KR101914180B1 - Biosynthesis Method of Mevalonates Using a Biodiesel By-Product - Google Patents

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Abstract

본 발명은 탄소원으로 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 이용한 메발로네이트 생합성 방법을 개시한다. 본 발명의 방법은 탄소원으로 글루코오스를 이용할 경우보다 당대 수율이 월등히 높고 , 탄소원으로 일반 글리세롤(상품으로 판매되는 순수 글리세롤)을 이용할 경우보다도 당대 수율이 높은 효과를 가진다.The present invention discloses a mevalonate biosynthesis process using glycerol-containing biodiesel production by-products as a carbon source. The method of the present invention has a much higher yield than the case of using glucose as a carbon source and has a higher yield than the case of using common glycerol (pure glycerol sold as a product) as a carbon source.

Description

글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 이용한 메발로네이트 생합성 방법{Biosynthesis Method of Mevalonates Using a Biodiesel By-Product}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a biosynthesis biosynthetic biosynthetic by-

본 발명은 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 이용한 메발로네이트 생합성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for biosynthesis of mevalonate using glycerol-containing biodiesel production by-products.

에너지 자원 고갈의 문제가 없고, 폐식용유 등 폐자원의 활용이 가능하다는 측면과, 분진, 매연, 일산화탄소 등 각종 공해물질 발생이 저감된다는 환경적인 측면, 그리고 화석 연료의 고갈과 그에 따라 2020년까지 바이오디젤 보급률을 5%까지 증가시키겠다는 정책적인 측면 등이 어우러져 우지, 대두유, 폐식용유 등의 동·식물성 유지를 원료로 하여 제조되는 바이오디젤 산업이 급격하게 성장하고 있다(한국경제 2014. 08. 06자 기사). There is no problem of depletion of energy resources, the use of waste resources such as waste cooking oil, the environmental aspect of reducing the generation of various pollutants such as dust, soot, carbon monoxide, and the exhaustion of fossil fuels, The biodiesel industry, which is manufactured from vegetable oils such as Uji, soybean oil, and waste cooking oil, is growing rapidly (Korea Economic Daily, Apr 08, 2014). Article).

바이오디젤은 지방산과 글리세롤이 결합된 형태인 동·식물성 지방의 트리글리세리드(triglyceride)로부터 에스테르교환반응(transesterification)을 통해 글리세롤을 분리시켜 얻어지는 메틸 에스테르(fatty acid methyl esters) 또는 에틸 에스테르(fatty acid ethyl esters)를 말한다. 바이오디젤은 트리글리세리드를 산 또는 염기 촉매하에 메탄올, 에탄올 등의 저급 알콜과 반응시켜 제조하는 화학적 방법과 에스테르교환 반응을 촉매하는 리파아제 등 효소를 이용하는 생물학적 방법, 초임계 메탄올, 에탄올을 이용하는 방법 등이 있는데, 현재 염기 촉매에 의한 화학적 방법이 가장 일반화되어 있다(Bioresource Technology, 70: 1~15, 1999; Fuel, 80(2): 225~231, 2001; Fuel, 80(5):693~698, 2001; Renewable Energy, 3:13~16, 2003).Biodiesel is a fatty acid methyl esters or fatty acid ethyl esters obtained by transesterification of glycerol from the triglycerides of animal and vegetable fats in the form of fatty acid and glycerol combined, ). Biodiesel is produced by a chemical method in which triglyceride is produced by reacting triglyceride with a lower alcohol such as methanol or ethanol under an acid or base catalyst, a biological method using an enzyme such as lipase which catalyzes an ester exchange reaction, a method using supercritical methanol or ethanol (Bioresource Technology, 70: 1-15, 1999; Fuel, 80 (2): 225-231, 2001; Fuel, 80 (5): 693-698, 2001) Renewable Energy, 3: 13-16, 2003).

바이오디젤이 트리글리세리드로부터 글리세롤를 분리시켜 제조되기 때문에 바이오디젤 생성 과정에서 부산물로서 글리세롤이 필수적으로 발생하게 되는데, 이 때 생성되는 글리세롤은 바이오디젤의 10%에 상당하는 것으로 보고되어 있다(Green Chem., 9:868, 2007). 바이오디젤 생성 부산물에는 글리세롤 이외에도 미반응 물질인 트리클리세리드, 메탄올 등의 반응물질, 분리되지 않은 바이오디젤, 산 또는 염기 촉매 등이 포함되어 있어 바이오디젤 생성 부산물의 글리세롤 순도는 50~80% 수준이다. Since biodiesel is produced by separating glycerol from triglyceride, glycerol is essentially produced as a by-product in the biodiesel production process, and glycerol produced at this time is reported to be equivalent to 10% of biodiesel (Green Chem., 9 : 868, 2007). In addition to glycerol, biodiesel production by-products contain unreacted substances such as trichliceride, methanol, and other unreacted biodiesel, acid or base catalysts, and the purity of glycerol in biodiesel production by-products is in the range of 50 to 80% .

바이오디젤 생성 부산물에서 글리세롤을 분리·정제하는 증류법, 흡착법, 추출법 등이 제안되어 있으나(Green Chem., 9:868, 2007), 순수 글리세롤의 가격이 높지 않고 분리·정제 공정이 복잡하여 비용이 높기 때문에 바이오디젤에서 분리·정제한 글리세롤은 가격 경쟁력이 떨어진다. 따라서 바이오디젤 생산량의 증가에 따라 점차 증가하는 폐 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물은 대부분이 폐기되고 있는 실정이다. (Green Chem., 9: 868, 2007). However, since the price of pure glycerol is not high and the separation and purification process is complicated, the cost is high Therefore, glycerol separated and purified from biodiesel is not competitive in price. Therefore, most of the byproducts of waste glycerol-containing biodiesel are increasingly being discarded due to the increase of biodiesel production.

한편 메발론산은 생물에서 코엔자임 큐텐(coenzyme Q10), 스쿠알렌(squalene), 콜레스테롤(cholesterol), 이소프레노이드(isoprenoid) 등의 생합성에 이용되는 중간대사체로 알코올 작용기와 카르복실 작용기를 양쪽 끝에 가지고 있는 구조이며, 물에 잘 녹고 극성 용매에도 잘 녹는다. 또한 산처리에 의한 탈수소화 반응을 통하여 쉽게 메발로노락톤으로 전환될 수 있다. 메발론산은 3위 탄소가 비대칭탄소원자이며 (R+)체만이 생물학적으로 생산되고 이용된다.Mebaronic acid is an intermediate metabolite used in biosynthesis of coenzyme Q10, squalene, cholesterol, isoprenoid, etc. in living organisms and has a structure having alcohol functional groups and carboxyl functional groups at both ends It is soluble in water and soluble in polar solvents. Also, it can be easily converted into mevalonolactone through dehydrogenation reaction by acid treatment. Mebaronic acid is the asymmetric carbon atom in the third carbon and only (R +) is produced and used biologically.

메발론산의 생합성 과정을 보면, 도 1에서 확인되듯이 2 분자의 아세틸 코엔자임 A(acetyl-CoA)를 전구체로 하여 아세토아세틸 코엔자임 A(acetoacetyl-CoA)와 하이드록시메틸글루타릴 코엔자임 A(HMGCoA; hydroxymethylglutaryl CoA)의 생성을 거쳐 이루어진다.As shown in FIG. 1, the biosynthesis process of mevalonic acid was performed by using two molecules of acetyl-CoA as precursors and using acetoacetyl-coA and hydroxymethylglutaryl coenzyme A (HMGCoA; hydroxymethylglutaryl CoA).

2 분자의 아세틸 코엔자임 A로부터 아세토아세틸 코엔자임 A의 생성에는 아세토아세틸 코엔자임 A 합성효소(acetoacetyl-CoA synthase, acetyl-CoA acetyltransferase or acetoacetyl-CoA thiolase, 이하 "AtoB"), 아세토아세틸 코엔자임 A로부터 하이드록시메틸글루타릴 코엔자임 A의 생성에는 하이드록시메틸글루타릴 코엔자임 A 합성효소(HMG-CoA synthase, 이하 "HMGS"), 하이드록시메틸글루타릴 코엔자임 A로부터 메발로네이트의 생성에는 하이드록시메틸글루타릴 코엔자임 A 환원효소(HMG-CoA reductase, 이하 "HMGR")가 각각 관여한다(Journal of Biotechnology 140:218.226, 2009; NATURE BIOTECHNOLOGY 21:796-802, 2003], 문헌 [Metabolic Engineering 11:13-19, 2009; Clinical Biochemistry 40:575-584, 2007; Arch Biochem Biophys. 505(2):131-143, 2011) Acetoacetyl CoA synthase, acetyl-CoA acetyltransferase or acetoacetyl-CoA thiolase (hereinafter referred to as " AtoB "), acetoacetyl coenzyme A from two molecules of acetyl coenzyme A, hydroxymethyl For the production of glutaryl coenzyme A, hydroxymethylglutaryl coenzyme A synthetase (HMG-CoA synthase, hereinafter referred to as "HMGS") and hydroxymethylglutaryl coenzyme A are used for generation of mevalonate, (HMG-CoA reductase, hereinafter referred to as " HMGR ") are involved, respectively (Journal of Biotechnology 140: 218.226, 2009; NATURE BIOTECHNOLOGY 21: 796-802, 2003), Metabolic Engineering 11: 13-19 , 2009; Clinical Biochemistry 40: 575-584, 2007; Arch Biochem Biophys. 505 (2): 131-143, 2011)

메발론산과 메발로노락톤은 현재 산업적 응용범위가 넓어지고 있는 추세이며, 화장품 첨가물이나, 생분해성 폴리머 생산, 키랄 화합물생산에 사용되고 있다.특히 화장품 원료로 사용 시 피부 세포에 흡수되어 항노화, 항산화, 보습, 피부 장벽 재생, 주름 개선 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 실제 메발론산은 피부에 처리하면 손상에 대한 피부 내성을 증대시키고 세균이나 외부 자극으로부터 피부를 보호해 주고 피부의 수분 유지를 도와주는 막인 피부 장벽이 손상으로부터 복원되는 것을 촉진하는 것으로 보고되었다.Mebalonate and mevalonolactone are currently being used in a wide range of industrial applications, and are used in the production of cosmetic additives, biodegradable polymers, and chiral compounds. In particular, when used as cosmetic raw materials, they are absorbed into skin cells, , Moisturizing, regenerating skin barrier, and improving wrinkles. Actual mevalonic acid has been reported to promote skin barrier restoration from damage, which is a membrane that increases skin resistance to damage and protects skin from bacteria and external stimuli and helps maintain skin moisture.

