KR101282331B1 - Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof - Google Patents

Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof Download PDF

Info

Publication number
KR101282331B1
KR101282331B1 KR1020100075594A KR20100075594A KR101282331B1 KR 101282331 B1 KR101282331 B1 KR 101282331B1 KR 1020100075594 A KR1020100075594 A KR 1020100075594A KR 20100075594 A KR20100075594 A KR 20100075594A KR 101282331 B1 KR101282331 B1 KR 101282331B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ribose
phosphate isomerase
mutant
allose
enzyme
Prior art date
Application number
KR1020100075594A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120013554A (en
Inventor
오덕근
염수진
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 산학협력단 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Priority to KR1020100075594A priority Critical patent/KR101282331B1/en
Publication of KR20120013554A publication Critical patent/KR20120013554A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101282331B1 publication Critical patent/KR101282331B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/90Isomerases (5.)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02Monosaccharides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P19/00Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/24Preparation of compounds containing saccharide radicals produced by the action of an isomerase, e.g. fructose
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y503/00Intramolecular oxidoreductases (5.3)
    • C12Y503/01Intramolecular oxidoreductases (5.3) interconverting aldoses and ketoses (5.3.1)
    • C12Y503/01006Ribose-5-phosphate isomerase (5.3.1.6)

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)

Abstract

본 발명은 신규한 라이보스-5-인산 이성화효소(ribose-5-phosphate isomerase) 또는 그 돌연변이체 효소 및 그 효소를 이용한 디-알로스를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 라이보스-5-인산 이성화효소 또는 그 돌연변이체 효소 그리고 그 해당 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터, 이로 형질전환된 미생물 및 이들을 이용하여 라이보스-5-인산 이성화효소 돌연변이체를 대량으로 얻는 제조방법과 상기 라이보스-5-인산 이성화효소 또는 그 돌연변이체를 이용하여 디-알로스를 고수율로 얻는 생산방법에 관한 것이다. The present invention relates to a novel ribose-5-phosphate isomerase or a mutant enzyme thereof and a method for producing di-allose using the enzyme, and more specifically, to ribose-5-phosphate isomerase. Recombinant expression vector containing 5-phosphate isomerase or its mutant enzyme and its gene, microorganism transformed therefrom and a method for producing a large amount of ribose-5-phosphate isomerase mutant using them and the ribose It relates to a production method for obtaining di-allose in high yield using -5-phosphate isomerase or a mutant thereof.

Description

신규한 라이보스-6-인산 이성화효소 또는 그 돌연변이체에 의한 알로스 생산 {Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof}Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant according to novel ribose-6-phosphate isomerase or a mutant thereof

본 발명은 신규한 라이보스-5-인산 이성화효소 (ribose-5-phosphate isomerase) 또는 그 돌연변이체 효소 및 그 효소를 이용한 디-알로스를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 라이보스-5-인산 이성화효소 또는 그 돌연변이체 효소 그리고 그 해당 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터, 이로 형질전환된 미생물 및 이들을 이용하여 라이보스-5-인산 이성화효소 또는 그 돌연변이체를 대량으로 얻는 제조방법과 상기 라이보스-5-인산 이성화효소 또는 그 돌연변이체를 이용하여 디-알로스를 고수율로 얻는 생산방법에 관한 것이다. The present invention relates to a novel ribose-5-phosphate isomerase or a mutant enzyme thereof and a method for preparing di-allose using the enzyme, and more specifically, ribose-5-phosphate isomerase. A recombinant expression vector comprising a 5-phosphate isomerase or a mutant enzyme thereof and a gene thereof, a microorganism transformed therefrom, and a method for producing a large amount of ribose-5-phosphate isomerase or a mutant thereof using the same; The present invention relates to a production method for obtaining di-allose in high yield using ribose-5-phosphate isomerase or a mutant thereof.

알로스 (allose)는 포도당 (D-glucose)의 3번 탄소 에피머 (epimer)로서, 사이코스 (psocose)의 이성질체인 희소성 단당류로 알려져 있다. 이러한 알로스는 암세포의 증식의 저해하는 특성을 가지기 때문에 항암물질로 사용되고, 허혈작용으로 인한 장기 손상을 억제하는 기능도 가지기 때문에 장기보존액으로도 사용될 수 있다. 또한, 알로스는 분절된 호중성 백혈구의 형성을 억제할 수 있을 뿐만 아니라 혈소판의 감소도 억제하는 기능을 나타내는 것으로 보고되어 있다. 따라서, 알로스는 현재 의학적으로 매우 주목을 받는 희소성 당류 중 하나이다 (Hossain, M. A., Izuishi, K., and H., Maeta. 2003, J. Hepatobiliary Pancreat Surg., 10: 218225.; Hossain, M. A., Izuishi, K., Tokuda, M., Izumori, K., and H. Maeta. 2004, J. Hepatobiliary Pancreat Surg., 11: 181189.; Hossain, M. A., Wakabayashi, H., Izuishi, K., Okano, K., Yachida, S., Tokuda, M., Izumori, K., and H., Maeta. 2006, J. Biosci . Bioeng., 101: 369371.)Allose is the third carbon epimer of glucose (D-glucose) and is known as a rare monosaccharide which is an isomer of psocose. Such allose is used as an anticancer substance because it has a property of inhibiting the proliferation of cancer cells, and may also be used as a long-term preservative because it also has a function of inhibiting organ damage caused by ischemic action. In addition, allose is reported to exhibit the function of inhibiting the formation of segmented neutrophil leukocytes as well as inhibiting platelet reduction. Thus, allose is one of the rare saccharides currently of great medical attention (Hossain, MA, Izuishi, K., and H., Maeta. 2003, J. Hepatobiliary Pancreat Surg ., 10: 218225 .; Hossain, MA, Izuishi, K., Tokuda, M., Izumori, K., and H. Maeta. 2004, J. Hepatobiliary Pancreat Surg ., 11: 181189 .; Hossain, MA, Wakabayashi, H., Izuishi, K., Okano, K., Yachida, S., Tokuda, M., Izumori, K., and H., Maeta. 2006, J. Biosci . Bioeng ., 101: 369371.)

이와 같이 알로스는 의약 산업 분야에서 높은 이용 가치가 있음에도 불구하고, 자연계에는 극히 미량만이 존재하기 때문에 효과적으로 의약적 응용 분야에 공급되기 위해서는 알로스를 충분한 양으로 확보하는 것이 필요하다. 또한 지금까지 알로스는 주로 화학적인 합성 방법에 의해서만 생산되어 왔다. 그러나 알로스의 화학적 합성 방법은 그 생산 과정에 있어 여러 가지 심각한 문제점을 가진다. 실제로 고온 및 고압을 요구하는 작업 환경상의 위험성, 화학적 반응 후 부가적인 당류의 생성, 이로 인한 복잡한 알로스의 분리 및 정제 과정 그리고 이 과정에서 생성되는 화학적 폐기물로 인한 환경 오염 문제 등이 유발되고 있다. Although allos is highly valuable in the pharmaceutical industry, there is only a very small amount in the natural world, so it is necessary to secure a sufficient amount of allos to be effectively supplied to the medical application. In addition, until now, allose has been produced mainly by chemical synthesis. However, the chemical synthesis of allose has several serious problems in its production process. Indeed, there are risks in the working environment that require high temperatures and pressures, the formation of additional sugars after chemical reactions, the resulting separation and purification of complex allos, and environmental pollution from the chemical wastes generated.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 특정 당류를 환경 친화적이고 특이성은 높게 대량 생산할 수 있는 방법으로서 미생물이 생산하는 효소를 이용하여 생물학적으로 알로스를 고수율로 얻는 생산 방법이 최근에 주목을 받으며 시도되어 왔다. 구체적으로, 일본 카가와 대학의 이즈모리 그룹에서 알로스의 생물학적인 생산 방법을 연구한 바 있었다. 여기서는 슈도모나스 슈체리 (Pseudomonas stutzeri) 균주로부터 유래한 람노스 이성화효소 (L-rhamnose isomerase)를 사용하여 사이코스로부터 처음 알로스를 생산하여 보고하였다. 그러나 이 람노스 이성화효소는 알로스 생산 시 부산물로 다량의 알트로스 (D-altrose)도 함께 생성시키므로, 이 과정에서 금속 이온을 첨가해야 하는 단점이 있었다.In order to solve this problem, a production method for obtaining a high yield of biologically high allose using an enzyme produced by a microorganism as a method capable of producing a large amount of specific sugars with high environmental friendliness and specificity has been recently attempted. come. Specifically, the Izumori group of Kagawa University, Japan, studied the biological production method of allos. Here we report for the first time to produce seen from Los psicose using Pseudomonas shoe cherry (Pseudomonas stutzeri) a rhamnose isomerase (L-rhamnose isomerase) derived from the strain. However, since the rhamnose isomerase also produces a large amount of D-altrose as a by-product of allose production, there is a disadvantage in that metal ions must be added in this process.

