KR101974220B1 - Codon-Optimized Microbes for Improving the Content of Free Fatty Acids and Preparation Method thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) 스트렙토코커스 피오제네스(Streptococcus pyogenes) 유래의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(acyl-[acyl carrier protein] thioesterase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 대장균(Escherichia coli)에서의 발현에 적합하도록 코돈 최적화(codon-optimization)하여 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열을 수득하는 단계; (b) 상기 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제의 코돈 최적화된 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하여 재조합 벡터를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 재조합 벡터를 대장균에 형질전환하여 재조합 대장균을 제조하는 단계를 포함하는 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 형질전환 대장균의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 대장균으로부터 생산되는 지방산 중 C12:0 및 C14:0의 포화지방산 및 C18:1의 불포화지방산의 생산을 야생형과 비교하여 200-400% 증가시키므로, 바이오에너지 생산의 기초가 될 지방산 생산을 대량 생산하고 친환경적임을 물론이고 경제적으로도 큰 경제력을 갖출 수 있을 것으로 기대된다.The present invention relates to a method for producing (a) a nucleotide sequence encoding an acyl- [acyl carrier protein] thioesterase derived from Streptococcus pyogenes in Escherichia coli Codon-optimizing to be suitable for expression to obtain the nucleotide sequence of the first sequence of Sequence Listing; (b) inserting a codon optimized nucleotide sequence of the acyl- [acyl transfer protein] thioesterase into an expression vector to prepare a recombinant vector; And (c) transforming the recombinant vector into Escherichia coli to produce recombinant Escherichia coli. The present invention further provides a method for producing an Escherichia coli strain expressing an acyl- [acyl transfer protein] thioesterase. The present invention increases the production of C12: 0 and C14: 0 saturated fatty acids and C18: 1 unsaturated fatty acids in the fatty acids produced from E. coli by 200-400% compared to the wild type, It is expected to be mass-produced, eco-friendly, and economically powerful.

Description

유리지방산 함량 개선을 위한 코돈 최적화 균주 및 그의 제조방법{Codon-Optimized Microbes for Improving the Content of Free Fatty Acids and Preparation Method thereof}[0001] The present invention relates to a codon-optimized strain for improving free fatty acid content and a method for producing the same,

본 발명은 유리지방산 함량 개선을 위한 코돈 최적화 균주 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a codon-optimized strain for improving the free fatty acid content and a method for producing the same.

바이오에너지로 대표되어지는 바이오에탄올, 바이오디젤, 바이오가스 및 부탄올에 대한 관심이 증가하고 있지만, 언급된 종류의 바이오에너지 모두 전력생산이나 수송용 연료로 사용될 수 있으나, 실적용 및 생산 방법의 몇몇 단점으로 인해 새로운 신재생에너지 자원인 탄화수소(hydrocarbon) 형태의 화합물에 대한 관심이 증가되고 있다. 현재 상용화되고 있는 탄화수소 화합물을 이용한 바이오디젤은 화학적 방법에 의해 생산되고 있다. 생물학적 방법에 따라 장쇄 지방산(long chain fatty acid)을 대사산물로서 생성할 수 있는 재조합 균주에 대한 관심도 증대되고 있다.Although interest in bioethanol, biodiesel, biogas and butanol represented by bioenergy is increasing, all of the types of bioenergy mentioned can be used as a fuel for power generation or transport, but some disadvantages of practical application and production methods , There is a growing interest in hydrocarbon-based compounds as a new renewable energy resource. Biodiesel using hydrocarbon compounds that are currently being commercialized is produced by chemical methods. Interest in recombinant strains capable of producing long chain fatty acids as metabolic products by biological methods is also increasing.

대장균은 증식속도도 빠르고 유전자 조작이 쉬어 바이오화합물을 비롯하여 바이오에너지 생산에 사용되는 중요한 미생물이다. 그러나 대장균에 포함되어진 바이오디젤의 주요원료인 지방산이 매우 적다. 특히 사이토졸에 생산되어지는 유리지방산(free fatty acid)이 거의 생산되어지지 않는다. 최근 유리지방산 생산을 증가시키기 위해 식물의 유전자 도입으로 지방산을 증진시키는 연구는 많이 되어 왔다(Zhang, Metabolic Engineering 13 (2011) 713722).
Escherichia coli is an important microorganism used for the production of bioenergy, including biochemicals, because it is fast growing and easy to genetically manipulate. However, very little fatty acid is the main raw material of biodiesel contained in E. coli. In particular, free fatty acid produced in cytosol is hardly produced. Recently, a number of studies have been conducted to increase fatty acids by gene transfer of plants to increase free fatty acid production (Zhang, Metabolic Engineering 13 (2011) 713722).

