KR101523683B1 - 신규한 루테올린-7-o-n-아세틸-d-글루코사민우론산 화합물 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자와 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp.) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 대사조절된 대장균에 발현시켜 루테올린에서 신규한 화합물인 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산(Luteolin-7-O-N-acetyl-D-glucosaminuronic acid)을 합성하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 신규한 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산 화합물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자와 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .)에서 유래한 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 대사조절된 대장균에 발현시켜 루테올린에서 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산(Luteolin-7-O-N-acetyl-D-glucosaminuronic acid)을 합성하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배양방법과 유전자 조작기술이 잘 확립되어 있는 대장균과 같은 미생물에 유용한 유전자를 도입함으로써 천연물을 효소학적으로 변형할 수 있는데, 이러한 방법을 생물전환법(biotransformation)이라 한다. 생물전환법을 이용하면 반응중간에 들어가는 값비싼 보조인자(cofactor)를 절약할 수 있는 장점을 가지고있다.
새로운 의약 후보물질로 많은 관심을 불러일으키고 있는 플라보노이드는 식물이 만들어 내는 많은 이차 대사산물 중 하나이다. 플라보노이드는 항산화 작용, 항암효과, 항염 및 항알러지효과 등과 같은 여러 가지 생리활성을 가지는 것으로 보고되고 있다. 이러한 플라보노이드의 당화(glycosylation)는 용해도가 증가되고, 동시에 흡수성이 높아지는 것으로 알려져 있다. 이처럼 천연물이 특정한 구조적 변형이 일어나면 생리활성이 변하는데, 대표적인 구조적 변형 방법은 하이드록시기(-OH) 그룹에 당(glucose) 한 분자를 전이시켜 주는 역할을 하는 당전이효소(glycosyltransferases)를 이용하는 것이다.
루테올린(luteolin)은 과일과 야채에 존재하는 플라보노이드로 탁월한 산화방지제이자 우수한 자유 라디칼 소거제이다. 또한, 효소적 지질 과산화반응, 비효소적 지질 과산화반응 및 CCl4-유도된 지질 과산화반응 모두를 억제한다. 루테올린은 심혈관계에 대해 유리한 영향을 미치며, 죽상경화증의 전개를 예방할 수도 있다. 특히, 루테올린의 항암 효과는 다양한 인간 종양 세포주에 대해 상당한 항증식성 활성으로부터 자명하게 증명되었다. 또한 루테올린은 소염성, 항바이러스성, 항박테리아성 및 방사선 방호성이 보고된 바 있으며, 효소 알도즈 환원효소(aldose reductase)의 저해제로서 당뇨성 백내장의 전개에 대한 예방적 효과도 보고되었다.
당전이효소는 핵산당(nucleotide sugar)을 당 공여체(donor)로 이용하는데, 본 발명은 새로운 구조의 핵산당을 대장균에서 만들기 위해 대장균의 핵산당 대사경로를 분석하고 핵산당 합성경로에 있는 물질들을 기질로 사용할 수 있는 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine 6-dehydrogenase) 유전자를 대장균에 도입하였다. UGlcNAcDH 유전자는 UDP-N-아세틸글루코사민(acetylglucosamine)을 이용하여 UDP-N-아세틸-글루코사민우론산(glucosaminuronic acid)을 만들며, 이렇게 만들어진 UDP-N-아세틸-글루코사민우론산은 당전이효소에 의해 기질에 당화된다. 본 발명은 기질로 루테올린을 사용하였고, 상기와 같은 반응을 통해 신규 화합물인 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산(Luteolin-7-O-N-acetyl-D-glucosaminuronic acid)을 합성하였다.
이러한 물질은 자연계에는 존재하지 않으며, 또한 기존의 화학적인 방법을 이용해서 합성하는 것은 거의 불가능하다. 생물전환법(효소학적 합성 방법)은 화학적 합성법으로 물질을 변형하기 어려운 위치 선택성과 키랄 선택성을 가지기 때문에 화학적 합성법에 비하여 여러 가지 장점을 가지고 있다. 따라서, 본 발명의 두 유전자(AmUGT 및 UGlcNAcDH)를 가지고 대장균을 이용한 생물전환법은 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산을 생산할 수 있는 새로운 방법이 될 수 있을 것이다.
