KR101320059B1 - Recombinant vector, recombinant yeast containing the vector, and mass-producing method of glucose oxidase using the yeast - Google Patents

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Abstract

본 발명은 재조합 벡터와 재조합 효모를 이용한 글루코스 옥시다아제의 대량 생산에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 변형된 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 효모, 상기 재조합 효모에서 박테리아 헤모글로빈 유전자를 추가로 포함하는 재조합 효모, 및 상기 재조합 효모를 이용한 글루코스 옥시다아제의 제조 방법에 관한 것이다. 상기에서 제조된 글루코스 옥시다아제는 유기산 칼슘을 제조하는 데 사용될 수 있으며, 상기 유기산 칼슘은 골다공증 또는 관절염을 포함하는 골대사 질환의 예방 및 치료에 유용하게 사용될 수 있다.
The present invention relates to mass production of glucose oxidase using recombinant vectors and recombinant yeast. More specifically, the present invention provides a recombinant vector comprising a modified glucose oxidase gene, a recombinant yeast transformed with the recombinant vector, a recombinant yeast further comprising a bacterial hemoglobin gene in the recombinant yeast, and glucose using the recombinant yeast. It relates to a method for producing oxidase. The glucose oxidase prepared above may be used to prepare calcium acid, which may be useful for the prevention and treatment of bone metabolic diseases including osteoporosis or arthritis.

Description

재조합 벡터, 상기 벡터를 포함하는 재조합 효모 및 상기 효모를 이용한 글루코스 옥시다아제의 대량 생산 방법 {Recombinant vector, recombinant yeast containing the vector, and mass-producing method of glucose oxidase using the yeast}Recombinant vector, recombinant yeast containing the vector, and mass-producing method of glucose oxidase using the yeast}

본 발명은 재조합 벡터와 재조합 효모를 이용한 글루코스 옥시다아제의 대량 생산에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 변형된 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 효모, 상기 재조합 효모에서 박테리아 헤모글로빈 유전자를 추가로 포함하는 재조합 효모, 및 상기 재조합 효모를 이용한 글루코스 옥시다아제의 제조 방법에 관한 것이다. 상기에서 제조된 글루코스 옥시다아제는 유기산 칼슘을 제조하는 데 사용될 수 있으며, 상기 유기산 칼슘은 골다공증 또는 관절염을 포함하는 골대사 질환의 예방 및 치료에 유용하게 사용될 수 있다.
The present invention relates to mass production of glucose oxidase using recombinant vectors and recombinant yeast. More specifically, the present invention provides a recombinant vector comprising a modified glucose oxidase gene, a recombinant yeast transformed with the recombinant vector, a recombinant yeast further comprising a bacterial hemoglobin gene in the recombinant yeast, and glucose using the recombinant yeast. It relates to a method for producing oxidase. The glucose oxidase prepared above may be used to prepare calcium acid, which may be useful for the prevention and treatment of bone metabolic diseases including osteoporosis or arthritis.

칼슘은 단순한 뼈의 구성요소만이 아니라 뼈에 작용하는 각종 호르몬과 신진대사를 조절하는 매우 중요한 무기물로서 성장기 청소년 및 성인들의 골다공증 예방 및 치료에 중요한 미네랄이다. 또한, 유기 칼슘제가 무기 칼슘보다 높은 용해도로 체내에 흡수되기 때문에, 글루콘산 칼슘 등의 유기 칼슘제를 중심으로 골다공증 관련 시장이 빠르게 재편 및 확대되고 있으며, 이러한 골다공증 관련 세계시장은 2015년까지 연 6.0% 이상 성장하고 2050년에는 1,060억불 규모에 이를 것으로 예측되고 있다.Calcium is not only a simple component of bone, but also a very important mineral that regulates various hormones and metabolism that act on bone, and is an important mineral for preventing and treating osteoporosis in growing adolescents and adults. In addition, since organic calcium agents are absorbed into the body with higher solubility than inorganic calcium, the market for osteoporosis is rapidly reorganizing and expanding, especially organic calcium agents such as calcium gluconate. It is expected to grow to over $ 106 billion by 2050.

종래에 유기산 칼슘의 제조법으로 화학적 산화법, 전기분해법, 발효법 및 효소법 등이 알려져 있기는 하나, 이중 화학적 산화법과 전기분해법은 낮은 수율, 산업폐수의 야기 및 기술적인 문제로 인하여 현재는 거의 사용하지 않고 있으며, 발효법에 의하여 글루콘산 칼슘을 생산할 경우 원료를 전처리하여야 하고 발효균주의 보존과 복잡한 정제과정 등이 문제가 되고 있는 실정이다.Conventionally, chemical oxidation, electrolysis, fermentation, and enzymatic methods are known as methods for preparing calcium organic acid, but dual chemical oxidation and electrolysis are currently rarely used due to low yield, causing industrial wastewater, and technical problems. In the case of producing calcium gluconate by fermentation method, raw materials must be pretreated, and the preservation of fermented strains and complicated purification process are problematic.

따라서, 미생물 대신 효소를 이용함으로써 제조 공정을 간단히 하고자 하는 시도가 있으며, 유기산 칼슘의 제조에 사용될 수 있는 효소로 글루코스 옥시다아제를 들 수 있다. Therefore, there is an attempt to simplify the manufacturing process by using enzymes instead of microorganisms, and glucose oxidase can be cited as an enzyme that can be used for the preparation of organic acid calcium.

글루코스 옥시다아제(glucose oxidase)는 β-D-글루코스를 글루코노-δ-락톤으로 산화하고 동시에 산소 분자를 과산화수소로 환원하는 반응을 촉매하는 효소로, 아스퍼질러스 나이거(Aspergillus niger)의 세포액에서 처음으로 발견되었다 (Biochem. Z. 199;136-170, 1928). 또한, 글루코스 옥시다아제는 포도당으로부터 글루콘산 칼슘 등의 유기산 칼슘을 제조하는 과정을 촉매하므로, 유기산 칼슘의 제조에 사용될 수 있다.Glucose oxidase is an enzyme that catalyzes the reaction of oxidizing β-D-glucose to glucono-δ-lactone and simultaneously reducing oxygen molecules to hydrogen peroxide, the first in cell fluids of Aspergillus niger . (Biochem. Z. 199; 136-170, 1928). In addition, since glucose oxidase catalyzes the process of preparing organic acid calcium, such as calcium gluconate, from glucose, it can be used in the production of calcium organic acid.

글루코스 옥시다아제의 상업적 생산은 주로 아스퍼질러스속이나 페니실리움속 균주를 이용하여 이루어지고 있는데, 생산 균주의 종류가 제한되어 있어 산업적 이용에 어려움이 있다. 따라서, 글루코스 옥시다아제의 생산성 향상을 위해서 유전자 재조합 후 다시 아스퍼질러스속 또는 효모에 도입하여 제조하기도 한다. Commercial production of glucose oxidase is mainly performed using Aspergillus or Penicillium strains, which are difficult to use industrially because the types of strains are limited. Therefore, in order to improve the productivity of glucose oxidase, it may be prepared by introducing into Aspergillus or yeast after genetic recombination.

예로서, 유럽공개특허 제0665291호는 아스퍼질러스 퍼티더스의 글루코스 옥시다아제 유전자를 글루코아밀라제의 프로모터와 재조합시켜 아스퍼질러스 퍼티더스에 도입하는 기술을 제공하고 있으며, 미국등록특허 제 5,266,688호는 아스퍼질러스 나이거의 글루코스 옥시다아제 유전자를 ADH2/GAP 프로모터와 효모의 알파인자 신호서열에 연결시킨 후 효모 발현 벡터에 도입하여 효모에 형질전환하는 기술을 제공하고 있으며, 국내등록특허 제10-0328639호는 아스퍼질러스 나이거의 글루코스 옥시다제의 신호서열과 그 구조유전자로 구성되는 발현 플라스미드에 GAL10 프로모터와 GAL7 터미네이터를 연결시켜 벡터를 제조하고 효모에 형질전환하는 기술을 제공하고 있다.For example, European Patent No. 0665291 provides a technique for recombining the Aspergillus putidus glucose oxidase gene with a promoter of glucoamylase into Aspergillus putidus, US Patent No. 5,266,688 discloses Aspergillus. It provides a technique for transforming the yeast glucose oxidase gene with the ADH2 / GAP promoter and the yeast alpha factor signal sequence, and then introduced into the yeast expression vector to transform the yeast, and Korean Patent No. 10-0328639 discloses Aspergillus. The present invention provides a technique for preparing a vector and transforming a yeast by connecting a GAL10 promoter and a GAL7 terminator to an expression plasmid consisting of a signal sequence of a glucose oxidase and a structural gene thereof.

그러나, 종래 기술들은 여전히 글루코스 옥시다아제의 산업적 이용을 위한 생산 수율에는 미치지 못하고 있으며, 글루코스 옥시다아제의 생산 수율을 더욱 높일 수 있는 유전자 재조합 기술의 개발이 요구되고 있다. However, prior arts still fall short of the production yield for the industrial use of glucose oxidase, and there is a need for the development of genetic recombination technology that can further increase the production yield of glucose oxidase.

이에, 본 발명자들은 종래의 유전자 재조합적 발현에서 주로 사용되던 아스퍼질러스 나이거의 글루코스 옥시다아제 유전자를 변형하여 효모에서의 발현에 적합한 새로운 글루코스 옥시다아제 유전자 염기서열을 고안하였고, 상기 유전자에 신호서열을 연결하여 효모에서 외부로 글루코스 옥시다아제를 분비하는 효율을 높일 수 있는 새로운 재조합 벡터 및 재조합 균주를 개발하였다. 나아가, 본 발명자들은 상기 재조합 균주에 박테리아 헤모글로빈 유전자를 추가로 도입함으로써, 재조합 균주를 산업용 균주로 개량하는 기술을 완성하였으며, 산업적 생산에 이용하기 위한 최적의 배양조건을 확립하였다.
Thus, the present inventors modified a glucose oxidase gene of Aspergillus niger, which is mainly used in conventional recombinant expression, and devised a new glucose oxidase gene sequence suitable for expression in yeast, and by linking a signal sequence to the gene New recombinant vectors and recombinant strains have been developed that can increase the efficiency of secreting glucose oxidase from yeast. Furthermore, the present inventors further introduced a bacterial hemoglobin gene into the recombinant strain, thereby completing a technique for improving the recombinant strain into an industrial strain, and establishing optimum culture conditions for use in industrial production.

본 발명의 하나의 목적은 서열번호 1의 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a recombinant vector comprising the glucose oxidase gene of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 서열번호 1의 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 효모를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recombinant yeast transformed with a recombinant vector comprising the glucose oxidase gene of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 재조합 벡터로 형질전환되며, 박테리아 헤모글로빈 유전자를 추가로 포함하는 재조합 효모를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a recombinant yeast transformed with the recombinant vector, further comprising a bacterial hemoglobin gene.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 재조합 효모를 배양하는 단계를 포함하는 글루코스 옥시다아제를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for producing glucose oxidase comprising culturing the recombinant yeast.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 제조된 글루코스 옥시다아제를 이용하여 유기산 칼슘을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method for preparing calcium acid using the prepared glucose oxidase.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 제조된 유기산 칼슘을 포함하는 골대사 질환의 예방 및 치료용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention to provide a composition for the prevention and treatment of bone metabolic diseases comprising the prepared calcium acid.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 제조된 유기산 칼슘을 개체에 투여하는 단계를 포함하는 골대사 질환의 치료방법을 제공하는 것이다.
Still another object of the present invention is to provide a method for treating bone metabolism disease comprising administering the prepared calcium acid to a subject.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 서열번호 1의 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터에 관한 것이다.As one aspect for achieving the above object, the present invention relates to a recombinant vector comprising a glucose oxidase gene of SEQ ID NO: 1.

본 발명에서 용어, "글루코스 옥시다아제(glucose oxidase, GOx)" 는 β-D-글루코스를 글루코노-δ-락톤으로 산화하고 동시에 산소 분자를 과산화수소로 환원하는 반응을 촉매하는 효소를 말한다. 종래에 유전자 재조합적 발현에 주로 사용되던 글루코스 옥시다아제는 아스퍼질러스 나이거의 글루코스 옥시다아제로서, 분자량은 150~180 kDa이고 두 분자의 FAD (flavin adenine dinucleotide)와 매우 견고하게 결합되어 있는 당단백질이며, 각 2개의 동일한 서브유닛 (각 70-80kDa)로 이루어져 있다. As used herein, the term "glucose oxidase (GOx)" refers to an enzyme that catalyzes the reaction of oxidizing β-D-glucose into glucose-δ-lactone and simultaneously reducing oxygen molecules to hydrogen peroxide. Glucose oxidase, which has been used mainly for recombinant expression, is a glucose oxidase from Aspergillus niger, and has a molecular weight of 150 to 180 kDa and is a glycoprotein that is very tightly bound to two molecules of flan adenine dinucleotide (FAD). It consists of two identical subunits (each 70-80 kDa).