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 안정적이고 효과적으로 지방산 생산성을 증진시키기 위한 재조합 미생물을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 스트렙토코커스 피오제네스(Streptococcus pyogenes)의 지방산 생합성 경로 중 마지막 단계에 관여하는 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(OPsp14)를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열을 대장균 발현에 적합하도록 코돈 최적화(codon-optimization)하여 형질전환시킨 형질전환 대장균의 경우, 지방산 생산이 증가되는 것을 규명함으로써, 본 발명을 완성하였다. The present inventors have sought to develop a recombinant microorganism for enhancing fatty acid productivity stably and effectively. As a result, the nucleotide sequence encoding the acyl- [acyl transport protein] thioesterase ( OPsp14 ) involved in the last stage of the fatty acid biosynthesis pathway of Streptococcus pyogenes was codon optimized -optimization), thereby confirming that the fatty acid production is increased in the case of the transformed E. coli transformed.

따라서, 본 발명의 목적은 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 형질전환 대장균의 제조방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing an acyl- [acyl transfer protein] thioesterase-expressing E. coli.

본 발명의 다른 목적은 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 대장균을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide an Escherichia coli for expressing acyl- [acyl transfer protein] thioesterase.

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

본 발명의 다른 목적은 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 핵산분자를 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a nucleic acid molecule having a nucleotide sequence of the first sequence of the sequence listing.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 (a) 스트렙토코커스 피오제네스(Streptococcus pyogenes) 유래의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(acyl-[acyl carrier protein] thioesterase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 대장균(Escherichia coli)에서의 발현에 적합하도록 코돈 최적화(codon-optimization)하여 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열을 수득하는 단계; (b) 상기 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제의 코돈 최적화된 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하여 재조합 벡터를 제조하는 단계; 및 (c) 상기 재조합 벡터를 대장균에 형질전환하여 형질전환 대장균을 제조하는 단계를 포함하는 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 형질전환 대장균의 제조방법을 제공한다.
According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for producing a nucleic acid comprising the steps of: (a) amplifying a nucleotide sequence encoding an acyl- [acyl carrier protein] thioesterase derived from Streptococcus pyogenes Is codon-optimized to be suitable for expression in Escherichia coli to obtain the nucleotide sequence of the first sequence of Sequence Listing; (b) inserting a codon optimized nucleotide sequence of the acyl- [acyl transfer protein] thioesterase into an expression vector to prepare a recombinant vector; And (c) transforming the recombinant vector into Escherichia coli to produce a transformed Escherichia coli. The present invention also provides a method for producing the transformed Escherichia coli for expressing acyl- [acyltransfer protein] thioesterase.

본 발명자들은 안정적이고 효과적으로 지방산 생산성을 증진시키기 위한 재조합 미생물을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 스트렙토코커스 피오제네스(Streptococcus pyogenes)의 지방산 생합성 경로 중 마지막 단계에 관여하는 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(OPsp14)를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열을 대장균 발현에 적합하도록 코돈 최적화(codon-optimization)하여 형질전환시킨 형질전환 대장균의 경우, 지방산 생산이 증가되는 것을 규명하였다.
The present inventors have sought to develop a recombinant microorganism for enhancing fatty acid productivity stably and effectively. As a result, the nucleotide sequence encoding the acyl- [acyl transport protein] thioesterase ( OPsp14 ) involved in the last stage of the fatty acid biosynthesis pathway of Streptococcus pyogenes was codon optimized -optimization), and the increase in fatty acid production was confirmed in the case of the transformed E. coli transformed.

본 발명의 대장균 제조방법을 각 단계로 나누어 상세하게 설명한다.
The method for producing Escherichia coli of the present invention will be described in detail for each step.