한국등록특허 제0716797호에는 '당전이 효소를 이용한 당전이 화합물의 유도체 제조방법 및 이로부터 제조된 유도체'가 개시되어 있고, 한국공개특허 제2001-0085971호에는 '루테올린 및 이의 유도체의 제조방법'이 개시되어 있으나, 본 발명의 신규한 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산 화합물 및 이의 제조방법에 대해서는 기재된 바가 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명자는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자와 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 대사조절된 대장균에 발현시키고, 상기 형질전환 대장균을 이용하여 루테올린을 기질로 하여 신규한 화합물인 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산을 합성함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 신규한 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산(Luteolin-7-O-N-acetyl-D-glucosaminuronic acid) 화합물을 제공한다.
또한, 본 발명은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터를 함유하는 상기 신규 화합물의 제조용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은
a) 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;
b) 상기 발현벡터들을 대장균에 형질전환시키는 단계; 및
c) 상기 형질전환 대장균을 배양하면서 루테올린을 기질로 첨가하는 단계를 포함하는 상기 신규 화합물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환되어 상기 신규 화합물을 생산하는 형질전환 대장균을 제공한다.
또한, 본 발명은 신규한 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산 화합물을 유효성분으로 포함하는 식품 조성물을 제공한다.
본 발명은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 대장균에 발현시켜 신규한 화합물을 합성하는 것에 관한 것이다. 본 발명을 통하여 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 대장균 시스템을 통하여 루테올린을 기질로 하여 신규한 화합물인 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산을 만들어내었다. 본 발명의 화합물인 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산은 그 화합물을 구성하고 있는 각각의 구성성분이 가지는 기능성으로 인하여 각종 식품, 의약품 및 화장품 등에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 기질 루테올린으로부터 신규 화합물인 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산을 합성하는 것을 도식화한 그림이다.
도 2는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 형질전환시킨 대사조절된 대장균을 이용하여 루테올린을 기질로 생물전환을 실시하여 얻은 반응물을 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)로 분석한 결과이다.
도 3은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 형질전환시킨 대사조절된 대장균을 이용하여 루테올린을 기질로 생물전환을 실시하여 얻은 반응물의 질량분석(MS) 결과이다.
도 4는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현 벡터별로 신규 화합물의 생산량을 비교한 결과이다. Product; 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산, Substrate; 루테올린.
도 5는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 pCDFDuet 벡터로 형질전환시킨 대사조절된 대장균에서 단백질 발현 유도 배양 조건에서 온도 및 시간을 달리하여 신규 화합물의 생산량을 비교한 결과이다.
도 6은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 pCDFDuet 벡터로 형질전환시킨 대사조절된 대장균에서 단백질 발현 유도 배양 조건 중 세포 농도별로 신규 화합물의 생산량을 비교한 결과이다. Product; 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산.
도 7은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현 벡터로 형질전환시킨 대사조절된 대장균을 최적화된 조건에서 배양하며, 신규한 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산 화합물의 생산량을 확인한 결과이다. P; 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산, S; 루테올린.
도 2는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 형질전환시킨 대사조절된 대장균을 이용하여 루테올린을 기질로 생물전환을 실시하여 얻은 반응물을 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)로 분석한 결과이다.
도 3은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 형질전환시킨 대사조절된 대장균을 이용하여 루테올린을 기질로 생물전환을 실시하여 얻은 반응물의 질량분석(MS) 결과이다.
도 4는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현 벡터별로 신규 화합물의 생산량을 비교한 결과이다. Product; 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산, Substrate; 루테올린.
도 5는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 pCDFDuet 벡터로 형질전환시킨 대사조절된 대장균에서 단백질 발현 유도 배양 조건에서 온도 및 시간을 달리하여 신규 화합물의 생산량을 비교한 결과이다.
도 6은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 pCDFDuet 벡터로 형질전환시킨 대사조절된 대장균에서 단백질 발현 유도 배양 조건 중 세포 농도별로 신규 화합물의 생산량을 비교한 결과이다. Product; 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산.
