KR101935676B1 - Novel DEH reductase protein and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규 DEH 환원효소 단백질 및 이의 용도에 관한 것으로, 구체적으로 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid) 환원효소 단백질을 포함하는 KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate) 제조용 조성물, KDG 및 젖산의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 DEH 환원효소 단백질인 VsRed 단백질은 DEH를 KDG로 전환시키는 것이 가능하므로, 바이오화합물 또는 바이오에너지 생산에 유용하게 활용될 수 있다.
The present invention relates to a novel DEH reductase protein and a use thereof, and more particularly to a KDH (2-keto (2-keto -3-deoxy-gluconate, KDG and lactic acid.
The DEH reductase protein VsRed protein according to the present invention can convert DEH into KDG, and thus can be usefully used for biochemical or bioenergy production.

Description

신규 DEH 환원효소 단백질 및 이의 용도 {Novel DEH reductase protein and uses thereof}Novel DEH reductase protein and uses thereof < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 신규 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid) 환원효소 단백질 및 이의 용도에 관한 것으로, 구체적으로 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 DEH 환원효소 단백질을 포함하는 KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate) 제조용 조성물, KDG 및 젖산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel DEH (4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid) reductase protein and its use, and more particularly to a DEH Compositions for the preparation of KDG (2-keto-3-deoxy-gluconate) containing a reducing enzyme protein, and methods for producing KDG and lactic acid.

현재, 식물, 미생물, 동물 등의 생물체(바이오매스) 등을 바이오에너지 또는 바이오화합물로 전환하기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 바이오에너지는 화석연료보다 이산화탄소를 적게 배출하므로 신재생에너지로 각광받고 있으며, 태양광이나 조력, 풍력발전 등의 대체에너지로는 늘어나는 에너지 수요를 감당하기 어려운 반면, 생물에서 추출하는 바이오연료는 성장이 빠르고 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 이에 따라, 바이오연료를 생산하기 위한 연구가 많이 이루어지고 있는데, 예를 들어, 오탄당을 이용할 수 있는 재조합 미생물을 이용한 바이오에탄올의 제조방법(한국 공개특허공보 제10-2017-0025790호) 등이 개발되었다. Currently, researches for converting biomass (biomass), such as plants, microorganisms, and animals, into bio-energy or biochemicals are being actively conducted. Bio-energy is becoming a new and renewable energy source because it emits less carbon dioxide than fossil fuels. Alternative energy such as sunlight, tidal power and wind power makes it difficult to cope with growing energy demand. It has the advantage of being able to mass produce quickly. Accordingly, many studies for producing biofuel have been made. For example, a method for producing bioethanol using a recombinant microorganism capable of using pentose sugar (Korean Patent Laid-Open No. 10-2017-0025790) has been developed .

또한, 바이오매스로부터 생산된 바이오화합물은 화학공정으로 생산된 화합물과 달리, 부산물로서 독성물질이나 환경오염물질을 전혀 생성하지 않으며, 바이오매스로부터 부가가치가 높은 생화학 물질을 생산할 수 있기 때문에 이의 제조방법에 대한 관심이 높아지고 있다.In addition, unlike compounds produced by chemical processes, biomass produced from biomass does not produce toxic substances or environmental pollutants as by-products, and biochemicals with high added value can be produced from biomass. Interest is growing.

한편, 바이오에너지 또는 바이오화합물로서 개발될 수 있는 바이오매스 자원 중에서도, 해양유래 바이오매스는 친환경적인 바이오에너지 및 화학물질의 생산을 위한 유용한 자원으로 각광받고 있다. 해양유래 바이오매스 중 갈조류는 성장이 빠르고 기존의 식량자원과 비경쟁적이며, 단위 면적당 생산성이 매우 높아 새로운 바이오매스로의 활용 가능성이 매우 큰 것으로 평가된다.Among biomass resources that can be developed as bio-energy or biomolecules, marine-derived biomass is seen as a useful resource for the production of environmentally friendly bio-energy and chemicals. Among marine-derived biomass, brown algae are fast growing, uncompetitive with conventional food resources, and highly productive per unit area, and thus are highly likely to be used as new biomass.

이와 관련하여, 갈조류 유래의 알긴산은 α-D-guluronate와 β-L-mannuronate가 결합된 복잡한 당중합체로, 독특한 물리적 성질 때문에 예로부터 광범위하게 사용되어 왔다. 예를 들어, 알긴산은 안정제, 점질제, 식품이나 음료, 종이나 인쇄로 사용되며, 제약산업 등에서 겔화제, 미립구, 비드, 마이크로캡슐, 정제 등으로 약물전달시스템 또는 조직공학에서 매트릭스 담체 등으로 사용되고 있다.In this connection, alginic acid derived from brown algae is a complex sugar polymer having a combination of? -D-guluronate and? -L-mannuronate, and has been widely used since ancient times due to its unique physical properties. For example, alginic acid is used as a stabilizer, a viscous agent, a food or beverage, a paper or a print, and is used as a matrix carrier in a drug delivery system or tissue engineering by a gelling agent, a microparticle, a bead, a microcapsule, have.

갈조류 내의 알긴산을 바이오에너지 또는 바이오화합물로서 사용하기 위해서는 우선 난발효성 당인 알긴산을 단당류로 분해하는 알긴산 분해 효소가 필요하다. 알긴산 분해효소에 의해 분해된 불포화 단당류는 자발적으로 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid)로 전환되며, 이는 DEH 환원효소(reductase)에 의해 KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate)로 전환된 후 엔트너-듀도로프(Entner-Doudoroff) 경로를 통해 글리세르알데히드-3-인산(glyceraldehyde-3-phosphate)과 피루베이트(pyruvate)로 대사된다. 그러나, 일반적인 산업 균주들로는 DEH 환원효소(reductase)를 발견하여 활용하는 것이 매우 제한적이어서 DEH를 효과적으로 이용할 수 없다는 문제점이 있었다.In order to use alginic acid in brown algae as bio-energy or a biocomponent, alginate degrading enzyme which decomposes alginic acid, which is a refractory sugar, into monosaccharides is necessary. Unsaturated monosaccharides degraded by alginate degradation enzymes are spontaneously converted to 4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid (DEH), which is reduced by DEH reductase to KDG (2-keto-3-deoxy-gluconate ) And then metabolized to glyceraldehyde-3-phosphate and pyruvate via the Entner-Doudoroff pathway. However, DEH can not be effectively used because it is very limited to discover and utilize DEH reductase as a general industrial strain.

즉, 바이오화합물 또는 바이오에너지 생산에 난발효성 알긴산을 사용할 수 있도록 대사과정을 조작하는데 중요한 효소가 바로 DEH 환원효소(reductase)인데, A1-R, A1-R', FlRed, HdRed 등의 다양한 박테리아 유래의 DEH 특이적 환원효소가 보고되고 있으나 그 수는 제한적이라는 문제점이 있었다. 또한 이러한 문제점을 해결하기 위해 화학적인 방법을 도입하는 경우 친환경적이지 못하다는 문제점이 있었다.That is, DEH reductase, which is an important enzyme for manipulating the metabolism so that it can use biodegradable alginate for the production of biochemicals or bioenergy, is derived from various bacteria such as A1-R, A1-R ', FlRed and HdRed Of DEH-specific reductases have been reported, but the number of DEH-specific reductases has been limited. In addition, the introduction of a chemical method to solve these problems has been problematic in that it is not environmentally friendly.

이러한 배경하에, 본 발명자들은 알긴산을 바이오화합물 또는 바이오에너지 생산의 원료로 활용할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 비브리오 스플렌디더스(Vibrio splendidus)로부터 유래된 DEH 환원효소 활성을 나타내는 VsRed 단백질이 NADPH 의존적으로 DEH를 KDG로 전환시키며, 이를 이용하는 경우 DEH를 젖산으로 전환할 수 있음을 확인함으로써, 상기 VsRed 단백질은 바이오화합물 또는 바이오에너지 생산에서 알긴산 자원이 효율적으로 활용될 수 있도록 기여함을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.Under these circumstances, the inventors of the present invention have made extensive efforts to develop a method for utilizing alginic acid as a raw material for the production of a biocomponent or bioenergy. As a result, Vibrio splendidus ) converts DEH to KDG in a NADPH-dependent manner, and by using it, it is confirmed that DEH can be converted to lactic acid. Thus, the VsRed protein can be converted into a biocomponent or bioenergy And alginic acid resources can be efficiently utilized. Thus, the present invention has been completed.

본 발명의 하나의 목적은 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid) 환원효소 단백질을 포함하는, KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate) 제조용 조성물을 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a composition for the preparation of KDG (2-keto-3-deoxy-gluconate) comprising a 4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid (DEH) reductase protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: .

본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 조성물을 DEH에 처리하는 단계를 포함하는, KDG의 제조방법을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a process for the preparation of KDG comprising the step of treating the composition with DEH.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물을 DEH에 처리하여 KDG를 수득하는 단계를 포함하는 젖산의 제조방법을 제공하는 것이다. It is a further object of the present invention to provide a process for preparing lactic acid comprising treating the composition with DEH to obtain KDG.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양태는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid) 환원효소 단백질을 포함하는, KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate) 제조용 조성물을 제공한다.One aspect of the present invention for achieving the above object is to provide a recombinant vector comprising KDG (2-keto-3-deoxy-L-erythro- deoxy-gluconate).

