KR101296882B1 - Thermococcus waiotapuensis DNA polymerase variants, and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DNA 중합 활성(DNA polymerization activity) 및 교정 활성(proofreading activity)을 모두 갖고 있는 써모코커스 와이오타푸엔시스 유래의 DNA 중합효소(Thermococcus waiotapuensis-derived DNA polymerase, 이하 ‘Twa DNA 중합효소’라고 함)의 변이체들(variants)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 점 돌연변이 방법으로 Twa DNA 중합효소의 501번째 아미노산인 아스파라진을 알지닌으로 치환시킨 돌연변이 써모코커스 와이오타푸엔시스 N501R DNA 중합효소(Thermococcus waiotapuensis N501R DNA polymerase, Twa N501R DNA polymerase, 이하 ‘Twa N501R DNA 중합효소’라고 함) 및 501번째 아미노산인 아스파라진을 라이신으로 치환시킨 돌연변이 써모코커스 와이오타푸엔시스 N501K DNA 중합효소(Thermococcus waiotapuensis N501K DNA polymerase, Twa N501K DNA polymerase, 이하 ‘Twa N501K DNA 중합효소’라고 함)에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 Twa DNA 중합효소를 코딩하는 핵산서열, 상기 핵산서열을 포함하는 벡터, 및 상기 벡터로 형질전환 된 미생물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 Twa N501R DNA 중합효소와 Twa N501K DNA 중합효소를 코딩하는 핵산서열, 상기 핵산서열을 포함하는 벡터, 및 상기 벡터로 형질전환 된 미생물에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 Twa DNA 중합효소, Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 DNA 중합효소들은 기존의 상업적 DNA 중합효소와 비교하였을 때 높은 충실도(fidelity)를 가지며, 특히 Twa N501R DNA 중합효소와 Twa N501K DNA 중합효소는 야생형 Twa DNA 중합효소보다 월등히 향상된 DNA 증폭속도 및 증폭량 등을 가진다.The present invention is a DNA polymerase derived from Thermococcus waotapuensis having both DNA polymerization activity and proofreading activity ( Thermococcus). waiotapuensis -derived Mutants of DNA polymerase (hereinafter referred to as ' Twa DNA polymerase'), and more specifically, a point mutation method in which a mutant thermoform of asparagine, the 501st amino acid of Twa DNA polymerase, is substituted with arginine. Caicos Waiotafuensis N501R DNA polymerase ( Thermococcus) waiotapuensis N501R DNA polymerase, Twa N501R DNA polymerase, '' Twa N501R DNA polymerase ') and mutant thermococcus waotapuensis N501K DNA polymerase ( Thermococcus) substituted with lysine as the 501st amino acid asparagine waiotapuensis N501K DNA polymerase, Twa N501K DNA polymerase, '' Twa N501K DNA polymerase '). The present invention also relates to a nucleic acid sequence encoding a Twa DNA polymerase, a vector comprising the nucleic acid sequence, and a microorganism transformed with the vector. The present invention also relates to a vector, and the transformed microorganism with the vector comprising a nucleic acid sequence, said nucleic acid sequence encoding a DNA polymerase and Twa Twa N501R N501K DNA polymerase. In addition, the present invention is the Twa DNA polymerase, Twa N501R DNA Polymerase and Twa A method for producing N501K DNA polymerase. DNA polymerases according to the present invention have a high fidelity as compared to conventional commercial DNA polymerases, in particular Twa N501R DNA Polymerase and Twa N501K DNA polymerase has significantly improved DNA amplification rate and amplification amount than wild type Twa DNA polymerase.

Description

써모코커스 와이오타푸엔시스 균주 유래의 DNA 중합효소 변이체들 및 이의 이용{Thermococcus waiotapuensis DNA polymerase variants, and uses thereof}DNA polymerase variants derived from Thermococcus Waiotapuensis strains and their use {Thermococcus waiotapuensis DNA polymerase variants, and uses approximately}

본 발명은 초고온성 고세균(hyperthermophilic archaeum) 써모코커스 와이오타푸엔시스(Thermococcus waiotapuensis) 균주 유래의 DNA 중합효소와 이의 변이체들, 및 이의 이용에 관한 것이다.The present invention is hyperthermophilic archaeum thermococcus thermostat ( Thermococcus) waiotapuensis ) strains, and variants thereof, and their use.

DNA 중합효소(deoxyribonucleic acid polymerase, DNA polymerase, E.C. number 2.7.7.7)는 주형 DNA(template DNA)에 의존하여 5′→3′ 방향으로 DNA를 합성하는 효소로서, 생명체에 있어 DNA 복제(DNA replication) 또는 수리(DNA repair)시에 가장 중요한 역할을 하는 효소이다(참조: Lehninger, A. L. et al., 1993, Principles of biochemistry, 2 nd ed., Worth Publishers). DNA 중합효소는 1957년 콘버그(Kornberg) 등에 의해 대장균에서 최초로 발견되었으며, 이때 발견된 DNA 중합효소는 현재의 DNA 중합효소Ⅰ이다(참조: Kornberg, A. and Baker, T., 1992, DNA replication, 2 nd ed., Freeman Company). 상기 대장균 DNA 중합효소Ⅰ(Escherichia coli DNA polymeraseⅠ, E. coli DNA polymeraseⅠ)은 5′→3′ 핵산말단 가수분해효소 활성(5′→3′ exonuclease activity), 교정 활성 (proofreading activity)이라 불리는 3′→5′ 핵산말단 가수분해효소 활성(3′→5′ exonuclease activity), 및 DNA 중합 활성(DNA polymerization activity)인 5′→3′ 중합효소 활성(5'→3' polymerase activity)을 함께 갖고 있다.DNA polymerase (deoxyribonucleic acid polymerase, DNA polymerase, EC number 2.7.7.7) is an enzyme that synthesizes DNA in the 5 '→ 3' direction depending on template DNA. Or enzymes that play the most important role in DNA repair (see Lehninger, AL et. al ., 1993, Principles of biochemistry, 2 nd ed ., Worth Publishers). DNA polymerase was first discovered in Escherichia coli in 1957 by Kornberg et al., The DNA polymerase found today is DNA polymerase I (Kornberg, A. and Baker, T., 1992, DNA replication). , 2 nd ed ., Freeman Company). The E. coli DNA polymerase Ⅰ (Escherichia coli DNA polymerase I and E. coli DNA polymerase I) are 5 '→ 3' exonuclease activity (5 '→ 3' exonuclease activity, 3 '→ 5' nucleic acid end hydrolase called proofreading activity). It has activity (3 '→ 5' exonuclease activity) and DNA polymerization activity (5 '→ 3' polymerase activity).

내열성 DNA 중합효소는 1976년 치엔(Chien) 등에 의해 고온균인 써머스 아쿠아티커스 와이티-1(Thermus aquaticus YT-1)에서 최초로 분리된 이후, 같은 써머스 속(genus)에 속하는 써머스 플라버스 (Thermus flavus), 써머스 써모필러스 에이치비8(Thermus thermophilus HB8) 등에서 분리되어 그 특성들이 밝혀졌으나, 그 당시에는 그다지 주목을 받지 못했다(참조: Chien, A. et al ., 1976, J. Bacteriol . 127, 1550-1557; Kaledin, A. S. et al., 1981, Biokhimiya 46, 1576-1584; Ruettimann, C. et al ., 1985, Eur . J. Biochem. 149, 41-46). 그러나 1988년 사이키(Saiki) 등에 의해 내열성 DNA 중합효소를 이용한 PCR 기술이 개발(참조: Saiki, R. K. et al., 1988, Science 239, 487-491)되면서 내열성 DNA 중합효소가 주목을 받기 시작하여, 써머스 칼도필러스 지케이24(Thermus caldophilus GK24), 써머스 필리포미스(Thermus filiformis) 등의 고온성 세균 외에도 써모코커스 리토랄리스(Thermococcus litoralis), 써모코커스 마리너스(Thermococcus marinus), 써모코커스 구아이마센시스(Thermococcus guaymasensis), 파이로코커스 퓨리오서스(Pyrococcus furiosus), 나노아케움 이퀴탄스(Nanoarchaeum equitans) 및 파이로코커스 워세이(Pyrococcus woesei) 등의 초고온성 고세균들로부터 내열성 DNA 중합효소가 경쟁적으로 연구 개발되었다(참조: Park, J. H. et al ., 1993, Eur . J. Biochem . 214, 135-140; Jung, S. E. et al ., 1997, Mol . Cells 7, 769-776; Kong, H. et al., 1993, The Journal of Biological Chemistry 168(3), 1965-1975; Bae, H. et al., 2009, Extremophiles 13, 657-667; Lee, J. I. et al., 2009, Enzyme and Microbial Technology 45, 103-111; Lundberg, K. S. et al ., 1991, Gene 108, 1-6; Choi, J. J. et al., 2008, Appl . Environ . Microbiol. 74, 6563-6569; Dabrowski, S. and Kur, J., 1998, Protein Expres . Purif . 14, 131-138). 특히, 고세균 써모코커스와 파이로코커스 속 균주 유래 DNA 중합효소들은 써머스 속 균주 유래 DNA 중합효소들과는 달리 교정 활성을 갖는 내열성 DNA 중합효소들이라는 점에서 더욱 주목을 받아왔으며, 고도의 정확성을 요구하는 PCR에 사용되고 있다.Heat-resistant DNA polymerase was introduced by Chien et al. In 1976 by Thermos Aquaticus Waity-1 (Thermus aquaticusAfter the first separation from YT-1), the summer plaus belonging to the same genusThermus flavus), Thermos Thermophilus HB8 (Thermus thermophilus HB8), etc., and their properties were revealed, but did not receive much attention at that time (see Chien, A.).meat get ., 1976,J. Bacteriol . 127, 1550-1557; Kaledin, A. S.meat get., 1981,Biokhimiya 46, 1576-1584; Ruettimann, C.meat get ., 1985,Eur . J. Biochem.149, 41-46). However, in 1988, Saiki et al. Developed a PCR technique using heat-resistant DNA polymerase (see Saiki, R. K.meat get., 1988,Science 239487-491), the heat-resistant DNA polymerase began to attract attention, Summers Caldophyllus ZK24 (Thermus caldophilus GK24), Summer PhilippiThermus filiformisIn addition to thermophilic bacteria such as)Thermococcus litoralis), Thermococcus Mariners (Thermococcus marinus), Thermocaucus guaimasensis (Thermococcus guaymasensis), Pyrococcus puriosusPyrococcus furiosus), Nanoakeum Iquitans (Nanoarchaeum equitans) And Pyrococcus Wassay (Pyrococcus woeseiHeat-resistant DNA polymerase has been competitively researched and developed from ultra-high temperature archaea such as Park, J. H.meat get ., 1993,Eur . J. Biochem . 214, 135-140; Jung, S. E.meat get ., 1997,Mol . Cells 7, 769-776; Kong, H.meat get., 1993,The Journal of Biological Chemistry 168(3), 1965-1975; Bae, H.meat get., 2009,Extremophiles 13657-667; Lee, J. I.meat get., 2009, Enzyme and Microbial Technology45, 103-111; Lundberg, K. S.meat get ., 1991,Gene 108, 1-6; Choi, J. J.meat get., 2008,Appl . Environ . Microbiol.746563-6569; Dabrowski, S. and Kur, J., 1998,Protein Expres . Purif . 14, 131-138). In particular, DNA polymerases derived from S. aureus and Pyrococcus strains have been attracting more attention because they are heat-resistant DNA polymerases with corrective activity, unlike DNA polymerases derived from S. aureus. It is used for.

PCR은 DNA 중합효소와 프라이머(primer)를 이용하여 극미량의 주형 DNA를 대량 증폭시키는 기술로서, DNA 변성(DNA denaturation, 94℃), 프라이머 어닐링(primer annealing, 40-65℃) 및 DNA 합성(DNA extension, 72℃)의 3단계 과정을 연속적으로 20-30회 반복하게 된다. 따라서 PCR 반응 특성상 고온을 필요로 하기 때문에 PCR 방법에서 가장 중요한 요소는 내열성 DNA 중합효소이다(참조: Erlich H. A. et al ., 1989, Stockton Press 193208). 내열성 DNA 중합효소는 PCR에 의한 유전자의 확인 및 증폭, DNA 염기서열 결정, 임상진단 등에 있어 매우 유용한 효소로서, 분자생물학 및 유전공학연구를 비롯하여 바이러스 유전자와 암 유전자의 조기진단, 유전병 진단 및 법의학적 연구에 이르기까지 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 그 수요가 날로 증가되고 있는 추세이다.PCR is a technique for mass amplification of trace amount of template DNA using DNA polymerase and primer, DNA denaturation (94 ° C), primer annealing (40-65 ° C) and DNA synthesis (DNA) extension, 72 ° C.) is repeated 20-30 times in succession. Therefore, the most important factor in the PCR method is the heat-resistant DNA polymerase because it requires high temperature due to the nature of the PCR reaction (see Erlich HA et. al . , 1989, Stockton Press 193208). Heat-resistant DNA polymerase is a very useful enzyme for identification and amplification of genes by PCR, DNA sequencing, clinical diagnosis, etc., including molecular biology and genetic engineering research, early diagnosis of viral and cancer genes, genetic diagnosis and forensic It is used in a wide range of fields, ranging from research, and the demand is increasing day by day.

현재까지 초고온성 고세균인 써모코커스 와이오타푸엔시스(Thermococcus waiotapuensis)로부터 DNA 중합효소 유전자의 염기서열이나 상기 유전자가 암호화하는 내열성 DNA 중합효소에 대한 특성과 이 효소의 이용에 대하여 밝혀진 바가 없다. 따라서 본 발명자들은 초고온성 고세균 써모코커스 와이오타푸엔시스로부터 신규한 내열성 DNA 중합효소 유전자를 분리하고, 상기 유전자가 암호화하고 있는 효소를 대장균 내에서 발현시킨 후 정제하여 효소 특성을 밝히고 PCR에 이용하고자 하였다. 또한 써모코커스 와이오타푸엔시스 DNA 중합효소의 증폭속도를 증가시킨 DNA 중합효소를 개발하기위하여 노력한 결과, 특정부위에 돌연변이를 유발시킨 DNA 중합효소 변이체들이 높은 충실도(fidelity)와 정확성(accuracy)을 유지하면서 증폭속도가 증가된 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다. 이는 단시간의 PCR을 가능하게 하는 신규한 내열성 DNA 중합효소의 산업적 이용을 위해 중요한 의의를 갖는다.Current up to very high temperatures sex archaea of Thermo Caucus Waiotapu N-Sys (Thermococcus waiotapuensis ) has not been identified for the nucleotide sequence of the DNA polymerase gene, the characteristics of the heat-resistant DNA polymerase encoded by the gene and the use of this enzyme. Therefore, the present inventors attempted to isolate a novel heat-resistant DNA polymerase gene from the ultra-high temperature thermophilus thermococcus waotapuensis, express the enzyme encoded by the gene in E. coli, and then purify the enzyme properties and use it for PCR. . In addition, efforts to develop a DNA polymerase that increased the amplification rate of thermococcus wyo-tafuensis DNA polymerase resulted in high fidelity and accuracy of DNA polymerase variants which caused mutations at specific sites. While confirming that the amplification speed is increased and completed the present invention. This is of significant significance for the industrial use of novel heat resistant DNA polymerases to enable short PCR.

본 발명은 신규한 써모코커스 와이오타푸엔시스 유래 DNA 중합효소, 및 이의 변이체들을 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 또한 본 발명은 상기 Twa DNA 중합효소 변이체를 코딩하는 핵산분자를 포함하는 벡터 및 상기 벡터로 형질전환된 대장균을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a novel thermococcus waotafuensis derived DNA polymerase, and variants thereof. It is another object of the present invention to provide a vector comprising a nucleic acid molecule encoding the Twa DNA polymerase variant and E. coli transformed with the vector.

그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명은 써모코커스 와이오타푸엔시스(Thermococcus waiotapuensis) 유래 DNA 중합효소(polymerase)의 501번째 아미노산이 변이된 것을 특징으로 하는, Twa DNA 중합효소 변이체를 제공한다.The present invention is Thermococcus Waiotapuensis ( Thermococcus waiotapuensis ) provides a Twa DNA polymerase variant, characterized in that the 501st amino acid of the DNA polymerase (derived) is mutated.

본 발명의 일구현예로, 상기 아미노산 변이는 501번째 아미노산인 아스파라진(asparagine)이 알지닌(arginine) 또는 라이신(lysine)으로 치환된 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the amino acid variation is characterized in that asparagine (501) amino acid (asparagine) is substituted with arginine (arginine) or lysine (lysine).

본 발명의 다른 구현예로, 상기 변이체는 각각 서열번호 23 및 25의 아미노산 서열을 가지는 것을 특징으로 한다.In another embodiment of the present invention, the variant is characterized by having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 23 and 25, respectively.

또한 본 발명은 상기 Twa DNA 중합효소 변이체를 코딩하는 핵산분자를 제공한다.The present invention also provides a nucleic acid molecule encoding the Twa DNA polymerase variant.

본 발명의 일구현예로, 상기 핵산분자는 서열번호 22 또는 24의 염기 서열을 가지는 것을 특징으로 한다.In one embodiment of the present invention, the nucleic acid molecule is characterized by having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 22 or 24.

또한 본 발명은 상기 핵산분자를 포함하는, pTWAN501R 벡터 및 pTWAN501K 벡터를 제공한다.The present invention also provides a pTWAN501R vector and a pTWAN501K vector comprising the nucleic acid molecule.

또한 본 발명은 상기 pTWAN501R 벡터로 형질전환된, Rosetta(DE3) pLysS/pTWAN501R(수탁번호 KACC95108P) 대장균과 상기 pTWAN501K 벡터로 형질전환된, Rosetta(DE3) pLysS/pTWAN501K(수탁번호 KACC95107P) 대장균을 제공한다.The present invention also provides Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501R (Accession No. KACC95108P) Escherichia coli, transformed with the pTWAN501R vector and Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501K (Accession No. KACC95107P) Escherichia coli, transformed with the pTWAN501K vector. .

또한 본 발명은 상기 Twa DNA 중합효소(polymerase) 변이체를 포함하는 것을 특징으로 하는 키트를 제공한다.In addition, the present invention is the Twa It provides a kit comprising a DNA polymerase variant.

