KR101285945B1 - Corynebacterium sp. Having Improved L-lysine Production and Process for Preparing the L-lysine Employing the Same - Google Patents

Corynebacterium sp. Having Improved L-lysine Production and Process for Preparing the L-lysine Employing the Same Download PDF

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Abstract

본 발명은 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물 및 이를 이용한 L-라이신의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 보다 구체적으로 내재적 글루코스 디하이드로게나제(GDH)의 활성이 감소 또는 불활성화되어, L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물, 상기 미생물의 제조방법 및 상기 미생물을 글루코스를 탄소원으로 사용하여 배양하고, 상기 배양물로부터 L-라이신을 회수하는 단계를 포함하는 L-라이신의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 내재적 글루코스 디하이드로게나제 효소의 활성이 감소된 코리네박테리움 속 미생물을 이용하면, 오탄당 인산화 경로가 활성화될 뿐만 아니라, 오탄당 인산화 경로에 관여하는 효소인 G6PDH와 6PGD의 특이적 활성의 증대에 의하여 NADPH 생산수율이 증가하고, 이에 따라 상기 NADPH를 이용한 L-라이신의 생산수율을 향상시킬 수 있으므로, L-라이신의 효율적이고 경제적인 생산에 널리 활용될 수 있을 것이다.The present invention relates to a microorganism of the genus Corynebacterium with improved L-lysine production capacity and a method for producing L-lysine using the same, and more specifically, the present invention reduces or inactivates the activity of endogenous glucose dehydrogenase (GDH). L-lysine comprising the step of culturing L-lysine-producing Corynebacterium microorganism, the microorganism and the microorganism using glucose as a carbon source, and recovering L-lysine from the culture. It relates to a manufacturing method of. By using the microorganism of the genus Corynebacterium with reduced activity of the endogenous glucose dehydrogenase enzyme of the present invention, not only the pentose phosphorylation pathway is activated but also the specific activity of G6PDH and 6PGD, enzymes involved in the pentose phosphorylation pathway. By increasing the NADPH production yield, and thus can improve the production yield of L- lysine using the NADPH, it will be widely used in the efficient and economical production of L- lysine.

Description

L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물 및 이를 이용한 L-라이신의 제조방법{Corynebacterium sp. Having Improved L-lysine Production and Process for Preparing the L-lysine Employing the Same}Microorganisms of the genus Corynebacterium with improved L-lysine production and a method for producing L-lysine using the same {Corynebacterium sp. Having Improved L-lysine Production and Process for Preparing the L-lysine Employing the Same}

본 발명은 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물 및 이를 이용한 L-라이신의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명은 보다 구체적으로 내재적 글루코스 디하이드로게나제(GDH)의 활성이 감소 또는 불활성화되어, L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물, 상기 미생물의 제조방법 및 상기 미생물을 글루코스를 탄소원으로 사용하여 배양하고, 상기 배양물로부터 L-라이신을 회수하는 단계를 포함하는 L-라이신의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a microorganism of the genus Corynebacterium with improved L-lysine production capacity and a method for producing L-lysine using the same, and more specifically, the present invention reduces or inactivates the activity of endogenous glucose dehydrogenase (GDH). L-lysine comprising the step of culturing L-lysine-producing Corynebacterium microorganism, the microorganism and the microorganism using glucose as a carbon source, and recovering L-lysine from the culture. It relates to a manufacturing method of.

L-라이신은 옥살아세트산으로부터 라이신 생합성 경로를 통해 생합성 되는데, 당 생합성 경로를 구성하는 효소들 중 각각 아스파테이트 세미알데히드 디히드로게나제(asd) 유전자, 디히드로피콜리네이트 리덕타제(dapB) 유전자 및 디아미노피멜레이트 디히드로게나제(ddh) 유전자에 의해 코딩된 아스파테이트 세미알데히드 디히드로게나제, 디히드로피콜리네이트 리덕타제 및 디아미노피멜레이트 디히드로게나제는 NADPH 의존성 환원효소로서 라이신 생합성을 위한 중간과정을 촉매한다. 즉 1분자의 L-라이신 생합성 과정에서 3분자의 NADPH가 당 효소들에 의해 직접적으로 소모되며, 코리네박테리움 글루타미쿰 세포 내에서 이러한 NADPH의 재생과 L-라이신 생합성간의 직접적인 연관관계는 종래의 문헌들에 의해서 이미 보고된 바 있다(Wittmann and Heinzle, Microbiol 68:5843-5849, 2002; Marx et al., J Biotechnol 104:185-197, 2003; Ohnishi et al., Microbiol Lett 242:265-274, 2005). 코리네박테리움에서 NADPH의 주요 생성경로는 TCA 회로와 오탄당 인산화 경로(pentose phosphate pathway)인데 L-라이신 생산시 주된 환원력 공급은 오탄당 인산화 경로에서의 산화과정에 의해 이루어지는 편이 바람직하다. TCA 회로는 1 사이클 당 1 분자의 NADPH와 2 분자의 CO2를 배출시키는 반면, 오탄당 인산화 경로는 1 사이클 당 2 분자의 NADPH와 1 분자의 CO2를 배출시키므로 탄소대사효율 측면에서 보다 경제적이라 할 수 있다. 즉 L-라이신 생산균주의 수율이 높아질수록 더불어 NADPH에 대한 요구도도 증가하게 되며 이에 따라 오탄당 인산화 경로에 대한 의존도가 높아지게 된다. L-lysine is biosynthesized from oxal acetic acid through the lysine biosynthesis pathway. Aspartate semialdehyde dehydrogenase ( asd ) gene, dihydropicolinate reductase ( dap B) gene, among the enzymes constituting the sugar biosynthesis pathway, respectively And aspartate semialdehyde dehydrogenase, dihydropicolinate reductase and diaminopimelate dehydrogenase, encoded by the diaminopimelate dehydrogenase ( ddh ) gene, lysine biosynthesis as NADPH dependent reductase. Catalyzes the intermediate process for That is, three molecules of NADPH are directly consumed by sugar enzymes in one-molecule L-lysine biosynthesis process, and a direct relationship between the regeneration of NADPH and L-lysine biosynthesis in Corynebacterium glutamicum cells is known. (Wittmann and Heinzle, Microbiol 68: 5843-5849, 2002; Marx et al., J Biotechnol 104: 185-197, 2003; Ohnishi et al., Microbiol Lett 242: 265-). 274, 2005). The main production pathways of NADPH in Corynebacterium are the TCA cycle and the pentose phosphate pathway. The main reducing power for L-lysine production is preferably by the oxidation process in the pentose phosphorylation pathway. The TCA cycle emits one molecule of NADPH and two molecules of CO 2 per cycle, while the pentose phosphorylation pathway produces two molecules of NADPH and one molecule of CO 2 per cycle, making it more economical in terms of carbon metabolic efficiency. Can be. In other words, as the yield of L-lysine producing strain increases, the demand for NADPH also increases, thereby increasing the dependence on the pentose phosphorylation pathway.

한편, 코리네박테리움 균주(Corynebacterium), 특히 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)은 L-아미노산 생산에 많이 이용되고 있는 그람 양성의 미생물이다. 이와 같이 코리네박테리움 균주를 이용한 L-아미노산의 제법은 중요하기 때문에 그 제조방법을 개선하기 위해 많은 시도가 행해지고 있다.On the other hand, Corynebacterium strain (Corynebacterium), in particular Corynebacterium glutamicum ( Corynebacterium glutamicum ) is a Gram-positive microorganism that is widely used for L-amino acid production. Thus, since the production of L-amino acid using the Corynebacterium strain is important, many attempts have been made to improve the production method thereof.

L-라이신을 생산하는 동안 상기 오탄당 인산화 경로를 촉매하는 효소는 글루코스 6-포스페이트 디하이드로게나제(glucose 6-phosphate dehydrogenase, G6PDH) 및 6-포스포글루코네이트 디하이드로게나제(6-phosphogluconate dehydrogenase, 6PGD)가 보고되었다(Marx et al., Biotechnol Bioeng 56:168-180, 1997; Wittmann and Heinzle, Microbiol 68:5843-5849, 2002).Enzymes that catalyze the pentose phosphorylation pathway during L-lysine production include glucose 6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) and 6-phosphogluconate dehydrogenase (6-phosphogluconate dehydrogenase, 6PGD) (Marx et al., Biotechnol Bioeng 56: 168-180, 1997; Wittmann and Heinzle, Microbiol 68: 5843-5849, 2002).

또한 코리네박테리움 L-라이신 생산균주의 오탄당 인산화 경로에서의 NADPH 생성 관련 유전자 발현 강화 또는 돌연변이 효소를 이용한 L-라이신 생산능 증가 효과가 보고된 바 있었다. 예를 들면, J. Becker 등은 L-라이신 생산 코리네박테리움 글루타미쿰에서 글루코스 6-포스페이트 디하이드로게나제(glucose 6-phosphate dehydrogenase)를 코딩하는 zwf 유전자의 프로모터 교체를 통한 발현 강화시 라이신 생산량이 증가됨을 보고하였으며(J. Becker et al., J Biotechnol 132: 99-109, 2007), 유럽특허 제1302537호에는 변이형 6-포스포글루코네이트 디하이드로게나제(6-phosphogluconate dehydrogenase, 6PGD) 유전자가 도입된 L-아미노산 생산 코리네박테리아를 배양하여 L-아미노산을 생산하는 방법이 개시되어 있다.In addition, an effect of enhancing NADPH production-related gene expression in the pentose phosphorylation pathway of Corynebacterium L-lysine producing strains or an increase in L-lysine production capacity by using mutant enzymes has been reported. For example, J. Becker et al. Lysine upon enhanced expression through promoter replacement of the zwf gene encoding glucose 6-phosphate dehydrogenase in L-lysine producing Corynebacterium glutamicum. Increased production has been reported (J. Becker et al., J Biotechnol 132: 99-109, 2007), and European Patent No. 1302537 discloses a variant 6-phosphogluconate dehydrogenase (6-PGGluconate dehydrogenase, 6PGD). A method of producing L-amino acid by culturing L-amino acid-producing Corynebacteria into which a gene is introduced is disclosed.

상기의 일련의 연구들은 오탄당 인산화 경로로의 탄소흐름의 전환이, NADPH 공급이 필요한 특정 대사물질의 생합성을 증대하기 위한 대사공학적 타겟이 될 수 수 있다는 점을 제시하였다(Mascarenhas et al., Appl Environ Microbiol 57:2995-2999, 1991; Sauer et al., Appl Environ Microbiol 62:3687-3696, 1996; Marx et al., J Biotechnol 104:185-197, 2003; Ohnishi et al., Microbiol Lett 242:265-274, 2005). A series of studies suggested that the conversion of carbon flow to the pentose phosphorylation pathway could be a metabolic target for increasing the biosynthesis of certain metabolites that require NADPH supply (Mascarenhas et al., Appl Environ). Microbiol 57: 2995-2999, 1991; Sauer et al., Appl Environ Microbiol 62: 3687-3696, 1996; Marx et al., J Biotechnol 104: 185-197, 2003; Ohnishi et al., Microbiol Lett 242: 265 -274, 2005).