본 발명자들은 갈조류 유래의 알긴산을 이용하여 바이오화합물 또는 바이오에너지를 효과적으로 생산하는 방법을 개발하고자 하였고, 이에 DEH 환원효소를 이용하고자 다양한 연구를 수행하던 중, 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 비브리오 스플렌디더스(Vibrio splendidus) 유래의 DEH 환원효소가 NADPH 의존적으로 DEH를 KDG로 전환시키며, 이를 이용하는 경우 DEH를 젖산으로 전환할 수 있음을 확인함으로써, 상기 비브리오 스플렌디더스 유래의 DEH 환원효소를 이용하면 젖산 등의 바이오화합물 생산에서 알긴산 자원이 효율적으로 활용될 수 있음을 발견하였다.The present inventors have developed a method for effectively producing biochemicals or bioenergy using alginic acid derived from brown algae. In carrying out various studies to utilize DEH reductase, the inventors of the present invention have found that when Vibrio spplendi The DEH reductase derived from Vibrio splendidus converts DEH to KDG in a NADPH-dependent manner, and when it is used, it is confirmed that DEH can be converted into lactic acid. By using DEH reductase derived from Vibrio splendidus , And alginic acid resources can be efficiently utilized in the production of biocompounds such as biomass.

본 발명의 용어, "DEH 환원효소(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid reductase)"는 DEH를 KDG로 전환시키는데 관여하는 효소로서, 알긴산을 이용한 바이오화합물 또는 바이오에너지의 생산에 중요하게 관여한다.The term "4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid reductase" of the present invention is an enzyme involved in the conversion of DEH to KDG, which is importantly involved in the production of biochemicals or bioenergy using alginic acid do.

본 발명에서, 상기 DEH 환원효소는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 것일 수 있다. 상기 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 단백질이 DEH를 기질로 사용할 수 있음은 공지되지 않았으며, 또한 DEH를 KDG로 전환시킬 수 있음은 아직까지 공지되지 않았으므로, 본 발명에서 제공하는 상기 서열번호 1의 아미노산 서열의 DEH 환원효소 단백질로서의 용도는 본 발명자들에 의해 최초로 규명된 것이라 할 수 있다.In the present invention, the DEH reductase may be composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. Since it is not known that a protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 can use DEH as a substrate, and it is not yet known that DEH can be converted into KDG, the protein of SEQ ID NO: Of the present invention as a DEH reductase protein can be said to be the first to be identified by the present inventors.

본 발명에서 이용되는 서열은, 생물학적으로 균등 활성을 갖는 변이를 고려한다면, 서열목록에 기재된 서열과 실질적인 동일성(substantial identity)을 나타내는 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기 용어, '실질적인 동일성'은 본 발명의 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인(align)하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 60%의 상동성, 더욱 구체적으로 70%의 상동성, 더더욱 구체적으로 80%의 상동성, 가장 구체적으로 90%의 상동성을 나타내는 서열을 의미한다.The sequences used in the present invention are interpreted to include sequences showing substantial identity with the sequences listed in the sequence listing, considering mutations having biologically equivalent activity. The term " substantial identity " means aligning the sequence of the present invention to any other sequence as much as possible, and when the aligned sequence is analyzed using an algorithm commonly used in the art, Means a sequence showing 60% homology, more specifically 70% homology, even more specifically 80% homology, most specifically 90% homology.

따라서, 상기 서열번호 1의 아미노산 서열과 높은 상동성을 갖는 서열, 예를 들면 그 상동성이 70% 이상, 구체적으로 80% 이상, 더욱 구체적으로 90% 이상의 높은 상동성을 갖는 아미노산 서열도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.Accordingly, an amino acid sequence having high homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, for example, a homology of 70% or more, specifically 80% or more, more specifically 90% or more, Should be interpreted as falling within the scope of the present invention.

또한, 상기 DEH 환원효소는 비브리오 스플렌디더스(Vibrio splendidus)에서 유래한 것일 수 있다. 본 명세서에서, 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 비브리오 스플렌디더스 유래의 DEH 환원효소는 'VsRed 단백질' 또는'VsRed'로 혼용되어 명명될 수 있다.Also, the DEH reductase is Vibrio Splendid D. Saunders (Vibrio splendidus ). In the present specification, the DEH reductase derived from Vibrio spplendidus consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 can be named as a mixture of 'VsRed protein' or 'VsRed'.

또한, 상기 DEH 환원효소는 NADPH-의존적(NADPH-dependent) 환원효소일 수 있으며, 구체적으로 NADPH-의존적으로 DEH를 KDG로 전환하는 것일 수 있다.In addition, the DEH reductase may be an NADPH-dependent reductase, specifically converting NADPH-dependent DEH to KDG.

본 발명의 용어, "NADPH"(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, reduced form)는, 산화환원 반응에서 보조인자(co-fator)로 사용되는 화합물을 의미하며, "NADPH-의존적"은 효소가 산화환원 반응에서 보조인자로서 NADP+(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) 및 그의 환원형인 NADPH를 사용하는 것을 의미한다. 공지된 다양한 미생물 유래의 DEH 환원효소 중에서도, A1-R 환원효소(Akira Inoue, Mar. Drugs 2015, 13, 493-508) 등이 NADPH-의존적 환원효소로서 알려져 있다.The term "NADPH" (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate, reduced form) of the present invention refers to a compound used as a cofactor in a redox reaction, and "NADPH-dependent" Means using NADP + (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate) and its reduced form of NADPH as cofactors. Of the known DEH reductases from various microorganisms, the A1-R reductase (Akira Inoue, Mar. Drugs 2015, 13, 493-508) and the like are known as NADPH-dependent reductases.

본 발명의 용어, "DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid)"는 알긴산으로부터 분해된 알긴산 단량체로서, 알긴산을 이용한 바이오화합물 또는 바이오에너지 생산 대사경로의 시작 물질로서 주로 사용되는 화합물을 의미한다.The term "DEH (4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid)" of the present invention is an alginic acid monomer decomposed from alginic acid and is a compound mainly used as a starting material of a biocomponent or bioenergy production metabolic pathway using alginic acid it means.

본 발명의 용어, "KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate)"는 알긴산을 이용한 바이오화합물 또는 바이오에너지 생산용 대사경로의 중간 물질로서 사용되는 화합물을 의미하며, DEH 환원효소에 의해 촉매되는 대사경로에 의해 DEH가 KDG로 전환된다고 알려져 있다.The term " KDG (2-keto-3-deoxy-gluconate) " of the present invention means a compound used as an intermediate of a metabolic pathway for production of biochemicals or bioenergy using alginic acid, It is known that DEH is converted to KDG by the metabolic pathway.

본 발명에서 제공하는 DEH 환원효소 단백질은 당해 분야에서 공지된 화학적 펩티드 합성방법으로 제조되거나, 상기 DEH 환원효소 단백질을 코딩하는 유전자를 PCR(polymerase chain reaction)에 의해 증폭하거나 공지된 방법으로 합성한 후 발현벡터에 클로닝하여 발현시켜서 제조할 수 있다.The DEH reductase protein provided by the present invention may be prepared by a chemical peptide synthesis method known in the art, or may be prepared by amplifying the gene encoding the DEH reductase protein by PCR (polymerase chain reaction) or by a known method Cloning into an expression vector and expression.

또한, 본 발명의 KDG 제조용 조성물은 상기 DEH 환원효소 단백질을 생산하는 미생물; 상기 미생물의 배양물; 상기 미생물 또는 상기 배양물의 파쇄물; 또는 이들의 조합을 추가로 포함할 수 있다.Also, the composition for preparing KDG of the present invention is a microorganism producing the DEH reductase protein; A culture of the microorganism; A disruption of said microorganism or said culture; Or a combination thereof.

이때, 상기 미생물의 구체적인 예로는, 비브리오 스플렌디더스 또는 상기 단백질을 생산할 수 있는 형질전환체일 수 있다. 상기 형질전환체의 구체적인 예로는 대장균(E. coli), 스트렙토마이세스(Streptomyces) 속 균주, 살모넬라(Salmonella) 속 균주, 비브리오(Vibrio) 속 균주 등의 박테리아 세포; 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 스키조사카로마이세스 폼베(Schizosaccharomyces pombe), 피키아 파스토리스(Pichia Pastoris) 등의 효모 세포; CHO, COS, NSO, 293 등의 동물 세포; 또는 식물 세포 등이 될 수 있으나, 상기 DEH 환원효소 단백질을 생산할 수 있는 한, 이에 제한되지 않는다.In this case, a specific example of the microorganism may be Vibrio splendidus or a transformant capable of producing the protein. Specific examples of the transformant include Escherichia coli ( E. coli), bacterial cells, such as Streptomyces (Streptomyces) spp, Salmonella (Salmonella) sp, Vibrio (Vibrio) spp; Saccharomyces cerevisiae , skiing investigation Schizosaccharomyces < RTI ID = 0.0 > yeast cells such as pombe , Pichia pastoris; Animal cells such as CHO, COS, NSO, and 293; Or plant cells, but is not limited thereto as long as it can produce the DEH reductase protein.

본 발명의 용어, "배양물"은 상기 형질전환체를 인공적으로 조절한 환경조건에서 생육시켜 수득한 물질을 의미하며, "파쇄물"은 공지된 모든 방법에 의해 상기 형질전환체, 그의 배양물 등을 파쇄한 결과물을 의미한다. 상기 형질전환체에는 본 발명에 따른 DEH 환원효소 단백질이 포함되어 있으므로, 상기 형질전환체의 배양물, 상기 형질전환체 또는 상기 배양물의 파쇄물에도 DEH 환원효소 단백질이 포함되어 있음은 자명하다.The term " culture " of the present invention means a substance obtained by cultivating the transformant in an artificial controlled environment condition, and " crushed product " means a product obtained by culturing the transformant, And the like. Since the transformant includes the DEH reductase protein according to the present invention, it is obvious that the DEH reductase protein is also contained in the culture of the transformant, the transformant or the disrupted product thereof.

본 발명에 있어서, 상기 배양물을 수득하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있는 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 구체적으로 상기 배양물은 본 발명의 DEH 환원효소 단백질을 발현시켜서 생산할 수 있는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 배치 공정 또는 주입 배치 또는 반복 주입 배치 공정(fed batch or repeated fed batch process)에서 연속식으로 배양할 수 있다.In the present invention, the method for obtaining the culture can be carried out by a method well known in the art. Specifically, the culture is not particularly limited as long as it can be produced by expressing the DEH reductase protein of the present invention, but may be cultured continuously in a batch process or an injection batch or a repeated fed batch process can do.

