KR101743018B1 - 이산화탄소로부터의 바이오디젤 생산능을 갖는 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주 및 이를 이용한 바이오디젤 생산방법 - Google Patents

이산화탄소로부터의 바이오디젤 생산능을 갖는 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주 및 이를 이용한 바이오디젤 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서에는 이산화탄소로부터 직접 바이오디젤을 생성할 수 있는 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주(Synechococcus elongatus), 이를 이용한 바이오디젤의 생산방법 및 이산화탄소 제거방법이 개시된다. 일 측면에 있어서, 본 발명의 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스균주는, 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여 바이오디젤을 대량생산할 수 있다. 상기 시네코코커스 일롱게투스 균주는 대기중에 존재하는 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여, 경제적이고, 미생물을 사용하여, 대기 중의 이산화탄소를 제거 또는 저감하는데 활용될 수 있으므로, 친환경적이다. 본 발명의 균주는 다른 광합성 미생물과 비교하여 성장 속도가 빠르고 이산화탄소 고정력이 뛰어나 바이오디젤을 대량 생산할 수 있는 이점이 있다.

Description

이산화탄소로부터의 바이오디젤 생산능을 갖는 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주 및 이를 이용한 바이오디젤 생산방법{TRANSFORMED SYNECHOCOCCUS ELONGATES HAVING CAPABILITY OF PRODUCING BIODIESEL FROM CARBON DIOXIDE AND METHOD FOR PRODUCING BIODIESEL USING THE SAME}
본 명세서에는 이산화탄소로부터 직접 바이오디젤을 생성할 수 있는 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주, 이를 이용한 바이오디젤의 생산방법 및 이산화탄소 제거방법이 개시된다.
화석연료의 대량소비로 인하여 한정된 에너지 자원의 고갈 위기에 직면하게 되면서 원유의 수급차질에 따른 고유가 문제가 계속되고 있고, 화석연료의 소비량에 비례하여 지구온난화 및 환경오염의 문제가 지속적으로 대두되고 있다. 이로 인해 세계 각국에서는 화석연료를 대체할 수 있는 다양한 형태의 에너지원에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 막대한 에너지 자원의 대부분을 수입에 의존하고 있는 우리나라에서 또한 대체에너지 개발에 관계된 많은 연구와 노력이 기울여지고 있다. 현재 대체 에너지원 탐색의 일환으로 재생 가능 에너지라 불리는 바이오 에너지의 개발이 상당히 진척되고 있는데, 그 중 재생성을 갖는 동, 식물성 기름으로부터 생산 가능한 청정 대체 연료인 바이오디젤에 대한 관심이 높아지고 있는 실정이다.
바이오디젤은 대부분 대두유나 팜유 등 식물성 작물의 유지로부터 생산되고 있다. 그러나 바이오디젤의 원료인 대두유나 팜유는 대한민국의 경우 주로 수입에 의존하
고 있는 실정이며 식량과 연계된 자원으로 국제적인 환경변화에 크게 영향을 받아 가격이 높고 불안정하다는 문제점이 존재한다. 이러한 상황에서 국내의 에너지 안보는 석유뿐만 아니라 석유 대체연료에서도 위협을 받고 있는 실정으로 저가의 원료 또는 국내자원을 이용할 수 있는 방안을 마련하는 것이 절실하다.
바이오에너지 시장동향과 대응과제, 산은경제연구소, 1-21pages, 2007.7.
일 측면에서, 본 발명의 목적은, 바이오디젤 생산 능력이 있는 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주를 제공하는 것이다.
다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 미생물을 이용하여 친환경적 방법으로 바이오디젤을 생산하는 것이다.
다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 시네코코커스 일롱게투스 균주를 이용하여, 바이오디젤을 대량생산하는 것이다.
다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 대기 중의 이산화탄소를 제거하면서, 바이오디젤을 생산하는 것이다.
일 측면에서, 본 발명은, 피루빈산(pyruvate)으로부터 아세트알데히드를 생산하는 효소를 코딩하는 유전자; 아세트알데히드로부터 에탄올을 생산하는 효소를 코딩하는 유전자; 및 아실조효소에이(acyl-coenzyme A) 및 에탄올로부터 바이오디젤을 생산하는 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는, 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주를 배양하는 단계를 포함하는, 바이오디젤 생산방법을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주를 배양하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 제거방법을 제공한다.
