KR101807775B1 - Producing method of cadaverin by recycling of pyridoxal-5-phosphate with pyridoxal kinase - Google Patents

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박경문
김정호
서형민
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송헌석
김준영
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사시아나라야난 가네산
김현중
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Abstract

The present invention relates to a method of producing cadaverine by reusing pyridoxal phosphate after the application of pyridoxal kinase. More specifically, a recombinational strain, which simultaneously expresses pyridoxal kinase (pdxY) and lysine decarboxylase (cadA) derived from Escherichia coli, is used and pyridoxal (PL) or pyridoxine (PN) is reused as pyridoxal-5-phosphate, and thus, the mass production of cadaverine is enabled at a low cost through a simple process.

Description

피리독살 키나아제를 적용하여 피리독살인산의 재사용을 통한 카다베린 생산 방법{Producing method of cadaverin by recycling of pyridoxal-5-phosphate with pyridoxal kinase}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing cadaverine by re-use of pyridoxal phosphate by applying pyridoxal kinase to pyridoxal-5-phosphate with pyridoxal kinase,

본 발명은 피리독살 키나아제를 적용하여 피리독살인산의 재사용을 통한 카다베린 생산 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 대장균(Escherichia coli) 유래의 라이신 디카르복실라아제(cadA,lysine decarboxylase) 및 피리독살 키나아제(pdxY, pyridoxal kinase)을 동시에 발현하는 재조합 균주를 사용하여 피리독살(pyridoxal, PL) 또는 피리독신(pyridoxine, PN)을 피리독살인산(pyridoxal-5-phosphate)으로 재사용함으로써, 저렴한 비용 및 간단한 공정으로 카다베린을 대량생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention, more particularly, to the E. coli on the cadaverine production method through the re-use of pyridoxal phosphate by applying the pyridoxal kinase (Escherichia coli) lysine decarboxylase derived from (cadA, lysine decarboxylase) and pyridoxal kinase (pdxY, pyridoxal using the recombinant strain expressing the pyridoxal kinase) at the same time (pyridoxal, PL) or pyridoxine (pyridoxine, PN) of (Pyridoxal-5-phosphate), thereby producing a large amount of cadaverine in a low cost and simple process.

석유 유래의 플라스틱의 대체를 목적으로 생산되는 바이오 기반 플라스틱 생산을 위한 산업 균주 개발이 많이 연구되어 왔다. 이와 관련하여, 카다베린(cadverine), 퓨트레신(putrescine)과 같은 나일론 단량체를 대장균(Escherichia coli)이나 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)과 같은 산업 균주에 대사공학적인 방법을 적용하여 포도당이나 자일로스로부터 발효(fermentation)하는 연구들이 진행되어 왔다(한국 등록특허 10-1231897 호; 유럽 특허공개번호 제 2540836호; Qian ZG, et al., Biotechnol Bioeng . 2009 Nov 1;104(4):651-62; Qian ZG, et al., Biotechnol Bioeng . 2011 Jan;108(1):93-103). 하지만, 이와 같은 방법을 이용할 경우 생산성이나 농도에 있어서 상대적으로 효율이 떨어지기 때문에 산업적으로 활용하는데 어려움이 있었다. Development of industrial strains for the production of bio-based plastics produced for the purpose of replacing petroleum-derived plastics have been studied extensively. In this regard, nylon monomers such as cadverine, putrescine are used in Escherichia coli ) or Corynebacterium ( Corynebacterium < RTI ID = 0.0 > glutamicum ) have been studied by fermentation from glucose or xylose (Korean Patent No. 10-1231897; European Patent Publication No. 2540836; Qian ZG, et. al., Biotechnol Bioeng . 2009 Nov 1; 104 (4): 651-62; Qian ZG, et al., Biotechnol Bioeng . 2011 Jan; 108 (1): 93-103). However, when such a method is used, productivity and concentration are relatively inefficient and thus it has been difficult to utilize it industrially.

최근 이를 극복하기 위해, 여러 회사에서 대량 생산되고 있는 전구체인 라이신(L-lysine)으로부터 전세포 반응을 통해 고농도의 카다베린(cadaverine) 생산을 한 사례가 보고되었다(Ma W, et al., Biotechnol Lett . 2015 Apr;37(4):799-806). 전세포 반응은 발효 공정과 비교하여 볼 때 고농도의 반응을 빠른 시간 내에 보낼 수 있으며 후 공정인 고분자 중합 공정에 저해가 될 수 있는 발효 시에 나오는 다양한 부산물을 피할 수 있어 고순도의 카다베린을 얻을 수 있다.Recently, in order to overcome this problem, a case has been reported in which a high concentration of cadaverine is produced by a whole-cell reaction from lysine (L-lysine), which is a mass-produced precursor in several companies (Ma W, et al., Biotechnol Lett . 2015 Apr; 37 (4): 799-806). Compared with the fermentation process, the whole-cell reaction can deliver a high concentration of reaction in a short period of time, and it is possible to avoid a variety of by-products during the fermentation, have.

이러한 반응을 위하여 라이신 디카르복실라아제가 활용되는데 이때에는 조효소인 피리독살인산(pyridoxal phosphate, pyridoxal-5-phosphate, PLP)이 들어가야 반응이 진행될 수 있으며, 반응이 진행됨에 따라 PLP가 피리독살(pyridoxal, PL)의 형태로 바뀌며, 이는 다시 세포내의 ATP에 의해 PLP로 다시 전환되어 반응에 쓰일 수 있다. 이러한 PLP의 순환과정은 보통 시간이 많이 걸려서 고농도 전세포 반응을 진행할 때에는 PLP의 부족으로 인하여 전환율이 감소하게 되는 현상으로 이어진다는 단점을 가진다. 이러한 단점을 극복하기 위하여 최근 전세포 배양을 이용한 카다베린의 생산 방법에서는 반응 환경에 기질인 라이신과 함께 0.1 mM 정도의 외부 PLP를 넣어주게 되나, 이러한 PLP는 상당히 고가인 관계로 전체 반응의 비용 증가로 이어지게 된다.For this reaction, lysine dicarboxylase is used. In this case, pyridoxal phosphate (pyridoxal phosphate, PLP) is required to enter the reaction, and as the reaction proceeds, PLP reacts with pyridoxal pyridoxal, PL), which can be converted back to PLP by intracellular ATP and used for the reaction. The circulation process of PLP is usually time-consuming and leads to a phenomenon that conversion rate is decreased due to lack of PLP when high-concentration whole cell reaction proceeds. In order to overcome this drawback, recently, in the method of producing cadaverine using whole cell culture, 0.1 mM of external PLP is added together with lysine as a substrate in the reaction environment. However, since PLP is very expensive, .

효소를 이용한 생물 전환 방법에 있어서 다양한 효소들이 조효소를 요구하며, 이러한 조효소는 PLP 외에도 NADPH, NADP, ATP, 당 뉴클레오티드(Sugar nucleotide) 및 PAPS 등 다양한 물질이 있다. 그러나, 이러한 조효소 물질은 대부분 고가이며 불안정하여 구조가 깨어지기 쉽다는 단점을 가져, 조효소를 필요로 하는 효소를 이용하는 공정에 있어서, 효과적인 응용을 위해 조효소의 재생산 시스템이 제시되고 있다. 이러한 조효소의 재생산 시스템은 효소-효소 또는 효소-기질의 커플링 반응(coupling reaction)을 이용하여 해결할 수 있다(Zhao, Huimin, and Wilfred A. van der Donk. Current Opinion in Biotechnology 14.6 (2003): 583-589.). 효소-효소 커플링 반응은 조효소의 재생산을 위해 가장 흔하게 사용되며, 쌍으로 작용하는 2 개의 효소가 함께 작용하여 조효소를 재생산할 수 있다.In the biosynthesis process using enzymes, various enzymes require coenzyme. In addition to PLP, such coenzymes have various substances such as NADPH, NADP, ATP, sugar nucleotide and PAPS. However, most of these coenzyme substances are expensive and unstable, and thus the structure is liable to be broken. Thus, a coenzyme reprocessing system is proposed for effective application in a process using enzymes requiring coenzyme. This reproductive system of the coenzyme can be solved by using an enzyme-enzyme or enzyme-coupling reaction (Zhao, Huimin, and Wilfred A. van der Donk. Current Opinion in Biotechnology 14.6 (2003): 583 -589.). Enzyme-enzyme coupling reactions are most commonly used for the reproduction of coenzyme, and two enzymes acting in pairs can work together to reproduce the coenzyme.

PLP는 라이신 디카르복실라아제의 반응에 조효소로 사용되면서 PL로 전환되는데, PL을 다시 PLP로 전환할 수 있는 효소로서 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase)가 사용될 수 있음이 제시되었다. 이 중, 대장균(E. coli) K-12에서 유래된 피리독살 키나아제 pdxY 또는 pdxK 등이 보고되었다(Yang, Yong, et al., Journal of bacteriology 180.7 (1998): 1814-1821.). 그러나 실제로 카다베린 생산 공정 또는 PLP의 재생산에 있어서 pdxY가 사용된 예는 보고된 바 없다.PLP is converted to PL as a coenzyme in the reaction of lysine dicarboxylase, suggesting that pyridoxal kinase can be used as an enzyme capable of converting PL to PLP again. Among them, the pyridoxal kinase pdxY or pdxK derived from E. coli K-12 has been reported (Yang, Yong, et al., Journal of bacteriology 180.7 (1998): 1814-1821). However, there has been no report on the use of pdxY in the production of the cataractine or in the reproduction of PLP.

따라서, 본 발명자들은 PLP 조효소의 재활용(재사용)을 통한 보다 경제적이고 효율적인 카다베린 생산 시스템을 개발하고자 노력한 결과, 대장균 유래의 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase, cadA) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, pdxY)을 동시에 발현하는 재조합 대장균을 제조하였으며, 상기 재조합 대장균을 이용하여 cadA에 의해 라이신이 카다베린으로 전환되면서 PLP가 PL로 전환되면, pdxY가 PL을 PLP로 다시 전환하여 cadA에 다시 사용될 수 있도록 하는 PLP 재사용 시스템을 이용할 수 있음을 확인하였다. 또한, 본 발명의 PLP 재사용 시스템을 통해 상대적으로 저가인 PL 또는 PN을 조효소로서 첨가한 반응액에서도 PLP의 재사용이 효과적으로 일어나 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있음을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made efforts to develop a more economical and efficient cadaverine production system through recycling (reuse) of PLP coenzyme. As a result, it has been found that lysine decarboxylase (cadA) derived from Escherichia coli and pyridoxal kinase , pdxY) were synthesized. When recombinant E. coli was transformed into cadalin by cadA, and pdxY was converted into PL, pdxY converted PL to PLP and could be used again in cadA The PLP reuse system can be used. In addition, through the PLP reuse system of the present invention, it has been confirmed that PLP can be effectively reused in a reaction solution in which PL or PN as a coenzyme is added at a relatively low cost, thereby converting lysine into cadaverine.