또한, 상기 배양물에는 상기 DEH 환원효소 단백질을 생산하는 미생물의 생육에 필요한 적당한 탄소원, 질소원, 아미노산, 비타민 등이 포함될 수 있으며, 또한, 적절한 전구체들이 포함될 수 있다. 상기 물질들은 배양과정에서 배양물에 적절한 방식에 의해 회분식, 유가식 또는 연속식으로 첨가될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In addition, the culture may contain suitable carbon sources, nitrogen sources, amino acids, vitamins, etc. necessary for the growth of microorganisms producing the DEH reductase protein, and may also include suitable precursors. The materials may be added to the culture in a manner that is appropriate for the culture in the course of the cultivation, such as, but not limited to, batch, fed or continuous.

아울러, 상기 배양물로부터 상기 DEH 환원효소 단백질을 회수하는 단계는 당업계에 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다. 구체적으로, 상기 회수 방법은 생산된 본 발명의 DEH 환원효소 단백질을 회수할 수 있는 한, 특별히 이에 제한되지 않으나, 구체적으로는 원심분리, 여과, 추출, 분무, 건조, 증방, 침전, 결정화, 전기영동, 분별용해(예를 들면 암모늄 설페이트 침전), 크로마토그래피(예를 들면 이온 교환, 친화성, 소수성 및 크기배제) 등의 방법을 사용할 수 있다.In addition, the step of recovering the DEH reductase protein from the culture may be carried out by a method known in the art. Specifically, the recovering method is not particularly limited as long as the recovered DEH reductase protein of the present invention can be recovered, but specifically includes centrifugation, filtration, extraction, spraying, drying, evaporation, precipitation, crystallization, (Eg ammonium sulfate precipitation), chromatography (for example, ion exchange, affinity, hydrophobicity and size exclusion) can be used.

본 발명의 목적상, 상기 조성물은 상기 단백질의 기질로서 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid)를 추가로 포함할 수 있다.For the purpose of the present invention, the composition may further comprise 4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid (DEH) as a substrate for the protein.

또한, 상기 조성물은 NADPH를 추가로 포함할 수 있다.In addition, the composition may further comprise NADPH.

아울러, 상기 조성물은 Li+, Mg2 +, Ca2 +, Na+, K+ 또는 그의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 이온을 포함하는 당업계에 공지된 화합물 또는 그의 조합을 추가로 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로 LiCl, MgCl2, CaCl2, NaCl, KCl 또는 그의 조합을 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In addition, the composition may further comprise a Li +, Mg 2 +, Ca 2 +, Na +, K + or a combination thereof. Specifically, it is possible to contain the ions in addition to the compound or combinations thereof known in the art, including, more specifically, LiCl, MgCl 2, CaCl 2, NaCl, but may include as KCl or more combinations thereof, But is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서는, 비브리오 스플렌디더스 유래의 DEH 환원효소 단백질(VsRed 단백질)을 제조하였고, 이는 서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어져 있으며, 서열번호 2의 염기서열로 코딩되어 있음을 확인하였다(실시예 1). 또한, 상기 VsRed 단백질은 NADPH를 보조인자로 사용하는 경우에 효소 활성이 월등해지고(표 3, 도 3a 및 3b), Na+, Li+, K+ 등의 이온을 첨가하여 반응을 수행하는 경우 활성이 증가함을 확인하였다(표 4). 아울러, 상기 VsRed 단백질을 발현하는 형질전환체의 용해물과 상기 용해물에서 VsRed 단백질만을 정제한 효소의 활성을 확인한 결과, 용해물과 효소 모두에서 높은 총활성(Total activity) 및 비활성(Specific activity)을 나타냄을 확인하였다(표 3). 이는, 본 발명의 VsRed 단백질은 알긴산을 이용한 바이오화합물 또는 바이오에너지의 생산에 유용하게 활용될 수 있음을 시사하는 것이다.In one embodiment of the present invention, DEH reductase protein (VsRed protein) derived from Vibrio splendidus was prepared, which was composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and was found to be coded by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 (Example 1). In addition, the VsRed protein has an enhanced enzyme activity when NADPH is used as a cofactor (Table 3, FIGS. 3A and 3B), and when the reaction is performed by adding Na + , Li + , K + (Table 4). As a result of the activity of the transformants expressing the VsRed protein and the enzyme purified only from the VsRed protein in the lysate, the total activity and specific activity of both the lysate and the enzyme were increased, (Table 3). This suggests that the VsRed protein of the present invention can be usefully used for the production of biochemicals or bioenergy using alginic acid.

또 다른 하나의 양태는 상기 조성물을 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid)에 처리하여 반응시키는 단계를 포함하는, KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate)의 제조방법을 제공한다. Another embodiment provides a method for preparing 2-keto-3-deoxy-gluconate (KDG) comprising treating the composition with 4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid (DEH) do.

이때, 상기 용어 "DEH" 및 "KDG"의 정의는 전술한 바와 같다. At this time, the definitions of the terms " DEH " and " KDG " are as described above.

본 발명에서, 상기 반응은 25 내지 40℃, 구체적으로 30 내지 40℃에서 수행될 수 있다. In the present invention, the reaction may be carried out at 25 to 40 ° C, specifically 30 to 40 ° C.

또한, 상기 조성물에는 상기 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 형질전환체가 포함되어 있으므로, 본 발명에 따른 KDG의 제조방법은 상기 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 형질전환체를 배양하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.In addition, since the composition includes a transformant comprising a polynucleotide encoding the protein, the method for producing KDG according to the present invention comprises the step of culturing a transformant comprising the polynucleotide encoding the protein As shown in FIG.

이때, 상기 형질전환체는 알긴산을 포함하는 배지에서 배양될 수 있고, 구체적으로 알긴산 및 상기 알긴산을 DEH로 분해하는 분해효소를 포함하는 배지에서 배양될 수 있다. 또한, Na+, Li+, K+ 또는 그의 조합을 포함하는 배지에서 배양될 수 있으며, NADPH를 포함하는 배지에서 배양될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.At this time, the transformant can be cultured in a medium containing alginic acid, and can be cultured in a medium containing a degrading enzyme specifically degrading alginic acid and alginic acid into DEH. It may also be cultured in a medium containing Na + , Li + , K +, or a combination thereof, and may be cultured in a medium containing NADPH, but is not limited thereto.

본 발명의 일 실시예에서는, 비브리오 스플렌디더스 유래의 DEH 환원효소 단백질(VsRed 단백질)은 기질로서 DEH만 특이적으로 사용함을 확인하였고, NADPH를 보조인자로 사용하는 경우 효소 활성이 월등해짐을 확인하였으며(표 3, 도 3a 및 3b), Na+, Li+, K+ 등의 이온을 첨가하여 반응을 수행하는 경우 활성이 증가함을 확인하였다(표 4). 또한, 상기 VsRed 단백질은 NADPH 의존적으로 DEH를 KDG로 전환시킴을 확인하였다(도 4b). 이는, 본 발명의 VsRed 단백질은 알긴산을 이용한 바이오화합물 또는 바이오에너지의 생산에 유용하게 활용될 수 있음을 시사하는 것이다.In one embodiment of the present invention, it was confirmed that DEH reductase protein (VsRed protein) derived from Vibrio splendidus only specifically used DEH as a substrate, and that when NADPH was used as a coenzyme, the enzyme activity was superior (Table 3, FIGS. 3A and 3B), and when the reaction was performed by adding ions such as Na + , Li + , and K + , the activity was increased (Table 4). In addition, it was confirmed that the VsRed protein converts DEH to KDG in a NADPH-dependent manner (FIG. 4B). This suggests that the VsRed protein of the present invention can be usefully used for the production of biochemicals or bioenergy using alginic acid.

또 다른 하나의 양태는 본 발명의 조성물을 DEH에 처리하여 KDG를 수득하는 단계를 포함하는 젖산의 제조방법을 제공한다.Another embodiment provides a process for preparing lactic acid comprising treating the composition of the present invention with DEH to obtain KDG.

구체적으로, 상기 젖산의 제조방법은 (a) 본 발명의 조성물을 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid)에 처리하여 반응시켜 KDG를 수득하는 단계; (b) 상기 KDG를 KDG 키나아제(kinase)와 반응시켜 KDPG(2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate)를 수득하는 단계; (c) 상기 KDPG를 KDPG 알돌라아제(aldolase)와 반응시켜 피루브산(pyruvic acid)을 수득하는 단계; 및 (d) 상기 피루브산을 젖산 탈수소효소(lactate dehydrogenase)와 반응시켜 젖산을 수득하는 단계를 포함할 수 있다.Specifically, the process for producing lactic acid comprises the steps of: (a) treating the composition of the present invention with DEH (4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid) to obtain KDG; (b) reacting the KDG with a KDG kinase to obtain KDPG (2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate); (c) reacting the KDPG with KDPG aldolase to obtain pyruvic acid; And (d) reacting the pyruvic acid with a lactate dehydrogenase to obtain lactic acid.

이때, 상기 용어 "DEH" 또는 "KDG"의 정의는 전술한 바와 같다. At this time, the definitions of the above-mentioned " DEH " or " KDG "

본 발명의 용어, "젖산"은 화학식 C3H6O3를 갖는 유기화합물로서, 다양한 산업에서 이용되고 있다. 예로서, 식용으로는 시럽, 청량음료의 산미제로 이용되며 주류의 발효 초기에 부패균의 번식을 방지하는 데도 사용된다. 공업용으로는 염료의 발염제, 피혁의 탈회제, 합성수지의 원료 등으로 사용된다. The term " lactic acid " of the present invention is an organic compound having the formula C 3 H 6 O 3 and has been used in various industries. For example, it is used as a syrup for syrups and soft drinks for edible purposes, and also to prevent the propagation of spoilage bacteria at the beginning of fermentation of the mainstream. For industrial use, it is used as a dyestuff releasing agent, a leather demineralizer, a raw material for a synthetic resin, and the like.