본 발명은 메발로네이트의 생합성에 있어 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물의 탄소원으로서의 이용 가능성을 확인함으로써 완성된 것이다.The present invention has been completed by confirming the possibility of using glycerol-containing biodiesel production by-products as a carbon source in the biosynthesis of mevalonate.

본 발명은 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 이용한 메발로네이트의 생합성 방법을 제공하는 데 있다.The present invention provides a method for biosynthesizing mevalonate using glycerol-containing biodiesel production by-products.

본 발명의 다른 목적이나 구체적인 목적은 이하에서 제시될 것이다.Other and further objects of the present invention will be described below.

본 발명자들은 아래의 실시예에서 확인되는 바와 같이, 메발로네이트 생합성과 관련된 세 가지 유전자, 즉 AtoB를 암호화하는 atoB 유전자, HMGS를 암호화하는 mvaS 유전자, HMGR를 암호화하는 mvaE 유전자로 형질전환된 재조합 대장균을 이용하여 500ml의 플라스크 및 2L의 발효기를 통해 메발로네이트를 생합성할 때, 탄소원으로서 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 공급할 경우, 각 당대 수율(탄소원 공급량 대비 메발로네이트 생성 수율)이 44.95%(500ml의 플라스크 배양), 26.43%(2L의 발효기 배양)로, 탄소원으로 글루코오스를 공급할 경우의 당대 수율 9.92%에 비하여 현저히 높았고, 또한 탄소원으로 일반 글리세롤(상품으로 판매되는 순수 글리세롤)을 공급할 경우의 각 당대 수율 41.1%(500mL의 플라스크 배양), 26.1%(2L의 발효기 배양)보다도 높은 결과를 보였다. 이러한 결과는 전술한 바와 같이 재활용이 경제성이 없어 폐기되는 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 이용하여 얻어진 것으로 메발로네이트의 생산 비용을 절감할 수 있다는 점에서 매우 유의미한 결과라 할 수 있다.As shown in the following examples, the inventors of the present invention found that three genes involved in mevalonate biosynthesis, namely, the atoB gene encoding AtoB , the mvaS gene encoding HMGS, the recombinant Escherichia coli transformed with mvaE encoding HMGR (Yield of mevalonate production relative to the supply amount of carbon source) of 44.85% (500 ml (yield)) was obtained when glycerol-containing biodiesel production by-product was supplied as a carbon source when biosynthesis of mevalonate was carried out through a 500 ml flask and a 2 L fermenter ), 26.43% (2 L of fermenter culture), which was significantly higher than the yield of 9.92% when glucose was supplied as a carbon source. In addition, when the common glycerol (pure glycerol sold as a product) was supplied as a carbon source, The yield was 41.1% (500 mL flask culture) and higher than 26.1% (2L fermenter culture). These results are very meaningful in that the production cost of mevalonate can be reduced since the recycling is not economical as described above, which is obtained by using the by-product of glycerol-containing biodiesel, which is discarded.

전술한 바를 고려할 때, 본 발명은 (a) AtoB, HMGS 및 HMGR를 발현시킬 수 있는 발현벡터로 형질전환된 숙주 미생물을 제조하는 단계, (b) 이 형질전환된 숙주 미생물 배양을 위한 배지를 조제하는 단계, (c) 그 배지에 상기 형질전환된 숙주 미생물을 접종하여 배양하는 단계, 및 (d) 배양물로부터 메발로네이트를 수득하는 단계를 포함하되, 상기 배지에는 탄소원으로서 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물이 상기 (b) 단계의 배지 조제 단계 및/또는 상기 (c) 단계의 숙주 미생물의 배양 단계 중에 공급되는 것을 특징으로 한다.(A) preparing a host microorganism transformed with an expression vector capable of expressing AtoB, HMGS and HMGR, (b) preparing a medium for culturing the transformed host microorganism, ; (C) inoculating and culturing the transformed host microorganism in the medium; and (d) obtaining mevalonate from the culture, wherein the medium contains glycerol-containing biodiesel as a carbon source Characterized in that the byproduct is supplied during the medium preparation step of step (b) and / or during the culturing step of the host microorganism of step (c).

본 명세서에서, 메발로네이트는 메발론산(mevalonic acid)과 상호 등가적으로 사용된다. In the present specification, mevalonate is used equivalently with mevalonic acid.

또 본 명세서에서, "글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물"은 이미 전술한 바와 같이, 지방산과 글리세롤이 결합된 형태인 동·식물성 지방의 트리글리세리드(triglyceride)로부터 에스테르교환반응(transesterification)을 통해 글리세롤을 분리시켜 얻어지는 바이오디젤인 메틸 에스테르(fatty acid methyl esters) 또는 에틸 에스테르(fatty acid ethyl esters)를 생성할 때 생성되는 부산물로서, 글리세롤을 50~80% 수준으로 포함하는 것을 의미한다. 더 구체적으로 50~80%의 글리세롤 이외에 기타 미반응 물질인 트리클리세리드, 메탄올 등의 반응물질, 분리되지 않은 바이오디젤, 산 또는 염기 촉매 등을 포함하는 것을 의미한다. As used herein, the term " glycerol-containing biodiesel production by-product " in the present specification means that glycerol is separated from glycerol-linked fatty acid and triglyceride of vegetable fat through transesterification, Byproducts produced when producing biodiesel, fatty acid methyl esters or fatty acid ethyl esters, are meant to include glycerol at levels of 50-80%. More specifically 50 to 80% glycerol, and other unreacted substances such as trichliceride, methanol and the like, unseparated biodiesel, acid or base catalyst, and the like.

본 발명의 방법에서, AtoB, HMGS 및 HMGR를 발현시킬 수 있는 발현벡터의 제조는 AtoB, HMGS 및 HMGR를 암호화하는 유전자를 포함하여 구성되는데, 해당 유전자들은 당업계에 많은 양의 문헌을 통하여 널리 주지되어 있다. AtoB를 암호화하는 유전자는 당업계에서 phaA, mvaE, atoB 등으로 알려져 있고, HMGS를 암호화하는 유전자는 당업게에서 HMGS, mvaS 등으로 알려져 있으며, HMGR를 암호화하는 유전자는 HMGR, mvaA, mvaE 등으로 알려져 있는데, 해당 유전자들의 염기서열 등에 대한 정보는 예컨대 발명의 명칭이 "메발로네이트 또는 메발로노락톤 생성능을 가지는 재조합 미생물, 및 이를 이용한 메발로네이트 또는 메발로노락톤의 제조방법"인 한국 공개특허 제10-2015-0134512호, 발명의 명칭이 "메발론산의 생산에 관여하는 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 미생물 및 이를 이용한 메발론산의 생산 방법"인 한국 공개특허 제10-2015-0006097호, 문헌 [Journal of Biotechnology 140:218.226, 2009], 문헌 [NATURE BIOTECHNOLOGY 21:796-802, 2003], 문헌 [Metabolic Engineering 11:13-19, 2009], 문헌 [Clinical Biochemistry 40:575-584, 2007], 문헌 [Arch Biochem Biophys. 505(2):131-143, 2011] 등으로부터, 또는 NCBI(National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)에 등재된 해당 유전자들로부터 얻을 수 있다. In the method of the present invention, the production of an expression vector capable of expressing AtoB, HMGS and HMGR comprises a gene encoding AtoB, HMGS and HMGR, which genes are widely available in the literature . Gene coding for the AtoB is known in the art phaA, mvaE, atoB, etc., a gene coding for HMGS is known as HMGS, mvaS the like in per eopge, genes encoding HMGR is known HMGR, mvaA, mvaE etc. Information on the nucleotide sequence of the corresponding genes can be found in, for example, Korean Patent Publication No. 2003-005950, entitled " Recombinant microorganism having mevalonate or mevalonolactone-producing ability, and method for producing mevalonate or mevalonolactone using the same, 10-2015-0134512, entitled " Microorganisms Containing Genes Encoding Enzymes Involved in the Production of Mevalonic Acid and Methods for Producing Mevalonic Acids Utilizing the Same ", Korean Patent Publication No. 10-2015-0006097, (Metabolic Engineering 11: 13-19, 2009), Clinical Biochemistry 40: 575-584, 2 (2003) 007], Arch Biochem Biophys. 505 (2): 131-143, 2011], or from corresponding genes listed in the NCBI (National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/).

본 발명의 방법에서 AtoB, HMGS 및 HMGR를 발현시킬 수 있는 발현벡터는 AtoB, HMGS 및 HMGR를 모두 발현시킬 수 있는 하나의 발현벡터로 구성되거나 AtoB, HMGS 및 HMGR 중 둘을 발현시키고 나머지 하나를 발현시킬 수 있는 두 개의 발현벡터로 구성되거나 AtoB, HMGS 및 HMGR 각각을 발현시킬 수 있는 세 개의 발현벡터로 구성될 수 있다. 특히 mvaE 유전자의 산물은 AtoB와 HMGR의 기능을 동시에 가지므로 mvaE 유전자를 사용할 경우 HMGS를 암호화하는 HMGS, mvaS 등의 유전자와 함께 발현벡터를 하나 또는 두 개로 구성할 수도 있다. In the method of the present invention, the expression vector capable of expressing AtoB, HMGS and HMGR is composed of one expression vector capable of expressing both AtoB, HMGS and HMGR, or expresses two of AtoB, HMGS and HMGR and expresses the other Or two expression vectors capable of expressing AtoB, HMGS and HMGR, respectively. In particular, the product of mvaE gene has the function of AtoB and HMGR at the same time. Therefore, when mvaE gene is used, one or two expression vectors may be constructed together with genes such as HMGS and mvaS encoding HMGS .