도 7은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자와 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현 벡터로 형질전환시킨 대사조절된 대장균을 최적화된 조건에서 배양하며, 신규한 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산 화합물의 생산량을 확인한 결과이다. P; 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산, S; 루테올린.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1의 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산(Luteolin-7-O-N-acetyl-D-glucosaminuronic acid) 화합물을 제공한다.
또한, 본 발명은 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터를 함유하는 상기 화합물의 제조용 조성물을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 조성물은 AmUGT 유전자 및 UGlcNAcDH 유전자가 하나의 발현 벡터에 함께 도입될 수도 있고, 별개의 발현 벡터에 각각 도입될 수도 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 조성물에서, 상기 금어초 유래 당전이 효소 AmUGT 유전자는 서열번호 1의 염기서열로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 염기 서열의 상동체가 본 발명의 범위 내에 포함된다. 구체적으로, 상기 유전자는 서열번호 1의 염기 서열과 각각 70% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 더 더욱 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 가지는 염기 서열을 포함할 수 있다. 폴리뉴클레오티드에 대한 "서열 상동성의 %"는 두 개의 최적으로 배열된 서열과 비교 영역을 비교함으로써 확인되며, 비교 영역에서의 폴리뉴클레오티드 서열의 일부는 두 서열의 최적 배열에 대한 참고 서열(추가 또는 삭제를 포함하지 않음)에 비해 추가 또는 삭제(즉, 갭)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 조성물에서, 상기 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자는 서열번호 2의 염기서열로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 염기 서열의 상동체가 본 발명의 범위 내에 포함되는데 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
용어 "벡터"는 세포 내로 전달하는 DNA 단편(들), 핵산 분자를 지칭할 때 사용된다. 벡터는 DNA를 복제시키고, 숙주세포에서 독립적으로 재생산될 수 있다. 용어 "전달체"는 흔히 "벡터"와 호환하여 사용된다. 용어 "발현 벡터"는 목적한 코딩 서열과, 특정 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열을 발현하는데 필수적인 적정 핵산 서열을 포함하는 재조합 DNA 분자를 의미한다. 진핵세포에서 이용가능한 프로모터, 인핸서, 종결신호 및 폴리아데닐레이션 신호는 공지되어 있다.
본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명의 벡터는 원핵세포를 숙주로 하여 구축될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터(예: pLλ프로모터, trp 프로모터, lac 프로모터, T7 프로모터, tac 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 리보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 숙주 세포로서 대장균(E. coli)이 이용되는 경우, 대장균 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위, 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터(pLλ프로모터)가 조절 부위로서 이용될 수 있다.
한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드(예: pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pGEX 시리즈, pET 시리즈 및 pUC19 등), 파지(예: λgt4·λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스(예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다.
본 발명의 벡터는 선택표지로서, 당업계에서 통상적으로 이용되는 항생제 내성 유전자를 포함할 수 있으며, 예를 들어 암피실린, 겐타마이신, 카베니실린, 클로람페니콜, 스트렙토마이신, 카나마이신, 게네티신, 네오마이신 및 테트라사이클린에 대한 내성 유전자가 있다.
또한, 본 발명의 일 구현 예에 따른 조성물은 대장균을 추가로 포함하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 포스포글루코뮤타제(phsophoglucomutase)가 결손된 대장균을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은
금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;
상기 발현벡터들을 대장균에 형질전환시키는 단계; 및
상기 형질전환 대장균을 배양하면서 루테올린을 기질로 첨가하는 단계를 포함하는 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 금어초 유래 당전이 효소 AmUGT 유전자는 서열번호 1의 염기서열로, 상기 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자는 서열번호 2의 염기서열로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 염기 서열의 상동체가 본 발명의 범위 내에 포함되는데 구체적인 내용은 전술한 바와 같다.
본 발명의 벡터를 숙주세포 내로 운반하는 방법은, 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법, 하나한 방법(Hanahan, 1983, J. Mol. Biol. 166:557-580) 및 전기천공 방법 등에 의해 실시될 수 있다.