본 발명의 용어, "KDG 키나아제(kinase)"는 KDG를 KDPG(2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate)로 전환하는 효소이다.The term " KDG kinase " of the present invention is an enzyme that converts KDG to KDPG (2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate).

본 발명의 용어, "KDPG(2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate)"는 알긴산을 이용한 젖산 등의 바이오화합물 또는 바이오에너지 생산용 대사경로의 중간 물질로서 사용되는 화합물이다.The term " KDPG (2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate) " of the present invention is a compound used as an intermediate of a biocomponent such as lactic acid using alginic acid or a metabolic pathway for bioenergy production.

본 발명의 용어, "KDPG 알돌라아제(aldolase)"는 KDPG를 피루브산으로 전환하는 효소이다.The term " KDPG aldolase " of the present invention is an enzyme that converts KDPG to pyruvic acid.

본 발명의 용어, "피루브산(pyruvic acid)"은 화학식 CH3COCOOH를 갖는 유기화합물로서, 여러 물질 대사의 중간물질로서 사용된다.The term " pyruvic acid " of the present invention is an organic compound having the formula CH 3 COCOOH, which is used as an intermediate for various metabolism.

본 발명의 용어, "젖산 탈수소효소(lactate dehydrogenase)"는 피루브산을 젖산으로 전환하는 효소이다.The term " lactate dehydrogenase " of the present invention is an enzyme that converts pyruvic acid to lactic acid.

본 발명에서, 상기 단계 (a) 내지 (d)는 동시 또는 순차적으로 수행될 수 있다.In the present invention, the steps (a) to (d) may be performed simultaneously or sequentially.

본 발명의 일 실시예에서는, 비브리오 스플렌디더스 유래의 DEH 환원효소 단백질(VsRed 단백질)과 KDG 키나아제, KDPG 알돌라아제, 및 젖산 탈수소효소 등의 효소를 사용하여 DEH를 젖산으로 전환할 수 있음을 확인하였다(도 7). 이는, 본 발명의 VsRed 단백질은 알긴산을 이용한 젖산 등의 바이오화합물 또는 바이오에너지의 생산에 유용하게 활용될 수 있음을 시사하는 것이다.In one embodiment of the present invention, an enzyme such as DEH reductase protein (VsRed protein) derived from Vibrio spplendida and KDG kinase, KDPG aldolase, and lactate dehydrogenase can be used to convert DEH to lactic acid (Fig. 7). This suggests that the VsRed protein of the present invention can be usefully used for the production of biochemicals such as lactic acid or bioenergy using alginic acid.

본 발명에 따른 DEH 환원효소 단백질인 VsRed 단백질은 DEH를 KDG로 전환시키는 것이 가능하므로, 바이오화합물 또는 바이오에너지 생산에 유용하게 활용될 수 있다.The DEH reductase protein VsRed protein according to the present invention can convert DEH into KDG, and thus can be usefully used for biochemical or bioenergy production.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, DEH 환원효소인 VsRed 단백질의 SDS-PAGE 분석결과를 나타낸 이미지이다. 이때, M은 단백질 마커; 레인 1은 전체 세포(whole cell); 레인 2는 세포 용해물(Lysate); 및 레인 3은 정제한 효소(purified enzyme)를 의미한다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질의 pH에 따른 활성을 보여주는 그래프이다. 버퍼를 사용하여 pH를 조정하였으며, 20 mM 인산칼륨(potassium phosphate) 버퍼, 20 mM MOPS 버퍼, 20 mM HEPES 버퍼, 20 mM 글리신-NaOH(glycine-NaOH) 버퍼를 사용하였다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질의 온도에 따른 활성을 보여주는 그래프이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질의 열적안정성을 보여주는 그래프이다. 4 내지 50℃에서 20분 동안 열을 가함으로써 VsRed의 열적안정성을 분석하였다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질의 보조인자(co-factor) 특이성을 분석한 그래프이다. NADPH 또는 NADH 존재하에서 VsRed 단백질의 DEH 환원 활성을 확인하였다. NADH(적색 원의 control)와 NADPH(파란색 원의 control)만 존재하는 조건을 대조군으로 설정하였고, NADH 또는 NAPDH; VsRed 효소; 및 1% DEH를 30℃에서 반응시킨 조건을 비교군으로서 설정하였다(적색 원의 NAPH 또는 파란색 원의 NADPH).
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질의 보조인자 특이성을 분석한 TLC(thin layer chromatography) 결과이다. +NADH는 NADH의 존재 하에 효소를 반응시킨 경우, +NADPH는 NADPH의 존재 하에 효소를 반응시킨 경우를 의미한다. 반응은 30℃에서 진행하였고, TLC의 박막 위에 존재하는 각 반응물은 에탄올에 녹인 10%의 황산(sulfuric acid)을 분무한 후 탄화시켜 발색이 되도록 하였다.
도 4a는 DEH의 질량 스펙트로그램(Mass spectrogram, m/z 175)이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질과 DEH를 5분 동안 반응시킨 뒤 분석한 반응 산물의 질량 스펙트로그램이다. m/z 175 및 m/z 177에서 나타나는 피크는 각각 DEH 및 KDG를 의미한다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질과 DEH를 120분 동안 반응시킨 뒤 분석한 반응 산물의 질량 스펙트로그램이다. m/z 175 및 m/z 177에서 나타나는 피크는 각각 DEH 및 KDG를 의미한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질과 다른 NADPH-의존성 환원효소간에 아미노산 서열을 비교한 BLAST 분석결과를 보여주는 이미지이다. 이때, VsRed은 본 발명에 따른 비브리오 스플렌디더스(Vibrio splendidus) 유래의 DEH 환원효소; VPSDR은 비브리오 파라해몰리티쿠스(Vibrio parahaemolyticus) 유래의 환원효소(PDB code 3GUY); AHSDR는 아에로모나스 하이드로필라(Aeromonas hydrophila) 유래의 유래의 환원효소(PDB code 3L6E); AR-1은 스핑고모나스 속 A1.(Sphingomonas sp. A1.) 유래의 카보닐 환원효소(carbonyl reductase, PDB_3AFN)를 의미한다. 상기 효소들간에 보존된 잔기인 Thr-Gly-X-X-X-Gly-X-Gly 모티프 및 4개의 촉매 아미노산(Asn, Ser, Tyr, and Lys)은 각각 흰색의 원 및 검은색의 원으로 표시하였다. β-strand 및 α-helix의 위치는 각각 파란색 화살표 및 빨간색 줄로 표시하였다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질의 인비트로 환원효소 활성을 보여주는 그래프로서, VsRed 단백질과 반응하지 않은 NADPH의 농도를 보여준다. A는 기존에 알려진 SDR 효소(NCBI accession: EAP95875.1), B는 본 발명의 VsRed 단백질에 관한 것으로서, 검은색 원은 BSA 대조군 곡선, 흰색 원은 환원효소 반응을 의미한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조한, VsRed 단백질과의 반응에 의해 생산된 젖산(L-lactate)의 농도를 보여주는 그래프이다.
1 is an image showing SDS-PAGE analysis results of VsRed protein, which is a DEH reductase, prepared according to an embodiment of the present invention. Wherein M is a protein marker; Lane 1 is a whole cell; Lane 2 is a cell lysate; And lane 3 means a purified enzyme.
2A is a graph showing the pH-dependent activity of the VsRed protein prepared according to an embodiment of the present invention. The pH was adjusted using a buffer and 20 mM potassium phosphate buffer, 20 mM MOPS buffer, 20 mM HEPES buffer, 20 mM glycine-NaOH buffer was used.
FIG. 2B is a graph showing the temperature-dependent activity of VsRed protein prepared according to one embodiment of the present invention.
FIG. 2C is a graph showing the thermal stability of the VsRed protein prepared according to an embodiment of the present invention. FIG. The thermal stability of VsRed was analyzed by heating at 4 to 50 [deg.] C for 20 minutes.
3A is a graph showing co-factor specificity of VsRed protein prepared according to an embodiment of the present invention. The DEH reduction activity of VsRed protein was confirmed in the presence of NADPH or NADH. Conditions in which only NADH (control of the red circle) and NADPH (control of the blue circle) were present were set as the control group, and NADH or NAPDH; VsRed enzyme; And 1% DEH at 30 ° C were set as a comparative group (NAPH of red circle or NADPH of blue circle).
FIG. 3B is a TLC (thin layer chromatography) result obtained by analyzing co-factor specificity of VsRed protein prepared according to an embodiment of the present invention. + NADH means the case where the enzyme is reacted in the presence of NADH, and + NADPH means the case where the enzyme is reacted in the presence of NADPH. The reaction proceeded at 30 ° C. Each reactant present on the TLC thin film was carbonized by spraying with 10% sulfuric acid dissolved in ethanol.
4A is a mass spectrogram of DEH (m / z 175).
FIG. 4B is a mass spectrogram of the reaction product obtained by reacting the VsRed protein with DEH for 5 minutes, which is prepared according to an embodiment of the present invention. The peaks at m / z 175 and m / z 177 indicate DEH and KDG, respectively.
FIG. 4C is a mass spectrogram of the reaction product obtained by reacting VsRed protein and DEH for 120 minutes, which is prepared according to an embodiment of the present invention. FIG. The peaks at m / z 175 and m / z 177 indicate DEH and KDG, respectively.
5 is an image showing the result of BLAST analysis comparing amino acid sequences between VsRed protein and other NADPH-dependent reductase prepared according to an embodiment of the present invention. At this time, VsRed is Vibrio Splendid di Ranges according to the invention (Vibrio splendidus- derived DEH reductase; VPSDR is a Vibrio parahaemolyticus ( Vibrio parahaemolyticus ) Derived reductase (PDB code 3GUY); AHSDR is a reductase (PDB code 3L6E) derived from Aeromonas hydrophila ; AR-1 refers to a carbonyl reductase (PDB_3AFN) derived from Sphingomonas sp. A1. The Thr-Gly-XXX-Gly-X-Gly motif and the four catalytic amino acids (Asn, Ser, Tyr, and Lys), which are residues between the enzymes, are shown as white circles and black circles, respectively. The positions of ? -strand and ? -helix are indicated by blue arrows and red lines, respectively.
FIG. 6 is a graph showing the in vitro reductase activity of VsRed protein prepared according to an embodiment of the present invention, showing the concentration of NADPH not reacted with the VsRed protein. A is a known SDR enzyme (NCBI accession: EAP95875.1), B is a VsRed protein of the present invention, a black circle means a BSA control curve, and a white circle means a reductase reaction.
FIG. 7 is a graph showing the concentration of lactic acid (L-lactate) produced by the reaction with VsRed protein prepared according to one embodiment of the present invention.