본 발명에서는 효모 내에서 글루코스 옥시다아제의 발현율을 향상시키기 위하여, 효모(Saccharomyces cerevisiae)의 코돈 선호도에 맞게 아스퍼질러스 나이거의 글루코스 옥시다아제 유전자를 변형시킨 새로운 유전자 염기서열을 고안하여 사용하였다. 상기 본 발명에서 새로 합성한 글루코스 옥시다아제 유전자는 서열번호 1의 염기서열을 가지는 것으로서, 신호 서열을 제외한 성숙 글루코스 옥시다아제 유전자(mature GOx)로 구성되어 있다. 상기 염기서열은 아스퍼질러스 나이거의 유전자 염기서열(GenBank: J05242.1)과 76%의 상동성을 보이며, CAI(Codon Adaptation Index)가 0.86이고, GC 함량이 53% 이다.In the present invention, in order to improve the expression rate of glucose oxidase in yeast, Saccharomyces cerevisiae ) was designed to use a new gene sequence modified by the Aspergillus Niger glucose oxidase gene. The newly synthesized glucose oxidase gene in the present invention has a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and is composed of a mature glucose oxidase gene (mature GOx) excluding a signal sequence. The base sequence shows 76% homology with Aspergillus Niger's gene sequence (GenBank: J05242.1), CAI (Codon Adaptation Index) is 0.86, GC content is 53%.

본 발명의 재조합 벡터는 프로모터, 개시코돈, 종결코돈, 폴리아데닐화 시그널, 인핸서 같은 발현 조절 엘리먼트, 또는 막 표적화 또는 분비를 위한 신호 서열을 추가로 포함할 수 있다.Recombinant vectors of the invention may further comprise expression control elements such as promoters, initiation codons, termination codons, polyadenylation signals, enhancers, or signal sequences for membrane targeting or secretion.

바람직한 양태로서, 본 발명의 재조합 벡터는 효모 내에서 글루코스 옥시다아제의 발현율을 향상시키기 위한 최적의 벡터 구성으로서, GPD(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) 프로모터, MFα(alpha-mating factor) 신호 서열 및 GPD 터미네이터를 추가로 포함할 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서 사용한 MFα 신호 서열을 서열번호 2, GPD 프로모터를 서열번호 3, 및 GPD 터미네이터의 서열을 서열번호 4에 각각 나타내었다.In a preferred embodiment, the recombinant vector of the present invention is an optimal vector construction for improving the expression rate of glucose oxidase in yeast, including a glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GPD) promoter, an alpha-mating factor (MFα) signal sequence and a GPD terminator. It may further include. SEQ ID NO: 2 for the MFα signal sequence used in the specific examples of the present invention, SEQ ID NO: 3 for the GPD promoter, and SEQ ID NO: 4 for the GPD terminator, respectively.

바람직한 양태로서, 본 발명의 재조합 벡터는 형질 전환시 효모의 염색체 DNA에 삽입되어 안정적으로 유지시키는 벡터를 기본 벡터로 사용할 수 있으며, 예컨대, Takara사의 pAUR101를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.As a preferred embodiment, the recombinant vector of the present invention can be used as a base vector, which is inserted into the chromosomal DNA of yeast and stably maintained when transforming, for example, Takara's pAUR101 may be used, but is not limited thereto.

바람직하게, 본 발명의 재조합 벡터는 도 1의 개열지도를 가지는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.Preferably, the recombinant vector of the present invention may have the cleavage map of FIG. 1, but is not limited thereto.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 서열번호 1의 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 효모에 관한 것이다. 바람직하게, 상기 효모는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)이다. 본 발명의 구체적인 실시예에서는, 모균주로서 사카로마이세스 세레비지애 ByGx 를 사용하였다. 상기 모균주 ByGx는 기탁번호 ATCC 4003219 의 균주로, 유전형(Genotype)이 "MATa his3Δ1 leu2Δ0 met15Δ0 ura3Δ0" 으로 알려진 균주이다.As another aspect, the present invention relates to a recombinant yeast transformed with a recombinant vector comprising the glucose oxidase gene of SEQ ID NO: 1. Preferably, the yeast is Saccharomyces cerevisiae . In a specific example of the present invention, Saccharomyces cerevisiae ByGx was used as the parent strain. The parent strain ByGx is a strain of Accession No. ATCC 4003219 whose genotype is known as “MATa his3Δ1 leu2Δ0 met15Δ0 ura3Δ0”.

본 발명의 구체적인 실시예에서는, 상기 도 1의 재조합 벡터로 형질전환시킨 효모(Saccharomyces cerevisiae)들이 모두 모균주에 비하여 1.4 배 이상의 글루코스 옥시다아제 활성 증가를 나타내며, 가장 많게는 2.08 배의 글루코스 옥시다아제 활성 증가를 나타낸다는 것을 확인하였다 (표 1 참조). 상기 글루코스 옥시다아제 활성 증가가 가장 높게 나타난 균주를 사카로마이세스 세레비지애 DG-5 로 명명하였다.In a specific embodiment of the present invention, the yeast ( Saccharomyces transformed with the recombinant vector of Figure 1 cerevisiae ) all showed an increase in glucose oxidase activity of 1.4 times or more and a maximum of 2.08 times of glucose oxidase activity compared to the parent strain (see Table 1). The strain with the highest increase in glucose oxidase activity was named Saccharomyces cerevisiae DG-5.

또 하나의 바람직한 양태로서, 본 발명의 재조합 효모는 상기 서열번호 1의 염기서열을 포함하는 재조합 벡터로 형질전환되며, 박테리아 헤모글로빈 유전자를 추가로 포함하는 재조합 효모에 관한 것이다.As another preferred embodiment, the recombinant yeast of the present invention is transformed with a recombinant vector comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and relates to a recombinant yeast further comprising a bacterial hemoglobin gene.

본 발명에서는 상기 서열번호 1의 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 효모에, 추가적으로 박테리아 헤모글로빈 유전자를 도입시켜 글루코스 옥시다아제의 생산성을 극대화시키고자 하였다.In the present invention, the bacterial hemoglobin gene is additionally introduced into the yeast transformed with the recombinant vector comprising the glucose oxidase gene of SEQ ID NO: 1 to maximize the productivity of the glucose oxidase.

바람직하게, 상기 박테리아 헤모글로빈은 비트리오실라의 헤모글로빈(Vitreoscilla hemoglobin)일 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서 사용한 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자의 염기서열을 서열번호 5에 나타내었다.Preferably, the bacterial hemoglobin may be Vitreoscilla hemoglobin of Viriosila. The base sequence of the hemoglobin gene of Viriosila used in the specific example of the present invention is shown in SEQ ID NO: 5.

바람직하게, 본 발명의 재조합 효모는 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자가 효모 염색체 상의 pmt1 유전자 부위에 삽입되어 있는 것일 수 있다.Preferably, the recombinant yeast of the present invention may be that the hemoglobin gene of Viriosila is inserted into the pmt1 gene region on the yeast chromosome.

본 발명의 구체적인 실시예에서는, 상기에서 미리 제조한 사카로마이세스 세레비지애 DG-5 균주에, 추가적으로 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자를 도입한 새로운 재조합 효모를 제조하였으며, 이를 사카로마이세스 세레비지애 DGVh 로 명명하였다. DGVh 균주는, 모균주인 DG-5 균주보다 약 2배 이상의 글루코스 옥시다아제 활성을 나타내었으며, 이는 DG-5 의 모균주에 해당하는 ByGx 균주의 약 4배 이상에 해당하는 놀라운 수율 향상을 나타내는 것이다 (표 2 참조). 이에, 본 발명자들은 상기 사카로마이세스 세레비지애 DGVh 균주를 2011년 9월 20일자로 KCTC(Korean Colletion for Type Cultures, 대전광역시 유성구 과학로 111번지 생명공학연구소 유전자원센터)에 기탁하여 수탁번호 KCTC12020BP 를 부여받았다.In a specific embodiment of the present invention, a new recombinant yeast was introduced to the previously prepared Saccharomyces cerevisiae DG-5 strain, which additionally introduced the hemoglobin gene of Viriosila, and this was Saccharomyces cerevisiae. It was named DGVh. The DGVh strain exhibited about two times more glucose oxidase activity than the parental strain DG-5, which represents a remarkable yield improvement of about four times more than the ByGx strain corresponding to the parent strain of DG-5 ( See Table 2). Accordingly, the present inventors deposited the Saccharomyces cerevisiae DGVh strain on September 20, 2011 to Korean Colletion for Type Cultures (KCTC), Biotechnology Research Institute, Genetic Resource Center, 111, Science-ro, Yuseong-gu, Daejeon, Korea. KCTC12020BP was granted.

따라서, 바람직하게, 본 발명의 재조합 효모는 수탁번호 KCTC12020BP 의 균주일 수 있다.Thus, preferably, the recombinant yeast of the present invention may be a strain of Accession No. KCTC12020BP.

또한 바람직하게, 본 발명의 재조합 효모는 비트리오실라의 헤모글로빈을 포함하는 재조합 벡터가 추가로 형질전환됨으로써 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자를 포함하는 것일 수 있다.Also preferably, the recombinant yeast of the present invention may be one that includes the hemoglobin gene of Viriosila by further transformation of the recombinant vector comprising the hemoglobin of Viriosila.

보다 바람직하게, 상기 비트리오실라의 헤모글로빈을 포함하는 재조합 벡터는 TEF1 프로모터, 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자 및 CYC1TT 전사 터미네이터로 구성된 카세트를 포함할 수 있다. 본 발명의 구체적인 실시예에서는, 상기 TEF1 프로모터, 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자 및 CYC1TT 전사 터미네이터로 구성된 카세트를 synTVHb (또는 TVHb)로 명명하고, 그 염기서열을 서열번호 6에 나타내었다.More preferably, the recombinant vector comprising the hemoglobin of Viriosila may comprise a cassette consisting of the TEF1 promoter, the hemoglobin gene of Viriosila and the CYC1TT transcription terminator. In a specific embodiment of the present invention, the cassette consisting of the TEF1 promoter, Vitriola's hemoglobin gene and CYC1TT transcription terminator is named synTVHb (or TVHb), and the base sequence thereof is shown in SEQ ID NO: 6.

보다 바람직하게, 상기 비트리오실라의 헤모글로빈을 포함하는 재조합 벡터는, 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자를 효모의 염색체 내 pmt1 유전자 부위에 상동 재조합에 의하여 안정적으로 삽입시키기 위한 구성으로서, pmt1 유전자와 상동인 제1영역, TEF1 프로모터, 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자, CYC1TT 전사 터미네이터, 선별마커 유전자, 및 pmt1 유전자와 상동인 제2영역을 포함할 수 있다. 상기 선별마커 유전자는 바람직하게는 URA3 유전자일 수 있다.More preferably, the recombinant vector comprising the hemoglobin of Viriosila is a structure for stably inserting the hemoglobin gene of Viriosila by the homologous recombination into the pmt1 gene site in the chromosome of the yeast, and is homologous to the pmt1 gene. One region, a TEF1 promoter, a hemoglobin gene of Viriosila, a CYC1TT transcription terminator, a selection marker gene, and a second region homologous to the pmt1 gene. The selection marker gene may be preferably a URA3 gene.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 재조합 효모를 배양하는 단계를 포함하는 글루코스 옥시다아제를 제조하는 방법에 관한 것이다. 배지와 배양조건은 숙주 세포에 따라 관용되는 것을 적당히 선택하여 이용할 수 있다. 배양 시 세포의 생육과 단백질의 대량 생산에 적합하도록 온도, 배지의 pH 및 배양시간 등의 조건들을 적절하게 조절할 수 있다.As another aspect, the present invention relates to a method for producing glucose oxidase comprising culturing the recombinant yeast. The medium and culture conditions may be appropriately selected depending on the host cell. The conditions such as the temperature, the pH of the medium and the incubation time can be appropriately adjusted so as to be suitable for cell growth and mass production of the protein at the time of culturing.

바람직하게, 본 발명은 상기 재조합 효모들을 산업적 생산에 이용하기 위한 최적의 배양조건을 확립하였다. 상기 재조합 효모를 배양하는 단계는 다음 중 어느 하나의 배양 조건을 포함할 수 있다:Preferably, the present invention has established optimal culture conditions for the use of the recombinant yeast for industrial production. The culturing the recombinant yeast may include any one of the following culture conditions:

(a) 초기 균 접종 농도가 10 내지 20%,(a) the initial inoculation concentration is 10-20%,

(b) 탄소원으로 수크로스를 20 내지 40 g/l 로 포함,(b) 20 to 40 g / l sucrose as carbon source,

(c) 질소원으로 효모 추출물을 20 내지 40 g/l 로 포함,(c) containing 20 to 40 g / l yeast extract as a nitrogen source;

(d) 발효기 내 교반속도가 200 내지 400 rpm, (d) the stirring speed in the fermentor is 200 to 400 rpm,

(e) 배양 중 산소 공급량이 1.0 내지 1.6 vvm, 또는(e) the oxygen supply during the culture is 1.0 to 1.6 vvm, or

(f) pH 6 내지 7, 및 온도 20 내지 50 ℃.(f) pH 6-7, and temperature 20-50 degreeC.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 글루코스 옥시다아제를 이용하여 유기산 칼슘을 제조하는 방법에 관한 것이다. 바람직하게, 상기 유기산 칼슘은 글루콘산 칼슘이다. 글루코스 옥시다아제는 포도당으로부터 글루콘산 칼슘 등의 유기산 칼슘을 제조하는 과정을 촉매하므로, 유기산 칼슘의 제조에 사용될 수 있다.As another aspect, the present invention relates to a method for producing calcium organic acid using glucose oxidase produced by the above method. Preferably, the organic acid calcium is calcium gluconate. Glucose oxidase catalyzes the process of preparing organic acid calcium, such as calcium gluconate, from glucose, and thus can be used in the production of calcium organic acid.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 제조된 유기산 칼슘을 포함하는 골대사 질환의 예방 및 치료용 조성물에 관한 것이다. As another aspect, the present invention relates to a composition for the prevention and treatment of bone metabolic diseases comprising the prepared calcium acid.

