organic acids including acetate, benzoate and propionate (11). Earlier, Fur and co-workers (12) concluded that inhibition of E. coli growth by acetate treatment results from the accumulation of homoserine, a substrate of MetE. We estimate that the instability of both enzymes affects E. coli growth under heat and stress conditions of acetate.
본 발명에서, 본 발명자들은 메티오닌이 높아진 온도(42-46℃)뿐 아니라 정장 성장 온도(37℃)에서도 E. coli 성장을 자극하는 것을 보였다. 본 발명의 열 저항적 MetAE.coli-333은 44℃에서 호스트 스트레인의 성장률을 크게 증가시켰으나 45℃에서는 회복시키지 못 했다. 호열성 박테리아인 G. kaustophilus의 metA를 가지고 있는 WG 스트레인에서 동일한 효과를 발견하였다. 메티오닌의 보충은 45℃ 및 46℃에서 추가적인 E. coli 성장을 일으켰는데, 이는 메티오닌 생합성 경로에서 최소 하나 이상의 열에 민감한 효소가 있음을 의미한다. 본 발명자들은 메티오닌 생합성에서 마지막 단계를 촉매하는 MetE가 하나의 후보로 추정했는데, 그 이유는 MetE가 높은 온도(9) 및 산화적 스트레스(8)에 민감한 것으로 알려졌기 때문이다.In the present invention, we have shown that methionine stimulates E. coli growth not only at elevated temperatures (42-46 ° C.) but also at formal growth temperatures (37 ° C.). The heat resistant MetA E. coli -333 of the present invention significantly increased the growth of the host strain at 44 ° C., but did not recover at 45 ° C. The same effect was found on the WG strain with metA of thermophilic bacteria G. kaustophilus . Supplementation of methionine resulted in additional E. coli growth at 45 ° C. and 46 ° C., indicating that there is at least one heat sensitive enzyme in the methionine biosynthetic pathway. We estimate that MetE, which catalyzes the last step in methionine biosynthesis, is one candidate because MetE is known to be sensitive to high temperatures (9) and oxidative stress (8).
본 발명은 하나의 세포질 효소, MetA의 안정성 증가에 따라 E. coli 성장을 정상 조건 및 스트레스 조건 하에서 촉진시킨다는 것을 보여주는 첫 번째 실험 결과를 기술한다. 본 발명은 정상 성장 온도에서 더 높은 속도로 자라는 신규한 플랫폼 E. coli 스트레인들을 얻는 방법을 제공함에 따라 미생물 공장의 생산도를 개선시킬 수 있다. 좀더 직접적으로, 더 높은 온도에서 E. coli 세포를 자라게 할 수 있는 것은 생물공정에서 고려되는 비용 요인을 줄이는 것을 의미한다.The present invention describes the first experimental results showing that E. coli growth is promoted under normal and stress conditions with increased stability of one cytoplasmic enzyme, MetA. The present invention can improve the productivity of the microbial plant by providing a method for obtaining novel platform E. coli strains that grow at higher rates at normal growth temperatures. More directly, being able to grow E. coli cells at higher temperatures means reducing the cost factors considered in bioprocessing.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described the specific part of the present invention in detail, it is apparent to those skilled in the art that the specific technology is merely a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto. Therefore, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.
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도 1은 E. coli에서 L-메티오닌 및 S-아데노실-L-메티오닌의 생합성 경로를 나타내는 도식이다. 약어: 5`-메틸-THPTG - 5`-메틸테트라하이드롭테로일-트리-L-글루타메이트(5`-methyltetrahydropteroyl-tri-L-glutamate); THPTG - 테트라하이드롭테로일-트리-L-글루타메이트(tetrahydropteroyl-tri-L-glutamate).1 is a schematic showing the biosynthetic pathway of L-methionine and S-adenosyl-L-methionine in E. coli . Abbreviation: 5′-methyl-THPTG-5′-methyltetrahydroterroyl-tri-L-glutamate; 5′-methyltetrahydropteroyl-tri-L-glutamate; THPTG-tetrahydroopteroyl-tri-L-glutamate.