본 발명의 Twa DNA 중합효소는 높은 교정 활성을 가지므로 PCR 등 다양한 핵산 중합 반응에 널리 이용할 수 있다. 또한 본 발명의 Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소는 기존의 Twa DNA 중합효소와 비교하여 PCR 효율과 증폭속도가 월등히 향상되었다. 따라서 본 발명의 Twa DNA polymerase 변이체들은 유전공학연구, 바이러스 유전자와 암 유전자의 조기진단, 유전병 진단, GMO 및 법의학적 연구에 이르는 광범위한 분야에서, 응용이 기대된다.Since the Twa DNA polymerase of the present invention has high correction activity, it can be widely used for various nucleic acid polymerization reactions such as PCR. In addition, the Twa N501R DNA polymerase and the Twa N501K DNA polymerase of the present invention significantly improved the PCR efficiency and amplification speed compared to the conventional Twa DNA polymerase. Therefore, the Twa DNA polymerase variants of the present invention are expected to be applied in a wide range of fields such as genetic engineering research, early diagnosis of viral and cancer genes, genetic disease diagnosis, GMO and forensic research.

도 1 은 Twa DNA 중합효소 유전자의 발현을 위한 재조합 플라스미드 pTWAM의 구축 과정을 간략히 나타낸 모식도이다. 플라스미드 pET-20b(+)에 인테인을 제거시킨 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자가 삽입된 것이다.
도 2 는 대장균 내에서 발현된 활성형 Twa DNA 중합효소의 정제 단계에 따른 SDS 변성 겔 전기영동 결과를 나타낸 도면이다. 도 2(a)는 재조합 플라스미드 pTWAM 유래의 발현산물로부터 정제 단계별로 나타낸 것이고, 도 2(b)는 Twa 돌연변이 DNA 중합효소들의 정제사진이다.
도 3 은 활성형 Twa DNA 중합효소의 pH에 따른 DNA 중합 활성의 정도를 상대적으로 나타낸 그래프이다.
도 4 는 활성형 Twa DNA 중합효소의 온도에 따른 DNA 중합 활성 정도를 상대적으로 나타낸 그래프이다.
도 5 는 활성형 Twa DNA 중합효소의 MgCl2 농도에 따른 DNA 중합 활성 정도를 상대적으로 나타낸 그래프이다.
도 6 은 활성형 Twa DNA 중합효소의 KCl 농도에 따른 DNA 중합 활성 정도를 상대적으로 나타낸 그래프이다.
도 7 은 활성형 Twa DNA 중합효소의 94℃와 99℃에서의 열안정성을 상대적으로 나타낸 그래프이다.
도 8 은 활성형 Twa DNA 중합효소의 3'5' 핵산말단가수분해 효소활성을 나타낸 그래프이다.
도 9 는 활성형 Twa DNA 중합효소(도 9(a)) 및 Twa N501R DNA 중합효소 (도 9(b))를 이용한 중합효소 연쇄반응(PCR)에 있어 pH에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 10 은 활성형 Twa DNA 중합효소(도 10(a)) 및 Twa N501R DNA 중합효소(도 10(b))를 이용한 중합효소 연쇄반응(PCR)에 있어 MgCl2 농도에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 11 은 활성형 Twa DNA 중합효소(도 11(a)) 및 Twa N501R DNA 중합효소(도 11(b))를 이용한 중합효소 연쇄반응(PCR)에 있어 KCl 농도에 따른 결과를 나타낸 도면이다.
도 12 는 (a) 람다 파아지 게노믹 DNA를 주형으로 최적 PCR 완충용액 하에서 활성형 Twa, Twa N501R, Twa N501K, Twa N501D, Twa N501E 및 Twa N501A DNA 중합효소들을 이용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 수행한 결과, 및 (b) Pfu DNA 중합효소(Pfu), Vent DNA 중합효소(Vent), 활성형 Twa DNA 중합효소(Twa) 및 Twa N501R DNA 중합효소(Twa N501R)를 이용하여 중합효소 연쇄반응을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 13 은 람다 파아지 게노믹 DNA를 주형으로 최적 PCR 완충용액 하에서 활성형 Twa DNA 중합효소 및 Twa N501R DNA 중합효소를 이용하여 PCR의 증폭 가능 길이를 조사하고자 분/kb의 증폭시간으로 중합효소 연쇄반응을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
1 is a schematic diagram showing the construction of a recombinant plasmid pTWAM for the expression of Twa DNA polymerase gene. An active Twa DNA polymerase gene was inserted into plasmid pET-20b (+).
Figure 2 is a diagram showing the results of SDS modified gel electrophoresis according to the purification step of the active Twa DNA polymerase expressed in E. coli. Figure 2 (a) shows the purification step from the expression product derived from recombinant plasmid pTWAM, Figure 2 (b) is a purified picture of the Twa mutant DNA polymerase.
Figure 3 is a graph showing the relative degree of DNA polymerization activity according to the pH of the active Twa DNA polymerase.
Figure 4 is a graph showing the relative degree of DNA polymerization activity according to the temperature of the active Twa DNA polymerase.
5 is a graph showing the relative degree of DNA polymerization activity according to the MgCl 2 concentration of the active Twa DNA polymerase.
6 is a graph showing the relative degree of DNA polymerization activity according to the KCl concentration of the active Twa DNA polymerase.
Figure 7 is a graph showing the relative thermal stability of the active Twa DNA polymerase at 94 ℃ and 99 ℃.
8 is a graph showing the 3'5 'nucleic acid terminal hydrolase activity of the active Twa DNA polymerase.
FIG. 9 is a diagram showing results according to pH in polymerase chain reaction (PCR) using active Twa DNA polymerase (FIG. 9 (a)) and Twa N501R DNA polymerase (FIG. 9 (b)).
10 is a diagram showing the results according to the concentration of MgCl 2 in the polymerase chain reaction (PCR) using the active Twa DNA polymerase (Fig. 10 (a)) and Twa N501R DNA polymerase (Fig. 10 (b)) .
11 is a graph showing the results according to the KCl concentration in the polymerase chain reaction (PCR) using the active Twa DNA polymerase (FIG. 11 (a)) and Twa N501R DNA polymerase (FIG. 11 (b)).
FIG. 12 shows (a) polymerase chain reaction (PCR) using lambda phage genomic DNA as a template using active Twa , Twa N501R, Twa N501K, Twa N501D, Twa N501E and Twa N501A DNA polymerases under optimal PCR buffer. As a result, and (b) Pfu DNA polymerase ( Pfu ), Vent DNA polymerase (Vent), active Twa DNA polymerase ( Twa ) and Twa N501R DNA polymerase ( Twa N501R) is a view showing the results of the polymerase chain reaction.
13 is a polymerase chain reaction with an amplification time of min / kb to investigate the amplification length of PCR using an active Twa DNA polymerase and Twa N501R DNA polymerase under an optimal PCR buffer using lambda phage genomic DNA as a template. Is a view showing the results of the operation.

본 발명자들은 초고온성 고세균(hyperthermophilic archaea)의 일종인 써모코커스 와이오타푸엔시스(Thermococcus waiotapuensis) 유래의 신규한 DNA 중합효소의 특성을 밝히고 산업적으로 이용하고자 연구한 결과 본 발명을 완성하게 되었다.The present inventors OTA the thermopile Rhodococcus and this type of very high temperature property archaea (hyperthermophilic archaea) Fu N-Sys (Thermococcus waiotapuensis ) to study the characteristics of the novel DNA polymerase derived from the industrial use has been completed the present invention.

본 발명자들은 현재까지 보고된 적 없는 써모코커스 와이오타푸엔시스의 DNA 중합효소(Twa DNA 중합효소)를 개발하기 위하여, 써모코커스 와이오타푸엔시스의 게노믹 DNA(genomic DNA)로부터 Twa DNA 중합효소 유전자를 선별하고, 상기 유전자의 염기서열 분석(서열번호 18)을 통하여 종지서열(stop codon)을 포함하여 4,404 bp로 이루어진 것을 확인하였으며, 상기 유전자 서열로부터 유추되는 1,467개의 아미노산으로 구성된 아미노산 서열(서열번호 19)을 확인하였다. 기존에 알려져 있는 DNA 중합효소와 아미노산 서열을 비교 분석한 결과, Twa DNA 중합효소는 종래의 내열성 B 계열 DNA 중합효소(family B type DNA polymerase)들과 높은 아미노산 서열 상동성을 가지는 신규한 내열성 B 계열 DNA 중합효소임을 확인하였다. 또한 본 발명자들은 상기 아미노산 서열 중 492번 내지 1023번 아미노산 서열(532개의 아미노산) 및 1073번 내지 1234번 아미노산 서열(162개의 아미노산)이 인테인(intein)에 해당하며, 단백질 발현시 스플라이싱(splicing) 작용에 의해 인테인 부분이 절단된 773개의 아미노산을 갖는 활성형 Twa DNA 중합효소(서열번호 21)가 생산된다는 것을 확인하였다. 따라서 인테인(intein) 코딩 영역이 제거된 유전자(서열번호 20)를 삽입한 발현벡터(expression vector)를 제작하고, 대장균(Escherichia coli)에 클로닝(cloning)하여 활성형 Twa DNA 중합효소(wild type, 야생형)를 발현시켰다. 그리고 발현된 DNA 중합효소를 열처리, 컬럼 크로마토그래피 (column chromatography) 등의 방법을 통하여 단백질을 정제하였다. 이어, 정제된 Twa DNA 중합효소가 DNA 중합 활성(DNA polymerization activity)인 5′→3′ 중합효소 활성(5′→3′ polymerase activity) 뿐만 아니라, 교정 활성(proofreading activity)이라 불리는 3′→5′ 핵산말단가수분해효소 활성(3′→5′ exonuclease activity)을 가지는 것을 확인하였으며, Twa DNA 중합효소의 다양한 효소 특성들을 조사하여 최적 활성 조건을 확인하였다. 또한, Twa DNA 중합효소를 사용하여 람다 파아지(lambda phage)의 게노믹 DNA를 주형으로 중합효소 연쇄반응(polymerase chain reaction, 이하 ‘PCR’이라고 함)을 수행함으로써, 정제된 Twa DNA 중합효소를 PCR에 이용할 수 있음을 확인하였다. 특히 Twa DNA 중합효소는 기존에 상업화된 교정활성이 높은 것으로 보고된 Pfu DNA 중합효소에 비해 교정기능이 더 우수하다는 것을 확인하였다. 그러나 Twa DNA 중합효소의 PCR 효율 특성을 조사한 결과 상업화된 Pfu DNA 중합효소보다는 DNA 증폭속도가 빠르지만, Vent DNA 중합효소보다 느린 것을 확인하였다. 또한 DNA 증폭효율도 낮은 것으로 확인되었다. 따라서 Twa DNA 중합효소의 DNA 증폭속도 및 증폭율을 향상시키기 위하여 퀵체인지 점 돌연변이 유발방법(QuikChange site-directed mutagenesis method)을 이용하여, 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자 중 DNA-binding motif의 A382, palm domain의 N501과 D601, Thumb domain의 H633와 N688 잔기들을 타켓으로 점 돌연변이(point mutation)를 유발하여 다양한 변이체들을 제작하였다. 본 발명은 하나 이상의 위치에서 일부 서열의 결실, 삽입, 비보전적 또는 보전적 치환, 부가 또는 이들의 조합에 의하여 야생형 Twa DNA 중합효소의 아미노산 서열과 상이한 서열을 가지는 단백질 변이체를 본 발명의 범주에 포함한다. 또한, 본 발명의 Twa DNA 중합효소는 인산화, 황화, 아크릴화, 당화, 메틸화, 파네실화 등으로 수식된 형태를 본 발명의 범주에 포함한다. 상기 변이체 또는 수식체는 야생형 단백질과 실질적으로 동등한 활성을 갖는 기능적 등가물이거나 물리 화학적 성질이 증가 또는 감소된 형태일 수 있다. 예를 들어, 효소활성이 증대된 변이체이다. 또는, 온도, 수분, pH, 전해질, 환원당, 가압, 건조, 동결, 계면장력, 광선, 동결과 해동의 반복, 고농도 조건 등의 물리적 요인과 산, 알카리, 중성염, 유기용매, 금속이온, 산화환원제, 프로테아제 등의 화학적 요인의 외부 환경에 대한 구조적 안정성이 증대된 변이체이다.The present inventors have developed a Twa DNA polymerase gene from a genomic DNA of Thermococcus waotapuensis in order to develop a DNA polymerase ( Twa DNA polymerase) of thermococcus waotafuensis that has not been reported to date. Was selected, and it was confirmed that 4,404 bp including the stop sequence by the sequencing of the gene (SEQ ID NO: 18), consisting of 1,467 amino acids inferred from the gene sequence (SEQ ID NO: 19) was confirmed. As a result of comparative analysis of known DNA polymerase and amino acid sequence, Twa DNA polymerase is a novel heat resistant B series having high amino acid sequence homology with conventional heat resistant B type DNA polymerase. It was confirmed that the DNA polymerase. In addition, the inventors of the amino acid sequence 492 to 1023 amino acid sequence (532 amino acids) and 1073 to 1234 amino acid sequence (162 amino acids) corresponds to the intein (intein), splicing in protein expression ( It was confirmed that the active Twa DNA polymerase (SEQ ID NO: 21) having 773 amino acids from which the intein was cleaved by splicing) was produced. Therefore, an expression vector containing the gene (SEQ ID NO: 20) from which the intein coding region was removed was prepared, and Escherichia coli ) was cloned (cloning) to express the active Twa DNA polymerase (wild type, wild type). Then, the expressed DNA polymerase was purified by a method such as heat treatment and column chromatography. Subsequently, the purified Twa DNA polymerase is 5 ′ → 3 ′ polymerase activity, which is a DNA polymerization activity, as well as 3 ′ → 5, which is called proofreading activity. It was confirmed that the 'nucleic acid terminal hydrolase activity (3' → 5 'exonuclease activity), and the optimum activity conditions were examined by examining various enzyme properties of Twa DNA polymerase. Also, Twa Twa purified using DNA polymerase to perform polymerase chain reaction (PCR) with genomic DNA of lambda phage as a template. It was confirmed that the DNA polymerase can be used for PCR. Especially Twa DNA polymerase was confirmed to have a better correction function than Pfu DNA polymerase, which has been reported to have high commercial activity. But Twa As a result of examining the PCR efficiency characteristics of DNA polymerase, it was confirmed that DNA amplification speed was faster than that of commercial Pfu DNA polymerase, but slower than Vent DNA polymerase. In addition, DNA amplification efficiency was confirmed to be low. Thus Twa In order to improve the DNA amplification rate and amplification rate of DNA polymerase, A382, palm domain of DNA-binding motif of the active Twa DNA polymerase gene was used by using QuikChange site-directed mutagenesis method. Various variants were produced by inducing point mutations by targeting the residues H633 and N688 of the N501, D601, and Thumb domains. The present invention relates to wild-type Twa by deletion, insertion, non-conservative or conservative substitution, addition or combination thereof of some sequences at one or more positions. Protein variants having a sequence different from the amino acid sequence of a DNA polymerase are included within the scope of the present invention. In addition, the Twa DNA polymerase of the present invention includes the modified form of phosphorylation, sulfidation, acrylated, glycosylated, methylated, farnesylated and the like within the scope of the present invention. The variant or modification may be a functional equivalent having substantially the same activity as the wild type protein or a form with increased or decreased physicochemical properties. For example, variants with enhanced enzyme activity. Or physical factors such as temperature, moisture, pH, electrolyte, reducing sugar, pressurization, drying, freezing, interfacial tension, light, repetition of freezing and thawing, high concentration conditions, acid, alkali, neutral salt, organic solvent, metal ion, oxidation It is a variant with enhanced structural stability to the external environment of chemical factors such as reducing agents and proteases.

또한, 본 발명은 상기 Twa DNA 중합효소를 암호화하는 염기 서열에 대한 정보도 제공한다. 구체적으로는 상기 Twa DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 분자에 관한 것이다. 서열번호 21의 아미노산 서열을 가지는 Twa DNA 중합효소는 바람직하게는 서열번호 20의 핵산 서열을 가진다.The present invention also provides information on the base sequence encoding the Twa DNA polymerase. Specifically, the Twa A nucleic acid molecule encoding a DNA polymerase. The Twa DNA polymerase having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 21 preferably has the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 20.

또한, 본 발명은 상기 Twa N501R DNA 중합효소를 암호화하는 염기 서열에 대한 정보도 제공한다. 구체적으로는 상기 Twa N501R DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 분자에 관한 것이다. 서열번호 23의 아미노산 서열을 가지는 Twa DNA 중합효소는 바람직하게는 서열번호 22의 핵산 서열을 가진다.The present invention also provides information on the nucleotide sequence encoding the Twa N501R DNA polymerase. Specifically, the Twa A nucleic acid molecule encoding an N501R DNA polymerase. Twa having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 23 DNA polymerase preferably has the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 22.

상기 돌연변이 유전자는 발현벡터에 삽입하여 단백질 발현에 이용하였다. 따라서 본 발명은 상기 Twa DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터와 Twa N501R DNA 중합효소와 Twa N501K DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 분자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.The mutant gene was inserted into an expression vector and used for protein expression. Accordingly, the present invention provides a recombinant vector comprising a nucleic acid molecule encoding the Twa DNA polymerase, and a recombinant vector comprising a nucleic acid molecule encoding Twa N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase.

본 발명에서 사용되는 “벡터”란 핵산분자의 일종으로, 또 다른 핵산과 결합하여 숙주세포로 이송되어 목적 단백질을 발현할 수 있는 것을 의미한다. 본 발명의 벡터는 플라스미드 벡터, 코스미드 벡터, 박테리오파지 벡터 및 바이러스 벡터 등을 포함한 통상의 모든 벡터를 포함한다. 적합한 벡터는 플라스미드 벡터이다. 본 발명에서는 발현벡터로 플라스미드 벡터의 일종인 pET-20b(+)를 이용하여, 재조합 플라스미드 pTWAM(도 1 참조)을 제작하였다.As used in the present invention, "vector" is a kind of nucleic acid molecule, which means that it can be combined with another nucleic acid and transferred to a host cell to express a target protein. Vectors of the present invention include all conventional vectors, including plasmid vectors, cosmid vectors, bacteriophage vectors, viral vectors, and the like. Suitable vectors are plasmid vectors. In the present invention, the recombinant plasmid pTWAM (see FIG. 1) was prepared using pET-20b (+), which is a kind of plasmid vector, as an expression vector.

