KR101765219B1 - Recombinant E.coli producing unsaturated fatty acid, and method for producing unsaturated fatty acid using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불포화 지방산 중 시스-박센산(cis-vaccenic acid)을 생산하는 재조합 대장균, 및 이를 이용한 불포화 지방산의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 불포화 지방산을 생산하는 재조합 대장균은, 지방산 합성 신장단계의 세 종류의 유전자 fabB, fabF, fabA를 cold shock 단백질의 유전정보를 보유한 cspA를 프로모터 (promoter)로 이용하여 저온에서의 유전자의 발현 효율을 높이는 특징으로 하는 플라스미드 (pCOLD1)에 클로닝하여 재조합 플라스미드를 제조하여, 숙주 균주인 대장균 (E. coli BL21(DE3))에 상기 재조합 플라스미드가 들어가 형질전환을 일으킴으로써, 저온에서의 배양 시에 세 개의 유전자의 발현 효율을 증대시키는 효과가 있다. 또한, 상기 재조합 대장균을 이용하여 낮은 온도에서 배양하여 지방산을 제조한 경우, 불포화 지방산 중 박센산(vaccenic acid)의 비율과 양이 크게 늘어나, 불포화 지방산을 효과적으로 생산할 수 있다.The present invention relates to a recombinant Escherichia coli producing cis-vaccenic acid in an unsaturated fatty acid, and a process for producing an unsaturated fatty acid using the same. The recombinant Escherichia coli producing the unsaturated fatty acid according to the present invention uses three types of genes fabB , fabF and fabA in the fatty acid synthesis elongation stage as a promoter of cspA having the genetic information of the cold shock protein, The recombinant plasmid was prepared by cloning into a plasmid (pCOLD1) which was characterized by increasing the expression efficiency, and the recombinant plasmid was introduced into E. coli BL21 (DE3), which is a host strain, The expression efficiency of the three genes is increased. In addition, when the recombinant Escherichia coli is cultured at a low temperature to produce a fatty acid, the proportion and amount of vaccenic acid in the unsaturated fatty acid is greatly increased, and the unsaturated fatty acid can be effectively produced.

Description

불포화 지방산을 생산하는 재조합 대장균, 및 이를 이용한 불포화 지방산의 제조방법{Recombinant E.coli producing unsaturated fatty acid, and method for producing unsaturated fatty acid using the same}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a recombinant E. coli producing an unsaturated fatty acid and a method for producing the unsaturated fatty acid using the same,

본 발명은 불포화 지방산 중 cis-박센산(cis-vaccenic acid)을 생산하는 재조합 대장균, 및 이를 이용한 불포화 지방산의 제조방법에 관한 것이다.
The invention of the unsaturated fatty acid cis - relates to a recombinant Escherichia coli, and a method for producing unsaturated fatty acids using the same to produce a foil sensan (cis -vaccenic acid).

현재 세계 시장의 고성장은 에너지의 사용 증가를 바탕으로 이루어지고 있다. 석유 에너지의 고갈로 인한 유가 상승의 고공행진이 이루어지면서, 이를 대체할 에너지의 개발이 시급한 실정이다. 이를 위해 태양력이나 풍력 같은 자연 에너지 개발에 관심이 모아지고 있지만, 에너지 밀도가 낮고 간헐적으로 밖에 사용할 수 없다는 등의 단점이 있어 보급에 많은 제약이 따르고 있다. 또한, 연료의 대부분을 수입에 의존하고 있는 국내 에너지 시장의 유가는 2011년에 전년대비 36% 상승으로 분석되었으며(한국석유공사 보도자료 참고), 신흥국의 지속적인 수요증대에 따라 고유가 수준을 유지할 전망이라고 분석하였다. 특히, 국제 유가는 서민 생활물가에 바로 영향을 주기 때문에 석유 의존도가 낮은 새로운 대체에너지 생산이 필수적이다.At present, the rapid growth of the global market is based on increased use of energy. It is urgent to develop energy to replace oil as energy prices are rising due to the depletion of oil energy. For this purpose, interest in development of natural energy such as solar power or wind power is gaining attention. However, there are disadvantages such as low energy density and intermittent use, and thus there are many restrictions on the supply. In addition, oil prices in the domestic energy market, which relies heavily on imports of fuels, are expected to rise by 36% YoY in 2011 (see KNOC's press release). Respectively. In particular, since international oil prices directly affect the price of ordinary people's lives, it is essential to produce new alternative energy with low dependence on oil.

대체에너지로서 가장 각광받는 것이 바이오연료(biofuel)인데, 이는 살아있는 바이오매스(biomass)로부터 유기체뿐만 아니라 대사활동에 의한 부산물을 포함하는 생산물을 이용한 신재생에너지의 종류이다. 바이오연료의 대표적인 예로는 현재 수송연료로 사용이 되고 있는 바이오에탄올(bioethanol), 바이오디젤(biodiesel), 메탄올(methanol), 바이오가스(biogas) 및 고형연료 등이 있으며, 이들 모두 전력생산이나 수송연료로서의 가능성이 있다.One of the most popular alternative energy sources is biofuel, a kind of renewable energy that uses biomass to produce not only organisms but also by-products from metabolism. Typical examples of biofuels are bioethanol, biodiesel, methanol, biogas, and solid fuels, which are currently used as transportation fuels. As shown in FIG.

바이오디젤은 하기와 같은 구조로 표시되는 화학적으로 긴 지방산 고리를 가진 단일 알킬에스터(alkyl ester) 혼합물이다. 바이오디젤은 경유와 매우 비슷한 물리적 특성 때문에, 현재 사용되는 내연기관의 교체없이 사용할 수 있는 장점이 있다. 또한 기존시설을 통해 운반, 판매가 가능하여 운송연료의 대표적인 대체에너지로 꼽히고 있다. 바이오디젤의 품질은 원료에 따라 결정이 되는데, 포화지방산이 많이 함유된 경우에는 상대적인 산화안정성은 우수하지만 겨울철에 저온유동성이 나쁜 단점이 있다. 반면 불포화지방산이 많은 경우에는 저온유동성이 좋지만 이중결합의 수가 많을 경우 산화안정성이 떨어지는 단점이 있다. 따라서, 가장 안정적인 원료는 올레인산(oleic acid, octadecenoic acid, C18 : 1Δ9)의 함량이 60%가 넘는 바이오디젤로 알려져 있다.Biodiesel is a single alkyl ester mixture with a chemically long fatty acid ring represented by the structure: Because biodiesel is very similar to light oil, it has the advantage of being able to be used without replacing the current internal combustion engine. It can be transported and sold through existing facilities and is considered as a representative alternative energy for transportation fuel. The quality of biodiesel is determined according to the raw material. In the case of containing a large amount of saturated fatty acid, the oxidation stability of the biodiesel is excellent, but the low temperature fluidity is poor in winter. On the other hand, when there are many unsaturated fatty acids, the low temperature fluidity is good, but when the number of double bonds is large, the oxidation stability is low. Accordingly, the most stable raw materials are oleic acid: is known as biodiesel content is more than 60% of the (oleic acid, octadecenoic acid, C18 1Δ 9).

Figure 112014098311944-pat00001
Figure 112014098311944-pat00001

식물성 바이오디젤의 지방산 조성비율 및 식물유지로부터 제조한 바이오디젤의 물리적 특성에 대해 각각 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.The fatty acid composition ratios of the plant biodiesel and the physical properties of the biodiesel produced from the plant fat are shown in Tables 1 and 2, respectively.

바이오디젤 조성Biodiesel composition 원료Raw material C16:0C16: 0 C16:1C16: 1 C18:0C18: 0 C18:1C18: 1 C18:2C18: 2 C18:3C18: 3 팜유palm oil 42.642.6 0.30.3 4.44.4 40.540.5 10.110.1 0.20.2 대두유Soybean oil 13.913.9 0.30.3 2.12.1 23.223.2 56.256.2 4.34.3 유채씨유Rapeseed oil 3.53.5 00 0.90.9 64.164.1 22.322.3 8.28.2

동점도
(40, mm2/s)
Kinematic viscosity
(40, mm 2 / s)
세탄가Cetanean 저위발열량Low calorific value 구름점
(℃)
Cloud point
(° C)
저온필터
막힘점(℃)
Low temperature filter
Clogging point (℃)
인화점
(℃)
flash point
(° C)
산화안정도 (h), 110℃Oxidation stability (h), 110 ° C
팜유palm oil 5.75.7 6262 33.533.5 1313 1212 164164 4.04.0 대두유Soybean oil 4.04.0 4545 33.533.5 1One -4-4 178178 2.12.1 유채씨유Rapeseed oil 4.44.4 54.454.4 -- -3.3-3.3 -13-13 -- 7.67.6

한편, 대장균(Escherichia coli)은 포유류들과는 다른 지방산 합성 타입(Type 2)을 이용하기 때문에 이를 통한 연구가 많이 진행되어 왔다. 지방산 합성 타입 2시스템은 개시단계와 아실기의 신장단계에서 기본적인 효소들을 가지고 있으며, 이러한 효소의 지방산 합성 단계는 도 1에 나타내었다. 대장균에 필요한 지방산은 이러한 반복적인 합성으로 생산되며, 주로 생산되는 포화지방산으로는 탄소수 16개인 팔미트 산(palmitic acid, hexadecanoic acid)과 불포화지방산으로는 탄소수 18개에 이중결합이 하나 존재하는 시스-박센산(cis-vaccenic acid, cis-11-octadecanoic acid, C18:1△11)과 팔미톨레익산 (palmitoleic acid, 9-cis-hexadecenoic acid)이 있다.On the other hand, Escherichia coli uses a different type of fatty acid synthesis (Type 2) than that of mammals, and research has been carried out through this. The fatty acid synthesis type 2 system has basic enzymes in the initiation step and the elongation step of the acyl group, and the step of synthesizing the fatty acid of such enzyme is shown in Fig. The fatty acids required for E. coli are produced by this repetitive synthesis, and the saturated fatty acids produced mainly include palmitic acid (hexadecanoic acid) having 16 carbon atoms and the cis-unsaturated fatty acid having a double bond at the carbon number of 18, there are Toledo and palmitoleic acid (palmitoleic acid, 9- cis -hexadecenoic acid ): sensan foil (1 △ 11 cis -vaccenic acid, cis -11-octadecanoic acid, C18).

