KR101482680B1 - Method for Preparing Fatty acid using Transformed E.coli introducing Trans-2-enoyl-CoA reductase - Google Patents

Method for Preparing Fatty acid using Transformed E.coli introducing Trans-2-enoyl-CoA reductase Download PDF

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Abstract

본 발명은 형질전환 대장균을 이용한 지방산의 제조방법에 관한 것으로, (a) 슈도모나스(Pseudomonas) 종의 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하여 재조합 벡터를 제조하는 단계; (b) 상기 재조합 벡터를 대장균에 형질전환하여 형질전환 대장균을 제조하는 단계; (c) 상기 형질전환 대장균을 배양하여 지방산을 제조하는 단계; 및 (d) 상기 지방산을 수득하는 단계를 포함하는 형질전환 대장균을 이용한 지방산의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 본 발명의 형질전환 대장균은 야생형 대장균과 비교하여 2-4배 증가된 지방산 생산능을 나타낸다. 본 발명의 지방산 제조방법은 환경 친화적인 생물 공정을 통해 지방산을 제조하므로 유해한 폐기물 및 에너지 소비를 절감할 수 있다.The present invention relates to a method for producing a fatty acid using a transformed Escherichia coli. The method comprises the steps of (a) preparing a nucleotide encoding a trans-2-enoyl-CoA reductase of Pseudomonas sp . Inserting the sequence into an expression vector to prepare a recombinant vector; (b) transforming the recombinant vector into E. coli to produce a transformed E. coli; (c) culturing the transformed E. coli to prepare a fatty acid; And (d) obtaining the fatty acid. The present invention also provides a method for producing a fatty acid using the transformed E. coli. According to the present invention, the transformed E. coli of the present invention exhibits a 2-4-fold increased fatty acid production ability as compared with wild-type E. coli. The fatty acid production method of the present invention can produce harmful waste and energy consumption by producing a fatty acid through an environmentally friendly biological process.

Description

트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제를 도입한 형질전환 대장균을 이용한 지방산 제조방법{Method for Preparing Fatty acid using Transformed E.coli introducing Trans-2-enoyl-CoA reductase}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a method for preparing a fatty acid using trans-2-enoyl-CoA reductase,

본 발명은 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제를 도입한 형질전환 대장균을 이용한 지방산 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing fatty acids using transformed E. coli with trans-2-enoyl-CoA reductase.

화석연료로부터 생산되어지는 화학공업을 대체할 수 있는, 즉 인류에게 유해한 폐기물의 생산 및 에너지 소비를 최소화할 수 있는 바이오매스를 원료로 사용하는 환경 친화적인 새로운 생물 공정의 개발이 필요하다. 바이오에너지로 대표되어지는 바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오가스 및 부탄올에 대한 관심이 증가하고 있지만, 언급된 종류의 바이오에너지 모두 전력생산이나 수송용 연료로 사용될 수 있으나, 실적용 및 생산 방법의 몇몇 단점으로 인해 새로운 신재생에너지 자원인 탄화수소(hydrocarbon) 형태의 화합물에 대한 관심이 증가되고 있다. 이에 따라 지방산(fatty acid)를 대사산물로서 생성할 수 있는 재조합 균주에 대한 관심도 증대되고 있다.There is a need to develop environmentally friendly new bioprocesses that can replace the chemical industry produced from fossil fuels, that is, use biomass as a raw material to produce waste that is harmful to humans and minimize energy consumption. Although interest in bioethanol, biodiesel, biogas and butanol represented by bioenergy is increasing, all of the types of bioenergy mentioned can be used as a fuel for power generation or transport, but some disadvantages of practical application and production methods , There is a growing interest in hydrocarbon-based compounds as a new renewable energy resource. Accordingly, there is a growing interest in recombinant strains capable of producing fatty acids as metabolites.

미생물의 지방산 경로 대사흐름에서 지방산 생산의 과발현 목적에 해당하는 시도와 노력은 끊임없이 있어왔다. 특히, 대장균은 효소 생산 시스템은 타 생물체에 비해 많은 대사정보가 알려져 있고, 유전자에 대한 정보가 거의 다 밝혀져 재조합 단백질 생산에 널리 이용되고 있다. 대장균은 다루기 쉬운 미생물로 성장력이 좋으며 경로 조절이 쉬운 것으로 알려져 있다.
Attempts and efforts have been constantly being made for the purpose of overexpression of fatty acid production in the fatty acid pathway metabolism of microorganisms. In particular, Escherichia coli is known for its metabolic information in comparison with other organisms in the enzyme production system, and information about genes is widely known and widely used for the production of recombinant proteins. Escherichia coli is a manageable microorganism with good growth potential and easy path control.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

본 발명자들은 화학공업을 대체할 수 있는 신재생에너지 자원인 탄화수소(hydrocardon) 형태의 화합물을 제조하고자 노력하였다. 그 결과, 슈도모나스(Pseudomonas) 종의 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하고 이를 대장균에 도입하여 지방산을 제조하는 방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made efforts to produce hydrocardon-type compounds as renewable energy resources that can replace the chemical industry. As a result, a nucleotide sequence encoding a trans-2-enoyl-CoA reductase of Pseudomonas species was inserted into an expression vector and introduced into Escherichia coli to produce a fatty acid The present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 지방산의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a process for producing fatty acids.

본 발명의 다른 목적은 지방산을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a fatty acid.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 형질전환 대장균을 이용한 지방산의 제조방법을 제공한다:According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing a fatty acid using a transformed E. coli comprising the steps of:

(a) 슈도모나스(Pseudomonas) 종의 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하여 재조합 벡터를 제조하는 단계;(a) preparing a recombinant vector by inserting a nucleotide sequence encoding a trans-2-enoyl-CoA reductase of Pseudomonas species into an expression vector;

(b) 상기 재조합 벡터를 대장균에 형질전환하여 형질전환 대장균을 제조하는 단계;(b) transforming the recombinant vector into E. coli to produce a transformed E. coli;

(c) 상기 형질전환 대장균을 배양하여 지방산을 제조하는 단계; 및(c) culturing the transformed E. coli to prepare a fatty acid; And

(d) 상기 지방산을 수득하는 단계.
(d) obtaining the fatty acid.

본 발명자들은 화학공업을 대체할 수 있는 신재생에너지 자원인 탄화수소(hydrocardon) 형태의 화합물을 제조하고자 노력하였다. 그 결과, 슈도모나스(Pseudomonas) 종의 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하고 이를 대장균에 도입하여 지방산을 제조하는 방법을 개발하였다.
The present inventors have made efforts to produce hydrocardon-type compounds as renewable energy resources that can replace the chemical industry. As a result, a nucleotide sequence encoding a trans-2-enoyl-CoA reductase of Pseudomonas species was inserted into an expression vector and introduced into Escherichia coli to produce a fatty acid Method.

본 발명의 지방산 제조방법을 각각의 단계로 나누어 상세하게 설명하면 다음과 같다:The fatty acid production method of the present invention will be described in detail as follows:

단계 (a): 재조합 벡터의 제조 Step (a): Preparation of recombinant vector

본 발명의 지방산(fatty acid)을 제조하기 위한 첫 번째 단계로, 슈도모나스(Pseudomonas) 종의 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하여 재조합 벡터를 제조한다.As a first step for preparing a fatty acid of the present invention, a nucleotide sequence encoding a trans-2-enoyl-CoA reductase of Pseudomonas sp . And inserted into an expression vector to prepare a recombinant vector.