그러나, 코리네박테리움 내재적 글루코스 디하이드로게나제(glucose dehydrogenase, GDH) 효소의 활성이 감소되고, 오탄당 인산화 경로에서의 NADPH 생합성이 증가된 코리네박테리아 속 미생물에 대하여는 개시된 바 없다.
However, there has been no disclosure of Corynebacterium spp. Microorganisms with reduced activity of intrinsic glucose dehydrogenase (GDH) enzymes and increased NADPH biosynthesis in the pentose phosphorylation pathway.

이러한 배경하에서 본 발명자들은 L-라이신을 보다 효과적으로 생산하는 방법을 개발하기 위하여 예의 노력한 결과, 내재적 글루코스 디하이드로게나제 효소의 활성을 감소시켜서, 오탄당 인산화 경로를 통해 NADPH의 생산을 증가시킬 경우, L-라이신의 생산량을 증가시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
Against this background, the inventors have made diligent efforts to develop a method for producing L-lysine more effectively. As a result, the activity of the endogenous glucose dehydrogenase enzyme is reduced to increase the production of NADPH through the pentose sugar phosphorylation pathway. It was confirmed that the production of lysine can be increased, the present invention was completed.

본 발명의 주된 목적은 내재적 글루코스 디하이드로게나제(GDH)의 활성이 감소 또는 불활성화된 것을 특징으로 하는, L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물을 제공하는 것이다.The main object of the present invention is to provide a microorganism of the genus Corynebacterium with improved L-lysine production, characterized in that the activity of endogenous glucose dehydrogenase (GDH) is reduced or inactivated.

본 발명의 다른 목적은 상기 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing microorganisms of the genus Corynebacterium with improved L-lysine production capacity.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물을 이용하여 L-라이신을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
Still another object of the present invention is to provide a method for producing L-lysine using microorganisms of the genus Corynebacterium having improved L-lysine production capacity.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시양태에 의하면, 본 발명은 내재적 글루코스 디하이드로게나제(GDH)의 활성이 감소 또는 불활성화된 것을 특징으로 하는, L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물을 제공한다.
According to one embodiment for achieving the above object, the present invention is characterized in that the activity of the endogenous glucose dehydrogenase (GDH) reduced or inactivated, Corynebacterium genus microorganisms with improved L-lysine production capacity to provide.

본 발명에서 용어, "글루코스 디하이드로게나제(glucose dehydrogenase, GDH)"란 5탄당 인산경로에서 D-글루코스를 D-글루코노-1, 5-락톤으로 전환시키는 탈수소효소를 의미하며, 글루코스 탈수소효소 또는 D-글루코스:1-산화환원효소라고도 한다. The term "glucose dehydrogenase (GDH)" in the present invention means a dehydrogenase which converts D-glucose into D-glucono-1, 5-lactone in the pentose phosphate pathway and glucose dehydrogenase Or D-glucose: 1-redox enzyme.

본 발명에서 용어, "내재적"이란 미생물이 천연의 상태로 가지고 있는 것을 의미하는데, 본 발명에서는 코리네박테리움 속 미생물이 천연적으로 가지고 있는 GDH 또는 GDH의 활성을 표시할 때 사용한다.The term "intrinsic" in the present invention means that the microorganism is in a natural state. In the present invention, it is used to indicate the activity of GDH or GDH naturally occurring in the genus Corynebacterium.

본 발명에서 "글루코스 디하이드로게나제 효소의 활성이 감소"된다는 것은 GDH를 코딩하는 유전자의 변이에 의해 GDH의 활성이 감소되는 것을 의미한다. 본 발명에서는 코리네박테리움 속 미생물의 염색체 상에 존재하는 GDH를 코딩하는 유전자 NCgl0281, NCgl2582 및/또는 NCgl2053가 변이되어, 이로부터 발현되는 GDH의 활성이 감소된 상태를 표시할 때 사용한다.In the present invention, "decreased activity of glucose dehydrogenase enzyme" means that the activity of GDH is decreased by mutation of a gene encoding GDH. In the present invention, NCG0281, NCgl2582 and / or NCgl2053 encoding genes encoding GDH present on chromosomes of Corynebacterium sp. Microorganisms are mutated to show a state in which the activity of GDH expressed therefrom is reduced.

본 발명에서 "불활성화"란 상기 GDH를 코딩하는 유전자의 발현이 야생 균주에 비하여 낮은 수준으로 감소하거나 전혀 발현이 되지 않는 경우 및 발현이 되더라도 그 활성이 없거나 감소된 것을 의미하고, 상기 불활성화는 당업계에 알려진 임의의 불활성화 방법에 의하여 이루어질 수 있다. In the present invention, the term " inactivated "means that the expression of the gene encoding GDH is reduced to a low level or is not expressed at all, and when the expression is expressed, the activity is lost or decreased. May be accomplished by any inert method known in the art.

본 발명에서 "글루코스 디하이드로게나제(GDH)의 활성이 감소 또는 불활성화"는 특별히 이에 제한되지 않으나, 상기 GDH를 코딩하는 유전자 내로 하나 이상의 염기쌍의 삽입에 의한 삽입 돌연변이, 상기 유전자 내의 하나 이상의 염기쌍의 결실을 갖는 결실 돌연변이, 및 상기 유전자 내의 넌센스 코돈 또는 상이 코돈을 도입시키는 염기쌍의 전이(transition), 전환(transversion) 돌연변이로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 돌연변이 방법에 의하여 유발될 수 있고, 바람직하게는 상동재조합에 의하여 상기 유전자를 결실시키는 방법을 사용함이 바람직하다.In the present invention, "reduce or inactivate the activity of glucose dehydrogenase (GDH)" is not particularly limited, but insertion mutation by insertion of one or more base pairs into the gene encoding the GDH, one or more base pairs in the gene Deletion mutations having a deletion of and nonsense codons or phases in the gene may be caused by one or more mutation methods selected from the group consisting of transition, transition mutations of base pairs introducing codons, preferably Is preferably used to delete the gene by homologous recombination.

본 발명의 실시예에서는 GDH를 코딩하는 유전자의 일부분과 항생제 마커를 포함하는 재조합 벡터를 미생물에 도입하여 상동재조합을 유도함으로써, GDH의 활성을 감소 또는 불활성화시켰다. 이때, 상기 항생제 마커는 특별히 이에 제한되지 않으나, 카나마이신 내성부여 유전자를 사용함이 바람직하고, 상기 재조합 벡터는 특별히 이에 제한되지 않으나, pK18mobsacB 벡터로부터 유래된 것을 사용함이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 재조합 벡터는 특별히 이에 제한되지 않으나, 도 2a에 도시된 개열지도를 갖는 pSJC3513, 도 2b에 도시된 개열지도를 갖는 pSJC3515, 도 2c에 도시된 개열지도를 갖는 pSJC3517 등을 사용할 수 있다.
In an embodiment of the present invention, a recombinant vector comprising a portion of a gene encoding GDH and an antibiotic marker is introduced into a microorganism to induce homologous recombination, thereby reducing or inactivating GDH activity. In this case, the antibiotic marker is not particularly limited, but it is preferable to use a kanamycin resistance gene, and the recombinant vector is not particularly limited thereto, but it is preferable to use one derived from a pK18mobsacB vector. More preferably, the recombinant vector is not particularly limited thereto, but pSJC3513 having a cleavage map shown in FIG. 2A, pSJC3515 having a cleavage map shown in FIG. 2B, pSJC3517 having a cleavage map shown in FIG. 2C, and the like may be used. Can be.

아울러, L-라이신의 생산능을 보다 향상시키기 위하여, 상기 재조합 벡터에 당전이 효소인 레반수크라아제를 코딩하는 유전자인 sacB 유전자를 추가로 포함할 수도 있다.
In addition, in order to further enhance the production capacity of L-lysine, the recombinant vector may further include a sacB gene, which is a gene encoding the glycan transfer enzyme Levansukraase.

본 발명자들은 코리네박테리움 속 미생물의 염색체 상에 존재하는 GDH를 코딩하는 유전자를 변이시켜서, GDH의 활성을 감소시키면, GDH에 의하여 사용되지 않는 글루코스가 오탄당 인산화 경로에 따라, 글루코스-6-포스페이트탈수소효소(Glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PDH)를 거치면서, NADPH를 생산하게 될 뿐만 아니라, 상기 오탄당 인산화 경로에서 NADPH의 생산에 관여하는 효소인 G6PDH와 6PGD의 특이적 활성이 증가되므로, 결과적으로는 NADPH를 이용한 L-라이신의 생산수율을 향상시킴을 확인할 수 있었다.
The present inventors mutated a gene encoding GDH present on the chromosome of a microorganism of the genus Corynebacterium, thereby reducing the activity of GDH, resulting in glucose that is not used by GDH, depending on the pentose phosphorylation pathway, glucose-6-phosphate. In addition to producing NADPH through Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH), the specific activities of G6PDH and 6PGD, enzymes involved in the production of NADPH in the pentose phosphorylation pathway, are increased. Was found to improve the production yield of L-lysine using NADPH.

통상적인 오탄당 인산화 경로에 따르면, GDH는 글루코스를 글루코네이트로 전환시키고, 상기 글루코네이트는 6-PG로 전환된 다음, 6PGD에 의하여 NADPH를 생성하면서 리불로스 5-P로 전환되는 것으로 알려져 있다(도 1). 도 1은 코리네박테리움 글루타미쿰의 펜토오스 인산(pentose phosphate) 및 GDH 경로를 포함하는 중심탄소 대사과정을 나타내는 개요도이다.According to the conventional pentose phosphorylation pathway, it is known that GDH converts glucose to gluconate, which is converted to 6-PG and then converted to ribulose 5-P while producing NADPH by 6PGD One). Figure 1 is a schematic diagram showing the central carbon metabolism process including the pentose phosphate (Pentose phosphate) and GDH pathway of Corynebacterium glutamicum.

그러나, 본 발명자들은 상기 오탄당 인산화 경로에서 GDH를 불활성화 시키거나 또는 그의 활성을 감소시키면, 글루코스가 G6P로 전환되고, 상기 G6P는 G6PDH에 의하여 NADPH를 생성하면서 6-PG로 전환된 다음, 6PGD에 의하여 NADPH를 생성하면서 리불로스 5-P로 전환되므로, NADPH의 생합성량이 증가할 것으로 예상하였다. NADPH의 생합성량이 증가한다는 것은 곧 NADPH의 cofactor를 요구하는 L-라이신의 생합성량이 증가한다는 것을 의미하는 바, 결과적으로는 GDH의 불활성화 또는 활성감소에 의하여 L-라이신의 생합성 증가를 유도할 수 있을 것으로 예상하였으며, 이를 실험적으로 입증하였다.
However, the inventors have found that inactivating GDH in the pentose sugar phosphorylation pathway or decreasing its activity, glucose is converted to G6P, which is converted to 6-PG while generating NADPH by G6PDH and then to 6PGD. By converting to ribulose 5-P while producing NADPH, it was expected that the amount of biosynthesis of NADPH was increased. Increasing the amount of biosynthesis of NADPH means that the amount of biosynthesis of L-lysine, which requires a cofactor of NADPH, increases, resulting in increased biosynthesis of L-lysine by inactivation or deactivation of GDH. It was expected and proved experimentally.