일 측면에 있어서, 본 발명의 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주는, 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여 바이오디젤을 대량생산할 수 있다. 상기 시네코코커스 일롱게투스 균주는 대기중에 존재하는 이산화탄소를 탄소원으로 사용하여, 경제적이고, 생산된 바이오디젤은 균주 세포외로 분비되어, 별도의 공정을 거치지 않고도 바이오디젤을 얻을 수 있어서 편리하다. 또한, 미생물을 사용하여, 대기 중의 이산화탄소를 제거 또는 저감하는데 활용될 수 있으므로, 친환경적이다. 본 발명의 균주는 다른 광합성 미생물과 비교하여 성장 속도가 빠르고 이산화탄소 고정력이 뛰어나 바이오디젤을 대량 생산할 수 있는 이점이 있다.
도1은, 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주의 지방산 에틸 에스테르(FAEE) 생산 경로를 보이는 도이다.
도 2는, 각 벡터의 모식도이다(도2a: pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터, 도2b: pSe1Bb1s-atfA 벡터, 도2c: pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터).
도3은, pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터로 형질전환된 균주의 세포성장(도3a)와 에탄올 생산(도3b)을 확인한 도이다.
도4은, pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터와 pSe1Bb1s-atfA 벡터로 형질전환된 균주(사각형 점으로 표시됨)와, pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터와 pSe1Bb1s-Ws2 벡터로 형질전환된 균주(둥근 점으로 표시됨)의 세포성장(도4a)와 에탄올 생산(도4b)을 확인한 도이다.
도5는, pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터와 pSe1Bb1s-atfA 벡터로 형질전환된 균주(도5a)와 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터와 pSe1Bb1s-Ws2 벡터로 형질전환된 균주(도5b)의 지방산 에틸 에스테르 생산량을 보이는 도이다.
도6은, pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터, pSe1Bb1s-atfA 벡터 및 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터로 형질전환된 균주(사각형 점으로 표시됨)와 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터, pSe1Bb1s-Ws2 벡터 및 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터로 형질전환된 균주(둥근 점으로 표시됨)의 세포성장(도6a)와 에탄올 생산(도6b)을 확인한 도이다.
도7은, pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터, pSe1Bb1s-atfA 벡터 및 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터로 형질전환된 균주(도7a)와 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터, pSe1Bb1s-Ws2 벡터 및 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터로 형질전환된 균주(도7b)의 지방산 에틸 에스테르 생산량을 보이는 도이다.
도 8은 pdc 유래 유전자 서열을 보이는 도이다.
도 9는 adh 유래 유전자 서열을 보이는 도이다.
도 10은 atfA 유래 유전자 서열을 보이는 도이다.
도 11은 Ws2 유래 유전자 서열을 보이는 도이다.
도 12는 tesA 유래 유전자 서열을 보이는 도이다.
도 13은 차례대로 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터의 서열을 보이는 도이다.
도 14는 차례대로 pSe1Bb1s-atfA 벡터의 서열을 보이는 도이다.
도 15는 차례대로 pSe1Bb1s-Ws2 벡터의 서열을 보이는 도이다.
도 16은 차례대로 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터의 서열을 보이는 도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus)는, 시아노박테리아(cyanobacteeria)의 일종이다. 원핵세포인 시아노박테리아는 유전자 조작이 용이하여, 대사경로를 바꾸거나 대사물질을 인위적으로 조절하는데 유리하다. 본 발명자들은 시아노박테리아의 이러한 특성과 합성생물학/대사공학적 기법을 이용하여, 본 발명을 완성하게 되었다.
일 측면에서, 본 발명은, 피루빈산(pyruvate)으로부터 아세트알데히드를 생산하는 효소를 코딩하는 유전자; 아세트알데히드로부터 에탄올을 생산하는 효소를 코딩하는 유전자; 및 아실조효소에이(acyl-coenzyme A) 및 에탄올로부터 바이오디젤을 생산하는 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는, 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주이다.
본 명세서에서, 바이오디젤이란, 식물성 유지나 동물성 지방의 주성분인 트리글리세라이드를 알코올과 반응시켜 에스테르의 형태로 전환시킨 물질을 의미할 수 있다. 예컨대, 트리글리세라이드 1분자와 알코올 3분자가 촉매 하에서 반응한 결과 글리세린 1분자와 바이오디젤 3분자가 생산될 수 있다. 또한, 예컨대, 에탄올과 아실조효소 A가 반응하여 바이오디젤이 생산될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 균주는 아실-아실 운송 단백질(acyl-acyl carrier protein, acyl-ACP)로부터 유리 지방산을 생산하는 효소를 코딩하는 유전자를 더 포함할 수 있다. 상기 생산된 유리 지방산은, 바이오디젤의 생산에 사용될 수 있다.