본 발명에서 지방산을 제조하기 위해 이용한 미생물은 슈도모나스 종이고, 바람직하게는, 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida), 슈도모나스 크레모리콜로라타(Pseudomonas cremoricolorata), 슈도모나스 풀바(Pseudomonas fulva), 슈도모나스 몬테일리(Pseudomonas monteilii), 슈도모나스 오리지하비탄스(Pseudomonas oryzihabitans), 슈도모나스 파라풀바(Pseudomonas parafulva) 또는 슈도모나스 플리코글로시시다(Pseudomonas plecoglossicida)이다.In the present invention, the microorganism used for preparing the fatty acid is Pseudomonas sp ., Preferably Pseudomonas sp. putida ), Pseudomonas crmolorolorata cremoricolorata , Pseudomonas sp. fulva , Pseudomonas monteilii , Pseudomonas sp. oryzihabitans ), Pseudomonas parafulba ( Pseudomonas a parafulva) or Pseudomonas replicon Cedar City kogeulro (Pseudomonas plecoglossicida).

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 지방산을 제조하기 위해 슈도모나스 푸티다 F1의 염색체를 주형으로 하여 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제 를 코딩하는 뉴클레오타이드를 증폭한다.According to a preferred embodiment of the present invention, a nucleotide encoding trans-2-enoyl-CoA reductase is amplified using the chromosome of Pseudomonas putida F1 as a template for producing fatty acids in the present invention.

바람직하게는, 상기 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제를 코딩하는 뉴클레오타이드는 서열목록 제3서열이다.Preferably, the nucleotide encoding the trans-2-enoyl-CoA reductase is SEQ ID NO: 3.

본 발명에서 대장균에 도입하고자 하는 효소는 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제이다. 상기 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제는 다음의 반응을 촉매하는 활성을 갖는다:In the present invention, the enzyme to be introduced into Escherichia coli is trans-2-enoyl-CoA reductase. The trans-2-enoyl-CoA reductase has the activity of catalyzing the following reaction:

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure 112012053950403-pat00001
Figure 112012053950403-pat00001

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure 112012053950403-pat00002
Figure 112012053950403-pat00002

본 발명에서 이용되는 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제의 뉴클레오타이드 서열은 상기 언급된 서열 이외에 상기 뉴클레오타이드 서열에 대하여 실질적인 동일성을 나타내는 뉴클레오타이드 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 본 발명의 뉴클레오타이드 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 80%의 상동성, 보다 바람직하게는 최소 90%의 상동성, 가장 바람직하게는 최소 95%의 상동성을 나타내는 뉴클레오타이드 서열을 의미한다. 서열비교를 위한 얼라인먼트 방법은 당업계에 공지되어 있다. 얼라인먼트에 대한 다양한 방법 및 알고리즘은 Smith and Waterman, Adv . Appl . Math . 2:482(1981); Needleman and Wunsch, J. Mol . Bio . 48:443(1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol . Biol . 24: 307-31(1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237-44(1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151-3(1989); Corpet et al., Nuc . Acids Res. 16:10881-90(1988); Huang et al., Comp . Appl . BioSci . 8:155-65(1992) and Pearson et al., Meth. Mol . Biol . 24:307-31(1994)에 개시되어 있다. NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) (Altschul et al., J. Mol . Biol . 215:403-10(1990))은 NBCI (National Center for Biological Information) 등에서 접근 가능하며, 인터넷 상에서 blastp, blasm, blastx, tblastn and tblastx와 같은 서열 분석 프로그램과 연동되어 이용할 수 있다. BLSAT는 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/에서 접속 가능하다. 이 프로그램을 이용한 서열 상동성 비교 방법은 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html에서 확인할 수 있다.The nucleotide sequence of trans-2-enoyl-CoA reductase used in the present invention is interpreted to include a nucleotide sequence showing substantial identity to the nucleotide sequence in addition to the above-mentioned sequence. The above substantial identity is determined by aligning the nucleotide sequence of the present invention with any other sequence as much as possible and analyzing the aligned sequence using algorithms commonly used in the art to obtain a minimum of 80% Homology, more preferably at least 90% homology, and most preferably at least 95% homology. Alignment methods for sequence comparison are well known in the art. Various methods and algorithms for alignment are described by Smith and Waterman, Adv . Appl . Math . 2: 482 (1981) ; Needleman and Wunsch, J. Mol . Bio . 48: 443 (1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol . Biol . 24: 307-31 (1988); Higgins and Sharp, Gene 73: 237-44 (1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5: 151-3 (1989); Corpet et al., Nuc . Acids Res. 16: 10881-90 (1988); Huang et al., Comp . Appl . BioSci . 8: 155-65 (1992) and Pearson et al., Meth. Mol . Biol . 24: 307-31 (1994). The NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) (Altschul et al., J. Mol . Biol . 215: 403-10 (1990)) is accessible from National Center for Biological Information (NBCI) It can be used in conjunction with sequence analysis programs such as blastx, tblastn and tblastx. BLSAT is available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/. A method for comparing sequence homology using this program can be found at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html.

상기 유전자들은 발현 벡터 내부에 도입되어 대장균에서 발현되게 된다. 본 명세서에 있어서, 용어 "발현 벡터"는 발현 벡터의 전사에 제공되는 추가단편에 작동가능하게 연결된 관심의 폴리펩티드를 암호화하는 단편으로 구성되는 선형 또는 원형의 DNA 분자이다. 그와 같은 추가단편은 프로모터 및 종료암호 서열을 포함한다. 발현 벡터는 하나 이상의 복제 개시점, 하나 이상의 선택마커, 폴리아데닐화 신호 등을 또한 포함한다. 발현 벡터는 일반적으로 플라스미드 또는 바이러스 DNA로부터 유도되거나, 또는 둘 다의 요소를 함유한다.The genes are introduced into the expression vector and expressed in E. coli. As used herein, the term "expression vector" is a linear or circular DNA molecule consisting of a fragment encoding a polypeptide of interest operably linked to an additional fragment provided in the transcription of the expression vector. Such additional fragments include promoter and termination coding sequences. The expression vector also includes at least one replication origin, at least one selection marker, a polyadenylation signal, and the like. Expression vectors are generally derived from plasmid or viral DNA, or contain both elements.

본 발명의 벡터 시스템은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법은 Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press(2001)에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다. The vector system of the present invention can be constructed through various methods known in the art, and specific methods for this are disclosed in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001) This document is incorporated herein by reference.

본 발명의 지방산 제조에 관여하는 효소들을 코딩하는 각각의 뉴클레오타이드 서열들은 발현 조절서열에 작동가능하게 연결되어 발현 벡터 내에 삽입될 수 있다. 상기에서 '작동가능하게 연결된다(operably linked to)'는 것은 하나의 핵산 단편이 다른 핵산 단편과 결합되어 그의 기능 또는 발현이 다른 핵산 단편에 의해 영향을 받는 것을 말한다. 또한, '발현 조절 서열(expression control sequence)'이란 특정한 숙주 세포에서 작동 가능하게 연결된 핵산 서열의 발현을 조절하는 DNA 서열을 의미한다. 그러한 조절 서열은 전사를 개시하기 위한 프로모터, 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함한다.Each nucleotide sequence encoding enzymes involved in the fatty acid production of the present invention can be inserted into an expression vector operably linked to an expression control sequence. The term 'operably linked to' as used herein means that one nucleic acid fragment is combined with another nucleic acid fragment so that its function or expression is affected by other nucleic acid fragments. Also, an " expression control sequence " means a DNA sequence that regulates the expression of a nucleic acid sequence operably linked to a particular host cell. Such regulatory sequences include promoters for initiating transcription, any operator sequences for regulating transcription, sequences encoding suitable mRNA ribosome binding sites, and sequences controlling the termination of transcription and translation.