따라서 본 발명자들은 상기 알트로스와 같은 부산물이 생성되지 않고 금속 이온의 첨가도 요구하지 않으면서 알로스를 생산할 수 있는 효소를 분리하려고 시도하였다. 참고로, 상기 라이보스-5-인산 이성화 효소의 유전자는 인산 5탄당 대사 회로에 있어 라이보스 (ribose)를 리불로스 (ribulose)로 전환하는 효소로 이미 알려져 있고, 여러 미생물들에서도 알로스 대사에 관여하는 것으로 보고되어 있다. Therefore, the present inventors have attempted to isolate an enzyme capable of producing allose without producing by-products such as altrose and without requiring addition of metal ions. For reference, the gene of ribose-5-phosphate isomerase is already known as an enzyme that converts ribose to ribulose in the phosphate metabolic circuit, and is also involved in allose metabolism in various microorganisms. It is reported to be involved.

본 발명자들은 다양한 미생물들에서 발견되는 라이보스-5-인산 이성화효소 (ribose-5-phosphate isomerase)가 D-사이코스로부터 D-알로스를 생산할 수 있는 것을 최초로 확인한 다음 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum)으로부터 유래한 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터 및 이로 형질전환 된 미생물을 구축하고 이들을 이용하여 라이보스-5-인산 이성화효소를 대량으로 제조하며 이러한 친환경적인 과정으로 부산물의 생성과 금속 이온의 첨가 없이 알로스만을 고수율로 얻는 최적 반응 조건 (온도, pH 및 기질농도 등)을 조사하여 그 생산 방법을 제공함으로서 본 발명을 성공적으로 완성하였다(Park, C., Yeom, S.,Kim, H., Lee, S., Lee, J., Kim, S., and D., Oh. 2007, Characterization of ribose-5-phosphate isomerase of Clostridium thermocellum producing D-allose from D-psicose. Biotechnology letters., 29: 13871391). 그러나, 디-알로스 생산의 전 기질인 디-싸이코스가 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 유래의 라이보스-5-인산 이성화효소의 본래의 기질이 아니기 때문에 본래의 기질에 대한 활성에 비하여 효소 활성이 한계가 있다. 따라서, 이를 극복하기 위해 디-싸이코스에서 디-알로스로의 전환에 대한 활성이 높은 효소를 개발하여 보다 더 생산성이 높은 경제적인 생물학적인 방법의 개발이 시급하다.We first identified that ribose-5-phosphate isomerase, which is found in various microorganisms, can produce D-allose from D-psicose and then crosstridium Recombinant expression vectors containing the ribose-5-phosphate isomerase gene derived from the thermocell ( Clostridium thermocellum ) and microorganisms transformed therefrom are constructed, and ribose-5-phosphate isomerase is prepared in large quantities using these. The present invention was successfully completed by investigating the optimum reaction conditions (temperature, pH, and substrate concentration, etc.) in which only allos was obtained in high yield without the formation of by-products and the addition of metal ions. , C., Yeom, S., Kim, H., Lee, S., Lee, J., Kim, S., and D., Oh. 2007, Characterization of ribose-5-phosphate isomerase of Clostridium thermocellum producing D -allose from D-psicose.Biotechnology letters., 29: 13871391). However, D-known former temperament Los producing D-Boys Cross Tree Stadium Course Thermocell ( Clostridium Since it is not the original substrate of the ribose-5-phosphate isomerase derived from thermocellum ), the enzyme activity is limited compared to the activity on the original substrate. Therefore, in order to overcome this, it is urgent to develop an economical biological method that is more productive by developing an enzyme having a high activity for the conversion of di-cyclos to di-allose.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 상기의 필요성에 의하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 신규한 라이보스-5-인산 이성화효소와 돌연변이 효소를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems and the above-mentioned necessity, and an object of the present invention is to provide novel ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzyme.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 라이보스-5-인산 이성화효소와 돌연변이 효소를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a method for preparing the ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzyme.

본 발명의 또 다른 목적은 고수율의 디-알로스의 제조방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for preparing high yield of di-allose.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 서열번호 1에 기재된 라이보스-5-인산 이성화효소 (ribose-5-phosphate isomerase)를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides ribose-5-phosphate isomerase described in SEQ ID NO: 1.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소의 132번 잔기의 아미노산을 아르지닌(Arg)에서 글루탐산(Glu)으로 변환시킨 R132E 돌연변이 라이보스-5-인산 이성화효소를 제공한다.The present invention also provides an R132E mutant ribose-5-phosphate isomerase obtained by converting the amino acid of residue 132 of the ribose-5-phosphate isomerase of the present invention from arginine (Arg) to glutamic acid (Glu).

또한 본 발명은 상기 본 발명의 야생형 라이보스-5-인산 이성화효소를 코딩하는 유전자를 제공한다.The present invention also provides a gene encoding the wild-type ribose-5-phosphate isomerase of the present invention.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 야생형 유전자는 서열번호 2에 기재된 염기서열을 가지는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the wild type gene preferably has a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 돌연변이 라이보스-5-인산 이성화효소를 코딩하는 유전자를 제공한다. 본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 유전자는 서열번호 2에 기재된 염기서열을 가지는 유전자인 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.The present invention also provides a gene encoding the mutant ribose-5-phosphate isomerase of the present invention. In one embodiment of the present invention, the gene is preferably a gene having a nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터 pET28(a)/라이보스-5-인산 이성화 효소를 제공한다.The present invention also provides a recombinant expression vector pET28 (a) / ribose-5-phosphate isomerase comprising the ribose-5-phosphate isomerase gene of the present invention.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 재조합 발현벡터는 도 8에 기재된 개열지도를 가지는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the invention, the recombinant expression vector preferably has a cleavage map described in Figure 8 is not limited thereto.

또한 본 발명은 a) 상기 본 발명의 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하고;In addition, the present invention a) preparing an expression vector comprising the gene of the present invention;

b) 상기 발현벡터로 형질전환된 미생물을 배양하고; c) 상기 미생물로부터 라이보스-5-인산 이성화효소를 분리하는 단계를 포함하는 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 돌연변이체를 제조하는 방법을 제공한다.       b) culturing the microorganism transformed with the expression vector; c) providing a method for producing a ribose-5-phosphate isomerase mutant of the present invention comprising the step of separating the ribose-5-phosphate isomerase from the microorganism.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 돌연변이체를 이용하여 알로스를 생산하는 방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing allose using the ribose-5-phosphate isomerase mutant of the present invention.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 알로스는 D-알로스(D-allose)이고, D-싸이코스(D-psicose)를 기질로 사용하여 생산되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the allose is D-allose (D-allose), preferably produced using D-psicose (D-psicose) as a substrate, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 돌연변이체를 포함하는 알로스 생산용 조성물을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a composition for producing allose comprising the ribose-5-phosphate isomerase mutant of the present invention.

