KR101971931B1 - Method for Producing D-Chiro-Inositol From Myo-Inositol Using In Vitro Enzyme Reaction - Google Patents

Method for Producing D-Chiro-Inositol From Myo-Inositol Using In Vitro Enzyme Reaction Download PDF

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Abstract

본 발명은 기질인 마이오-이노시톨을 이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제, 또는 이들 효소가 융합된 형태의 단백질을 포함하는 효소 반응 완충액내에서 반응시켜 D-카이로-이노시톨을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 의하면 세포외 효소 반응 완충액내에서의 D-카이로-이노시톨을 생산하므로 재조합 세포를 이용한 발효 방법과 비교하여 저비용 및 고수율로 D-카이로-이노시톨을 생산할 수 있다. 또한, 유기용매의 첨가, 상층액 분리 및 건조와 같은 간단한 공정을 통해 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨이 혼합된 반응 완충액으로부터 D-카이로-이노시톨을 고순도로 분리할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 D-카이로-이노시톨로부터 분리된 마이오-이노시톨은 기질로서 재사용이 가능한 이점이 있다. The present invention relates to a method for producing D-chiro-inositol by reacting a substrate, myo-inositol, with an enzyme reaction buffer comprising inositol dehydrogenase and inosose isomerase, or a fusion protein of these enzymes . According to the method of the present invention, D-chiro-inositol is produced in an extracellular enzyme reaction buffer, so that D-chiro-inositol can be produced at a low cost and a high yield as compared with a fermentation method using recombinant cells. In addition, D-chiro-inositol can be isolated in high purity from a reaction buffer in which the mixture of myo-inositol and D-chiro-inositol is mixed through a simple process such as addition of an organic solvent, separation of supernatant and drying. Further, according to the present invention, the myo-inositol isolated from D-cairo-inositol has an advantage that it can be reused as a substrate.

Description

효소 반응법을 이용한 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산하는 방법{Method for Producing D-Chiro-Inositol From Myo-Inositol Using In Vitro Enzyme Reaction} Inositol from Myo-Inositol Using In-Vitro Enzyme Reaction Method for Producing D-Chiro-Inositol from Myo-

본 발명은 효소를 이용하여 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 기질인 마이오-이노시톨을 2가지의 효소 이노시톨 디하이드로게나아제(inositol dehydrogenase) 및 이노소스 이소머라아제(inosose isomerase), 또는 이들의 융합 단백질 형태의 효소와 반응시켜 D-카이로-이노시톨을 생산하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing D-chiro-inositol from myo-inositol using an enzyme. More particularly, the present invention relates to a method for producing a D-chylo-inositol derivative by reacting a substrate, myo-inositol, with two enzymes inositol dehydrogenase and inosose isomerase, Inositol. ≪ / RTI >

D-카이로-이노시톨(D-chiro-inositol, cis-1,2,4-trans-3,5,6-cyclohexol)은 마이오-이노시톨(myo-inositol, cis-1,2,3,5-trans-4,6-cyclohexanehexol)의 입체이성질체(stereoisomer)로서 3번 하이드록실 그룹이 에피머화 된 형태이다(도 1). D-카이로-이노시톨은 이노시톨 포스포글리칸(IPG)의 주요 구성성분으로 인슐린 신호전달의 중요한 매개체로 보고되어 있으며, 제2형 당뇨의 치료에 효과가 있다고 알려져 있다. D-카이로-이노시톨은 주로 진핵생물에서 발견되며, 마이오-이노시톨의 에피머화에 의해 생합성된다. D-카이로-이노시톨은 주로 피니톨(D-pinitol)이나 카스가마이신(kasugamycin)의 염산 가수분해에 의해 생산하고 있다(U.S. Pat No. 5827896, U.S. Pat No. 5091596, U.S. Pat No. 5463142, U.S. Pat No.5714643). 그러나, 원료인 피니톨이나 카스가마이신이 고가이며, 유기합성법(U.S. Pat No. 5406005, WO 96/25381)도 알려져 있으나, 부산물의 분리가 용이하지 않아 경제성이 낮다. D-카이로-이노시톨은 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제(myo-inositol dehydrogenase) 및 이노소스 이소머라아제(inosose isomerase)를 발현하는 형질전환된 세포를 이용한 발효 방법에 의해 마이오-이노시톨로부터 생산될 수 있는 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 형질전환된 세포를 이용한 발효 방법은 생산 수율이 낮으며 발효액으로부터 D-카이로-이노시톨을 정제하는 데 있어서 문제점이 있는 것으로 알려져 왔다.
D-chiro-inositol (cis-1,2,4-trans-3,5,6-cyclohexol) is a myo-inositol, cis- trans-4,6-cyclohexanehexol) in which the hydroxyl group 3 is epimerized (Fig. 1). D-cairo-inositol is a major component of inositol phosphoglycans (IPG) and has been reported to be an important mediator of insulin signaling and is known to be effective in the treatment of type 2 diabetes. D-cairo-inositol is found mainly in eukaryotes and is biosynthesized by epimerization of myo-inositol. D-chiro-inositol is mainly produced by hydrochloric acid hydrolysis of D-pinitol or kasugamycin (US Pat No. 5827896, US Pat No. 5091596, US Pat No. 5463142, US Pat No. 5714643). However, the raw materials, such as pinitol and casgalmycin, are expensive and organic synthesis methods (US Pat No. 5406005, WO 96/25381) are known, but the separation of by-products is not easy and economic efficiency is low. D-cairo-inositol is produced from myo-inositol by fermentation methods using transformed cells expressing myo-inositol dehydrogenase and inosose isomerase It is known to be able to. However, the fermentation method using the transformed cells has a low production yield, and it has been known that there is a problem in refining D-cairo-inositol from a fermentation broth.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하고, 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 효율적으로 생산하는 방법을 개발하고자 연구 노력한 결과, 기질인 마이오-이노시톨을 이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제의 2가지 효소, 또는 이들의 융합 단백질 형태의 효소와 세포외에서 반응시켜 D-카이로-이노시톨을 성공적으로 생산할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다. As a result of efforts to solve the above problems and to develop a method for efficiently producing D-chiro-inositol from myo-inositol, the inventors of the present invention have found that when a substrate of myo-inositol is replaced with inositol dehydrogenase and inoso- The present inventors completed the present invention by confirming that D-chiro-inositol can be successfully produced by reacting two enzymes of malase, or fusion protein type thereof, extracellularly.

따라서, 본 발명의 목적은 효소반응법을 이용하여 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산하는 방법을 제공하는 데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing D-chiro-inositol from myo-inositol using an enzyme reaction method.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 효소반응법을 이용하여 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산하는 방법을 제공한다: (a) (i) 이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제, 또는 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제의 융합 단백질, (ⅱ) 조효소로서 NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), 및 (ⅲ) 기질로서 마이오-이노시톨을 포함하는 효소 반응 완충액을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 효소 반응 완충액을 반응시켜 D-카이로-이노시톨을 생성시키는 단계.
According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing D-chiro-inositol from myo-inositol using an enzymatic reaction method comprising the steps of: (a) (i) reacting inositol dihydro (Ii) a Nicotinamide Adenine Dinucleotide (NAD) as a coenzyme, and (iii) a fusion protein comprising a myo-inositol as a substrate, Preparing an enzyme reaction buffer; And (b) reacting the enzyme reaction buffer to produce D-chiro-inositol.

이하에서 본 발명을 각 단계에 따라 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the respective steps.

단계 (a): (i) 이노시톨 디하이드로게나아제 이노소스 이소머라아제 , 또는 이 두 가지 효소의 융합 단백질, (ⅱ) 조효소로서 NAD( Nicotinamide Adenine Dinucleotide ), 및 (ⅲ) 기질로서 마이오-이노시톨을 포함하는 효소 반응 완충액을 준비하는 단계 Step (a): (i) inositol dehydrogenase and inosose Isomerase , or a fusion protein of these two enzymes, (ii) NAD ( Nicotinamide Adenine Dinucleotide ), and (iii) preparing an enzyme reaction buffer solution containing the myo-inositol as a substrate

본 명세서에서 용어 “이노시톨 디하이드로게나아제(inositol dehydrogenase)”또는 “마이오-이노시톨 디하이드로게나아제(myo-inositol dehydrogenase)”는 하기 반응식 1에 나타낸 바와 같이 마이오-이노시톨을 NAD+ 의존성 산화작용에 의해 2-케토-마이오-이노시톨(2-keto-myo-inositol)로 변환시키는 화학반응 또는 이의 역방향 반응을 촉매하는 활성을 갖는 효소이다. 본 명세서에서 “이노시톨 디하이드로게나아제”와 관련하여 이를 코딩하는 유전자 명칭은“iolG"으로 기재한다. The term " inositol dehydrogenase " or " myo-inositol dehydrogenase " is used herein to refer to the reaction of the myo-inositol with NAD + Inositol (2-keto-myo-inositol), or an enzyme that catalyzes a reverse reaction thereof. In the present specification, the name of a gene coding for "inositol dehydrogenase" is described as "iolG".

[반응식 1] [Reaction Scheme 1]

마이오-이노시톨 + NAD+ ↔ 2-케토-마이오-이노시톨 + NADH + H+ Myo-inositol + NAD +? 2-keto-myo-inositol + NADH + H +

이노시톨 디하이드로게나아제는 에어로박터 에어로게네스(Aerobacter aerogenes) [Berman T, Magasanik B (1966). J. Biol. Chem. 241 (4): 800-806; LARNER J, JACKSON WT, GRAVES DJ, STAMER JR (1956). Arch. Biochem. Biophys. 60 (2): 352-363)과 효모 크립토코커스 멜리비오숨(Cryptococcus melibiosum)[Vidal-Leiria M, van Uden N (1973). Biochim. Biophys. Acta. 293 (2): 295-303]에서 분리되었다고 보고되어 있다. 본 발명에서 사용할 수 있는 이노시톨 디하이드로게나아제는 바람직하게는 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 또는 판토에아 아나나티스(Pantoea ananatis)로 부터 분리된 것이다. 보다 바람직하게는 본 발명에서 사용되는 이노시톨 디하이드로게나아제는 코리네박테리움 글루타미쿰 유래 이노시톨 디하이드로게나아제이다. 보다 더 바람직하게는 본 발명의 이노시톨 디하이드로게나아제는 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는다. Inositol dehydrogenases are known as Aerobacter aerogenes [Berman T, Magasanik B (1966). J. Biol. Chem. 241 (4): 800-806; LARNER J, JACKSON WT, GRAVES DJ, STAMER JR (1956). Arch. Biochem. Biophys. 60 (2): 352-363) and yeast Cryptococcus melibiosum [Vidal-Leiria M, van Uden N (1973). Biochim. Biophys. Acta. 293 (2): 295-303]. The inositol dehydrogenase which can be used in the present invention is preferably selected from the group consisting of Agrobacterium tumefaciens, Bacillus subtilis, Corynebacterium glutamicum, It is separated from Pantoea ananatis. More preferably, the inositol dehydrogenase used in the present invention is an inositol dehydrogenase derived from Corynebacterium glutamicum. Even more preferably, the inositol dehydrogenase of the present invention has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

본 명세서에서 용어 “이노소스 이소머라아제(inosose isomerase)”는 하기 반응식 2에 나타낸 바와 같이, 2-케토-마이오-이노시톨을 1-케토-D-카이로-이노시톨(1-keto-D-chiro-inositol)로 전환하는 이성질체화 반응 또는 이의 역방향 반응을 촉매하는 활성을 갖는 효소이다. 본 명세서에서 “이노소스 이소머라아제”와 관련하여 이를 코딩하는 유전자 명칭은 “iolI"로 기재한다. As used herein, the term " inosose isomerase " refers to 2-keto-myo-inositol as 1-keto-D-chiro -inositol) or an enzyme that catalyzes the reverse reaction of the isomerization reaction. In the present specification, the name of the gene coding for "inosource isomerase" is described as "iolI".

[반응식 2] [Reaction Scheme 2]

2-케토-마이오-이노시톨 ↔ 1-케토-D-카이로-이노시톨 2-keto-myo-inositol < RTI ID = 0.0 > 1-keto-D-

본 발명에서 사용할 수 있는 이노소스 이소머라아제는 바람직하게는 아그로박테리움 투메파시엔스(Agrobacterium tumefaciens), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 코리네박테리움 클루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 또는 판토에아 아나나티스(Pantoea ananatis)로 부터 분리된 것이다. 보다 바람직하게는 본 발명의 이노소스 이소머라아제는 판토에아 아나나티스 유래 이노소스 이소머라아제이다. 보다 더 바람직하게는 본 발명의 이노소스 이소머라아제는 서열번호 2의 아미노산 서열을 갖는다. The inosource isomerase that can be used in the present invention is preferably selected from the group consisting of Agrobacterium tumefaciens, Bacillus subtilis, Corynebacterium glutamicum, It is separated from Pantoea ananatis. More preferably, the inosome isomerase of the present invention is an inosano isomerase derived from panto-aananatis. Even more preferably, the inosource isomerase of the present invention has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

상기 반응식 2에 의해 생성된 1-케토-D-카이로-이노시톨은 하기 반응식 3에 의해 본 발명에서의 최종산물인 D-카이로-이노시톨을 생성한다. 하기 반응식 3의 반응은 앞서 설명된 효소인“이노시톨 디하이드로게나아제”가 촉매한다. The 1-keto-D-chiro-inositol produced by Reaction Scheme 2 produces D-chiro-inositol, which is the final product in the present invention, according to the following Reaction Scheme 3. The reaction of Scheme 3 below is catalyzed by the enzyme " inositol dehydrogenase " described above.

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

1-케토-D-카이로-이노시톨 + NADH + H+ ↔ D-카이로-이노시톨 + NAD+ 1-keto-D-chiro-inositol + NADH + H +? D-chiro-inositol + NAD +

본 발명에서는 상기 설명된 두 효소, 즉 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제가 융합된 형태의 효소를 사용할 수 있다. 융합된 형태의 효소를 사용하는 경우 효소 반응의 효율과 열안정성을 증대시킬 수 있다. In the present invention, the above-described two enzymes, that is, enzymes in which inositol dehydrogenase and inosome isomerase are fused can be used. Enzyme reaction efficiency and thermal stability can be increased when fused form of enzyme is used.

본 발명에서 상기 융합 효소에서 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제는 펩타이드 링커를 통해 연결될 수 있다. In the present invention, in the fusion enzyme, inositol dehydrogenase and inosose isomerase can be linked through a peptide linker.

본 명세서에서 용어 “펩타이드 링커”는 서로 다른 단백질을 연결하는데 사용하는 비교적 짧은 펩타이드를 의미한다. 펩타이드 링커에 관한 내용은 문헌 “Toon H. Evers et al., 2006, J. Christopher Anderson et al., 2010”에 상세히 개시되어 있으며, 이 문헌에 개시된 내용은 본 명세서에 참조로써 삽입된다. As used herein, the term " peptide linker " refers to a relatively short peptide used to link different proteins. The contents of peptide linkers are described in detail in the article " Toon H. Evers et al., 2006, J. Christopher Anderson et al., 2010 ", the disclosures of which are incorporated herein by reference.

일반적으로 도메인과 도메인, 또는 효소와 효소를 연결하는 다양한 링커가 알려져 있으며, 크게 유연성 있는 링커(flexible linker)와 견고한 링커(rigid linker)로 나눌 수 있다. 유연성 있는 링커로서는 주로 글리신(glycine), 알라닌(alanine) 등 회전이 자유로운 아미노산이 풍부한 비교적 짧은 펩타이드로 구성되어 있으며, 발현되었을 경우 두 도메인 또는 효소는 자유롭게 회전하여 각각의 단백질 입체구조에 영향을 덜 주게 된다. 한편, 견고한 링커로서는 입체구조 상에서 알파-헬릭스(alpha-helix)를 이루도록 하는 아미노산으로 구성되어 있으며, 실제 발현시 에는 알파-헬릭스를 이루어 견고한 구조를 갖게 된다. In general, a variety of linkers are known between domains and domains, or enzymes and enzymes, and can be divided into flexible linkers and rigid linkers. Flexible linkers consist of relatively short peptides, rich in amino acids, such as glycine and alanine, which are freely rotatable. When expressed, the two domains or enzymes rotate freely to lessen the affects of their respective protein conformation do. On the other hand, as a solid linker, it is made up of an amino acid that forms alpha-helix on a three-dimensional structure, and when it is actually expressed, it has an alpha-helix structure.

본 발명의 일 구현예에 의하면, 본 발명에서의 링커는 유연성 있는 링커와 견고한 링커를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 유연성 있는 링커를 사용한다. According to one embodiment of the present invention, the linker of the present invention can use a flexible linker and a rigid linker, preferably a flexible linker.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 본 발명의 상기 펩타이드 링커는 2개 내지 24개의 아미노산으로 이루어지고, 보다 바람직하게는 4개 내지 12개의 아미노산으로 이루어진다. According to one embodiment of the present invention, the peptide linker of the present invention is composed of 2 to 24 amino acids, more preferably 4 to 12 amino acids.

본 발명의 하기 구체적인 일 실시예에 의하면, 본 발명에서 긴 링커로서 “GGSGGGSGGGSG”펩타이드를, 중간 링커로서 “GGSGGGSG” 펩타이드를, 짧은 링커로서 “GGSG”펩타이드를 사용한다. According to one specific embodiment of the present invention, in the present invention, "GGSGGSGGGSG" peptide is used as the long linker, "GGSGGGSG" peptide is used as the middle linker, and "GGSG" peptide is used as the short linker.

상기 펩타이드 링커의 N-말단과 C-말단에 각각 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제를 결합시킨다. 예를 들어, 링커의 N-말단에 이노시톨 디하이드로게나아제를 결합시키고 C-말단에 이노소스 이소머라아제를 결합시킬 수 있으며, 반대로 링커의 N-말단에 이노소스 이소머라아제를 결합시키고 링커의 C-말단에 이노시톨 디하이드로게나아제를 결합시킬 수 있다. And the myo-inositol dehydrogenase and inososomal isomerase are bound to the N-terminal and C-terminal of the peptide linker, respectively. For example, inositol dehydrogenase may be coupled to the N-terminus of the linker and the inosomal isomerase may be conjugated to the C-terminus. Alternatively, the inosome isomerase may be coupled to the N-terminus of the linker, The inositol dehydrogenase can be bound to the C-terminus.

본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 융합 효소는 이노시톨 디하이드로게나아제의 C-말단과 이노소스 이소머라아제의 N-말단이 서로 연결된 형태이다. According to one embodiment of the present invention, the fusion enzyme is a form in which the C-terminus of the inositol dehydrogenase is linked to the N-terminus of the inosomal isomerase.

본 발명의 상기 효소 반응 완충액내에서 이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제, 또는 이들의 융합된 형태의 효소의 농도가 증가할수록 초기 반응속도가 증가된다. 따라서, 효소 반응 완충액내에서 효소의 농도를 증가시킴으로써 D-카이로-이노시톨의 생성 반응의 속도를 증가시킬 수 있다. 효소 반응 완충액내에서 상기 이노시톨 디하이드로게나아제, 이노소스 이소머라아제, 또는 이들의 융합 효소의 농도는 특별하게 한정되지 않고, 당업자가 생산 효율 및 제조 비용을 감안하여 적합한 농도를 선택할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 이노시톨 디하이드로게나아제, 이노소스 이소머라아제, 또는 이들의 융합 효소의 농도는 각각 100 - 500 ㎍/㎖의 범위 내에서 선택하여 사용할 수 있다. The initial reaction rate increases as the concentration of the inositol dehydrogenase and the inosome isomerase or the fused form of the enzyme increases in the enzyme reaction buffer of the present invention. Thus, by increasing the concentration of the enzyme in the enzyme reaction buffer, the rate of production of D-chiro-inositol can be increased. The concentration of the inositol dehydrogenase, inosome isomerase, or the fusion enzyme thereof in the enzyme reaction buffer is not particularly limited, and a suitable concentration can be selected by those skilled in the art in consideration of the production efficiency and the manufacturing cost. According to one embodiment of the present invention, the concentration of the inositol dehydrogenase, inosome isomerase, or the fusion enzyme thereof may be selected within the range of 100-500 占 퐂 / ml.

본 발명의 상기 효소 반응 완충액내에서 NAD의 농도는 특별하게 한정되지 않으나, 바람직하게는 O.1 - 2.0 mM의 범위내에서 적합한 농도를 선택하여 정할 수 있다. 본 발명의 하기 구체적인 일 실시예에 의하면, 0.5 mM 까지는 NAD의 농도가 증가할수록 초기반응속도가 증가하나, 0.5 mM 이상의 농도에서는 NAD 농도 증가에 따라 반응속도가 크게 증가하지 않는다. The concentration of NAD in the enzyme reaction buffer of the present invention is not particularly limited, but can be determined by selecting an appropriate concentration within the range of 0.1 to 2.0 mM. According to one embodiment of the present invention, the initial reaction rate increases with an increase in NAD concentration up to 0.5 mM, but the reaction rate does not increase with increasing NAD concentration at a concentration above 0.5 mM.