이에, 본 발명자들은 대장균 유래의 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase, cadA) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, pdxY)을 동시에 발현하는 재조합 대장균을 이용하여, PLP 조효소를 효과적으로 재사용하는 카다베린 생산 공정을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다.Thus, the present inventors have found that a recombinant Escherichia coli that simultaneously expresses lysine decarboxylase (cadA) and pyridoxal kinase (pdxY) derived from Escherichia coli can be used to produce a cadaverine production process that effectively reuses PLP coenzyme Thereby completing the present invention.

따라서, 본 발명의 목적은 pdxY를 적용하여 PLP의 재사용을 통한, 경제적이고 효율적인 카다베린 생산 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an economical and efficient method for producing cadaverine by reusing PLP by applying pdxY.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object,

i) 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase)을 동시에 발현하는 재조합 미생물을 제조하는 단계;i) preparing a recombinant microorganism that simultaneously expresses a lysine decarboxylase and a pyridoxal kinase;

ii) 상기 단계 i)에서 제조한 재조합 미생물을 배양하고 수득하는 단계;ii) culturing and obtaining the recombinant microorganism produced in step i);

iii) 상기 단계 ii)에서 수득한 재조합 미생물을, 라이신 기질 및 라이신 디카르복실라아제의 조효소를 포함하는 반응액에 현탁하고 반응하는 단계; 및iii) suspending and reacting the recombinant microorganism obtained in step ii) in a reaction solution containing a lysine substrate and a coenzyme of lysine decarboxylase; And

iv) 상기 단계 iii)에서 반응한 반응액으로부터 카다베린을 수득하는 단계를 포함하는, 카다베린의 대량 생산 방법을 제공한다.iv) obtaining the cadaverine from the reaction solution reacted in step iii) above.

또한, 본 발명은 i) 라이신 디카르복실라아제 및 피리독살 키나아제을 동시에 발현하는 재조합 미생물을 제조하는 단계;The present invention also provides a method for producing a recombinant microorganism, comprising the steps of: i) preparing a recombinant microorganism expressing lysine decarboxylase and pyridoxal kinase simultaneously;

ii) 상기 단계 i)에서 제조한 재조합 미생물을 라이신 기질 및 라이신 디카르복실라아제의 조효소를 포함하는 배지에 접종하고 배양하는 단계;ii) inoculating and culturing the recombinant microorganism prepared in step i) in a medium containing a lysine substrate and a coenzyme of lysine decarboxylase;

iii) 상기 단계 ii)에서 배양한 배지로부터 카다베린을 수득하는 단계를 포함하는, 카다베린의 대량 생산 방법을 제공한다.iii) obtaining the cadaverine from the medium cultured in the step ii).

본 발명의 바람직한 일실시예에서, 상기 단계 i)의 라이신 디카르복실라아제는 서열번호 2의 아미노산 서열로 구성되는 대장균 유래의 cadA인 것일 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the lysine decarboxylase of step i) may be a cadA derived from E. coli consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

본 발명의 또다른 바람직한 일실시예에서, 상기 단계 i)의 피리독살 키나아제는 서열번호 4의 아미노산 서열로 구성되는 대장균 유래의 pdxY인 것일 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the pyridoxal kinase of step i) may be pdxY derived from E. coli consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4.

본 발명의 또다른 바람직한 일실시예에서, 상기 단계 i)의 미생물은 대장균(E. coli), 코리네박테리움(Corynebacterium) 또는 하프니아(Hafnia) 중 어느 하나일 수 있다.In another preferred embodiment, the microorganism of the step i) of the present invention may be any one of Escherichia coli (E. coli), Corynebacterium (Corynebacterium) or hafnia (Hafnia).

본 발명의 또다른 바람직한 일실시예에서, 상기 라이신 디카르복실라아제의 조효소는 피리독살인산(pyridoxal phosphate, pyridoxal-5-phosphate, PLP), 피리독살(pyridoxal, PL) 및 피리독신(pyridoxine, PN)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the coenzyme of the lysine decarboxylase is selected from the group consisting of pyridoxal phosphate (Pyridoxal Phosphate, PLP), pyridoxal (PL) and pyridoxine (PN ). ≪ / RTI >

본 발명의 또다른 바람직한 일실시예에서, 상기 카다베린의 대량 생산은 호기성 조건 및 20 내지 40℃ 온도에서 2 내지 5일 동안 수행하는 것일 수 있다.In another preferred embodiment of the present invention, the mass production of the cadaverine may be carried out under aerobic conditions and at a temperature of 20 to 40 DEG C for 2 to 5 days.

따라서, 본 발명은 pdxY를 적용하여 PLP의 재사용을 통한, 경제적이고 효율적인 카다베린 생산 방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides an economical and efficient method for producing cadaverine by reusing PLP by applying pdxY.

본 발명에서 제조한 대장균 유래의 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase, cadA) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, pdxY)을 동시에 발현하는 재조합 대장균을 이용하여 효과적인 PLP 재활용 및 카다베린의 생산이 가능하다. 구체적으로, 본 발명은 cadA에 의해 라이신이 카다베린으로 전환되면서 PLP가 PL로 전환되면, pdxY가 PL을 PLP로 다시 전환하여 cadA에 다시 사용될 수 있도록 하여, PLP를 재사용할 수 있는 카다베린 대량 생산 방법을 제공한다.The recombinant Escherichia coli expressing the lysine decarboxylase (cadA) and the pyridoxal kinase (pdxY) simultaneously produced from Escherichia coli according to the present invention can be effectively used for PLP recycling and production of cadaverine . Specifically, when cadA converts lysine to cadaverine, when PLP is converted to PL, pdxY can convert PL to PLP and be used again in cadA, and mass production of cadaverine capable of reusing PLP ≪ / RTI >

본 발명에 따른 PLP 재사용 시스템을 통해, 종래 생물학적 방법을 통한 카다베린 생산 공정에서 필수로 요구되는 고가의 PLP을 사용하지 않고도, 상대적으로 저가인 PL 또는 PN을 조효소로 사용하여도 PLP의 재사용이 효과적으로 일어나 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있으므로, 본 발명의 카다베린 대량 생산 방법은 경제적이며 효율적이다.The PLP reuse system according to the present invention can effectively reuse the PLP even if a relatively low cost PL or PN is used as the coenzyme without using the expensive PLP required in the cataract production process through the conventional biological method The lysine can be converted into cadaverine, so that the mass production method of the cadaverine of the present invention is economical and efficient.

도 1은 본 발명에서 PLP 재사용(regeneration)의 개념도와 이에 활용되는 PLP 전구체 및 효소에 대한 개념도이다.
도 2는 대장균 유래의 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase, cadA) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, pdxY)를 과발현하기 위한 각각의 플라스미드 구축체의 벡터 맵(vector map)을 나타낸다.
도 3은 재조합 대장균에서 발현된 cadA 및 pdxY의 발현 및 크기를 확인하기 위한 SDS-PAGE 결과를 나타낸다.
도 4는 cadA 및 pdxY를 과발현하는 재조합 대장균을 이용한 카다베린 생산 확인을 나타낸다.
도 5는 cadA 및 pdxY를 과발현하는 재조합 대장균을 이용하여, 반응액에 첨가하는 조효소 종류에 따른 카다베린 생산 효과를 나타낸다:
도 5a는 조효소로서 PLP를 첨가한 반응액에서 생산된 카다베린의 생산 효과를 나타내며;
도 5b는 조효소를 첨가하지 않은 반응액에서 생산된 카다베린의 생산 효과를 나타내고;
도 5c는 조효소로서 PL을 첨가한 반응액에서 생산된 카다베린의 생산 효과를 나타내며; 및
도 5d는 조효소로서 PN을 첨가한 반응액에서 생산된 카다베린의 생산 효과를 나타낸다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a conceptual diagram of PLP regeneration and a conceptual diagram of PLP precursors and enzymes utilized in the present invention. FIG.
FIG. 2 shows a vector map of each plasmid construct for overexpressing lysine decarboxylase (cadA) and pyridoxal kinase (pdxY) derived from Escherichia coli.
Figure 3 shows SDS-PAGE results to confirm the expression and size of cadA and pdxY expressed in recombinant E. coli.
Figure 4 shows confirmation of production of cadaverine using recombinant E. coli overexpressing cadA and pdxY.
Fig. 5 shows the effect of producing cadaverine depending on the type of coenzyme added to the reaction solution, using recombinant E. coli overexpressing cadA and pdxY:
5A shows the production effect of cadaverine produced in a reaction solution to which PLP is added as a coenzyme;
FIG. 5B shows the production effect of cadaverine produced in a reaction solution to which no coenzyme is added;
Fig. 5C shows the production effect of cadaverine produced in the reaction solution to which PL is added as a coenzyme; And
Fig. 5D shows the production effect of cadaverine produced in a reaction solution to which PN is added as a coenzyme.

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

상술한 바와 같이, 생물 전환 반응을 이용한 카다베린의 생산 공정에서 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase)의 조효소로서 PLP이 필수적으로 요구되나, PLP은 고가이므로 종래 카다베린 생산 공정은 경제적이지 않았다. 그러나, PLP 재활용 시스템을 이용한 경제적인 카다베린 생산 방법에 대하여는 아직까지 보고된 바 없다.As described above, PLP is indispensably required as a coenzyme of lysine decarboxylase in the production process of cadaverine using the bioconversion reaction. However, since the PLP is expensive, conventional production process of cadaverine has not been economically feasible. However, no economical method of producing cadaverine using a PLP recycling system has been reported.

본 발명에 따른 카다베린 생산 방법은 대장균 유래의 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase, cadA) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, pdxY)을 동시에 발현하는 재조합 대장균을 이용하여, 카다베린 생산 과정에서 PLP를 재사용할 수 있어 경제적인 카다베린 대량 생산이 가능하다.The method of producing cadaverine according to the present invention uses recombinant Escherichia coli expressing both lysine decarboxylase (cadA) and pyridoxal kinase (pdxY) derived from Escherichia coli, Can be reused, making economical mass production of cadaverine possible.

따라서, 본 발명은Therefore,

i) 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase)을 동시에 발현하는 재조합 미생물을 제조하는 단계;i) preparing a recombinant microorganism that simultaneously expresses a lysine decarboxylase and a pyridoxal kinase;

ii) 상기 단계 i)에서 제조한 재조합 미생물을 배양하고 수득하는 단계;ii) culturing and obtaining the recombinant microorganism produced in step i);

iii) 상기 단계 ii)에서 수득한 재조합 미생물을, 라이신 기질 및 라이신 디카르복실라아제의 조효소를 포함하는 반응액에 현탁하고 반응하는 단계; 및iii) suspending and reacting the recombinant microorganism obtained in step ii) in a reaction solution containing a lysine substrate and a coenzyme of lysine decarboxylase; And

iv) 상기 단계 iii)에서 반응한 반응액으로부터 카다베린을 수득하는 단계를 포함하는, 카다베린의 대량 생산 방법을 제공한다.iv) obtaining the cadaverine from the reaction solution reacted in step iii) above.