발현벡터는 숙주 미생물 내에서 목적유전자(AtoB, HMGS 및/또는 HMGR를 암호하는 유전자)를 발현시킬 수 있는 DNA 구성물(DNA CONSTRUCT)로서, 숙주 미생물에 도일될 경우 숙주 미생물의 게놈과 독립적으로 복제되고 기능(목적 유전자의 발현)하거나 숙주 미생물의 게놈에 통합되어 복제·기능하게 된다. The expression vector is a DNA construct capable of expressing a gene of interest (a gene coding for AtoB, HMGS and / or HMGR) in a host microorganism, and is replicated independently of the genome of the host microorganism when it is transformed into a host microorganism Function (expression of the target gene) or integrated into the genome of the host microorganism.

본 발명에서 발현벡터는 플라스미드, 코스미드, 파지미드, 파지 등 형태의 핵산일 수 있으며, 숙주 미생물에 따라 적합한 벡터를 상용화된 벡터 중에서 구입하여 사용하거나 구입·개조하여 사용할 수 있다. 예컨대 숙주 미생물로서 대장균을 사용할 경우 pUC19, pSTV28, pBBR1MCS, pBluscriptII, pBAD, pTrc99A, pET, pACYC184, pBR322, pJE101, pJE102,, pJE103 등을 사용할 수 있다.In the present invention, the expression vector may be a nucleic acid in the form of a plasmid, a cosmid, a phagemid, a phage or the like. Depending on the host microorganism, a suitable vector may be purchased from a commercialized vector, or used or modified. For example, when E. coli is used as the host microorganism, pUC19, pSTV28, pBBR1MCS, pBluscriptII, pBAD, pTrc99A, pET, pACYC184, pBR322, pJE101, pJE102, pJE103 and the like can be used.

재조합 DNA 기술을 포함한 발현벡터 구성에 대해서는 당업계에 상당한 양의 문헌이 축적되어 있으며, 예컨대 문헌 [Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (2001)], 문헌[F M Ausubel et al, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley amp; Sons, Inc. (1994)], 문헌 [Marston, F (1987) DNA Cloning Techniques] 등을 참조할 수 있다. A substantial amount of literature has been accumulated in the art for expression vector constructs involving recombinant DNA technology and is described, for example, in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, (2001) FM Ausubel et al, Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, Inc. (1994), Marston, F (1987) DNA Cloning Techniques, and the like.

발현벡터는 목적 유전자인 시스-트랜스퍼라제 유전자나 UDP 피로인산 신타아제 유전자 이외에, 그 목적 유전자와 작동 가능하게 연결됨으로써 상기 목적 유전자의 전사와 번역에 영향을 미치는 조절서열을 포함한다. The expression vector includes, in addition to the target gene cis-transferase gene or UDP pyrophosphate synthase gene, a regulatory sequence which is operatively linked to the target gene, thereby affecting transcription and translation of the target gene.

이러한 조절서열에는 통상적으로 프로모터 서열, 전사종결 신호 서열(polyadenylation signal) 등이 포함된다. 여기서 "작동가능하게 연결된다"는 의미는 어떤 유전자의 전사 및/또는 번역이 영향을 받도록 연결된다는 의미이다. 예컨대 어떠한 프로모터가 그것에 연결된 어떤 유전자의 전사에 영향을 준다면 그 프로모터와 그 유전자는 작동가능하게 연결된 것이다. Such regulatory sequences typically include promoter sequences, polyadenylation signals, and the like. The term " operably linked " herein means that the transcription and / or translation of a gene is influenced. For example, if a promoter affects the transcription of a gene linked thereto, the promoter and the gene are operably linked.

본 명세서에서 "프로모터"는 당업계에 알려진 통상의 의미를 따르는데, 구체적으로는 어떤 유전자의 전사 개시점을 기준으로 상위(5'쪽)에 위치하고, DNA-의존 RNA 중합효소에 대한 결합 부위, 전사 개시점, 전사 인자 결합 부위 등을 포함하는, 하나 이상의 유전자의 전사를 제어하는 기능을 갖는 핵산 서열을 의미한다. 이러한 프로모터는 그것이 원핵생물 유래일 경우 전사 개시점 상위에 있는 Prib-now box(통상 전사 개시점(+1) -10 부근 위치), Hogness box(통상 전사 개시점(+1) -35 부근 위치)를 포함하며, 그것이 진핵생물 유래일 경우 전사 개시점 상위에 있는 TATA 박스(통상 전사 개시점(+1) -20 내지 -30 위치에 존재), CAAT 박스(통상 전사 개시 부위와 비교하여 대략 -75 위치에 존재), 인핸서, 전사 억제 인자 등을 포함한다. As used herein, the term " promoter " refers to the conventional meaning as known in the art. Specifically, the term " promoter "Quot; means a nucleic acid sequence having a function of controlling transcription of one or more genes, including transcription initiation point, transcription factor binding site, and the like. The promoter is derived from a prokaryotic organism, such as a Prib-now box (position near the transfer start point (+1) -10) above the transfer start point, a hogness box (position near the transfer start point (+1) (Present at the transcription start point (+1) -20 to -30 position), CAAT box (usually about -75 in comparison with the transcription initiation site) when it is derived from a eukaryote, Position), an enhancer, a transcription repressor, and the like.

프로모터는 그것에 연결된 목적유전자를 발현시킬 수 있는 프로모터라면 구성적 프로모터(특정 유기체에서 상시적으로 발현을 유도하는 프로모터), 유도성 프로모터(특정 외부 자극에 반응하여 목적 유전자의 발현을 유도하는 프로모터) 모두 사용 가능하며, 바람직하게는 특정 숙주 미생물에 적합한 프로모터를 사용하는 경우이다. 예컨대 대장균을 숙주 미생물로 사용할 경우 T7A1, T7A2, T7A3, λpL, λpR, lac, lacUV5, trp, tac, trc, phoA, rrnB, 1PL 등의 프로모터, 숙주 미생물로서 효모를 사용할 경우 GAL1, GAL10, ADH1, TDH3, PGK 등의 프로모터를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.The promoter may be a constitutive promoter (a promoter that induces expression constantly in a specific organism) or an inducible promoter (a promoter that induces expression of a target gene in response to a specific external stimulus), if the promoter is capable of expressing a target gene linked thereto And preferably a promoter suitable for a particular host microorganism is used. For example, when E. coli is used as a host microorganism, promoters such as T7A1, T7A2, T7A3, lambda pL, lambda pR, lac, lacUV5, trp, tac, trc, phoA, rrnB, 1PL, and GAL1, GAL10, ADH1, It may be preferable to use promoters such as TDH3 and PGK.

상기 발현벡터는 프로모터 이외에 전사 종결 서열인 터미네이터 서열을 포함하여 구성되는데, 터미네이터 서열은 poly(A) 첨가 신호(polyadenylation signal)로 작용하는 서열로서 전사의 완결성 및 효율성을 높이기 위한 것이다. 숙주 미생물에 따라 적합한 터미네이터 서열은 당업계에 공지되어 있으며, 예컨대 숙주 미생물이 대장균일 경우 tac 터미네이터 서열, rrnB 터미네이터 서열 등을 사용할 수 있고, 숙주 미생물이 효모일 경우 ADH1 터미네이터 서열 등을 사용할 수 있다.The expression vector comprises a terminator sequence which is a transcription termination sequence in addition to the promoter. The terminator sequence is a sequence acting as a poly (A) addition signal (polyadenylation signal) to increase the completeness and efficiency of transcription. Terminator sequences suitable for the host microorganism are known in the art, for example, tac terminator sequence, rrnB terminator sequence and the like can be used when the host microorganism is E. coli, and ADH1 terminator sequence can be used when the host microorganism is yeast.

상기 발현벡터는 선별 마커 유전자를 추가로 포함할 수 있다. 선별 마커 유전자는 그러한 마커 유전자를 포함하는 숙주 미생물의 선별을 가능하게 하는 형질을 암호화하는 유전자로서 일반적으로는 항생물질 내성 유전자이다. 사용 가능한 항생물질 내성 유전자의 예로는 퓨로마이신 내성 유전자(예컨대 Streptomyces alboniger로부터 유래된 퓨로마이신 N-아세틸 트랜스퍼라제 유전자), 네오마이신 내성 유전자(예컨대 Streptomyces fradiae로부터 유래된 아미노글리코사이드 포스포트랜스퍼라제 유전자), 하이그로마이신 내성 유전자(Streptomyces hygroscopicus 로부터 유래된 하이그로마이신 포스포트랜스퍼라제 유전자), 블레오마이신 내성 유전자(Streptomyces verticillus로부터 유래된 블레오마이신 결합 단백질), 블라스티시딘 내성 유전자(예컨대 Streptomyces verticillum로부터 유래된 블라스티시딘 S-아세틸트랜스퍼라제 유전자), 하이그로마이신 내성 유전자(예컨대 Escherichia coli로부터 유래된 아미노사이클리톨 포스포트랜스퍼라제 유전자), 암피실린 내성 유전자(β-락타마제 유전자) 등을 들 수 있다. The expression vector may further comprise a selectable marker gene. The selectable marker gene is a gene encoding a gene that enables selection of a host microorganism containing such a marker gene, and is generally an antibiotic resistance gene. Examples of antibiotic resistance genes that can be used include puromycin resistant genes (e.g., puromycin N-acetyltransferase genes from Streptomyces alboniger ), neomycin resistant genes (e.g., Streptomyces aminoglycoside phosphotransferase gene derived from fradiae ), hygromycin resistance gene ( Streptomyces Hygromycin phosphotransferase gene from hygroscopicus ), a bleomycin resistance gene (a bleomycin binding protein derived from Streptomyces verticillus), a blasticidin resistance gene (e.g., Streptomyces Blind stitch when the Dean S- acetyltransferase gene), hygromycin resistance gene (e.g. the amino cycle erythritol phospho transferase gene derived from Escherichia coli derived from verticillum), such as ampicillin resistance gene (β- lactamase gene) .

선별마커는 티미딜레이트 신타제 유전자, 티미딘 키나아제 유전자 또는 디히드로폴레이트 리덕타제 유전자 등일 수 있다. 이들 유전자는 특정 성분이 존재·결여된 배지에서 해당 유전자를 가진 숙주 미생물의 선별을 가능하게 한다(Kaufman RJ. Methods Enzymol 185, 537-56 (1990)).The selectable marker may be a thymidylate synthase gene, a thymidine kinase gene, or a dihydrofolate reductase gene. These genes enable the selection of host microorganisms with the gene in the medium in which the specific component is present (Kaufman RJ. Methods Enzymol 185, 537-56 (1990)).