도 2는 다른 온도에서 E. coli 스트레인 W3110의 성장에 대한 메티오닌 보충의 효과를 나타내는 그래프이다. 상기 스트레인을 30-49℃ 범위의 온도에서 L-메티오닌이 보충되거나(오픈 서클) 또는 보충되지 않은(닫힌 서클) M9 글루코오스 최소 배지에서 온도구배 배양기를 이용하여 배양시켰다. 컬럼들은 메티오닌-풍부(50 ㎍ ml-1) 및 메티오닌-부족 배지 간의 특이적 성장률의 비율을 나타낸다.2 is a graph showing the effect of methionine supplementation on the growth of E. coli strain W3110 at different temperatures. The strains were incubated using a temperature gradient incubator in M9 glucose minimal medium supplemented (open circles) or not supplemented (closed circles) with L-methionine at temperatures ranging from 30-49 ° C. The columns show the ratio of specific growth rate between methionine-rich (50 μg ml −1 ) and methionine-deficient medium.
도 3은 metA E.coli 돌연변이들의 라이브러리로부터 본 발명의 열 안정적(thermostable) MetAE.coli-333의 선택을 보여주는 그래프이다. 돌연변이된 metA E.coli 들 및 비-돌연변이된 대조군을 가진 pMetA 플라스미드를 운반하는 23개의 E. coli JW3973 스트레인들을 44℃에서 M9 글루코오스 배지에서 플라스크 배양하였다. 600 nm에서 한 시간 마다 광학 밀도를 측정하였다. 심볼: pMetA - 대조군, ●; pMetA-333, ▼; pMetA-334, ○. 다른 metA E.coli 돌연변이들의 성장 곡선은 대조군 스트레인과 유사하다.3 is metA E.coli Is a graph showing the selection of the thermally stable MetA E. coli -333 of the present invention from a library of mutations. 23 E. coli JW3973 strains carrying pMetA plasmids with mutated metA E. coli and non-mutated controls were flask cultured in M9 glucose medium at 44 ° C. Optical density was measured every hour at 600 nm. Symbol: pMetA-control, •; pMetA-333, ▼; pMet A-334, ○. The growth curves of the other metA E. coli mutants are similar to the control strain.
도 4는 E. coli metA 돌연변이들의 열 안정성을 나타내는 결과이다. 시료 들을 30℃에서 M9 글루코오스 배지에서 대수적으로 자라는 배양액에서 취하여 동일한 밀도로 조정한 후, M9 배지(글루코오스 배제)에 연속적으로 희석시켰다. 분취액(aliquot)(5㎕)을 M9 글루코오스 플레이트에 스파팅하였다. 세포들을 지시된 온도에서 24시간 동안 배양하였다.4 shows the thermal stability of E. coli metA mutants. Samples were taken from a culture grown logarithmically in M9 glucose medium at 30 ° C., adjusted to the same density, and subsequently diluted in M9 medium (exclude glucose). Aliquots (5 μl) were spotted onto M9 glucose plates. Cells were incubated for 24 hours at the indicated temperature.
도 5는 E. coli metA 돌연변이들의 성장에 대한 다른 온도들(A) 및 메티오닌 보충(B)의 효과를 보여주는 그래프이다. 비-돌연변이된 metA 및 돌연변이된 metA를 카나마이신 저항 유전자 대신에 E. coli 스트레인 JW3973의 염색체로 삽입(integrate)시켰다. 상기 스트레인을 M9 글루코오스 배지에서 온도구배 배양기를 이용하여 30-47℃ 범위의 온도에서 12시간 동안 배양하였다. 메티오닌을 50 ㎍ ml-1의 최종 농도로 첨가하였다. 심볼(A): WE, ●; 333, ○; WG, ▼; D267, △; T229, ■. 심볼(B): WE, ●; 333, ○; WE + 메티오닌, ▼; 333 + 메티오닌, △.5 is a graph showing the effects of different temperatures (A) and methionine supplement (B) on the growth of E. coli metA mutants. Non-mutated metA and mutated metA were integrated into the chromosome of E. coli strain JW3973 instead of the kanamycin resistance gene. The strain was incubated for 12 hours in a temperature range of 30-47 ℃ using a temperature gradient incubator in M9 glucose medium. Methionine was added at a final concentration of 50 μg ml −1 . Symbol A: WE,. 333, ○; WG, ▼; D267, Δ; T229, ■. Symbol B: WE,. 333, ○; WE + methionine, ▼; 333 + methionine, △.