본 발명의 벡터는 전형적으로 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터(예컨대, lac 프로모터, tac 프로모터, lacUV5 프로모터, lpp 프로모터, pLλ프로모터, pRλ프로모터, rac5 프로모터, amp 프로모터, recA 프로모터, SP6 프로모터, trp 프로모터 및 T7 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 라이보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 숙주 세포로서 E. coli(예, HB101, BL21, DH5α 등)가 이용되는 경우, E. coli 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위(Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158:1018-1024(1984)) 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터 (pLλ프로모터, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14:399-445(1980))가 조절 부위로서 이용될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 벡터에 사용되는 프로모터는 lac 프로모터이다.The vector of the present invention can typically be constructed as a vector for expression. When the vector of the present invention is an expression vector and a prokaryotic cell is used as a host, a strong promoter capable of promoting transcription (e.g., lac promoter, tac promoter, lacUV5 promoter, lpp promoter, pL promoter, pR promoter, rac5 Promoter, amp promoter, recA promoter, SP6 promoter, trp promoter, and T7 promoter), a ribosome binding site for initiation of detoxification, and a transcription / translation termination sequence. Promoter and operator site of the E. coli tryptophan biosynthetic pathway (Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158: 1018-1024 (1984)) when E. coli (e.g. HB101, BL21, ) And the left promoter of phage lambda (pL lambda promoter, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14: 399-445 (1980)). Preferably, the promoter used in the vector of the present invention is the lac promoter.

숙주 세포 내로 주입된 벡터는 숙주 세포 내에서 발현될 수 있으며, 이러한 경우에는 다량의 아세토인 환원효소를 얻게 된다. 예를 들어, 상기 발현 벡터가 lac 프로모터를 포함하는 경우에는 숙주 세포에 IPTG(Isopropylthio-β-D-Galactoside)를 처리하여 유전자 발현을 유도할 수 있다.The vector injected into the host cell may be expressed in host cells, in which case a large amount of acetylenic reductase is obtained. For example, when the expression vector comprises a lac promoter, the host cell may be treated with IPTG (Isopropylthio-β-D-Galactoside) to induce gene expression.

한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드(예: pUCP19, pUC18, pTrc99A, pSTV28, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1, pHV14, pET22b, pGEX 시리즈 및 pET 시리즈 등), 파지(예: λgt4?λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스(예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있으나, 바람직하게는 pUCP19를 사용한다.Meanwhile, vectors that can be used in the present invention include plasmids such as pUCP19, pUC18, pTrc99A, pSTV28, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8 / 9, pUC6, pBD9 , such as pHC79, pIJ61, pLAFR1, pHV14, pET22b, pGEX series and pET series, etc.), phage (such as λgt4λB, λ-Charon, λΔz1 and M13) However, pUCP19 is preferably used.

본 발명의 발현 벡터는 프로모터서열 및 발현 대상 유전자(구조 유전자)의 뉴클레오티드 서열을 포함하며, 상기서열들이 5'-3' 순서대로 연결되는 것이 바람직하다.The expression vector of the present invention includes the promoter sequence and the nucleotide sequence of the gene to be expressed (structural gene), and it is preferable that the sequences are linked in the order of 5'-3 '.

바람직하게는, 상기 발현 벡터는 lac 프로모터 서열을 포함하며 상기 lac 프로모터 서열은 상기 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열에 작동적으로(operatively) 결합된다.Preferably, the expression vector comprises a lac promoter sequence and the lac promoter sequence is operatively linked to a nucleotide sequence encoding the trans-2-enoyl-CoA reductase.

한편, 본 발명의 벡터는 선택표지로서, 당업계에서 통상적으로 이용되는 항생제 내성 유전자를 포함하며, 예를 들어 암피실린, 겐타마이신, 카베니실린, 클로람페니콜, 스트렙토마이신, 카나마이신, 게네티신, 네오마이신 및 테트라사이클린에 대한 내성 유전자가 있다.On the other hand, the vector of the present invention includes, as a selection marker, an antibiotic resistance gene commonly used in the art, and includes, for example, ampicillin, gentamycin, carbinicillin, chloramphenicol, streptomycin, kanamycin, And resistance genes for tetracycline.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 사용된 선택표지는 암피실린이다.According to a preferred embodiment of the present invention, the selectable marker used in the present invention is ampicillin.

본 발명의 벡터는 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제 유전자가 효소 과발현 기능을 포함하여 최소한의 길이를 가지도록 RBS(Ribosomal binding site) 및 효소발현에 꼭 필요한 부분을 포함하는 염기서열만을 서열로 정하여 삽입시키는 것이 숙주세포의 대사부담(metabolic burden)을 줄이는 측면에서 바람직하다.
The vector of the present invention is characterized in that the trans-2-enoyl-CoA reductase gene contains only a nucleotide sequence including a RBS (ribosomal binding site) and an essential part for enzyme expression so as to have an enzyme over- Is preferable in terms of reducing the metabolic burden of host cells.

단계 (b): 형질전환 대장균의 제조 Step (b): Preparation of transformed E. coli

이어, 상기 단계 (a)의 재조합 벡터를 대장균에 형질전환하여 형질전환 대장균을 제조한다.Next, the recombinant vector of step (a) is transformed into E. coli to prepare a transformed E. coli.

본 발명의 벡터를 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주 세포는 당업계에 공지되어 어떠한 숙주 세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli MG1655, E. coli JM109, E. coli BL21(DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다.Host cells capable of continuously cloning and expressing the vector of the present invention in a stable manner can be any host cell known in the art, such as E. coli MG1655, E. coli JM109, E. coli Such as Bacillus subtilis, Bacillus subtilis, Bacillus subtilis, and Salmonella typhimurium, such as BL21 (DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X1776, E. coli W3110, And Staphylococcus aureus and various Pseudomonas species.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에서 지방산을 제조하기 위해 이용되는 숙주 세포는 대장군(E. coli)이고, 보다 바람직하게는 E. coli MG1655이다.According to a preferred embodiment, the host cell used for the production of fatty acids in the present invention is a Shogun (E. coli), and more preferably E. coli MG1655.

본 발명의 벡터를 숙주 세포 내로 운반하는 방법은, CaCl2 방법(Cohen, S.N. et al., Proc . Natl . Acac. Sci . USA, 9:2110-2114(1973)), 하나한 방법(Cohen, S.N. et al., Proc . Natl . Acac . Sci . USA, 9:2110-2114(1973); 및 Hanahan, D., J. Mol . Biol ., 166:557-580(1983)) 및 전기 천공 방법(Dower, W.J. et al., Nucleic . Acids Res ., 16:6127-6145(1988)) 등에 의해 실시될 수 있다.Methods for delivering the vector of the present invention into a host cell can be carried out using a CaCl 2 method (Cohen, SN et al., Proc . Natl . Acac. Sci . USA , 9: 2110-2114 SN et al, Proc Natl Acac Sci USA, 9: 2110-2114 (1973); and Hanahan, D., J. Mol Biol, 166:....... 557-580 (1983)) and electroporation method (Dower, WJ et al., Nucleic. Acids Res . , 16: 6127-6145 (1988)).

바람직하게는, 본 발명의 재조합 벡터를 숙주세포 내에 도입하기 위해 전기천공법을 이용한다.
Preferably, electroporation is used to introduce the recombinant vector of the invention into the host cell.

단계 (c): 지방산의 제조 Step (c): Preparation of fatty acid

이어, 상기 단계 (b)의 형질전환 대장균을 배양하여 지방산을 제조한다. Then, the transformed E. coli of step (b) is cultured to prepare a fatty acid.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 탄소원(예컨대, 글루코오스)를 포함하는 배양배지(예컨대, LB 배지 또는 최소 배지)에서 야생형 대장균과 거의 유사한 성장성을 보여준다(도 5).
According to a preferred embodiment of the present invention, a growth similar to that of wild-type Escherichia coli is shown in a culture medium (for example, LB medium or minimal medium) containing a carbon source (for example, glucose) (FIG.