본 발명의 방법에 있어서, 발현벡터는 또한 목적유전자의 용이한 클로닝을 위해서 제한효소 인식 부위(restriction enzyme recognition site)를 포함할 수 있다.In the method of the present invention, the expression vector may also contain a restriction enzyme recognition site for easy cloning of the target gene.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 (a) 단계의 발현벡터를 제작한 후에는 이를 숙주 미생물에 형질전환시키는 (b) 단계가 수행되게 된다.In the method of the present invention, after the expression vector of step (a) is prepared, step (b) of transforming it into a host microorganism is performed.

형질전환은 왜래 유전자가 도입됨에 의한 숙주 미생물의 유전자형의 변형을 의미하는데, 그 도입된 왜래 유전자는 숙주 미생물의 게놈과 독립적으로 존재하거나 숙주 미생물의 게놈에 통합되어 존재할 수 있다. 여기서 왜래 유전자에는 동종성 유전자와 이종성 유전자가 포함되는데, "동종성 유전자"란 숙주 미생물 또는 그와 동일한 생물종의 내인성 유전자를 의미하며, "이종성 유전자"란 그것이 형질전환되는 유기체에서는 존재하지 않는 유전자를 말한다. 예컨대 HMGS를 암호화하는 한국 공개특허 제 호의 서열번호 1에 개시된 엔테로코커스 킹세종엔시스 Gf1(Enterococcus Kingsejongensis Gf1) 유래의 mvaS 유전자를 대장균에 도입할 경우 이 유전자는 이종성 유전자가 되며, 해당 유전자를 엔테로코커스 킹세종엔시스 Gf1에 도입할 경우는 동종성 유전자가 된다.Transformation refers to a modification of the genotype of the host microorganism by introduction of the causal gene, which may be present independently of the genome of the host microorganism or integrated into the genome of the host microorganism. Herein, the homologous gene and the heterologous gene are included in the homologous gene. The term " homologous gene " means the endogenous gene of the host microorganism or the same species as the homologous gene. The " heterologous gene " . For example, when an mvaS gene derived from Enterococcus kingsejongensis Gf1, which is disclosed in SEQ ID NO: 1 of Korean Patent Publication No. H-1, which encodes HMGS, is introduced into Escherichia coli, this gene becomes a heterologous gene, When introduced into Sejong-nessis Gf1, it is a homologous gene.

외래 유전자로 숙주 미생물을 형질전환시키는 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 공지된 방법 중 임의의 방법을 선택하여 사용할 수 있는데, 예컨대 숙주 미생물이 대장균 등 원핵세포인 경우, 형질전환은 CaCl2 방법, 하나한 방법, 전기 천공 방법, 칼슘 포스페이트 침전법 등을 사용할 수 있고, 숙주 미생물이 효모 등 진핵세포인 경우에, 미세 주입법, 칼슘 포스페이트 침전법, 전기 천공법, 리포좀-매개 형질감염법, DEAE-덱스트란 처리법, 유전자 밤바드먼트 등을 사용할 수 있다. 형질전환 방법과 관련하여 구체적인 사항은 문헌(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973)), 문헌(Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)), 문헌(Dower, W.J. et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145(1988)) (Capecchi, M.R., Cell, 22:479(1980)), 문헌(Graham, F.L. et al., Virology, 52:456(1973)), 문헌(Neumann, E. et al., EMBO J., 1:841(1982)), 문헌(Wong, T.K. et al., Gene, 10:87(1980)), 문헌(Gopal, Mol. Cell Biol., 5:1188-1190(1985)), 문헌(Yang et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 87:9568-9572(1990)) 문헌(Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring HarMethods for transforming a host microorganism with an exogenous gene are well known in the art and any of known methods can be selected and used. For example, when the host microorganism is a prokaryotic cell such as Escherichia coli, transformation can be carried out by a CaCl 2 method, A calcium phosphate precipitation method, an electroporation method, a liposome-mediated transfection method, a DEAE-mediated transfection method, and the like can be used in the case where the host microorganism is an eukaryotic cell such as yeast. A dextran treatment method, a gene bombardment, and the like. Specific details concerning the transformation method are described in Cohen, SN et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9: 2110-2114 (1973), Hanahan, Acid Res., 16: 6127-6145 (1988)) (Capecchi, MR, Cell, 22: 479 (1980)), 166: 557-580 (1983)), Dower, WJ et al., Nucleic Acids Res. Et al., EMBO J., 1: 841 (1982)), Wong, TK et al. , Gene, 10:87 (1980)), Gopal, Mol. Cell Biol., 5: 1188-1190 (1985), Yang et al., Proc. Natl. Acad Sci., 87: 9568 -9572 (1990)) (Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Har

bor Laboratory (1982)) 문헌(Hitzeman et al., J. Biol. Chem., 255, 12073-12080 (1980)), 문헌(Luchansky et al Mol. Microbiol. 2, 637-646 (1988)) 등을 참조할 수 있다. (1982), Hitzeman et al., J. Biol. Chem., 255, 12073-12080 (1980), Luchansky et al Mol. Microbiol. 2, 637-646 Can be referenced.

본 발명의 방법에서 형질전환에 사용될 수 있는 숙주 미생물은 원핵세포 또는 진핵세포일 수 있다. 원핵세포로서는 그람-양성 세균과 그람-음성 세균 모두 사용할 수 있다. 구체적으로 에세리키아(Escherichia) 속 세균을 포함하여 살모넬라(Salmonella) 속 세균, 쉬겔라(Shigella) 속 세균, 엔테로박터(Enterobacter) 속 세균, 세라티아(Serratia) 속 세균, 에르위니아(Erwinia) 속 세균, 세라티아(Serratia) 속 세균, 슈도모나스(Pseudomonas) 속 세균, 카울로박터(Caulobacter) 속 세균, 시네코시스티스(Synechocystis) 속 세균(예컨대 시네코시스티스 종 PCC 6803 또는 시네코콕코스 종 PCC 6301), 시네코콕코스(Synechococcus) 속의 세균, 바실러스 속의 세균(예컨대 Bacillus brevis, Bacillus subtilis, Bacillus thuringienesis 등), 락토콕코스(Lactococcus) 속의 세균(예컨대 Lactococcus lactis), 스트렙토마이세스(Streptomyces) 속 세균(예컨대 Streptomyces lividans , Streptomyces ambofaciens , Streptomyces fradiae , Streptomyces griseofuscus), 로도콕코스(Rhodococcus) 속 세균(예컨대 Rhodococcus erythropolis), 코리네박테리움(Corynebacterium)속 세균(예컨대 Corynebacterium gluamicum), 미코박테리움(Mycobacterium) 속 세균(예컨대 Mycobacterium smegmatis) 등을 사용할 수 있다. The host microorganism that may be used for transformation in the methods of the present invention may be prokaryotic or eukaryotic. As prokaryotic cells, both Gram-positive bacteria and Gram-negative bacteria can be used. Specifically, bacteria belonging to the genus Escherichia, bacteria belonging to the genus Salmonella, bacteria belonging to the genus Shigella, bacteria belonging to the genus Enterobacter, bacteria belonging to the genus Serratia, genus Erwinia A bacterium belonging to the genus Pseudomonas, a bacterium belonging to the genus Caulobacter, a bacterium belonging to the genus Synechocystis (for example, a bacterium belonging to the genus Pseudomonas species PCC 6803 or a bacterium belonging to the genus Pseudomonas species PCC 6301) , Bacteria of the genus Synechococcus, bacteria of the genus Bacillus (for example, Bacillus brevis , Bacillus subtilis , Bacillus thuringiensis Etc.), bacteria of Lactococcus (for example, Lactococcus lactis ), Streptomyces spp. (e.g., Streptomyces spp. lividans , Streptomyces ambofaciens , Streptomyces and the like fradiae, Streptomyces griseofuscus), also cocks course (Rhodococcus) in bacteria (e.g., Rhodococcus erythropolis), Corynebacterium (Corynebacterium) in bacteria (e.g., Corynebacterium gluamicum), Mycobacterium (Mycobacterium) in bacteria (e.g. Mycobacterium smegmatis) Can be used.

진핵세포로서는 효모세포, 예컨대 피키아 속 효모(예컨대 Pichia pastoris), 사카로마이세스 속 효모(예컨대 Saccharomyces cerevisiae), 한세눌라 속 효모(예컨대 Hansenula polymorpha), 클루이베로마이세스 속 효모(예컨대 Kluyveromyces lactis), 스키조사카로마이세스 속 효모(예컨대 Schizosaccharomyces pombe) 등을 사용할 수 있다.Examples of eukaryotic cells include yeast cells such as Pichia spp., Such as Pichia pastoris ), Saccharomyces spp. (e.g., Saccharomyces cerevisiae ), Hansenulla sp. yeast (e.g., Hansenula polymorpha , Kluyveromyces sp. yeast such as Kluyveromyces lactis , Schizosaccharomyces sp. pombe ) can be used.

바람직하게는 대장균(Escherichia coli)을 사용하는 경우이다. 대장균에서의 발현은 다른 발현 숙주 미생물에 비해 비용, 수율 측면에서 여러 가지 장점을 제공할 수 있다. 목적유전자의 고수율의 발현을 위해 적합한 대장균으로서 대장균 W3110, 대장균 BL21, BL21(DE3), DH1, DH4I, DH5, DH5I, DH5IF', DH5IMCR, DH10B, DHIOB/p3, DH1 IS, C600, HB101, JM101, JM105, JM109, JM110, K38, RR1, Y1088, Y1089, CSH18, ER1451, ER1647, NovaBlue, DH5α, K12 RV308, K12 C600, K-12, MG1655, HB101 균주 등을 들 수 있다. 보다 자세한 것은 문헌(Brown, Molecular Biology Labfax, Academic Press (1991))을 참조할 수 있으며, 이 문헌도 마찬가지로 본 명세서의 일부로서 간주 된다.Preferably, Escherichia coli ) is used. Expression in E. coli may provide several advantages in terms of cost and yield compared to other expression host microorganisms. DH5I ', DH5IM', DH5B, DHIOB / p3, DH1IS, C600, HB101, JM101 (SEQ ID NO: 1), which are suitable for the expression of a high yield of the target gene, as E. coli W3110, E. coli BL21, BL21 , JM105, JM109, JM110, K38, RR1, Y1088, Y1089, CSH18, ER1451, ER1647, NovaBlue, DH5 ?, K12 RV308, K12 C600, K-12, MG1655 and HB101. More details can be found in Brown, Molecular Biology Labfax, Academic Press (1991), which is likewise regarded as part of this specification.