본 발명의 일 구현 예에 따른 방법에서, 상기 발현벡터들로 형질전환된 대장균은 바람직하게는 포스포글루코뮤타제(phsophoglucomutase)가 결손된 대장균일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 또 다른 구현 예에 따른 방법에서, 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산 생산을 위한 상기 형질전환 대장균의 단백질 발현 유도 배양 조건은 15~30℃의 온도, 배양 시간 12~72시간 및 세포농도 OD600=2~10일 수 있고, 바람직하게는 17~19℃의 온도, 배양 시간 45~55시간, 세포 농도는 600nm=4~5, 가장 바람직하게는 18℃의 온도, 48시간 배양 및 세포농도 OD600=5일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명은 또한, 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp .) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환되어 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산을 생산하는 대장균을 제공한다.
본 발명의 일 구현 예에 있어서, 상기 대장균은 바람직하게는 포스포글루코뮤타제(phsophoglucomutase)가 결손된 대장균일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 신규한 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산 화합물을 유효성분으로 포함하는 식품 조성물을 제공한다. 본 발명의 화합물을 포함하는 식품으로서는 제한은 없으나, 아이스크림, 샤베트, 빙과 등의 냉과류; 유음료, 유산균 음료, 청량음료(과즙이 함유된 것을 포함), 탄산음료, 야채/과실 음료, 스포츠음료, 분말음료 등의 음료류; 리큐르 등의 알코올음료; 커피음료, 홍차 음료 등의 차 음료류; 콘소메 스프, 포타지 스프 등의 스프류; 카스타드 푸딩, 밀크 푸딩, 과즙 함유 푸딩 등의 푸딩류, 젤리, 바발로아(babaloa) 및 요구르트 등의 디저트류; 츄잉검이나 풍선검 등의 검류(스틱검, 당코팅된 검볼); 마블 쵸콜렛 등의 코팅된 쵸콜렛 외에 딸기 쵸콜렛, 블루베리 쵸콜렛 및 멜론 쵸콜렛 등의 풍미를 부가한 쵸콜렛 등의 쵸콜렛류; 경질 사탕(hard candy)(봉봉, 버터볼, 마블 등을 포함), 연질 사탕(softcandy)(캬라멜, 누가(nougat), 구미캔디(gummy candy), 마쉬멜로우(marshmallow) 등을 포함), 드로프(drop), 태피(taffy) 등의 캬라멜류; 하드 비스켓, 쿠키, 오카키(okaki, 쌀 크래커), 전병(sembei, 쌀 크래커) 등의 구운 과자류; 절임류, 김치, 세퍼레이트 드레싱, 오일 프리 드레싱, 케첩, 딥, 소스 등의 소스류; 딸기잼, 블루베리잼, 마말레이드, 사과잼, 살구잼, 설탕조림과일(preserves) 등의 잼류; 적포도주 등의 과실주; 시럽에 조린 체리, 살구, 사과, 딸기, 배 등의 가공용 과실; 햄, 소시지, 로스트 포크 등의 육류 가공품; 어육햄, 어육소시지, 어육 필레(fillet), 어묵; 치즈 등의 낙농 제품류; 우동, 냉국수, 소면, 메밀국수, 중국식 메밀국수, 스파게티, 마카로니, 쌀국수(bifun), 당면 및 만두국 등의 면류; 이외 각종 부식 등의 다양한 가공 식품을 들 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1. 금어초
당전이효소
유전자의
클로닝
및 대장균 발현벡터 제작
금어초 당전이효소 유전자의 분리
금어초의 꽃을 액체질소로 곱게 갈아 총 RNA를 분리했다. 분리한 총 RNA를 사용하여 올리고-dT를 프라이머로 하여 역전사를 실시하여 cDNA를 합성하였다. 총 cDNA를 주형으로 금어초의 게놈에서 얻은 염기 서열을 바탕으로 NdeI과 XhoI 제한효소 자리를 삽입하여 만든 정방향(5'-GCCATATGGAGGACACTATCGTTCTCTACG-3'; 서열번호 3, 밑줄; NdeI 자리) 및 역방향 (5'-GCCTCGAGTTAAGAAACCACCATATCAACA-3'; 서열번호 4, 밑줄; XhoI 자리) 프라이머를 이용하여 중합효소연쇄반응(PCR, polymerase Chain Reaction)을 실시하였다.