본 발명의 단계 i)의 “라이신 디카르복실라아제”는 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있는 것으로 당업계에 알려진 효소라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다. 구체적으로, 상기 라이신 디카르복실라아제는 대장균 유래인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로 서열번호 2의 아미노산 서열로 구성되는 cadA인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 서열번호 1의 염기서열 또는 이로부터 하나 또는 둘 이상의 유전자가 추가, 결실 또는 치환된 염기서열이 암호화하는 단백질도 사용될 수 있다.The " lysine dicarboxylase " in step i) of the present invention may be any enzyme known in the art which is capable of converting lysine into cadaverine. Specifically, the lysine decarboxylase is preferably derived from Escherichia coli. More specifically, the lysine decarboxylase is preferably cadA consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: A protein encoded by a nucleotide sequence in which one or more genes are added, deleted or substituted can be used.

본 발명의 단계 i)의 “피리독살 키나아제”는 PL 또는 PN을 PLP로 전환할 수 있는 것으로 당업계에 알려진 효소라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다. 구체적으로, 상기 피리독살 키나아제는 대장균 유래인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로 서열번호 4의 아미노산 서열로 구성되는 pdxY인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 서열번호 3의 염기서열 또는 이로부터 하나 또는 둘 이상의 유전자가 추가, 결실 또는 치환된 염기서열이 암호화하는 단백질도 사용될 수 있다. 상기 pdxY와 유사한 피리독살 키나아제로서, 대장균 유래의 pdxK 또한 사용될 수 있으나, pdxK를 카다베린 생산 공정에 사용하는 경우 효과적인 PLP 재사용이 나타나지 않으며 카다베린 생산 효과가 낮아, 동일한 조건에서 pdxY를 사용하는 것과 비교하였을 때 효과적이지 않다.The "pyridoxal kinase" of step i) of the present invention may be any enzyme known in the art which is capable of converting PL or PN into PLP. More specifically, it is preferable that the pyridoxal kinase is derived from E. coli. More specifically, the pyridoxal kinase is preferably pdxY consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, but is not limited thereto. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, A protein encoded by a base sequence in which two or more genes are added, deleted, or substituted can also be used. PdxK derived from Escherichia coli can also be used as a pyridoxal kinase similar to the above pdxY. However, when pdxK is used in the production process of cadaverine, effective PLP reuse is not exhibited and the effect of producing cadaverine is low and compared with using pdxY under the same conditions It is not effective.

본 발명의 단계 i)의 “미생물”은 외래 유전자를 과발현할 수 있도록 구축된 플라스미드로 형질전환하여 재조합할 수 있는 것으로 당업계에 알려진 것이라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다. 구체적으로, 상기 미생물은 대장균(E. coli), 코리네박테리움(Corynebacterium) 또는 하프니아(Hafnia) 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 보다 구체적으로 대장균인 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The "microorganism" of step i) of the present invention may be any gene known in the art that can be transformed and recombined with a plasmid constructed so as to overexpress a foreign gene. Specifically, the microorganism is preferably any one of E. coli , Corynebacterium , or Hafnia . More preferably, the microorganism is E. coli, but is not limited thereto.

본 발명의 단계 iii)의 “라이신 디카르복실라아제의 조효소”는 피리독살인산(pyridoxal phosphate, pyridoxal-5-phosphate, PLP), 피리독살(pyridoxal, PL) 및 피리독신(pyridoxine, PN)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 그러나 PLP는 고가이므로 상대적으로 저렴한 단가의 PL 또는 PN을 사용하는 것이 보다 바람직하다. PL 또는 PN을 단독으로 사용하지 않고 소량의 PLP와 함께 사용하는 경우에는, 반응 초기부터 라이신 디카르복실라아제의 활성을 나타낼 수 있으므로 효과적이다, 이에 한정되지 않는다.The " coenzyme of lysine dicarboxylase " of step iii) of the present invention is composed of pyridoxal phosphate (Pyridoxal Phosphate, PLP), pyridoxal (PL) and pyridoxine , And the like. However, since PLP is expensive, it is more preferable to use PL or PN with a relatively low price. When PL or PN is used alone with a small amount of PLP, the activity of lysine decarboxylase can be exhibited from the beginning of the reaction, so it is not limited thereto.

본 발명의 단계 iii)의 “반응”은 호기성 조건 및 20 내지 40℃ 온도에서 2 내지 5일 동안 수행하는 것이 바람직하며, 구체적으로 호기성 조건 및 30 내지 40℃ 온도에서 24 내지 72 시간 동안 수행하는 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The " reaction " of the step iii) of the present invention is preferably carried out under aerobic conditions and at a temperature of 20 to 40 DEG C for 2 to 5 days, more specifically in aerobic conditions and at a temperature of 30 to 40 DEG C for 24 to 72 hours But is not limited thereto.

본 발명의 구체적인 실시예에 있어서, 본 발명자들은 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase, cadA) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, pdxY) 과발현 재조합 대장균의 제조하였다(도 2 및 도 3). 제조한 재조합 대장균을 이용하여 라이신을 카다베린으로 전환하는 생물 전환 반응을 수행한 결과, cadA 만을 발현하는 대장균을 사용한 음성 대조군과 비교하였을 때, cadA 및 pdxY를 발현하는 실험군은 PLP 뿐 아니라 PL 또는 PN을 조효소로서 첨가한 반응액에서 라이신을 카다베린으로 전환함에 있어서, 효과적인 생산량을 나타냄을 확인하였다(도 5). In a specific example of the present invention, we prepared recombinant E. coli overexpressing lysine decarboxylase (cadA) and pyridoxal kinase (pdxY) (FIGS. 2 and 3). As a result of the bioconversion reaction to convert lysine into cadaverine using the recombinant E. coli thus prepared, the experimental group expressing cadA and pdxY as compared with the negative control group using E. coli expressing only cadA showed not only PLP but also PL or PN (Fig. 5), the conversion of lysine to cadaverine in the reaction solution added as a coenzyme showed an effective production amount (Fig. 5).

뿐만 아니라 피리독살 키나아제와 관련하여, 종래 대장균 유래의 피리독살 키나아제로서 알려져 있는 pdxK는 cadA와 함께 공동 발현하였을 때에도 PLP 또는 PL을 조효소로 사용하는 모든 경우에서 효과적인 카다베린 생산을 나타내지 않았으나, pdxY를 발현하는 실험군에서 PL이 PLP로 효과적으로 전환되어 PLP을 재활용하여 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있음을 확인하였다(도 4).In addition, pdxK, known as a pyridoxal kinase derived from Escherichia coli, in association with pyridoxal kinase, did not exhibit effective cadavagin production in all cases using PLP or PL as a coenzyme even when coexpressed with cadA, but expressed pdxY The PL was effectively converted into PLP in the experimental group, and PLP could be recycled to convert lysine to cadaverine (Fig. 4).

따라서, 본 발명에 따른 PLP 재사용 시스템을 통해, 종래 생물학적 방법을 통한 카다베린 생산 공정에서 필수로 요구되는 고가의 PLP을 사용하지 않고도, 상대적으로 저가인 PL 또는 PN을 조효소로 사용하여도 PLP의 재사용이 효과적으로 일어나 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있으므로, 본 발명의 카다베린 대량 생산 방법은 경제적이며 효율적이다.Therefore, through the PLP reusing system according to the present invention, it is possible to reuse the PLP even if the relatively low cost PL or PN is used as the coenzyme without using the expensive PLP required in the cadaverine production process by the conventional biological method Can effectively take place and convert the lysine to cadaverine, the mass production method of the cadaverine of the present invention is economical and efficient.

또한, 본 발명은 In addition,

i) 라이신 디카르복실라아제 및 피리독살 키나아제을 동시에 발현하는 재조합 미생물을 제조하는 단계;i) preparing a recombinant microorganism which simultaneously expresses lysine decarboxylase and pyridoxal kinase;

ii) 상기 단계 i)에서 제조한 재조합 미생물을 라이신 기질 및 라이신 디카르복실라아제의 조효소를 포함하는 배지에 접종하고 배양하는 단계;ii) inoculating and culturing the recombinant microorganism prepared in step i) in a medium containing a lysine substrate and a coenzyme of lysine decarboxylase;

iii) 상기 단계 ii)에서 배양한 배지로부터 카다베린을 수득하는 단계를 포함하는, 카다베린의 대량 생산 방법을 제공한다.iii) obtaining the cadaverine from the medium cultured in the step ii).

본 발명의 단계 i)의 “라이신 디카르복실라아제”는 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있는 것으로 당업계에 알려진 효소라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다. 구체적으로, 상기 라이신 디카르복실라아제는 대장균 유래인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로 서열번호 2의 아미노산 서열로 구성되는 cadA인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 서열번호 1의 염기서열 또는 이로부터 하나 또는 둘 이상의 유전자가 추가, 결실 또는 치환된 염기서열이 암호화하는 단백질도 사용될 수 있다.The " lysine dicarboxylase " in step i) of the present invention may be any enzyme known in the art which is capable of converting lysine into cadaverine. Specifically, the lysine decarboxylase is preferably derived from Escherichia coli. More specifically, the lysine decarboxylase is preferably cadA consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: A protein encoded by a nucleotide sequence in which one or more genes are added, deleted or substituted can be used.

본 발명의 단계 i)의 “피리독살 키나아제”는 PL 또는 PN을 PLP로 전환할 수 있는 것으로 당업계에 알려진 효소라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다. 구체적으로, 상기 피리독살 키나아제는 대장균 유래인 것이 바람직하고, 보다 구체적으로 서열번호 4의 아미노산 서열로 구성되는 pdxY인 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 서열번호 3의 염기서열 또는 이로부터 하나 또는 둘 이상의 유전자가 추가, 결실 또는 치환된 염기서열이 암호화하는 단백질도 사용될 수 있다. 상기 pdxY와 유사한 피리독살 키나아제로서, 대장균 유래의 pdxK 또한 사용될 수 있으나, pdxK를 카다베린 생산 공정에 사용하는 경우 효과적인 PLP 재사용이 나타나지 않으며 카다베린 생산 효과가 낮아, 동일한 조건에서 pdxY를 사용하는 것과 비교하였을 때 효과적이지 않다.The "pyridoxal kinase" of step i) of the present invention may be any enzyme known in the art which is capable of converting PL or PN into PLP. More specifically, it is preferable that the pyridoxal kinase is derived from E. coli. More specifically, the pyridoxal kinase is preferably pdxY consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, but is not limited thereto. The nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, A protein encoded by a base sequence in which two or more genes are added, deleted, or substituted can also be used. PdxK derived from Escherichia coli can also be used as a pyridoxal kinase similar to the above pdxY. However, when pdxK is used in the production process of cadaverine, effective PLP reuse is not exhibited and the effect of producing cadaverine is low and compared with using pdxY under the same conditions It is not effective.

본 발명의 단계 i)의 “미생물”은 외래 유전자를 과발현할 수 있도록 구축된 플라스미드로 형질전환하여 재조합할 수 있는 것으로 당업계에 알려진 것이라면 어떤 것을 사용하여도 무방하다. 구체적으로, 상기 미생물은 대장균(E. coli), 코리네박테리움(Corynebacterium) 또는 하프니아(Hafnia) 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 보다 구체적으로 대장균인 것이 가장 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The "microorganism" of step i) of the present invention may be any gene known in the art that can be transformed and recombined with a plasmid constructed so as to overexpress a foreign gene. Specifically, the microorganism is preferably any one of E. coli , Corynebacterium , or Hafnia . More preferably, the microorganism is E. coli, but is not limited thereto.