대장균에서 목적 단백질 기능 발휘·유지를 위해서는 단백분해효소 활성이 손상된 대장균을 숙주 미생물로 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 구체적인 사항은 문헌(Gottesman, S., Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, California, 119-128 (1990))을 참조할 수 있다. It may be preferable to use Escherichia coli as a host microorganism in which the protease activity is impaired in order to exhibit and maintain the desired protein function in E. coli. Specific details can be found in Gottesman, S., Gene Expression Technology: Methods in Enzymology 185, Academic Press, San Diego, California, 119-128 (1990).

또 대장균에서 목적유전자의 고수율의 발현을 위해서는 목적유전자의 서열을 대장균에서 선호되는 코돈으로 최적화시켜 이용할 수도 있다. 이와 관련해서는 문헌(Wada et al., Nucleic Acids Res. 20:2111-2118 (1992))을 참조할 수 있다. In order to express a high yield of the target gene in E. coli, the sequence of the target gene may be optimized to the preferred codon in E. coli. See Wada et al., Nucleic Acids Res. 20: 2111-2118 (1992) for a discussion of this.

본 발명의 방법에 있어서, 상기 (b) 단계의 배지는 일반적으로 탄소원, 질소원, 미량원소를 포함하여 조제된다.In the method of the present invention, the medium of step (b) is generally prepared containing a carbon source, a nitrogen source, and a trace element.

일반적으로 숙주 미생물은 탄소원, 질소원, 미량원소를 포함하는 배지에서 배양된다.In general, the host microorganism is cultured in a medium containing a carbon source, a nitrogen source, and a trace element.

본 발명의 배지는 탄소원으로, 배지 조제 단계에서 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 포함할 수 있고, 배지 조제 단계에 이를 포함하고 추가로 배양 중에 더 공급할 수 있으며, 배지 조제 단계에서는 포함시키지 않고 배양 중에 이를 공급할 수도 있다.The medium of the present invention is a carbon source. It may contain glycerol-containing biodiesel production by-products in the medium preparation step. It may be added during the medium preparation step and may be further supplied during the culture. In the medium preparation step, .

또 본 발명의 배지는 탄소원으로, 그 조제 단계 및/또는 배양 단계 중에 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 포함하거나 공급하는 이외에 당업계에 공지된 임의의 탄소원을 추가로 그 조제 단계 및/또는 배양 단계 중에 포함할 수 있다.The medium of the present invention is a carbon source. Any carbon source known in the art besides containing or supplying glycerol-containing biodiesel production by-products during its preparation and / or culturing step is further added during the preparation and / .

그러한 탄소원으로서는 바람직하게는 단당류, 이당류 또는 다당류와 같은 당이다. 예컨대 글루코오스, 프럭토오스, 만노오스, 갈락토오스, 리보오스, 소르보오스, 리불로오스, 락토오스, 말토오스, 수크로오스, 라피노오스, 전분, 셀룰로오스 등이 사용할 수 있다. 당밀이나 당 정제 과정의 부산물 등 복합 화합물이 또한 사용될 수 있다. 경우에 따라서 다양한 당 성분을 복합하여 사용하는 것이 유리할 수 있다. 숙주 미생물에 따라서는 대두유, 해바라기유, 땅콩유, 코코넛유, 팔미트산, 스테아르산, 리놀렌산 등의 지방, 메탄올, 에탄올, 폴리알콜 등의 알콜, 아세트산, 젖산 등의 유기산이 탄소원으로서 유리할 수 있다. Such carbon sources are preferably sugars such as monosaccharides, disaccharides or polysaccharides. For example, glucose, fructose, mannose, galactose, ribose, sorbose, ribulose, lactose, maltose, sucrose, raffinose, starch, cellulose and the like can be used. Complex compounds such as molasses or by-products of the sugar purification process may also be used. In some cases, it may be advantageous to use a variety of sugar components in combination. Fat such as soybean oil, sunflower oil, peanut oil, coconut oil, palmitic acid, stearic acid and linolenic acid, alcohols such as methanol, ethanol and polyalcohol, organic acids such as acetic acid and lactic acid may be advantageous as a carbon source depending on the host microorganism .

이러한 탄소원은 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물이 단독으로 사용되든, 다른 탄소원과 함께 사용되든 그 함량이 1%(w/v) 내지 15%(w/v)로 배지 조제 단계에서 포함되거나 배양 단계 중의 배지가 위 범위의 탄소원 농도를 유지하도록 배양 단계의 중에 공급될 수 있다.Such a carbon source may be contained in the medium preparation step at a content of 1% (w / v) to 15% (w / v) whether the glycerol-containing biodiesel production by-product is used alone or in combination with other carbon sources, Can be supplied during the incubation step to maintain the carbon source concentration in the upper range.

질소원으로서는 통상적으로 무기 질소 화합물, 유기 질소 화합물 또는 이들 화합물들을 포함하는 복합 화합물일 수 있다. 예컨대 무기 질소 화합물로서는 암모니아, 암모늄염(예컨대, 암모늄 술페이트, 암모늄 클로라이드, 암모늄 포스페이트, 암모늄 카르보네이트, 암모늄 니트레이트 등), 니트레이트 등을 들 수 있고, 유기 질소 화합물로서는 우레아, 아미노산 등을 들 수 있으며, 복합 화합물로서는 대두박, 대두 단백질, 효모 추출물, 육즙 등을 들 수 있다. 이러한 질소원은 그 배지에의 함량이 0.01%(w/v) 내지 5%(w/v)의 범위일 수 있다. The nitrogen source may typically be an inorganic nitrogen compound, an organic nitrogen compound or a complex compound containing these compounds. Examples of the inorganic nitrogen compound include ammonia, ammonium salts (e.g., ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate, ammonium nitrate and the like) and nitrate. Examples of the organic nitrogen compound include urea, And examples of the complex compound include soybean meal, soybean protein, yeast extract, and broth. Such a nitrogen source may range from 0.01% (w / v) to 5% (w / v) in the medium.

미량원소로서는 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 코발트, 몰리브덴, 칼륨, 망간, 아연, 구리, 철, 인, 황 등을 포함하며 이들 미량원소는 염 화합물 형태로 배지에 첨가될 수 있으며, 이들 미량 원소의 배지에서 용해도를 높이고 용액 상태를 유지하기 위해 킬레이트제 예컨대 카테콜, 시트르산 등이 함께 첨가될 수 있다. 미량원소의 경우 0.001%(w/v) 내지 3%(w/v)의 범위로 배지에 포함될 수 있다.Examples of the trace elements include calcium, magnesium, sodium, cobalt, molybdenum, potassium, manganese, zinc, copper, iron, phosphorus and sulfur. These trace elements may be added to the medium in the form of a salt compound, A chelating agent such as catechol, citric acid or the like may be added together to increase the solubility and maintain the solution state. And in the range of 0.001% (w / v) to 3% (w / v) for trace elements.

숙주 미생물의 배양을 위한 배지는 선택적으로 비오틴, 리보플라빈, 티아민, 폴산, 니코틴산, 판토테네이트, 피리독신 등의 미량의 성장 촉진제를 포함할 수 있다. The medium for culturing the host microorganism may optionally contain trace amounts of growth promoters such as biotin, riboflavin, thiamine, folic acid, nicotinic acid, pantothenate, pyridoxine and the like.

배지 조성의 최적화에 대해서는 문헌(Applied Microbiol. Physiology, A Practical Approach (Editors P.M. Rhodes, P.F. Stanbury, IRL Press (1997) pp. 53-73, ISBN 0 19 963577 3)을 참조할 수 있으며, 이 문헌 또한 본 명세서의 일부로서 간주 된다. For optimization of the medium composition, reference can be made to Applied Microbiol. Physiology, A Practical Approach (Editors PM Rhodes, PF Stanbury, IRL Press (1997) pp. 53-73, ISBN 0 19 963577 3) Are considered part of this disclosure.

배지는 숙주 미생물의 접종 전에 불필요한 미생물의 증식을 방지하기 위하여 멸균하여 사용하는 것이 바람직한데, 배지의 멸균 방법은 당업계에 공지되어 있으며, 공지된 멸균 방법 중 적합한 방법을 선택하여 사용할 수 있다. 예컨대 고압 증기 멸균, 자외선을 이용한 멸균 방법 등이 적합할 수 있다.The medium is preferably sterilized to prevent the growth of unnecessary microorganisms prior to inoculation of the host microorganisms. Methods for sterilization of the medium are well known in the art, and a suitable one among known sterilization methods can be used. For example, high-pressure steam sterilization or ultraviolet sterilization.

배양 온도는 일반적으로 15℃ 내지 45℃, 바람직하게는 25℃ 내지 40℃, 더 바람직하게는 25 내지 37℃이다. 배지의 pH는 5 내지 8.5, 바람직하게는 약 6.0~7.0이다. 배지 pH는 배양이 진행되는 동안 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수성 암모니아 등의 염기성 화합물이나, 인산, 황산 등의 산성 화합물을 첨가하여 조절될 수 있다. 배양 중 형성되는 거품의 제거를 위해서 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제가 첨가될 수 있다. 형질전환된 숙주 미생물만을 안정적으로 증식시키기 위해서 선별 효과를 갖는 적합한 물질, 예컨대 앞서 언급한 바 있는 항생제가 배지에 첨가될 수도 있다. The incubation temperature is generally 15 ° C to 45 ° C, preferably 25 ° C to 40 ° C, more preferably 25 to 37 ° C. The pH of the medium is from 5 to 8.5, preferably from about 6.0 to 7.0. The pH of the medium can be adjusted by adding basic compounds such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and aqueous ammonia or acidic compounds such as phosphoric acid and sulfuric acid during the course of the culture. Defoamers such as fatty acid polyglycol esters may be added to remove the foam formed during the culture. In order to stably propagate only the transformed host microorganism, a suitable substance having a screening effect, such as the antibiotic mentioned above, may be added to the medium.

