KR101630740B1 - Mutant 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase - Google Patents

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Abstract

본 발명은 돌연변이 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 및 그 유전자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 알칼리지네스 파에칼리스 (Alcaligenes faecalis)로부터 분리된 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 유전자 중 2 개소를 돌연변이시킨 효소 및 그 유전자에 관한 것으로서, 야생형과 달리 높은 수율로 레불린산(levulinic acid)을 4-히드록시발레르산 (4-hydroxyvaleric acid)으로 전환하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a mutant 3-hydroxybutyrate dehydrogenase and a gene thereof. More specifically, the present invention relates to an enzyme and a gene thereof mutated in two of 3-hydroxybutyrate dehydrogenase genes isolated from Alcaligenes faecalis , and converting levulinic acid into 4-hydroxyvaleric acid.

Description

돌연변이 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 {Mutant 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase}The mutant 3-hydroxybutyrate dehydrogenase {Mutant 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase}

본 발명은 돌연변이 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 (3-hydroxybutyrate dehydrogenase. 3HBDH)및 그 유전자에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 알칼리지네스 파에칼리스 (Alcaligenes faecalis)로부터 분리된 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 유전자 중 2 개소를 돌연변이시킨 효소 및 그 유전자에 관한 것으로서, 야생형과 달리 높은 수율로 레불린산(levulinic acid)을 4-히드록시발레르산 (4-hydroxyvaleric acid)으로 전환하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a mutant 3-hydroxybutyrate dehydrogenase (3HBDH) and its gene. More specifically, the present invention relates to the use of an Alcaligenes < RTI ID = 0.0 > relates to a 3-hydroxybutyrate dehydrogenase enzyme gene and the mutant gene were separated from the two positions of faecalis), unlike the wild-type aminolevulinic acid at a high yield (levulinic acid) 4-hydroxy-valeric acid (4- hydroxyvaleric acid).

최근 산업바이오 분야에서는 재생가능한 바이오매스 (renewable biomass)를 이용하여 여러 유용한 화학물질과 바이오연료를 생산하는 것이 주목을 받고 있다. 재생가능한 바이오매스 중에서 셀룰로오스(cellulose) 기반 바이오매스는 광범위한 지역에서 구하기 쉽게 분포하고, 곡물 바이오매스와 대비하여 가격이 저렴하며, 또한 식량으로 사용되지 않아 식량 문제에서 자유롭다는 장점이 있기 때문에 산업적으로 이용하기에 특히 적합한 특성을 지니고 있다. 셀룰로오스 기반 바이오매스를 이용하는 일반적인 방법은 셀룰라아제(cellulose) 효소를 이용하는 것이다. 셀룰라아제는 셀룰로오스를 당분으로 가수분해하며, 이렇게 얻어진 당분은 산업미생물의 먹이로 공급되어 산업적으로 유용한 생산물질들을 만들어낼 수 있다. 그러나 셀룰로오스의 분해되기 어려운 구조적 특징 때문에 셀룰라아제를 이용하더라도 그 효율이 낮은 편이며, 셀룰라아제의 높은 가격 또한 현실적인 적용에 걸림돌로 작용하고 있다.In recent industrial biotechnology field, it is attracting attention to produce various useful chemicals and biofuels by using renewable biomass. Of the renewable biomass, cellulose-based biomass is easy to obtain in a wide range of locations, is inexpensive compared to grain biomass, and is also free from food problems because it is not used as food. Which is particularly suitable for use. A common method of using cellulosic-based biomass is by using a cellulose enzyme. Cellulase hydrolyzes cellulose into sugar, and the resulting sugar can be fed into the feed of industrial microorganisms to produce industrially useful products. However, due to the structural characteristics of cellulose, which is difficult to decompose, the efficiency of cellulase is low, and the high price of cellulase is also a hindrance to practical application.

한편, 최근에는 셀룰로오스 기반 바이오매스를 이용하는 대안적 경로로 레불린산 (levulinic acid 또는 4-oxopentanoic acid)을 이용하는 방법이 주목을 받고 있다. 레불린산은 셀룰로오스를 산(acid)으로 처리하여 비교적 쉽게 얻을 수 있는 다목적 화학합성 중간체 (versatile synthetic intermediate)로서 나일론, 합성고무, 플라스틱, 의약품 등 여려 유용한 화학 물질들을 만드는 데 사용될 수 있다. 또한 레불린산은 미국의 DOE (Departement Of Energy)에서 지정한 12개 구성요소 화학물질 (building block chemical) 중 하나로서 그 응용적 가치를 인정받고 있다.On the other hand, recently, a method using levulinic acid or 4-oxopentanoic acid as an alternative route using cellulosic-based biomass has received attention. Levulinic acid is a versatile synthetic intermediate that is relatively easy to obtain by treating cellulose as an acid, and can be used to make other useful chemicals such as nylon, synthetic rubber, plastics, and pharmaceuticals. Levulinic acid has also been recognized for its application value as one of the 12 building block chemicals designated by the Department of Energy (DOE) in the United States.

셀룰로오스로부터 얻어진 레불린산은 후속 전환반응을 통해 여러 가지 유용한 화학물질들로 전환될 수 있다. 화학구조적 관점에서 레불린산은 5개 탄소로 이루어진 감마케토산 (γ-ketoacid)으로 케톤기 (ketone group)와 카르복실기 (carboxyl group)를 지니고 있다. 여기서 레불린산의 케톤기가 환원(reduction)되어 히드록실기 (hydroxyl group)로 전환되면 4-히드록시발레르산 (4-hydroxyvaleric acid 또는 4-hydroxypentanoic acid)이 생성되며 (Martin 등, 2009), 이 4-히드록시발레르산은 바이오 폴리에스터(bio-polyester)의 단위체, 바이오 연료(bio-fuel)의 전구체 등으로 유용하게 사용될 수 있다 (Corma 등, 2007). The levulinic acid obtained from cellulose can be converted into a variety of useful chemicals through subsequent conversion reactions. From a chemical structural point of view, levulinic acid is a five-carbon gamma-ketoacid, which has a ketone group and a carboxyl group. 4-hydroxyvaleric acid or 4-hydroxypentanoic acid is produced when the ketone group of levulinic acid is reduced to a hydroxyl group (Martin et al., 2009) 4-Hydroxyvaleric acid can be usefully used as a unit of bio-polyester, a precursor of bio-fuel, and the like (Corma et al., 2007).