상기와 같은 측면에서, 피부빈산으로부터 아세트알데히드를 생산하는 효소는, 피루브산탈카복시효소(pyruvate decarboxylase)일 수 있고, 아세트알데히드로부터 에탄올을 생산하는 효소는, 알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase)일 수 있으며, 아실조효소A 및 에탄올로부터 바이오디젤을 생산하는 효소는, 왁스-에스테르 합성효소(wax-ester synthase)일 수 있다.
또한, 아실-아실 운송 단백질(acyl-ACP)로부터 유리 지방산을 생산하는 효소는 티오에스터라제(thioesterase)일 수 있다.
본 명세서에서, 모듈이란, 특정 기능, 예컨대, 특정 단백질의 발현 능력을 갖는 유전자들의 집합과 같은 기능단위를 의미할 수 있다. 본 명세서에서, 피루빈산으로부터 에탄올의 생산능이 있는 모듈을 모듈 A라고 하며, 또한, 아실-아실 운송 단백질로부터 유리지방산 및 아실조효소A의 생산능이 있는 모듈을 모듈 C라고 하며, 에탄올과 아실조효소 A로부터 바이오디젤의 생산능이 있는 모듈을 모듈 B라고 한다. 따라서, 피루빈산(pyruvate)으로부터 아세트알데히드를 생산하는 효소를 코딩하는 유전자와 아세트알데히드로부터 에탄올을 생산하는 효소를 코딩하는 유전자를 모듈 A를 구성하는 유전자라고 할 수 있고, 아실-아실 운송 단백질(acyl-ACP)로부터 유리 지방산을 생산하는 효소를 코딩하는 유전자는 모듈 C를 구성하는 유전자라 할 수 있으며, 아실조효소에이 및 에탄올로부터 바이오디젤을 생산하는 효소를 코딩하는 유전자를 모듈 B를 구성하는 유전자라고 할 수 있다.
상기와 같은 측면에서, 피루브산탈카복시효소를 코딩하는 유전자는 서열번호 1의 서열을 포함할 수 있고, 알코올 탈수소효소를 코딩하는 유전자는 서열번호 2의 서열을 포함할 수 있으며, 왁스-에스테르 합성효소를 코딩하는 유전자는 서열번호 3 또는 서열번호 4의 서열을 포함할 수 있다. 또한, 티오에스터라제를 코딩하는 유전자는 서열번호 5의 서열을 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 피루브산탈카복시효소를 코딩하는 유전자는 지모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis)의 pdc 유전자로부터 유래할 수 있고, 상기 알코올 탈수소효소를 코딩하는 유전자는 지모모나스 모빌리스의 adh 유전자로부터 유래할 수 있으며, 상기 왁스-에스테르 합성효소를 코딩하는 유전자는 아시네토박터(Acinetobacter sp.)균주atfA 유전자 또는 마리노박터 하이드로카보노클라티쿠스 ATCC49840(Marinobacter hydrocarbonoclasticus ATCC 49840) 균주의 Ws2 유전자로부터 유래한 것일 수 있다. 상기 유전자들은, 아래 문헌을 참고하여 얻을 수 있다: Microbial production of fatty-acid-derived fuels and chemicals from plant biomass(2010). Nature, 463(7280), 559-562. Steen, E. J., Kang, Y., Bokinsky, G., Hu, Z., Schirmer, A., McClure, A., Del Cardayre SB & Keasling, J. D.
또한, 상기 티오에스터라제를 코딩하는 유전자는, 대장균(E.coli)의 tesA 유전자로부터 유래할 수 있다.
pdc와 adh는 지모모나스 모빌리스 균주의 피루브산탈카복시효소를 코딩하는 유전자이며, 아시네토박터 균주의 atfA와 마리노박터 하이드로카보노클라티쿠스 ATCC 49840 균주의 Ws2는 왁스-에스테르 합성효소를 코딩하는 유전자이며, tesA는 E. coli의 티오에스터라제를 코딩하는 유전자이다.
상기 유전자들은, 모균주인 시네코코커스 일롱게투스에서의 안정적인 발현을 위해 코돈 최적화된 것이다.