본 발명의 상기 효소 반응 완충액내의 마이오-이노시톨의 농도는 특별하게 제한되지 않으나, 바람직하게는 5 - 20 %(w/v)의 범위내에서 적합한 값을 선택할 수 있다. The concentration of the myo-inositol in the enzyme reaction buffer of the present invention is not particularly limited, but it is preferable to select an appropriate value within the range of 5 - 20% (w / v).

본 발명의 상기 효소 반응 완충액은 Tris-HCl, MgSO4, 및 MnSO4를 더 포함할 수 있다.
The enzyme reaction buffer of the present invention may further include Tris-HCl, MgSO 4, and MnSO 4.

단계 (b): 상기 효소 반응 완충액을 반응시켜 D-카이로-이노시톨을 생성시키는 단계 Step (b): reacting the enzyme reaction buffer to produce D-chiro-inositol

본 발명에서 효소 반응의 반응온도는 특별하게 제한되지 않으나, 25 - 65℃의 범위내에서 적합한 온도를 선택할 수 있다. 보다 바람직하게는 30 - 60℃, 보다 더 바람직하게는 35 - 55℃이고, 가장 바람직하게는 37 - 55℃이다.
In the present invention, the reaction temperature of the enzyme reaction is not particularly limited, but a suitable temperature may be selected within the range of 25 - 65 캜. More preferably from 30 to 60 占 폚, even more preferably from 35 to 55 占 폚, and most preferably from 37 to 55 占 폚.

본 발명의 방법은 효소 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 유기용매를 첨가하여 D-카이로-이노시톨을 고순도로 정제하는 단계를 더욱 포함한다. The method of the present invention further comprises the step of purifying D-chiro-inositol with high purity by adding an organic solvent to the enzyme reaction buffer after completion of the enzyme reaction.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 단계 (b) 이후에 다음의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다: (c) 상기 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 유기용매를 첨가하여 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계; (d) 상기 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계; 및 (e) 상기 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계.
According to a preferred embodiment of the present invention, the present invention further comprises, after the step (b), a further step of: (c) adding an organic solvent to the enzyme reaction buffer after the reaction has been completed To produce an inositol precipitate; (d) separating the supernatant from the resulting inositol precipitate; And (e) drying the separated supernatant to obtain an inositol powder.

단계 (c): 상기 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 유기용매를 첨가하여 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계 Step (c): an organic solvent is added to the enzyme reaction buffer after the reaction is completed to produce an inositol precipitate

상기 효소 반응에서 생성물인 D-카이로-이노시톨의 최종 평형 농도는 약 14%이므로, 반응이 완료된 효소 반응 완충액내에서 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨은 약 86:14의 비율로 존재한다. 물을 용매로 한 수용액내에서 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 용해도 차이는 도 17에 나타나 있다. 본 발명의 방법은 반응물인 마이오-이노시톨과 생성물인 D-카이로-이노시톨이 포함된 반응 완료된 완충액내에서 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 용해도 차이에 의해 D-카이로-이노시톨의 순도를 높여 정제한다. 이를 위해, 본 발명의 방법에서, 먼저 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 유기용매를 첨가한다. 상기 유기용매의 첨가에 의해 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 침전이 유도된다. 한편, 유기용매 첨가에 의해 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 침전율이 모두 증가되지만, D-카이로-이노시톨에 비해 마이오-이노시톨의 침전율이 훨씬 크게 증가한다(도 18 참조). 따라서, 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 유기용매를 첨가하여 D-카이로-이노시톨 보다 마이오-이노시톨을 더 많은 양으로 침전시켜 용액중의 D-카이로-이노시톨의 농도를 증대시킬 수 있다. Since the final equilibrium concentration of the product D-chiro-inositol in the enzyme reaction is about 14%, the myo-inositol and the D-chiro-inositol exist in a ratio of about 86:14 in the enzyme reaction buffer. The difference in solubility of myo-inositol and D-chiro-inositol in an aqueous solution with water as a solvent is shown in Fig. The method of the present invention is based on the difference in solubility between the myo-inositol and the D-chiro-inositol in the reaction buffer containing the reaction product of the myo-inositol and the product, D-chiro-inositol, Highly purified. To this end, in the method of the present invention, the organic solvent is first added to the enzyme reaction buffer which has been reacted. The addition of the organic solvent induces precipitation of myo-inositol and D-chiro-inositol. On the other hand, the addition of the organic solvent increases the sedimentation rate of both myo-inositol and D-chiro-inositol, but significantly increases the sedimentation rate of myo-inositol as compared to D-chiro-inositol (see FIG. 18). Therefore, the concentration of D-chiro-inositol in the solution can be increased by adding an organic solvent to the enzyme reaction buffer which has been reacted to precipitate the larger amount of the myo-inositol than the D-chiro-inositol.

본 발명에서 사용할 수 있는 유기용매는 D-카이로-이노시톨의 침전 보다 마이오-이노시톨의 침전을 더욱 크게 유도할 수 있는 특성을 갖는 것이면 특별하게 한정되지 않는다. 예를 들어, 알코올, 아세톤, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 1, 3-부틸렌글리콜 또는 에테르가 바람직하다. 상기 알코올은 탄소수 2-6개의 알코올이 바람직하다. 상기 유기용매는 더욱 바람직하게는 에탄올, 이소프로판올, 아세톤을 사용할 수 있다. The organic solvent usable in the present invention is not particularly limited as long as it has properties capable of inducing the precipitation of myo-inositol to a greater extent than the precipitation of D-cairo-inositol. For example, alcohols, acetone, ethyl acetate, butyl acetate, 1, 3-butylene glycol or ethers are preferred. The alcohol is preferably an alcohol having from 2 to 6 carbon atoms. The organic solvent may more preferably be ethanol, isopropanol or acetone.

상기 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 첨가하는 유기용매의 양은 특별히 한정되지 않고, 효소 반응 완충액 대비 0.1 - 9배(v/v)의 범위 내에서 적합한 양을 선택하여 첨가할 수 있다. 바람직하게는 상기 유기용매는 효소 반응 완충액 대비 0.1 - 6배(v/v)의 양, 보다 바람직하게는 0.1 - 4배(v/v)의 양, 보다 더 바람직하게는 0.1 - 2배(v/v)양이고, 가장 바람직하게는 0.1 - 1.5배(v/v)양으로 첨가한다. The amount of the organic solvent to be added to the enzyme reaction buffer is not particularly limited and may be appropriately selected within the range of 0.1 to 9 times (v / v) of the enzyme reaction buffer. Preferably, the organic solvent is used in an amount of 0.1 to 6 times (v / v), more preferably 0.1 to 4 times (v / v), more preferably 0.1 to 2 times (v / v), and most preferably 0.1 - 1.5 times (v / v).

본 발명에서 유기용매의 첨가에 의해 유도되는 이노시톨 침전물에는 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨이 모두 포함되어 있으나, 마이오-이노시톨의 침전율이 더 높으므로, 마이오-이노시톨이 더 많이 포함되어 있다.
In the present invention, the inositol precipitate induced by the addition of the organic solvent contains both of the myo-inositol and the D-chiro-inositol, but since the precipitation rate of the myo-inositol is higher, have.

단계 (d): 상기 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계 Step (d): separating the supernatant from the resulting inositol precipitate

상기 단계 (c)를 통해 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리한다. 상기 이노시톨 침전물은 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 침전물이지만, 마이오-이노시톨이 더 큰 침전율을 나타내므로, D-카이로-이노시톨 보다는 마이오-이노시톨이 더욱 많은 양으로 포함되어 있다. 마이오-이노시톨의 다량 침전으로 인해 상층액 중에는 마이오-이노시톨의 농도가 낮아지게 되며, D-카이로-이노시톨의 농도(순도)는 상대적으로 증가하게 된다. 이노시톨 침전물로부터 상층액의 분리는 여과 또는 원심분리 방법을 사용하며, 바람직하게는 여과 방법을 사용하여 행한다.
The supernatant is separated from the inositol precipitate produced through step (c). The inositol precipitate is a precipitate of myo-inositol and D-chiro-inositol, but the amount of myo-inositol is larger than that of D-chiro-inositol, since the myo-inositol exhibits a larger sedimentation rate. Due to the large precipitation of myo-inositol, the concentration of myo-inositol is lowered in the supernatant, and the concentration (purity) of D-chiro-inositol is relatively increased. Separation of the supernatant from the inositol precipitate is carried out by filtration or centrifugation, preferably by filtration.

단계 (e): 상기 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계 Step (e): The separated supernatant is dried to obtain an inositol powder

상기 단계 (d)에서 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는다. 상층액의 건조는 상층액을 가열하면서 행할 수 있으며, 또는 진공상태에서 행할 수 있다. 상층액을 건조시켜 얻은 이노시톨 건조물에는 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨이 혼합되어 있으나, 상기 단계 (b)의 반응이 완료된 효소 반응 완충액에서와 비교하여 D-카이로-이노시톨의 순도가 증가되어 있다.
The supernatant separated in the step (d) is dried to obtain an inositol powder. The drying of the supernatant can be carried out while heating the supernatant or in a vacuum. The inositol dried product obtained by drying the supernatant was mixed with myo-inositol and D-chiro-inositol, but the purity of D-cairo-inositol was increased as compared with the enzyme reaction buffer in which the reaction of step (b) have.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 단계 (e) 이후에 다음의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다: (f) 상기 단계 (e)에서 얻은 이노시톨 분말을 물에 용해시켜 수용액을 제조하는 단계; (g) 상기 수용액에 유기용매를 첨가하여 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계; (h) 상기 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계; 및 (i) 상기 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계.
According to a preferred embodiment of the present invention, the present invention further provides, after step (e), the following step: (f) the inositol powder obtained in step (e) To prepare an aqueous solution; (g) adding an organic solvent to the aqueous solution to produce an inositol precipitate; (h) separating the supernatant from the resulting inositol precipitate; And (i) drying the separated supernatant to obtain an inositol powder.

단계 (f): 상기 단계 (e)에서 얻은 이노시톨 분말을 물에 용해시켜 수용액을 제조하는 단계 Step (f): dissolving the inositol powder obtained in the step (e) in water to prepare an aqueous solution

상기 단계 (e)에서 얻은 이노시톨의 분말을 물에 용해시켜 이노시톨이 용해된 수용액을 제조한다. 상기 물은 바람직하게는 증류수이다. 바람직하게는, 상기 이노시톨 분말은 물에 20%(w/v) 이하의 저농도로 용해시키고, 보다 바람직하게는 18%(w/v) 이하의 농도, 보다 더 바람직하게는 15%(w/v) 이하의 농도로 용해시킨다.
The powder of inositol obtained in the above step (e) is dissolved in water to prepare an aqueous solution in which inositol is dissolved. The water is preferably distilled water. Preferably, the inositol powder is dissolved in water at a low concentration of not more than 20% (w / v), more preferably not more than 18% (w / v) ) Or less.

단계 (g): 상기 수용액에 유기용매를 첨가하여 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계 Step (g): adding an organic solvent to the aqueous solution to produce an inositol precipitate

상기 단계 (f)에서 얻은 이노시톨이 용해된 수용액에 유기용매를 첨가하여 이노시톨의 침전물을 생성시킨다. 상기 유기용매는 상기 단계 (c)에서 설명된 내용과 동일하다. 유기용매는 D-카이로-이노시톨의 침전 보다 마이오-이노시톨의 침전을 더욱 크게 유도할 수 있는 특성을 갖는 것이면 특별하게 한정되지 않으며, 예컨대 알코올, 아세톤, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 1, 3-부틸렌글리콜 또는 에테르가 바람직하다. 상기 알코올은 탄소수 2 - 6개의 알코올이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 에탄올, 이소프로판올, 아세톤을 사용할 수 있다. 상기 수용액에 첨가되는 유기용매의 양은 수용액 대비 0.1 - 10배(v/v)의 범위 내에서 적합한 양을 선택하여 첨가할 수 있다. 바람직하게는 유기용매는 수용액 대비 1.5 - 9배(v/v)의 양으로 첨가하며, 가장 바람직하게는 9배(v/v)의 양으로 첨가한다. 상기 이노시톨 침전물은 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 침전물이지만, 마이오-이노시톨이 더 큰 침전율을 나타내므로, D-카이로-이노시톨 보다는 마이오-이노시톨이 더욱 많은 양으로 포함되어 있다.
An organic solvent is added to the inositol-dissolved aqueous solution obtained in the step (f) to produce a precipitate of inositol. The organic solvent is the same as that described in the step (c). The organic solvent is not particularly limited as long as it has properties capable of inducing the precipitation of the myo-inositol to a greater extent than that of D-cairo-inositol, and examples thereof include alcohols, acetone, ethyl acetate, butyl acetate, Ranging glycol or ether is preferred. The alcohol is preferably an alcohol having 2 to 6 carbon atoms, more preferably ethanol, isopropanol or acetone. The amount of the organic solvent added to the aqueous solution may be suitably selected in the range of 0.1 to 10 times (v / v) relative to the aqueous solution. Preferably, the organic solvent is added in an amount of 1.5 to 9 times (v / v) to the aqueous solution, most preferably in an amount of 9 times (v / v). The inositol precipitate is a precipitate of myo-inositol and D-chiro-inositol, but the amount of myo-inositol is larger than that of D-chiro-inositol, since the myo-inositol exhibits a larger sedimentation rate.

단계 (h): 상기 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계 Step (h): separating the supernatant from the resulting inositol precipitate

상기 단계 (g)를 통해 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리한다. 이노시톨 침전물로부터 상층액의 분리는 여과 또는 원심분리 방법을 사용하며, 바람직하게는 여과방법을 사용하여 행한다. 이노시톨 침전물에는 마이오-이노시톨이 다량 포함되어 있으므로 상층액에는 D-카이로-이노시톨의 순도가 증가되어 있다. The supernatant is separated from the inositol precipitate produced through step (g). Separation of the supernatant from the inositol precipitate is carried out by filtration or centrifugation, preferably by filtration. Since the inositol precipitate contains a large amount of myo-inositol, the purity of D-cairo-inositol is increased in the supernatant.

단계 (i): 상기 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계 Step (i): The separated supernatant is dried to obtain an inositol powder

상기 단계 (h)에서 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는다. 상기 상층액의 건조는 상층액을 가열하면서 행할 수 있으며, 또는 진공상태에서 행할 수 있다. 상층액을 건조시켜 얻은 이노시톨 건조물에는 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨이 혼합되어 있으나, D-카이로-이노시톨의 순도가 증가되어 있다.
The supernatant separated in step (h) is dried to obtain an inositol powder. The drying of the supernatant may be carried out while heating the supernatant, or in a vacuum. The dried inositol obtained by drying the supernatant is mixed with myo-inositol and D-chiro-inositol, but the purity of D-chiro-inositol is increased.

본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명은 상기 단계 (e) 이후에 다음의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법을 제공한다: (f)′상기 단계 (c)에서 얻은 이노시톨 분말을 물에 용해시켜 수용액을 제조하고 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계; (g)′상기 수용액에서 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계; 및 (h)′상기 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계.
According to another preferred embodiment of the present invention, the present invention further provides, after said step (e), a further step of: (f) applying the inositol powder obtained in step (c) Dissolving in water to prepare an aqueous solution and producing an inositol precipitate; (g) separating the supernatant from the inositol precipitate produced in the aqueous solution; And (h) drying the supernatant to obtain an inositol powder.

단계 (f)′: 상기 단계 (e)에서 얻은 이노시톨 분말을 물에 용해시켜 수용액을 제조하고 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계 Step (f) ': dissolving the inositol powder obtained in the step (e) in water to prepare an aqueous solution and producing an inositol precipitate

상기 단계 (e)에서 얻은 이노시톨의 분말을 물에 용해시켜 이노시톨이 용해된 수용액을 제조한다. 상기 물은 바람직하게는 증류수이다. 바람직하게는 상기 이노시톨 분말은 물에 20%(w/v) 초과의 고농도로 용해시키고, 보다 바람직하게는 20%(w/v) 초과 80%(w/v) 이하의 농도로 용해시키며, 보다 더 바람직하게는 30%(w/v) 이상 70%(w/v) 이하의 농도로 용해시킨다. 하기 본 발명의 구체적인 일 실시예에 의하면, 물에 대한 마이오-이노시톨의 용해도는 최대 약 15%이며, D-카이로-이노시톨의 용해도는 최대 약 55%이므로, 상기 단계 (e)에서 얻은 이노시톨 분말을 물에 70%의 고농도로 용해시키는 경우 마이오-이노시톨은 최대 15% 농도로 용해될 것이며, 나머지 용해되지 않은 마이오-이노시톨은 침전물로 생성된다. D-카이로-이노시톨은 최대 55%의 용해도이므로 분말에 존재하는 모든 D-카이로-이노시톨이 물에 용해된다.
The powder of inositol obtained in the above step (e) is dissolved in water to prepare an aqueous solution in which inositol is dissolved. The water is preferably distilled water. Preferably, the inositol powder is dissolved in water at a high concentration of greater than 20% (w / v), more preferably at a concentration of greater than 20% (w / v) to less than 80% (w / v) More preferably at a concentration of 30% (w / v) to 70% (w / v) or less. According to one embodiment of the present invention, the solubility of myo-inositol in water is at most about 15% and the solubility of D-chiro-inositol is at most about 55% in water. Therefore, the inositol powder Is dissolved in water at a high concentration of 70%, the myo-inositol will dissolve at a maximum concentration of 15%, and the remaining undissolved myo-inositol is precipitated. Since D-chiro-inositol has a solubility of up to 55%, all D-chiro-inositol present in the powder is soluble in water.

단계 (g)′: 상기 수용액에서 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계 Step (g): separating the supernatant from the inositol precipitate produced in the aqueous solution

상기 단계 (f)′에서 생성된 이노시톨의 침전물로부터 상층액을 분리한다. 이노시톨 침전물로부터 상층액의 분리는 여과 또는 원심분리 방법을 사용하며, 바람직하게는 여과방법을 사용하여 행한다. 이노시톨 침전물에는 대부분이 마이오-이노시톨이 포함되어 있을 것이며, 상층액에는 D-카이로-이노시톨의 순도가 증가되어 있다.
The supernatant is separated from the precipitate of inositol produced in step (f). Separation of the supernatant from the inositol precipitate is carried out by filtration or centrifugation, preferably by filtration. Most of the inositol precipitates will contain myo-inositol, and the purity of D-cairo-inositol in the supernatant is increased.

단계 (h)′: 상기 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계. Step (h): Step of drying the supernatant to obtain an inositol powder .

상기 단계 (g)′에서 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는다. 상기 상층액의 건조는 상층액을 가열하면서 행할 수 있으며, 또는 진공상태에서 행할 수 있다. 상층액을 건조시켜 얻은 이노시톨 건조물에는 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨이 혼합되어 있으나, D-카이로-이노시톨의 순도가 증가되어 있다. 하기 구체적인 일 실시예에 의하면, 상기 단계 (g)′에서 이노시톨 분말을 물에 약 70%(w/v)의 고농도로 용해시킨 경우 건조된 분말에서의 D-카이로-이노시톨의 순도는 약 73%가 될 것이다.
The supernatant separated in step (g) is dried to obtain an inositol powder. The drying of the supernatant may be carried out while heating the supernatant, or in a vacuum. The dried inositol obtained by drying the supernatant is mixed with myo-inositol and D-chiro-inositol, but the purity of D-chiro-inositol is increased. According to one embodiment, when the inositol powder is dissolved in water at a high concentration of about 70% (w / v), the purity of D-chiro-inositol in the dried powder is about 73% .

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제, 또는 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제와의 융합 단백질; 및 (b) 조효소로서 NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide)를 유효성분으로 포함하는 마이오-이노시 톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산하기 위한 용도의 효소 반응 조성물을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a fusion protein comprising (a) a fusion protein of inositol dehydrogenase and inosose isomerase, or inositol dehydrogenase and inososomal isomerase; And (b) an enzyme reaction composition for producing D-chiro-inositol from a myo-inositol containing NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) as an active ingredient.

본 발명의 일 구현예에 의하면, 상기 조성물은 (c) 기질로서 마이오-이노시톨을 더 포함한다. According to one embodiment of the present invention, the composition further comprises (c) a mie-inositol as a substrate.

본 발명의 다른 구현예에 의하면, 상기 조성물은 Tris-HCl, MgSO4, 및 MnSO4를 더 포함한다. According to another embodiment of the invention, the composition comprises a Tris-HCl, MgSO 4, MnSO 4, and more.