종래 레불린산을 환원시켜 4-히드록시발레르산을 생산하는 대부분의 레불린산 전환반응들은 고온 고압의 조건에서 화학촉매의 사용을 통해 이루어지기 때문에 에너지 소비량이 많고 운전시 위험성이 높으며, 설비 투자비가 높고 환경친화도가 낮은 단점들이 있다. 효소를 이용하는 경우에는 저온 저압의 안전하고 에너지 소모량이 낮은 조건에서 환경 친화적으로 반응을 진행할 수 있는 장점이 있으나, 레불린산을 본 기질 (native substrate)로 삼는 효소는 지금껏 알려진 바가 없었다.Since most levulinic acid conversion reactions that produce 4-hydroxyvaleric acid by reducing levulinic acid are performed through the use of a chemical catalyst under high-temperature and high-pressure conditions, there is a high energy consumption and a high risk of operation, And low environmental friendliness. Enzymes have the advantage of being environmentally friendly in low-temperature, low-pressure and low-energy conditions, but enzymes that make levulinic acid a native substrate have never been known.

Martin, C.H., Prather, K.L.J., 2009. High-titer production of monomeric hydroxyvalerates from levulinic acid in Pseudomonas putida. J. Biotechnol. 139 (1), 61.67. Martin, C. H., Prather, K.L.J., 2009. High-titer production of monomeric hydroxyvalerates from levulinic acid in Pseudomonas putida. J. Biotechnol. 139 (1), 61.67. Corma Canos, A., Iborra, S., Velty, A., 2007. Chemical routes for the transformation of biomass into chemicals. Chem. Rev. 107 (6), 2411.2502. Corma Canos, A., Iborra, S., Velty, A., 2007. Chemical routes for transformation of biomass into chemicals. Chem. Rev. 107 (6), 2411.2502.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 알칼리지네스 파에칼리스 (Alcaligenes faecalis)로부터 분리된 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 유전자 중 2 개소를 돌연변이시켜 생합성한 효소를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention been made in view of the above problems, an alkaline paper Ness par faecalis (Alcaligenes The present invention provides an enzyme that is biosynthesized by mutating two of 3-hydroxybutyrate dehydrogenase genes isolated from E. faecalis .

또한, 본 발명은 상기 돌연변이된 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 유전자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide the mutated 3-hydroxybutyrate dehydrogenase gene.

또한, 본 발명은 상기 돌연변이된 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 유전자를 포함하는 플라스미드를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.It is still another object of the present invention to provide a plasmid comprising the mutated 3-hydroxybutyrate dehydrogenase gene.

본 발명의 돌연변이 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 (3-hydroxybutyrate dehydrogenase)는 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 서열목록 1의 아미노산 서열을 포함하는 것을 특징으로 한다.The mutant 3-hydroxybutyrate dehydrogenase of the present invention is characterized by comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 in order to achieve the above-mentioned object.

또한, 상기 3-히드록시부티레이트 탈수소효소는 레불린산 (levulinic acid)을 4-히드록시발레르산 (4-hydroxyvaleric acid)으로 전환할 수 있다.In addition, the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase can convert levulinic acid to 4-hydroxyvaleric acid.

또한, 상기 3-히드록시부티레이트 탈수소효소는 알칼리지네스 파에칼리스 (Alcaligenes faecalis)로부터 분리된 것을 돌연변이시켜 생합성할 수 있다.In addition, the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase can be biosynthesized by mutating the one isolated from Alcaligenes faecalis .

한편, 본 발명의 3-히드록시부티레이트 탈수소효소의 유전자는 상기 3-히드록시부티레이트 탈수소효소를 암호화하는 것을 특징으로 한다.Meanwhile, the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase gene of the present invention is characterized in that the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase is encoded.

또한, 상기 유전자는 서열목록 2의 유전자 서열을 포함할 수 있다.In addition, the gene may include the gene sequence of Sequence Listing 2.

한편, 본 발명의 재조합 플라스미드는 상기 유전자를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, the recombinant plasmid of the present invention is characterized by containing the gene.

본 발명은 3-히드록시부티레이트 탈수소효소에 야생형에서는 활성을 나타내지 않던 레불린산의 전환능을 부여함으로써, 종래 고온 고압의 반응조건을 저온 저압의 조건으로 순화시키는 효과가 있다. 그 결과 공정이 안전해지고, 환경친화도가 높아지며, 설비투자비 및 에너지 소모량이 경감되는 장점이 있다.The present invention has the effect of purifying the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase under the conditions of low temperature and low pressure in the conventional reaction conditions of high temperature and high pressure by imparting the ability to convert levulinic acid, which did not show activity in the wild type. As a result, the process is safer, the environment friendliness is enhanced, and facility investment and energy consumption are reduced.

도 1은 야생형 3-히드록시부티레이트 탈수소효소와 본 발명의 돌연변이 3-히드록시부티레이트 탈수소효소가 각각 촉매하는 반응의 구조반응식이다.
도 2는 야생형 3-히드록시부티레이트 탈수소효소와 본 발명의 돌연변이 3-히드록시부티레이트 탈수소효소가 각각 촉매하는 반응의 시간 경과에 따른 전환율을 나타내는 그래프이다.
1 is a structural reaction scheme of a reaction catalyzed by a wild-type 3-hydroxybutyrate dehydrogenase and a mutant 3-hydroxybutyrate dehydrogenase of the present invention, respectively.
FIG. 2 is a graph showing the conversion of wild-type 3-hydroxybutyrate dehydrogenase and the mutant 3-hydroxybutyrate dehydrogenase of the present invention, respectively, over time in the catalysed reaction. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 하기의 설명에서는 구체적인 구성요소 등과 같은 많은 특정사항들이 설명되어 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들 없이도 본 발명이 실시될 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. In the following description, numerous specific details, such as specific elements, are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention, and it is to be understood that the present invention may be practiced without these specific details, It will be obvious to those who have knowledge of. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

본 발명은 레불린산을 환원시켜 4-히드록시발레르산을 생산하는 것을 목표로 한다. 대부분의 레불린산 전환반응들은 고온 고압의 조건에서 화학촉매의 사용을 통해 이루어지기 때문에 에너지 소비량이 많고 운전시 위험성이 높으며, 설비 투자비가 높고 환경친화도가 낮은 단점들이 있다. 효소를 이용하는 경우에는 저온 저압의 안전하고 에너지 소모량이 낮은 조건에서 환경 친화적으로 반응을 진행할 수 있기 때문에 본 발명에서는 효소를 이용한 생물학적 반응을 이용한 레불린산의 환원 반응을 개발하고자 하였다.The present invention aims at producing 4-hydroxyvaleric acid by reducing levulinic acid. Most of the levulinic acid conversion reactions are carried out through the use of chemical catalysts under high temperature and high pressure conditions. Therefore, there are drawbacks such as high energy consumption, high risk of operation, high facility investment cost, and low environmental friendliness. In the case of using the enzyme, since the reaction can be carried out environmentally friendly under a low-temperature and low-pressure safe and low energy consumption condition, the present invention aims to develop a reduction reaction of levulinic acid using an enzymatic biological reaction.