구체적으로, 본 발명은 인테인 영역이 제거된 서열번호 20의 아미노산 서열을 가지는 활성형 Twa DNA 중합효소를 발현하는 pTWAM인 벡터를 제공한다. 또한, 본 발명은 활성형 Twa DNA 중합효소의 501번째 아스파라진(Asn)를 알지닌(Arg)으로 점 돌연변이를 일으킨 Twa N501R DNA 중합효소를 발현하는 pTWAN501R인 벡터를 제공한다. 또한, 본 발명은 활성형 Twa DNA 중합효소의 501번째 아스파라진(Asn)를 라이신(Lys)으로 점 돌연변이를 일으킨 Twa N501K DNA 중합효소를 발현하는 pTWAN501K인 벡터를 제공한다.Specifically, the present invention provides a vector, which is a pTWAM expressing an active Twa DNA polymerase having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 20 from which the intein region is removed. The present invention also provides a vector, pTWAN501R, which expresses Twa N501R DNA polymerase, which has a point mutation of 501th asparagine (Asn) of the active Twa DNA polymerase with arginine (Arg). The present invention also provides a vector which is a pTWAN501K expressing a Twa N501K DNA polymerase which has a point mutation of the 501th asparagine (Asn) of the active Twa DNA polymerase with lysine (Lys).

또한, 본 발명은 상기 벡터들로 형질전환 된 미생물을 제공한다. 형질전환될 수 있는 숙주세포로 사용가능한 미생물은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 대장균(Escherichia coli), 로도코커스(rhodococcus), 슈도모나스(Pseudomonas), 스트렙토마이세스(Streptomyces), 스타필로코커스(Staphylococcus), 시폴러버스(Syfolobus), 써모플라즈마(Thermoplasma), 써모프로테우스(Thermoproteus) 등의 다양한 미생물을 포함한다. 바람직하게는 대장균으로, 대장균 XL1-blue, 대장균 BL21(DE3), 대장균 JM109, 대장균 DH 시리즈, 대장균 TOP10 및 대장균 HB101 등을 예로 들 수 있다.The present invention also provides a microorganism transformed with the vectors. Microorganisms usable as host cells that can be transformed are not particularly limited. For example, Escherichia various microorganisms, such as coli), Rhodococcus (rhodococcus), Pseudomonas (Pseudomonas), Streptomyces (Streptomyces), Staphylococcus (Staphylococcus), when Poller bus (Syfolobus), Thermo plasma (Thermoplasma), Thermo Proteus (Thermoproteus) It includes. Preferably, as E. coli, E. coli XL1-blue, E. coli BL21 (DE3), E. coli JM109, E. coli DH series, E. coli TOP10, E. coli HB101 and the like.

구체적으로 본 발명은, pTWAN501R로 형질전환된 미생물인 대장균(Escherichia coli ) Rosetta(DE3) pLysS/pTWAN501R를 포함한다. Escherichia coli Rosetta(DE3) pLysS/pTWAN501R은 KACC(Korean Agricultural Culture Collection, 수원시 권선구 서둔동 88-20)에 2011년 8월 29일자로 기탁되었다. 또한 pTWAN501K로 형질전환된 미생물인 대장균(Escherichia coli) Rosetta(DE3)pLysS/pTWAN501K를 포함한다. Escherichia coli Rosetta(DE3)pLysS/pTWAN501K는 KACC(Korean Agricultural Culture Collection, 수원시 권선구 서둔동 88-20)에 2011년 8월 29일자로 기탁되었다.Specifically, the present invention, Escherichia coli which is a microorganism transformed with pTWAN501R coli ) Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501R. Escherichia coli Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501R was deposited on August 29, 2011 at KACC (Korean Agricultural Culture Collection, 88-20 Seodun-dong, Gwonseon-gu, Suwon-si). It also includes Escherichia coli Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501K, a microorganism transformed with pTWAN501K. Escherichia coli Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501K was deposited on August 29, 2011 at KACC (Korean Agricultural Culture Collection, 88-20 Seodun-dong, Gwonseon-gu, Suwon-si).

숙주세포로의 벡터 도입은 전기충격법(electroporation), 인산칼슘(CaPO4) 침전, 염화칼슘(CaCl2) 침전, PEG, 텍스트란 설페이트, 리포펙타민 등의 공지된 방법으로 수행할 수 있다.Vector introduction into host cells can be carried out by known methods such as electroporation, calcium phosphate (CaPO 4 ) precipitation, calcium chloride (CaCl 2 ) precipitation, PEG, textlan sulfate, lipofectamine, and the like.

본 발명의 일실시예에서는 상기 변이체 중에서 dNTPs의 결합에 관여될 것으로 추정된 palm domain의 N501 변이체에서 DNA 증폭량 및 증폭속도가 현저히 증가된 것을 확인하였다. 특히 상기 변이체 중에서 Twa N501R DNA 중합효소와 Twa N501K DNA 중합효소가 PCR 수행 중 DNA 증폭량과 증폭속도가 현저히 증가됨을 확인하였다(실시예 11 참조). 상기 결과들을 통하여 본 발명의 Twa DNA 중합효소 변이체는 기존의 DNA 중합효소에 비하여 PCR 증폭속도, 증폭율 및 정확성(fidelity)이 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다.In one embodiment of the present invention it was confirmed that the DNA amplification and amplification rate was significantly increased in the N501 variant of the palm domain estimated to be involved in the binding of dNTPs among the variants. Especially Twa among the variants N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase were found to significantly increase the amount of DNA amplification and amplification rate during PCR (see Example 11). Through the above results, it was confirmed that the Twa DNA polymerase variant of the present invention had significantly higher PCR amplification speed, amplification rate, and fidelity than conventional DNA polymerase.

구체적으로, 50 mM Tris-HCl(pH 8.2), 2.0 mM MgCl2, 30 mM KCl, 0.01% TritonX-100, 및 0.005% BSA로 구성된 반응 완충용액 하에서 본 발명의 Twa DNA 중합효소와 주형으로 람다 파아지(lambda phage)의 게노믹 DNA를 이용하여 PCR을 수행한 결과 효율적으로 DNA 증폭이 일어났다. 단, 본 발명의 Twa DNA 중합효소는 pH 6.0, 75℃의 온도, 70 mM의 KCl 농도 및 8 mM의 Mg2 + 농도, 5 mM의 (NH4)2SO4에서 최적의 활성을 나타내는 물리, 화학적 특징을 가진다. 이는 activated calf thymus DNA를 주형으로 하여 방사성동위원소 [methyl-3H]thymidine 5′-triphosphate을 하나의 기질로 이용하여 효소활성을 측정한 것으로 PCR에 의한 DNA 증폭방법과는 구별된다. 따라서 효소 자체의 최적활성 조건과 PCR의 최적조건은 약간의 차이가 존재한다.Specifically, lambda phage as a template with the Twa DNA polymerase of the present invention under a reaction buffer consisting of 50 mM Tris-HCl, pH 8.2, 2.0 mM MgCl 2 , 30 mM KCl, 0.01% TritonX-100, and 0.005% BSA. PCR was performed using genomic DNA of lambda phage, resulting in efficient DNA amplification. However, the Twa DNA polymerase of the present invention has a pH 6.0, a temperature of 75 ℃, 70 mM KCl concentration and 8 mM Mg 2 + concentration, 5 mM (NH 4 ) 2 SO 4 of the physical activity showing the optimum, Has chemical properties The enzyme activity was measured using activated calf thymus DNA as a template and radioisotope [ methyl - 3 H] thymidine 5′-triphosphate was used as a substrate. Therefore, there is a slight difference between the optimal activity condition of the enzyme itself and the optimal condition of PCR.

한편, Twa N501R DNA 중합효소의 경우에는 50 mM Tris-HCl(pH 8.6), 2.0 mM MgCl2, 0.01% TritonX-100, 및 0.005% BSA로 구성된 반응 완충용액 하에서 람다 파아지의 게노믹 DNA를 주형으로 PCR을 수행하였을 때 효율적으로 DNA 증폭이 일어났다. 또한, 상기 PCR 완충용액들 하에서 Twa DNA 중합효소와 이들 변이체들를 이용하여 PCR을 수행해 본 결과, 변이체인 Twa N501R DNA 중합효소와 Twa N501K DNA 중합효소는 Twa DNA 중합효소보다 PCR 효율이 월등히 우수하여 2kb의 DNA를 10초 내에 증폭하는 것이 가능하였으며, 30초 이후에는 증폭량이 현저히 증가하였다(실시예 11 참조). 특히 Twa N501R DNA 중합효소는 상업화된 Pfu DNA 중합효소와 Vent DNA 중합효소에 비교하여 짧은 시간내에 2kb의 DNA를 효율적으로 증폭시키는 것을 확인할 수 있었으며(실시예 11 참조), 또한 시중에 판매되고 있는 PfuTaq DNA 중합효소 제품들보다 상당히 낮은 에러율로 높은 정확성(fidelity)을 나타내는 것을 확인하였다(실시예 13 참조).Meanwhile, Twa For N501R DNA polymerase, PCR was performed with the template of genomic DNA of lambda phage under reaction buffer consisting of 50 mM Tris-HCl (pH 8.6), 2.0 mM MgCl 2 , 0.01% TritonX-100, and 0.005% BSA. DNA amplification occurred efficiently. In addition, the results of PCR performed using stop by Twa DNA polymerase and these variants under the PCR buffer solution, a variant of Twa N501R DNA Polymerase and Twa N501K DNA polymerase was much better in PCR efficiency than Twa DNA polymerase, so it was possible to amplify 2 kb of DNA within 10 seconds, and after 30 seconds, the amount of amplification increased significantly (see Example 11). Especially Twa N501R DNA polymerase was found to efficiently amplify 2 kb of DNA in a short time compared to commercially available Pfu DNA polymerase and Vent DNA polymerase (see Example 11), and is also commercially available. It was found to exhibit high fidelity with significantly lower error rates than Pfu and Taq DNA polymerase products (see Example 13).

따라서 본 발명은 본 발명은 써모코커스 와이오타푸엔시스(Thermococcus waiotapuensis) 유래 DNA 중합효소(polymerase)의 501번째 아미노산이 변이된 것을 특징으로 하는, Twa DNA 중합효소 변이체를 제공한다. 본 발명의 일구현예로, 상기 아미노산 변이는 501번째 아미노산인 아스파라진(asparagine)이 알지닌(arginine)(서열번호 23) 또는 라이신(lysine)(서열번호 25)으로 치환된 것을 특징으로 한다.Accordingly, the present invention provides a Twa DNA polymerase variant, characterized in that the 501st amino acid of Thermococcus waiotapuensis- derived DNA polymerase is modified. In one embodiment of the present invention, the amino acid variation is characterized in that asparagine (501) amino acid (asparagine) is substituted with arginine (arginine) (SEQ ID NO: 23) or lysine (SEQ ID NO: 25).

또한, 본 발명은 상기 Twa N501K DNA 중합효소를 암호화하는 염기 서열에 대한 정보도 제공한다. 구체적으로는 상기 Twa N501K DNA 중합효소를 코딩하는 핵산 분자에 관한 것이다. 서열번호 25의 아미노산 서열을 가지는 Twa DNA 중합효소는 바람직하게는 서열번호 24의 핵산 서열을 가진다.The present invention also provides information on the nucleotide sequence encoding the Twa N501K DNA polymerase. Specifically, the Twa A nucleic acid molecule encoding an N501K DNA polymerase. Twa having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 25 DNA polymerase preferably has the nucleic acid sequence of SEQ ID NO.

본 발명은 상기 핵산 서열과는 상이하나 본 발명에 개시된 Twa 활성형 DNA 중합효소와 동일한 서열의 폴리펩타이드를 암호화하는 핵산서열도 본 발명의 범주에 포함한다.The present invention differs from the nucleic acid sequence, but the Twa disclosed in the present invention. Nucleic acid sequences encoding polypeptides of the same sequence as the active DNA polymerase are also included within the scope of the present invention.

또한 본 발명은 상기 증폭속도, 증폭량 및 정확성이 현저히 향상된 Twa DNA 중합효소(polymerase) 변이체를 포함하는 것을 특징으로 하는 키트를 제공한다. 상기 키트는 유전자 증폭용, 바이러스 유전자 진단용, 암 유전자의 조기진단용, 유전병 진단용, GMO 진단용 등으로 사용되는 것을 특징으로 하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In another aspect, the present invention provides a kit comprising a Twa DNA polymerase variant with significantly improved amplification speed, amplification amount and accuracy. The kit is characterized in that it is used for gene amplification, virus gene diagnosis, early diagnosis of cancer genes, genetic disease diagnosis, GMO diagnosis, etc., but is not limited thereto.

구체적으로, 본 발명의 Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소는 핵산 증폭 반응의 키트 성분으로 사용될 수 있다. 이런 핵산 증폭 반응에는 PCR(polymerase chain reation), LCR(ligase chain reaction), NASBA(nucleic acid sequence-based amplification), 3SR(self-sustained sequence replication), SDA(strand displacement amplification), 브랜치드 DNA 시그널 증폭(branched DNA signal amplification), 네스티드 PCR(nested PCR), 멀터플렉스 PCR (multiplex PCR) 등을 예시할 수 있다.Specifically, Twa of the present invention N501R DNA Polymerase and Twa N501K DNA polymerase can be used as a kit component of nucleic acid amplification reactions. Such nucleic acid amplification reactions include polymerase chain reation (PCR), ligand chain reaction (LCR), nucleic acid sequence-based amplification (NASBA), self-sustained sequence replication (3SR), strand displacement amplification (SDA), and branched DNA signal amplification. (branched DNA signal amplification), nested PCR (nested PCR), multiplex PCR (multiplex PCR) and the like.

본 발명의 핵산 증폭 반응용 키트는, 상기 Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소 외에도 분석 방법에 적합한 한 종류 또는 그 이상의 다른 구성 성분, 용액 또는 장치를 포함한다. 예를 들어 본 발명의 키트는 검출 프라이머를 포함하는 용기, 증폭반응 튜브 또는 컨테이너, 반응 완충액, dNTPs, RNase 및 멸균수 등에서 선택되는 1 이상의 성분을 포함할 수 있다.The kit for nucleic acid amplification reaction of the present invention, in addition to the Twa N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase, includes one or more other components, solutions, or devices suitable for analytical methods. For example, the kit of the present invention may include one or more components selected from a container containing a detection primer, an amplification tube or container, a reaction buffer, dNTPs, RNase, sterile water, and the like.

본 발명의 Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소를 포함하는 키트는 유전공학 및 분자생물학 실험, 임상진단, 법의학적 연구 등의 다양한 분야에서 유용하게 이용할 수 있다.A kit comprising a DNA polymerase and Twa Twa N501R N501K DNA polymerase of the present invention can be utilized is useful in various fields such as genetic engineering and molecular biology experiments, clinical diagnosis, forensic studies.

또한 본 발명은 Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소의 제조 방법을 제공한다.In another aspect, the present invention provides a method for producing Twa N501R DNA polymerase and DNA polymerase Twa N501K.

본 발명의 Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소는 천연 기원의 공급원으로부터 분리하여 제조하는 방법, 화학적 합성하는 방법 또는 Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소를 코딩하는 벡터를 적합한 숙주 내로 도입하여 발현시킨 후 이로부터 분리하는 방법 등으로 제조 가능하다. Twa N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase of the present invention into a host suitable for the vector coding for the method, a chemical synthesis method or Twa N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase prepared by separation from a source of natural origin It can be prepared by the method of introducing and expressing and then separating from it.

Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소를 효율적으로 발현할 수 있는 발현 벡터를 제조하고 이를 미생물에서 발현시키는 시스템은 당업자에게 널리 알려져 있으며, 다양하게 변형/응용하여 구현할 수 있다. 이런 구현의 한 예는 하기와 같다. Twa N501R system for producing a DNA polymerase, and Twa N501K expression vector that can efficiently express a DNA polymerase and expressed it in a microorganism are well known to those skilled in the art, it can be implemented by various modifications / applications. One example of such an implementation is as follows.

Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소는 (i) Twa DNA 중합효소 및 Twa N501R DNA 중합효소를 발현하는 벡터를 제조하는 단계; (ii) 상기 벡터를 미생물로 형질전환 시키는 단계; (iii) 상기 형질전환체를 배양하는 단계; 및 (iv) 상기 형질전환체부터 단백질을 회수하는 단계를 포함하는 공정에 의해 제조될 수 있다. Twa N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase are prepared by (i) preparing a vector expressing Twa DNA polymerase and Twa N501R DNA polymerase; (ii) transforming the vector with a microorganism; (iii) culturing the transformant; And (iv) may be prepared by a process comprising the step of recovering the protein from the transformant.

단계 (i)에서 벡터 종류, 단계 (ii)에서 벡터를 형질전환 시키는 방법 및 숙주 세포로 사용되는 미생물의 종류는 상기에서 살펴본 바와 같다.The type of vector in step (i), the method for transforming the vector in step (ii) and the type of microorganism used as a host cell are as described above.

단계 (iii)의 배양 과정은 형질전환체로 사용되는 미생물의 종류에 널리 공지된 방법에 따라 수행되고 배지성분, 배양온도 및 배양시간 등의 조건은 적절히 조절될 수 있다. 구체적으로, 배양 배지는 탄소원, 질소원, 미량원소 성분 등과 같은 미생물의 성장과 생존에 필수적인 모든 영양소를 포함한다. 배지의 pH를 적절히 조정할 수 있고, 항생제 등의 성분을 포함할 수 있다.The culturing process of step (iii) is carried out according to a method well known for the type of microorganism used as a transformant, and the conditions such as the medium component, the culture temperature and the culture time can be appropriately adjusted. Specifically, the culture medium contains all the nutrients essential for the growth and survival of microorganisms such as carbon sources, nitrogen sources, trace element components and the like. The pH of the medium can be adjusted appropriately, and components such as antibiotics can be included.