이하 본 발명은 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.

본 발명자들은 보다 효과적으로 라이보스-5-인산 이성화효소를 이용하여 알로스를 생산하는 방법을 개발하기 위하여 예의 노력한 결과, 고온균인 크로스트리디움 써모셀럼 균주로부터 유래한 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 대량으로 제조하고, 이러한 친환경적인 과정으로 부산물의 생성 없이 디-알로스를 고수율로 생산할 수 있는 것을 확인하였으며, 상기 라이스보-5-인산 이성화효소의 특정 아미노산 서열을 다른 아미노산으로 치환한 돌연변이 효소가 상기 크로스트리디움 써모셀럼 균주로부터 유래한 라이보스-5-인산 이성화효소를 능가하는 디-알로스 생산 효소인 것을 확인하여, 본 발명을 완성하였다. The present inventors have made diligent efforts to develop a method for more effectively producing allose using ribose-5-phosphate isomerase, resulting in high temperature bacteria, crosstridium. It was confirmed that a large amount of the ribose-5-phosphate isomerase gene derived from the thermocell strain was produced and produced in a high yield without producing by-products by this environmentally friendly process. - is a substituted mutant enzyme to a specific amino acid sequence with other amino acids of the phosphate isomerase said cross tree Stadium The present invention was completed by confirming that it is a di- allose producing enzyme that surpasses ribose-5-phosphate isomerase derived from a thermocell strain.

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

본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소는 서열번호 1로 표시되는 아미노산서열을 가진 것을 특징으로 한다. 또, 서열번호 1의 아미노산서열에 대해서, 이들 아미노산서열을 가진 단백질이 표시하는 본 발명의 효소 활성이 손상되지 않는 범위 내에서, 1 이상의 아미노산의 결실, 치환 및 부가의 적어도 1종의 변이가 도입된 변이 라이보스-5-인산 이성화효소도 본 발명에 관한 라이보스-5-인산 이성화효소에 포함되며 그 가장 대표적인 예가 상기 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소의 132번 잔기의 아미노산을 아르지닌(Arg)에서 글루탐산(Glu)으로 변환시킨 R132E 돌연변이체이다.Ribose-5-phosphate isomerase of the present invention is characterized by having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. In addition, in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, at least one variant of deletion, substitution and addition of one or more amino acids is introduced within a range in which the enzyme activity of the present invention indicated by the protein having these amino acid sequences is not impaired. The modified ribose-5-phosphate isomerase is also included in the ribose-5-phosphate isomerase of the present invention, and the most representative example thereof is the amino acid of residue 132 of the ribose-5-phosphate isomerase of the present invention. It is an R132E mutant that is converted from Arg to glutamic acid (Glu).

또, 본 발명에는 서열번호 1의 아미노산서열을 가진 라이보스-5-인산 이성화효소를 코딩하는 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자가 포함되고, 이들 서열번호 1의 염기서열을 변이시켜서 얻게 되는 상기한 변이 라이보스-5-인산 이성화효소를 코딩하는 변이 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자도 본 발명에 관한 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자에 포함되며 그 가장 대표적인 예가 서열번호 2의 아미노산서열이다.In addition, the present invention includes a ribose-5-phosphate isomerase gene encoding a ribose-5-phosphate isomerase having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, wherein the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 is obtained by mutation. The variant ribose-5-phosphate isomerase gene encoding one variant ribose-5-phosphate isomerase is also included in the ribose-5-phosphate isomerase gene of the present invention, and the most representative example thereof is the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. to be.

또, 본 발명에는, 상기 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 함유하는 재조합벡터, 상기 재조합벡터에 의해서 형질전환된 형질전환체가 포함된다. 또한, 본 발명에는, 이 형질전환체를 배양하여, 얻게되는 배양물로부터 라이보스-5-인산 이성화효소를 분리하는 것을 특징으로 하는 라이보스-5-인산 이성화효소의 제조방법이 포함된다.In addition, the present invention includes a recombinant vector containing the ribose-5-phosphate isomerase gene, and a transformant transformed by the recombinant vector. The present invention also includes a method for producing ribose-5-phosphate isomerase, wherein the transformant is cultured to separate ribose-5-phosphate isomerase from the obtained culture.

본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자는 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균주로부터 분리된 것이다. 먼저, 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 가진 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균주로부터 염색체 DNA를 취득한다. 다음에, 설계한 올리고뉴클레오타이드를 프라이머로 하고, 지크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균주의 염색체 DNA를 주형으로 해서 폴리머라제 연쇄반응(PCR)을 행하여, 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 부분적으로 증폭한다. 이와 같이 해서 얻게 된 PCR 증폭 단편은 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균주의 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자에 100% 가까운 상동성을 가진 단편으로서, 콜로니하이브리디제이션을 행할 때의 프로브로서 높은 S/N비를 기대할 수 있는 동시에, 하이브리디제이션의 스트린전시 (stringency)제어를 용이하게 한다. 상기의 PCR 증폭 단편을 적당한 시약을 사용해서 표지하고, 상기 염색체 DNA라이브러리에 대해서 콜로니 하이브리디제이션을 행하여, 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 선발한다 (Current Protocols in Molecular Biology, 1권, 603페이지, 1994년).Ribose-5-phosphate isomerase gene of the present invention is crosstridium It is isolated from the strain Clostridium thermocellum . First, cross-tree Stadium with Lai boss-5-phosphate isomerase gene Thermocell ( Clostridium thermocellum ) to obtain chromosomal DNA. Next, using the designed oligonucleotide as a primer, G. crosstridium Thermocell ( Clostridium The polymerase chain reaction (PCR) is performed using the chromosomal DNA of the thermocellum strain as a template to partially amplify the ribose-5-phosphate isomerase gene. The PCR amplification fragment thus obtained was crosstridium Thermocell ( Clostridium thermocellum ) A fragment having a homology close to 100% of the ribose-5-phosphate isomerase gene of the thermocellum strain, and a high S / N ratio can be expected as a probe when colony hybridization is performed, and a hybridization test is performed. It facilitates stringency control. The PCR amplification fragments are labeled with appropriate reagents, and colony hybridization is performed on the chromosomal DNA library to select ribose-5-phosphate isomerase gene (Current Protocols in Molecular Biology, Vol. 1, 603). Page, 1994).

상기의 방법에 의해 선발된 대장균으로부터 알칼리법(Current Protocols in Molecular Biology, 1권, 161페이지, 1994년)을 사용해서 플라스미드를 회수함으로써, 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 함유하는 DNA단편을 얻을 수 있다. 또한, 상기 방법에 의해 염기서열을 결정한 후에는, 상기 염기서열을 가진 DNA단편의 제한효소에 의한 분해에 의해 조제한 DNA단편을 프로브로 해서 하이브리다이즈함으로써 본 발명의 전체 유전자를 얻는 것이 가능하다. The DNA fragment containing the ribose-5-phosphate isomerase gene was recovered by recovering the plasmid from the Escherichia coli selected by the above method using the alkaline method (Current Protocols in Molecular Biology, Vol. 1, p. 161, 1994). You can get it. After the nucleotide sequence is determined by the above method, it is possible to obtain the entire gene of the present invention by hybridizing with the DNA fragment prepared by digestion of the DNA fragment having the nucleotide sequence with a restriction enzyme as a probe.