그러나 레불린산을 본 기질 (native substrate)로 삼는 효소는 알려진 바가 없기 때문에 단백질 공학 (protein engineering)을 이용한 기존 효소의 개량이 필요하였다. 알칼리지네스 파에칼리스 유래의 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 (3-hydroxybutyrate dehydrogenase from Alcaligenes Faecalis, EC 1.1.1.30)는 레불린산(C5)과 탄소 1 개의 구조적 차이를 보이는 아세토아세테이트(acetoacetate)(C4)를 본 기질로 삼아 환원 반응을 한다. 그러나 이 효소는 레불린산을 환원시키지는 못한다. 따라서, 본 발명에서는 3-히드록시부티레이트 탈수소효소의 기질 특이성 (substrate specificity)을 개량하여 레불린산을 환원시켜 4-히드록시발레르산을 생산하도록 하였다. 최종적으로, 효소의 단백질 구조 분석에 기반을 둔 합리적 설계 (rational design)법을 적용하여 기질 접합 부위 (substrate binding site)에 존재하는 144번 히스티딘을 루신으로 그리고 187번 트립토판을 페닐알라닌으로 만든 이중 돌연변이 효소 (H144L/W187F double mutant)를 얻었으며, 이 효소를 통해 레불린산을 환원시켜 58%의 전환율로 4-히드록시발레르산을 생산하였다.However, since enzymes that make levulinic acid a native substrate are not known, it is necessary to improve existing enzymes using protein engineering. 3-hydroxybutyrate dehydrogenase from Alcaligenes faecalis (3-hydroxybutyrate dehydrogenase from Alcaligenes Faecalis , EC 1.1.1.30) uses reduction reaction with levulic acid (C5) and acetoacetate (C4) with one structural difference of carbon as the main substrate. However, this enzyme does not reduce levulinic acid. Therefore, in the present invention, the substrate specificity of 3-hydroxybutyrate dehydrogenase is improved to reduce levulinic acid to produce 4-hydroxyvaleric acid. Finally, a rational design method based on the analysis of the protein structure of the enzyme was applied to detect the presence of double mutant enzymes (eg, 144-histidine in leucine and 187-tryptophan in phenylalanine) (H144L / W187F double mutant). The enzyme reduced levulinic acid to yield 4-hydroxyvaleric acid at a conversion of 58%.

구체적으로, 본 발명의 상기 돌연변이 3-히드록시부티레이트 탈수소효소는 서열목록 1의 아미노산 서열을 포함하는 것을 특징으로 한다.
Specifically, the mutant 3-hydroxybutyrate dehydrogenase of the present invention is characterized in that it comprises the amino acid sequence of Sequence Listing 1.

[서열목록 1][Sequence Listing 1]

MLKGKKAVVT GSTSGIGLAM ATELAKAGAD VVINGFGQPE DIERERSTLE SKFGVKAYYL 60MLKGKKAVVT GSTSGIGLAM ATELAKAGAD VVINGFGQPE DIERERSTLE SKFGVKAYYL 60

NADLSDAQAT RDFIAKAAEA LGGLDILVNN AGIQHTAPIE EFPVDKWNAI IALNLSAVFH 120NADLSDAQAT RDFIAKAAEA LGGLDILVNN AGIQHTAPIE EFPVDKWNAI IALNLSAVFH 120

GTAAALPIMQ KQGWGRIINI ASALGLVASV NKSAYVAAKH GVVGLTKVTA LENAGKGITC 180GTAAALPIMQ KQGWGRIINI ASALGLVASV NKSAYVAAKH GVVGLTKVTA LENAGKGITC 180

NAICPGFVRT PLVEKQIEAI SQQKGIDIEA AARELLAEKQ PSLQFVTPEQ LGGAAVFLSS 240NAICPGFVRT PLVEKQIEAI SQQKGIDIEA AARELLAEKQ PSLQFVTPEQ LGGAAVFLSS 240

AAADQMTGTT LSLDGGWTAR
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그리고, 본 발명은 상기 3-히드록시부티레이트 탈수소효소를 암호화하는 유전자 역시 발명의 범위로 하며, 특히 서열목록 2의 유전자 서열을 포함하는 것을 특징으로 한다.
The present invention also provides a gene coding for the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase, which comprises the gene sequence of SEQ ID NO: 2.

[서열목록 2][Sequence Listing 2]

atgttaaaag gaaaaaaagc agttgttacc ggtagcacct caggtatcgg actggcaatg 60atgttaaaag gaaaaaaagc agttgttacc ggtagcacct caggtatcgg actggcaatg 60

gcaactgagc tggcaaaagc tggcgctgat gttgtcatta atgggtttgg ccagccagaa 120gcaactgagc tggcaaaagc tggcgctgat gttgtcatta atgggtttgg ccagccagaa 120

gacattgaac gtgaaagaag caccctggag tctaaattcg gtgtaaaagc gtattatctc 180gacattgaac gtgaaagaag caccctggag tctaaattcg gtgtaaaagc gtattatctc 180

aatgcggatc tttccgacgc ccaagctacg cgtgatttta tagcaaaagc agcagaagct 240aatgcggatc tttccgacgc ccaagctacg cgtgatttta tagcaaaagc agcagaagct 240

ctgggtggtc ttgatattct ggttaataat gcaggtatcc aacacacagc accgatcgaa 300ctgggtggtc ttgatattct ggttaataat gcaggtatcc aacacacagc accgatcgaa 300

gagtttcctg ttgataaatg gaatgcaata attgcactga acttaagcgc agtatttcat 360gagtttcctg ttgataaatg gaatgcaata attgcactga acttaagcgc agtatttcat 360

ggaactgcag cagcactgcc aataatgcaa aaacagggtt gggggcgcat cattaatatt 420ggaactgcag cagcactgcc aataatgcaa aaacagggtt gggggcgcat cattaatatt 420

gcttcggcac atggtctagt tgctagtgta aacaaatcag catacgttgc tgcaaagcat 480gcttcggcac atggtctagt tgctagtgta aacaaatcag catacgttgc tgcaaagcat 480

ggtgttgttg gccttaccaa ggttacagca ttggaaaacg ctggcaaagg tattacatgt 540ggtgttgttg gccttaccaa ggttacagca ttggaaaacg ctggcaaagg tattacatgt 540

aacgcaattt gcccgggatg ggttcggact ccgctggtgg aaaagcagat tgaagcaata 600aacgcaattt gcccgggatg ggttcggact ccgctggtgg aaaagcagat tgaagcaata 600

tcacagcaga aagggatcga tatcgaggca gcagctcgtg agctgctcgc agaaaaacag 660tcacagcaga aagggatcga tatcgaggca gcagctcgtg agctgctcgc agaaaaacag 660

ccttctttgc aatttgttac ccccgaacag ttagggggtg cggcagtctt cttatcttcc 720ccttctttgc aatttgttac ccccgaacag ttagggggtg cggcagtctt cttatcttcc 720

gcagctgcag accagatgac gggaacgaca cttagtttgg atggtggctg gacggcacgc
gcagctgcag accagatgac gggaacgaca cttagtttgg atggtggctg gacggcacgc