대장균에 존재하는 fab(fatty acid biosynthesis) 유전자들은 지방산 합성 단계에 관여하는 효소 생산 유전자들이다. 지방산 생합성 경로는 크게 개시단계 (initiation step), 신장단계 (elongation step), 종결단계 (termination step), 베타-옥시데이션 단계 (β-oxidation step)로 구성된다. 지방산 합성에서 신장단계에 관여하는 유전자는 fabA, fabB, fabF가 있다. β-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase/isomerase의 유전정보를 가지고 있는 fabA와 KASI(β-ketoacyl-ACP (acyl-carrier-protein) synthaseI)의 유전정보를 가지고 있는 fabB는 불포화지방산 합성에 필수적 유전자이다. fabB와 함께 KASII (β-ketoacyl-ACP synthaseII)의 유전정보를 가지고 있는 fabF는 지방산 신장단계에 위치하며 지방산-ACP에 말로닐-ACP를 결합시켜 지방산의 탄소수를 2개씩 늘려 지방산의 길이를 신장시키는 역할을 한다. 이 세 가지 효소는 대장균의 세포막의 주요 성분인 팔미트산, 팔미톨레익산, 시스-박센산 (cis-vaccenic acid, C18:1△9)을 생합성하는데 직접적인 경로에 관여하며 특히, 불포화지방산인 시스-박센산 생성에 핵심적인 역할을 하는 효소인 KASII의 경우 낮은 온도에서 발현이 잘 된다는 특징이 있다. 대장균의 지방산 생합성 관여 효소 및 유전자 정보는 표 3에 나타내었다.Fab (fatty acid biosynthesis) genes present in Escherichia coli are enzyme-producing genes involved in fatty acid synthesis. The fatty acid biosynthetic pathway consists largely of an initiation step, an elongation step, a termination step, and a beta-oxidation step. The fatty acid synthesis involved in the kidney stage The genes are fabA, fabB, and fabF . fabB with the genetic information of the β-ACP dehydrase Hydroxydecanoyl / isomerase fabA and KASI with the genetic information of the (β-ketoacyl-ACP (acyl -carrier-protein) synthaseI) gene is essential for the synthesis of unsaturated fatty acids. fabF that with fabB carry the genetic information for the KASII (β-ketoacyl-ACP synthaseII ) is located in the fatty acid elongation steps, by bonding the carbonyl -ACP words, the fatty acid -ACP increased two by two carbon atoms of the fatty acid of extending the length of the fatty acid It plays a role. These three enzymes are involved in the direct pathway to biosynthesis of palmitoic acid, palmitoleic acid, and cis- valencenic acid (C18: 1Δ9), which are the main constituents of E. coli cell membranes, - KASII, an enzyme that plays a key role in the production of Park Sung San, is characterized by its ability to be expressed at low temperatures. Enzyme and gene information of fatty acid biosynthesis of E. coli are shown in Table 3.

대장균에 목적 유전자를 플라스미드를 이용하여 형질전환 (transformation) 및 발현 (expression)시켜 목적 단백질 (protein)을 생산하거나 단백질이 효소역할을 하여 대사산물을 생산하는 연구는 많이 진행되어 왔다. 재조합 플라스미드에 의해 형질전환 된 재조합 대장균의 경우 저온에서 배양을 하면 생육이 일시적으로 정지하고 대부분의 재조합 대장균의 경우 재조합 플라스미드의 단백질 발현이 감소한다. 플라스미드 pCOLD1에 코딩(coding)되어 있는 cold shock 단백질은 특이적으로 발현이 유도되어서 pCOLD1에 재조합 된 목적 유전자의 발현을 낮은 온도에서도 잘 되게 할 수 있다. 상기 cold shock 단백질의 유전정보를 보유한 유전자는 cspA이다. 상기 플라스미드 (pCOLD1, Takara)는 상기 유전자 cspA의 프로모터 (promoter)을 이용한 단백질 발현 벡터이다. 이 프로모터를 이용하면 목적단백질 발현이 균체 단백질의 최대 60%이고 종래 발현계에서 발현되지 않는 단백질을 발현할 수 있고 다양한 대장균에서 사용이 가능하다는 특징이 있다.Many studies have been carried out to produce a target protein by transforming and expressing a desired gene in E. coli using a plasmid or producing a metabolite by a protein acting as an enzyme. In the case of recombinant E. coli transformed with the recombinant plasmid, the culture is temporarily stopped when cultured at a low temperature, and the recombinant plasmid protein expression is decreased in most of the recombinant E. coli. The cold shock protein encoded by the plasmid pCOLD1 is specifically induced to induce expression of the target gene recombined in pCOLD1 at a low temperature. The gene having the genetic information of the cold shock protein is cspA . The plasmid (pCOLD1, Takara) is a protein expression vector using the promoter of the gene cspA . Using this promoter, the target protein expression is up to 60% of the bacterial protein and can express a protein that is not expressed in the conventional expression system, and can be used in various E. coli.

유전자gene 발현 단백질Expression protein 돌연변이 경우 나타나는 표현형(phenotype) 변화Change of phenotype in case of mutation aasaas Acyl-ACP synthetaseAcyl-ACP synthetase lysophosphatidyl
ethanolamine 축적
lysophosphatidyl
ethanolamine accumulation
accAaccA Acetyl-CoA carboxylaseAcetyl-CoA carboxylase carboxyltransferase α subunitcarboxyltransferase α subunit accBaccB Acetyl-CoA carboxylaseAcetyl-CoA carboxylase BCCP subunitBCCP subunit accCaccC Acetyl-CoA carboxylaseAcetyl-CoA carboxylase biotin carboxylase subunitbiotin carboxylase subunit accDaccD Acetyl-CoA carboxylaseAcetyl-CoA carboxylase carboxyltransferase β subunitcarboxyltransferase β subunit acpPacpP ACPACP ACP structural geneACP structural gene acpSacpS ACP synthetaseACP synthetase apo-ACP 축적apo-ACP accumulation cfacfa Cyclopropane fatty acid synthaseCyclopropane fatty acid synthase cells lack cyclopropane fatty acidscells lack cyclopropane fatty acids fabAfabA β-Hydroxydecanoyl ACP
dehydrase/isomerase
β-Hydroxydecanoyl ACP
dehydrase / isomerase
불포화지방산 자가영양 (unsaturated fatty acid auxotroph)Unsaturated fatty acid auxotroph
fabAupfabAup -- 포화지방산(saturated fatty acid) 과생산Saturated fatty acid and production fabBfabB β-Ketoacyl-ACP synthase Ⅰβ-Ketoacyl-ACP synthase I 불포화지방산 자가영양(unsaturated fatty acid auxotroph)Unsaturated fatty acid auxotroph fabDfabD Malonyl-CoA:ACP transacylaseMalonyl-CoA: ACP transacylase 온도에 따라 포화지방산, 불포화지방산의 자가영양(auxotroph) 필요Saturated fatty acids and auxotrophs of unsaturated fatty acids are required depending on temperature fabEfabE Acetyl-CoA carboxylaseAcetyl-CoA carboxylase -- fabFfabF β-Ketoacyl-ACP synthase Ⅱβ-Ketoacyl-ACP synthase II 온도에 따라 조절Controlled by temperature fabGfabG β-Ketoacyl-ACP synthaseβ-Ketoacyl-ACP synthase -- fabHfabH β-Ketoacyl-ACP synthase Ⅲβ-Ketoacyl-ACP synthase Ⅲ -- fabIfabi Enoyl-ACP reductaseEnoyl-ACP reductase -- fabZfabZ 3-hydroxyacyl-ACP dehydratase3-hydroxyacyl-ACP dehydratase -- fadDfadD Long-chain acyl-CoA synthetaseLong-chain acyl-CoA synthetase -- fadRfadR Transcriptional regulator of fabA Transcriptional regulator of fabA -- fatAfatA trans불포화지방산의 이용Use of trans unsaturated fatty acids lpxAlpxA UDP-Glc-NAc acyltransferaseUDP-Glc-NAc acyltransferase 지질 A(lipid A) 축적Lipid A accumulation orf-17orf-17 Putative dehydrasePutative dehydrase -- plsBplsB sn-Glycerol-3-phosphate acyltransferase sn -Glycerol-3-phosphate acyltransferase glycerol-3-phosphate 자가영양glycerol-3-phosphate self-nutrition plsCplsC 1-Acylglycerol phosphaste acyltransferase1-Acylglycerol phosphaste acyltransferase -- plsXplsX UnknownUnknown PlsB- 표현형에 필요PlsB - required for phenotype tesAtesA Thioesterase ⅠThioesterase I 효소활성 결핍Enzymatic deficiency tesBtesB Thioesterase ⅡThioesterase II 효소활성 결핍Enzymatic deficiency

상기와 같이, 화석연료의 대체 에너지로서 바이오디젤로 변환이 가능한 지방산에 대한 관심이 점점 증대되고 있으며, 이로 인해 지방산을 생합성하는 대장균에 대한 관심도 증대되고 있다. 현재의 바이오디젤은 식물성 유지를 이용하여 만들어지고 있다. 불포화지방산 함유량이 많은 바이오디젤의 경우, 낮은 온도에서도 잘 얼지 않는다는 장점이 있다. 예로 유채씨유를 이용한 바이오디젤의 경우, 64%가 넘는 올레익산 함유를 가지고 있어 다른 바이오디젤보다 더 낮은 온도에서 언다. 하지만, 식물성 유지의 경우 식량과 관계하여 곡물가 상승과 농경지 부족, 토지가격 상승 등의 문제가 있어 미생물을 이용한 에너지 생성이 주목받고 있다. 미생물의 경우 세포막을 구성하는 지방 형태로 지방산을 생합성 하고 있으며, 이에 따라 유전자 조작이 가능한 대장균에 대한 관심도 증대하여, 이에 관한 연구가 진행되고 있다. As described above, interest in fatty acids that can be converted into biodiesel as alternative energy for fossil fuels is increasing, and interest in E. coli biosynthesizing fatty acids is also increasing. The current biodiesel is made using vegetable oil. In the case of biodiesel containing a large amount of unsaturated fatty acids, it has the advantage of not freezing at low temperatures. For example, in the case of biodiesel using rapeseed oil, it has an oleic acid content of more than 64%, which is lower than other biodiesel. However, in the case of vegetable oil, energy production using microorganisms has been attracting attention due to problems such as a rise in grain prices, a shortage of agricultural land, and an increase in land price. In the case of microorganisms, the fatty acid is biosynthesized as a fat form constituting the cell membrane. Accordingly, interest in E. coli that can be genetically manipulated has been increased, and studies on this have been made.

따라서, 신재생에너지 개발의 일환으로 바이오디젤로 전환하였을 때 물리적 특성이 유리한 불포화 지방산의 조성을 높일 수 있는 균주의 개발의 필요성이 절실히 요구되고 있다.Therefore, there is an urgent need to develop a strain capable of increasing the composition of unsaturated fatty acid, which is advantageous in physical properties when converted to biodiesel as part of the development of new and renewable energy.

이러한 요구에 따라, 본 발명자들은 불포화 지방산의 생산성을 향상시킨 신규한 균주를 개발하고자 하였다.In accordance with this demand, the present inventors have sought to develop a novel strain that improves the productivity of unsaturated fatty acids.

앞서 본 발명자들은 불포화 지방산 중 박센산(cis-vaccenic acid)을 생산하는 신규한 재조합 대장균을 개발한 바 있다.
The present inventors have previously developed a novel recombinant Escherichia coli which produces cis- vicenic acid among unsaturated fatty acids.