또한, 이소프로필 싸이오갈락토피라노사이드 (isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside, 이하 ‘IPTG’라고 함)등의 유도제 (inducer)를 처리하여 단백질의 발현을 유도할 수 있다. 처리되는 유도제의 종류는 벡터 시스템에 따라 결정될 수 있으며, 유도제 투여시간 및 투여량 등의 조건은 적절하게 조절될 수 있다.Further, by processing the inducing agent (inducer) such as isopropyl Im Dwarf (referred to as isopropyl-β- D -thiogalactopyranoside, hereinafter 'IPTG') Lactobacillus pyrano side can induce the expression of the protein. The type of inducer to be treated may be determined according to the vector system, and conditions such as the induction agent administration time and dosage may be appropriately controlled.

단계 (iv)에서 단백질은 통상의 방법으로 회수 및 정제된다. 예를 들어, 원심분리 방법으로 회수한 세포를, 프렌치 프레스, 초음파 파쇄기 등을 이용하여 파쇄 한다. 배양액으로 단백질이 분비되는 경우에는 배양 상등액을 수집한다. 과발현에 의해 응집되는 경우, 적절한 용액에서 단백질을 용해시키고 및 변성시키고 재폴딩시켜서 얻을 수 있다. 글루타티온, 디티오트레이톨, β -머캅토에탄올, 시스틴 및 시스타민의 산화 및 환원 시스템을 사용하고 요소, 구아니딘, 아르기닌 등의 재폴딩제 등을 이용한다. 재폴딩제(refolding agent)와 함께 염의 일부를 사용할 수 있다.In step (iv) the protein is recovered and purified in a conventional manner. For example, the cells recovered by the centrifugation method are crushed using a French press, an ultrasonic crusher or the like. If protein is secreted into the culture, the culture supernatant is collected. When aggregated by overexpression, it can be obtained by dissolving, denaturing and refolding the protein in the appropriate solution. Oxidation and reduction systems of glutathione, dithiothreitol, β-mercaptoethanol, cystine and cystamine are used, and refolding agents such as urea, guanidine, arginine and the like are used. Some of the salts may be used in conjunction with refolding agents.

이 때, 70 내지 85℃에서 10분 내지 60분간 열처리하는 공정을 추가할 수 있다.At this time, a step of heat treatment for 10 to 60 minutes at 70 to 85 ℃ can be added.

형질전환체를 배양하여 수득한 단백질은 정제하지 않은 상태로 사용될 수 있으며 통상적인 생화학 분리기술, 예를 들면 단백질 침전제에 의한 처리(염석법), 원심분리, 초음파파쇄, 한외여과, 투석법, 크로마토그래피 등을 단독 또는 조합하여 이용할 수 있다. 그 중에서 크로마토그래피에는 이온교환 크로마토그래피, 크기배제 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피 등이 있다.Proteins obtained by culturing the transformant can be used without purification, and conventional biochemical separation techniques, for example, treatment with protein precipitants (salting), centrifugation, sonication, ultrafiltration, dialysis, chromatography Photography and the like can be used alone or in combination. Chromatography includes ion exchange chromatography, size exclusion chromatography, affinity chromatography, and the like.

상기 단백질의 제조 공정상의 스케일은 목적에 맞도록 조절할 수 있다. 또한, 각 공정 사이에는 추가 및 부과 공정을 둘 수 있다.The scale of the protein manufacturing process can be adjusted to suit the purpose. In addition, there may be additional and charging processes between each process.

이와 같이 하여 얻어지는 단백질이 유리체로 얻어진 경우에는 공지된 방법에 의해 염으로 변환할 수 있고, 반대로 염으로 얻어진 경우에는 공지된 방법에 의해 유리체 또는 다른 염으로 변환할 수 있다.Thus obtained protein can be converted into a salt by a well-known method when obtained as a free body, and when obtained into a salt, it can be converted into a free body or another salt by a well-known method.

본 발명의 구체적인 실시에서는 배양한 세포를 원심 분리하여 균체를 회수한 다음, 초음파로 파쇄하고 열처리 후 HisTrapTM HP 컬럼(GE Healthcare)과 HiTrapTM SP HP 컬럼(GE Healthcare)을 이용하여 컬럼 크로마토그래피를 수행하는 공정으로 획득하였다.In a specific embodiment of the present invention, the cells were recovered by centrifugation of the cultured cells, and then disrupted by ultrasonication and subjected to column chromatography using a HisTrap TM HP column (GE Healthcare) and a HiTrap TM SP HP column (GE Healthcare) after heat treatment. Obtained by the process performed.

상기 공정으로 획득한 단백질은 자연적으로 발생한 환경과 구별되는 물리적 환경에 다른 단백질로부터 충분히 분리된 “실질적으로 순수한” 상태로 존재한다. 상기 방법으로 제조된 단백질은 분자생물학 및 유전공학 실험을 비롯하여 바이러스 유전자와 암 유전자의 조기진단, 유전병 진단 및 법의학적 연구에 이르기까지 광범위한 분야에서 우수한 DNA 중합 활성을 가지는 내열성 효소로 사용될 수 있다.
Proteins obtained by this process exist in a "substantially pure" state that is sufficiently separated from other proteins in a physical environment that is distinct from the naturally occurring environment. The protein prepared by the above method can be used as a heat-resistant enzyme having excellent DNA polymerization activity in a wide range of fields from molecular biology and genetic engineering experiments to early diagnosis of viral and cancer genes, genetic disease diagnosis and forensic research.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

[[ 실시예Example ]]

실시예Example 1.  One. 써모코커스Thermococcus 와이오타푸엔시스Waiotapuensis 균주의 배양 Culture of strain

써모코커스 와이오타푸엔시스(Thermococcus wiotapuensis) 균주(DSM 12768)는 DSMZ 934 배지에서 배양하였다. DSMZ 934 배지(1L 당 NaCl 1.5 g, MgCl2 5.8 g, Na2SO4 4.0 g, CaCl2 1.5 g, KCl 0.7 g, Na2CO3 0.2 g, NaHCO3 0.2 g, KBr 0.1 g, SrCl2 0.025 g, H3BO3 0.03 g, Resazurin 0.1 mg)를 준비한 다음, 5 N 황산으로 pH 7.0을 맞췄다. 펩톤(peptone), 효모추출물(yeast extract) 및 elemental sulfur는 별도로 각각 10% stock으로 준비하였다. 상기 용액을 100℃ 배양기(incubator)에서 8시간 정도 가열하여 멸균과 동시에 용액내의 산소를 제거하였다. 가열 후에 생긴 약간의 침전물들을 신속히 여과한 후 다시 100℃ 배양기에서 3시간 정도 가열하였다. 120mL 혈청 병(serum bottle)(Wheaton Co., USA)에 0.5 g의 elemental sulphur(5 g/L)와 상기 가열된 배지 용액 100mL을 함께 첨가하고, 질소가스로 배지 용액을 포함한 혈청 병 내부의 가스를 30분간 교환한 다음, 고무병마개와 알루미늄 링으로 혈청 병의 입구를 막은 후, 95℃에서 24시간 멸균하였다. 이렇게 준비된 배지에 멸균된 주사기를 이용하여 멸균된 펩톤(5.0 g/L) 및 효모추출물(1.0 g/L)을 첨가한 후, 5% Na2S9H2O 용액을 소량 주입하고, 써모코커스 와이오타푸엔시스 균주를 1% 접종한 후, 80℃에서 24시간 배양하였다.
Thermococcus thermococcus wiotapuensis strain (DSM 12768) was cultured in DSMZ 934 medium. DSMZ 934 medium (1.5 g NaCl per 1 L, MgCl 2 5.8 g, Na 2 SO 4 4.0 g, CaCl 2 1.5 g, KCl 0.7 g, Na 2 CO 3 0.2 g, NaHCO 3 0.2 g, KBr 0.1 g, SrCl 2 0.025 g, H 3 BO 3 0.03 g, Resazurin 0.1 mg ) Was then adjusted to pH 7.0 with 5 N sulfuric acid. Peptone, yeast extract and elemental sulfur were separately prepared in 10% stock. The solution was heated in an incubator at 100 ° C. for 8 hours to sterilize and remove oxygen in the solution. Some of the precipitate formed after the heating was filtered quickly and again heated for 3 hours in the 100 ℃ incubator. 0.5 g of elemental sulphur (5 g / L) and 100 mL of the heated medium solution are added together to a 120 mL serum bottle (Wheaton Co., USA) and the gas inside the serum bottle containing the medium solution as nitrogen gas. After 30 minutes of exchange, the bottle cap was sealed with a rubber bottle cap and an aluminum ring, and then sterilized at 95 ° C. for 24 hours. Sterilized peptone (5.0 g / L) and yeast extract (1.0 g / L) were added to the medium thus prepared using a sterilized syringe, and then a small amount of 5% Na 2 S9H 2 O solution was injected, followed by thermococcus waota After inoculating 1% Fuensis strains, the cells were incubated at 80 ° C for 24 hours.

실시예Example 2.  2. GenomicGenomic DNADNA 의 추출Extraction of

혐기성 조건 하에서 배양된 배양액을 여과하여 황을 제거하고, 원심분리를 통해 균체를 회수하였다. 상기 균체를 SET(150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 20 mM Tris-HCl (pH 8.0)) 완충용액으로 현탁시킨 후에 SDS와 RNase를 첨가하여 55℃에서 1시간 동안 반응시키고 단백질 분해효소 K(proteinase K)를 첨가하여 37℃에서 1시간, 55℃에서 2시간 반응시켰다. 이후 클로로포름/이소아밀알코올(chloroform/isoamylalcohol, 24 : 1) 용액을 동량 첨가하여 흔들어주면서 하룻밤 반응시킨 후, 2배 부피의 100% 에탄올(ethanol)과 1/10배 부피의 3M 쇼듐 아세테이트(sodium acetate, pH 5.2)를 첨가하여 게노믹 DNA(genomic DNA)를 침전시킨 다음, 70% 에탄올로 세척하여 진공건조 시키고, TE(10 mM Tris-HCl(pH 7.6), 1 mM EDTA) 완충용액에 현탁시켰다. 추출된 써모코커스 와이오타푸엔시스 게노믹 DNA는 260 nm 파장에서 흡광도를 측정하여 정량하였다.
Cultures cultured under anaerobic conditions were filtered to remove sulfur, and the cells were recovered by centrifugation. The cells were suspended in SET (150 mM NaCl, 1 mM EDTA, 20 mM Tris-HCl (pH 8.0)) buffer, and then reacted for 1 hour at 55 ° C by adding SDS and RNase, followed by protease K (proteinase K). ) Was added and reacted at 37 ° C for 1 hour and 55 ° C for 2 hours. After adding the same amount of chloroform / isoamyl alcohol (24: 1) solution, the reaction was stirred overnight while shaking, followed by 2 volume of 100% ethanol and 1/10 volume of 3M sodium acetate (sodium acetate) , pH 5.2) was added to precipitate genomic DNA, washed with 70% ethanol, dried in vacuo, and suspended in TE (10 mM Tris-HCl (pH 7.6), 1 mM EDTA) buffer. . The extracted thermococcus waotapuensis genomic DNA was quantified by measuring absorbance at 260 nm wavelength.

실시예Example 3.  3. DNADNA 중합효소 유전자의 선별 Screening of Polymerase Genes

실시예 2의 방법으로 추출한 게노믹 DNA로부터 Twa DNA 중합효소 유전자를 선별하기 위하여, 써모코커스 와이오타푸엔시스 게노믹 DNA를 주형으로 하여 기존에 보고된 써모코커스 코다카렌시스 코드원(Thermococcus kodakaraensis KOD1)(참조: Takagi M. et al., 1997, Appl . Environ . Microbiol . 63(11), 4504-4510), 써모코커스 스피시스 엔에이원(Thermococcus sp. NA1)(참조: Kim YJ et al., 2007, J Microbiol Biotechnol . 17(7). 1090-1097), 및 파이로코커스 퓨리오서스(Pyrococcus furiosus)(참조: Lundberg, K.S. et al., 1991, Gene 108(1), 1-6)의 DNA 중합효소 유전자 중에서 잘 보존되어 있는 부위의 아미노산 서열 두 개 지역을 참조하여 서열번호 1 및 2의 혼합 프라이머(mix primer)를 제작하였다. 서열번호 1의 프라이머는 아미노산 서열 EYDIPFA을 코딩하는 염기서열이다. 서열번호 2의 프라이머는 아미노산 서열 YYIENQV을 코딩하는 염기서열의 상보적인 서열이다. 상기 프라이머 세트를 이용하여 써모코커스 와이오타푸엔시스 게노믹 DNA를 주형(template)으로 PCR을 수행하였다. 상기 PCR은 94℃에서 3분간 반응 후, 94℃에서 1분, 45℃에서 1분 및 72℃에서 5분간 반응 과정을 7회 반복 수행한 후, 94℃에서 1분, 50℃에서 1분 및 72℃에서 5분간 반응 과정을 23회 반복 수행하고, 72℃에서 10분간 연장 반응시키는 조건으로 수행하였다. PCR 증폭산물은 0.8% 아가로스겔(agarose gel)에 전기영동하여 확인한 결과, 약 3.9 kb의 DNA 단편이 증폭되었음을 확인할 수 있었다. 증폭된 DNA는 MEGAquick-spinTM PCR & Agarose Gel DNA Extraction Kit(iNtRON Biotechnology, Korea)를 사용하여 상기 0.8% 아가로스겔로부터 정제하였다. (주)솔젠트에 상기 정제된 DNA의 염기서열 분석(DNA sequencing)을 의뢰한 결과, 기존에 알려진 다른 종의 DNA 중합효소 염기서열과 높은 상동성을 보인다는 것을 확인하였다. 상기 결과를 통하여, 수득한 3.9 kb의 DNA 단편이 써모코커스 와이오타푸엔시스의 Twa DNA 중합효소 유전자의 일부분임을 확인할 수 있었다. 따라서 상기 DNA 단편을 써모코커스 와이오타푸엔시스의 Twa DNA 중합효소 유전자를 선별하기 위한 중심부위로 사용하였다.
Example 2 carried out by the following method to extract selectively the Twa DNA polymerase gene from genomic DNA, Thermo Lactococcus Waiotapu N-Sys it to the genomic DNA as a template, the thermodynamic Lactococcus coder reported previously Karen cis source code (Thermococcus kodakaraensis KOD1), Takagi M. et al ., 1997, Appl . Environ . Microbiol . 63 (11), 4504-4510), Thermococcus sp. NA1 (Kim YJ et. al ., 2007, J Microbiol Biotechnol . 17 (7). 1090-1097), and Pyrococcus furiosus ) (Lundberg, KS et al ., 1991, Gene primers 1 and 2 were prepared by referring to two regions of the amino acid sequence of a well-conserved region of the DNA polymerase genes of Gene 108 (1), 1-6). . The primer of SEQ ID NO: 1 is a nucleotide sequence encoding the amino acid sequence EYDIPFA. The primer of SEQ ID NO: 2 is a complementary sequence of the nucleotide sequence encoding the amino acid sequence YYIENQV. PCR was performed using the primer set as a template for thermococcus waotafuensis genomic DNA. The PCR was performed for 3 minutes at 94 ° C., 1 min at 94 ° C., 1 min at 45 ° C., and 5 min at 72 ° C. for 7 minutes, followed by 1 min at 94 ° C., 1 min at 50 ° C., and the like. The reaction process was repeated 23 times at 72 ° C. for 5 minutes, and extended to 72 minutes at 72 ° C. for 10 minutes. PCR amplification products were confirmed by electrophoresis on 0.8% agarose gel (agarose gel), it was confirmed that the DNA fragment of about 3.9 kb was amplified. Amplified DNA was purified from the 0.8% agarose gel using MEGAquick-spin PCR & Agarose Gel DNA Extraction Kit (iNtRON Biotechnology, Korea). As a result of requesting Solgent Co., Ltd. for DNA sequencing of the purified DNA, it was confirmed that it shows high homology with DNA polymerase sequences of other known species. Through the above results, it was confirmed that the obtained DNA fragment of 3.9 kb is a part of the Twa DNA polymerase gene of Thermococcus waotapuensis . Therefore, the DNA fragment was used as the center for screening the Twa DNA polymerase gene of Thermococcus watafuensis .

서열번호 1(T-111N primer): 5'-GAA(G)TACGACATACCCTTC(T)GC-3'SEQ ID NO: 1 (T-111N primer): 5'-GAA (G) TACGACATACCCTTC (T) GC-3 '

서열번호 2(T-CR primer): 5'-AACCTGGTTCTCA(G)ATA(G)TAGTA-3'
SEQ ID NO: 2 (T-CR primer): 5'-AACCTGGTTCTCA (G) ATA (G) TAGTA-3 '

실시예Example 4.  4. 프라이머primer 워킹walking (( primerprimer walkingwalking ) 방법을 이용한 ) Method TwaTwa DNADNA 중합효소 유전자의 중심부위로부터 미지의 인접한  Unknown contiguous from above core of polymerase gene DNADNA 부위(N 말단과 C 말단)의 탐색 Search for site (N term and C terminus)

상기 실시예 3에서 수득한 Twa DNA 중합효소 유전자 3.9 kb의 DNA 염기서열을 기본으로 4개의 인터널 프라이머(internal primer)를 제작하였다(서열번호 3, 4, 5 및 6 프라이머). 미지의 인접한 염기서열을 찾기 위해서 Walking SpeedUp TM Premix Kit(seegene, Korea)를 이용하였다. Twa DNA 중합효소 유전자의 5’ 상류방향(N 말단 영역)에 해당하는 유전자 부위를 클로닝하기 위해서 Walking SpeedUp TM Premix Kit의 4가지 랜덤(random) 프라이머와 서열번호 3의 프라이머 (Twa-N1 primer) 및 써모코커스 와이오타푸엔시스 게노믹 DNA를 이용하여 첫 번째 PCR을 수행하였다. 상기 PCR 산물의 일부를 주형으로 서열번호 4의 프라이머(Twa-N2 primer)와 Kit 내의 두 번째 PCR 프라이머를 이용하여 두 번째 PCR을 수행하였고, PCR 증폭산물은 0.8% 아가로스겔(agarose gel)에 전기영동하여 확인한 결과, 약 1,100 bp의 DNA 단편이 증폭되었음을 확인할 수 있었다. 상기 증폭된 DNA는 DMEGAquick-spinTM PCR & Agarose Gel DNA Extraction Kit(iNtRON Biotechnology, Korea)를 사용하여 추출, 정제한 후, (주)솔젠트에 의뢰하여 염기서열을 결정하였다. 상기 결과를 통하여, 시작코돈을 포함하는 5’ 상류방향(N말단 부분)의 염기서열을 확보하였다. Twa obtained in Example 3 Four internal primers were prepared based on DNA sequence of 3.9 kb of DNA polymerase gene (SEQ ID NOs: 3, 4, 5, and 6 primers). The Walking SpeedUp Premix Kit (seegene, Korea) was used to find unknown adjacent sequences. Twa In order to clone the gene region corresponding to the 5 'upstream (N-terminal region) of the DNA polymerase gene, four random primers of the Walking SpeedUp TM Premix Kit, Twa-N1 primer and thermo The first PCR was performed using Caucus Waiotafuensis genomic DNA. As a template, a second PCR was performed using a primer of SEQ ID NO: 4 (Twa-N2 primer) and a second PCR primer in a kit, and the PCR amplification product was applied to 0.8% agarose gel. As a result of electrophoresis, DNA fragments of about 1,100 bp were amplified. The amplified DNA was extracted and purified using DMEGAquick-spin PCR & Agarose Gel DNA Extraction Kit (iNtRON Biotechnology, Korea), and then sequencing was determined by Solgent. Through the above results, the base sequence in the 5 'upstream (N-terminal part) including the start codon was obtained.