본 발명의 또 다른 구현예에 의하면, 상기 조성물에서 상기 이노시톨 디하이드로게나아제는 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) 유래 효소이다. 보다 바람직하게는 상기 이노시톨 디하이드로게나아제는 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the inositol dehydrogenase in the composition is an enzyme derived from C. Glutamicum. More preferably, the inositol dehydrogenase comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명의 또 다른 구현예에 의하면, 상기 조성물에서 상기 이노소스 이소머라아제는 판토에아 아나나티스(P. ananatis) 유래 효소이다. 보다 바람직하게는 이노소스 이소머라아제는 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함한다. According to another embodiment of the present invention, the inosome isomerase in the composition is an enzyme derived from P. ananatis. More preferably, the inosomal isomerase comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

본 발명의 또 다른 구현예에 의하면, 상기 융합 단백질은 이노시톨 디하이드로게나아제의 C-말단과 이노소스 이소머라아제의 N-말단을 연결한 형태이다.
According to another embodiment of the present invention, the fusion protein is a form in which the C-terminus of the inositol dehydrogenase is linked to the N-terminus of the inosomal isomerase.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다. The features and advantages of the present invention are summarized as follows.

(ⅰ) 본 발명의 방법은 기질인 마이오-이노시톨을 이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제, 이들의 융합 단백질 형태의 효소의 존재하에 반응 완충액내에서 반응시켜 D-카이로-이노시톨을 생산하는 방법에 관한 것이다. (I) The method of the present invention is a method for producing D-chiro-inositol by reacting a substrate, myo-inositol, with a reaction buffer in the presence of inositol dehydrogenase and inosose isomerase, .

(ⅱ) 본 발명은 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 유기용매를 첨가하여 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 분리하여 고순도로 정제하는 단계를 포함한다.(Ii) The present invention includes a step of separating D-chiro-inositol from myo-inositol and purifying it with high purity by adding an organic solvent to the enzyme reaction buffer which has been reacted.

(ⅲ) 본 발명의 방법은 효소 반응 완충액내에서 반응에 의해 D-카이로-이노시톨을 생산하므로 재조합 세포를 이용한 발효 방법과 비교하여 저비용이며 고수율로 D-카이로-이노시톨을 생산할 수 있다. (Iii) The method of the present invention produces D-chiro-inositol by reaction in an enzyme reaction buffer, and thus D-ciro-inositol can be produced at a low cost and a high yield as compared with a fermentation method using recombinant cells.

(ⅳ) 본 발명의 방법은 유기용매의 첨가, 상층액 분리 및 건조와 같은 간단한 공정을 통해 저비용으로 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨이 혼합된 반응 완충액으로부터 D-카이로-이노시톨을 고순도로 분리할 수 있다. (Iv) The method of the present invention can be carried out by a simple process such as addition of an organic solvent, supernatant liquid separation and drying to obtain D-cairo-inositol from a reaction buffer in which miio-inositol and D-cairo- Can be separated.

(ⅴ) 본 발명의 방법에 의하면 D-카이로-이노시톨로부터 분리된 마이오-이노시톨은 기질로서 재사용이 가능하다.
(V) According to the method of the present invention, the myo-inositol isolated from D-cairo-inositol can be reused as a substrate.

본 발명의 방법에 의하면 세포외 효소 반응 완충액내에서의 D-카이로-이노시톨을 생산하므로 재조합 세포를 이용한 발효 방법과 비교하여 저비용 및 고수율로 D-카이로-이노시톨을 생산할 수 있다. 또한, 유기용매의 첨가, 상층액 분리 및 건조와 같은 간단한 공정을 통해 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨이 혼합된 반응 완충액으로부터 D-카이로-이노시톨을 고순도로 분리할 수 있다. 또한, 본 발명에 의하면 D-카이로-이노시톨로부터 분리된 마이오-이노시톨은 기질로서 재사용이 가능한 이점이 있다.
According to the method of the present invention, D-chiro-inositol is produced in an extracellular enzyme reaction buffer, so that D-chiro-inositol can be produced at a low cost and a high yield as compared with a fermentation method using recombinant cells. In addition, D-chiro-inositol can be isolated in high purity from a reaction buffer in which the mixture of myo-inositol and D-chiro-inositol is mixed through a simple process such as addition of an organic solvent, separation of supernatant and drying. Further, according to the present invention, the myo-inositol isolated from D-cairo-inositol has an advantage that it can be reused as a substrate.

도 1은 입체이성질체인 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 구조를 보여준다.
도 2는 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제 또는 이노소스 이소머라아제 유전자를 함유한 재조합 플라스미드인 pET15b-CP (N-말단 His-Tag), pET15b-PI (N-말단 His-Tag), pET21b-CP (C-말단 His-Tag), pET21b-PI (C-말단 His-Tag)가 도입된 대장균주의 단백질 발현 양상을 확인한 SDS-PAGE 결과이다.
도 3은 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨 및 그 입체 이성질체 또는 유도체에 관한 HPLC 크로마토그램을 보여준다.
도 4는 N-말단과 C-말단에 His-Tag을 적용한 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제를 이용한 효소반응의 결과이다. 흰색막대는 마이오-이노시톨을 나타내며, 검은색 막대는 D-카이로-이노시톨을 나타낸다.
도 5는 C-말단에 His-Tag을 적용한 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제(Cgiep)와 이노소스 이소머라아제(PaiolI)를 SDS-PAGE로 정제한 결과이다.
도 6은 정제된 효소 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제를 이용하여 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산한 결과를 보여준다. 기질로서 5%(w/v) 마이오-이노시톨을 첨가하였으며, 마이오-이노시톨과 생산된 D-카이로-이노시톨의 비율(전환율)을 나타내었다. 50 g/L (5%(w/v)) 마이오-이노시톨에 대한 D-카이로-이노시톨의 반응평형 농도는 존재하는 마이오-이노시톨의 약 14% 수준, 즉, 7 g/L 이다.
도 7은 마이오-이노시톨 농도에 따른 D-카이로-이노시톨 생산 결과이다. 패널 A는 시간에 따른 마이오-이노시톨의 농도별 D-카이로-이노시톨의 생산량이며, 패널 B는 시간에 따른 마이오-이노시톨의 농도별 D-카이로-이노시톨의 전환율이다. 첨가한 마이오-이노시톨의 농도는 ■: 0%, ○: 5%, ▲: 10%, ▽: 15%, ◆: 20% 이다.
도 8은 조효소인 NAD 농도에 따른 D-카이로-이노시톨의 생산 결과이다. 패널 A는 시간에 따른 NAD 농도별 D-카이로-이노시톨의 전환율 측정 결과이다. NAD의 농도는 ■: 0 mM, ○: 0.1 mM, ▲: 0.2 mM, ▽: 0.5 mM, ◆: 0.7 mM, ◁: 1 mM, ▶: 1.5 mM, : 2 mM 이다. 패널 B는 NAD 농도에 따른 초기반응속도의 측정 결과이다.
도 9는 효소 농도에 따른 D-카이로-이노시톨 생산 결과이다. 패널 A는 시간에 따른 효소 농도별 D-카이로-이노시톨의 전환율을 측정한 결과이다. 효소의 농도, ■: 0 mg/L, ○: 0.1 mg/L, ▲: 0.2 mg/L, ▽: 0.3 mg/L, ◆: 0.4 mg/L, ◁: 0.5 mg/L. 패널 B는 효소 농도에 따른 초기 반응속도의 측정 결과이다.
도 10은 반응온도에 따른 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨로의 전환 반응양상을 측정한 결과이다. 패널 A는 시간에 따른 반응온도별 D-카이로-이노시톨의 전환율을 측정한 결과이다. ■: 25℃, ○: 30℃, ▲: 37℃, ▽: 42℃, ◆: 47℃, ◁: 50℃ ▶: 55℃, ☆: 65℃. 패널 B는 온도에 따른 초기 반응속도를 측정한 결과이다.
도 11은 효소의 열안정성을 시험한 결과이다. 패널 A는 특정 온도에 노출한 후의 효소 반응 결과이다. ■: 4℃, : ○ 37℃, ▲: 42℃, ▽: 47℃, ◆: 50℃, ◁: 55℃. 패널 B는 노출시간에 따른 효소의 실활율을 측정한 결과이다. ■: 4℃, ○: 37℃, ▲: 42℃, ▽: 47℃, ◆: 50℃, ◁: 55℃.
도 12는 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제의 각각 N-말단과 C-말단 또는 C-말단과 N-말단에 연결시킨 융합 단백질이 클로닝된 pCOLAD-1CPFLLPI, pCOLAD-1CPFMLPI, pCOLAD-1CPFSLPI, pCOLAD-2PIFLLCP, pCOLAD-2PIFMLCP, pCOLAD-2PIFSLCP를 이미 구축한 살모넬라 티피무리엄(S. typhimurium) 유래 마이오-이노시톨 트랜스포터를 함유하는 재조합 플라스미드 pACYCD-StiolT1-StiolT2(F2)(한국특허출원 제10-2012-0107278호 참조)와 함께 대장균(E. coli) BL21(DE3)에 형질전환 하여 재조합 균주를 제작하고, 이 균주를 마이오-이노시톨의 존재하에서 배양한 결과이다. 배양 시간에 균체농도와 D-카이로-이노시톨의 생산량을 측정하였다.
도 13은 각각의 N-말단과 C-말단에 His-tag을 적용한 3종의 융합 단백질 효소에 대한 발현(좌측) 및 정제결과(우측)를 보여준다.
도 14는 각각의 N-말단과 C-말단에 His-tag을 적용한 3 종의 융합효소 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드 벡터를 마이오-이노시톨 트랜스포터를 포함하는 벡터 pACYCD-StiolT1-StiolT2(F2)와 함께 대장균 BL21(DE3)도입하여 D-카이로-이노시톨의 생산성을 측정한 결과이다. ■: pET21b-CPFLLPI, ○: pET21b-CPFMLPI, ▲: pET21b-CPFSLPI, ▽: pET15b-CPFLLPI, ◆: pET15b-CPFMLPI, ◁: pET15b-CPFSLPI.
도 15는 융합 단백질 효소 CPFMLPI의 반응온도에 따른 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨로의 전환 반응양상을 측정한 결과이다. 패널 A는 시간에 따른 반응온도별 D-카이로-이노시톨의 전환율을 측정한 결과이다. ■: 25℃, ○: 30℃, ▲: 37℃, ▽: 42℃, ◆: 47℃, ◁: 50℃, ▶: 55℃, ☆: 65℃. 패널 B는 온도에 따른 초기 반응속도를 측정한 결과이다.
도 16은 융합효소 CPFMLPI의 열안정성을 시험한 결과이다. 패널 A는 특정 온도에 노출한 후의 효소 반응 결과이다. ■: 4℃, ○: 37℃, ▲: 42℃, ▽: 47℃, ◆: 50℃, ◁: 55℃, ▶: 65℃. 패널 B는 노출시간에 따른 효소의 실활율을 측정한 결과이다. ■: 4℃, ○: 37℃, ▲: 42℃, ▽: 47℃, ◆: 50℃, ◁: 55℃, ▶: 65℃.
도 17은 25℃ 증류수에서 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 용해도를 보여준다. ■: 마이오-이노시톨의 용해도, ○: D-카이로-이노시톨의 용해도.
도 18은 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨이 용해되어 있는 효소반응 완충액에 에탄올을 첨가하여 이노시톨을 침전시킨 후 상층액내 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 농도를 측정한 결과이다. ■: 마이오-이노시톨의 농도, ○:카이로-이노시톨의 농도.
도 19는 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨이 용해되어 있는 효소 반응 완충액에 에탄올을 첨가한 경우 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 침전율을 나타낸다. ■: 마이오-이노시톨의 침전율, ○: 카이로-이노시톨의 침전율.
도 20은 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨이 용해되어 있는 효소반응완충액에 에탄올을 첨가하여 이노시톨을 침전시킨 후 얻은 상층액을 건조하여 얻은 이노시톨 분말 중의 D-카이로-이노시톨의 순도를 측정한 결과를 보여준다.
도 21은 1차 에탄올을 첨가하여 얻은 상층액의 건조 분말(마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 혼합 분말)을 물에 다시 용해한 경우의 각 이노시톨의 용해 특성을 보여준다. 패널 A는 수용액의 상층액중의 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 농도를 보여준다. 패널 B는 수용액의 상층액중의 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 용해도를 보여준다. 패널 C는 수용액의 상층액중의 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 침전율을 보여준다. 패널 D는 수용액의 상층액 중의 D-카이로-이노시톨의 순도를 보여준다. ■: 마이오-이노시톨, ○: D-카이로-이노시톨.
도 22는 1차 에탄올을 첨가하여 얻은 상층액의 건조 분말(마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 혼합 분말)을 약 12% 함유하는 수용액에 다양한 양의 에탄올을 첨가한 경우의 침전 및 정제 특성을 측정한 결과이다. 패널 A는 상층액 중의 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 농도를 측정한 결과이다. 패널 B는 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 침전율을 측정한 결과이다. 패널 C는 상층액내의 D-카이로-이노시톨의 순도를 나타낸 결과이다. ■: 마이오-이노시톨, ○: D-카이로-이노시톨.
도 23은 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨이 약 13:2의 중량비율로 용해된 효소반응 완충용액에 다양한 유기용매를 첨가한 경우에 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 침전 특성을 측정한 결과이다. 패널 A는 에탄올, 이소프로판올 및 아세톤을 첨가한 경우의 침전특성이다. 여기에서 흰색 막대는 마이오-이노시톨의 농도를, 회색 막대는 D-카이로-이노시톨의 농도를 나타낸다. 패널 B는 에탄올에 대한 이소프로판올 및 아세톤의 상대적인 침전 특성을 보여준다. 여기에서 흰색 막대는 D-카이로-이노시톨이고, 회색 막대는 마이오-이노시톨을 나타낸다.
Figure 1 shows the structure of the stereoisomers myo-inositol and D-chiro-inositol.
FIG. 2 shows the results of a recombinant plasmid containing pET15b-CP (N-terminal His-Tag), pET15b-PI (N-terminal His-Tag), pET21b- SDS-PAGE results confirming the expression pattern of the E. coli protein introduced with CP (C-terminal His-Tag) and pET21b-PI (C-terminal His-Tag).
Figure 3 shows HPLC chromatograms of myo-inositol and D-chiro-inositol and their stereoisomers or derivatives.
FIG. 4 shows the results of an enzyme reaction using myo-inositol dehydrogenase and inosource isomerase with His-Tag at the N-terminus and C-terminus. The white bars represent myo-inositol and the black bars represent D-cairo-inositol.
FIG. 5 shows the result of purification of myo-inositol dehydrogenase (Cgiep) and inosose isomerase (Paiol I) using His-Tag at the C-terminus by SDS-PAGE.
FIG. 6 shows the results of the production of D-chiro-inositol from myo-inositol using purified enzyme myo-inositol dehydrogenase and inosource isomerase. 5% (w / v) myo-inositol was added as a substrate and the ratio (conversion ratio) of the myo-inositol to the produced D-chiro-inositol was shown. The reaction equilibrium concentration of D-chiro-inositol to 50 g / L (5% (w / v)) myo-inositol is about 14% level of the existing myo-inositol, i.e. 7 g / L.
7 shows the results of D-chiro-inositol production according to the concentration of myo-inositol. Panel A is the yield of D-cairo-inositol by concentration of myo-inositol over time and Panel B is the conversion rate of D-cairo-inositol by concentration of myo-inositol over time. The concentration of the added myo-inositol is: 0%, 5%, 10%, 15%, and 20%.
Fig. 8 shows the production results of D-cairo-inositol according to the concentration of NAD as a coenzyme. Panel A shows the results of measuring the conversion of D-cairo-inositol by NAD concentration over time. The concentration of NAD is: 0 mM, O: 0.1 mM,?: 0.2 mM,?: 0.5 mM,?: 0.7 mM,?: 1 mM,?: 1.5 mM,: 2 mM. Panel B is the measurement result of initial reaction rate according to NAD concentration.
9 shows the results of D-chiro-inositol production according to enzyme concentration. Panel A shows the results of measuring the conversion of D-cairo-inositol by enzyme concentration over time. 0.5 mg / L;?: 0.1 mg / L;?: 0.2 mg / L;?: 0.3 mg / Panel B is the measurement result of the initial reaction rate according to the enzyme concentration.
FIG. 10 shows the result of measurement of the conversion reaction of myo-inositol to D-chiro-inositol according to the reaction temperature. Panel A shows the conversion of D-cairo-inositol by reaction temperature over time. 50 ° C, 55 ° C, 65 ° C, and 25 ° C, respectively. Panel B is the result of measuring the initial reaction rate with temperature.
Fig. 11 shows the results of testing the thermal stability of the enzyme. Panel A is the result of an enzyme reaction after exposure to a specific temperature. : 4 ° C,: 37 ° C, ▲: 42 ° C, ▽: 47 ° C, ◆: 50 ° C, ◁: 55 ° C. Panel B is the result of measuring the enzyme activity ratio with exposure time. : 4 DEG C,?: 37 DEG C,?: 42 DEG C,?: 47 DEG C,?: 50 DEG C,?
Fig. 12 is a graph showing the results of the expression of pCOLAD-1CPFLLPI, pCOLAD-1CPFMLPI, pCOLAD-1CPFSLPI and pCOLAD-1CPFSLPI in which a fusion protein in which the N-terminus and the C- terminus of the inositol dehydrogenase and the inosome isomerase, respectively, , a recombinant plasmid pACYCD-StiolT1-StiolT2 (F2) containing a myo-inositol transporter derived from S. typhimurium already constructed with pCOLAD-2PIFLLCP, pCOLAD-2PIFMLCP and pCOLAD- (DE3) with E. coli BL21 (see, for example, EP-A-10-2012-0107278) to prepare a recombinant strain, and this strain was cultured in the presence of myo-inositol. The cell concentration and the amount of D-chiro-inositol produced were measured at the time of incubation.
Fig. 13 shows the expression (left) and the purification result (right) for the three fusion protein enzymes to which the His-tag was applied at the N-terminus and the C-terminus, respectively.
Fig. 14 is a graph showing the relationship between the vector pACYCD-StiolT1-StiolT2 (F2) containing the myo-inositol transporter and the vector pACYCD-StiolT1-StiolT2 (F2) containing the three fusion gene genes having His- Escherichia coli BL21 (DE3) was introduced together to measure the productivity of D-chiro-inositol. : PET21b-CPFLLPI,?: PET21b-CPFMLPI,?: PET21b-CPFSLPI,?: PET15b-CPFLLPI,?: PET15b-CPFMLPI,?: PET15b-CPFSLPI.
FIG. 15 shows the result of measurement of conversion of myo-inositol to D-chiro-inositol according to the reaction temperature of the fusion protein enzyme CPFMLPI. Panel A shows the conversion of D-cairo-inositol by reaction temperature over time. : 25 ° C, O: 30 ° C, ▲: 37 ° C, ▽: 42 ° C, ◆: 47 ° C, ◁: 50 ° C, ▶: 55 ° C, ☆: 65 ° C. Panel B is the result of measuring the initial reaction rate with temperature.
Figure 16 shows the result of testing the thermal stability of the fusion enzyme CPFMLPI. Panel A is the result of an enzyme reaction after exposure to a specific temperature. ∘: 50 ° C, ◁: 55 ° C, ▶: 65 ° C. Panel B is the result of measuring the enzyme activity ratio with exposure time. ∘: 50 ° C, ◁: 55 ° C, ▶: 65 ° C.
17 shows the solubilities of myo-inositol and D-chiro-inositol in distilled water at 25 ° C. ■: solubility of myo-inositol, ○: solubility of D-cairo-inositol.
18 shows the results of measurement of concentrations of myo-inositol and D-chiro-inositol in the supernatant after ethanol was added to the enzyme reaction buffer in which the myo-inositol and D-chiro-inositol were dissolved to precipitate the inositol. ■: concentration of myo-inositol, ○: concentration of cairo-inositol.
FIG. 19 shows the sedimentation rates of myo-inositol and D-chiro-inositol when ethanol was added to an enzyme reaction buffer in which myo-inositol and D-chiro-inositol were dissolved. ■: sedimentation rate of myo-inositol, ○: sedimentation rate of cairo-inositol.
20 shows the results of measuring the purity of D-chiro-inositol in the inositol powder obtained by precipitating inositol by adding ethanol to the enzyme reaction buffer in which the myo-inositol and D-chiro-inositol are dissolved, and drying the supernatant Show the results.
Fig. 21 shows dissolution characteristics of each inositol when the dried powder (mixed powder of myo-inositol and D-chiro-inositol) of the supernatant obtained by adding primary ethanol was re-dissolved in water. Panel A shows the concentrations of myo-inositol and D-chiro-inositol in the supernatant of aqueous solution. Panel B shows the solubilities of myo-inositol and D-chiro-inositol in the supernatant of aqueous solution. Panel C shows the sedimentation rates of myo-inositol and D-chiro-inositol in the supernatant of aqueous solution. Panel D shows the purity of D-chiro-inositol in the supernatant of aqueous solution. ■: myo-inositol, ○: D-cairo-inositol.
22 shows the results of precipitation and purification in the case where various amounts of ethanol were added to an aqueous solution containing about 12% of dried powder (mixed powder of myo-inositol and D-chiro-inositol) of the supernatant obtained by adding primary ethanol This is the result of measuring the characteristics. Panel A is the result of measuring the concentrations of myo-inositol and D-chiro-inositol in the supernatant. Panel B shows the results of measuring the sedimentation rates of myo-inositol and D-chiro-inositol. Panel C shows the purity of D-chiro-inositol in the supernatant. ■: myo-inositol, ○: D-cairo-inositol.
23 shows the precipitation characteristics of myo-inositol and D-chiro-inositol when various organic solvents were added to an enzyme reaction buffer solution in which the ratio of myo-inositol and D-chiro-inositol was dissolved in a weight ratio of about 13: . Panel A is the sedimentation characteristics when ethanol, isopropanol and acetone are added. Here, the white bars indicate the concentration of myo-inositol and the gray bars show the concentration of D-cairo-inositol. Panel B shows the relative precipitation characteristics of isopropanol and acetone for ethanol. Here the white bar is D-chiro-inositol and the gray bar represents myo-inositol.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

실시예 1: 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제 유전자의 클로닝 하기 반응식 1 내지 반응식 3의 연속적 반응을 통해 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산하기 위해, 반응식 1 및 반응식 3의 반응을 촉매하는 이노시톨 디하이드로게나아제(inositol dehydrogenase) 유전자 iolG를 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)으로부터, 반응식 2를 촉매하는 이노소스 이소머라아제(inosose isomerase) 유전자 iolI를 판토에아 아나나티스(Pantoea ananatis)로부터 증폭하였다. Example 1 Cloning of Inosidol Dehydrogenase and Inosource Isomerase Gene In order to produce D-chiro-inositol from myo-inositol through the continuous reaction of Scheme 1 to Scheme 3, The inositol dehydrogenase gene iolG, which catalyzes the reaction, is synthesized from Corynebacterium glutamicum and the inosose isomerase gene iolI catalyzed in Scheme 2 with pantoheana And amplified from Nantis (Pantoea ananatis).

