KR101261852B1 - Agarase expression vector, transgenic organism transformed with the same vector and method for the production of agarase using the same transgenic organism - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)로부터 유래하는 SCO3487 유전자를 방선균에서 복제 가능한 벡터에 ermE 프로모터에 의하여 전사가 조절되도록 클로닝하여 이루어지는 아가레즈 발현 벡터, 이 발현 벡터로 형질전환한 방선균 형질전환체 및 이 형질전환체를 이용한 아가레즈 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 기존에 명확하지 않았던 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2) SCO3487 유전자가 아가레즈 유전자임이 증명되었으며, 이 유전자를 이용하여 발현 벡터를 제조하고, 제조된 발현 벡터를 방선균에 도입할 경우, 아가레즈를 과발현하는 방선균 형질전환체를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 이 형질전환체를 이용하면, 간단하고 효율적인 방법으로 아가레즈를 제조할 수 있다.
The present invention relates to agarase expression vector comprising a SCO3487 gene derived from Streptomyces coelicolor A3 (2) cloned into a vector capable of replicating in actinomycetes so that transcription is regulated by the ermE promoter. One actinomycetes transformant and agarase production method using the transformant are related.
According to the present invention, it was proved that the Streptomyces coelicolor A3 (2) SCO3487 gene, which was previously unclear, was an Agarez gene, and an expression vector was prepared using the gene. When introduced into, not only an actinomycetes transformant that overexpresses agarases can be prepared, but using these transformants, agares can be produced in a simple and efficient manner.

Description

아가레즈 발현 벡터, 이의 형질전환체, 이 형질전환체를 이용한 아가레즈 제조방법{Agarase expression vector, transgenic organism transformed with the same vector and method for the production of agarase using the same transgenic organism}Agarase expression vector, transgenic organism transformed with the same vector and method for the production of agarase using the same transgenic organism}

본 발명은 아가레즈 발현 벡터, 이의 형질전환체 및 이 형질전환체를 이용한 아가레즈 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)로부터 유래하는 SCO3487 유전자를 방선균에서 복제 가능한 벡터에 ermE 프로모터에 의하여 전사가 조절되도록 클로닝하여 이루어지는 아가레즈 발현 벡터, 이 발현 벡터로 형질전환한 방선균 형질전환체 및 이 형질전환체를 이용한 아가레즈 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an agarase expression vector, a transformant thereof, and a method for producing agarase using the transformant. Specifically, the SCO3487 gene derived from Streptomyces coelicolor A3 (2) is used in actinomycetes. The present invention relates to an agarez expression vector cloned so that transcription is controlled by a ermE promoter in a replicable vector, an actinomycete transformant transformed with the expression vector, and a method for producing agarase using the transformant.

홍조류에 함유된 갈락탄(galactan)은 70%의 아가로스(agarose)와 30%의 아가로펙틴(agaropectin)으로 구성되어 있고, 아가로스는 갈락토오스(D-galactose)와 무수갈락토오스(3,6-anhydro-L-galactose)가 β(1->4) 결합으로 연결된 아가로비오스(agarobiose)가 단위체로 반복되어있는 구조로, 이들 단위체가 α(1->3) 결합으로 연결된 직쇄구조로 되어 있다. 또한 아가로펙틴은 아가로비오스 단위체로 되어 있으나 황산기 등의 산성기를 함유하고 있는 것이 특징이다.Galactan in red algae consists of 70% agarose and 30% agaropectin, and agarose consists of D-galactose and anhydrous galactose (3,6-). An agarobiose, in which anhydro-L-galactose) is connected by β (1-> 4) bond, is repeated in units, and these units are in a linear structure connected by α (1-> 3) bonds. . In addition, agalopectin is composed of agarobiose units but is characterized by containing acidic groups such as sulfuric acid groups.

제1형의 베타-아가레즈(β-agarase)는 아가로스의 β(1->4) 결합을 분해하여 아가로테트라오스(agarotetraose)를 생성하고, 계속해서 제2형의 베타-아가레즈가 작용하여 아가로테트라오스로부터 아가로비오스를 생성한다. 아가로비오스는 α(1->3) 결합에 작용하는 알파-아가레즈(α-agarase)에 의해서 갈락토오스와 무수갈락토오스로 최종 분해된다. 아가로스를 분해하는 베타-아가레즈의 경우 대부분의 기술을 일본이 가지고 있으며, 아직까지 적은 비용으로 효소를 대량 발현할 수 있는 기술이 국내외적으로 충분하지 않은 실정이다. 따라서 아가레즈의 유전자원을 확보하고 발현 시스템을 개발하는 연구는 매우 가치 있는 일이다. 또한 확보된 아가레즈를 이용하여, 여러 유용한 생리활성능을 갖는 아가로올리고당을 제조하는 기술을 확보하는 연구도 매우 가치 있는 일이다.Β-agarase of type 1 breaks down the β (1-> 4) bond of agarose to produce agarotetraose, followed by beta-agarase of type 2 Acts to produce agarobiose from agarotetraose. Agarobiose is finally degraded into galactose and anhydrous galactose by alpha-agarase, which acts on α (1-> 3) binding. In the case of beta-agarese, which breaks down agarose, most of the technology is available from Japan, and there is not enough technology at home and abroad to express a large amount of enzyme at a low cost. Therefore, research to secure the genetic resources of Agarez and develop the expression system is very valuable. In addition, it is also very valuable research to secure a technology for producing agar oligosaccharides having a variety of useful physiological activity using the obtained agarase.

스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)는 한천분해효소를 세포외부로 분비한다고 알려져 있으며(Stanier et al., 1942, J. Bacteriol.; Hodgson and Chater, 1981, J. Gen.Microbiol.), dagA 유전자가 유일한 베타-아가레즈 유전자로 알려져 있다. 또한 이 균주는 방선균의 분자생물학적 연구를 위해 가장 많이 연구되는 균주 중 하나로, 2002년 게놈서열이 분석되어 공개되어 있다 (Bantley et al., 2002, Nature). Streptomyces coelicolor A3 (2) is known to secrete agarase extracellularly (Stanier et al., 1942, J. Bacteriol .; Hodgson and Chater, 1981, J. Gen. Microbiol. dagA gene is known as the only beta-agarase gene. In addition, this strain is one of the most studied strains for the molecular biology of actinomycetes, the genome sequence in 2002 is published (Bantley et al., 2002, Nature).

이에 본 발명자는 스트렙토마이세스 시리칼라 A3(2)의 게놈서열로부터 세포외부로 분비되어 당분해에 관여 할 것으로 예상되는 유전자들을 탐색하고 그 중에서 잘 알려진 베타-아가레즈와 상동성을 보이는 유전자를 선별하여 그 기능을 밝히고 이를 이용하여 아가로스를 분해하여 대량의 아가로올리고당을 생산하고자 하였다. 이의 결과, 본 발명자는 SCO3487 유전자의 발현 벡터 및 이의 형질전환체를 개발하였으며, 이를 통해 SCO3487 유전자가 아가레즈, 이 중에서도 베타-아가레즈의 활성을 갖으며, 이 아가레즈가 아가로스를 가수분해하여 네오아가로비오스(Neoagarobiose)를 생성하는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
In this regard, the present inventors searched for genes that are expected to be involved in glycolysis due to extracellular secretion from the genome sequence of Streptomyces syphila A3 (2) and select genes showing homology with well-known beta-agarases among them. The purpose of this study was to identify the function and to use it to break down agarose to produce a large amount of agar oligosaccharides. As a result, the present inventors have developed an expression vector of the SCO3487 gene and a transformant thereof, through which the SCO3487 gene has the activity of agares, among which beta-agares, which hydrolyzes agarose. Confirming the production of Neoagarobiose (Neoagarobiose) was to complete the present invention.

따라서 본 발명의 주된 목적은 새로운 아가레즈 유전자원을 확보하고 발현 시스템을 개발하는데 있다.Therefore, the main object of the present invention is to secure a new Agarez gene source and to develop an expression system.

본 발명의 세부적인 목적은 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)의 게놈에서 아가레즈 유전자를 선별하고, 이 유전자를 이종균주에서 발현하기 위한 발현 벡터를 제공하는데 있다.A detailed object of the present invention is to select an agarez gene from the genome of Streptomyces coelicolor A3 (2) and to provide an expression vector for expressing this gene in a heterologous strain.

