KR101735178B1 - 다이아민 생산 미생물 및 이를 이용한 다이아민 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서열번호 6으로 기재되는 아미노산 서열 또는 이와 42% 이상의 서열 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 단백질의 활성이 도입 또는 강화된, 다이아민 생산능을 갖는 미생물 및 이를 이용하여 다이아민을 생산하는 방법에 관한 것이다.

Description

다이아민 생산 미생물 및 이를 이용한 다이아민 생산방법 {MICROORGANISMS FOR PRODUCING DIAMINE AND PROCESS FOR PRODUCING DIAMINE USING THEM}

본 발명은 다이아민 생산능을 갖는 미생물 및 이를 이용하여 다이아민을 생산하는 방법에 관한 것이다.

바이오제닉 아민(biogenic amines, BAs)은 아미노산의 탈탄산 작용, 알데하이드와 케톤의 아미노화와 아미노기 전이 반응에 의해 주로 생성되는 질소 화합물이다. 이러한 바이오제닉 아민은 저분자량이며 미생물, 식물과 동물의 대사 과정에서 합성되므로 이들 세포에서 흔히 발견되는 구성요소로 알려져 있다. 특히, 스퍼미딘(spermidine), 스퍼민(spermine), 퓨트레신(putrescine 또는 1,4-butanediamine) 및 카다베린(cadaverine) 등과 같은 폴리아민(polyamine)은 대표적 예가 되는 물질이다.

일반적으로, 퓨트레신은 아디프산(adipic acid)과 반응하여 폴리아민 나일론-4,6을 합성하는 중요한 원료물질로서, 주로 프로필렌(propylene)으로부터 아크릴로니트릴(acrylonitrile) 및 숙시노니트릴(succinonitrile)을 거치는 화학 합성법으로 주로 생산된다.

한편, 미생물을 이용해 퓨트레신을 생산하는 방법으로는 대장균과 코리네박테리움을 형질전환하여 퓨트레신을 고농도로 생산하는 방법이 공개되었다(국제특허공개 WO06/005603; 국제특허공개 WO09/125924; Qian ZD et al., Biotechnol . Bioeng . 104: 4, 651-662, 2009; Schneider et al., Appl . Microbiol . Biotechnol . 88: 4, 859-868, 2010; Schneider et al., Appl. Microbiol . Biotechnol . 95, 169-178., 2012). 나아가, 퓨트레신 트랜스포터(transporter)에 관한 연구가 대장균, 효모, 식물 및 동물 세포를 대상으로 활발히 수행되고 있다(K Igarashi, Plant Physiol . Biochem . 48: 506-512, 2010).

한편, 카다베린은 동물 조직의 부패 중 단백질의 가수분해에 의해 생산되는 냄새가 좋지 않은 다이아민 화합물이다. 카다베린은 NH₂(CH₂)₅NH₂의 화학식을 가져 퓨트레신과 유사한 면이 있다.

상기 카다베린은 폴리아마이드나 폴리우레탄과 같은 고분자의 구성요소, 킬레이팅제 또는 다른 첨가제로 사용될 수 있다. 특히, 연간 350만 톤의 세계 시장을 가진 폴리아마이드-5,4는 카다베린이나 숙신산의 증축합함으로써 제조되는 것으로 알려져 있어, 산업적 기반 화합물로서 큰 주목을 받고 있다.

이러한 카다베린은 몇몇 미생물로부터 발견되는 다이아민으로(Tabor and Tabor, MicrobiolRev.,49:81-99,1985), 그람음성 박테리아인 대장균에서 L-라이신으로부터 L-라이신 디카르복실라아제(decarboxylase)를 이용하여 직접 생합성된다. 대장균 내의 카다베린 농도는 카다베린의 생합성과 분해, 흡수와 방출에 의해 조절된다(Soksawatmaekhin etal.,MolMicrobiol.,51:1401-1412,2004).

이하 본 발명자들은, 퓨트레신 또는 카다베린과 같은 다이아민의 배출능을 가지고 있는 단백질을 규명하여 다이아민 생산능을 갖는 미생물에서 다이아민의 생산능을 증가시키고자 예의 노력한 결과, 알카노박테리움 해모리티쿰 유래의 단백질 또는 이와 아미노산 서열 상동성이 높은 단백질이 다이아민 배출능을 가지며, 이를 다이아민 생산능을 갖는 미생물에 도입하여 이의 활성을 강화시킨 결과 퓨트레신 및 카다베린과 같은 다이아민의 배출능을 현저히 증가시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 하나의 목적은 다이아민 생산능을 갖는 미생물을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 (i) 상기 다이아민 생산능을 갖는 미생물을 배양하여 배양물을 수득하는 단계; 및 (ii) 상기 배양된 미생물 또는 배양물로부터 다이아민을 회수하는 단계를 포함하는, 다이아민의 생산 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 서열번호 6으로 기재되는 아미노산 서열 또는 이와 42% 이상의 서열 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 단백질의 활성이 도입 또는 강화된, 다이아민 생산능을 갖는 미생물을 제공한다.

본 발명에서 용어, "다이아민"은 아민기를 두 개 지니는 화합물을 총칭하며, 구체적인 예로 퓨트레신과 카다베린을 들 수 있다. 퓨트레신은 테트라메틸렌다이아민(tetramethylenediamine)으로 오르니틴을 전구체로 하여 생성될 수 있다. 카다베린은 1,5-펜테인다이아민(1,5-pentanediamine) 또는 펜타메틸렌다이아민(pentamethylenediamine)으로 명명되며 라이신을 전구체로 하여 생성될 수 있다. 상기와 같은 다이아민은 폴리아민 나일론, 폴리아마이드나 폴리우레탄과 같은 고분자로 합성될 수 있는 원료 물질로서 중요한 가치를 가지는, 산업적 응용성을 가지는 기반 화합물이다.

본 발명에서 용어, "서열번호 6으로 기재된 아미노산 서열을 포함하는 단백질"은 알카노박테리움 해모리티쿰(Arcanobacterium haemolyticum)에 존재하는 단백질로서, ARCH_0271로도 명명된다. 상기 단백질은 코리네박테리움의 막 단백질인 NCgl2522와 높은 상동성을 보유한 것으로 규명되었다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 ARCH_0271 단백질이 다이아민 생산능을 갖는 균주에서 다이아민의 배출에 관여하는 것으로 추정되어, 다이아민의 생산능을 현저히 증가시킬 수 있음을 규명하였다.

여기서, 상기 서열번호 6으로 기재된 아미노산 서열을 가지는 ARCH_0271 단백질은, 대표적으로 서열번호 5 또는 7로 기재된 뉴클레오티드 서열로 인코딩되는 단백질일 수 있다. 다만, 상기 ARCH_0271 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오타이드는 코돈의 축퇴성(degeneracy)으로 인하여 또는 상기 단백질을 발현시키고자 하는 생물에서 선호되는 코돈을 고려하여, 코딩영역으로부터 발현되는 단백질의 아미노산 서열을 변화시키지 않는 범위 내에서 코딩영역에 다양한 변형이 이루어질 수 있어, 상기 서열번호 5 또는 7로 기재된 뉴클레오티드 서열 외에도 다양한 뉴클레오티드 서열에 의하여 코딩될 수 있다. 이 중 상기 서열번호 7로 기재된 뉴클레오티드 서열은, ARCH_0271 유전자(서열번호 5)에 대하여 코리네박테리움 글루타미쿰의 코돈 사용 빈도에 맞게 코돈 최적화한 서열이며, 이에 한정되지 않는다.

또한, 본 발명에서 상기 ARCH_0271 단백질은, 서열번호 6의 아미노산 서열뿐만 아니라, 상기 서열과 40% 이상, 바람직하게는 60% 이상, 더욱 바람직하게는 80% 이상, 보다 더욱 바람직하게는 90% 이상, 더욱 더 바람직하게는 95% 이상, 가장 바람직하게는 99% 이상의 상동성을 나타내는 아미노산 서열로서 실질적으로 다이아민 배출에 관여하는 단백질이라면 제한없이 포함하며, 이러한 상동성을 갖는 서열로서 실질적으로 서열번호 6의 단백질과 동일하거나 상응하는 생물학적 활성을 갖는 아미노산 서열이라면, 일부 서열이 결실, 변형, 치환 또는 부가된 아미노산 서열을 갖는 경우도 본 발명의 범주에 포함됨은 자명하다.

본 발명에서 용어, "서열번호 6으로 기재되는 아미노산 서열과 42% 이상의 서열 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 단백질"은 서열번호 6으로 기재되는 아미노산 서열과 42% 이상의 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하면서 실질적으로 다이아민 배출능을 갖는 단백질인 경우 제한없이 포함되는 것을 의미한다. 일 예로 서열번호 23, 또는 26의 아미노산 서열을 포함하는 단백질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 상기 서열번호 23으로 기재된 아미노산 서열을 포함하는 단백질은 알칼리게네스 패칼리스 subsp. 칼리스(Alcaligenes faecalis subsp. faecalis) 에 존재하는 단백질로서, QWA_00075 로도 명명된다. 상기 단백질은 코리네박테리움의 막 단백질인 NCgl2522와는 41%의 상동성을 보유하며, 알카노박테리움 해모리티쿰의 ARCH_0271과는 42%의 상동성을 보유한 것으로 규명되었다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 QWA_00075 단백질이 다이아민 생산능을 갖는 균주에서 다이아민의 배출능을 가져, 다이아민의 생산능을 현저히 증가시킬 수 있음을 규명하였다.

서열번호 23으로 기재된 아미노산 서열을 포함하는 QWA_00075 단백질은, 대표적으로 서열번호 22 또는 24로 기재된 뉴클레오티드 서열로 인코딩되는 단백질일 수 있다. 다만, 상기 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오타이드는 코돈의 축퇴성(degeneracy)으로 인하여 또는 상기 단백질을 발현시키고자 하는 생물에서 선호되는 코돈을 고려하여, 코딩영역으로부터 발현되는 단백질의 아미노산 서열을 변화시키지 않는 범위 내에서 코딩영역에 다양한 변형이 이루어질 수 있어, 상기 서열번호 22 또는 24로 기재된 뉴클레오티드 서열 외에도 다양한 뉴클레오티드 서열에 의하여 코딩될 수 있다. 이 중 상기 서열번호 24로 기재된 뉴클레오티드 서열은, QWA_00075 유전자(서열번호 22)에 대하여 코리네박테리움 글루타미쿰의 코돈 사용 빈도에 맞게 코돈 최적화한 서열이며, 이에 한정되지 않는다.

또한, 상기 서열번호 26으로 기재된 아미노산 서열을 포함하는 단백질은 스테노트로포모나스 말토필리아 (Stenotrophomonas maltophilia)에 존재하는 단백질로서, SMD_2351 로도 명명된다. 상기 단백질은 코리네박테리움의 막 단백질인 NCgl2522와는 52%의 상동성을 보유하며, 알카노박테리움 해모리티쿰의 ARCH_0271과는 47%의 상동성을 보유한 것으로 규명되었다. 본 발명의 일 실시예에서는 상기 SMD_2351 단백질이 다이아민 생산능을 갖는 균주에서 다이아민의 배출능을 가져, 다이아민의 생산능을 현저히 증가시킬 수 있음을 규명하였다.