[반응식 1] [Reaction Scheme 1]

마이오-이노시톨 + NAD+ ↔ 2-케토-마이오-이노시톨 + NADH + H+ Myo-inositol + NAD +? 2-keto-myo-inositol + NADH + H +

[반응식 2] [Reaction Scheme 2]

2-케토-마이오-이노시톨 ↔ 1-케토-D-카이로-이노시톨 2-keto-myo-inositol < RTI ID = 0.0 > 1-keto-D-

[반응식 3] [Reaction Scheme 3]

1-케토-D-카이로-이노시톨 + NADH + H+ ↔ D-카이로-이노시톨 + NAD+ 1-keto-D-chiro-inositol + NADH + H +? D-chiro-inositol + NAD +

증폭된 유전자를 T7 프로모터와 His-Tag을 갖는 플라스미드 벡터인 pET-15b(Novogen)와 pET-21b(Novogen)에 삽입하여 해당 단백질 발현을 위한 재조합 플라스미드를 제작하였다. pET-15b는 N-말단에 His-tag이 융합된 단백질로 발현시키기 위한 벡터이며, pET-21b는 C-말단에 His-tag이 융합된 단백질을 발현시키기 위한 플라스미드 벡터이다. 이노시톨 디하이드로게나아제는 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum)의 iolG 상동유전자인 Cgiep (NCgl2957 또는 GI:19554252)를 이용하였으며, 이노소스 이소머라아제는 판토에아 아나나티스(P. ananatis)의 iolI인 PaiolI (PANA_3268, GI:291618821)를 클로닝하였다. 보다 상세히 설명하면, 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum) ATCC 13032 (taxid:196627; GenBank NID:NC_003450)의 지놈 DNA로부터 ETCP-F와 ETCP-R 프라이머를 이용하여 Cgiep를 증폭한 후 NdeI과 BamHI으로 절단하여 pET-15b의 동일부위로 삽입하여 pET15b-CP를 제작하였다. 상기 증폭한 Cgiep 유전자는 또한 NdeI과 HindIII로 절단하여 pET-21b의 동일부위로 삽입하여 pET21b-CP를 제작하였다. The amplified gene was inserted into pET-15b (Novogen) and pET-21b (Novogen), which are plasmid vectors having T7 promoter and His-Tag, to prepare recombinant plasmids for protein expression. pET-15b is a vector for expressing a protein fused with a His-tag at the N-terminus, and pET-21b is a plasmid vector for expressing a protein fused with a His-tag at the C-terminus. Inositol dehydrogenase used CGIep (NCgl2957 or GI: 19554252), which is an iolG homologue of Corynebacterium glutamicum, and inosource isomerase was a pantoeaananthis (P. Paiol I (PANA_3268, GI: 291618821), which is an iol I of ananatis, was cloned. More specifically, Cgiep was amplified from genomic DNA of Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 (taxid: 196627; GenBank NID: NC_003450) using ETCP-F and ETCP-R primers, BamHI and inserted into the same site of pET-15b to prepare pET15b-CP. The amplified Cgiep gene was further digested with NdeI and HindIII and inserted into the same site of pET-21b to prepare pET21b-CP.

이노소스 이소머라아제의 경우 판토에아 아나나티스(Pantoea ananatis) LMG 20103 (taxid:706191, GenBank NID:CP001875)의 지놈 DNA로부터 ETPI-F와 ETPI-R 프라이머를 이용하여 PaiolI를 증폭한 후 NdeI과 BamHI으로 절단하여 동일 효소로 절단한 pET-15b에 삽입하여 pET15b-PI를 제작하였고, 또한 증폭한 PaiolI를 제한효소 NdeI과 XhoI으로 절단하여 pET-21b의 동일 부위에 삽입하여 pET21b-PI를 제작하였다. 이상의 유전자, 프라이머, 재조합 플라스미드의 서열은 표 1에 나타내었다. In the case of inosomal isomalase, PaiolI was amplified from the genomic DNA of Pantoea ananatis LMG 20103 (taxid: 706191, GenBank NID: CP001875) using ETPI-F and ETPI-R primers, And BamHI and inserted into pET-15b digested with the same enzyme to construct pET15b-PI. The amplified PaiolI was digested with restriction enzymes NdeI and XhoI and inserted into the same region of pET-21b to produce pET21b-PI Respectively. The sequences of the above genes, primers, and recombinant plasmids are shown in Table 1.

Figure 112013008188216-pat00001
Figure 112013008188216-pat00001

실시예Example 2: 이노시톨  2: Inositol 디하이드로게나아제와Dihydrogenase and 이노소스Innosource 이소머라아제Isomerase 효소의 발현 확인 및 정제  Identification and purification of enzyme

실시예 1에서 구축한 재조합 플라스미드 pET15b-CP, pET21b-CP, pET15b-PI, pET21b-PI는 대장균 BL21(DE3)star (Invitrogen)에 도입하여 재조합 균주를 제조하였다. 각각의 재조합 균주는 100 mg/L 농도의 암피실린을 함유한 LB 배지에 접종하고 37℃에서 OD 3 까지 종배양하였다. 이를 100 mg/L 농도의 암피실린을 함유한 LB 배지 50 mL이 들어있는 300 mL의 홈이 파인(baffled) 삼각플라스크에 초기 OD 0.1로 접종하고 37℃에서 OD 0.6까지 배양한 후 1 mM IPTG를 첨가하여 37℃에서 약 6시간 동안 배양하였다. 배양한 재조합 균주의 단백질 발현을 확인하기 위하여 SDS-PAGE를 수행하였으며, 그 결과는 도 2에 나타내었다. 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제에 각각 N-말단 His-Tag과 C-말단 His-Tag을 적용한 pET15b-CP, pET21b-CP, pET15b-PI, pET21b-PI 플라스미드에 대하여 모두 발현이 정상적으로 이루어지는 것을 확인하였다. The recombinant plasmids pET15b-CP, pET21b-CP, pET15b-PI and pET21b-PI constructed in Example 1 were introduced into Escherichia coli BL21 (DE3) star (Invitrogen) to prepare recombinant strains. Each recombinant strain was inoculated on LB medium containing 100 mg / L ampicillin and seeded to OD 3 at 37 ° C. This was inoculated in a 300 mL baffled Erlenmeyer flask containing 50 mL of LB medium containing 100 mg / L of ampicillin at an initial OD of 0.1 and incubated at 37 ° C to OD 0.6, followed by the addition of 1 mM IPTG Lt; RTI ID = 0.0 > 37 C < / RTI > for about 6 hours. SDS-PAGE was performed to confirm protein expression of the cultured recombinant strain, and the results are shown in Fig. PET15b-CP, pET15b-PI, and pET21b-PI plasmids to which N-terminal His-Tag and C-terminal His-Tag were respectively applied to myo-inositol dehydrogenase and inosource isomerase The expression was confirmed to be normal.

단백질 정제는 니켈이 충진된 레진을 사용하여 당업계에게 공지된 방법을 통해 행하였다. 보다 상세히 설명하면, 배양액 50 mL을 원심분리하여 균체를 얻은 후 8 mL의 바인딩 버퍼 (50 mM NaH2PO4, 0.5 M NaCl, pH 8.0)에 재현탁하였다. 재현탁액에 10 mg의 리소자임을 첨가하고 얼음에서 30분 방치한 후 초음파 파쇄기 (10초 파쇄, 10초 냉각으로 3회) 파쇄하였다. 파쇄한 현탁액은 즉시 액체 질소에 넣어 급속 냉각 시킨 후 37℃ 항온 수조에서 즉시 해동하였다. 이상의 파쇄-냉각-해동을 3회 반복하여 점도가 높은 균체 파쇄액을 얻었으며, 이를 18게이지 주사기에 약 5-10회 통과시켜 점도를 낮추었다. 균체 파쇄액을 원심분리한 후 상층액을 니켈 충진 칼럼에 적용하였다. 바인딩 버퍼로 평형시킨 니켈 충진 칼럼에 상기에서 얻은 균체 파쇄 상층액을 넣고 약 1 시간 동안 냉장 상태에서 천천히 진탕하였다. 진탕후 가볍게 원심분리하여 상층액을 제거 후 세척버퍼 (50 mM NaH2PO4, 0.5 M NaCl, 20 mM imidazole, pH 8.0)로 4회 세척하였고, 최종 4 mL의 용출버퍼 (50 mM NaH2PO4, 0.5 M NaCl, 250 mM imidazole, pH 8.0)를 이용하여 2회 용출하였다. 효소 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제인 Cgiep는 분자량 36,222.73이며, 1 ㎍ 당 27.607 pM이며, 이노소스 이소머라아제인 PaiolI는 분자량 30,417.05이며, 1 ㎍ 당 32.876 pM이다.
Purification of the protein was performed using a nickel-filled resin through a method known in the art. In more detail, 50 mL of the culture was centrifuged to obtain cells, which were resuspended in 8 mL of binding buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 0.5 M NaCl, pH 8.0). 10 mg of lysozyme was added to the resuspension, left for 30 minutes on ice, and disrupted by an ultrasonic crusher (10 seconds of crushing, 3 times of 10 seconds of cooling). The crushed suspension was immediately cooled in liquid nitrogen and rapidly thawed in a constant temperature water bath at 37 ° C. The above-mentioned crushing-cooling-thawing was repeated three times to obtain a highly viscous cell lysate, which was passed through an 18-gauge syringe about 5-10 times to lower the viscosity. The cell lysate was centrifuged and the supernatant was applied to a nickel-filled column. The cell lysate supernatant obtained above was added to a nickel packing column equilibrated with the binding buffer and slowly shaken in a refrigerated state for about 1 hour. After shaking, the supernatant was removed by gentle centrifugation and then washed 4 times with washing buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 0.5 M NaCl, 20 mM imidazole, pH 8.0) and finally 4 mL of elution buffer (50 mM NaH 2 PO 4 , 0.5 M NaCl, 250 mM imidazole, pH 8.0). The enzyme myo-inositol dehydrogenase Cgiep has a molecular weight of 36,222.73, 27.607 pM per 1 μg, and PaiolI, an inosolic isomerase, has a molecular weight of 30,417.05 and 32.876 pM per 1 μg.

실시예Example 3: 정제된 효소의 반응 측정 및 재조합 플라스미드의 선별  3: Measurement of the reaction of the purified enzyme and selection of recombinant plasmids

N-말단 His-Tag과 C-말단 His-Tag을 각각 적용한 이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제의 활성을 확인하기 위하여 효소 반응을 실시하였다. 효소반응 조건은 다음과 같다. 반응은 총 200 ㎕ 부피로 수행하였으며, 반응액은 50 mM Tris-HCl (pH8.0), 1 mM MgSO4, 0.1 mM MnSO4, 0.5 mM NAD, 5%(w/v) (278 mM) 마이오-이노시톨, 0.25 mg/mL (6.5 nM) 이노시톨 디하이드로게나아제(Cgiep), 0.25 mg/mL (7.7 nM) 이노소스 이소머라아제(PaiolI)가 되도록 제조하였다. 따라서 효소 혼합물의 농도는 약 0.5 mg/mL이며 이는 약 14.2 nM 이었다. 반응액을 37℃에서 약 15 시간 반응시켰으며, 반응 종료 후 10분간 끓여서 반응을 정지시켰다. 반응 정지된 반응액을 원심분리하여 물로 5배 희석한 뒤 HPLC로 분석하였다. 전처리한 반응액을 HPLC(Shimadzu LC10Avp)에 적용하여 분석하였으며, 분석조건은 Kromasil 5NH2 칼럼(4.6 mm X 250 mm), 이동상 75% 아세토니트릴, 칼럼 온도 40℃, RI 검출기를 이용하였다. 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨을 포함하여 이들의 각각의 이성질체에 대한 HPLC 크로마토그램은 도 3에 나타내었다. 반응 결과 반응액내에서 측정된 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 양은 도 4에 나타내었다. N-말단 His-Tag을 적용한 경우 약 5%의 D-카이로-이노시톨이 생산되었고, C-말단 His-Tag을 적용한 경우 약 9%의 D-카이로-이노시톨이 생산되어 C-말단에 His-Tag을 적용한 경우가 효소 전환율이 우수하였다. 따라서, C-말단에 His-Tag을 적용한 pET21b-CP 및 pET21b-PI를 이용하여 이후 효소반응을 진행하였다. Enzymatic reactions were carried out to confirm the activity of inositol dehydrogenase and inosource isomerase using N-terminal His-Tag and C-terminal His-Tag, respectively. The enzyme reaction conditions are as follows. The reaction was carried out in a total volume of 200 μl. The reaction mixture contained 50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM MgSO 4 , 0.1 mM MnSO 4 , 0.5 mM NAD, 5% (w / v) -Inositol, 0.25 mg / mL (6.5 nM) inositol dehydrogenase (Cgiep), 0.25 mg / mL (7.7 nM) inosose isomerase (Paiol I). Therefore, the concentration of the enzyme mixture was about 0.5 mg / mL, which was about 14.2 nM. The reaction solution was allowed to react at 37 ° C for about 15 hours. After completion of the reaction, the reaction was stopped by boiling for 10 minutes. The reaction was terminated by centrifugation, diluted 5-fold with water, and analyzed by HPLC. The pretreatment reaction solution was applied to HPLC (Shimadzu LC10Avp) and analyzed using Kromasil 5NH2 column (4.6 mm x 250 mm), mobile phase 75% acetonitrile, column temperature 40 ° C and RI detector. HPLC chromatograms of each of these isomers, including myo-inositol and D-chiro-inositol, are shown in FIG. The amounts of myo-inositol and D-chiro-inositol measured in the reaction solution are shown in FIG. About 5% of D-chiro-inositol was produced when N-terminal His-Tag was applied and about 9% of D-ciro-inositol was produced when C-terminal His- The enzyme conversion was excellent. Therefore, the enzyme reaction was carried out using pET21b-CP and pET21b-PI to which His-Tag was applied at the C-terminus.

상기에서 확인한 pET21b-CP 및 pET21b-PI를 도입한 대장균으로부터 정제된 효소인 이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제를 SDS-PAGE 행하여 분석한 결과는 도 5에 나타내었다. 각각의 단백질 농도는 Cgiep의 경우 0.86 mg/mL (약 22.8 nM) 이었으며, PaiolI의 경우 0.64 mg/mL(약 20.32 nM) 이었다.FIG. 5 shows the results of SDS-PAGE analysis of inositol dehydrogenase and inosose isomerase purified from Escherichia coli into which pET21b-CP and pET21b-PI were introduced as described above. The concentration of each protein was 0.86 mg / mL (about 22.8 nM) for Cgiep and 0.64 mg / mL (about 20.32 nM) for PaiolI.

상기 방법으로 정제한 두 효소를 이용하여 약 24 시간 동안 반응하면서 시간별로 반응 결과를 확인하였다. 반응 조건은 상기와 같으며, 반응시킨 결과는 도 6에 나타내었다. 기질인 마이오-이노시톨은 반응 시작 후 급격히 D-카이로-이노시톨로 전환되었으며, 약 5 시간 후 점차 반응속도가 낮아지기 시작하면서 약 10 시간에 반응평형농도인 약 14%에 도달하였다. 이후에도 반응 산물인 D-카이로-이노시톨의 농도는 크게 증가하지 않았다.
Using the two enzymes purified by the above method, the reaction was carried out for about 24 hours while confirming the reaction results over time. The reaction conditions are as described above, and the results of the reaction are shown in FIG. The substrate, myo-inositol, was rapidly converted to D-chiro-inositol after the start of the reaction. After about 5 hours, the reaction rate gradually decreased and reached about 14% of the reaction equilibrium concentration in about 10 hours. Thereafter, the concentration of D-chiro-inositol, which is a reaction product, did not significantly increase.

실시예Example 4 : 기질인 마이오-이노시톨의 농도에 따른 D-카이로-이노시톨의 생산성  4: Productivity of D-cairo-inositol according to the concentration of myo-inositol, which is a substrate

실시예 3에서 설명되었듯이, 본 발명에서 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨로의 반응은 물리 화학적 반응평형이 관여하는 반응이므로, D-카이로-이노시톨의 생산량은 전적으로 기질인 마이오-이노시톨의 양에 의존하게 된다. 따라서 기질인 마이오-이노시톨의 농도에 따른 반응 속도를 시험하였다. 이를 위하여 표준 반응조건에서 마이오-이노시톨의 최대 용해도를 조사하였으며, 37℃에서 최대 약 20%(w/v)인 것으로 나타났다. 이를 토대로 5%에서 20%까지 마이오-이노시톨의 농도를 달리하여 효소반응을 수행하였다. 그 결과는 도 7에 나타내었다. 기질인 마이오-이노시톨의 농도가 증가하여도 반응속도는 감소하지 않는 것을 확인하였으나(도 7의 패널 A), 기질 농도가 높으면 반응 평형에 도달하는 시간이 그만큼 지연되는 것으로 나타났다. 마이오-이노시톨의 농도가 5%일 경우 약 10 시간에 반응 평형에 도달한 반면, 20% 마이오-이노시톨을 첨가하였을 경우 약 반응 평형 도달에는 24 시간이 소요되는 것으로 나타났다. As described in Example 3, in the present invention, since the reaction of myo-inositol to D-chiro-inositol is a reaction involving physicochemical reaction equilibrium, the production amount of D-cairo- Depending on the quantity. Therefore, the reaction rate was tested according to the concentration of the substrate, myo-inositol. For this, the maximum solubility of myo-inositol was investigated under standard reaction conditions and it was found to be about 20% (w / v) maximum at 37 ℃. Based on this, the enzyme reaction was performed at 5% to 20% of the concentration of myo-inositol. The results are shown in Fig. It was confirmed that the reaction rate did not decrease even when the concentration of the substrate, myo-inositol, was increased (Panel A of FIG. 7), but the time to reach the equilibrium of the reaction was delayed as much as the substrate concentration was high. When the concentration of myo-inositol was 5%, the reaction equilibrium reached about 10 hours, whereas the addition of 20% myo-inositol required 24 hours to reach the equilibrium reaction equilibrium.

실시예Example 5: 조효소  5: Coenzyme NADNAD 의 농도에 따른 D-카이로-이노시톨 생산성 D-CYRO-INOSITOL PRODUCTIVITY

마이오-이노시톨 디하이드로게나아제의 반응에 필요한 조효소인 NAD의 농도에 따른 D-카이로-이노시톨의 생산성을 조사하였다. 기질인 마이오-이노시톨은 10%로 첨가하였고, 효소는 마이오-이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제를 각각 250 ㎍/mL 농도(혼합효소로서 14.2 nM)로 첨가하였다. 조효소인 NAD의 농도는 0.1 mM에서 2 mM 까지 다양한 농도로 첨가하여 D-카이로-이노시톨의 생산속도를 확인하였다. 반응결과는 도 8에 나타내었다. 일정 수준까지는 NAD 농도가 증가할수록 초기반응속도가 급격히 증가하다가, 약 0.5 mM의 농도 이상에서는 크게 증가하지 않았다. 도 8의 패널 B에 의해 당 효소 혼합체는 전형적인 NAD 의존형 효소의 상태를 보여주는 것이며, NAD의 최적 농도는 기질 농도인 10% (555 mM) 당 0.5 mM 일 것으로 사료된다.
The productivity of D-chiro-inositol according to the concentration of NAD, which is a coenzyme necessary for the reaction of myo-inositol dehydrogenase, was examined. The substrate, myo-inositol, was added in an amount of 10%, and the enzyme was added at a concentration of 250 μg / mL (14.2 nM as a mixed enzyme) to each of the myo-inositol dehydrogenase and inosone isomerase. The production rate of D-cairo-inositol was confirmed by adding various concentrations of coenzyme NAD ranging from 0.1 mM to 2 mM. The reaction results are shown in Fig. The initial reaction rate increased sharply with increasing NAD concentration to a certain level, but did not significantly increase above about 0.5 mM. Panel B of FIG. 8 shows that the enzyme mixture shows a typical state of NAD-dependent enzyme, and the optimum concentration of NAD is 0.5 mM per 10% (555 mM) of the substrate concentration.