본 발명의 형질전환된 미생물은, 본 발명의 재조합벡터를, 상기 재조합벡터를 제작할 때에 사용한 발현벡터에 적합한 숙주 속에 도입함으로써 얻게 된다. 예를 들면 대장균 등의 세균을 숙주로서 사용하는 경우는, 본 발명에 관한 재조합벡터는, 그 자신이 숙주 속에서 자율복제 가능한 동시에, 프로모터, 라이보스-5-인산 이성화효소 유전자를 함유하는 DNA 및 전사종결서열 등의 발현에 필요한 구성을 가진 것임이 바람직하다. 본 발명에 사용된 발현벡터로서는 pET 28a(+) 를 사용하였으나 상기의 요건을 만족하는 발현벡터이면 어느 것이나 사용가능하다.The transformed microorganism of the present invention is obtained by introducing the recombinant vector of the present invention into a host suitable for the expression vector used when producing the recombinant vector. For example, when a bacterium such as E. coli is used as a host, the recombinant vector according to the present invention is capable of autonomous replication in the host, and at the same time, a DNA containing a promoter, ribose-5-phosphate isomerase gene, and It is preferred to have a configuration necessary for the expression of the transcription termination sequence. As the expression vector used in the present invention, pET 28a (+) was used, but any expression vector satisfying the above requirements can be used.

본 발명에 관한 라이보스-5-인산 이성화효소 돌연변이체의 제조는, 이것을 코딩하는 유전자를 가진 재조합벡터에 의해 숙주를 형질전환해서 얻은 형질전환체를 배양하고, 배양물(배양균체 또는 배양상청액)속에 유전자 산물인 라이보스-5-인산 이성화효소를 생성 축적시켜, 배양물로부터 효소를 취득함으로써 행하여진다.Production of the ribose-5-phosphate isomerase mutant according to the present invention comprises culturing a transformant obtained by transforming a host with a recombinant vector having a gene encoding the same, and culturing the culture (cultured cell or culture supernatant). It is performed by generating and accumulating ribose-5-phosphate isomerase, which is a gene product, in the genus, and obtaining the enzyme from the culture.

본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소의 취득 및 정제는, 얻게 되는 배양물 중으로부터, 균체 또는 상청액을 원심 회수하여, 균체파쇄, 친화성크로마토그래피, 양이온 또는 음이온교환크로마토그래피 등을 단독으로 또는 조합함으로써 행할 수 있다. The acquisition and purification of ribose-5-phosphate isomerase of the present invention is performed by centrifuging the cells or supernatants from the cultures obtained, and performing cell disruption, affinity chromatography, cation or anion exchange chromatography alone. Or it can carry out by combining.

본 발명은 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균으로부터 라이보스-5-인산 이성화효소 또는 그 돌연변이체 및 그 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터, 이로 형질전환 된 미생물 및 이들을 이용하여 라이보스-5-인산 이성화효소를 대량으로 얻는 제조방법, 그리고 상기 라이보스-5-인산 이성화효소를 이용하여 엘-알로스를 고수율로 얻는 생산방법을 제공하는 효과가 있다.The present invention crosstridium Thermocell ( Clostridium thermocellum ), a recombinant expression vector comprising ribose-5-phosphate isomerase or a mutant thereof and its gene, a microorganism transformed therefrom, and a method for obtaining a large amount of ribose-5-phosphate isomerase using them, And it is effective to provide a production method for obtaining the high yield of el- allose using the ribose-5-phosphate isomerase.

본 발명의 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균으로부터 라이보스-5-인산 이성화효소 또는 그 돌연변이체는 높은 특이성과 친환경적인 방법으로 세포의 증식의 저해하는 특성을 가지기 때문에 항암물질 및 허혈작용으로 인한 장기 손상을 억제하는 기능을 가진 의약품의 원료 물질인 디-알로스를 높은 수율로 생산할 수 있으며, 이렇게 생산된 디-알로스는 다양한 의약품의 합성 시작물질로서 유용하게 사용될 수 있다. From a cross-tree Stadium Thermo selreom (Clostridium thermocellum) bacteria of the present invention lie boss-5-phosphate isomerase or its mutants as anti-cancer substances and ischemic action due to its inhibition of the proliferation characteristics of cells with high specificity and environmentally-friendly way Di-allose, which is a raw material of a medicine having a function of suppressing long-term damage due to it, can be produced in high yield, and the produced di-allose can be usefully used as a starting material for synthesis of various medicines.

도 1은 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 및 R132E 돌연변이효소의 pH에 따른 효소 활성도를 비교하여 나타낸 것이다.(○: 인산칼륨 완충액-야생형 효소 ●: Tris-HCl 완충액-야생형 효소; □:인산칼륨 완충액-R132E 돌연변이효소; ■: Tris-HCl-R132E 돌연변이효소)
도 2는 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 및 R132E 돌연변이효소의 온도에 따른 효소 활성도를 비교하여 나타낸 것이다. (●: 야생형 효소; ■: R132E 돌연변이효소)
도 3는 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소의 온도에 따른 안정성 측정 결과를 나타낸 것이다 (●: 55℃; : 60℃; ▲: 70℃; △: 75℃; ■: 80℃; 및 □: 85℃).
도 4는 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 R132E 돌연변이효소의 온도에 따른 안정성 측정 결과를 나타낸 것이다 (●: 55℃; : 60℃; ▲: 70℃; △: 75℃; ■: 80℃; 및 □: 85℃).
도 5은 기질 농도 10mM 에서 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소 (○) 및 R132E 돌연변이효소(●)에 의한 알로스의 전환율을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화 효소의 아미노산 서열을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화 효소의 R132E 돌연변이 효소의 아미노산 서열을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 pET28a(+)/라이보스-5-인산 이성화 효소의 벡터계열 지도를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows the comparison of the enzyme activity according to the pH of the ribose-5-phosphate isomerase and R132E mutase of the present invention (○: potassium phosphate buffer-wild type enzyme ●: Tris-HCl buffer-wild-type enzyme; □ : Potassium phosphate buffer-R132E mutase; ■: Tris-HCl-R132E mutase)
Figure 2 shows the comparison of the enzyme activity according to the temperature of the ribose-5-phosphate isomerase and R132E mutase of the present invention. (●: wild type enzyme; ■: R132E mutant)
Figure 3 shows the results of measuring stability according to the temperature of the ribose-5-phosphate isomerase of the present invention (●: 55 ℃;: 60 ℃; ▲: 70 ℃; △: 75 ℃; ■: 80 ℃; and □: 85 ° C.).
Figure 4 shows the stability measurement results of the temperature of the ribose-5-phosphate isomerase R132E mutase of the present invention (●: 55 ℃;: 60 ℃; ▲: 70 ℃; △: 75 ℃; ■: 80 ° C. and □: 85 ° C.).
Figure 5 shows the conversion of allose by the ribose-5-phosphate isomerase (○) and R132E mutase (●) of the present invention at a substrate concentration of 10mM.
Figure 6 shows the amino acid sequence of the ribose-5-phosphate isomerase of the present invention.
Figure 7 shows the amino acid sequence of the R132E mutant enzyme of the ribose-5-phosphate isomerase of the present invention.
8 shows a vector sequence map of pET28a (+) / ribose-5-phosphate isomerase of the present invention.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예 1: 라이보스-5-인산 이성화 효소 유전자및 돌연변이를 포함하는 재조합 발현 벡터 및 형질전환 미생물의 제조Example 1 Preparation of Recombinant Expression Vectors and Transgenic Microorganisms Comprising Ribose-5-Phosphate Isomerase Gene and Mutations

라이보스-5-인산 이성화 효소를 제조하기 위하여, 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균주로부터 유래한 라이보스-5-인산 이성화 효소를 먼저 분리하였다. For the production of Rye boss-5-phosphate isomerase, cross-tree Stadium Ribose- 5-phosphate isomerase derived from a Clostridium thermocellum strain was first isolated.