또한, 본 발명은 상기 제조된 유기산 칼슘을 개체에 투여하는 단계를 포함하는 골대사 질환의 치료방법에 관한 것이다.In addition, the present invention relates to a method for treating bone metabolic diseases comprising the step of administering the prepared calcium acid to the subject.

바람직하게, 상기 골대사 질환은 골다공증 또는 관절염을 포함한다.Preferably, the bone metabolic disease includes osteoporosis or arthritis.

본 발명의 골대사 질환의 예방 및 치료용 조성물은 공지의 골대사 질환 치료제를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게는, 베타 글루칸(β-glucan)을 추가로 포함할 수 있다. 베타 글루칸은 미생물, 곡물, 버섯, 해초, 효모 등에서 추출되는 글루코스(glucose)의 폴리머를 말한다. 베타 글루칸은 골절 및 염증 등 골대사 질환의 치료제로 알려져 있으므로 본 발명에서 수득된 유기산 칼슘과 함께 골대사 질환의 치료 및 예방용 조성물에 포함될 수 있다.The composition for preventing and treating bone metabolic disease of the present invention may further include a known agent for treating bone metabolic disease. Preferably, it may further comprise beta glucan (β-glucan). Beta glucan refers to a polymer of glucose (glucose) extracted from microorganisms, grains, mushrooms, seaweed, yeast, and the like. Beta glucan is known as a therapeutic agent for bone metabolic diseases such as fracture and inflammation and can be included in the composition for the treatment and prevention of bone metabolic diseases together with the organic acid calcium obtained in the present invention.

또한, 상기 조성물은 약학적으로 허용가능한 담체를 추가적으로 포함하여 제제화될 수 있으며, 예컨대 약학적으로 허용 가능한 담체로 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 또는 1 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액 및 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다. 또한 희석제, 분산제, 계면활성제, 결합제 및 윤활제를 부가적으로 첨가하여 수용액, 현탁액, 유탁액 등과 같은 주사용 제형, 환약, 캡슐, 또는 정제로 제제화 할 수 있다.
In addition, the composition may be formulated to further include a pharmaceutically acceptable carrier, for example, saline, sterile water, Ringer's solution, buffered saline, dextrose solution, maltodextrin solution, glycerol, ethanol as a pharmaceutically acceptable carrier. And one or more of these components may be mixed and used, and other conventional additives such as antioxidants, buffers and bacteriostatic agents may be added as necessary. In addition, diluents, dispersants, surfactants, binders and lubricants may be additionally added to formulate injectable formulations, pills, capsules, or tablets such as aqueous solutions, suspensions, emulsions and the like.

본 발명의 재조합 벡터를 포함하는 재조합 효모는 글루코스 옥시다아제의 생산 수율이 모균주에 비하여 월등히 우수하므로, 글루코스 옥시다아제의 생산비를 절감하여 산업적으로 유용하게 활용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 제조된 글루코스 옥시다아제는 유기산 칼슘의 제조에 이용되어 골다골증 또는 관절염을 포함하는 각종 골대사 질환의 치료제를 제공하는 데 이용될 수 있다.
Recombinant yeast comprising the recombinant vector of the present invention is significantly superior to the parent strain of the production yield of glucose oxidase, and thus can be utilized industrially by reducing the production cost of glucose oxidase. In addition, the glucose oxidase prepared in the present invention may be used to prepare calcium organic acid, and may be used to provide a therapeutic agent for various bone metabolic diseases including osteoporosis or arthritis.

도 1은 글루코스 옥시다아제(이하, GOx) 유전자 발현을 위한 재조합 플라스미드의 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 S. cerevisiae BY4741, S. cerevisiae ByGx 및 S. cerevisiae DG-5 의 GOx 생산량을 SDS-PAGE 로 확인한 결과를 나타낸다.
도 3은 효모 염색체 상의 pmt1 유전자에 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자(VHb)를도입하기 위한 VHb 발현 카세트의 제조 과정을 나타낸 것이다.
도 4의 (a) 는 TVHb, Pmt1U 및 URA 각각의 DNA 단편이 PCR 로 증폭되었음을 확인한 전기영동 결과를 나타내고, (b) 는 TVHb-URA 의 DNA 단편이 PCR 로 증폭되었음을 확인한 전기영동 결과를 나타내고, (c) 는 Pmt1U- TVHb-URA 의 DNA 단편이 PCR 로 증폭되었음을 확인한 전기영동 결과를 나타내고, (d) 는 형질전환 효모 균주 내에 Pmt1U- TVHb-URA 가 존재하는 것을 확인한 전기영동 결과를 나타낸다.
도 5는 S. cerevisiae BY4741, S. cerevisiae ByGx, S. cerevisiae DG-5 및 S. cerevisiae DGVh 에서 생산된 GOx 의 분자량을 비교한 결과를 나타낸다.
도 6은 환 크기를 이용한 효소 활성 테스트 결과를 나타낸다.
도 7은 pH 및 온도에 따른 GOx 활성을 나타낸다.
도 8은 초기 균 접종 농도에 따른 균체의 생장 및 GOx 활성을 나타낸다.
도 9는 배지 내 탄소원의 종류에 따른 균체의 생장 및 GOx 활성을 나타낸다.
도 10은 배지 내 질소원의 농도에 따른 균체의 생장 및 GOx 활성을 나타낸다.
도 11은 교반 속도에 따른 균체의 생장 및 GOx 활성을 나타낸다.
도 12는 통기량에 따른 균체의 생장 및 GOx 활성을 나타낸다.
Figure 1 shows the preparation of recombinant plasmid for the expression of glucose oxidase (hereafter GOx) gene.
2 shows S. cerevisiae BY4741, S. cerevisiae ByGx and S. cerevisiae The result of confirming GOx production amount of DG-5 by SDS-PAGE is shown.
Figure 3 shows the manufacturing process of the VHb expression cassette for introducing the hemoglobin gene (VHb) of Viriosila to the pmt1 gene on the yeast chromosome.
4 (a) shows the results of electrophoresis confirming that DNA fragments of TVHb, Pmt1U, and URA were each amplified by PCR, (b) shows the results of electrophoresis confirming that DNA fragments of TVHb-URA were amplified by PCR, (c) shows the results of electrophoresis confirming that the DNA fragment of Pmt1U-TVHb-URA was amplified by PCR, and (d) shows the results of electrophoresis confirming the presence of Pmt1U-TVHb-URA in the transformed yeast strain.
5 shows S. cerevisiae BY4741, S. cerevisiae ByGx, S. cerevisiae DG-5 and S. cerevisiae The result of comparing the molecular weight of GOx produced by DGVh is shown.
6 shows enzyme activity test results using ring size.
7 shows GOx activity with pH and temperature.
8 shows the growth and GOx activity of the cells according to the initial bacterial inoculation concentration.
9 shows the growth and GOx activity of the cells according to the type of carbon source in the medium.
10 shows the growth and GOx activity of the cells according to the concentration of the nitrogen source in the medium.
11 shows the growth and GOx activity of the cells according to the stirring speed.
12 shows the growth and GOx activity of the cells according to the amount of aeration.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the following examples are illustrative of the present invention, and the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1. 염색체 삽입형  1. Chromosome insertion 글루코스Glucose 옥시다아제 유전자 발현 재조합 균주의 제조 Preparation of Oxidase Gene Expression Recombinant Strains

1-1. 1-1. 글루코스Glucose 옥시다아제 유전자 합성 Oxidase Gene Synthesis

본 발명자들은 효모 내에서 글루코스 옥시다아제(이하, GOx)의 발현율을 높이기 위하여 GOx 유전자의 염기서열을 발현 숙주인 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)의 코돈 선호도(codon usage)에 맞게 변형하여 인공적으로 합성하였다. 본 발명에서 새로이 합성한 GOx 유전자는 신호 서열을 제외한 성숙 GOx (mature GOx)부분으로 구성되어 있으며, 그 염기서열을 서열번호 1에 나타내었다. 상기 합성된 GOx 유전자의 염기서열은 아스퍼질러스 나이거(Aspergillus niger) 의 유전자 염기서열(GenBank: J05242.1)과 76%의 상동성을 보였으며 CAI(Codon Adaptation Index)가 0.86이고, GC 함량이 53%였다. In order to increase the expression rate of glucose oxidase (hereinafter referred to as GOx) in yeast, the present inventors have artificially modified the nucleotide sequence of the GOx gene to codon usage of Saccharomyces cerevisiae , an expression host. Synthesized. The newly synthesized GOx gene in the present invention is composed of mature GOx (mature GOx) moieties except for a signal sequence, and the nucleotide sequence thereof is shown in SEQ ID NO: 1. The base sequence of the synthesized GOx gene is Aspergillus Niger niger ) showed 76% homology with GenBank (GenBank: J05242.1), CAI (Codon Adaptation Index) was 0.86, GC content was 53%.

상기 성숙 GOx 유전자의 증폭을 위해 사용한 프라이머 세트는 다음과 같다.The primer set used for amplification of the mature GOx gene is as follows.

mGOX-F: 5' -TTG CCA CAC TAC ATC AGA TCT AAC G (서열번호 7)mGOX-F: 5 '-TTG CCA CAC TAC ATC AGA TCT AAC G (SEQ ID NO: 7)

mGOX-R: 5'- ATT CAC GCT AGC TCA TCT CCG CCT GCG ACG CGA TCC TCT TTG CAT AGA AGC GTA GTC TTC CAA G (서열번호 8)mGOX-R: 5'- ATT CAC GCT AGC TCA TCT CCG CCT GCG ACG CGA TCC TCT TTG CAT AGA AGC GTA GTC TTC CAA G (SEQ ID NO: 8)

PCR은 Agilent사의 PfuUltra II Fusion HS DNA 중합효소를 사용하 였으며, PCR 용액은 5~30ng 주형 DNA, 0.2 uM 각 프라이머 DNA, 1mM dNTP mixture 및 1uL DNA 중합효소/50uL 의 조성으로 혼합하였으며, DNA 변성(denaturation)을 위해 95℃, DNA 합성(extension) 을 위해 72℃로 조정하였으며, 어닐링(annealing) 온도는 각 PCR 프라이머의 Tm을 고려하여 Tm-2~3℃로 조정하였다. 합성 시간(extension time)은 15~30 초/kb DNA를 기준으로 각 PCR의 조건에 맞게 조절하였다. 증폭된 DNA는 0.8%(w/v) 아가로스 젤에 로딩한 후 전기영동하여 확인하였다.
PCR was performed using Agilent's PfuUltra II Fusion HS DNA polymerase, and PCR solution was mixed with 5 ~ 30ng template DNA, 0.2 uM primer DNA, 1mM dNTP mixture, and 1uL DNA polymerase / 50uL. Denaturation) was adjusted to 95 ℃, 72 ℃ for DNA extension (extension), the annealing (annealing) temperature was adjusted to Tm-2 ~ 3 ℃ in consideration of the Tm of each PCR primer. Synthesis time (extension time) was adjusted to the conditions of each PCR based on 15 ~ 30 seconds / kb DNA. The amplified DNA was loaded onto 0.8% (w / v) agarose gel and confirmed by electrophoresis.

1-2. 분비 시그널 1-2. Secretion signal 펩타이드의Of peptide 유전자 합성 Gene synthesis

인공 합성된 GOx 유전자로부터 생산될 GOx의 균체 외 분비를 도모하기 위하여 효모의 대표적인 분비 시그널 펩타이드로 알려진 MFα (alpha-mating factor)의 시그널 펩타이드를 사용하였다. MFα 의 유전자의 염기서열은 서열번호 2에 나타내었다.In order to promote the extracellular secretion of GOx produced from the artificially synthesized GOx gene, a signal peptide of MFα (alpha-mating factor), which is known as a representative secretion signal peptide of yeast, was used. The base sequence of the gene of MFα is shown in SEQ ID NO: 2.

인공 합성된 MFα는 GOx 유전자의 업스트림 부분인 리보솜 결합 부위 등(51bp)이 포함된 인공 합성된 전방향 프라이머와 성숙 GOx의 N-말단 부분(26bp)이 포함된 역방향 프라이머를 이용하여 PCR을 통해 증폭한 후, 실시예 1에서 증폭시킨 성숙 GOx 유전자와 overlapped PCR 법을 이용하여 융합하였다. Artificially synthesized MFα was amplified by PCR using artificially synthesized forward primers including ribosome binding sites, etc. (51bp) upstream of the GOx gene, and reverse primers containing the N-terminal portion (26bp) of mature GOx. Afterwards, the mature GOx gene amplified in Example 1 was fused using overlapped PCR.

이 때 MFα 시그널 펩타이드 유전자의 증폭을 위해 사용한 프라이머 세트는 다음과 같다.The primer set used for amplification of the MFα signal peptide gene is as follows.