본 발명의 다른 세부적인 목적은 상기 발현 벡터로 형질전환한 아가레즈를 생산하는 형질전환체를 제공하는데 있다.Another detailed object of the present invention is to provide a transformant for producing agarase transformed with the expression vector.

본 발명의 또 다른 세부적인 목적은 상기 형질전환체를 이용하여 아가레즈를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.Another detailed object of the present invention is to provide a method for preparing agarase using the transformant.

본 발명의 또 다른 세부적인 목적은 상기 아가레즈 제조방법으로 제조된 아가레즈를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide agarase prepared by the method of preparing agarase.

본 발명의 또 다른 세부적인 목적은 상기 아가레즈를 이용하여 아가로올리고당을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.Another detailed object of the present invention is to provide a method for preparing aga oligosaccharides using the agarase.

본 발명의 또 다른 세부적인 목적은 상기 아가로올리고당 제조방법으로 제조된 아가로올리고당을 제공하는데 있다.
Another detailed object of the present invention is to provide an agar oligosaccharide prepared by the method for preparing aga oligosaccharide.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)로부터 유래하는 SCO3487 유전자를 방선균에서 복제 가능한 벡터에 ermE 프로모터에 의하여 전사가 조절되도록 클로닝하여 이루어지는 아가레즈 발현 벡터를 제공한다.
According to one aspect of the invention, the present invention is agarez expression by cloning the SCO3487 gene derived from Streptomyces coelicolor A3 (2) to regulate the transcription by the ermE promoter to a vector capable of replicating in actinomycetes Provide a vector.

스트렙토마이세스 시리칼라 A3(2)의 게놈서열에서 비브리오 균주(Vibrio sp. strain JT0107)의 베타-아가레즈 유전자와 상동성을 보이는 유전자를 조사한 결과, SCO3487 유전자가 여기에 해당되는 것으로 나타났다.In the genome sequence of Streptomyces Sicala A3 (2), a gene homologous to the beta-agarez gene of the Vibrio strain (Vibrio sp. Strain JT0107) was examined and found to be the SCO3487 gene.

하지만, 상기 유전자는 이론적으로 이종균주의 베타-아가레즈와 유사할 것이라는 예측만 가능할 뿐, 실제 유전자의 기능을 알아보기 위해서는 이 유전자에 의해 발현된 단백질의 기능을 확인할 필요가 있다.However, it is only possible to predict that the gene will theoretically be similar to the beta-agareze of the heterologous strain, and to determine the function of the actual gene, it is necessary to confirm the function of the protein expressed by the gene.

방선균 유래 유전자는 유전자내 G-C의 빈도가 높고 레어 코돈(rare codon)의 사용 등의 문제점으로 대장균에서 발현되지 않거나 발현되더라도 비활성형의 단백질체(inclusion body)를 형성하는 경우가 많다. 따라서 대장균내 외래 단백질의 발현 시 각각의 단백질에 대해서 특정한 발현조건이 확립되어야 한다. 하지만 방선균 유래 유전자는 방선균을 숙주 균주(host strain)로 하는 이종 단백질의 발현 시 레어 코돈의 문제가 발생하지 않으며, 또한 비활성형의 단백질체를 형성하지 않는다. 이에 방선균 유래인 SCO3487 유전자는 방선균에서 발현 시키는 것이 바람직하다.Actinomycetes-derived genes often form inactive protein bodies even if they are not expressed or expressed in E. coli due to the high frequency of G-C in the gene and the use of rare codons. Therefore, when expressing foreign proteins in E. coli, specific expression conditions for each protein should be established. However, actinomycetes-derived genes do not cause rare codon problems when expressing heterologous proteins containing actinomycetes as host strains, and do not form inactive protein bodies. The actinomycete-derived SCO3487 gene is preferably expressed in actinomycetes.

상기 SCO3487 유전자를 방선균에서 발현시키기 위해서는 이 유전자를 방선균에 도입하여야 하는데, 따라서 방선균에서 복제할 수 있는 벡터에 클로닝하는 것이 바람직하며, SCO3487 유전자 자체의 프로모터를 이용할 수 있으나, 방선균에서 강력한 프로모터로 알려진 ermE 프로모터를 사용하는 것이 아가레즈 발현 효율에 있어서 바람직하다.In order to express the SCO3487 gene in the actinomycetes, the gene must be introduced into the actinomycetes. Therefore, it is preferable to clone it into a vector capable of replicating in the actinomycetes. It is preferable to use a promoter in the efficiency of agarez expression.

이를 만족할 수 있는 벡터로 pUWL201PW 클로닝 벡터를 사용할 수 있다. 이 벡터는 방선균용 복제기원점 및 대장균용 복제기원점을 모두 가지고 있어, 방선균과 대장균에서 모두 사용이 가능하기 때문에, 대장균의 시스템을 이용하여 클로닝하고, 추후 방선균에 도입하는데 유용하다.A pUWL201PW cloning vector can be used as a vector that can satisfy this. Since this vector has both an origin of actinomycetes and an origin of Escherichia coli, and can be used in both actinomycetes and Escherichia coli, it is useful for cloning using a system of E. coli and subsequently introduced into actinomycetes.

본 발명에 있어서, 상기 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2) SCO3487 유전자의 염기서열은 서열번호 1과 같다. 이 유전자는 2397bp의 염기서열로 이루어지며, 발현되었을 때 798개의 아미노산으로 구성된 단백질이 생산될 것으로 예상된다.In the present invention, the nucleotide sequence of the Streptomyces coelicolor A3 (2) SCO3487 gene is shown in SEQ ID NO: 1. The gene consists of 2397bp of nucleotide sequence and is expected to produce a protein consisting of 798 amino acids when expressed.

상기와 같은 SCO3487 유전자를 클로닝하기 위해, 중합효소 연쇄반응(PCR)으로 유전자를 증폭한 다음 제한효소 인식부위를 이용하여 벡터에 클로닝하는 방법을 사용할 수 있다. 클로닝에 이용할 제한효소 인식부위는 SCO3487 유전자 내에 존재하지 않는 것을 사용하는 것이 좋고, 경우에 따라 PCR에 의한 유전자 증폭 시 프라이머에 제한효소 인식부위를 적용하여 사용할 수 있다.In order to clone the SCO3487 gene as described above, a method of amplifying the gene by polymerase chain reaction (PCR) and then cloning the vector using a restriction enzyme recognition site may be used. The restriction enzyme recognition site to be used for cloning may be one that does not exist in the SCO3487 gene. In some cases, the restriction enzyme recognition site may be applied to the primer when amplifying the gene by PCR.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스트렙토마이세스 시리칼라 A3(2)의 게놈 DNA를 주형으로 하고 서열번호 2의 염기서열로 구성된 프라이머 및 서열번호 3의 염기서열로 구성된 프라이머를 사용하여 PCR을 수행하면, NdeI과 XhoI 제한효소 인식부위가 포함된 약 900bp의 DNA 단편이 증폭되는데, 여기에는 SCO3487 유전자의 시작코돈(start codon) 부위가 포함된다.According to one embodiment of the present invention, PCR is performed using a primer consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 and a primer consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 as a template and genomic DNA of Streptomyces S. Subsequently, a DNA fragment of about 900bp containing NdeI and XhoI restriction enzyme recognition sites is amplified, including the start codon region of the SCO3487 gene.

또한, 서열번호 4의 염기서열로 구성된 프라이머 및 서열번호 5의 염기서열로 구성된 프라이머를 사용하여 PCR을 수행하면, XhoI과 BamHI 제한효소 인식부위가 포함된 약 1,500bp의 DNA 단편이 증폭되며, 여기에는 SCO3487 유전자의 종결코돈(stop codon) 부위가 포함된다.In addition, when PCR is performed using a primer consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 4 and a primer consisting of a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5, DNA fragments of about 1,500 bp containing XhoI and BamHI restriction enzyme recognition sites are amplified. Includes the stop codon site of the SCO3487 gene.