서열번호 26으로 기재된 아미노산 서열을 포함하는 SMD_2351 단백질은, 대표적으로 서열번호 25 또는 27로 기재된 뉴클레오티드 서열로 인코딩되는 단백질일 수 있다. 다만, 상기 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오타이드는 코돈의 축퇴성(degeneracy)으로 인하여 또는 상기 단백질을 발현시키고자 하는 생물에서 선호되는 코돈을 고려하여, 코딩영역으로부터 발현되는 단백질의 아미노산 서열을 변화시키지 않는 범위 내에서 코딩영역에 다양한 변형이 이루어질 수 있어, 상기 서열번호 25 또는 27로 기재된 뉴클레오티드 서열 외에도 다양한 뉴클레오티드 서열에 의하여 코딩될 수 있다. 이 중 상기 서열번호 27로 기재된 뉴클레오티드 서열은, SMD_2351 유전자(서열번호 25)에 대하여 코리네박테리움 글루타미쿰의 코돈 사용 빈도에 맞게 코돈 최적화한 서열이며, 이에 한정되지 않는다.

본 명세서에서 서열과 관련하여 사용된 용어 "상동성"은 주어진 아미노산 서열 또는 염기 서열과 일치하는 정도를 의미하며 백분율로 표시될 수 있다. 본 명세서에서, 주어진 아미노산 서열 또는 염기 서열과 동일하거나 유사한 활성을 갖는 그의 상동성 서열이 "% 상동성"으로 표시된다. 예를 들면, 점수(score), 동일성(identity) 및 유사도(similarity) 등의 매개 변수(parameter)들을 계산하는 표준 소프트웨어, 구체적으로 BLAST 2.0를 이용하거나, 정의된 엄격한 조건하에서 써던 혼성화 실험에 의해 서열을 비교함으로써 확인할 수 있으며, 정의되는 적절한 혼성화 조건은 해당 기술 범위 내이고(예. Sambrook et al., 1989, infra 참고), 당업자에게 잘 알려진 방법으로 결정될 수 있다.

본 발명에서 용어, "다이아민 생산능을 갖는 미생물"은 다이아민의 생산능이 없는 모균주에 다이아민의 생산능이 부여된 미생물, 또는 내재적으로 다이아민 생산능을 갖는 미생물을 의미할 수 있다. 구체적으로 다이아민 생산능을 갖는 미생물은 퓨트레신 또는 카다베린의 생산능을 갖는 미생물일 수 있다.

상기 "퓨트레신 생산능을 갖는 미생물"은 특별히 이에 제한되지 않으나, 글루타메이트에서 오르니틴까지의 생합성 경로를 강화하기 위해 글루타메이트를 아세틸글루타메이트(N-acetylglutamate)로 전환하는 아세틸글루타메이트 신타아제 또는 아세틸오르니틴을 오르니틴으로 전환하는 오르니틴 아세틸트랜스퍼라아제(ArgJ), 아세틸글루타메이트를 아세틸글루타밀 포스페이트(N-acetylglutamyl phosphate)로 전환하는 아세틸글루타메이트 키나아제(ArgB), 아세틸글루타밀 포스페이트를 아세틸글루타메이트 세미알데히드(N-acetylglutamate semialdehyde)로 전환하는 아세틸 감마 글루타밀 포스페이트 리덕타아제(ArgC), 또는 아세틸글루타메이트 세미알데히드를 아세틸오르니틴(N-acetylornithine)으로 전환하는 아세틸오르니틴 아미노트랜스퍼라아제(ArgD)의 활성을 내재적 활성에 비하여 증가시키도록 변형될 수 있으며, 퓨트레신의 생합성 전구체로서 사용되는 오르니틴의 생산성을 향상시키도록 변형된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 퓨트레신 생산능을 갖는 미생물은 오르니틴에서 아르기닌 합성에 관여하는 오르니틴 카르바모일 트랜스퍼라아제(ornithine carbamoyltransfrase, ArgF), 글루타메이트의 배출에 관여하는 단백질(NCgl1221), 및/또는 퓨트레신을 아세틸화시키는 단백질(NCgl469)의 활성을 내재적 활성에 비하여 약화시키도록 변이되고/되거나, 오르니틴 디카르복실라아제(ornithine decarboxylase, ODC)의 활성을 도입하도록 변형된 것일 수 있다.

여기서, 비제한적인 일 예로, 상기 아세틸 감마 글루타밀 포스페이트 리덕타아제(ArgC)는 서열번호 15로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. 아세틸글루타메이트 신타아제 또는 오르니틴 아세틸트랜스퍼라아제(ArgJ)는 서열번호 16로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. 아세틸 글루타메이트 키나아제(ArgB)는 서열번호 17로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. 아세틸오르니틴 아미노트랜스퍼라아제(ArgD)는 서열번호 18로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. 그러나 각 효소 단백질의 아미노산 서열은 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 각 효소의 활성을 가지는 한, 이와 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상의 상동성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다.

또한, 비제한적인 일 예로, 상기 오르니틴 카르바모일 트렌스퍼라아제(ArgF)는 서열번호 19로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. 상기 글루타메이트 배출에 관여하는 단백질은 서열번호 20으로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. 오르니틴 디카르복실라아제(ODC)는 서열번호 21로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있다. 그러나 각 효소 단백질의 아미노산 서열은 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 각 효소의 활성을 가지는 한 이와 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상, 특히 바람직하게는 97% 이상의 상동성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다.

한편, 상기 "카다베린 생산능을 갖는 미생물"은 특별히 이에 제한되지는 않으나, 라이신 생산능을 갖는 미생물에서 추가적으로 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase, LDC)의 활성을 도입 또는 강화시킨 미생물을 의미할 수 있다. 일 예로 카다베린의 생산을 높이기 위하여 라이신 생산능을 향상시킨 미생물일 수 있다. 라이신 생산능을 향상시키기 위한 방법은 종래에 공지된 방법을 활용하여 당업자가 충분히 예상가능하고 활용할 수 있다.

상기 라이신 디카르복실라아제는 라이신을 카다베린으로 전환시키는 활성을 가지는 효소로, 그 활성을 도입 또는 강화함으로써 효과적으로 카다베린을 생산할 수 있다.

상기 라이신 디카르복실라아제는 서열번호 33으로 기재되는 아미노산 서열을 포함하는 것일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니며, 상기 활성을 가지는 한, 이와 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상의 상동성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다.

본 발명에서 용어, "생산"이란 다이아민을 균주 내에서 만들어내는 것뿐만 아니라, 다이아민을 세포 밖, 예컨대 배양액으로 배출하는 것 역시 포함하는 개념이다.

한편, 본 발명에서 용어, "단백질의 활성의 도입"은, 내재적 단백질이 없는 미생물에, 그 단백질이 갖는 활성을 외부로부터 부여하는 것을 의미하며, 예컨대 외부로부터 유전자를 도입하여 수행될 수 있다. 또한, "단백질 활성의 강화"는, 미생물이 보유하고 있거나 도입된 단백질의 활성 상태를 내재적 활성 상태에 비하여 향상시키는 것을 의미할 수 있다.

상기 단백질의 활성의 도입 또는 강화의 비제한적인 예로서, 돌연변이 등에 의해 균주 내에 존재하는 단백질 자체의 활성을 증대시켜 본래 기능 이상의 효과를 도출하고/하거나, 균주 내에 존재하는 단백질의 내재적 유전자 활성의 증가, 내부 또는 외부 요인으로부터 내재적 유전자 증폭, 유전자 카피수 증가, 외부로부터의 유전자를 추가적으로 도입, 프로모터 교체 또는 변형 등에 의해 그 활성이 증가되는 것을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기에서 유전자 카피수 증가는, 특별히 이에 제한되지 않으나, 벡터에 작동가능하게 연결된 형태로 수행되거나, 숙주세포 내의 염색체 내로 삽입됨으로써 수행될 수 있다. 구체적으로, 본 발명의 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 작동가능하게 연결된, 숙주와 무관하게 복제되고 기능할 수 있는 벡터가 숙주세포 내에 도입됨으로써 수행될 수 있거나, 상기 폴리뉴클레오티드가 작동가능하게 연결된, 숙주세포 내의 염색체 내로 상기 폴리뉴클레오티드를 삽입시킬 수 있는 벡터가 숙주세포 내에 도입됨으로써 상기 숙주세포의 염색체 내 상기 폴리뉴클레오티드의 카피수를 증가하는 방법으로 수행될 수 있다.

본 발명에서 사용된, 폴리뉴클레오티드의 발현이 증가하도록 발현 조절서열을 변형하는 것은, 특별히 이에 제한되지 않으나, 상기 발현 조절서열의 활성을 더욱 강화하도록 핵산 서열을 결실, 삽입, 비보전적 또는 보전적 치환 또는 이들의 조합으로 서열상의 변이를 유도하여 수행하거나, 더욱 강한 활성을 갖는 핵산 서열로 교체함에 의하여 수행될 수 있다. 상기 발현 조절서열은, 특별히 이에 제한되지 않으나, 프로모터, 오퍼레이터 서열, 리보좀 결합부위를 코딩하는 서열, 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열 등을 포함할 수 있다.

본 발명에서 사용된, 프로모터의 교체 또는 변형하는 것은, 특별히 이에 제한되지 않으나, 본래의 프로모터보다 강력한 프로모터로 교체 또는 변형될 수 있다. 상기 폴리뉴클레오티드 발현 단위의 상부에는 본래의 프로모터 대신 강력한 이종 프로모터가 연결될 수 있는데, 상기 강력한 프로모터의 예로는 CJ7 프로모터, lysCP1 프로모터, EF-Tu 프로모터, groEL 프로모터, aceA 혹은 aceB 프로모터 등이 있으며, 구체적으로는 코리네박테리움 유래 프로모터인 lysCP1 프로모터 혹은 CJ7 프로모터와 작동가능하게 연결되어 상기 효소를 코딩하는 폴리뉴클레오티드의 발현율을 향상시킬 수 있다. 여기서 lysCP1 프로모터는 아스파테이트 키나제 및 아스파테이트 세미알데히드 디히드로게나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드의 프로모터 부위 염기서열 치환을 통해 개량한 프로모터이다(WO 2009/096689). 또한, CJ7 프로모터는 코리네박테리움 암모니아게네스로부터 유래한 강력한 프로모터이다(대한민국 등록특허 제0620092호 및 WO 2006/065095).

아울러, 염색체상의 폴리뉴클레오티드 서열의 변형은, 특별히 이에 제한되지 않으나, 상기 폴리뉴클레오티드 서열의 활성을 더욱 강화하도록 핵산 서열을 결실, 삽입, 비보전적 또는 보전적 치환 또는 이들의 조합으로 발현 조절서열상의 변이를 유도하여 수행하거나, 더욱 강한 활성을 갖도록 개량된 폴리뉴클레오티드 서열로 교체함에 의하여 수행될 수 있다.

본 발명에서 사용된 용어 "벡터"는 적합한 숙주 내에서 목적 단백질을 발현시킬 수 있도록 적합한 조절 서열에 작동 가능하게 연결된 상기 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미할 수 있다. 상기 조절 서열은 전사를 개시할 수 있는 프로모터, 그러한 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합부위를 코딩하는 서열, 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함할 수 있다. 벡터는 적당한 숙주세포 내로 형질전환된 후, 숙주 게놈과 무관하게 복제되거나 기능할 수 있으며, 게놈 그 자체에 통합될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 벡터는 숙주세포 내에서 복제 가능한 것이면 특별히 한정되지 않으며, 당업계에 알려진 임의의 벡터를 이용할 수 있다. 통상 사용되는 벡터의 예로는 천연 상태이거나 재조합된 상태의 플라스미드, 코스미드, 바이러스 및 박테리오파지를 들 수 있다. 예를 들어, 파지 벡터 또는 코스미드 벡터로서 pWE15, M13, λMBL3, λMBL4, λIXII, λASHII, λAPII, λt10, λt11, Charon4A, 및 Charon21A 등을 사용할 수 있으며, 플라스미드 벡터로서 pBR계, pUC계, pBluescriptII계, pGEM계, pTZ계, pCL계 및 pET계 등을 사용할 수 있다. 본 발명에서 사용 가능한 벡터는 특별히 제한되는 것이 아니며 공지된 발현 벡터를 사용할 수 있다. 구체적으로는 pDZ, pACYC177, pACYC184, pCL, pECCG117, pUC19, pBR322, pMW118, pCC1BAC 벡터 등을 사용할 수 있다.