본 발명에서 용어, "6-포스페이트글루코네이트 탈수소효소(6-phosphategluconate dehydrogenase, 6PGD)"란 세포질에 존재하는 오탄당 인산화 경로에 관여하는 산화환원 효소로, 6-PG를 리불로스 5-P로 전환시키는 반응을 수행함과 동시에, 니코틴아미드 아데닌 디누클레오티드 포스페이트(NADP+)를 NADPH로 환원시키는 반응에 관여하는 효소를 의미한다.The term "6-phosphategluconate dehydrogenase (6PGD)" as used herein refers to an oxidoreductase involved in the pentose phosphorylation pathway present in the cytoplasm, which converts 6-PG to ribulose 5-P (NADP +) is reduced by NADPH in addition to the reaction with nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP +).

본 발명에서 용어, "글루코스-6-포스페이트탈수소효소(Glucose-6-phosphate dehydrogenase, G6PDH (EC 1.1.1.49))"는 해당경로(glycolysis) 외의 포도당 분해경로인 5탄당-인산경로에서 글루코스-6-포스페이트를 6-포스포노-δ-락톤으로 전환시키는 반응을 수행함과 동시에, 니코틴아미드 아데닌 디누클레오티드 포스페이트(NADP+)를 NADPH로 환원시키는 반응에 관여하는 효소를 의미한다.
The term "Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH (EC 1.1.1.49))" in the present invention refers to glucose-6-phosphate dehydrogenase in the pentose- phosphate pathway, Means an enzyme involved in the reaction of converting a phosphate to a 6-phosphono-delta-lactone while reducing the nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADP +) to NADPH.

본 발명에서 용어, "L-라이신"이란 염기성 α-아미노산의 하나로 체내에서 합성되지 않는 필수 아미노산이며 화학식은 NH2(CH2)4CH(NH2)COOH인, L-아미노산의 일종을 말한다. L-라이신은 옥살아세트산으로부터 라이신 생합성 경로를 통해 생합성 되며, NADPH 의존성 환원효소가 라이신 생합성을 위한 중간과정을 촉매한다. 1 분자의 L-라이신 생합성 과정에서 3 분자의 NADPH가 당 효소들에 의해 직접적으로 소모되며 1 분자의 NADPH가 간접적으로 이용된다.
As used herein, the term "L-lysine" refers to a kind of L-amino acid, which is an essential amino acid that is not synthesized in the body as one of the basic α-amino acids, and the chemical formula is NH 2 (CH 2 ) 4 CH (NH 2 ) COOH. L-lysine is biosynthesized from oxal acetic acid via a lysine biosynthetic pathway, and NADPH dependent reductase catalyzes the intermediate process for lysine biosynthesis. In one molecule of L-lysine biosynthesis, three molecules of NADPH are consumed directly by sugar enzymes and one molecule of NADPH is indirectly used.

본 발명에서 용어, "L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물"은 염색체 상에 존재하는 GDH를 코딩하는 유전자가 변이되어 GDH의 활성이 감소 또는 불활성화된 코리네박테리움 속 미생물을 의미하는데, 상기 GDH를 코딩하는 유전자는 특별히 이에 제한되지 않으나, 서열번호 1의 염기서열로 구성되는 NCgl0281, 서열번호 2의 염기서열로 구성되는 NCgl2582 또는 서열번호 3의 염기서열로 구성되는 NCgl2053 등을 사용함이 바람직하고, 상기 미생물은 특별히 이에 제한되지 않으나, 바람직하게는 2011년 03월 07일자로 국립농업과학원 농업유전자원센터에 기탁된 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8255(KACC9 1636P), SJC8254(KACC9 1635P) 또는 SJC8253(KACC9 1634P)이다.
As used herein, the term "microorganism of the genus Corynebacterium with improved L-lysine production capacity" means a microorganism of the genus Corynebacterium in which a gene encoding GDH present on a chromosome is mutated to decrease or inactivate GDH activity. The gene encoding the GDH is not particularly limited thereto, but NCgl0281 consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, NCgl2582 consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, or NCgl2053 consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 is used. Preferably, the microorganism is not particularly limited, but preferably Corynebacterium glutamicum SJC8255 (KACC9 1636P), SJC8254 (KACC9 1635P) deposited at the National Institute of Agricultural Science on March 07, 2011. ) Or SJC8253 (KACC9 1634P).

본 발명의 다른 실시양태로서, 본 발명은 코리네박테리움 속 미생물의 염색체상에 존재하는 GDH를 코딩하는 유전자를 상동재조합의 방법으로 변이시켜서, GDH 활성을 감소시키는 단계를 포함하는, L-라이신의 생산성이 향상된 코리네박테리움 속 미생물을 제조하는 방법을 제공한다.In another embodiment of the invention, the invention comprises the step of mutating a gene encoding GDH present on the chromosome of a Corynebacterium genus by homologous recombination, thereby reducing GDH activity. It provides a method for producing microorganisms of the genus Corynebacterium improved productivity.

구체적으로, 본 발명의 L-라이신의 생산성이 향상된 코리네박테리움 속 미생물의 제조방법은 (ⅰ) GDH를 코딩하는 유전자의 일부가 결실된 폴리뉴클레오티드 단편을 수득하는 단계; (ⅱ) 상기 수득한 폴리뉴클레오티드 단편을, 숙주세포에 도입할 수 있고 염색체상에서 상동재조합을 수행할 수 있는 벡터에 도입하여 재조합 벡터를 수득하는 단계; (ⅲ) 상기 수득한 재조합 벡터를 숙주세포에 도입하여, 숙주세포의 염색체상에서 상동재조합이 유도된 상동재조합체를 수득하는 단계; 및, (ⅳ) 상기 상동재조합체의 염색체상에서 2차 상동재조합에 의하여 GDH를 코딩하는 유전자의 결실 및 GDH의 활성이 감소 또는 불활성화된 균주를 선발하는 단계를 포함한다.Specifically, the method for producing microorganisms of the genus Corynebacterium having improved productivity of L-lysine of the present invention comprises the steps of: (i) obtaining a polynucleotide fragment in which a part of a gene encoding GDH is deleted; (Ii) introducing the obtained polynucleotide fragment into a vector capable of introducing into the host cell and performing homologous recombination on a chromosome to obtain a recombinant vector; (Iii) introducing the obtained recombinant vector into a host cell to obtain a homologous recombination in which homologous recombination is induced on a chromosome of the host cell; And (iii) selecting a strain in which the deletion of the gene encoding GDH and the activity of the GDH is reduced or inactivated by the second homologous recombination on the chromosome of the homologous recombination.

이때, GDH를 코딩하는 유전자는 특별히 이에 제한되지 않으나, Genbank accession number NC_003450의 개방해독틀 DNA 서열을 가지는 서열번호 1의 염기서열로 구성되는 NCgl0281, 서열번호 2의 염기서열로 구성되는 NCgl2582 또는 서열번호 3의 염기서열로 구성되는 NCgl2053을 사용함이 바람직하다.
At this time, the gene encoding the GDH is not particularly limited, but NCgl0281 consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 having the open reading frame DNA sequence of Genbank accession number NC_003450, NCgl2582 consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: It is preferable to use NCgl2053 which consists of 3 base sequences.

아울러, 상기 숙주세포는 특별히 이에 제한되지 않으나, L-라이신을 생산하는 미생물을 이용할 수 있는데, 바람직하게는 GDH 경로를 포함하는 오탄당 인산화 경로에 의하여 NADPH를 생산하고 이에 의하여 L-라이신을 생산하는 미생물을 사용할 수 있고, 보다 바람직하게는 L-라이신을 생산하는 코리네박테리움 히드로카보클라스투스(Corynebacterium hydrocarboclastus), 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum), 코리네박테리움 써모아미노게네스(C. thermoaminogenes) 등의 코리네박테리움 속 미생물을 사용할 수 있으며, 가장 바람직하게는 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8248(KCTC 3027)를 사용할 수 있다.
In addition, the host cell is not particularly limited thereto, but may use a microorganism that produces L-lysine, preferably a microorganism that produces NADPH by the pentose phosphorylation pathway including the GDH pathway and thereby produces L-lysine. Corynebacterium hydrocarboclastus, Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium thermoaminogenes that produce L-lysine Microorganisms of the genus Corynebacterium, such as C. thermoaminogenes), and most preferably Corynebacterium glutamicum SJC8248 (KCTC 3027).

본 발명에서 용어, "재조합 벡터"란 숙주세포의 염색체와 따로 복제될 수 없는 벡터로서, 유전자 삽입물이 상기 숙주세포의 염색체상의 특정 유전자와 상동재조합될 수 있는 필수적인 구성요소를 포함하는 유전자 작제물을 말하며, 구체적으로 항생제 내성 유전자와 레반수크라아제(levansucrase, sacB) 유전자와 같은 선발유전자를 포함할 수 있다. 통상 사용되는 벡터의 예로는 천연 상태이거나 재조합된 상태의 플라스미드, 코스미드, 바이러스 및 박테리오파지를 들 수 있다. 예를 들어, 파지 벡터 또는 코스미드 벡터로서 pWE15, M13, λMBL3, λMBL4, λIXII, λASHII, λAPII, λt10, λt11, Charon4A, 및 Charon21A 등을 사용할 수 있으며, 플라스미드 벡터로서 pBR계, pUC계, pBluescriptII계, pGEM계, pTZ계, pCL계 및 pET계 등을 사용할 수 있다.
As used herein, the term "recombinant vector" is a vector that cannot be replicated separately from a chromosome of a host cell, wherein the gene construct includes an essential construct capable of homologous recombination with a particular gene on the chromosome of the host cell. In particular, it may include a selection gene such as an antibiotic resistance gene and levansucrase (levansucrase, sacB) gene. Examples of commonly used vectors include natural or recombinant plasmids, cosmids, viruses and bacteriophages. For example, pWE15, M13, λMBL3, λMBL4, λIXII, λASHII, λAPII, λt10, λt11, Charon4A, and Charon21A can be used as the phage vector or cosmid vector, and pBR, pUC, pBluescriptII based , pGEM-based, pTZ-based, pCL-based and pET-based and the like can be used.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명자들은 코리네박테리움 글루타미쿰 내에서 복제되지 않고 표적 유전자의 마커-프리 결실(marker-free deletion)을 수행하는 기능이 있는 pK18mobsacB 벡터(Schafer et al., Gene 145: 69-73, 1994)를 이용함으로써 유전자 결실을 수행하였다. 구체적으로, 상기 pK18mobsacB 벡터에 GDH를 코딩하는 유전자인 NCgl0281, NCgl2582 및/또는 NCgl2053의 일부를 변이, 바람직하게는 결실시켜 수득한 폴리뉴클레오티드 단편, 항생제 마커 및 레반수크라아제 유전자(sacB)를 포함하는 재조합 벡터를 제작하고, 상기 재조합 벡터를 당업계에 알려진 임의의 방법으로 염색체상에 GDH를 코딩하는 유전자를 포함하여 L-라이신을 생합성할 수 있는 숙주세포에 도입시킨 후, 염색체 내에서 상동 재조합시킴으로써, GDH 활성이 감소 또는 불활성화된 L-라이신 생산용 코리네박테리움 미생물을 제작하였다. According to one embodiment of the present invention, the present inventors have found that a pK18 mobsacB vector (Schafer et al., 2002), which is capable of performing marker-free deletion of a target gene without being replicated in Corynebacterium glutamicum, , Gene 145: 69-73, 1994). Specifically, the pK18mobsacB vector comprises a polynucleotide fragment obtained by mutating, preferably deleting, a portion of NCgl0281, NCgl2582 and / or NCgl2053, which are genes encoding GDH, including an antibiotic marker and levansukraase gene (sacB). By constructing a recombinant vector and introducing the recombinant vector into a host cell capable of biosynthesizing L-lysine, including the gene encoding GDH on the chromosome by any method known in the art, homologous recombination within the chromosome Corynebacterium microorganisms for producing L-lysine with reduced or inactivated GDH activity were prepared.