UpGMA-F: 5'- ACT AGT GAT CAG CAA CCA GCC TTT CCT CTC TCA TTC CCT CAT CTG CCC ATC ATG AGA TTT CCT TCA ATT TTT ACT GCA (서열번호 9)UpGMA-F: 5'- ACT AGT GAT CAG CAA CCA GCC TTT CCT CTC TCA TTC CCT CAT CTG CCC ATC ATG AGA TTT CCT TCA ATT TTT ACT GCA (SEQ ID NO: 9)

mGMA-R: 5'- CCG TTA GAT CTG ATG TAG TGT GGC AAA TGC CAA GCT TCA GCC TCT CTT TTA (서열번호 10)
mGMA-R: 5'- CCG TTA GAT CTG ATG TAG TGT GGC AAA TGC CAA GCT TCA GCC TCT CTT TTA (SEQ ID NO: 10)

1-3. 프로모터 유전자의 합성1-3. Synthesis of Promoter Genes

인공 합성된 GOx 유전자를 발현하기 위한 프로모터로서, 효모의 대표적인 구성적 발현을 유도하는 GPD (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) 프로모터를 선정하였다. 프로모터의 합성은 PCR법으로 효모의 염색체 DNA (genomic DNA)로부터 증폭하여 얻었다. GPD 프로모터의 염기서열은 서열번호 3에 나타내었다.As a promoter for expressing the artificially synthesized GOx gene, a GPD (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) promoter was selected to induce representative constitutive expression of yeast. The synthesis of the promoter was obtained by amplification from genomic DNA of yeast by PCR. The base sequence of the GPD promoter is shown in SEQ ID NO: 3.

이때 사용한 프라이머 세트는 다음과 같다. 특히, GPD-R 프라이머에는 GOx 유전자의 업스트림 부분인 리보솜 결합 부위 등이 포함되어 있어 Overlapped PCR를 통해 MFα 및 성숙 GOx 융합체와 쉽게 융합할 수 있다.The primer set used at this time is as follows. In particular, the GPD-R primers include ribosome binding sites, which are upstream of the GOx gene, and can be easily fused with MFα and mature GOx fusions through overlapped PCR.

GPD-F: 5'-ACG TAC GAG CTC TCG AGT TTA TCA TTA TCA ATA CTC GC (서열번호 11)GPD-F: 5'-ACG TAC GAG CTC TCG AGT TTA TCA TTA TCA ATA CTC GC (SEQ ID NO: 11)

GPD-R: 5'-GAG AGG AAA GGC TGG TTG CTG ATC ACT AGT GCA CTG TCG AAA CTA AGT TCT TGG TGT TTT AAA (서열번호 12)
GPD-R: 5'-GAG AGG AAA GGC TGG TTG CTG ATC ACT AGT GCA CTG TCG AAA CTA AGT TCT TGG TGT TTT AAA (SEQ ID NO: 12)

1-4. 터미네이터 유전자의 합성1-4. Synthesis of Terminator Gene

인공합성된 GOx 유전자 발현시 mRNA합성을 종료하기 위한 전사종료 DNA 로서, GPD (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) 터미네이터를 선정하였다. 터미네이터의 합성은 PCR법으로 효모의 염색체 DNA (genomic DNA)로부터 증폭하여 얻었다. GPD 터미네이터의 염기서열은 서열번호 4에 나타내었다. A glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GPD) terminator was selected as the transcription termination DNA for terminating mRNA synthesis in the expression of the artificially synthesized GOx gene. The terminator was synthesized by amplification from genomic DNA of yeast by PCR. The base sequence of the GPD terminator is shown in SEQ ID NO: 4.

이때 사용한 프라이머 세트는 다음과 같다. 특히, GPDT-F 프라이머에는 GOx 유전자의 C-말단 부분이 포함되어 있어 Overlapped PCR를 통해 MFα 및 성숙 GOx 융합체와 쉽게 융합할 수 있다.The primer set used at this time is as follows. In particular, the GPDT-F primer contains the C-terminal portion of the GOx gene and can be easily fused with MFα and mature GOx fusions via overlapped PCR.

GPDT-F: 5'- GGA TCG CGT CGC AGG CGG AGA TGA GCT AGC GTG AAT TTA CTT TAA ATC TTG CAT TTA A (서열번호 13)GPDT-F: 5'- GGA TCG CGT CGC AGG CGG AGA TGA GCT AGC GTG AAT TTA CTT TAA ATC TTG CAT TTA A (SEQ ID NO: 13)

GPDT-R: 5'- CAC TAC GCA TGC GCC AAA GAT TAC TCC TGT AGA ATT TG (서열번호 14)
GPDT-R: 5'- CAC TAC GCA TGC GCC AAA GAT TAC TCC TGT AGA ATT TG (SEQ ID NO: 14)

1-5. 재조합 벡터의 제조 및 재조합 효모의 제조1-5. Preparation of Recombinant Vectors and Preparation of Recombinant Yeast

인공 합성된 GOx 유전자를 효모 내로 도입하기 위한 벡터로서, 형질 전환시 효모의 염색체 DNA에 삽입되어 안정적으로 유지하는 것으로 알려진 Takara사의 pAUR101를 사용하였다. pAUR101 벡터는 항생제인 아우레오바시딘 A(Aureobasidin A) 에 대한 저항성을 선별 마커로 사용하기 때문에, 복합 배지에서 형질 전환체를 용이하게 선별할 수 있다.As a vector for introducing the artificially synthesized GOx gene into yeast, Takara's pAUR101, which is known to be inserted into the chromosomal DNA of the yeast and maintained stably, was used. Since the pAUR101 vector uses resistance to the antibiotic Aureobasidin A as a selection marker, it is possible to easily select a transformant in a complex medium.

상기 실시예 1-1 내지 1-4에서 준비한 각 DNA 단편들은 overlapped PCR법을 이용하여 GPD 프로모터-MFα 시그널 펩타이드-성숙 GOx-GPD 터미네이터의 순서로 융합하여 하나의 DNA 컨스트럭트로 만든 후, pAUR101 벡터의 SmaI 과 SphI 부위 사이에 삽입하였다. GOx 유전자 발현을 위한 재조합 플라스미드의 전체적인 제조과정은 도 1에 나타내었다.The DNA fragments prepared in Examples 1-1 to 1-4 were fused in the order of GPD promoter-MFα signal peptide-mature GOx-GPD terminator using overlapped PCR to make one DNA construct, and then the pAUR101 vector. It was inserted between the SmaI and SphI site. The overall preparation of the recombinant plasmid for GOx gene expression is shown in FIG. 1.

이렇게 제조된 재조합 플라스미드를 pAURGOX 로 명명하고, 후 E. coli JM109 에 형질전환하여 대량으로 증폭한 후, 화학 형질전환법으로 효모(S. cerevisiae ByGx, ATCC 4003219) 내로 도입하여 효모의 염색체 DNA에 삽입되게 하여 GOx 유전자를 함유한 재조합 효모를 구축하였다.
The recombinant plasmid thus prepared was named pAURGOX, transformed into E. coli JM109, amplified in large quantities, introduced into yeast ( S. cerevisiae ByGx, ATCC 4003219) by chemical transformation, and inserted into chromosomal DNA of yeast. The recombinant yeast containing the GOx gene was constructed.

실시예Example 2. 재조합 효모의  2. Of Recombinant Yeast GOxGOx 활성 측정 Active measurement

2-1. 2-1. GOxGOx 활성 측정 Active measurement

GOx 에 의한 산화 반응 시 1 mole 글루코스 당 동량(1mole)의 H2O2가 생성 되기 때문에, 상기 실시예 1에서 제조한 재조합 효모의 GOx의 활성을 측정하기 위하여 H2O2의 농도 변화를 이용하였다. 멸균된 배지 (1M KPO4, 9.5mM glucose, agarose 0.7%)에 크로모겐(chromogen)인 0.2 mM o-디아니시딘과 HRP (Horse Radish Peroxidase; 250 U/mg) 10 u/ml를 첨가하여 아가 플레이트를 제조한 후 재조합 효모균을 접종하였다. 이 효모균을 1일간 30 ℃ 에서 배양한 후, 페트리디쉬 플레이트의 아가 배지 상에서 콜로니 주위의 갈색의 환(halo)이 선명하고 넓게 나타난 10여 콜로니를 선별하였다. 선별된 콜로니들은 각각 YPD 액체 배지에 접종하여 30도에서 250rpm으로 2일 동안 진탕배양 하였다. 각각의 배양액을 5000rpm으로 10분 동안 원심분리하여 상등액을 취한 후, 각 상등액의 GOx 활성을 측정하였고, 모균주(S. cerevisiae ByGx)의 GOx 활성과 비교하였다.Since oxidation of GOx produces an equivalent amount of H 2 O 2 per 1 mole glucose, the concentration change of H 2 O 2 is used to measure the GOx activity of the recombinant yeast prepared in Example 1 above. It was. To a sterile medium (1M KPO 4 , 9.5 mM glucose, agarose 0.7%), agar was added with 0.2 mM o-danisidine, a chromogen, and 10 u / ml HRP (Horse Radish Peroxidase; 250 U / mg). Plates were prepared and then inoculated with recombinant yeast. After incubating the yeast for one day at 30 ° C., 10 colonies in which brown halo around the colonies were vividly and broadly selected on the agar medium of the Petri dish plate were selected. Selected colonies were inoculated in YPD liquid medium and shaken for 2 days at 250 rpm at 30 degrees. Each culture was centrifuged at 5000 rpm for 10 minutes to take a supernatant, and then the GOx activity of each supernatant was measured and compared with the GOx activity of the parent strain ( S. cerevisiae ByGx).

하기 표 1은 그 결과를 정리한 것이다. 표 1에서 나타난 바와 같이, 모든 균주가 모균주인 ByGx 보다 1.4 배 이상의 놀라운 효소 활성 증가를 나타내었다. 특히, DG-5로 명명한 균주가 가장 높은 GOx 활성을 보였으며 이는 모균주 보다 2 배 이상 향상된 결과이다. 또한 DG-5 균주는 균체량도 모균주에 비해 약 1.6배 많은 결과를 보여 이는 이 변이주가 모 균주보다 높은 균체 성장으로 인해 GOx 의 생산량이 많아진 것으로 판단되었다.Table 1 summarizes the results. As shown in Table 1, all strains showed a remarkable increase in enzyme activity of at least 1.4 times that of the parent strain ByGx. In particular, the strain named DG-5 showed the highest GOx activity, which is more than twice the result of the parent strain. In addition, the DG-5 strain showed a 1.6-fold increase in cell weight compared to the parent strain, which was determined to have increased GOx production due to higher cell growth than the parent strain.

균주Strain 균체량(OD600)Cell weight (OD600) GOx 활성, U/mlGOx active, U / ml 증가율(배)Growth rate (times) 모균주(ByGx)Mother strain (ByGx) 9.739.73 10.13±0.1510.13 ± 0.15 1.001.00 DG-1 DG-1 16.1616.16 17.70±0.2517.70 ± 0.25 1.751.75 DG-3DG-3 14.1814.18 11.70±0.1711.70 ± 0.17 1.561.56 DGDG -5-5 16.1416.14 21.08±0.2121.08 ± 0.21 2.082.08 DG-6DG-6 14.1814.18 17.70±0.2317.70 ± 0.23 1.751.75 DG-9DG-9 16.3216.32 15.08±0.1815.08 ± 0.18 1.491.49 DG-10DG-10 12.0312.03 14.17±0.1114.17 ± 0.11 1.401.40 DG-12DG-12 16.7416.74 16.20±0.1516.20 ± 0.15 1.601.60 DG-13DG-13 14.7514.75 16.95±0.1716.95 ± 0.17 1.671.67 DG-14DG-14 16.8616.86 16.96±0.2516.96 ± 0.25 1.681.68 DG-15DG-15 14.1814.18 17.62±0.1917.62 ± 0.19 1.741.74 DG-18DG-18 14.2714.27 15.37±0.2315.37 ± 0.23 1.521.52 DG-22DG-22 11.3011.30 14.32±0.0914.32 ± 0.09 1.421.42 DG-23DG-23 13.7913.79 16.35±0.1516.35 ± 0.15 1.611.61 DG-25DG-25 17.5017.50 15.60±0.1815.60 ± 0.18 1.541.54

2-2. 2-2. GOx 의Of GOx 생산량 확인 Check production

실시예 2-1에서 가장 높은 효소 활성을 나타낸 DG-5 균주에서 GOx 의 생산량을 확인하기 위하여, 클로닝 숙주(cloning host)인 S. cerevisiae BY4741, GOx 생산 재조합 균주인 S. cerevisiae ByGx 및 DG-5 의 배양 상등액을 10배 농축한 후 각 5ul 씩 Bio-Rad 사의 Any kD PAGE 젤에 로딩한 후 전기영동하여 상등액에 포함된 GOx 단백질량을 비교하여 보았다. In order to confirm the production of GOx in the DG-5 strain showing the highest enzymatic activity in Example 2-1, S. cerevisiae BY4741, a cloning host, S. cerevisiae ByGx, and DG-5, a recombinant strain of GOx producing The culture supernatant was concentrated 10-fold, and each 5ul was loaded on Bio-Rad's Any kD PAGE gel and electrophoresed to compare the amount of GOx protein contained in the supernatant.

그 결과 도 2에 나타난 바와 같이, DG-5의 단백질 밴드의 강도 및 선명도가 높음을 알 수 있었으며, 이는 DG-5가 모균주보다 많은 양의 GOx 단백질을 생산하는 것을 알 수 있다.
As a result, as shown in Figure 2, it was found that the intensity and clarity of the protein band of DG-5 is high, which indicates that DG-5 produces a greater amount of GOx protein than the parent strain.

실시예Example 3. 박테리아 헤모글로빈 도입을 통한  3. Through the introduction of bacterial hemoglobin GOxGOx 생산성 향상 균주의 제조 Production of productivity enhancing strains

3-1. 3-1. VHbVHb (( VitreoscillaVitreoscilla hemoglobinhemoglobin ) 발현 카세트의 제조) Preparation of Expression Cassette

실시예 1에서 제조한 GOx 유전자가 도입된 재조합 효모 균주의 GOx 생산성을 더욱 향상시키기 위하여, 박테리아 헤모글로빈을 추가로 도입하고자 하였다.In order to further improve the GOx productivity of the recombinant yeast strain into which the GOx gene prepared in Example 1 was introduced, bacterial hemoglobin was further introduced.