배양 중 숙주 미생물의 증식 특성에 따라 호기 조건 또는 혐기 조건을 만들어 주는 것이 유리할 수 있다.It may be advantageous to produce aerobic or anaerobic conditions depending on the propagation characteristics of the host microorganism during the culture.

배양은 회분식(batchwise), 반-회분식(semi-batchwise), 연속식(continuous culture), 유가식(fed-batch culture)으로 이루어질 수 있다.The culture can be batchwise, semi-batchwise, continuous, fed-batch culture.

배양은 목적하는 바의 생성물의 형성이 최대에 도달할 때까지 지속되는 것이 바람직하다. 이러한 배양 시간은 숙주 미생물에 따라 다르며, 숙주 미생물에 따른 최적의 배양 시간은 당업자의 통상의 능력 범위 내에서 이론적·실험적으로 결정될 수 있다. The culture is preferably continued until the formation of the desired product reaches its maximum. The incubation time varies depending on the host microorganism, and the optimal incubation time for the host microorganism can be theoretically and experimentally determined within the ordinary skill of those skilled in the art.

숙주 미생물에 따른 적합한 배양법은 전술한 바 이외에도 예컨대 문헌(Bioprozeβtechnik 1. Einfuhrung in die Bioverfahrenstechnik [Bioprocess technology 1. Introduction to Bioprocess technology] (Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 1991), 문헌(Bioreaktoren und periphere Einrichtungen [Bioreactors and peripheral equipment] (Vieweg Verlag, Brunswick/Wiesbaden, 1994), 미국세균학회(the American Society for Bacteriology)가 발행한 문헌(Manual of Methods for General Bacteriology"(Washington D.C., USA, 1981) 등을 참조할 수 있다. Suitable culture methods according to host microorganisms are described in Bioproze < (R) > in Biotechnology [Bioprocess technology 1. Introduction to Bioprocess technology] (Gustav Fischer Verlag, Stuttgart, 1991), Bioreaktoren und periphere Einrichtungen Peripheral Equipment (Vieweg Verlag, Brunswick / Wiesbaden, 1994), the American Society for Bacteriology (Washington DC, USA, 1981) .

본 발명의 방법은 숙주 미생물을 배양한 후에는 그 배양물로부터 메발로네이트를 수득하는 단계를 진행하게 된다.The method of the present invention proceeds with the step of obtaining mevalonate from the culture after the host microorganism has been cultured.

메발로네이트를 수득하는 단계는 당 분야에 공지된 임의의 방법에 의할 수 있는데, 예를 들면 원심분리, 여과, 결정화, 이온교환 크로마토그래피, 고성능 액체크로마토그래피(HPLC) 등의 방법을 들 수 있다. 보다 구체적으로는 균체를 원심분리를 통해 균체와 상등액을 분리한 후에, 메발로네이트가 존재하는 상등액에 아세톤 등의 용매를 이용하여 추출하고 고순도의 제품을 얻기 위해서는 HPLC 또는 결정화 작업등을 통한 분리정제가 진행될 수 있다. 다른 분리 방법과 관련하여서는 앞서 인용된 바의, 발명의 명칭이 "메발로네이트 또는 메발로노락톤 생성능을 가지는 재조합 미생물, 및 이를 이용한 메발로네이트 또는 메발로노락톤의 제조방법"인 한국 공개특허 제10-2015-0134512호, 발명의 명칭이 "메발론산의 생산에 관여하는 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 미생물 및 이를 이용한 메발론산의 생산 방법"인 한국 공개특허 제10-2015-0006097호, 문헌 [Journal of Biotechnology 140:218.226, 2009], 문헌 [NATURE BIOTECHNOLOGY 21:796-802, 2003], 문헌 [Metabolic Engineering 11:13-19, 2009], 문헌 [Clinical Biochemistry 40:575-584, 2007}, 문헌 [Arch Biochem Biophys. 505(2):131-143, 2011] 등을 참조할 수 있다. The step of obtaining mevalonate can be carried out by any method known in the art such as centrifugation, filtration, crystallization, ion exchange chromatography, high performance liquid chromatography (HPLC), etc. have. More specifically, after separating the cells and the supernatant by centrifugation, the supernatant containing mevalonate is extracted with a solvent such as acetone and purified by HPLC or crystallization in order to obtain a product of high purity. Can proceed. In connection with other separation methods, the name of the invention as recited above is " a recombinant microorganism having mevalonate or mevalonolactone-producing ability, and a method for producing mevalonate or mevalonolactone using the same " 10-2015-0134512, entitled " Microorganisms Containing Genes Encoding Enzymes Involved in the Production of Mevalonic Acid and Methods for Producing Mevalonic Acids Utilizing the Same ", Korean Patent Publication No. 10-2015-0006097, (Metabolic Engineering 11: 13-19, 2009), Clinical Biochemistry 40: 575-584, 2007), and the like, as described in Journal of Biotechnology 140: 218-226, 2009, NATURE BIOTECHNOLOGY 21: 796-802, , Arch Biochem Biophys. 505 (2): 131-143, 2011].

전술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 탄소원으로 이용한 메발로네이트의 생합성 방법을 제공할 수 있다. 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 탄소원으로 이용하는 본 발명의 방법은 탄소원으로 글루코오스를 이용할 경우보다 당대 수율이 월등히 높고 , 탄소원으로 일반 글리세롤(상품으로 판매되는 순수 글리세롤)을 이용할 경우보다도 당대 수율이 높은 효과를 가진다.As described above, the present invention can provide a biosynthesis method of mevalonate using glycerol-containing biodiesel production by-product as a carbon source. The method of the present invention using glycerol-containing biodiesel production by-products as a carbon source has a much higher yield than the case where glucose is used as a carbon source and has a higher yield than the case of using common glycerol (pure glycerol sold as a product) I have.

도 1은 메발로네이트의 생합성 과정을 도식화한 것이다.
도 2는 메발로네이트 생합성에 사용한 pSTVM_mvaS_atoB의 모식도이다.
도 3 내지 5는 각각 메발로네이트 표준용액, 글리세롤 표준용액 및 발효액의 HPLC 분석 결과이다.
도 6 및 7은 플라스크 수준에서 각각 탄소원으로 순수 글루세롤과 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 이용하였을 때의 균체량과 메발로네이트의 생성량을 보여주는 결과이다.
도 8 내지 10은 발효기 수준에서 각각 탄소원으로 글루코오스, 순수 글루세롤 그리고 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 이용하였을 때의 균체량과 메발로네이트의 생성량을 보여주는 결과이다.
Figure 1 schematically illustrates the process of mevalonate biosynthesis.
2 is a schematic diagram of pSTVM_mvaS_atoB used for mevalonate biosynthesis.
Figs. 3 to 5 are the results of HPLC analysis of mevalonate standard solution, glycerol standard solution and fermentation broth, respectively.
FIGS. 6 and 7 are the results showing the amount of cell mass and the amount of mevalonate produced when pure glucose and glycerol-containing biodiesel production by-products were used as carbon sources, respectively, at the flask level.
FIGS. 8 to 10 show the results of showing the amount of cell mass and the amount of mevalonate produced when glucose, pure glucose and glycerol-containing biodiesel production by-products were used as carbon sources at the fermenter level, respectively.

이하 본 발명을 실시예 및 실험예를 참조하여 설명한다. 그러나 본 발명의 범위가 이러한 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples and Experimental Examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples and experimental examples.

<< 실시예Example > > 탄소원으로As a carbon source 글리세롤을 이용한  Using glycerol 메발로네이트Mevalonate 생산 production

1. One. 재료 및 실험 방법Materials and Experimental Methods

1.1 1.1 메발로네이트Mevalonate 생성능을Productive 가진 형질전환 숙주 미생물 The transformed host microorganism

메발로네이트 생합성과 관련된 mvaE, mvaS, atoB의 유전자가 포함되고 각각 암피실린과 글로람페니콜에 내성 유전자가 포함된 2개의 플라스미드(pUCM_mvaE 및 pSTVM_mvaS_atoB)로 형질전환된 대장균 MG1655 균주를 실험에 사용하였다. mvaE, mvaS 유전자는 발명의 명칭이 "메발로네이트 또는 메발로노락톤 생성능을 가지는 재조합 미생물, 및 이를 이용한 메발로네이트 또는 메발로노락톤의 제조방법"인 한국 등록특허 제10-1625898호에서 각각 서열번호 7 및 8의 프라이머 서열로 증폭된 유전자(mvaE) 및 서열번호 5 및 6의 프라이머 서열로 증폭된 유전자(mvaS)이고, atoB 유전자는 KEGG EC:2.3.1.9의 유전자(대장균 MG1655 균주가 가지고 있는 유전자임, http://www.genome.jp/dbget-bin/www_bget?eco:b2224+eco:b2844)이며, pUCM_mvaE의 모식도는 위 한국 등록특허 제10-1625898호의 도 3에서 확인할 수 있고, pSTVM_mvaS_atoB의 모식도는 도 2에 개시되어 있다. The E. coli MG1655 strain transformed with two plasmids (pUCM_mvaE and pSTVM_mvaS_atoB) containing the mvaE , mvaS and atoB genes involved in mevalonate biosynthesis and containing a gene resistant to ampicillin and Glucamphenicol , respectively, was used in the experiment. mvaE , mvaS The gene is a recombinant microorganism having the ability to produce mevalonate or mevalonolactone, and a method for producing mevalonate or mevalonolactone using the same, in Korean Patent No. 10-1625898, ( MvaE ) amplified with the primer sequence of SEQ ID NO: 5 and 6 ( mvaS ), and the atoB gene is the gene of KEGG EC: 2.3.1.9 (the gene of Escherichia coli MG1655 strain , http://www.genome.jp/dbget-bin/www_bget?eco:b2224+eco:b2844), and the schematic diagram of pUCM_mvaE is shown in FIG. 3 of Korean Patent No. 10-1625898, and the schematic diagram of pSTVM_mvaS_atoB Is shown in Fig.