구체적으로 유전자 염기서열과 아미노산 서열이 이미 특정되어 있는 크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균주를 선별하고, 이로부터 유래한 라이보스-5-인산 이성화 효소의 공지의 DNA 염기서열(Genebank Accession Number ZP 00503831)을 기초로 하여 다음의 프라이머(primer)를 고안하였다.Specifically, cross-tree Stadium with a gene sequence and amino acid sequence has already been specified Thermocell ( Clostridium thermocellum ) strains were selected and the following primers were devised based on the well-known DNA sequence (Genebank Accession Number ZP 00503831) of the ribose-5-phosphate isomerase derived therefrom.

라이보스-5-인산 이성화 효소 Ribose-5-Phosphate Isomerase

서열번호 16(정방향 프라이머): 5'-TTTCATATGAAAATTGGAATTGGAAGCGACC-3'SEQ ID NO: 16 (Forward primer): 5'-TTT CATATG AAAATTGGAATTGGAAGCGACC-3 '

서열번호 17(역방향 프라이머): 5'--TTTCTCGAGCTATTTGCTGTATTTTTTTTCAAT-3'SEQ ID NO: 17 (Reverse primer): 5'-TTT CTCGAG CTATTTGCTGTATTTTTTTTCAAT-3 '

상기 라이보스-5-인산 이성화 효소 유전자의 프라이머는 NdeI-XhoI 제한효소 절단부분으로 설계되었다. 상기 프라이머를 이용한 중합효소 연쇄반응(PCR)을 실시하여 해당 유전자의 염기서열을 증폭하였다. 대량으로 얻은 라이보스-5-인산 이성화 효소 유전자는 각각의 제한효소를 사용하여 플라스미드 벡터 pET-28a(+)(Invitrogen 사)에 삽입하여 pET-28a(+)/라이보스-5-인산 이성화 효소를 제작하였다. The primers of the ribose-5-phosphate isomerase gene were designed with NdeI - XhoI restriction enzyme cleavage portion. PCR was performed using the primers to amplify the nucleotide sequence of the gene. A large amount of ribose-5-phosphate isomerase gene was inserted into the plasmid vector pET-28a (+) (Invitrogen) using respective restriction enzymes, and the pET-28a (+) / ribose-5-phosphate isomerase. Was produced.

라이보스-5-인산 이성화 효소의 돌연변이벡터를 제작하기 위하여 프라이머(primer)를 고안하였다(표 1 참조). 상기 프라이머와 Quick-Change kit (Stratagene, Beverly, MA)를 이용하여 돌연변이를 유발하여 pET 28(+)a/라이보스-5-인산 이성화 효소 돌연변이벡터를 제작하였다.Primers were designed to construct a mutant vector of ribose-5-phosphate isomerase (see Table 1). Mutation was induced using the primers and the Quick-Change kit (Stratagene, Beverly, MA) to prepare a pET 28 (+) a / ribose-5-phosphate isomerase mutant vector.

상기와 같이 얻은 재조합 발현 벡터는 통상적인 형질전환 방법에 의하여 대장균 ER 2566 균주에 형질 전환하였다. 또한, 상기 형질전환된 미생물은 20% 글리세린(glycerine) 용액을 첨가하여 알로스의 생산을 위한 배양을 실시하기 전에 냉동 보관하였다.The recombinant expression vector thus obtained was transformed into E. coli ER 2566 strain by a conventional transformation method. In addition, the transformed microorganisms were stored frozen before the incubation for the production of allose by the addition of 20% glycerin (glycerine) solution.

돌연변이 효소Mutant enzyme 프라이머primer R132AR132A F: CTGAGTTCCAGGGAGGAGCACATGCCACCAGGG(서열번호 4)
R: CCCTGGTGGCATGTGCTCCTCCCTGGAACTCAG(서열번호 5)
F: CTGAGTTCCAGGGAGGAGCACATGCCACCAGGG (SEQ ID NO: 4)
R: CCCTGGTGGCATGTGCTCCTCCCTGGAACTCAG (SEQ ID NO: 5)
R132IR132I F: GAGTTCCAGGGAGGAATACATGCCACCAGG(서열번호 6)
R: CCTGGTGGCATGTATTCCTCCCTGGAACTC(서열번호 7)
F: GAGTTCCAGGGAGGAATACATGCCACCAGG (SEQ ID NO: 6)
R: CCTGGTGGCATGTATTCCTCCCTGGAACTC (SEQ ID NO: 7)
R132QR132Q F: CTGAGTTCCAGGGAGGACAGCATGCCACCAGGG(서열번호 8)
R: CCCTGGTGGCATGCTGTCCTCCCTGGAACTCAG(서열번호 9)
F: CTGAGTTCCAGGGAGGACAGCATGCCACCAGGG (SEQ ID NO: 8)
R: CCCTGGTGGCATGCTGTCCTCCCTGGAACTCAG (SEQ ID NO: 9)
R132KR132K F: CTGAGTTCCAGGGAGGAAAGCATGCCACCAGGG(서열번호 10)
R: CCCTGGTGGCATGCTTTCCTCCCTGGAACTCAG(서열번호 11)
F: CTGAGTTCCAGGGAGGAAAGCATGCCACCAGGG (SEQ ID NO: 10)
R: CCCTGGTGGCATGCTTTCCTCCCTGGAACTCAG (SEQ ID NO: 11)
R132ER132E F: CTGAGTTCCAGGGAGGAGAGCATGCCACCAGGG(서열번호 12)
R: CCCTGGTGGCATGCTCTCCTCCCTGGAACTCAG(서열번호 13)
F: CTGAGTTCCAGGGAGGAGAGCATGCCACCAGGG (SEQ ID NO: 12)
R: CCCTGGTGGCATGCTCTCCTCCCTGGAACTCAG (SEQ ID NO: 13)
R132DR132D F: CTGAGTTCCAGGGAGGAGATCATGCCACCAGGGTTGG(서열번호 14)
R: CCAACCCTGGTGGCATGATCTCCTCCCTGGAACTCAG(서열번호 15)
F: CTGAGTTCCAGGGAGGAGATCATGCCACCAGGGTTGG (SEQ ID NO: 14)
R: CCAACCCTGGTGGCATGATCTCCTCCCTGGAACTCAG (SEQ ID NO: 15)

실시예Example 2:  2: 라이보스Ribose -5-인산 -5-phosphate 이성화효소및Isomerase and 돌연변이 효소의 제조 Preparation of Mutant Enzymes

라이보스-5-인산 이성화효소 및 돌연변이 효소를 대량 생산하기 위하여, 상기 실시예 1에서 제작하고, 냉동 보관된 재조합 대장균 ER 2566 균주를 LB 배지 3 ㎖이 들어있는 시험관(test tube)에 접종하고 600 ㎚에서 흡광도가 2.0이 될 때까지 37℃의 진탕 배양기로 종균 배양을 실시하였다. 그 다음 상기 종균 배양된 배양액을 LB 배지 500 ㎖이 들어있는 2,000 ㎖ 플라스크에 첨가하여 본 배양을 실시하였다. For mass production of ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzyme, the recombinant E. coli ER 2566 strain prepared in Example 1 above was inoculated into a test tube containing 3 ml of LB medium and 600 The spawn culture was performed with a shake incubator at 37 ° C. until the absorbance at 2.0 was 2.0. The seed cultured culture was then added to a 2,000 ml flask containing 500 ml of LB medium to carry out the main culture.

또한, 600㎚에서의 흡광도가 0.6 이 될 때, 0.1mM IPTG를 첨가하여 라이보스-5-인산 이성화효소의 대량 발현을 유도하였다. 상기 과정 중의 교반 속도는 200rpm, 배양 온도는 37℃가 유지하도록 조절하고, IPTG를 첨가한 후에 교반 속도는 150rpm, 배양 온도는 16℃로 조정하여 배양하였다.In addition, when the absorbance at 600 nm became 0.6, 0.1 mM IPTG was added to induce mass expression of ribose-5-phosphate isomerase. The stirring rate during the process was adjusted to 200rpm, the culture temperature was maintained at 37 ℃, and after the addition of IPTG, the stirring rate was adjusted to 150rpm, the culture temperature was adjusted to 16 ℃.