본 발명의 단계 ii)의 “라이신 디카르복실라아제의 조효소”는 피리독살인산(pyridoxal phosphate, pyridoxal-5-phosphate, PLP), 피리독살(pyridoxal, PL) 및 피리독신(pyridoxine, PN)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 그러나 PLP는 고가이므로 상대적으로 저렴한 단가의 PL 또는 PN을 사용하는 것이 보다 바람직하다. PL 또는 PN을 단독으로 사용하지 않고 소량의 PLP와 함께 사용하는 경우에는, 반응 초기부터 라이신 디카르복실라아제의 활성을 나타낼 수 있으므로 효과적이다, 이에 한정되지 않는다.The " coenzyme of lysine decarboxylase " of step ii) of the present invention is a coenzyme selected from the group consisting of pyridoxal phosphate (PLP), pyridoxal (PL) and pyridoxine , And the like. However, since PLP is expensive, it is more preferable to use PL or PN with a relatively low price. When PL or PN is used alone with a small amount of PLP, the activity of lysine decarboxylase can be exhibited from the beginning of the reaction, so it is not limited thereto.

본 발명의 단계 ii)의 “배양”은 호기성 조건 및 20 내지 40℃ 온도에서 2 내지 5일 동안 수행하는 것이 바람직하며, 구체적으로 호기성 조건 및 30 내지 40℃ 온도에서 24 내지 72 시간 동안 수행하는 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.The "cultivation" of step ii) of the present invention is preferably carried out under aerobic conditions and at a temperature of 20 to 40 ° C for 2 to 5 days, more specifically in aerobic conditions and at a temperature of 30 to 40 ° C for 24 to 72 hours But is not limited thereto.

본 발명의 “카다베린의 대량 생산 방법”은 재조합 미생물을 배치(bacth) 또는 연속 공정(Continuous process)을 통해 배양함으로서, 단일 단계로 카다베린을 생산할 수 있도록 당업계에 공지된 방법이라면, 어떤 공정의 형태도 수행하여도 무방하다.The "mass production method of cadaverine" of the present invention is a method known in the art so as to produce cadaverine in a single step by culturing the recombinant microorganism through bacth or continuous process, May also be performed.

본 발명에 따른 PLP 재사용 시스템을 통해, 종래 생물학적 방법을 통한 카다베린 생산 공정에서 필수로 요구되는 고가의 PLP을 사용하지 않고도, 상대적으로 저가인 PL 또는 PN을 조효소로 사용하여도 PLP의 재사용이 효과적으로 일어나 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있으므로, 본 발명의 카다베린 대량 생산 방법은 경제적이며 효율적이다.The PLP reuse system according to the present invention can effectively reuse the PLP even if a relatively low cost PL or PN is used as the coenzyme without using the expensive PLP required in the cataract production process through the conventional biological method The lysine can be converted into cadaverine, so that the mass production method of the cadaverine of the present invention is economical and efficient.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these examples are for illustrative purposes only and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these examples.

라이신Lysine 디카르복실라아제(lysine  Dicarboxylase (lysine decarboxylasedecarboxylase ) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal ) And pyridoxal kinase kinasekinase , , pdxYpdxY ) 과발현 재조합 대장균의 제조) Production of Overexpressed Recombinant Escherichia coli

<1-1> 형질전환체의 제조&Lt; 1-1 > Preparation of transformant

라이신으로부터 카다베린을 생산하는 효소인 라이신 디카르복실라아제(cadA)와 본 발명의 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, pdxY)를 과발현하는 대장균(Echerichia coli)을 제조하였다(도 2).Lecine dicarboxylase (cadA), an enzyme that produces cadaverine from lysine, and Echerichia coli , which overexpresses the pyridoxal kinase (pdxY) of the present invention, were prepared (FIG. 2).

구체적으로, E. coli K12 MG1655을 배양하여 게놈(genome)을 분리한 다음, 서열번호 1의 염기서열을 가지는 cadA 유전자를 증폭하였다. 그런 다음, 증폭한 cadA 유전자를 분리 정제하여 수득하고, pET-24ma 플라스미드의 BamHI 및 HindIII 위치에 삽입하여 cadA 발현 플라스미드를 구축하였다. Specifically, the genome was isolated by culturing E. coli K12 MG1655, and then the cadA gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 was amplified. Then, the amplified cadA gene was isolated and purified, and inserted into the BamHI and HindIII sites of the pET-24ma plasmid to construct a cadA expression plasmid.

또한, E. coli K12 MG165으로부터 분리한 게놈을 주형으로 하여, 서열번호 2의 염기서열을 가지는 pdxY 유전자를 증폭하고, 분리 정제하여 pET-23a 플라스미드의 BamHI 및 HindIII 위치에 삽입하여 pdxY 발현 플라스미드를 구축하였다. 비교 대조군으로 사용하기 위해서, E. coli K12 유래의 피리독살 키나아제인 pdxK를 발현하는 플리스미드를 구축하였다(Yang, Yong, Genshi Zhao, and Malcolm E. Winkler. FEMS microbiology letters 141.1 (1996): 89-95.). 그런 다음, 구축한 cadA 발현 플라스미드 및 pdxY 발현 플라스미드를 동시에 E.coli BL21(λDE3)에 형질전환하여 cadA 및 pdxY를 발현하는 재조합 대장균을 제조하였다.Further, the pdxY gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 was amplified, separated and purified and inserted into the BamHI and HindIII sites of the pET-23a plasmid using the genome isolated from E. coli K12 MG165 as a template to construct a pdxY expression plasmid Respectively. In order to be used as a comparative control, a plasmid expressing the pyridoxal kinase pdxK derived from E. coli K12 was constructed (Yang, Yong, Genshi Zhao, and Malcolm E. Winkler. FEMS microbiology letters 141.1 (1996) 95.). Then, the constructed cadA expression plasmid and pdxY expression plasmid were simultaneously transformed into E. coli BL21 (lambda DE3) to prepare recombinant Escherichia coli expressing cadA and pdxY.

<1-2> 재조합 대장균에서 <1-2> In recombinant E. coli cadAcadA  And pdxYpdxY 발현의 확인Confirmation of expression

cadA 및 pdxY 효소를 과발현하도록 재조합한 대장균에서 IPTG 유도를 통해 효과적으로 효소를 발현할 수 있는지 확인하였다.it was confirmed that the recombinant Escherichia coli capable of overexpressing the cadA and pdxY enzymes could effectively express the enzyme through IPTG induction.

구체적으로, 상기 실시예 <1-1>에서 형질전환하여 제조한 재조합 대장균을 LB 한천 배지(plate)에 3분도말하여 37℃에서 24 시간 동안 배양하여 단일 콜로니를 획득하고, 이를 LB 액체배지(broth) 5 ㎖에 접종하여 37℃에서 200 rpm으로 진탕배양하여 24 시간 동안 전배양하였다. 그런 다음, 세포를 전배양한 배지 0.5 ㎖를 LB 액체배지 50 ㎖에 접종하여 25 또는 30℃에서 200 rpm으로 진탕배양하여 본배양하였다. 본배양 개시 3시간 후에는 0.1 M의 IPTG 5 ㎕를 배지에 가하여 cadA 및 pdxY 단백질의 과발현을 유도하였고, 본배양은 총 24시간 동안 수행하였다. 배양 종류 후, 배양 배지 1 ㎖를 수득하고 13000 rpm에서 원심분리한 후, 100 ㎕ Bugbuster(Novagen)를 처리하고 37℃에서 1 시간 동안 반응시켜 세포를 용해하였다. 세포 용해액을 13000 rpm에서 원심분리한 후 상등액을 수용성 단백질 층으로서 수득하였고, 이를 5×SDS-PAGE 로딩 완충용액 4 ㎕과 혼합한 후, 100℃에서 5 분간 끓여 시료 전처리를 하였다. 전처리한 시료는 12% SDS-PAGE 젤에 로딩하고, 120 V, 700 ㎃의 전류를 2 시간 동안 흘려 전개한 후, SDS-PAGE 겔을 염색 용액 (0.1% Coomassie Brilliant Blue R-250, 50% 메탄올 및 10% 빙초산(glacial acetic acid)에서 1시간 동안 염색하였다. 염색된 SDS-PAGE 겔은 탈색 용액(50% 메탄올 및 10% 빙초산 용액)에서 2시간 동안 탈색하여 생성된 단백질 밴드를 확인하였다.Specifically, recombinant E. coli transformed in Example <1-1> was cultured on an LB agar plate for 3 minutes at 37 ° C. for 24 hours to obtain a single colony, broth), incubated at 37 ° C with shaking at 200 rpm, and pre-cultured for 24 hours. Then, 0.5 ml of the culture medium pre-incubated with the cells was inoculated into 50 ml of LB liquid medium and cultured at 25 or 30 ° C with shaking at 200 rpm. Three hours after the initiation of the present culture, 5 μl of 0.1 M IPTG was added to the medium to induce overexpression of cadA and pdxY proteins, and the cultivation was carried out for a total of 24 hours. After culturing, 1 ml of the culture medium was obtained, centrifuged at 13000 rpm, treated with 100 μl of Bugbuster (Novagen), and reacted at 37 ° C for 1 hour to dissolve the cells. After centrifuging the cell lysate at 13000 rpm, the supernatant was obtained as a water-soluble protein layer, mixed with 4 μl of 5 × SDS-PAGE loading buffer, and boiled at 100 ° C. for 5 minutes for sample pretreatment. The pretreated samples were loaded on a 12% SDS-PAGE gel, developed by flowing 120 V, 700 mA current for 2 hours, and then SDS-PAGE gel was stained with a staining solution (0.1% Coomassie Brilliant Blue R-250, 50% methanol And 10% glacial acetic acid for 1 hour.The stained SDS-PAGE gel was decolorized in decolorization solution (50% methanol and 10% glacial acetic acid solution) for 2 hours to identify the resulting protein bands.