나아가, 본 발명은 상기 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드 역시 본 발명의 범위로 한다.Furthermore, the present invention also covers recombinant plasmids containing the gene.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

실시예Example

시약reagent

3HBDH 유전자는 Bioneer (Daejeon, Korea)에서 상업적으로 합성하였다. 제한효소 (NdeI, XhoI) 및 DNA 리가아제는 Enzynomics (Daejeon, Korea)에서 구입하였다. 수용 Escherichia coli Top 10 및 E. coli BL21 (DE3)는 각각 Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) 및 Novagen (Madison, WI, USA)에서 구입하였다. 레불린산, 리튬 아세토아세테이트, NADH 및 암모늄 포르메이트는 Sigma (St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 효소 분석을 위한 기질로서, 레불린산 염 (소듐 레불리네이트) 용액을 Vasavada 등의 논문 (Vasavada, M., Carpenter, C.E., Cornforth, D.P., Ghorpade, V., 2003. Sodium levulinate and sodium lactate effects on microbial growth and stability of fresh pork and turkey sausages. J. Muscle Foods 14 (2), 119.129)에 따라 제조하였다.The 3HBDH gene was commercially synthesized from Bioneer (Daejeon, Korea). Restriction enzymes (NdeI, XhoI) and DNA ligase were purchased from Enzynomics (Daejeon, Korea). Acceptance Escherichia coli Top 10 and E. coli BL21 (DE3) were purchased from Invitrogen (Carlsbad, CA, USA) and Novagen (Madison, WI, USA), respectively. Levulinic acid, lithium acetoacetate, NADH and ammonium formate were purchased from Sigma (St. Louis, Mo., USA). (Vasavada, M., Carpenter, CE, Cornforth, DP, Ghorpade, V., 2003. Sodium levulinate and sodium lactate effects as a substrate for enzyme analysis, on microbial growth and stability of fresh pork and turkey sausages. J. Muscle Foods 14 (2), 119.129).

효소의 위치지정 돌연변이, 발현 및 정제Positioning mutations, expression and purification of enzymes

C-말단 6-히스티딘 태그를 가진 단백질의 발현을 위한 재조합 플라스미드 생산을 위해 3HBDH 유전자를 pET-22b(+) 벡터 (Novagen, USA)에 클로닝시켰다. 돌연변이는 변형 QuickChange™ 위치지정 돌연변이 프로토콜 (Zheng et al., 2004)로 제조하였다. 단백질 발현을 위해 야생형 및 돌연변이 플라스미드를 수용 E. coli BL21 (DE3)로 형질전환시켰다. 1 mM의 IPTG (isopropyl b-D-1-thiogalactopyranoside)를 첨가함으로써 세포를 유도하고, 3HBDH 발현을 위해 20 ℃에서 24 시간 동안 배양했다. Ni-NTA 아가로스 컬럼을 이용하여 야생형 및 돌연변이 효소를 정제하였으며, 순도는 12% SDS-PAGE로 측정하였다. 효소 농도는 Bradford 분석법 (Bradford, 1976)으로 측정하였다.The 3HBDH gene was cloned into the pET-22b (+) vector (Novagen, USA) for the production of recombinant plasmids for expression of proteins with C-terminal 6-histidine tags. Mutations were made with the modified QuickChange (TM) site-directed mutagenesis protocol (Zheng et al., 2004). For protein expression, wild-type and mutant plasmids were transformed into recipient E. coli BL21 (DE3). Cells were induced by the addition of 1 mM IPTG (isopropyl bD-1-thiogalactopyranoside) and cultured at 20 ° C for 3 hours for 3HBDH expression. The wild-type and mutant enzymes were purified using a Ni-NTA agarose column and the purity was determined by 12% SDS-PAGE. Enzyme concentrations were determined by the Bradford method (Bradford, 1976).

효소 분석 및 Enzyme analysis and 동력학kinetics 분석 analysis

효소 활성 분석을 위해, 340 nm에서 UV 분광광도계 (Varian, USA)를 사용하여 NADH의 산화속도를 측정함으로써 아세토아세테이트 및 레불린산의 환원을 모니터링하였다. 레불린산에 대한 촉매활성을 가진 돌연변이의 선택을 위해, 30 ℃에서 2.7 μM 3HBDH, 0.20 mM NADH 및 0.60 mM 레불린산을 첨가한 50 mM 소듐 포스페이트 (pH 6.0)에서 활성을 측정하였다. 3HBDH의 동력학 분석을 위해, 30 ℃에서 0.25 mM NADH를 함유한 50 mM 소듐 포스페이트 완충액 (pH 6.0)의 최적 pH에서 각 기질에 대한 Km 및 kcat 값을 측정하였다.For enzyme activity assay, the reduction of acetoacetate and levulinic acid was monitored by measuring the rate of oxidation of NADH using a UV spectrophotometer (Varian, USA) at 340 nm. Activity was determined in 50 mM sodium phosphate (pH 6.0) supplemented with 2.7 μM 3HBDH, 0.20 mM NADH and 0.60 mM levulinic acid at 30 ° C. for the selection of mutants with catalytic activity on levulinic acid. For kinetic analysis of 3HBDH, K m and k cat values for each substrate were measured at an optimal pH of 50 mM sodium phosphate buffer (pH 6.0) containing 0.25 mM NADH at 30 ° C.

효소 반응 및 Enzyme reactions and HPLCHPLC 분석 analysis

30 ℃에서 30 mM NADH 및 12 mM 레불린산을 함유한 50 mM 소듐 포스페이트 완충액 (pH 6.0)에 12 μM 3HBDH (최종 농도)를 첨가함으로써 효소 반응이 개시되었다. 반응 샘플을 정해진 시간 간격으로 수득하고, Martin 및 Prather (Martin, C.H., Prather, K.L.J., 2009. High-titer production of monomeric hydroxyvalerates from levulinic acid in Pseudomonas putida. J. Biotechnol. 139 (1), 61.67) 및 Valentin 등 (Valentin, H.E., Schonebaum, A., Steinbuchel, A., 1992. Identification of 4-hydroxyvaleric acid as a constituent of biosynthetic polyhydroxyalkanoic acids from bacteria. Appl. Microbiol. Biotechnol. 36 (4), 507.514)에 개시된 변형 방법으로 HPLC에 의해 분석하였다. Agilent ZORBAX SB-Aq 역상 컬럼 (4.6 × 250 mm, 5 μm)이 장착된 Finnigan Surveyor Plus HPLC 시스템 (Thermo Scientific)에서 HPLC 샘플을 분석하였다.The enzyme reaction was initiated by the addition of 12 μM 3HBDH (final concentration) to 50 mM sodium phosphate buffer (pH 6.0) containing 30 mM NADH and 12 mM levulinic acid at 30 ° C. Reaction samples were obtained at defined time intervals and were obtained from Martin and Prather (Martin, CH, Prather, KLJ, 2009. High-titer production of monomeric hydroxyvalerate from levulinic acid in Pseudomonas putida, J. Biotechnol. (Valentin, HE, Schonebaum, A., Steinbuchel, A., 1992. Identification of 4-hydroxyvaleric acid as a constituent of biosynthetic polyhydroxyalkanoic acids from bacteria. Appl. Microbiol. Biotechnol. 36 (4), 507.514) And analyzed by HPLC as a modification method. HPLC samples were analyzed on a Finnigan Surveyor Plus HPLC system (Thermo Scientific) equipped with an Agilent ZORBAX SB-Aq reversed phase column (4.6 x 250 mm, 5 μm).