본 발명의 배경이 되는 기술로, 본 발명자들은 대한민국 등록특허 제10-1402108호(2014년05월26일)에서 불포화 지방산 중 박센산(cis-vaccenic acid)을 생산하는 재조합 대장균 및 이를 이용한 지방산의 제조방법에 대해 개시한 바가 있고, 대한민국 등록특허 제10-1275090호(2013년06월10일)에서 지방산을 생산하는 재조합 대장균, 및 이를 이용한 지방산의 제조방법에 대해 개시한 바 있다.
As a background of the present invention, the present inventors have found that recombinant Escherichia coli producing cis- valencenic acid among unsaturated fatty acids and fatty acids using the same in Korean Patent No. 10-1402108 (May 26, 2014) And Korean Patent No. 10-1275090 (Jun. 10, 2013) discloses a recombinant Escherichia coli producing a fatty acid and a method for producing a fatty acid using the recombinant Escherichia coli.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 인용문헌 및 특허 문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 문헌 및 특허의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.Numerous cited documents and patent documents are referred to and cited throughout this specification. The disclosures of the cited documents and patents are incorporated herein by reference in their entirety to more clearly describe the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

대한민국 등록특허 제10-1402108호(2014년05월26일)Korean Patent No. 10-1402108 (May 26, 2014) 대한민국 등록특허 제10-1275090호(2013년06월10일)Korean Patent No. 10-1275090 (June 10, 2013)

본 발명자들은 불포화 지방산의 조성을 높일 수 있는 균주를 개발하고자 예의 노력하였다. 그 결과, cold shock 단백질의 유전정보를 보유한 cspA 프로모터 (promoter)를 이용하여 지방산 합성 신장단계에서 탄소 사슬의 신장과 지방산 생성 마지막 단계에 작용하는 효소 (KASI, KASII)의 정보를 가진 두 개의 유전자 fabB, fabF와 KASI와 함께 불포화지방산 생성 단계에 관여하는 효소 (β-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase/isomerase)의 정보를 가진 유전자 fabA를 포함하는 재조합 플라스미드를 제조하고 이에 의해 형질전환된 재조합 대장균을 제조하였다. 상기 재조합 대장균을 저온에서 배양하고 이로부터 지방산을 추출하여 불포화지방산 중 시스-박센산(cis-vaccenic acid)의 비율이 크게 늘어남을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.The present inventors have made efforts to develop a strain capable of increasing the composition of unsaturated fatty acids. As a result, two genes, FabB (KASI and KASII), which have information on the enzymes (KASI, KASII) acting at the last stage of carbon chain elongation and fatty acid production in the fatty acid synthesis elongation step using cspA promoter having genetic information of cold shock protein , recombinant plasmids containing FabA and KASI as well as the gene fabA having the information of the enzyme (β-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase / isomerase) participating in the unsaturated fatty acid production step were prepared and the transformed recombinant E. coli was prepared. By culturing the recombinant E. coli at a low temperature and extracting fatty acids therefrom, it was confirmed that the ratio of cis- valencenoic acid in unsaturated fatty acids was greatly increased, thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 재조합 플라스미드 벡터를 제공하는 데 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a recombinant plasmid vector.

본 발명의 다른 목적은 불포화 지방산 중 cis-박센산(cis-vaccenic acid)을 생산하는 재조합 대장균을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is of an unsaturated fatty acid cis - to provide a recombinant mutant microorganism to produce foil sensan (cis -vaccenic acid).

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 불포화 지방산의 제조방법을 제공하는 데 있다.
It is still another object of the present invention to provide a method for producing unsaturated fatty acids.

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

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 5' 에서 3' 방향으로 작동가능하게 연결된(operatively linked), (i) 원핵세포에서 작동가능한 프로모터(promoter); 및 (ii) E.coli K-12 MG1655의 베타-케토 아실-아실 운반 단백질 합성효소II (KASII, β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseII)를 코딩하는 뉴클레오티드 (fabF, 서열번호 1); E.coli K-12 MG1655의 베타-케토 아실-아실 운반 단백질 합성효소I (KASI, β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseI)를 코딩하는 뉴클레오티드 (fabB, 서열번호 2); 및 E.coli K-12 MG1655의 베타-하이드록시 데카노일 사이오에스터 디하이드레이즈/아이소머레이즈(β-hydroxy decanoyl thioester dehydrase/isomerase)를 코딩하는 뉴클레오티드 (fabA, 서열번호 3); 를 포함하는 재조합 플라스미드 벡터를 제공한다.According to one aspect of the present invention, the present invention provides a recombinant vector comprising: (i) a promoter operable in prokaryotic cells; And (ii) a nucleotide ( fabF , SEQ ID NO: 1) encoding a beta-keto acyl-acyl carrier protein synthase II of E. coli K-12 MG1655; A nucleotide ( FabB , SEQ ID NO: 2) coding for beta-ketoacyl-acyl transferase protein synthase I (KASI, β-keto acyl-acyl carrier protein synthase I) of E. coli K-12 MG1655; And a nucleotide ( fabA , SEQ ID NO: 3) coding for beta -hydroxydecanoyl thioester dehydrase / isomerase of E. coli K-12 MG1655; Lt; RTI ID = 0.0 > plasmid < / RTI > vector.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 재조합 플라스미드는 pCOLD1::fabF, fabB, fabA이다.In a preferred embodiment of the present invention, the recombinant plasmid is pCOLD1 :: fabF, fabB, fabA .

본 명세서에서 사용되는 용어 "벡터"는, 적합한 숙주 내에서 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미하며, 구체적으로는 프로모터 서열, 터미네이터 서열, 마커 유전자, 기타 적합한 서열을 비롯하여 적합한 조절 서열을 포함하도록 제작할 수 있다. 이러한 벡터는 플라스미드, 파지, 코스미드 등일 수 있다(Molecular Cloning: Laboratory Manual: 2판, Sambrook 등 Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)). 이러한 벡터의 제조, 돌연변이 유발, 서열 분석, 세포 내로의 DNA의 도입 및 유전자발현과 단백질 분석법은 문헌(Current Protocols in Molecular Biology, Ausubel 등 편집, John Wiley & Sons (1992))에 상세히 기재되어 있다. 적당한 숙주로 형질전환되면, 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이며, 본 명세서에서 '플라스미드' 및 '벡터'는 때로 상호 교환적으로 사용된다. 본 발명의 목적상, 벡터는 원핵세포에서의 발현에 적합한 벡터이며, 목적 단백질을 발현하는 플라스미드 벡터이다.The term "vector" as used herein refers to a DNA construct containing a DNA sequence operably linked to a suitable regulatory sequence capable of expressing DNA in an appropriate host, and specifically includes a promoter sequence, a terminator sequence, Genes, and other suitable sequences. Such vectors may be plasmids, phages, cosmids, and the like (Molecular Cloning: Laboratory Manual: Second Edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989), Sambrook et al. The preparation of these vectors, mutagenesis, sequencing, introduction of DNA into cells, and gene expression and protein analysis are described in detail in Current Protocols in Molecular Biology, edited by Ausubel et al., John Wiley & Sons (1992). Once transformed into the appropriate host, the vector may replicate and function independently of the host genome, or, in some cases, integrate into the genome itself. Plasmids are the most commonly used form of the current vector, and in this specification 'plasmid' and 'vector' are sometimes used interchangeably. For the purposes of the present invention, the vector is a vector suitable for expression in prokaryotic cells and a plasmid vector expressing the desired protein.

본 명세서에서 사용되는 용어 "작동가능하게 연결된"은, 발현 조절 서열이 목적단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드 서열의 전사 및 해독을 조절하도록 연결된 것을 말하며, 발현 조절 서열(프로모터 포함)의 조절 하에 뉴클레오티드 서열이 발현되어 뉴클레오티드 서열에 의해 코딩되는 목적단백질의 폴리펩타이드가 생성되도록 정확한 해독 프레임을 유지시키는 것을 포함한다.As used herein, the term "operably linked" refers to an expression control sequence that is linked to regulate transcription and translation of a polynucleotide sequence encoding a protein of interest, and wherein the nucleotide sequence under the control of an expression control sequence (including a promoter) And maintaining the correct decoding frame so that a polypeptide of the desired protein is expressed and encoded by the nucleotide sequence.

본 명세서에서 사용되는 용어 "프로모터"는, 전사를 이끌기에 충분한 최소한의 서열을 의미한다.As used herein, the term "promoter" means a minimal sequence sufficient to direct transcription.

본 발명에서 원핵세포에서 목적단백질을 발현하기 위해 사용할 수 있는 프로모터에는 예컨대, cspA, T7, tac, trc, lac, lpp, phoA, recA, araBAD, proU, cst-1, tetA, cadA, nar, lpp-lac, starvation promoters, T7-lac operator, T3-lac operator, T5-lac operator, T4 gene 32, nprM-lac operator 등이 있으며, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, promoters which can be used for expressing a target protein in prokaryotes include, for example, cspA, T7, tac, trc, lac, lpp, phoA, recA, araBAD, proU, cst-1, tetA, cadA, -lac, starvation promoters, T7-lac operator, T3-lac operator, T5-lac operator, T4 gene 32, nprM-lac operator.

바람직하게는 cspA, T7, tac, lac, T7-lac operator, T3-lac operator, T5-lac operator, T4 gene 32, 보다 바람직하게는 cspA, T7, tac, T7-lac operator가 사용될 수 있다.Preferably, cspA, T7, tac, lac, T7-lac operator, T3-lac operator, T5-lac operator, T4 gene 32, more preferably cspA, T7, tac, T7-lac operator can be used.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 프로모터는 cspA 프로모터이다.In a preferred embodiment of the present invention, the promoter is a cspA promoter.

상기 cspA 프로모터는 저온에서 유전자의 발현 효율을 높이는 cold shock 단백질의 유전정보를 보유하며, pCOLD1 내에 존재한다.The cspA promoter possesses genetic information of a cold shock protein that enhances gene expression efficiency at low temperatures and exists in pCOLD1.

따라서, 상기 cspA 프로모터(서열번호 4)를 이용하여 저온에서 보다 안정적으로 목적단백질의 발현을 유도할 수 있다.
Therefore, the expression of the target protein can be more stably induced at low temperature using the cspA promoter (SEQ ID NO: 4).

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 벡터에 의해 형질전환된 재조합 대장균을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a recombinant Escherichia coli transformed by said vector.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 재조합 대장균은 불포화 지방산을 생산한다.In a preferred embodiment of the present invention, the recombinant E. coli produces an unsaturated fatty acid.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 불포화 지방산은 시스-박센산(cis-vaccenic acid)이다.In a preferred embodiment of the present invention, the unsaturated fatty acid is cis-vaccenic acid.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 재조합 대장균은 E. coli BL21(DE3)::pCOLD1::fabF, fabB, fabA(기탁번호 : KCTC18324P)이다.In a preferred embodiment of the present invention, the recombinant E. coli is E. coli BL21 (DE3) :: pCOLD1 :: fabF, fabB, fabA (accession number: KCTC18324P).