단계 (a): 코돈 최적화( codon - optimization ) 단계
Step (a): codon optimization (codon - optimization) Step

본 발명의 대장균을 제조하기 위해, 스트렙토코커스 피오제네스(Streptococcus pyogenes)의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(acyl-[acyl carrier protein] thioesterase)를 암호화하는 뉴클레오타이드 서열을 대장균(Escherichia coli)에서의 발현에 적합하도록 코돈 최적화(codon-optimization)한다.In order to produce the Escherichia coli of the present invention, the nucleotide sequence encoding the acyl- [acyl carrier protein] thioesterase of Streptococcus pyogenes is referred to as Escherichia coli , Lt; RTI ID = 0.0 > codon-optimization < / RTI >

본 발명의 주요한 특징은 본 발명에서 대장균에서 발현하고자하는 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제는 코돈 최적화 된 뉴클레오타이드를 갖는 것이다. 상기 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제는 도 1에 서 확인할 수 있듯이, 지방산 생합성 경로의 마지막 단계에 관여하며, 패티 아실-아실전송단백질(Fatty acyl-Acyl carrier proteins)을 가수분해하는 반응을 촉매한다.The main characteristic of the present invention is that the acyl- [acyl transfer protein] thioesterase to be expressed in Escherichia coli in the present invention has a codon optimized nucleotide. As shown in FIG. 1, the acyl- [acyl transfer protein] thioesterase is involved in the final stage of the fatty acid biosynthetic pathway and has a reaction for hydrolyzing the fatty acyl-acyl carrier proteins .

본 명세서에서, 용어 ‘코돈 최적화(codon-optimization)’는 단백질 제조를 증가시키는 방법 중 하나이다. 외래 단백질을 숙주에서 발현하는 경우, 외래 단백질을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열은 숙주가 자주 사용하는 코돈으로 구성되어 있지 않기 때문에, 최대로 발현시키기 위해서는 코돈 최적화하여야 한다. 코돈 최적화는 기본적으로 목적하는 핵산 서열의 발현빈도가 높지 않은 코돈을 숙주의 코돈 발현 빈도를 반영하여 숙주에 유리하게 변환하는 것이다. http://www.kazusa.or.jp/codon/ 는 모든 생물체의 코돈 빈도를 제시하고 있다. As used herein, the term " codon-optimization " is one method of increasing protein production. When an exogenous protein is expressed in a host, the nucleotide sequence encoding the exogenous protein is codon-optimized for maximum expression, since the nucleotide sequence is not composed of the codons frequently used by the host. The codon optimization is basically to convert codons for which the frequency of expression of the desired nucleic acid sequence is not high to the host in a manner that reflects the frequency of codon expression in the host. http://www.kazusa.or.jp/codon/ presents codon frequencies for all living organisms.

바람직하게는, 상기 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제의 코돈 최적화된 뉴클레오타이드 서열은 서열목록 제1서열이다.Preferably, the codon optimized nucleotide sequence of the acyl- [acyl transfer protein] thioesterase is SEQ ID NO: 1 sequence.

본 발명에서 이용되는 뉴클레오타이드 서열은 상기 언급된 서열 이외에 상기 뉴클레오타이드 서열에 대하여 실질적인 동일성을 나타내는 뉴클레오타이드 서열도 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은, 본 발명의 뉴클레오타이드 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 이용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 최소 80%의 상동성, 보다 바람직하게는 최소 90%의 상동성, 가장 바람직하게는 최소 95%의 상동성을 나타내는 뉴클레오타이드 서열을 의미한다. 서열비교를 위한 얼라인먼트 방법은 당업계에 공지되어 있다. 얼라인먼트에 대한 다양한 방법 및 알고리즘은 Smith and Waterman, Adv . Appl . Math. 2:482(1981); Needleman and Wunsch, J. Mol . Bio . 48:443(1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol . Biol . 24: 307-31(1988); Higgins and Sharp, Gene 73:237-44(1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5:151-3(1989); Corpet et al., Nuc . Acids Res . 16:10881-90(1988); Huang et al., Comp. Appl . BioSci . 8:155-65(1992) and Pearson et al., Meth . Mol . Biol . 24:307-31(1994)에 개시되어 있다. NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) (Altschul et al., J. Mol . Biol. 215:403-10(1990))은 NBCI (National Center for Biological Information) 등에서 접근 가능하며, 인터넷 상에서 blastp, blasm, blastx, tblastn and tblastx와 같은 서열 분석 프로그램과 연동되어 이용할 수 있다. BLSAT는 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/에서 접속 가능하다. 이 프로그램을 이용한 서열 상동성 비교 방법은 http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html에서 확인할 수 있다.
The nucleotide sequence used in the present invention is interpreted to include a nucleotide sequence that exhibits substantial identity to the nucleotide sequence in addition to the above-mentioned sequence. The above substantial identity is determined by aligning the nucleotide sequence of the present invention with any other sequence as much as possible and analyzing the aligned sequence using algorithms commonly used in the art to obtain a minimum of 80% Homology, more preferably at least 90% homology, and most preferably at least 95% homology. Alignment methods for sequence comparison are well known in the art. Various methods and algorithms for alignment are described by Smith and Waterman, Adv . Appl . Math. 2: 482 (1981) ; Needleman and Wunsch, J. Mol . Bio . 48: 443 (1970); Pearson and Lipman, Methods in Mol . Biol . 24: 307-31 (1988); Higgins and Sharp, Gene 73: 237-44 (1988); Higgins and Sharp, CABIOS 5: 151-3 (1989); Corpet et al., Nuc . Acids Res . 16: 10881-90 (1988); Huang et al., Comp. Appl . BioSci . 8: 155-65 (1992) and Pearson et al., Meth . Mol . Biol . 24: 307-31 (1994). The NCBI Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) (Altschul et al., J. Mol . Biol. 215: 403-10 (1990)) is accessible from National Center for Biological Information (NBCI) It can be used in conjunction with sequence analysis programs such as blastx, tblastn and tblastx. BLSAT is available at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/. A method for comparing sequence homology using this program can be found at http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/blast_help.html.