이들 증폭산물을 상기 제한효소 인식부위에 해당하는 제한효소로 처리하여 해당 단편을 수득하고, pUWL201PW 벡터를 NdeI과 XhoI 제한효소로 처리한 다음, 각 수득한 단편을 DNA 접합 효소(ligase)로 접합시키면, 도 1의 pUWL201PW-SCO3487과 같은 아가레즈 발현 벡터를 제조할 수 있다.These amplification products were treated with restriction enzymes corresponding to the restriction enzyme recognition sites to obtain the fragments. The pUWL201PW vector was treated with NdeI and XhoI restriction enzymes, and then each obtained fragment was conjugated with a DNA ligase. Agarez expression vectors such as pUWL201PW-SCO3487 of FIG. 1 can be prepared.

상기와 같이 제조된 아가레즈 발현 벡터는 방선균에 도입하여 발현을 유도하는 것이 좋으며, 방선균 중에서도 스트렙토마이세스 속의 균주를 숙주균주로 하는 것이 바람직하다. 이 스트렙토마이세스 속의 균주 중에서도 스트렙토마이세스 리비단스(Streptomyces lividans)의 경우, 생리적인 특성이 스트렙토마이세스 시리칼라와 유사하고, 클로닝 및 발현을 다른 스트렙토마이세스 속의 균주에 비해 상대적으로 수월하게 실시할 수 있으므로, 이 균주를 숙주균주로 사용하는 것이 가장 바람직하다.The agarez expression vector prepared as described above is preferably introduced into actinomycetes to induce expression, and among the actinomycetes, the strain of Streptomyces genus is preferably used as a host strain. Among the strains of the Streptomyces genus, Streptomyces lividans has similar physiological characteristics to Streptomyces syricolor , and the cloning and expression can be performed relatively easily compared to other strains of Streptomyces genus. As such, it is most preferable to use this strain as a host strain.

형질전환방법은 숙주 균주에 따라서 선택할 수 있으나, 스트렙토마이세스 리비단스를 숙주균주로 이용할 경우, 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol, PEG)을 이용한 키저 등의 방법으로 형질전환하는 것이 바람직하다.The transformation method may be selected according to the host strain, but when streptomyces lividans is used as the host strain, it is preferable to transform by a method such as Keither using polyethylene glycol (PEG).

본 발명에 따르면, 본 발명의 아가레즈 발현 벡터로 형질전환된 형질전환체는 아가레즈 생산하고, 이를 세포 밖으로 분비하는 것으로 나타났다.According to the present invention, the transformants transformed with the Agarez expression vector of the present invention were produced and secreted out of the cells.

따라서 형질전환체를 고체 및 액체배양하여 배양배지에 존재하는 아가레즈를 농축 또는 정제하면 아가레즈를 제조할 수 있다.Therefore, the agarase can be prepared by concentrating or purifying the agarase present in the culture medium by incubating the transformant with a solid and liquid culture.

대장균 시스템의 경우, 일반적으로 발현된 단백질이 세포 외부로 분비되지 못하고, 세포 내부에 존재하기 때문에, 세포를 파쇄하여야 하는 번거로움이 있으며, 이 과정 중 민감한 단백질의 경우 활성이 감퇴하는 경우가 발생하게 되므로, 본 발명에 따른 아가레즈 제조방법은 대장균을 이용한 발현 시스템에 비해 상당히 개선되고 진보된 방법이라고 할 수 있다.In the case of the E. coli system, normally expressed proteins are not secreted to the outside of the cell and are present inside the cell, so that the cells have to be broken, and in the process, the sensitive protein may cause a decrease in activity. Therefore, the method of preparing agarez according to the present invention can be said to be a considerably improved and advanced method compared to the expression system using E. coli.

상기 아가레즈 제조방법에 따라 제조된 아가레즈를 아가로스와 반응시키면, 네오아가로비오스(Neoagarobiose)를 제조할 수 있으며, 이때 반응 조건은 중성 pH 즉, pH 6 내지 8의 조건 및 30 내지 45℃의 온도 조건에서 수행하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 약 pH 7 및 약 40℃에서 수행하는 것이 좋다.
When the agarase prepared according to the method of preparing agarase is reacted with agarose, neoagarobiose may be prepared, wherein the reaction conditions are neutral pH, that is, a condition of pH 6 to 8 and 30 to 45 ° C. It is preferably carried out at the temperature conditions of. More preferably it is carried out at about pH 7 and about 40 ℃.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 기존에 명확하지 않았던 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2) SCO3487 유전자가 아가레즈 유전자임이 증명되었으며, 이 유전자를 이용하여 발현 벡터를 제조하고, 제조된 발현 벡터를 방선균에 도입할 경우, 아가레즈를 과발현하는 방선균 형질전환체를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 이 형질전환체를 이용하면, 간단하고 효율적인 방법으로 아가레즈를 제조할 수 있다.
As described above, according to the present invention, it was proved that the Streptomyces coelicolor A3 (2) SCO3487 gene, which was not previously known, was an Agarez gene. When the introduced expression vector is introduced into the actinomycetes, not only the actinomycetes transformant that overexpresses agarases can be produced, but also the agarases can be produced in a simple and efficient manner by using the transformants.

도 1은 pUWL201PW-SCO3487의 유전자 지도이다.
도 2는 pGEM-I이 도입된 대장균 및 pGEM-II가 도입된 대장균으로부터 재조합 플라스미드를 추출하여 제한효소 EcoRI으로 처리한 후, 전기영동 한 사진이다.
도 3은 pUWL201PW-SCO3487이 도입된 대장균으로부터 재조합 플라스미드를 추출하여 세 가지 제한효소 조합(NdeI과 BamHI, NdeI과 XhoI, XhoI과 BamHI)으로 절단 한 후, 전기영동 하여 확인한 사진이다.
도 4는 pUWL201PW-SCO3487 방선균 형질전환체의 R2YE 고체배지에서의 아가레즈 효소활성을 확인한 사진이다.
도 5는 pUWL201PW-SCO3487 방선균 형질전환체의 배양액으로부터 고발현된 SCO3487 단백질을 SDS-폴리아크릴아마이드 겔에서 전기영동하여 확인한 사진이다.
도 6은 pUWL201PW-SCO3487 방선균 형질전환체의 배양액을 황산염으로 농축하여 겔 여과법으로 정제한 SCO3487 단백질을 SDS-폴리아크릴아마이드 겔로 전기영동하여 확인한 사진이다.
도 7은 정제된 SCO3487 단백질의 두 종류의 발색기질(p-Nitrophenyl-α-D-galactopyranoside[pNPαGal]와 p-Nitrophenyl-β-D-galactopyranoside[pNPβGal])에 대한 기질 특이성을 측정한 결과이다.
도 8은 SCO3487 단백질의 pNPβGal 기질에 대한 최적반응 pH를 측정한 결과이다.
도 9는 SCO3487 단백질의 pNPβGal 기질에 대한 최적반응 온도 및 온도저항성을 측정한 결과이다.
도 10은 SCO3487 단백질에 의한 아가로스의 최종분해산물을 박층크로마토그래피(TLC)로 확인한 사진이다.
도 11은 박층크로마토그래피로부터 분리되고 메탄올로 추출된 최종분해산물의 Direct-Mass 분석 결과이다.
도 12는 박층크로마토그래피로부터 분리되고 메탄올로 추출된 최종분해산물의 핵자기공명 분석 결과이다.
1 is a genetic map of pUWL201PW-SCO3487.
2 is a photograph taken after the recombinant plasmid is extracted from E. coli introduced with pGEM-I and E. coli introduced with pGEM-II and treated with restriction enzyme EcoRI, followed by electrophoresis.
FIG. 3 is a photograph confirmed by electrophoresis after extracting a recombinant plasmid from Escherichia coli pUWL201PW-SCO3487 was cut with three restriction enzyme combinations (NdeI and BamHI, NdeI and XhoI, XhoI and BamHI).
4 is a photograph showing the agarase enzyme activity in the R2YE solid medium of the pUWL201PW-SCO3487 actinomycetes transformant.
Figure 5 is a photograph confirmed by electrophoresis of SCO3487 protein high expression from the culture medium of pUWL201PW-SCO3487 actinomycetes transformant in SDS-polyacrylamide gel.
Figure 6 is a photograph confirmed by electrophoresis of the SCO3487 protein purified by gel filtration by concentrating the culture medium of pUWL201PW-SCO3487 actinomycetes transformed with sulfate.
7 is a result of measuring the substrate specificity for two types of color substrate (p-Nitrophenyl-α-D-galactopyranoside [pNPαGal] and p-Nitrophenyl-β-D-galactopyranoside [pNPβGal]) of purified SCO3487 protein.
8 is a result of measuring the optimum pH of the SCO3487 protein on pNPβGal substrate.
9 is a result of measuring the optimum reaction temperature and temperature resistance of the pNPβGal substrate of the SCO3487 protein.
10 is a photograph confirming the final degradation product of agarose by SCO3487 protein by thin layer chromatography (TLC).
FIG. 11 shows the results of Direct-Mass analysis of the final decomposition product separated from thin layer chromatography and extracted with methanol.
12 shows the results of nuclear magnetic resonance analysis of the final decomposition product separated from thin layer chromatography and extracted with methanol.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not to be construed as being limited by these examples.