VHb의 아미노산 서열(GenBank: AY278220.1)을 확보하고 이를 JAVA Codon Adaptation Tool (http://www.jcat.de/)을 이용하여 S. cerevisiae 에 최적화된 DNA 염기 서열을 얻었으며, 이를 서열번호 5에 나타내었다. 또한 이를 S. cerevisiae TEF1 프로모터(GenBank: EF210199)의 염기서열 및 pYES2.1 벡터의 CYC1TT 전사종결서열과 결합시켜, VHb 발현 카세트의 전체 염기서열을 완성하였다. 완성된 염기서열은 434 bp의 TEF1 프로모터와 273 bp의 CYC1TT 터미네이터에 의해 VHb 유전자의 발현이 조절되도록 설계되어 있다. 인공 합성된 DNA의 길이는 1148bp 이며, 서열번호 6에 나타내었다. The amino acid sequence of VHb (GenBank: AY278220.1) was obtained and the DNA sequence optimized for S. cerevisiae was obtained using JAVA Codon Adaptation Tool (http://www.jcat.de/), and this sequence number was 5 is shown. In addition, this was combined with the nucleotide sequence of the S. cerevisiae TEF1 promoter (GenBank: EF210199) and the CYC1TT transcription sequence of the pYES2.1 vector to complete the entire nucleotide sequence of the VHb expression cassette. The completed sequence is designed to regulate the expression of the VHb gene by the 434 bp TEF1 promoter and the 273 bp CYC1TT terminator. The length of the artificially synthesized DNA is 1148 bp, and is shown in SEQ ID NO: 6.

완성된 염기서열은 바이오니아 사에 의뢰하여 DNA 단편으로 제작하고, 이를 synTVHb (또는 TVHb)로 명명하였다.
The completed nucleotide sequence was commissioned by Bioneer to make a DNA fragment, which was named synTVHb (or TVHb).

3-2. 효모 염색체의 3-2. Yeast chromosome pmt1pmt1 유전자 부위에 삽입하기 위한  For insertion into a gene region VHbVHb 발현 카세트의 제조 Preparation of Expression Cassettes

상기 실시예 3-1에서 제조한 VHb 발현 카세트를 효모 염색체 상의 pmt1 유전자 부위에 삽입하기 위하여, Pmt1 유전자의 일부 및 선별 마커로서 URA3 유전자를 각각 PCR 을 이용하여 제조하고, 각각의 단편을 overlapped PCR을 이용하여 VHb 발현 카세트의 양 말단에 연결시켰다 (도 3).In order to insert the VHb expression cassette prepared in Example 3-1 into the pmt1 gene region on the yeast chromosome, a portion of the Pmt1 gene and the URA3 gene as a selection marker were prepared using PCR, and each fragment was subjected to overlapped PCR. To the two ends of the VHb expression cassette (FIG. 3).

실시예 1에서 제조한 재조합 균주 S. cerevisiae DG5 는 URA3 결손 변이주이므로, URA3 유전자가 삽입될 경우 우라실이 결핍된 합성 배지에서도 생존하게 되어 성공적으로 균체 성장을 이루게 된다. 따라서 VHb 유전자가 삽입된 균주를 쉽게 얻을 수 있다.
Since the recombinant strain S. cerevisiae DG5 prepared in Example 1 is a URA3 deletion mutant strain, when the URA3 gene is inserted, the recombinant strain S. cerevisiae DG5 survives in uracil-deficient synthetic medium, thereby successfully achieving cell growth. Therefore, the strain into which the VHb gene is inserted can be easily obtained.

1) One) Pmt1UPmt1U DNADNA 단편의 합성  Synthesis of fragments

S. cerevisiae DG5 의 염색체 DNA(genomic DNA)를 Zymo Research사의 Bacterial/Fungal Genomic DNA 키트를 이용하여 분리하고 이를 주형 DNA로 사용하였다. 또한 Pmt1U DNA 증폭을 위하여 프라이머 Pmt-UF (ATG TCG GAA GAG AAA ACG TAC AAA CG, 서열번호 15) 및 Pmt-UR(GGT AGA GAG ATG ACG CAA GCT GAT A, 서열번호 16)를 제작하여 사용하였다. DNA 증폭을 위한 PCR은 Bio-Rad사의 iProof HF DNA 중합효소를 사용하였다. Chromosome DNA (genomic DNA) of S. cerevisiae DG5 was isolated using Zymo Research's Bacterial / Fungal Genomic DNA kit and used as template DNA. In addition, primers Pmt-UF (ATG TCG GAA GAG AAA ACG TAC AAA CG, SEQ ID NO: 15) and Pmt-UR (GGT AGA GAG ATG ACG CAA GCT GAT A, SEQ ID NO: 16) were prepared for Pmt1U DNA amplification. PCR for DNA amplification was performed using Bio-Rad's iProof HF DNA polymerase.

PCR 조성물로 주형 DNA(Genomic DNA, x10 diluted) 1.0 uL, 프라이머 Pmt-UF (0.5 uM) 및 Pmt-UR(0.5 uM) 각 1.0uL, dNTP mix(200 uM each) 0.4 uL, 5x iProof HF 버퍼 4.0 uL, Sterile HPLCwater 12.4 uL 및 iProof HF DNA 중합효소(0.02U/uL final) 0.2 uL을 사용하였다. PCR composition with 1.0 uL of template DNA (Genomic DNA, x10 diluted), 1.0 uL of primer Pmt-UF (0.5 uM) and Pmt-UR (0.5 uM), 0.4 uL of dNTP mix (200 uM each), 5 x iProof HF Buffer 4.0 uL, 12.4 uL Sterile HPLCwater and 0.2 uL of iProof HF DNA polymerase (0.02 U / uL final) were used.

PCR 조건으로 98℃ 에서 5분 수행하고, 98℃에서 30초, 60℃에서 30초 및 72℃에서 20초로 30사이클 수행한 후, 72℃에서 5분 수행하였다.PCR was performed at 98 ° C. for 5 minutes, 30 cycles at 98 ° C., 30 seconds at 60 ° C., and 30 cycles at 72 ° C. for 20 seconds, followed by 5 minutes at 72 ° C.

상기 제조된 1020 bp의 Pmt1U DNA단편은 아가로스 젤 상에서 전기영동으로 확인하였다. 아가로스 젤 상에서 확인한 DNA는 gel extraction kit를 이용하여 분리 회수하고, 각 DNA의 농도를 다시 아가로스 젤 상에서 다시 전기영동하여 분리한 후 NEB사의 1kb DNA ladder와 비교하여 결정하였다 (도 4a).
The prepared 1020 bp Pmt1U DNA fragment was confirmed by electrophoresis on agarose gel. DNA identified on the agarose gel was separated and recovered using a gel extraction kit, and the concentration of each DNA was again separated by electrophoresis on the agarose gel and determined by comparing with 1kb DNA ladder of NEB (Fig. 4a).

2) 2) TVHbTVHb DNA 의DNA 합성 synthesis

실시예 3-1 에서 제조한 synTVHb 카세트에 Pmt1 유전자의 일부분을 연결하기 위하여, 실시예 3-1 에서 제조한 synTVHb 카세트 DNA 를 주형 DNA로 사용하였다. 또한 상기 DNA의 증폭을 위하여 프라이머 VHb-F(CGG CAT TGG CTC CAT TAT CAG CTT GCG TCA TCT CTC TAC CAC ACC TGT TGT AAT CGA GCT CAT AG, 서열번호 17) 및 VHb-R(CCC TTT TTT CTA CTT TTA AAA TGT TAG CTC CCT CCT CTT CGG CCG CAG CTT GCA AAT TAA AGCC, 서열번호 18)를 제작하여 사용하였다. DNA 증폭을 위한 PCR은 Bio-Rad사의 iProof HF DNA 중합효소를 사용하였으며, PCR 조건은 다음과 같다.In order to connect a portion of the Pmt1 gene to the synTVHb cassette prepared in Example 3-1, the synTVHb cassette DNA prepared in Example 3-1 was used as template DNA. In addition, primers VHb-F (CGG CAT TGG CTC CAT TAT CAG CTT GCG TCA TCT CTC TAC CAC ACC TGT TGT AAT CGA GCT CAT AG, SEQ ID NO: 17) and VHb-R (CCC TTT TTT CTA CTT TTA) for amplification of the DNA AAA TGT TAG CTC CCT CCT CTT CGG CCG CAG CTT GCA AAT TAA AGCC (SEQ ID NO: 18) was prepared and used. PCR for DNA amplification was performed using Bio-Rad's iProof HF DNA polymerase, PCR conditions are as follows.

PCR 조성물로 주형 DNA(SynTVHb DNA, x100 diluted) 1.0 uL, 프라이머 VHb-F (0.5 uM) 및 VHb-R(0.5 uM) 각 1.0 uL, dNTP mix(200 uM each) 0.4 uL, 5x iProof HF 버퍼 4.0 uL, Sterile HPLCwater 12.4 uL 및 iProof HF DNA 중합효소(0.02U/uL final) 0.2 uL을 사용하였다. PCR composition contains 1.0 uL of template DNA (SynTVHb DNA, x100 diluted), 1.0 uL of primer VHb-F (0.5 uM) and VHb-R (0.5 uM), 0.4 uL of dNTP mix (200 uM each), 5x iProof HF Buffer 4.0 uL, 12.4 uL Sterile HPLCwater and 0.2 uL of iProof HF DNA polymerase (0.02 U / uL final) were used.

PCR 조건으로 98℃ 에서 5분 수행하고, 98℃에서 30초, 60℃에서 30초 및 72℃에서 20초로 30사이클 수행한 후, 72℃에서 5분 수행하였다.PCR was performed at 98 ° C. for 5 minutes, 30 cycles at 98 ° C., 30 seconds at 60 ° C., and 30 cycles at 72 ° C. for 20 seconds, followed by 5 minutes at 72 ° C.

상기 제조된 1228bp 의 synTVHb DNA단편은 아가로스 젤 상에서 전기영동으로 확인하였다. 아가로스 젤 상에서 확인한 DNA는 gel extraction kit를 이용하여 분리 회수하고, 각 DNA의 농도를 다시 아가로스 젤 상에서 다시 전기영동하여 분리한 후 NEB사의 1kb DNA ladder와 비교하여 결정하였다. (도 4a).
The prepared 1228bp synTVHb DNA fragment was confirmed by electrophoresis on agarose gel. The DNA identified on the agarose gel was separated and recovered using a gel extraction kit, and the concentration of each DNA was again separated by electrophoresis on the agarose gel, and then compared with the 1kb DNA ladder of NEB. (FIG. 4A).

3) 3) URA3URA3 DNA 의DNA 합성 synthesis

URA3 유전자에 Pmt1 유전자의 일부분을 연결하기 위하여, ATCC로부터 구입한 S. cerevisiae 발현 벡터인 p426GPD를 주형 DNA로 사용하였다. 또한 상기 DNA의 증폭을 위하여 프라이머 URA-F (GAA GAG GAG GGA GCT AAC ATT TTA AAA GTA GAA AAA AGG GGG GTA ATA ACT GAT ATA ATT AAA TTG AA, 서열번호 19) 및 URA-R(CAA CAT TTT TTT GAC AAC TTC TGG ATC TAG TTC ATT ACC TTC TGT GTC GAT TCG GTA ATC TCC GAA CAG AAG G, 서열번호 20)를 제작하여 사용하였다. DNA 증폭을 위한 PCR은 Bio-Rad사의 iProof HF DNA 중합효소를 사용하였으며, PCR 조건은 다음과 같다. To connect a portion of the Pmt1 gene to the URA3 gene, p426GPD, a S. cerevisiae expression vector purchased from ATCC, was used as template DNA. Also for amplification of the DNA primer URA-F (GAA GAG GAG GGA GCT AAC ATT TTA AAA GTA GAA AAA AGG GGG GTA ATA ACT GAT ATA ATT AAA TTG AA, SEQ ID NO: 19) and URA-R (CAA CAT TTT TTT GAC) AAC TTC TGG ATC TAG TTC ATT ACC TTC TGT GTC GAT TCG GTA ATC TCC GAA CAG AAG G (SEQ ID NO: 20) was prepared and used. PCR for DNA amplification was performed using Bio-Rad's iProof HF DNA polymerase, PCR conditions are as follows.

PCR 조성물로 주형 DNA(p426GPD DNA, x100 diluted) 1.0 uL, 프라이머 URA-F(0.5 uM) 및 URA-R(0.5 uM) 각 1.0 uL, dNTP mix(200 uM each) 0.4 uL, 5x iProof HF 버퍼 4.0 uL, Sterile HPLCwater 12.4 uL 및 iProof HF DNA 중합효소(0.02U/uL final) 0.2 uL 을 사용하였다. PCR composition 1.0 uL template DNA (p426GPD DNA, x100 diluted), 1.0 uL each of primer URA-F (0.5 uM) and URA-R (0.5 uM), 0.4 uL of dNTP mix (200 uM each), 5 x iProof HF buffer 4.0 uL, 12.4 uL Sterile HPLCwater and 0.2 uL of iProof HF DNA polymerase (0.02U / uL final) were used.