단계 (b): 재조합 벡터의 제조
Step (b): Preparation of recombinant vector

이어, 상기 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제의 코돈 최적화된 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하여 재조합 벡터를 제조한다.Then, a codon-optimized nucleotide sequence of the acyl- [acyl transfer protein] thioesterase is inserted into an expression vector to prepare a recombinant vector.

본 명세서에 있어서, 용어 "발현 벡터"는 발현 벡터의 전사에 제공되는 추가단편에 작동가능하게 연결된 관심의 폴리펩티드를 암호화하는 단편으로 구성되는 선형 또는 원형의 DNA 분자이다. 그와 같은 추가단편은 프로모터 및 종료암호 서열을 포함한다. 발현 벡터는 하나 이상의 복제 개시점, 하나 이상의 선택마커, 폴리아데닐화 신호 등을 또한 포함한다. 발현 벡터는 일반적으로 플라스미드 또는 바이러스 DNA로부터 유도되거나, 또는 둘 다의 요소를 함유한다.As used herein, the term " expression vector " is a linear or circular DNA molecule consisting of a fragment encoding a polypeptide of interest operably linked to an additional fragment provided in the transcription of the expression vector. Such additional fragments include promoter and termination coding sequences. The expression vector also includes at least one replication origin, at least one selection marker, a polyadenylation signal, and the like. Expression vectors are generally derived from plasmid or viral DNA, or contain both elements.

본 발명의 벡터 시스템은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법은 Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press(2001)에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다. The vector system of the present invention can be constructed through various methods known in the art, and specific methods for this are disclosed in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001) This document is incorporated herein by reference.

바람직하게는, 본 발명의 단계 (b)의 발현 벡터는 프로모터 서열, 코돈 최적화된 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열 및 전사 터미네이터 서열이 작동적으로(operatively) 결합된다. 본 발명의 코돈 최적화된 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제의 뉴클레오타이드 서열을 발현 조절서열에 작동가능하게 연결되어 발현 벡터 내에 삽입될 수 있다. 상기에서 '작동적으로(operatively) 결합된다'는 것은 하나의 핵산 단편이 다른 핵산 단편과 결합되어 그의 기능 또는 발현이 다른 핵산 단편에 의해 영향을 받는 것을 말한다. 또한, '발현 조절 서열(expression control sequence)'이란 특정한 숙주 세포에서 작동 가능하게 연결된 핵산 서열의 발현을 조절하는 DNA 서열을 의미한다. 그러한 조절 서열은 전사를 개시하기 위한 프로모터, 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함한다.Preferably, the expression vector of step (b) of the present invention is operatively linked to a promoter sequence, a nucleotide sequence encoding a codon-optimized acyl- [acyl transfer protein] thioesterase, and a transcription terminator sequence . The nucleotide sequence of the codon-optimized acyl- [acyl transfer protein] thioesterase of the present invention may be operatively linked to an expression control sequence and inserted into an expression vector. As used herein, 'operatively coupled' means that one nucleic acid fragment is combined with another nucleic acid fragment so that its function or expression is affected by other nucleic acid fragments. Also, an " expression control sequence " means a DNA sequence that regulates the expression of a nucleic acid sequence operably linked to a particular host cell. Such regulatory sequences include promoters for initiating transcription, any operator sequences for regulating transcription, sequences encoding suitable mRNA ribosome binding sites, and sequences controlling the termination of transcription and translation.