일 구현예에서, 상기 균주는, 지모모나스 모빌리스의 pdc 유전자로부터 유래된 서열, 지모모나스 모빌리스의adh 유전자로부터 유래된 서열을 포함하는 제1벡터; 및 아시네토박터의 atf A유전자 또는 마리노박터 하이드로카보노클라티쿠스 의Ws2유전자로부터 유래된 서열을 포함하는 제2벡터로 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주일 수 있다. 예컨대, 상기 제1벡터는 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터로 표시될 수 있고, 상기 제2벡터는, pSe1Bb1s-atfA 벡터 또는 pSe1Bb1s-Ws2 벡터로 표시될 수 있으며, 상기 제3벡터는 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터로 표시될 수 있다.
또한, 일 구현예에서, 상기 균주는 상기 제1벡터 및 제2 벡터와, 대장균의tesA 유전자로부터 유래된 서열을 포함하는 제3벡터로 더 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주일 수 있다.
본 명세서에 개시된 모든 벡터 내의 유전자들은 서로 작동 가능하게 연결된다. 작동 가능하다는 것의 의미는 타겟 유전자가 정상적으로 발현될 수 있음을 의미하는 것이다.
상기와 같은 측면에서, 상기 균주는 제1벡터가 모균주인 시네코코커스 일롱게투스의 뉴트럴 사이트II(neutral site II, NSII)에 삽입되며, 상기 제2벡터가 모균주인 시네코코커스 일롱게투스의 뉴트럴 사이트I(neutral siteI, NSI)에 삽입된 결과 형질전환된 시네코코커스 일롱게투스 균주일 수 있다. 또한, 상기와 같은 측면에서, 상기 제3벡터는, 모균주인 시네코코커스 일롱게투스의 FadE 사이트(FadE site)에 삽입될 수 있다.
상기와 같은 측면에서, 제1벡터는, 순서대로, 카나마이신(kanamycin) 저항성 유전자; lacI 리프레서; trc 프로모터; 상기 피루브산탈카복시효소 코딩 유전자; 및 상기 알코올 탈수소효소 코딩 유전자를 포함할 수 있다.
또한, 제2벡터는, 순서대로, 스펙티노마이신(spectinomycin) 저항성 유전자; lacI 리프레서; trc 프로모터; 및 상기 왁스-에스테르 합성효소 코딩 유전자를 포함할 수 있다.
또한, 제3벡터는, 순서대로, 클로람페니콜(chloramphenicol) 저항성 유전자; lacI 리프레서; trc 프로모터; 및 티오에스터라제를 코딩하는 유전자를 포함할 수 있다. 상기 벡터들에 포함된 유전자들은, 상기에서 설명된 바와 같은 것이다.
일 측면에서, 상기 제1벡터는, 서열번호 6의 서열을 포함하는 것일 수 있고, 제2벡터는, 서열번호 7 또는 서열번호 8의 서열을 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 제3벡터는, 서열번호 9의 서열을 포함하는 것일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 균주는, 상기 벡터들이 모균주인 시네코코커스 일롱게투스 PCC7942 (ATCC 33912)에 형질전환된 것이다.
본 발명의 일 측면인 시네코코커스 일롱게투스 균주에 있어서, 상기 바이오 디젤은, 지방산 에틸 에스테르(fatty acid ethyl ester, FAEE)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 특히, 상기 지방산 에틸 에스테르는, 헥사데칸산 에틸 에스테르(hexadecanoic acid ethyl ester) 또는 옥타데칸산 에틸 에스테르(octadecanoic acid ethyl ester)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 본 발명의 균주는 기탁번호 KCTC 12883BP 또는 기탁번호 KCTC 12884BP 인, 시네코코커스 일롱게투스 균주이다.
상기 기탁번호 KCTC 12883BP 균주는 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터로 형질전환된 균주일 수 있고, 상기 기탁번호 KCTC 12884BP 균주는 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터, pSe1Bb1s-atfA 벡터 및 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터로 형질전환된 균주일 수 있다.
본 발명의 균주는 이산화탄소를 흡수하여 고정하는 것일 수 있다.
다른 측면에서, 본 발명은, 상기 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주를 배양하는 단계를 포함하는 바이오디젤 생산방법이다.
상기와 같은 측면에서, 상기 균주를 배양하는 단계는, 이산화탄소를 공급하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기와 같은 측면에서, 상기 방법은, 소수성 솔벤트에 용해된 바이오 디젤을 분리하여 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 소수성 솔벤트는, 공지의 것이라면 제한되지 않고 사용할 수 있으며, 상기 소수성 솔벤트 내에 균주가 생산해 낸 바이오디젤이 축적될 수 있다. 본 발명의 시네코코커스 일롱게투스 균주는 생산한 바이오디젤을 세포외로 분비하며, 분비된 바이오디젤이 소수성 솔벤트에 용해되는 것이다.