실시예Example 6: 첨가한 효소의 농도에 따른 D-카이로-이노시톨 생산성 6: D-cairo-inositol productivity according to the concentration of added enzyme

마이오-이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제의 첨가 농도에 따른 D-카이로-이노시톨의 생산성을 조사하였다. 기질인 마이오-이노시톨은 10%로 하였고, NAD는 1 mM로 첨가하였다. 혼합 효소 농도는 100 ㎍/mL (약 5.7 nM)에서 500 ㎍/mL(약 28.4 nM)까지 100 ㎍/mL 단위로 첨가하여 효소 농도에 따른 D-카이로-이노시톨 생산속도를 확인하였다. 반응결과는 도 9에 나타내었다. 효소의 농도가 높을수록 반응 속도가 증가하는 것으로 나타났으며(도 9의 패널 A), 이는 일반적으로 기질의 농도가 충분할 경우 반응 속도는 효소의 농도에 비례한다는 반응 속도론에 준하는 결과이다(도 9의 패널 B).
The productivity of D-chiro-inositol according to the addition concentration of the myo-inositol dehydrogenase and the inosource isomerase was examined. The substrate, myo-inositol, was adjusted to 10% and NAD was added at 1 mM. The mixed enzyme concentration was 100 ㎍ / mL from 100 ㎍ / mL (about 5.7 nM) to 500 ㎍ / mL (about 28.4 nM) to confirm the production rate of D-chiro-inositol according to the enzyme concentration. The reaction results are shown in Fig. The higher the concentration of the enzyme, the higher the reaction rate (panel A of FIG. 9), which is generally the result of the reaction kinetics that the reaction rate is proportional to the enzyme concentration when the substrate concentration is sufficient Panel B).

실시예Example 7: 반응온도에 따른 D-카이로-이노시톨 생산성 조사  7: D-cairo-inositol productivity by reaction temperature

효소 반응온도에 따른 D-카이로-이노시톨 생산성을 조사하였다. 효소는 각각 250 ㎍/mL, 조효소는 1 mM로 투여하였으며, 기질인 마이오-이노시톨은 10%로 하였다. 반응온도 25℃, 30℃, 37℃, 42℃, 47℃, 50℃, 55℃, 65℃에서 반응하면서 D-카이로-이노시톨의 생산성을 확인하였다. 결과는 도 10에 나타내었다. 55℃까지는 반응 온도가 높아질수록 반응 속도가 증가하였으며, 65℃에서는 반응 속도가 대폭 감소함을 알 수 있었다. 이는 전형적인 효소와 반응온도간의 상태방정식인 아레니우스 방정식을 따르면서 최적 반응 온도가 약 50℃임을 나타낸다. 일반적인 효소의 최적 반응 온도가 약 37℃임을 감안한다면 비교적 열에 안정한 효소 혼합체임을 알 수 있었다.
The productivity of D-chiro-inositol according to the enzyme reaction temperature was examined. Enzymes were administered at 250 ㎍ / mL and coenzyme at 1 mM, and the substrate, myo-inositol, was 10%. The productivity of D-chiro-inositol was confirmed by reaction at reaction temperatures of 25 ° C, 30 ° C, 37 ° C, 42 ° C, 47 ° C, 50 ° C, 55 ° C and 65 ° C. The results are shown in FIG. The reaction rate increased with increasing reaction temperature up to 55 ℃, and the reaction rate decreased sharply at 65 ℃. This indicates that the optimum reaction temperature is about 50 ° C, following the Arrhenius equation, a state equation between a typical enzyme and the reaction temperature. Considering that the optimal reaction temperature of the enzyme is about 37 ° C, it is a relatively thermostable enzyme mixture.

실시예Example 8: 마이오-이노시톨  8: Mio-inositol 디하이드로게나아제Dihydrogenase  And 이노소스Innosource 이소머라아제의Isomerase 열안정성Thermal stability

마이오-이노시톨 디하이드로게나아제 및 이노소스 이소머라아제의 열에 대한 안정성을 확인하였다. 효소를 특정 온도에서 일정시간 방치한 후 이를 이용하여 일정시간 반응하고 D-카이로-이노시톨의 생산성 및 반응 속도를 측정하였다. 열에 노출하지 않은 효소를 이용한 반응군을 대조구로 하고, 각각 4℃, 37℃, 42℃, 47℃, 50℃, 55℃에서 2, 6, 12, 24 시간 동안 노출한 효소를 이용하여 약 7시간 반응하였으며, 결과는 도 11에 나타내었다. 약 42℃까지는 24시간 노출하여도 안정한 반응을 하는 것으로 나타났으며, 47℃에서는 12시간 이상 노출할 경우 실활율이 증가하는 것으로 나타났다. 또한 그 이상의 온도에서는 단시간 열에 노출한 경우에도 그 실활율이 급격히 증가하는 것으로 나타났다. 실시예 7에서 보았듯이 본 발명의 효소 혼합체는 일반적인 효소에 비해 열에 대해 비교적 안정한 것으로 보인다.
The heat stability of the myo-inositol dehydrogenase and inosource isomerase was confirmed. The enzyme was allowed to stand at a certain temperature for a certain time and reacted for a predetermined time to measure the productivity and the reaction rate of D-cairo-inositol. The enzymes exposed for 2, 6, 12, and 24 hours at 4, 37, 42, 47, 50, and 55 ℃ were used as the control. The results are shown in FIG. It was found that the reaction was stable even after 24 hours of exposure to about 42 ℃, and the activity rate was increased when exposed to more than 12 hours at 47 ℃. Also, at higher temperatures, even if exposed to heat for a short period of time, the effective rate increased sharply. As shown in Example 7, the enzyme mixture of the present invention appears to be relatively stable against heat as compared with a general enzyme.

실시예Example 9: 이노시톨  9: Inositol 디하이드로게나아제와Dihydrogenase and 이노소스Innosource 이소머라아제의Isomerase 융합 단백질의 발현을 위한 재조합 벡터의 제조  Preparation of recombinant vectors for expression of fusion proteins

본 실시예에서는 글리신과 세린으로 구성되어 있는 유연성 있는 링커를 사용하여 두 효소 이노시톨-디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제를 연결하였다. 각 효소 서로 간에 가장 영향을 덜 주는 조건을 찾기 위하여 링커의 길이를 달리하였으며, 역시 같은 이유로 두 효소 각각의 N-말단과 C-말단을 연결하는 링커를 제작하였다. 링커의 경우 바이오부품등록센터(Registry of Standard Biological Parts; http://partsregistry.org)로 부터 글리신과 세린으로 이루어진 각각 다른길이의 유연성있는 링커 3종의 서열을 참고 하였다(표 2 참조). In this example, two enzyme inositol-dehydrogenases and inosource isomerase were linked using a flexible linker consisting of glycine and serine. The length of the linker was varied in order to find the conditions that would have the least effect on each enzyme, and for the same reason, a linker was constructed to connect the N-terminal and the C-terminal of each enzyme. For linkers, we refer to three sequences of flexible linkers of different lengths, glycine and serine, from the Registry of Standard Biological Parts (http://partsregistry.org) (see Table 2).

우선, Cgiep의 C-말단과 PaiolI의 N-말단을 각각 다른 길이의 링커로 연결한 융합 단백질 발현용 재조합 플라스미드 3종을 제작하였다. First, three recombinant plasmids for expressing fusion proteins were prepared by linking the C-terminus of Cgiep and the N-terminus of PaiolI with linkers of different lengths.

상세히 설명하면, 긴 길이의 링커로 연결한 융합 단백질 발현을 위하여 프라이머 CPFLL-F와 CPFLL-R를 이용하여 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) ATCC 13032 (taxid:196627; GenBank NID:NC_003450)의 지놈 DNA로부터 Cgiep 유전자를 증폭하였고, 이 Cgiep를 포함하는 PCR 산물과 CPFLLPI-R 프라이머를 이용하여 판토에아 아나나티스(P. ananatis) LMG 20103 (taxid:706191, GenBank NID:CP001875)의 지놈 DNA로부터 PaiolI를 증폭하여 Cgiep와 PaiolI가 긴 링커로 융합된 유전자를 증폭하였다. 증폭된 유전자는 제한효소 BspHI과 SalI으로 절단하고 NcoI과 SalI으로 절단한 pCOLADuet-1(Novogen)으로 삽입하여 pCOLAD-1CPFLLPI를 제작 하였다. In detail, for the expression of fusion proteins linked by a long-length linker, Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 (taxid: 196627; GenBank NID: NC003450) was prepared using primers CPFLL-F and CPFLL- ), The Cgiep gene was amplified from the genomic DNA of P. ananatis LMG 20103 (taxid: 706191, GenBank NID: CP001875) using the PCR product containing the Cgiep and the CPFLLPI-R primer PaiolI was amplified from the DNA of the genome to amplify the gene fused with the long linker of Cgiep and PaiolI. The amplified gene was inserted into pCOLADuet-1 (Novogen) digested with restriction enzymes BspHI and SalI and digested with NcoI and SalI to construct pCOLAD-1CPFLLPI.

중간 길이의 링커를 가진 융합단백질 발현을 위하여 프라이머 CPFLL-F와 CPFML-R을 이용하여 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) ATCC 13032 (taxid:196627; GenBank NID:NC_003450)의 지놈 DNA로부터 Cgiep 유전자를 증폭하였고, 이 Cgiep를 포함하는 PCR 산물과 CPFLLPI-R 프라이머를 이용하여 판토에아 아나나티스(P. ananatis) LMG 20103 (taxid:706191, GenBank NID:CP001875)의 지놈 DNA로부터 PaiolI를 증폭하여 Cgiep와 PaiolI가 중간길이의 링커로 융합된 유전자를 증폭하였다. 증폭된 유전자는 제한효소 BspHI과 SalI으로 절단하고 NcoI과 SalI으로 절단한 pCOLADuet-1로 삽입하여 pCOLAD-1CPFMLPI를 제작하였다. Genomic DNA of Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 (taxid: 196627; GenBank NID: NC_003450) was amplified using primers CPFLL-F and CPFML-R for the expression of fusion proteins with a medium-length linker Cgiep gene was amplified and PCR products containing this Cgiep and CPFLLPI-R primer were used to amplify Paiol I from the genomic DNA of P. ananatis LMG 20103 (taxid: 706191, GenBank NID: CP001875) Amplified and Cgiep and PaiolI amplified the fused gene to a medium length linker. The amplified gene was inserted into pCOLADuet-1 digested with restriction enzymes BspHI and SalI and digested with NcoI and SalI to prepare pCOLAD-1CPFMLPI.

짧은 길이의 링커를 가진 융합단백질 발현을 위하여 프라이머 CPFLL-F와 CPFSL-R을 이용하여 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) ATCC 13032 (taxid:196627; GenBank NID:NC_003450)의 지놈 DNA로부터 Cgiep 유전자를 증폭하였고, 이 Cgiep를 포함하는 PCR 산물과 CPFLLPI-R 프라이머를 이용하여 판토에아 아나나티스(P. ananatis) LMG 20103 (taxid:706191, GenBank NID:CP001875)의 지놈 DNA로부터 PaiolI를 증폭하여 Cgiep와 PaiolI가 짧은 링커로 융합된 유전자를 증폭하였다. 증폭된 유전자는 제한효소 BspHI과 SalI으로 절단하고 NcoI과 SalI으로 절단한 pCOLADuet-1로 삽입하여 pCOLAD-1CPFSLPI를 제작하였다. Genomic DNA of Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 (taxid: 196627; GenBank NID: NC_003450) was amplified using primers CPFLL-F and CPFSL-R for expression of fusion proteins with short- Cgiep gene was amplified and PCR products containing this Cgiep and CPFLLPI-R primer were used to amplify Paiol I from the genomic DNA of P. ananatis LMG 20103 (taxid: 706191, GenBank NID: CP001875) Amplified to amplify the gene fused to CGIep and PaiolI short linkers. The amplified gene was inserted into pCOLADuet-1 digested with restriction enzymes BspHI and SalI and digested with NcoI and SalI to construct pCOLAD-1CPFSLPI.

또한, PaiolI의 C-말단과 Cgiep의 N-말단을 각각 다른 길이의 링커로 연결한 융합 단백질 발현용 재조합 플라스미드 3종을 제작하였다. Three recombinant plasmids for expression of fusion proteins were constructed by linking the C-terminus of PaiolI and the N-terminus of Cgiep with linkers of different lengths.

상세히 설명하면, 긴 길이의 링커로 연결한 융합 단백질 발현을 위하여 프라이머 PIFLL-F와 PIFLL-R을 이용하여 판토에아 아나나티스(P. ananatis) LMG 20103 (taxid:706191, GenBank NID:CP001875)의 지놈 DNA 로부터 PaiolI 유전자를 증폭하였고, 이 PaiolI를 포함하는 PCR 산물과 PIFLLCP-R 프라이머를 이용하여 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) ATCC 13032 (taxid:196627; GenBank NID:NC_003450)의 지놈 DNA로부터 Cgiep를 증폭하여 PaiolI와 Cgiep가 긴 링커로 연결된 유전자를 증폭하였다. 증폭된 유전자는 제한효소 NdeI과 BglII로 절단하고 동일한 제한효소로 절단한 pCOLADuet-1로 삽입하여 pCOLAD-2PIFLLCP를 제작하였다. 중간 길이의 링커로 연결한 융합 단백질 발현을 위하여 프라이머 PIFLL-F와 PIFML-R을 이용하여 판토에아 아나나티스(P. ananatis) LMG 20103 (taxid:706191, GenBank NID:CP001875)의 지놈 DNA 로부터 PaiolI 유전자를 증폭하였고, 이 PaiolI를 포함하는 PCR 산물과 PIFLLCP-R 프라이머를 이용하여 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) ATCC 13032 (taxid:196627; GenBank NID:NC_003450)의 지놈 DNA로부터 Cgiep를 증폭하여 PaiolI와 Cgiep가 중간길이의 링커로 연결된 유전자를 증폭하였다. 증폭된 유전자는 제한효소 NdeI과 BglII로 절단하고 동일한 제한효소로 절단한 pCOLADuet-1로 삽입하여 pCOLAD-2PIFMLCP를 제작하였다. In detail, P. ananatis LMG 20103 (taxid: 706191, GenBank NID: CP001875) was amplified using primers PIFLL-F and PIFLL-R for expression of fusion proteins linked by a long- And the PaiolI gene was amplified from the genomic DNA of P. glutamicum ATCC 13032 (taxid: 196627; GenBank NID: NC_003450) using the Paiol I-containing PCR product and PIFLLCP-R primer Cgiep was amplified from the genomic DNA to amplify the genes linked by long linkers of PaiolI and Cgiep. The amplified gene was digested with restriction enzymes NdeI and BglII and inserted into pCOLADuet-1 digested with the same restriction enzymes to produce pCOLAD-2PIFLLCP. For the expression of the fusion protein linked by a medium length linker, the genomic DNA of P. ananatis LMG 20103 (taxid: 706191, GenBank NID: CP001875) was amplified using primers PIFLL-F and PIFML- PaiolI gene was amplified and the PCR product containing the Paiol I and the PIFLLCP-R primer were used to amplify the genomic DNA of C. glutamicum ATCC 13032 (taxid: 196627; GenBank NID: NC_003450) To amplify the genes linked by the intermediate length linker between PaiolI and Cgiep. The amplified gene was digested with restriction enzymes NdeI and BglII and inserted into pCOLADuet-1 digested with the same restriction enzymes to produce pCOLAD-2PIFMLCP.

짧은 길이의 링커로 연결한 융합 단백질 발현을 위하여 프라이머 PIFLL-F와 PIFSL-R을 이용하여 판토에아 아나나티스(P. ananatis) LMG 20103 (taxid:706191, GenBank NID:CP001875)의 지놈 DNA로부터 PaiolI 유전자를 증폭하였고, 이 PaiolI를 포함하는 PCR 산물과 PIFLLCP-R 프라이머를 이용하여 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) ATCC 13032 (taxid:196627; GenBank NID:NC_003450)의 지놈 DNA 로부터 Cgiep를 증폭하여 PaiolI와 Cgiep가 짧은 링커로 연결된 유전자를 증폭하였다. 증폭된 유전자는 제한효소 NdeI과 BglII로 절단하고 동일한 제한효소로 절단한 pCOLADuet-1로 삽입하여 pCOLAD-2PIFSLCP를 제작하였다. 상기 유전자들의 정보는 표 2에 나타내었고, 사용된 프라이머는 표 3에 나타내었다. Genomic DNA of P. ananatis LMG 20103 (taxid: 706191, GenBank NID: CP001875) was amplified using primers PIFLL-F and PIFSL-R for the expression of fusion proteins linked by short- PaiolI gene was amplified and the PCR product containing the Paiol I and the PIFLLCP-R primer were used to amplify the genomic DNA of C. glutamicum ATCC 13032 (taxid: 196627; GenBank NID: NC_003450) To amplify the genes linked by PaiolI and Cgiep with short linkers. The amplified gene was digested with restriction enzymes NdeI and BglII and inserted into pCOLADuet-1 digested with the same restriction enzyme to prepare pCOLAD-2PIFSLCP. The information on the above genes is shown in Table 2, and the primers used are shown in Table 3.

Figure 112013008188216-pat00002
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Figure 112013008188216-pat00003
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실시예Example 10: 이노시톨  10: Inositol 디하이드로게나아제와Dihydrogenase and 이노소스Innosource 이소머라아제의Isomerase 융합 단백질의 발현을 통한 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨의 생산  Production of D-chiro-inositol from myo-inositol through expression of fusion protein

상기 실시예 9에서 제작한 재조합 플라스미드를 대장균에 도입하여 D-카이로-이노시톨의 생산성을 확인하였다. 상세히 설명하면, pCOLAD-1CPFLLPI, pCOLAD-1CPFMLPI, pCOLAD-1CPFSLPI, pCOLAD-2PIFLLCP, pCOLAD-2PIFMLCP, pCOLAD-2PIFSLCP를 이미 구축한 살모넬라 티피무리엄(S. typhimurium) 유래 마이오-이노시톨 트랜스포터를 함유하는 재조합 플라스미드 pACYCD-StiolT1-StiolT2(F2)(한국특허출원 제10-2012-0107278호 참조)와 함께 대장균(E. coli) BL21(DE3)에 형질전환 하여 재조합 균주를 제작하였다. 제작한 재조합 균주는 직경 25 mm, 높이 150 mm의 유리시험관에서 5 mL 배양하였다. 배양조건은 15%(w/v) 마이오-이노시톨, 50 mg/L 클로람페니콜, 50 mg/L 카나마이신, 0.5% 락토오스를 함유한 TB(terrific broth)배지를 이용하여, 37℃, 250 rpm의 조건에서 24 시간 동안 배양하였다. 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨 분석을 위하여 배양액을 원심분리하여 배양 상층액 1 mL을 취하고 10분간 끓인 후 다시 원심분리 하여 상층액 100 μL를 취하여 물 900 μL와 섞었다. 전처리한 배양 상층액은 HPLC(Shimadzu LC10Avp)로 분석하였으며, 분석조건은 실시예 3에서와 같다. 각 융합 단백질의 D-카이로-이노시톨 생산성을 조사한 결과는 도 12에 나타내었다. 도 12의 결과에 의하면, Cgiep의 C-말단과 PaiolI의 N-말단을 연결하였을 경우가 PiolI의 C-말단과 Cgiep의 N-말단을 연결하였을 경우보다 D-카이로-이노시톨의 생산성이 우수한 것을 알 수 있었다.
The recombinant plasmid prepared in Example 9 was introduced into Escherichia coli to confirm the productivity of D-chiro-inositol. In detail, a microorganism belonging to the genus Pseudomonas spp. Containing the myo-inositol transporter derived from S. typhimurium already constructed with pCOLAD-1CPFLLPI, pCOLAD-1CPFMLPI, pCOLAD-1CPFSLPI, pCOLAD-2PIFLLCP, pCOLAD-2PIFMLCP, The recombinant strain was transformed into E. coli BL21 (DE3) together with the recombinant plasmid pACYCD-StiolT1-StiolT2 (F2) (see Korean Patent Application No. 10-2012-0107278). The recombinant strains were cultured in 5 mL of a glass tube with a diameter of 25 mm and a height of 150 mm. The culture conditions were as follows: 37 占 폚, 250 rpm condition using TB medium containing 15% (w / v) myo-inositol, 50 mg / L chloramphenicol, 50 mg / L kanamycin, 0.5% lactose For 24 hours. For the analysis of myo-inositol and D-chiro-inositol, the culture broth was centrifuged, and 1 mL of the culture supernatant was boiled for 10 minutes and then centrifuged again to obtain 100 μL of the supernatant, which was then mixed with 900 μL of water. The pretreatment culture supernatant was analyzed by HPLC (Shimadzu LC10Avp), and the analysis conditions were the same as in Example 3. The result of the D-chiro-inositol productivity of each fusion protein is shown in Fig. 12, when the C-terminus of Cgiep and the N-terminus of PaiolI were linked, it was found that the productivity of D-cairo-inositol was superior to that of C-terminus of PiolI and C-terminus I could.