본 발명의 벡터는 전형적으로 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 본 발명의 벡터가 발현 벡터이고, 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터(예컨대, trc 프로모터, tac 프로모터, lac 프로모터, lacUV5 프로모터, lpp 프로모터, pLλ프로모터, pRλ프로모터, rac5 프로모터, amp 프로모터, recA 프로모터, SP6 프로모터, trp 프로모터 및 T7 프로모터 등), 해독의 개시를 위한 라이보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 숙주 세포로서 E. coli(예, HB101, BL21, DH5α 등)가 이용되는 경우, E. coli 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위(Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158:1018-1024(1984)) 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터(pLλ프로모터, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14:399-445(1980))가 조절 부위로서 이용될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 벡터에 사용되는 프로모터는 trc 프로모터이고, 종결서열은 rrrB 터미네이터이다.The vector of the present invention can typically be constructed as a vector for expression. When the vector of the present invention is an expression vector and a prokaryotic cell is used as a host, a strong promoter capable of promoting transcription (such as trc promoter, tac promoter, lac promoter, lacUV5 promoter, lpp promoter, pL λ promoter, pR λ Promoter, rac5 promoter, amp promoter, recA promoter, SP6 promoter, trp promoter, and T7 promoter), a ribosome binding site for initiation of decoding, and a transcription / translation termination sequence. Promoter and operator site of the E. coli tryptophan biosynthetic pathway (Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158: 1018-1024 (1984)) when E. coli (e.g. HB101, BL21, ) And the left promoter of phage lambda (pL lambda promoter, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14: 399-445 (1980)). Preferably, the promoter used in the vector of the present invention is the trc promoter and the termination sequence is the rrrB terminator.

숙주 세포 내로 주입된 벡터는 숙주 세포 내에서 발현될 수 있으며, 이러한 경우에는 다량의 아세토인 환원효소를 얻게 된다. 예를 들어, 상기 발현 벡터가 trc 프로모터를 포함하는 경우에는 숙주 세포에 IPTG(Isopropylthio-β-D-Galactoside)를 처리하여 유전자 발현을 유도할 수 있다.The vector injected into the host cell may be expressed in host cells, in which case a large amount of acetylenic reductase is obtained. For example, when the expression vector comprises the trc promoter, the host cell may be treated with IPTG (Isopropylthio-β-D-Galactoside) to induce gene expression.

한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드(예: pTrc99A, pSTV28, pSC101, pGV1106, pACYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8/9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61, pLAFR1, pHV14, pET22b, pGEX 시리즈, pET 시리즈 및 pUCP19 등), 파지(예: λgt4?λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스(예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있으나, 바람직하게는 pTrc99A를 사용한다.Meanwhile, vectors that can be used in the present invention include plasmids such as pTrc99A, pSTV28, pSC101, pGV1106, pCYC177, ColE1, pKT230, pME290, pBR322, pUC8 / 9, pUC6, pBD9, pHC79, pIJ61 (e.g.,? gt4? B,? -charon,?? z1 and M13) or viruses (e.g., SV40 and the like) Preferably pTrc99A is used.

한편, 본 발명의 벡터는 선택표지로서, 당업계에서 통상적으로 이용되는 항생제 내성 유전자를 포함하며, 예를 들어 엠피실린, 겐타마이신, 카베니실린, 클로람페니콜, 스트렙토마이신, 카나마이신, 게네티신, 네오마이신 및 테트라사이클린에 대한 내성 유전자가 있다. 바람직하게는 엠피실린을 사용한다. On the other hand, the vector of the present invention includes, as a selection marker, an antibiotic resistance gene commonly used in the art and includes, for example, ampicillin, gentamycin, carbinicillin, chloramphenicol, streptomycin, kanamycin, There is a resistance gene for mitine and tetracycline. Preferably, ampicillin is used.

본 발명의 발현 벡터는 프로모터서열 및 발현 대상 유전자(구조 유전자)의 뉴클레오타이드 서열을 포함하며, 상기서열들이 5'-3' 순서대로 연결되는 것이 바람직하다.The expression vector of the present invention includes a promoter sequence and a nucleotide sequence of a gene to be expressed (structural gene), and the sequences are preferably linked in the order of 5'-3 '.