이하 본 발명을 하기 예에 의해 상세히 설명한다. 다만, 하기 예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 하기 예에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the following examples. However, the following examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by the following examples.

실시예Example 1. 비브리오  1. Vibrio 스플렌디더스Splendidus (( VibrioVibrio splendidussplendidus ) 유래의 Originating DEHDEH 환원효소 단백질의 이용 Use of Reductase Protein

바이오화합물 또는 바이오에너지의 제조에 사용될 수 있는 DEH 환원효소를 개발하고자, 비브리오 스플렌디더스(Vibrio splendidus)를 이용하였다.To develop a DEH reductase that can be used in the production of bio-compound or bioenergy, Vibrio Splendid D. Saunders (Vibrio splendidus ) was used.

먼저, 비브리오 스플렌디더스(Vibrio splendidus)를 배양하여 gDNA를 분리한 후, 하기 표 1에 기재한 프라이머(primer)를 이용하여 pET21b(+) 벡터 시스템(vector system)에 클로닝하였다.First, Vibrio splendidus ) was isolated and gDNA was isolated and cloned into the pET21b (+) vector system using the primer shown in Table 1 below.

VsRed 클로닝용 프라이머VsRed primer for cloning 프라이머primer 서열order 서열번호SEQ ID NO: VsRed_EcoRI
(Forward)
VsRed_EcoRI
(Forward)
5'-GGGTCGGGATCCGAATTCAATGATTTTAATCACCG-3'5'-GGGTCGGGATCCGAATTCAATGATTTTAATCACCG-3 ' 서열번호 3SEQ ID NO: 3
VsRed_XhoI
(Reverse)
VsRed_XhoI
(Reverse)
5'-GTGGTGGTGGTGCTCGAGACCGCGG-3'Gt; 서열번호 4SEQ ID NO: 4

상기 클로닝된 재조합벡터를 대장균에 도입하여 형질전환체를 수득하고, 상기 형질전환체를 배양하면서, 24시간 동안 0.1 mM IPTG를 처리하여 VsRed 단백질을 상기 형질전환체 내에서 과발현시켰다. 그 후 SDS-PAGE를 통하여 단백질의 발현 유무를 확인한 결과 도 1에서 볼 수 있는 것과 같이, 24 kDa에서 비브리오 스플렌디더스 유래의 DEH 환원효소 단백질(이하, 'VsRed 단백질'로 명명)이 수용성 형태로 발현됨을 확인하였다.The cloned recombinant vector was introduced into Escherichia coli to obtain a transformant. VsRed protein was overexpressed in the transformant by treating the transformant with 0.1 mM IPTG for 24 hours. As a result of confirming the presence or absence of protein expression through SDS-PAGE, as shown in FIG. 1, DEH reductase protein (hereinafter referred to as "VsRed protein") derived from Vibrio spplendridus at 24 kDa was in a water-soluble form Respectively.

아울러, 발현을 확인한 VsRed 단백질의 아미노산 서열(서열번호 1) 및 이를 코딩하는 염기서열(서열번호 2)는 하기 표 2에 기재하였다.In addition, the amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) and the base sequence (SEQ ID NO: 2) encoding the VsRed protein that confirmed the expression are shown in Table 2 below.

구분division 서열order 서열번호SEQ ID NO: 아미노산 서열Amino acid sequence MILITGSSSGLGAALAKQYANTSNSRQRLMITGRSSQRLAELAKSLPANTVSQACDLCDPQSVSELLDALPETPKLVVHSAGSGYFGKIEQQDPAAISYMLKNNIESSIFLIRELVQRYKDQPVTIAVVMSTAAQGAKAEESTYCAAKWAVKGFIESVRLELKGHPMKIVAVYPGGMATEFWGTSGKAMDTSSFMTAQEAAQMLQQALTSTEHGYVSDITINRGMILITGSSSGLGAALAKQYANTSNSRQRLMITGRSSQRLAELAKSLPANTVSQACDLCDPQSVSELLDALPETPKLVVHSAGSGYFGKIEQQDPAAISYMLKNNIESSIFLIRELVQRYKDQPVTIAVVMSTAAQGAKAEESTYCAAKWAVKGFIESVRLELKGHPMKIVAVYPGGMATEFWGTSGKAMDTSSFMTAQEAAQMLQQALTSTEHGYVSDITINRG 서열번호 1SEQ ID NO: 1 염기 서열Base sequence atgattttaatcaccggatcaagcagcggtttaggcgcagctttagccaagcaatatgcgaacacatcgaacagccgtcagcgcttaatgatcactggccgcagctcccaacgtttagctgaattagcaaaaagcctgccagcgaatactgttagccaagcctgtgacttgtgtgatccacaatcagtgagcgagttattggatgcgttgcctgaaacaccaaagctggtggttcatagcgcaggcagtgggtacttcggtaaaattgaacaacaagatcccgccgccatcagctacatgctgaaaaacaacatcgagtcttccatctttttgattcgcgagcttgtgcagcgctacaaagatcaacccgtcaccattgctgttgtgatgtcgaccgcggctcaaggcgctaaagcagaagagtctacttactgcgcagccaaatgggcagtaaaaggctttatcgaatcggtcaggttggagctcaaaggtcacccgatgaaaatcgttgcggtttatcccggaggaatggcaaccgagttttggggaaccagcggcaaagcaatggatacttcaagctttatgaccgctcaagaagccgctcaaatgctgcagcaggcgttaaccagcaccgagcatggatatgtgtcagatatcacgataaaccgcggtatgattttaatcaccggatcaagcagcggtttaggcgcagctttagccaagcaatatgcgaacacatcgaacagccgtcagcgcttaatgatcactggccgcagctcccaacgtttagctgaattagcaaaaagcctgccagcgaatactgttagccaagcctgtgacttgtgtgatccacaatcagtgagcgagttattggatgcgttgcctgaaacaccaaagctggtggttcatagcgcaggcagtgggtacttcggtaaaattgaacaacaagatcccgccgccatcagctacatgctgaaaaacaacatcgagtcttccatctttttgattcgcgagcttgtgcagcgctacaaagatcaacccgtcaccattgctgttgtgatgtcgaccgcggctcaaggcgctaaagcagaagagtctacttactgcgcagccaaatgggcagtaaaaggctttatcgaatcggtcaggttggagctcaaaggtcacccgatgaaaatcgttgcggtttatcccggaggaatggcaaccgagttttggggaaccagcggcaaagcaatggatacttcaagctttatgaccgctcaagaagccgctcaaatgctgcagcaggcgttaaccagcaccgagcatggatatgtgtcagatatcacgataaaccgcggt 서열번호 2SEQ ID NO: 2

실시예Example 2.  2. VsRedVsRed 단백질의  Protein 보조인자Cofactor (co-factor) 특이성 확인(co-factor) specificity

먼저, 실시예 1에서 제조한 재조합 VsRed 단백질의 보조인자 특이성을 살펴보기 위하여, NADH 또는 NADPH 존재하에서 DEH 환원 활성을 측정하였다. 상기 VsRed 단백질의 용해물(lysate, crude enzyme)과 이를 정제한 효소(purified enzyme)의 활성을 각각 확인하였으며, 그 결과는 표 3에 정리하였다. First, in order to examine the co-factor specificity of the recombinant VsRed protein prepared in Example 1, DEH reduction activity was measured in the presence of NADH or NADPH. The activity of the lysate (crude enzyme) and purified enzyme (purified enzyme) of the VsRed protein were confirmed. The results are summarized in Table 3.

재조합 VsRed 단백질의 DEH 환원 활성DEH reduction activity of recombinant VsRed protein Total protein
(mg)
Total protein
(mg)
Total activity
(Unit)
[NADH/NADPH]
Total activity
(Unit)
[NADH / NADPH]
Specific activity
(U/mg)
[NADH/NADPH]
Specific activity
(U / mg)
[NADH / NADPH]
Purification
(fold)
[NADH/NADPH]
Purification
(fold)
[NADH / NADPH]
Yield
(%)
[NADH/NADPH]
Yield
(%)
[NADH / NADPH]
VsRedVsRed 용해물
(Lysate)
Melt
(Lysate)
155155 134.85/6355134.85 / 6355 0.87/410.87 / 41 1.0/1.01.0 / 1.0 100/100100/100
정제한 효소
(Purified enzyme)
Purified enzyme
(Purified enzyme)
2626 41.6/457641.6 / 4576 1.6/1761.6 / 176 1.8/4.291.8 / 4.29 30.8/7230.8 / 72

상기 표 3의 결과를 통해, VsRed 단백질은 NADH보다 NADPH가 존재하는 경우에 DEH 환원 활성이 더욱 우수함을 확인함으로써, 상기 VsRed는 NADPH 의존적인 환원효소(reductase)임을 알 수 있었다.From the results shown in Table 3, it was confirmed that VsRed protein is NADPH-dependent reductase by confirming that the VsRed protein has a better DEH reduction activity when NADPH is present than NADH.