PCR은 Taq 폴리머라제를 위의 cDNA 및 프라이머들과 혼합하여 94℃ 60초, 55℃ 60초, 72℃ 90초의 사이클을 40회 반복하여 수행하였고, PCR 결과 약 1.3kbp에 해당되는 금어초 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자를 증폭하였다. 증폭된 DNA를 대장균 클로닝 벡터인 pGEMT-easy에 옮겨 염기서열을 결정하였다.
AmUGT 유전자를 발현시키기 위한 벡터 제작
클로닝한 금어초 당전이효소 유전자를 발현시키기 위하여 상기 NdeI과 XhoI 제한효소 자리를 삽입하여 만든 AmUGT 당전이효소 유전자의 정방향 및 역방향 프라이머(서열번호 3 및 서열번호 4)와 pfu Taq 폴리머라제를 이용하여 이차 PCR을 수행한 후, PCR 산물을 제한효소로 처리한 후, pACYCDuet, pCDFDuet 및 pETDuet 벡터(Novagen, 독일)에 각각 클로닝하였다.
실시예
2.
UGlcNAcDH
유전자의 합성 및 대장균 발현벡터 제작
UGlcNAcDH 유전자의 합성
바실러스 세레우스 아종 cytotoxis NVH391-98(Bacillus cereus subsp. cytotoxis NVH391-98) 유래 UGlcNAcDH 유전자는 이전에 발표된 논문(Gu et al., 2010, J. Biol. Chem. 285:24825-24833)의 염기서열을 바탕으로 바이오니아(한국)에서 합성하였고, 코돈 최적화를 통해 대장균에서 단백질이 더욱 잘 발현되도록 하였다. 또한 UGlcNAcDH 유전자의 합성시 5' 끝에 EcoRI 자리를 3' 끝에 NotI 자리를 넣어서 합성을 진행하였다.
UGlcNAcDH 유전자를 발현시키기 위한 벡터 제작
합성한 UGlcNAcDH 유전자를 발현시키기 위하여 EcoRI과 NotI 제한효소로 합성한 DNA를 처리하고, AmUGT 유전자가 삽입되어 있는 pACYCDuet, pCDFDuet 및 pETDuet 벡터에 삽입하였다.
실시예
3.
AmUGT
유전자 및
UGlcNAcDH
유전자 형질전환 대장균 제조 및 생물전환방법을 이용한 새로운 물질 생산
포스포글루코뮤타제(phsophoglucomutase)가 결손된 것을 특징으로 하는 대장균 BL21(△pgm)에 상기 AmUGT 유전자와 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터를 형질전환하였다. AmUGT 유전자와 UGlcNAcDH 유전자를 발현하는 형질전환 대장균을 50㎍/㎖ 클로람페니콜(pACYCDuet 벡터), 50㎍/㎖ 스펙티노마이신(pCDFDuet 벡터) 및 50㎍/㎖ 엠피실린(pETDuet 벡터)의 항생제를 첨가한 LB 배지에 종균배양 하였다. 밤샘 배양한 종균배양 대장균 균주를 새로운 LB 배지에 접종하고, 600nm에서 흡광도 값 0.8까지 되게 배양하였다. 배양된 대장균에 IPTG를 최종농도 1mM로 첨가해 주고, 18℃에서 20시간 동안 단백질을 발현시킨다. 배양된 대장균은 원심분리를 하여 상등액은 버리고, 회수된 대장균은 50㎍/㎖ 클로람페니콜(pACYCDuet 벡터), 50㎍/㎖ 스펙티노마이신(pCDFDuet 벡터), 50㎍/㎖ 엠피실린(pETDuet 벡터) 및 2% 글루코스가 첨가된 M9 배지에 흡광도 600nm에서 값이 5.0가 되게 맞추어 주었다. 여기에 최종 농도가 100μM이 되게 기질인 루테올린을 첨가해주고 30℃에서 24시간 동안 진탕 배양하였다. 상등액은 끊임법(boiling)을 이용하여 추출하였다. 반응물은 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 분석에 이용하였다.