1.2 배양 배지 조성 및 배양 조건1.2 Culture medium composition and culture conditions

본 실험에서 사용된 배지는 SB(Super broth) 배지로 트립톤(Tryprone) 35g/L, 효모추출물(Yeast extract) 20g/L, 염화나트륨(sodium chloride) 5g/L를 포함하는 이외에 탄소원으로서 글루코오스, 순수 글리세롤 또는 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물(이하 "폐 글리세롤")을 일정 농도로 포함하고 있다. 배지는 각 배지 성분을 혼합한 후 멸균하여 조제하였으며, 폐 글리세롤은 따로 멸균하여 배지 성분으로 사용하였다.The medium used in this experiment was a medium containing 35 g / L Tryprone, 20 g / L yeast extract and 5 g / L sodium chloride as a super broth medium, (Hereinafter referred to as " waste glycerol ") containing glycerol or glycerol at a certain concentration. The medium was prepared by mixing each medium and sterilized, and the waste glycerol was separately sterilized and used as a medium.

1.3 플라스크 수준에서의 배양1.3 Culture at flask level

상기 형질전환된 대장균의 단일 클로니를 100ug/ml의 암피실린과 50ug/ml의 클로람페니콜이 함유된 LB 배지(트립톤(Tryprone) 10g/L, 효모추출물(Yeast extract) 5g/L, 염화나트륨(sodium chloride) 5g/L) 4ml를 함유한 cap tube에 접종하여 30℃에서 12h 동안 배양하였다. cap tube에 배양한 후 100ug/ml의 암피실린과 50ug/ml의 클로람페니콜이 함유된 SB 배지(트립톤 35g/L, 효모추출물 20g/L, 염화나트륨 5g/L, 순수 글리세롤 또는 폐 글리세롤 20g/L) 70ml를 함유한 500ml 용량의 플라스크에 접종한 후 30℃에서 60h 동안 진탕 배양하였다.A single clone of the transformed E. coli was transformed into LB medium (10 g / L of tryprone, 5 g / L of yeast extract, sodium chloride (pH 7.0), and the like) containing ampicillin of 100 ug / ml and chloramphenicol of 50 ug / ) 5 g / L) and incubated at 30 ° C for 12 hours. After incubation in a cap tube, 70 ml of SB medium (35 g / L of tryptone, 20 g / L of yeast extract, 5 g / L of sodium chloride, pure glycerol or 20 g / L of waste glycerol) containing 50 ug / ml of ampicillin and 50 ug / , And then cultured with shaking at 30 DEG C for 60 hours.

1.3 발효기 수준에서의 배양1.3 Culture at the fermenter level

상기 형질전환된 각 대장균의 단일 클로니를 100ug/ml의 암피실린과 50ug/ml의 클로람페니콜이 함유된 LB 배지(트립톤(Tryprone) 10g/L, 효모추출물(Yeast extract) 5g/L, 염화나트륨(sodium chloride) 5g/L) 4ml를 함유한 cap tube에 접종하여 30℃에서 12h 배양하였다. cap tube에 배양한 후 100ug/ml의 암피실린과 50ug/ml의 클로람페니콜이 함유된 SB 배지(트립톤 35g/L, 효모추출물 20g/L, 염화나트륨 5g/L) 100ml를 함유한 500ml 용량의 플라스크에 접종한 후 30℃에서 4h 동안 진탕배양하였다. 이 후 수득된 배앵액 100ml을 100ug/ml의 암피실린과 50ug/ml의 클로람페니콜이 함유된 SB 배지(트립톤 35g/L, 효모추출물 20g/L, 염화나트륨 5g/L, 글루코오스나 순수 글리세롤 또는 폐 글리세롤 20g/L) 900ml에 접종한 후 2L 발효기를 이용하여 30℃에서, 900rpm, 50% DO값을 유지시켜 일정 시간 동안 배양하였으며, 30% 암모니아수를 이용해 pH 6.8로 유지하였다. 탄소원인 글루코오스는 배지에서의 농도가 25g/L의 농도, 순수 글리세롤과 폐 글리세롤은 배지에서의 농도가 20g/L의 농도가 되도록 pH Stat 방법(BS Kim et al 2004 bioprocess and biosystems engineering vol26 issue 3 pp147-150)으로 공급하여 유가배양하였다. 폐 글리세롤은 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물의 글리세롤 함량을 정량하여 글리세롤 농도가 20g/L이 되도록 공급하였다. A single clone of each of the transformed Escherichia coli was cultivated in an LB medium (10 g / L of Tryprone, 5 g / L of yeast extract, 5 g / L of sodium chloride, and 10 g / L of yeast extract) containing 100 ug / ml of ampicillin and 50 ug / chloride) 5 g / L) and incubated at 30 ° C for 12 h. cap tube and inoculated into a 500 ml flask containing 100 ug / ml of ampicillin and 100 ml of SB medium (35 g / L of tryptone, 20 g / L of yeast extract and 5 g / L of sodium chloride) containing 50 ug / ml of chloramphenicol And then shake-cultured at 30 ° C for 4 hours. 100 ml of the resulting solution was added to 100 ml of an ampicillin of 100 ug / ml and 50 ml of an SB medium (35 g / L of tryptone, 20 g / L of yeast extract, 5 g / L of sodium chloride, 20 g of glucose or pure glycerol, / L), and then incubated at 30 ° C in a 2 L fermentor at 900 rpm and 50% DO for a certain period of time. The pH was maintained at 6.8 using 30% ammonia water. The concentration of glucose in the medium was 25 g / L, and the concentration of pure glycerol and waste glycerol in the medium was 20 g / L. The pH Stat method (BS Kim et al 2004 bioprocess and biosystems engineering vol.2 issue 3 pp147 -150) and fed with oil. The waste glycerol was quantitatively measured for the glycerol content of the glycerol-containing biodiesel production by-products to be fed at a glycerol concentration of 20 g / L.

1.4 1.4 균체량Amount of bacterium 측정 Measure

플라스크 및 발효기를 통하여 얻어진 배양액 1ml을 취하고 희석하여 분광광동계를 이용하여 600nm의 파장에서 흡광도를 측정한 후 희석배수를 곱하여 균체량을 확인하였다. 1 ml of the culture obtained through the flask and the fermenter was taken and diluted. The absorbance was measured at a wavelength of 600 nm using a spectrophotometer, and then the amount of the cells was determined by multiplying by the dilution factor.

또한 폐 글리세롤을 이용하였을 때에는 1ml을 취하여 PBS 버퍼(Phosphate bufferd saline)로 3회 Washing 후 분광광도계를 이용하여 600nm의 파장에서 흡광도를 측정한 후 희석배수를 곱하여 균체량을 확인하였다. When lung glycerol was used, 1 ml was taken and washed three times with PBS buffer (phosphate buffered saline). Absorbance was measured at a wavelength of 600 nm using a spectrophotometer, and the amount of the cells was determined by multiplying by the dilution factor.

1.5 1.5 HPLCHPLC 를 통한 Through 메발로네이트Mevalonate 정량분석 Quantitative analysis

메발로네이트 정량분석은 HPLC를 이용하여 분석하였다. 분석을 시료 준비는 Xiong M. et al의 방법(Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America) vol 111, no.23 pp8357~8362)에 따라 조사하였으며, 분석에 사용한 메발로네이트는 시그마 알드리치(sigma aldrich)사 제품을 구입하여 사용하였다. 메발로네이트 표준용액은 물에 녹여 20g/L 되도록 제조한 후 0.312에서 10g/L의 농도로 6종의 표준 용액을 희석해 준비하였고, 분석을 통하여 검량 곡선을 작성하였다. 순수 글리세롤은 대정화금사(한국, 경기도) 제품을 구입하여 사용하였고 폐 글리세롤은 JC 케미칼(한국 울산광역시)로부터 구입하였다. 글리세롤 표준용액은 물에 녹여 30g/L 되도록 제조한 후 0.468에서 30g/L의 농도로 7종의 표준 용액을 희석해 준비하였고, 분석을 통하여 검량 곡선을 작성하였다. 형질전환 숙주 미생물의 발효를 통해 글리세롤의 소모량 및 메발로네이트 생합성 여부를 확인하기 위해 발효액을 분석에 활용하였다. 발효액 1ml을 취한 후 원심분리기를 이용하여 균체와 상등액을 분리하고 상등액을 취하여 0.45uL 필터로 여과한 후 HPLC를 이용하여 분석하였다. The mevalonate quantitative analysis was carried out using HPLC. Sample preparation was carried out according to the method of Xiong M. et al. Vol. 111, no. 23 pp8357 ~ 8362). The mevalonate used for the analysis was Sigma Aldrich (Sigma Aldrich) was purchased and used. The mevalonate standard solution was prepared by dissolving 20 g / L of water in water and diluting 6 standard solutions at a concentration of 0.312 to 10 g / L. The calibration curves were prepared by analysis. Pure glycerol was purchased from Daeshwanggae (Korea, Kyunggi province) and waste glycerol was purchased from JC Chemical (Ulsan, Korea). The glycerol standard solution was dissolved in water to prepare 30 g / L, and then diluted with 7 standard solutions at a concentration of 0.468 to 30 g / L. The calibration curves were prepared by analyzing. The fermentation broth was used for the analysis to determine glycerol consumption and mevalonate biosynthesis through fermentation of the transformed host microorganism. After taking 1 ml of the fermentation broth, the cells and supernatant were separated using a centrifugal separator, and the supernatant was collected and filtered through a 0.45 uL filter and analyzed by HPLC.

HPLC 분석 조건은 아래 표와 같다.The HPLC analysis conditions are shown in the table below.

Figure 112016096279284-pat00001
Figure 112016096279284-pat00001

2. 2. 실험 결과Experiment result

2.1 2.1 메발로네이트와With mevalonate 글리세롤 표준 곡선 Glycerol standard curve

표준용액의 HPLC 분석 결과, 메발로네이트는 16.8분에, 글리세롤은 11.6분에 검출됨을 확인하였으며, 발효액을 분석하였을 때도 같은 결과를 얻었다. HPLC analysis of standard solutions showed that mevalonate was detected at 16.8 min and glycerol was detected at 11.6 min. The same results were obtained when the fermentation broth was analyzed.

