KR101533150B1 - Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds - Google Patents

Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds Download PDF

Info

Publication number
KR101533150B1
KR101533150B1 KR1020130048368A KR20130048368A KR101533150B1 KR 101533150 B1 KR101533150 B1 KR 101533150B1 KR 1020130048368 A KR1020130048368 A KR 1020130048368A KR 20130048368 A KR20130048368 A KR 20130048368A KR 101533150 B1 KR101533150 B1 KR 101533150B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gad
gaba
enzymes
scaffold
icd
Prior art date
Application number
KR1020130048368A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20140129724A (en
Inventor
홍순호
Original Assignee
울산대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 울산대학교 산학협력단 filed Critical 울산대학교 산학협력단
Priority to KR1020130048368A priority Critical patent/KR101533150B1/en
Publication of KR20140129724A publication Critical patent/KR20140129724A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101533150B1 publication Critical patent/KR101533150B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P13/00Preparation of nitrogen-containing organic compounds
    • C12P13/005Amino acids other than alpha- or beta amino acids, e.g. gamma amino acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/70Vectors or expression systems specially adapted for E. coli

Landscapes

  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

본 발명은 감마 아미노부틸산 생산방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 글루탐산 또는 MSG와 같은 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)의 전구체 없이, 모듈식 합성의 스캐폴드를 이용하여 특정 효소들을 함께 위치시킴으로써 2개의 합성경로를 수립하여 글루코스로부터 직접적으로 감마 아미노부틸산을 효과적으로 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing gamma aminobutyric acid, and more particularly, to a method for producing gamma aminobutyric acid by using a modular synthesis scaffold without the precursor of gamma-aminobutyric acid (GABA) such as glutamic acid or MSG In which two synthetic routes are established to effectively produce gamma aminobutyric acid directly from glucose.

Description

모듈식 스캐폴드를 이용한 감마 아미노부틸산 생산방법{Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds}Technical Field [0001] The present invention relates to a method for producing gamma-aminobutyric acid using a modular scaffold,

본 발명은 감마 아미노부틸산 생산방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 글루탐산 또는 MSG와 같은 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)의 전구체 없이, 모듈식 합성의 스캐폴드를 이용하여 특정 효소들을 함께 위치시킴으로써 2개의 합성경로를 수립하여 글루코스로부터 직접적으로 감마 아미노부틸산을 효과적으로 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing gamma aminobutyric acid, and more particularly, to a method for producing gamma aminobutyric acid by using a modular synthesis scaffold without the precursor of gamma-aminobutyric acid (GABA) such as glutamic acid or MSG In which two synthetic routes are established to effectively produce gamma aminobutyric acid directly from glucose.

최근 전세계적인 석유수급 불안과 석유자원 고갈에 대한 위기의식으로 최근에 산업 바이오 기술을 이용하여 바이오매스에서 유래한 대체 생산 방법이나 대체 화합물을 생산하기 위한 전 인류적인 노력이 바이오에너지,바이오플라스틱, 바이오화합물 등의 다양한 분야에서 가시화되고 있다. 바이오매스를 활용하여 생산되는 바이오 플라스틱 시장의 경우 2002년 Natureworks사에 의해 상업화된 폴리유산 (Poly Lactic acid)이 연 14 만톤 규모로 생산되어 최근 시장이 급속히 확대되고 있다.Recently, global anxiety about petroleum supply and demand and exhaustion of petroleum resources have led to an awareness of the importance of bio - energy, bio - plastics, biotechnology, biotechnology, bio - Compounds and the like. In the case of bioplastics produced using biomass, polylactic acid commercialized by Natureworks in 2002 was produced at a production capacity of 140,000 tons per year, and the market is rapidly expanding.

4-아미노부틸산의 경우 감마-아미노부틸산(gamma-aminobutyric acid, GABA)이라고도 하는데, 체내에서는 신경전달물질 억제효과에 의한 저혈압 및 진통효과가 있다고 알려져, 현재 식품 및 의약품 소재로 활용되고 있다(Erlander et al., Neurochem Res. 16: 215-226, 1991). 이러한 GABA는 글루타메이트를 원료로 글루타메이트 디카르복실라아제(Glutamate decarboxylase)에 의해 제조될 수 있는데, 현재까지 다양한 글루타메이트 디카르복실라아제가 보고되어 있으며(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 8491-8495, 1990; Protein Expression and Purification, 8: 430-438, 1996; Biosci. Biotechnol. Biochem. 66(12): 2600-2605, 2002), 글루타메이트 디카르복실라아제를 이용하여 GABA를 생산하는 공정이 개발된바 있다. 하지만, 효소반응의 경우 고가의 효소를 이용하기 때문에 GABA의 저가의 대량생산공정에는 적합하지 않을 수 있다.4-aminobutyric acid is also known as gamma-aminobutyric acid (GABA). It has been known to have hypotensive and analgesic effects due to the inhibitory effect of neurotransmitters in the body, and is currently being used as a food and pharmaceutical material Erlander et al., Neurochem Res. 16: 215-226, 1991). Such GABA can be prepared by using glutamate decarboxylase as a raw material of glutamate. Various glutamate decarboxylase have been reported to date (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: Biotechnol. Biochem. 66 (12): 2600-2605, 2002), the use of glutamate decarboxylase to produce GABA The process has been developed. However, the enzyme reaction may not be suitable for low-cost mass production of GABA due to the use of expensive enzyme.

효소반응의 문제점을 해결하기 위하여, 락토바실러스 등을 이용하여 바이오매스에서 생산된 글루탐산나트륨을 이용하여 GABA를 고농도로 전환하는 공정이 개발되어 나일론 4의 모노머로 이용될 수 있는 GABA의 경제적인 제조 공정 기술이 개발된 바 있다. 하지만, 글루탐산나트륨으로부터 GABA를 생산하기 위해서는 기질인 글루탐산나트륨을 코리네박테리움 같은 미생물의 발효공정을 통해 슈가로부터 생산하여야 하며, 글루탐산나트륨이 GABA로 전환될 때 이산화탄소가 방출되기 때문에 탄소 수율이 낮아지는 단점이 있다.
In order to solve the problem of enzyme reaction, a process of converting GABA into high concentration by using sodium glutamate produced from biomass using lactobacillus was developed and an economical manufacturing process of GABA which can be used as a monomer of nylon 4 Technology has been developed. However, in order to produce GABA from sodium glutamate, the substrate sodium glutamate must be produced from sugar by a fermentation process of microorganisms such as Corynebacterium, and since carbon dioxide is released when sodium glutamate is converted to GABA, There are disadvantages.

이에 본 발명자들은 Icd(isocitrate dehydrogenase), GltB(glutamate synthase) 및 GAD(gultamate decarboxylase) 효소가 함께 위치토록 하는 특이적 리간드와 결합할 수 있는 도메인을 가지는 모듈식 합성의 스캐폴드를 이용하여 2개의 합성경로를 수립함으로써, 글루탐산 또는 MSG와 같은 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)의 전구체 없이도 글루코스(glucose)로부터 GABA를 고효율로 직접 생산할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.Therefore, the inventors of the present invention have found that by using a modular synthetic scaffold having a domain capable of binding with a specific ligand to which iscitrate dehydrogenase (GAD), GltB (glutamate synthase) and GAD (gultamate decarboxylase) It has been found that GABA can be directly produced from glucose without a precursor of gamma-aminobutyric acid (GABA) such as glutamic acid or MSG with high efficiency, thereby completing the present invention.

1. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 8491-8495, 1990; Protein Expression and Purification.1. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 8491-8495, 1990; Protein Expression and Purification.

본 발명의 주된 목적은 스캐폴드 디바이스를 이용하여 특정 효소들을 함께 위치시킴으로써 글로코스로부터 직접적으로 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)을 생산하는 방법을 제공하는 데에 있다.The main object of the present invention is to provide a method for producing gamma-aminobutiric acid (GABA) directly from Glucose by co-locating specific enzymes using a scaffold device.

본 발명의 상기 방법에 사용될 수 있는 GABA 생산용 재조합 미생물 및 재조합벡터를 제공하는데 있다.To provide a recombinant microorganism and a recombinant vector for GABA production which can be used in the above method of the present invention.

본 발명의 또 다른 목적은 수율이 높은 GABA 생합성경로를 제공하는 데에 있다.It is another object of the present invention to provide a high yield GABA biosynthetic pathway.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 유전자 Icd, GltB, Gad; 및 상기 유전자들이 발현하는 효소들과 각각 특이적으로 결합하는 리간드를 함유하는 스캐폴드를 포함하는 재조합 균주를 배양하는 것을 특징으로 하는 감마 아미노부틸산(GABA) 생산방법을 제공한다.In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a gene encoding the gene Icd, GltB, Gad; And a recombinant strain comprising a scaffold containing a ligand which specifically binds to each of the enzymes expressed by the genes, is cultured in a culture medium containing GABA, and a method for producing gamma aminobutyric acid (GABA).

이 때, 바람직하게는 Gad 유전자로서 GadA 및 GadB을 모두 사용함으로써 2가지의 GABA 합성 경로를 수립하는 것이 좋다.At this time, it is preferable to establish two GABA synthesis routes by using both GadA and GadB as Gad genes.

상기 유전자 Icd, GltB, 및 Gad가 발현하는 효소는 각각 이소시트레이트 디하이드로지나아제(isocitrate dehydrogenase,IDH), 글루타메이트 합성효소(glutamate synthase, GOGAT) 및 글루타메이트 디카복시라아제(gultamate decarboxylase, GAD)로서, 상기 IDH, GOGAT 및 GAD 효소와 특이적으로 결합하는 리간드는 각각 GBD, SH3 및 PDZ인 것이 바람직하다.The genes expressed by the genes Icd, GltB and Gad include isocitrate dehydrogenase (IDH), glutamate synthase (GOGAT) and glutamate decarboxylase (GAD), respectively. , And the ligands specifically binding to the IDH, GOGAT and GAD enzymes are preferably GBD, SH3 and PDZ, respectively.

특히 본 발명의 방법에서는 상기 Icd, GltB, 및 Gad가 발현하는 효소들이 스캐폴드 내에서 함께 위치하여(co-localized) 각각 독립적으로 대사활동을 하는 것을 특징으로 한다.In particular, the method of the present invention is characterized in that the enzymes expressed by Icd, GltB, and Gad are co-localized in the scaffold and metabolize independently.

이 때, 상기 IDH, GOGAT 및 GAD 효소의 비율은 약 1:1:1인 것이 바람직한데, 이러한 리간드의 갯수는 GABA 생산 효율에 큰 영향은 미치지 않는다.At this time, it is preferable that the ratio of the IDH, GOGAT, and GAD enzymes is about 1: 1: 1. However, the number of the ligands does not greatly affect the GABA production efficiency.

또한, 본 발명에서 사용할 수 있는 재조합 미생물(균주)은 GadA 및 GadB을 모두 함유하고 있는 균주인 것이 바람직한데, 예를 들어, 대장균을 사용할 수 있다.In addition, the recombinant microorganism (strain) usable in the present invention is preferably a strain containing both GadA and GadB. For example, Escherichia coli can be used.

그리고, 기질로서 탄소원을 사용할 수 있는데, 바람직하게는 글루코스를 사용한다. 일 실시예에서는 D-글루코스를 사용하였다. 본 발명은 특히 글루탐산 또는 MSG와 같은 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)의 전구체 없이 글루코스로부터 직접적으로 감마 아미노부틸산을 효과적으로 생산할 수 있다.
As a substrate, a carbon source can be used. Preferably, glucose is used. In one embodiment, D-glucose was used. The present invention is capable of effectively producing gamma aminobutyric acid directly from glucose without the precursor of gamma-aminobutyric acid (GABA), such as glutamic acid or MSG.

한편, 본 발명은 다른 태양으로, 효소 IDH, GOGAT, GAD; 또는 이들을 코딩하는 유전자 Icd, GltB, Gad를 함유하고, 상기 효소들과 각각 특이적으로 결합하는 리간드 GBD, SH3 및 PDZ를 함유하는 감마 아미노부틸산(GABA) 생산용 스캐폴드를 제공한다. 자세한 설명은 앞서 기재한 바와 같다.In another aspect, the present invention provides, as another aspect, a method for producing the enzyme IDH, GOGAT, GAD; (GABA) containing the genes Icd, GltB, and Gad encoding them, and ligands GBD, SH3, and PDZ that specifically bind to the enzymes, respectively. The detailed explanation is as described above.

또한, 본 발명은 또다른 태양으로 이러한 스캐폴드를 함유하는 감마 아미노부틸산(GABA) 생산용 재조합 미생물(균주) 또한 제공한다.
The present invention also provides, as yet another aspect, a recombinant microorganism (strain) for producing gamma aminobutyric acid (GABA) containing such a scaffold.