또한, 보존된 중심부위의 염기서열에 인접한 미지의 3’ 하류방향(C 말단 영역)에 해당하는 유전자 부위를 클로닝하기 위해서 Walking SpeedUp TM Premix Kit 내의 4가지 랜덤 프라이머와 서열번호 5의 프라이머(Twa-C1 primer) 및 써모코커스 와이오타푸엔시스 게노믹 DNA를 이용하여 첫 번째의 PCR을 수행하였다. 상기 PCR 산물을 주형으로 서열번호 6의 프라이머(Twa-C2 primer)와 Kit 내의 두 번째 PCR 프라이머를 이용하여, 두 번째 PCR을 수행하였고, PCR 증폭산물은 0.8% 아가로스겔(agarose gel)에 전기영동하여 확인한 결과, 약 900 bp의 DNA 단편이 증폭되었음을 확인할 수 있었다. 상기 증폭된 DNA는 MEGAquick-spinTM PCR & Agarose Gel DNA Extraction Kit(iNtRON Biotechnology, Korea)를 사용하여 추출, 정제한 후, (주)솔젠트에 의뢰하여 염기서열을 결정하였다. 상기 결과를 통하여, 종지코돈을 포함하는 3’ 상류방향 (C말단 부분)의 염기서열을 확보하였다.In addition, four random primers in the Walking SpeedUp TM Premix Kit and primers of SEQ ID NO: 5 (Twa-) were used to clone the gene region corresponding to the unknown 3 'downstream (C terminal region) adjacent to the nucleotide sequence on the conserved core. The first PCR was performed using C1 primer) and Thermococcus waotapuensis genomic DNA. Using the PCR product as a template, a second PCR was performed using a primer of SEQ ID NO: 6 (Twa-C2 primer) and a second PCR primer in a kit, and the PCR amplification product was transferred to 0.8% agarose gel. As a result of confirming, the DNA fragment of about 900 bp was amplified. The amplified DNA was extracted and purified using a MEGAquick-spin PCR & Agarose Gel DNA Extraction Kit (iNtRON Biotechnology, Korea), and then submitted to Solgent Co., Ltd. to determine the base sequence. Through the above results, the nucleotide sequence in the 3 'upstream (terminal C) portion including the stop codon was obtained.

최종적으로, 상기 결과들을 통하여 Twa DNA 중합효소 유전자를 코딩하는 전체 염기서열을 결정하였다(서열번호 18). 상기 Twa DNA 중합효소 유전자의 전체 염기서열은 개시코돈 (ATG)에서 정지코돈 (TGA)을 포함하여 총 4,404 bp로 이루어져 있었으며, 총 아미노산은 1,467개로 이루어져 있었고(서열번호 19), 인테인(intein)으로 추정되는 아미노산 532개와 162개를 제외한 세 단편의 익스테인(extein)으로 구성되는 활성형 DNA 중합효소의 총 아미노산은 773개로 이루어져 있었고(서열번호 21), 활성형 Twa DNA 중합효소의 염기서열은 개시코돈(ATG)에서 정지코돈(TGA)을 포함하여 총 2,322 bp로 이루어져 있었다(서열번호 20). 상기 아미노산의 서열로 본 발명의 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자 DNA 염기서열로부터 환산된 분자량은 90,000.037 Da이였다. 또한, 써모코커스 와이오타푸엔시스(Thermococcus wiotapuensis) 균주로부터 분리된 Twa DNA 중합효소의 아미노산 서열은 써모코커스 속 균주유래의 B 패밀리 타입 DNA 중합효소와 매우 높은 유사성을 보이는 것을 확인하였다.
Finally, the total sequence encoding the Twa DNA polymerase gene was determined through the above results (SEQ ID NO: 18). The entire nucleotide sequence of the Twa DNA polymerase gene was composed of 4,404 bp including the start codon (ATG) and the stop codon (TGA), and the total amino acid was 1,467 (SEQ ID NO: 19). A total of 773 amino acids of the active DNA polymerase, consisting of three fragments of extein except for 532 amino acids and 162 amino acids (SEQ ID NO: 21), were identified as the base sequence of the active Twa DNA polymerase. Initiation codons (ATG), including stop codons (TGA) was composed of a total of 2322 bp (SEQ ID NO: 20). The molecular weight converted from the active Twa DNA polymerase gene DNA sequence of the present invention into the sequence of the amino acid was 90,000.037 Da. In addition, thermococcus thermococcus The amino acid sequence of the Twa DNA polymerase isolated from the strain wiotapuensis ) showed very high similarity with the B family type DNA polymerase derived from the thermococcus strain.

서열번호 3(Twa-N1 primer): 5'-CGTAGCTTATCATCAGGATAG-3'SEQ ID NO: 3 (Twa-N1 primer): 5'-CGTAGCTTATCATCAGGATAG-3 '

서열번호 4(Twa-N2 primer): 5'-GAGCGTCTCGATGTCGAAGGC-3'SEQ ID NO: 4 (Twa-N2 primer): 5'-GAGCGTCTCGATGTCGAAGGC-3 '

서열번호 5(Twa-C1 primer): 5'-ACGTGGCCGTTGCAAAACGT-3'SEQ ID NO: 5 (Twa-C1 primer): 5'-ACGTGGCCGTTGCAAAACGT-3 '

서열번호 6(Twa-C2 primer): 5'-TAAGCTACATAGTGCTCAAA-3'
SEQ ID NO: 6 (Twa-C2 primer): 5'-TAAGCTACATAGTGCTCAAA-3 '

실시예Example 5.  5. TwaTwa DNADNA 중합효소 유전자의 발현을 위한 발현벡터  Expression vector for expression of polymerase gene pTWAMpTWAM 의 구축Build

Twa DNA 중합효소를 수득하기 위하여, 인테인 암호화 부위를 제거하고 익스테인 암호화 부위들만을 순서대로 연결한 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자를 발현벡터에 삽입한 재조합 플라스미드(pTWAM)를 하기와 같이 구축하였다. 상기 재조합 플라스미드의 구축과정에 대한 개략적인 모식도를 도 1에 나타내었다. In order to obtain a Twa DNA polymerase, a recombinant plasmid (pTWAM) in which an active Twa DNA polymerase gene was inserted into an expression vector in which an intein coding site was removed and only the extend coding sites were connected in sequence was constructed as follows. . A schematic diagram of the construction of the recombinant plasmid is shown in FIG. 1.

인테인이 제거된 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자를 합성하기 위하여 먼저 N 말단 익스테인 영역(N-extein, 1-491 아미노산 서열)의 암호화 부위(1,473 bp 단편), 가운데 익스테인 영역(M-extein, 1024-1072 아미노산 서열)의 암호화 부위(147 bp 단편), 및 C 말단 익스테인 영역(C-extein, 1235-1468 아미노산 서열)의 암호화 부위(699 bp 단편)를 PCR 방법으로 각각 증폭한 후 0.8% 아가로즈겔에 전기영동하여 각각 회수하였다. 상기 세 종류의 DNA 단편을 혼합하여 어닐링(annealing)한 후에 서열번호 7의 프라이머(Twa 1F primer)와 서열번호 8의 프라이머(Twa 3R primer)를 이용하여 인테인이 제거된 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자(2,319 bp 단편, stop codon 제외)를 증폭시켰다.Active Twa without Intein To synthesize the DNA polymerase gene, the coding region (1,473 bp fragment) of the N-terminal extend region (N-extein, 1-491 amino acid sequence), and the middle extend region (M-extein, 1024-1072 amino acid sequence) Amplification of the coding region (147 bp fragment) and the coding region (699 bp fragment) of the C-terminal extend region (C-extein, 1235-1468 amino acid sequence) was performed by PCR, followed by electrophoresis on 0.8% agarose gel. Each was recovered. After mixing and annealing the three kinds of DNA fragments, the active type Twa from which the intein was removed using a primer of SEQ ID NO: 7 (Twa 1F primer) and a primer of SEQ ID NO: 8 (Twa 3R primer) DNA polymerase genes (2,319 bp fragment, except stop codon) were amplified.

보다 구체적으로, 실시예 4에서 결정된 Twa DNA 중합효소 유전자의 염기서열로부터 N-말단 아미노산 서열을 코딩하는 서열번호 7 프라이머(Twa 1F primer)(5‘ 말단 프라이머)와 C-말단 아미노산 서열을 코딩하는 DNA 염기에 상보적인 서열번호 8 프라이머(Twa 3R primer)(3’ 말단 프라이머)를 각각 제작하였다. 서열번호 7 프라이머는 Twa DNA 중합효소 유전자의 개시코돈(ATG)과 제한효소 NdeI 절단부위 서열을 포함하고 있으며, 서열번호 8 프라이머는 제한효소 SalI 절단부위 서열을 포함하도록 제작하였다. 또한 N말단 익스테인 영역(N-extein, 1-491 아미노산 서열)의 암호화 부위(1,473 bp)의 3’ 말단에 상보적인 프라이머 (Twa 1R primer, 서열번호 9)를 새로이 제작하였는데, 서열번호 9 프라이머는 가운데 익스테인 영역 암호화 부위의 5' 말단에 상보적인 염기서열 15개를 포함하여 36개의 염기로 제작되었다. 이후, 써모코커스 와이오타푸엔시스 게노믹 DNA를 주형으로 서열번호 7 및 9 프라이머를 사용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 PCR을 수행한 후, 0.8% 아가로즈 겔에 전기영동하여 1,473 bp의 N 말단 익스테인 영역을 암호화하는 DNA 단편을 증폭하였으며, PCR 증폭산물은 0.8% 아가로스 겔에 전기영동하여 확인한 후, QIAquick Gel Extraction Kit(Qiagen Gmbh, Germany)를 사용하여 정제 및 회수하였다.More specifically, the Twa 1F primer (5 'terminal primer) and the C-terminal amino acid sequence encoding the N-terminal amino acid sequence from the base sequence of the Twa DNA polymerase gene determined in Example 4 SEQ ID NO: 8 primer (Twa 3R primer) (3 'terminal primer) complementary to the DNA base was prepared, respectively. SEQ ID NO: 7 primer contains the start codon (ATG) and restriction enzyme Nde I cleavage sequence of the Twa DNA polymerase gene, SEQ ID No. 8 primer was prepared to include the restriction enzyme Sal I cleavage sequence. In addition, a primer (Twa 1R primer, SEQ ID NO: 9) complementary to the 3 'end of the coding region (1,473 bp) of the N-terminal extend region (N-extein, 1-491 amino acid sequence) was prepared. Was constructed with 36 bases, including 15 base sequences complementary to the 5 'end of the middle extend region coding region. Subsequently, PCR was performed in the same manner as in Example 3 using the Thermococcus waotapuensis genomic DNA as a template, using SEQ ID NOs. 7 and 9, followed by electrophoresis on a 0.8% agarose gel to give an N terminal of 1,473 bp. DNA fragments encoding the extein region were amplified, and PCR amplification products were confirmed by electrophoresis on a 0.8% agarose gel, and then purified and recovered using a QIAquick Gel Extraction Kit (Qiagen Gmbh, Germany).

가운데 익스테인 영역(M-extein, 1024-1072 아미노산 서열)의 암호화 부위의 5’ 말단에 상보적인 프라이머(Twa 2F primer, 서열번호 10)와 3' 말단에 상보적인 프라이머(Twa 2R primer, 서열번호 11)를 새로이 제작하였는데, 서열번호 10 프라이머는 N 말단 익스테인 암호화 부위의 3' 말단에 상보적인 염기서열 21개를 포함하여 36개의 염기로 제작되었고, 서열번호 11 프라이머는 C 말단 익스테인 암호화 부위의 5’ 말단에 상보적인 염기서열 17개를 포함하여 34개의 염기로 제작되었다. 이후, 써모코커스 와이오타푸엔시스 게노믹 DNA를 주형으로 서열번호 10 및 11 프라이머를 사용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 PCR을 수행한 후, 상기에서 기술한 동일한 방법으로 아가로즈겔에 전기영동하여 147 bp의 가운데 익스테인을 암호화하는 DNA 단편을 회수하였다.A primer complementary to the 5 'end of the coding region of the middle extend region (M-extein, 1024-1072 amino acid sequence) (Twa 2F primer, SEQ ID NO: 10) and a primer complementary to the 3' end (Twa 2R primer, SEQ ID NO: 11) was newly prepared, and the SEQ ID NO: 10 primer was prepared from 36 bases including 21 nucleotide sequences complementary to the 3 'end of the N-terminal extend coding region. 34 bases were constructed, including 17 base sequences complementary to the 5 'end of. Thereafter, PCR was carried out in the same manner as in Example 3 using the Thermococcus waotapuensis genomic DNA as a template, using SEQ ID NOs: 10 and 11, followed by electrophoresis on agarose gel in the same manner as described above. The DNA fragment encoding the middle extin of 147 bp was recovered.

C 말단 익스테인 영역(C-extein, 1235-1468 아미노산 서열)의 암호화 부위의 5’ 말단에 상보적인 프라이머(Twa 3F primer, 서열번호 12)를 새로이 제작하였는데, 서열번호 12 프라이머는 가운데 익스테인 암호화 부위의 3´ 말단에 상보적인 염기서열 17개를 포함하여 34개의 염기로 제작되었다. 이후, 써모코커스 와이오타푸엔시스 게노믹 DNA를 주형으로 서열번호 8 및 12 프라이머를 사용하여 상기와 동일한 방법으로 PCR을 수행하고, 아가로즈겔에 전기영동하여 699 bp의 C 말단 익스테인을 암호화하는 DNA 단편을 회수하였다.A primer complementary to the 5 'end of the coding region of the C-terminal extend region (C-extein, 1235-1468 amino acid sequence) (Twa 3F primer, SEQ ID NO: 12) was newly constructed, and SEQ ID NO: 12 primer was the middle extein encoding 34 bases were constructed, including 17 base sequences complementary to the 3 ′ end of the site. Subsequently, PCR was carried out in the same manner as described above using Thermococcus waotapuensis genomic DNA as a template using SEQ ID NOs: 8 and 12, and electrophoresed onto agarose gel to encode 699 bp C terminal extein. DNA fragments were recovered.

상기 세 종류의 익스테인을 암호화하는 DNA 단편을 1:1:1 비율로 혼합하여 어닐링(annealing)한 후, 이 DNA를 주형(template)으로 서열번호 7 프라이머 (Twa 1F primer)와 서열번호 8 프라이머(Twa 3R primer)를 사용하여 상기에서 기술한 동일한 방법으로 PCR을 수행하고, 아가로스겔에 전기영동하여 2,319 bp 단편의 인테인 영역이 제거된 활성형 DNA 중합효소 유전자(stop codon 제외)를 수득하였다.After mixing and annealing the DNA fragments encoding the three types of extenders in a 1: 1: 1 ratio, the DNA was used as a template to sequence the primers SEQ ID No. 7 and SEQ ID NO. PCR was performed using the Twa 3R primer in the same manner as described above, followed by electrophoresis on agarose gel to obtain an active DNA polymerase gene (except stop codon) from which the intein region of the 2,319 bp fragment was removed. It was.

상기 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자 단편을 동일한 제한효소로 절단된 발현벡터 pET-20b(+)(Novagen, USA)와 T4 DNA 연결효소(ligase)를 사용하여 결합시켜 재조합 플라스미드를 제작하였다. 그리고 상기 재조합 플라스미드를 대장균 Rosetta(DE3)pLysS(Stratagene, USA)에 삽입하여 형질전환(transformation)시켰다. 알칼리 용균법을 이용하여 상기 형질전환체들로부터 플라스미드 DNA를 분리한 다음, 제한효소 NdeI 및 SalI으로 절단한 후, 0.8% 아가로스 겔에 DNA 사이즈 마커와 함께 전기영동하여 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자가 발현벡터 내에 정확히 삽입되었다는 것을 재확인하였다. 상기와 같이 구축된 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자의 발현을 위한 발현벡터를 pTWAM으로 명명하였다.
The active Twa DNA polymerase gene fragment was combined with an expression vector pET-20b (+) (Novagen, USA) digested with the same restriction enzyme and a T4 DNA ligase to prepare a recombinant plasmid. The recombinant plasmid was transformed into E. coli Rosetta (DE3) pLysS (Stratagene, USA) and transformed. Plasmid DNA was isolated from the transformants by alkaline lysis, and then digested with restriction enzymes Nde I and Sal I, followed by electrophoresis with DNA size markers on 0.8% agarose gel for active Twa DNA polymerization. It was again confirmed that the enzyme gene was correctly inserted into the expression vector. The expression vector for expression of the active Twa DNA polymerase gene constructed as described above was named pTWAM.