본 발명은, 다른 측면에서, 상기 시네코코커스 일롱게투스 균주룰 배양하는 단계를 포함하는 이산화탄소 제거방법이다.
이하, 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 하기의 실시에는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범주 및 범위가 이에 한정되 않는다.
[실시예 1] 시네코코커스 일롱게투스 PCC7942 균주에서 지방산 에틸 에스테르(FAEE)를 생산하기 위한 전략 수립
선행논문을 참고하여 glycolysis를 거쳐 pyruvate에서 FAEE에 이르는 대사경로를 새로 만들었다 (Steen et al., 2010). 지모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis)의 pdc 유전자와 adh 유전자, 아시네토박터(Acinetobacter sp.) 의 atfA 유전자, 마리노박터 하이드로카보노클라스티쿠스(Marinobacter hydrocarbonoclasticus) ATCC 49840 의 Ws2 유전자, E. coli의 tesA유전자의 DNA 시퀀스를 코돈 최적화 과정을 거친 후 Genescript® 에서 그 시퀀스를 합성 주문 제작하였다. 모균주인 시네코코커스 일롱게투스의 NSII사이트(Neutral siteII)에 pdc, adh 유전자가 도입된 경로 (모듈 A), NSI 사이트(Neutral siteI)에 atfA나 Ws2 유전자가 도입된 경로(모듈 B), FadE 결손 사이트에 tesA 유전자가 도입된 경로 (모듈 C) 이렇게 3가지 모듈을 이용하여 균주를 순서대로 형질전환 하였다 (도 1).
[실시예 2] 지방산 에틸 에스테르(FAEE)를 생산하는 균주 제작
[실시예 2-1] 벡터의 제작
시네브릭 벡터(SyneBrick vector)인 pSe2Bb1k-GFP 벡터와 합성 주문한 pdc 유전자가 삽입되어있는 pUC57-pdc 벡터와 adh 유전자가 삽입되어있는 pUC57-adh 벡터를 준비하였다. 시네브릭 벡터의 GFP부분을 pdc와 adh로 각각 대체하기 위하여 EcoRI/BamHI 제한효소를 이용하여 GFP를 제외시킨 후, EcoRI/BamHI 으로 잘린 pUC57-pdc와 pUC57-adh의 pdc, adh 각각의 유전자를 라이게이즈 효소를 이용하여 삽입하였다. 그렇게 하여 pSe2Bb1K-pdc, pSe2Bb1K-adh 벡터를 제작하였고, pdc 유전자 뒷부분에 adh 유전자를 삽입하기 위하여, 완성된 pSe2Bb1k-pdc벡터에 BamHI-XhoI 제한효소 처리하고 pSe2Bb1k-adh에 BglII-XhoI 제한효소를 처리하여 pSe2Bb1k-pdc 벡터와 adh 유전자를 준비하였고, 라이게이즈 효소를 이용해 pdc 유전자 뒷부분에 adh시퀀스를 삽입하였다. 이렇게 하여 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터(제1벡터)를 완성하였다(도2a).
또한, pSe1Bb1s-GFP의 GFP부분을EcoRI-BamHI 제한효소를 이용하여 제거한 후, 그 자리에 합성 주문한 atfA 또는 Ws2 유전자의 DNA 시퀀스를 삽입하여 pSe1Bb1s-atfA벡터와 pSe1Bb1s-Ws2 벡터(제2벡터)를 완성하였다(도2b).
마지막으로, pSe[FadE]Bb1c-RFP의 RFP부분을 EcoRI-BamHI 제한효소를 이용하여 제거한 후 그 자리에 합성 주문한 tesA 유전자의 DNA 시퀀스를 삽입하여 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터(제3벡터)를 완성하였다(도2c).
상기 벡터들에 삽입되는 유전자들은 모두 TenescriptR에서 주문 제작하였다.
[실시예 2-2] 형질전환 균주의 제작
완성된 pSe2Bb1k-pdc,adh 벡터는 시네코코커스 일롱게투스 PCC7942 야생형 균주의 뉴트럴사이트II에 삽입되었다. 이렇게 모듈 A가 도입되어있는 균주에 pSe1Bb1s-atfA 또는 pSe1Bb1s-Ws2 벡터를 Neutral Site-I에 각각 삽입하여 모듈 A,B가 함께 도입된 균주를 만들었다. 마지막으로 모듈 A 및B가 도입되어 있는 균주에 pSe[FadE]Bb1c-tesA 벡터를 FadE 사이트에 삽입하여 모듈 A,B,C가 모두 도입되어 있는 바이오 디젤 생산 균주를 제작하였다.