이처럼, 본 발명은 모듈식 합성의 스캐폴드를 이용하여 특정 효소들을 함께 위치시킴으로써 2개의 합성경로를 수립하여 글루코스로부터 직접적으로 감마 아미노부틸산을 효과적으로 생산하는 방법에 관한 것이다.Thus, the present invention relates to a method for efficiently producing gamma aminobutyric acid directly from glucose by establishing two synthetic routes by co-locating specific enzymes using a modular synthetic scaffold.

본 발명의 방법은 모듈식 합성의 스캐폴드를 이용하여 특정 효소들을 함께 위치시킴으로써 2개의 합성경로를 수립함으로써, 글루코스로부터 직접적으로 감마 아미노부틸산을 높은 수율로 수득할 수 있게 함과 동시에, 글루탐산 또는 MSG와 같은 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)의 전구체의 사용이 필요치 않으므로 보다 간단하고 효과적으로 GABA를 생산할 수 있으므로 GABA 대량 생산을 통한 상업화 기술에 매우 유용할 것이다.The method of the present invention enables the synthesis of gamma aminobutyric acid directly from glucose by establishing two synthetic routes by co-locating specific enzymes using a modular synthetic scaffold, Since it is not necessary to use a precursor of γ-aminobutyric acid (GABA) such as MSG, it is possible to produce GABA more simply and effectively, and therefore, it is very useful for commercialization technology through GABA mass production.

도 1은 발현 플라스미드로서 pBad30의 사용에 따른 본 발명의 스캐폴드 디바이스의 디자인 모식도이다.
도 2는 프리-스캐폴드의 경우와 비교한 GABA 농도의 시간 프로파일을 나타낸 것으로서, A는 pBIGA, B는 pBIGB을 나타낸 것이다.
A: XB (pBIGA_57) (회색) versus the control (흰색)
B: XB (pBIGB_57) (회색) versus the control (흰색)
도 3은 본 발명의 균주에 의한 GABA 생산에 있어서 D-글루코스의 소비량을 나타낸 것이다.
포도당 농도 : XB(pBIGA_57) (붉은 점선) ; XB( pBIGB_57) (검은 점선)
젖산 농도 : XB(pBIGA_57) (붉은 실선) ; XB( pBIGB_57) (검은 실선)
도 4는 1mM 아라비노스 및 108 nM aTc 농도에서의 GABA 생산에 대한 다양한 스캐폴드 구조물(pJD757-pID765)의 영향을 나타낸 것이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 is a schematic diagram of a design of a scaffold device of the present invention with use of pBad30 as an expression plasmid.
Figure 2 shows the time profile of GABA concentration compared to the case of pre-scaffold, where A represents pBIGA and B represents pBIGB.
A: XB (pBIGA_57) (gray) versus the control (white)
B: XB (pBIGB_57) (gray) versus the control (white)
3 shows the consumption of D-glucose in the production of GABA by the strain of the present invention.
Glucose concentration: XB (pBIGA_57) (red dotted line); XB (pBIGB_57) (black dotted line)
Lactic acid concentration: XB (pBIGA_57) (red solid line); XB (pBIGB_57) (black solid line)
Figure 4 shows the effect of various scaffold constructs (pJD757-pID765) on GABA production at 1 mM Arabidopsis and 108 nM aTc concentration.

본 발명에서 사용되는 용어에 대한 정의는 이하와 같다.
The terms used in the present invention are defined as follows.

"~에 의해 코딩되는" 또는 "~를 코딩하는"이란 핵산 서열이 폴리펩티드 서열을 코딩하는 것을 말하며, 여기서 상기 폴리펩티드 서열은 상기 핵산 서열에 의해 코딩되는 폴리펩티드인 적어도 3~5개 아미노산, 더 바람직하게는 적어도 8~10개 아미노산, 더욱 더 바람직하게는 적어도 15~20개 아미노산으로 이루어진 아미노산 서열을 포함한다. 상기 서열에 의해 코딩된 폴리펩티드를 사용하여 면역학적으로 확인할 수 있는 폴리펩티드 서열도 포함된다. 따라서, 항원 "폴리펩티드", "단백질" 또는 "아미노산" 서열은 항원의 폴리펩티드 또는 아미노산 서열에 대해 70% 이상의 유사성, 바람직하게는 약 80% 이상의 유사성, 더 바람직하게는 약 90~95%의 유사성, 가장 바람직하게는 약 99%의 유사성을 가질 수 있다.The term " encoded by " or "encoding" refers to a nucleic acid sequence encoding a polypeptide sequence, wherein the polypeptide sequence is a polypeptide encoded by the nucleic acid sequence, more preferably at least 3-5 amino acids, Quot; comprises an amino acid sequence consisting of at least 8 to 10 amino acids, and even more preferably at least 15 to 20 amino acids. Also encompassed is an immunologically identifiable polypeptide sequence using the polypeptide encoded by the sequence. Thus, an antigen "polypeptide "," protein "or" amino acid "sequence refers to a polypeptide having an identity of at least 70%, preferably at least about 80%, more preferably at least about 90-95% And most preferably about 99% similarity.

"유전자"는 유전적 기능이 관련되어 있는 핵산 분자(염색체, 플라스미드 등)의 뉴클레오티드 서열이다. 유전자는, 예를 들어, 유기체의 게놈 내의 특정 물리적 위치("유전자좌")를 차지하는 폴리뉴클레오티드 서열(예를 들어, 포유동물의 DNA 서열)을 포함하는, 유기체의 유전 단위이다. 유전자는 폴리펩티드 또는 폴리뉴클레오티드와 같은 발현 생산물을 코딩할 수 있다. 일반적으로, 유전자는 폴리펩티드 코딩 서열과 같은 코딩 서열 및 프로모터 서열, 폴리아데닐화 서열, 전사 조절 서열(예를 들어, 인핸서 서열)과 같은 비코딩 서열을 포함한다. 다수의 진핵생물 유전자가 "인트론"(비코딩 서열)이 개재되어 있는 "엑손"(코딩 서열)을 갖는다. A "gene" is a nucleotide sequence of a nucleic acid molecule (chromosome, plasmid, etc.) to which a genetic function is involved. A gene is a genetic unit of an organism, including, for example, a polynucleotide sequence (e. G., A mammalian DNA sequence) that occupies a particular physical location ("locus") within the genome of an organism. The gene may encode an expression product, such as a polypeptide or polynucleotide. Generally, the gene comprises a coding sequence such as a polypeptide coding sequence and a non-coding sequence such as a promoter sequence, a polyadenylation sequence, a transcription control sequence (e.g., an enhancer sequence). Many eukaryotic genes have an "exon" (coding sequence) in which an "intron" (noncoding sequence) is interposed.

"형질전환 또는 트랜스펙션"은 세포외부 DNA가, 수반물질이 있고 없는 상태로 숙주 세포로 들어가는 과정을 말한다. "트랜스펙션된 세포"란 세포 외부 DNA가 세포 내로 도입되어 세포 외부 DNA를 가지고 있는 세포를 가리킨다. DNA는 세포로 도입되어 핵산이 염색체에 삽입되거나 혹은 염색체 외 물질로 복제될 수 있다."Transfection or transfection" refers to the process by which extracellular DNA enters a host cell in the absence and presence of entities. "Transfected cell" refers to a cell in which extracellular DNA is introduced into a cell and contains extracellular DNA. DNA can be introduced into the cell and the nucleic acid can be inserted into the chromosome or replicated as an extrachromosomal material.

"벡터" 또는 "플라스미드"는 삽입된 핵산 분자를 숙주 세포 내 및/또는 사이로 전달하는 핵산 분자, 바람직하게는 자가-복제성 핵산 분자이다. 이 용어는 1차적으로 DNA 또는 RNA의 세포 내로의 삽입을 위해 기능하는 벡터,1차적으로 DNA 또는 RNA의 복제를 위해 기능하는 벡터의 복제물, 및 DNA 또는 RNA의 전사 및/또는 번역을 위해 기능하는 발현 벡터를 포함한다. 또한, 하나 초과의 상기 기능을 제공하는 벡터도 포함된다. "발현 벡터"는 적절한 숙주 세포 내로 도입될 때 폴리펩티드(들)로 전사 및 번역될 수 있는 폴리뉴클레오티드이다. "발현 시스템"은 대체로 요구되는 발현 생산물을 생산하도록 기능할 수 있는 발현 벡터를 포함하는 적합한 숙주 세포를 의미한다.A "vector" or "plasmid" is a nucleic acid molecule, preferably a self-replicating nucleic acid molecule, that transfers an inserted nucleic acid molecule into and / or into a host cell. The term refers to a vector that functions primarily for insertion of DNA or RNA into a cell, a copy of a vector that primarily functions for the replication of DNA or RNA, and a transcription and / Expression vectors. Also included is a vector that provides more than one of the above functions. An "expression vector" is a polynucleotide that can be transcribed and translated into the polypeptide (s) when introduced into an appropriate host cell. By "expression system" is meant a suitable host cell comprising an expression vector that is generally capable of producing the desired expression product.

"효소 반응 조건"이란 효소가 기능하도록 허용하는 환경에서 이용가능한 임의의 필수적인 조건(즉, 온도, pH, 물질 비저해)과 같은 요인을 의미한다. 효소 반응 조건은 시험관에서와 같은 시험관내, 또는 세포내와 같은 생체내일 수 있다."Enzyme reaction conditions" means such factors as any necessary conditions (i.e., temperature, pH, inhibition of substance degradation) available in an environment permitting the enzyme to function. Enzyme reaction conditions can be in vitro, such as in vitro, or in vivo, such as in a cell.

"대사 조작(metabolic engineering)"은 미생물에서 원하는 대사산물의 생산을 위하여, 생합성 유전자, 오페론과 연관된 유전자, 그리고 이들 폴리뉴클레오티드의 제어 요소(control elements)의 합리적 경로 디자인과 어셈블리를 수반한다. "대사 조작된"은 원하는 경로를 유도하는 중간생성물과 경쟁하는 경쟁 대사 경로(competing metabolic pathway)의 감소, 파괴 또는 적중을 비롯한, 유전자 조작과 적절한 배양 조건을 이용한 전사(transcription), 전이(translation), 단백질 안정성(protein stability)과 단백질 기능성(protein functionality)의 조절과 최적화에 의한 대사 흐름(metabolic flux)의 최적화를 더욱 포함할 수 있다. 생합성 유전자는 호스트에 외래성이거나, 또는 돌연변이유발(mutagenesis), 재조합(recombination) 및/또는 내인성 숙주 세포에서 이종 발현 제어 서열과의 연관에 의해 변형됨으로써, 숙주 미생물에 이종성일 수 있다. 일 견지에서, 폴리뉴클레오티드가 숙주 생물체에 이종 발생성인 경우에, 폴리뉴클레오티드는 코돈(codon) 최적화될 수 있다."Metabolic engineering" involves rational pathway design and assembly of biosynthetic genes, genes associated with operons, and control elements of these polynucleotides, for the production of desired metabolites in microorganisms. "Metabolically engineered" refers to transcription and translation using genetic manipulation and appropriate culture conditions, including reduction of competing metabolic pathways competing with the intermediate product leading to the desired pathway, destruction or hitting, , And optimization of metabolic flux by regulation and optimization of protein stability and protein functionality. The biosynthetic gene may be heterologous to the host microorganism by being foreign to the host or modified by mutagenesis, recombination and / or by association with a heterologous expression control sequence in an endogenous host cell. In one aspect, when the polynucleotide is heterologous to the host organism, the polynucleotide can be codon-optimized.

"기질"은 효소의 작용에 의해 다른 화합물로 전환되거나 전환되게 되어있는 임의의 물질 또는 화합물을 지칭한다. 상기 용어는 단일 화합물뿐만 아니라 용제, 혼합물 및 최소한 하나의 기질을 포함하는 다른 재료와 같은 화합물의 조합 및 이들의 유도체를 포괄한다. 게다가, 용어 "기질"은 바이오매스(biomass) 유도된 설탕과 같은 출발 재료로서 사용하기 적합한 탄소 공급원을 제공하는 화합물뿐만 아니라 본 명세서에 기재된 대사 조작 미생물과 연관된 경로에서 사용되는 중간생성물과 최종 대사산물을 포괄한다. 미생물에 의해 통상적으로 사용되는 적합한 탄소 기질을 포괄한다."Substrate" refers to any substance or compound that is converted or converted to another compound by the action of an enzyme. The term encompasses combinations of compounds such as solvents, mixtures and other materials including at least one substrate and derivatives thereof as well as single compounds. In addition, the term "substrate" is intended to encompass a compound that provides a carbon source suitable for use as a starting material, such as biomass-derived sugars, as well as the intermediates used in the pathways associated with the metabotropic microorganisms described herein, . Suitable carbon substrates commonly used by microorganisms are encompassed.