그 결과, 루테올린으로부터 새로운 화합물의 생성이 확인되었고(도 2), 이 물질의 분자량을 질량분석으로 확인해본 결과 502.3-Da 크기의 물질임이 확인되었다(도 3).
실시예
4: 대장균 발현벡터별 루테올린-7
-O-N
-아세틸-D-
글루코사민우론산
생산량 비교
루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산(luteolin-7-O-N-acetyl-D-glucosaminuronic acid)의 생산 조건의 최적화를 위해 UGlcNAcDH 유전자의 발현을 위한 대장균 발현벡터별 생산량의 차이를 비교해보았다. 사용된 발현벡터의 종류는 pACYCDuet, pCDFDuet 및 pETDuet 벡터이다. 상기 실시예 3에서의 방법과 동일하게 새로운 화합물의 생성을 확인하였다. 각각의 벡터별 반응물을 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였다.
그 결과, 동량의 루테올린을 기질로 넣어주었을 때, pCDFDuet 벡터를 사용한 대장균주에서 신규 화합물인 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산의 생성량이 가장 높았다(도 4).
실시예
5. 형질전환 대장균의 단백질 발현 유도 배양 조건 최적화를 통한 신규 화합물의 생산량 비교
최적의 발현벡터를 사용하여 AmUGT 유전자 및 UGlcNAcDH 유전자를 발현하는 대장균 BL21(△pgm)은 항생제를 첨가한 LB 배지에 종균배양 하였다. 밤샘 배양한 종균배양 대장균 균주를 새로운 LB 배지에 접종하였다. 대장균은 흡광도 600nm에서 값이 0.8까지 되게 배양하였고, 배양된 대장균에 IPTG를 1mM로 첨가해 주고, 18℃, 25℃ 및 30℃에서 1일(24시간) 및 2일(48시간) 동안 단백질을 발현시켰다. 배양된 대장균은 원심분리를 하여 상등액을 버리고, 회수된 대장균은 항생제 및 2% 글루코스가 첨가된 M9 배지에 흡광도 600nm에서 값이 2.5가 되게 맞추어 주었다. 여기에 최종 농도가 100μM이 되도록 기질인 루테올린을 첨가해주고 30℃에서 24시간 동안 진탕 배양한 후, 상등액은 끊임법을 이용하여 추출하였다. 반응물은 고성능 액체 크로마토그래피 분석에 이용하였다.
그 결과, 단백질 발현 유도 배양 조건에서 25℃ 및 30℃의 온도 조건보다 18℃ 온도 조건에서 신규 화합물의 생산량이 좋았으며, 1일(24시간) 배양 시간보다 2일(48시간) 동안 단백질 발현을 유도한 조건에서 신규 화합물인 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산의 생산량이 더 좋은 것으로 확인되었다(도 5).
실시예
6. 세포 농도 조건 최적화를 통한 신규 화합물의 생산량 비교
AmUGT 유전자와 UGlcNAcDH 유전자를 가지고 있는 대장균 BL21(△pgm)을 항생제를 첨가한 LB 배지에 종균배양 하였다. 밤샘 배양한 종균배양 대장균 균주를 새로운 LB 배지에 접종하고, 대장균은 흡광도 600nm에서 0.8까지 되도록 배양하였다. 배양된 대장균에 IPTG를 1mM로 첨가해 주고, 18℃ 온도에서 1일(24시간)동안 단백질을 발현시켰다. 배양된 대장균은 원심분리를 하여 상등액을 버리고, 회수된 대장균은 항생제 및 2% 글루코스가 첨가된 M9 배지에 흡광도 600nm에서 값이 각 1.0, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 5.0, 7.0 및 10이 되게 맞추어 주었다. 여기에 최종 농도가 100μM이 되도록 기질인 루테올린을 첨가해주고 30℃에서 24시간 동안 진탕 배양하였다. 상등액은 끊임법을 이용하여 추출하고, 반응물은 고성능 액체 크로마토그래피 분석에 이용하였다.