도 6은 열 안정적 E. coli 돌연변이들의 성장에 대한 아세트산의 영향을 나타내는 그래프이다. 스트레인들을 100 ㎕ M9 글루코오스 배지에서 바이오스크린(BioScreen) C 배양기를 이용하여 30℃에서 30 mM 아세트산의 존재(오픈 심볼) 또는 부재(솔리드 심볼) 하에서 15분 간격으로 흔들어주면서 49시간 동안 배양하였다. 심볼: WE, 원형; 333, 삼각형; D267, 사각형; T229, 다이아몬드.6 is a graph showing the effect of acetic acid on the growth of heat stable E. coli mutants. Strains were incubated for 49 hours in a 100 μl M9 glucose medium using a BioScreen C incubator at 30 ° C. with shaking at 15 min intervals in the presence (open symbol) or absence (solid symbol) of 30 mM acetic acid. Symbol: WE, circular; 333, triangle; D267, square; T229, diamonds.
도 7은 열 스트레스(A, B) 또는 아세트산 스트레스(C, D) 배양액에서 MetA의 밀도계측 분석을 보여주는 그래프이다. WE(하얀 컬럼), 333(회색 컬럼), D267(짙 은 회색 컬럼) 및 T229(검은 컬럼) 스트레인을 30℃에서 M9 글루코오스 배지에서 지수적으로 증가하는 시기(exponential phase)(약 OD600 = 0.6)까지 배양한 후, 45℃로 이동하여 40분 동안 또는 30℃에서 30 mM 아세트산의 존재 하에서 3시간 동안 배양하였다. MetA의 가용성 분획(A, C) 및 응집성 분획(B, D)을 실험 재료 및 실험 방법에 기술된 대로 25 ml 배양액으로부터 정제하였다. 3 ㎍의 전체 단백질을 12% SDS-PAGE에 로딩한 후 토끼 항-MetA 혈청을 이용하여 웨스턴 블롯팅을 실시하였다. MetA를 Labworks 소프트웨어를 이용한 밀도계측으로 정량화하여 전체 단백질양으로 표준화하였다. 스트레스를 주지 않은 배양액으로부터 정제한 MetA는 1로 동일화시켰다(플레인 컬럼). 두 개의 서로 독립적인 실험의 평균을 나타내었다.7 is a graph showing density measurement analysis of MetA in heat stress (A, B) or acetic acid stress (C, D) cultures. Exponential phase of WE (white column), 333 (grey column), D267 (dark gray column) and T229 (black column) strain in M9 glucose medium at 30 ° C. (approximately OD 600 = 0.6 After incubation at), it was incubated at 45 ° C. for 40 minutes or at 30 ° C. for 3 hours in the presence of 30 mM acetic acid. Soluble fractions (A, C) and cohesive fractions (B, D) of MetA were purified from 25 ml cultures as described in Experimental Materials and Experimental Methods. 3 μg of total protein was loaded into 12% SDS-PAGE followed by Western blotting using rabbit anti-MetA serum. MetA was quantified by density measurement using Labworks software and normalized to total protein amount. MetA purified from non-stressed cultures was identified as 1 (plane column). The average of two independent experiments is shown.
도 8은 시차주사열계량법(differential scanning calorimetry)에 의해 얻어진 히스-택 MetA의 온도기록 그래프(thermogram)이다. 실험 재료 및 실험 방법에 기술된 대로 모든 단백질들을 스캐닝하였다. 상응하는 곡선 위에 표시된 Tm 값은 시차주사열계량법에서 언폴딩 전환의 중간점이다; 세 개의 서로 독립적인 실험들로부터 Tm 값을 결정하였다.FIG. 8 is a thermogram of heat-tack MetA obtained by differential scanning calorimetry. FIG. All proteins were scanned as described in Experimental Materials and Experimental Methods. The Tm value indicated above the corresponding curve is the midpoint of the unfolding transition in the differential scanning calorimetry; Tm values were determined from three independent experiments.