[실시예 3] 형질전환 균주의 지방산 에틸 에스테르(FAEE) 생산능력 확인
실시예 2에서 제작한 형질전환 균주의 바이오디젤 생산능력을 확인하기 위하여, 아래 실험 조건에서, 각 균주를 배양하였다. 구체적인 배양 조건은 100 ml 병에, 10 mM MOPS buffer가 포함된 BG-11 배지 100 ml을 넣고, 형질전환 균주를 처음 배양 시 O.D730 0.6으로 희석하여 넣어주었다. 또한 스펙티노마이신 항생제 10ug/ml, 카나마이신 항생제 5ug/ml, 클로람페니콜 항생제 5ug/ml 을 넣어준 후, 30 ℃, 100 uE·m-2·s-1의 정치배양기에서 5 % CO2를 연속하는 공급하는 조건 하에 배양하였다. 배양 시작 1일 후에는 유전자 발현에 필요한 인듀서 0.5 mM IPTG(Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside)와, 생산된 지방산 에틸 에스테르(FAEE)로부터의 세포 독성을 감소시키고자 20% 헥사데칸을 처리하였고, 배양 후 7일 동안 세포의 730 nm 파장에서의 광학밀도와 헥사데칸 층 내의 지방산 에틸 에스테르 생산량을 측정하였다.
그 결과 pdc 유전자와 adh유전자가 도입된 형질전환 균주에서는 배양 시간동안 최대 250 mg/L 에탄올을 생산함을 확인하였다(도 3b). pdc, adh 및 atfA 유전자가 삽입된 균주와 pdc,adh 및 Ws2 유전자가 삽입된 균주에서는 에탄올 생산량이 100-150 mg/L로 감소하면서 지방산 에틸 에스테르(FAEE) 생산 피크가 확인되었다(도 4a, 4b). 매스분석 결과 도면에 표시된 각각의 피크는, 1은 헥사데칸산 에틸 에스테르(Hexadecanoic acid ethyl ester, C18H36O2)이고, 2는 옥타테칸산 에틸 에스테르(Octadecanoic acid ethyl ester, C20H40O2)임을 확인하였다. 분석에 사용된 기기는 Agilent 6890와 Leco사의 Time Of Flight mass spectrometer(LECO PEGASUSⅢ)였다.
또한 pdc, adh, atfA 및tesA 유전자가 삽입된 균주에서는 헥사데칸산 에틸 에스테르의 피크가 크게 증가하였으며, pdc, adh, Ws2 및tesA 유전자가 삽입된 균주에서는 헥사데칸산 에틸 에스테르(C18H36O2), 옥타테칸산 에틸 에스테르(C20H40O2) 의 피크 모두 증가함을 확인하였다.
한국생명공학연구원 KCTC12883BP 20150827 한국생명공학연구원 KCTC12884BP 20150827
<110> KOREA INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY <120> TRANSFORMED SYNECHOCOCCUS ELONGATES HAVING CAPABILITY OF PRODUCING BIODIESEL FROM CARBON DIOXIDE AND METHOD FOR PRODUCING BIODIESEL USING THE SAME <130> 15P400IND <160> 9 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 1707 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> pdc gene <400> 1 atgagctaca ccgtgggcac ctacctggcc gaacgcctgg tgcagatcgg cctgaaacac 60 cactttgccg tggccggcga ttacaacctg gtgctgctgg ataacctgct gctgaacaaa 120 aacatggaac aggtgtactg ctgcaacgaa ctgaactgcg gctttagcgc cgaaggctac 180 gcccgcgcca aaggcgccgc cgccgccgtg gtgacctaca gcgtgggcgc cctgagcgcc 240 tttgatgcca tcggcggcgc ctacgccgaa aacctgcccg tgatcctgat cagcggcgcc 300 cccaacaaca acgatcacgc cgccggccac gtgctgcacc acgccctggg caaaaccgat 360 taccactacc agctggaaat ggccaaaaac atcaccgccg ccgccgaagc catctacacc 420 cccgaagaag cccccgccaa aatcgatcac gtgatcaaaa ccgccctgcg cgaaaaaaaa 480 cccgtgtacc tggaaatcgc ctgcaacatc gccagcatgc cctgcgccgc ccccggcccc 540 gccagcgccc tgtttaacga tgaagccagc 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ccccgcctgg 4440 aaagtggata aagatatcga tctggattac cacgtgcgcc acagcgccct gccccgcccc 4500 ggcggcgaac gcgaactggg catcctggtg agccgcctgc acagcaaccc cctggatttt 4560 agccgccccc tgtgggaatg ccacgtgatc gaaggcctgg aaaacaaccg ctttgccctg 4620 tacaccaaaa tgcaccacag catgatcgat ggcatcagcg