또한, 상기와 같이 과발현되어 생산된 라이보스-5-인산 이성화효소는, 상기 형질전환된 균주의 배양액을 6,000× g로 4℃에서 30분 동안 원심분리하고, 0.85% 염화나트륨(NaCl)으로 두번 세척한 다음 50mM 제일인산 나트륨, 300mM 염화나트륨, 10mM 이미다졸(immidazole), 0.1mM 단백분해 효소 저해제(phenylmethylsulfonyl fluoride)를 첨가하여 상기 세포 용액을 파쇄기(sonicator)로 파쇄하였다. 상기 세포 파쇄물은 다시 13,000×g로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고 세포 펠렛은 제거한 다음 세포 상등액만을 얻어 고속 단백질 액체 크로마토그라피(fast protein liquid chromatography system(Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA))에 히스 텍(His-tag)를 이용한 히스트랩 에이치피(HisTrap HP) 흡착 컬럼을 장착 하여 알로스 생산에 사용되는 효소액으로서 분리하였다.
In addition, the ribose-5-phosphate isomerase produced as overexpressed as described above was centrifuged at 6,000 × g for 30 minutes at 6,000 × g, and washed twice with 0.85% sodium chloride (NaCl). The cell solution was then crushed by adding 50 mM sodium phosphate, 300 mM sodium chloride, 10 mM imidazole, 0.1 mM protease inhibitor (phenylmethylsulfonyl fluoride). The cell lysate was again centrifuged at 13,000 × g for 20 minutes at 4 ° C., the cell pellet was removed, and only the cell supernatant was obtained, followed by a fast protein liquid chromatography system (Bio-Rad Laboratories, Hercules, CA, USA). ) Was equipped with a HisTrap HP adsorption column using a heat-tag and separated as an enzyme solution used for allose production.

실시예Example 3:  3: pHpH 및 온도가  And the temperature 라이보스Ribose -5-인산 이성화효소 및 돌연변이 효소 활성에 미치는 영향-5-phosphate isomerase and mutant enzyme activity

상기 실시예 2에서 분리한 라이보스-5-인산 이성화효소 및 돌연변이체의 pH 및 온도 변화에 따른 활성도를 다음과 같이 확인하였다. 다양한 pH 및 온도 조건 하에서 효소와 기질을 반응시키고 효소 활성을 비교하였다.The activity according to pH and temperature changes of the ribose-5-phosphate isomerase and the mutant isolated in Example 2 was confirmed as follows. Enzymes and substrates were reacted under various pH and temperature conditions and enzyme activities were compared.

3-1: 3-1: pHpH end 라이보스Ribose -5-인산 이성화효소 및 돌연변이 효소에 미치는 영향Effect of -5-phosphate Isomerase and Mutant Enzymes

상기 효소들에 대한 pH 효과를 조사하기 위하여, 기질로서 10 mM 디-싸이코스, 0.5 mg/㎖ 효소가 포함된 50 mM 인산칼륨 완충용액을 사용하여 pH 6.0에서부터 7.0 범위, 50mM Tris-HCl 완충용액을 사용하여 pH 7.0에서부터 9.0까지 효소 반응을 실시하였다. 구체적으로, 효소반응은 80℃에서 5분 동안 수행하고 다시 최종 농도 200 mM 염화수소를 첨가하여 상기 반응을 정지시켰다. 그 결과, 도 1에 나타난 바와 같이, 라이보스-5-인산 이성화효소 및 돌연변이 효소의 최적 pH는 7.5인 것을 알 수 있었다.To investigate the pH effect on the enzymes, 50 mM Tris-HCl buffer ranged from pH 6.0 to 7.0 using 50 mM potassium phosphate buffer containing 10 mM di-cyclos, 0.5 mg / ml enzyme as substrate. The enzyme reaction was carried out using pH from 7.0 to 9.0. Specifically, the enzymatic reaction was carried out at 80 ° C. for 5 minutes and the reaction was stopped again by adding a final concentration of 200 mM hydrogen chloride. As a result, as shown in Figure 1, the optimum pH of the ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzyme was found to be 7.5.

3-2: 온도가 3-2: the temperature 라이보스Ribose -5-인산 이성화효소 및 돌연변이 효소에 미치는 영향Effect of -5-phosphate Isomerase and Mutant Enzymes

상기 효소들에 대한 온도 효과를 조사하기 위하여, 효소 반응은 온도 60℃에서 90℃ 범위까지 10 mM 디-싸이코스와 0.5mg/㎖ 효소가 포함된 pH 7.5인 50 mM Tris-HCl 완충용액을 사용하여 각각 5분 동안 반응을 실시하였다. 그 다음 최종 농도 200 mM 염화수소를 첨가하여 상기 반응을 정지시켰다. In order to investigate the temperature effect on the enzymes, the enzyme reaction was carried out using 50 mM Tris-HCl buffer, pH 7.5 containing 10 mM di-cyclos and 0.5 mg / ml enzyme, ranging from 60 ° C to 90 ° C. Each reaction was carried out for 5 minutes. The reaction was then stopped by adding a final concentration of 200 mM hydrogen chloride.

그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 라이보스-5-인산 이성화효소 및 돌연변이 효소의 최적 온도는 80℃인 것을 알 수 있었다. As a result, as shown in Figure 2, the optimum temperature of the ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzyme was found to be 80 ℃.

또한, 효소활성 측정 시 알로스 및 싸이코스의 농도, 그리고 다른 당들의 분석은 전기화학적 검출기(electrochemical detector) 및 카보팩 피에이(CarboPacPA) 칼럼이 장착된 바이오 액체 크로마토그래피(Bio-LC) 시스템(Dionex ICS-3000, Sunnylvale, CA, USA)을 이용하였으며, 이때 상기 카보팩 피에이 컬럼은 30℃에서 1㎖/분 속도로 200mM 수산화나트륨(NaOH)을 통과시켰다.
In addition, the concentrations of alloses and sicoses and other sugars in the determination of enzymatic activity can be analyzed using a Bio-LC (Bio-LC) system equipped with an electrochemical detector and a CarboPacPA column. Dionex ICS-3000, Sunnylvale, Calif., USA), wherein the Carbopack PA column was passed 200 mM sodium hydroxide (NaOH) at 1 ° C./min at 30 ° C.

실시예 4: 라이보스 -5-인산 이성화효소 및 돌연변이 효소의 온도 안정성 조 Example 4: Temperature stability investigation of ribose -5-phosphate isomerase and mutant enzyme

라이보스-5-인산 이성화효소및 돌연변이 효소의 온도 안정성을 조사하기 위하여, 온도 55℃에서 80℃까지의 범위에서 10 mM 싸이코스, 0.5 mg/㎖ 효소가 포함된 pH 7.5인 50 mM Tris-HCl 완충용액을 사용하여 각각 효소 활성이 절반으로 줄어드는 시간까지 반응을 진행시켰다. 반응이 끝난 다음, 최종 농도 200 mM 염화수소를 첨가하여 상기 반응을 정지시키고, 라이보스-5-인산 이성화효소 효소의 활성을 측정하였다. To investigate the temperature stability of ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzyme, 50 mM Tris-HCl at pH 7.5 with 10 mM cyclose, 0.5 mg / ml enzyme in the temperature range of 55 ° C. to 80 ° C. The reaction was carried out using a buffer until the time when the enzyme activity was reduced by half. After the reaction was completed, the reaction was stopped by adding a final concentration of 200 mM hydrogen chloride, and the activity of ribose-5-phosphate isomerase enzyme was measured.