또한, 세균 내 염색체 삽입용 벡터를 통해 염색체 내에 내재적 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 변이된 폴리뉴클레오티드로 교체시킬 수 있다. 상기 폴리뉴클레오티드의 염색체 내로의 삽입은 당업계에 알려진 임의의 방법, 예를 들면, 상동재조합에 의하여 이루어질 수 있다. 본 발명의 벡터는 상동재조합을 일으켜서 염색체 내로 삽입될 수 있으므로 상기 염색체 삽입 여부를 확인하기 위한 선별 마커(selection marker)를 추가로 포함할 수 있다. 선별 마커는 벡터로 형질전환된 세포를 선별, 즉 목적 폴리뉴클레오티드의 삽입 여부를 확인하기 위한 것으로, 약물 내성, 영양 요구성, 세포 독성제에 대한 내성 또는 표면 단백질의 발현과 같은 선택가능 표현형을 부여하는 마커들이 사용될 수 있다. 선택제(selective agent)가 처리된 환경에서는 선별 마커를 발현하는 세포만 생존하거나 다른 표현 형질을 나타내므로, 형질전환된 세포를 선별할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어, "형질전환"은 표적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터를 숙주세포 내에 도입하여 숙주세포 내에서 상기 폴리뉴클레오티드가 코딩하는 단백질이 발현할 수 있도록 하는 것을 의미할 수 있다. 형질전환된 폴리뉴클레오티드는 숙주세포 내에 발현될 수 있기만 한다면, 숙주세포의 염색체 내에 삽입되어 위치하거나 염색체 외에 위치하거나 상관없이 이들 모두를 포함할 수 있다. 또한, 상기 폴리뉴클레오티드는 표적 단백질을 코딩하는 DNA 및 RNA를 포함할 수 있다. 상기 폴리뉴클레오티드는 숙주세포 내로 도입되어 발현될 수 있는 것이면, 어떠한 형태로 도입되는 것이든 상관없다. 예를 들면, 상기 폴리뉴클레오티드는, 자체적으로 발현되는데 필요한 모든 요소를 포함하는 유전자 구조체인 발현 카세트(expression cassette)의 형태로 숙주세포에 도입될 수 있다. 상기 발현 카세트는 통상 상기 폴리뉴클레오티드에 작동 가능하게 연결되어 있는 프로모터(promoter), 전사 종결신호, 리보좀 결합부위 및 번역 종결신호를 포함할 수 있다. 상기 발현 카세트는 자체 복제가 가능한 발현벡터 형태일 수 있다. 또한, 상기 폴리뉴클레오티드는 그 자체의 형태로 숙주세포에 도입되어, 숙주세포에서 발현에 필요한 서열과 작동 가능하게 연결되어 있는 것일 수도 있다.

또한, 상기에서 용어 "작동 가능하게 연결"된 것이란 본 발명의 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드의 전사를 개시 및 매개하도록 하는 프로모터 서열과 상기 유전자 서열이 기능적으로 연결되어 있는 것을 의미할 수 있다.

또한, 상기 다이아민 생산능을 갖는 미생물은 다이아민의 생산량을 증가시키기 위하여, 다이아민 아세틸트랜스퍼라아제(diamine acetyltransferase) 활성이 내재적 활성에 비하여 약화된 것일 수 있다.

본 발명에서 용어, "다이아민 아세틸트랜스퍼라아제"는 아세틸-CoA로부터 아세틸기를 다이아민으로 전달하는 반응을 매개하는 효소로서, 그 예로 코리네박테리움 글루타미쿰 NCgl1469 또는 대장균 SpeG일 수 있으나, 다이아민 생산능을 갖는 미생물의 종류에 따라 그 명칭은 달라질 수 있다. 상기 NCgl1469는 서열번호 12 또는 13으로 기재된 아미노산 서열을 포함하는 것이고, SpeG는 서열번호 14로 기재된 아미노산 서열을 포함할 수 있으나, 이러한 서열은 미생물의 종류에 따라 달라질 수 있으며, 상기 다이아민 아세틸트랜스퍼라아제의 활성을 가지는 한 상기 서열번호의 아미노산 서열과 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상, 특히 바람직하게는 97% 이상의 상동성을 갖는 아미노산 서열을 포함할 수 있다.

상기 다이아민 아세틸트랜스퍼라아제는 다이아민을 아세틸-다이아민(예, N-Ac-퓨트레신 또는 N-Ac-카다베린)으로 전환시키므로, 이의 활성을 내재적 활성에 비하여 약화시키는 경우 다이아민의 생산능을 증가시킬 수 있다.

본 발명에서 용어, "내재적 활성"이란, 본래 미생물이 천연의 상태 또는 비변형 상태에서 가지고 있는 단백질의 활성 상태를 의미하고, "내재적 활성에 비해 약화되도록 변형"된다는 의미는 본래 미생물의 천연 상태 또는 비변형 상태에서 나타내는 단백질 활성과 비교할 때 활성이 더 약화된 것을 의미할 수 있다.

이러한 단백질 활성의 약화는, 변형되지 않은 균주에 비하여 단백질의 활성이 감소된 것을 의미하고, 활성이 제거된 경우도 포함할 수 있다. 상기 단백질의 활성을 약화시키는 방법은 당해 분야에 잘 알려진 다양한 방법의 적용이 가능하다.

상기 방법의 예는, 상기 단백질의 활성이 제거된 경우를 포함하여 상기 효소의 활성이 감소되도록 돌연변이된 유전자로, 염색체상의 상기 단백질을 암호화하는 유전자를 대체하는 방법, 상기 단백질을 암호화하는 염색체상의 유전자의 발현 조절 서열에 변이를 도입하는 방법, 상기 단백질을 암호화하는 유전자의 발현 조절 서열을 활성이 약한 서열로 교체하는 방법, 상기 단백질을 암호화하는 염색체상의 유전자 일부 또는 전체를 결손시키는 방법 및 상기 염색체상의 유전자의 전사체에 상보적으로 결합하여 상기 mRNA로부터 단백질로의 번역을 저해하는 안티센스 올리고뉴클레오티드를 도입하는 방법, 상기 단백질을 암호화하는 유전자의 SD 서열 앞단에 SD 서열과 상보적인 서열을 인위적으로 부가하여 2차 구조물을 형성시켜 리보솜(ribosome)의 부착이 불가능하게 만드는 법 및 해당 서열의 ORF(open reading frame)의 3' 말단에 역전사되도록 프로모터를 부가하는 RTE(Reverse transcription engineering) 방법 등이 있으며, 이들의 조합으로도 달성할 수 있으나, 상기 예에 의해 특별히 제한되는 것은 아니다.

구체적으로, 단백질을 암호화하는 유전자의 일부 또는 전체를 결실하는 방법은, 세균 내 염색체 삽입용 벡터를 통해 염색체 내 내재적 목적 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 일부 핵산 서열이 결실된 폴리뉴클레오티드 또는 마커 유전자로 교체함으로써 수행될 수 있다. 상기 "일부"란 폴리뉴클레오티드의 종류에 따라서 상이하지만, 구체적으로는 1 내지 300개, 바람직하게는 1 내지 100개, 더욱 바람직하게는 1 내지 50개이다.

한편, 본 발명의 미생물은 다이아민 생산능을 갖는 미생물로서, 상기 서열번호 6으로 기재된 아미노산 서열을 포함하는 단백질이 발현되는 원핵 미생물을 포함하며, 이의 예로는 에스케리치아 속(Escherichia sp.), 시겔라 속(Shigella sp.), 시트로박터 속(Citrobacter sp.), 살모넬라 속(Salmonella sp.), 엔테로박터 속(Enterobacter sp.) 여시니아 속(Yersinia sp.), 크렙시엘라 속(Klebsiella sp.), 어위니아 속(Erwinia sp.), 코리네박테리움 속(Corynebacterium sp.), 브레비박테리움 속(Brevibacterium sp.), 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.), 셀레노모나스 속(Selenomanas sp.), 비브리오 속(Vibrio sp.), 슈도모나스 속 (Pseudomonas sp.), 스트렙토마이시스 속 (Streptomyces sp.), 아카노박테리아 속 (Arcanobacterium sp.), 알칼리젠 속(Alcaligenes sp) 등에 속하는 미생물일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 구체적으로 본 발명의 미생물은 코리네박테리움 속에 속하는 미생물 또는 에스케리치아 속 미생물이며, 보다 구체적으로 코리네박테리움 글루타미쿰 또는 대장균(Escherichia coli)이나, 이에 제한되지 않는다.

구체적인 예로, 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13032 기반의 퓨트레신 생산균주 KCCM11240P(대한민국 공개특허 제2013-0082478호) 균주를 이용하여, 상기 균주에서 퓨트레신 배출능을 가지는 단백질인 NCgl2522를 결실시킨 후 ARCH_0271를 트랜스포존 유전자 내에 도입하는 미생물을 들 수 있다. 이에 상기 미생물은 KCCM11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-ARCH_0271를 CC01-0758로 명명하고, 부다페스트 조약하의 국제기탁기관인 한국미생물보존센터에 2013년 11월 15일자로 기탁하고, 수탁번호 KCCM11476P를 부여받았다.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 (i) 상기 서열번호 6으로 기재되는 아미노산 서열 또는 이와 42% 이상의 서열 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 단백질의 활성이 도입 또는 강화된, 다이아민 생산능을 갖는 미생물을 배양하여 배양물을 수득하는 단계; 및 (ii) 상기 배양된 미생물 또는 배양물로부터 다이아민을 회수하는 단계를 포함하는, 다이아민의 생산 방법을 제공한다.

상기 다이아민, 서열번호 6의 아미노산 서열을 포함하는 단백질, 이와 42% 이상의 서열 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 단백질, 단백질의 활성의 도입, 단백질의 활성의 강화, 다이아민, 및 다이아민 생산능을 갖는 미생물에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.

상기 방법에 있어서, 상기 미생물을 배양하는 단계는, 특별히 이에 제한되지 않으나, 공지된 회분식 배양방법, 연속식 배양방법, 유가식 배양방법 등에 의해 수행됨이 바람직하다. 이때, 배양조건은 특별히 이에 제한되지 않으나, 염기성 화합물(예: 수산화나트륨, 수산화칼륨 또는 암모니아) 또는 산성 화합물(예: 인산 또는 황산)을 사용하여 적정 pH(예컨대, pH 5 내지 9, 바람직하게는 pH 6 내지 8, 가장 바람직하게는 pH 6.8)를 조절할 수 있고, 산소 또는 산소-함유 가스 혼합물을 배양물에 도입시켜 호기성 조건을 유지할 수 있으며, 배양온도는 20 내지 45℃, 바람직하게는 25 내지 40℃를 유지할 수 있고, 약 10 내지 160 시간 동안 배양할 수 있다.