본 발명에 따른 지방산을 생산하는 재조합 대장균은, cold shock 단백질의 유전정보를 보유한 cspA를 프로모터(promoter)를 이용하여 저온에서의 유전자의 발현 효율을 높이는 특징으로 하는 플라스미드(pCOLD1)에 대장균 K-12 MG1655의 베타-케토 아실-아실 운반 단백질 합성효소II (KASII, β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseII)의 유전정보를 보유한 뉴클레오티드 (fabF, 서열번호 1); 대장균 K-12 MG1655의 베타-케토 아실-아실 운반 단백질 합성효소I (KASI, β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseI)의 유전정보를 보유한 뉴클레오티드 (fabB, 서열번호 2); 및 대장균 K-12 MG1655의 베타-하이드록시 데카노일 사이오에스터 디하이드레이즈/아이소머레이즈 (β-hydroxy decanoyl thioester dehydrase/isomerase)의 유전정보를 보유한 뉴클레오티드(fabA, 서열번호 3)로 이루어진 재조합 플라스미드에 의해 형질전환된 것을 특징으로 한다.The recombinant Escherichia coli producing fatty acid according to the present invention is a recombinant Escherichia coli producing Escherichia coli K-12 (pCOLD1), which is characterized by increasing the expression efficiency of genes at low temperatures by using a promoter of cspA having genetic information of a cold shock protein Nucleotides ( fabF , SEQ ID NO: 1) carrying the genetic information of beta-ketoacyl-acyl carrier protein synthase II (KASII, β-keto acyl-acyl carrier protein synthase II) of MG1655 ; Nucleotide ( FabB , SEQ ID NO: 2) carrying the genetic information of beta-ketoacyl-acyl carrier protein synthase I (KASI, β-keto acyl-acyl carrier protein synthase I) of E. coli K-12 MG1655; And a nucleotide ( fabA , SEQ ID NO: 3) having genetic information of β-hydroxydecanoyl thioester dehydrase / isomerase of E. coli K-12 MG1655 . ≪ / RTI >

본 명세서에서 유전자를 언급하면서 사용되는 표현 "유전정보를 보유한" 및 "유전정보를 가진"은, 목적유전자를 코딩하는 것을 의미하며, 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용된다.The expressions "having genetic information" and "having genetic information" used in referring to a gene herein refer to coding a target gene and are used interchangeably herein.

본 발명에 사용된 유전자 정보는 대장균(E. coli K-12 MG1655)의 유전 정보를 바탕으로 하여, 지방산 신장단계에서 탄소 사슬의 신장과 지방산 생성 마지막 단계에 작용하는 효소(KASI, KASII)의 정보를 가진 두 개의 유전자 fabB, fabF와 KASI와 함께 불포화지방산 생성 단계에 관여하는 효소 (β-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase/isomerase)의 유전정보를 가진 유전자 fabA을 이용한다.The gene information used in the present invention is based on the genetic information of E. coli K-12 MG1655, and information of the enzymes (KASI, KASII) acting at the last stage of carbon chain elongation and fatty acid production in the fatty acid elongation step utilizes a fabA gene with the genetic information of the two genes fabB, enzymes (β-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase / isomerase ) involved in the step of generating an unsaturated fatty acid with fabF and KASI with.

구체적으로는, 대장균 (E.coli K-12 MG1655)에서 목적 유전자(fabB, fabF, fabA)을 이용하여 제조한 재조합 플라스미드 pEcoli-Nterm 6xHN::fabF, fabB, fabA (대한민국 등록특허 제10-1402108호에 개시)를 주형(template)으로 이용하여 중합효소연쇄반응 (PCR, polymerase chain reaction)을 수행하고 목적 유전자를 확보한다.Specifically, Escherichia coli (E.coli K-12 MG1655) in the gene of interest (fabB, fabF, fabA) a recombinant plasmid pEcoli-Nterm 6xHN :: fabF, fabB , fabA ( Republic of Korea Patent No. 10-1402108 prepared using (Polymerase chain reaction) is carried out using a template as a template to obtain a target gene.

특히, 확보한 유전자 뉴클레오티드 (fabB, fabF, fabA)와 단백질 발현을 위한 플라스미드(pCOLD1)를 제한효소 반응과 라이게이션 (ligation) 반응을 수행하여 재조합 플라스미드를 제조한다[pCOLD1::fabF, fabB, fabA]. In particular, a recombinant plasmid is prepared by performing restriction enzyme reaction and ligation reaction on the obtained nucleotide ( fabB , fabF , fabA ) and a plasmid (pCOLD1) for protein expression [pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ].

단백질 발현을 위한 플라스미드의 복제분기점의 경우, pCOLD1는 ColE1을 포함하며 암피실린 내성 유전자를 가지고, 저온에서의 유전자의 발현 효율을 높이는 cold shock 단백질의 유전정보를 보유한 cspA 프로모터 (promoter)를 보유하며, 유전자 발현 조절을 목적으로 하는 lac operator를 보유한다.In the case of the replication branch of the plasmid for protein expression, pCOLD1 has a cspA promoter which contains ColE1 and possesses an ampicillin resistance gene and genetic information of a cold shock protein which enhances gene expression efficiency at low temperature, It has a lac operator for the purpose of regulating expression.

상기 제조된 재조합 플라스미드를 이용하여 열충격 형질전환방법을 통해 재조합 대장균을 제조한다[E. coli XL-1 blue::pCOLD1::fabF, fabB, fabA]. 상기 제조된 재조합 대장균은 항생제가 포함된 고체 LB 배지에서 원형 콜로니 형태로 자라는 것을 확인하였으며, 이 콜로니를 암피실린이 포함된 액체 LB 배지에서 배양하고 플라스미드를 추출한 후 제한효소로 처리한 플라스미드의 유전자 (fabB, fabF, fabA)와 E. coli K-12 MG1655의 유전자 염기서열과 오류가 없음을 확인하였다. E. coli XL-1 blue :: pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ] was prepared by the heat shock transformation method using the recombinant plasmid prepared above. The above prepared recombinant E. coli was confirmed that grows from a circular colony form in a solid LB medium containing antibiotics, a gene of the plasmid treated colonies with restriction enzymes, extracts of the culture and the plasmid in a liquid LB medium supplemented with ampicillin containing (fabB , fabF , fabA ) and E. coli K-12 MG1655 were found to be free of errors.

상기 제조된 재조합 대장균 (E. coli BL21(DE3)::pCOLD1::fabF, fabB, fabA)을 2014년 09월 17일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터 유전자은행(KCTC)에 기탁하였으며, KCTC18324P의 수탁번호를 부여받았다.
The prepared recombinant E. coli BL21 (DE3) :: pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) was deposited on September 17, 2014 with KCTC of the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, KCTC18324P I got a security number.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 불포화 지방산의 제조 방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a process for preparing an unsaturated fatty acid comprising the steps of:

(a) 상기 재조합 대장균을 1차 배양하는 단계;(a) primary culturing the recombinant E. coli;

(b) 상기 (a) 단계의 1차 배양한 재조합 대장균을 10℃ 내지 20℃의 저온에서 2차 배양하는 단계;(b) secondary culturing the first-cultured recombinant E. coli of step (a) at a low temperature of 10 캜 to 20 캜;

(c) 상기 (b) 단계에서 얻은 배양액을 원심분리하여 균체와 배지를 분리하는 단계;(c) separating the culture medium and the culture medium by centrifuging the culture solution obtained in the step (b);

(d) 상기 (c) 단계에서 분리된 균체에 황산과 메탄올의 혼합용액을 첨가하고, 질소를 충전한 다음, 에스테르화 반응을 수행하는 단계; 및(d) adding a mixed solution of sulfuric acid and methanol to the cells separated in the step (c), filling the mixture with nitrogen, and performing an esterification reaction; And

(e) 상기 (d) 단계의 반응액에 헥산과 증류수를 첨가하여 층을 분리하는 단계.(e) adding hexane and distilled water to the reaction solution of step (d) to separate the layers.

바람직하게는, 상기 (b) 단계의 2차 배양은 15℃ 내지 18℃의 저온이고, 가장 바람직하게는 17℃이다.Preferably, the secondary culture of step (b) is at a low temperature of 15 캜 to 18 캜, most preferably 17 캜.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 (e) 단계에서 분리된 층의 불포화 지방산 조성을 분석하는 단계를 추가적으로 포함한다.In a preferred embodiment of the present invention, the method further comprises analyzing the unsaturated fatty acid composition of the layer separated in step (e).

상기 분석은 지방산의 조성을 분석할 수 있는 한, 당업계에 공지된 어떠한 방법도 이용할 수 있다.Any of the methods known in the art can be used as long as the above analysis can analyze the composition of the fatty acid.

본 발명의 바람직한 구현예에 있어서, 상기 불포화 지방산은 시스-박센산(cis-vaccenic acid)이다.In a preferred embodiment of the present invention, the unsaturated fatty acid is cis-vaccenic acid.

예컨대, 상기 제조된 재조합 대장균(E.coli BL21(DE3)::pCOLADuetTM-1::accA, accB, accC, accD + pEcoliNterm 6xHN:: fabF, fabB, fabA + pCDF-1b::`tesA)을 37℃에서 1차 배양하여 중간 지수기까지 자라게 하여 IPTG로 유도시킨 후에 낮은 온도인 17℃에 옮겨 2차로 배양하고, 원심분리하여 균체와 배지를 분리한 후, 분리된 균체에 황산과 메탄올의 혼합용액을 첨가하고 질소를 충전한 다음, 에스테르화 반응을 수행하고, 반응액에 헥산과 증류수를 첨가하여 층을 분리하여 헥산층을 가스크로마토그래피를 수행하여 불포화 지방산의 조성을 확인한다.For example, the prepared recombinant E. coli BL21 (DE3) :: pCOLADuet TM -1 :: accA, accB, accC, accD + pEcoliNterm 6xHN :: fabF, fabB, fabA + pCDF-1b :: `tesA a) primary culture in 37 ℃ to grow until mid-exponential group to move to the low temperature of 17 ℃ after induction with IPTG 2 culture drive, and centrifuged After separating the microbial cells and the medium, a mixed solution of sulfuric acid and methanol was added to the separated microbial cells, and the microbial cells were filled with nitrogen. Then, the esterification reaction was carried out, and hexane and distilled water were added to the reaction mixture. The layer is subjected to gas chromatography to determine the composition of the unsaturated fatty acid.

본 발명의 방법에 따르면, 불포화 지방산인 박센산(vaccenic acid)의 비율과 양이 월등하게 증가하였다.According to the method of the present invention, the ratio and amount of the unsaturated fatty acid vaccenic acid has increased remarkably.

본 발명의 방법은 상술한 재조합 대장균을 이용하여 불포화 지방산을 제조하므로, 이와 중복된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 그 기재를 생략한다.The method of the present invention produces an unsaturated fatty acid using the above-mentioned recombinant E. coli, and redundant description thereof is omitted in order to avoid the excessive complexity of the present specification.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 재조합 대장균은 불포화 지방산을 효과적으로 생산함으로써, 바이오 연료로 유용하게 사용될 수 있다.
As described above, the recombinant E. coli according to the present invention can be effectively used as a biofuel by effectively producing an unsaturated fatty acid.