gcgtgcgcct gatgcagcgc 4680 gtgctgacca ccgatcccga acgctgcaac atgccccccc cctggaccgt gcgcccccac 4740 cagcgccgcg gcgccaaaac cgataaagaa gccagcgtgc ccgccgccgt gagccaggcc 4800 atggatgccc tgaaactgca ggccgatatg gccccccgcc tgtggcaggc cggcaaccgc 4860 ctggtgcaca gcgtgcgcca ccccgaagat ggcctgaccg ccccctttac cggccccgtg 4920 agcgtgctga accaccgcgt gaccgcccag cgccgctttg ccacccagca ctaccagctg 4980 gatcgcctga aaaacctggc ccacgccagc ggcggcagcc tgaacgatat cgtgctgtac 5040 ctgtgcggca ccgccctgcg ccgctttctg gccgaacaga acaacctgcc cgataccccc 5100 ctgaccgccg gcatccccgt gaacatccgc cccgccgatg atgaaggcac cggcacccag 5160 atcagcttta tgatcgccag cctggccacc gatgaagccg atcccctgaa ccgcctgcag 5220 cagatcaaaa ccagcacccg ccgcgccaaa gaacacctgc agaaactgcc caaaagcgcc 5280 ctgacccagt acaccatgct gctgatgagc ccctacatcc tgcagctgat gagcggcctg 5340 ggcggccgca tgcgccccgt gtttaacgtg accatcagca acgtgcccgg ccccgaaggc 5400 accctgtact acgaaggcgc ccgcctggaa gccatgtacc ccgtgagcct gatcgcccac 5460 ggcggcgccc tgaacatcac ctgcctgagc tacgccggca gcctgaactt tggctttacc 5520 ggctgccgcg ataccctgcc cagcatgcag aaactggccg tgtacaccgg cgaagccctg 5580 gatgaactgg aaagcctgat cctgcccccc aaaaaacgcg cccgcacccg caaataggga 5640 tccaaactcg agtaaggatc tccaggcatc aaataaaacg aaaggctcag tcgaaagact 5700 gggcctttcg ttttatctgt tgtttgtcgg tgaacgctct ctactagagt cacactggct 5760 caccttcggg tgggcctttc tgcgtttata cctagggcgt tcggctgcgg cgagcggtat 5820 cagctcactc aaaggcggta atacgtccct gctcgtcacg ctttcaggca ccgtgccaga 5880 tatcgacgtg gagtcgatca ctgtgattgg cgaaggggaa ggcagcgcta cccaaatcgc 5940 tagcttgctg gagaagctga aacaaaccac gggcattgat ctggcgaaat ccctaccggg 6000 tcaatccgac tcgcccgctg cgaagtccta agagatagcg atgtgaccgc gatcgcttgt 6060 caagaatccc agtgatcccg aaccatagga aggcaagctc aatgcttgcc tcgtcttgag 6120 gactatctag atgtctgtgg aacgcacatt tattgccatc aagcccgatg gcgttcagcg 6180 gggtttggtc ggtacgatca tcggccgctt tgagcaaaaa ggcttcaaac tggtgggcct 6240 aaagcagctg aagcccagtc gcgagctggc cgaacagcac tatgctgtcc accgcgagcg 6300 ccccttcttc aatggcctcg tcgagttcat cacctctggg ccgatcgtgg cgatcgtctt 6360 ggaaggcgaa ggcgttgtgg cggctgctcg caagttgatc ggcgctacca atccgctgac 6420 ggcagaaccg ggcaccatcc gtggtgattt tggtgtcaat attggccgca acatcatcca 6480 tggctcggat gcaatcgaaa cagcacaaca ggaaattgct ctctggttta gcccagcaga 6540 gctaagtgat tggaccccca cgattcaacc ctggctgtac gaataaggtc tgcattcctt 6600 cagagagaca ttgccatgcc g 6621

Claims (24)

  1. 서열번호 1의 서열로 이루어지는 피루브산탈카복시효소(pyruvate decarboxylase) 유전자; 서열번호 2의 서열로 이루어지는 알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase) 유전자; 및 서열번호 3 또는 서열번호 4의 서열로 이루어지는 왁스-에스테르 합성효소(wax-ester synthase) 유전자를 포함하는, 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주.