메발로네이트 표준용액, 글리세롤 표준용액 및 발효액의 HPLC 분석 결과를 도 3 내지 도 5에 나타내었다.The results of HPLC analysis of the mevalonate standard solution, the glycerol standard solution and the fermentation broth are shown in FIG. 3 to FIG.

2.2 플라스크 배양 2.2 Flask Culture

500ml 배양 플라스크에서 순수 글리세롤 또는 폐 글리세롤 20g/L를 포함하는 SB 배지 70ml를 이용하여 60h 동안 배양한 결과를 각각 도 6 및 도 7에 나타내었다. 6 and 7 show results obtained by culturing in a 500 ml culture flask for 60 hours using 70 ml of SB medium containing 20 g / L of pure glycerol or waste glycerol.

도 6에서 왼쪽 그림은 세포의 생장곡선(Cell growth)을 나타낸 것이고, 오른쪽 그림은 배양 시간별 메발론네이트의 농도를 나타낸 것이며, 도 7에서는 세포의 생장곡선(Cell growth)을 나타내었다.In FIG. 6, the left graph shows the cell growth curve, the right graph shows the concentration of mevalonate by the incubation time, and FIG. 7 shows the cell growth curve.

순수 글리세롤을 사용하였을 때 OD 값이 최대 14.05까지 균체가 성장하였으며, 폐 글리세롤을 사용하였을 때는 최대 16까지 균체가 성장하였다. When pure glycerol was used, the cells grew up to 14.05 OD and the cells grew up to 16 when the waste glycerol was used.

메발로네이트 생성량은 순수 글리세롤을 사용하였을 때 배양 시간에 따라 증가하여 최대 8.22g/L의 생성량을 보였고 탄소원 투입량 대비 당대 수율은 41.1%였다. 폐 글리세롤을 사용하였을 때는 최대 8.99g/L의 생성량을 보였고 당대 수율은 44.95%였다. 폐 글리세롤을 사용하였을 때 36시간 배양과 48시간 배양 시 높은 수율을 보였다. The yield of mevalonate increased with incubation time up to 8.22 g / L when pure glycerol was used. The yield of mevalonate was 41.1% compared to the amount of carbon source. When the waste glycerol was used, the maximum yield was 8.99 g / L and the yield was 44.95%. When the waste glycerol was used, 36 hr culture and 48 hr culture showed high yield.

2.3 발효기 배양2.3 Fermenter culture

2L의 발효기에서 글루코오스 25g/L, 순수 글리세롤 20g/L 또는 폐 글리세롤 20g/L를 포함하여 SB 배지를 이용하여 배양한 결과를 도 8 내지 도 10에 나타내었다(도 8: 글루코오스 사용, 도 9: 순수 글리세롤 사용, 도 10: 폐 글리세롤 사용).8 to 10 show the results of culturing in a 2 L fermenter using SB medium containing 25 g / L of glucose, 20 g / L of pure glycerol or 20 g / L of waste glycerol (Fig. 8: using glucose, Fig. 9: Using pure glycerol, Fig. 10: using waste glycerol).

글루코오스를 사용하여 80시간 배양하였을 때, 균체 성장은 OD 값이 최대 56.1까지 이루어졌고, 순수 글리세롤을 사용하여 79시간 배양하였을 때 균체 성장은 OD 값이 최대 76까지 이루어졌으며, 폐 글리세롤을 사용하여 67시간 배양하였을 때 균체 성장은 최대 49.7까지 이루어졌다.When the cells were cultured for 80 hours using glucose, the OD value reached up to 56.1. When the cells were cultured for 79 hours with pure glycerol, the cell growth was up to 76 OD, and 67 When incubated for a period of time, cell growth was up to 49.7.

메발로네이트 생성은 글루코오스를 사용하였을 때, 생성량 30.48g/L, 당대 수율(탄소원 공급량 대비 메발로네이트 생성 수율)이 9.92%이고, 순수 글리세롤을 사용하였을 때 생성량 62.17g/L, 당대 수율 26.1%이며, 폐 글리세롤을 사용하였을 대 생성량 36.62g/L, 당대 수율 26.43%로 나타났다.The yield of mevalonate was 9.92%, the yield was 62.17 g / L when pure glycerol was used, the yield was 26.1% at that time, . When the waste glycerol was used, the yield was 36.62 g / L and the yield was 26.43%.

Claims (17)

(a) 아세토아세틸 코엔자임 A 합성효소인 AtoB, 하이드록시메틸글루타릴 코엔자임 A 합성효소인 HMGS 및 하이드록시메틸글루타릴 코엔자임 A 환원효소인 HMGR를 발현시킬 수 있는 발현벡터로 형질전환된 숙주 미생물을 제조하는 단계,
(b) 이 숙주 미생물 배양을 위한 배지를 조제하는 단계,
(c) 그 배지에 상기 숙주 미생물을 접종하여 배양하는 단계, 및
(d) 배양물로부터 메발로네이트를 수득하는 단계를 포함하되,
상기 숙주 미생물은 대장균 MG1655 균주이고
상기 배지에는 탄소원으로서 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물이, 상기 (b) 단계의 배지 조제 단계 및 상기 (c) 단계의 숙주 미생물의 배양 단계 중 어느 하나 이상의 단계에 공급되는 것을 특징으로 하는, 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 이용한 메발로네이트 생합성 방법.
(a) a host microorganism transformed with an expression vector capable of expressing HMGS, which is an acetoacetyl coenzyme A synthase, AtoB, a hydroxymethylglutaryl coenzyme A synthase, HMGS, and a hydroxymethylglutaryl coenzyme A reductase, , &Lt; / RTI &gt;
(b) preparing a medium for culturing the host microorganism,
(c) inoculating and culturing the host microorganism in the medium, and
(d) obtaining mevalonate from the culture,
The host microorganism is Escherichia coli MG1655 strain
Wherein the medium is fed to at least one of the step of culturing the host microorganism of step (b) and the step of culturing the host microorganism of step (c), wherein glycerol-containing biodiesel production by- Method of mevalonate biosynthesis using diesel - formed by - products.
제1항에 있어서,
상기 AtoB, HMGS 및 HMGR를 발현시킬 수 있는 발현벡터는 AtoB, HMGS 및 HMGR를 모두 발현시킬 수 있는 하나의 발현벡터로 구성되거나, AtoB, HMGS 및 HMGR 중 둘을 발현시키고 나머지 하나를 발현시킬 수 있는 두 개의 발현벡터로 구성되거나, AtoB, HMGS 및 HMGR 각각을 발현시킬 수 있는 세 개의 발현벡터로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
The expression vector capable of expressing AtoB, HMGS and HMGR may be composed of one expression vector capable of expressing both AtoB, HMGS and HMGR, or may express two of AtoB, HMGS and HMGR and express the other one Characterized in that it consists of two expression vectors or three expression vectors capable of expressing each of AtoB, HMGS and HMGR.
제1항에 있어서,
상기 AtoB, HMGS 및 HMGR를 발현시킬 수 있는 발현벡터는 mvaE 유전자를 포함하고 상기 HMGS를 암호화하는 유전자를 포함하여 하나의 벡터로 구성되거나, mvaE 유전자를 포함하는 발현벡터와 상기 HMGS를 암호화하는 유전자를 포함하는 발현벡터 각각으로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
The expression vector capable of expressing AtoB, HMGS, and HMGR comprises an expression vector comprising a mvaE gene and a gene encoding the HMGS, which comprises a mvaE gene and a gene encoding the HMGS, &Lt; / RTI &gt; wherein the expression vector comprises each of the expression vectors.
제1항에 있어서,
상기 발현벡터는 플라스미드, 코스미드, 파지미드, 파지 및 바이러스 중 하나인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the expression vector is one of a plasmid, a cosmid, a phagemid, a phage, and a virus.
제1항에 있어서,
상기 발현벡터는 플라스미드인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the expression vector is a plasmid.
제1항에 있어서,
상기 발현벡터는 조절서열이 상기 AtoB, HMGS 및 HMGR를 암호화는 유전자에 작동 가능하게 연결된 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein said expression vector is operably linked to a gene whose coding sequence is encoding said AtoB, HMGS and HMGR.
제1항에 있어서,
상기 발현벡터는 상기 AtoB, HMGS 및 HMGR를 암호화는 유전자가, T7A1, T7A2, T7A3, λpL, λpR, lac, lacUV5, trp, tac, trc, phoA, rrnB 및 1PL 중에서 선택된 프로모터에 의해서 조절되는 것을 특징을 하는 방법.
The method according to claim 1,
The expression vector is characterized in that the coding for AtoB, HMGS and HMGR is regulated by a promoter selected from the group consisting of T7A1, T7A2, T7A3, lambda pL, lac, lacUV5, trp, tac, trc, phoA, rrnB and 1PL .
제1항에 있어서,
상기 발현벡터는 선별마커 유전자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the expression vector further comprises a selectable marker gene.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 숙주 미생물은 대장균이고,
상기 대장균은 MG1655 균주인 것을 특징을 하는 방법.
The method according to claim 1,
The host microorganism is Escherichia coli,
Wherein said E. coli is strain MG1655.
제1항에 있어서,
상기 배지는 탄소원으로서 글리세롤 함유 바이오디젤 생성 부산물을 포함하는 이외에, 단당류, 이당류 및 다당류 중에서 선택된 다른 탄소원을 추가로 포함하고, 또 질소원과 미량원소를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the medium further comprises other carbon sources selected from monosaccharides, disaccharides and polysaccharides, as well as glycerol-containing biodiesel production by-products as a carbon source, and further comprising a nitrogen source and trace elements.
제1항에 있어서,
상기 배지는 탄소원을 1%(w/v) 내지 15%(w/v)의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that the medium comprises a carbon source in a concentration of 1% (w / v) to 15% (w / v).
제1항에 있어서,
상기 배양은 회분식, 반-회분식, 연속식 또는 유가식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1,
Characterized in that said culture consists of batch, semi-batch, continuous or infusion.
제1항에 있어서,
상기 배양은 메발로네이트의 생성량이 최대에 도달할 때까지 지속되는 것을 특징으로 하는 방법.



The method according to claim 1,
Wherein the culture continues until the amount of mevalonate produced reaches a maximum.



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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Title
Nature Biotechnology. Vol. 21, No. 7, 페이지 796-802 (2003.06.01.)
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