구체적으로, pK18mobsacB 벡터에 NCgl0281의 일부를 결실시켜 수득한 폴리뉴클레오티드 단편을 삽입하여 재조합 벡터 pSJ3517을 제작하고, pK18mobsacB 벡터에 NCgl2582의 일부를 결실시켜 수득한 폴리뉴클레오티드 단편을 삽입하여 재조합 벡터 pSJ3515를 제작하였으며, pK18mobsacB 벡터에 NCgl2053의 일부를 결실시켜 수득한 폴리뉴클레오티드 단편을 삽입하여 재조합 벡터 pSJ3513을 제작하였다. Specifically, a recombinant vector pSJ3517 was prepared by inserting a polynucleotide fragment obtained by deleting a portion of NCgl0281 into a pK18mobsacB vector, and a recombinant vector pSJ3515 was prepared by inserting a polynucleotide fragment obtained by deleting a portion of NCgl2582 into a pK18mobsacB vector. The recombinant vector pSJ3513 was constructed by inserting a polynucleotide fragment obtained by deleting part of NCgl2053 in the pK18mobsacB vector.

그런 다음, 상기 제작된 각 재조합 벡터 pSJ3517, pSJ3515 또는 pSJ3513를 L-라이신을 생산할 수 있는 숙주세포인 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8248에 전기천공법으로 도입하고, 카나마이신 내성 표현형을 선발하여 유전자 특이적 프라이머(gene-specific primer)를 사용한 다이아그너스틱 PCR(diagnostic PCR)을 통해 상기 플라스미드가 싱글 크로스오버에 의해 해당 유전자의 염색체 부위에 도입되었음을 확인하였다. 그 후 10%의 수크로오스 배지에서 2 차 재조합의 선발과 유전자 특이적 프라이머(gene-specific primer)를 사용한 다이아그너스틱 PCR(diagnostic PCR)을 통해 해당 유전자의 염색체 부위로부터 플라스미드가 절제(excision)되었음을 확인하였다. 그 결과 염색체 상에서 GDH를 코딩하는 유전자인 NCgl0281, NCgl2582 또는 NCgl2053의 일부가 결실된 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 각각 SJC8255, SJC8254 또는 SJC8253이라 명명하고, 2011년 03월 07일자로 국립농업과학원 농업유전자원센터에 기탁하여 각각 SJC8255(기탁번호 KACC9 1636P), SJC8254(기탁번호 KACC9 1635P) 또는 SJC8253(기탁번호 KACC9 1634P)의 기탁번호를 부여받았다.
Then, each of the recombinant vectors pSJ3517, pSJ3515 or pSJ3513 prepared above was introduced into Corynebacterium glutamicum SJC8248, a host cell capable of producing L-lysine, by electroporation, and the kanamycin resistance phenotype was selected to be gene-specific. Diagnostic PCR using a gene-specific primer confirmed that the plasmid was introduced into the chromosomal region of the gene by a single crossover. Subsequently, selection of secondary recombination in 10% sucrose medium and diagnostic PCR using gene-specific primers confirmed the excision of the plasmid from the chromosomal region of the gene. It was. As a result, the strains of Corynebacterium glutamicum, in which a part of NCgl0281, NCgl2582 or NCgl2053, which are genes encoding GDH, were deleted on the chromosome, were named SJC8255, SJC8254 or SJC8253, respectively. Deposited at the Genetic Resource Center, SJC8255 (Accession Number KACC9 1636P), SJC8254 (Accession Number KACC9 1635P), or SJC8253 (Accession Number KACC9 1634P), respectively, were assigned.

본 발명의 또 다른 실시양태에 의하면, 본 발명은 (ⅰ) 탄소원의 일부 또는 전부로서 글루코스가 포함된 배양 배지에 본 발명의 L-라이신의 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물을 접종하고 배양하여 배양물을 수득하는 단계; 및, (ⅱ) 상기 배양물로부터 L-라이신을 회수하는 단계를 포함하는 L-라이신을 생산하는 방법을 제공한다.
According to another embodiment of the present invention, the present invention is (i) inoculating and culturing the culture medium containing glucose as a part or all of the carbon source to the microorganism of the genus Corynebacterium with improved production capacity of L- lysine of the present invention Obtaining a culture; And, (ii) provides a method for producing L- lysine comprising recovering L- lysine from the culture.

본 발명에서 용어 "배양"은 미생물을 적당히 인공적으로 조절한 환경조건에서 생육시키는 것을 의미한다. 본 발명에서 코리네박테리움 속 미생물을 배양하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있는 방법을 이용하여 수행할 수 있다.구체적으로 상기 배양은 배치 공정 또는 주입 배치 또는 반복 주입 배치 공정(fed batch or repeated fed batch process)에서 연속식으로 배양할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The term "cultivation" in the present invention means cultivation of microorganisms under moderately artificially controlled environmental conditions. In the present invention, the method of culturing Corynebacterium sp. Microorganisms may be performed using a method well known in the art. Specifically, the culturing may be a batch process or an injection batch or repeated fed batch process. It can be cultured continuously in a batch process, but is not limited thereto.

배양에 사용되는 배지는 적절한 방식으로 특정 균주의 요건을 충족해야 한다. 코리네박테리아 균주에 대한 배양 배지는 공지되어 있다 (예를 들면, Manual of Methods for General Bacteriology. American Society for Bacteriology. Washington D.C., USA, 1981). 사용될 수 있는 당원으로는 글루코스, 수크로즈, 락토즈, 프락토즈, 말토즈, 전분, 셀룰로즈와 같은 당 및 탄수화물, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 코코넛유 등과 같은 오일 및 지방, 팔미트산, 스테아린산, 리놀레산과 같은 지방산, 글리세롤, 에탄올과 같은 알코올, 아세트산과 같은 유기산이 포함된다. 이들 물질은 개별적으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 사용될 수 있는 질소원으로는 펩톤, 효모 추출물, 육즙, 맥아 추출물, 옥수수 침지액, 대두밀 및 요소 또는 무기 화합물, 예를 들면 황산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 탄산암모늄 및 질산암모늄이 포함된다. 질소원 또한 개별적으로 또는 혼합물로서 사용할 수 있다. 사용될 수 있는 인원으로는 인산이수소칼륨 또는 인산수소이칼륨 또는 상응하는 나트륨-함유 염이 포함된다. 또한, 배양 배지는 성장에 필요한 황산마그네슘 또는 황산철과 같은 금속염을 함유해야 한다. 마지막으로, 상기 물질에 더하여 아미노산 및 비타민과 같은 필수 성장 물질이 사용될 수 있다. 또한, 배양 배지에 적절한 전구체들이 사용될 수 있다. 상기된 원료들은 배양과정에서 배양물에 적절한 방식에 의해 회분식으로 또는 연속식으로 첨가될 수 있다.The medium used for the culture should meet the requirements of the particular strain in an appropriate manner. Culture media for Corynebacteria strains are known (eg, Manual of Methods for General Bacteriology. American Society for Bacteriology.Washington D.C., USA, 1981). Sugar sources that can be used include sugars and carbohydrates such as glucose, sucrose, lactose, fructose, maltose, starch, cellulose, oils and fats such as soybean oil, sunflower oil, castor oil, coconut oil, palmitic acid, stearic acid Fatty acids such as linoleic acid, alcohols such as glycerol, ethanol, and organic acids such as acetic acid. These materials may be used individually or as a mixture. Examples of nitrogen sources that may be used include peptone, yeast extract, gravy, malt extract, corn steep liquor, soybean wheat and urea or inorganic compounds such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate. Nitrogen sources can also be used individually or as a mixture. Potassium which may be used include potassium dihydrogen phosphate or dipotassium hydrogen phosphate or the corresponding sodium-containing salts. In addition, the culture medium should contain metal salts such as magnesium sulfate or iron sulfate required for growth. Finally, in addition to these materials, essential growth materials such as amino acids and vitamins can be used. In addition, suitable precursors may be used in the culture medium. The above-mentioned raw materials can be added to the culture in a batch manner or in a continuous manner by an appropriate method.

수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아와 같은 기초 화합물 또는 인산 또는 황산과 같은 산 화합물을 적절한 방식으로 사용하여 배양물의 pH를 조절할 수 있다.Basic compounds such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, or acid compounds such as phosphoric acid or sulfuric acid can be used in a suitable manner to adjust the pH of the culture.

또한, 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있다. 호기 상태를 유지하기 위해 배양물 내로 산소 또는 산소-함유 기체 (예, 공기)를 주입한다. 배양물의 온도는 보통 20℃ 내지 45℃, 바람직하게는 25℃ 내지 40℃이다. 배양은 L-라이신의 생성량이 최대로 얻어질 때까지 계속한다. 이러한 목적으로 보통 10 내지 160 시간에서 달성된다. L-라이신은 배양 배지 중으로 배출되거나, 세포 중에 포함되어 있을 수 있다.
In addition, antifoaming agents such as fatty acid polyglycol esters can be used to inhibit bubble generation. Inject oxygen or oxygen-containing gas (eg, air) into the culture to maintain aerobic conditions. The temperature of the culture is usually 20 ° C to 45 ° C, preferably 25 ° C to 40 ° C. Incubation is continued until the maximum amount of L-lysine is obtained. For this purpose it is usually achieved in 10 to 160 hours. L-lysine may be excreted in culture medium or contained in cells.