아울러, 상기 배양을 위하여 사용되는 배지는 탄소 공급원으로는 당 및 탄수화물(예: 글루코오스, 슈크로오스, 락토오스, 프럭토오스, 말토오스, 몰라세, 전분 및 셀룰로오스), 유지 및 지방(예: 대두유, 해바라기씨유, 땅콩유 및 코코넛유), 지방산(예: 팔미트산, 스테아르산 및 리놀레산), 알코올(예: 글리세롤 및 에탄올) 및 유기산(예: 아세트산) 등을 포함하나 이에 제한되지 않으며, 개별적으로 사용하거나 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 질소 공급원으로는 질소-함유 유기 화합물(예: 펩톤, 효모 추출액, 육즙, 맥아 추출액, 옥수수 침지액, 대두 박분 및 우레아), 또는 무기 화합물(예: 황산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 탄산암모늄 및 질산암모늄) 등을 포함하나 이에 제한되지 않으며, 개별적으로 사용하거나 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 인 공급원으로 인산 이수소칼륨, 인산수소이칼륨, 이에 상응하는 나트륨 함유 염 등을 포함하나 이에 제한되지 않으며, 개별적으로 사용하거나 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 기타 금속염(예: 황산마그네슘 또는 황산철), 아미노산 및 비타민과 같은 필수성장-촉진 물질을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 상기 배지는 배양액과 동일한 의미로 사용될 수 있다.

본 발명에서 용어, "배양물"은 미생물의 배양 결과 얻어지는 물질로, 상기 배지, 배양되는 미생물, 및 배양되는 미생물로부터 분비되는 물질을 모두 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어 균체를 배양하기 위해 필요한 영양 공급원, 예를 들어 탄소원, 질소원 등 이외에 무기염 성분, 아미노산, 비타민, 핵산 및/또는 기타 일반적으로 배양 배지(또는 배양액)에 함유될 수 있는 성분들이 포함되어 있을 수 있다. 또한 예를 들어 균체가 생산ㆍ분비한 목적 물질 또는 효소 등이 포함되어 있을 수 있다.

배양에 의하여 생산된 다이아민은 배지 중으로 분비되거나 세포 내에 잔류할 수 있으므로, 상기 배양물은 미생물 배양에 의하여 생산된 다이아민을 포함할 수 있다.

본 발명의 상기 배양 단계에서 생산된 퓨트레신을 회수하는 방법은 배양방법, 예를 들어 회분식, 연속식 또는 유가식 배양 방법 등에 따라 당해 분야에 공지된 적합한 방법을 이용하여 배양액으로부터 목적하는 아미노산을 수집할 수 있다.

본 발명에서는 알카노박테리움 해모리티쿰 유래의 ARCH_0271 단백질이 다이아민 배출능을 가지는 단백질임을 규명하고, 퓨트레신 생산경로를 가지고 있지만 배출능이 낮은 코리네박테리움 속 균주에 상기 단백질의 활성을 도입하여 퓨트레신 배출능을 강화시킬 수 있음을 확인하였다. 또한, 퓨트레신과 카다베린 생산경로를 가지고 있는 대장균에도 상기 단백질의 활성을 도입하는 경우, 퓨트레신과 카다베린의 생산이 동시에 증가됨을 확인하였다. 따라서, 알카노박테리움 해모리티쿰 유래의 ARCH_0271 단백질을 다이아민 생산능을 갖는 미생물에 적용함으로써 다이아민의 효과적인 생산을 가져올 수 있을 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

참조예 1. 퓨트레신 생성능을 갖는 코리네박테리움 속 미생물의 제작

퓨트레신 생성능을 갖는 코리네박테리움 속 미생물로서, 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13032 기반의 퓨트레신 생산균주 KCCM11240P(대한민국 특허공개 제2013-0082478호), 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13869 기반의 퓨트레신 생산균주 DAB12-a △NCgl1469 (argF 결손, NCgl1221 결손, 대장균 speC 도입, arg 오페론 프로모터 치환, NCgl1469 결손; DAB12-b로 명명, 대한민국 특허공개 제2013-0082478호)에서 MFS(major facilitator superfamily)에 속하는 permease인 NCgl2522를 결실시켰을 때 퓨트레신 생산량이 감소됨을 확인하였다.

또한 마찬가지로 KCCM11240P 또는 DAB12-b에 NCgl2522 유전자를 트랜스포존 내 추가 도입, 또는 염색체상 NCgl2522의 프로모터를 cj7프로모터로 치환하여 NCgl2522 활성을 강화시킨 코리네박테리움 글루타미쿰 균주가 고수율로 퓨트레신을 생산하였다. 또한 NCgl2522 발현을 강화시킨 균주 내 퓨트레신 함량을 측정한 결과 대조군 대비 퓨트레신 양이 적게 있음을 확인함으로 NCgl2522가 퓨트레신을 세포 밖으로 배출하는 기능이 있음을 확인하였다.

구체적으로, 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13032의 NCgl2522를 암호화하는 유전자의 염기서열을 근간으로 NCgl2522의 N-말단 부위의 상동 재조합 단편을 얻기 위한 서열번호 1 및 2의 프라이머 쌍과, NCgl2522의 C-말단 부위의 상동재조합 단편을 얻기 위한 서열번호 3 및 4의 프라이머 쌍을 하기 표 1과 같이 사용하였다.

프라이머	서열(5'->3')
NCgl2522-del-F1_BamHI (서열번호 1)	CGGGATCCCACGCCTGTCTGGTCGC
NCgl2522-del-R1_SalI (서열번호 2)	ACGCGTCGACGGATCGTAACTGTAACGAATGG
NCgl2522-del-F2_SalI (서열번호 3)	ACGCGTCGACCGCGTGCATCTTTGGACAC
NCgl2522-del-R2_XbaI (서열번호 4)	CTAGTCTAGAGAGCTGCACCAGGTAGACG

상기 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13032의 게놈 DNA를 주형으로 하고, 2쌍의 프라이머 각각을 이용한 PCR을 수행하여 N-말단 부위와 C-말단 부위의 PCR 단편을 각각 수득한 후, 이를 전기영동하여 목적하는 단편을 수득하였다. 이때, PCR 반응은 95℃에서 30초의 변성, 55℃에서 30초의 어닐링 및 72℃에서 30초의 신장 과정을 30회 반복하였다. 이로부터 수득된 N-말단 부위의 단편을 제한효소 BamHI 및 SalI으로, C-말단 부위의 단편을 제한효소 SalI 및 XbaI으로 처리하였으며, 처리된 단편을 제한효소인 BamHI과 XbaI으로 처리된 pDZ 벡터에 클로닝하여 플라스미드 pDZ-1'NCgl2522(K/O)를 제작하였다.

상기 플라스미드 pDZ-1'NCgl2522(K/O)를 전기천공법으로 코리네박테리움 글루타미쿰 KCCM11240P에 도입하여 형질전환체를 수득하고, 상기 형질전환체를 카나마이신(25 ㎍/㎖)과 X-gal(5-bromo-4-chloro-3-indolin-β-D-galactoside)이 함유된 BHIS 평판배지(Braine heart infusion 37 g/l, 소르비톨 91 g/l, 한천 2%)에 도말하여 배양함으로써 콜로니를 형성시켰다. 이로부터 형성된 콜로니 중에서 푸른색의 콜로니를 선택함으로써 상기 플라스미드 pDZ-1'NCgl2522(K/O)가 도입된 균주를 선발하였다.

상기 선발된 균주를 CM 배지(glucose 10 g/l, polypeptone 10 g/l, yeast extract 5 g/l, beef extract 5 g/l, NaCl 2.5 g/l, urea 2 g/l, pH 6.8)에 접종하여 30℃에서 8시간 동안 진탕 배양하고, 각각 10^-4부터 10^-10까지 순차적으로 희석한 후 X-gal 함유 고체배지에 도말하고 배양하여 콜로니를 형성시켰다. 형성된 콜로니 중에서 상대적으로 낮은 비율로 나타나는 백색의 콜로니를 선택하여, NCgl2522을 코딩하는 유전자가 결실되어 퓨트레신 생산성이 약화된 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 제작하였다. 이와 같이 제작된 퓨트레신 배출능이 약화된 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 KCCM11240P △NCgl2522로 명명하였다.

마찬가지로 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC13869의 게놈 DNA를 주형으로 하고, 상기 표 1에 기재된 2쌍의 프라이머 각각을 이용한 PCR을 수행하여 상기에 기재된 방법에 따라 플라스미드 pDZ-2'NCgl2522(K/O)를 제작하였다. 상기 벡터를 이용하여 상기에 명기된 방법에 따라 DAB12-b 균주의 NCgl2522를 코딩하는 유전자가 결실되어 퓨트레신 생산성이 약화된 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 제작하였다. 이와 같이 제작된 퓨트레신 배출능이 약화된 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 DAB12-b △NCgl2522로 명명하였다.

실시예 1. 알카노박테리움 해모리티쿰( Arcanobacterium haemolyticum )의 ARCH_0271 선별

참조예 1에서 확인한 바에 따르면 NCgl2522가 코딩하는 막단백질이 퓨트레신을 세포 밖으로 배출하는 기능이 있음을 나타내었다. 이에 본 발명자는 NCgl2522의 아미노산 서열을 바탕으로 미국 국립생물정보센터(NCBI, www.ncbi.nlm.noj.gov)의 BlastP 프로그램을 통해, 상동성이 있는 코리네박테리움외 속의 유전자 중 56% 상동성을 보유한 알카노박테리움 해모리티쿰 DSM 20595의 ARCH_0271 염기서열(서열번호 5) 및 아미노산 서열(서열번호 6)을 확보하였다. ARCH_0271 아미노산 서열은 NCgl2522 아미노산 서열과 상동성 있는 코리네박테리움 외 속의 막 단백질 중 계통학적으로 NCgl2522 아미노산 서열과 가장 가깝게 있다.

또한 상기와 동일한 방법으로 NCgl2522 아미노산 서열과 41% 상동성을 보이는 알칼리게네스 패칼리스 subsp. 칼리스(Alcaligenes faecalis subsp. faecalis) NCIB 8687유래의 QWA_00075 염기서열 (서열번호 22) 및 아미노산 서열 (서열번호 23)과 52%의 상동성을 보이는 스테노트로포모나스 말토필리아 (Stenotrophomonas maltophilia) D457 유래의 SMD_2351의 염기서열 (서열번호 25) 및 아미노산 서열 (서열번호 26)을 확보하였다. 상기 QWA_00075의 아미노산 서열과 SMD_2351의 아미노산 서열은 ARCH_0271 아미노산 서열과는 표 2와 같이 각각 42%, 47%의 상동성을 보인다.