단계 (d): 지방산의 수득 Step (d): Acquisition of fatty acid

마지막으로, 상기 단계 (c)의 지방산을 수득한다.Finally, the fatty acid of step (c) is obtained.

바람직하게는, 본 발명의 형질전환 대장균은 야생형 대장균과 비교하여 2-4배 증가된 지방산 생산능을 나타낸다(도 6).Preferably, the transformed E. coli of the present invention exhibits a 2-4-fold increased fatty acid production ability as compared to wild-type E. coli (FIG. 6).

본 발명의 형질전환 대장균은 야생형 대장균과 거의 유사한 성장성을 갖으며, 우수한 지방산 생성능을 나타낸다.
The transformed Escherichia coli of the present invention has growth similar to that of wild-type Escherichia coli and exhibits excellent fatty acid production ability.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 지방산 제조방법에 따라 제조된 지방산을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fatty acid prepared according to the fatty acid producing method of the present invention.

본 발명의 지방산은 생물 공정을 통해 제조한 탄화수소 형태의 화합물로 석유, 천연가스 및 석탄과 같은 에너지로 이용될 수 있다.
The fatty acid of the present invention is a hydrocarbon-type compound produced by a biological process and can be used as energy such as petroleum, natural gas and coal.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다: The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 형질전환 대장균을 이용한 지방산 제조방법을 제공한다.(a) The present invention provides a method for producing fatty acids using the transformed E. coli.

(b) 본 발명의 형질전환 대장균은 야생형 대장균과 비교하여 2-4배 증가된 지방산 생산능을 나타낸다.(b) The transformed E. coli of the present invention exhibits a 2-4-fold increased fatty acid production ability as compared with wild-type E. coli.

(c) 본 발명의 지방산 제조방법은 환경 친화적인 생물 공정을 통해 지방산을 제조하므로 유해한 폐기물 및 에너지 소비를 절감할 수 있다.
(c) The fatty acid production method of the present invention can produce harmful wastes and energy consumption by producing fatty acids through environmentally friendly biological processes.

도 1은 대장균 생체 내에서 글루코오스(glucose)로부터 부타노에이트(Butanoate) 대사를 보여주는 도식이다.
도 2는 대장균(Escherichia coli)-슈도모나스(Pseudomonas) 셔틀 벡터인 pUCP9에 트랜스2-2-에노실-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase, E.C 1.3.1.44)를 암호화는 유전자가 삽입되어있는 플라스미드의 도식화이다.
도 3은 pUCP9에 atoDA(acetyl-CoA:acetoacetyl-CoA transferase, alpha subunit 및 beta subunit을 암호화하는 유전자)가 삽입되어있는 플라스미드의 도식화이다.
도 4는 pUCP9에 트랜스2-2-에노실-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase, E.C 1.3.1.44)를 암호화는 유전자 및 atoDA (acetyl-CoA:acetoacetyl-CoA transferase, alpha subunit 및 beta subunit)을 암호화하는 유전자)가 삽입되어있는 플라스미드의 도식화이다.
도 5는 본 발명의 형질전환 대장균 및 야생형 대장균의 성장곡선을 배지별로 나타낸 것이다. (A)는 최소배지(minimal medium), (B)는 글루코오스 10 g/L을 포함하는 최소배지, (C)는 LB 배지, (D)는 글루코오스 10 g/L을 포함하는 LB 배지이다.
도 6은 본 발명의 형질전환 대장균 및 야생형 대장균을 도 5의 (B) 글루코오스 10 g/L을 포함하는 최소배지 및 (D) 글루코오스 10 g/L을 포함하는 LB 배지에서 총 지방산을 IPTG 첨가 후 24시에서 추출하여 정량한 결과이다.
1, It is a scheme showing the metabolism of butanoate from glucose in E. coli in vivo.
Fig. 2 is a graph coli) - Pseudomonas (Pseudomonas) encoding the shuttle vector in trans-2-2- enoic room -CoA reductase kinase (trans-2-enoyl-CoA reductase, EC 1.3.1.44 in pUCP9) is a schematic view showing the plasmid is the gene has been inserted to be.
FIG. 3 is a schematic representation of a plasmid in which atoDA (acetyl-CoA: acetoacetyl-CoA transferase, alpha subunit and beta subunit encoding gene) is inserted into pUCP9 .
FIG. 4 shows a gene coding for trans 2-enoyl-CoA reductase (EC 1.3.1.44) in pUCP9 and a gene encoding atoDA (acetyl-CoA: acetoacetyl-CoA transferase, alpha subunit And a beta subunit) is inserted into the plasmid.
5 shows the growth curves of the transformed E. coli and wild-type E. coli according to the present invention by media. (A) is the minimal medium, (B) is the minimal medium containing 10 g / L of glucose, (C) is the LB medium, and (D) is the LB medium containing 10 g / L of glucose.
Fig. 6 shows the results obtained by adding the transformed E. coli and wild-type E. coli of the present invention to the LB medium containing 10 g / L of glucose (B) and 10 g / L of glucose (D) It was extracted from 24 o'clock and quantified.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

실시예 1: 재조합 플라스미드의 제조Example 1: Preparation of recombinant plasmid

대장균(E. coli MG1655)의 염색체를 주형으로 하고, 아세틸-CoA:아세토아세틸-CoA 트랜스퍼라아제 알파 서브유니트(acetyl-CoA:acetoacetyl-CoA transferase, alpha subunit) 및 아세틸-CoA:아세토아세틸-CoA 트랜스퍼라아제 베타 서브유니트(acetyl-CoA:acetoacetyl-CoA transferase, beta subunit) 효소를 암호화하는 atoD atoA의 유전자서열(Genbank, NCBI)에 대한 프라이머(primer)를 이용하여(표 2), 중합효소연쇄반응(PCR, DaKaRa Korea) 방법을 통해 클로닝 하였다. Coli chromosome in the mold (E. coli MG1655) and acetyl -CoA: acetoacetyl -CoA transferase kinase alpha subunit (acetyl-CoA: acetoacetyl-CoA transferase, alpha subunit) and acetyl -CoA: acetoacetyl -CoA Using primers for the gene sequences of atoD and atoA (Genbank, NCBI) coding for the enzyme acetyl-CoA (acetoacetyl-CoA transferase, beta subunit) And cloned by a chain reaction (PCR, DaKaRa Korea) method.

슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida) F1의 염색체를 주형으로 하여 대장균과 슈도모나스 에어루지노사(Pseudomonas Aeruginosa)의 지방산 합성 과정에 포함되지 않은 트랜스-2-에노실-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase, E.C 1.3.1.44)를 암호화하는 유전자에 대해 특이적인 프라이머를 제작하여 클로닝 하였다(표 1 및 표 2). 2-enoyl-CoA reductase, which is not involved in the fatty acid synthesis of Pseudomonas aeruginosa by using the chromosome of Pseudomonas putida F1 as a template, CoA reductase, EC 1.3.1.44) was prepared and cloned (Table 1 and Table 2).