아울러, 배양물로부터 L-라이신을 회수하는 단계는 당업계에 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 공지된 L-라이신 회수 방법은 특별히 이에 제한되지 않으나, 원심분리, 여과, 추출, 분무, 건조, 증방, 침전, 결정화, 전기영동, 분별용해(예를 들면 암모늄 설페이트 침전), 크로마토그래피(예를 들면 이온 교환, 친화성, 소수성 및 크기배제) 등의 방법을 사용함이 바람직하다.
In addition, the step of recovering L-lysine from the culture can be carried out by methods known in the art. Specifically, the known L-lysine recovery method is not particularly limited, but centrifugation, filtration, extraction, spraying, drying, thickening, precipitation, crystallization, electrophoresis, fractional dissolution (e.g. ammonium sulfate precipitation), chromatography Preference is given to using methods such as (eg ion exchange, affinity, hydrophobicity and size exclusion).

한편, 본 발명에서는 L-라이신 생산량을 더욱 증가시키기 위해, L-라이신의 생합성에 관련된 공지의 효소들의 활성을 추가로 조절할 수 있다. 바람직하게 본 발명에서는 추가로 아스파테이트 세미알데히드 디히드로게나제, 디히드로피콜리네이트 리덕타제 및 디아미노피멜레이트 디히드로게나제 효소의 활성을 조절하기 위하여 상기 효소를 암호화하는 asd, dapB, 및 ddh 유전자를 과발현시켜 L-라이신 생산량을 증대시킬 수 있다.
Meanwhile, in the present invention, in order to further increase L-lysine production, the activity of known enzymes related to the biosynthesis of L-lysine can be further regulated. Preferably, the present invention further provides asd, dapB, and ddh encoding the enzyme to modulate the activity of aspartate semialdehyde dehydrogenase, dihydropicolinate reductase and diaminopimelate dehydrogenase enzyme. Genes can be overexpressed to increase L-lysine production.

본 발명자들은 상기 제조된 L-라이신의 생산성이 향상된 코리네박테리움 속 미생물을 글루코스를 탄소원으로 포함하는 배지에서 배양하고, 이로부터 생산되는 L-라이신의 생산량의 증가수준을 상호 비교하였다. 그 결과, GDH의 활성이 크게 감소될 수록 NADPH의 농도와 L-라이신의 생산량이 증가함을 확인 할 수 있었다.The present inventors cultured the microorganisms of the genus Corynebacterium with improved productivity of L-lysine prepared above in a medium containing glucose as a carbon source, and compared the level of increase in the production of L-lysine produced therefrom. As a result, as the activity of GDH was significantly reduced, the concentration of NADPH and the production of L-lysine increased.

아울러, GDH의 활성이 감소된 본 발명의 재조합 벡터 pSJ3517, pSJ3515 또는 pSJ3513가 도입된 코리네박테리움 글루타미쿰 균주(SJC8255, SJC8254 또는 SJC8253)에서는 G6PDH와 6PGD의 특이적 활성이 더욱 증가함을 확인할 수 있었다.
In addition, the specific activity of G6PDH and 6PGD was further increased in the Corynebacterium glutamicum strain (SJC8255, SJC8254, or SJC8253) into which the recombinant vector pSJ3517, pSJ3515, or pSJ3513 of the present invention with reduced GDH activity was increased. Could.

따라서, GDH의 활성 감소에 의하여 오탄당 인산화 경로가 활성화될 뿐만 아니라, 오탄당 인산화 경로에 관여하는 효소인 G6PDH와 6PGD의 특이적 활성이 증가함에 의하여, NADPH의 생산량이 증가하며, NADPH의 생산량 증가에 의하여 L-라이신의 생합성량이 증가함을 다시 한번 확인할 수 있었다.
Therefore, not only the pentose phosphorylation pathway is activated by the decrease of GDH activity, but also the specific activity of G6PDH and 6PGD, enzymes involved in the pentose phosphorylation pathway, increases the production of NADPH and the increase of NADPH production. It was once again confirmed that the amount of biosynthesis of L-lysine was increased.

G6PDH 및 6PGD는 알로스테릭적으로 코리네박테리움 글루타미쿰 내에서 피드백 제어 조절작용의 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Moritz et al. 2000). 그러므로 상기 효소들의 SJC8253, SJC8254 및 SJC8255 내에서 피드백 제어 조절작용의 해제는 L-라이신의 생산에 더 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 기대된다.
G6PDH and 6PGD are allosteric and are known to be influenced by feedback control modulation in Corynebacterium glutamicum (Moritz et al. 2000). Therefore, it is expected that the release of feedback control regulation in the SJC8253, SJC8254 and SJC8255 of these enzymes may have a greater effect on the production of L-lysine.

본 발명의 내재적 글루코스 디하이드로게나제 효소의 활성이 감소된 코리네박테리움 속 미생물을 이용하면, 오탄당 인산화 경로가 활성화될 뿐만, 아니라, 오탄당 인산화 경로에 관여하는 효소인 G6PDH와 6PGD의 특이적 활성의 증대에 의하여 NADPH 생산수율이 증가하고, 이에 따라 상기 NADPH를 이용한 L-라이신의 생산수율을 향상시킬 수 있으므로, L-라이신의 효율적이고 경제적인 생산에 널리 활용될 수 있을 것이다.
By using microorganisms of the genus Corynebacterium with reduced activity of the endogenous glucose dehydrogenase enzyme of the present invention, not only the pentose phosphorylation pathway is activated, but also the specific activities of G6PDH and 6PGD, enzymes involved in the pentose phosphorylation pathway By increasing the NADPH production yield, and thus can improve the production yield of L- lysine using the NADPH, it will be widely used for efficient and economical production of L- lysine.

도 1은 코리네박테리움 글루타미쿰의 펜토오스 인산(pentose phosphate) 및 GDH 경로를 포함하는 중심탄소 대사과정을 나타내는 개요도이다.
도 2a는 코리네박테리움 글루타미쿰의 염색체 내에 존재하는 GDH 유전자인 NCgl2053을 변이시키기 위한 벡터 pSJ3513의 유전자 지도를 나타내는 개요도이다.
도 2b는 코리네박테리움 글루타미쿰의 염색체 내에 존재하는 GDH 유전자인 NCgl2582를 변이시키기 위한 벡터 pSJ3515의 유전자 지도를 나타내는 개요도이다.
도 2c는 코리네박테리움 글루타미쿰의 염색체 내에 존재하는 GDH 유전자인 NCgl0281을 변이시키기 위한 벡터 pSJ3517의 유전자 지도를 나타내는 개요도이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing the central carbon metabolism process including the pentose phosphate (Pentose phosphate) and GDH pathway of Corynebacterium glutamicum.
2A is a schematic diagram showing a gene map of a vector pSJ3513 for mutating NCgl2053, a GDH gene existing in the chromosome of Corynebacterium glutamicum.
2B is a schematic diagram showing a gene map of vector pSJ3515 for mutating NCgl2582, a GDH gene existing in the chromosome of Corynebacterium glutamicum.
2C is a schematic diagram showing a gene map of vector pSJ3517 for mutating NCgl0281, a GDH gene existing in the chromosome of Corynebacterium glutamicum.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
Hereinafter, the constitution and effects of the present invention will be described in more detail through examples. These embodiments are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments.

실시예Example 1: 부위-특이적 유전자가 결실된 변이주의 제조 1: Preparation of Mutant Wines Deleting Site-Specific Genes

실시예Example 1-1: 변이된  1-1: Mutated GDHGDH 를 코딩하는 유전자의 수득Obtain genes encoding

GDH의 활성이 감소된 형질전환체를 제조하기 위하여, GDH를 코딩하는 유전자인 NCgl0281, NCgl2582 또는 NCgl2053의 개방해독틀(open reading frame)이 내부적으로 결실된 폴리뉴클레오티드 단편을 포함하는 재조합 벡터를 제작하였다. In order to prepare a transformant having reduced GDH activity, a recombinant vector comprising a polynucleotide fragment in which an open reading frame of the genes encoding GDH, NCgl0281, NCgl2582 or NCgl2053, was internally deleted was prepared. .

먼저, NCgl0281, NCgl2582 및 NCgl2053의 염기서열이 내부적으로 결실된 폴리뉴클레오티드 단편을 제작하기 위하여 NCgl0281, NCgl2582 및 NCgl2053의 서열을 근거로 각각 프라이머 0281F1, 0281F2, 0281R1, 0281R2, 2582F1, 2582F2, 2582R1, 2582R2, 2053F1, 2053F2, 2053R1 및 2053R2를 제작하였다(표 1).
First, primers 0281F1, 0281F2, 0281R1, 0281R2, 2582F1, 2582F2, 2582R1, 2582R2, based on the sequences of NCgl0281, NCgl2582 and NCgl2053, to prepare polynucleotide fragments in which the nucleotide sequences of NCgl0281, NCgl2582 and NCgl2053 are deleted internally. 2053F1, 2053F2, 2053R1 and 2053R2 were prepared (Table 1).

프라이머의 염기서열Base sequence of primer 프라이머 명칭Name of the primer 염기서열Base sequence 서열번호SEQ ID NO: 2053F12053F1 cccaagcttAAGACACCGGTCATGGTG (HindIII)ccc aagctt AAGACACCGGTCATGGTG (HindIII) 44 2053R12053R1 tcccccgggTGCTACGGCAGCTCCAAT (SmaI)tcc cccggg TGCTACGGCAGCTCCAAT (SmaI) 55 2053F22053F2 tcccccgggGACGAAGCCAGCTATGTG (SmaI)tcc cccggg GACGAAGCCAGCTATGTG (SmaI) 66 2053R22053R2 cccaagcttACTCCTGTGCTTCCTTCC (HindIII)ccc aagctt ACTCCTGTGCTTCCTTCC (HindIII) 77 2582F1 2582F1 cccaagcttCCTCCGCCCCAATTATTC (HindIII)ccc aagctt CCTCCGCCCCAATTATTC (HindIII) 88 2582R1 2582R1 cggggtaccGGTCTCTGCAGCTTGTTC (KpnI)cgg ggtacc GGTCTCTGCAGCTTGTTC (KpnI) 99 2582F22582F2 cggggtaccGGTCTGGTTTCGTTCCTG (KpnI)cgg ggtacc GGTCTGGTTTCGTTCCTG (KpnI) 1010 2582R22582R2 cccaagcttCCATCCTGCACTTCTCAG (HindIII)ccc aagctt CCATCCTGCACTTCTCAG (HindIII) 1111 0281F10281F1 cccaagcttGTCCAAGCCGATTGACTC (HindIII)ccc aagctt GTCCAAGCCGATTGACTC (HindIII) 1212 0281R10281R1 cggggtaccGATTGCTGCGACAGTCTC (KpnI)cgg ggtacc GATTGCTGCGACAGTCTC (KpnI) 1313 0281F20281F2 cggggtaccCAGGAACGTGGCAAGAAC (KpnI)cgg ggtacc CAGGAACGTGGCAAGAAC (KpnI) 1414 0281R20281R2 cccaagcttCGGCTTCGGTGAGAACTT (HindIII)ccc aagctt CGGCTTCGGTGAGAACTT (HindIII) 1515

상기 표 1에서, 밑줄친 서열은 괄호 안에 나타낸 바와 같은 제한효소에 대한 제한위치를 나타내며, 대문자는 세균성 유전자의 서열을 의미한다.In Table 1, the underlined sequences indicate restriction positions for restriction enzymes as shown in parentheses, and the uppercase letters indicate sequences of bacterial genes.