실시예 1. 아가레즈(Agarase) 코드 유전자(SCO3487)의 확보Example 1 Acquisition of Agarase Code Gene (SCO3487)

스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2) ATCC(American Type Culture Collection) BAA-471로부터 비브리오 균주(Vibrio sp. strain JT0107)의 베타-아가레즈 유전자와 상동성을 보이는 잠재적 가수분해효소 코드 유전자(putative hydrolase coding gene)인 SCO3487 유전자(서열변호 1)를 수득하였다. 이 과정을 상술하면 다음과 같다.A potential hydrolase code gene homologous to the beta-agarez gene of Vibrio sp. Strain JT0107 from Streptomyces coelicolor A3 (2) American Type Culture Collection (ATCC) BAA-471 (putative hydrolase coding gene) SCO3487 gene (SEQ ID NO: 1) was obtained. This process is described in detail as follows.

스트렙토마이세스 시리칼라 A3(2)를 R2YE 액체배지(Kieser et al., Practical Streptomyces genetics, A laboratory manual, 2000; John Innes Foundation, Norwich, United Kingdom)에서 3일간 진탕 배양하여 키저 등의 방법(Kieser et al., Practical Streptomyces genetics, A laboratory manual, 2000)에 따라 염색체 DNA를 순수분리 하였다. 분리된 염색체 DNA를 주형(template)으로 하여 중합효소 연쇄반응(PCR, Polymerase chain reaction)을 수행함으로써 SCO3487 유전자를 두 부분(단편-I과 단편-II)으로 나누어 증폭하였고, 이를 1% 아가로스 겔 (agarose gel)에 전기영동 하였다. 큰 유전자의 PCR 증폭 시 발생하는 PCR 오류 (PCR error)를 방지하기 위하여, SCO3478 유전자를 900bp와 1500bp의 두 단편으로 나누어 각각을 증폭하였다. 증폭된 각각의 유전자 단편들은 전기영동 및 겔 추출 키트(Gel extraction kit, 다인바이오사)를 사용하여 회수한 후, pGEM-T easy 벡터(프로메가사)에 삽입하여 대장균(Escherichia coli DH5αF')에 형질전환 하였다.Streptomyces Sicicala A3 (2) was shaken in a R2YE liquid medium (Kieser et al., Practical Streptomyces genetics, A laboratory manual, 2000; John Innes Foundation, Norwich, United Kingdom) for 3 days, followed by a Keeser et al. et al., Practical Streptomyces genetics, A laboratory manual, 2000). Polymerization chain reaction (PCR) was performed using the isolated chromosomal DNA as a template to amplify the SCO3487 gene into two parts (fragment-I and fragment-II), which was amplified by 1% agarose gel. (agarose gel) was electrophoresed. In order to prevent PCR error caused by PCR amplification of large genes, SCO3478 gene was divided into two fragments, 900bp and 1500bp, and amplified, respectively. Each of the amplified gene fragments was recovered using an electrophoresis and gel extraction kit (Delbio) and then inserted into pGEM-T easy vector (Promega) to Escherichia coli DH5αF '. Transformed.

SCO3487의 시작코돈(start codon)에서부터 약 900bp의 유전자 단편(단편-I)을 얻기 위해서 아래의 3487-F1와 3487-R1 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였다.PCR was performed using the following 3487-F1 and 3487-R1 primers to obtain a gene fragment (fragment-I) of about 900bp from the start codon of SCO3487.

3487-F1 : 5'- gggaCATATGaccgtgcacaagcgcg -3'(서열번호 2, 26mer)3487-F1: 5'- gggaCATATGaccgtgcacaagcgcg -3 '(SEQ ID NOs: 2, 26mer)

3487-R1 : 5'- gcccgtcgcCTCGAGtcgtggaccg -3'(서열번호 3, 25mer)3487-R1: 5'- gcccgtcgcCTCGAGtcgtggaccg -3 '(SEQ ID NOs: 3, 25mer)

SCO3487의 뒷부분 (약 1500bp)의 유전자 단편(단편-II)을 얻기 위해서 아래의 3487-F2와 3487-R2 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였다. 이 단편은 SCO3487의 종결코돈(stop codon)을 포함한다.PCR was performed using the following 3487-F2 and 3487-R2 primers to obtain the gene fragment (fragment-II) of the back of SCO3487 (about 1500bp). This fragment contains the stop codon of SCO3487.

3487-F2 : 5'- cggtccacgaCTCGAGgcgacgggc -3'(서열번호 4, 25mer)3487-F2: 5'- cggtccacgaCTCGAGgcgacgggc -3 '(SEQ ID NOs: 4, 25mer)

3487-R2 : 5'- gtctctGGATCCgctactccgctgaacgc -3'(서열번호 5, 29mer)
3487-R2: 5'- gtctctGGATCCgctactccgctgaacgc -3 '(SEQ ID NOs: 5, 29mer)

도 2는 대장균 형질전환체로부터 재조합 플라스미드를 분리하여 제한효소 EcoRI 으로 37℃에서 1시간 절단 후 1% 아가로스 겔 (agarose gel)에 전기영동 하여 증폭된 유전자 단편이 삽입되었는지 확인한 예이다. 단편-I가 삽입된 벡터는 pGEM-I으로 명명하였고 단편-II가 삽입된 벡터는 pGEM-II로 명명하였다. 대장균에서의 DNA 조작은 샘브룩크 등의 방법(Sambrook et al., Molecular cloning : a laboratory manual. 2nd Edn. 1989)에 따랐다.
Figure 2 is an example of confirming that the amplified gene fragment was inserted by electrophoresis on 1% agarose gel after cleavage of recombinant plasmid from E. coli transformants at 37 ℃ with restriction enzyme EcoRI for 1 hour. The vector into which fragment-I was inserted was named pGEM-I and the vector into which fragment-II was inserted was named pGEM-II. DNA manipulation in Escherichia coli was followed by Sambrook et al. (Sambrook et al., Molecular cloning: a laboratory manual. 2 nd Edn. 1989).

※ 상기 실시예 1의 PCR 반응조건은 다카라(TAKARA)사의 DNA 중합효소(ExTaq polymerase)를 사용하였고, 상기에 기재된 프라이머 쌍과 주형 DNA를 94℃에서 5분 동안 변성시킨 후, 가. 95℃에서 30초, 나. 63℃에서 30초, 다. 72℃에서 1분간 중합 반응하는 과정(가 ~ 다)을 30회 반복한 다음, 마지막으로 72℃에서 10분간 반응시켰다. 또한 상기 실시예 1에서 제작된 벡터의 삽입 유전자단편 염기서열을 분석하여, PCR error(PCR 오류)가 있는지 확인한 후 PCR 오류가 없는 경우에만 사용하였다.※ The PCR reaction conditions of Example 1 were used by TAKARA DNA Polymerase (ExTaq polymerase), and after denature the primer pair and template DNA described above for 5 minutes at 94 ℃, a. 30 seconds at 95 ° C., b. 30 seconds at 63 ° C .; The procedure of polymerization reaction at 72 ° C. for 1 minute (a ~ d) was repeated 30 times, and finally, the reaction was carried out at 72 ° C. for 10 minutes. In addition, by analyzing the nucleotide sequence of the inserted gene fragment of the vector prepared in Example 1, after checking whether there is a PCR error (PCR error) was used only when there is no PCR error.