유전자gene 생산 효소Production enzyme atoDatoD 아세틸-CoA:아세토아세틸-CoA 트랜스퍼라아제 알파 서브유니트(acetyl-CoA:acetoacetyl-CoA transferase, alpha subunit)Acetyl-CoA: acetoacetyl-CoA transferase (alpha subunit) atoAatoA 아세틸-CoA:아세토아세틸-CoA 트랜스퍼라아제 베타 서브유니트(acetyl-CoA:acetoacetyl-CoA transferase, beta subunit)Acetyl-CoA: acetoacetyl-CoA transferase (beta subunit) 1.3.1.441.3.1.44 트랜스-2-에노실-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase)Trans-2-enoyl-CoA reductase (trans-2-enoyl-CoA reductase)

유전자gene 프라이머 서열Primer sequence 제한 효소Restriction enzyme atoDA ATODA 정방향Forward 5'-CTGCAGTAAAAAATGAAAACAAAATTGATGAC-3'5'-CTGCAGTAAAAAATGAAAACAAAATTGATGAC-3 ' PstIPstI 역방향Reverse 5'-AAGCTTTCATAAATCACCCCGTTGCGTAT-3'5'-AAGCTTTCATAAATCACCCCGTTGCGTAT-3 ' HindⅢHindIII 1.3.1.441.3.1.44 정방향Forward 5'-CCCGGGACGAGGTACAGACATTGGCCAT-3'5'-CCCGGGACGAGGTACAGACATTGGCCAT-3 ' SmaⅠSma I 역방향Reverse 5'-GGATCCTTACAGCTCGACGCAGTCGAAC-3'5'-GGATCCTTACAGCTCGACGCAGTCGAAC-3 ' BamHIBamHI

표 1의 유전자들을 특이적으로 증폭하도록 제작된 표 2의 프라이머를 사용하여 증폭하였다. atoDA 1.3.1.44 유전자의 각각의 RBS(ribosome binding site)를 포함하여 증폭하였다.The primers of Table 2, which were designed to specifically amplify the genes of Table 1, were amplified. ATODA And And amplified with each RBS (ribosome binding site) of the 1.3.1.44 gene.

각각의 중합효소연쇄반응은 통상적인 반응조건(10 mM Tris-HCl(pH 9.0), 50 mM KCI, 0.1% 트리톤 X-100, 2 mM MgSO4, Taq DNA 중합효소(DaKaRa)) 하에 95℃/5분(변성), 62℃/1분(어닐링) 및 72℃/1분(신장)동안 1회 수행한 후, 95℃/1분 (변성), 62℃/30초(어닐링) 및 72℃/1분(신장)의 조건으로 30회 반복 수행하였다. 마지막 단계로 안정적인 신장을 위해 95℃/1분(변성), 60℃/1분(어닐링) 및 72℃/5분(신장) 반응하였다. 중합효소연쇄반응 후 증폭된 DNA는 0.8% 아가로즈 젤 상에서 확인 후 정제하여 T-vector 클로닝에 이용하였다. pGEM-T easy 벡터(DaKaRa)에 라이게이션(ligation)을 수행하여 재조합 플라스미드인 pGEM::atoDA 및 pGEM::1.3.1.44를 제작하였다. 상기 재조합 플라스미드들은 대장균에서 형질전환을 실시하여 형질전환 대장균을 제조하였다.
Each of the polymerase chain reactions was performed under the usual reaction conditions (10 mM Tris-HCl (pH 9.0), 50 mM KCl, 0.1% Triton X-100, 2 mM MgSO 4 , Taq DNA polymerase (DaKaRa) 1 minute (denaturation), 62 [deg.] C / 30 sec (annealing) and 72 [deg.] C / 1 minute (elongation). As a final step, the cells were reacted at 95 ° C / 1 min (denaturation), 60 ° C / 1 min (annealing) and 72 ° C / 5 min (elongation) for stable elongation. After PCR, the amplified DNA was purified on 0.8% agarose gel, purified and used for T-vector cloning. ligation was performed on the pGEM-T easy vector (DaKaRa) to obtain a recombinant plasmid pGEM :: atoDA And pGEM :: 1.3.1.44. The recombinant plasmids were transformed in E. coli to produce transformed E. coli.

실시예Example 2: 재조합 플라스미드의 확인 2: Identification of recombinant plasmids

상기 실시예 1의 재조합 플라스미드인 pGEM-T::1.3.1.44와 pGEM-T:atoAD 및 대장균과 슈도모나스의 셔틀 벡터인 pUCP19(Schweizer H.P., Escherichia-Pseudomonas shuttle vectors derived from pUC18/19, Gene, (1991) 97:109-121)를 표 2에 열거된 제한효소로 37℃ 항온수조(water bath)에서 약 2시간동안 반응하였다. 각각의 DNA 절편들을 절단한 뒤 pUCP19 벡터의 다중삽입부위(multicloning site)에 도 2 및 도 3에 개시된 것과 같이 T4 라이게이즈(Dakara, 일본)를 이용하여 16℃에서 라이게이션 반응을 통해 재조합 플라스미드를 완성하였다. 각 단계마다 삽입된 유전자의 삽입여부를 확인하기 위해 대장균에 형질 전환 시킨 후 재조합 플라스미드를 추출하여 이를 다시 원래 삽입부위의 제한효소로 처리하여 잘린 DNA 조작의 크기를 0.8% 아가로즈 젤 상에서 전기영동을 실시하여 비교하는 방법을 사용하였다. The recombinant plasmids pGEM-T :: 1.3.1.44 of Example 1 and pGEM-T: ato AD and PUCP19 (Schweizer HP, Escherichia - Pseudomonas shuttle vectors derived from pUC18 / 19, Gene , (1991) 97: 109-121) which is a shuttle vector of Escherichia coli and Pseudomonas was transferred to a 37 ° C water bath ) For about 2 hours. Each of the DNA fragments was cut and ligated to a multicloning site of the pUCP19 vector using a T4 ligase (Dakara, Japan) as described in Figures 2 and 3 at 16 ° C to obtain a recombinant plasmid . In order to confirm the insertion of the inserted gene in each step, E. coli was transformed, and the recombinant plasmid was extracted and treated with the restriction enzyme at the original insertion site. The size of the cloned DNA was electrophoresed on 0.8% agarose gel A comparison method was used.

결과적으로, PCR 산물을 pUCP19 벡터에 도입하여 pJS31, pJS32 및 pJS33을 제조하였다. 도 2, 3 및 4는 상기 pJS31(1.3.1.44를 암호화하는 유전자 포함), pJS32(atoDA 유전자 포함) 및 pJS33(atoDA 및 1.3.1.44를 암호화하는 유전자 포함)라 명명된 벡터의 지도(map)를 나타내는 도면이다.
As a result, PCR products were introduced into pUCP19 vector to prepare pJS31, pJS32 and pJS33. Figures 2, 3 and 4 show a map of the vector named pJS31 (including genes encoding 1.3.1.44), pJS32 (including atoDA genes) and pJS33 (including genes encoding atoDA and 1.3.1.44) Fig.

실시예Example 3: 형질전환 대장균의 제조 3: Preparation of transformed E. coli

본 발명에서는 형질전환 대장균의 안정적 제조 및 효율을 높이기 위해 전기천공법(electroporation)에 의한 형질전환법을 사용하였다. In the present invention, a transformation method by electroporation was used in order to stably produce the transformed E. coli and increase the efficiency thereof.

상기 전기충격에 의한 형질전환법을 위해 16시간 동안 배양된 30 ㎕ (0.1%)의 야생형 대장균(E. coli MG1655) 배양액을 시험관에 들어있는 3 ㎖의 LB (10 g/L 트립톤, 10 g/L NaCl 및 5 g/L 효모추출물)배지에 접종하여 배양액의 흡광도(absorbance)가 600 ㎚ 파장에서 0.6에 이르렀을 때, 배양액 전체에 해당하는 3 ㎖의 배양액을 원심 분리(12000 rpm, 1분)하여 상등액과 세포를 분리하였다. 수확한 세포를 10% 글리세롤 1 ㎖로 1회 세척해준 후, 다시 원심분리(12000 rpm, 1분)를 실시하여 상등액과 세포로 분리하였다. 상등액을 제거하고 세포에 10% 글리세롤 80 ㎕를 첨가하여 현탁하였다. 현탁한 세포에 1 ㎕의 재조합 플라스미드(pJS31, pJS32 또는 pJS33)를 첨가하였다.30 μl (0.1%) of wild-type E. coli MG1655 culture medium cultured for 16 hrs was inoculated into 3 ml of LB (10 g / L tryptone, 10 g / L NaCl and 5 g / L yeast extract), and when the absorbance of the culture reached 0.6 at 600 nm wavelength, 3 ml of the culture solution corresponding to the whole culture was centrifuged (12000 rpm, 1 minute ) To separate the supernatant and the cells. The harvested cells were washed once with 1 ml of 10% glycerol, and then centrifuged again (12,000 rpm, 1 minute) to separate the supernatant and cells. The supernatant was removed and the cells were suspended in 80 [mu] l of 10% glycerol. 1 [mu] l of recombinant plasmid (pJS31, pJS32 or pJS33) was added to the suspended cells.