도 3과 도 4는 본 발명의 라이보스-5-인산 이성화효소와 돌연변이 효소의 온도 안정성 측정 결과를 나타낸 것이다. 상기의 그래프에서 온도 표기는 55℃(●), 60℃(○), 65℃(▲), 70℃(△), 75℃(□), 80℃(■), 및 85℃ (□) 로 각각 나타내었다. Figure 3 and Figure 4 shows the results of temperature stability measurement of ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzyme of the present invention. In the graph above, the temperature notation is 55 ° C., 60 ° C., 65 ° C., 70 ° C., 75 ° C., 80 ° C., 80 ° C., and 85 ° C., respectively. Respectively.

그 결과 도 3에 나타난 바와 같이, 라이보스-5인산 이성화효소는 온도 55℃에서는 15시간, 60℃는 10시간, 65℃는 6.6시간, 70℃는 3.5시간, 75℃는 1.2시간, 그리고 80℃에서는 0.5시간 경과 시 상기 효소 활성이 절반으로 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이와 달리 R132E 돌연변이 효소는 도 4에 나타난 바와 같이, 온도 55℃에서는 21시간, 60℃는 13시간, 65℃는 8.3시간, 70℃는 5.1시간, 75℃는 2.6시간, 그리고 80℃에서는 0.8시간 경과 시 상기 효소 활성이 절반으로 줄어드는 것을 확인할 수 있었다. 이는 라이보스-5-인산 이성화효소의 야생형 효소보다 R132E 돌연변이 효소가 온도 안정성이 더 뛰어나다는 것을 확인할 수 있었다.
As a result, as shown in Figure 3, the ribose-5 phosphate isomerase is 15 hours at 55 ℃, 60 10 hours, 65 ℃ 6.6 hours, 70 ℃ 3.5 hours, 75 ℃ 1.2 hours, and 80 At 0.5 ° C., it was confirmed that the enzyme activity was halved after 0.5 hours. In contrast, as shown in Figure 4, the R132E mutant enzyme is 21 hours at 55 ° C, 13 hours at 60 ° C, 8.3 hours at 65 ° C, 5.1 hours at 70 ° C, 2.6 hours at 75 ° C, and 0.8 hours at 80 ° C. As time passes, it was confirmed that the enzyme activity was reduced by half. It was confirmed that the R132E mutant enzyme has a better temperature stability than the wild type enzyme of ribose-5-phosphate isomerase.

실시예Example 5:  5: 라이보스Ribose -5-인산 이성화효소와 돌연변이 효소의 디-Di-phosphate Isomerase and Mutant Enzymes 싸이코스에To Psychos 대한  About specificspecific activityactivity 및 kinetic  And kinetic parameterparameter

라이보스-5-인산 이성화효소 및 돌연변이 효소의 디-싸이코스에 대한 specific activity를 측정 및 비교하는 실험을 수행하였다.Experiments were carried out to measure and compare the specific activity of ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzymes against di-cos.

상기 효소 반응은 10 mM 디-싸이코스가 포함된 50 mM Tris-HCl 완충용액(pH 7.5)을 사용하여 80℃에서 5분 동안 수행하였고, 다시 최종 농도 200 mM 염화 수소를 첨가하여 상기 반응을 정지시켰다. 본 발명에서는 효소 활성은 디-싸이코스를 기질로 사용하여 측정되었고, 상기 효소 활성의 효소 1 단위(unit)는 pH 7.5와 80℃에서 분당 1 nmole의 알로스를 생산하는 양으로 정의하여 비교분석을 원활히 하였다. 또한, 효소 활성의 측정 시 알로스 농도 및 싸이코스 농도 그리고 다른 당들의 분석은 전기화학적 검출기(electrochemical detector) 및 카보팩 피에이(CarboPacPA) 컬럼 이 장착된 바이오 액체 크로마토그래피(Bio-LC) 시스템 (Dionex ICS-3000, Sunnylvale, CA)을 이용하여 진행되었다. 이 때, 상기 카보팩 피에이(CarboPacPA) 컬럼은 30℃에서 1 ㎖/분 속도로 200 mM 수산화 나트륨을 통과시키도록 하였다.The enzyme reaction was performed for 5 minutes at 80 ° C using 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 7.5) containing 10 mM di-cyclos, and the reaction was stopped again by adding a final concentration of 200 mM hydrogen chloride. I was. In the present invention, the enzyme activity was measured by using a di-cyclos as a substrate, and the enzyme activity of 1 unit (unit) of the enzyme activity was defined as the amount to produce 1 nmole of allose per minute at pH 7.5 and 80 ° C. Was made smoothly. In addition, the analysis of allose and sicose concentrations and other sugars in the measurement of enzyme activity was carried out using a bio-liquid chromatography (Bio-LC) system equipped with an electrochemical detector and a CarboPacPA column. Dionex ICS-3000, Sunnylvale, CA). At this time, the CarboPacPA column was allowed to pass 200 mM sodium hydroxide at 30 ° C. at a rate of 1 ml / min.

그 결과, R132E 돌연변이 효소에서 wild 효소에 비해 디-싸이코스를 기질로 하였을때 활성이 1.3배 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따른 kinetic 실험을 수행한 결과 catalytic efficiency가 44 mM-1s- 1 인 wild 효소에 비해 R132E 돌연변이 효소는 64 mM-1s- 1 로써 1.5배 향상됨을 확인할 수 있었다. 이는 현재까지 디-싸이코스에서 디-알로스 전환하는 효소 반응 중에서 가장 높은 수치임을 확인할 수 있었다(표 2 참조).As a result, it was confirmed that the activity of R-13E mutant enzyme increased 1.3-fold when using di-cyclos as a substrate compared to wild enzyme. As a result of the kinetic experiment, it was confirmed that R132E mutant enzyme was increased 1.5 times as 64 mM -1 s - 1 compared to wild enzyme with 44 mM -1 s - 1 catalytic efficiency. This was confirmed to be the highest value of the enzyme reaction for di-allose conversion in di-cyclos to date (see Table 2).

Specific activity (U/mg)Specific activity (U / mg) K m (mM) K m (mM) k cat (s1) k cat (s 1 ) k cat/K m (mM1 s1) k cat / K m (mM 1 s 1 ) WildWild 1037±261037 ± 26 53±253 ± 2 2347±1172347 ± 117 44±2.644 ± 2.6 R132AR132A 1163±351163 ± 35 56±156 ± 1 2580±1292580 ± 129 46±3.046 ± 3.0 R132QR132Q 1028±171028 ± 17 54±254 ± 2 2335±582335 ± 58 43±1.643 ± 1.6 R132IR132I 987±4987 ± 4 78±378 ± 3 2211±522211 ± 52 28±1.128 ± 1.1 R132KR132K 929±5929 ± 5 52±252 ± 2 1962±461962 ± 46 38±1.438 ± 1.4 R132DR132D 1207±341207 ± 34 46±246 ± 2 2674±632674 ± 63 58±2.258 ± 2.2 R132ER132E 1335±241335 ± 24 43±143 ± 1 2743±642743 ± 64 64±2.464 ± 2.4

표 2는 라이보스-5-인산 이성화 효소와 그 돌연변이 효소의 디-싸이코스에 대한 specific activity 및 kinetic parameters를 나타낸 것이다.
Table 2 shows the specific activity and kinetic parameters of the ribose-5-phosphate isomerase and its mutant de-cyclos.

실시예 6: 라이보스-5-인산 이성화효소와 돌연변이 효소를 이용한 디-싸이코스로부터 디-알로스의 전환 비교Example 6 Comparison of Di-Allose Conversion from Di-Cycos using Ribose-5-Phosphate Isomerase and Mutant Enzymes

라이보스-5-인산 이성화 효소와 돌연변이 효소를 이용한 알로스의 생산 방법을 개발하기 위하여, 상기에서 확인한 효소의 최적 pH 7.5 및 효소활성이 절반으로 줄어든 시간을 고려한 온도(65 ℃)에서 10 mM 싸이코스를 가지고 알로스의 시간별 생산량을 측정하였다.To develop a method for the production of allose using ribose-5-phosphate isomerase and mutant enzyme, 10 mM PSY at the temperature (65 ° C) considering the optimum pH 7.5 and the time when the enzyme activity was reduced by half With the course, the hourly production of allose was measured.