실시예 2. SCO3487의 고발현 방선균 벡터 (pUWL201PW-SCO3487)의 제작Example 2. Preparation of high expressing actinomycetes vector (pUWL201PW-SCO3487) of SCO3487

(i) 실시예 1의 pGEM-I 벡터로 제한효소 NdeI과 XhoI을 사용하여 37℃에서 1시간 동안 반응한 후 1% 아가로스 겔에 전기 영동하여 약 900bp의 DNA 제한 단편을 회수하였다.(i) The pGEM-I vector of Example 1 was reacted for 1 hour at 37 ° C. using restriction enzymes NdeI and XhoI, followed by electrophoresis on 1% agarose gel to recover a DNA restriction fragment of about 900 bp.

(ii) 실시예 1의 pGEM-II 벡터를 제한효소 XhoI과 BamHI로 처리하여 아가로스겔에서 전기 영동한 후 약 1500bp의 DNA 제한단편을 회수하였다.(ii) The pGEM-II vector of Example 1 was treated with restriction enzymes XhoI and BamHI, followed by electrophoresis on agarose gel to recover a DNA restriction fragment of about 1500 bp.

(iii) 대장균-방선균 셔틀벡터(E. coli - Streptomyces shuttle vector)인 pUWL201PW를 제한효소 NdeI과 BamHI으로 절단 하여 아가로스 겔에 전기 영동 후 회수하였다.(iii) pUWL201PW, an E. coli-Streptomyces shuttle vector, was digested with restriction enzymes NdeI and BamHI and recovered after electrophoresis on an agarose gel.

상기 (i), (ii), (iii)에서 회수된 DNA 제한단편들을 T4 DNA 접합효소 (ligase)로 16℃에서 6시간이상 처리한 후 대장균에 형질전환하여 재조합 발현 벡터 pUWL201PW-SCO3487를 제작하였다(도 1 참조).DNA restriction fragments recovered in the above (i), (ii), (iii) were treated with T4 DNA ligase at 16 ° C. for 6 hours or more, and transformed into E. coli to prepare a recombinant expression vector pUWL201PW-SCO3487. (See Figure 1).

도 3은 (i)와 (ii)의 DNA 제한단편이 pUWL201PW 발현 벡터에 정확히 삽입되었는지 알아보기 위해서, 대장균 형질전환체로부터 재조합 벡터를 회수하여 세 가지 제한효소 조합(NdeI과 BamHI, NdeI과 XhoI, XhoI과 BamHI)으로 절단한 후 아가로스 겔에 전기영동 하여 확인한 예이다.
Figure 3 shows the recombinant vector from the E. coli transformant to determine whether the DNA restriction fragments of (i) and (ii) were correctly inserted into the pUWL201PW expression vector, and the three restriction enzyme combinations (NdeI and BamHI, NdeI and XhoI, XhoI and BamHI) are the examples of electrophoresis on agarose gel.

본 발명에서 사용된 pUWL201PW (Doumith et al., 2000, Molecular General Genetics)는 대장균-방선균 셔틀벡터로서 유전자 조작이 어려운 방선균 대신 대장균에서 유전자 조작을 수행할 수 있는 장점이 있으며, 방선균 세포내에서 염색체 DNA 대비 높은 카피 수를 유지하는 고성능 방선균용 발현 벡터로서 사용되고 있다.PUWL201PW (Doumith et al., 2000, Molecular General Genetics) used in the present invention is an E. coli-actinomycete shuttle vector, which has the advantage of performing genetic manipulations in E. coli instead of the actinomycetes, which are difficult to genetically manipulate, and chromosomal DNA in actinomycetes cells. It is used as an expression vector for high performance actinomycetes that maintains a high copy number.

실시예 3. 재조합 벡터를 도입한 SCO3487 고발현 방선균 형질전환체의 제작Example 3 Preparation of SCO3487 High Expression Actinomycetes Transformant Incorporating Recombinant Vector

제작된 pUWL201PW-SCO3487은 스트렙토마이세스 리비단스(Streptomyces lividans) TK24 균주에 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol, PEG)을 사용한 키저 등의 방법(Kieser et al., 2000, Practical Streptomyces genetics, A laboratory manual)에 따라서 형질전환 하였다. 형질전환체는 항생제 티오스트렙톤(thiostrepton, 시그마-알드리치)으로 오버레이(overlay)하여 선별하였고, 항생제에 내성을 보이는 50개의 콜로니를 동일한 항생제가 함유된 새로운 R2YE 고체배지에 계대하여 28℃에서 배양하였다. 50개의 형질전환체 중에서 10개의 형질전환체를 R2YE 액체배지에 접종하고 진탕 배양하여 원심분리 한 후 균체만을 회수하였다. 회수된 균체로부터 플라스미드 DNA(plasmid DNA)를 키저 등의 방법으로 추출하고, 아가로스 겔에 전기영동하여 확인하였다. 대조군으로는 pUWL201PW 벡터로 형질전환한 균주를 사용하였다.
PUWL201PW-SCO3487 was prepared according to the method of Keizer et al. (Kieser et al., 2000, Practical Streptomyces genetics, A laboratory manual) using Streptomyces lividans TK24 strain to polyethylene glycol (PEG). Transformed. Transformants were selected by overlaying with antibiotic thiostrepton (Sigma-Aldrich) and 50 colonies resistant to antibiotics were passaged at 28 ° C. on new R2YE solid media containing the same antibiotics. . Of the 50 transformants, 10 transformants were inoculated into R2YE liquid medium, shaken and cultured, and centrifuged to recover only the cells. Plasmid DNA (plasmid DNA) was extracted from the recovered cells by a method such as Kidizer and confirmed by electrophoresis on an agarose gel. As a control, a strain transformed with the pUWL201PW vector was used.

실시예 4. 방선균 형질전환체의 분석Example 4 Analysis of Actinomycetes Transformants

(i) 방선균 형질전환체를 R2YE 고체배지에 날짜별로 접종하여 배양한 후 루골 요오드 용액(Lugol's Iodine solution)을 이용하여 염색하였고, 70% 에탄올 용액으로 탈염색하여 콜로니 주변의 한천(agar)이 분해되는 것을 확인하였다 (Widdick et al., 2006, Proc. Natl. Acad. Sci. USA).(i) Actinomycetes transformants were inoculated into R2YE solid medium by day, incubated, and stained using Lugol's Iodine solution, and destained with 70% ethanol solution to decompose agars around colonies. (Widdick et al., 2006, Proc. Natl. Acad. Sci. USA).

그 결과, pUWL201PW-SCO3487이 도입된 방선균 형질전환체의 콜로니 주변에는 아가레즈 활성이 관찰된 반면에 대조군으로 사용된 벡터만 도입된 형질전환체의 콜로니 주변에는 아가레즈 활성이 관찰되지 않았다 (도 4 참조).As a result, agarase activity was observed around the colonies of the actinomycetes transformants into which pUWL201PW-SCO3487 was introduced, while no agarase activity was observed around the colonies of the transformants into which only the vector used as a control was introduced (FIG. 4). Reference).

(ii) 방선균 형질전환체를 R2YE 액체배지에서 7일간 진탕 배양하면서 매일 5㎖씩 채취하여 15,000rpm으로 10분간 원심분리 한 후 균체는 버리고 배양액만을 취하였다. 균체가 제거된 배양액 1㎖에 100% 트리클로로아세테이트(Trichloroacetic acid) 용액 100㎕를 첨가하여 섞고 얼음에 30분간 방치한 후, 15,000rpm으로 10분간 원심 분리하여 상등액을 버리고 단백질 펠렛(pellet)을 회수하였다. 단백질 펠렛에 에탄올-에테르 용액(Ethanol : Ether = 1 : 1) 700㎕를 첨가한 후 15,000rpm으로 5분간 원심 분리하여 씻어주고, 단백질 펠렛을 남기고 상등액을 제거하였다. 에탄올-에테르 용액이 완전히 제거되도록 상온에서 말린 후 인산 완충 용액에 현탁하였다. 아가레즈의 발현양상을 확인하기 위해 농축된 단백질들을 SDS(sodium dodecyl sulfate)-10% 폴리아크릴아마이드 겔(Polyacrylamide gel)에 전기 영동하여 확인하였다.(ii) The actinomycetes transformants were harvested by shaking culture for 7 days in a liquid medium of R2YE for 7 days, centrifuged at 15,000 rpm for 10 minutes, and the cells were discarded and cultured only. Add 100 µl of 100% Trichloroacetic acid solution to 1 ml of the culture medium from which the cells were removed, mix, leave for 30 minutes on ice, and centrifuge at 15,000 rpm for 10 minutes to discard the supernatant and recover protein pellets. It was. 700 μl of ethanol-ether solution (Ethanol: Ether = 1: 1) was added to the protein pellet, and then washed by centrifugation at 15,000 rpm for 5 minutes, leaving the protein pellet and removing the supernatant. After drying at room temperature to completely remove the ethanol-ether solution was suspended in phosphate buffer solution. Concentrated proteins were identified by electrophoresis on SDS (sodium dodecyl sulfate) -10% polyacrylamide gel to confirm agarez expression.