아미노산 서열 상동성 비교

	ARCH_0271	QWA_00075	SMD_2351
NCgl2522	56%	41%	52%
ARCH_0271		42%	47%

한편, NCgl2522과와 상동성을 보이는 유전자를 보유한 미생물 및 그 상동성을 하기 표 3에 나타내었다.

species	상동성
Acidovorax citrulli AAC00-1	47%
Actinomyces sp. oral taxon 181	53%
Actinomyces sp. ph3	54%
Actinomyces sp. S6-Spd3	53%
Actinosynnema mirum	53%
Actinosynnema mirum DSM 43827	53%
Alcaligenes faecalis subsp. faecalis NCIB 8687	41%
alpha proteobacterium LLX12A	52%
Arcanobacterium haemolyticum	56%
Arcanobacterium haemolyticum DSM 20595	56%
Arsenophonus nasoniae	44%
Brachybacterium paraconglomeratum	52%
Brachybacterium paraconglomeratum LC44	52%
Bradyrhizobium sp. BTAi1	43%
Citricoccus sp. CH26A	50%
Citrobacter freundii 4_7_47CFAA	53%
Dermabacter hominis 1368	50%
Dermabacter sp. HFH0086	51%
Dietzia sp. UCD-THP	52%
Enterobacteriaceae bacterium 9_2_54FAA	41%
Erwinia amylovora ATCC 49946	47%
Granulicoccus phenolivorans	55%
Hafnia alvei ATCC 51873	41%
Klebsiella pneumoniae	53%
Micrococcus luteus	52%
Micromonospora sp. ATCC 39149	53%
Mycobacterium chubuense	39%
Mycobacterium gilvum	38%
Mycobacterium neoaurum	39%
Mycobacterium rufum	39%
Nesterenkonia alba	48%
Nesterenkonia sp. F	51%
Nocardia rhamnosiphila	40%
Nocardiopsis dassonvillei	58%
Nocardiopsis dassonvillei subsp. dassonvillei DSM 43111	57%
Nocardiopsis kunsanensis	52%
Nocardiopsis sp. CNS639	57%
Nocardiopsis synnemataformans	57%
Ochrobactrum anthropi ATCC 49188	46%
Pectobacterium atrosepticum SCRI1043	46%
Providencia alcalifaciens DSM 30120	40%
Pseudomonas aeruginosa	53%
Pseudomonas aeruginosa C3719	46%
Pseudomonas geniculata	53%
Rahnella aquatilis HX2	40%
Rhodococcus	40%
Rhodococcus fascians	55%
Rhodococcus sp. AW25M09	42%
Rhodococcus sp. JVH1	40%
Rhodococcus triatomae	37%
Rhodococcus wratislaviensis NBRC 100605	40%
Salinispora	52%
Salinispora arenicola	52%
Salinispora pacifica	53%
Salinispora tropica CNB-440	51%
Sanguibacter keddieii DSM 10542	52%
Serratia marcescens	44%
Sphingobium chinhatense	53%
Stenotrophomonas maltophilia	54%
Stenotrophomonas maltophilia D457	52%
Stenotrophomonas sp. RIT309	52%
Stenotrophomonas sp. SKA14	53%
Streptococcus anginosus	52%
Streptococcus anginosus CCUG 39159	51%
Streptomyces	52%
Streptomyces albidoflavus	54%
Streptomyces alboviridis	52%
Streptomyces albus	55%
Streptomyces albus J1074]	57%
Streptomyces atroolivaceus	53%
Streptomyces baarnensis	51%
Streptomyces californicus	52%
Streptomyces cyaneofuscatus	53%
Streptomyces floridae	52%
Streptomyces fulvissimus	51%
Streptomyces globisporus	52%
Streptomyces griseus	57%
Streptomyces mediolani	55%
Streptomyces sp. AA0539	48%
Streptomyces sp. CcalMP-8W	52%
Streptomyces sp. CNB091	55%
Streptomyces sp. NRRL B-1381	52%
Streptomyces sp. NRRL B-3253	57%
Streptomyces sp. NRRL F-2890	49%
Streptomyces sp. NRRL F-5527	52%
Streptomyces sp. NRRL F-5702	52%
Streptomyces sp. NRRL S-623	52%
Streptomyces sp. PVA 94-07	57%
Streptomyces sp. S4	54%
Streptomyces sp. ScaeMP-e10	51%
Streptomyces sp. SM8	54%
Streptomyces sp. W007	54%
Streptomyces wadayamensis	54%
Tsukamurella paurometabola	38%
Turicella otitidis	56%
Turicella otitidis ATCC 51513	56%
Xenorhabdus nematophila ATCC 19061	42%
Yaniella halotolerans	61%
Yersinia enterocolitica	41%

실시예 2. 코리네박테리움 속 유래 퓨트레신 생산균주에 퓨트레신 배출능을 가지는 단백질 도입을 통한 퓨트레신 발효

<2-1> ATCC13032 기반 퓨트레신 생산 균주의 염색체 내 트렌스포존 유전자 내 ARCH_0271, QWA _00075, SMD _2351 도입

참조예 1에서 제작한 퓨트레신 배출능이 감소된 KCCM11240P △NCgl2522에서 ARCH_0271, QWA_00075 또는 SMD_2351 유전자의 염색체 내 삽입을 통한 퓨트레신 배출 효과를 확인하기 위해, ARCH_0271, QWA_00075, 또는 SMD_2351를 하기와 같은 과정으로 트랜스포존 유전자 내에 도입하였다.

코리네박테리움 속 미생물의 트랜스포존 유전자 부위를 이용하여 염색체 내 유전자 도입을 가능하게 하는 형질전환용 벡터로서 pDZTn(WO 2009/125992에 개시)를 사용하였으며, 프로모터는 cj7 (WO 2006/65095에 개시)을 이용하였다.

ARCH_0271 유전자는 알카노박테리움 해모리티쿰 DSM 20595의 염기서열을 바탕으로 코리네박테리움 글루타미쿰의 코돈 사용빈도(codon usage)에 맞게 염기서열(서열번호 7)을 맞추어 합성하였다. 마찬가지로 알칼리게네스 패칼리스 subsp. 칼리스 NCIB 8687유래의 QWA_00075와 스테노트로포모나스 말토필리아 D457 유래의 SMD_2351도 각각 코리네박테리움 글루타미쿰의 코돈 사용빈도(codon usage)에 맞게 염기서열(서열번호 24, 서열번호 27)을 맞추어 합성하였다. 유전자 합성은 pGEM B1에 클로닝된 형태로 수득하였다.

상기에서 얻은 플라스미드를 각각 pGEM B1-ARCH_0271, pGEM B1-QWA_00075, pGEM B1-SMD_2351라 명명하였다.

pGEM B1-ARCH_0271, pGEM B1-QWA_00075, pGEM B1-SMD_2351 플라스미드를 주형으로 각각 서열번호 10 및 11, 서열번호 28 및 29, 또는 서열번호 30 및 31의 프라이머 쌍(표 4 참조)을 이용하여 약 1.51 kb, 1.53 kb, 또는 1.53 kb의 각 유전자 단편을 증폭하였다. 이때, PCR 반응은 95℃에서 30초의 변성, 55℃에서 30초의 어닐링 및 72℃에서 1분 30초의 신장 과정을 30회 반복하였다. 이 PCR 결과물을 0.8% 아가로스 겔에서 전기 영동한 후 원하는 크기의 밴드를 용리하여 정제하였다.

또한, pcj7 프로모터 부위는 이용하여 95℃에서 30초의 변성, 55℃에서 30초의 어닐링 및 72℃에서 30초 과정을 30회 반복하여 수득하였다. cj7 프로모터 유전자단편은 0.8% 아가로스 겔에서 전기 영동한 후 원하는 크기의 밴드를 용리하여 정제하였다.

프라이머	서열(5'->3')
CJ7-F (서열번호 8)	TGTCGGGCCCACTAGT AGAAACATCCCAGCGCTACTAATA
CJ7-R (서열번호 9)	AGTGTTTCCTTTCGTTGGGTACG
ARCH_0271-F (서열번호 10)	CAACGAAAGGAAACACT ATGCCAGACGTGTCCTCC
ARCH_0271-R (서열번호 11)	GAATGAGTTCCTCGAG TTATTCGTGTGCATATGC
QWA_00075-F (서열번호 28)	CAACGAAAGGAAACACT ATGTTGCACTCCCCCACCC
QWA_00075-R (서열번호 29)	GAATGAGTTCCTCGAG TTAATCAGCATGGGAGCGGCC
SMD_2351-F (서열번호 30)	CAACGAAAGGAAACACT ATGCCAGCAGCGCATTCAAATAG
SMD_2351-R (서열번호 31)	GAATGAGTTCCTCGAG TTAGTGCTGAGTTGGATAGGCAG

pDZTn 벡터는 XhoI을 처리하고 상기에서 수득한 각 PCR 산물을 퓨전 클로닝하였다. 퓨전 클로닝은 In-Fusion◎HD Cloning Kit(Clontech)를 사용하였다. 결과로 얻은 플라스미드를 각각 pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271, pDZTn-P(cj7)-QWA_00075, pDZTn-P(cj7)-SMD_2351라 명명하였다.

상기 3개의 플라스미드 pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271, pDZTn-P(cj7)-QWA_00075, pDZTn-P(cj7)-SMD_2351 각각을, 참조예 1에 기재된 퓨트레신 배출능이 감소된 코리네박테리움 글루타미쿰 KCCM11240P △NCgl2522에 전기천공법(electroporation)으로 각각 도입하여 형질전환체를 수득하였다. 그 후, 상기 형질전환체를 CM 배지(glucose 10 g/l, polypeptone 10 g/l, yeast extract 5 g/l, beef extract 5 g/l, NaCl 2.5 g/l, urea 2 g/l, pH 6.8)에서 진탕 배양(30℃, 8시간)하고, 각각 10^-4부터 10^-10까지 순차적으로 희석한 후 X-gal 함유 고체배지에 도말하고 배양하여 콜로니를 형성시켰다.

형성된 콜로니 중에서 상대적으로 낮은 비율로 나타나는 백색의 콜로니를 선택함으로써 2차 교차(crossover)에 의해 ARCH_0271, QWA_00075 또는 SMD_2351를 코딩하는 유전자가 도입된 균주를 최종 선발하였다. 최종 선발된 균주를 대상으로 서열번호 8 및 서열번호 11, 서열번호 8 및 서열번호 29 또는 서열번호 8 및 서열번호 31의 각 프라이머 쌍을 이용해 PCR을 수행하여 ARCH_0271, QWA_00075 또는 SMD_2351를 코딩하는 유전자가 도입되었음을 확인하고, 상기 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주를 KCCM11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-ARCH_0271, KCCM11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-QWA_00075, KCCM11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-SMD_2351라 명명하였다.

<2-2> ATCC13869 기반 퓨트레신 생산 균주의 염색체 내 트렌스포존 유전자 내 ARCH_0271, QWA _00075, SMD _2351 도입

참조예 1에서 제작한 퓨트레신 배출능이 감소된 DAB12-b △NCgl2522에서 ARCH_0271 유전자의 염색체 내 삽입을 통한 퓨트레신 배출 효과를 확인하기 위해, 앞에서 제작한 pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271, pDZTn-P(cj7)-QWA_00075, pDZTn-P(cj7)-SMD_2351를 실시예 <2-1>과 동일한 방법으로 코리네박테리움 글루타미쿰 DAB12-b △NCgl2522에 형질전환하여 트렌스포존 내 ARCH_0271, QWA_00075 또는 SMD_2351가 도입되었음을 확인하였다.

이로부터 선발된 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주를 DAB12-b △NCgl2522 Tn:P(cj7)-ARCH_0271, DAB12-b △NCgl2522 Tn:P(cj7)-QWA_00075, DAB12-b △NCgl2522 Tn:P(cj7)-SMD_2351이라 명명하였다.

<2-3> ARCH _0271, QWA _00075 또는 SMD _2351 도입된 코리네박테리움 퓨트레신 생산 균주의 퓨트레신 생산능 평가

퓨트레신 생산 균주에서 ARCH_0271 도입 시 퓨트레신 생산에 미치는 효과를 확인하기 위하여, 상기 실시예 <2-1> 및 <2-2>에서 제작된 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주를 대상으로 퓨트레신 생산능을 비교하였다.