상기의 플라스미드가 들어있는 분주된 80 ㎕의 액체는 전기천공법 (electroporation)용 큐벳(Gene pulser cuvette, BIO-RAD, 미국)에 담아 진 퍼서 X셀(Gene pulser Xcell, BIO-RAD, 미국)로 전기 충격(2500 v, 25 μF, 200 Ω)을 가하였다. 사전에 준비해둔 1 ㎖ LB(10 g/L 트립톤, 10 g/L NaCl 및 5 g/L 효모추출물)를 첨가한 후에 1시간 동안 200 rpm, 37℃에서 진탕 배양하였다. 배양한 형질전환 대장균을 엠피실린(50 ㎍/㎖)이 첨가된 배지에서 단일균체가 생성될 때까지 배양하였다. 이를 통해 재조합 플라스미드인 pJS31, pJS32 또는 pJS33을 대장균(E. coli MG1655)에 형질 전환한 형질전환 대장균인 E. coli SGJS31, E. coli SGJS32 및 E. coli SGJS33을 제조하였다. 또한 야생형 대장균에 공벡터를 형질전환하여 같은 벡터를 이용하였을 때 지방산 생산 차이를 보고자 하였다(표 3).80 [mu] l of the liquid containing the above plasmid was transferred to a Gene pulser Xcell (BIO-RAD, USA) packed in an electroporation cuvette (BIO-RAD, USA) Electric shock (2500 v, 25 μF, 200 Ω) was applied. 1 ml of LB prepared beforehand (10 g / L of tryptone, 10 g / L of NaCl and 5 g / L of yeast extract) was added, followed by shaking culture at 200 rpm and 37 ° C for 1 hour. The cultured E. coli was cultured in medium supplemented with ampicillin (50 占 퐂 / ml) until single cells were produced. The recombinant plasmids pJS31, pJS32 or pJS33 were transformed into E. coli SGJS31, E. coli SGJS32 and E. coli transformed into E. coli MG1655 SGJS33. In addition, when the same vector was used to transform the empty vector into wild-type Escherichia coli, the fatty acid production was different (Table 3).

형질전환 대장균E. coli transformed 특징Characteristic E. coli SGJS30 E. coli SGJS30 Escherichia coli::pUCP19 Escherichia coli :: pUCP19 E. coli SGJS31 E. coli SGJS31 Escherichia coli::pUCP19::1.3.1.44 Escherichia coli :: pUCP19 :: 1.3.1.44 E. coli SGJS32 E. coli SGJS32 Escherichia coli::pUCP19::atoDA Escherichia coli :: pUCP19 :: ATOD E. coli SGJS33 E. coli SGJS33 Escherichia coli::pUCP19::1.3.1.44::atoDA Escherichia coli :: pUCP19 :: 1.3.1.44 :: atoDA

실시예Example 4: 형질전환 대장균의 특성 조사 4: Characterization of transformed E. coli

대장균에 형질 전환한 형질전환 대장균들을 LB(엠피실린 50 ㎍/㎖ 포함)배지에 약 16시간동안 전-배양하고 그 배양액을 다시 LB(엠피실린 50 ㎍/㎖ 포함)배지에 접종하여 흡광도가 600 ㎚에서 0.6-1.0 되었을 때 글리세롤 농도가 25%가 되게 보관용 균액으로 만든 다음 -80℃에서 배양실험 시까지 저장하였다. The transformed Escherichia coli transformed into Escherichia coli was pre-cultured in LB (containing ampicillin 50 μg / ml) for about 16 hours and the culture was inoculated again into LB (containing ampicillin 50 μg / ml) ㎚, and stored at -80 ℃ for the culture experiment.

상기에서 개발된 형질전환 대장균의 배양은 보관용 균액 30 ㎕을 엠피실린 50 ㎍/㎖이 첨가된 3 ㎖의 LB에 16시간동안 전-배양한 후, 이를 다시 500 ㎖ 플라스크에 들어있는 엠피실린 50 ㎍/㎖)이 첨가된 200 ㎖의 LB(10 g/L 트립톤, 10 g/L NaCl 및 5 g/L 효모 추출물) 배지에 0.5%의 전 배양액을 접종하여 37℃, 170 rpm 상태에서 24시간 동안 배양하였다. 형질전환 대장균과 비교하기 위한 야생형 대장균은 엠피실린을 포함하지 않는 LB에서 형질전환 대장균과 동일한 조건으로 실험을 실시하였다. 단백질 발현을 위해 배양액의 흡광도(absorbance)가 600 ㎚ 파장에서 0.6에 이르렀을 때 유도물질인 IPTG(isopropylthio-β-D-galactoside, sigma, 미국)를 첨가 (0.5 mM/㎖)하여 재조합 단백질의 발현을 유도하였다. 상기 예를 따라 초기 유도체의 발현으로 지방산 함량의 생산증대를 비교하기 위한 종과 본 발명의 목적으로 개발된 형질전환 대장균과 야생형 대장균의 생장곡선은 도면 5에서 보여주고 있다. The transformant Escherichia coli developed above was pre-cultured in 3 ml of LB supplemented with ampicillin (50 μg / ml) for 16 hours, followed by addition of ampicillin 50 (10 g / L of tryptone, 10 g / L of NaCl and 5 g / L of yeast extract) supplemented with 200 mL of the culture medium containing 0.5% Lt; / RTI > The wild type Escherichia coli to be compared with the transformed Escherichia coli was tested under the same conditions as the Escherichia coli transformed in LB containing no ampicillin. For protein expression, when the absorbance of the culture reached 0.6 at 600 nm wavelength, IPTG (isopropylthio-β-D-galactoside, Sigma, USA) was added (0.5 mM / Lt; / RTI > The growth curves of the transformed E. coli and the wild type Escherichia coli developed for the purpose of the present invention and the species for comparing the production increase of the fatty acid content by the expression of the initial derivative according to the above example are shown in FIG.

본 발명에서 형질전환 대장균들을 최소배지(minimal medium; MM)와 LB배지에서 성장성을 확인하였다. 최소배지의 배지 조성성분은 표 4에 나타내었다.In the present invention, the ability of transforming E. coli to grow in minimal medium (MM) and LB medium was confirmed. Medium composition components of the minimal medium are shown in Table 4.