2053 F1 프라이머(서열번호4)와 2053 R1 프라이머(서열번호5)를 이용하여 C. glutamicum ATCC13032 세포의 게놈 DNA로부터 PCR을 통해 특정 DNA 염기서열을 증폭하였다. PCR 반응물은 C. glutamicum ATCC13032 g-DNA 250ng을 2㎕, 10pmole의 2053 F1 프라이머 및 2053 R1 프라이머를 각각 2㎕, 2unit의 taq DNA 중합효소(Bioeseang, Co., Inc) 20㎕, 멸균 증류수 24㎕로 구성하였으며, 변성(94℃ 1분), 어닐링(58℃ 1분) 및 신장(70℃ 1분30초)을 30번 반복하는 조건을 사용하여, 1,175bp의 DNA단편을 수득하였다.Specific DNA sequences were amplified by PCR from genomic DNA of C. glutamicum ATCC13032 cells using 2053 F1 primer (SEQ ID NO: 4) and 2053 R1 primer (SEQ ID NO: 5). The PCR reaction was performed with 2 µl of 250ng C. glutamicum ATCC13032 g-DNA, 2µl of 20pm F1 primer and 2053 R1 primer of 10pmole, 20µl of 2unit taq DNA polymerase (Bioeseang, Co., Inc), 24µl of sterile distilled water. 1,175 bp DNA fragment was obtained using the conditions of repeating denaturation (94 DEG C for 1 minute), annealing (58 DEG C for 1 minute), and elongation (70 DEG C for 1 minute and 30 seconds) 30 times.

2053 F2 프라이머(서열번호6)와 2053 R2 프라이머(서열번호7)를 이용하여 C. glutamicum ATCC13032 세포의 게놈 DNA로부터 PCR을 통해 특정 DNA 염기서열을 증폭하였다. PCR 반응물은 C. glutamicum ATCC13032 g-DNA 250ng을 2㎕, 10pmole의 2053 F2 프라이머 및 2053 R2 프라이머를 각각 2㎕, 2unit의 taq DNA 중합효소(Bioeseang, Co., Inc) 20㎕, 멸균 증류수 24㎕로 구성하였으며, 변성(94℃ 1분), 어닐링(58℃ 1분) 및 신장(70℃ 1분30초)을 30번 반복하는 조건을 사용하여, 1,237bp의 DNA단편을 수득하였다.Specific DNA sequences were amplified by PCR from genomic DNA of C. glutamicum ATCC13032 cells using 2053 F2 primer (SEQ ID NO: 6) and 2053 R2 primer (SEQ ID NO: 7). The PCR reaction was performed with 250 μl of C. glutamicum ATCC13032 g-DNA, 2 μl of 10 pmole 2053 F2 primer and 2053 R2 primer, 20 μl of 2 unit taq DNA polymerase (Bioeseang, Co., Inc), 24 μl of sterile distilled water. The DNA fragment of 1,237bp was obtained using the conditions which repeat 30 times of denaturation (94 degreeC 1 minute), annealing (58 degreeC 1 minute), and elongation (70 degreeC 1 minute 30 second) 30 times.

2582 F1 프라이머(서열번호8)와 2582 R1 프라이머(서열번호9)를 이용하여 C. glutamicum ATCC13032 세포의 게놈 DNA로부터 PCR을 통해 특정 DNA 염기서열을 증폭하였다. PCR 반응물은 C. glutamicum ATCC13032 g-DNA 250ng을 2㎕, 10pmole의 2582 F1 프라이머 및 2582 R1 프라이머를 각각 2㎕, 2unit의 taq DNA 중합효소(Bioeseang, Co., Inc) 20㎕, 멸균 증류수 24㎕로 구성하였으며, 변성(94℃ 1분), 어닐링(58℃ 1분) 및 신장(70℃ 1분)을 30번 반복하는 조건을 사용하여, 981bp의 DNA단편을 수득하였다.Specific DNA sequences were amplified by PCR from genomic DNA of C. glutamicum ATCC13032 cells using 2582 F1 primer (SEQ ID NO: 8) and 2582 R1 primer (SEQ ID NO: 9). The PCR reaction was performed with 250 μl of C. glutamicum ATCC13032 g-DNA, 2 μl of 10pmole 2582 F1 primer and 2582 R1 primer, 20 μl of 2 units of taq DNA polymerase (Bioeseang, Co., Inc), 24 μl of sterile distilled water. 981 bp DNA fragment was obtained using the conditions of repeating denaturation (94 DEG C for 1 minute), annealing (58 DEG C for 1 minute), and elongation (70 DEG C for 1 minute) 30 times.

2582 F2 프라이머(서열번호10)와 2582 R2 프라이머(서열번호11)를 이용하여 C. glutamicum ATCC13032 세포의 게놈 DNA로부터 PCR을 통해 특정 DNA 염기서열을 증폭하였다. PCR 반응물은 C. glutamicum ATCC13032 g-DNA 250ng을 2㎕, 10pmole의 2582 F2 프라이머 및 2582 R2 프라이머를 각각 2㎕, 2unit의 taq DNA 중합효소(Bioeseang, Co., Inc) 20㎕, 멸균 증류수 24㎕로 구성하였으며, 변성(94℃ 1분), 어닐링(58℃ 1분) 및 신장(70℃ 1분)을 30번 반복하는 조건을 사용하여, 962bp의 DNA단편을 수득하였다. Specific DNA sequences were amplified by PCR from genomic DNA of C. glutamicum ATCC13032 cells using 2582 F2 primer (SEQ ID NO: 10) and 2582 R2 primer (SEQ ID NO: 11). The PCR reaction was performed with 250 μl of C. glutamicum ATCC13032 g-DNA, 2 μl of 10 pmole 2582 F2 primer and 2582 R2 primer, 20 μl of 2 units of taq DNA polymerase (Bioeseang, Co., Inc), 24 μl of sterile distilled water. A DNA fragment of 962 bp was obtained using conditions of denaturation (94 ° C. 1 minute), annealing (58 ° C. 1 minute) and elongation (70 ° C. 1 minute) for 30 times.

0281 F1 프라이머(서열번호12)와 0281 R1 프라이머(서열번호13)를 이용하여 C. glutamicum ATCC13032 세포의 게놈 DNA로부터 PCR을 통해 특정 DNA 염기서열을 증폭하였다. PCR 반응물은 C. glutamicum ATCC13032 g-DNA 250ng을 2㎕, 10pmole의 0281 F1 프라이머 및 0281 R1 프라이머를 각각 2㎕, 2unit의 taq DNA 중합효소(Bioeseang, Co., Inc) 20㎕, 멸균 증류수 24㎕로 구성하였으며, 변성(94℃ 1분), 어닐링(58℃ 1분) 및 신장(70℃ 1분30초)을 30번 반복하는 조건을 사용하여, 1,185bp의 DNA단편을 수득하였다.Specific DNA sequences were amplified by PCR from genomic DNA of C. glutamicum ATCC13032 cells using 0281 F1 primer (SEQ ID NO: 12) and 0281 R1 primer (SEQ ID NO: 13). The PCR reaction product was prepared with 2 µl of 250ng C. glutamicum ATCC13032 g-DNA, 2 µl of 10pmole 0281 F1 primer and 0281 R1 primer, 20 µl of 2unit taq DNA polymerase (Bioeseang, Co., Inc), 24 µl of sterile distilled water. 1,185 bp DNA fragment was obtained using the conditions of repeating denaturation (94 ° C. 1 minute), annealing (58 ° C. 1 minute) and elongation (70 ° C. 1 minute 30 seconds) 30 times.

0281 F2 프라이머(서열번호14)와 0281 R2 프라이머(서열번호15)를 이용하여 C. glutamicum ATCC13032 세포의 게놈 DNA로부터 PCR을 통해 특정 DNA 염기서열을 증폭하였다. PCR 반응물은 C. glutamicum ATCC13032 g-DNA 250ng을 2㎕, 10pmole의 0281 F2 프라이머 및 0281 R2 프라이머를 각각 2㎕, 2unit의 taq DNA 중합효소(Bioeseang, Co., Inc) 20㎕, 멸균 증류수 24㎕로 구성하였으며, 변성(94℃ 1분), 어닐링(58℃ 1분) 및 신장(70℃ 1분30초)을 30번 반복하는 조건을 사용하여, 1,145bp의 DNA단편을 수득하였다.
Specific DNA sequences were amplified by PCR from genomic DNA of C. glutamicum ATCC13032 cells using 0281 F2 primer (SEQ ID NO: 14) and 0281 R2 primer (SEQ ID NO: 15). The PCR reaction was performed with 250 μl of C. glutamicum ATCC13032 g-DNA, 2 μl of 10 pmole 0281 F2 primer and 0281 R2 primer, 20 μl of 2 unit taq DNA polymerase (Bioeseang, Co., Inc), 24 μl of sterile distilled water. 1,145 bp DNA fragment was obtained using the conditions of denaturation (94 ° C. 1 minute), annealing (58 ° C. 1 minute) and elongation (70 ° C. 1 minute 30 seconds) for 30 times.

실시예Example 1-2: 재조합 벡터 및 형질전환체의 수득 1-2: Obtaining Recombinant Vectors and Transformants

부위-특이적 유전자 결실(site specific gene disruption)을 위하여 상기 코리네박테리움 글루타미쿰 내에서 복제가 불가능한 벡터인 pK18mobsacB를 이용하여 재조합 벡터 pSJ3513, pSJ3515 및 pSJ3517를 제작하였다Recombinant vectors pSJ3513, pSJ3515 and pSJ3517 were constructed using pK18mobsacB, a non-replicable vector in Corynebacterium glutamicum for site specific gene disruption.

상기 pSJ3513은 2,938-bp짜리 NCgl2053의 HindIII 말단을 포함하는 재조합 벡터로서 NCgl2053의 SmaI 절편의 내부적 유전자 소실을 포함한다. 상기 SmaI 절편은 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13032 게놈 DNA를 주형으로 2053F1-2053R1 프라이머와 2053F2-2053R2 프라이머 쌍으로 교차 PCR을 하여 생성된 것이다. The pSJ3513 is a recombinant vector containing the HindIII terminus of 2,938-bp NCgl2053 and includes internal gene loss of the SmaI fragment of NCgl2053. The SmaI fragment was generated by cross PCR with a pair of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 genomic DNA as 2053F1-2053R1 primer and 2053F2-2053R2 primer.

상기 pSJ3515는 1,943-bp짜리 NCgl2582의 HindIII 말단을 포함하는 재조합 벡터로서 NCgl2582의 KpnI 절편의 내부적 유전자 소실을 포함한다. 상기 KpnI 절편은 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13032 게놈 DNA를 주형으로 2582F1-2582R1 프라이머와 2582F2-2582R2 프라이머 쌍으로 교차 PCR을 하여 생성된 것이다. PSJ3515 is a recombinant vector containing the HindIII terminus of 1,943-bp NCgl2582 and includes an internal gene loss of the KpnI fragment of NCgl2582. The KpnI fragment was generated by cross PCR using a pair of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 genomic DNA as a template with 2582F1-2582R1 primer and 2582F2-2582R2 primer.