실시예Example 11: 이노시톨  11: Inositol 디하이드로게나아제와Dihydrogenase and 이노소스Innosource 이소머라아제의Isomerase 융합효소의 His-tag 정제를 위한 재조합 플라스미드의 구축  Construction of Recombinant Plasmids for His-tag Purification of Fusion Enzymes

상기의 실시예 10에서 확인된 이노시톨 디하이드로게나아제의 C-말단과 이노소스 이소머라아제의 N-말단이 결합되고 링커의 길이가 다른 3종의 유전자인 CPFLLPI, CPFMLPI, CPFSLPI의 N-말단과 C-말단에 각각 His-tag을 적용하기 위하여 플라스미드 벡터 pET15b와 pET21b에 융합효소를 코딩하는 유전자를 삽입하여 재조합 플라스미드를 구축하였다. pET-15b는 N-말단에 His-tag을 적용할 수 있으며, pET-21b는 C-말단에 His-tag을 적용할 수 있는 플라스미드 벡터이다. 상세히 설명하면, 프라이머 ETCP-F1과 ETPI-R1를 이용하여 pCOLAD-1CPFLLPI 플라스미드를 주형으로 하여 CPFLLPI를 증폭한 후, NdeI과 BamHI으로 절단하여 pET-15b의 동일부위로 삽입하여 pET15b-CPFLLPI를 제작하였다. 이상에 증폭한 CPFLLPI는 또한 NdeI과 SalI으로 절단하여 pET-21b의 동일부위로 삽입하여 pET21b-CPFLLPI를 제작하였다. 또한, 유전자 CPFMLPI를 위하여 pCOLAD-CPFMLPI 플라스미드로부터 프라이머 ETCP-F1과 ETPI-R1을 이용하여 CPFMLPI를 증폭한 후 NdeI과 BamHI으로 절단하여 pET-15b의 동일부위로 삽입하여 pET15b-CPFMLPI를 제작하였다. 증폭한 CPFMLPI는 또한 NdeI과 SalI으로 절단하여 pET-21b의 동일부위로 삽입하여 pET21b-CPFMLPI를 제작하였다. 또한, 유전자 CPFSLPI를 위하여, pCOLAD-CPFSLPI 플라스미드를로부터 프라이머 ETCP-F1과 ETPI-R1을 이용하여 CPFSLPI를 증폭한 후 NdeI과 BamHI으로 절단하여 pET-15b의 동일부위로 삽입하여 pET15b-CPFSLPI를 제작하였다. 증폭한 CPFSLPI는 또한 NdeI과 SalI으로 절단하여 pET-21b의 동일부위로 삽입하여 pET21b-CPFSLPI를 제작하였다. 상기 6종의 재조합 플라스미드를 제작하는 데 사용된 프라이머와 유전자 정보는 아래 표 4에 나타내었다.
The N-termini of CPFLLPI, CPFMLPI and CPFSLPI, which are the three kinds of genes having the C-terminus of the inositol dehydrogenase and the N-terminus of the inosome isomerase bound to each other and having different lengths of the linker, A recombinant plasmid was constructed by inserting a gene encoding a fusion enzyme into the plasmid vectors pET15b and pET21b to apply the His-tag to the C-terminus, respectively. pET-15b can be a His-tag at the N-terminus and pET-21b is a plasmid vector to which His-tag can be applied at the C-terminus. In detail, CPFLLPI was amplified using primers ETCP-F1 and ETPI-R1 as a template of pCOLAD-1CPFLLPI plasmid, digested with NdeI and BamHI, and inserted into the same site of pET-15b to prepare pET15b-CPFLLPI . The above-amplified CPFLLPI was further cut into NdeI and SalI and inserted into the same site of pET-21b to prepare pET21b-CPFLLPI. CPFMLPI was amplified from the pCOLAD-CPFMLPI plasmid using the primers ETCP-F1 and ETPI-R1 for the gene CPFMLPI, and then cut into NdeI and BamHI and inserted into the same site of pET-15b to construct pET15b-CPFMLPI. The amplified CPFMLPI was further digested with NdeI and SalI and inserted into the same site of pET-21b to prepare pET21b-CPFMLPI. CPFSLPI was amplified from the pCOLAD-CPFSLPI plasmid using the primers ETCP-F1 and ETPI-R1, and then cut into NdeI and BamHI and inserted into the same site of pET-15b to construct pET15b-CPFSLPI . The amplified CPFSLPI was also digested with NdeI and SalI and inserted into the same region of pET-21b to construct pET21b-CPFSLPI. The primers and the gene information used to construct the six recombinant plasmids are shown in Table 4 below.

Figure 112013008188216-pat00004
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실시예Example 12:  12: HisHis -- tagtag 을 적용한 융합효소의 발현, 정제 및 활성측정 Expression, Purification and Activity Measurement of the Fusion Enzyme Applied

융합효소의 발현을 위하여 실시예 11에서 구축한 6종의 재조합 플라스미드인 pET15b-CPFLLPI, pET-15b-CPFMLPI, pET15b-CPFSLPI, pET21b-CPFLLPI, pET21b-CPFMLPI, pET21b-CPFSLPI를 대장균 BL21(DE3)에 도입하여 재조합 대장균을 구축하였으며, 이에 대한 융합효소의 발현 및 정제는 실시예 2와 동일한 방법으로 수행하였다. 발현 및 정제의 결과는 도 13에 나타내었다. 융합효소의 활성측정을 위한 반응은 총 200 ㎕ 부피로 수행하였으며, 반응액은 50 mM Tris-HCl (pH8.0), 1 mM MgSO4, 0.1 mM MnSO4, 0.5 mM NAD, 5%(w/v) (278 mM) 마이오-이노시톨, 0.5 mg/mL (약 7.2 nM)의 융합효소가 되도록 제조하였다. 반응액을 37℃에서 약 15 시간 반응시켰으며, 반응 종료 후 10분간 끓여서 반응을 정지시켰다. 반응 정지된 반응액을 원심분리하여 물로 5배 희석한 뒤 HPLC로 분석하였으며, HPLC 분석방법은 실시예 3에서 설명한 바와 같다. 정제된 융합 단백질 효소를 이용하여 반응시킨 결과 마이오-이노시톨이 D-카이로-이노시톨로 거의 전환되지 않았다.
PET15b-CPFLLPI, pET21b-CPFLLPI, pET21b-CPFMLPI, and pET21b-CPFSLPI, which were constructed in Example 11, were introduced into Escherichia coli BL21 (DE3) in the presence of the recombinant plasmids pET15b-CPFLLPI, pET15b- To construct a recombinant E. coli. Fusion enzyme expression and purification were carried out in the same manner as in Example 2. The results of expression and purification are shown in Fig. The reaction mixture was diluted with 50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM MgSO 4 , 0.1 mM MnSO 4 , 0.5 mM NAD, 5% (w / v) ) (278 mM) of myo-inositol and 0.5 mg / mL (about 7.2 nM) of fusion enzyme. The reaction solution was allowed to react at 37 ° C for about 15 hours. After completion of the reaction, the reaction was stopped by boiling for 10 minutes. After stopping the reaction, the reaction solution was centrifuged, diluted 5-fold with water, and analyzed by HPLC. The HPLC analysis method was as described in Example 3. As a result of the reaction using the purified fusion protein enzyme, the myo-inositol was almost not converted to D-chiro-inositol.

실시예Example 13:  13: HisHis -- tagtag 을 적용한 융합효소의 인 비보(Of the fusion enzyme, inin vivovivo ) 활성측정 ) Active measurement

상기 실시예 10에서 활성을 나타내었던 융합효소에 His-tag을 적용한 경우 N-말단, C-말단 모두 D-카이로-이노시톨로의 전환 활성이 없었으므로, 그 이유를 확인하기 위하여 인 비보(in vivo) 실험을 수행하였다. 즉, 제조한 6 종의 재조합 플라스미드 pET15b-CPFLLPI, pET15b-CPFMLPI, pET15b-CPFSLPI, pET21b-CPFLLPI, pET21b-CPFMLPI, pET21b-CPFSLPI를 마이오-이노시톨 트랜스포터를 갖는 재조합 플라스미드 pCOLAD-StiolT1-StiolT2(F2)(한국특허출원 제10-2012-0107278호 참조)와 함께 대장균 BL21(DE3)에 도입하여 재조합 균주를 구축하고 실시예 10에서와 동일한 방법으로 배양 및 분석하여 그 결과를 도 14에 나타내었다. 융합 효소를 정제하여 반응시켰을 때와는 달리 6종의 재조합 플라스미드를 균체에 도입하여 시험한 결과 모든 실험구에서 D-카이로-이노시톨이 정상적으로 생산되는 것을 확인 할 수 있었으며, 특히 pET15b-CPFMLPI이 경우 가장 빠르게 생산되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 실시예 12에서 정제한 His-tag 융합효소를 인 비트로 반응에 사용하였을 시 D-카이로-이노시톨이 생산되지 않은 것은 His-tag을 적용한 것으로 인한 결과가 아니며, 정제과정 중에 발생한 원인에 의한 것으로 판단하였다.
When the His-tag was applied to the fusion enzyme that showed activity in Example 10, the N-terminal and C-terminal did not have conversion activity to D-chiro-inositol. Therefore, in vivo ). The recombinant plasmids pCOLAD-StiolT1-StiolT2 (F2) having the myo-inositol transporter were used as the recombinant plasmids pET15b-CPFLLPI, pET15b-CPFMLPI, pET15b-CPFSLPI, pET21b-CPFLLPI, pET21b- (Refer to Korean Patent Application No. 10-2012-0107278) to construct a recombinant strain, and cultured and analyzed in the same manner as in Example 10. The results are shown in FIG. Unlike the case where the fusion enzyme was purified and reacted, 6 recombinant plasmids were introduced into the cells, and as a result, it was confirmed that D-cairo-inositol was produced normally in all experimental groups. In particular, pET15b-CPFMLPI It was confirmed that it was produced quickly. Therefore, when the His-tag fusion enzyme purified in Example 12 was used for the in vitro reaction, the fact that the D-chiro-inositol was not produced was not the result of the application of the His-tag, Respectively.

실시예Example 14: 투석에 의해  14: by dialysis 이미다졸을Imidazole 제거한  Removed CPFMLPICPFMLPI 융합 효소의 반응온도에 따른 반응 양상 측정  Determination of reaction pattern according to reaction temperature of fusion enzyme

본 발명에서 정제 과정 중에 이미다졸이 과량으로 들어가게 되어, 이미다졸이 효소의 활성에 영향을 미치는 것으로 예상하고 정제된 효소로부터 이미다졸을 제거하기 위하여 투석을 실시하였다. 투석은 실시예 13의 결과에서 가장 빠르게 D-카이로-이노시톨을 생산한 pET15b-CPFMLPI에 대하여만 실시하였다(도 14 참조). 투석은 스펙트럼사의 투석막(Spectra/Por 1 dialysis tubing, 6-8K MWCO)에 최종 용출한 효소 용액을 넣은 후 기질과 NAD를 제외한 효소반응 완충액(50 mM Tris-HCl, pH = 8.0, 1 mM MgSO4, 0.1 mM MnSO4)에 침지하여 교반하고, 효소반응 완충액을 6-8시간마다 교체하면서 약 24-48동안 실시하였다. 투석을 통해 이미다졸을 제거한 효소를 효소 반응에 이용하였으며, 반응온도에 따른 반응 속도를 측정하였다. 융합 효소는 0.5 mg/mL, 조효소는 1 mM로 투여하였으며, 기질인 마이오-이노시톨은 10%로 하였다. 반응온도 25℃, 30℃, 37℃, 42℃, 47℃, 50℃, 55℃, 65℃에서 반응하면서 D-카이로-이노시톨의 생산성을 확인하였다. 결과는 도 15에 나타내었다. 융합하지 않은 단일 효소 Cgipe와 PaiolI를 함께 사용했을 경우와 마찬가지로 55℃까지는 반응 온도가 높아질수록 반응 속도가 증가하였으며, 65℃에서는 반응 속도가 대폭 감소함을 알 수 있었다(도 15의 패널 A). 이는 전형적인 효소와 반응온도간의 상태방정식인 아레니우스 방정식을 따르면서 최적 반응 온도가 약 50℃ - 55℃임을 나타낸다(도 15의 패널 B). 단일 효소 Cgipe 및 PaiolI를 함께 사용했을 경우와 비슷한 반응속도를 보였으며, 동일 온도에서 약간 더 열에 안정한 것으로 나타났으나 큰 차이는 보이지 않았다. 결과적으로 링커를 이용하여 융합할 경우 각각의 효소를 사용하는 것과 유사한 반응 속도를 보였으므로, 효소반응법에서는 융합 효소를 이용하는 것이 효율적일 것으로 판단하였다.
In the present invention, an imidazole was excessively introduced during the purification process, and the imidazole was dialyzed to remove the imidazole from the purified enzyme in anticipation of affecting the activity of the enzyme. Dialysis was performed only for pET15b-CPFMLPI that produced D-cairo-inositol most rapidly in the results of Example 13 (see Fig. 14). The dialyzed solution was dialyzed against an enzyme solution (50 mM Tris-HCl, pH = 8.0, 1 mM MgSO 4 , pH 8.0) except for the substrate and NAD, after the final eluted enzyme solution was added to the spectral dialysis membrane (Spectra / Por 1 dialysis tubing, 6-8K MWCO) , 0.1 mM MnSO4), stirred, and incubated for about 24-48 hours with 6-8 hours replacement of the enzyme reaction buffer. The enzyme was removed from the imidazole by dialysis and the reaction rate was measured by the reaction temperature. Fusion enzyme was administered at 0.5 mg / mL and coenzyme at 1 mM, and the substrate, myo-inositol, was 10%. The productivity of D-chiro-inositol was confirmed by reaction at reaction temperatures of 25 ° C, 30 ° C, 37 ° C, 42 ° C, 47 ° C, 50 ° C, 55 ° C and 65 ° C. The results are shown in Fig. Similar to the case of using unfused single enzyme Cgipe and PaiolI, the reaction rate increased as the reaction temperature was increased up to 55 ° C, and the reaction rate was greatly decreased at 65 ° C (panel A of FIG. This follows the Arrhenius equation of state equation between typical enzyme and reaction temperature, indicating that the optimal reaction temperature is about 50 ° C to 55 ° C (panel B in Figure 15). The reaction rates were similar to those of the single enzymes Cgipe and PaiolI, and were slightly more thermally stable at the same temperature, but no significant difference was observed. As a result, when the fusion was performed using the linker, the reaction rate was similar to that of using the respective enzymes. Therefore, it was judged that fusion enzyme was effective in the enzyme reaction method.

실시예Example 15: 융합효소  15: fusion enzyme CPFMLPICPFMLPI of 열안정성Thermal stability 조사  Research

융합효소 CPFMLPI의 열에 대한 안정성을 확인하였다. 효소를 특정 온도에서 일정시간 방치한 후 이를 이용하여 일정시간 반응하고 D-카이로-이노시톨의 생산성 및 반응 속도를 측정하였다. 열에 노출하지 않은 효소를 이용한 반응군(0시간 반응군)을 대조구로 하고, 각각 4℃, 37℃, 42℃, 47℃, 50℃, 55℃, 65℃에서 2, 6, 12, 24 시간 동안 노출한 효소를 이용하여 약 7시간 반응하였으며, 결과는 도 16에 나타내었다. 약 55℃까지는 24 시간 노출하여도 비교적 안정한 반응을 하며 실활율이 20% 이하로 유지되는 것으로 나타났으며, 65℃에서는 노출 후 급격히 실활되는 것으로 나타났다. 이로서 융합효소 CPFMLPI는 기존 효소 Cgiep와 PaiolI를 함께 사용하는 것보다 10℃ 이상의 열에 장시간 노출해도 안정한 것으로 보인다. 즉, 이는 효소를 각각 사용할 때 보다 융합했을 경우 효소 안정성이 증가되었다는 의미이며, 이를 실제 생산시에 적용할 경우 정제된 효소의 이용효율을 높일 수 있을 것으로 예상된다. 또한 융합효소 CPFMLPI는 발현 및 정제 과정에서 기존 두 가지 효소를 따로 사용할 때 보다 시간과 비용을 절반으로 줄일 수 있으므로, 매우 효율적일 것으로 기대된다. The heat stability of the fusion enzyme CPFMLPI was confirmed. The enzyme was allowed to stand at a certain temperature for a certain time and reacted for a predetermined time to measure the productivity and the reaction rate of D-cairo-inositol. The reaction was carried out at 4, 37, 42, 47, 50, 55 and 65 ℃ for 2, 6, 12 and 24 hours, respectively. The reaction was carried out for about 7 hours using the enzyme exposed during the reaction, and the results are shown in FIG. The reaction was relatively stable even after 24 hours of exposure to about 55 ° C, and the activity rate remained below 20%. It was rapidly inactivated after exposure at 65 ° C. Thus, the fusion enzyme CPFMLPI appears to be stable even after prolonged exposure to heat at a temperature of 10 ° C or higher, compared with the use of the existing enzyme Cgiep and PaiolI. That is, it means that the enzyme stability is increased when the enzyme is fused more than when each enzyme is used, and it is expected that the use efficiency of the purified enzyme can be increased when it is applied in actual production. In addition, the fusion enzyme CPFMLPI is expected to be very efficient because it can reduce the time and cost in half in the expression and purification processes when using the two existing enzymes separately.

상기 실시예 들에서 정제된 효소의 반응 속도는 37℃, 1 mM NAD의 조건에서 첨가한 효소의 중량(500 ㎍)을 기준으로 하였을 경우 단독 효소는 54.6 mM/시간, 융합 효소는 71.2 mM/시간의 속도를 나타냈으며, 효소의 몰 농도를 기준으로 할 경우, 단독 효소는 3.7 mM/nM Enzymes/시간 이며, 융합효소를 사용하였을 경우 9.9 mM/nM Enzymes/시간으로 나타나, 단위 시간당 반응속도는 융합효소가 높은 것으로 나타났다. In the above examples, the reaction rate of the purified enzyme was 54.6 mM / hr for the single enzyme and 71.2 mM / hr for the fusion enzyme, based on the weight of the enzyme (500 μg) added at 37 ° C and 1 mM NAD The enzyme activity was 3.7 mM / nM Enzymes / hour for the enzyme, and 9.9 mM / nM Enzymes / hour for the fusion enzyme, based on the molar concentration of the enzyme. Enzyme was found to be high.

실시예Example 16: 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 용해도 측정  16: Solubility measurement of myo-inositol and D-chiro-inositol

마이오-이노시톨(myo-inositol)과 D-카이로-이노시톨(D-chiro-inositol)의 용해도를 측정하였다. 먼저 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨을 상온(약 25℃)에서 1차 증류수에 각각 5%(w/v) 내지 80%(w/v)의 농도가 되도록 용해시켰다. 각 용액에서 용해되지 않고 침전된 부분을 원심분리를 통하여 분리하고 이노시톨이 완전히 용해된 상층액 부분을 취하여 각각의 농도를 HPLC로 분석하였다. 분석조건은 HPLC(Shimadzu LC10Avp)를 이용하여, Kromasil 5NH2 칼럼(4.6 mm X 250 mm), 이동상 75% 아세토니트릴, 칼럼 온도 40℃, RI 검출기를 이용하였다. 그 결과는 도 17에 나타내었다. 마이오-이노시톨의 용해도는 25℃에서 약 15%(w/v)로 나타났으며, D-카이로-이노시톨의 경우 약 55%(w/v) 전후로 나타나, 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 용해도 차이가 매우 큰 것으로 확인하였다.
The solubilities of myo-inositol and D-chiro-inositol were measured. First, the myo-inositol and the D-chiro-inositol were dissolved in the primary distilled water at a room temperature (about 25 ° C.) to a concentration of 5% (w / v) to 80% (w / v). The undissolved portions of each solution were separated by centrifugation, and the supernatant fraction in which the inositol was completely dissolved was analyzed for each concentration by HPLC. The analytical conditions were as follows: Kromasil 5NH2 column (4.6 mm X 250 mm), mobile phase 75% acetonitrile, column temperature 40 ° C, RI detector using HPLC (Shimadzu LC10Avp). The results are shown in Fig. The solubility of myo-inositol was about 15% (w / v) at 25 ° C and about 55% (w / v) for D-chiro-inositol, It was confirmed that the solubility difference of inositol was very large.