"스캐폴드"는 맞춤 기능 및 특징을 갖는 새로운 생성물, 예를 들어 단백질 의 조작을 위한 폴리펩티드 플랫폼을 의미한다. 그러한 스캐폴드는 단백질 라이브러리의 제작에 유용하다. 스캐폴드는 전형적으로 서열-관련 단백질 패밀리의 정렬에서 관찰되는 보존된 잔기에 의해 규정된다. 고정된 잔기는 특히 정렬된 단백질의 기능이 상이할 경우에 폴딩 또는 구조에 필요할 수 있다. 따라서, 스캐폴드로부터 단백질을 설계할 때, 프레임워크의 유리한 특성에 중요한 아미노산 잔기는 유지되고, 다른 잔기는 무작위로 선발되거나 돌연변이될 수 있다. 단백질 스캐폴드의 상세한 설명은 시스테인의 수, 위치 또는 간격 및 결합 패턴, 및 루프내의 임의의 고정된 잔기의 위치 및 종류를 포함할 수 있다."Scaffold" means a polypeptide platform for the manipulation of new products, e.g. proteins, with customized functions and features. Such scaffolds are useful for the production of protein libraries. Scaffolds are typically defined by conserved residues that are observed in the alignment of the sequence-related protein family. Fixed residues may be required for folding or structure, particularly if the function of the aligned protein is different. Thus, when designing proteins from scaffolds, amino acid residues important to the advantageous properties of the framework are retained, and other residues may be randomly selected or mutated. A detailed description of the protein scaffold may include the number, location or spacing of cysteines and binding patterns, and the location and type of any fixed residues in the loop.

"기능" 및 "기능성" 등은 생물학적 또는 효소적 기능을 의미한다."Function" and "functional" mean biological or enzymatic functions.

"증가된" 또는 "증가"라는 것은 비변형 미생물 또는 상이하게 변형된 미생물과 같은 대조 미생물에 비해 주어진 산물 또는 분자(예를 들면, 범용 화학물질, 바이오연료 또는 이들의 중간체 산물)를 더 많은 양으로 생산할 수 있는 하나 이상의 재조합 미생물의 능력을 의미한다."Increased" or "increase" refers to a greater amount of a given product or molecule (e.g., a generic chemical, biofuel, or intermediate product thereof) relative to a control microorganism, such as a non- Lt; RTI ID = 0.0 > of the < / RTI > recombinant microorganism.

"~로부터 얻은" 또는 "~유래의" 이란 예를 들어, 소정 유기체, 전형적으로 미생물과 같은 특정 공급원으로부터 단리되거나, 이로부터 유도된 폴리뉴클레오티드 추출물 또는 폴리펩티드 추출물 등과 같은 샘플을 의미한다. 또한 폴리뉴클레오티드 또는 폴리펩티드 서열이 특정 유기체 또는 미생물로부터 단리되거나, 이로부터 유도된 상황도 의미할 수 있다.By "derived" or "from" is meant a sample such as, for example, a polynucleotide extract or polypeptide extract isolated from, or derived from, a particular source, such as a particular organism, typically a microorganism. It may also refer to situations in which a polynucleotide or polypeptide sequence is isolated from or derived from a particular organism or microorganism.

"재조합" 미생물은 전형적으로, 예컨대 플라스미드 또는 벡터에 하나 이상의 외래 뉴클레오티드 서열을 포함한다.A "recombinant" microorganism typically comprises one or more foreign nucleotide sequences, e.g., in a plasmid or vector.

"약"이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다."About" means that the reference quantity, level, value, number, frequency, percentage, dimension, size, quantity, weight or length is 30, 25, 20, 25, 10, 9, 8, 7, , Level, value, number, frequency, percent, dimension, size, quantity, weight, or length that varies from one to three, two, or one percent.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "포함하다" 및 "포함하는"이란 말은 제시된 단계 또는 원소, 또는 단계 또는 원소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 원소, 또는 단계 또는 원소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.
Throughout this specification, the words " comprising "and" comprising ", unless the context requires otherwise, include the stated step or element, or group of steps or elements, but not to any other step or element, And that they are not excluded.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
All technical terms used in the present invention are used in the sense that they are generally understood by those of ordinary skill in the relevant field of the present invention unless otherwise defined. Also, preferred methods or samples are described in this specification, but similar or equivalent ones are also included in the scope of the present invention. The contents of all publications referred to herein are incorporated herein by reference.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명은 재조합 미생물을 이용하여 감마 아미노부틸산(GABA)을 생산하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 유전자 Icd, GltB, Gad; 및 상기 유전자들이 발현하는 효소들과 각각 특이적으로 결합하는 리간드를 함유하는 스캐폴드를 이용하여 2가지 합성 경로를 수립함으로써 글루코스로부터 직접적으로 감마 아미노부틸산을 효과적으로 생산하는 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing gamma aminobutyric acid (GABA) using a recombinant microorganism, and more particularly, to a method for producing gamma aminobutyric acid (GABA) using genes Icd, GltB, Gad; And a method for efficiently producing gamma aminobutyric acid directly from glucose by establishing two synthetic routes using a scaffold containing a ligand that specifically binds to each of the enzymes expressed by the genes.

특히, 글루탐산 또는 MSG와 같은 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)의 전구체 없이도 우수한 효율로 감마 아미노부틸산을 수득할 수 있다.In particular, gamma aminobutyric acid can be obtained with excellent efficiency without the precursor of gamma-aminobutyric acid (GABA) such as glutamic acid or MSG.

본 발명은 당해 분야에 통상의 기술을 가진 자에게 공지된 표준 클로닝 기술 및 통상적인 방법을 이용하여, 특정 효소를 코딩하는 유전자를 기본 벡터에 삽입하여 형질전환시킨 재조합미생물을 배양함으로써 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명은 감마 아미노부틸산과 같은 범용 화학물질로 전환시키는 방법, 효소, 재조합 미생물 및 미생물 시스템을 포함한다.
The present invention can be implemented by culturing a recombinant microorganism transformed by inserting a gene encoding a specific enzyme into a basic vector, using standard cloning techniques and conventional methods known to those of ordinary skill in the art. Accordingly, the present invention encompasses methods of converting to generic chemicals such as gamma aminobutyric acid, enzymes, recombinant microorganisms, and microbial systems.

아미노부틸산(amino butyric acid, amino butyrate, 4-amino butyric acid, gamma-amino butyric acid, 2-amino butyric acid)은 아민기와 카르복시기가 있는 탄소수 4개의 아미노산의 일종이며 아민기의 위치에 따라 2, 3, 4-아미노부틸산으로 불린다. Amino butyric acid, gamma-amino butyric acid, 2-amino butyric acid) is a kind of amino acid having 4 amino acids with amine group and carboxy, 3, 4-aminobutyric acid.

4-아미노부틸산의 경우 감마-아미노부틸산(gamma-aminobutyric acid, GABA)이라고도 하는데, 체내에서는 신경 전달물질 억제효과에 의한 저혈압 및 진통효과가 있다고 알려져, 현재 식품 및 의약품 소재로 활용되고 있다(Erlander et al., Neurochem Res. 16: 215-226, 1991). 4-aminobutyric acid is also known as gamma-aminobutyric acid (GABA). It has been known to have hypotensive and analgesic effects due to the inhibitory effect of neurotransmitters in the body, and is currently being used as a food and pharmaceutical material Erlander et al., Neurochem Res. 16: 215-226, 1991).

이러한 GABA는 글루타메이트를 원료로 글루타메이트 디카르복실라아제(Glutamate decarboxylase)에 의해 제조될 수 있는데, 현재까지 다양한 글루타메이트 디카르복실라아제가 보고되어 있다(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: 8491-8495, 1990; Protein Expression and Purification 8: 430-438, 1996; Biosci. Biotechnol. Biochem. 66(12): 2600-2605, 2002).Such GABA can be produced by using glutamate decarboxylase as a raw material of glutamate, and various glutamate decarboxylase have been reported to date (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87: Protein Expression and Purification 8: 430-438, 1996; Biosci. Biotechnol. Biochem. 66 (12): 2600-2605, 2002).

이처럼, 종래에는 글루타메이트(글루탐산) 또는 MSG(Monosodium Glutamate)와 같은 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)의 전구체를 이용하여 감마-아미노부틸산(gamma-aminobutyric acid, GABA)을 생산하는 방법이 일반적이었다.Thus, conventionally, a method of producing gamma-aminobutyric acid (GABA) using a precursor of gamma -aminobutyric acid (GABA) such as glutamate (glutamic acid) or MSG (monosodium glutamate) This was common.

그러나, 본 발명은 글루탐산 또는 MSG와 같은 감마 아미노부틸산(γ-aminobutiric acid, GABA)의 전구체 없이, 모듈식 합성의 스캐폴드를 이용하여 특정 효소들을 함께 위치시킴으로써 2개의 합성경로를 수립하여 글루코스로부터 직접적으로 감마 아미노부틸산을 효과적으로 생산하는 것을 특징으로 한다.
However, the present invention establishes two synthetic routes by locating certain enzymes together using a modular synthetic scaffold, without the precursor of gamma-aminobutyric acid (GABA), such as glutamic acid or MSG, And is characterized by directly producing gamma aminobutyric acid directly.

본 발명의 방법은 스캐폴드 디바이스를 이용하여 특정 효소들을 동일한 위치에 위치시켜 독립적으로 대사토록 하는데, 이를 위해, 유전자 Icd, GltB, Gad; 및 상기 유전자들이 발현하는 효소들과 각각 특이적으로 결합하는 리간드를 함유하는 스캐폴드를 이용한다.The method of the present invention uses a scaffold device to position specific enzymes in the same position and independently metabolize them. For this purpose, genes Icd, GltB, Gad; And a scaffold containing a ligand that specifically binds to the enzymes that the genes express.

이 때, 구별되는 글루타메이트 디카복시라아제를 코딩하는 Gad 유전자로서 GadA 및 GadB을 동시에 사용하여 2가지의 대사 경로(합성 경로)를 수립하는 것이 가장 바람직하다.At this time, it is most preferable that two metabolic pathways (synthetic pathways) are established by using GadA and GadB simultaneously as the Gad gene encoding the distinct glutamate dicarboxylase.

"대사 경로"로도 지칭되는 용어 "(생)합성 경로"는 하나의 화학종을 다른 종으로 전환(transmuting)시키기 위한 동화(anabolic) 또는 이화(catabolic) 생화학 작용의 세트를 지시한다. 유전자 산물은 병렬로 또는 직렬로 동일 기질에 작용하여 동일 산물을 생산하거나, 또는 동일 기질과 대사 최종 산물 사이의 대사 중간생성물(즉, 대사 산물)에 작용하거나 또는 이를 생산하면, 동일한 "대사 경로"에 속한다.The term "biological synthesis path", also referred to as "metabolic pathway", refers to a set of anabolic or catabolic biochemical actions for transmuting one species to another. The gene product may act on the same substrate in parallel or in series to produce the same product or produce or produce a metabolic intermediate product (i.e., a metabolite) between the same substrate and the metabolic end product, .

본 발명에는 이소시트레이트 디하이드로지나아제(isocitrate dehydrogenase,IDH), 글루타메이트 합성효소(glutamate synthase, GOGAT) 및 글루타메이트 디카복시라아제(gultamate decarboxylase, GAD)의 효소가 사용된다.In the present invention, enzymes of isocitrate dehydrogenase (IDH), glutamate synthase (GOGAT) and glutamate decarboxylase (GAD) are used.

이들을 각각 코딩하는 대표적인 유전자들은 Icd, GltB 및 Gad이다.Representative genes coding for each of these are Icd, GltB, and Gad.

특히, 상기 Gad 유전자는 GadA 및 GadB의 2종류로 구별될 수 있고, 각각 다른 종류의 글루타메이트 디카복시라아제(gultamate decarboxylase, GAD)를 발현하기 때문에, 이들을 이용하여 GABA 합성의 2가지 경로를 수립할 수 있다. 바람직하게는 사용하는 재조합 미생물(균주)이 상기 유전자들을 함유하고 있는 것이 좋다.In particular, since the Gad gene can be distinguished into two types of GadA and GadB, and they express different types of glutamate decarboxylase (GAD), they can be used to establish two pathways for GABA synthesis . Preferably, the recombinant microorganism (strain) used contains these genes.

본 발명에 사용되는 효소를 인코딩하는 적합한 폴리뉴클레오티드는 이를 제공하는 임의의 생물학적 공급원으로부터 유래될 수 있고, 이의 동족체는 다양한 자료베이스를 참조하여 확인될 수 있다.Suitable polynucleotides encoding the enzymes used in the present invention can be derived from any biological source that provides them, and their analogs can be identified by reference to various data bases.