서열번호 7(Twa 1F primer):SEQ ID NO: 7 (Twa 1F primer):

5‘-NNNNN CATATG ATCCTCGATGCTGACTACAT -3’5'-NNNNN CATATG ATCCTCGATGCTGACTACAT -3 '

NdeI Nde I

서열번호 8(Twa 3R primer):SEQ ID NO: 8 (Twa 3R primer):

5'-NNNNN GTCGAC CGTCTTCGGTTTTAGCCA -3'5'-NNNNN GTCGAC CGTCTTCGGTTTTAGCCA -3 '

SalI Sal I

서열번호 9(Twa 1R primer):SEQ ID NO: 9 (Twa 1R primer):

5‘- GTAGCCGTAATAACTGTTGGCCATAATCTTGATGGC -3’5'- GTAGCCGTAATAACTGTTGGCCATAATCTTGATGGC -3 '

서열번호 10(Twa 2F primer):SEQ ID NO: 10 (Twa 2F primer):

5'- GCCATCAAGATTCTGGCCAACAGTTATTACGGCTAC -3'5'- GCCATCAAGATTCTGGCCAACAGTTATTACGGCTAC -3 '

서열번호 11(Twa 2R primer):SEQ ID NO: 11 (Twa 2R primer):

5‘- GCAAAGAAACCGTCGGTATCCGCGTAAAGCACTT -3’5 '-GCAAAGAAACCGTCGGTATCCGCGTAAAGCACTT -3'

서열번호 12(Twa 3F primer):SEQ ID NO: 12 (Twa 3F primer):

5'- AAGTGCTTTACGCGGATACCGACGGTTTCTTTGC -3'
5'- AAGTGCTTTACGCGGATACCGACGGTTTCTTTGC -3 '

실시예Example 6.  6. TwaTwa DNADNA 중합효소  Polymerase 변이체의Mutant 제작 making

퀵체인지 점 돌연변이 유발방법(QuikChange site-directed mutagenesis method)을 이용하여, 활성형 Twa DNA 중합효소 유전자에 점 돌연변이(point mutation)를 유발하였다(참조: Stratagene사의 QuikChange® Site-Directed Mutagenesis Kit의 제품사용 매뉴얼). 결과적으로 501번 위치 아스파라진(Asn)에 해당하는 유전자가 알지닌(Arg), 라이신(Lys), 아스팔틱에시드(Asp), 글루타믹에시드(Glu) 또는 알라닌(Ala)으로 암호화하는 서열을 갖는 Twa DNA 중합효소 변이체를 제작하였다. Twa DNA 중합효소 유전자로부터 Twa N501 돌연변이 중합효소 유전자를 얻기 위한 프라이머들은 표 1에 나타냈다. PCR은 0.05 ug의 pTWAM과 20 pmole의 5’ 말단 프라이머 및 3’ 말단 프라이머, 200 uM의 dNTPs, 10X PyroAce DNA 중합효소 완충용액 및 2.5 U Super PyroAce DNA 중합효소로 이루어진 혼합 조성액을 95℃에서 30초간 반응시킨 후, 94℃에서 30초, 55℃에서 1분, 68℃에서 7분의 조건으로 12회 반복한 후, 마지막 68℃에서 10분간 반응시키는 조건으로 수행하였다. 그리고 원래의 주형 DNA를 제거하기 위하여 메틸레이티드 DNA(methylated DNA)만을 특이적으로 절단하는 제한효소 DpnI을 37℃ 1시간 처리한 후, 절단되지 않은 증폭된 돌연변이 DNA(PCR 산물은 메틸레이티드 되지 않음)를 대장균에 형질전환시켰다. 이후 DNA 염기서열 분석에 의하여 재조합 플라스미드에 클로닝된 Twa DNA 중합효소 유전자들이 정확하게 치환된 것을 확인하였다. 이것을 대장균 Escherichia coli Rosetta(DE3)pLysS (Stratagene, USA)에 각각 형질전환시켰다 (참조: Sambrook, J. et al., 1989, Molecular cloning, a laboratory manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press). 형질전환체들로부터 알칼리 용균법에 의해 플라스미드 DNA를 분리한 다음, 제한효소 NdeI 및 SalI으로 절단한 후, 0.8% 아가로스 겔에 DNA 사이즈 마커와 함께 전기영동하여 Twa N501R, Twa N501K, Twa N501D, Twa N501E 및 Twa N501A DNA 중합효소 유전자가 발현벡터 내에 정확히 삽입되어 있음을 재확인하였다. 상기와 같이 구축된 Twa N501R, Twa N501K, Twa N501D, Twa N501E, Twa N501A DNA 중합효소 유전자의 발현을 위해 구축된 발현벡터를 각각 pTWAN501R, pTWAN501K, pTWAN501D, pTWAN501E 및 pTWAN501A로 명명하였다. 상기 유전자들을 포함하는 발현벡터를 대장균에 각각 형질전환시킨 후, DNA 중합효소 변이체들을 발현시킨 후 정제하였다.Using the QuikChange site-directed mutagenesis method, point mutations were induced in active Twa DNA polymerase genes (see Stratagene's QuikChange ® Site-Directed Mutagenesis Kit). manual). As a result, the gene corresponding to position 501 asparagine (Asn) encodes a sequence encoding alginine (Arg), lysine (Lys), asphatic acid (Asp), glutamic acid (Glu), or alanine (Ala). Twa DNA polymerase variants were prepared. Twa Twa from DNA Polymerase Gene Primers for obtaining the N501 mutant polymerase gene are shown in Table 1. PCR was performed using a mixed composition consisting of 0.05 ug of pTWAM and 20 pmole of 5 'and 3' terminal primers, 200 uM of dNTPs, 10X PyroAce DNA polymerase buffer solution and 2.5 U Super PyroAce DNA polymerase at 95 ° C for 30 seconds. After the reaction, the reaction was repeated 12 times under conditions of 30 seconds at 94 ° C., 1 minute at 55 ° C., and 7 minutes at 68 ° C., followed by reaction at 10 ° C. for 10 minutes. In order to remove the original template DNA, the restriction enzyme Dpn I, which specifically cleaves only methylated DNA, was treated at 37 ° C. for 1 hour, and then the uncut amplified mutant DNA (PCR product was methylated). E. coli) was transformed. Then, DNA sequencing confirmed that the Twa DNA polymerase genes cloned into the recombinant plasmid were correctly substituted. Escherichia coli Escherichia coli Rosetta (DE3) pLysS (Stratagene, USA) respectively transformed (Sambrook, J. et. al ., 1989, Molecular cloning, a laboratory manual, 2nd ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press). Plasmid DNA was isolated from the transformants by alkaline lysis method, digested with restriction enzymes Nde I and Sal I, and then electrophoresed with DNA size markers on 0.8% agarose gel to Twa. N501R, Twa N501K, Twa N501D, Twa N501E and Twa N501A It was again confirmed that the DNA polymerase gene was correctly inserted into the expression vector. Twa built as above N501R, Twa N501K, Twa N501D, Twa N501E, Twa N501A Expression vectors constructed for the expression of DNA polymerase genes were named pTWAN501R, pTWAN501K, pTWAN501D, pTWAN501E and pTWAN501A, respectively. Expression vectors containing the genes were transformed into E. coli, and then purified by expressing DNA polymerase variants.

그리고 제작된 변이체들이 DNA 중합효소로서 기능을 하는지 확인하기 위하여, 상기 정제된 변이체들을 이용하여 PCR을 수행한 결과, Twa N501R과 Twa N501K DNA 중합효소 변이체가 매우 효과적으로 DNA를 증폭하는 것을 확인하였다. 따라서 pTWAN501R 유전자를 포함하는 발현벡터 및 발현벡터를 포함한 대장균(Rosetta(DE3)pLysS / pTWAN501R)과 pTWAN501K 유전자를 포함하는 발현벡터 및 발현벡터를 포함한 대장균(Rosetta(DE3)pLysS / pTWAN501K)을 2011년 8월 29일 농촌진흥청 농업생명공학연구원 한국농업미생물자원센터에 기탁하였다. 각각의 수탁번호는 KACC95108P와 KACC95107P이다.And to confirm whether the produced variants function as DNA polymerase, PCR was performed using the purified variants, Twa N501R and Twa It was confirmed that the N501K DNA polymerase variant amplifies DNA very effectively. Therefore, E. coli (Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501R) containing the expression vector and expression vector containing the pTWAN501R gene and E. coli (Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501K) containing the expression vector and the expression vector containing the pTWAN501K gene 8 On March 29, it was deposited with the Korea Agricultural Microbiological Resource Center, Korea Institute of Agricultural Biotechnology. Each accession number is KACC95108P and KACC95107P.

[표 1] Twa DNA 중합효소 변이체 제조를 위한 프라이머 서열TABLE 1 Primer sequences for the preparation of Twa DNA polymerase variants

Figure 112011089076602-pat00001

Figure 112011089076602-pat00001

실시예Example 7. 야생형  7. Wild type TwaTwa DNADNA 중합효소 및  Polymerase and TwaTwa DNADNA 중합효소  Polymerase 변이체들의Of variants 발현과 정제 Expression and Purification

DNA 중합효소들의 활성을 측정하기 위하여, 실시예 5에서 수득한 플라스미드를 이용하여 형질전환시킨 재조합 균주 Escherichia coli Rosetta(DE3)pLysS/pTWAM으로부터 인테인이 제거된 활성형 Twa DNA 중합효소 단백질을 발현시킨 후, 발현된 단백질을 정제하였다. 또한 실시예 6에서 수득한 플라스미드를 이용하여 형질전환시킨 재조합 균주 Escherichia coli Rosetta(DE3)pLysS/pTWAN501 유래 DNA 중합효소 변이체들을 각각 발현시킨 후, 발현된 단백질들을 정제하였다.In order to measure the activity of DNA polymerases, the recombinant strain Escherichia transformed using the plasmid obtained in Example 5 coli After expression of the active Twa DNA polymerase protein from which intein was removed from Rosetta (DE3) pLysS / pTWAM, the expressed protein was purified. In addition, the recombinant strain Escherichia transformed using the plasmid obtained in Example 6 coli After expression of Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501 derived DNA polymerase variants, the expressed proteins were purified.

단백질을 정제하기 위하여, 상기 균주들을 각각 암피실린(ampicillin, 100 ug/uL)과 클로람페니콜(chloramphenicol, 34ug/uL)이 첨가된 LB 액체 배지에 접종하여 37℃에서 12시간 동안 배양한 후에, 배양액 5mL을 새로운 LB 액체 배지 500mL에 접종하여 37℃에서 다시 배양하였다. 상기 배양액의 흡광도가 600nm에서 0.6정도가 되었을 때, IPTG(isopropyl β-D-galactopyranoside)를 최종농도가 0.2 mM이 되도록 첨가한 이후 25℃에 다시 12시간 동안 배양하였다. 이후 상기 배양액을 6,000 rpm으로 15분간 원심분리하여 균체(2.0 g/습중량)를 회수한 다음 1 mM PMSF가 포함된 20mL의 초음파처리 완충용액(20 mM Tris-HCl(pH 7.4), 0.5 mM NaCl)에 현탁하고 초음파로 균체를 파쇄하였다. 그리고 18,000 rpm으로 15분간 원심분리하여 대장균 세포 파편(cell debris)을 제거하였다. 이후 80℃에서 30분간 열처리하고 원심분리한 후, 상층액을 회수함으로써 대장균 유래의 단백질들을 대부분 제거하였다. 최종적으로, 상기 상층액 내에 포함되어 있는 DNA 중합효소를 HisTrapTM HP 컬럼(GE Healthcare)과 HiTrapTM SP HP 컬럼(GE Healthcare)을 이용한 컬럼 크로마토그래피를 통해 정제하였다. 정제된 DNA 중합효소들은 저장 완충용액(storage buffer, 20 mM Tris-HCl(pH 7.4), 0.1 mM EDTA, 0.1% Tween 20, 0.1% Nonidet P40, 50 mM KCl, 1mM DTT, 50% Glycerol)에 투석한 다음, -20℃에 보관하였다. DNA 중합효소 정제 시, 각각의 단계별 결과는 하기 표 2에 나타내었다.To purify the protein, the strains were inoculated in LB liquid medium containing ampicillin (100 ug / uL) and chloramphenicol (34 ug / uL), respectively, and incubated for 12 hours at 37 ° C. Inoculated in 500 mL fresh LB liquid medium and incubated again at 37 ℃. When the absorbance of the culture was about 0.6 at 600 nm, IPTG (isopropyl β-D-galactopyranoside) was added to a final concentration of 0.2 mM and then incubated at 25 ° C. for 12 hours. Thereafter, the culture solution was centrifuged at 6,000 rpm for 15 minutes to recover the cells (2.0 g / wet weight), and then 20 mL of sonication buffer containing 20 mM Tris-HCl (pH 7.4) and 0.5 mM NaCl containing 1 mM PMSF. ) And the cells were disrupted by ultrasound. E. coli cell debris was removed by centrifugation at 18,000 rpm for 15 minutes. After heat treatment at 80 ℃ for 30 minutes and centrifuged, the supernatant was recovered to remove most of the E. coli-derived protein. Finally, the DNA polymerase contained in the supernatant was purified by column chromatography using a HisTrap HP column (GE Healthcare) and a HiTrap SP HP column (GE Healthcare). Purified DNA polymerases were dialyzed in storage buffer (20 mM Tris-HCl, pH 7.4), 0.1 mM EDTA, 0.1% Tween 20, 0.1% Nonidet P40, 50 mM KCl, 1 mM DTT, 50% Glycerol Then stored at -20 ° C. In purifying DNA polymerase, the results of each step are shown in Table 2 below.

[표 2] 대장균 Rosetta(DE3)pLysS/pTWAM 유래의 Twa DNA 중합효소의 정제TABLE 2 Purification of Twa DNA Polymerase from E. coli Rosetta (DE3) pLysS / pTWAM

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표 2에 나타난 바와 같이, 정제된 효소의 고유활성도(specific activity)는 pTWAM 유래의 Twa DNA 중합효소는 0.25 U/mg이었다. Twa N501 유래 DNA 중합효소의 변이체들도 상기와 동일한 방법으로 정제하였다. Twa N501R DNA 중합효소, Twa N501K DNA 중합효소, Twa N501D DNA 중합효소, Twa N501E DNA 중합효소 및 Twa N501A DNA 중합효소 고유활성도(specific activity)는 각각 0.23 U/mg, 0.24 U/mg, 0.21 U/mg, 0.22 U/mg 및 0.24 U/mg인 것을 확인하였다. 이때, 1 유닛(U)은 75℃에서 30분간 10nmol의 dNTP가 산불용성 형태로 삽입되기 위해 요구되어 지는 DNA 중합효소의 양으로 정의하였다.As shown in Table 2, the specific activity of the purified enzyme was determined by Twa derived from pTWAM. DNA polymerase was 0.25 U / mg. Variants of Twa N501-derived DNA polymerase were also purified in the same manner as above. Twa N501R DNA polymerase, Twa N501K DNA polymerase, Twa N501D DNA polymerase, Twa N501E DNA polymerase and Twa N501A DNA polymerase specific activities were 0.23 U / mg, 0.24 U / mg, 0.21 U / mg, 0.22 U / mg and 0.24 U / mg. In this case, one unit (U) was defined as the amount of DNA polymerase required to insert 10 nmol of dNTP in an acid insoluble form at 75 ° C. for 30 minutes.

정제 단계별 단백질의 양은 브래드포드 분석(Bradford Assay)을 사용하여 정량하였다(참조: Bradford M.M., 1976, Anal. Biochem. 72, 248-54). 또한, SDS-PAGE(sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis, SDS-)를 수행하여 Twa DNA 중합효소와 변이체들을 확인하였다. 그 결과는 도 2에 나타내었다.The amount of protein in purification steps was quantified using Bradford Assay (Bradford MM, 1976, Anal. Biochem. 72 , 248-54). In addition, Twa was performed by performing SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis, SDS-). DNA polymerase and variants were identified. The results are shown in Fig.

도 2(a)에 나타난 바와 같이, IPTG 유도(induction)를 하지 않고 배양한 대장균 Rosetta(DE3)pLysS/pTWAM 균체의 초음파 파쇄 시료(lane 1), IPTG 유도 처리한 대장균 Rosetta(DE3)pLysS/pTWAM 균체의 초음파 파쇄 시료(lane 2), 80℃에서 30분간 열처리한 후의 시료(lane 3), HisTrapTM HP 컬럼 크로마토그래피 후의 시료(lane 4), HiTrapTM SP HP 컬럼 크로마토그래피 후의 시료(lane 5) 모두에서 Twa DNA 중합효소의 DNA 염기서열로부터 환산된 분자량(MW: 90,000.037 Da)과 유사한 약 90,000Da의 단백질을 확인할 수 있었다. 상기 결과를 통하여, 정제를 통하여 야생형 Twa DNA 중합효소가 정상적으로 정제된 것을 확인할 수 있었다.As shown in Figure 2 (a), ultrasonic crushed sample of E. coli Rosetta (DE3) pLysS / pTWAM cells cultured without IPTG induction (lane 1), E. coli Rosetta (DE3) pLysS / pTWAM treated with IPTG induction Ultrasonic crushed sample (lane 2), sample after heat treatment at 80 ° C. for 30 minutes (lane 3), sample after HisTrap HP column chromatography (lane 4), sample after HiTrap SP HP column chromatography (lane 5) In all, a protein of about 90,000 Da similar to the molecular weight (MW: 90,000.037 Da) converted from the DNA sequence of Twa DNA polymerase was identified. Through the above results, it was confirmed that the wild type Twa DNA polymerase was normally purified through purification.

또한 도 2(b)에 나타난 바와 같이, 활성형 Twa DNA 중합효소(lane 1), Twa N501R DNA 중합효소(lane 2), Twa N501K DNA 중합효소(lane 3), Twa N501D DNA 중합효소(lane 4), Twa N501E DNA 중합효소(lane 5), 및 Twa N501A DNA 중합효소(lane 6) 모두 약 90,000Da의 단백질인 것을 확인할 수 있었다. Lane M은 단백질 저분자량 마커(low molecular weight marker)를 나타낸다.
In addition, as shown in Figure 2 (b), active Twa DNA polymerase (lane 1), Twa N501R DNA polymerase (lane 2), Twa N501K DNA polymerase (lane 3), Twa N501D DNA polymerase (lane 4) ), Twa N501E DNA polymerase (lane 5), and Twa N501A DNA polymerase (lane 6) were all confirmed that the protein of about 90,000 Da. Lane M represents a protein low molecular weight marker.