그 결과, 도 3에서 나타난 바와 같이 IPTG 유도에 따라 재조합된 단백질이 대장균에서 과발현되었으며, SDS-PAGE를 통해 약 80 kDa 분자량의 cadA 단백질 및 약 31 kDa 분자량의 pdxY 단백질 밴드를 확인하였다(도 3). pdxY 단백질의 경우, 세포 용해물을 원심분리하고 상층액만을 로딩하였을 때보다 전체 단백질을 로딩하였을 때 단백질 밴드가 나타나는 것을 확인하였으므로, pdxY는 불용성 단백질 층에 존재함을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 3, the recombinant protein was overexpressed in E. coli according to IPTG induction, and a cadA protein having a molecular weight of about 80 kDa and a pdxY protein band having a molecular weight of about 31 kDa were identified through SDS-PAGE (FIG. 3) . In the case of the pdxY protein, it was confirmed that the protein band appeared when the whole protein was loaded rather than when the cell lysate was centrifuged and only the supernatant was loaded. Therefore, it was confirmed that pdxY exists in the insoluble protein layer.

cadAcadA  And pdxYpdxY 과발현 재조합 대장균을 이용한 카다베린의 대량 생산 Mass production of cadaverine using over-expressed recombinant Escherichia coli

<2-1> <2-1> cadAcadA  And pdxYpdxY 발현에 따른 카다베린의 생산 효과 확인 Confirmation of production effect of cadaverine according to expression

cadA 및 pdxY를 동시에 발현하는 대장균을 사용하여 라이신으로부터 카다베린을 생산하는 효과를 확인하기 위해서, 피리독살인산(pyridoxal phosphate, pyridoxal-5-phosphate, PLP), 피리독살(pyridoxal, PL) 또는 피리독신(pyridoxine, PN)을 조효소로서 첨가한 배지에서 재조합 대장균을 배양하여 카다베린 생산 효과를 확인하였다.pyridoxal (PL), pyridoxal (PL), or pyridoxine (PL) to confirm the effect of producing cadaverine from lysine using Escherichia coli expressing cadA and pdxY simultaneously pyridoxine, PN) as a coenzyme, the recombinant E. coli was cultured to confirm the effect of producing cadaverine.

구체적으로, 상기 실시예 <1-1>에서 제조한 cadA 및 pdxY 동시 발현 재조합 대장균을 배양하고 수득하여 증류수로 세척한 다음, 대장균의 최종 농도가 0.5×가 되도록 0.5 M 초산나트륨 완충용액(sodium acetate buffer, pH 6.0)에 현탁(suspension)하였다. 상기 0.5 M 초산나트륨 완충용액에는 최종농도가 1 M 라이신(lysine) 및 0.2 mM PLP, PL 또는 PN이 되도록 기질 및 조효소를 첨가하였으며, 반응액의 최종 부피는 500 ㎕이 되도록 맞추었다. 반응액을 충분히 현탁한 후, 37℃ 항온수조에서 2 시간 동안 반응하였다. 그런 다음, 반응액을 수득하여 HPLC(YL9100 system, 영린 기기, Korea) 분석을 수행하여 반응액 내 생성된 카다베린의 농도를 확인하였다. HPLC 분석을 위한 컬럼은 Capcell Pack®(5 ㎛ C18 UG 120, 4.6 x 250 mm; Shiseido Co.,Ltd., Japan)을 사용하였고, 컬럼의 온도는 35℃로 설정하였다. HPLC 분석을 수행하기 위한 이동상 용매는 아세토니트릴과 25 mM 초산나트륨 완충용액(pH 4.8)을 하기 [표 1]과 같은 시간별 농도구배에 따라 혼합하여 사용하였고, 유속은 1 ㎖/분으로 수행하였다.Concretely, the cadA and pdxY co-expressed recombinant E. coli prepared in Example <1-1> were cultured and washed with distilled water, and then 0.5 M sodium acetate buffer, pH 6.0). Substrate and coenzyme were added to the 0.5 M sodium acetate buffer solution to a final concentration of 1 M lysine and 0.2 mM PLP, PL or PN, and the final volume of the reaction solution was adjusted to 500 μl. After sufficiently suspending the reaction solution, the reaction was carried out in a constant temperature water bath at 37 캜 for 2 hours. Then, a reaction solution was obtained and analyzed by HPLC (YL9100 system, Youngin Instrument, Korea) to confirm the concentration of the produced catavalin in the reaction solution. The column for the HPLC analysis was Capcell Pack® (5 μm C18 UG 120, 4.6 × 250 mm; Shiseido Co., Ltd., Japan) and the temperature of the column was set at 35 ° C. The mobile phase solvent for the HPLC analysis was acetonitrile and 25 mM sodium acetate buffer solution (pH 4.8) were mixed according to the time gradient as shown in Table 1, and the flow rate was 1 ml / min.

음성 대조군으로는 cadA 발현 플라스미드만을 형질전환한 대장균(pdxY 발현하지 않음)을 사용하였으며, 비교 대조군으로는 cadA 발현 플라스미드 및 pdxK 발현 플라스미드를 형질전환한 대장균을 사용하여, 동일한 조건 및 방법에서 카다베린 생산 반응을 수행하였다.Escherichia coli transformed with cadA expression plasmid alone (no expression of pdxY) was used as a negative control, and Escherichia coli transformed with a cadA expression plasmid and a pdxK expression plasmid was used as a comparative control. The reaction was carried out.

생산된 카다베린을 정량분석하기 위한 HPLC 이동상 용매의 농도 구배 조건Concentration gradient conditions for HPLC mobile phase solvent for quantitative analysis of produced catarrhine 시간(분)Time (minutes) 아세토니트릴(%)Acetonitrile (%) 초산나트륨 완충용액(%)Sodium acetate buffer solution (%) 00 2020 8080 22 2525 7575 3232 6060 4040 3535 2020 8080

그 결과, 도 4에서 나타난 바와 같이 cadA 만을 발현하는 대장균을 사용한 음성 대조군 및 cadA 및 pdxY를 발현하는 실험군에서 PLP을 조효소로 사용하였을 때, 라이신으로부터 카다베린을 효과적으로 생산하는 반면, cadA 및 pdxK를 발현하는 대장균을 사용한 비교 대조군에서는 효과적으로 카다베린을 생산하지 않는 것을 확인하였다. 또한, cadA 및 pdxY 발현 대장균의 실험군에서는 PLP 외에도 PL 또는 PN을 조효소로 사용하였을 때에도 유의적인 카다베린 생산이 가능하여, PLP를 조효소로 사용하는 cadA 및 pdxK의 비교 대조군과 유사한 수준의 카다베린 생산 효과를 나타내는 것을 확인하였다(도 4). 음성 대조군의 경우에 PL 또는 PN을 조효소로 첨가하였을 때에는 PLP로 전환이 이루어지지 못해 cadA이 활성을 나타내지 못하고, 카다베린 생산이 나타나지 않음을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 4, when negative control using E. coli expressing cadA alone and PLD as a coenzyme in the experimental group expressing cadA and pdxY produced cadaverine effectively from lysine, cadA and pdxK were expressed In the control group using Escherichia coli was not effective in producing cadaverine. In addition, in the experimental group of cadA and pdxY-expressing E. coli, significant cadarin production was possible even when PL or PN was used as a coenzyme in addition to PLP, and cadA and pdxK using PLP as the coenzyme were comparable to the control group, (Fig. 4). In the case of the negative control, when PL or PN was added as coenzyme, it was not converted to PLP and cadA did not show activity, and cadarin production was not observed.

<2-2> <2-2> cadA에on cadA 대한 조효소의 종류에 따른 카다베린의 생산 효과 확인 Confirmation of production effect of cadaverine according to kinds of coenzyme in Korean

cadA 및 pdxY를 동시에 발현하는 대장균이 PLP 뿐 아니라 PN 또는 PL을 조효소로 첨가한 환경에서도 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있음을 확인하였으므로, cadA 만을 발현하는 대장균에 비해 cadA 및 pdxY를 동시에 발현하는 대장균에서 PLP 전구체 첨가에 따른 카다베린 생산 효과를 확인하였다.it was confirmed that Escherichia coli expressing both cadA and pdxY can convert lysine to cadaverine in an environment in which PNP or PL was added as a coenzyme as well as PLP. Therefore, Escherichia coli expressing cadA and pdxY at the same time as Escherichia coli expressing cadA alone The effect of the addition of PLP precursor on the production of cadaverine was confirmed.

구체적으로, 상기 실시예 <1-1>에서 제조한 cadA 및 pdxY 동시 발현 재조합 대장균을 배양하고 수득하여 증류수로 세척한 다음, 대장균의 최종 농도가 0.5×가 되도록 0.5 M 초산나트륨 완충용액(sodium acetate buffer, pH 6.0)에 현탁(suspension)하였다. 상기 0.5 M 초산나트륨 완충용액에는 최종농도가 0.4 M 라이신 및 0.2 mM PLP, PL 또는 PN이 되도록 기질 및 조효소를 첨가하였으며, 반응액의 최종 부피는 500 ㎕이 되도록 맞추었다. 반응액을 충분히 현탁한 후, 37℃ 항온수조에서 100 시간 동안 반응하였다. 반응 개시 후부터 시간에 따라 반응액을 수득하여, 상기 실시예 <2-1>과 동일한 방법으로 HPLC 분석을 수행하여 생산된 카다베린의 농도를 확인하였다.Concretely, the cadA and pdxY co-expressed recombinant E. coli prepared in Example <1-1> were cultured and washed with distilled water, and then 0.5 M sodium acetate buffer, pH 6.0). Substrate and coenzyme were added to the 0.5 M sodium acetate buffer solution to a final concentration of 0.4 M lysine and 0.2 mM PLP, PL or PN, and the final volume of the reaction solution was adjusted to 500 μl. After sufficiently suspending the reaction solution, the reaction was carried out in a constant temperature water bath at 37 캜 for 100 hours. From the start of the reaction, a reaction solution was obtained according to time, and HPLC analysis was carried out in the same manner as in Example <2-1> above to confirm the concentration of the produced catarrhine.

그 결과, 도 5에서 나타난 바와 같이 PLP을 조효소로 첨가한 반응의 경우 cadA 및 pdxY를 동시에 발현하는 대장균과 cadA 만을 발현하는 대장균 모두에서 빠른 속도로 카다베린을 생산하는 것을 확인하였다(도 5a). 또한, cadA 만을 발현하는 대장균은 조효소를 첨가하지 않은 환경에서 카다베린을 유의적으로 생산하지 못하는 반면, pdxY 및 cadA를 발현하는 대장균에서는 조효소를 첨가하지 않았음에도 카다베린을 유의적인 수준으로 생산할 수 있음을 확인하였다(도 5b). 이와 마찬가지로, PL 또는 PN을 조효소로 첨가한 반응 환경에서 cadA 만을 발현하는 대장균은 카다베린 생산 효과를 나타내지 않았으나, pdxY 및 cadA를 발현하는 대장균에서는 PL 또는 PN이 pdxY에 의해 PLP로 전환되어 cadA의 활성을 도울 수 있어 반응 초기에 급격한 속도로 카다베린을 생산할 수 있음을 확인하였다(도 5c 및 도 5d).As a result, as shown in FIG. 5, it was confirmed that cadabelin was produced at a high rate in both Escherichia coli expressing cadA and pdxY and Escherichia coli expressing only cadA (FIG. 5A) in the case of PLP as a coenzyme. In addition, Escherichia coli expressing cadA alone can not produce catarrhine significantly in the absence of coenzyme, whereas in E. coli expressing pdxY and cadA, it can produce cadaverine at a significant level even though no coenzyme is added (Fig. 5B). Similarly, Escherichia coli expressing only cadA in the reaction environment in which PL or PN was added as a coenzyme showed no effect of producing cadaverine, but in E. coli expressing pdxY and cadA, PL or PN was converted to PLP by pdxY, (Fig. 5C and Fig. 5D). The results are shown in Figs. 5C and 5D.