  2. 제1항에 있어서,
    균주는,
    서열번호 5의 서열로 이루어지는 티오에스터라제(thioesterase) 유전자를 더 포함하는, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 균주는,
    지모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis)의 피루브산탈카복시효소(pyruvate decarboxylase, pdc) 유전자로부터 유래된 서열, 지모모나스 모빌리스의 알코올 탈수소효소(alcohol dehydrogenase, adh) 유전자로부터 유래된 서열을 포함하는 제1벡터; 및
    아시네토박터(Acinetobacter sp.)의 아실트렌스퍼라제(acyltransferase, atf) 유전자 또는 마리노박터 하이드로카보노클라티쿠스(Marinobacter hydrocarbonoclasticus)의 왁스-에스테르 합성효소 2(wax-ester synthase 2, Ws2) 유전자로부터 유래된 서열을 포함하는 제2벡터로 형질전환된 것인, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 균주는 대장균(E.coli)의 티오에스터라제 A(thioesterase A, tesA) 유전자로부터 유래된 서열을 포함하는 제3벡터로 더 형질전환된 것인, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1벡터는, 모균주인 시네코코커스 일롱게투스의 뉴트럴 사이트II(neutral site II, NSII)에 삽입되며,
    상기 제2벡터는, 모균주인 시네코코커스 일롱게투스의 뉴트럴 사이트I(neutral siteI, NSI)에 삽입되는, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제3벡터는, 모균주인 시네코코커스 일롱게투스의 FadE 사이트(FadE site)에 삽입되는, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  11. 제7항에 있어서,
    제1벡터는, 순서대로,
    카나마이신(kanamycin) 저항성 유전자;
    lacI 리프레서;
    trc 프로모터;
    상기 피루브산탈카복시효소 유전자; 및
    상기 알코올 탈수소효소 유전자를 포함하는, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  12. 제7항에 있어서,
    제2벡터는, 순서대로,
    스펙티노마이신(spectinomycin) 저항성 유전자;
    lacI 리프레서;
    trc 프로모터; 및
    상기 왁스-에스테르 합성효소 유전자를 포함하는, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  13. 제8항에 있어서,
    제3벡터는, 순서대로,
    클로람페니콜(chloramphenicol) 저항성 유전자;
    lacI 리프레서;
    trc 프로모터; 및
    티오에스터라제 유전자를 포함하는, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  14. 제7항에 있어서,
    제1벡터는, 서열번호 6의 서열로 이루어지는 것이고,
    제2벡터는, 서열번호 7 또는 서열번호 8의 서열로 이루어지는 것이며, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  15. 제8항에 있어서,
    제3벡터는, 서열번호 9의 서열로 이루어지는 것인, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  16. 제8항에 있어서,
    상기 균주는,
    상기 벡터가 모균주인 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongates) PCC7942 (ATCC 33912)에 형질전환된 것인, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  17. 제1항 에 있어서,
    상기 왁스-에스테르 합성효소는 바이오디젤을 생산하는 효소로서,
    상기 바이오디젤은,
    지방산 에틸 에스테르(fatty acid ethyl ester, FAEE)인, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 지방산 에틸 에스테르는, 헥사데칸산 에틸 에스테르(hexadecanoic acid ethyl ester) 또는 옥타데칸산 에틸 에스테르(octadecanoic acid ethyl ester)인, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  19. 제1항에 있어서,
    균주는,
    기탁번호 KCTC 12883BP 또는 기탁번호 KCTC 12884BP 인, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  20. 제1항, 제2항 및 제7항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    균주는,
    이산화탄소를 흡수하여 고정하는 것인, 시네코코커스 일롱게투스 균주.
  21. 제20항의 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주를 배양하는 단계를 포함하는, 바이오디젤 생산방법.
  22. 제21항에 있어서,
    균주를 배양하는 단계는, 이산화탄소를 공급하는 것을 포함하는, 바이오디젤 생산방법.
  23. 제21항에 있어서,
    소수성 솔벤트에 용해된 바이오디젤을 수득하는 단계를 더 포함하는, 바이오디젤 생산방법.
  24. 제20항의 시네코코커스 일롱게투스(Synechococcus elongatus) 균주를 배양하는 단계를 포함하는, 이산화탄소 제거방법.
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