생합성 효소를 인코딩하는 고유 DNA서열은 본 발명의 구체예를 단순히 예시하기 위하여 본 명세서에서 언급되고, 본 발명은 본 발명의 방법에 활용되는 효소의 폴리펩티드 및 단백질의 아미노산 서열을 인코딩하는 임의의 서열의 DNA 화합물을 포함한다. 유사한 방식으로, 폴리펩티드는 전형적으로, 원하는 활성의 손실이나 중대한 손실 없이, 아미노산 서열에서 하나 이상의 아미노산 치환, 결실 및 삽입을 허용할 수 있다. 본 발명은 본 명세서에 기술된 특정 단백질의 효소적 동화 또는 이화 활성을 갖는다면, 상기 기준 폴리펩티드(reference polypeptide)와 상이한 아미노산 서열을 갖는 변형되거나 변이된 폴리펩티드 역시 포함한다. 더 나아가, 본 명세서에 도시된 DNA 서열에 의해 인코딩된 아미노산 서열은 단지 본 발명의 구체예를 예시한다.Native DNA sequences encoding biosynthetic enzymes are referred to herein to simply illustrate embodiments of the present invention and the present invention encompasses polypeptides of the enzymes utilized in the methods of the invention and any sequence of amino acids encoding the amino acid sequence of the protein DNA compounds. In a similar manner, polypeptides may typically allow for one or more amino acid substitutions, deletions and insertions in the amino acid sequence, without loss of or loss of the desired activity. The present invention also encompasses modified or mutated polypeptides having amino acid sequences that differ from the reference polypeptides, provided that they have enzymatic assimilation or catabolism activity of the specific proteins described herein. Further, the amino acid sequences encoded by the DNA sequences shown herein are merely illustrative of embodiments of the invention.

본 명세서에 열거된 각 유전자와 폴리펩티드/효소에 대한 서열은 인터넷에서 이용 가능한 자료베이스를 사용하여 용이하게 확인할 수 있다( http:(//)eecoli.kaist.ac.kr/main.html). 이에 더하여, 이들 아미노산 서열과 핵산 서열은 당분야에서 통상적으로 이용되는 알고리즘(BLAST 등)을 이용하여 동일성에 대하여 용이하게 비교할 수 있다.
Sequences for each gene and polypeptide / enzyme listed in the present specification can be easily confirmed by using a database available on the Internet (http://eecoli.kaist.ac.kr/main.html). In addition, these amino acid sequences and nucleic acid sequences can be easily compared for identity using algorithms commonly used in the art (such as BLAST).

또한, 본 발명에서 사용되는 스캐폴드는 상기 이소시트레이트 디하이드로지나아제(isocitrate dehydrogenase,IDH), 글루타메이트 합성효소(glutamate synthase, GOGAT) 및 글루타메이트 디카복시라아제(gultamate decarboxylase, GAD)효소들과 각각 특이적으로 결합하는 리간드를 함유하는 것을 특징으로 한다. 이는 상기 스캐폴드에서 3가지 효소들이 함께 위치할 수 있게 하기 위함이다. IDH, GOGAT 및 GAD 효소와 특이적으로 결합하는 리간드는 각각 GBD, SH3 및 PDZ을 대표적인 예로 들 수 있다. The scaffold used in the present invention may be selected from the group consisting of isocitrate dehydrogenase (IDH), glutamate synthase (GOGAT), and glutamate decarboxylase (GAD) Characterized in that it contains a ligand which specifically binds. This is to allow the three enzymes to coexist in the scaffold. Ligands that specifically bind IDH, GOGAT, and GAD enzymes are representative examples of GBD, SH3, and PDZ, respectively.

즉, 상기 Icd, GltB, 및 Gad(GadA 및 GadB)가 발현하는 효소는 스캐폴드 내에서 함께 위치하여 각각 독립적으로 대사활동을 하고, 앞서 설명한 바와 같이, GadA 및 GadB의 2종류 유전자에 의해 2가지의 합성 경로가 수립되는 것이다.That is, the enzymes expressed by Icd, GltB, and Gad (GadA and GadB) are located together in the scaffold and independently metabolize them. As described above, two kinds of genes, GadA and GadB, A synthetic route is established.

이 때, 상기 IDH, GOGAT 및 GAD 효소의 비율은 약 1:1:1을 이루는 것이 가장 바람직하다. 실시예를 통해 알 수 있는 것처럼 리간드의 수에 따라 GABA의 생산율에 영향을 미치는 것은 아니기 때문이다.
At this time, it is most preferable that the ratio of IDH, GOGAT and GAD enzyme is about 1: 1: 1. This is because the number of ligands does not affect the production rate of GABA as can be seen from the examples.

재조합 벡터Recombinant vector

본 발명에서 벡터(vector)는 적합한 미생물 내에서 상기 유전자들의 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미한다. A vector in the present invention means a DNA product containing a DNA sequence operably linked to a suitable regulatory sequence capable of expressing the DNA of the genes in a suitable microorganism.

벡터는 플라스미드, 파지 입자, 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물일 수 있다. 적당한 숙주 미생물로 형질전환되면 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이므로 본 발명에서 플라스미드(plasmid)와 벡터(vector)는 때로 상호 교환적으로 사용된다. The vector may be a plasmid, phage particle, or simply a potential genome insert. Once transformed into the appropriate host microorganism, the vector can replicate and function independently of the host genome, or, in some cases, integrate into the genome itself. Plasmids and vectors are sometimes used interchangeably herein because plasmids are the most commonly used form of the current vector.

당업계에 주지된 바와 같이, 숙주세포에서 도입된 유전자의 발현 수준을 높이기 위해서는 해당 유전자가 선택된 발현 숙주 내에서 기능을 발휘하는 전사 및 해독 발현 조절 서열에 작동가능하도록 연결되어야만 한다. 바람직하게는 발현 조절서열 및 해당 유전자는 세균 선택 마커 및 복제 개시점(replication origin)을 같이 포함하고 있는 하나의 발현 벡터 내에 포함되게 된다. 발현 숙주가 진핵세포인 경우에는 발현 벡터는 진핵 발현 숙주 내에서 유용한 발현 마커를 더 포함하여야만 한다.As is well known in the art, in order to increase the level of expression of a gene introduced in a host cell, the gene must be operably linked to transcriptional and detoxification control sequences that function in a selected expression host. Preferably the expression control sequence and the gene are contained within an expression vector containing a bacterial selection marker and a replication origin. If the expression host is a eukaryotic cell, the expression vector should further include a useful expression marker in the eukaryotic expression host.

"작동 가능하게 연결된"이란 언급된 구성요소들이 그 일반적 기능을 수행하도록 구성되어 있는 요소들의 배열을 말한다. 따라서, 코딩 서열(예를 들어, 관심있는 항원을 코딩하는 서열)에 작동 가능하게 연결된 특정 프로모터는 조절 단백질 및 적절한 효소가 존재할 경우 코딩 서열의 발현을 가능하게 할 수 있다. 일부 경우, 특정 조절요소가 이들이 코딩 서열의 발현을 지시하는 기능을 할 수 있는 한 코딩 서열에 인접할 필요는 없다. "Operably connected" refers to an array of elements in which the referenced components are configured to perform their general function. Thus, a particular promoter operably linked to a coding sequence (e. G., A sequence encoding an antigen of interest) may enable the expression of the coding sequence in the presence of the regulatory protein and the appropriate enzyme. In some cases, certain regulatory elements need not be contiguous to the coding sequence so long as they can function to direct expression of the coding sequence.

전형적인 플라스미드 벡터는 (a) 숙주세포당 수백 개의 플라스미드 벡터를 포함하도록 복제가 효율적으로 이루어지도록 하는 복제 개시점, (b) 플라스미드 벡터로 형질 전환된 숙주세포가 선발될 수 있도록 하는 항생제 내성 유전자 및 (c) 외래 DNA 절편이 삽입될 수 있는 제한효소 절단부위를 포함하는 구조를 지니고 있다. 적절한 제한효소 절단부위가 존재하지 않을지라도 통상의 방법에 따른 합성 올리고뉴클레오타이드 어댑터(oligonucleotide adaptor) 또는 링커(linker)를 사용하면 벡터와 외래 DNA를 용이하게 라이게이션(ligation)할 수 있다.Typical plasmid vectors include: (a) a cloning start point that allows replication to be efficiently made to include hundreds of plasmid vectors per host cell; (b) an antibiotic resistance gene that allows the host cell transformed with the plasmid vector to be selected; and c) a restriction enzyme cleavage site into which a foreign DNA fragment can be inserted. Even if an appropriate restriction enzyme cleavage site is not present, the vector and the foreign DNA can be easily ligated using a synthetic oligonucleotide adapter or a linker according to a conventional method.

통상적으로, 하나 이상의 제한 효소로 DNA 서열 및 벡터를 절단하고 단편들을 함께 결찰하여 최종적으로 발현될 DNA 서열을 벡터에 결합시킨다. 제한 효소 소화처리 및 결찰은 당업자들에게 익히 알려졌다.
Typically, the DNA sequence and vector are cut with one or more restriction enzymes, and the fragments are ligated together to bind the DNA sequence to be finally expressed to the vector. Restriction enzyme digestion and ligating are well known to those skilled in the art.

재조합 미생물Recombinant microorganism

본 발명은 다른 태양으로, 상기 감마 아미노부틸산(GABA) 생산을 위한 생화학 경로를 포함하는 대사 조작 미생물(재조합 미생물 또는 재조합 균주)에 관한 것이다. In another aspect, the invention relates to a metabolically engineered microorganism (recombinant microorganism or recombinant strain) comprising a biochemical pathway for production of gamma aminobutyric acid (GABA).

본 발명의 대사 조작 미생물은 생물의 게놈 내에서 또는 생물 내에서 게놈 외부에 하나 이상의 재조합 폴리뉴클레오티드를포함한다. 이러한 미생물은 야생형 생물체에서 발견되는 유전자의 감소(reduction), 파괴(disruption) 또는 적중(knockout) 및/또는 이종(heterologous) 폴리뉴클레오티드의 도입(introduction)을 포함한다.The metabolically engineered microorganism of the present invention comprises one or more recombinant polynucleotides in the genome of the organism or outside the genome in the organism. Such microorganisms include the reduction, disruption or knockout of genes found in wild-type organisms and / or the introduction of heterologous polynucleotides.

본 발명은 일 구체예로서, 유전자 Icd, GltB, Gad; 및 상기 유전자들이 발현하는 효소들, 즉 이소시트레이트 디하이드로지나아제(isocitrate dehydrogenase,IDH), 글루타메이트 합성효소(glutamate synthase, GOGAT) 및 글루타메이트 디카복시라아제(gultamate decarboxylase, GAD)와 각각 특이적으로 결합하는 리간드를 함유하는 스캐폴드를 포함하는 재조합 미생물에 관한 것이다. IDH, GOGAT 및 GAD 효소와 특이적으로 결합하는 리간드는 각각 GBD, SH3 및 PDZ을 대표적인 예로 들 수 있다.In one embodiment, the present invention relates to a method for producing a recombinant vector comprising the genes Icd, GltB, Gad; And genes specific for the enzymes expressed by the genes, that is, isocitrate dehydrogenase (IDH), glutamate synthase (GOGAT) and glutamate decarboxylase (GAD) To a recombinant microorganism comprising a scaffold containing a linking ligand. Ligands that specifically bind IDH, GOGAT, and GAD enzymes are representative examples of GBD, SH3, and PDZ, respectively.

적합한 미생물 숙주는, 이에 제한되지는 않지만, 자이모모나스(Zymomonas), 에스케리키아(Escherichia), 슈도모나스(Pseudomonas), 알칼리제네스(Alcaligenes), 살모넬라(Salmonella), 시겔라(Shigella), 버크홀데리아(Burkholderia), 올리고트로파(Oligotropha), 클렙시엘라(Klebsiella), 피치아(Pichia), 칸디아(Candida), 한세눌라(Hansenula), 사카로마이세스(Saccharomyces) 및 클루이베로마이세스(Kluyveromyces)로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 속에 속하는 미생물을 사용할 수 있다. 이 중, 에스케리키아 콜리(Escherichia coli), 클루이베로마이세스 마시아누스(Kluyveromyces marxianus) 또는 사카로마이세스 세레비시아에(Sccharomyces cerevisiae)가 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서는 에스케리키아 콜리(E. coli, 대장균)를 사용하였다.Suitable microbial hosts include, but are not limited to, Zymomonas, Escherichia, Pseudomonas, Alcaligenes, Salmonella, Shigella, Such as Burkholderia, Oligotropha, Klebsiella, Pichia, Candida, Hansenula, Saccharomyces and Kluyveromyces, ) Can be used as a microorganism belonging to one or more genera. Of these, Escherichia coli, Kluyveromyces marxianus or Sccharomyces cerevisiae are preferred. In one embodiment of the present invention, Escherichia coli (E. coli) was used.