본 발명에서 제조한 대장균 유래의 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase, cadA) 및 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, pdxY)을 동시에 발현하는 재조합 대장균을 이용하여 효과적인 PLP 재활용 및 카다베린의 생산이 가능하다. 구체적으로, 본 발명은 cadA에 의해 라이신이 카다베린으로 전환되면서 PLP가 PL로 전환되면, pdxY가 PL을 PLP로 다시 전환하여 cadA에 다시 사용될 수 있도록 하여, PLP를 재사용할 수 있는 카다베린 대량 생산 방법을 제공한다.The recombinant Escherichia coli expressing the lysine decarboxylase (cadA) and the pyridoxal kinase (pdxY) simultaneously produced from Escherichia coli according to the present invention can be effectively used for PLP recycling and production of cadaverine . Specifically, when cadA converts lysine to cadaverine, when PLP is converted to PL, pdxY can convert PL to PLP and be used again in cadA, and mass production of cadaverine capable of reusing PLP &Lt; / RTI &gt;

본 발명에 따른 PLP 재사용 시스템을 통해, 종래 생물학적 방법을 통한 카다베린 생산 공정에서 필수로 요구되는 고가의 PLP을 사용하지 않고도, 상대적으로 저가인 PL 또는 PN을 조효소로 사용하여도 PLP의 재사용이 효과적으로 일어나 라이신을 카다베린으로 전환할 수 있으므로, 본 발명의 카다베린 대량 생산 방법은 경제적이며 효율적이다.The PLP reuse system according to the present invention can effectively reuse the PLP even if a relatively low cost PL or PN is used as the coenzyme without using the expensive PLP required in the cataract production process through the conventional biological method The lysine can be converted into cadaverine, so that the mass production method of the cadaverine of the present invention is economical and efficient.