PCR 조건으로 98℃ 에서 5분 수행하고, 98℃에서 30초, 60℃에서 30초 및 72℃에서 20초로 30사이클 수행한 후, 72℃에서 5분 수행하였다.PCR was performed at 98 ° C. for 5 minutes, 30 cycles at 98 ° C., 30 seconds at 60 ° C., and 30 cycles at 72 ° C. for 20 seconds, followed by 5 minutes at 72 ° C.

상기 제조된 1126bp URA DNA 단편은 아가로스 젤 상에서 전기영동으로 확인하였다. 아가로스 젤 상에서 확인한 DNA는 gel extraction kit를 이용하여 분리 회수하고, 각 DNA의 농도를 다시 아가로스 젤 상에서 다시 전기영동하여 분리한 후 NEB사의 1kb DNA ladder와 비교하여 결정하였다. (도 4a).
The prepared 1126 bp URA DNA fragment was confirmed by electrophoresis on agarose gel. The DNA identified on the agarose gel was separated and recovered using a gel extraction kit, and the concentration of each DNA was again separated by electrophoresis on the agarose gel, and then compared with the 1kb DNA ladder of NEB. (FIG. 4A).

4) 4) TVHbTVHb -- URAURA DNADNA 단편의 연결 Concatenation of fragments

상기 PCR로부터 얻어진 TVHb 및 URA DNA 단편이 1:1 molar ratio가 되도록 혼합한 후 멸균 HPLC water로 100배 희석하여, 이를 두 DNA 단편을 결합을 위한 overlapped PCR를 위한 주형 DNA로 사용하였다. 이 때 사용한 DNA량은 약 1~5 ng이었으며, 다음과 같은 2 단계로 나누어진 PCR를 각각 수행함으로써 TVHb-URA DNA 단편을 연결하였다..TVHb and URA DNA fragments obtained from the PCR were mixed to a 1: 1 molar ratio and diluted 100-fold with sterile HPLC water, and the two DNA fragments were used as template DNA for overlapped PCR for binding. At this time, the amount of DNA used was about 1-5 ng, and TVHb-URA DNA fragments were linked by performing PCR divided into two steps as follows.

PCR 1단계에서는 1:1 molar ratio로 혼합된 TVHb와 URA DNA를 프라이머 첨가 없이 PCR 조성물과 혼합하여 PCR 반응을 수행하였다. PCR 조성물로 PCR 조성물로 주형 DNA(TVHb & URA DNAs, x100 diluted) 1.0 uL, dNTP mix(200uM each) 0.2 uL, 5x iProof HF 버퍼 4.0 uL, Sterile HPLCwater 14.6 uL 및 iProof HF DNA 중합효소(0.02U/uL final) 0.2 uL 을 사용하였다. PCR 조건으로 98℃ 에서 5분 수행하고, 98℃에서 30초, 50℃에서 30초 및 72℃에서 20초로 15사이클 수행한 후, 72℃에서 5분 수행하였다.In the first step of PCR, PCR reaction was performed by mixing TVHb and URA DNA mixed in a 1: 1 molar ratio with the PCR composition without adding a primer. PCR Composition 1.0 μL of template DNA (TVHb & URA DNAs, x100 diluted), 0.2 uL of dNTP mix (200 uM each), 4.0 uL of 5x iProof HF buffer, 14.6 uL of Sterile HPLCwater, and iProof HF DNA polymerase (0.02U / uL final) 0.2 uL was used. PCR was performed at 98 ° C. for 5 minutes, 15 cycles were performed at 98 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 20 seconds, followed by 5 minutes at 72 ° C.

다음으로, PCR 2단계에서는 상기 1단계의 PCR 조성물에 추가로 다음의 PCR 조성물을 혼합하여 최종 부피가 40 uL 되게 한 후 PCR 반응을 수행하였다. PCR 조성물로 프라이머 VHb-F(0.5 uM) 및 URA-R(0.5 uM) 각 1.0 uL, dNTP mix(200 uM each) 0.2 uL, 5x iProof HF 버퍼 4.0 uL, Sterile HPLCwater 13.6 uL 및 iProof HF DNA 중합효소(0.02U/uL final) 0.2 uL을 사용하였다. PCR 조건으로 98℃ 에서 5분 수행하고, 98℃에서 30초, 55℃에서 45초 및 72℃에서 20초로 30사이클 수행한 후, 72℃에서 5분 수행하였다.Next, in step 2 of PCR, the PCR composition of step 1 was further mixed with the following PCR composition so that the final volume was 40 uL. PCR composition with 1.0 uL of primer VHb-F (0.5 uM) and URA-R (0.5 uM) each, 0.2 uL of dNTP mix (200 uM each), 4.0 uL of 5x iProof HF buffer, 13.6 uL of Sterile HPLCwater, and iProof HF DNA polymerase (0.02U / uL final) 0.2 uL was used. PCR was performed at 98 ° C. for 5 minutes, 30 cycles at 98 ° C., 45 seconds at 55 ° C., and 30 cycles at 72 ° C. for 20 seconds, followed by 5 minutes at 72 ° C.

상기 두 단계의 PCR을 통하여 TVHb-URA DNA 단편이 결합된 2314 bp 길이의 DNA를 증폭 및 제조할 수 있었으며(도 4b), 증폭된 DNA는 아가로스 젤에서 전기영동하여 분리한 후 Zymo Research사의 Gel Extraction Kit를 이용하여 2314 bp 길이의 DNA를 정제하였다. 정제된 DNA는 Pmt1U DNA와의 결합을 위한 overlapped PCR의 주형 DNA로 사용하였다.
Through the two-step PCR, amplification and preparation of 2314 bp long DNA conjugated with TVHb-URA DNA fragments were performed (FIG. 4b). The amplified DNA was electrophoresed and separated from agarose gel, followed by Zymo Research's Gel. 2314 bp long DNA was purified using Extraction Kit. The purified DNA was used as template DNA of overlapped PCR for binding to Pmt1U DNA.

5) 5) Pmt1UPmt1U -- TVHbTVHb -- URAURA DNADNA 단편의 연결 Concatenation of fragments

상기 PCR로부터 얻어진 TVHb-URA DNA 단편과, Pmt1U DNA 단편을 1:1 molar ratio가 되도록 혼합한 후 멸균 HPLC water로 100배 희석하여, 이를 두 DNA 단편을 결합을 위한 overlapped PCR를 위한 주형 DNA로 사용하였다. 이 때 사용한 DNA량은 약 1~5 ng이었으며, 다음과 같은 2 단계로 나누어진 PCR를 각각 수행함으로써 Pmt1U-TVHb-URA DNA 단편을 연결하였다.The TVHb-URA DNA fragment obtained from the PCR and the Pmt1U DNA fragment were mixed to a 1: 1 molar ratio, and then diluted 100-fold with sterile HPLC water, and the two DNA fragments were used as template DNA for overlapped PCR for binding. It was. At this time, the amount of DNA used was about 1-5 ng, and the Pmt1U-TVHb-URA DNA fragments were linked by performing PCR divided into two steps as follows.

PCR 1단계에서는 1:1 molar ratio로 혼합된 TVHb-URA DNA 단편 및 Pmt1U DNA 단편을 프라이머 첨가 없이 PCR 조성물과 혼합하여 PCR 반응을 수행하였다. PCR 조성물로 PCR 조성물로 주형 DNA(Pmt1U + TVHb-URA, x100 diluted) 1.0 uL, dNTP mix(200 uM each) 0.2 uL, 5x iProof HF 버퍼 4.0 uL, Sterile HPLCwater 14.6 uL 및 iProof HF DNA 중합효소(0.02U/uL final) 0.2 uL 을 사용하였다. PCR 조건으로 98℃ 에서 5분 수행하고, 98℃에서 30초, 50℃에서 30초 및 72℃에서20초로 15사이클 수행한 후, 72℃에서 5분 수행하였다.In the first step, PCR reaction was performed by mixing the TVHb-URA DNA fragment and Pmt1U DNA fragment mixed at a 1: 1 molar ratio with the PCR composition without adding a primer. PCR Composition PCR Composition Template DNA (Pmt1U + TVHb-URA, x100 diluted) 1.0 uL, dNTP mix (200 uM each) 0.2 uL, 5x iProof HF Buffer 4.0 uL, Sterile HPLCwater 14.6 uL and iProof HF DNA Polymerase (0.02 U / uL final) 0.2 uL was used. PCR was performed at 98 ° C. for 5 minutes, 15 cycles were performed at 98 ° C. for 30 seconds, 50 ° C. for 30 seconds, and 72 ° C. for 20 seconds, followed by 5 minutes at 72 ° C.

다음으로, PCR 2단계에서는 상기 1단계의 PCR 조성물에 추가로 다음의 PCR 조성물을 혼합하여 최종 부피가 40 uL 되게 한 후 PCR 반응을 수행하였다. PCR 조성물로 프라이머 Pmt-UF (0.5 uM) 및 URA-R(0.5 uM) 각 1.0 uL, dNTP mix(200 uM each) 0.2 uL, 5x iProof HF 버퍼 4.0 uL, Sterile HPLCwater 13.6 uL 및 iProof HF DNA 중합효소(0.02U/uL final) 0.2 uL을 사용하였다. PCR 조건으로 98℃ 에서 5분 수행하고, 98℃에서 30초, 55℃에서 45초 및 72℃에서20초로 30사이클 수행한 후, 72℃에서 5분 수행하였다.Next, in step 2 of PCR, the PCR composition of step 1 was further mixed with the following PCR composition so that the final volume was 40 uL. PCR compositions with 1.0 uL of primers Pmt-UF (0.5 uM) and URA-R (0.5 uM), 0.2 uL of dNTP mix (200 uM each), 4.0 uL of 5x iProof HF buffer, 13.6 uL of Sterile HPLCwater and 13.6 uL of iProof HF DNA polymerase (0.02U / uL final) 0.2 uL was used. PCR was carried out at 98 ° C. for 5 minutes, 30 cycles at 98 ° C., 45 seconds at 55 ° C., and 30 cycles at 72 ° C. for 20 seconds, followed by 5 minutes at 72 ° C.

상기 두 단계의 PCR을 통하여 Pmt1U-TVHb-URA DNA 단편이 결합된 3294 bp 길이의 DNA를 증폭 및 제조할 수 있었으며(도 4c), 증폭된 DNA는 아가로스 젤에서 전기영동하여 분리한 후 Zymo Research사의 Gel Extraction Kit를 이용하여 3294 bp 길이의 DNA를 정제하였다. 정제된 DNA는 S. cerevisiae DG5 균주의 염색체 내 Pmt1 유전자 부위에 삽입을 위한 DNA로 사용하였다.The two-step PCR was used to amplify and prepare 3294 bp long DNA conjugated with the Pmt1U-TVHb-URA DNA fragment (FIG. 4C). The amplified DNA was electrophoresed and separated from agarose gel and then Zymo Research. 3294 bp long DNA was purified using Gel Extraction Kit. The purified DNA was used as DNA for insertion into the Pmt1 gene region in the chromosome of S. cerevisiae DG5 strain.

여기서 얻어진 DNA는 아가로스 젤로부터 분리 정제한 후 S. cerevisiae DG5로 직접 형질전환시켰다. Pmt1U-TVHb-URA DNA단편은 형질전환 전에 각각의 DNA 단편들이 존재하는 지 확인하기 위하여 재료 및 방법에서 언급한 각각의 프라이머 세트를 이용하여 PCR를 통해 세 부분의 DNA 단편 들이 증폭되는지를 확인하였다.
DNA obtained here was isolated and purified from agarose gel and directly transformed with S. cerevisiae DG5. Pmt1U-TVHb-URA DNA fragments were identified to be amplified by PCR using the respective primer sets mentioned in Materials and Methods to confirm the presence of individual DNA fragments prior to transformation.

3-3. 3-3. VHbVHb 발현 카세트가  Expression cassette pmt1pmt1 염색체 부위에 삽입된 재조합 효모의 제조 Preparation of Recombinant Yeast Inserted into Chromosome Site

상기 실시예 3-2에서 제조한 Pmt1U-TVHb-URA DNA 단편 200 ng을 S. cerevisiae DG5에 형질전환하였다. 이때 형질전환은 Zymo Research사의 Yeast Transformation Kit를 사용하였다. 형질전환한 균체는 우라실이 결핍된 Yeat Synthetic medium agar plate에 도말하여 30도에서 4일간 정치 배양하여 콜로니 생성을 유도하였다. 200 ng of the Pmt1U-TVHb-URA DNA fragment prepared in Example 3-2 was transformed into S. cerevisiae DG5. At this time, the transformation was performed using the Yeast Transformation Kit of Zymo Research. The transformed cells were plated on uracil-deficient Yeat Synthetic medium agar plates and incubated at 30 degrees for 4 days to induce colony production.

실시예 1에서 제조한 재조합 균주 S. cerevisiae DG5 는 URA3 결손 변이주이므로, URA3 유전자가 삽입될 경우 우라실이 결핍된 합성 배지에서도 생존하게 되어 성공적으로 균체 성장을 이루게 된다. 따라서, 상기 생성된 콜로니들은 Pmt1U-TVHb-URA DNA가 S. cerevisiae DG5 내로 도입되어 염색체 내 pmt1 유전자와 상동 재조합이 일어나 URA3 유전자의 형질을 획득함으로써 균체 성장이 가능한 경우로 보았다.Since the recombinant strain S. cerevisiae DG5 prepared in Example 1 is a URA3 deletion mutant strain, when the URA3 gene is inserted, the recombinant strain S. cerevisiae DG5 survives in uracil-deficient synthetic medium, thereby successfully achieving cell growth. Therefore, the generated colonies were considered to be a case where cell growth is possible by introducing Pmt1U-TVHb-URA DNA into S. cerevisiae DG5 and homologous recombination with the pmt1 gene in the chromosome to obtain the URA3 gene.