한편, 상기 VsRed 단백질의 비활성(specific activity)은 176 U/mg임을 확인하였다. 이는, 기존의 NADPH 의존적인 환원효소 중에서 효소 활성이 가장 우수하다고 알려진 스핑고모나스속 A1(Sphingomonas sp. A1) 균주의 재조합 A1R 단백질의 비활성(56.9 U/mg)보다 3배 높은 것으로서, 본 발명에서 제공하는 VsRed 단백질은 종래의 환원효소보다도 환원활성이 우수함을 알 수 있었다.Meanwhile, it was confirmed that the specific activity of the VsRed protein was 176 U / mg. This is three times higher than the inactivity (56.9 U / mg) of the recombinant A1R protein of the Sphingomonas sp. A1 strain, which is known to have the highest enzyme activity among existing NADPH-dependent reductases, It was found that the VsRed protein to be provided had better reducing activity than the conventional reducing enzyme.

실시예Example 3.  3. VsRedVsRed 단백질의 기질 및 이온 특이성 확인 Identification of substrate and ion specificity of protein

먼저, 실시예 1에서 제조한 재조합 VsRed 단백질의 기질 특이성 및 이온 특이성을 살펴보기 위하여, 각각의 기질 및 이온의 존재하에서 DEH 환원 활성을 측정하였으며, 그 결과는 하기 표 4에 정리하였다. First, in order to examine the substrate specificity and ion specificity of the recombinant VsRed protein prepared in Example 1, DEH reduction activity was measured in the presence of each substrate and ion, and the results are summarized in Table 4 below.

물질명Material name 농도 (mM)Concentration (mM) 활성 (%)activation (%) 기질temperament DEHDEH 55 100100 α-keto-acid (pyruvate)α-keto-acid (pyruvate) 55 N.DN.D. Aldose
(glucose, galactose, ribose, arabinose, xylose, 2-deoxy-D-glucose)
Aldose
(glucose, galactose, ribose, arabinose, xylose, 2-deoxy-D-glucose)
55 N.DN.D.
Ketose (fructose)Ketose (fructose) 55 N.DN.D. Sugar alcohol
(mannitol, sorbitol)
Sugar alcohol
(mannitol, sorbitol)
55 N.DN.D.
Carboxylic acid (citrate)Carboxylic acid (citrate) 55 N.DN.D. 화합물
(이온)
compound
(ion)
NaClNaCl 1One 110110
LiClLiCl 1One 108108 KClKCl 1One 108108 MgCl2 MgCl 2 1One 8787 CaCl2 CaCl 2 1One 9898 CoCl2 CoCl 2 1One 8383 MnCl2 MnCl 2 1One 9494 ZnCl2 ZnCl 2 1One 1818 Ethylenediaminetetraacetic acidEthylenediaminetetraacetic acid 1One 9696 DithiothreitolDithiothreitol 1One 8282

상기 표 4의 결과를 통해, VsRed 단백질은 DEH에만 특이적으로 작용하며, α-케토산(α-keto acid), 알도스(aldose), 당알콜(sugar alcohol), 카르복시산(carboxylic acid) 등의 기질에 대해서는 활성이 없음을 확인하였다.The results of Table 4 indicate that the VsRed protein specifically acts only on DEH and is a substrate for α-keto acid, aldose, sugar alcohol, carboxylic acid and the like , It was confirmed that there was no activity.

또한, 재조합 VsRed 효소 활성에 이온이 미치는 영향을 평가하기 위하여 다양한 이온을 첨가하여 환원반응을 수행한 결과, Na+, Li+, K+ 등을 첨가할 경우 활성이 증가하는 반면, Zn+을 첨가할 경우 효소 활성이 현저히 낮아짐을 확인하였다.Further, while if by the addition of various ions added to the result of the reduction reaction, Na +, Li +, K +, etc. In order to evaluate the effect ion on the recombinant VsRed enzyme activity is increased, the addition of Zn + , The enzyme activity was significantly lowered.

실시예Example 4.  4. VsRedVsRed 단백질의 pH 및 온도에 따른 단백질 안정성 평가 Evaluation of protein stability by pH and temperature of protein

단백질은 pH와 온도에 따라 3차 구조 및 효소 활성에 영향을 받는다. 이에, 실시예 1에서 제조한 재조합 VsRed 단백질의 최적 pH 및 최적 온도를 평가하였다. Proteins are affected by tertiary structure and enzyme activity depending on pH and temperature. Thus, the optimal pH and optimal temperature of the recombinant VsRed protein prepared in Example 1 were evaluated.

그 결과, 도 2에서 볼 수 있듯이, 최적 pH는 7.0, 최적 온도는 35℃이며, 30℃ 이상의 온도에서 20분 이상 방치할 경우 효소의 활성이 현저히 감소됨을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 2, the optimal pH was 7.0 and the optimum temperature was 35 ° C., and it was confirmed that the activity of the enzyme was remarkably reduced when it was allowed to stand at 30 ° C. or more for 20 minutes or more.

이는, 기존에 알려진 NAPDH 의존성 환원효소의 일종인 'FlRed 단백질'이 30℃에서 30분 이상 방치할 경우 원래 활성 대비 40%의 활성만을 나타내는 것과 비교할 때(Akira Inoue, Mar. Drugs 2015, 13, 493-508), 본 발명에 따른 VsRed은 열적 안정성이 우수함을 알 수 있었다.This is because, compared with the existing known NAPDH-dependent reductase, 'FlRed protein', exhibiting only 40% of the original activity when incubated at 30 ° C. for 30 minutes or more (Akira Inoue, Mar. Drugs 2015, 13, 493 -508), it was found that the VsRed according to the present invention is excellent in thermal stability.

실시예Example 5.  5. VsRedVsRed 단백질의 효소 활성 확인 Identification of protein enzyme activity

실시예 1에서 제조한 재조합 VsRed의 효소 활성을 UV 분광광도계와 TLC(thin layer chromatography)를 이용하여 분석하였다.The enzyme activity of the recombinant VsRed prepared in Example 1 was analyzed by UV spectrophotometer and thin layer chromatography (TLC).

그 결과, 도 3a에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따른 VsRed는 DEH의 환원에 NADPH를 보조인자로 이용하며, NADH의 사용은 현저히 낮음을 확인하였다. 상기의 결과는 TLC 결과를 보여주는 도 3b를 통해서도 확인할 수 있었으며, NADH를 보조인자로 제공하였을 경우 DEH로부터 전환된 KDG 양이 극히 미량인 반면, NADH를 보조인자로 제공하였을 경우 KDG로 전환된 양이 상대적으로 많음을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in FIG. 3A, VsRed according to the present invention uses NADPH as a cofactor for reduction of DEH, and the use of NADH is remarkably low. The results are shown in FIG. 3B showing the result of TLC. When NADH is provided as an auxiliary agent, the amount of KDG converted from DEH is extremely small, whereas when NADH is provided as an auxiliary agent, conversion into KDG is relatively small I can confirm that there are many.

또한, DEH 기질에 VsRed 단백질과 보조인자로서 NAPDH를 첨가한 후, 30℃에서 반응할 때, 시간에 따른 DEH 및 KDG 양의 변화를 MALDI-TOF를 통해 분석하였다. 참고로, MALDI-TOF 데이터 상에서 기질인 DEH의 mass spectrogram은 m/z 175이고, 반응산물인 KDG의 mass spectrogram은 m/z 177이다(도 4a).In addition, changes in DEH and KDG levels over time were analyzed by MALDI-TOF when the VsRed protein was added to the DEH substrate and NAPDH was added as a cofactor. For reference, the mass spectrogram of the substrate DEH on the MALDI-TOF data is m / z 175 and the mass spectrogram of the reaction product KDG is m / z 177 (Fig. 4A).

그 결과, 도 4b에서 볼 수 있듯이, VsRed 단백질을 첨가하고 5분이 경과한 후부터 KDG가 생성됨을 확인하였다. 또한, 도 4c에서 볼 수 있듯이, 120분이 경과한 후에는 DEH의 양은 줄어든 반면, KDG의 양은 상대적으로 증가함을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 4B, it was confirmed that KDG was generated after 5 minutes of addition of VsRed protein. Also, as shown in FIG. 4C, after 120 minutes, the amount of DEH was decreased while the amount of KDG was relatively increased.

상기 결과를 통해, VsRed 단백질은 DEH를 KDG로 전환시키는 DEH 환원효소이며, NADPH-의존적으로 활성을 나타냄을 확인하였다.From the above results, it was confirmed that VsRed protein is a DEH reductase that converts DEH to KDG and shows NADPH-dependent activity.

실시예Example 6.  6. VsRedVsRed 단백질의 아미노산 서열의  Of the amino acid sequence of the protein 상동성Homology 확인 Confirm

상기 실시예 5를 통해, 본 발명에 따른 재조합 VsRed 단백질은 DEH 환원효소임을 확인함에 따라, 기존에 알려진 다른 DEH 환원효소와의 서열 상동성을 확인하였다.As a result of confirming that the recombinant VsRed protein according to the present invention is a DEH reductase, the sequence homology with other known DEH reductases was confirmed.

구체적으로, 다양한 NADPH-의존적 DEH 환원효소 중에서도 그 구조가 잘 규명된 효소를 비교대상으로 설정하였으며, SDR(Short-chain dehydrogenase/reductase) 패밀리에 속하는 효소를 사용하였다. NCBI의 BLAST 검색을 이용하여, 파라해몰리티쿠스(Vibrio parahaemolyticus) 유래의 환원효소(VPSDR), 아에로모나스 하이드로필라(Aeromonas hydrophila) 유래의 환원효소(AHSDR), 스핑고모나스 속 A1.(Sphingomonas sp. A1.) 유래의 환원효소(AR-1)의 아미노산 서열과 상동성을 비교하였다.Specifically, enzymes belonging to the family of short-chain dehydrogenase / reductase (SDR) were used as a comparison among enzymes having a well-defined structure among various NADPH-dependent DEH reductases. Using the BLAST search of NCBI, Vibrio parahaemolyticus , (VPSDR) derived from Sphingomonas sp. A1., A reducing enzyme (AHSDR) derived from Aeromonas hydrophila , an amino acid of a reducing enzyme (AR-1) derived from Sphingomonas sp. The sequences and homology were compared.