실시예Example 8.  8. TwaTwa DNADNA 중합효소의  Polymerase DNADNA 중합 활성에 있어서의 효소 특성 조사 Investigation of enzyme properties in polymerization activity

Twa DNA 중합효소의 DNA 중합 활성에 있어서의 효소 특성은 다음과 같은 DNA 중합 활성 측정 방법을 기본으로 하여 조사되었다(참조: Choi, J. J. et al ., 1999, Biotechnol . Appl . Biochem . 30, 19-25). 반응 혼합물(상기 실시예 7에서 정제된 야생형 Twa DNA 중합효소, 1.25 ug activated calf thymus DNA, 50 mM Tris-HCl(pH 7.5), 80 mM KCl, 14 mM MgCl2, 1 mM β-mercaptoethanol, 100 μM dATP, dCTP 및 dGTP, 10 μM dTTP, 0.5 μCi [methyl-3H]thymidine 5′-triphosphate)을 75℃에서 10분간 반응시킨 후, 얼음에서 급랭시켰다. 이후, 반응액을 DE-81 필터 페이퍼 디스크(filter paper disk)(23 ㎜, Whatman Co., USA)에 점적하여 65℃에서 건조시킨 후, 0.5 M 쇼듐 포스페이트(sodium phosphate)(pH 7.0) 완충용액에 10분, 70% 에탄올에 5분간 순서대로 세척한 다음, 다시 65℃에서 건조시켰다. 상기와 같이 준비된 DE-81 필터 페이퍼 디스크를 LS 6500 신틸레이션 시스템(scintillation system)(Beckman Co., USA)을 이용하여 DNA 중합 활성을 측정하는데 사용하였다. DNA 중합 활성에 있어서의 효소 특성을 조사할 때에는 상기 방법에서 반응 혼합물의 pH 또는 각 성분의 농도를 다르게 하거나 반응 온도를 다르게 하여 수행하였다. Twa The enzymatic properties of DNA polymerase in the DNA polymerizing activity were investigated based on the following DNA polymerizing activity measurement method (Refer to Choi, JJ et. al . , 1999, Biotechnol . Appl . Biochem . 30 , 19-25). Reaction mixture (wild type Twa purified in Example 7 above DNA polymerase, 1.25 ug activated calf thymus DNA, 50 mM Tris-HCl, pH 7.5, 80 mM KCl, 14 mM MgCl 2 , 1 mM β-mercaptoethanol, 100 μM dATP, dCTP and dGTP, 10 μM dTTP, 0.5 μCi [ methyl - 3 H] thymidine 5′-triphosphate) was reacted at 75 ° C. for 10 minutes and then quenched on ice. Subsequently, the reaction solution was added dropwise to a DE-81 filter paper disk (23 mm, Whatman Co., USA) and dried at 65 ° C., followed by 0.5 M sodium phosphate (pH 7.0) buffer solution. 10 minutes, washed in 70% ethanol for 5 minutes in order, and then dried again at 65 ℃. The DE-81 filter paper disks prepared as above were used to measure DNA polymerization activity using the LS 6500 scintillation system (Beckman Co., USA). When examining the enzyme properties in the DNA polymerization activity, it was carried out in the above method by changing the pH of the reaction mixture or the concentration of each component or the reaction temperature.

Twa DNA 중합효소의 효소활성에 대한 pH의 영향을 관찰하기 위해, pH 5.0-7.0 범위에서는 50mM MES 완충용액, pH 7.0-8.0 범위에서는 50mM Tris-HCl 완충용액을 사용하여 효소활성을 조사하였다. 그 결과는 도 3에 나타내었다. 도 3에 나타난 바와 같이, 50 mM MES 완충용액 pH 6.0에서 최적 DNA 중합활성을 나타내었다. In order to observe the effect of pH on the enzyme activity of the Twa DNA polymerase, the enzyme activity was examined using 50 mM MES buffer in the pH 5.0-7.0 range and 50 mM Tris-HCl buffer in the pH 7.0-8.0 range. The results are shown in Fig. As shown in FIG. 3, the optimal DNA polymerization activity was shown in 50 mM MES buffer pH 6.0.

Twa DNA 중합효소의 DNA 중합 활성에 있어 온도의 영향을 50-90℃ 범위에서 조사한 결과는 도 4에 나타내었다. 도 4에 나타난 바와 같이, 75℃에서 최대 DNA 중합 활성을 나타내었다.The effect of temperature on the DNA polymerization activity of Twa DNA polymerase in the range of 50-90 ° C. is shown in FIG. 4. As shown in FIG. 4, maximum DNA polymerization activity was exhibited at 75 ° C. FIG.

Twa DNA 중합효소의 DNA 중합 활성에 있어 2가 양이온(divalent cation)인 Mg2 + 영향을 조사한 결과는 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타난 바와 같이, 최적 MgCl2 농도는 8mM이었다. Twa In the DNA polymerase activity of the DNA polymerase for 2 it has investigated the effect of Mg 2 + cations (divalent cation) is shown in Fig. As shown in FIG. 5, the optimal MgCl 2 concentration was 8 mM.

Twa DNA 중합효소의 DNA 중합 활성에 있어 1가 양이온(monovalent cation)인 KCl의 영향을 조사한 결과는 도 6에 나타내었다. 도 6에 나타난 바와 같이, 최적 KCl 농도는 70mM이었다. Twa The results of examining the effect of KCl, a monovalent cation, on DNA polymerization activity of DNA polymerase are shown in FIG. 6. As shown in FIG. 6, the optimal KCl concentration was 70 mM.

Twa DNA 중합효소를 99℃(○) 또는 94℃(●)에서 14시간 동안 보관하면서 1시간 간격으로 시료를 채취한 후, DNA 중합 활성을 측정함으로써 열안정성을 측정한 결과는 도 7에 나타내었다. 도 7에 나타난 바와 같이, Twa DNA 중합효소는 99℃에서 약 4시간 동안 50%의 DNA 중합 활성을 유지하였고 94℃에서는 14시간이 경과하고도 약 87%의 DNA 중합 활성을 유지하는 것을 확인할 수 있었다.
Twa After the samples were taken at intervals of 1 hour while the DNA polymerase was stored at 99 ° C. or 94 ° C. for 14 hours, thermal stability was measured by measuring DNA polymerization activity. As shown in FIG. 7, Twa DNA polymerase maintained 50% DNA polymerization activity at 99 ° C. for about 4 hours, and at 87 ° C., it maintained about 87% DNA polymerization activity.

실시예Example 9.  9. TwaTwa DNADNA 중합효소의 3'→5'  3 '→ 5' of polymerase 핵산말단가수분해효소Nucleic Acid Terminal Hydrolase 활성 측정 Active measurement

Twa DNA 중합효소의 3'→5' 핵산말단가수분해효소 활성(3'→5' exonuclease activity)을 측정하기 위하여, 먼저 기질로 사용할 Lambda DNA를 제한효소 XapI으로 절단시킨 다음, 방사선 동위원소 [methyl-3H]thymidine 5′-triphosphate와 클레나우 단편(Klenow fragment)을 사용하여 37℃에서 30분간 filling 반응으로 절단된 Lambda DNA의 3’ 말단을 표지하였다. 이후, 반응혼합물(Twa DNA 중합효소, 상기 3’ 말단에 방사선 동위원소 표지된 기질, 50mM Tris-HCl(pH 7.5), 1mM 2-mercaptoethanol, 10mM MgCl2, 0.01% BSA)을 각각 dNTP 존재 또는 부재 하에서 75℃에서 40분 동안 반응시켰다. 그리고 5분 간격으로 시료를 채취하여 얼음에서 급랭시킨 후, 5% 트리클로로아세트산(trichloroacetic acid) 용액을 첨가하고 원심분리를 시행한 후에 상층액을 회수하여 LS 6500 scintillation system을 이용해서 핵산말단가수분해효소 활성을 측정하였다. 그 결과는 도 8에 나타내었다. In order to measure 3 '→ 5' exonuclease activity of Twa DNA polymerase, Lambda DNA to be used as a substrate was first digested with restriction enzyme Xap I and then radioisotope [ The 3 'end of Lambda DNA was cleaved by filling reaction at 37 ° C. for 30 minutes using methyl - 3 H] thymidine 5′-triphosphate and Klenow fragment. Then, the reaction mixture ( Twa DNA polymerase, radioisotope labeled substrate at the 3 'end, 50 mM Tris-HCl (pH 7.5), 1 mM 2-mercaptoethanol, 10 mM MgCl 2 , 0.01% BSA) respectively with or without dNTP The reaction was carried out at 75 ° C. for 40 minutes under. Samples were taken at 5 minute intervals and quenched on ice, followed by addition of 5% trichloroacetic acid solution and centrifugation. The supernatant was recovered and subjected to nucleic acid terminal hydrolysis using the LS 6500 scintillation system. Enzyme activity was measured. The results are shown in Fig.

도 8에 나타난 바와 같이, Twa DNA 중합효소는 3'→5' 핵산말단가수분해효소 활성을 가지고 있다는 것을 확인하였으며, 특히 dNTP가 존재(○)할 때보다 부재시(●)에 효소 활성이 더 높아진 것을 확인할 수 있었다. Twa DNA 중합효소의 3'→5' 핵산말단가수분해효소 활성은 아미노산 서열 비교분석을 통하여 예측하였으며, 예측한 결과는 실험상의 결과와 일치하는 것을 확인할 수 있었다. 3'→5' 핵산말단가수분해효소 활성은 교정 활성이라고도 불리며 DNA 중합 시에 정확성을 높여주는 중요한 역할을 담당하고 있다. 상기 결과를 통하여 본 발명의 Twa DNA 중합효소를 PCR에 이용할 경우, 정확성을 증가시킬 수 있다는 것을 확인하였다.
As shown in FIG. 8, it was confirmed that the Twa DNA polymerase had 3 ′ → 5 ′ nucleic acid terminal hydrolase activity, and in particular, the enzyme activity was higher in the absence (●) than when dNTP was present (○). I could confirm that. The 3 '→ 5' nucleic acid terminal hydrolase activity of Twa DNA polymerase was predicted by amino acid sequence comparison, and the predicted results were confirmed to be in agreement with the experimental results. 3 '→ 5' nucleic acid terminal hydrolase activity is also called corrective activity and plays an important role in enhancing the accuracy during DNA polymerization. Through the above results, it was confirmed that when the Twa DNA polymerase of the present invention was used for PCR, the accuracy could be increased.

실시예Example 10.  10. TwaTwa DNADNA 중합효소 및  Polymerase and TwaTwa N501RN501R DNADNA 중합효소를 이용한  Polymerase PCRPCR 의 최적 조건 결정Optimal conditions

내열성 DNA 중합효소가 가장 중요하게 이용되어지는 PCR에 있어 활성형 Twa DNA 중합효소 및 Twa N501 돌연변이 DNA 중합효소들의 이용 가능성을 살펴보고, 또한 이들 중합효소를 이용한 PCR에 있어 최적 PCR 완충용액의 조성을 결정하기 위해, 다음과 같이 PCR을 수행하였다. 먼저 상기 실시예 8에서 Twa DNA 중합효소의 특성 조사를 통해 결정된 효소의 최적활성 조건을 기본 PCR 완충용액 조건으로 가정하고 실험을 진행하였다. DNA 중합효소로는 활성형 Twa DNA 중합효소(야생형)와 변이체 중에서는 대표적으로 Twa N501R DNA 중합효소를 실험에서 사용하였다. 활성형 Twa DNA 중합효소와 Twa N501R DNA 중합효소를 위한 최적 PCR 완충용액 조성을 결정하기 위하여, 기본 PCR 완충용액의 pH 또는 각 성분의 농도를 다르게 하여 PCR을 수행하였다. PCR 수행시에는 PCR 완충용액에 주형으로 25 ng의 람다 파아지 게노믹 DNA와 20 pmole의 5’ 말단 및 3’ 말단 각각의 프라이머, 200 uM dNTPs 및 0.1 유닛(U)의 정제된 Twa DNA 중합효소 또는 Twa N501R DNA 중합효소(상기 실시예 7 참조)를 공통으로 첨가하였고, 이 반응 혼합물을 94℃에서 3분 반응시킨 후, 94℃에서 30초, 62℃에서 30초, 72℃에서 2분의 조건으로 25회 반복한 후, 마지막 72℃에서 10분간 반응시켰다. 그 후 0.8% 아가로스 겔 전기영동을 통해 PCR 결과를 확인하였다. 그 결과는 도 9 내지 도 11에 나타내었다.Active Twa for PCR where heat-resistant DNA polymerase is most important DNA polymerase and Twa In order to examine the availability of N501 mutant DNA polymerases and to determine the optimal composition of PCR buffer for PCR using these polymerases, PCR was performed as follows. First, in Example 8, Twa The experiment was carried out assuming that the optimum activity condition of the enzyme determined by the DNA polymerase characteristics investigation was the basic PCR buffer condition. As the DNA polymerase, Twa N501R DNA polymerase was used in the experiments among the active Twa DNA polymerase (wild type) and variants. Active Twa DNA Polymerase and Twa In order to determine the optimal PCR buffer composition for N501R DNA polymerase, PCR was performed by varying the pH of each basic PCR buffer or the concentration of each component. When performing PCR, 25 ng of lambda phage genomic DNA and primers of 5 'and 3' ends of 20 pmole, 200 uM dNTPs and 0.1 unit (U) of purified Twa DNA polymerase were used as templates in PCR buffer. Twa N501R DNA polymerase (see Example 7 above) was added in common, and the reaction mixture was reacted for 3 minutes at 94 ° C, followed by 30 seconds at 94 ° C, 30 seconds at 62 ° C, and 2 minutes at 72 ° C. After repeating 25 times, the mixture was reacted at the last 72 ° C for 10 minutes. After that, PCR results were confirmed by 0.8% agarose gel electrophoresis. The results are shown in FIGS. 9 to 11.

도 9에 나타난 바와 같이, 활성형 Twa DNA 중합효소(a) 및 Twa N501R DNA 중합효소(b) 모두 예상되는 2kb의 PCR 증폭산물을 보여주었으나, pH에 따른 중합활성에는 차이를 보여주었다. 도 9에서 M은 GeneRuler™ 1 kb DNA ladder(Fermentas)를 나타내고, 각각의 lane의 명칭은 pH를 나타낸 것이다. 도 9(a)에 나타난 바와 같이 활성형 Twa DNA 중합효소는 pH 8.2에서 가장 높은 중합활성 능력을 보여주었으며, 도 9(b)에 나타난 바와 같이, Twa N501R DNA 중합효소는 pH 8.5 - 8.6에서 가장 높은 중합활성 능력을 보여주었다.As shown in Figure 9, both the active Twa DNA polymerase (a) and Twa N501R DNA polymerase (b) showed the expected 2kb PCR amplification product, but showed a difference in the polymerization activity according to pH. In Figure 9, M represents a GeneRuler ™ 1 kb DNA ladder (Fermentas), and the name of each lane represents the pH. As shown in Figure 9 (a) active Twa DNA polymerase showed the highest polymerization activity at pH 8.2, as shown in Figure 9 (b), Twa N501R DNA polymerase was the highest at pH 8.5-8.6 It showed high polymerization activity.

도 10에 나타난 바와 같이, Twa DNA 중합효소(a) 및 Twa N501R DNA 중합효소(b)는 2가 양이온 Mg2 +의 농도가 2.0mM일 때 가장 높은 중합활성 능력을 보여주었다. 도 10에서 M은 GeneRuler™ 1 kb DNA ladder(Fermentas)를 나타내고, 각각의 lane의 명칭은 MgCl2 농도를 나타낸 것이다.As shown in Figure 10, Twa DNA polymerase (a) and Twa N501R DNA polymerase (b) is a divalent showed the highest polymerization activity capability when the concentration of the cations Mg + 2 2.0mM. In FIG. 10, M represents a GeneRuler ™ 1 kb DNA ladder (Fermentas), and the name of each lane represents MgCl 2 concentration.

도 11에 나타난 바와 같이, Twa DNA 중합효소(a) 및 Twa N501R DNA 중합효소(b)를 이용한 PCR에 있어 1가 양이온의 영향을 조사한 결과, 최적 KCl 농도는 각각 30mM과 0mM로 차이가 있는 것을 확인하였다. 도 11에서 M은 GeneRuler™ 1 kb DNA ladder(Fermentas)를 나타내고, 각각의 lane의 명칭은 KCl 농도를 나타낸 것이다.As shown in Figure 11, Twa DNA polymerase (a) and Twa As a result of investigating the effect of monovalent cations on PCR using N501R DNA polymerase (b), it was confirmed that the optimum KCl concentrations were 30 mM and 0 mM, respectively. In Figure 11, M represents a GeneRuler ™ 1 kb DNA ladder (Fermentas), and the name of each lane represents the KCl concentration.

상기 결과들을 통하여, 활성형 Twa DNA 중합효소 및 돌연변이시킨 Twa N501R DNA 중합효소 모두 PCR에 이용가능하다는 것을 확인하였으며, Twa DNA 중합효소를 이용한 PCR에 있어 최적 PCR 완충용액의 조성은 안정제인 BSA와 Triton X-100을 포함하여 50mM Tris-HCl(pH 8.2), 30mM KCl, 2.0mM MgCl2 , 0.005% BSA, 0.01% Triton X-100인 것을 확인하였다. 또한 Twa N501R DNA 중합효소를 이용한 PCR에 있어 최적 PCR 완충용액의 조성은 안정제인 BSA와 Triton X-100을 포함하여 50mM Tris-HCl(pH 8.6), 2.0mM MgCl2, 0.005% BSA, 0.01% Triton X-100인 것을 확인하였다. 하기 실험에서 Twa N501R DNA 중합효소 이외의 변이체들은 Twa N501R DNA 중합효소와 동일한 완충용액을 사용하였다.
Through these results, active Twa DNA polymerase and mutated Twa It was confirmed that both N501R DNA polymerase can be used for PCR, and the optimal PCR buffer composition for PCR using Twa DNA polymerase is 50mM Tris-HCl (pH 8.2), including BSA and Triton X-100 as stabilizers, It was confirmed that 30mM KCl, 2.0mM MgCl 2 , 0.005% BSA, 0.01% Triton X-100. Also Twa The optimal PCR buffer composition for PCR using N501R DNA polymerase was 50 mM Tris-HCl (pH 8.6), 2.0 mM MgCl 2 , 0.005% BSA, 0.01% Triton X-, including BSA and Triton X-100 as stabilizers. It confirmed that it was 100. Twa in the following experiment Variants other than N501R DNA polymerase are Twa The same buffer as N501R DNA polymerase was used.