그 결과, 벡터만 도입된 형질전환체의 배양액에서는 단백질 밴드가 관찰되지 않은 반면에, pUWL201PW-SCO3487이 도입된 형질전환체의 배양액에서는 약 88KDa의 과발현된 SCO3487 단백질 밴드가 관찰되었다. 과발현된 SCO3487 단백질은 배양 1일째 가장 많은 양이 발현되고, 배양후기로 갈수록 발현량이 점차 감소되어 배양 7일째는 발현되지 않는 것으로 관찰되었다(도 5 참조). As a result, a protein band was not observed in the culture medium of the transformant into which only the vector was introduced, whereas an overexpressed SCO3487 protein band of about 88 KDa was observed in the culture medium of the transformant into which the pUWL201PW-SCO3487 was introduced. The overexpressed SCO3487 protein was most expressed on the first day of cultivation, and the expression was gradually decreased toward the late cultivation, which resulted in no expression on the seventh day of cultivation (see FIG. 5).

실시예 5. 방선균 형질전환체로부터 재조합 SCO3487 단백질의 정제Example 5 Purification of Recombinant SCO3487 Protein from Actinomycetes Transformants

형질전환체를 1ℓ의 R2YE 액체배지에서 24시간 진탕 배양한 다음 16,000rpm에서 15분간 원심분리하여 균체를 제거하고 배양액만을 회수하였다. 회수된 배양액에 최종 농도가 75%가 되도록 황산암모늄(ammonium sulfate)을 천천히 첨가하고 16,000rpm에서 60분간 원심분리하여 단백질 침전을 유도하였다. 침전된 단백질을 20mM Tris-Cl[pH8.0] 버퍼로 용출하였고, 동일한 버퍼를 사용하여 16시간 동안 투석을 실시한 다음 30KDa 컷오프(cut off) 초미세필터(Ultrafilter, 사토리우스사)를 이용하여 단백질을 20배 농축하였다. 100㎕의 농축액을 Superdex G200 컬럼(column)을 사용한 겔 여과를 실시하여 정제하였다. 정제된 단백질은 SDS-10% 폴리아크릴아마이드 겔에 전기 영동하여 확인하였다.The transformants were shaken for 24 hours in a 1 L R2YE liquid medium and then centrifuged at 16,000 rpm for 15 minutes to remove the cells and only the culture solution was recovered. Ammonium sulfate was slowly added to the recovered culture so that the final concentration was 75% and centrifuged at 16,000 rpm for 60 minutes to induce protein precipitation. The precipitated protein was eluted with 20 mM Tris-Cl [pH 8.0] buffer, dialyzed for 16 hours using the same buffer, and then protein was purified using a 30 KDa cut off ultrafilter (Satorius). Was concentrated 20 times. 100 μl of the concentrate was purified by gel filtration using a Superdex G200 column. Purified protein was confirmed by electrophoresis on SDS-10% polyacrylamide gel.

그 결과, 형질전환체의 배양액으로 과분비된 SCO3487 단백질은 겔 여과법으로 정제되어 단일 단백질로 확보되었다(도 6 참조).As a result, the SCO3487 protein hypersecreted into the culture medium of the transformant was purified by gel filtration to obtain a single protein (see FIG. 6).

실시예 6. 정제된 SCO3487 단백질의 특성 분석Example 6. Characterization of Purified SCO3487 Protein

정제된 SCO3487 단백질을 대상으로 두 종류의 발색기질 p-Nitrophenyl-α-D-galactopyranoside(pNPαGal)와 p-Nitrophenyl-β-D-galactopyranoside(pNPβGal)을 이용하여 효소활성을 측정하였다. 효소반응은 40℃에서 24시간 동안 수행되었으며 가수분해된 기질의 발색 정도는 420nm에서 측정하였다.Enzymatic activity was measured using two types of chromogenic substrates p-Nitrophenyl-α-D-galactopyranoside (pNPαGal) and p-Nitrophenyl-β-D-galactopyranoside (pNPβGal) on purified SCO3487 protein. The enzymatic reaction was performed at 40 ° C. for 24 hours, and the color development of the hydrolyzed substrate was measured at 420 nm.

그 결과, pNPαGal을 기질로 사용하였을 때는 효소 역가가 측정되지 않은 반면 pNPβGal을 기질로 하는 효소반응에서는 높은 효소활성이 측정되었다(도 7 참조).As a result, enzyme activity was not measured when pNPαGal was used as a substrate, whereas high enzyme activity was measured in an enzyme reaction using pNPβGal as a substrate (see FIG. 7).

효소 반응을 위한 최적 pH 조건을 알아보기 위해서, pH 5.0 부터 pH 11.0까지 다양한 pH 조건하에서 pNPβGal을 기질로 하는 효소반응 후 활성을 측정하였다. SCO33487은 pH 7.0의 중성조건에서 가장 높은 활성을 보이는 것으로 관찰되었다(도 8 참조).In order to determine the optimal pH conditions for the enzyme reaction, the activity after the enzyme reaction with pNPβGal as a substrate was measured under various pH conditions from pH 5.0 to pH 11.0. SCO33487 was observed to show the highest activity in neutral conditions of pH 7.0 (see Figure 8).

pH 7.0의 중성조건하에서 20℃부터 70℃까지 온도별 효소활성 측정에서는 40℃의 온도조건에서 가장 높은 효소활성이 관찰되었다. 그리고 SCO3487 단백질을 각 온도(20 ~ 70℃)에서 1시간 방치한 후 효소활성을 측정하였을 때, 20 ~ 40℃에서 방치한 경우에는 효소활성이 유지되는 반면 50℃의 조건에서는 약 10% 정도 실활하였고 그 이상의 온도(60 ~ 70℃)의 조건에서는 80 ~ 90%정도 실활하였다(도 9 참조). The highest enzyme activity was observed at the temperature condition of 40 ° C in the enzyme activity measurement at 20 ° C to 70 ° C under neutral condition of pH 7.0. When enzyme activity was measured after 1 hour of SCO3487 protein at each temperature (20 ~ 70 ℃), enzyme activity is maintained when left at 20 ~ 40 ℃ while deactivation of about 10% at 50 ℃ And it was inactivated by about 80 to 90% at the temperature (60 ~ 70 ℃) condition (see Fig. 9).

실시예 7. SCO3487에 의한 아가로스(agarose)의 가수분해산물 분석Example 7 Analysis of Hydrolysates of Agarose by SCO3487

아가로스를 기질로하여 pH 7과 40℃의 조건에서 효소반응 후 반응산물을 박층크로마토그래피(Thin layer chromatography)를 수행하여 가수분해산물을 분석하였다. 실리카 겔 60(Silica gel 60)을 고정상으로 사용하고 부탄올-아세트산-물(n-butanol-acetic acid-H2O = 2:1:1) 혼합액으로 반응물을 이동시켜 분리하였다. 분리된 가수분해산물은 10% 황산용액(H2SO4:EtOH = 1:9)으로 발색반응을 유도하고 고온 처리하여 관찰하였다. 최종분해산물은 100% 메탄올(Methanol) 용액으로 추출하여 Direct-Mass 및 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance, NMR) 분석을 의뢰하였다(도 10 참조). 표준물질(Standard)로는 시그마사로부터 구입한 베타-아가레즈(β-agarase)와 아가로스의 반응물, 시그마사로부터 구입한 갈락토스(galactose), 갈락토비오스(galactobiose), 갈락토테트라오스(galactotetraose)를 사용하였다.Using agarose as a substrate, after the enzymatic reaction at pH 7 and 40 ° C, the reaction product was subjected to thin layer chromatography to analyze the hydrolyzate. Silica gel 60 was used as the stationary phase and the reaction was separated by transferring the reaction mixture to a butanol-acetic acid-H 2 O = 2: 1: 1 mixture. The separated hydrolyzate was observed by inducing a color reaction with 10% sulfuric acid solution (H 2 SO 4 : EtOH = 1: 9) and treating it at high temperature. The final degradation product was extracted with 100% methanol solution and commissioned for direct-mass and nuclear magnetic resonance (NMR) analysis (see FIG. 10). Standards include the reaction of beta-agarase and agarose from Sigma, galactose, galactobiose and galactotetraose from Sigma. Was used.