상기 수득한 콜로니에서 genomic DNA를 분리하고 이를 주형 DNA로 사용하여 PCR를 통하여 Pmt1U-TVHb-URA DNA가 형질전환 균주에 존재하는 것을 확인하였다 (도 4d).
Genomic DNA was isolated from the obtained colonies and used as template DNA to confirm that Pmt1U-TVHb-URA DNA was present in the transformed strain by PCR (FIG. 4D).

실시예Example 4. 형질전환 균주의  4. Transgenic Strains GOXGOX 발현량 Expression level

4-1. 4-1. GOxGOx 재조합 균주의 활성 측정(정성분석)  Activity measurement of recombinant strains (qualitative analysis)

GOx 에 의한 산화 반응 시 1 mole 글루코스 당 동량(1mole)의 H2O2가 생성 되기 때문에, H2O2의 농도 변화를 이용하여 재조합 균주의 GOx 활성을 측정하였다. 멸균된 배지 (1M KPO4, 9.5mM glucose, agarose 0.7%)에 0.2 mM o-디아니시딘과 HRP (250 U/mg) 10u/ml를 첨가하여 아가 플레이트를 제조한 후 재조합 효모균을 접종하였다. 이 효모균을 1일간 30 ℃ 에서 배양한 후, 페트리디쉬 플레이트 상에서 콜로니 주위의 갈색의 환(halo)이 선명하고 넓게 나타난 콜로니를 선별하였다(도 6). Since oxidation of GOx produced an equivalent amount of H 2 O 2 per 1 mole glucose, the concentration of H 2 O 2 was used to measure the GOx activity of the recombinant strain. Agar plates were prepared by adding 0.2 mM o-dianisidine and HRP (250 U / mg) 10u / ml to sterile medium (1M KPO 4 , 9.5 mM glucose, agarose 0.7%), and then inoculated with recombinant yeast. After incubating the yeast for one day at 30 ° C., colonies showing clear and wide brown halo around colonies were selected on a Petri dish plate (FIG. 6).

선별된 콜로니들은 Aureobasdin A를 함유한 YPD 액체배지에 각각 접종한 후 30도에서 250rpm으로 2일 동안 진탕배양 하였다. 각각의 배양액을 5000rpm으로 10분 동안 원심분리하여 상등액을 취한 후, 각 상등액의 GOx 활성을 측정하였다. GOx 활성이 가장 많이 증가된 콜로니를 선별하여 S. cerevisiae DGVh로 명명하고, 2011년 9월 20일자로 KCTC(Korean Colletion for Type Cultures, 대전광역시 유성구 과학로 111번지 생명공학연구소 유전자원센터)에 기탁하여 수탁번호 KCTC12020BP 를 부여받았다. Selected colonies were inoculated in YPD liquid medium containing Aureobasdin A, respectively, and shaken at 30 ° C for 250 days at 250 rpm. Each culture was centrifuged at 5000 rpm for 10 minutes to take a supernatant, and then the GOx activity of each supernatant was measured. The colonies with the highest increase in GOx activity were screened and named S. cerevisiae DGVh, and deposited on September 20, 2011 at KCTC (Korean Colletion for Type Cultures). Was given accession number KCTC12020BP.

하기 표 2는 S. cerevisiae DGVh 균주와 이의 모균주(S. cerevisiae DG5)의 GOx 활성과 비교한 것이다. 표 2에서 나타난 바와 같이, S. cerevisiae DGVh 의 GOx 활성은 형질전환 전의 균주인 S. cerevisiae DG-5보다 약 2배 이상인 것으로 측정되었다. 또한 균체 농도도 다른 균주들 보다 20%이상 더 높은 것으로 나타났다. Table 2 below compares the GOx activity of S. cerevisiae DGVh strain and its parent strain ( S. cerevisiae DG5). As shown in Table 2, the GOx activity of S. cerevisiae DGVh was determined to be about 2 times higher than that of S. cerevisiae DG-5, a strain before transformation. The cell concentration was also 20% higher than other strains.

이는 S. cerevisiae DGVh 에 도입된 VHb 유전자가 성공적으로 발현되고, 이로 인해 세포로의 산소공급이 보다 원활하게 이루어져 전체적인 대사과정이 활성화되고 균체 성장의 촉진과 아울러 외래 단백질인 GOx의 생합성도 향상되어 높은 활성을 보인 것으로 생각된다. 따라서, S. cerevisiae DGVh 는 통기량 조절 및 유가식 배양법을 이용한 고농도 배양을 통한 GOx의 대량 생산에 유용하게 사용될 수 있다.This resulted in the successful expression of the VHb gene introduced into S. cerevisiae DGVh, which facilitates the oxygen supply to the cells, which activates the overall metabolic process, promotes cell growth, and improves the biosynthesis of the foreign protein GOx. It is thought to be active. Therefore, S. cerevisiae DGVh can be usefully used for mass production of GOx through high concentration culture using aeration control and fed-batch culture.

균주Strain 균체량(OD600)Cell weight (OD600) GOx 활성, U/mlGOx active, U / ml S. cerevisiae BY4741 S. cerevisiae BY4741 9.78±0.079.78 ± 0.07 Not detectableNot detectable S. cerevisiae ByGx S. cerevisiae ByGx 13.24±0.1713.24 ± 0.17 10.13±0.1510.13 ± 0.15 S. cerevisiae DG5 S. cerevisiae DG5 16.14±0.0916.14 ± 0.09 21.08±0.2121.08 ± 0.21 S. cerevisiae DGVh S. cerevisiae DGVh 26.19±0.1326.19 ± 0.13 41.18±0.3441.18 ± 0.34

4-2. 4-2. GOx 의Of GOx 분자량 및  Molecular weight and 글리코실화Glycosylation (( glycosylationglycosylation ) 확인) Confirm

S. cerevisiae DGVh로부터 생산된 GOx의 분자량을 알아보고자 SDS-PAGE를 실시하였다. 그 결과 도 5에서 보는 바와 같이, S. cerevisiae DGVh의 GOx 분자량이 약 100kD로 측정되어 이는 앞서 구축한 균주들로부터 생산된 GOx의 분자량인 약 110kD 보다 10% 정도 감소한 것으로 나타났다. SDS-PAGE was performed to determine the molecular weight of GOx produced from S. cerevisiae DGVh. As a result, as shown in FIG. 5, the molecular weight of GOx of S. cerevisiae DGVh was measured to be about 100 kD, indicating a 10% reduction from the molecular weight of about 110 kD, which is the molecular weight of GOx produced from the previously constructed strains.

따라서, S. cerevisiae DGVh는 도입된 DNA 단편이 pmt1 유전자 부위에 삽입되었기 때문에 본래의 pmt1 유전자가 결손된 결과, pmt1 유전자의 결손에 의한 글리코실화가 다소 감소한 것으로 추정된다.
Therefore, S. cerevisiae DGVh is estimated to have slightly reduced glycosylation due to deletion of the pmt1 gene as a result of the deletion of the original pmt1 gene because the introduced DNA fragment was inserted into the pmt1 gene region.

4-3. 4-3. GOxGOx 재조합 균주의 활성 측정 (정량분석)  Activity measurement of recombinant strains (quantitative analysis)

GOx의 정량분석을 위하여, 0.2mM O-디아니시딘(분자량: 317.21)이 녹아 있는 3차 증류수 0.8ml, 10ug의 HRP (250U/mg), 9.5mM D-글루코스를 각각 혼합하였다. 그리고 여러 농도의 GOx (0, 50, 100, 250, 500, 1000, 2000 ng/0.1ml)를 첨가하여 20분 동안 발색 반응을 유지하며, 효소 반응 정지는 4N H2SO4 0.1ml을 첨가하여 종료하였다. 그 후 흡광도 400nm에서 발색 정도를 통해 효소 활성에 대한 검량선을 작성하였다. 그 결과를 표 3에 나타내었다.For quantitative analysis of GOx, 0.8 ml of tertiary distilled water dissolved in 0.2 mM O-Dianisidine (molecular weight: 317.21), 10 ug of HRP (250 U / mg), and 9.5 mM D-glucose were mixed. In addition, various concentrations of GOx (0, 50, 100, 250, 500, 1000, 2000 ng / 0.1 ml) were added to maintain the color reaction for 20 minutes, and the enzyme reaction was stopped by adding 0.1 ml of 4N H 2 SO 4. Finished. After that, a calibration curve for enzyme activity was prepared through the degree of color development at absorbance 400 nm. The results are shown in Table 3.

GOx 농도 (ng/0.1ml)GOx concentration (ng / 0.1ml) 흡광도(400nm)Absorbance (400nm) 00 00 5050 0.1370.137 100100 0.3310.331 250250 0.750.75 500500 1.21.2 10001000 1.881.88 20002000 3.223.22

실시예Example 5.  5. GOxGOx 재조합 균주의 산업적 생산을 위한 최적의 조건 확립 Establishment of Optimum Conditions for Industrial Production of Recombinant Strains

5-1. 초기 균 접종 농도 최적화 5-1. Optimal initial inoculation concentration

GOx 의 생산을 위한 최적 균주 접종 농도를 조사하기 위하여 기본 배지 YPD(10g/L Yeast Extract, 20g/L Peptone, 20g/L Glucose)에 각각 1%, 5%, 10%, 15%의 접종 농도를 가지고 배양하였다. 초기 pH 5.6, 200rpm, 30 ℃에서 7일간 배양한 결과, 배양액 내의 접종 농도가 1%일 때 최종 효소활성이 4.0 U/ml으로 나타났으며, 이는 접종 농도가 10% 는 효소활성이 30.3 U/ml으로 나타났다. 이는 초기 접종 농도가 최종 효소 활성에 중요한 영향을 미치는 것을 알 수 있었다(도 8). 따라서 최적 균주 접종 농도를 10 내지 20%, 바람직하게는 10%로 선택하였다.
In order to investigate the optimal strain inoculation concentration for the production of GOx, inoculation concentrations of 1%, 5%, 10%, and 15% in basal medium YPD (10 g / L Yeast Extract, 20 g / L Peptone, 20 g / L Glucose), respectively Incubated with. After 7 days of incubation at the initial pH of 5.6, 200rpm, and 30 ° C, the final enzyme activity was 4.0 U / ml when the inoculation concentration was 1%, which was 30.3 U / ml appeared in ml. It was found that the initial inoculation concentration has a significant effect on the final enzyme activity (Fig. 8). Therefore the optimal strain inoculation concentration was chosen to be 10-20%, preferably 10%.

5-2. 배지 조성 확립 및 최적화 5-2. Establish and optimize media composition

S. cerevisiae DGVh 생산 균주를 이용한 GOx 대량 생산을 위한 최적 배지 조성을 확인하기 위하여, 기존의 복합배지인 YPD 배지를 Aerobic Baker's Yeast Fermentation에서 널리 사용하는 Semi-defined 배지조성으로 변경하였으며, Semi-defined medium를 본 발명 균주에 맞게 수정 보완을 하기 위해 탄소원, 질소원, yeast extract 등 특정 영양성분에 대해 종류 및 농도에 따른 배지 조성을 최적화하였으며, 그 결과를 표 4에 나타내었다. In order to confirm the optimal medium composition for mass production of GOx using S. cerevisiae DGVh producing strain, we changed the existing complex medium YPD medium to semi-defined medium composition widely used in Aerobic Baker's Yeast Fermentation, and semi-defined medium. In order to supplement and modify the strain according to the present invention, the composition of the medium was optimized according to the type and concentration for the specific nutritional components such as carbon source, nitrogen source, yeast extract, and the results are shown in Table 4.

성분ingredient Batch medium (per l)Batch medium (per l) KH2PO4 KH 2 PO 4 1 g 1 g NaNO3 NaNO 3 3.0 g3.0 g MgSO4 ·7H2OMgSO 4 · 7H 2 O 0.25 g0.25 g Yeast extractYeast extract 20 g20 g 수크로스Sucrose 30 g30 g

5-3. 5-3. 탄소원Carbon source 종류 및 농도의 최적화 Type and concentration optimization

Semi-defined medium에 탄소원을 글루코스, 수크로스, 프럭토스 및 말토오스 등으로 탄소원 종류와 농도를 달리하여 균체 성장 및 GOx 함량에 대하여 영향을 살펴보았다. 초기 pH 5.6, 200rpm, 30 ℃에서 7일간 배양한 결과 먼저 탄소원의 종류에 따른 영향은 수크로스의 첨가가 균체 성장과 GOx 활성이 26.4U/ml가장 높게 나타나 수크로스를 최적 탄소원으로 선정하였다 (도 9).The effects of cell growth and GOx content were examined by varying the type and concentration of carbon sources in semi-defined medium such as glucose, sucrose, fructose and maltose. After 7 days of incubation at the initial pH of 5.6, 200rpm, and 30 ℃, the sucrose was selected as the optimal carbon source because the addition of sucrose showed the highest cell growth and GOx activity of 26.4U / ml. 9).