구체적으로, 10종의 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주(KCCM11240P; KCCM11240P △NCgl2522; KCCM11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-ARCH_0271; KCCM11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-QWA_00075; KCCM11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-SMD_2351; DAB12-b; DAB12-b △NCgl2522; DAB12-b △NCgl2522 Tn:P(cj7)-ARCH_0271; DAB12-b △NCgl2522 Tn:P(cj7)-QWA_00075, DAB12-b △NCgl2522 Tn:P(cj7)-SMD_2351)를, 각각 1 mM 아르기닌 함유 CM 평판 배지(glucose 1%, polypeptone 1%, yeast extract 0.5%, beef extract 0.5%, NaCl 0.25%, urea 0.2%, 50% NaOH 100 ㎕, agar 2%, pH 6.8, 1 L 기준)에 도말하여 30℃에서 24시간 동안 배양하였다. 이로부터 배양된 각 균주를 25 ml의 역가 배지(Glucose 8%, 대두단백질 0.25%, 옥수수고형 0.50%, (NH₄)₂SO₄ 4%, KH₂PO₄ 0.1%, MgSO₄·H₂O 0.05%, urea 0.15%, 바이오틴 100μg, 티아민 염산염 3 mg, 칼슘-판토텐산 3 mg, 니코틴아미드 3 mg, CaCO₃ 5%, 1 L 기준)에 한 백금이 정도로 접종한 후 이를 30℃에서 200 rpm으로 98시간 동안 진탕 배양하였다. 모든 균주의 배양 시 배지에 1 mM 아르기닌을 첨가하였다. 각 배양물로부터 생산된 퓨트레신 농도를 측정하고 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

균주명	퓨트레신 (g/L)
KCCM 11240P	12.4
KCCM 11240P △NCgl2522	1.9
KCCM 11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-ARCH_0271	17.7
KCCM 11240P ΔNCgl2522 Tn:P(cj7)-QWA_00075	4.1
KCCM 11240P ΔNCgl2522 Tn:P(cj7)-SMD_2351	3.5
DAB12-b	13.1
DAB12-b △NCgl2522	0.5
DAB12-b △NCgl2522 Tn:P(cj7)-ARCH_0271	17.5
DAB12-b ΔNCgl2522 Tn:P(cj7)-QWA_00075	5
DAB12-b ΔNCgl2522 Tn:P(cj7)-SMD_2351	4.1

상기 표 5에 나타난 바와 같이, ARCH_0271가 도입된 2종의 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주 모두에서 퓨트레신 생산량이 증가하였음을 확인하였다. 또한, QWA_00075 또는 SMD_2351를 도입한균주들 모두 모균주 KCCM 11240P △NCgl2522 또는 DAB12-b △NCgl2522 대비 퓨트레신이 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 QWA_00075 또는 SMD_2351 이 퓨트레신 배출능을 가지고 있음을 보여주는 것이다.

실시예 3. 코리네박테리움 속 유래 라이신 생산 균주기반의 ARCH _0271 도입 및 라이신 디카르복실레이즈 발현을 통한 카다베린 발효

<3-1> L-라이신 생산균주인 코리네박테리움 글루타미쿰 KCCM11016P 의 염색체 내 트랜스포존 유전자 내 ARCH _0271 5 도입

ARCH_0271 유전자의 삽입을 통한 카다베린 배출능을 확인하기 위해, 라이신 생산균주 KCCM11016P(상기 미생물은 한국미생물보존센터에 1995년 12월 18일자로 수탁번호 KFCC10881로 기탁된 후, 부다페스트 조약하인 국제기탁기관에 재기탁되어 KCCM11016P로 기탁번호를 부여받음, 한국 등록특허 제10-0159812호) 를 기반으로 ARCH_0271 유전자를 염색체 내 삽입하였다. 앞에서 제작한 pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271 를 실시예 <2-1>과 동일한 방법으로 코리네박테리움 글루타미쿰 KCCM11016P에 형질전환하여 트랜스포존 내 ARCH_0271가 도입되었음을 확인하였다.

이로부터 선발된 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주를 KCCM11016P Tn:P(cj7)-ARCH_0271라 명명하였다.

<3-2> ARCH _0271가 도입된 L-라이신 생산 균주에 대장균 유래의 라이신 디카르복실레이즈 유전자 도입

실시예 <3-1>에서 제작된 ARCH_0271가 도입된 L-라이신 생산 균주 KCCM11016P Tn:P(cj7)-ARCH_0271에 카다베린을 생산하기 위한 대장균 유래의 라이신 디카르복실레이즈 유전자를 플라스미드 형태로 도입하였다. 대장균 유래의 라이신 디카르복실레이즈 ldcC에 대한 염기서열(서열번호 32) 및 아미노산 서열(서열번호 33)을 NCBI data base에서 확보하였다.

ldcC 유전자는 대장균 W3110 균주의 염색체를 주형으로 PCR법을 통하여 서열번호 36과 서열번호 37의 프라이머 쌍(표 6 참조)을 이용하여 95℃에서 30초의 변성, 52℃에서 30초의 어닐링 및 72℃에서 2분 과정을 30회 반복하여 각각 2.1 kb 의 유전자 단편을 수득하였다. 이후 HindIII와 XbaI을 처리한 후, 0.8% 아가로스 겔에서 전기 영동한 후 원하는 크기의 밴드를 용리하여 정제하였다.

또한, cj7 프로모터 부위는 p117-Pcj7-gfp를 주형으로 서열번호 34와 서열번호 35의 프라이머 쌍(표 6 참조)을 이용하여 95℃에서 30초의 변성, 55℃에서 30초의 어닐링 및 72℃에서 30초 과정을 30회 반복하여 수득하였다. cj7 프로모터 유전자단편은 KpnI과 HindII를 처리한 후, 0.8% 아가로스 겔에서 전기 영동한 후 원하는 크기의 밴드를 용리하여 정제하였다.

프로모터 cj7 유전자를 얻기 위한 프라이머
CJ7-F_KpnI (서열번호 34)	CGGGGTACC AGAAACATCCCAGCGCTACTAATA
CJ7-R-HindIII (서열번호 35)	CCCAAGCTT AGTGTTTCCTTTCGTTGGGTACG
대장균 ldcC 유전자를 얻기 위한 프라이머
ldcC-F_HindIII (서열번호 36)	CCCAAGCTT AAGCTT ATGAACATCATTGCCATTATGGG (52)
ldcC-R_XbaI (서열번호 37)	TGCTCTAGA TTATCCCGCCATTTTTAGGACTC (53)

KpnI 과 XbaI 을 처리한 pECCG117 (Biotechnology letters vol 13, No. 10, p. 721-726 (1991)) 벡터를 0.8% 아가로스 겔에서 전기 영동한 후 원하는 크기의 밴드를 용리하여 정제한 유전자 단편, KpnI 과 HindIII를 처리한 cj7 프로모터 유전자 단편, 또는 HindIII 과 XbaI 처리한 라이신 디카르복실레이즈 ldcC 유전자 단편을 T4 DNA lligase(NEB)를 이용하여 클로닝하였다. 위 실험으로 수득한 대장균 ldcC를 코딩하고 있는 플라스미드를 pECCG117-Pcj7-ldcC 라 명명하였다.

상기 제작한 pECCG117-Pcj7-ldcC 벡터 또는 pECCG117 벡터를 KCCM11016P, KCCM11016P Tn:P(cj7)-ARCH_0271에 전기 천공법을 이용하여 도입하였다. 도입된 균주를 25 ㎍/㎖ 카나마이신이 함유된 BHIS 평판 배지에 도말하여 형질 전환체를 선별하였다. 선별된 균주를 각각 KCCM11016P pECCG117, KCCM11016P pECCG117-Pcj7-ldcC, KCCM11016P Tn:P(cj7)-ARCH_0271 pECCG117, KCCM11016P Tn:P(cj7)-ARCH_0271 pECCG117-Pcj7-ldcC 라 명명하였다(총 4종).

<3-3> ARCH _0271가 염색체에 도입되고 라이신 디카르복실레이즈가 플라스미드로 도입된 코리네박테리움 속 유래 라이신 생산균주의 카다베린 생산능 평가

카다베린 생산 균주에서 ARCH_0271 도입 시 카다베린 생산에 미치는 효과를 확인하기 위하여, 상기 실시예 <3-2>에서 제작된 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주를 대상으로 카다베린 생산능을 비교하였다.

구체적으로, 4종의 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주(KCCM11016P pECCG117; KCCM11016P pECCG117-Pcj7-ldcC; KCCM11016P Tn:P(cj7)-ARCH_0271 pECCG117; KCCM11016P Tn:P(cj7)-ARCH_0271 pECCG117-Pcj7-ldcC)를 아래와 같은 방법으로 배양하여 카다베린 생산능을 비교하였다.

각각을 CM 평판 배지(glucose 1%, polypeptone 1%, yeast extract 0.5%, beef extract 0.5%, NaCl 0.25%, urea 0.2%, 50% NaOH 100 ㎕, agar 2%, pH 6.8, 1 L 기준)에 도말하여 30℃에서 24시간 동안 배양하였다. 이로부터 배양된 각 균주를 종 배지(glucose 2%, peptone 1%, yeast extract 0.5%, urea 0.15 %, KH₂PO₄ 0.4%, K₂HPO₄ 0.8%, MgSO₄·7H₂O 0.05%, 바이오틴 100 ㎍, 티아민 HCl 1000 ㎍, 칼슘-판토텐산 2000 ㎍, 니코틴아미드 2000 ㎍ , pH 7.0 , 1 L 기준) 25 ㎖을 함유하는 250 ㎖ 코너-바플 플라스크에 접종하고, 30 ℃에서 20 시간 동안, 200 rpm으로 진탕 배양하였다.

그 후, 생산 배지(glucose 4%, (NH₄)₂SO₄ 2%, 대두 단백질 2.5%, 옥수수 침지 고형분(Corn Steep Solids) 5%, urea 0.3%, KH₂PO₄ 0.1%, MgSO₄·7H₂O 0.05%, 바이오틴 100 ㎍, 티아민 염산염 1000 ㎍, 칼슘-판토텐산 2000 ㎍, 니코틴아미드 3000 ㎍, 루이신 0.2 g, 트레오닌 0.1 g, 메티오닌 0.1 g, CaCO₃ 5%, pH 7.0, 1 L 기준) 24 ㎖을 함유하는 250 ㎖ 코너-바플 플라스크에 1 ㎖의 종 배양액을 접종하고 30 ℃에서 72시간 동안, 200 rpm에서 진탕 배양하였다.

배양이 종료된 후 HPLC로 L-라이신과 카다베린의 생산능을 측정하였다. 실험한 각 균주에 대한 배양액 중의 L-라이신과 카다베린 농도는 하기 표 7과 같다.

균주명	플라스미드 명	카다베린 (g/L)
KCCM11016P	pECCG117	0
	pECCG117-Pcj7-ldcC	2.3
KCCM11016P Tn:P(cj7)-ARCH_0271	pECCG117	0
	pECCG117-Pcj7-ldcC	2.7

상기 표 7에 나타난 바와 같이, ARCH_0271가 도입된 코리네박테리움 글루타미쿰 변이주에서 카다베린 생산량이 17% 이상 증가하였음을 확인하였다.

실시예 3. 대장균에 다이아민 배출능을 가지는 단백질 도입을 통한 다이아민 발효

<3-1> W3110 에 ARCH _0271, QWA _00075, 또는 SMD _2351 도입한 균주 제작

퓨트레신 생성능과 카다베린 생합성 경로를 갖는 대장균 야생형 균주 W3110에서, 알카노박테리움 해모리티쿰 DSM 20595의 ARCH_0271, 알칼리게네스 패칼리스 유래의 QWA_00075 또는 스테노트로포모나스 말토필리아 유래의 SMD_2351를 발현시키는 경우 퓨트레신과 카다베린의 생산을 증가시킬 수 있는지를 확인하기 위하여, W3110에 코리네박테리움과 대장균 셔틀벡터 기반의 pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271, pDZTn-P(cj7)-QWA_00075, 또는 pDZTn-P(cj7)-SMD_2351를 각각 도입하였다.