그 결과, 도 5에서 볼 수 있듯이, VsRed 단백질의 아미노산 서열은 전술한 다른 NADPH-의존적 DEH 환원효소와 대부분 20-30%의 낮은 상동성을 가짐을 확인하였다. 다만, 환원효소에서 매우 보존된 서열 모티프, 즉 보조인자 결합 모티프(cofactor binding Rossmann fold motif)인 'Thr-Gly-X-X-X-Gly-X-Gly' 잔기 및 4개의 촉매 아미노산 잔기(Asn, Tyr, Lys 및 Ser)는 다른 환원효소에서 존재하는 것과 마찬가지로 VsRed 단백질에서도 보존되어 있음을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the amino acid sequence of the VsRed protein has a homology of 20-30%, which is almost the same as that of the above-mentioned other NADPH-dependent DEH reductase. Gly-XXX-Gly-X-Gly 'residues and co-catalytic amino acid residues (Asn, Tyr, Lys And Ser) were conserved in the VsRed protein as well as in other reducing enzymes.

상기 결과를 통해, VsRed 단백질은 NADPH-의존적 환원효소에 특이적인 모티프를 보존하고 있는, NADPH-의존적 DEH 환원효소임을 알 수 있었다.These results indicate that the VsRed protein is a NADPH-dependent DEH reductase that conserves motifs specific for NADPH-dependent reductase.

실시예Example 7.  7. VsRedVsRed 단백질의 환원효소 활성 비교 Comparison of Reduced Enzyme Activities of Proteins

본 발명의 재조합 VsRed 단백질은 DEH 환원효소임을 확인함에 따라, 기존에 알려진 다른 SDR 효소(NCBI accession: EAP95875.1; 이하, 'EAP95875.1 단백질'로 명명)와 환원효소 활성을 비교하였다.As the recombinant VsRed protein of the present invention was found to be a DEH reductase, the activity of another known SDR enzyme (NCBI accession: EAP95875.1; hereinafter referred to as 'EAP95875.1 protein') and the reducing enzyme activity were compared.

구체적으로, 하기 표 5에 기재된 바와 같은 조성으로 반응액을 구성하였고, 230 rpm 및 30℃에서 10 내지 50분 동안 반응하였다.Specifically, the reaction solution was constituted as shown in Table 5 below and reacted at 230 rpm and 30 ° C for 10 to 50 minutes.

조성Furtherance 최종 농도Final concentration 1% DEH1% DEH 0.08%0.08% 2. 82 mM NADH 또는 3 mM NADPH2. 82 mM NADH or 3 mM NADPH 0.4 mM0.4 mM 20 mM potassium phosphate buffer
(pH 7.0)
20 mM potassium phosphate buffer
(pH 7.0)
--
효소(단백질)Enzyme (protein) 300 ㎍/㎖300 [mu] g / ml 최종 부피Final volume 200 ㎕200 μl

EAP95875.1 단백질EAP95875.1 protein BSA 대조군BSA control group 흡광도Absorbance NADPH
(mM)
NADPH
(mM)
반응한 NADPH
(mM)
The reacted NADPH
(mM)
흡광도Absorbance NADPH (mM)NADPH (mM) 10 분10 minutes 1.0011.001 0.3140.314 1.0371.037 0.3250.325 -0.012-0.012 20 분20 minutes 0.9790.979 0.3060.306 0.0240.024 30 분30 minutes 0.9450.945 0.2950.295 0.0180.018 40 분40 minutes 0.9150.915 0.2850.285 0.0280.028 50 분50 minutes 0.9160.916 0.2860.286 0.0280.028

VsRed 단백질VsRed protein BSA 대조군BSA control group 흡광도Absorbance NADPH
(mM)
NADPH
(mM)
반응한 NADPH
(mM)
The reacted NADPH
(mM)
흡광도Absorbance NADPH (mM)NADPH (mM) 10 분10 minutes 1.0011.001 0.3130.313 0.8020.802 0.2490.249 0.0650.065 20 분20 minutes 0.7370.737 0.2270.227 0.1030.103 30 분30 minutes 0.6070.607 0.1850.185 0.1290.129 40 분40 minutes 0.4720.472 0.1410.141 0.1730.173 50 분50 minutes 0.3920.392 0.1140.114 0.1990.199

그 결과, 상기 표 6 및 7, 및 도 6에서 볼 수 있듯이, EAP95875.1 단백질의 경우에는 반응이 진행되어도 상기 EAP95875.1 단백질과 반응하는 NADPH의 양은 변화가 없음을 확인하였다.As a result, as shown in Tables 6 and 7 and FIG. 6, in the case of EAP95875.1 protein, it was confirmed that the amount of NADPH that reacts with the EAP95875.1 protein did not change even when the reaction proceeded.

그러나, VsRed 단백질의 경우에는 반응이 진행될수록 상기 VsRed 단백질과 반응하는 NADPH의 양은 현저히 증가하여, 반응의 종료 시에는 반응액에 존재하는 NADPH의 농도는 현저히 감소하는 것을 확인하였다.However, in the case of the VsRed protein, the amount of NADPH that reacts with the VsRed protein significantly increased as the reaction proceeded, and the concentration of NADPH present in the reaction solution at the end of the reaction was significantly decreased.

상기 결과를 통해, SDR 패밀리에 속하는 효소 중에서는 DEH 환원효소 활성을 나타내지 않는 효소도 있음을 확인하였으며, 이와는 달리 본 발명의 재조합 VsRed 단백질은 우수한 DEH 환원효소 활성을 나타냄을 확인하였다.From the above results, it was confirmed that among the enzymes belonging to the SDR family, enzymes which do not exhibit DEH reductase activity were also present. In contrast, the recombinant VsRed protein of the present invention showed excellent DEH reductase activity.

실시예Example 8.  8. VsRedsVsReds 단백질을 이용한 젖산(L-lactate)의 제조방법 Method for producing lactic acid (L-lactate) using protein

상기 실시예 1에서 제조한 재조합 VsRed 단백질을 바이오화합물의 제조에 이용할 수 있는지 확인하기 위하여, 상기 VsRed 단백질을 이용하여 젖산(L-lactate)을 제조하고자 하였다.In order to confirm whether the recombinant VsRed protein prepared in Example 1 can be used for the production of a biocompound, lactic acid (L-lactate) was prepared using the VsRed protein.

구체적으로, 상기 VsReds 단백질 및 젖산 탈수소효소(LDH; lactate dehydrogenase)는 이를 포함하고 있는 대장균으로부터 분리하였다. 이후, 상기 VsReds 단백질 및 LDH를 2 mM DEH, 2 내지 4 mM NAD(P)H, 2 mM ATP 및 적절한 양의 효소를 포함하는 반응 용액과 230 rpm 및 30℃에서 40 분 동안 인큐베이션하였고, 생산물은 고속액체크로마토그래피(HPLC)로 분석하였다.Specifically, the VsReds protein and lactate dehydrogenase (LDH) were isolated from Escherichia coli containing the same. The VsReds protein and LDH were then incubated with a reaction solution containing 2 mM DEH, 2-4 mM NAD (P) H, 2 mM ATP and the appropriate amount of enzyme at 230 rpm and 30 ° C for 40 minutes, And analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC).

이때, 상기 반응에 사용한 효소는 다음과 같다: KDG 키나아제(kinase), KDPG(2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate) 알돌라아제(aldolase), LDH 및 VsReds(DEH 환원효소). The enzymes used in this reaction are as follows: KDG kinase, 2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate aldolase, LDH and VsReds (DEH reductase).

그 결과, 도 7에서 볼 수 있듯이, DEH와 상기 VsReds 단백질이 반응하는 경우, 젖산의 농도는 반응이 진행될수록 점차 증가함을 확인하였다. 특히, 상기 VsReds 단백질의 DEH의 젖산 전환율은 81.9%로서, 기존에 알려진 다른 SDR 효소, 즉 상기 EAP95875.1 단백질(NCBI accession: EAP95875.1, 76.7%)은 DEH 환원효소 활성이 없어 젖산을 생산하지 못함을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 7, it was confirmed that when the DEH and the VsReds protein reacted, the concentration of lactic acid gradually increased as the reaction proceeded. In particular, the conversion of DEH to lactate of the VsReds protein was 81.9%, and other known SDR enzymes, namely, the EAP95875.1 protein (NCAP accession: EAP95875.1, 76.7%) did not produce DEH reductase activity and did not produce lactic acid I can not.

상기 결과를 통해, 본 발명의 VsRed 단백질은 알긴산에서 유래한 DEH를 젖산으로 전환할 수 있으므로, 조류 등의 바이오매스로부터 부가가치가 높은 바이오화합물의 생산에 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있었다.From the above results, it was found that the VsRed protein of the present invention can convert DEH derived from alginic acid into lactic acid, and thus can be usefully used for producing biocompounds having high added value from algae and other biomass.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. In this regard, it should be understood that the above-described embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention without departing from the scope of the present invention as defined by the appended claims.