실시예Example 17: 마이오-이노시톨의 분리를 위한 1차 에탄올 처리  17: Primary ethanol treatment for the separation of myo-inositol

효소 반응이 완료된 효소 반응 완충액에는 50 mM Tris-HCl (pH8.0), 1 mM MgSO4, 0.1 mM MnSO4, 0.5 mM NAD 12.9%(w/v) 마이오-이노시톨, 2.1%(w/v) D-카이로-이노시톨이 포함되어 있다. 상기 효소 반응 완충액에 에탄올을 가하여, 반응 완충액 : 에탄올의 비율이 각각 10:0, 9:1(0.11배), 8:2(0.25배), 7:3(0.43배), 6:4(0.67배), 5:5(1배), 4:6(1.5배), 3:7(2.33배), 2:8(4배), 1:9(9배)로 되도록 하여 완전히 혼합한 후 실온(약 25℃)에서 1시간 동안 진탕하였다. 이를 3,500 rpm에서 30분간 원심분리한 후 상층액을 취하여 HPLC로 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 농도를 분석하였다. The enzymatic reaction buffer containing 50 mM Tris-HCl (pH 8.0), 1 mM MgSO 4 , 0.1 mM MnSO 4 , 0.5 mM NAD 12.9% (w / v) ) D-chiro-inositol. Ethanol was added to the enzyme reaction buffer so that the ratio of the reaction buffer and ethanol was 10: 0, 9: 1 (0.11), 8: 2 (0.25), 7: 3 (0.43) (4 times), 1: 9 (9 times), and the mixture was mixed thoroughly at room temperature (About 25 < 0 > C) for 1 hour. After centrifugation at 3,500 rpm for 30 minutes, the supernatant was taken and the concentration of myo-inositol and D-chiro-inositol was analyzed by HPLC.

농도 분석 결과는 도 18, 도 19, 및 도 20에 나타내었다. 도 18은 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 에탄올 첨가한 후 생성된 침전물을 제거하여 얻은 상층액내에 남아있는 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 농도를 나타낸 것이다. 마이오-이노시톨의 경우, 에탄올 첨가량에 따라 농도가 빠르게 감소하여, 약 1 배수의 에탄올을 첨가한 경우 마이오-이노시톨은 초기 126 g/L 농도로부터 약 99 g/L이 침전되어 약 27 g/L의 마이오-이노시톨이 남아 있는 것으로 나타났다. 이에 비해, D-카이로-이노시톨의 감소량은 매우 낮아서 약 1 배수의 에탄올을 첨가하면 초기 17 g/L의 농도에서 15 g/L으로 감소되어 약 2 g/L만이 침전되는 것으로 나타났다. The results of the concentration analysis are shown in Figs. 18, 19, and 20. 18 shows the concentrations of the myo-inositol and the D-chiro-inositol remaining in the supernatant obtained by removing precipitates formed after adding ethanol to the enzyme reaction buffer after the reaction was completed. In the case of myo-inositol, the concentration rapidly decreased according to the amount of ethanol added, and when about one-fold of ethanol was added, about 99 g / L was precipitated from the initial 126 g / L concentration to about 27 g / L of myo-inositol. In contrast, the reduction of D-chiro-inositol is very low, and when approximately one-fold of ethanol is added, it decreases to 15 g / L at the initial concentration of 17 g / L, indicating that only about 2 g / L is precipitated.

상기 도 18에 나타난 결과를 침전율로 환산하여 도 19에 나타내었다. 마이오-이노시톨의 침전율은 에탄올 첨가량에 따라 급격히 증가하였으며, 1 배수의 에탄올을 첨가하였을 때 모든 반응액 조건에서 비교적 유사하게 70-80%의 침전율을 보였고, 약 2.5 배 이상의 에탄올 첨가 조건에서는 대부분의 마이오-이노시톨이 침전되는 것을 확인하였다. 이에 반하여 D-카이로-이노시톨의 침전율은 약 1 배의 에탄올을 첨가할 때까지는 약 15% 이하의 침전율을 보였으며, 2배 이상의 에탄올을 첨가한 경우 침전율이 비교적 크게 증가하였다. The result shown in FIG. 18 is converted into the sedimentation rate and shown in FIG. The precipitation rate of myo - inositol increased rapidly with the addition of ethanol. When 1 - fold ethanol was added, the precipitation rate of 70 - 80% was comparatively similar under all reaction conditions. It was confirmed that the myo-inositol precipitated. In contrast, the precipitation rate of D-cairo-inositol was about 15% or less until about 1-fold ethanol was added, and the precipitation rate of D-cairo-inositol was remarkably increased when ethanol was added twice or more.

상기 도 18 및 도 19에 나타난 실험 결과를 토대로 D-카이로-이노시톨의 순도를 계산하여 도 20에 나타내었다. D-카이로-이노시톨의 순도는 1 배수의 에탄올을 첨가하였을 경우 약 35 - 40% 정도로 나타났으며, 그 이상의 양의 에탄올을 첨가하면 순도가 증가하지만, D-카이로-이노시톨의 손실율이 커지는 것으로 나타났다. The purity of D-cairo-inositol was calculated based on the experimental results shown in Figs. 18 and 19 and is shown in Fig. The purity of D-chiro-inositol was about 35-40% when ethanol was added at a ratio of 1: 1, and when the amount of ethanol was more than that, the purity increased but the loss ratio of D-chiro-inositol increased .

이상의 결과를 종합하면, 약 1 배수의 에탄올을 첨가할 경우 약 80%의 마이오-이노시톨이 침전되고, 이때 D-카이로-이노시톨의 침전율, 즉 손실율은 15% 이하로 나타났으며, 초기 14% 정도이었던 D-카이로-이노시톨의 순도를 약 30-40%로 증가시킬 수 있었다. 한편, 에탄올 첨가량이 1 배수를 초과할 경우 D-카이로-이노시톨의 침전율(손실율)이 급격히 증가므로, 약 1 배수의 에탄올을 첨가하는 경우 D-카이로-이노시톨의 손실율을 최소로 하면서 마이오-이노시톨을 침전시켜 분리 및 제거할 수 있는 것으로 확인되었다.
In conclusion, about 80% of myo-inositol precipitates when about 1-fold of ethanol is added. At this time, the settling rate of D-chiro-inositol is below 15% The purity of D-chiro-inositol was increased to about 30-40%. On the other hand, when the amount of ethanol added exceeds 1, the precipitation rate (loss ratio) of D-chiro-inositol rapidly increases. Therefore, when ethanol is added in an amount of about one-fold, Can be separated and removed by precipitation.

실시예Example 18 : 1차 에탄올 처리 후  18: After primary ethanol treatment 상층액의Supernatant 농축 건조 및 재용해  Concentrated drying and reuse

상기 실시예 17에서 설명된 방법과 같이, 효소 반응이 완료된 반응 완충액에 동량(1:1)의 에탄올을 혼합한 후 침전물을 제거하여 얻은 상층액을 80℃로 가열하고 진공 상태에서 농축 및 건조하였다. 건조 후 얻은 이노시톨의 건조 분말(마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 혼합 분말)을 15% - 70%의 다양한 농도로 증류수에 용해시켜 각 농도에서의 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 용해 특성을 관찰하였다. (1: 1) ethanol was mixed with the reaction buffer after the enzyme reaction was completed, and the precipitate was removed. The supernatant obtained by heating was heated to 80 ° C, concentrated under vacuum, and dried . The dried powder of inositol (mixed powder of myo-inositol and D-chiro-inositol) obtained after drying was dissolved in distilled water at various concentrations of 15% to 70% to prepare a mixture of myo-inositol and D-cairo- Were observed.

마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 용해특성을 분석한 결과는 도 21에 나타내었다. 도 21의 패널 A는 상층액에서 각 이노시톨의 농도, 즉 용해도를 나타낸 것으로 마이오-이노시톨 용해도는 상기 실시예 16에서 나타난 바와 같이 약 15% 이상으로는 더 증가하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 한편, D-카이로-이노시톨의 경우 용해도가 약 55% 이므로 건조분말을 70% 농도로 용해시킨 경우에서도 모든 D-카이로-이노시톨이 용해된 것을 확인할 수 있었다. 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 용해특성을 용해도와 침전율로 표시한 결과는 각각 도 21의 패널 B와 패널 C에 나타내었다. 마이오-이노시톨은 약 20% 용액부터 용해도가 감소하기 시작하여 용액의 농도가 증가할수록 계속적으로 감소하였고, 침전율은 용액의 농도가 증가함에 따라 증가하였다. D-카이로-이노시톨의 경우 용해도는 용액의 농도가 70%인 경우에 이르기까지 100%을 유지하였으며, 이에 따라 침전율도 0%로서 전혀 침전되지 않는 것으로 나타났다. 결론적으로 최대 70% 용액을 제조하는 경우 마이오-이노시톨은 15%만이 용해되었고, D-카이로-이노시톨은 모두 용해되었으므로, D-카이로-이노시톨의 경우 순도는 약 73% 정도인 것으로 나타났다(도 21의 패널 D).
The results of analysis of dissolution characteristics of myo-inositol and D-cairo-inositol are shown in Fig. 21 shows the concentration or solubility of each inositol in the supernatant, and it was confirmed that the solubility of myo-inositol did not increase more than about 15% as shown in Example 16 above. On the other hand, since D-cairo-inositol has a solubility of about 55%, it was confirmed that all the D-cairo-inositol was dissolved even when the dry powder was dissolved at a concentration of 70%. The dissolution characteristics of the myo-inositol and the D-cairo-inositol as solubility and sedimentation rate are shown in Panel B and Panel C of FIG. 21, respectively. The solubility of the myo - inositol began to decrease from about 20% solution, and it decreased continuously as the solution concentration increased. The precipitation rate increased with increasing solution concentration. In the case of D-chiro-inositol, the solubility was maintained at 100% until the concentration of the solution was 70%, indicating that the sedimentation rate was 0% and that no precipitation occurred at all. In conclusion, when the maximum 70% solution was prepared, only 15% of the myo-inositol was dissolved and the purity of the D-chiro-inositol was about 73% since D-chiro-inositol was completely dissolved Panel D).

실시예Example 19 : 저농도의 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 혼합 건조물 용액에 2차 에탄올을 처리한 경우의 정제 특성  19: Purification characteristics when secondary ethanol was treated with a mixed solution of low concentration of myo-inositol and D-cairo-inositol

상기 실시예 17에서 설명된 방법과 같이, 반응이 완료된 효소 반응 완충액에 동량(1:1)의 에탄올을 혼합한 후 침전물을 제거하여 얻은 상층액을 80℃로 가열하고 진공 상태에서 농축 및 건조하였다. 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 혼합 건조물을 저농도인 15% 이하 농도의 용액으로 제조하여 여기에 에탄올을 첨가하는 실험을 수행하였다. 1차 에탄올 처리 후 상층액의 건조분말이 완전히 녹는 양의 물을 첨가하여 용해시켰으며, 이때 총 이노시톨 함량으로 약 11.5%가 되었고, 각각의 농도는 마이오-이노시톨 75 g/L 및 D-카이로-이노시톨 40 g/L 이었다. 이 혼합용액에 에탄올을 최대 19배 까지 첨가하면서 침전 및 분리 양상을 확인하였다. 그 결과는 도 22에 나타내었다. 도 22의 패널 A는 에탄올 첨가 후 상층액의 농도를 나타낸 것이며, 마이오-이노시톨의 경우 약 1 배수의 에탄올을 첨가할 때까지 큰 변화가 없었으나, 1.5 배의 에탄올이 첨가되면 절반 이상의 마이오-이노시톨이 침전되는 것으로 나타났다. 이에 반하여 D-카이로-이노시톨은 1.5 배수의 에탄올에서 약간 침전되는 것으로 나타났으며, 이후에도 침전량이 크게 증가되지는 않았다. 도 22의 패널 B는 침전율을 나타낸 것이며, 마이오-이노시톨의 경우 약 9배의 에탄올을 첨가할 경우 90% 이상 침전되었으며, 이때 D-카이로-이노시톨의 침전율은 약 20%인 것으로 나타났다. 따라서 약 9 배 양의 에탄올을 첨가하면 대부분의 마이오-이노시톨을 제거하면서 D-카이로-이노시톨 손실율을 20% 이하로 줄일 수 있고, D-카이로-이노시톨의 순도를 90% 이상으로 정제 가능하였다(도 22 패널 C 참조).
The same amount of ethanol as in Example 17 was added to the reaction buffer, and the supernatant was removed from the supernatant. The supernatant was heated to 80 ° C, concentrated under vacuum, and dried . An experiment was conducted in which a mixed dried product of myo-inositol and D-cairo-inositol was prepared as a solution having a low concentration of 15% or less and ethanol was added thereto. After the first ethanol treatment, the total amount of inositol was about 11.5%, and the concentrations of the myo-inositol were 75 g / L and D-Cairo - Inositol was 40 g / L. Ethanol was added to the mixed solution up to 19 times, and precipitation and separation patterns were confirmed. The results are shown in Fig. 22 shows the concentration of the supernatant after the addition of ethanol. In the case of the myo-inositol, no significant change was observed until about one-fold increase in the amount of ethanol, but when 1.5-fold increase in ethanol was added, - Inositol was found to precipitate. On the contrary, D-cairo-inositol was found to precipitate slightly in 1.5 times of ethanol, and the sedimentation did not increase much after that. Panel B of FIG. 22 shows the sedimentation rate. In the case of the myo-inositol, about 9% of ethanol was added to precipitate more than 90% of the precipitate, and the precipitation rate of D-chiro-inositol was about 20%. Therefore, the addition of about 9 times the amount of ethanol can reduce the D-chiro-inositol loss rate to 20% or less while removing most of the myo-inositol, and purify the D-cairo-inositol purity to 90% or more See Figure 22, panel C).

실시예Example 20: 에탄올 이외의 유기용매에 의한 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 선택적 침전  20: Selective precipitation of myo-inositol and D-chiro-inositol by an organic solvent other than ethanol

상기 실시예 16 내지 실시예 19의 실험결과로부터 효소 반응 완충액에 함유된 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨은 이들의 큰 용해도 차이에 의해 에탄올을 이용한 분리가 가능함을 확인하였다. 2개의 탄소를 갖는 에탄올 이외의 다른 유기용매에 의해서도 이러한 분리가 가능한지 확인하기 위해 탄소수 3개의 알코올인 이소프로판올과 케톤인 아세톤을 이용하여 분리를 시도하였다. 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 혼합용액 제조 시, 마이오-이노시톨 및 D-카이로-이노시톨의 비율은 일반적인 반응평형 도달 농도인 약 13:2로 하였으며, M9 최소배지 조건 (효소 반응 완충액 조건)으로 전체 농도가 약 15%가 되도록 제조하였다. 제조한 이노시톨이 첨가된 효소반응 완충액에 동일부피의 에탄올, 이소프로판올, 아세톤을 첨가하여 실온에서 1시간 동안 진탕한 후 원심분리하고, 그 상층액을 HPLC로 분석하였다. 결과는 도 23에 나타내었다. 도 23의 패널 A는 실제 상층액에 존재하는 이노시톨의 농도를 나타낸 것이다. 마이오-이노시톨의 경우 에탄올과 이소프로판올에서는 큰 차이가 없었으나, 아세톤에서는 유의성 있게 감소하는 것으로 나타났다. D-카이로-이노시톨의 경우 역시 에탄올과 이소프로판올이 비슷한 반면 아세톤의 경우에는 유기용매를 처리하지 않았던 농도와 같게 나타나 전혀 침전되지 않은 것으로 나타났다. 즉, 이소프로판올은 에탄올과 비교할 때 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 침전율은 큰 차이가 없었고, 아세톤은 마이오-이노시톨에 대한 침전율이 약간 더 높고, D-카이로-이노시톨의 손실율이 적은 것으로 보인다. 이는 에탄올의 침전율에 대한 상대값을 나타낸 도 23의 패널 B에서 쉽게 볼 수 있다. 즉, 이소프로판올은 에탄올에 대하여 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨이 각각 1.0과 0.9 값으로 큰 차이가 없으며, 아세톤은 마이오-이노시톨의 침전율이 약 1.1로 높으며, D-카이로-이노시톨에 대해서는 약 0.1로 수준이 낮은 것으로 나타났다. 따라서 에탄올 이외의 유기용매가 에탄올과 같이 마이오-이노시톨과 D-카이로-이노시톨의 분리에 사용할 수 있는 것을 확인하였으며, 아세톤의 경우 에탄올에 비해 그 분리 특성이 유리하다는 사실을 확인하였다.
From the results of the experiments of Examples 16 to 19, it was confirmed that the separation of the myo-inositol and the D-chiro-inositol contained in the enzyme reaction buffer can be carried out using ethanol because of their large solubility differences. Separation was attempted using isopropanol which is a three carbon alcohol and acetone which is a ketone in order to confirm whether this separation is possible by other organic solvents other than ethanol having two carbon atoms. In the preparation of the mixed solution of myo-inositol and D-chiro-inositol, the ratio of the myo-inositol and the D-chiro-inositol was about 13: 2, which is the normal concentration reached to the reaction equilibrium. Condition), so that the total concentration was about 15%. The same volume of ethanol, isopropanol and acetone was added to the enzyme reaction buffer to which the inositol was added. The mixture was shaken at room temperature for 1 hour, centrifuged, and the supernatant was analyzed by HPLC. The results are shown in Fig. Panel A of FIG. 23 shows the concentration of inositol present in the actual supernatant. In the case of myo - inositol, ethanol and isopropanol were not significantly different, but acetone showed a significant decrease. In the case of D-chiro-inositol, ethanol and isopropanol were similar, whereas acetone showed the same concentration as that of the organic solvent. That is, there was no significant difference in the precipitation rate between the myo-inositol and the D-chiro-inositol when compared to ethanol, and the acetone had a slightly higher sedimentation rate to the myo-inositol and a lower loss rate of the D-chiro-inositol see. This is easily seen in Panel B of FIG. 23, which shows relative values for the precipitation rate of ethanol. That is, isopropanol had no significant difference in the values of 1.0 and 0.9 between myo-inositol and D-chiro-inositol with respect to ethanol, and the sedimentation rate of myo-inositol was about 1.1 higher than that of acetone with respect to ethanol. And the level was about 0.1. Therefore, it has been confirmed that an organic solvent other than ethanol can be used for the separation of myo-inositol and D-chiro-inositol like ethanol, and the separation characteristics of acetone are more advantageous than that of ethanol.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