대장균 내 형질전환은 2X TSS 용액(Epicentre)를 사용하였고, 이를 카나마이신(50 ㎍/㎖)이 함유된 LB 평판배지(Tryptone 10g, Yeast extract 5g, Nacl 10g, agar 2%, 1 L 기준)에 도말하여 배양함으로써 콜로니를 형성시켰다. 이로부터 형성된 콜로니를 각각 W3110 pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271, W3110 pDZTn-P(cj7)-QWA_00075, W3110 pDZTn-P(cj7)-SMD_2351라 명명하였다.

<4-2> ARCH _0271, QWA _00075, SMD _2351 도입된 대장균의 다이아민 생산능 비교

상기에서 수득한 균주를 대상으로 퓨트레신과 카다베린 생산능을 확인하였다.

구체적으로, W3110과 W3110 pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271, W3110 pDZTn-P(cj7)-QWA_00075, W3110 pDZTn-P(cj7)-SMD_2351를 LB 고체 배지에서 37℃에서 24시간 배양하였다.

그 후, 이를 각각 25 mL 역가 배지((NH₄)₂PO₄ 2 g, KH₂PO₄ 6.75g, citric acid 0.85g, MgSO₄ㆍ7H₂O 0.7g, 미량 원소 0.5% (v/v), glucose 10g, AMS 3g, CaCO₃ 30g, 1L 기준)에서 37℃로 24시간 동안 배양하였다. 미량 금속 용액(Trace metal solution)은 1리터당 5M HCl: FeSO₄ㆍ7H₂O 10 g, ZnSO₄ㆍ7H₂O 2.25g, CuSO₄ㆍ5H₂O 1g, MnSO₄ㆍ5H₂O 0.5g, Na₂B₄O₇ㆍ10H₂O 0.23g, CaCl₂ㆍ2H₂O 2g, (NH₄)₆Mo₇O₂ㆍ4H₂O 0.1g을 포함한다.

각 배양물로부터 생산된 퓨트레신과 카다베린 농도를 측정하였고, 그 결과를 하기 표 8에 나타내었다.

모균주	플라스미드명	퓨트레신 ( mg /L)	카다베린 ( mg /L)
W3110	(-)	13	5
	pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271	51	23
	pDZTn-P(cj7)-QWA_00075	72	30
	pDZTn-P(cj7)-SMD_2351	37	15

상기 표 8에 나타난 바와 같이, 모균주 W3110에 비해, ARCH_0271, QWA_00075 또는 SMD_2351가 도입된 W3110 pDZTn-P(cj7)-ARCH_0271, W3110 pDZTn-P(cj7)-QWA_00075, W3110 pDZTn-P(cj7)-SMD_2351 균주에서 퓨트레신과 카다베린 생산량이 현저히 증가하였다.

즉, NCgl2522 아미노산 서열과의 상동성이 각각 56%, 41%, 52%인 ARCH_0271, QWA_00075 또는 SMD_2351 아미노산 서열을 가지는 단백질의 활성 강화로 인하여 배양액에 다이아민의 생산량이 현저히 증가한 것을 확인하였다. 이러한 결과는 CE2495 아미노산 서열, 또는 이와 서열 상동성이 42% 이상인 아미노산 서열을 가지는 단백질의 활성 강화에 의하여, 퓨트레신 및 카다베린과 같은 다이아민 배출능이 향상됨을 시사하는 것이다.

이와 같이, 본 발명자는 퓨트레신 생성경로는 있지만 배출기능이 감소된 코리네박테리움 속 미생물 KCCM11240P △NCgl2522에서 트랜스포존 내 ARCH_0271를 도입하여 ARCH_0271활성을 강화시킨 코리네박테리움 글루타미쿰 균주가 증가된 퓨트레신 배출능을 통해 고수율로 퓨트레신을 생산할 수 있음을 확인하였다.

이에 따라, 상기 균주 KCCM11240P △NCgl2522 Tn:P(cj7)-ARCH_0271를 CC01-0758로 명명한 후 부다페스트 조약 하에 2013년 11월 15일자로 한국미생물보존센터(KCCM)에 기탁하여 기탁번호 KCCM11476P를 부여받았다.