특히, 본 발명의 바람직한 미생물은 GadA 및 GadB의 구별되는 유전자를 모두 함유하고 있는 것이 좋다. 따라서, 가장 바람직한 미생물로서 대장균을 들 수 있다.In particular, the preferred microorganism of the present invention preferably contains all of the genes for GadA and GadB. Therefore, E. coli is the most preferable microorganism.

본 발명의 탄소 기질의 GABA 전환을 위한 효소 경로를 코딩할 필요한 유전자를 포함하는 재조합 유기체를 당업계에 잘 알려진 기술을 사용하여 제작할 수 있다. Recombinant organisms containing the necessary genes to encode the enzymatic pathway for GABA conversion of the carbon substrate of the invention can be made using techniques well known in the art.

박테리아 게놈으로부터 원하는 유전자를 얻는 방법은 분자 생물학 분야에서 일반적이며 잘 알려져 있다. 예를 들어, 당해 유전자의 서열이 공지되어 있는 경우, 적합한 게놈 라이브러리가 제한 엔도뉴클레아제 절단에 의해 생성될 수 있으며, 원하는 유전자 서열에 상보적인 프로브를 이용하여 스크리닝될 수 있다. 일단 당해 서열이 단리되면, 그 DNA는 표준 프라이머-유도 증폭 방법, 예를 들어 폴리머라아제 연쇄 반응을 이용하여 증폭되어 적절한 벡터를 이용한 형질전환에 적합한 양의 DNA가 얻어질 수 있다. 이종 숙주에서의 발현을 위한 코돈 최적화 도구는 쉽게 이용가능하다. 코돈 최적화를 위한 일부 도구는 숙주 유기체의 GC 함량을 기반으로 하여 이용가능하다. 일단 관련 경로 유전자가 동정되어 단리되면, 이 유전자는 당업계에 잘 알려진 수단에 의해 적합한 발현 숙주를 형질전환시킬 수 있다. 형질전환(transformation), 형질도입(transduction), 또는 형질감염(transfection))은 전기천공(electroporation), 극미 주입(microinjection), 유전자총(biolistics)(또는 입자 폭격 매개된 전달), 또는 아그로박테리움 매개된 형질전환 등을 비롯한 다수의 수단 중에서 하나에 의해 달성될 수 있다Methods for obtaining desired genes from bacterial genomes are common and well known in the field of molecular biology. For example, where the sequence of the gene of interest is known, the appropriate genomic library may be generated by restriction endonuclease cleavage and screened using a probe complementary to the desired gene sequence. Once the sequence is isolated, the DNA can be amplified using standard primer-induced amplification methods, e. G., Polymerase chain reaction, to obtain an amount of DNA suitable for transformation using appropriate vectors. A codon optimization tool for expression in heterologous hosts is readily available. Some tools for codon optimization are available based on the GC content of the host organism. Once the relevant pathway gene has been identified and isolated, the gene may be transformed into a suitable expression host by means well known in the art. Transduction, transduction, or transfection may be performed by electroporation, microinjection, biolistics (or particle bombardment mediated delivery), or Agrobacterium ≪ RTI ID = 0.0 > mediated < / RTI > transformation, and the like

"재조합 미생물" 및 "재조합 균주"라는 용어는 본 명세서에서 동의어로 사용되며, 본 발명의 특정 효소를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 발현하거나 과다 발현하기 위하여 유전적으로 변형된 미생물을 지칭한다.
The terms "recombinant microorganism" and "recombinant strain" are used interchangeably herein and refer to a genetically modified microorganism for expressing or over-expressing a polynucleotide encoding a particular enzyme of the present invention.

[[ GABAGABA 생산방법] Production method]

본 발명은 또 다른 관점에서 상기 재조합 미생물을 배양하는 것을 특징으로 하는 감마 아미노부틸산(GABA) 생산 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing gamma aminobutyric acid (GABA), which comprises culturing the recombinant microorganism from a different viewpoint.

구체적으로, 상기 재조합 미생물을 탄소원을 함유하는 배지에서 배양한 다음, 상기 배양된 미생물로부터 GABA를 회수하는 것을 특징으로 하는, GABA 생산 방법을 제공한다. 이때 재조합 미생물의 배양 및 GABA 수득과정은 종래 발효공업에서 통상적으로 알려진 배양방법 및 GABA 분리정제방법을 사용하여 수행할 수 있다.
Specifically, there is provided a method for producing GABA, which comprises culturing the recombinant microorganism in a medium containing a carbon source, and then recovering GABA from the cultured microorganism. Herein, the culture of the recombinant microorganism and the step of obtaining GABA can be carried out using a conventional culturing method and a GABA separation purification method which are conventionally known in the fermentation industry.

발효 배지Fermentation medium

본 발명에서 발효 배지는 적합한 탄소 기질을 포함하여야 한다. 적합한 기질은 단당류, 올리고당류, 다당류, 및 C1 기질 또는 그 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 탄소 공급원을 사용할 수 있다. In the present invention, the fermentation medium should contain a suitable carbon substrate. Suitable substrates may be carbon sources selected from the group consisting of monosaccharides, oligosaccharides, polysaccharides, and C1 substrates or mixtures thereof.

단당류, 예를 들어 글루코스 및 프룩토스, 올리고당류, 예를 들어 락토스 또는 수크로스, 다당류, 예를 들어 전분 또는 셀룰로오스 또는 그 혼합물과, 재생가능한 공급재료로부터의 비정제된 혼합물을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 바람직한 탄소 기질은 글루코스, 수크로스, 셀룰로스, 글리세롤 등이다. 가장 바람직하게는 글루코스를 사용할 수 있다.Can include monosaccharides such as glucose and fructose, oligosaccharides such as lactose or sucrose, polysaccharides such as starch or cellulose or mixtures thereof, and unrefined mixtures from renewable feedstock, But is not limited thereto. Preferred carbon substrates are glucose, sucrose, cellulose, glycerol, and the like. Most preferably, glucose can be used.

적절한 탄소 공급원 외에, 발효 배지는 적합한 미네랄, 염, 보조 인자, 완충액 및 GABA 생성에 필요한 효소 경로의 촉진 및 배양물의 성장에 적합한, 당업자에게 공지된 기타 성분을 포함할 수 있다.
In addition to a suitable carbon source, the fermentation medium can include suitable minerals, salts, cofactors, buffers and other components known to those skilled in the art, which are suitable for the promotion of the enzyme pathway required for GABA production and for the growth of the culture.

배양 조건Culture conditions

전형적으로, 세포는 적절한 배지에서 약 25℃ 내지 약 40℃ 범위의 온도에서 성장시킨다. 본 발명에서 적합한 성장 배지는 루리아 베르타니(Luria Bertani, LB) 액체 배지, 사부로 덱스트로스(Sabouraud Dextrose, SD) 액체 배지 또는 효모 배지(Yeast Medium, YM) 액체 배지와 같이 일반적으로 상업적으로 제조된 배지이다. 일 실시예에서는 LB 브로스(액체 배지)를 사용하였다.Typically, the cells are grown in a suitable medium at a temperature ranging from about 25 ° C to about 40 ° C. Suitable growth media for the present invention include, but are not limited to, commercially available media such as Luria Bertani (LB) liquid medium, Sabouraud Dextrose (SD) liquid medium or Yeast Medium (YM) to be. In one embodiment, LB broth (liquid medium) was used.

발효에 적합한 pH 범위는 pH 5.0 내지 pH 9.0이며, 여기서 pH 6.0 내지 pH 8.0이 초기 조건에 바람직하다. 발효는 호기 조건 또는 혐기 조건 하에 실시될 수 있으며, 여기서 혐기 또는 미세호기 조건이 바람직하다.
Suitable pH ranges for fermentation are from pH 5.0 to pH 9.0, wherein pH 6.0 to pH 8.0 is preferred for initial conditions. Fermentation can be carried out under aerobic or anaerobic conditions, where anaerobic or micro-aerobic conditions are preferred.

산업적 배치 및 연속 발효Industrial placement and continuous fermentation

본 발명은 배치식 발효 방법을 이용한다. 고전적인 배치 발효는 배지의 조성이 발효 시작시에 정해지며, 발효 동안 인공적으로 변경되지 않는 폐쇄 시스템이다. 따라서, 발효의 시작시에 배지에 원하는 유기체 또는 유기체들이 접종되며, 상기 시스템에 어떠한 것도 첨가하지 않고서 발효가 일어나는 것을 가능케 한다. 그러나, 전형적으로 "배치" 발효는 탄소 공급원의 첨가와 관련하여 배치식이며, pH 및 산소 농도와 같은 인자를 제어하려는 시도가 흔히 이루어진다. 배치 시스템에서, 이 시스템의 대사 산물 및 생물질 조성물은 발효가 중단되는 시점까지 끊임없이 변화한다. 배치 배양 내에서 세포는 정적 유도기(static lag phase)를 통하여 고 성장기로, 그리고 마지막으로 성장 속도가 감소되거나 정지되는 정상기로 완화된다. 미처리될 경우, 정상기의 세포는 결국 죽을 것이다. 로그기의 세포는 일반적으로 최종 생성물 또는 중간체의 벌크 생성에 책임이 있다.The present invention utilizes a batch fermentation process. Classic batch fermentation is a closed system in which the composition of the medium is determined at the start of fermentation and does not change artificially during fermentation. Thus, at the start of fermentation, the desired organisms or organisms are inoculated into the medium, allowing fermentation to take place without adding anything to the system. However, typically "batch" fermentation is batchwise with respect to the addition of carbon sources and attempts to control factors such as pH and oxygen concentration are often made. In batch systems, the metabolites and biomaterial compositions of this system are constantly changing until the fermentation is stopped. Within the batch culture, the cells are relaxed to the high growth phase through a static lag phase, and finally to a steady state where the growth rate is reduced or stopped. If it is not treated, the cells of the steady state will eventually die. The cells of the logarithm are generally responsible for the bulk production of the final product or intermediate.

표준 배치 시스템이 변화된 것은 유가식(Fed-Batch) 시스템이다. 또한, 유가식 발효 공정이 본 발명에서 적합하며, 이는 발효가 진행됨에 따라 기질이 증분식으로 첨가된다는 것을 제외하고는 전형적인 배치 시스템을 포함한다. 유가식 시스템은 이화 대사 산물 억제가 세포의 대사 작용을 저해하는 경향이 있을 때 그리고 배지 중에 한정된 양의 기질이 있는 것이 바람직한 경우 유용하다. 유가식 시스템 중 실제 기질 농도의 측정은 어려우며,따라서 pH, 용존 산소 및 CO2와 같은 폐기 가스의 분압과 같은 측정가능한 인자의 변화를 기반으로 하여 계산된다. The standard batch system has changed with the Fed-Batch system. In addition, a fed-batch fermentation process is suitable in the present invention, including a typical batch system, except that the fermentation proceeds and the substrate is added incrementally. The fed-batch system is useful when the inhibition of the metabolite is likely to inhibit cellular metabolism and it is desirable to have a limited amount of substrate in the medium. Measurement of the actual substrate concentration in a fed-batch system is difficult and is therefore calculated based on changes in measurable factors such as pH, dissolved oxygen, and the partial pressure of the waste gas, such as CO2.

본 발명은 배치식으로 실시될 수 있지만, 본 방법은 연속식 발효 방법에 적용가능한 것으로 생각된다. 연속식 발효는 규정된 발효 배지가 계속하여 생물 반응기에 첨가되고, 동일한 양의 조절 배지가 프로세싱을 위하여 동시에 제거되는 개방 시스템이다. 연속식 발효에서는 일반적으로 배양물이 일정한 고밀도로 유지되는데, 여기서 세포는 주로 대수기 성장 상태에 있다.While the present invention may be practiced batchwise, it is contemplated that the method is applicable to continuous fermentation methods. Continuous fermentation is an open system in which the specified fermentation medium is continuously added to the bioreactor and the same amount of conditioned medium is removed at the same time for processing. In continuous fermentation, cultures are usually maintained at a constant high density, where the cells are in the largely growing stage.