본 발명에 따른 지방산을 생산하는 재조합 대장균은, 지방산 합성 신장단계의 세 종류의 유전자 fabB, fabF, fabA를 cold shock 단백질의 유전정보를 보유한 cspA를 프로모터 (promoter)로 이용하여 저온에서의 유전자의 발현 효율을 높이는 특징으로 하는 플라스미드 (pCOLD1)에 클로닝하여 재조합 플라스미드를 제조하여, 숙주 균주인 대장균 (E. coli BL21(DE3))에 상기 재조합 플라스미드가 들어가 형질전환을 일으킴으로써, 저온에서의 배양 시에 세 개의 유전자의 발현 효율을 증대시키는 효과가 있다. 또한, 상기 재조합 대장균을 이용하여 지방산을 제조한 경우, 불포화지방산의 비율이 재조합 대장균 (E. coli BL21(DE3)::pEcoli-Nterm 6xHN::fabF, fabB, fabA)과 유전적 조작을 하지 않은 대장균 (E. coli BL21(DE3))의 불포화지방산의 비율과 비교해 크게 증가하여, 불포화 지방산을 효과적으로 생산할 수 있다.
The recombinant E. coli producing the fatty acid according to the present invention can be produced by using three kinds of genes fabB , fabF and fabA in the fatty acid synthesis elongation stage as a promoter of cspA having the genetic information of the cold shock protein, The recombinant plasmid is prepared by cloning into a plasmid (pCOLD1) which is characterized by increasing the efficiency, and the recombinant plasmid is introduced into E. coli BL21 (DE3), which is a host strain, There is an effect of increasing the expression efficiency of three genes. In addition, when the fatty acid was prepared using the recombinant E. coli, the ratio of the unsaturated fatty acid was not genetically modified with the recombinant E. coli BL21 (DE3) :: pEcoli-Nterm 6xHN :: fabF, fabB, fabA ) The ratio of the unsaturated fatty acids in E. coli BL21 (DE3) is greatly increased, and unsaturated fatty acids can be effectively produced.

도 1은 지방산 합성 경로 및 불포화 지방산 합성 경로를 나타낸 도이다.
도 2는 저온에서 대장균 내 단백질 발현 효율을 높이기 위해 사용한 플라스미드 (pCOLD1)의 정보를 나타낸 도이다.
도 3은 재조합 플라스미드(pCOLD1::fabF, fabB, fabA)와 fabF+fabB+fabA의 크기를 확인한 것을 나타낸 도이다.
도 4는 대장균 내 단백질 발현을 위한 플라스미드 pCOLD1과 fabB, fabF, fabA의 유전자 정보를 포함한 뉴클레오티드를 결합시킨 재조합 플라스미드의 구조 및 크기 변화를 나타낸 도이다.
도 5는 fabB, fabF, fabA의 유전정보에 대한 주형으로 이용하기 위한 플라스미드 pEcoli-Nterm 6xHN와 유전자 fabF, fabB, fabA의 유전자 정보를 포함한 뉴클레오티드를 결합시킨 재조합 플라스미드의 구조 및 크기 변화를 나타낸 도이다.
도 6은 대장균 내 단백질 발현을 위한 플라스미드 pCOLD1에 결합시킨 fabF, fabB, fabA 유전자의 염기서열 분석 결과를 나타낸 도이다.
1 shows a fatty acid synthesis route and an unsaturated fatty acid synthesis route.
Fig. 2 is a diagram showing information of a plasmid (pCOLD1) used for increasing protein expression efficiency in E. coli at low temperatures.
Fig. 3 is a diagram showing the sizes of recombinant plasmids (pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) and fabF + fabB + fabA .
FIG. 4 is a diagram showing the structure and size change of a recombinant plasmid in which nucleotides including gene information of plasmid pCOLD1 and fabB, fabF and fabA for expression of the protein in E. coli are combined.
FIG. 5 is a diagram showing a structure and size change of a recombinant plasmid in which a nucleotide including gene information of the genes pEcoli-Nterm 6xHN and genes fabF, fabB, and fabA is combined for use as a template for the genetic information of fabB, fabF and fabA .
FIG. 6 is a diagram showing the nucleotide sequence analysis results of the fabF, fabB, and fabA genes bound to the plasmid pCOLD1 for expression of the protein in E. coli.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in order to facilitate understanding of the present invention. However, the following examples are provided only for the purpose of easier understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.

실시예Example 1 : 목적 유전자의 정보를 보유한 뉴클레오티드를 포함하는 재조합 플라스미드의 제조 1: Preparation of recombinant plasmid containing nucleotide having information of target gene

1. One. PCRPCR 을 이용한 유전자 증폭Gene amplification using

본 발명에 사용된 유전자 정보는 대장균(E.coli K-12 MG1655)의 유전 정보를 바탕으로 하여, 지방산 합성 신장단계에서 탄소 사슬의 신장과 지방산 생성 마지막 단계에 작용하는 효소 (KASI, KASII)의 정보를 가진 두 개의 유전자 fabB(서열번호 1), fabF(서열번호 2)와 KASI와 함께 불포화지방산 생성 단계에 관여하는 효소 (β-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase/isomerase)의 정보를 가진 유전자 fabA(서열번호 3)의 염기서열을 사용하였다. 염기서열 정보는 KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, www.genome.jp/kegg/)에서 참고하였으며, 제작한 프라이머를 이용하여 중합효소연쇄반응(PCR, polymerase chain reaction)을 수행하여 목적 유전자를 확보하였다. 목적 유전자의 증폭반응을 위한 프라이머 제작 및 제한효소는 표 4에 나타내었다.The gene information used in the present invention is based on the genetic information of E. coli K-12 MG1655, and it is known that the enzymes (KASI, KASII) acting at the last stage of carbon chain elongation and fatty acid production in the fatty acid synthesis elongation step two genes with information fabB (SEQ ID NO: 1), fabF (SEQ ID NO: 2) and the KASI gene with the information on the enzyme (β-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase / isomerase ) involved in the unsaturated fatty acid generation step fabA (SEQ ID NO: 3 with ) Was used. The nucleotide sequence information was referenced from KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, www.genome.jp/kegg/ ), and PCR was carried out using the prepared primers to obtain the desired gene Respectively. Primer preparation and restriction enzymes for amplification of the target gene are shown in Table 4.

목적 유전자Target gene 발현 효소Expression enzyme 플라스미드Plasmid 프라이머primer 제한효소Restriction enzyme fabBfabB KASI
(β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseI)
KASI
(β-keto acyl-acyl carrier protein synthase I)
pEcoli-Nterm 6xHNpEcoli-Nterm 6xHN 5'-GGA AGA TCT GAA GGA GAT ATA CCA TGA AAC GTG CAG TGA TTA CTG GCC-3'5'-GGA AGA TCT GAA GGA GAT ATA CCA TGA AAC GTG CAG TGA TTA CTG GCC-3 ' BglII,
NotI
BglII,
NotI
5'-ATA AGA ATG CGG CCG CTT AAT CTT TCA GCT TGC GCA TTA CCA-3'5'-ATA AGA ATG CGG CCG CTT AAT CTT TCA GCT TGC GCA TTA CCA-3 ' fabFfabF KASII
(β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseII)
KASII
(β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseII)
pEcoli-Nterm 6xHNpEcoli-Nterm 6xHN 5'-AAA ACT GCA GGT GTG TCT AAG CGT CGT GTA GTT GTG A-3'5'-AAA ACT GCA GGT GTG TCT AAG CGT CGT GTA GTT GTGA-3 ' PstI,
SalI
PstI,
SalI
5'-ACG CGT CGA CTT AGA TCT TTT TAA AGA TCA AAG AAC C-3'5'-ACG CGT CGA CTT AGA TCT TTT TAA AGA TCA AAG AAC C-3 ' fabAfabA β-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase/isomeraseβ-Hydroxydecanoyl ACP dehydrase / isomerase pEcoli-Nterm 6xHNpEcoli-Nterm 6xHN 5'-CCT TAA TTA AGG AAG GAG GGA TGG TAG ATA AAC GCG AAT CC-3'5'-CCT TAA TTA AGG AAG GAG GGA TGG TAG ATA AAC GCG AAT CC-3 ' PacI,
XbaI
PacI,
XbaI
5'-GCT CTA GAG CTC AGA AGG CAG ACG TAT CCT G-3'5'-GCT CTA GAG CTC AGA AGG CAG ACG TAT CCT G-3 ' fabF, fabB, fabAfabF, fabB, fabA pCOLD1pCOLD1 5'-AAA ACT GCA GGT AGT GTC TAA GCG TCG TGT AGT TGT GA-3' 5'-AAA ACT GCA GGT AGT GTC TAA GCG TCG TGT AGT TGT GA-3 ' PstI, XbaIPstI, XbaI 5'-GCT CTA GAT CAG AAG GCA GAC GTA TCC TGG AAC AGA C-3' 5'-GCT CTA GAT CAG AAG GCA GAC GTA TCC TGG AAC AG C-3 '

중합효소연쇄반응을 위한 주형 유전자로 사용한 재조합 플라스미드 (pEcoli-Nterm 6xHN::fabF, fabB, fabA)에 해당하는 유전자 fabF, fabB, fabA에 대해서 대장균의 주형 유전자는 하기와 같은 방법으로 획득하였다. 먼저, E. coli K12 MG1655를 배양한 후, 대장균 배양액을 원심분리하고 상등액을 취하였다. 상등액에 5㎖의 리소자임 용액을 첨가하여 혼합한 후, 투명한 점성이 나타날 때까지 섞어주었다. 점성이 나타나면 2㎖의 10% SDS (sodium dodecyl sulfate) 용액을 첨가하고 30분 동안 반응하였다. 혼합물을 0.7㎖씩 마이크로튜브에 분주하고, PCI용액 (페놀, 클로로포름, 이소아밀 알콜)을 넣어 층 분리가 일어나지 않을 때까지 섞어주었다. 이 후 원심분리하고 상등액을 모아 같은 방법으로 PCI 용액을 처리하고 원심분리 하였다. 모아진 상등액 부피의 1/10 만큼 pH 6으로 적정한 3M 아세테이트와 두 배의 에탄올을 첨가하여 DNA를 분리하였다. 분리한 DNA를 주형으로 하여, 각각의 유전자들 (fabB, fabF, fabA)의 프라이머와 함께 중합효소연쇄반응에 이용하여 유전자를 증폭하였다. 중합효소연쇄반응의 조건은 통상적인 조건으로 변성온도 (denaturing temperature) 94℃, 결합온도 (annealing temperature) 65℃, 신장온도 (extension temperature) 72℃에서 진행되었으며, 총 30회 반응을 수행하였다. 반응에 사용한 중합효소 (polymerase)는 NEB (New England Biolabs Inc.) 사의 제품을 사용하였다. 증폭된 유전자 물질은 정제과정을 거치고, 0.7% 아가로오스 겔 (agarose gel)에서 확인하였다.
For the genes fabF, fabB and fabA corresponding to the recombinant plasmids (pEcoli-Nterm 6xHN :: fabF, fabB, fabA ) used as the template gene for the polymerase chain reaction, the template gene of E. coli was obtained by the following method. First, after E. coli K12 MG1655 was cultured, the E. coli culture was centrifuged and the supernatant was taken. 5 ml of lysozyme solution was added to the supernatant, mixed and mixed until a clear viscous appeared. When viscosity appeared, 2 ml of 10% SDS (sodium dodecyl sulfate) solution was added and reacted for 30 minutes. The mixture was dispensed in 0.7 ml portions into microtube, and PCI solution (phenol, chloroform, isoamyl alcohol) was added to the mixture until the layer separation did not occur. The supernatant was collected, treated with PCI solution in the same manner, and centrifuged. DNA was separated by addition of 3M acetate and twice the volume of ethanol, adjusted to pH 6 by 1/10 of the collected supernatant volume. The isolated DNA was used as a template and amplified with polymerase chain reaction together with primers of respective genes ( fabB , fabF , fabA ). The polymerase chain reaction was carried out under denaturation temperature of 94 ° C., annealing temperature of 65 ° C. and extension temperature of 72 ° C. under the usual conditions, and the reaction was performed 30 times in total. The polymerase used in the reaction was NEB (New England Biolabs Inc.). The amplified genetic material was subjected to purification and confirmed in 0.7% agarose gel.