상기 pSJ3517는 2,330-bp짜리 NCgl0281의 HindIII 말단을 포함하는 재조합 벡터로서 NCgl0281의 KpnI 절편의 내부적 유전자 소실을 포함한다. 상기 KpnI 절편은 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13032 게놈 DNA를 주형으로 0281F1-0281R1 프라이머와 0281F2-0281R2 프라이머 쌍으로 교차 PCR을 하여 생성된 것이다.
The pSJ3517 is a recombinant vector containing the HindIII terminus of 2,330-bp NCgl0281 and includes internal gene loss of KpnI fragment of NCgl0281. The KpnI fragment was generated by cross PCR using a pair of Corynebacterium glutamicum ATCC13032 genomic DNA as a template with a 0281F1-0281R1 primer and a 0281F2-0281R2 primer.

각각의 재조합 벡터를 L-라이신을 생산할 수 있는 숙주세포인 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8248에 전기천공법으로 도입하여 형질전환시키고(van der Rest et al. 1999) 카나마이신 내성 표현형을 선발하여 유전자 특이적 프라이머(gene-specific primer)를 사용한 다이아그너스틱 PCR(diagnostic PCR)을 통해 상기 플라스미드가 싱글 크로스오버에 의해 해당 유전자의 염색체 부위에 도입되었음을 확인하였다. 그 후 10%의 수크로오스 배지에서 2 차 재조합의 선발과 유전자 특이적 프라이머(gene-specific primer)를 사용한 다이아그너스틱 PCR(diagnostic PCR)을 통해 해당 유전자의 염색체 부위로부터 플라스미드가 절제(excision)되었음을 확인하였다. 그 결과 NCgl0281, NCgl2582 또는 NCgl2053 유전자의 특정부위가 각각 결실된 돌연변이 균주를 제작하여 이들을 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8255, 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8254 및 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8253이라 각각 명명하였고, 2011년 03월 07일자로 국립농업과학원 농업유전자원센터에 기탁하여 기탁번호 KACC9 1636P, KACC9 1635P 및 KACC9 1634P를 각각 부여받았다.
Each recombinant vector was introduced and transformed by electroporation into corynebacterium glutamicum SJC8248, a host cell capable of producing L-lysine (van der Rest et al. 1999), and a kanamycin resistance phenotype was selected for gene specificity. Diagnostic PCR using a gene-specific primer confirmed that the plasmid was introduced into the chromosomal region of the gene by a single crossover. Subsequently, selection of secondary recombination in 10% sucrose medium and diagnostic PCR using gene-specific primers confirmed the excision of the plasmid from the chromosomal region of the gene. It was. As a result, a mutant strain having a specific region of the NCgl0281, NCgl2582 or NCgl2053 gene was deleted, and these were named Corynebacterium glutamicum SJC8255, Corynebacterium glutamicum SJC8254, and Corynebacterium glutamicum SJC8253, respectively. On March 07, 2011, they were deposited with the National Institute of Agricultural Science, Agricultural Genetic Resource Center, and were given accession numbers KACC9 1636P, KACC9 1635P, and KACC9 1634P, respectively.

실시예Example 2 :  2 : NCgl0281NCgl0281 , , NCgl2582NCgl2582 및/또는  And / or NCgl2053NCgl2053 유전자가 결실된  Gene deleted 코리네박Corynebac 테리움 Terium 글루타미쿰에서의Glutamicum L-라이신 생산 L-lysine production

상기 실시예 1에서 제조한 각각의 L-라이신 생산균주인 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8253, SJC8254 및 SJC8255로부터 L-라이신 생산을 위해 하기와 같은 방법으로 배양하였다. 이때, 대조군으로서는 숙주세포인 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8248을 배양하여 사용하였다.Each of the L-lysine producing strains prepared in Example 1 was cultured in the following manner for L-lysine production from Corynebacterium glutamicum SJC8253, SJC8254 and SJC8255. At this time, as a control, Corynebacterium glutamicum SJC8248, which is a host cell, was cultured and used.

종배지로 Recovery Glucose 배지(80g BHI, 20g 클루코오스, 60g 소르비톨/L)을 사용하여 24 시간 배양하였다. 생산배지는 MMY 배지[0.8g KH2PO4, 10g (NH4)2SO4, 1g MgSO47H2O, 1.2g Na2HPO4, 2mg MnSO4H2O, 2mg FeSO47H2O, 1mg ZnSO47H2O, 10g 효모 추출액, 및 60g 글루코스/L, pH 7.0]를 사용하였다. The seed medium was incubated for 24 hours using Recovery Glucose medium (80 g BHI, 20 g glucose, 60 g sorbitol / L). The production medium was MMY medium [0.8g KH 2 PO 4 , 10g (NH 4 ) 2 SO 4 , 1g MgSO 4 7H 2 O, 1.2g Na 2 HPO 4 , 2mg MnSO 4 H 2 O, 2mg FeSO 4 7H 2 O, 1 mg ZnSO 4 7H 2 O, 10 g yeast extract, and 60 g glucose / L, pH 7.0].

종배지를 함유하는 100 ㎖ 배플 플라스크에 대조군과 본 발명의 균주 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8253, SJC8254 또는 SJC8255를 각각 접종하고 진탕배양(200 rmp)하였다. 종배지에서 배양된 상기 클루타미쿰을 분리하여 수확한 후 상기 글루타미쿰을 600 nm에서 흡광도가 0.4 ~ 0.5일 때까지 상기 생산배지 10 ㎖을 함유하는 100 ㎖ 배플 플라스크에서 재현탁하였다. 그 후, 10 ㎖당 0.2 g의 멸균된 CaCO3를 첨가하였다. 상기의 배양은 30℃의 200rpm 회전식 교반기에서 수행되었다.
100 ml baffle flasks containing seed medium were inoculated with control and strain Corynebacterium glutamicum SJC8253, SJC8254 or SJC8255, respectively, and shaken (200 rmp). After harvesting the isolated glutamicum incubated in the seed medium, the glutamicum was resuspended in a 100 ml baffle flask containing 10 ml of the production medium until the absorbance at 600 nm was 0.4-0.5. Thereafter, 0.2 g of sterile CaCO 3 per 10 ml was added. The incubation was carried out in a 200 rpm rotary stirrer at 30 ° C.

상기 각각의 배양물로부터 각 균주의 성장률, NADPH의 농도 및 L-라이신의 농도를 측정하고 비교하였다(표 2 및 3). 이때, 600 nm에서 분광법으로 세포 성장률을 측정하였고, L-라이신의 농도는 Agilent 1100 series HPLC 및 Zorbax Eclipse C18 column을 사용하여 정량하였다. 건조균체량은 600 nm에서의 흡광도 값을 1로 하여 1L당 건조중량 0.3 g에 해당하는 점을 기초로 측정하였다. NADPH의 농도는 EnzyChrom™NADP+/NADPH 분석 키트를 사용한 효소적 순환 반응(enzymatic cycling reaction)으로 측정하였다(BioAssay Systems, CA, USA).
The growth rate, concentration of NADPH and concentration of L-lysine of each strain were measured and compared from each of the above cultures (Tables 2 and 3). At this time, the cell growth rate was measured by spectroscopy at 600 nm, the concentration of L- lysine was quantified using Agilent 1100 series HPLC and Zorbax Eclipse C18 column. The dry cell mass was measured based on a point corresponding to 0.3 g of dry weight per 1 L with an absorbance value of 600 nm as 1. The concentration of NADPH was measured by an enzymatic cycling reaction using an EnzyChrom ™ NADP + / NADPH assay kit (BioAssay Systems, CA, USA).

균주의 성장률Growth rate of strain 코리네박테리움 글루타미쿰Corynebacterium glutamicum 성장률(μmax)Growth rate (μ max ) SJC8248SJC8248 0.690.69 SJC8253SJC8253 0.620.62 SJC8254SJC8254 0.700.70 SJC8255SJC8255 0.610.61

NADPH의 농도 및 L-라이신의 농도Concentration of NADPH and Concentration of L-Lysine 코리네박테리움 글루타미쿰Corynebacterium glutamicum NADPH(μM)NADPH (μM) L-라이신(g l-1)L-lysine (gl -1 ) SJC8248SJC8248 2.102.10 4.74.7 SJC8253SJC8253 2.912.91 5.65.6 SJC8254SJC8254 2.232.23 5.25.2 SJC8255SJC8255 2.992.99 6.16.1

상기 표 2 및 표 3에서 보듯이, 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8248 균주에서 NCgl2582가 결손된 SJC8254 균주를 배양한 경우 NADPH의 농도는 6.2% 증가하였고(2.1 vs. 2.23μM), L-라이신의 생산량은 10.6 % 증가하였지만(4.7 vs. 5.2g/l), NCgl2053이 결손된 SJC8253 균주를 배양한 경우 NADPH의 농도는 38.6 % 증가하였고(2.1 vs. 2.91μM), L-라이신의 생산량은 19.1 % 증가하였으며(4.7 vs. 5.6g/l), NCgl0281이 결손된 SJC8255 균주를 배양한 경우에는 NADPH의 농도는 42.4% 증가하였고(2.1 vs. 2.99μM), L-라이신의 생산량은 29.8 % 증가하였다(4.7 vs. 6.1g/l). As shown in Table 2 and Table 3, the concentration of NADPH was increased by 6.2% (2.1 vs. 2.23 μM) when the SJC8254 strain lacking NCgl2582 was cultured in the S.C. strain SJC8248 in Corynebacterium glutamicum. The production increased by 10.6% (4.7 vs. 5.2g / l), but the NADPH concentration increased by 38.6% (2.1 vs. 2.91μM) in the SJC8253 strain lacking NCgl2053, and the production of L-lysine was 19.1%. NADPH concentration was increased by 42.4% (2.1 vs. 2.99μM), and L-lysine production was increased by 29.8% when the SJC8255 strain lacking NCgl0281 was cultured (4.7 vs. 5.6 g / l). 4.7 vs. 6.1 g / l).

이러한 결과는 과량의 NADPH가 코리네박테리움 글루타미쿰 내의 L-라이신의 생합성을 증가시키기 위해 요구된다는 것을 나타낸다.
These results indicate that excess NADPH is required to increase the biosynthesis of L-lysine in Corynebacterium glutamicum.

아울러, SJC8253(NCgl2053이 결손된 것), SJC8254(NCgl2582이 결손된 것) 및 SJC8255(NCgl0281이 결손된 것)는 SJC8248(모균주)에 비교하여, 성장률은 거의 비슷하거나 다소 감소하지만, 세포내 NADPH 농도와 L-라이신의 생산량은 현격히 증가하였다.
In addition, SJC8253 (deleted NCgl2053), SJC8254 (deleted NCgl2582), and SJC8255 (deleted NCgl0281) showed almost similar or slightly decreased growth rates compared to SJC8248 (parent strain), but intracellular NADPH Concentrations and L-lysine production increased significantly.