연속식 발효는 세포 성장 또는 최종 생성물 농도에 영향을 주는 하나의 인자 또는 임의의 개수의 인자의 조정을 허용한다. 예를 들어, 한 가지 방법은 제한 영양소, 예를 들어 탄소 공급원 또는 질소의 수준을 고정된 비율로 유지하고 모든 다른 파라미터는 조정되게 할 것이다. 다른 시스템에서, 배지 탁도로 측정되는 세포 농도는 일정하게 유지하면서 성장에 영향을 주는 많은 인자는 계속하여 변경시킬 수 있다. 연속식 시스템은 정상 상태 성장 조건을 유지하도록 노력하며, 따라서 배출되는 배지로 인한 세포 손실은 발효에서 세포 성장 속도에 대하여 균형이 맞추어져야 한다. 연속식 발효 공정에 있어서 영양소 및 성장 인자를 조정하는 방법뿐만 아니라, 생성물 형성 속도를 최대화하는 기술도 산업 미생물학 분야에서 잘 알려져 있다.Continuous fermentation allows adjustment of one factor or any number of factors that affect cell growth or final product concentration. For example, one approach would be to keep the levels of the nutrients, such as carbon source or nitrogen, at a fixed rate and make all other parameters adjust. In other systems, many factors that affect growth can be changed continuously while the cell concentration measured by media turbidity remains constant. The continuous system strives to maintain steady-state growth conditions, so that cell loss due to the exported medium must be balanced against cell growth rate in fermentation. Techniques for maximizing the rate of product formation as well as methods for adjusting nutrients and growth factors in a continuous fermentation process are well known in the field of industrial microbiology.

본 발명은 배치식, 유가식 또는 연속식 공정 중 어느 하나를 이용하여 실시될 수 있다.
The present invention may be practiced using any of a batch, fed-batch or continuous process.

상기와 같은 방법에 의해 본 발명의 재조합미생물을 이용하여 생산된 감마 아미노부틸산(GABA)은 2가지 경로에 의해 현저히 높은 수율로 수득가능하므로, GABA 생산성이 매우 향상되어 산업적으로 대량생산이 가능하게 한다.
Gamma aminobutyric acid (GABA) produced using the recombinant microorganism according to the present invention can be obtained at a remarkably high yield by two routes, so that productivity of GABA is greatly improved and industrial mass production is possible do.

<실시예><Examples>

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are for further illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

특히, 하기 실시예에서는 본 발명에 따른 유전자를 발현시키기 위하여 특정 발현벡터와 대장균(Escherichia coli) 숙주세포만을 예시하였으나, 다른 종류의 적절한 발현벡터와 숙주세포를 사용하는 것 역시 당업자에게 자명한 사항이라 할 것이다.
In particular, in the following examples, only a specific expression vector and Escherichia coli host cell are exemplified for expressing the gene according to the present invention, but it is also obvious to those skilled in the art that other suitable expression vectors and host cells are used something to do.

박테리아, 균주 및 배지Bacteria, strains and media

실험에 사용한 모든 박테리아 균주 및 플라스미드를 표 1에 기재하였다.All bacterial strains and plasmids used in the experiments are listed in Table 1.

Figure 112013038282540-pat00001
Figure 112013038282540-pat00001

Figure 112013038282540-pat00002
Figure 112013038282540-pat00002

모든 경우에, XL1-Blue E. coli 균주를 플라스미드 제작에 사용하였다. In all cases, XL1-Blue E. coli strains were used for plasmid production.

E. coli 균주를, 재조합 플라스미드가 잠복해있는 형질전환체의 선별을 위해 100 μg/ml 암피실린 및/또는 30 μg/ml 클로람페니콜(chloramphenicol)이 보충된 Luria-Bertani (LB) 브로스 (10 g/l bacto-tryptone, 5 g/l bacto-yeast extract, 및 5 g/l 소듐 클로라이드)에서 37℃ 및 250 rpm 하 배양하였다.
The E. coli strain was transformed into Luria-Bertani (LB) broth (10 g / l (100 μg / ml) supplemented with 100 μg / ml ampicillin and / or 30 μg / ml chloramphenicol for screening of transformants in which the recombinant plasmids were latent bacto-tryptone, 5 g / l bacto-yeast extract, and 5 g / l sodium chloride) at 37 ° C and 250 rpm.

플라스미드 제작Plasmid production

GBD, SH3 및 PDZ 단백질 상호작용 도메인 (Dueber et al.,2009)으로 구성되어 있는, 9개의 스캐폴드 구조물 플라스미드를 저자 문태석 (표 1)으로부터 받아 사용하였다. Nine scaffold construct plasmids consisting of the GBD, SH3 and PDZ protein interaction domains (Dueber et al., 2009) were obtained from the authors (Table 1).

Icd 유전자를 E. coli 게놈으로부터 프라이머 Icd_F_SacI 및 Icd_R를 이용하여 증폭시켰다. 다음으로, GBD 리간드 서열을 GBD_FL 및 GBD_RL 프라이머를 이용하여 합성하고, Icd 유전자 및 GBD 리간드를 Icd_F_SacI 및 GBD-BamHI-R 프라이머로 오버랩 PCR에 의해 라이게이션하였다(표 1). Icd gene was amplified from E. coli genome using primers Icd_F_SacI and Icd_R. Next, the GBD ligand sequence was synthesized using GBD_FL and GBD_RL primers, and Icd gene and GBD ligand were ligated to Icd_F_SacI and GBD-BamHI-R primers by overlap PCR (Table 1).

GltB-BamHI-F 및 GltB-Xmal-R프라이머를 이용하여 E. coli 게놈으로부터 GltB 를 증폭시켰다. SH3 및 PZD 리간드의 서열들이 리버스 프라이머(표 1)에 부착되어 있는 GadA_XmaI_F, GadA_SbfI_R, GadB_XmaI_F, 및 GadB_SbfI_R 프라이머들을 이용하여 GadA 및 GadB 유전자들을 E. coli 염색체로부터 증폭시켰다. 모든 유전자들을 클론화하고 효소의 정확한 다이제스트 위치에서 다이제스트시켰다.GltB was amplified from the E. coli genome using GltB-BamHI-F and GltB-Xmal-R primers. GadA and GadB genes were amplified from E. coli chromosomes using GadA_XmaI_F, GadA_SbfI_R, GadB_XmaI_F, and GadB_SbfI_R primers in which sequences of SH3 and PZD ligands were attached to reverse primers (Table 1). All genes were cloned and digested at the correct digestion site of the enzyme.

최종적으로, Icd::GBD-GltB::SH3-GadA::PDZ; 및 Icd::GBD-GltB::SH3-GadB::PDZ의 2개의 결과물을 수득하고, SacI/SbfI 다중-클로닝 사이트의 마라비노스-유도능의 업스트림을 수행하는 pBad30 발현 플라스미드(New England Biolabs, Ipswich, Massachutsetts, USA)내로 서브-클론화시켰다(도 1).Finally, Icd :: GBD-GltB :: SH3-GadA :: PDZ; And the Icd :: GBD-GltB :: SH3-GadB :: PDZ were obtained and the pBad30 expression plasmid (New England Biolabs, USA) carrying upstream of the Marabinos-inducibility of SacI / SbfI multi- Ipswich, Massachutsetts, USA) (Fig. 1).

사용한 프라이머들을 이하 표 2에 기재하였다.The primers used are listed in Table 2 below.

올리고뉴클레오티드 프라이머Oligonucleotide primers 프라이머명Primer name 서열(5'-3')The sequence (5'-3 ') Icd-F-SacI Icd- F-SacI GGATTC AAGAAGGAGATATACCATGGAAAGTAAAGTAGTTGT GGATTC AAGAAGGAGATATACCATGGAAAGTAAAGTAGTTGT Icd-R Icd -R CCAGAGCCAGAGCCACGCGGCATGTTTTCGATGATCGCGTCCAGAGCCAGAGCCACGCGGCATGTTTTCGATGATCGCGT GBD-F-L GBD -FL ACGCGATCATCGAAAACATGCCGCGTGGCTCTGGCTCTGGCCTGGTGGGCGCGCTGATGCATGTGATGCAGAAACGTTCTGCGATTCACGCGATCATCGAAAACATGCCGCGTGGCTCTGGCTCTGGCCTGGTGGGCGCGCTGATGCATGTGATGCAGAAACGTTCTGCGATTC GBD-R -L GBD -R -L AGGGATTTATCGTACAACATATCTTCATCTTCATCGCCCGCCTGATCTTCGCCTTCATCAGAAGAATGAATCGCAGAACGTTTCTGCAGGGATTTATCGTACAACATATCTTCATCTTCATCGCCCGCCTGATCTTCGCCTTCATCAGAAGAATGAATCGCAGAACGTTTCTGC GBD-BamHI-R GBD- BamHI-R GGATCC TCAATCTTCATCTTCATCGCCCG GGATCC TCAATCTTCATCTTCATCGCCCG GltB-BamHI-F GltB- BamHI-F GGATCC AAGAAGGAGATATACCATGTTGTACGATAAATCCCTTGAGAGGG GGATCC AAGAAGGAGATATACCATGTTGTACGATAAATCCCTTGAGAGGG GltB-Xmal-R GltB- Xmal-R CCCGGG TCAGCCCGGACGACGACGTTTCGGCGGCAGCGCCGGCGGCGGGCCAGAGCCAGAGCCAGAGCCAGAGCCTTCCAGCTGCGCCTGCACGCGCAACT CCCGGG TCAGCCCGGACGACGACGTTTCGGCGGCAGCGCCGGCGGCGGGCCAGAGCCAGAGCCAGAGCCAGAGCCTTCCAGCTGCGCCTGCACGCGCAACT GadA-XmaI-F GadA- XmaI-F CCCGGG AAGAAGGAGATATACCATGGACCAGAAGCTGTTAAC CCCGGG AAGAAGGAGATATACCATGGACCAGAAGCTGTTAAC GadA-SbfI-R GadA- SbfI-R CCTGCAGG TCATCACACCAGAGATTCTTTCACGCCAGAGCCCGGCGCGCCGGTGTGTTTAAAGCTGTTCT CCTGCAGG TCATCACACCAGAGATTCTTTCACGCCAGAGCCCGGCGCGCCGGTGTGTTTAAAGCTGTTCT GadB-XmaI-F GadB- XmaI-F CCCGGG AAGAAGGAGATATACCATGGATAAGAAGCAAGTAAC CCCGGG AAGAAGGAGATATACCATGGATAAGAAGCAAGTAAC GadB-SbfI-R GadB- SbfI-R CCTGCAGG TCATCACACCAGAGATTCTTTCACGCCAGAGCCCGGCGCGCCGGTATGTTTAAAGCTGTTCT CCTGCAGG TCATCACACCAGAGATTCTTTCACGCCAGAGCCCGGCGCGCCGGTATGTTTAAAGCTGTTCT

GABAGABA 전환 transform

모든 재조합 균주들을 10 g/l of D-글루코스을 함유하고 암피실린 (100 μg/ml) 및 클로람페니콜 (30 μg/ml)을 가지는 LB에서 37℃, 250 rpm 하 배양하였다. All recombinant strains were cultured in LB containing 10 g / l of D-glucose and ampicillin (100 μg / ml) and chloramphenicol (30 μg / ml) at 37 ° C and 250 rpm.

OD600 값이 1.2에 도달하였을 때, 유전자 발현이 1 mM of 아라비노스 및 108 nM aTc로 유도되었고, 상기 배양은 pH 4.5로 조정되었으며, 48시간 동안 30℃ 및 250 rpm에서 배양되었다. 발효 동안, 샘플들을 빼내서 이어지는 분석을 위해 -20 ℃에 보관하였다..
When the OD 600 value reached 1.2, gene expression was induced with 1 mM of arabinose and 108 nM aTc, and the cultures were adjusted to pH 4.5 and cultured at 30 ° C and 250 rpm for 48 hours. During fermentation, the samples were removed and stored at -20 ° C for subsequent analysis.

글루코스Glucose 모니터링monitoring

Aminex HPX-87H 칼럼 (300 × 7.8 mm, Bio-rad)을 이용하여 HPLC에 의해 글루코스를 분석하였다. 샘플들을 Eppendorf 튜브에 넣고 5분동안 12,000 rpm에서 원심분리하였다.Glucose was analyzed by HPLC using an Aminex HPX-87H column (300 x 7.8 mm, Bio-rad). Samples were placed in Eppendorf tubes and centrifuged at 12,000 rpm for 5 minutes.