2. 목적 유전자의 정보를 보유한 뉴클레오티드를 포함하는 재조합 플라스미드의 제조2. Preparation of recombinant plasmids containing nucleotides with information of the gene of interest

확보한 유전자 뉴클레오티드와 단백질 발현 벡터를 말단부위를 제외한 다른 부위를 절단하지 않는 공통된 제한효소를 사용하여 절단하고, 전기영동으로 확인하였다. 확인된 아가로오스 겔의 밴드(band)를 절단하여 50℃에서 녹인 후, 정제 과정을 거쳐 라이게이션(ligation)을 4℃에서 수행하여 선형의 pCOLD1에 fabF, fabB, fabA을 순서대로 결합시킨 원형 플라스미드 (pCOLD1::fabF, fabB, fabA)를 제조하였다. 재조합 플라스미드 (pCOLD1::fabF, fabB, fabA)와 fabF+fabB+fabA의 크기를 확인한 것을 도 3에 나타내었다. 플라스미드 pCOLD1과 fabB, fabF, fabA의 유전자 정보를 포함한 뉴클레오티드를 결합시킨 재조합 플라스미드의 구조 및 크기 변화는 도 4에 나타내었다. 그리고 fabB, fabF, fabA의 유전정보에 대한 주형으로 이용된 플라스미드 pEcoli-Nterm 6xHN와 유전자 fabF, fabB, fabA의 유전자 정보를 포함한 뉴클레오티드를 결합시킨 재조합 플라스미드의 구조 및 크기 변화는 도 5에 나타내었다.
The obtained gene nucleotide and protein expression vector were cleaved using a common restriction enzyme that did not cleave other regions except the terminal region and confirmed by electrophoresis. The band of the confirmed agarose gel was cut and dissolved at 50 ° C, followed by purification and ligation at 4 ° C to form a circular form in which pCOLD1 of linear type was combined with fabF, fabB, and fabA Plasmids (pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) were prepared. The sizes of the recombinant plasmids (pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) and fabF + fabB + fabA were confirmed in FIG. The structure and size changes of the recombinant plasmids in which the nucleotides including the plasmid pCOLD1 and the gene information of fabB, fabF and fabA are combined are shown in FIG. And are shown in fabB, fabF, the use as a template for the genetic information of fabA plasmid pEcoli-Nterm 6xHN gene fabF, fabB, Figure 5 structure, and size change of a recombinant plasmid that combines an oligonucleotide containing the genetic information of fabA.

실시예 2 : 재조합 플라스미드에 의해 형질전환 된 재조합 대장균의 제조Example 2: Preparation of recombinant Escherichia coli transformed with recombinant plasmid

1. 재조합 플라스미드의 합성오류 확인 1. Confirmation of synthesis error of recombinant plasmid

목적 유전자의 운반을 목적으로 하는 플라스미드 (pCOLD1::fabF, fabB, fabA)을 숙주세포에 넣기 전, 재조합 플라스미드의 합성오류 확인 및 벡터의 안정성과 숙주 균주로의 형질전환 시 효율 향상을 위해 대장균 E. coli XL1-Blue (E. coli XL1-B)를 이용하여 컴피턴트 세포 (competent cell)를 제조하여 일차 형질전환을 시도하였다(E. coli XL-1 blue:: pCOLD1::fabF, fabB, fabA).Before putting the plasmid (pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) for the purpose of carrying the target gene into the host cell , it is necessary to confirm the synthesis error of the recombinant plasmid, and to improve the efficiency of transformation of the vector into E. coli E Competent cells were prepared using E. coli XL1-Blue ( E. coli XL1-B) to perform primary transformation ( E. coli XL-1 blue :: pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ).

컴피턴트 세포는 하기와 같은 과정으로 제조하였다. 37℃에서 배양한 E. coli XL1-Blue를 계대 배양하여, 생장 곡선의 지수기에 접어들었을 때 회수하여, 0℃에서 30분 동안 보관하였다. 배양액을 5,000 rpm에서 원심분리한 후 상등액을 제거하고, 세포벽을 플라스미드 이동이 용이하게 처리하기 위하여 MgCl2 용액을 넣어 30분 동안 0℃에서 보관하였다. 상기 용액을 다시 원심분리 하여 상등액을 제거하고 CaCl2 용액을 넣어 60분간 0℃에서 이차 처리하였다. 여기에 외부 유전자를 포함한 재조합 플라스미드(pCOLD1::fabF, fabB, fabA)를 넣어 0℃에서 30분 동안 반응시키고, 42℃의 온수조에서 30초 동안 열처리하고, 5분 동안 0℃의 얼음에 순차적으로 넣는 열충격 형질전환방법 (heat-shock method)을 실시하였다. 상기 열충격 형질전환방법을 실시한 샘플은 37℃에서 1시간 동안 배양하여 형질전환 과정을 거친 세포들의 정상 생장을 도왔다. 이 세포를 플라스미드가 내성을 가지고 있는 항생제 (암피실린)가 포함된 고체 LB 배지 (LB 아가 플레이트, 트립톤 10 g/L, NaCl 5 g/L, 효모 추출액 5 g/L, 아가 15 g/L)에 일정량 도말 (spreading)하였다.The competent cells were prepared by the following procedure. E. coli XL1-Blue cultured at 37 ° C was subcultured, collected at the exponential period of the growth curve, and stored at 0 ° C for 30 minutes. The supernatant was removed by centrifugation at 5,000 rpm, and the MgCl 2 solution was added to the cell wall for 30 minutes at 0 ° C to facilitate the plasmid transfer. The solution was centrifuged again to remove the supernatant, and CaCl 2 solution was added and the mixture was subjected to secondary treatment at 0 ° C for 60 minutes. Recombinant plasmids (pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) containing an external gene were added thereto and reacted at 0 ° C for 30 minutes, heat-treated in a hot water bath at 42 ° C for 30 seconds, (Heat-shock method). The sample subjected to the thermal shock transformation method was cultured at 37 ° C for 1 hour to help normal growth of the transformed cells. The cells were cultured in a solid LB medium (LB agar plate, tryptone 10 g / L, NaCl 5 g / L, yeast extract 5 g / L, agar 15 g / L) containing an antibiotic (ampicillin) To a certain extent.

상기 형질전환과정을 거친 샘플은 항생제가 포함된 고체 LB 배지에서 작은 원형 콜로니 (colony) 형태로 자라는 것을 확인하였다. 이 콜로니를 항생제가 포함된 5㎖의 액체 LB 배지에서 배양하고 일반적인 플라스미드 추출 키트를 이용하여 플라스미드를 추출하였다. 상기 추출한 플라스미드는 중합효소연쇄반응 과정 후에 라이게이션을 위해 처리한 제한효소를 이용하여 플라스미드와 목적 유전자의 정보를 보유한 뉴클레오티드를 절단하여 E. coli K-12 MG1655의 유전자와의 크기를 비교하였다. 또한 상기와 같은 플라스미드의 유전자 염기서열 분석결과와 KEGG에 공개된 유전정보가 일치하는지 확인하여, 형질전환 과정의 돌연변이나 중합효소연쇄반응 도중에 일어나는 합성오류가 없음을 확인하였다. 이는 도 6에 나타내었다.The transformed sample was found to grow in a small round colony form in solid LB medium containing antibiotics. The colonies were cultured in 5 ml of liquid LB medium containing antibiotics and plasmids were extracted using a general plasmid extraction kit. The extracted plasmid was digested with the restriction enzyme treated for ligation after the PCR, and the size of the plasmid and the nucleotide having the information of the target gene were cut and compared with the gene of E. coli K-12 MG1655. In addition, it was confirmed that there is no synthetic error occurring during the mutation of the transformation process or the polymerase chain reaction by confirming that the genomic sequence analysis result of the above plasmid and the genetic information disclosed in KEGG are identical. This is shown in FIG.

재조합 플라스미드 pCOLD1::fabF, fabB, fabAfabB 유전자의 염기서열과 E. coli K-12 MG1655의 fabB 유전자의 염기서열 분석결과에서 뉴클레오티드 한 곳의 서열이 E. coli K-12 MG1655와 상이하였지만, 아미노산으로 번역이 된 경우의 아미노산 서열과 효소의 기능을 하는 단백질로 입체구조를 가지는 경우에는 일치함을 확인하였다.
Although recombinant plasmid pCOLD1 :: fabF, fabB, sequencing and sequence analysis of the sequence one nucleotide at a result of fabB gene of E. coli K-12 MG1655 a fabB fabA gene of the E. coli K-12 MG1655 and different from each other, It was confirmed that the amino acid sequence in the case of translation into amino acid and the protein having the steric structure as the function of the enzyme were consistent with each other.

2. 재조합 대장균의 제조 (2. Preparation of recombinant E. coli E. coli E. coli BL21(DE3) ::pCOLD1::BL21 (DE3) :: pCOLD1 :: fabFfabF , , fabB, fabAfabB, fabA ))

상기 1에서 합성오류를 점검한 재조합 플라스미드 (pCOLD1::fabF, fabB, fabA)를 넣기 위해서, 상기 1의 컴피턴트 세포 제조방법과 동일한 방법으로 숙주 대장균 (E. coli BL21(DE3))와 재조합 플라스미드를 처리하고 열충격 형질전환방법을 다시 시도하여 재조합 균주를 제조하였다(E. coli BL21(DE3)::pCOLD1::fabF, fabB, fabA).In order to insert the recombinant plasmid (pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) in which the synthetic error was checked in 1 above, E. coli BL21 (DE3) and a recombinant plasmid ( E. coli BL21 (DE3) :: pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) were prepared by repeating the heat shock transformation method.

따라서, 상기 제조한 재조합 대장균 (E. coli BL21(DE3)::pCOLD1::fabF, fabB, fabA)을 2014년 09월 17일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터 유전자은행(KCTC)에 기탁하였으며, KCTC18324P의 수탁번호를 부여받았다.Therefore, the recombinant E. coli BL21 (DE3) :: pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) prepared above was deposited with the KCTC of the BRC Center of the Korea Biotechnology Research Institute on September 17, KCTC18324P.

상기 제조된 재조합 대장균, 목적 유전자 및 재조합 플라스미드는 표 5에 나타내었다.The prepared recombinant E. coli, the target gene and the recombinant plasmid are shown in Table 5.