실시예Example 3 :  3: GDHGDH 의 활성도 비교Compare activity

상기 생산배지에서 배양된 코리네박테리움 글루타미쿰은 지수 성장기(exponetial phase)동안 원심분리법을 사용하여 수확하였고 100 mM Tris/HCl 완충액(pH 7.5)으로 재현탁하였다. 세포는 유리알(glass bead)를 사용하여 파괴하였고 세포 추출물을 얻기 위해 원심분리하였다. 이 모든 처리는 4℃에서 이루어졌으며, 상층액은 특이적 효소 활성 분석을 위하여 채취하였다.
Corynebacterium glutamicum cultured in the production medium was harvested using centrifugation during the expontial phase and resuspended in 100 mM Tris / HCl buffer (pH 7.5). Cells were destroyed using glass beads and centrifuged to obtain cell extracts. All these treatments were performed at 4 ° C., and the supernatants were harvested for specific enzyme activity analysis.

효소분석을 위한 방법으로 단백질의 양은 브래드포드법(Bradford 1976)에 의해 결정하였으며, G6PDH, 6PGD 및 GDH의 활성은 340 nm에서 NADPH 분광학적 형성을 통해 측정하였다(Frunzke et al. 2008)(표 4).
The amount of protein in the method for enzymatic analysis was determined by the Bradford method (Bradford 1976), and the activities of G6PDH, 6PGD and GDH were determined by NADPH spectroscopic formation at 340 nm (Frunzke et al. 2008) (Table 4 ).

중심탄소대사과정의 핵심 효소의 특이적 활성도Specific Activity of Core Enzymes in Central Carbon Metabolism 코리네박테리움
글루타미쿰
Corynebacterium
Glutamicum
특이적 활성(U mg-1 protein)Specific activity (U mg -1 protein)
G6PDHG6PDH 6PGD6PGD GDHGDH SJC8248SJC8248 0.100.10 0.700.70 1.821.82 SJC8253SJC8253 0.230.23 1.031.03 0.250.25 SJC8254SJC8254 0.130.13 0.960.96 1.151.15 SJC8255SJC8255 0.160.16 1.561.56 0.030.03

상기의 값은 적어도 3개의 독립적인 배양에서 얻어진 결과를 기초로 한 평균값을 나타내며 모든 경우에 있어서 표준편차가 10 % 이하였다.
The values represent average values based on results obtained in at least three independent cultures and in all cases the standard deviation was less than 10%.

표 4에서 보듯이, SJC8254의 경우 GDH의 특이적 활성이 63.2 % 정도 남아있게 되는 것으로 나타났으며(1.82 vs. 1.15 U/mg protein), SJC8253의 경우 13.7%(1.82 vs. 0.25 U/mg protein), 그리고 SJC8255의 경우 GDH의 특이적 활성이 1.6 %(1.82 vs. 0.03 U/mg protein) 정도 남아있게 되는 것으로 나타났다.As shown in Table 4, the specific activity of GDH remained about 63.2% for SJC8254 (1.82 vs. 1.15 U / mg protein) and 13.7% (1.82 vs. 0.25 U / mg protein) for SJC8253. And SJC8255 showed 1.6% (1.82 vs. 0.03 U / mg protein) of GDH specific activity.

구체적으로 G6PDH와 6PGD의 특이적 활성을 비교하면, G6PDH 및 6PGD의 특이적 활성은 SJC8248에 비해 SJC8253, SJC8254 및 SJC8255 내에서 현격히 증가하였다.
Specifically, when comparing the specific activities of G6PDH and 6PGD, the specific activities of G6PDH and 6PGD were significantly increased in SJC8253, SJC8254 and SJC8255 compared to SJC8248.

GDH 경로를 차단함으로써 L-라이신의 생산량이 증가한 것은 G6PDH 및 6PGD의 특이적 활성 증가로 인한 NADPH 재생량의 증가에 의한 결과로 판단되고, 상기의 결과로부터 GDH 유전자로 추정되는 NCgl0281, NCgl2582 및/또는 NCgl2053을 불활성화시킨 변이주를 사용하여 글루코스로부터 L-라이신을 생산하는 방법의 메카니즘이 제안될 수 있다. G6PDH 및 6GPD의 특이적 효소활성의 증가로 인한 NADPH 재생량의 증가는 L-라이신의 생산량 증가를 유도하였다.
The increased production of L-lysine by blocking the GDH pathway was probably the result of an increase in NADPH regeneration due to the increased specific activity of G6PDH and 6PGD, and from these results were estimated to be the NCgl0281, NCgl2582 and / or GDH genes. The mechanism of the method of producing L-lysine from glucose using a mutant that inactivated NCgl2053 can be proposed. Increasing NADPH regeneration due to increased specific enzymatic activity of G6PDH and 6GPD resulted in increased production of L-lysine.

농업유전자원센터Agricultural Genetic Resource Center KACC91634PKACC91634P 2011030720110307 농업유전자원센터Agricultural Genetic Resource Center KACC91635PKACC91635P 2011030720110307 농업유전자원센터Agricultural Genetic Resource Center KACC91636PKACC91636P 2011030720110307

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Claims (11)

서열번호 1의 염기서열로 구성되는 NCg10281 유전자 또는 서열번호 2의 염기서열로 구성되는 NCg12582 유전자가 코딩하는 내재적 글루코스 디하이드로게나제(GDH)의 활성이 감소 또는 불활성화된 것을 특징으로 하는, L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물.
L- characterized in that the activity of the endogenous glucose dehydrogenase (GDH) encoded by the NCg10281 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the NCg12582 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 is reduced or inactivated. Microorganisms of the genus Corynebacterium with improved lysine production.
제1항에 있어서,
상기 감소 또는 불할성화는 상기 GDH를 코딩하는 유전자 내로 하나 이상의 염기쌍의 삽입에 의한 삽입 돌연변이, 상기 유전자 내의 하나 이상의 염기쌍의 결실을 갖는 결실 돌연변이, 및 상기 유전자 내의 넌센스 코돈 또는 상이 코돈을 도입시키는 염기쌍의 전이(transition) 또는 전환(transversion) 돌연변이로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 돌연변이 방법에 의하여 유발되는 것인 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물.
The method of claim 1,
The reduction or inactivation may be due to insertion mutations by insertion of one or more base pairs into the gene encoding the GDH, deletion mutations with deletion of one or more base pairs in the gene, and base pairs that introduce nonsense codons or different codons in the gene. A microorganism of the genus Corynebacterium with improved L-lysine production capacity, which is caused by one or more mutation methods selected from the group consisting of transition or transmutation mutations.
제1항에 있어서,
상기 감소 또는 불활성화는 상기 GDH를 코딩하는 유전자의 일부분과 항생제 마커를 포함하는 재조합 벡터에 의한 형질전환에 의해 유발되는 것인 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물.
The method of claim 1,
Said reduction or inactivation is a microorganism of the genus Corynebacterium with improved L-lysine production capacity that is caused by transformation by a recombinant vector comprising a portion of the gene encoding the GDH and an antibiotic marker.
제3항에 있어서,
상기 항생제 마커는 카나마이신 내성부여 유전자인 것인 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물.
The method of claim 3,
The antibiotic marker is a kanamycin resistance gene is a gene of Corynebacterium genus L- lysine is improved.
제3항에 있어서,
상기 재조합 벡터는 pK18mobsacB 벡터로부터 유래된 것인 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물.
The method of claim 3,
The recombinant vector is a microorganism of the genus Corynebacterium improved L- lysine production capacity is derived from the pK18mobsacB vector.
제3항에 있어서,
상기 재조합 벡터는 sacB 유전자를 추가로 포함하는 것인 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물.
The method of claim 3,
The recombinant vector is a microorganism of the genus Corynebacterium improved L- lysine production capacity further comprises sacB gene.
제6항에 있어서,
상기 재조합 벡터는 도 2b에 도시된 개열지도를 갖는 pSJC3515 또는 도 2c에 도시된 개열지도를 갖는 pSJC3517인 것인 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물.
The method according to claim 6,
The recombinant vector is pSJC3515 having a cleavage map shown in FIG. 2B or pSJC3517 having a cleavage map shown in FIG. 2C.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 코리네박테리움 속 미생물은 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8254(KACC9 1635P) 또는 코리네박테리움 글루타미쿰 SJC8255(KACC9 1636P)인 것인 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물.
The method of claim 1,
The microorganism of the genus Corynebacterium is corynebacterium glutamicum SJC8254 (KACC9 1635P) or Corynebacterium glutamicum SJC8255 (KACC9 1636P) Corynebacterium genus microorganisms with improved production capacity.
(ⅰ) 내재적 글루코스 디하이드로게나제(GDH)를 코딩하는 서열번호 1의 염기서열로 구성되는 NCg10281 유전자 또는 서열번호 2의 염기서열로 구성되는 NCg12582 유전자의 일부 서열이 변이된 폴리뉴클레오티드 단편을 수득하는 단계;
(ⅱ) 상기 수득한 폴리뉴클레오티드 단편을, L-라이신을 생산할 수 있는 숙주세포에 도입될 수 있고 염색체상에서 상동재조합을 수행할 수 있는 벡터에 도입하여 재조합 벡터를 수득하는 단계;
(ⅲ) 상기 수득한 재조합 벡터를 숙주세포에 도입하여 상동재조합체를 수득하는 단계; 및,
(ⅳ) 상기 상동재조합체 중에서 GDH의 활성이 감소 또는 불활성화된 균주를 선발하는 단계를 포함하는, 제1항 내지 제7항, 및 제9항 중 어느 한 항에 기재된 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물의 제조방법.
(Iii) obtaining a polynucleotide fragment in which the NCg10281 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 encoding the endogenous glucose dehydrogenase (GDH) or the partial sequence of the NCg12582 gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 is mutated; step;
(Ii) introducing the obtained polynucleotide fragment into a vector capable of introducing into a host cell capable of producing L-lysine and carrying out homologous recombination on a chromosome to obtain a recombinant vector;
(Iii) introducing the obtained recombinant vector into a host cell to obtain a homologous recombination product; And
(Iii) improving the L-lysine production capacity according to any one of claims 1 to 7, and 9, comprising selecting a strain in which the activity of GDH is reduced or inactivated in the homologous recombination product. Method for producing microorganisms of the genus Corynebacterium.
(ⅰ) 탄소원의 일부 또는 전부로서 글루코스가 포함된 배양 배지에 제1항 내지 제7항, 및 제9항 중 어느 한 항의 L-라이신 생산능이 향상된 코리네박테리움 속 미생물을 접종하고 배양하여 배양물을 수득하는 단계; 및,
(ⅱ) 상기 배양물로부터 L-라이신을 회수하는 단계를 포함하는 L-라이신을 생산하는 방법.
(Iii) inoculating and culturing the culture medium containing glucose as part or all of the carbon source, incubated with microorganisms of Corynebacterium having improved L-lysine production capacity of any one of claims 1 to 7, and Obtaining water; And
(Ii) recovering L-lysine from the culture.
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