<110> Solgent Co. Ltd. <120> Method for Producing D-Chiro-Inositol From Myo-Inositol Using In Vitro Enzyme Reaction <160> 21 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 335 <212> PRT <213> Corynebacterium glutamicum <400> 1 Met Thr Leu Arg Ile Ala Leu Phe Gly Ala Gly Arg Ile Gly His Val 1 5 10 15 His Ala Ala Asn Ile Ala Ala Asn Pro Asp Leu Glu Leu Val Val Ile 20 25 30 Ala Asp Pro Phe Ile Glu Gly Ala Gln Arg Leu Ala Glu Ala Asn Gly 35 40 45 Ala Glu Ala Val Ala Ser Pro Asp Glu Val Phe Ala Arg Asp Asp Ile 50 55 60 Asp Gly Ile Val Ile Gly Ser Pro Thr Ser Thr His Val Asp Leu Ile 65 70 75 80 Thr Arg Ala Val Glu Arg Gly Ile Pro Ala Leu Cys Glu Lys Pro Ile 85 90 95 Asp Leu Asp Ile Glu Met Val Arg Ala Cys Lys Glu Lys Ile Gly Asp 100 105 110 Gly Ala Ser Lys Val Met Leu Gly Phe Asn Arg Arg Phe Asp Pro Ser 115 120 125 Phe Ala Ala Ile Asn Ala Arg Val Ala Asn Gln Glu Ile Gly Asn Leu 130 135 140 Glu Gln Leu Val Ile Ile Ser Arg Asp Pro Ala Pro Ala Pro Lys Asp 145 150 155 160 Tyr Ile Ala Gly Ser Gly Gly Ile Phe Arg Asp Met Thr Ile His Asp 165 170 175 Leu Asp Met Ala Arg Phe Phe Val Pro Asn Ile Val Glu Val Thr Ala 180 185 190 Thr Gly Ala Asn Val Phe Ser Gln Glu Ile Ala Glu Phe Asn Asp Tyr 195 200 205 Asp Gln Val Ile Val Thr Leu Arg Gly Ser Lys Gly Glu Leu Ile Asn 210 215 220 Ile Val Asn Ser Arg His Cys Ser Tyr Gly Tyr Asp Gln Arg Leu Glu 225 230 235 240 Ala Phe Gly Ser Lys Gly Met Leu Ala Ala Asp Asn Ile Arg Pro Thr 245 250 255 Thr Val Arg Lys His Asn Ala Glu Ser Thr Glu Gln Ala Asp Pro Ile 260 265 270 Phe Asn Phe Phe Leu Glu Arg Tyr Asp Ala Ala Tyr Lys Ala Glu Leu 275 280 285 Ala Thr Phe Ala Gln Gly Ile Arg Asp Gly Gln Gly Phe Ser Pro Asn 290 295 300 Phe Glu Asp Gly Val Ile Ala Leu Glu Leu Ala Asn Ala Cys Leu Glu 305 310 315 320 Ser Ala Gln Thr Gly Arg Thr Val Thr Leu Asn Pro Ala Asn Val 325 330 335 <210> 2 <211> 273 <212> PRT <213> Pantoea ananatis <400> 2 Met Thr Ile Ala Ala Glu Arg Phe Cys Ile Asn Arg Lys Ile Ala Pro 1 5 10 15 Ser Leu Ser Ile Glu Ala Phe Phe Arg Leu Val Asn Gly Leu Gly Leu 20 25 30 Asn Lys Val Glu Leu Arg Asn Asp Leu Pro Ser Gly Asn Val Met Asp 35 40 45 Asn Leu Ser Ala Ala Gln Val Cys Ala Leu Ala Glu Arg Tyr Gly Ile 50 55 60 Asp Ile Ile Thr Ile Asn Ala Val Tyr Pro Phe Asn Gln Arg Thr Glu 65 70 75 80 Gln Val Arg Gln Leu Thr Glu Ser Leu Leu Ala Asp Ala Lys Ala Val 85 90 95 Gly Ala Arg Ser Leu Val Leu Cys Pro Leu Asn Asp Gly Ser Ser Val 100 105 110 Ala Pro Glu Val Thr Leu Asn Ala Leu Arg Asp Leu Ala Pro Leu Phe 115 120 125 Ala Thr Tyr Gly Ile Thr Gly Leu Val Glu Pro Leu Gly Phe Pro Gln 130 135 140 Ser Ser Leu Arg Ser Ala Ala Gln Ala Gln Lys Leu Ile Arg Asp Ala 145 150 155 160 His Val Pro Phe Lys Leu Leu Ile Asp Thr Phe His His His Leu Tyr 165 170 175 Pro Asp Ala Asp Ala Glu Phe Ser Gln Val Asp Ile Ala Gln Ile Gly 180 185 190 Leu Val His Leu Ser Gly Val Glu Asp Lys Arg Pro Arg Glu Ser Leu 195 200 205 Thr Asp Ala Glu Arg Ile Met Leu Thr Pro Glu Asp Arg Leu Phe Thr 210 215 220 Cys Arg Gln Val Lys Gln Leu Glu Glu Arg Gly Tyr Lys Gly Ile Tyr 225 230 235 240 Ala Phe Glu Pro Phe Ala Pro Glu Leu Ala Asp Trp Asp Glu Asn Lys 245 250 255 Ile Gln His Glu Ile Lys Asn Ser Ile Gln Leu Ile Gln His Ser Leu 260 265 270 Lys <210> 3 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 3 cgacatatga ctcttcgtat cgcccttttc g 31 <210> 4 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 4 cgaggatcct taaagcttaa cgttggcagg gttgagggtg 40 <210> 5 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 5 cgacatatga ccatcgccgc agaacg 26 <210> 6 <211> 47 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 6 cgaggatcct tactcgagct tcaaggaatg ttgaatcagt tggatgc 47 <210> 7 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peptide Linker <400> 7 Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly 1 5 10 <210> 8 <211> 8 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peptide Linker <400> 8 Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly 1 5 <210> 9 <211> 4 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peptide Linker <400> 9 Gly Gly Ser Gly 1 <210> 10 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 10 cgatcatgac tcttcgtatc gcccttttcg 30 <210> 11 <211> 78 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 11 cgttctgcgg cgatggtcat accagaacca ccaccagaac caccaccaga accaccaacg 60 ttggcagggt tgagggtg 78 <210> 12 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 12 gcagtcgact tacttcaagg aatgttgaat tagttggatg c 41 <210> 13 <211> 66 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 13 cgttctgcgg cgatggtcat accagaacca ccaccagaac caccaacgtt ggcagggttg 60 agggtg 66 <210> 14 <211> 54 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 14 cgttctgcgg cgatggtcat accagaacca ccaacgttgg cagggttgag ggtg 54 <210> 15 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 15 cgtcatatga ccatcgccgc agaacg 26 <210> 16 <211> 89 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 16 cgaaaagggc gatacgaaga gtcataccag aaccaccacc agaaccacca ccagaaccac 60 ccttcaagga atgttgaatc agttggatg 89 <210> 17 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 17 gctagatctt aaacgttggc agggttgagg gtg 33 <210> 18 <211> 77 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 18 cgaaaagggc gatacgaaga gtcataccag aaccaccacc agaaccaccc ttcaaggaat 60 gttgaatcag ttggatg 77 <210> 19 <211> 65 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 19 cgaaaagggc gatacgaaga gtcataccag aaccaccctt caaggaatgt tgaatcagtt 60 ggatg 65 <210> 20 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 20 cgacatatga ctcttcgtat cgcccttttc g 31 <210> 21 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 21 gcaggatcct tagtcgacct tcaaggaatg ttgaattag 39 <110> Solgent Co. Ltd. <120> Method for Producing D-Chiro-Inositol From Myo-Inositol Using In          Vitro Enzyme Reaction <160> 21 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 335 <212> PRT <213> Corynebacterium glutamicum <400> 1 Met Thr Leu Arg Ile Ala Leu Phe Gly Ala Gly Arg Ile Gly His Val   1 5 10 15 His Ala Ala Asn Ile Ala Ala Asn Pro Asp Leu Glu Leu Val Val Ile              20 25 30 Ala Asp Pro Phe Ile Glu Gly Ala Gln Arg Leu Ala Glu Ala Asn Gly          35 40 45 Ala Glu Ala Val Ala Ser Pro Asp Glu Val Phe Ala Arg Asp Asp Ile      50 55 60 Asp Gly Ile Val Ile Gly Ser Pro Thr Ser Thr His Val Asp Leu Ile  65 70 75 80 Thr Arg Ala Val Glu Arg Gly Ile Pro Ala Leu Cys Glu Lys Pro Ile                  85 90 95 Asp Leu Asp Ile Glu Met Val Arg Ala Cys Lys Glu Lys Ile Gly Asp             100 105 110 Gly Ala Ser Lys Val Met Leu Gly Phe Asn Arg Arg Phe Asp Pro Ser         115 120 125 Phe Ala Ala Ile Asn Ala Arg Val Ala Asn Gln Glu Ile Gly Asn Leu     130 135 140 Glu Gln Leu Val Ile Ile Ser Arg Asp Pro Ala Pro Ala Pro Lys Asp 145 150 155 160 Tyr Ile Ala Gly Ser Gly Gly Ile Phe Arg Asp Met Thr Ile His Asp                 165 170 175 Leu Asp Met Ala Arg Phe Phe Val Pro Asn Ile Val Glu Val Thr Ala             180 185 190 Thr Gly Ala Asn Val Phe Ser Gln Glu Ile Ala Glu Phe Asn Asp Tyr         195 200 205 Asp Gln Val Ile Val Thr Leu Arg Gly Ser Lys Gly Glu Leu Ile Asn     210 215 220 Ile Val Asn Ser Arg His Cys Ser Tyr Gly Tyr Asp Gln Arg Leu Glu 225 230 235 240 Ala Phe Gly Ser Lys Gly Met Leu Ala Ala Asp Asn Ile Arg Pro Thr                 245 250 255 Thr Val Arg Lys His Asn Ala Glu Ser Thr Glu Gln Ala Asp Pro Ile             260 265 270 Phe Asn Phe Phe Leu Glu Arg Tyr Asp Ala Ala Tyr Lys Ala Glu Leu         275 280 285 Ala Thr Phe Ala Gln Gly Ile Arg Asp Gly Gln Gly Phe Ser Pro Asn     290 295 300 Phe Glu Asp Gly Val Ile Ala Leu Glu Leu Ala Asn Ala Cys Leu Glu 305 310 315 320 Ser Ala Gln Thr Gly Arg Thr Val Thr Leu Asn Pro Ala Asn Val                 325 330 335 <210> 2 <211> 273 <212> PRT <213> Pantoea ananatis <400> 2 Met Thr Ile Ala Ala Glu Arg Phe Cys Ile Asn Arg Lys Ile Ala Pro   1 5 10 15 Ser Leu Ser Ile Glu Ala Phe Phe Arg Leu Val Asn Gly Leu Gly Leu              20 25 30 Asn Lys Val Glu Leu Arg Asn Asp Leu Pro Ser Gly Asn Val Met Asp          35 40 45 Asn Leu Ser Ala Ala Gln Val Cys Ala Leu Ala Glu Arg Tyr Gly Ile      50 55 60 Asp Ile Ile Thr Ile Asn Ala Val Tyr Pro Phe Asn Gln Arg Thr Glu  65 70 75 80 Gln Val Arg Gln Leu Thr Glu Ser Leu Leu Ala Asp Ala Lys Ala Val                  85 90 95 Gly Ala Arg Ser Leu Val Leu Cys Pro Leu Asn Asp Gly Ser Ser Val             100 105 110 Ala Pro Glu Val Thr Leu Asn Ala Leu Arg Asp Leu Ala Pro Leu Phe         115 120 125 Ala Thr Tyr Gly Ile Thr Gly Leu Val Glu Pro Leu Gly Phe Pro Gln     130 135 140 Ser Ser Leu Arg Ser Ala Gln Ala Gln Lys Leu Ile Arg Asp Ala 145 150 155 160 His Val Pro Phe Lys Leu Leu Ile Asp Thr Phe His His His Leu Tyr                 165 170 175 Pro Asp Ala Asp Ala Glu Phe Ser Gln Val Asp Ile Ala Gln Ile Gly             180 185 190 Leu Val His Leu Ser Gly Val Glu Asp Lys Arg Pro Arg Glu Ser Leu         195 200 205 Thr Asp Ala Glu Arg Ile Met Leu Thr Pro Glu Asp Arg Leu Phe Thr     210 215 220 Cys Arg Gln Val Lys Gln Leu Glu Glu Arg Gly Tyr Lys Gly Ile Tyr 225 230 235 240 Ala Phe Glu Pro Phe Ala Pro Glu Leu Ala Asp Trp Asp Glu Asn Lys                 245 250 255 Ile Gln His Glu Ile Lys Asn Ser Ile Gln Leu Ile Gln His Ser Leu             260 265 270 Lys     <210> 3 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 3 cgacatatga ctcttcgtat cgcccttttc g 31 <210> 4 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 4 cgaggatcct taaagcttaa cgttggcagg gttgagggtg 40 <210> 5 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 5 cgacatatga ccatcgccgc agaacg 26 <210> 6 <211> 47 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 6 cgaggatcct tactcgagct tcaaggaatg ttgaatcagt tggatgc 47 <210> 7 <211> 12 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peptide Linker <400> 7 Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly   1 5 10 <210> 8 <211> 8 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peptide Linker <400> 8 Gly Gly Ser Gly Gly Gly Ser Gly   1 5 <210> 9 <211> 4 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Peptide Linker <400> 9 Gly Gly Ser Gly   One <210> 10 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 10 cgatcatgac tcttcgtatc gcccttttcg 30 <210> 11 <211> 78 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 11 cgttctgcgg cgatggtcat accagaacca ccaccagaac caccaccaga accaccaacg 60 ttggcagggt tgagggtg 78 <210> 12 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 12 gcagtcgact tacttcaagg aatgttgaat tagttggatg c 41 <210> 13 <211> 66 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 13 cgttctgcgg cgatggtcat accagaacca ccaccagaac caccaacgtt ggcagggttg 60 agggtg 66 <210> 14 <211> 54 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 14 cgttctgcgg cgatggtcat accagaacca ccaacgttgg cagggttgag ggtg 54 <210> 15 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 15 cgtcatatga ccatcgccgc agaacg 26 <210> 16 <211> 89 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 16 cgaaaagggc gatacgaaga gtcataccag aaccaccacc agaaccacca ccagaaccac 60 ccttcaagga atgttgaatc agttggatg 89 <210> 17 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 17 gctagatctt aaacgttggc agggttgagg gtg 33 <210> 18 <211> 77 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 18 cgaaaagggc gatacgaaga gtcataccag aaccaccacc agaaccaccc ttcaaggaat 60 gttgaatcag ttggatg 77 <210> 19 <211> 65 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 19 cgaaaagggc gatacgaaga gtcataccag aaccaccctt caaggaatgt tgaatcagtt 60 ggatg 65 <210> 20 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 20 cgacatatga ctcttcgtat cgcccttttc g 31 <210> 21 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> PCR primer <400> 21 gcaggatcct tagtcgacct tcaaggaatg ttgaattag 39

Claims (23)

다음의 단계를 포함하는 효소반응법을 이용하여 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산하는 방법:
(a) (i) 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제의 융합 단백질, (ⅱ) 조효소로서 NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), 및 (ⅲ) 기질로서 마이오-이노시톨을 포함하는 효소 반응 완충액을 준비하는 단계; 및
(b) 상기 효소 반응 완충액을 반응시켜 D-카이로-이노시톨을 생성시키는 단계.
A method for producing D-chiro-inositol from myo-inositol using an enzymatic reaction method comprising the steps of:
(a) an enzyme reaction buffer solution containing (i) a fusion protein of inositol dehydrogenase and inosose isomerase, (ii) NAD (nicotinamide adenine dinucleotide) as a coenzyme, and (iii) Preparing; And
(b) reacting the enzyme reaction buffer to produce D-chiro-inositol.
제 1 항에 있어서, 상기 효소 반응 완충액내의 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제의 융합 단백질의 농도는 100 - 500 ㎍/㎖ 인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the concentration of the fusion protein of inositol dehydrogenase and inosose isomerase in the enzyme reaction buffer is 100-500 占 퐂 / ml.
제 1 항에 있어서, 상기 효소 반응 완충액내의 NAD의 농도는 0.1 - 2 mM 인 것을 특징으로 하는 방법.
2. The method according to claim 1, wherein the concentration of NAD in the enzyme reaction buffer is 0.1 to 2 mM.
제 1 항에 있어서, 상기 효소 반응 완충액내의 마이오-이노시톨의 농도는 5 - 20 %(w/v)인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1, wherein the concentration of the myo-inositol in the enzyme reaction buffer is 5 - 20% (w / v).
제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b)에서의 효소 반응 온도는 25 - 65℃인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the enzyme reaction temperature in step (b) is 25-65 ° C.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 (a)의 효소반응 완충액은 Tris-HCl, MgSO4, 및 MnSO4를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 1, wherein the enzyme reaction buffer of step (a) is characterized in that further comprising a Tris-HCl, MgSO 4, and MnSO 4.
제 1 항에 있어서, 상기 이노시톨 디하이드로게나아제는 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) 유래 효소인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the inositol dehydrogenase is an enzyme derived from C. Glutamicum.
제 1 항에 있어서, 상기 이노소스 이소머라아제는 판토에아 아나나티스(P. ananatis) 유래 효소인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the inosome isomerase is an enzyme derived from P. ananatis.
제 1 항에 있어서, 상기 융합 단백질은 이노시톨 디하이드로게나아제의 C-말단과 이노소스 이소머라아제의 N-말단이 연결된 형태인 것을 특징으로 하는 방법.
2. The method of claim 1, wherein the fusion protein is a form in which the C-terminus of the inositol dehydrogenase is linked to the N-terminus of the inosomal isomerase.
제 1 항에 있어서, 상기 단계 (b) 이후에 다음의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
(c) 상기 반응이 완료된 효소반응 완충액에 유기용매를 첨가하여 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계;
(d) 상기 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계; 및
(e) 상기 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계.
2. The method of claim 1, further comprising, after step (b), the following steps:
(c) adding an organic solvent to the enzyme reaction buffer to form an inositol precipitate;
(d) separating the supernatant from the resulting inositol precipitate; And
(e) drying the separated supernatant to obtain an inositol powder.
제 10 항에 있어서, 상기 단계 (e) 이후에 다음의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
(f) 상기 단계 (e)에서 얻은 이노시톨 분말을 물에 용해시켜 수용액을 제조하는 단계;
(g) 상기 수용액에 유기용매를 첨가하여 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계;
(h) 상기 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계; 및
(i) 상기 분리한 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계.
11. The method of claim 10, further comprising, after step (e), the following steps:
(f) dissolving the inositol powder obtained in the step (e) in water to prepare an aqueous solution;
(g) adding an organic solvent to the aqueous solution to produce an inositol precipitate;
(h) separating the supernatant from the resulting inositol precipitate; And
(i) drying the separated supernatant to obtain an inositol powder;
제 10 항에 있어서, 상기 단계 (f)에서, 이노시톨 분말을 20%(w/v) 이하의 농도로 물에 용해시키는 것을 특징으로 하는 방법.
11. The method according to claim 10, wherein in step (f), the inositol powder is dissolved in water at a concentration of 20% (w / v) or less.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 제 10 항의 상기 단계 (c)에서의 또는 제 11 항의 상기 단계 (g)에서의 유기용매는 알코올, 아세톤, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 1, 3-부틸렌글리콜 또는 에테르인 것을 특징으로 하는 방법.
The method of claim 10 or 11, wherein the organic solvent in step (c) of claim 10 or in step (g) of claim 11 is selected from the group consisting of alcohols, acetone, ethyl acetate, butyl acetate, Glycol or ether.
제 10 항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 유기용매의 첨가량은 효소 반응 완충액 대비 0.1 - 9배 (v/v)인 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 10, wherein the amount of the organic solvent added in step (c) is 0.1 to 9 times (v / v) of the enzyme reaction buffer.
제 11 항에 있어서, 상기 단계 (g)에서 유기용매의 첨가량은 수용액 대비 1 - 10배(v/v)인 것을 특징으로 하는 방법.
12. The method according to claim 11, wherein the amount of the organic solvent added in step (g) is 1 - 10 times (v / v) relative to the aqueous solution.
제 10 항에 있어서, 상기 단계 (e) 이후에 다음의 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
(f)′ 상기 단계 (e)에서 얻은 이노시톨 분말을 물에 용해시켜 수용액을 제조하고 이노시톨 침전물을 생성시키는 단계;
(g)′ 상기 수용액에서 생성된 이노시톨 침전물로부터 상층액을 분리하는 단계; 및
(h)′ 상기 상층액을 건조시켜 이노시톨 분말을 얻는 단계.
11. The method of claim 10, further comprising, after step (e), the following steps:
(f) dissolving the inositol powder obtained in the step (e) in water to prepare an aqueous solution and producing an inositol precipitate;
(g) separating the supernatant from the inositol precipitate produced in the aqueous solution; And
(h) drying the supernatant to obtain an inositol powder;
제 16 항에 있어서, 상기 단계 (f)′에서, 이노시톨 분말을 20%(w/v) 초과 - 70%(w/v) 이하의 농도로 물에 용해시키는 것을 특징으로 하는 방법.
17. The method of claim 16, wherein in step (f), the inositol powder is dissolved in water at a concentration of greater than 20% (w / v) to less than 70% (w / v).
(a) 이노시톨 디하이드로게나아제와 이노소스 이소머라아제의 융합 단백질; 및 (b) 조효소로서 NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide)를 유효성분으로 포함하는 마이오-이노시톨로부터 D-카이로-이노시톨을 생산하기 위한 용도의 효소 반응 조성물.
(a) a fusion protein of inositol dehydrogenase and inosose isomerase; And (b) an enzyme reaction composition for producing D-chiro-inositol from myo-inositol containing NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) as an active ingredient.
제 18 항에 있어서, 상기 조성물은 (c) 기질로서 마이오-이노시톨을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
19. The composition of claim 18, wherein the composition further comprises (c) a mao-inositol as a substrate.
제 18 항에 있어서, 상기 조성물은 Tris-HCl, MgSO4, 및 MnSO4를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
19. The method of claim 18, wherein the composition is a composition further comprising a Tris-HCl, MgSO 4, and MnSO 4.
제 18 항에 있어서, 상기 이노시톨 디하이드로게나아제는 코리네박테리움 글루타미쿰(C. glutamicum) 유래 효소인 것을 특징으로 하는 조성물.
19. The composition according to claim 18, wherein the inositol dehydrogenase is an enzyme derived from C. Glutamicum.
제 18 항에 있어서, 상기 이노소스 이소머라아제는 판토에아 아나나티스(P. ananatis) 유래 효소인 것을 특징으로 하는 조성물.
19. The composition of claim 18, wherein the inosource isomerase is an enzyme derived from P. ananatis.
제 18 항에 있어서, 상기 융합 단백질은 이노시톨 디하이드로게나아제의 C-말단과 이노소스 이소머라아제의 N-말단을 연결한 형태인 것을 특징으로 하는 조성물.
19. The composition of claim 18, wherein the fusion protein is a form in which the C-terminus of the inositol dehydrogenase is linked to the N-terminus of the inosose isomerase.
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