한국미생물보존센터(국외) KCCM11476P 20131115

<110> CJ CheilJedang Corporation <120> MICROORGANISMS FOR PRODUCING DIAMINE AND PROCESS FOR PRODUCING DIAMINE USING THEM <130> PA131230-KR-P1 <150> KR 10-2014-0049871 <151> 2014-04-25 <160> 37 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NCgl2522-del-F1_BamHI <400> 1 cgggatccca cgcctgtctg gtcgc 25 <210> 2 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NCgl2522-del-R1_SalI <400> 2 acgcgtcgac ggatcgtaac tgtaacgaat gg 32 <210> 3 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NCgl2522-del-F2_SalI <400> 3 acgcgtcgac cgcgtgcatc tttggacac 29 <210> 4 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NCgl2522-del-R2_XbaI <400> 4 ctagtctaga gagctgcacc aggtagacg 29 <210> 5 <211> 1521 <212> DNA <213> Arcanobacterium haemolyticum <400> 5 atgcctgacg tttcttcttc cccggtttcc ggagtggttc ccgcaccgca tcccgcacct 60 tcctccgcca tgtctgcccg ccgcaagtgg ctgttccttg gcgtgcttag ttctggcctg 120 ttcttggttg gtgtggataa ttcggtgctt tacacggctc ttcctgagct 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Leu Ser Ala Ser Ala Gly Gln Ala Leu Trp Ile Ile Asn Ala Tyr 50 55 60 Pro Leu Val Met Ala Gly Leu Leu Leu Gly Ala Gly Thr Leu Gly Asp 65 70 75 80 Arg Ile Gly His Arg Arg Met Phe Leu Ile Gly Leu Val Val Phe Gly 85 90 95 Val Ala Ser Leu Ala Ala Ala Phe Ala Asp Thr Ala Gly Leu Leu Ile 100 105 110 Ala Ala Arg Ala Leu Leu Ala Val Gly Ala Ala Ala Met Met Pro Ala 115 120 125 Thr Leu Ala Leu Ile Gly Leu Ser Phe His Glu Ala Arg Glu Arg Asn 130 135 140 Ile Ala Ile Ala Ile Trp Gly Ser Val Ala Ile Val Gly Ala Ala Leu 145 150 155 160 Gly Pro Ile Ile Gly Gly Trp Leu Leu Gln His Phe Trp Trp Gly Ser 165 170 175 Val Phe Leu Ile Asn Val Pro Val Val Val Val Ala Phe Val Ala Thr 180 185 190 Leu Leu Leu Ala Pro Glu Gly Gln Arg Asp Thr Ser Arg Pro Trp Asp 195 200 205 Leu Ile Ser Ser Leu Leu Ala Leu Ala Ala Leu Ser Gly Leu Val Leu 210 215 220 Ala Ile Lys Ser Leu Ile Ala Thr Pro Pro Ser Tyr Ala Leu Gly Ala 225 230 235 240 Gly Ala Leu Leu Leu Ala Ala Ile Ser Gly Ala Ala Phe Ala Arg Arg 245 250 255 Gln Gln Gln 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Tyr Asp Arg Gly Tyr Gln Ile Val Leu Leu Val Ile 465 470 475 480 Thr Val Val Leu Ala Leu Gly Ala Ser Ile Ile Ala Arg Leu Leu Arg 485 490 495 Gly Arg Val Gly Ser Arg Glu Gly Ala Ala Asp Arg Val Lys 500 505 510 <210> 27 <211> 1512 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SMD_2351 (Codon optimized) <400> 27 atgccagcag cgcattcaaa tagatgggta ctgctggtga ccgtggcagc aggcctcctg 60 ctgatcgtcc tggataattc cgttctatac accgcactgc caaccctgac acgggaactg 120 ggcgcaacgg caacccaggg tctgtggatc atcaacgcat atccactggt gatggcaggc 180 cttttactgg gtaccggtac tttgggcgat cgcatcggcc accgccggat gtttctgata 240 ggactggtgc ttttcggcgt agcaagtatc gtcgcagcat actcccctac tgcagaaatc 300 ttaatcggtg cacgtgcatt tctggccgtg ggcgcagcag caatgatgcc cgcaaccctt 360 gcactgatcc gtgtgacctt cgaggacgac cgcgaacgca acattgcaat tgcaatctgg 420 ggctcattgt cagtagtggg agcagcactg ggcccaatta ttggcggctt tctgctgggc 480 catttctggt ggggctccgt gttcctgatc aacgttccag ttgtggtggc agcattcatc 540 tccgcattga ttgtggcacc gaaagtcgct ggcgacgcaa ctaagccatg ggatgttgta 600 tcctcatttc aagcactggt tgcgttgagt gcattcgtca tcgcaattaa ggaatctgct 660 catgcaggcc agtcctgggc agttccggca atctctttgc tggtcgcaat tctggcaggg 720 gcactgttcg tgcgccgtca gttgcgcctg cctttcccac tgttagattt ctccattttc 780 cgcaatgcag cttttacttc cggagttctg gcagcagctt tttctttgtt cgctatcggt 840 ggagtggaac tagctacaac ccaacgcttc caactggtgg caggcttcac tccactggag 900 gcaggcatgc ttgtgtccgc agcagcgctt ggctctctgc ctaccgcatt gttgggaggt 960 gcattcctgc accgaattgg actgcgaatc cttatcgcag gcggcctggc tgcaggctcg 1020 cttgctgtcc ttctggcaac ctggggcatt acgcacggcc tgggctggct gatcgcaggc 1080 cttgcactga ccggcgcagg cgtgggtgca accatgtccg tggcatccac cgcaatcgtt 1140 ggcaacgtgc cggttcaccg tgcaggaatg gcatcctccg ttgaagaggt ttcctacgag 1200 ttcggttcct tgtttgcagt gacgatttta gggtccctac tggcatacct atacacagtg 1260 aacgtggttt ttccagcagg cacctctgaa gcagcaaggg attccatggc aagcgcattg 1320 gtgttcgcaa acgaagcagg agcagacgga gtggtagttc gccaggccgc aggaatcgca 1380 tttgatcacg catataccgt tgtgatgtac gtcgcagcag gcgtactggc agtgggcgca 1440 ctgattaccg gtatcctcct gcgccgttac ggtccaggct cccaatcctc tgcctatcca 1500 actcagcact aa 1512 <210> 28 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> QWA_00075-F <400> 28 caacgaaagg aaacactatg ttgcactccc ccaccc 36 <210> 29 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> QWA_00075-R <400> 29 gaatgagttc ctcgagttaa tcagcatggg agcggcc 37 <210> 30 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SMD_2351-F <400> 30 caacgaaagg aaacactatg ccagcagcgc attcaaatag 40 <210> 31 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SMD_2351-R <400> 31 gaatgagttc ctcgagttag tgctgagttg gataggcag 39 <210> 32 <211> 2142 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 32 atgaacatca ttgccattat gggaccgcat ggcgtctttt ataaagatga gcccatcaaa 60 gaactggagt cggcgctggt ggcgcaaggc tttcagatta tctggccaca aaacagcgtt 120 gatttgctga aatttatcga gcataaccct cgaatttgcg gcgtgatttt tgactgggat 180 gagtacagtc tcgatttatg tagcgatatc aatcagctta atgaatatct cccgctttat 240 gccttcatca acacccactc gacgatggat gtcagcgtgc aggatatgcg gatggcgctc 300 tggttttttg aatatgcgct ggggcaggcg gaagatatcg ccattcgtat gcgtcagtac 360 accgacgaat atcttgataa cattacaccg ccgttcacga aagccttgtt tacctacgtc 420 aaagagcgga agtacacctt ttgtacgccg gggcatatgg gcggcaccgc atatcaaaaa 480 agcccggttg gctgtctgtt ttatgatttt ttcggcggga atactcttaa ggctgatgtc 540 tctatttcgg tcaccgagct tggttcgttg ctcgaccaca ccgggccaca cctggaagcg 600 gaagagtaca tcgcgcggac ttttggcgcg gaacagagtt atatcgttac caacggaaca 660 tcgacgtcga acaaaattgt gggtatgtac gccgcgccat ccggcagtac gctgttgatc 720 gaccgcaatt gtcataaatc gctggcgcat ctgttgatga tgaacgatgt agtgccagtc 780 tggctgaaac cgacgcgtaa tgcgttgggg attcttggtg ggatcccgcg ccgtgaattt 840 actcgcgaca gcatcgaaga gaaagtcgct gctaccacgc aagcacaatg gccggttcat 900 gcggtgatca ccaactccac ctatgatggc ttgctctaca acaccgactg gatcaaacag 960 acgctggatg tcccgtcgat tcacttcgat tctgcctggg tgccgtacac ccattttcat 1020 ccgatctacc agggtaaaag tggtatgagc ggcgagcgtg ttgcgggaaa agtgatcttc 1080 gaaacgcaat cgacccacaa aatgctggcg gcgttatcgc aggcttcgct gatccacatt 1140 aaaggcgagt atgacgaaga ggcctttaac gaagccttta tgatgcatac caccacctcg 1200 cccagttatc ccattgttgc ttcggttgag acggcggcgg cgatgctgcg tggtaatccg 1260 ggcaaacggc tgattaaccg ttcagtagaa cgagctctgc attttcgcaa agaggtccag 1320 cggctgcggg aagagtctga cggttggttt ttcgatatct ggcaaccgcc gcaggtggat 1380 gaagccgaat gctggcccgt tgcgcctggc gaacagtggc acggctttaa cgatgcggat 1440 gccgatcata tgtttctcga tccggttaaa gtcactattt tgacaccggg gatggacgag 1500 cagggcaata tgagcgagga ggggatcccg gcggcgctgg tagcaaaatt cctcgacgaa 1560 cgtgggatcg tagtagagaa aaccggccct tataacctgc tgtttctctt tagtattggc 1620 atcgataaaa ccaaagcaat gggattattg cgtgggttga cggaattcaa acgctcttac 1680 gatctcaacc tgcggatcaa aaatatgcta cccgatctct atgcagaaga tcccgatttc 1740 taccgcaata tgcgtattca ggatctggca caagggatcc ataagctgat tcgtaaacac 1800 gatcttcccg gtttgatgtt gcgggcattc gatactttgc cggagatgat catgacgcca 1860 catcaggcat ggcaacgaca aattaaaggc gaagtagaaa ccattgcgct ggaacaactg 1920 gtcggtagag tatcggcaaa tatgatcctg ccttatccac cgggcgtacc gctgttgatg 1980 cctggagaaa tgctgaccaa agagagccgc acagtactcg attttctact gatgctttgt 2040 tccgtcgggc aacattaccc cggttttgaa acggatattc acggcgcgaa acaggacgaa 2100 gacggcgttt accgcgtacg agtcctaaaa atggcgggat aa 2142 <210> 33 <211> 713 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 33 Met Asn Ile Ile Ala Ile Met Gly Pro His Gly Val Phe Tyr Lys Asp 1 5 10 15 Glu Pro Ile Lys Glu Leu Glu Ser Ala Leu Val Ala Gln Gly Phe Gln 20 25 30 Ile Ile Trp Pro Gln Asn Ser Val Asp Leu Leu Lys Phe Ile Glu His 35 40 45 Asn Pro Arg Ile Cys Gly Val Ile Phe Asp Trp Asp Glu Tyr Ser Leu 50 55 60 Asp Leu Cys Ser Asp Ile Asn Gln Leu Asn Glu Tyr Leu Pro Leu Tyr 65 70 75 80 Ala Phe Ile Asn Thr His Ser Thr Met Asp Val Ser Val Gln Asp Met 85 90 95 Arg Met Ala Leu Trp Phe Phe Glu Tyr Ala Leu Gly Gln Ala Glu Asp 100 105 110 Ile Ala Ile Arg Met Arg Gln Tyr Thr Asp Glu Tyr Leu Asp Asn Ile 115 120 125 Thr Pro Pro Phe Thr Lys Ala Leu Phe Thr Tyr Val Lys Glu Arg Lys 130 135 140 Tyr Thr Phe Cys Thr Pro Gly His Met Gly Gly Thr Ala Tyr Gln Lys 145 150 155 160 Ser Pro Val Gly Cys Leu Phe Tyr Asp Phe Phe Gly Gly Asn Thr Leu 165 170 175 Lys Ala Asp Val Ser Ile Ser Val Thr Glu Leu Gly Ser Leu Leu Asp 180 185 190 His Thr Gly Pro His Leu Glu Ala Glu Glu Tyr Ile Ala Arg Thr Phe 195 200 205 Gly Ala Glu Gln Ser Tyr Ile Val Thr Asn Gly Thr Ser Thr Ser Asn 210 215 220 Lys Ile Val Gly Met Tyr Ala Ala Pro Ser Gly Ser Thr Leu Leu Ile 225 230 235 240 Asp Arg Asn Cys His Lys Ser Leu Ala His Leu Leu Met Met Asn Asp 245 250 255 Val Val Pro Val Trp Leu Lys Pro Thr Arg Asn Ala Leu Gly Ile Leu 260 265 270 Gly Gly Ile Pro Arg Arg Glu Phe Thr Arg Asp Ser Ile Glu Glu Lys 275 280 285 Val Ala Ala Thr Thr Gln Ala Gln Trp Pro Val His Ala Val Ile Thr 290 295 300 Asn Ser Thr Tyr Asp Gly Leu Leu Tyr Asn Thr Asp Trp Ile Lys Gln 305 310 315 320 Thr Leu Asp Val Pro Ser Ile His Phe Asp Ser Ala Trp Val Pro Tyr 325 330 335 Thr His Phe His Pro Ile Tyr Gln Gly Lys Ser Gly Met Ser Gly Glu 340 345 350 Arg Val Ala Gly Lys Val Ile Phe Glu Thr Gln Ser Thr His Lys Met 355 360 365 Leu Ala Ala Leu Ser Gln Ala Ser Leu Ile His Ile Lys Gly Glu Tyr 370 375 380 Asp Glu Glu Ala Phe Asn Glu Ala Phe Met Met His Thr Thr Thr Ser 385 390 395 400 Pro Ser Tyr Pro Ile Val Ala Ser Val Glu Thr Ala Ala Ala Met Leu 405 410 415 Arg Gly Asn Pro Gly Lys Arg Leu Ile Asn Arg Ser Val Glu Arg Ala 420 425 430 Leu His Phe Arg Lys Glu Val Gln Arg Leu Arg Glu Glu Ser Asp Gly 435 440 445 Trp Phe Phe Asp Ile Trp Gln Pro Pro Gln Val Asp Glu Ala Glu Cys 450 455 460 Trp Pro Val Ala Pro Gly Glu Gln Trp His Gly Phe Asn Asp Ala Asp 465 470 475 480 Ala Asp His Met Phe Leu Asp Pro Val Lys Val Thr Ile Leu Thr Pro 485 490 495 Gly Met Asp Glu Gln Gly Asn Met Ser Glu Glu Gly Ile Pro Ala Ala 500 505 510 Leu Val Ala Lys Phe Leu Asp Glu Arg Gly Ile Val Val Glu Lys Thr 515 520 525 Gly Pro Tyr Asn Leu Leu Phe Leu Phe Ser Ile Gly Ile Asp Lys Thr 530 535 540 Lys Ala Met Gly Leu Leu Arg Gly Leu Thr Glu Phe Lys Arg Ser Tyr 545 550 555 560 Asp Leu Asn Leu Arg Ile Lys Asn Met Leu Pro Asp Leu Tyr Ala Glu 565 570 575 Asp Pro Asp Phe Tyr Arg Asn Met Arg Ile Gln Asp Leu Ala Gln Gly 580 585 590 Ile His Lys Leu Ile Arg Lys His Asp Leu Pro Gly Leu Met Leu Arg 595 600 605 Ala Phe Asp Thr Leu Pro Glu Met Ile Met Thr Pro His Gln Ala Trp 610 615 620 Gln Arg Gln Ile Lys Gly Glu Val Glu Thr Ile Ala Leu Glu Gln Leu 625 630 635 640 Val Gly Arg Val Ser Ala Asn Met Ile Leu Pro Tyr Pro Pro Gly Val 645 650 655 Pro Leu Leu Met Pro Gly Glu Met Leu Thr Lys Glu Ser Arg Thr Val 660 665 670 Leu Asp Phe Leu Leu Met Leu Cys Ser Val Gly Gln His Tyr Pro Gly 675 680 685 Phe Glu Thr Asp Ile His Gly Ala Lys Gln Asp Glu Asp Gly Val Tyr 690 695 700 Arg Val Arg Val Leu Lys Met Ala Gly 705 710 <210> 34 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CJ7-F_KpnI <400> 34 cggggtacca gaaacatccc agcgctacta ata 33 <210> 35 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> CJ7-R-HindIII <400> 35 cccaagctta gtgtttcctt tcgttgggta cg 32 <210> 36 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ldcC-F_HindIII <400> 36 cccaagctta agcttatgaa catcattgcc attatggg 38 <210> 37 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ldcC-R_XbaI <400> 37 tgctctagat tatcccgcca tttttaggac tc 32

Claims (8)

1. 서열번호 6으로 기재되는 아미노산 서열 또는 이와 42% 이상의 서열 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 단백질의 활성이 도입 또는 강화된, 다이아민 생산능을 갖는 미생물로서,
   상기 서열번호 6으로 기재되는 아미노산 서열과 42% 이상의 서열 상동성을 가지는 아미노산 서열은 서열번호 23 또는 26인 것인, 미생물.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 미생물은 추가적으로 다이아민 아세틸트랜스퍼라아제 활성이 내재적 활성에 비하여 약화된 것인, 미생물.
   
4. 제3항에 있어서, 상기 다이아민 아세틸트랜스퍼라아제는 서열번호 12, 13, 및 14로 이루어진 그룹 중에서 선택된 아미노산 서열을 포함하는 것인, 미생물.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 다이아민은 퓨트레신 또는 카다베린인 것인, 미생물.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 미생물은 코리네박테리움(Corynebacteirum) 속 미생물 또는 에스케리치아(Escherichia) 속 미생물인, 미생물.
   
7. (i) 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 미생물을 배양하여 배양물을 수득하는 단계; 및
   (ii) 상기 배양된 미생물 또는 배양물로부터 다이아민을 회수하는 단계를 포함하는, 다이아민의 생산 방법.
   
8. 제7항에 있어서, 상기 다이아민은 퓨트레신 또는 카다베린인 것인 생산 방법.