Minimal medium(MM)Minimal medium (MM) 성분ingredient g/Lg / L Na2SO4 Na 2 SO 4 44 (NH4)2SO4 (NH 4) 2 SO 4 5.45.4 NH4ClNH 4 Cl 1.01.0 K2HPO4 K 2 HPO 4 7.37.3 NaH2PO4H2ONaH 2 PO 4 H 2 O 1.81.8 (NH4)2-H-시트레이트(NH 4) 2 -H- citrate 1212 MgSO4 MgSO 4 0.250.25 티아민Thiamine 0.020.02

당이 포함되어있지 않은 최소배지에서는 모든 형질전환 대장균들이 잘 성장하지 못하였고 글루코오스(glucose 10 g/L)이 포함된 배지에서는 포함되지 않은 배지에서보다 매우 많이 성장한 것을 확인할 수 있었다. LB 배지에서는 당이 포함되어 있는 배지에서 초기배양은 매우 빠르나 소비 후에는 포함되지 않았을 때보다 많이 성장하지 못한 것을 도 5에서 볼 수 있다. In the minimal medium containing no sugar, all of the transformed E. coli did not grow well. In the medium containing glucose (glucose 10 g / L) In the LB medium, the initial culture was very fast in the medium containing the saccharide, but it did not grow much more than when it was not contained after consumption.

형질전환 대장균이 대조군(공벡터가 형질전환된 형질전환 대장균)과 차이가 많이 나지 않는 이유는 유전자의 삽입이나 과발현에 의한 독성이나 저해가 크지 않았던 것으로 사료된다. 이는 유전자의 암호화부분은 효소의 과발현 기능을 포함하여 최소한의 길이를 가지도록 RBS(ribosomal binding site) 및 효소발현에 꼭 필요한 부분을 포함하는 염기서열만을 서열로 정하여 유전자의 발현에 의한 숙주세포의 대사부담 (metabolic burden)을 줄이고자 하였고 생산 경로에 맞춰 두 유전자의 순서가 순서대로 연결되게 개발하였기 때문이라고 예상된다.
The reason that the transfected E. coli was not much different from the control (the transformed E. coli transformed with the public vector) is considered to be not so large as toxicity or inhibition by gene insertion or overexpression. This is because the coding part of the gene includes the overexpression function of the enzyme so that the ribosomal binding site (RBS) and the nucleotide sequence including the essential part for expression of the enzyme are set to have the minimum length and the metabolism of the host cell It is expected to reduce the burden (metabolic burden) and to develop the sequence of the two genes to be connected in order according to the production route.

실시예Example 5: 지방산( 5: Fatty acids ( fattyfatty acidacid ) 측정) Measure

실시예 4의 조건으로 배양한 배양액 중 IPTG를 첨가한 후 24시간 동안 세포양이 충분해 졌을 때 형질전환 대장균 내에 있는 지방산(fatty acid)을 측정하기 위해서 지방산 추출을 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 추출과정은 5 단계로 나누어지며 첫 번째 과정 배양단계로 배양액 5 ㎖를 원심분리(4500 rpm, 10분) 후 형질전환 대장균을 -80℃에 저장하였다. 두 번째 과정은 비누화(saponification) 단계로 저장된 형질전환 대장균들을 제1용액(NaOH 45 g, MeOH 150 ㎖, 탈염증류수 150 ㎖)을 1 ㎖을 넣고 5-10초 동안 볼텍스 해주었다. 100℃에서 5분 동안 반응해준 뒤 다시 5-10초 동안 볼텍스 해준 후 다시 100℃, 25분 반응시켜 준 뒤 열을 식혀주었다. 세 번째 과정은 메틸화(methylation) 단계로, 제2용액(6 N HCl 325 ㎖, MeOH 275 ㎖) 2 ㎖을 첨가하고 5-10초 동안 볼텍스 해준 뒤 80℃에서 10분 동안 반응시켜주었다. 반응이 끝난 후에는 빨리 열을 식혀주었다. 네 번째 단계는 추출(extration) 단계로, 제3용액(헥산(Haxane)/메틸 테르트-부틸 이스터(Methyl tert-Butyl Ester)=1/1) 1.25 ㎖을 첨가하고 10분 동안 위아래로 흔들어 준 후에 층이 분리되면 아래층은 추출하여 제거하였다. 다섯 번째 단계는 GC로 분석을 용이하게 하기위해 세척단계로 앞 단계의 남은 상층액에 제4용액(NaOH 10.8 g, 탈염증류수 900 ㎖) 3 ㎖을 첨가해서 5분 동안 위아래로 흔들어 준 뒤 상층액을 추출하여 GC/MS로 분석하였다.When the amount of the cells was sufficient for 24 hours after addition of IPTG in the culture medium cultured under the condition of Example 4, fatty acid extraction was carried out in the following manner in order to measure the fatty acid in the transformed E. coli. The extraction process was divided into 5 stages. In the first step culturing, 5 ml of the culture was centrifuged (4500 rpm, 10 minutes), and the transformed E. coli was stored at -80 ° C. In the second step, 1 ml of the first solution (45 g of NaOH, 150 ml of MeOH, 150 ml of desalted distilled water) was added to the transformed Escherichia coli stored in the saponification step and vortexed for 5-10 seconds. After reacting at 100 ° C for 5 minutes, vortex for 5 to 10 seconds and then reacted again at 100 ° C for 25 minutes. The third step is a methylation step. 2 ml of the second solution (325 ml of 6N HCl, 275 ml of MeOH) is added, vortexed for 5-10 seconds, and reacted at 80 ° C for 10 minutes. After the reaction was completed, the heat was turned off quickly. The fourth step is an extration step in which 1.25 ml of a third solution (Haxane / Methyl tert-Butyl Ester = 1/1) is added and shaken up and down for 10 minutes After the layers were separated, the lower layer was extracted and removed. In the fifth step, 3 ml of the fourth solution (NaOH 10.8 g, desalted distilled water 900 ml) was added to the remaining supernatant to facilitate the analysis by GC, and the supernatant was shaken up and down for 5 minutes, Were extracted and analyzed by GC / MS.

본 발명에서 사용한 CG/MS는 5975 시리즈 MSD 및 아질런트(Agilent) 7890A이며 HP-5 컬럼 (30 m × 0.32 ㎜, 필름 두께 0.25 μ)을 사용하였다. 5분 동안 100℃, 5℃/분으로 220℃ 및 5분 동안 250℃ 조건 하에 GC 분석하였다.The CG / MS used in the present invention was a 5975 series MSD and Agilent 7890A and HP-5 column (30 m × 0.32 mm, film thickness 0.25 μ). GC analysis was performed at 100 DEG C for 5 minutes, 220 DEG C at 5 DEG C / min, and 250 DEG C for 5 minutes.

상기 예를 따라 지방산 함량 증진을 위해 형질전환 대장균 및 야생형 대장균의 지방산 추출 분석결과를 도 6에서 보여주고 있다. 슈도모나스 푸티다의 외래 유전자인 트랜스-2-에노실-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase) 유전자가 도입된 형질전환 대장균 SGJS31이 LB 배지에서 야생형 대장균보다 최대 2.6배 이상 증가한 것을 확인 할 수 있었다. 이는 도 1에서 보여준 것과 같이 유전자의 도입으로 지방산 생합성 경로에도 영향을 주어 지방산이 증진된 것으로 확인되었다. 한편, atoDA 유전자 및 트랜스-2-에노실-CoA 리덕타아제 유전자로 형질전환된 대장균의 경우, 트랜스-2-에노실-CoA 리덕타아제 유전자 단독으로 형질전환된 대장균보다 지방산 생산능이 감소하였다. 이와 같은 결과는, 트랜스-2-에노실-CoA 리덕타아제 유전자에 의한 형질전환에서, 내재성 유전자(endogenous gene)인 atoDA 유전자의 과발현이 트랜스-2-에노실-CoA 리덕타아제 유전자에 의한 지방산 생산능을 오히려 감소시킬 수 있음을 보여주는 매우 흥미로운 결과이며, 이러한 결과는 형질전환 대장균을 이용한 지방산 대량 생산에 있어서 조절 단계에 대한 중요한 단서를 제공한다.
FIG. 6 shows results of fatty acid extraction analysis of the transformed E. coli and wild-type E. coli for enhancing the fatty acid content according to the above example. It was confirmed that the transformed Escherichia coli SGJS31 transfected with the trans-2-enoyl-CoA reductase gene, which is a foreign gene of Pseudomonas putida, increased up to 2.6 times more than wild-type Escherichia coli in the LB medium Could. As shown in FIG. 1, it was confirmed that the introduction of the gene also affected the fatty acid biosynthetic pathway, thereby enhancing the fatty acid. On the other hand, E. coli transformed with the atoDA gene and the trans-2-enoyl-CoA reductase gene had a decreased ability to produce fatty acid than Escherichia coli transformed with trans-2-enoyl-CoA reductase alone. These results indicate that trans-2-enoyl-CoA reductase gene overexpression of the endogenous gene, atoDA gene, in trans-2-enoyl-CoA reductase gene Fatty acid production capacity, and these results provide important clues to the control step in fatty acid mass production using the transformed E. coli.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