그 결과, 세포 농도가 흡광도 600nm에서 값이 5가 될때까지 세포 농도 의존적으로 신규 화합물의 생산량이 증가되었고, 흡광도 600nm에서 값이 5를 넘어서는 경우부터는 신규 화합물의 생산량이 다시 감소되는 것을 확인하였다(도 6).
이상의 결과들을 통해, UGlcNAcDH 유전자 발현을 위한 벡터는 pCDFDuet을 사용하고, 당전이효소 AmUGT 유전자 및 UGlcNAcDH 유전자를 가지고있는 대장균 BL21(△pgm)을 흡광도 600nm에서 값이 4~5가 되도록 세포농도를 맞추고, 18℃ 온도에서 2일(48시간) 동안 배양하는 단백질 발현 유도 조건에서, 신규한 루테올린-7-O-N-아세틸-D-글루코사민우론산 화합물의 생산이 최적화됨을 확인하였다.
<110> Konkuk University Industrial Cooperation Corp
<120> Novel compound Luteolin-7-O-N-acetyl-D-glucosaminuronic acid and
method for producing the same
<130> PN13210
<160> 4
<170> KopatentIn 2.0
<210> 1
<211> 1374
<212> DNA
<213> Antirrhinum majus
<400> 1
atggaggaca ctatcgttct ctacgcttca gcagagcacc ttaactccat gctactactc 60
ggcaaactca tcaacaaaca ccaccccaca atctccgtcg ccattatcag caccgcccca 120
aacgccgccg ctagttccgt cgccgacgtg gcggccatat cttatcagca actcaaaccg 180
gccactctcc cttcggatct aaccaaaaac ccaatcgagc tcttcttcga aatcccacgt 240
ctacataatc ctaacttgct cgaagcgctg gaagaactgt cactaaaatc aaaagtaagg 300
gcatttgtga tagatttctt ttgcaatccc gcatttgagg tttcgactag cttgaacata 360
cccacttact tctatgtcag cagcggcgcg tttgggctat gcgggttctt gcattttccg 420
acaatcgacg aaactgtcga aaaagacatc ggtgaactga acgatatctt ggagatcccg 480
ggttgccccc cggttttgtc ctcggatttt ccgaaaggta tgttctttcg caagagtaac 540
acttacaagc attttttaga cacggcgaaa aacatgagga gagcgaaagg gatcgtggtg 600
aacgccttcg acgcgatgga gttccgagct aaagaagccc tcgtcaacaa tctgtgcgta 660
cccaattcgc caactccccc agttttctta gtcggcccat tggtcggagc aagcacaact 720
acgaaaacca caaacgaaca gcacgaatgc ttgaaatggc tggacgtgca gccagacaga 780
agcgtgatct tcttatgttt cggtaggagg ggtttgttct ccgcagacca attgaaggaa 840
atcgcaattg gtctggagaa cagcggccac aggttcctgt ggtccgtgcg ttgcccacca 900
agtaagccta actcttataa cactgatccg gacctggacg agctcctgcc cgaggggttt 960
ttgtccagga ccgagacccg gggtttcgtg atcaagtcgt gggcgcctca gaaggaggtg 1020
ctgagccatg gcgcggttgg agggttcgtg acgcactgtg ggaggagttc gatattggaa 1080
gcggtgtcgt ttggggtgcc gatgatcggg tggccgatat acgcggagca gaggatgaat 1140
agggtgttca tggtggagga gatgaaggtg gcgttgcagt tggatgaggt ggaggaaggg 1200
ttcgtggcgg cggtggaatt ggagaagaga gtgaaggagt tgatggattc gaagaatggg 1260
agagcggtta ggcagagagt gaaggagatg aaagtggcgg ctgaggtggc ggttgaaaag 1320
ggtggttcgt cagttgtggc gttgcaacgc tttgttgata tggtggtttc ttaa 1374
<210> 2
<211> 1287
<212> DNA
<213> Bacillus cereus subsp.