다음으로, 1 ml 상청액을 0.2 μm 밀리포어 필터를 통해 여과하였고 RI 검출기를 이용하여 Agilent system 상에서 분석하였다. H2SO4 0.008N을 이용하여 유도된 샘플들의 분리를 이동상(mobile phase)으로 이루었다. 칼럼 온도를 50℃로 세팅하였다. 이동상의 유속은 0.6 ml/min였고, 샘플들은 RI 286 nm에서 검출되었다. 5개의 표준 용액 : 1, 2, 3, 5, 및 10 g/l 의 글루코스 (Sigma, Missouri, USA)에 대한 동일 절차를 이용하여 글루코스에 대한 표준 곡선을 결정하였다.
Next, 1 ml of supernatant was filtered through a 0.2 μm Millipore filter and analyzed on an Agilent system using a RI detector. The separation of the samples derived using H 2 SO 4 0.008 N was made into a mobile phase. The column temperature was set at 50 캜. The mobile phase flow rate was 0.6 ml / min and samples were detected at 286 nm RI. Standard curves for glucose were determined using the same procedure for 5 standards: 1, 2, 3, 5, and 10 g / l glucose (Sigma, Missouri, USA).

GABAGABA 분석 analysis

GABA 생물학적 전환(bioconversions)을 OptimaPak C18 컬럼 (4.6 x 150 mm) (RS tech Corporation, Daejeon, Korea)을 이용하여 HPLC에 의해 정량적으로 분석하였다. 샘플들을 5분동안 12,000 rpm에서 원심분리하고, 100 μl 상청액을 Eppendorf 튜브에 넣었다. GABA bioconversions were quantitatively analyzed by HPLC using an OptimaPak C18 column (4.6 x 150 mm) (RS tech Corporation, Daejeon, Korea). Samples were centrifuged at 12,000 rpm for 5 minutes, and 100 [mu] l supernatant was placed in an Eppendorf tube.

그리고, 200 μl의 1 M 소듐 바이카보네이트 버퍼 pH 9.8, 아세토니트릴 중 100 μl의 80 g/l 단실 클로라이드(dansyl chloride) 및 600 μl 이중-증류수를 첨가하여 1-ml 반응 혼합물을 제작하였다. Then, a 1-ml reaction mixture was prepared by adding 200 μl of 1 M sodium bicarbonate buffer pH 9.8, 100 μl of 80 g / l dansyl chloride and 600 μl of double-distilled water in acetonitrile.

상기 혼합물을 40분 동안 80℃에서 인큐베이션하였다. 이어서, 100 μl의 20 μl/ml 아세트산을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 상기 혼합물을 5분 동안 12,000 rpm에서 원심분리하였다. 상청액을 0.2 μm 밀리포어 필터를 통해 여과시키고 UV 검출기를 이용하여 Agilent system 상에서 HPLC에 의해 분석하였다. The mixture was incubated at 80 DEG C for 40 minutes. Then, 100 μl of 20 μl / ml acetic acid was added to stop the reaction. The mixture was centrifuged at 12,000 rpm for 5 minutes. The supernatant was filtered through a 0.2 μm Millipore filter and analyzed by HPLC on an Agilent system using a UV detector.

용매(eluent) A [tetrahydrofuran/methanol/ 50 mM sodium acetate pH 6.2 (5:75:420, by vol.)] 및 용매(eluent) B (methanol)로 2진법의 비선형의 변화도(binary nonlinear gradient)를 이용하여 유도화된 샘플의 분리를 수행하였다. 상기 컬럼 온도는 30℃로 설정하였다. 용리 조건은 다음과 같다: 평형 (6 min, 20% B), 그레디언트 (20 min, 20~80% B) 및 클리닝 (3 min, 100% B). A binary nonlinear gradient of the binary method with eluent A [tetrahydrofuran / methanol / 50 mM sodium acetate pH 6.2 (5: 75: 420, by vol.)] And eluent B (methanol) To perform separation of the derivatized sample. The column temperature was set at 30 占 폚. The elution conditions are as follows: equilibrium (6 min, 20% B), gradient (20 min, 20-80% B) and cleaning (3 min, 100% B).

이동상의 유속은 1 ml/min 이고 샘플은 UV 286 nm에서 검출되었다. 8개의 표준 용액 : 0.1, 0.2, 0.3, 1, 2, 3, 5, 및 10 g/l GABA (Sigma, Missouri, USA)에 대한 동일 절차를 이용하여 GABA 에 대한 표준 곡선을 결정하였다.
The flow rate of the mobile phase was 1 ml / min and the sample was detected at UV 286 nm. The standard curve for GABA was determined using the same procedure for 8 standard solutions: 0.1, 0.2, 0.3, 1, 2, 3, 5, and 10 g / l GABA (Sigma, Missouri, USA).

실시예Example 1 : 재조합 균주 제작 1: Production of recombinant strain

2개의 GABA 합성 경로 및 스캐폴드가 직각의 아라비노스-유도능 및 테트라사이클린-유도능 프로모터에 사용되어 독립적인 발현을 가져왔다.Two GABA synthesis pathways and scaffolds were used for orthogonal Arabinose-inducible and tetracycline-inducible promoters, resulting in independent expression.

3개의 효소 IDH, GOGAT, 및 GAD 를 리간드 GBD, SH3, 및 PDZ 와 각각 결합시키고 p15A-기초 배지-카피 플라스미드로 클로닝하여 pBIGA 및 pBIGB를 제작하였다(표 1). Three enzymes IDH, GOGAT, and GAD were ligated with the ligands GBD, SH3, and PDZ, respectively, and cloned into the p15A-based medium-copy plasmid to produce pBIGA and pBIGB (Table 1).

E. coli 염색체는 글루탐산 디카르복시라아제의 2개의 생화학적으로 일치하는 동형단백질(isoforms)을 코딩하는 구별되는 유전자를 함유하고 있기 때문에, GadA 및 GadB, 각각이 코딩하는 2개 의 동위효소(isoenzyme) 글루탐산 디카르복시라아제의 역할을 교환함으로써 2개의 시스템이 상이하게 수립된다. 스캐폴드 부분은, GBD, SH3, 및 PDZ 도메인을 결합하는 GTPase을 포함하는, ColE1-기초한 고카피(high-copy) 플라스미드 내로 클로닝되었다 (표 1).Because E. coli chromosomes contain distinct genes encoding two biochemically identical isoforms of glutamate dicarboxylase, GadA and GadB, two isoenzymes encoding each, isoenzyme ) Two systems are established differently by exchanging the role of glutamate dicarboxylase. The scaffold moiety was cloned into a ColE1-based high-copy plasmid containing the GTPase binding the GBD, SH3, and PDZ domains (Table 1).

이러한 각 도메인은 IDH, GOGAT, 및 GAD 각각을 타켓팅하는데 사용되었다. 그리고, 각 IDH-GOGAT-GAD-발현 플라스미드를 XL1-Blue E. colit내로 도입하여 XB(pBIGA) 및 XB(pBIGB) 균주를 수득하였다Each of these domains was used to target IDH, GOGAT, and GAD, respectively. Then, each IDH-GOGAT-GAD-expression plasmid was introduced into XL1-Blue E. coli to obtain XB (pBIGA) and XB (pBIGB) strains

이어서, 각 XB (pBIGA) 및 XB (pBIGB) 를, 각각 표준 프로토콜 및 9 스캐폴드 구조물 플라스미드(pJD575- pJD765)로서 컴피턴트 세포로 만들었다.Next, each of XB (pBIGA) and XB (pBIGB) was made into competent cells as a standard protocol and a 9 scaffold structure plasmid (pJD575-pJD765), respectively.

전체적으로, GABA 합성 경로에 대한 20개의 다른 균주를 다음과 같이 명명하였다: XB(pBIGA), XB(pBIGA_57), XB(pBIGA_58), XB(pBIGA_59), XB(pBIGA_60), XB(pBIGA_61), XB(pBIGA_62), XB(pBIGA_63), XB(pBIGA_64), XB(pBIGA_65), XB(pBIGB), XB(pBIGB_57), XB(pBIGB_58), XB(pBIGB_59), XB(pBIGB_60), XB(pBIGB_61), XB(pBIGB_62), XB(pBIGB_63), XB(pBIGB_64), XB(pBIGB_65).
Overall, 20 different strains for the GABA synthesis pathway were named as follows: XB (pBIGA), XB (pBIGA_57), XB (pBIGA_58), XB (pBIGA_59), XB (pBIGA_60) pBIGA_62, XB pBIGA_63, XB pBIGA_65, XB pBIGB, XB pBIGB_57, XB pBIGB_59, XB pBIGB_60, XB pBIGB_61, pBIGB_62), XB (pBIGB_63), XB (pBIGB_64), XB (pBIGB_65).

실시예Example 2 :  2 : GABAGABA 전환 및 검출 Conversion and detection

상기 20 재조합 균주로 GABA 전환의 결과들을 표 3에 요약하여 기재하였다. 3개의 효소 IDH, GOGAT 및 GAD이 과발현되지 않으면 GABA가 검출되지 않았다.The results of the GABA conversion to the 20 recombinant strains are summarized in Table 3. GABA was not detected if the three enzymes IDH, GOGAT and GAD were not overexpressed.

Figure 112013038282540-pat00003
Figure 112013038282540-pat00003

우선, 2개의 프리-스캐폴드 디바이스 균주를 대조군으로 하여 GABA 생산을 테스트하였다.First, GABA production was tested using two pre-scaffold device strains as a control.

2개의 시스템 사이에서 현저한 차이를 확인할 수 있듯이, 약 0.38 g/l GABA 이 XB(pBIGA) 및 XB(pBIGB)로 생성된 이후, pBIGA 및 pBIGB는 관찰되지 않았다(표 3).
PBIGA and pBIGB were not observed after about 0.38 g / l GABA was produced with XB (pBIGA) and XB (pBIGB), as can be seen from the two systems (Table 3).

다음으로, IDH, GOGAT 및 GAD이 1:1:1 비율로 함께 위치화하는 GBD1SH31PDZ1 스캐폴드의 매트릭스를 가지는 균주 XB(pBIGA_57) 및 XB(pBIGB_57) 가 대조군과 비교하여 GABA 농도가 더 높이 나타났다(도 2).Next, strains XB (pBIGA_57) and XB (pBIGB_57) having a matrix of GBD1SH31PDZ1 scaffolds IDH, GOGAT, and GAD co-localized at a 1: 1: 1 ratio showed a higher GABA concentration 2).

48 시간 후, XB(pBIGA_57)보다 2.5배, XB(pBIGB_57)보다 3배 향상된 1 g/l 및 1.2 g/l로 GABA 농도가 수득되었다. 효소들이 리간드에 의해 도메인에 위치하고 있을 때조차 2개의 시스템 사이에 GABA 생산의 현저한 차이는 나타나지 않았다(도 3). After 48 hours, GABA concentrations were obtained at 1 g / l and 1.2 g / l, 2.5 times higher than XB (pBIGA_57) and 3 times higher than XB (pBIGB_57). Even when the enzymes were located in the domain by the ligand, no significant difference in GABA production was observed between the two systems (Fig. 3).

그리고 GABA 농도의 시간 프로파일은 재조합 균주의 활성이 48시간 후에도 유지되고 GABA 농도는 계속해서 증가함을 보여주었다 (도 3).
And the time profile of the GABA concentration showed that the activity of the recombinant strain was maintained even after 48 hours and the GABA concentration continued to increase (FIG. 3).

이전에, 대부분의 연구들은 박테리아가 직접적으로 글루탐산 또는 모노소듐 글루탐산(MSG)을 대사하여 GABA를 형성하는, GABA 고생성 균주로부터 GadA 및 GadB 유전자의 과발현을 통해 GABA의 합성에 초점을 맞추고 있었다. Previously, most studies focused on the synthesis of GABA through overexpression of the GadA and GadB genes from the GABA high producing strain, where the bacteria directly metabolize glutamic acid or monosodium glutamic acid (MSG) to form GABA.

이러한 기작들은 , Lactobacillus sakei B2-16 중 락토바실러스 플란타럼 ATCC 14917 의 글루탐산 디카르복시라아제 과발현에 의해 70 g/l MSG로부터 수득되는 27.4 g/l GABA 또는 E. coli 균주 변이체에서 GadBC의 과발현에 의해 10 g/l MSG로부터 수득되는 5.46 g/l GABA 같이 발효 동안 수득할 수 있는 GABA의 고농도를 보여주었다.These mechanisms include the overexpression of GadBC in 27.4 g / l GABA or E. coli mutants obtained from 70 g / l MSG by overexpression of glutamate dicarboxylase in Lactobacillus sakei B2-16 Lactobacillus plantarum ATCC 14917 Showed a high concentration of GABA that could be obtained during fermentation, such as 5.46 g / l GABA obtained from 10 g / l MSG.

본 실험에서, XB(pBIGA_57) 및 XB(pBIGB_57)에 의해 생성된 세포외기질 GABA의 농도가 동시에 증가하면서, 발효 시작부터 배지 내 글루코스 농도가 일정하게 감소하였다.In this experiment, the concentration of extracellular matrix GABA produced by XB (pBIGA_57) and XB (pBIGB_57) simultaneously increased, and the glucose concentration in the medium was constantly decreased from the start of fermentation.