<110> Industry-University Cooperation Foundation Sogang University <120> Method for Preparing Fatty acid using Transformed E.coli introducing Trans-2-enoyl-CoA reductase <130> PN120326 <160> 3 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 663 <212> DNA <213> atoD <400> 1 atgaaaacaa aattgatgac attacaagac gccaccggct tctttcgtga cggcatgacc 60 atcatggtgg gcggatttat ggggattggc actccatccc gcctggttga agcattactg 120 gaatctggtg ttcgcgacct gacattgata gccaatgata ccgcgtttgt tgataccggc 180 atcggtccgc tcatcgtcaa tggtcgagtc cgcaaagtga ttgcttcaca tatcggcacc 240 aacccggaaa caggtcggcg catgatatct ggtgagatgg acgtcgttct ggtgccgcaa 300 ggtacgctaa tcgagcaaat tcgctgtggt ggagctggac ttggtggttt tctcacccca 360 acgggtgtcg gcaccgtcgt agaggaaggc aaacagacac tgacactcga cggtaaaacc 420 tggctgctcg aacgcccact gcgcgccgac ctggcgctaa ttcgcgctca tcgttgcgac 480 acacttggca acctgaccta tcaacttagc gcccgcaact ttaaccccct gatagccctt 540 gcggctgata tcacgctggt agagccagat gaactggtcg aaaccggcga gctgcaacct 600 gaccatattg tcacccctgg tgccgttatc 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ctcgaccgca tgtaccgcga ccgtatgtac 960 cgcaccgacg gtgcgccggc agaggtcgac gagaaggggc gcctgcgcct ggacgactgg 1020 gaactgcgtg acgacgtgca aaacgcctgc aaggccctgt ggccacaggt gaccaccgag 1080 aacctgttcg agctgaccga ctacgccggt tacaagaagc agttcctcaa cctgttcggc 1140 ttcgagcgcg ctgacgtcaa ctacgacgaa gacgtggcca ccgatgtgaa gttcgactgc 1200 gtcgagctgt aa 1212 <110> Industry-University Cooperation Foundation Sogang University <120> Method for Preparing Fatty acid using Transformed E. coli          introducing Trans-2-enoyl-CoA reductase <130> PN120326 <160> 3 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 663 <212> DNA <213> AToD <400> 1 atgaaaacaa aattgatgac attacaagac gccaccggct tctttcgtga cggcatgacc 60 atcatggtgg gcggatttat ggggattggc actccatccc gcctggttga agcattactg 120 gaatctggtg ttcgcgacct gacattgata gccaatgata ccgcgtttgt tgataccggc 180 atcggtccgc tcatcgtcaa tggtcgagtc cgcaaagtga ttgcttcaca tatcggcacc 240 aacccggaaa caggtcggcg catgatatct ggtgagatgg acgtcgttct ggtgccgcaa 300 ggtacgctaa tcgagcaaat tcgctgtggt ggagctggac ttggtggttt tctcacccca 360 acgggtgtcg gcaccgtcgt agaggaaggc aaacagacac tgacactcga cggtaaaacc 420 tggctgctcg aacgcccact gcgcgccgac ctggcgctaa ttcgcgctca tcgttgcgac 480 accttggca acctgaccta tcaacttagc gcccgcaact ttaaccccct gatagccctt 540 gcggctgata tcacgctggt agagccagat gaactggtcg aaaccggcga gctgcaacct 600 gaccatattg tcacccctgg tgccgttatc gaccacatca tcgtttcaca ggagagcaaa 660 taa 663 <210> 2 <211> 650 <212> DNA <213> atoA <400> 2 tggatgcgaa acaacgtatt gcgcgccgtg tggcgcaaga gcttcgtgat ggtgacatcg 60 ttaacttagg gatcggttta cccacaatgg tcgccaatta tttaccggag ggtattcata 120 tcactctgca atcggaaaac ggcttcctcg gtttaggccc ggtcacgaca gcgcatccag 180 atctggtgaa cgctggcggg caaccgtgcg gtgttttacc cggtgcagcc atgtttgata 240 gcgccatgtc atttgcgcta atccgtggcg gtcatattga tgcctgcgtg ctcggcggtt 300 tgcaagtaga cgaagaagca aacctcgcga actgggtagt gcctgggaaa atggtgcccg 360 gtatgggtgg cgcgatggat ctggtgaccg ggtcgcgcaa agtgatcatc gccatggaac 420 attgcgccaa agatggttca gcaaaaattt tgcgccgctg caccatgcca ctcactgcgc 480 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Claims (7)

다음의 단계를 포함하는 형질전환 대장균을 이용한 지방산의 제조방법:
(a) 슈도모나스 푸티다(Pseudomonas putida)의 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제(trans-2-enoyl-CoA reductase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하여 재조합 벡터를 제조하는 단계;
(b) 상기 재조합 벡터를 대장균에 형질전환하여 형질전환 대장균을 제조하는 단계;
(c) 상기 형질전환 대장균을 배양하여 지방산을 제조하는 단계; 및
(d) 상기 지방산을 수득하는 단계.
A method for producing a fatty acid using transformed E. coli comprising the steps of:
(a) preparing a recombinant vector by inserting a nucleotide sequence encoding trans-2-enoyl-CoA reductase of Pseudomonas putida into an expression vector;
(b) transforming the recombinant vector into E. coli to produce a transformed E. coli;
(c) culturing the transformed E. coli to prepare a fatty acid; And
(d) obtaining the fatty acid.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열은 서열목록 제3서열인 것을 특징으로 하는 방법.
2. The method of claim 1, wherein the nucleotide sequence encoding the trans-2-enoyl-CoA reductase is SEQ ID NO: 3.
제 1 항에 있어서, 상기 재조합 벡터는 lac 프로모터 서열을 포함하며 상기 lac 프로모터 서열은 상기 트랜스-2-에노일-CoA 리덕타아제를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열에 작동적으로(operatively) 결합된 것을 특징으로 하는 방법.
The recombinant vector of claim 1, wherein the recombinant vector comprises a lac promoter sequence and the lac promoter sequence is operatively linked to a nucleotide sequence encoding the trans-2-enyl-CoA reductase. How to.
제 1 항에 있어서, 상기 형질전환은 전기천공법을 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. The method of claim 1, wherein the transformation employs electroporation.
제 1 항에 있어서, 상기 형질전환 대장균은 야생형 대장균과 비교하여 2-4배 증가된 지방산 생산능을 나타내는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the transformed E. coli exhibits a 2-4-fold increase in fatty acid production ability as compared to that of wild-type E. coli.
삭제delete
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Sara Tucci 등. FEBS Letters. Vol. 581, No. 8, 페이지 1561-1566 (2007) *
Sara Tucci 등. FEBS Letters. Vol. 581, No. 8, 페이지 1561-1566 (2007)*

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