그 결과, 반응 80분 후에 10 mM의 싸이코스에서 알로스로 전환되는 전환율이 wild 효소에서는 25%, R132E 돌연변이 효소는 32% 임을 확인하였다( 도 5 참조). 이는 현재까지 알로스의 생산 중 가장 높은 생산성을 나타낸 것은 크로스트리디움 써모셀럼 균주로부터 유래한 라이보스-5-인산 이성화효소였지만, 그에 따른 돌연 변이 효소인 R132E 돌연변이 효소가 보다 높은 활성을 보임을 확인 할 수 있었다. 이것은 R132E 돌연변이 효소가 보고된 생물학적 디-알로스 생산에서 가장 높은 생산성 및 생산농도를 가진 써크로스트리디움 써모셀럼 균주로부터 유래한 라이보스-5-인산 이성화효소를 능가하는 디-알로스 생산 효소임을 나타낸다.As a result, it was confirmed that after 80 minutes of reaction, the conversion rate of 10 mM cyclose to allos was 25% for wild enzyme and 32% for R132E mutant enzyme (see FIG. 5). It was confirmed that the highest productivity during production of allose up to now was ribose-5-phosphate isomerase derived from the crosstridium thermocell strain, but the mutant R132E mutant enzyme showed higher activity. Could. This is the R132E mutant enzyme that is a di- allose producing enzyme that surpasses ribose-5-phosphate isomerase derived from the circosedium thermocelum strain with the highest productivity and production concentration in the reported biological di- allose production. Indicates.

이상으로 본 발명 내용의 특정부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 것은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.Having described specific portions of the present invention in detail, those skilled in the art will appreciate that these specific embodiments are merely preferred embodiments and that the scope of the present invention is not limited thereto will be. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

서열목록 전자파일 첨부Attach an electronic file to a sequence list

Claims (12)

크로스트리디움 써모셀럼 (Clostridium thermocellum) 균주로부터 DNA를 얻어서 서열번호 16(5'-TTTCATATGAAAATTGGAATTGGAAGCGACC-3') 및 서열번호 17(5'-TTTCTCGAGCTATTTGCTGTATTTTTTTTCAAT-3')의 프라이머를 이용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 실시하여 해당 유전자의 염기서열을 증폭하여 얻어진 라이보스-5-인산 이성화 효소 유전자를 플라스미드 벡터에 삽입하여 발현벡터를 제조하는 단계를 통하여 얻어진 서열번호 1에 기재된 라이보스-5-인산 이성화효소 (ribose-5-phosphate isomerase)를 이용하여 10mM 디-싸이코스를 기질로하여 pH 7.5, 65℃에서 반응하는 단계를 포함하는 디-알로스 생산방법.
Obtained DNA from a Clostridium thermocellum strain, using a primer of SEQ ID NO: 16 (5'-TTTCATATGAAAATTGGAATTGGAAGCGACC-3 ') and SEQ ID NO: 17 (5'-TTTCTCGAGCTATTTGCTGTATTTTTTTTCAAT-3'), PCR Ribose-5-phosphate isomerase obtained by amplifying the nucleotide sequence of the gene and inserting the gene into the plasmid vector to prepare an expression vector. (Dibose-5-phosphate isomerase) using a 10mM di-cyclos as a substrate to a pH of 7.5, 65 ℃ comprising the step of producing a di- allose.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020100075594A 2010-08-05 2010-08-05 Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof KR101282331B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100075594A KR101282331B1 (en) 2010-08-05 2010-08-05 Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020100075594A KR101282331B1 (en) 2010-08-05 2010-08-05 Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120040709A Division KR101217670B1 (en) 2012-04-19 2012-04-19 Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120013554A KR20120013554A (en) 2012-02-15
KR101282331B1 true KR101282331B1 (en) 2013-07-09

Family

ID=45837015

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020100075594A KR101282331B1 (en) 2010-08-05 2010-08-05 Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101282331B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190040683A (en) 2017-10-11 2019-04-19 건국대학교 산학협력단 A mutant of L-rhamnose isomerase from Clostridium stercorarium and A method for producing of D-allose from D-allulose using the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080086085A (en) * 2007-03-21 2008-09-25 건국대학교 산학협력단 Method for preparing allose by using ribose 5-phosphate isomerase

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080086085A (en) * 2007-03-21 2008-09-25 건국대학교 산학협력단 Method for preparing allose by using ribose 5-phosphate isomerase

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GenBank Accession No. YP_001038990 (2010.05.24.) *
GenBank Accession No. YP_001038990 (2010.05.24.)*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190040683A (en) 2017-10-11 2019-04-19 건국대학교 산학협력단 A mutant of L-rhamnose isomerase from Clostridium stercorarium and A method for producing of D-allose from D-allulose using the same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120013554A (en) 2012-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Wide sugar substrate specificity of galactokinase from Streptococcus pneumoniae TIGR4
EP1842910A1 (en) Method of enzymatically synthesizing 3'-phosphoadenosine-5'-phosphosulfate
KR101316084B1 (en) A noble 3,6-anhydro-L-galactose dehydrogenase to convert 3,6-anhydro-L-galactose into 3,6-anhydrogalactonic acid
KR100896968B1 (en) Method for preparing allose by using ribose 5-phosphate isomerase
KR101081604B1 (en) Method for production of L-ribose from L-arabinose by two-step enzyme reactions
CN108220264B (en) Application of glycosyltransferase in biosynthesis of salidroside
KR101282331B1 (en) Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof
KR101156204B1 (en) Beta-glycosidase and Production of aglycon protopanaxadiol and compound K by the thermostable beta-glycosidase
KR20180132408A (en) Psicose epimerase and method of psicose using the same
KR101217670B1 (en) Production of D-allose by a novel ribose-5-phosphate isomerase or mutant thereof
WO2010050231A1 (en) Scyllo-inositol-producing cell and scyllo-inositol production method using said cells
CN115404226B (en) Sucrose synthase and application thereof in catalyzing glycosylation reaction
Kang et al. Preparative synthesis of dTDP‐l‐rhamnose through combined enzymatic pathways
JP2014064513A (en) Method for preparation of 2-deoxy-scyllo-inosose
KR101998477B1 (en) A mutant of L-rhamnose isomerase from Clostridium stercorarium and A method for producing of D-allose from D-allulose using the same
KR101411920B1 (en) A novel ribitol dehydrogenase and L-ribulose production using the said enzyme
KR101895914B1 (en) Preparation method of D-allose using a novel L-rhamnose isomerase
CN116925993B (en) Genetically engineered strains and methods for enzyme-catalyzed production of cytidine acids
JP5737650B2 (en) Acetoin producing cell and method for producing acetoin using the cell
KR101210453B1 (en) Beta-glycosidase and Production of aglycon protopanaxadiol and compound K by the thermostable beta-glycosidase
KR20110044689A (en) Novel mannose 6-phosphate isomerase and mutant thereof and use of the same
KR20120078962A (en) A thermostable h2o forming nadh oxidase from lactobacillus rhamnosus and a preparation method thereof
KR101210454B1 (en) Beta-glycosidase and Production of aglycon protopanaxadiol and compound K by the thermostable beta-glycosidase
KR101063961B1 (en) Novel mannose 6-phosphate isomerase mutant and use of the same
Zheng et al. Characterization of a novel ribose-5-phosphate isomerase B from Curtobacterium flaccumfaciens ZXL1 for D-allose production

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A107 Divisional application of patent
AMND Amendment
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160624

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170328

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180416

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190327

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200224

Year of fee payment: 8