분자 도킹 시뮬레이션Simulation of molecular docking

SYBYL-X 패키지 (Tripos, ver. 1.2)를 이용한 부분 단백질 모델링에 의해 분자 도킹 시뮬레이션이 수행되었다. 결합포켓에서 레불린산의 최적 도킹위치를 결정하기 위해 3HBDH의 결정 구조 (pdb code: 3VDR)가 사용되었다. Surflex-Dock의 Run-Multiple ligand option을 이용하여 기질의 서플렉스 도킹 (Surflex docking)을 수행하고, ΔGb (자유 결합에너지) 값을 계산하였다.Molecular docking simulations were performed by partial protein modeling using the SYBYL-X package (Tripos, ver. 1.2). The crystal structure of 3HBDH (pdb code: 3VDR) was used to determine the optimum docking position of levulinic acid in the binding pocket. Surflex docking of the substrate was performed using Run-Multiple ligand option of Surflex-Dock and ΔG b (free bond energy) value was calculated.

33 HBDHHBDH 의 합리적 설계 및 돌연변이 연구Rational Design and Mutation Research

야생형 효소는 레불린산에 대한 촉매 활성을 나타내지 않으므로 (표 2), 레불린산의 효소적 환원을 위해 3HBDH의 기질 특이성에 대한 공학적 접근이 이루어졌다. 본래 기질 (아세토아세테이트)에 대한 야생형 3HBDH의 결합 특성을 분석하고, 돌연변이를 위한 전략이 표 1에 개시된 바와 같이 제안되었다. 상기 전략에 따라, 3HBDH의 기질 특이성 조작을 위해 6 가지의 단일 돌연변이 (Gln94Asn, His144Leu, Lys152Ala, Gln196Asn, Trp187Phe 및 Trp257Phe)가 선택되었다 (표 1).Since the wild-type enzyme does not exhibit catalytic activity on levulinic acid (Table 2), an engineering approach to the substrate specificity of 3HBDH was made for enzymatic reduction of levulinic acid. The binding properties of the wild type 3HBDH to native substrate (acetoacetate) were analyzed and a strategy for mutagenesis was proposed as shown in Table 1. According to this strategy, six single mutations (Gln94Asn, His144Leu, Lys152Ala, Gln196Asn, Trp187Phe and Trp257Phe) were selected for substrate specificity manipulation of 3HBDH (Table 1).

결합특성 분석 및 돌연변이 전략Binding characterization and mutation strategies 기질결합잔기Substrate binding residue 결합특성 분석Analysis of binding characteristics 돌연변이 전략Mutation strategy 돌연변이Mutation Gln94, His144,
Lys152,
Gln196
Gln94, His144,
Lys152,
Gln196
아세토아세테이트의 카르복실기 및/또는 케톤기와 수소결합 형성Hydrogen bond formation with carboxyl group and / or ketone group of acetoacetate 단형 유사 및/또는 단형 소수성 잔기로 선택적 돌연변이시켜, 잔기와 레불린산 간의 수소결합 네트워크 재구축Selective mutagenesis with homologous and / or homologous hydrophobic residues to reconstruct the hydrogen bonding network between residues and levulinic acid Gln94Asn, Gln196Asn
(단형 유사로)
His144Leu, Lys152Ile
(단형 소수성으로)
Gln94Asn, Gln196Asn
(Single-ended)
His144Leu, Lys152Ile
(With a homogeneous hydrophobicity)
Trp187, Trp257Trp187, Trp257 아세토아세테이트의 탄소원자와 소수성 상호작용 형성Formation of hydrophobic interaction with carbon atoms of acetoacetate 소형 소수성 잔기로 돌연변이시켜, 결합포켓 공간을 더 확보하고, 바람직한 소수성 상호작용 유지Mutagenized to small hydrophobic residues, to further secure binding pocket space, to maintain desirable hydrophobic interactions Trp187Phe,
Trp257Phe
(소형 소수성으로)
Trp187Phe,
Trp257Phe
(With small hydrophobicity)
Ser142, Tyr155Ser142, Tyr155 촉매작용과 직접 연관Direct association with catalysis 돌연변이 후보에서 배제Excluded from mutant candidates

레불린산에 대한 촉매활성을 가진 돌연변이의 선택을 위해 상기 선택된 6 가지의 단일 돌연변이에 대한 시험관 활성분석이 레불린산과 함께 수행되었으며, 그 결과 His144Leu 돌연변이가 유일하게 촉매활성을 지닌 것으로 나타났다 (표 2).In vitro activity assays for the six selected single mutants selected above for the selection of mutants with catalytic activity for levulinic acid were performed with levulinic acid, with the result that the His144Leu mutation was the only catalytic activity (Table 2 ).

분자 도킹 결과 및 레불린산에 대한 3HBDH 돌연변이의 활성The results of molecular docking and the activity of the 3HBDH mutation on levulinic acid 3HBDH3HBDH 활성
(μmol/분/mg)
activation
(μmol / min / mg)
ΔGb a
(kcal/mol)
ΔG b a
(kcal / mol)
d1
(Å)
d 1
(A)
d2
(Å)
d 2
(A)
야생형  Wild type N.D.b ND b -8.3    -8.3 4.94.9 5.95.9 Gln94Asn  Gln94Asn N.D.   N.D. N.A.c NA c N.A.N.A. N.A.N.A. His144Leu  His144Leu 0.035   0.035 -9.1    -9.1 3.43.4 3.03.0 Lys152Ile  Lys152Ile N.D.   N.D. -6.7    -6.7 4.34.3 5.35.3 Trp187Phe  Trp187Phe N.D.   N.D. -8.5    -8.5 4.14.1 4.74.7 Gln196Asn  Gln196Asn N.D.   N.D. -8.0    -8.0 4.94.9 6.06.0 Trp257Phe  Trp257Phe N.D.   N.D. -7.2    -7.2 4.24.2 5.55.5 His144Leu/Trp187Phe  His144Leu / Trp187Phe 0.390   0.390 -10.1   -10.1 3.43.4 3.03.0

a 결합 자유에너지 a bond free energy

b 매우 낮은 활성으로 인해 측정불가 b Not measurable due to very low activity

c 도킹이 이루어지지 않음 (리간드가 효소와 결합하지 않음) c No docking (no ligand binding to enzyme)