도 9는 히스-택 MetA의 온도 의존성(A) 및 아세트산 저항성(B)를 나타내는 그래프이다. 40-58℃ 범위의 온도(A) 및 25℃에서 아세트산의 존재 하에서(B) MetA의 기질인 석시닐-CoA의 티오에스테르 결합의 가수분해에 의해 야기되는 232 nm에서 흡광도의 감소를 모니터링하면서 비-돌연변이된 MetAE.coli, 비-돌연변이된 MetAGeo 및 돌연변이된 MetAE.coli 단백질들의 활성을 측정하였다. 세 개의 서로 독립적인 측정의 평균값을 각 포인트에서 나타내었다. 심볼: MetAE.coli, ; MetAE.coli-333, ;MetAGeo , ; MetAE.coli-D267, ▽; MetAE.coli-T229, ■.9 is a graph showing the temperature dependence (A) and the acetic acid resistance (B) of heat-tack MetA. Temperature (A) in the range 40-58 ° C. and in the presence of acetic acid at 25 ° C. (B) while monitoring the decrease in absorbance at 232 nm caused by the hydrolysis of the thioester bonds of succinyl-CoA, the substrate of MetA, Activity of the mutated MetA E. coli , non-mutated MetA Geo and mutated MetA E. coli proteins was measured. The mean value of three independent measurements is shown at each point. Symbol: MetA E. coli ,;
도 10은 E. coli 및 호열성 박테리아로부터 MetA 단백질 서열간의 계통발생도(A) 및 유사성(B)을 분석한 결과이다. 돌연변이된 아미노산을 사각박스로 나타내었다. 약어: Geobacillus - Geobacillus kaustophilus HTA426(YP_147640.1), Clostridium - Clostridium thermocellum ATCC 27405(YP_001038259.1), Thermotoga - Thermotoga maritima ATCC 43589(NP_228689.1), Streptococcus - Streptococcus thermophilus ATCC 51836(YP_141582.1), Methylococcus - Methylococcus capsulatus str. Bath(YP_114313.1). 기호: *, 일치 아미노산, *, 유사 아미노산, , 매우 유사 아미노산.Figure 10 shows the results of analyzing the phylogeny (A) and similarity (B) between the MetA protein sequence from E. coli and thermophilic bacteria. The mutated amino acids are shown as square boxes. Abbreviations: Geobacillus- Geobacillus kaustophilus HTA426 (YP_147640.1), Clostridium- Clostridium thermocellum ATCC 27405 (YP_001038259.1), Thermotoga- Thermotoga maritima ATCC 43589 (NP_228689.1), Streptococcus- Streptococcus thermophilus ATCC 51oc Methylococcus capsulatus str. Bath (YP_114313.1). Symbols: *, match amino acids, * , analog amino acids, , Very similar amino acids.
도 11은 중온성 박테리아들의 MetA 단백질 서열간의 계통발생도(A) 및 유사성(B)을 분석한 결과이다. 돌연변이된 아미노산을 사각박스로 나타내었다. 빨간 밑줄은 돌연변이된 아미노산을 포함하는 서열을 의미한다. 약어: Citrobacter - Citrobacter koseri ATCC BAA-895(YP_001455419.1), Salmonella - Salmonella enterica subsp. enterica serovar Paratyphi A str. ATCC 9150(YP_153079.1), Escherichia - Escherichia coli(CAG29901), Klebsiella - Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae MGH 78578(YP_001338016.1). 기호: *, 일치 아미노산, *, 유사 아미노산, , 매우 유사 아미노산.11 shows the results of analyzing phylogeny (A) and similarity (B) between MetA protein sequences of mesophilic bacteria. The mutated amino acids are shown as square boxes. Red underline refers to a sequence comprising mutated amino acids. Abbreviations: Citrobacter- Citrobacter koseri ATCC BAA-895 (YP_001455419.1), Salmonella- Salmonella enterica subsp. enterica serovar Paratyphi A str. ATCC 9150 (YP_153079.1), Escherichia- Escherichia coli (CAG29901), Klebsiella- Klebsiella pneumoniae subsp. pneumoniae MGH 78578 (YP_001338016.1). Symbols: *, match amino acids, * , analog amino acids, , Very similar amino acids.