재조합 대장균Recombinant E. coli 목적 유전자Target gene 재조합 플라스미드The recombinant plasmid E. coli BL21(DE3)::pCOLD1::fabF, fabB, fabA E. coli BL21 (DE3) :: pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA fabF, fabB, fabAfabF, fabB, fabA pCOLD1::fabF, fabB, fabA pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA

실시예 3 : 재조합 대장균을 이용하여 지방산의 생성Example 3 Production of Fatty Acids Using Recombinant Escherichia coli

상기 실시예 2에서 제조된 재조합 대장균 (E. coli BL21(DE3)::pCOLD1::fabF, fabB, fabA)을 항생제인 암피실린이 포함된 200㎖의 액체 LB 배지에 넣고 총 27시간 동안 배양하였다. 먼저 37℃의 진탕배양기에서 200rpm의 속도로 회전시키면서 배양하였다. 배양액의 OD (optical density)가 0.6~0.8에 이르렀을 때 유전자 발현을 목적으로 1.0mM IPTG (Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside)를 첨가한 후 낮은 온도에서 KASⅡ의 발현이 효율적임을 고려하여 17℃의 낮은 온도로 옮겨 배양하였으며, 원심분리하여 균체와 배지를 분리하고, 동결건조하여 균체의 수분을 제거하였다. 분석을 위한 샘플을 제조하기 위해서, 균체가 포함된 시험관에 황산과 메탄올 (5:100의 부피비)의 혼합용액을 첨가하고, 질소로 충진하였다. 시험관을 밀봉하여 90℃에서 30분 동안 에스테르화 반응을 하고 상온에서 냉각시켰다. 그 다음, 헥산과 증류수를 첨가하여 교반기 위에서 섞어주고 원심분리를 통해 층을 분리하여 FAMEs(fatty acid methyl esters)이 용해된 상층의 헥산층을 분석하였다. 분석에 이용한 장비는 가스크로마토그래피 (gas chromatography, Agilent 6890N)이며, 이용한 컬럼은 Agilent 19091N-133 capillary column이다.Recombinant E. coli BL21 (DE3) :: pCOLD1 :: fabF , fabB, fabA ) prepared in Example 2 was placed in 200 ml of liquid LB medium containing ampicillin as an antibiotic and cultured for a total of 27 hours. First, the cells were cultured in a shaking incubator at 37 DEG C while being rotated at a speed of 200 rpm. Considering that the expression of KAS II is efficient at low temperature after the addition of 1.0 mM IPTG (Isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) for the purpose of gene expression when the OD of the culture reached 0.6 ~ 0.8, The cells were cultured at low temperature, centrifuged to separate the cells and the medium, and lyophilized to remove moisture from the cells. To prepare a sample for analysis, a mixed solution of sulfuric acid and methanol (volume ratio of 5: 100) was added to a test tube containing cells, and the mixture was filled with nitrogen. The test tube was sealed, subjected to an esterification reaction at 90 DEG C for 30 minutes, and cooled at room temperature. Then, hexane and distilled water were added and mixed on a stirrer. The layers were separated by centrifugation, and the hexane layer of the upper layer in which FAMEs (fatty acid methyl esters) were dissolved was analyzed. The instrument used for the analysis was gas chromatography (Agilent 6890N), and the column used was an Agilent 19091N-133 capillary column.

표 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 재조합 대장균의 불포화 지방산 조성을 분석한 결과, 본 발명의 재조합 균주는 야생형 균주(E. coli BL21(DE3))뿐만 아니라 불포화 지방산을 생산하는 양성 대조군[대한민국 등록특허 제10-1402108호에 개시된 재조합 플라스미드(pEcoli-Nterm 6xHN::fabF, fabB, fabA)를 이용하여 형질전환시킨 E. coli BL21(DE3):: pEcoli-Nterm 6xHN::fabF, fabB, fabA] 과 비교하여 불포화 지방산 조성에서 차이가 생겼으며, 특히, 시스-박센산(cis-vaccenic acid)의 비율과 양이 탁월하게 향상된 것을 확인하였다.As shown in Table 6, the recombinant Escherichia coli of the present invention was analyzed for the unsaturated fatty acid composition. As a result, it was found that the recombinant strain of the present invention contained not only a wild-type strain ( E. coli BL21 (DE3)) but also a positive control E. coli BL21 (DE3) :: pEcoli-Nterm 6xHN :: fabF, fabB, fabA transformed with the recombinant plasmids (pEcoli-Nterm 6xHN :: fabF, fabB, fabA ) disclosed in EP-10-1402108 , And it was confirmed that the ratio and amount of cis-vaccenic acid was improved remarkably.

Figure 112014098311944-pat00002
Figure 112014098311944-pat00002

한국생명공학연구원Korea Biotechnology Research Institute KCTC18324PKCTC18324P 2014091720140917