알칼리지네스 파에칼리스로부터 수득한 3HBDH의 반응기작에 따르면, NADH의 C4 원자와 아세토아세테이트의 C3 원자 사이의 거리 (d1 , std = 3.8 Å), 및 Tyr155의 산소 원자와 아세토아세테이트의 케톤기 산소 원자 사이의 거리 (d2 , std = 3.1 Å)가 촉매작용에 중요한 것으로 나타났다. 이 점에서, 조작된 3HBDH에 의한 레불린산의 환원을 위해서는, NADH의 C4 원자와 레불린산의 C4 원자 사이의 거리 (d1) 및 Tyr155의 산소 원자와 레불린산의 케톤기 산소 원자 사이의 거리 (d2)가 각각 d1 , std 및 d2 , std 값 수준이어야 할 것으로 예측된다. 이러한 예측이 분자 도킹 시뮬레이션과 함께 3HBDH 돌연변이의 평가에 적용되었다.According to the reaction mechanism of 3HBDH obtained from alkaline jinestae paeallis, the distance (d 1 , std = 3.8 Å) between the C4 atom of NADH and the C3 atom of acetoacetate and the oxygen atom of Tyr155 and the ketone group oxygen of acetoacetate The distance between atoms (d 2 , std = 3.1 Å) was found to be important for catalysis. At this point, for the reduction of levulinic acid by the engineered 3HBDH, the distance (d 1 ) between the C4 atom of NADH and the C4 atom of levulinic acid and the distance between the oxygen atom of Tyr155 and the ketone group oxygen atom of levulinic acid (D 2 ) of the stiffness should be d 1 , std and d 2 , std value , respectively. This prediction was applied to the evaluation of the 3HBDH mutation along with the molecular docking simulation.

6 가지 '단일' 돌연변이에 대한 분자 도킹 시뮬레이션이 수행되었고, 각 시뮬레이션으로부터 d1, d2 및 ΔGb 값이 수득되었다. 이 때 절대값이 큰 음의 ΔGb 값은 효소와 기질 사이의 강한 결합 친화성을 나타낸다 (표 2). 상기 도킹 결과들 중에서, His144Leu 만 적당한 d1(3.4 Å) 및 d2(3.0 Å) 값과 바람직한 ΔGb 값 (-9.1 kcal/mol)을 나타냈다. 상기 결과에 기초하여, His144Leu 돌연변이는 레불린산에 대해 활성을 갖는 것으로 확인되었으며, 그 결과 추가적인 활성 개선을 위한 초기 돌연변이로 선택되었다.Molecular docking simulations for six 'single' mutations were performed, from which d 1 , d 2 and ΔG b values were obtained. Negative ΔG b values with large absolute values indicate strong binding affinities between the enzyme and the substrate (Table 2). Of the docking results, only His144Leu showed suitable d 1 (3.4 Å) and d 2 (3.0 Å) values and a desirable ΔG b value (-9.1 kcal / mol). Based on these results, the His144Leu mutation was found to have activity against levulinic acid, and as a result, was selected as the initial mutation for further activity improvement.

개량된 돌연변이의 선택을 위한 추가 돌연변이 연구Additional mutation studies for selection of improved mutants

His144Leu 돌연변이에 추가하여, 6 가지 단일 돌연변이의 조합 (6C2)에 해당하는 15 가지의 추가 이중 돌연변이가 제조되어, 시험관 활성분석으로 시험되었다 (결과 미제시). 단지 하나의 이중 돌연변이 (His144Leu/Trp187Phe)만 레불린산에 효소활성을 나타내었는데 (표 2), 단일 돌연변이 (His144Leu)에 비해 약 11 배의 활성 증대를 보여주었다 (표 2). 이 결과로부터, His144Leu/Trp187Phe 가 레불린산의 효소적 환원을 위한 최선의 이중 돌연변이로 선택되었다.In addition to the mutations His144Leu, 15 are of the additional production of the double mutations for the 6 combinations of single mutations (C 2 6), was tested in vitro activity assays (on the results shown). Only one double mutant (His144Leu / Trp187Phe) exhibited enzyme activity in levulinic acid (Table 2), showing about a 11-fold increase in activity compared to a single mutant (His144Leu) (Table 2). From these results, His144Leu / Trp187Phe was selected as the best double mutation for enzymatic reduction of levulinic acid.

구조 검토와 동력학적 분석Structure review and dynamical analysis

3 가지 돌연변이 (His144Leu, Trp187Phe 및 His144Leu/Trp187Phe)에 있어서, 아세토아세테이트 및 레불린산에 대한 동력학적 매개변수를 측정하였다 (표 3). 동력학 연구는 His144Leu 돌연변이가 레불린산에 대한 초기 활성을 갖는 것을 뒷받침했다. 도킹 결과에 대한 구조 검토 역시, 기질이 생성물로 전환되기에 부적절한 결합을 보이는, 야생형 효소 중 His144와 레불린산 사이의 기존재 수소결합이 돌연변이에 의해 파괴되어 레불린산과의 결합방식은 생성물 전환에 바람직한 결합으로 전환됨을 뒷받침했다.In three mutants (His144Leu, Trp187Phe and His144Leu / Trp187Phe), kinetic parameters for acetoacetate and levulinic acid were determined (Table 3). Kinetic studies have supported that the His144Leu mutation has an initial activity on levulinic acid. Structural review of the docking results also showed that the presence of a group between His144 and levulinic acid in the wild-type enzyme, in which the substrate is inadequate to convert to a product, is destroyed by mutation, To a desirable combination.


효소

enzyme
아세토아세테이트Acetoacetate 레불린산Levulinic acid
Km
(mM)
K m
(mM)
kcat
(분-1)
k cat
(Min -1 )
kcat/Km
(분-1M-1)
k cat / K m
(Min -1 M -1 )
Km
(mM)
K m
(mM)
kcat
(분-1)
k cat
(Min -1 )
kcat/Km
(분-1M-1)
k cat / K m
(Min -1 M -1 )
야생형Wild type 10.47±1.1710.47 ± 1.17 293.87±19.46293.87 ± 19.46 28.172±130528.172 ± 1305 N.D.a ND a N.D. N.D. N.D. N.D. His144LeuHis144Leu 2.42±0.132.42 ± 0.13 47.24±1.8947.24 + 1.89 19.527±87919.527 ± 879 16.98±0.5916.98 ± 0.59 1.65±0.081.65 + 0.08 97.15±5.3497.15 + - 5.34 Trp187PheTrp187Phe 48.70±5.0048.70 + - 5.00 492.02±33.60492.02 + - 33.60 9534±5909534 ± 590 N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. N.D. His144Leu
/Trp187Phe
His144Leu
/ Trp187Phe
2.53±0.212.53 + - 0.21 50.79±2.2650.79 ± 2.26 20.111±83320.111 ± 833 8.25±0.158.25 ± 0.15 4.77±0.194.77 ± 0.19 578.03±11.94578.03 + - 11.94