<110> Konkuk University Industrial Cooperation Corp Sejong Industry-Academia Cooperation Foundation Hongik University <120> Producing method of cadaverin by recycling of pyridoxal-5-phosphate with pyridoxal kinase <130> 1060710 <160> 4 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 2148 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 1 atgaacgtta ttgcaatatt gaatcacatg ggggtttatt ttaaagaaga acccatccgt 60 gaacttcatc gcgcgcttga acgtctgaac ttccagattg tttacccgaa cgaccgtgac 120 gacttattaa aactgatcga aaacaatgcg cgtctgtgcg gcgttatttt tgactgggat 180 aaatataatc tcgagctgtg cgaagaaatt agcaaaatga acgagaacct gccgttgtac 240 gcgttcgcta atacgtattc cactctcgat gtaagcctga atgacctgcg tttacagatt 300 agcttctttg aatatgcgct gggtgctgct gaagatattg ctaataagat caagcagacc 360 actgacgaat atatcaacac tattctgcct ccgctgacta aagcactgtt taaatatgtt 420 cgtgaaggta aatatacttt ctgtactcct ggtcacatgg gcggtactgc attccagaaa 480 agcccggtag gtagcctgtt ctatgatttc tttggtccga ataccatgaa atctgatatt 540 tccatttcag tatctgaact gggttctctg ctggatcaca gtggtccaca caaagaagca 600 gaacagtata tcgctcgcgt ctttaacgca gaccgcagct acatggtgac caacggtact 660 tccactgcga acaaaattgt tggtatgtac tctgctccag caggcagcac cattctgatt 720 gaccgtaact gccacaaatc gctgacccac ctgatgatga tgagcgatgt tacgccaatc 780 tatttccgcc cgacccgtaa cgcttacggt attcttggtg gtatcccaca gagtgaattc 840 cagcacgcta ccattgctaa gcgcgtgaaa gaaacaccaa acgcaacctg gccggtacat 900 gctgtaatta ccaactctac ctatgatggt ctgctgtaca acaccgactt catcaagaaa 960 acactggatg tgaaatccat ccactttgac tccgcgtggg tgccttacac caacttctca 1020 ccgatttacg aaggtaaatg cggtatgagc ggtggccgtg tagaagggaa agtgatttac 1080 gaaacccagt ccactcacaa actgctggcg gcgttctctc aggcttccat gatccacgtt 1140 aaaggtgacg taaacgaaga aacctttaac gaagcctaca tgatgcacac caccacttct 1200 ccgcactacg gtatcgtggc gtccactgaa accgctgcgg cgatgatgaa aggcaatgca 1260 ggtaagcgtc tgatcaacgg ttctattgaa cgtgcgatca aattccgtaa agagatcaaa 1320 cgtctgagaa cggaatctga tggctggttc tttgatgtat ggcagccgga tcatatcgat 1380 acgactgaat gctggccgct gcgttctgac agcacctggc acggcttcaa aaacatcgat 1440 aacgagcaca tgtatcttga cccgatcaaa gtcaccctgc tgactccggg gatggaaaaa 1500 gacggcacca tgagcgactt tggtattccg gccagcatcg tggcgaaata cctcgacgaa 1560 catggcatcg ttgttgagaa aaccggtccg tataacctgc tgttcctgtt cagcatcggt 1620 atcgataaga ccaaagcact gagcctgctg cgtgctctga ctgactttaa acgtgcgttc 1680 gacctgaacc tgcgtgtgaa aaacatgctg ccgtctctgt atcgtgaaga tcctgaattc 1740 tatgaaaaca tgcgtattca ggaactggct cagaatatcc acaaactgat tgttcaccac 1800 aatctgccgg atctgatgta tcgcgcattt gaagtgctgc cgacgatggt aatgactccg 1860 tatgctgcat tccagaaaga gctgcacggt atgaccgaag aagtttacct cgacgaaatg 1920 gtaggtcgta ttaacgccaa tatgatcctt ccgtacccgc cgggagttcc tctggtaatg 1980 ccgggtgaaa tgatcaccga agaaagccgt ccggttctgg agttcctgca gatgctgtgt 2040 gaaatcggcg ctcactatcc gggctttgaa accgatattc acggtgcata ccgtcaggct 2100 gatggccgct ataccgttaa ggtattgaaa gaagaaagca aaaaataa 2148 <210> 2 <211> 715 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 2 Met Asn Val Ile Ala Ile Leu Asn His Met Gly Val Tyr Phe Lys Glu 1 5 10 15 Glu Pro Ile Arg Glu Leu His Arg Ala Leu Glu Arg Leu Asn Phe Gln 20 25 30 Ile Val Tyr Pro Asn Asp Arg Asp Asp Leu Leu Lys Leu Ile Glu Asn 35 40 45 Asn Ala Arg Leu Cys Gly Val Ile Phe Asp Trp Asp Lys Tyr Asn Leu 50 55 60 Glu Leu Cys Glu Glu Ile Ser Lys Met Asn Glu Asn Leu Pro Leu Tyr 65 70 75 80 Ala Phe Ala Asn Thr Tyr Ser Thr Leu Asp Val Ser Leu Asn Asp Leu 85 90 95 Arg Leu Gln Ile Ser Phe Phe Glu Tyr Ala Leu Gly Ala Ala Glu Asp 100 105 110 Ile Ala Asn Lys Ile Lys Gln Thr Thr Asp Glu Tyr Ile Asn Thr Ile 115 120 125 Leu Pro Pro Leu Thr Lys Ala Leu Phe Lys Tyr Val Arg Glu Gly Lys 130 135 140 Tyr Thr Phe Cys Thr Pro Gly His Met Gly Gly Thr Ala Phe Gln Lys 145 150 155 160 Ser Pro Val Gly Ser Leu Phe Tyr Asp Phe Phe Gly Pro Asn Thr Met 165 170 175 Lys Ser Asp Ile Ser Ile Ser Val Ser Glu Leu Gly Ser Leu Leu Asp 180 185 190 His Ser Gly Pro His Lys Glu Ala Glu Gln Tyr Ile Ala Arg Val Phe 195 200 205 Asn Ala Asp Arg Ser Tyr Met Val Thr Asn Gly Thr Ser Thr Ala Asn 210 215 220 Lys Ile Val Gly Met Tyr Ser Ala Pro Ala Gly Ser Thr Ile Leu Ile 225 230 235 240 Asp Arg Asn Cys His Lys Ser Leu Thr His Leu Met Met Met Ser Asp 245 250 255 Val Thr Pro Ile Tyr Phe Arg Pro Thr Arg Asn Ala Tyr Gly Ile Leu 260 265 270 Gly Gly Ile Pro Gln Ser Glu Phe Gln His Ala Thr Ile Ala Lys Arg 275 280 285 Val Lys Glu Thr Pro Asn Ala Thr Trp Pro Val His Ala Val Ile Thr 290 295 300 Asn Ser Thr Tyr Asp Gly Leu Leu Tyr Asn Thr Asp Phe Ile Lys Lys 305 310 315 320 Thr Leu Asp Val Lys Ser Ile His Phe Asp Ser Ala Trp Val Pro Tyr 325 330 335 Thr Asn Phe Ser Pro Ile Tyr Glu Gly Lys Cys Gly Met Ser Gly Gly 340 345 350 Arg Val Glu Gly Lys Val Ile Tyr Glu Thr Gln Ser Thr His Lys Leu 355 360 365 Leu Ala Ala Phe Ser Gln Ala Ser Met Ile His Val Lys Gly Asp Val 370 375 380 Asn Glu Glu Thr Phe Asn Glu Ala Tyr Met Met His Thr Thr Thr Ser 385 390 395 400 Pro His Tyr Gly Ile Val Ala Ser Thr Glu Thr Ala Ala Ala Met Met 405 410 415 Lys Gly Asn Ala Gly Lys Arg Leu Ile Asn Gly Ser Ile Glu Arg Ala 420 425 430 Ile Lys Phe Arg Lys Glu Ile Lys Arg Leu Arg Thr Glu Ser Asp Gly 435 440 445 Trp Phe Phe Asp Val Trp Gln Pro Asp His Ile Asp Thr Thr Glu Cys 450 455 460 Trp Pro Leu Arg Ser Asp Ser Thr Trp His Gly Phe Lys Asn Ile Asp 465 470 475 480 Asn Glu His Met Tyr Leu Asp Pro Ile Lys Val Thr Leu Leu Thr Pro 485 490 495 Gly Met Glu Lys Asp Gly Thr Met Ser Asp Phe Gly Ile Pro Ala Ser 500 505 510 Ile Val Ala Lys Tyr Leu Asp Glu His 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 Leu Ser Leu Leu Arg Ala Leu Thr Asp Phe Lys Arg Ala Phe 545 550 555 560 Asp Leu Asn Leu Arg Val Lys Asn Met Leu Pro Ser Leu Tyr Arg Glu 565 570 575 Asp Pro Glu Phe Tyr Glu Asn Met Arg Ile Gln Glu Leu Ala Gln Asn 580 585 590 Ile His Lys Leu Ile Val His His Asn Leu Pro Asp Leu Met Tyr Arg 595 600 605 Ala Phe Glu Val Leu Pro Thr Met Val Met Thr Pro Tyr Ala Ala Phe 610 615 620 Gln Lys Glu Leu His Gly Met Thr Glu Glu Val Tyr Leu Asp Glu Met 625 630 635 640 Val Gly Arg Ile Asn Ala Asn Met Ile Leu Pro Tyr Pro Pro Gly Val 645 650 655 Pro Leu Val Met Pro Gly Glu Met Ile Thr Glu Glu Ser Arg Pro Val 660 665 670 Leu Glu Phe Leu Gln Met Leu Cys Glu Ile Gly Ala His Tyr Pro Gly 675 680 685 Phe Glu Thr Asp Ile His Gly Ala Tyr Arg Gln Ala Asp Gly Arg Tyr 690 695 700 Thr Val Lys Val Leu Lys Glu Glu Ser Lys Lys 705 710 715 <210> 3 <211> 864 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 3 atgatgaaaa atattctcgc tatccagtct cacgttgttt atggtcatgc gggtaacagt 60 gcggcagagt ttccgatgcg ccgcctgggc gcgaacgtct ggccgctgaa caccgttcaa 120 ttttctaatc acacccaata cggcaaatgg actggctgcg tgatgccgcc cagccattta 180 accgaaattg tgcaaggcat tgccgccatt gataaattac acacctgtga tgccgtatta 240 agtggctatc tgggatcggc ggagcagggt gaacatatcc tcggtatcgt ccgtcaggtg 300 aaagccgcga atccgcaggc gaaatatttt tgcgatccgg taatgggtca tccggaaaaa 360 ggctgtatcg ttgcaccggg tgtcgcagag tttcatgtgc ggcacggttt gcctgccagc 420 gatatcattg cgccaaatct ggttgagctg gaaatactct gtgagcatgc ggtaaataac 480 gtcgaagaag cggttctggc agcgcgcgaa ctcattgcgc aagggccaca aattgtgttg 540 gttaaacacc tggcgcgagc tggctacagc cgtgaccgtt ttgaaatgct gctggtcacc 600 gccgatgaag cctggcatat cagccgtccg ctggtggatt ttggtatgcg ccagccggta 660 ggtgttggtg atgtgacgag cggtttactg ctggtgaaac tgcttcaggg ggcaacgctg 720 caggaggcgc tggaacatgt gaccgctgca gtctacgaaa tcatggtgac caccaaagca 780 atgcaggaat atgagctgca agtggtggct gctcaggatc gtattgccaa accagaacat 840 tacttcagcg caacaaagct ctga 864 <210> 4 <211> 287 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 4 Met Met Lys Asn Ile Leu Ala Ile Gln Ser His Val Val Tyr Gly His 1 5 10 15 Ala Gly Asn Ser Ala Ala Glu Phe Pro Met Arg Arg Leu Gly Ala Asn 20 25 30 Val Trp Pro Leu Asn Thr Val Gln Phe Ser Asn His Thr Gln Tyr Gly 35 40 45 Lys Trp Thr Gly Cys Val Met Pro Pro Ser His Leu Thr Glu Ile Val 50 55 60 Gln Gly Ile Ala Ala Ile Asp Lys Leu His Thr Cys Asp Ala Val Leu 65 70 75 80 Ser Gly Tyr Leu Gly Ser Ala Glu Gln Gly Glu His Ile Leu Gly Ile 85 90 95 Val Arg Gln Val Lys Ala Ala Asn Pro Gln Ala Lys Tyr Phe Cys Asp 100 105 110 Pro Val Met Gly His Pro Glu Lys Gly Cys Ile Val Ala Pro Gly Val 115 120 125 Ala Glu Phe His Val Arg His Gly Leu Pro Ala Ser Asp Ile Ile Ala 130 135 140 Pro Asn Leu Val Glu Leu Glu Ile Leu Cys Glu His Ala Val Asn Asn 145 150 155 160 Val Glu Glu Ala Val Leu Ala Ala Arg Glu Leu Ile Ala Gln Gly Pro 165 170 175 Gln Ile Val Leu Val Lys His Leu Ala Arg Ala Gly Tyr Ser Arg Asp 180 185 190 Arg Phe Glu Met Leu Leu Val Thr Ala Asp Glu Ala Trp His Ile Ser 195 200 205 Arg Pro Leu Val Asp Phe Gly Met Arg Gln Pro Val Gly Val Gly Asp 210 215 220 Val Thr Ser Gly Leu Leu Leu Val Lys Leu Leu Gln Gly Ala Thr Leu 225 230 235 240 Gln Glu Val Leu Glu His Val Thr Ala Ala Val Tyr Glu Ile Met Val 245 250 255 Thr Thr Lys Ala Met Gln Glu Tyr Glu Leu Gln Val Val Ala Ala Gln 260 265 270 Asp Arg Ile Ala Lys Pro Glu His Tyr Phe Ser Ala Thr Lys Leu 275 280 285 <110> Konkuk University Industrial Cooperation Corp          Sejong Industry-Academia Cooperation Foundation Hongik University <120> Producing method of cadaverin by recycling of          pyridoxal-5-phosphate with pyridoxal kinase <130> 1060710 <160> 4 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 2148 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 1 atgaacgtta ttgcaatatt gaatcacatg ggggtttatt ttaaagaaga acccatccgt 60 gaacttcatc gcgcgcttga acgtctgaac ttccagattg tttacccgaa cgaccgtgac 120 gacttattaa aactgatcga aaacaatgcg cgtctgtgcg gcgttatttt tgactgggat 180 aaatataatc tcgagctgtg cgaagaaatt agcaaaatga acgagaacct gccgttgtac 240 gcgttcgcta atacgtattc cactctcgat gtaagcctga atgacctgcg tttacagatt 300 agcttctttg aatatgcgct gggtgctgct gaagatattg ctaataagat caagcagacc 360 actgacgaat atatcaacac tattctgcct ccgctgacta aagcactgtt taaatatgtt 420 cgtgaaggta aatatacttt ctgtactcct ggtcacatgg gcggtactgc attccagaaa 480 gt; tccatttcag tatctgaact gggttctctg ctggatcaca gtggtccaca caaagaagca 600 gaacagtata tcgctcgcgt ctttaacgca gaccgcagct acatggtgac caacggtact 660 tccactgcga acaaaattgt tggtatgtac tctgctccag caggcagcac cattctgatt 720 gccgtaact gccacaaatc gctgacccac ctgatgatga tgagcgatgt tacgccaatc 780 tatttccgcc cgacccgtaa cgcttacggt attcttggtg gtatcccaca gagtgaattc 840 cagcacgcta ccattgctaa gcgcgtgaaa gaaacaccaa acgcaacctg gccggtacat 900 gctgtaatta ccaactctac ctatgatggt ctgctgtaca acaccgactt catcaagaaa 960 acactggatg tgaaatccat ccactttgac tccgcgtggg tgccttacac caacttctca 1020 ccgatttacg aaggtaaatg cggtatgagc ggtggccgtg tagaagggaa agtgatttac 1080 gaaacccagt ccactcacaa actgctggcg gcgttctctc aggcttccat gatccacgtt 1140 aaaggtgacg taaacgaaga aacctttaac gaagcctaca tgatgcacac caccacttct 1200 ccgcactacg gtatcgtggc gtccactgaa accgctgcgg cgatgatgaa aggcaatgca 1260 ggtaagcgtc tgatcaacgg ttctattgaa cgtgcgatca aattccgtaa agagatcaaa 1320 cgtctgagaa cggaatctga tggctggttc tttgatgtat ggcagccgga tcatatcgat 1380 acgactgaat gctggccgct gcgttctgac agcacctggc acggcttcaa aaacatcgat 1440 aacgagcaca tgtatcttga cccgatcaaa gtcaccctgc tgactccggg gatggaaaaa 1500 gcggcacca tgagcgactt tggtattccg gccagcatcg tggcgaaata cctcgacgaa 1560 catggcatcg ttgttgagaa aaccggtccg tataacctgc tgttcctgtt cagcatcggt 1620 atcgataaga ccaaagcact gagcctgctg cgtgctctga ctgactttaa acgtgcgttc 1680 gacctgaacc tgcgtgtgaa aaacatgctg ccgtctctgt atcgtgaaga tcctgaattc 1740 tatgaaaaca tgcgtattca ggaactggct cagaatatcc acaaactgat tgttcaccac 1800 aatctgccgg atctgatgta tcgcgcattt gaagtgctgc cgacgatggt aatgactccg 1860 tatgctgcat tccagaaaga gctgcacggt atgaccgaag aagtttacct cgacgaaatg 1920 gtaggtcgta ttaacgccaa tatgatcctt ccgtacccgc cgggagttcc tctggtaatg 1980 ccgggtgaaa tgatcaccga agaaagccgt ccggttctgg agttcctgca gatgctgtgt 2040 gaaatcggcg ctcactatcc gggctttgaa accgatattc acggtgcata ccgtcaggct 2100 gatggccgct ataccgttaa ggtattgaaa gaagaaagca aaaaataa 2148 <210> 2 <211> 715 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 2 Met Asn Val Ile Ale Ile Leu Asn His Met Gly Val Tyr Phe Lys Glu   1 5 10 15 Glu Pro Ile Arg Glu Leu His Arg Ala Leu Glu Arg Leu Asn Phe Gln              20 25 30 Ile Val Tyr Pro Asn Asp Arg Asp Asp Leu Leu Lys Leu Ile Glu Asn          35 40 45 Asn Ala Arg Leu Cys Gly Val Ile Phe Asp Trp Asp Lys Tyr Asn Leu      50 55 60 Glu Leu Cys Glu Glu Ile Ser Lys Met Asn Glu Asn Leu Pro Leu Tyr  65 70 75 80 Ala Phe Ala Asn Thr Tyr Ser Thr Leu Asp Val Ser Leu Asn Asp Leu                  85 90 95 Arg Leu Gln Ile Ser Phe Phe Glu Tyr Ala Leu Gly Ala Ala Glu Asp             100 105 110 Ile Ala Asn Lys Ile Lys Gln Thr Thr Asp Glu Tyr Ile Asn Thr Ile         115 120 125 Leu Pro Pro Leu Thr Lys Ala Leu Phe Lys Tyr Val Arg Glu Gly Lys     130 135 140 Tyr Thr Phe Cys Thr Pro Gly His Met Gly Gly Thr Ala Phe Gln Lys 145 150 155 160 Ser Pro Val Gly Ser Leu Phe Tyr Asp Phe Phe Gly Pro Asn Thr Met                 165 170 175 Lys Ser Asp Ile Ser Ile Ser Val Ser Glu Leu Gly Ser Leu Leu Asp             180 185 190 His Ser Gly Pro His Lys Glu Ala Glu Gln Tyr Ile Ala Arg Val Phe         195 200 205 Asn Ala Asp Arg Ser Tyr Met Val Thr Asn Gly Thr Ser Thr Ala Asn     210 215 220 Lys Ile Val Gly Met Tyr Ser Ala Pro Ala Gly Ser Thr Ile Leu Ile 225 230 235 240 Asp Arg Asn Cys His Lys Ser Leu Thr His Leu Met Met Met Ser Asp                 245 250 255 Val Thr Pro Ile Tyr Phe Arg Pro Thr Arg Asn Ala Tyr Gly Ile Leu             260 265 270 Gly Ile Pro Gln Ser Glu Phe Gln His Ala Thr Ile Ala Lys Arg         275 280 285 Val Lys Glu Thr Pro Asn Ala Thr Trp Pro Val Ala Val Ile Thr     290 295 300 Asn Ser Thr Tyr Asp Gly Leu Leu Tyr Asn Thr Asp Phe Ile Lys Lys 305 310 315 320 Thr Leu Asp Val Lys Ser Ile His Phe Asp Ser Ala Trp Val Pro Tyr                 325 330 335 Thr Asn Phe Ser Pro Ile Tyr Glu Gly Lys Cys Gly Met Ser Gly Gly             340 345 350 Arg Val Glu Gly Lys Val Ile Tyr Glu Thr Gln Ser Thr His Lys Leu         355 360 365 Leu Ala Ala Phe Ser Gln Ala Ser Met Ile His Val Lys Gly Asp Val     370 375 380 Asn Glu Glu Thr Phe Asn Glu Ala Tyr Met Met His Thr Thr Thr Ser 385 390 395 400 Pro His Tyr Gly Ile Val Ala Ser Thr Glu Thr Ala Ala Ala Met Met                 405 410 415 Lys Gly Asn Ala Gly Lys Arg Leu Ile Asn Gly Ser Ile Glu Arg Ala             420 425 430 Ile Lys Phe Arg Lys Glu Ile Lys Arg Leu Arg Thr Glu Ser Asp Gly         435 440 445 Trp Phe Phe Asp Val Trp Gln Pro Asp His Ile Asp Thr Thr Glu Cys     450 455 460 Trp Pro Leu Arg Ser Asp Ser Thr Trp His Gly Phe Lys Asn Ile Asp 465 470 475 480 Asn Glu His Met Tyr Leu Asp Pro Ile Lys Val Thr Leu Leu Thr Pro                 485 490 495 Gly Met Glu Lys Asp Gly Thr Met Ser Asp Phe Gly Ile Pro Ala Ser             500 505 510 Ile Val Ala Lys Tyr Leu Asp Glu His 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 Leu Ser Leu Leu Arg Ala Leu Thr Asp Phe Lys Arg Ala Phe 545 550 555 560 Asp Leu Asn Leu Arg Val Lys Asn Met Leu Pro Ser Leu Tyr Arg Glu                 565 570 575 Asp Pro Glu Phe Tyr Glu Asn Met Arg Ile Gln Glu Leu Ala Gln Asn             580 585 590 Ile His Lys Leu Ile Val His His Asn Leu Pro Asp Leu Met Tyr Arg         595 600 605 Ala Phe Glu Val Leu Pro Thr Met Val Met Thr Pro Tyr Ala Ala Phe     610 615 620 Gln Lys Glu Leu His Gly Met Thr Glu Glu Val Tyr Leu Asp Glu Met 625 630 635 640 Val Gly Arg Ile Asn Ala Asn Met Ile Leu Pro Tyr Pro Pro Gly Val                 645 650 655 Pro Leu Val Met Pro Gly Glu Met Ile Thr Glu Glu Ser Arg Pro Val             660 665 670 Leu Glu Phe Leu Gln Met Leu Cys Glu Ile Gly Ala His Tyr Pro Gly         675 680 685 Phe Glu Thr Asp Ile His Gly Ala Tyr Arg Gln Ala Asp Gly Arg Tyr     690 695 700 Thr Val Lys Val Leu Lys Glu Glu Ser Lys Lys 705 710 715 <210> 3 <211> 864 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 3 atgatgaaaa atattctcgc tatccagtct cacgttgttt atggtcatgc gggtaacagt 60 gcggcagagt ttccgatgcg ccgcctgggc gcgaacgtct ggccgctgaa caccgttcaa 120 ttttctaatc acacccaata cggcaaatgg actggctgcg tgatgccgcc cagccattta 180 accgaaattg tgcaaggcat tgccgccatt gataaattac acacctgtga tgccgtatta 240 agtggctatc tgggatcggc ggagcagggt gaacatatcc tcggtatcgt ccgtcaggtg 300 aaagccgcga atccgcaggc gaaattatttt tgcgatccgg taatgggtca tccggaaaaa 360 ggctgtatcg ttgcaccggg tgtcgcagag tttcatgtgc ggcacggttt gcctgccagc 420 gatatcattg cgccaaatct ggttgagctg gaaatactct gtgagcatgc ggtaaataac 480 gtcgaagaag cggttctggc agcgcgcgaa ctcattgcgc aagggccaca aattgtgttg 540 gttaaacacc tggcgcgagc tggctacagc cgtgaccgtt ttgaaatgct gctggtcacc 600 gccgatgaag cctggcatat cagccgtccg ctggtggatt ttggtatgcg ccagccggta 660 ggtgttggtg atgtgacgag cggtttactg ctggtgaaac tgcttcaggg ggcaacgctg 720 caggaggcgc tggaacatgt gaccgctgca gtctacgaaa tcatggtgac caccaaagca 780 atgagagat atgagctgca agtggtggct gctcaggatc gtattgccaa accagaacat 840 tacttcagcg caacaaagct ctga 864 <210> 4 <211> 287 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 4 Met Met Lys Asn Ile Leu Ala Ile Gln Ser His Val Val Tyr Gly His   1 5 10 15 Ala Gly Asn Ser Ala Ala Glu Phe Pro Met Arg Arg Leu Gly Ala Asn              20 25 30 Val Trp Pro Leu Asn Thr Val Gln Phe Ser Asn His Thr Gln Tyr Gly          35 40 45 Lys Trp Thr Gly Cys Val Met Pro Ser Ser His Leu Thr Glu Ile Val      50 55 60 Gln Gly Ile Ala Ala Ile Asp Lys Leu His Thr Cys Asp Ala Val Leu  65 70 75 80 Ser Gly Tyr Leu Gly Ser Ala Glu Gln Gly Glu His Ile Leu Gly Ile                  85 90 95 Val Arg Gln Val Lys Ala Ala Asn Pro Gln Ala Lys Tyr Phe Cys Asp             100 105 110 Pro Val Met Gly His Pro Glu Lys Gly Cys Ile Val Ala Pro Gly Val         115 120 125 Ala Glu Phe His Val Arg His Gly Leu Pro Ala Ser Asp Ile Ile Ala     130 135 140 Pro Asn Leu Val Glu Leu Glu Ile Leu Cys Glu His Ala Val Asn Asn 145 150 155 160 Val Glu Glu Ala Val Leu Ala Ala Arg Glu Leu Ile Ala Gln Gly Pro                 165 170 175 Gln Ile Val Leu Val Lys His Leu Ala Arg Ala Gly Tyr Ser Arg Asp             180 185 190 Arg Phe Glu Met Leu Leu Val Thr Ala Asp Glu Ala Trp His Ile Ser         195 200 205 Arg Pro Leu Val Asp Phe Gly Met Arg Gln Pro Val Gly Val Gly Asp     210 215 220 Val Thr Ser Gly Leu Leu Leu Val Lys Leu Leu Gln Gly Ala Thr Leu 225 230 235 240 Gln Glu Val Leu Glu His Val Thr Ala Ala Val Tyr Glu Ile Met Val                 245 250 255 Thr Thr Lys Ala Met Gln Glu Tyr Glu Leu Gln Val Val Ala Ala Gln             260 265 270 Asp Arg Ile Ala Lys Pro Glu His Tyr Phe Ser Ala Thr Lys Leu         275 280 285