<110> INHA-INDUSTRY PARTNERSHIP INSTITUTE <120> Recombinant E.coli producing unsaturated fatty acid, and method <130> INHA1.146P <160> 12 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 1242 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 1 gtgtctaagc gtcgtgtagt tgtgaccgga ctgggcatgt tgtctcctgt cggcaatacc 60 gtagagtcta cctggaaagc tctgcttgcc ggtcagagtg gcatcagcct aatcgaccat 120 ttcgatacta gcgcctatgc aacgaaattt gctggcttag taaaggattt taactgtgag 180 gacattatct cgcgcaaaga acagcgcaag atggatgcct tcattcaata tggaattgtc 240 gctggcgttc aggccatgca ggattctggc cttgaaataa cggaagagaa cgcaacccgc 300 attggtgccg caattggctc cgggattggc ggcctcggac tgatcgaaga aaaccacaca 360 tctctgatga acggtggtcc acgtaagatc agcccattct tcgttccgtc aacgattgtg 420 aacatggtgg caggtcatct gactatcatg tatggcctgc gtggcccgag catctctatc 480 gcgactgcct gtacttccgg cgtgcacaac attggccatg ctgcgcgtat tatcgcgtat 540 ggcgatgctg acgtgatggt tgcaggtggc gcagagaaag ccagtacgcc gctgggcgtt 600 ggtggttttg gcgcggcacg tgcattatct acccgcaatg ataacccgca agcggcgagc 660 cgcccgtggg ataaagagcg tgatggtttc gtactgggcg atggtgccgg tatgctggta 720 cttgaagagt acgaacacgc gaaaaaacgc ggtgcgaaaa tttacgctga actcgtcggc 780 tttggtatga gcagcgatgc ttatcatatg acgtcaccgc cagaaaatgg cgcaggcgca 840 gctctggcga tggcaaatgc tctgcgtgat gcaggcattg aagcgagtca gattggctac 900 gttaacgcgc acggtacttc tacgccggct ggcgataaag ctgaagcgca ggcggtgaaa 960 accatcttcg gtgaagctgc aagccgtgtg ttggtaagct ccacgaaatc tatgaccggt 1020 cacctgttag gtgcggcggg tgcagtagaa tctatctact ccatcctggc gctgcgcgat 1080 caggctgttc cgccaaccat caacctggat aacccggatg aaggttgcga tctggatttc 1140 gtaccgcacg aagcgcgtca ggttagcgga atggaataca ctctgtgtaa ctccttcggc 1200 ttcggtggca ctaatggttc tttgatcttt aaaaagatct aa 1242 <210> 2 <211> 1217 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 2 aaacgtgcag tgattactgg cctgggcatt gtttccagca tcggtaataa ccagcaggaa 60 gtcctggcat ctctgcgtga aggacgttca gggatcactt tctctcagga gctgaaggat 120 tccggcatgc gtagccacgt ctggggcaac gtaaaactgg ataccactgg cctcattgac 180 cgcaaagttg tgcgctttat gagcgacgca tccatttatg cattcctttc tatggagcag 240 gcaatcgctg atgcgggcct ctctccggaa gcttaccaga ataacccgcg cgttggcctg 300 attgcaggtt ccggcggcgg ctccccgcgt ttccaggtgt tcggcgctga cgcgatgcgc 360 ggcccgcgcg gcctgaaagc ggttggcccg tatgtggtca ccaaagcgat ggcatccggc 420 gtttctgcct gcctcgccac cccgtttaaa attcatggcg ttaactactc catcagtccg 480 cgtgtgcgac ttccgcacac tgtatcggta acgcagtaga gcagatccaa ctgggcaaac 540 aggacatcgt gtttgctggc ggcggcgaag agctgtgctg ggaaatggct tgcgaattcg 600 acgcaatggg tgcgctgtct actaaataca acgacacccc ggaaaaagcc tcccgtactt 660 acgacgctca ccgtgacggt ttcgttatcg ctggcggcgg cggtatggta gtggttgaag 720 agctggaaca cgcgctggcg cgtggtgctc acatctatgc tgaaatcgtt ggctacggcg 780 caacctctga tggtgcagac atggttgctc cgtctggcga aggcgcagta cgctgcatga 840 agatggcgat gcatggcgtt gataccccaa tcgattacct gaactcccac ggtacttcga 900 ctccggttgg cgacgtgaaa gagctggcag ctatccgtga agtgttcggc gataagagcc 960 cggcgatttc tgcaaccaaa gccatgaccg gtcactctct gggcgctgct ggcgtacagg 1020 aagctatcta ctctctgctg atgctggaac acggctttat cgccccgagc atcaacattg 1080 aagagctgga cgagcaggct gcgggtctga acatcgtgac cgaaacgacc gatcgcgaac 1140 tgaccaccgt tatgtctaac agcttcggct tcggcggcac caacgccacg ctggtaatgc 1200 gcaagctgaa agattaa 1217 <210> 3 <211> 518 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 3 atggtagata aacgcgaatc ctatacaaaa gaagaccttc ttgcctctgg tcgcggtgac 60 tgtttggcgc taaaggcccg caattgccag caccgaacat gctgatgatg gaccgtgtgg 120 tcaaaatgac cgaaacgggt ggtaacttcg acaaagggta tgttgaagca gaactggata 180 tcaatccgga tctgtggttc ttcggatgcc actttattgg cgatccggtt atgccgggat 240 gcctgggcct ggacgcaatg tggcagctgg tagggttcta cctcggctgg ctgggcggcg 300 aaggtaaagg ccgcgcgctg ggcgttggcg aagtgaaatt cactggtcag gtactgccga 360 cagcgaaaaa agtgacctac cgtattcact ttaaacgcat tgttaaccgt cgtctgatta 420 tgggcctggc ggatggcgaa gtgctggttg atggtcgtct gatctatacc gccagcgacc 480 tgaaagtcgg tctgttccag gatacgtctg ccttctga 518 <210> 4 <211> 67 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cspA promoter <400> 4 ccgattaatc ataaatatga aaaataattg ttgcatcacc cgccaatgcg tggcttaatg 60 cacatca 67 <210> 5 <211> 48 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for fabB gene <400> 5 ggaagatctg aaggagatat accatgaaac gtgcagtgat tactggcc 48 <210> 6 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for fabB gene <400> 6 ataagaatgc ggccgcttaa tctttcagct tgcgcattac ca 42 <210> 7 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for fabF gene <400> 7 aaaactgcag gtgtgtctaa gcgtcgtgta gttgtga 37 <210> 8 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for fabF gene <400> 8 acgcgtcgac ttagatcttt ttaaagatca aagaacc 37 <210> 9 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for fabA gene <400> 9 ccttaattaa ggaaggaggg atggtagata aacgcgaatc c 41 <210> 10 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for fabA gene <400> 10 gctctagagc tcagaaggca gacgtatcct g 31 <210> 11 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for fabF, fabB and fabA gene <400> 11 aaaactgcag gtagtgtcta agcgtcgtgt agttgtga 38 <210> 12 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for fabF, fabB and fabA gene <400> 12 gctctagatc agaaggcaga cgtatcctgg aacagac 37 <110> INHA-INDUSTRY PARTNERSHIP INSTITUTE <120> Recombinant E. coli producing unsaturated fatty acid, and method <130> INHA1.146P <160> 12 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 1242 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 1 gtgtctaagc gtcgtgtagt tgtgaccgga ctgggcatgt tgtctcctgt cggcaatacc 60 gtagagtcta cctggaaagc tctgcttgcc ggtcagagtg gcatcagcct aatcgaccat 120 ttcgatacta gcgcctatgc aacgaaattt gctggcttag taaaggattt taactgtgag 180 gacattatct cgcgcaaaga acagcgcaag atggatgcct tcattcaata tggaattgtc 240 gctggcgttc aggccatgca ggattctggc cttgaaataa cggaagagaa cgcaacccgc 300 attggtgccg caattggctc cgggattggc ggcctcggac tgatcgaaga aaaccacaca 360 tctctgatga acggtggtcc acgtaagatc agcccattct tcgttccgtc aacgattgtg 420 aacatggtgg caggtcatct gactatcatg tatggcctgc gtggcccgag catctctatc 480 gcgactgcct gtacttccgg cgtgcacaac attggccatg ctgcgcgtat tatcgcgtat 540 ggcgatgctg acgtgatggt tgcaggtggc gcagagaaag ccagtacgcc gctgggcgtt 600 ggtggttttg gcgcggcacg tgcattatct acccgcaatg ataacccgca agcggcgagc 660 cgcccgtggg ataaagagcg tgatggtttc gtactgggcg atggtgccgg tatgctggta 720 cttgaagagt acgaacacgc gaaaaaacgc ggtgcgaaaa tttacgctga actcgtcggc 780 tttggtatga gcagcgatgc ttatcatatg acgtcaccgc cagaaaatgg cgcaggcgca 840 gctctggcga tggcaaatgc tctgcgtgat gcaggcattg aagcgagtca gattggctac 900 gttaacgcgc acggtacttc tacgccggct ggcgataaag ctgaagcgca ggcggtgaaa 960 accatcttcg gtgaagctgc aagccgtgtg ttggtaagct ccacgaaatc tatgaccggt 1020 cacctgttag gtgcggcggg tgcagtagaa tctatctact ccatcctggc gctgcgcgat 1080 caggctgttc cgccaaccat caacctggat aacccggatg aaggttgcga tctggatttc 1140 gtaccgcacg aagcgcgtca ggttagcgga atggaataca ctctgtgtaa ctccttcggc 1200 ttcggtggca ctaatggttc tttgatcttt aaaaagatct aa 1242 <210> 2 <211> 1217 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 2 aaacgtgcag tgattactgg cctgggcatt gtttccagca tcggtaataa ccagcaggaa 60 gtcctggcat ctctgcgtga aggacgttca gggatcactt tctctcagga gctgaaggat 120 tccggcatgc gtagccacgt ctggggcaac gtaaaactgg ataccactgg cctcattgac 180 cgcaaagttg tgcgctttat gagcgacgca tccatttatg cattcctttc tatggagcag 240 gcaatcgctg atgcgggcct ctctccggaa gcttaccaga ataacccgcg cgttggcctg 300 attgcaggtt ccggcggcgg ctccccgcgt ttccaggtgt tcggcgctga cgcgatgcgc 360 ggcccgcgcg gcctgaaagc ggttggcccg tatgtggtca ccaaagcgat ggcatccggc 420 gtttctgcct gcctcgccac cccgtttaaa attcatggcg ttaactactc catcagtccg 480 cgtgtgcgac ttccgcacac tgtatcggta acgcagtaga gcagatccaa ctgggcaaac 540 aggacatcgt gtttgctggc ggcggcgaag agctgtgctg ggaaatggct tgcgaattcg 600 acgcaatggg tgcgctgtct actaaataca acgacacccc ggaaaaagcc tcccgtactt 660 acgacgctca ccgtgacggt ttcgttatcg ctggcggcgg cggtatggta gtggttgaag 720 agctggaaca cgcgctggcg cgtggtgctc acatctatgc tgaaatcgtt ggctacggcg 780 caacctctga tggtgcagac atggttgctc cgtctggcga aggcgcagta cgctgcatga 840 agatggcgat gcatggcgtt gataccccaa tcgattacct gaactcccac ggtacttcga 900 ctccggttgg cgacgtgaaa gagctggcag ctatccgtga agtgttcggc gataagagcc 960 cggcgatttc tgcaaccaaa gccatgaccg gtcactctct gggcgctgct ggcgtacagg 1020 aagctatcta ctctctgctg atgctggaac acggctttat cgccccgagc atcaacattg 1080 aagagctgga cgagcaggct gcgggtctga acatcgtgac cgaaacgacc gatcgcgaac 1140 tgaccaccgt tatgtctaac agcttcggct tcggcggcac caacgccacg ctggtaatgc 1200 gcaagctgaa agattaa 1217 <210> 3 <211> 518 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 3 atggtagata aacgcgaatc ctatacaaaa gaagaccttc ttgcctctgg tcgcggtgac 60 tgtttggcgc taaaggcccg caattgccag caccgaacat gctgatgatg gaccgtgtgg 120 tcaaaatgac cgaaacgggt ggtaacttcg acaaagggta tgttgaagca gaactggata 180 tcaatccgga tctgtggttc ttcggatgcc actttattgg cgatccggtt atgccgggat 240 gcctgggcct ggacgcaatg tggcagctgg tagggttcta cctcggctgg ctgggcggcg 300 aaggtaaagg ccgcgcgctg ggcgttggcg aagtgaaatt cactggtcag gtactgccga 360 cagcgaaaaa agtgacctac cgtattcact ttaaacgcat tgttaaccgt cgtctgatta 420 tgggcctggc ggatggcgaa gtgctggttg atggtcgtct gatctatacc gccagcgacc 480 tgaaagtcgg tctgttccag gatacgtctg ccttctga 518 <210> 4 <211> 67 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cspA promoter <400> 4 ccgattaatc ataaatatga aaaataattg ttgcatcacc cgccaatgcg tggcttaatg 60 cacatca 67 <210> 5 <211> 48 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for fabB gene <400> 5 ggaagatctg aaggagatat accatgaaac gtgcagtgat tactggcc 48 <210> 6 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for fabB gene <400> 6 ataagaatgc ggccgcttaa tctttcagct tgcgcattac ca 42 <210> 7 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for fabF gene <400> 7 gt; <210> 8 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for fabF gene <400> 8 acgcgtcgac ttagatcttt ttaaagatca aagaacc 37 <210> 9 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for fabA gene <400> 9 ccttaattaa ggaaggaggg atggtagata aacgcgaatc c 41 <210> 10 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for fabA gene <400> 10 gctctagagc tcagaaggca gacgtatcct g 31 <210> 11 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer for fabF, fabB and fabA gene <400> 11 aaaactgcag gtagtgtcta agcgtcgtgt agttgtga 38 <210> 12 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer for fabF, fabB and fabA gene <400> 12 gctctagatc agaaggcaga cgtatcctgg aacagac 37

Claims (10)

5' 에서 3' 방향으로 작동가능하게 연결된(operatively linked),
(i) 원핵세포에서 작동가능한 cspA 프로모터(promoter); 및
(ii) E.coli K-12 MG1655의 베타-케토 아실-아실 운반 단백질 합성효소II (KASII, β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseII)를 코딩하는 뉴클레오티드 (fabF, 서열번호 1); E.coli K-12 MG1655의 베타-케토 아실-아실 운반 단백질 합성효소I (KASI, β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseI)를 코딩하는 뉴클레오티드 (fabB, 서열번호 2); 및 E.coli K-12 MG1655의 베타-하이드록시 데카노일 사이오에스터 디하이드레이즈/아이소머레이즈 (β-hydroxy decanoyl thioester dehydrase/isomerase)를 코딩하는 뉴클레오티드 (fabA, 서열번호 3);를 포함하는 재조합 플라스미드 벡터로 형질전환된, 시스-박센산(cis-vaccenic acid)을 생산하는 재조합 대장균으로서, 상기 재조합 대장균은 E. coli BL21(DE3)::pCOLD1::fabF, fabB, fabA이고, 기탁번호 KCTC18324P로 기탁된 재조합 대장균인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.
Operatively linked in the 5 'to 3' direction,
(i) a cspA promoter operable in prokaryotic cells; And
(ii) a nucleotide ( fabF , SEQ ID NO: 1) encoding a beta-ketoacyl-acyl transferase protein synthetase II of E. coli K-12 MG1655 (KASII, β-keto acyl-acyl carrier protein synthaseII); A nucleotide ( FabB , SEQ ID NO: 2) coding for beta-ketoacyl-acyl transferase protein synthase I (KASI, β-keto acyl-acyl carrier protein synthase I) of E. coli K-12 MG1655; And a nucleotide ( fabA , SEQ ID NO: 3) encoding beta-hydroxydecanoyl thioester dehydrase / isomerase of E. coli K-12 MG1655 A recombinant Escherichia coli producing cis-vaccenic acid transformed with a recombinant plasmid vector, wherein the recombinant Escherichia coli is E. coli BL21 (DE3) :: pCOLD1 :: fabF, fabB, fabA, Wherein the recombinant Escherichia coli is a recombinant Escherichia coli deposited with KCTC18324P.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 재조합 플라스미드는 pCOLD1::fabF, fabB, fabA인 것을 특징으로 하는 재조합 대장균.2. The recombinant E. coli according to claim 1, wherein the recombinant plasmid is pCOLD1 :: fabF, fabB, fabA . 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 다음 단계를 포함하는 시스-박센산(cis-vaccenic acid)의 제조 방법:
(a) 제 1 항의 재조합 대장균을 1차 배양하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 1차 배양한 재조합 대장균을 10℃ 내지 20℃의 저온에서 2차 배양하는 단계;
(c) 상기 (b) 단계에서 얻은 배양액을 원심분리하여 균체와 배지를 분리하는 단계;
(d) 상기 (c) 단계에서 분리된 균체에 황산과 메탄올의 혼합용액을 첨가하고, 질소를 충전한 다음, 에스테르화 반응을 수행하는 단계; 및
(e) 상기 (d) 단계의 반응액에 헥산과 증류수를 첨가하여 층을 분리하는 단계.
A process for the preparation of cis-vaccenic acid comprising the steps of:
(a) primary culturing the recombinant E. coli of claim 1;
(b) secondary culturing the first-cultured recombinant E. coli of step (a) at a low temperature of 10 캜 to 20 캜;
(c) separating the culture medium and the culture medium by centrifuging the culture solution obtained in the step (b);
(d) adding a mixed solution of sulfuric acid and methanol to the cells separated in the step (c), filling the mixture with nitrogen, and performing an esterification reaction; And
(e) adding hexane and distilled water to the reaction solution of step (d) to separate the layers.
삭제delete 삭제delete
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