a 매우 낮은 활성으로 인해 측정불가
a Not measurable due to very low activity

Trp187Phe 돌연변이는 단독으로는 레불린산에 대한 촉매 활성을 나타내지 않았다 (표 3). 그러나, 이중 돌연변이 (His144Leu/Trp187Phe)는 단일 His144Leu 돌연변이에 비해 약 6 배 증가된 촉매 효율 (kcat/Km)을 나타냈다 (표 3). 레불린산에 대한 이중 돌연변이의 증가된 촉매 효율 (kcat/Km)은 결합 친화성 (Km의 감소) 및 촉매 반응횟수 (kcat의 증가) 모두의 증가에 기인했다 (표 3). 증가된 결합 친화성은 또한 도킹 시뮬레이션에서 수득된 ΔGb 의 절대값 증가 (-9.1에서 -10.1로)에 의해서도 설명될 수 있다 (표 2). 구조 검토는 초기의 단일 돌연변이 (His144Leu)에 Trp187Phe의 추가 돌연변이가 레불린산의 바람직한 결합을 위한 결합 포켓이 d1 및 d2의 거리를 유지하며 보다 넓은 공간을 가지게 됨을 보여주며, 이는 촉매 효율의 증가로 귀결된다.The Trp187Phe mutation alone did not show catalytic activity on levulinic acid (Table 3). However, the double mutant (His144Leu / Trp187Phe) showed an approximately 6-fold increase in catalytic efficiency (k cat / K m) than a single His144Leu mutation (Table 3). The increased catalytic efficiency (k cat / K m ) of double mutants to levulinic acid was due to an increase in both binding affinity (decrease in K m ) and number of catalytic reactions (increase in k cat ) (Table 3). The increased binding affinity can also be explained by the absolute value increase of? G b (-9.1 to -10.1) obtained in the docking simulation (Table 2). Structure review shows that the binding pocket for the preferred combination of additional mutations in Trp187Phe initially single mutation (His144Leu) of the levulinic acid at a distance of d 1 and d 2, and have more space, which is the catalyst efficiency .

레불린산에서In the mountains of Lesbouli 4- 4- 히드록시발레르산으로의Hydroxy valeric acid 효소적Enzymatic 전환 transform

HPLC 분석 결과 4-히드록시발레르산 및 레불린산에 대한 피크가 각각 11.0 및 11.5 분의 체류시간에서 관측되었고, 야생형과 His144Leu/Trp187Phe 돌연변이에 의한 레불린산의 효소적 전환을 수행하였다. 24 시간 후 상기 이중 돌연변이에서는 약 57 %의 레불린산이 4-히드록시발레르산로 전환되었으나, 야생형에서는 전환이 전혀 이루어지지 않았다. 이를 통해, 조작된 3HBDH가 레불린산에 대해 신규의 촉매 활성을 구비하였음을 확인할 수 있었다.
HPLC analysis showed peaks for 4-hydroxyvaleric acid and levulic acid at retention times of 11.0 and 11.5 minutes, respectively, and enzymatic conversion of levulinic acid by wild-type and His144Leu / Trp187Phe mutations was performed. After 24 hours, about 57% of levulinic acid was converted to 4-hydroxyvaleric acid in the double mutation, but no conversion was observed in the wild type. As a result, it was confirmed that the modified 3HBDH had a novel catalytic activity for levulinic acid.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 범위는 위의 실시예에 국한해서 해석되어서는 안되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course it is possible. Accordingly, the scope of the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, but should be determined by equivalents to the appended claims, as well as the following claims.