<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Methods for Modulating Thermostability and Acid Tolerance of Microbes <150> KR 10-2008-0126505 <151> 2008-12-12 <160> 36 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 930 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 1 atgccgattc gtgtgccgga cgagctaccc gccgtcaatt tcttgcgtga agaaaacgtc 60 tttgtgatga caacttctcg tgcgtctggt caggaaattc gtccacttaa ggttctgatc 120 cttaacctga tgccgaagaa gattgaaact gaaaatcagt ttctgcgcct gctttcaaac 180 acacctttgc aggtcgatat tcagctgttg cgcatcgatt cccgtgaatc gcgcaacacg 240 cccgcagagc atctgaacaa cttctactgt aactttgaag atattcagga tcagaacttt 300 gacggtttga ttgtaactgg tgcgccgctg ggcctggtgg agtttaatga tgtcgcttac 360 tggccgcaga tcaaacaggt gctggagtgg tcgaaagatc acgtcacctc gacgctgttt 420 gtctgctggg cggtacaggc cgcgctcaat atcctctacg gcattcctaa gcaaactcgc 480 accgaaaaac tctctggcgt ttacgagcat catattctcc atcctcatgc gcttctgacg 540 cgtggctttg atgattcatt cctggcaccg cattcgcgct atgctgactt tccggcagcg 600 ttgattcgtg attacaccga tctggaaatt ctggcagtga cggaagaagg ggatgcatat 660 ctgtttgcca gtaaagataa gcgcactgcc tttgtgacgg gccatcccga atatgatgcg 720 caaacgctgg cgcaggaatt tttccgcgat gtggaagccg gactagaccc ggatgtaccg 780 tataactatt tcccgcacga tgatccgcaa aagacaccgc gagcgagctg gcgtagtcac 840 ggtaatttac tgtttaccaa ctggctcaac tattacgtct accagatcac gccatacgat 900 ctacggcaca tgaatccaac gctggattaa 930 <210> 2 <211> 309 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 2 Met Pro Ile Arg Val Pro Asp Glu Leu Pro Ala Val Asn Phe Leu Arg 1 5 10 15 Glu Glu Asn Val Phe Val Met Thr Thr Ser Arg Ala Ser Gly Gln Glu 20 25 30 Ile Arg Pro Leu Lys Val Leu Ile Leu Asn Leu Met Pro Lys Lys Ile 35 40 45 Glu Thr Glu Asn Gln Phe Leu Arg Leu Leu Ser Asn Thr Pro Leu Gln 50 55 60 Val Asp Ile Gln Leu Leu Arg Ile Asp Ser Arg Glu Ser Arg Asn Thr 65 70 75 80 Pro Ala Glu His Leu Asn Asn Phe Tyr Cys Asn Phe Glu Asp Ile Gln 85 90 95 Asp Gln Asn Phe Asp Gly Leu Ile Val Thr Gly Ala Pro Leu Gly Leu 100 105 110 Val Glu Phe Asn Asp Val Ala Tyr Trp Pro Gln Ile Lys Gln Val Leu 115 120 125 Glu Trp Ser Lys Asp His Val Thr Ser Thr Leu Phe Val Cys Trp Ala 130 135 140 Val Gln Ala Ala Leu Asn Ile Leu Tyr Gly Ile Pro Lys Gln Thr Arg 145 150 155 160 Thr Glu Lys Leu Ser Gly Val Tyr Glu His His Ile Leu His Pro His 165 170 175 Ala Leu Leu Thr Arg Gly Phe Asp Asp Ser Phe Leu Ala Pro His Ser 180 185 190 Arg Tyr Ala Asp Phe Pro Ala Ala Leu Ile Arg Asp Tyr Thr Asp Leu 195 200 205 Glu Ile Leu Ala Val Thr Glu Glu Gly Asp Ala Tyr Leu Phe Ala Ser 210 215 220 Lys Asp Lys Arg Thr Ala Phe Val Thr Gly His Pro Glu Tyr Asp Ala 225 230 235 240 Gln Thr Leu Ala Gln Glu Phe Phe Arg Asp Val Glu Ala Gly Leu Asp 245 