추출된 최종분해산물의 Direct-Mass 결과, 네오아가로비오스(Neoagarobiose) 또는 아가로비오스(agarobiose)로 추정되는 324.1045의 분자량을 갖는 물질이 확인되었고, 핵자기공명 분석을 통하여 네오아가로비오스임을 확인하였다(도 11 및 도 12 참조).Direct-Mass results of the extracted final degradation product confirmed that the material having a molecular weight of 324.1045, which is estimated to be neoagarobiose or agarobiose, was identified as neoagarobiose by nuclear magnetic resonance analysis. (See FIGS. 11 and 12).

그 결과, SCO3487은 아가로스를 기질로하여 최종분해산물로 네오아가로비오스를 생성하는 베타-아가레즈(β-agarase)로 판명되었다.As a result, SCO3487 turned out to be beta-agarase, which produces neoagarobiose as a final degradation product using agarose as a substrate.

<110> Myongji University Industry and Academia Cooperation Foundation <120> Agarase expression vector, transgenic organism transformed with the same vector and method for the production of agarase using the same transgenic organism <160> 5 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 2397 <212> DNA <213> Streptomyces coelicolor A3(2) <400> 1 atgaccgtgc acaagcgcgc ttgcaccact ccgccgccgc gagccagcag gtcgttccgc 60 gtgaggtggc ctgtcctgat agcggccgcc tgcgccgggt tagtcctggc gaccaccagc 120 cctccggccg tcgcggccgg cgctcatgac ctcggcgacg agaccatgct ctacgacttc 180 caggacggcc tggtaccggc cgaggtcggc ccgtaccagg cgaagacgac aatcgtcggt 240 cgcggcgaca agaagctccg ggtcgatttc caggcccgga agaactacta ctcctcgttc 300 tccgtacgcc ccgagcccgt gtggaactgg tcggcggagg agtccgagtc gctcggcatc 360 gcgatggagc tcacgaaccc gagcgaccgc tccgtccagc tcacgatcga tctggagagc 420 tcgaccggcg tcgccacccg cagtgtcaac gtcccggccg gcggcggtgg cacgtactac 480 ttcgacgtcg acagccccgc gctccaccgc gacaccgggc tgcgcgccga tccgtcctgg 540 ctcgcggaca aggacgtcac ctctgcggtc tggatgtggg gctccaagga gacggacacg 600 agccgcatca gccagctgaa cttctacgtc gccggcctgc tgcacgaccg gtcggtcatc 660 gtggacgaca tccgcgtcgt ccgtgacgcg ccggcagacc ccgattacct caagggcctg 720 gtcgacgcct tcggtcagaa caacaaggtc gactacaagg gaaaggtctc caggacgtcg 780 gagattcttc ggcagcgcgc tgccgaagcc aaggaccttc gcaggcatcc ggttccggag 840 gaccggtcca ggtacggcgg ctggctgaac ggtccacgac tcgaggcgac gggcaacttc 900 cgcgtggaga agtaccaggg gcggtggacc ctggtggacc ctgacggcta cctgttcttc 960 tcaaccggca tcgacaacgc ccgcatgttc gactccccaa ccacgacggg ttacgacttc 1020 gaccatgacg cgatccagga gctgccgccc cccagcctga cggccggcgg ccccgaggac 1080 ctcaaccgcg tccagaagtc ggcgctgccg acccgcacga agatgtccga aacccgcgcc 1140 gacctcttca gcaagttgcc caagtaccgc acccgcgcgg gcgagggctt cggttacgcc 1200 cccgacaccc tggccggtcc cgtcgcgcag ggcgagacct acagcttcta caaggcgaac 1260 gtcgcccgga agtaccccgg cagcaactac atggagcggt ggcgggacaa cacggtcgac 1320 cggatgctca gctggggctt cacctccttc ggcaactgga ccgacccgga gatgtacgac 1380 aacgaccgta tcccgtactt cgcccacggc tggatcaagg gcgacttcaa gacggtgagc 1440 accggccagg actactgggg cccgatgccg gacccgttcg accccgcgtt ctccgacgcc 1500 gcagccagaa ccgcgcgagc agtcgccgac gaggtcgcgg acagcccgtt ggcgatcggc 1560 gtattcatgg acaacgaact gagctggggc aacgccggca gtttcagcac ccgttacggc 1620 gtcgtcatcg acaccatgtc acgtgacgcg gcagagagcc ccaccaagtc ggcgttctcc 1680 gacgaactgg aggagaagta cgggaccatc gacgctctca acgccgcgtg gcagacgaca 1740 gttccgtcat gggaggcact ccgtagcggc agtgccgacc tcggctccga cgagaccgcg 1800 aaggagtccg actactccgc gctcatgacg ctctacgcca ctcagtactt caagacggtc 1860 gacgccgagc tcgacaaggt catgccggac catctctacg cgggttcgag gttcgccagc 1920 tggggccgca caccggaggt cgtcgaggca gcgagcaagt acgtcgacat catgagctac 1980 aacgagtacc gcgagggact gcacccgagc gagtgggcgt ttctcgaaga gctcgacaag 2040 cccagcctca tcggtgagtt ccacatggga acgaccacta ccgggcagcc gcatccgggt 2100 ctcgtctcgg cgggaacgca ggccgagcgg gcacggatgt acgccgagta catggaacag 2160 ctcatcgaca acccgtacat ggtgggcggc cactggttcc agtatgccga ctcgcccgtg 2220 actggcagag cactcgacgg ggagaactac aacattggct tcgtctccgt cacggaccgt 2280 ccctacccgg agatcgtcgc cgctgcccgc gacgtgaacc agcgtctcta tgaccgccga 2340 tacggcaacc tggccacggc cgagggacat tacaccggtc ggcgttcagc ggagtag 2397 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3487-F1 primer <400> 2 gggacatatg accgtgcaca agcgcg 26 <210> 3 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3487-R1 primer <400> 3 gcccgtcgcc tcgagtcgtg gaccg 25 <210> 4 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3487-F2 primer <400> 4 cggtccacga ctcgaggcga cgggc 25 <210> 5 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3487-R2 primer <400> 5 gtctctggat ccgctactcc gctgaacgc 29 <110> Myongji University Industry and Academia Cooperation Foundation <120> Agarase expression vector, transgenic organism transformed with          the same vector and method for the production of agarase using          the same transgenic organism <160> 5 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 2397 <212> DNA <213> Streptomyces coelicolor A3 (2) <400> 1 atgaccgtgc acaagcgcgc ttgcaccact ccgccgccgc gagccagcag gtcgttccgc 60 gtgaggtggc ctgtcctgat agcggccgcc tgcgccgggt tagtcctggc gaccaccagc 120 cctccggccg tcgcggccgg cgctcatgac ctcggcgacg agaccatgct ctacgacttc 180 caggacggcc tggtaccggc cgaggtcggc ccgtaccagg cgaagacgac aatcgtcggt 240 cgcggcgaca agaagctccg ggtcgatttc caggcccgga agaactacta ctcctcgttc 300 tccgtacgcc ccgagcccgt gtggaactgg tcggcggagg agtccgagtc gctcggcatc 360 gcgatggagc tcacgaaccc gagcgaccgc tccgtccagc tcacgatcga tctggagagc 420 tcgaccggcg tcgccacccg cagtgtcaac gtcccggccg gcggcggtgg cacgtactac 480 ttcgacgtcg acagccccgc gctccaccgc gacaccgggc tgcgcgccga tccgtcctgg 540 ctcgcggaca aggacgtcac ctctgcggtc tggatgtggg gctccaagga gacggacacg 600 agccgcatca gccagctgaa cttctacgtc gccggcctgc tgcacgaccg gtcggtcatc 660 gtggacgaca tccgcgtcgt ccgtgacgcg ccggcagacc ccgattacct caagggcctg 720 gtcgacgcct tcggtcagaa caacaaggtc gactacaagg gaaaggtctc caggacgtcg 780 gagattcttc ggcagcgcgc tgccgaagcc aaggaccttc gcaggcatcc ggttccggag 840 gaccggtcca ggtacggcgg ctggctgaac ggtccacgac tcgaggcgac gggcaacttc 900 cgcgtggaga agtaccaggg gcggtggacc ctggtggacc ctgacggcta cctgttcttc 960 tcaaccggca tcgacaacgc ccgcatgttc gactccccaa ccacgacggg ttacgacttc 1020 gaccatgacg cgatccagga gctgccgccc cccagcctga cggccggcgg ccccgaggac 1080 ctcaaccgcg tccagaagtc ggcgctgccg acccgcacga agatgtccga aacccgcgcc 1140 gacctcttca gcaagttgcc caagtaccgc acccgcgcgg gcgagggctt cggttacgcc 1200 cccgacaccc tggccggtcc cgtcgcgcag ggcgagacct acagcttcta caaggcgaac 1260 gtcgcccgga agtaccccgg cagcaactac atggagcggt ggcgggacaa cacggtcgac 1320 cggatgctca gctggggctt cacctccttc ggcaactgga ccgacccgga gatgtacgac 1380 aacgaccgta tcccgtactt cgcccacggc tggatcaagg gcgacttcaa gacggtgagc 1440 accggccagg actactgggg cccgatgccg gacccgttcg accccgcgtt ctccgacgcc 1500 gcagccagaa ccgcgcgagc agtcgccgac gaggtcgcgg acagcccgtt ggcgatcggc 1560 gtattcatgg acaacgaact gagctggggc aacgccggca gtttcagcac ccgttacggc 1620 gtcgtcatcg acaccatgtc acgtgacgcg gcagagagcc ccaccaagtc ggcgttctcc 1680 gacgaactgg aggagaagta cgggaccatc gacgctctca acgccgcgtg gcagacgaca 1740 gttccgtcat gggaggcact ccgtagcggc agtgccgacc tcggctccga cgagaccgcg 1800 aaggagtccg actactccgc gctcatgacg ctctacgcca ctcagtactt caagacggtc 1860 gacgccgagc tcgacaaggt catgccggac catctctacg cgggttcgag gttcgccagc 1920 tggggccgca caccggaggt cgtcgaggca gcgagcaagt acgtcgacat catgagctac 1980 aacgagtacc gcgagggact gcacccgagc gagtgggcgt ttctcgaaga gctcgacaag 2040 cccagcctca tcggtgagtt ccacatggga acgaccacta ccgggcagcc gcatccgggt 2100 ctcgtctcgg cgggaacgca ggccgagcgg gcacggatgt acgccgagta catggaacag 2160 ctcatcgaca acccgtacat ggtgggcggc cactggttcc agtatgccga ctcgcccgtg 2220 actggcagag cactcgacgg ggagaactac aacattggct tcgtctccgt cacggaccgt 2280 ccctacccgg agatcgtcgc cgctgcccgc gacgtgaacc agcgtctcta tgaccgccga 2340 tacggcaacc tggccacggc cgagggacat tacaccggtc ggcgttcagc ggagtag 2397 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3487-F1 primer <400> 2 gggacatatg accgtgcaca agcgcg 26 <210> 3 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3487-R1 primer <400> 3 gcccgtcgcc tcgagtcgtg gaccg 25 <210> 4 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3487-F2 primer <400> 4 cggtccacga ctcgaggcga cgggc 25 <210> 5 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 3487-R2 primer <400> 5 gtctctggat ccgctactcc gctgaacgc 29