Claims (10)

i) 라이신 디카르복실라아제(lysine decarboxylase) 및 서열번호 4의 아미노산으로 구성되는 피리독살 키나아제(pyridoxal kinase, PdxY)을 동시에 발현하는 재조합 미생물을 제조하는 단계;
ii) 상기 단계 i)에서 제조한 재조합 미생물을 배양하고 수득하는 단계;
iii) 상기 단계 ii)에서 수득한 재조합 미생물을, 라이신 기질 및 피리독살(pyridoxal, PL) 및 피리독신(pyridoxine, PN) 중 어느 하나 또는 둘 다인 라이신 디카르복실라아제 조효소를 포함하는 반응액에 현탁하고 반응하는 단계; 및
iv) 상기 단계 iii)에서 반응한 반응액으로부터 카다베린을 수득하는 단계를 포함하는, 카다베린의 대량 생산 방법.
(i) preparing a recombinant microorganism which simultaneously expresses a lysine decarboxylase and a pyridoxal kinase (PdxY) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4;
ii) culturing and obtaining the recombinant microorganism produced in step i);
iii) The recombinant microorganism obtained in step ii) is suspended in a reaction solution containing lysine dicarboxylase coenzyme, which is either or both of lysine substrate and pyridoxal (PL) and pyridoxine (PN) &Lt; / RTI &gt; And
iv) obtaining the cadaverine from the reaction solution reacted in step iii) above.
제 1항에 있어서, 상기 단계 i)의 라이신 디카르복실라아제는 서열번호 2의 아미노산 서열로 구성되는 대장균 유래의 cadA인 것을 특징으로 하는, 카다베린의 대량 생산 방법.
The method of mass production of cadaverine according to claim 1, wherein the lysine decarboxylase of step i) is cadA derived from E. coli consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 단계 i)의 미생물은 대장균(E. coli), 코리네박테리움(Corynebacterium) 또는 하프니아(Hafnia) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는, 카다베린의 대량 생산 방법.
The method of claim 1, wherein the microorganism of step i) is Escherichia coli (E. coli), Corynebacterium (Corynebacterium) or hafnia (Hafnia any one of the methods of mass, cadaverine, characterized in production medium).
삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 단계 iii)의 반응은 30 내지 40℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는, 카다베린의 대량 생산 방법.
The method of mass production of cadaverine according to claim 1, wherein the reaction of step iii) is carried out at 30 to 40 占 폚.
i) 라이신 디카르복실라아제 및 서열번호 4의 아미노산으로 구성되는 피리독살 키나아제(PdxY)를 동시에 발현하는 재조합 미생물을 제조하는 단계;
ii) 상기 단계 i)에서 제조한 재조합 미생물을 라이신 기질 및 피리독살(PL) 및 피리독신(PN) 중 어느 하나 또는 둘 다인 라이신 디카르복실라아제 조효소를 포함하는 배지에 접종하고 배양하는 단계;
iii) 상기 단계 ii)에서 배양한 배지로부터 카다베린을 수득하는 단계를 포함하는, 카다베린의 대량 생산 방법.
(i) producing a recombinant microorganism that simultaneously expresses lysine decarboxylase and a pyridoxal kinase (PdxY) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4;
ii) inoculating and culturing the recombinant microorganism prepared in step i) in a medium comprising lysine dicarboxylase enzyme coenzyme, which is either or both of lysine substrate and pyridoxal (PL) and pyridoxine (PN);
iii) obtaining the cadaverine from the medium cultured in the step ii).
제 7항에 있어서, 상기 단계 i)의 라이신 디카르복실라아제는 서열번호 2의 아미노산 서열로 구성되는 대장균 유래의 cadA인 것을 특징으로 하는, 카다베린의 대량 생산 방법.
8. The method of mass production of cadaverine according to claim 7, wherein the lysine decarboxylase of step i) is cadA derived from E. coli consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.
삭제delete 삭제delete
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