250 255 Pro Asp Val Pro Tyr Asn Tyr Phe Pro His Asp Asp Pro Gln Lys Thr 260 265 270 Pro Arg Ala Ser Trp Arg Ser His Gly Asn Leu Leu Phe Thr Asn Trp 275 280 285 Leu Asn Tyr Tyr Val Tyr Gln Ile Thr Pro Tyr Asp Leu Arg His Met 290 295 300 Asn Pro Thr Leu Asp 305 <210> 3 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> metA1 <400> 3 cgcctactcg agatcgcaac gagttcctcc 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Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Methods for Modulating Thermostability and Acid Tolerance of Microbes <150> KR 10-2008-0126505 <151> 2008-12-12 <160> 36 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 930 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 1 atgccgattc gtgtgccgga cgagctaccc gccgtcaatt tcttgcgtga agaaaacgtc 60 tttgtgatga caacttctcg tgcgtctggt caggaaattc gtccacttaa ggttctgatc 120 cttaacctga tgccgaagaa gattgaaact gaaaatcagt ttctgcgcct gctttcaaac 180 acacctttgc aggtcgatat tcagctgttg cgcatcgatt cccgtgaatc gcgcaacacg 240 cccgcagagc atctgaacaa cttctactgt aactttgaag atattcagga tcagaacttt 300 gacggtttga ttgtaactgg tgcgccgctg ggcctggtgg agtttaatga tgtcgcttac 360 tggccgcaga tcaaacaggt gctggagtgg tcgaaagatc acgtcacctc gacgctgttt 420 gtctgctggg cggtacaggc cgcgctcaat atcctctacg gcattcctaa gcaaactcgc 480 accgaaaaac tctctggcgt ttacgagcat catattctcc atcctcatgc gcttctgacg 540 cgtggctttg atgattcatt cctggcaccg cattcgcgct atgctgactt tccggcagcg 600 ttgattcgtg attacaccga tctggaaatt ctggcagtga cggaagaagg ggatgcatat 660 ctgtttgcca gtaaagataa gcgcactgcc tttgtgacgg gccatcccga atatgatgcg 720 caaacgctgg cgcaggaatt tttccgcgat gtggaagccg gactagaccc ggatgtaccg 780 tataactatt tcccgcacga tgatccgcaa aagacaccgc gagcgagctg gcgtagtcac 840 ggtaatttac tgtttaccaa ctggctcaac tattacgtct accagatcac gccatacgat 900 ctacggcaca tgaatccaac gctggattaa 930 <210> 2 <211> 309 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 2 Met Pro Ile Arg Val Pro Asp Glu Leu Pro Ala Val Asn Phe Leu Arg 1 5 10 15 Glu Glu Asn Val Phe Val Met Thr Thr Ser Arg Ala Ser Gly Gln Glu 20 25 30 Ile Arg Pro Leu Lys Val Leu Ile Leu Asn Leu Met Pro Lys Lys Ile 35 40 45 Glu Thr Glu Asn Gln Phe Leu Arg Leu Leu Ser Asn Thr Pro Leu Gln 50 55 60 Val Asp Ile Gln Leu Leu Arg Ile Asp Ser Arg Glu Ser Arg Asn Thr 65 70 75 80 Pro Ala Glu His Leu Asn Asn Phe Tyr Cys Asn Phe Glu Asp Ile Gln 85 90 95 Asp Gln Asn Phe Asp Gly Leu Ile Val Thr Gly Ala Pro Leu Gly Leu 100 105 110 Val Glu Phe Asn Asp Val Ala Tyr Trp Pro Gln Ile Lys Gln Val Leu 115 120 125 Glu 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Archives of Biochemistry and Biophysics. 2007, Vol. 461, No. 2, 페이지 211-218 * |
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