<110> SNU R&DB FOUNDATION <120> Mutant 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase <130> M12-9241-FD <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 260 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Mutant of 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase from Alcaligenes Faecalis <400> 1 Met Leu Lys Gly Lys Lys Ala Val Val Thr Gly Ser Thr Ser Gly Ile 1 5 10 15 Gly Leu Ala Met Ala Thr Glu Leu Ala Lys Ala Gly Ala Asp Val Val 20 25 30 Ile Asn Gly Phe Gly Gln Pro Glu Asp Ile Glu Arg Glu Arg Ser Thr 35 40 45 Leu Glu Ser Lys Phe Gly Val Lys Ala Tyr Tyr Leu Asn Ala Asp Leu 50 55 60 Ser Asp Ala Gln Ala Thr Arg Asp Phe Ile Ala Lys Ala Ala Glu Ala 65 70 75 80 Leu Gly Gly Leu Asp Ile Leu Val Asn Asn Ala Gly Ile Gln His Thr 85 90 95 Ala Pro Ile Glu Glu Phe Pro Val Asp Lys Trp Asn Ala Ile Ile Ala 100 105 110 Leu Asn Leu Ser Ala Val Phe His Gly Thr Ala Ala Ala Leu Pro Ile 115 120 125 Met Gln Lys Gln Gly Trp Gly Arg Ile Ile Asn Ile Ala Ser Ala Leu 130 135 140 Gly Leu Val Ala Ser Val Asn Lys Ser Ala Tyr Val Ala Ala Lys His 145 150 155 160 Gly Val Val Gly Leu Thr Lys Val Thr Ala Leu Glu Asn Ala Gly Lys 165 170 175 Gly Ile Thr Cys Asn Ala Ile Cys Pro Gly Phe Val Arg Thr Pro Leu 180 185 190 Val Glu Lys Gln Ile Glu Ala Ile Ser Gln Gln Lys Gly Ile Asp Ile 195 200 205 Glu Ala Ala Ala Arg Glu Leu Leu Ala Glu Lys Gln Pro Ser Leu Gln 210 215 220 Phe Val Thr Pro Glu Gln Leu Gly Gly Ala Ala Val Phe Leu Ser Ser 225 230 235 240 Ala Ala Ala Asp Gln Met Thr Gly Thr Thr Leu Ser Leu Asp Gly Gly 245 250 255 Trp Thr Ala Arg 260 <210> 2 <211> 780 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mutant of 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase from Alcaligenes Faecalis <400> 2 atgttaaaag gaaaaaaagc agttgttacc ggtagcacct caggtatcgg actggcaatg 60 gcaactgagc tggcaaaagc tggcgctgat gttgtcatta atgggtttgg ccagccagaa 120 gacattgaac gtgaaagaag caccctggag tctaaattcg gtgtaaaagc gtattatctc 180 aatgcggatc tttccgacgc ccaagctacg cgtgatttta tagcaaaagc agcagaagct 240 ctgggtggtc ttgatattct ggttaataat gcaggtatcc aacacacagc accgatcgaa 300 gagtttcctg ttgataaatg gaatgcaata attgcactga acttaagcgc agtatttcat 360 ggaactgcag cagcactgcc aataatgcaa aaacagggtt gggggcgcat cattaatatt 420 gcttcggcac atggtctagt tgctagtgta aacaaatcag catacgttgc tgcaaagcat 480 ggtgttgttg gccttaccaa ggttacagca ttggaaaacg ctggcaaagg tattacatgt 540 aacgcaattt gcccgggatg ggttcggact ccgctggtgg aaaagcagat tgaagcaata 600 tcacagcaga aagggatcga tatcgaggca gcagctcgtg agctgctcgc agaaaaacag 660 ccttctttgc aatttgttac ccccgaacag ttagggggtg cggcagtctt cttatcttcc 720 gcagctgcag accagatgac gggaacgaca cttagtttgg atggtggctg gacggcacgc 780 780 <110> SNU R & DB FOUNDATION <120> Mutant 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase <130> M12-9241-FD <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 260 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Mutant of 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase from Alcaligenes          Faecalis <400> 1 Met Leu Lys Gly Lys Lys Ala Val Val Thr Gly Ser Thr Ser Gly Ile   1 5 10 15 Gly Leu Ala Met Ala Thr Glu Leu Ala Lys Ala Gly Ala Asp Val Val              20 25 30 Ile Asn Gly Phe Gly Gln Pro Glu Asp Ile Glu Arg Glu Arg Ser Thr          35 40 45 Leu Glu Ser Lys Phe Gly Val Lys Ala Tyr Tyr Leu Asn Ala Asp Leu      50 55 60 Ser Asp Ala Gln Ala Thr Arg Asp Phe Ile Ala Lys Ala Ala Glu Ala  65 70 75 80 Leu Gly Gly Leu Asp Ile Leu Val Asn Asn Ala Gly Ile Gln His Thr                  85 90 95 Ala Pro Ile Glu Glu Phe Pro Val Asp Lys Trp Asn Ala Ile Ile Ala             100 105 110 Leu Asn Leu Ser Ala Val Phe His Gly Thr Ala Ala Ala Leu Pro Ile         115 120 125 Met Gln Lys Gln Gly Trp Gly Arg Ile Ile Asn Ile Ala Ser Ala Leu     130 135 140 Gly Leu Val Ala Ser Val Asn Lys Ser Ala Tyr Val Ala Ala Lys His 145 150 155 160 Gly Val Val Gly Leu Thr Lys Val Thr Ala Leu Glu Asn Ala Gly Lys                 165 170 175 Gly Ile Thr Cys Asn Ale Ile Cys Pro Gly Phe Val Arg Thr Pro Leu             180 185 190 Val Glu Lys Gln Ile Glu Ala Ile Ser Gln Gln Lys Gly Ile Asp Ile         195 200 205 Glu Ala Ala Ala Arg Glu Leu Leu Ala Glu Lys Gln Pro Ser Leu Gln     210 215 220 Phe Val Thr Pro Glu Gln Leu Gly Gly Ala Ala Val Phe Leu Ser Ser 225 230 235 240 Ala Ala Ala Asp Gln Met Thr Gly Thr Thr Leu Ser Leu Asp Gly Gly                 245 250 255 Trp Thr Ala Arg             260 <210> 2 <211> 780 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Mutant of 3-Hydroxybutyrate Dehydrogenase from Alcaligenes          Faecalis <400> 2 atgttaaaag gaaaaaaagc agttgttacc ggtagcacct caggtatcgg actggcaatg 60 gcaactgagc tggcaaaagc tggcgctgat gttgtcatta atgggtttgg ccagccagaa 120 gacattgaac gtgaaagaag caccctggag tctaaattcg gtgtaaaagc gtattatctc 180 aatgcggatc tttccgacgc ccaagctacg cgtgatttta tagcaaaagc agcagaagct 240 ctgggtggtc ttgatattct ggttaataat gcaggtatcc aacacacagc accgatcgaa 300 gagtttcctg ttgataaatg gaatgcaata attgcactga acttaagcgc agtatttcat 360 ggaactgcag cagcactgcc aataatgcaa aaacagggtt gggggcgcat cattaatatt 420 gcttcggcac atggtctagt tgctagtgta aacaaatcag catacgttgc tgcaaagcat 480 ggtgttgttg gccttaccaa ggttacagca ttggaaaacg ctggcaaagg tattacatgt 540 aacgcaattt gcccgggatg ggttcggact ccgctggtgg aaaagcagat tgaagcaata 600 tcacagcaga aagggatcga tatcgaggca gcagctcgtg agctgctcgc agaaaaacag 660 ccttctttgc aatttgttac ccccgaacag ttagggggtg cggcagtctt cttatcttcc 720 gcagctgcag accagatgac gggaacgaca cttagtttgg atggtggctg gacggcacgc 780                                                                          780

Claims (6)

서열목록 1의 아미노산 서열로 이루어진 3-히드록시부티레이트 탈수소효소 (3-hydroxybutyrate dehydrogenase).3-hydroxybutyrate dehydrogenase consisting of the amino acid sequence of Sequence Listing 1. 청구항 1에 있어서,
상기 3-히드록시부티레이트 탈수소효소는 레불린산(levulinic acid)을 4-히드록시발레르산 (4-hydroxyvaleric acid)으로 전환하는 것을 특징으로 하는 3-히드록시부티레이트 탈수소효소.
The method according to claim 1,
Wherein the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase converts levulinic acid to 4-hydroxyvaleric acid. 3. The 3-hydroxybutyrate dehydrogenase according to claim 1, wherein the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase converts levulinic acid to 4-hydroxyvaleric acid.
청구항 1에 있어서,
상기 3-히드록시부티레이트 탈수소효소는 알칼리지네스 파에칼리스 (Alcaligenes faecalis)로부터 분리된 것을 돌연변이시킨 것임을 특징으로 하는 3-히드록시부티레이트 탈수소효소.
The method according to claim 1,
Wherein the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase is a mutant in which the 3-hydroxybutyrate dehydrogenase is mutated from Alcaligenes faecalis .
청구항 1의 효소를 암호화하는 3-히드록시부티레이트 탈수소효소의 유전자.A gene of 3-hydroxybutyrate dehydrogenase encoding the enzyme of claim 1. 청구항 4에 있어서,
상기 유전자는 서열목록 2의 유전자 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 3-히드록시부티레이트 탈수소효소의 유전자.
The method of claim 4,
The gene of 3-hydroxybutyrate dehydrogenase gene is characterized in that the gene consists of the gene sequence of Sequence Listing 2.
청구항 4의 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드.
A recombinant plasmid comprising the gene of claim 4.
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한국생물공학회, 2013 춘계학술대회, 169 페이지, "Enzymatic Synthesis of 4-Hydroxyvaleric Acid from Levulinic Acid" (2013.04.)

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