특히, 2개의 균주 XB(pBIGA_57) 및 XB(pBIGB_57)에 의해 생산된 GABA는 48시간 후 1 g/L 및 1.2 g/L의 최대값에 도달하였고, 반면, 48시간 후 글루코스 소비량은 각각 6.01± 0.18 g/l 및 5.74 ± 0.33 g/l였다 (도 3).In particular, the GABA produced by the two strains XB (pBIGA_57) and XB (pBIGB_57) reached a maximum of 1 g / L and 1.2 g / L after 48 hours, whereas the glucose consumption after 48 hours was 6.01 0.18 g / l and 5.74 + 0.33 g / l (Fig. 3).

이러한 결과들은 스캐폴드 디바이스 균주를 사용하여, GABA 전구체로서 글루탐산 또는 MSG 첨가 없이 성공적으로 글루코스로부터 GABA를 생산할 수 있음을 보여준다.
These results show that scaffold device strains can be used to successfully produce GABA from glucose without the addition of glutamic acid or MSG as a GABA precursor.

실시예 3 : GABA 생산Example 3: Production of GABA

다음으로, 스캐폴드 구조물(XB(pBIGA_58) - XB(pBIGA_65) and XB(pBIGB_58) - XB(pBIGB_65))의 매트릭스를 이용하여 도메인의 개수 차이가 포함되어 있는 다양한 균주를 사용하여 GABA 생산을 테스트하였다.Next, GABA production was tested using various strains containing differences in the number of domains using a matrix of scaffold constructs (XB (pBIGA_58) -XB (pBIGA_65) and XB (pBIGB_58) -XB .

모든 스캐폴드 구조물 GBDaSH3bPDZc 에서, GBD 도메인은 ratio a=1에서 안정적으로 유지되었다. SH3 및 PDZ 도메인 1, 2, 및 4 의 비율에서 각각 다양화되었다( 표 1). 스캐폴드 디바이스를 포함하는 모든 균주들은 대조군 균주와 비교하여 보다 높은 GABA 합성을 보여주었지만, 수득된 스캐폴드 디바이스 사이에서 생산된 GABA는 큰 차이가 나타나지 않았다 (도 4). In all scaffold structures GBDaSH3bPDZc, the GBD domain remained stable at ratio a = 1. SH3 and PDZ domains 1, 2, and 4, respectively (Table 1). All strains including scaffold devices showed higher GABA synthesis compared to the control strain, but GABA produced between the obtained scaffold devices showed no significant difference (FIG. 4).

이러한 결과들은 효소의 농도가 GABA 합성에 영향을 미치지 않음을 보여준다. 즉, GABA 역가(titer)는 SH3 도메인의 수에 의존하지 않고 PDZ 도메인의 수에도 역시 의존하지 않는다. These results show that the enzyme concentration does not affect GABA synthesis. That is, the GABA titer does not depend on the number of SH3 domains nor on the number of PDZ domains.

조합될 수 있는 IDH, GOGAT 및 GAD의 모듈식 부분을 제작하는 합성적 생물전략을 이용하여 고가의 GABA를 생산하였다. We have produced expensive GABA using synthetic biotic strategies that produce modular parts of IDH, GOGAT and GAD that can be combined.

이와 같이, 본 발명은 합성적 스캐폴드의 후생동물 단백질 상호작용 도메인을 이용하고 기질로서 D-글루코스를 사용함으로써 GABA를 생산하는 방법을 제공한다. 특히, 각 복합체에서 효소의 수에 의존하는 상대적 생성물 역가를 바꿈으로써, 동일한 벡터로부터 발현하는 프리-스캐폴드 효소로 3배의 향상을 보여주는 1.2 g/l GABA의 최대치 역가가 관찰되었다. 또한, 효소의 농도는 GABA 형성에 큰 영향을 끼치지 않았다. Thus, the present invention provides a method of producing GABA by using the metastatic protein interaction domain of a synthetic scaffold and using D-glucose as a substrate. In particular, by changing the relative product titer, which is dependent on the number of enzymes in each complex, the maximum activity of 1.2 g / l GABA, which shows a 3-fold improvement from the pre-scaffold enzyme expressed from the same vector, was observed. In addition, the enzyme concentration did not significantly affect GABA formation.

본 발명은 크게 향상된 생성능을 가지는 GABA 생산방법으로서 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
The present invention may be usefully used as a GABA production method having greatly improved production ability.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be considered in an illustrative rather than a restrictive sense. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

Claims (16)

유전자 Icd, GltB, Gad; 및 상기 유전자들이 발현하는 효소들과 각각 특이적으로 결합하는 리간드를 함유하는 스캐폴드를 포함하는 재조합 미생물을 배양하는 단계를 포함하는, 감마 아미노부틸산(GABA) 생산방법.Gene Icd, GltB, Gad; And culturing a recombinant microorganism comprising a scaffold containing a ligand that specifically binds to each of the enzymes expressed by the genes. &Lt; RTI ID = 0.0 &gt; (GABA) &lt; / RTI &gt; 제1항에 있어서,
상기 Gad 유전자는 GadA 또는 GadB인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the Gad gene is GadA or GadB.
제2항에 있어서,
상기 Gad 유전자로서 GadA 및 GadB을 함께 사용함으로써 2가지의 합성 경로를 수립하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. The method of claim 2,
Wherein two synthetic routes are established by using GadA and GadB together as the Gad gene.
제1항에 있어서,
상기 유전자 Icd, GltB, 및 Gad가 발현하는 효소는 각각 이소시트레이트 디하이드로지나아제(isocitrate dehydrogenase,IDH), 글루타메이트 합성효소(glutamate synthase, GOGAT) 및 글루타메이트 디카복시라아제(gultamate decarboxylase, GAD)인 것을 특징으로 하는 감마 아미노부틸산(GABA) 생산방법.
The method according to claim 1,
The genes expressed by the genes Icd, GltB, and Gad include isocitrate dehydrogenase (IDH), glutamate synthase (GOGAT), and glutamate decarboxylase (GAD) (GABA). &Lt; / RTI &gt;
제4항에 있어서,
IDH, GOGAT 및 GAD 효소와 특이적으로 결합하는 리간드는 각각 GBD, SH3 및 PDZ인 것을 특징으로 하는 방법.
5. The method of claim 4,
Wherein the ligands that specifically bind IDH, GOGAT and GAD enzymes are GBD, SH3 and PDZ, respectively.
제1항에 있어서,
상기 Icd, GltB, 및 Gad가 발현하는 효소는 스캐폴드 내에서 함께 위치하여 각각 독립적으로 대사활동을 하는 것을 특징으로 하는 방법
The method according to claim 1,
Wherein the enzymes expressed by Icd, GltB, and Gad are located together in the scaffold and independently metabolize
제6항에 있어서,
Icd, GltB, 및 Gad가 발현하는 효소인 IDH, GOGAT 및 GAD 효소의 비율은 1:1:1인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 6,
Wherein the ratio of IDH, GOGAT and GAD enzymes which are Icd, GltB, and Gad-expressing enzymes is 1: 1: 1.
제1항에 있어서,
상기 배양은 글루코스, 수크로스, 셀룰로스 및 글리세롤로 구성된 군에서 선택되는 1종 이상의 탄소원을 기질로 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the culture comprises a substrate of at least one carbon source selected from the group consisting of glucose, sucrose, cellulose and glycerol.
제8항에 있어서,
상기 기질은 글루코스인 것을 특징으로 하는 방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the substrate is glucose.
제1항에 있어서,
상기 재조합 미생물은 GadA 및 GadB을 모두 함유하고 있는 균주인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the recombinant microorganism is a strain containing both GadA and GadB.
제10항에 있어서,
상기 재조합 미생물은 대장균인 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the recombinant microorganism is E. coli.
효소 IDH, GOGAT, GAD; 또는 이들을 코딩하는 유전자 Icd, GltB, Gad를 함유하고, 상기 효소들과 각각 특이적으로 결합하는 리간드 GBD, SH3 및 PDZ를 함유하는 감마 아미노부틸산(GABA) 생산용 스캐폴드.Enzymes IDH, GOGAT, GAD; Or a scaffold for producing gamma aminobutyric acid (GABA) containing the genes Icd, GltB, Gad encoding them and ligands GBD, SH3 and PDZ each of which specifically binds to the enzymes. 제12항에 있어서,
상기 Gad 유전자는 GadA 및 GadB 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 감마 아미노부틸산(GABA) 생산용 스캐폴드.
13. The method of claim 12,
Wherein the Gad gene is at least one of GadA and GadB.
제12항에 있어서,
상기 Icd, GltB, 및 Gad가 발현하는 각 효소 IDH, GOGAT, GAD는 스캐폴드 내에서 함께 위치(co-localized)하는 것을 특징으로 하는 스캐폴드.
13. The method of claim 12,
Wherein the enzymes IDH, GOGAT, and GAD that are expressed by Icd, GltB, and Gad are co-localized in the scaffold.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항의 스캐폴드를 함유하는 감마 아미노부틸산(GABA) 생산용 재조합 미생물.A recombinant microorganism for producing gamma aminobutyric acid (GABA) containing the scaffold of any one of claims 12 to 14. 제15항에 있어서,
상기 재조합 미생물은 대장균인 것을 특징으로 하는 재조합 미생물.
16. The method of claim 15,
Wherein the recombinant microorganism is E. coli.
KR1020130048368A 2013-04-30 2013-04-30 Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds KR101533150B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130048368A KR101533150B1 (en) 2013-04-30 2013-04-30 Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130048368A KR101533150B1 (en) 2013-04-30 2013-04-30 Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140129724A KR20140129724A (en) 2014-11-07
KR101533150B1 true KR101533150B1 (en) 2015-07-02

Family

ID=52454936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130048368A KR101533150B1 (en) 2013-04-30 2013-04-30 Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101533150B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117165504A (en) * 2023-08-03 2023-12-05 天津世纪伟康生物科技有限公司 Engineering bacterium for efficiently producing gamma-aminobutyric acid by fermentation method and application thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110008829A1 (en) * 2008-02-28 2011-01-13 Dueber John E Use of Synthetic Scaffolds for the Production of Biosynthetic Pathway Products

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110008829A1 (en) * 2008-02-28 2011-01-13 Dueber John E Use of Synthetic Scaffolds for the Production of Biosynthetic Pathway Products

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J Ind Microbiol Biotechnol, vol.40, pp. 927-933(2013.6.2.) *
논문1;울산대학교 대학원 *
논문2;NAT BIOTECHNOL *

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140129724A (en) 2014-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6862349B2 (en) Recombinant microorganisms showing increased flux through the fermentation pathway
CN112877272B (en) Escherichia coli engineering bacteria of N-acetylglucosamine and fermentation production method
AU2018204112A1 (en) Recombinant microorganisms exhibiting increased flux through a fermentation pathway
JP2020526213A (en) Ectoine-producing yeast
KR101824282B1 (en) Use of inducible promoters in the production of glycolic acid
Novak et al. Microbial upgrading of acetate into 2, 3-butanediol and acetoin by E. coli W
US20130210097A1 (en) Glycolic acid fermentative production with a modified microorganism
CN110869488B (en) Enhanced metabolite producing yeast
TW201723170A (en) Arginine supplementation to improve efficiency in gas fermenting acetogens
US20170356016A1 (en) Modified microorganisms and methods for production of useful products
KR101533150B1 (en) Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds
KR101541590B1 (en) A Method for Producing γ-aminobutiric acid Using modular, synthetic scaffolds
JP2014023528A (en) Modified microorganism and method for producing 1,4-butanediol using it
CN113122563B (en) Method for constructing R-3-aminobutyric acid producing bacteria
KR101785150B1 (en) Method for producing gamma aminobutyric acid by using modular scaffolds
CN113528495A (en) Bacillus subtilis for stably expressing chitobiose deacetylase and construction method and application thereof
KR101544270B1 (en) Method of GABA production using cell surface display system
CN110869503A (en) Methionine producing yeast
US12098168B2 (en) XylR mutant for improved xylose utilization or improved co-utilization of glucose and xylose preliminary
EP4215601A1 (en) Genetically modified bacteria resistant to mass cell lysis
KR101710270B1 (en) Methanol sensing Recombinent Microorganism and the Use thereof
WO2023183784A2 (en) Compositions and methods for improved malonyl-coa biosynthesis using 2-stage dynamic metabolic control
CN114410628A (en) Acid-resistant expression cassette, application thereof and method for high-throughput screening of stress-resistant expression cassette for microbial fermentation
CN114606253A (en) Recombinant escherichia coli capable of producing L-methionine at high yield without action of exogenous amino acid and application thereof
WO2017168161A1 (en) Modified enzyme

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180601

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191021

Year of fee payment: 5