Claims (23)

스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)로부터 유래하는 SCO3487 유전자를 포함하며, 상기 SCO3487 유전자의 전사가 ermE 프로모터에 의하여 조절되고, 방선균에서 복제가 가능한 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈의 발현 벡터.It contains the SCO3487 gene derived from Streptomyces coelicolor A3 (2), the transcription of the SCO3487 gene is regulated by the ermE promoter, characterized in that for the production of neoagarobiose Expression Vector of Beta-Agares. 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 발현 벡터는 도 1의 pUWL201PW-SCO3487으로 표시되는 것을 특징으로 하는 발현 벡터.The expression vector of claim 1, wherein the expression vector is represented by pUWL201PW-SCO3487 of FIG. 1. 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)로부터 유래하는 SCO3487 유전자를 포함하며, 상기 SCO3487 유전자의 전사가 ermE 프로모터에 의하여 조절되고, 방선균에서 복제가 가능한 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈의 발현 벡터;로 형질전환되어 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈를 생산하는 방선균 형질전환체.It contains the SCO3487 gene derived from Streptomyces coelicolor A3 (2), the transcription of the SCO3487 gene is regulated by the ermE promoter, characterized in that for the production of neoagarobiose Actinomycetes transformants that are transformed with an expression vector of beta-agarese to produce beta-agarese for neoagarobiose production. 삭제delete 제 4항에 있어서, 상기 발현 벡터는 도 1의 pUWL201PW-SCO3487으로 표시되는 것을 특징으로 하는 방선균 형질전환체.The actinomycete transformant of claim 4, wherein the expression vector is represented by pUWL201PW-SCO3487 of FIG. 1. 제 4항에 있어서, 상기 형질전환체의 숙주가 스트렙토마이세스 리비던스인 것을 특징으로 하는 방선균 형질전환체.5. The actinomycete transformant according to claim 4, wherein the host of the transformant is Streptomyces revidance. 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)로부터 유래하는 SCO3487 유전자를 포함하며, 상기 SCO3487 유전자의 전사가 ermE 프로모터에 의하여 조절되고, 방선균에서 복제가 가능한 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈의 발현 벡터;로 형질전환되어 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈를 생산하는 방선균 형질전환체;를 배양하는 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈 제조방법.It contains the SCO3487 gene derived from Streptomyces coelicolor A3 (2), the transcription of the SCO3487 gene is regulated by the ermE promoter, characterized in that for the production of neoagarobiose A method for producing beta-agarase for neoagarobiose, characterized by culturing; an actinomycete transformant transformed with a beta-agarase expression vector to produce beta-agarase for neoagarobiose production. 삭제delete 제 8항에 있어서, 상기 발현 벡터는 도 1의 pUWL201PW-SCO3487으로 표시되는 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈 제조방법.The method of claim 8, wherein the expression vector is pUWL201PW-SCO3487 of FIG. 1. 제 8항에 있어서, 상기 형질전환체의 숙주가 스트렙토마이세스 리비던스인 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈 제조방법.The method of claim 8, wherein the host of the transformant is Streptomyces revidance. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 스트렙토마이세스 시리칼라(Streptomyces coelicolor) A3(2)로부터 유래하는 SCO3487 유전자를 포함하며, 상기 SCO3487 유전자의 전사가 ermE 프로모터에 의하여 조절되고, 방선균에서 복제가 가능한 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈의 발현 벡터;로 형질전환되어 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈를 생산하는 방선균 형질전환체;를 배양하여 제조되는 네오아가로비오스 생산용 베타-아가레즈를 아가로스와 pH 6 내지 8 및 30 내지 45℃에서 반응하는 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 제조방법.It contains the SCO3487 gene derived from Streptomyces coelicolor A3 (2), the transcription of the SCO3487 gene is regulated by the ermE promoter, characterized in that for the production of neoagarobiose Beta-agarese expression vector; actinomycete transformant transformed with beta-agarese for neoagarobiose production; Neoagarobis manufacturing method characterized in that the reaction at 6 to 8 and 30 to 45 ℃. 삭제delete 제 16항에 있어서, 상기 발현 벡터는 도 1의 pUWL201PW-SCO3487으로 표시되는 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 제조방법.18. The method of claim 16, wherein the expression vector is represented by pUWL201PW-SCO3487 of FIG. 제 16항에 있어서, 상기 형질전환체의 숙주가 스트렙토마이세스 리비던스인 것을 특징으로 하는 네오아가로비오스 제조방법.17. The method of claim 16, wherein the host of the transformant is Streptomyces revidance. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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