<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Novel DEH reductase protein and uses thereof <130> KPA160778-KR-P1 <150> KR 10-2016-0079004 <151> 2016-06-24 <160> 4 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 224 <212> PRT <213> Vibrio splendidus <400> 1 Met Ile Leu Ile Thr Gly Ser Ser Ser Gly Leu Gly Ala Ala Leu Ala 1 5 10 15 Lys Gln Tyr Ala Asn Thr Ser Asn Ser Arg Gln Arg Leu Met Ile Thr 20 25 30 Gly Arg Ser Ser Gln Arg Leu Ala Glu Leu Ala Lys Ser Leu Pro Ala 35 40 45 Asn Thr Val Ser Gln Ala Cys Asp Leu Cys Asp Pro Gln Ser Val Ser 50 55 60 Glu Leu Leu Asp Ala Leu Pro Glu Thr Pro Lys Leu Val Val His Ser 65 70 75 80 Ala Gly Ser Gly Tyr Phe Gly Lys Ile Glu Gln Gln Asp Pro Ala Ala 85 90 95 Ile Ser Tyr Met Leu Lys Asn Asn Ile Glu Ser Ser Ile Phe Leu Ile 100 105 110 Arg Glu Leu Val Gln Arg Tyr Lys Asp Gln Pro Val Thr Ile Ala Val 115 120 125 Val Met Ser Thr Ala Ala Gln Gly Ala Lys Ala Glu Glu Ser Thr Tyr 130 135 140 Cys Ala Ala Lys Trp Ala Val Lys Gly Phe Ile Glu Ser Val Arg Leu 145 150 155 160 Glu Leu Lys Gly His Pro Met Lys Ile Val Ala Val Tyr Pro Gly Gly 165 170 175 Met Ala Thr Glu Phe Trp Gly Thr Ser Gly Lys Ala Met Asp Thr Ser 180 185 190 Ser Phe Met Thr Ala Gln Glu Ala Ala Gln Met Leu Gln Gln Ala Leu 195 200 205 Thr Ser Thr Glu His Gly Tyr Val Ser Asp Ile Thr Ile Asn Arg Gly 210 215 220 <210> 2 <211> 672 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Vibrio splendidus <400> 2 atgattttaa tcaccggatc aagcagcggt ttaggcgcag ctttagccaa gcaatatgcg 60 aacacatcga acagccgtca gcgcttaatg atcactggcc gcagctccca acgtttagct 120 gaattagcaa aaagcctgcc agcgaatact gttagccaag cctgtgactt gtgtgatcca 180 caatcagtga gcgagttatt ggatgcgttg cctgaaacac caaagctggt ggttcatagc 240 gcaggcagtg ggtacttcgg taaaattgaa caacaagatc ccgccgccat cagctacatg 300 ctgaaaaaca acatcgagtc ttccatcttt ttgattcgcg agcttgtgca gcgctacaaa 360 gatcaacccg tcaccattgc tgttgtgatg tcgaccgcgg ctcaaggcgc taaagcagaa 420 gagtctactt actgcgcagc caaatgggca gtaaaaggct ttatcgaatc ggtcaggttg 480 gagctcaaag gtcacccgat gaaaatcgtt gcggtttatc ccggaggaat ggcaaccgag 540 ttttggggaa ccagcggcaa agcaatggat acttcaagct ttatgaccgc tcaagaagcc 600 gctcaaatgc tgcagcaggc gttaaccagc accgagcatg gatatgtgtc agatatcacg 660 ataaaccgcg gt 672 <210> 3 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> VsRed_EcoRI Forward primer <400> 3 gggtcgggat ccgaattcaa tgattttaat caccg 35 <210> 4 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> VsRed_XhoI Reverse primer <400> 4 gtggtggtgg tgctcgagac cgcgg 25 <110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Novel DEH reductase protein and uses thereof <130> KPA160778-KR-P1 <150> KR 10-2016-0079004 <151> 2016-06-24 <160> 4 <170> KoPatentin 3.0 <210> 1 <211> 224 <212> PRT <213> Vibrio splendidus <400> 1 Met Ile Leu Ile Thr Gly Ser Ser Ser Gly Leu Gly   1 5 10 15 Lys Gln Tyr Ala Asn Thr Ser Asn Ser Arg Gln Arg Leu Met Ile Thr              20 25 30 Gly Arg Ser Ser Gln Arg Leu Ala Glu Leu Ala Lys Ser Leu Pro Ala          35 40 45 Asn Thr Val Ser Gln Ala Cys Asp Leu Cys Asp Pro Gln Ser Ser Ser      50 55 60 Glu Leu Leu Asp Ala Leu Pro Glu Thr Pro Lys Leu Val Val His Ser  65 70 75 80 Ala Gly Ser Gly Tyr Phe Gly Lys Ile Glu Gln Gln Asp Pro Ala Ala                  85 90 95 Ile Ser Tyr Met Leu Lys Asn Asn Ile Glu Ser Ser Ile Phe Leu Ile             100 105 110 Arg Glu Leu Val Gln Arg Tyr Lys Asp Gln Pro Val Thr Ile Ala Val         115 120 125 Val Met Ser Thr Ala Ala Gln Gly Ala Lys Ala Glu Glu Ser Thr Tyr     130 135 140 Cys Ala Ala Lys Trp Ala Val Lys Gly Phe Ile Glu Ser Val Arg Leu 145 150 155 160 Glu Leu Lys Gly His Pro Met Lys Ile Val Ala Val Tyr Pro Gly Gly                 165 170 175 Met Ala Thr Glu Phe Trp Gly Thr Ser Gly Lys Ala Met Asp Thr Ser             180 185 190 Ser Phe Met Thr Ala Gln Glu Ala Ala Gln Met Leu Gln Gln Ala Leu         195 200 205 Thr Ser Thr Glu His Gly Tyr Val Ser Asp Ile Thr Ile Asn Arg Gly     210 215 220 <210> 2 <211> 672 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Vibrio splendidus <400> 2 atgattttaa tcaccggatc aagcagcggt ttaggcgcag ctttagccaa gcaatatgcg 60 aacacatcga acagccgtca gcgcttaatg atcactggcc gcagctccca acgtttagct 120 gaattagcaa aaagcctgcc agcgaatact gttagccaag cctgtgactt gtgtgatcca 180 caatcagtga gcgagttatt ggatgcgttg cctgaaacac caaagctggt ggttcatagc 240 gcaggcagtg ggtacttcgg taaaattgaa caacaagatc ccgccgccat cagctacatg 300 ctgaaaaaca acatcgagtc ttccatcttt ttgattcgcg agcttgtgca gcgctacaaa 360 gatcaacccg tcaccattgc tgttgtgatg tcgaccgcgg ctcaaggcgc taaagcagaa 420 gagtctactt actgcgcagc caaatgggca gtaaaaggct ttatcgaatc ggtcaggttg 480 gagctcaaag gtcacccgat gaaaatcgtt gcggtttatc ccggaggaat ggcaaccgag 540 ttttggggaa ccagcggcaa agcaatggat acttcaagct ttatgaccgc tcaagaagcc 600 gctcaaatgc tgcagcaggc gttaaccagc accgagcatg gatatgtgtc agatatcacg 660 ataaaccgcg gt 672 <210> 3 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> &Lt; 223 > VsRed_EcoRI Forward primer <400> 3 gggtcgggat ccgaattcaa tgattttaat caccg 35 <210> 4 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> VsRed_XhoI Reverse primer <400> 4 gtggtggtgg tgctcgagac cgcgg 25

Claims (10)

서열번호 1의 아미노산 서열로 이루어진 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid) 환원효소 단백질을 포함하는, KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate) 제조용 조성물. 4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid (DEH) consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: A composition for the production of 2-keto-3-deoxy-gluconate (KDG) comprising a reducing enzyme protein. 제1항에 있어서, 상기 DEH 환원효소는 NADPH-의존적(NADPH-dependent) 환원효소인 것인, 조성물. 2. The composition of claim 1, wherein the DEH reductase is a NADPH-dependent reductase. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 상기 DEH 환원효소 단백질을 생산하는 미생물; 그의 배양물; 상기 미생물 또는 상기 배양물의 파쇄물; 또는 이들의 조합을 추가로 포함하는 것인, 조성물.The composition of claim 1, wherein the composition comprises a microorganism that produces the DEH reductase protein; His culture; A disruption of said microorganism or said culture; Or a combination thereof. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 상기 단백질의 기질로서 DEH를 추가로 포함하는 것인, 조성물.2. The composition of claim 1, wherein the composition further comprises DEH as a substrate for the protein. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 NADPH를 추가로 포함하는 것인, 조성물.2. The composition of claim 1, wherein the composition further comprises NADPH. 제1항에 있어서, 상기 조성물은 Na+, Li+, K+ 또는 그의 조합을 추가로 포함하는 것인, 조성물.The composition of claim 1, wherein the composition further comprises Na + , Li + , K +, or a combination thereof. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 조성물을 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid)에 처리하여 반응시키는 단계를 포함하는, KDG(2-keto-3-deoxy-gluconate)의 제조방법.A process for the preparation of KDG (2-keto-3-deoxy-gluconate), comprising the step of treating a composition according to any one of claims 1 to 6 with 4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid Gt; 제7항에 있어서, 상기 반응은 25 내지 40℃에서 수행되는 것인, 제조방법.The process according to claim 7, wherein the reaction is carried out at 25 to 40 占 폚. (a) 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 조성물을 DEH(4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid)에 처리하여 반응시켜 KDG를 수득하는 단계;
(b) 상기 KDG를 KDG 키나아제(kinase)와 반응시켜 KDPG(2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate)를 수득하는 단계;
(c) 상기 KDPG를 KDPG 알돌라아제(aldolase)와 반응시켜 피루브산(pyruvic acid)을 수득하는 단계; 및
(d) 상기 피루브산을 젖산 탈수소효소(lactate dehydrogenase)와 반응시켜 젖산을 수득하는 단계를 포함하는, 젖산의 제조방법.
(a) treating the composition of any one of claims 1 to 6 with DEH (4-deoxy-L-erythro-hexoseulose uronic acid) to obtain KDG;
(b) reacting the KDG with a KDG kinase to obtain KDPG (2-keto-3-deoxy-6-phosphogluconate);
(c) reacting the KDPG with KDPG aldolase to obtain pyruvic acid; And
(d) reacting the pyruvic acid with a lactate dehydrogenase to obtain lactic acid.
제9항에 있어서, 상기 단계 (a) 내지 (d)는 동시 또는 순차적으로 수행되는 것인, 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the steps (a) - (d) are performed simultaneously or sequentially.
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