실시예Example 11.  11. TwaTwa DNADNA 중합효소 및  Polymerase and TwaTwa DNADNA 중합효소  Polymerase 변이체들의Of variants PCRPCR 최단 증폭 시간 측정 Shortest Amplification Time Measurement

본 발명의 Twa DNA 중합효소 및 이의 변이체들의 PCR 최단 증폭 시간을 측정하기 위하여, 25 ng의 람다 파아지 게노믹 DNA를 주형으로 각각 20 pmole의 5’ 말단 및 3’ 말단 프라이머, 200 uM dNTPs, 각각의 중합효소의 최적 PCR 완충용액 및 각각의 중합효소를 반응 혼합물로 하여 94℃에서 3분 반응시킨 후, 94℃에서 30초, 72℃에서 10, 20, 30 및 60초로 각각 반응시켰다. PCR 반응이 종료된 후, 0.8% 아가로스겔 전기영동을 통해 PCR 증폭산물을 확인하였다. 그 결과는 도 12(a)에 나타내었다.The In order to determine the PCR shortest amplification time of Twa DNA polymerase and its variants, 25 ng of lambda phage genomic DNA was used as a template with 20 pmole of 5 'and 3' terminal primers, 200 uM dNTPs, respectively. After 3 minutes of reaction at 94 DEG C with an optimal PCR buffer solution and each polymerase, the reaction was carried out at 94 DEG C for 30 seconds, at 72 DEG C for 10, 20, 30 and 60 seconds. After the PCR reaction was completed, PCR amplification products were confirmed by 0.8% agarose gel electrophoresis. The results are shown in Figure 12 (a).

도 12(a)에 나타난 바와 같이, 활성형 Twa DNA 중합효소는 60초부터 2kb 합성이 약하게 가능한 것에 비해, 돌연변이시킨 Twa N501R과 Twa N501K DNA 중합효소는 10초부터 2 kb 합성이 가능할 뿐만 아니라, 30초 이후에는 증폭량이 현저히 상승된 것을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 12 (a), the active Twa DNA polymerase is weakly capable of synthesizing 2 kb from 60 seconds, whereas the mutated Twa N501R and Twa N501K DNA polymerases are capable of synthesizing 2 kb from 10 seconds. After 30 seconds, the amount of amplification was confirmed to be significantly increased.

또한 상품화되어 판매되고 있는 Pfu, 및 Vent DNA 중합효소와 PCR 최단 증폭 시간을 비교하기 위하여, 25 ng의 람다 파아지 게노믹 DNA를 주형으로 각각 20 pmole의 5’ 말단 및 3’ 말단 프라이머, 200 uM dNTPs, 각각의 중합효소의 최적 PCR 완충용액 및 각각의 중합효소를 반응 혼합물로 하여 94℃에서 3분 반응시킨 후, 94℃에서 30초, 72℃에서 10, 20, 30 및 60초로 각각 반응시켰다. PCR 반응이 종료된 후, 0.8% 아가로스겔 전기영동을 통해 PCR 증폭산물을 확인하였다. 그 결과는 도 12(b)에 나타내었다.In order to compare the shortest amplification time with commercially available Pfu and Vent DNA polymerase, 25 ng of lambda phage genomic DNA was used as a template for 20 pmole of 5 'and 3' terminal primers and 200 uM dNTPs, respectively. After the reaction was performed at 94 ° C. for 3 minutes using the optimum PCR buffer solution and each polymerase as a reaction mixture, the reaction was performed at 94 ° C. for 30 seconds and at 72 ° C. for 10, 20, 30 and 60 seconds, respectively. After the PCR reaction was completed, PCR amplification products were confirmed by 0.8% agarose gel electrophoresis. The results are shown in Figure 12 (b).

도 12(b)에 나타난 바와 같이, Pfu DNA 중합효소를 이용한 경우 90초 이상일때부터 2 kb 합성이 가능한 것에 비해, Twa N501R 중합효소는 10초에 2 kb 합성이 가능함을 확인할 수 있었고, 본 발명의 변이체인 Twa N501R 중합효소가 Pfu 와 Vent DNA 중합효소보다 증폭량이 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다. 특히 90초 반응 조건에서 Vent DNA 중합효소는 PCR 밴드의 스미어(smear) 현상이 보이는 반면에 Twa N501R 중합효소는 스미어 현상 없이 깨끗하게 DNA가 대량 증폭된 것을 확인하였다. 도 12에서 M은 GeneRuler™ 1 kb DNA ladder(Fermentas)를 나타내고, 각각의 lane의 명칭은 72℃에서의 증폭 시간을 나타낸 것이다.
As shown in Figure 12 (b), when using the Pfu DNA polymerase 2 kb synthesis is possible from 90 seconds or more, compared to Twa N501R polymerase was able to confirm that 2 kb synthesis in 10 seconds, the present invention The Twa N501R polymerase was found to have significantly higher amplification than Pfu and Vent DNA polymerase. In particular, in the 90-second reaction condition, Vent DNA polymerase showed a smear of PCR bands, whereas Twa N501R polymerase was confirmed to have amplified a large amount of DNA cleanly without smear. In Figure 12, M represents the GeneRuler ™ 1 kb DNA ladder (Fermentas), and the name of each lane represents the amplification time at 72 ℃.

실시예Example 12.  12. TwaTwa DNADNA 중합효소와  Polymerase and TwaTwa N501RN501R DNADNA 중합효소의  Polymerase DNADNA 최장 증폭 가능 길이 측정 Longest Amplifiable Length Measurement

PCR을 이용한 Twa DNA 중합효소와 Twa N501R DNA 중합효소의 DNA 최장 증폭 가능 길이 범위를 결정하기 위하여, 25 ng의 람다 파아지 게노믹 DNA를 주형으로 각각 20 pmole의 5’ 말단 및 3’ 말단 프라이머, 200 uM dNTPs, 각각의 중합효소의 최적 PCR 완충용액 및 각각의 중합효소를 반응 혼합물로 하여 94℃에서 3분 동안 주형 DNA를 변성시킨 후, 94℃에서 30초, 62℃에서 30초, 72℃에서 kb/분으로 PCR을 수행하였다. PCR 반응이 종료된 후, 0.8% 아가로스겔 전기영동을 통해 PCR 증폭산물을 확인하였다. 그 결과는 도 13에 나타내었다. Twa using PCR DNA polymerase and Twa To determine the longest possible amplification range of DNA for N501R DNA polymerase, 25 ng lambda phage genomic DNA was used as a template for 20 pmole of 5 'and 3' terminal primers, 200 uM dNTPs, respectively. The template DNA was denatured at 94 ° C. for 3 minutes using the PCR buffer and each polymerase, followed by PCR at 30 seconds at 94 ° C., 30 seconds at 62 ° C., and kb / min at 72 ° C. After the PCR reaction was completed, PCR amplification products were confirmed by 0.8% agarose gel electrophoresis. The results are shown in Fig.

도 13에 나타난 바와 같이, Twa DNA 중합효소의 경우 최대 8 kb까지 합성이 가능한 반면, Twa N501R DNA 중합효소는 최대 10 kb까지 합성이 가능함을 확인하였다. 도 13에서 lane의 명칭은 증폭사이즈(Kb)를 나타내며, M은 GeneRuler™ 1kb DNA ladder(Fermentas)를 나타낸다. 상기 결과를 통하여 본 발명의 변이체의 경우 야생형 Twa DNA 중합효소에 비하여 DNA 최장 증폭 가능 길이가 현저히 증가된 것을 확인할 수 있었다.
As shown in Figure 13, while Twa DNA polymerase can be synthesized up to 8 kb, Twa It was confirmed that the N501R DNA polymerase can be synthesized up to 10 kb. In Figure 13, the name of the lane represents the amplification size (Kb), M represents the GeneRuler ™ 1kb DNA ladder (Fermentas). Through the above results, it was confirmed that the longest amplifiable DNA length was significantly increased in comparison with wild type Twa DNA polymerase.

실시예Example 13.  13. TwaTwa DNADNA 중합효소,  Polymerase, TwaTwa N501RN501R DNADNA 중합효소 및  Polymerase and TwaTwa N501KN501K DNADNA 중합효소의  Polymerase PCRPCR 정확성( accuracy( PCRPCR fidelityfidelity ) 측정) Measure

Twa DNA 중합효소, Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소의 PCR 정확성(PCR fidelity)을 측정하기 위하여, 룬드버그(Lundberg)의 방법을 하기와 같이 약간 변형하여 수행하였다(참조: Lundberg et al., 1991, Gene 108(1), 1-6). 실제 실험에서는 Song 등과 Choi 등의 방법과 동일한 방법으로 측정하였으며, 동일한 발현벡터 pJR2-lacZ(5.7 Kb)와 primers를 사용하였다(참조: Song J. M. et al., 2007, Enzyme Microbe . Technol. 40, 1475-1483; Choi J. J. et al., 2008, Appl . Environ . Microbiol. 74, 6563-6569). 먼저, lacZ 유전자가 삽입되어 있는 발현벡터 pJR2-lacZ의 5’ 부분의 835 bp 단편을 Twa DNA 중합효소, Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소를 이용하여 각각의 효소의 최적 PCR 완충용액에서 증폭시켰다. 또한 상품화되어 판매되고 있는 Pfu, 및 Taq DNA 중합효소들을 이용하여 동일하게 PCR을 수행함으로써, 본 발명의 중합효소들과 PCR 정확성을 비교하였다. 상기 PCR 증폭산물들을 제한효소 BamHI과 ClaI으로 각각 절단한 다음, 동일한 제한효소들로 절단된 발현벡터에 삽입 시킨 후, 전기충격(electroporation) 방법으로 대장균에 삽입하여 형질전환시켰다. 그리고 벡터가 삽입된 균주의 선별을 위하여 항생제 암피실린(ampicillin), IPTG와 X-gal(5-bromo-4-chloro-3-indolyl β-D-galactopyranoside)이 포함된 아가(agar) 플레이트 배지에 고르게 도말하고 37℃에서 16시간 동안 배양하였다. 이후 상기 아가 플레이트를 4℃에서 2시간 동안 보관한 후, 파란색 콜로니(blue colony)와 흰색 콜로니(white colony)의 수를 센 다음, 이를 바탕으로 돌연변이 빈도(mutation frequency)와 에러율을 계산하였다. 그 결과는 표 3에 나타내었다. Twa In order to measure the PCR fidelity of DNA polymerase, Twa N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase, the Lundberg method was carried out with a slight modification as follows (Lundberg et. al ., 1991, Gene 108 (1), 1-6). In the actual experiment, the same method as that of Song et al. And Choi et al. Was used and the same expression vector pJR2- lacZ (5.7 Kb) and primers were used (see Song JM et. al ., 2007, Enzyme Microbe . Technol . 40 , 1475-1483; Choi JJ et al., 2008, Appl . Environ . Microbio l. 74, 6563-6569). First, lacZ Twa gene is 835 bp fragment of the 5 'portion of the expression vector is inserted pJR2- lacZ DNA polymerase, Twa N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase were used to amplify each enzyme in the optimal PCR buffer. In addition, by performing the same PCR using commercially available Pfu , and Taq DNA polymerase, the PCR accuracy was compared with the polymerases of the present invention. The PCR amplification products were digested with restriction enzymes Bam HI and Cla I, respectively, and then inserted into expression vectors digested with the same restriction enzymes, followed by transformation into E. coli by electroporation. In order to select the vector-inserted strains, the agar plate medium containing the antibiotics ampicillin, IPTG and X-gal (5-bromo-4-chloro-3-indolyl β-D-galactopyranoside) is evenly distributed. The plate was incubated at 37 ° C. for 16 hours. Since the agar plate was stored at 4 ° C. for 2 hours, the number of blue colonies and white colonies was counted, and the mutation frequency and error rate were calculated based on the number of blue colonies and white colonies. The results are shown in Table 3.

표 3에 나타난 바와 같이, Twa DNA 중합효소, Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소를 이용한 PCR에 있어서 PCR 정확성은 Pfu DNA 중합효소에 비해서는 약간 높았으며, 일반적인 PCR에 주로 이용되어지는 Taq DNA 중합효소에 비해서는 현저히 높은 것을 확인할 수 있었다. 상기 결과를 통하여 본 발명의 Twa DNA 중합효소, Twa N501R DNA 중합효소 및 Twa N501K DNA 중합효소는 고도의 정확성을 요구하는 PCR에 이용되어질 수 있음을 확인하였다.As shown in Table 3, PCR accuracy in PCR using Twa DNA polymerase, Twa N501R DNA polymerase, and Twa N501K DNA polymerase was slightly higher than that of Pfu DNA polymerase, and Taq , which is mainly used for general PCR, was used. It was confirmed that it was significantly higher than the DNA polymerase. Through the above results, it was confirmed that the Twa DNA polymerase, Twa N501R DNA polymerase and Twa N501K DNA polymerase of the present invention can be used for PCR requiring high accuracy.

[표 3] Twa, Twa N501R, Twa N501K, TaqPfu DNA 중합효소의 PCR 정확성 비교Table 3 Twa , Twa N501R, Twa PCR Accuracy Comparison of N501K, Taq, and Pfu DNA Polymerases

Figure 112011089076602-pat00003
Figure 112011089076602-pat00003

a Mutation frequency(돌연변이 빈도)는 파란색 콜로니 / (파란색 콜로니+하얀색 콜로니)로 계산 되었다. a Mutation frequency was calculated as blue colony / (blue colony + white colony).

b Template doublings는 2 d = PCR 산물 양 / 초기 타켓 양 으로 계산되었다. b Template doublings were calculated as 2 d = PCR product amount / initial target amount.

c Error rate는 ER = mf / (bp x d)로 계산되었다. 여기서 mf는 mutation frequency이고, bp는 lacZ 타켓 사이즈(=832bp)이고, d는 template이 두 배로 늘어난 횟수이다.
c Error rate was calculated as ER = mf / (bp x d ). Where mf is the mutation frequency, bp is the lacZ target size (= 832bp), and d is the number of times the template has been doubled.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the embodiments described above are in all respects illustrative and not restrictive.

농업생명공학연구원Agricultural Biotechnology Research Institute KACC95107KACC95107 2011082920110829 농업생명공학연구원Agricultural Biotechnology Research Institute KACC95108KACC95108 2011082920110829

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Claims (14)

서열번호 21의 아미노산 서열로 이루어진 써모코커스 와이오타푸엔시스(Thermococcus waiotapuensis) 유래 DNA 중합효소(polymerase)의 501번째 아미노산인 아스파라진(asparagine)이 알지닌(arginine) 또는 라이신(lysine)으로 치환된 것을 특징으로 하는 Twa DNA 중합효소 변이체.Asparagine, the 501st amino acid of Thermococcus waiotapuensis- derived DNA polymerase consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 21, is substituted with arginine or lysine Characterized by Twa DNA polymerase variant. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 501번째 아미노산인 아스파라진(asparagine)이 알지닌(arginine)으로 치환된 변이체는 서열번호 23의 아미노산 서열로 이루어지는 것을 특징으로 하는, Twa DNA 중합효소 변이체.
The method of claim 1,
The 501th amino acid asparagine (asparagine) is substituted with arginine (arginine) variant, characterized in that consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 23, Twa DNA polymerase variant.
제 3 항의 Twa DNA 중합효소(polymerase) 변이체를 코딩하는 핵산분자.A nucleic acid molecule encoding the Twa DNA polymerase variant of claim 3. 제 4 항에 있어서,
상기 핵산분자는 서열번호 22의 염기 서열로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 핵산분자.
The method of claim 4, wherein
The nucleic acid molecule, characterized in that consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 22.
제 4 항의 핵산분자를 포함하는 pTWAN501R 벡터.A pTWAN501R vector comprising the nucleic acid molecule of claim 4. 제 6 항의 pTWAN501R 벡터로 형질전환된 Rosetta(DE3) pLysS/pTWAN501R(수탁번호 KACC95108P) 대장균.Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501R (accession number KACC95108P) Escherichia coli transformed with the pTWAN501R vector of claim 6. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 501번째 아미노산인 아스파라진(asparagine)이 라이신(lysine)으로 치환된 변이체는 서열번호 25의 아미노산 서열로 이루어지는 것을 특징으로 하는, Twa DNA 중합효소 변이체.
The method of claim 1,
The 501th amino acid asparagine (asparagine) is a variant substituted with lysine (lysine), characterized in that consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 25, Twa DNA polymerase variant.
제 9 항의 Twa DNA 중합효소(polymerase) 변이체를 코딩하는 핵산분자.A nucleic acid molecule encoding the Twa DNA polymerase variant of claim 9. 제 10 항에 있어서,
상기 핵산분자는 서열번호 24의 염기 서열로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 핵산분자.
11. The method of claim 10,
The nucleic acid molecule, characterized in that consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 24.
제 10 항의 핵산분자를 포함하는 pTWAN501K 벡터.A pTWAN501K vector comprising the nucleic acid molecule of claim 10. 제 12 항의 pTWAN501K 벡터로 형질전환된 Rosetta(DE3) pLysS/pTWAN501K(수탁번호 KACC95107P) 대장균.Rosetta (DE3) pLysS / pTWAN501K (accession number KACC95107P) Escherichia coli transformed with the pTWAN501K vector of claim 12. 제 1 항의 Twa DNA 중합효소(polymerase) 변이체를 포함하는 것을 특징으로 하는 핵산 증폭 반응용 키트.The kit for nucleic acid amplification reaction comprising the Twa DNA polymerase variant of claim 1.
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