다음으로, 수크로스의 최적 농도를 조사하기 위하여 Semi-defined medium에 각각 10 g/l, 30 g/l, 50 g/l의 수크로스 농도로 배양하였다. 초기 pH 5.6, 200 rpm, 30 ℃의 조건에서 배양한 결과 30 g/l의 수크로스를 첨가했을 때 균체 성장 속도 및 효소 활성이 가장 높았고 최종 효소 활성은 38.3 U/ml를 생산하였다. 수크로스를 1% 첨가하였을 때는 최종 효소량이 31.4 U/ml로 효소 활성이 감소하는 것으로 관찰되었다. 또한 50 g/l의 수크로스를 첨가했을 때는 최종 효소량이 28.9 U/ml로 나타났으며, 이는 탄소원의 농도가 증가 할수록 대수증식기 때 급격한 pH의 감소와 저해물질(에탄올)의 증가로 인해 효소 생산이 저해를 받는 것이 관찰되었다. 따라서 최적 수크로스 농도는 20 내지 40 g/l, 바람직하게는 30 g/l로 결정하였다.
Next, in order to investigate the optimal concentration of sucrose was incubated in a sucrose concentration of 10 g / l, 30 g / l, 50 g / l in semi-defined medium, respectively. Incubation at the initial pH of 5.6, 200 rpm, 30 ℃ resulted in the highest cell growth rate and enzyme activity and the final enzyme activity of 38.3 U / ml when 30 g / l sucrose was added. When 1% sucrose was added, it was observed that the final enzyme amount decreased to 31.4 U / ml. In addition, when 50 g / l sucrose was added, the final enzyme amount was 28.9 U / ml. As the concentration of carbon source increased, the enzyme production was increased due to the rapid decrease of pH and the increase of inhibitor (ethanol) during the logarithmic growth stage. It was observed to receive this inhibition. The optimum sucrose concentration was therefore determined to be 20 to 40 g / l, preferably 30 g / l.

5-4. 질소원 농도의 최적화5-4. Optimization of Nitrogen Source Concentration

최적 수크로스 농도 30 g/l 를 기준으로 질소원의 최적 농도를 조사하기 위하여 Semi-defined medium에 각각 10 g/l, 20 g/l, 30 g/l, 40 g/l의 yeast extract 농도로 배양하였다. 초기 pH 5.6, 200 rpm, 30 ℃의 조건에서 배양한 결과 20 g/l의 yeast extract를 첨가했을 때 균체 성장 속도 및 효소 활성이 가장 높았고 최종 효소활성은 43.6 U/ml를 생산하였다. Yeast extract를 저농도로 첨가하였을 때는 효소 생산이 감소하는 것으로 관찰 되었으며, 40 g/l의 yeast extract를 첨가했을 때는 최종 효소량이 42.8 U/ml로 나타났다. 즉 20g/l의 질소원 농도에 대해 30 g/l과 40 g/l의 효소 활성을 비교하였을 때 최종 균체 성장이나 효소활성에서 큰 차이가 나타나지 않았기 때문에 최적 yeast extract의 농도는 20 내지 40 g/l, 바람직하게는 20 g/l로 결정하였다(도 10).
In order to investigate the optimal concentration of nitrogen source based on the optimal sucrose concentration of 30 g / l, incubate at 10 g / l, 20 g / l, 30 g / l, and 40 g / l yeast extract concentration in semi-defined medium, respectively. It was. Incubation at the initial pH of 5.6, 200 rpm and 30 ℃ resulted in the highest cell growth rate and enzyme activity and the final enzyme activity of 43.6 U / ml when 20 g / l yeast extract was added. When the yeast extract was added at low concentration, the enzyme production was observed to be decreased. When 40 g / l yeast extract was added, the final enzyme amount was 42.8 U / ml. In other words, when comparing the enzyme activity of 30 g / l and 40 g / l with respect to the nitrogen source concentration of 20 g / l, the optimal yeast extract concentration was 20-40 g / l because there was no significant difference in the final cell growth or enzyme activity. , Preferably 20 g / l (FIG. 10).

5-5. 5L-5-5. 5L- FermentorFermentor 를 통한 배양 조건 확립(Culture conditions through 교반Stirring 속도)  speed)

배양 중 교반 속도가 미치는 영향을 관찰하기 위해 탄소원(수크로스 농도 30 g/l) 및 질소원(yeast extract 30 g/l)의 최적조건에서 교반 속도를 달리하여(100 rpm, 200 rpm, 300 rpm, 400 rpm) 30℃, 1 vvm의 조건으로 배양을 실시하였다. 그 결과, 200rpm 과 300rpm의 흡광도와 최종 효소활성을 비교하였을 때 균체성장에서는 큰 차이가 없었으나, 최종 효소활성은 200rpm에서 42.8 U/ml로 300rpm의 40.1 U/ml 보다 높음을 확인하였다. 그러나 400rpm의 교반 속도에서는 높은 shear stress와 cell demage로 인해 효소활성이 오히려 감소하였다. 그러므로 가장 최적의 교반 속도로 200 내지 400 rpm, 바람직하게는 200 rpm으로 결정하였다 (도 11).
In order to observe the effect of the stirring speed during the cultivation by varying the stirring speed at the optimum conditions of the carbon source (sucrose concentration 30 g / l) and nitrogen source (yeast extract 30 g / l) (100 rpm, 200 rpm, 300 rpm, 400 rpm) The culture was carried out under the condition of 30 ° C and 1 vvm. As a result, there was no significant difference in cell growth when the absorbance and final enzyme activity of 200rpm and 300rpm were compared, but the final enzyme activity was higher than 40.1 U / ml of 300rpm at 42.8 U / ml at 200rpm. However, at 400 rpm, the enzyme activity decreased due to high shear stress and cell demage. Therefore, the most suitable stirring speed was determined at 200 to 400 rpm, preferably 200 rpm (FIG. 11).

5-6. 5-6. 통기량(Aeration)의Of Aeration 최적화 optimization

배양 중 통기량이 미치는 영향을 살펴보기 위해, 탄소원(수크로스 농도 30 g/l) 및 질소원(yeast extract 30 g/l)의 최적조건에서 통기량을 달리하여(0.5 vvm, 1.0 vvm, 1.5 vvm) 배양을 실시하였다. 그 결과, 1.0 vvm과 1.5 vvm에서 효소활성을 비교하였을 때 최종 효소활성이 44.8 U/ml 과 45.2 U/ml로 최종효소활성이 비슷하게 나타났다. 이는 세포 농도가 높을 경우 산소 소모가 공급 속도를 초과하기 때문에 성장의 제한이 일어났으며, 1.0 vvm과 1.5 vvm에서 균체 성장이 거의 비슷하기 때문에 통기량은 큰 차이가 없는 것으로 판단된다. 그러므로 최적 산소공급량 1.0 내지 1.6 vvm, 바람직하게는 1.0 vvm 으로 결정하였다 (도 12).
In order to examine the effect of the aeration rate during the cultivation, the aeration rate was varied (0.5 vvm, 1.0 vvm, 1.5 vvm) at the optimum conditions of carbon source (sucrose concentration 30 g / l) and nitrogen source (yeast extract 30 g / l). ) Culture was performed. As a result, the final enzyme activity was 44.8 U / ml and 45.2 U / ml when the enzyme activity was compared at 1.0 vvm and 1.5 vvm. This is because when the cell concentration is high, oxygen consumption exceeds the feed rate, and growth is limited. Since the cell growth is almost the same at 1.0 vvm and 1.5 vvm, there is no significant difference in aeration. Therefore, the optimum oxygen supply amount was determined to be 1.0 to 1.6 vvm, preferably 1.0 vvm (FIG. 12).

한국생명공학연구원Korea Biotechnology Research Institute KCTC12020BPKCTC12020BP 2011092020110920

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Claims (19)

서열번호 1의 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터.
A recombinant vector comprising the glucose oxidase gene of SEQ ID NO: 1.
제1항에 있어서, GPD(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase) 프로모터, MFα (alpha-mating factor) 신호 서열 및 GPD 터미네이터를 추가로 포함하는 재조합 벡터.
The recombinant vector of claim 1, further comprising a glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GPD) promoter, an alpha-mating factor (MFa) signal sequence, and a GPD terminator.
제1항에 있어서, 도 1의 개열지도를 가지는 재조합 벡터.
The recombinant vector of claim 1, wherein the recombinant vector has a cleavage map of FIG. 1.
서열번호 1의 글루코스 옥시다아제 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 효모.
Recombinant yeast transformed with a recombinant vector comprising a glucose oxidase gene of SEQ ID NO: 1.
제4항에 있어서, 상기 재조합 벡터는 GPD 프로모터, MFα (alpha-mating factor) 신호 서열 및 GPD 터미네이터를 추가로 포함하는 것인 재조합 효모.
The recombinant yeast of claim 4, wherein the recombinant vector further comprises a GPD promoter, an alpha-mating factor (MFa) signal sequence, and a GPD terminator.
제4항에 있어서, 상기 재조합 벡터는 도 1의 개열지도를 가지는 것인 재조합 효모.
The recombinant yeast of claim 4, wherein the recombinant vector has a cleavage map of FIG. 1.
제4항에 있어서, 박테리아 헤모글로빈 유전자를 추가로 포함하는 재조합 효모.
The recombinant yeast of claim 4, further comprising a bacterial hemoglobin gene.
제7항에 있어서, 상기 박테리아 헤모글로빈은 비트리오실라의 헤모글로빈(Vitreoscilla hemoglobin)인 재조합 효모.
The recombinant yeast of claim 7, wherein the bacterial hemoglobin is Vitreoscilla hemoglobin.
제8항에 있어서, 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자가 효모 염색체 상의 pmt1 유전자 부위에 삽입되어 있는 것인 재조합 효모.
The recombinant yeast of claim 8, wherein the hemoglobin gene of Viriosila is inserted at the pmt1 gene site on the yeast chromosome.
제7항에 있어서, 비트리오실라의 헤모글로빈을 포함하는 재조합 벡터로 추가로 형질전환된 것인 재조합 효모.
8. The recombinant yeast of claim 7, further transformed with a recombinant vector comprising hemoglobin of Viriosila.
제10항에 있어서, 상기 비트리오실라의 헤모글로빈을 포함하는 재조합 벡터는 TEF1 프로모터, 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자 및 CYC1TT 터미네이터로 구성된 카세트를 포함하는 것인 재조합 효모.
The recombinant yeast of claim 10, wherein the recombinant vector comprising hemoglobin of Viriosila comprises a cassette consisting of a TEF1 promoter, a hemoglobin gene of Viriosila, and a CYC1TT terminator.
제10항에 있어서, 상기 비트리오실라의 헤모글로빈을 포함하는 재조합 벡터는 pmt1 유전자와 상동인 제1영역, TEF1 프로모터, 비트리오실라의 헤모글로빈 유전자, CYC1TT 터미네이터, 선별마커 유전자, 및 pmt1 유전자와 상동인 제2영역을 포함하는 것인 재조합 효모.
The recombinant vector comprising the hemoglobin of Viriosila is homologous to the first region homologous to the pmt1 gene, the TEF1 promoter, the hemoglobin gene of the Viriosila, the CYC1TT terminator, the selection marker gene, and the pmt1 gene. Recombinant yeast comprising a second region.
제7항에 있어서, 상기 재조합 효모는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) KCTC12020BP 인 재조합 효모.
The method of claim 7, wherein the recombinant yeast Saccharomyces ( Saccharomyces) cerevisiae ) recombinant yeast, which is KCTC12020BP.
제4항 내지 제13항 중 어느 한 항의 재조합 효모를 배양하는 단계를 포함하는 글루코스 옥시다아제를 제조하는 방법.
A method for preparing glucose oxidase, comprising culturing the recombinant yeast of any one of claims 4 to 13.
제14항에 있어서, 다음 중 어느 하나의 배양 조건 하에서 재조합 효모를 배양하는 것인, 글루코스 옥시다아제를 제조하는 방법:
(a) 초기 균 접종 농도가 10 내지 20%,
(b) 탄소원으로 수크로스를 20 내지 40 g/l 로 포함,
(c) 질소원으로 효모 추출물을 20 내지 40 g/l 로 포함,
(d) 발효기 내 교반속도가 200 내지 400 rpm,
(e) 배양 중 산소 공급량이 1.0 내지 1.6 vvm, 또는
(f) pH 6 내지 7, 및 온도 20 내지 50 ℃.
The method for preparing glucose oxidase according to claim 14, wherein the recombinant yeast is cultivated under any of the following culture conditions:
(a) the initial inoculation concentration is 10-20%,
(b) 20 to 40 g / l sucrose as carbon source,
(c) containing 20 to 40 g / l yeast extract as a nitrogen source;
(d) the stirring speed in the fermentor is 200 to 400 rpm,
(e) the oxygen supply during the culture is 1.0 to 1.6 vvm, or
(f) pH 6-7, and temperature 20-50 degreeC.
제14항에 의해 제조된 글루코스 옥시다아제를 이용하여 유기산 칼슘을 제조하는 방법.
A method for producing calcium organic acid using the glucose oxidase prepared by claim 14.
제16항에 의해 제조된 유기산 칼슘을 포함하는 골대사 질환의 예방 및 치료용 조성물.
A composition for the prevention and treatment of bone metabolic diseases comprising calcium organic acid prepared by claim 16.
제17항에 있어서, 상기 골대사 질환은 골다공증 또는 관절염인 조성물.
The composition of claim 17, wherein the bone metabolic disease is osteoporosis or arthritis.
제17항에 있어서, 베타 글루칸을 추가로 포함하는 골대사 질환의 예방 및 치료용 조성물.18. The composition for preventing and treating bone metabolism disease according to claim 17, further comprising beta glucan.
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