<400> 2
gaattcgatg gaaaaagaga aaggtgaaga aaaaatgaac gattctcgca aaatcactgt 60
tatcggattg ggctatgttg gcctgccgct ggcgatccat tttgcggaac ggggctataa 120
cgtcgtcggc ttagataagg acaaacgcaa aattgaacgc attgaaaaag gagattctta 180
cataccagac gtttcctcga acgttttaaa agatttggta caaaacaaac agttggtagt 240
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cccgacgcca atcaataaac agaaagaacc tgatttatcg gctctcattg cagcgtcaca 360
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tttacgagag tctcctgcac tcccgattat cgagctgctc gtgaacgagg gttataaagt 1080
gcaatatcac gatccctaca ttagctctgc gaaaatcggt gacaaaatat acgattctat 1140
cccccttaaa aagaaaaccc tggaaaaggc agattgcatt ctaattgtaa cggaccatag 1200
caatatagac tggaatatat gcaagggaat gaagcatgta atcgatactc gcggtgtatt 1260
gaagaaggtt agcgcataag cggccgc 1287
<210> 3
<211> 30
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> primer
<400> 3
gccatatgga ggacactatc gttctctacg 30
<210> 4
<211> 30
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> primer
<400> 4
gcctcgagtt aagaaaccac catatcaaca 30
Claims (13)
- 서열번호 1의 염기서열을 가지는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 서열번호 2의 염기서열을 가지는 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp.) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 서열번호 1의 염기서열을 가지는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 서열번호 2의 염기서열을 가지는 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터를 함유하는 제1항의 화합물 제조용 조성물.
- 삭제
- 삭제
- 제2항에 있어서, 상기 조성물은 대장균을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항의 화합물 제조용 조성물.
- a) 서열번호 1의 염기서열을 가지는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 서열번호 2의 염기서열을 가지는 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp.) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 서열번호 1의 염기서열을 가지는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 서열번호 2의 염기서열을 가지는 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 단계;
b) 상기 발현벡터들을 대장균에 형질전환시키는 단계; 및
c) 상기 형질전환 대장균을 배양하면서 루테올린을 기질로 첨가하는 단계를 포함하는 제1항의 화합물의 제조방법. - 삭제
- 삭제
- 제6항에 있어서, 상기 대장균은 포스포글루코뮤타제(phsophoglucomutase)가 결손된 대장균인 것을 특징으로 하는 제1항의 화합물의 제조방법.
- 제6항에 있어서, 상기 c)단계의 형질전환 대장균의 단백질 발현 유도 배양 조건은 온도는 17~19℃, 배양 기간은 45~55시간, 세포 농도는 600nm에서 흡광도가 4~5인 것을 특징으로 하는 제1항의 화합물의 제조방법.
- 서열번호 1의 염기서열을 가지는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT(Antirrhinum majus UDP-dependent glycosyltransferase) 유전자 및 서열번호 2의 염기서열을 가지는 바실러스 세레우스 아종(Bacillus cereus subsp.) 유래 UGlcNAcDH(UDP-N-acetylglucosamine dehydrogenase) 유전자를 포함하는 발현벡터; 또는 서열번호 1의 염기서열을 가지는 금어초 유래 당전이효소 AmUGT 유전자를 포함하는 발현벡터 및 서열번호 2의 염기서열을 가지는 바실러스 세레우스 아종 유래 UGlcNAcDH 유전자를 포함하는 발현벡터로 형질전환되어 제1항의 화합물을 생산하는 대장균.
- 제11항에 있어서, 상기 대장균은 포스포글루코뮤타제(phsophoglucomutase)가 결손된 것을 특징으로 하는 대장균.
- 제1항의 화합물을 유효성분으로 포함하는 식품 조성물.
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C. W. BENINGER et al, Biochemical Systematics and Ecology, 2005, 33, pp. 103-111 * |
C. W. BENINGER et al, Biochemical Systematics and Ecology, 2005, 33, pp. 103-111* |
XIAOGANG GU et al, The Journal of Biological Chemistry, 2010, 285, 32, pp. 24825-24833 * |
XIAOGANG GU et al, The Journal of Biological Chemistry, 2010, 285, 32, pp. 24825-24833* |
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