본 발명의 발현 벡터에는 상기 유전자들이 효소의 과발현 기능을 포함하여 최소한의 길이를 가지도록 RBS(ribosomal bindingsite) 및 효소발현에 꼭 필요한 부분을 포함하는 염기서열만을 서열로 정하여 삽입시키는 것이 숙주세포의 대사부담(metabolic burden)을 줄이는 측면에서 바람직하다.
In the expression vector of the present invention, it is preferable that only the nucleotide sequence containing the RBS (ribosomal bindingsite) and the portion essential for the expression of the enzyme is inserted into the sequence so that the genes have the minimum length including the overexpression function of the enzyme, It is preferable in terms of reducing the metabolic burden.

단계 (c): 형질전환 대장균의 제조
Step (c): Preparation of transformed E. coli

마지막으로, 상기 재조합 벡터를 대장균에 형질전환하여 형질전환 대장균을 제조한다.Finally, the recombinant vector is transformed into E. coli to prepare a transformed E. coli.

상기 단계(b)의 코돈 최적화된 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제의 뉴클레오타이드 서열이 삽입된 재조합 벡터는 이후 대장균 내부로 도입되는데, 본 발명의 벡터를 대장균 내로 운반하는 방법은 CaCl2 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973)), 하나한 방법(Cohen, S.N. et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973); 및 Hanahan, D., J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기 천공 방법 (Dower, W.J. et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145(1988)) 등에 의해 실시될 수 있으며, 바람직하게는, 본 발명의 단계 (c)는 전기천공법으로 실시한다.The recombinant vector into which the nucleotide sequence of the codon-optimized acyl- [acyl transfer protein] thioesterase of step (b) is inserted is then introduced into Escherichia coli. The method of carrying the vector of the present invention into E. coli is CaCl 2 (Cohen, SN et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9: 2110-2114 16: 557-580 (1983)) and electroporation method (Dower, WJ et al., Nucleic Acids Res., 16: 2110-2114 (1973); and Hanahan, D., J. Mol. Biol. 6127-6145 (1988)), and preferably step (c) of the present invention is carried out by electroporation.

본 발명의 벡터를 안정되면서 연속적으로 클로닝 및 발현시킬 수 있는 숙주 세포는 당업계에 공지되어 어떠한 숙주 세포도 이용할 수 있으며, 예컨대, E. coli MG1655, E. coli W3110, E. coli JM109, E. coli BL21(DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 그리고 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 다양한 슈도모나스 종과 같은 장내균과 균주 등이 있다. 바람직하게는, 본 발명의 숙주세포는 E. coli MG1655이다.Host cells capable of continuously cloning and expressing the vector of the present invention in a stable manner can be any host cell known in the art, such as E. coli MG1655, E. coli W3110, E. coli JM109, E. coli Bacillus sp. Strains such as BL21 (DE3), E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X1776, Bacillus subtilis, Bacillus tulifene, and Salmonella typhimurium, Serratia marsea And enterobacteria and strains such as various Pseudomonas species. Preferably, the host cell of the invention is E. coli MG1655.

상기 E. coli MG1655의 유전형은 F(Fertility Factor) 및 람다 파지(lambda phage) 음성이고 rph-1[1 염기가 결실되어 직전의 15 코돈 이상이 프레임시프트(frameshift)]인 특징을 갖는다. 상기 E. coli MG1655은 최소배지에서 rph 양성 균주와 비교하여 85-90% 감소된 성장률을 가지며, 피리미딘 생합성에 관여하는 오로테이트 포스포리보실트랜스퍼라제(orotate phosphoribosyltransferase, PyrE)의 발현이 감소된 특징을 갖는다. ATCC(American Type Culture Collection, 미국)을 통해 구매할 수 있다.
The genotype of E. coli MG1655 is F (Fertility Factor) and lambda phage negative and has the characteristic that rph-1 (one base is deleted and more than 15 codons immediately before are frameshift). The E. coli MG1655 has a growth rate that is 85-90% lower than that of the rph-positive strain in the minimal medium and has a reduced expression of orotate phosphoribosyltransferase (PyrE) involved in pyrimidine biosynthesis Respectively. It can be purchased through ATCC (American Type Culture Collection, USA).

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 대장균의 제조방법에 의해 제조된 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 대장균을 제공한다.
According to another aspect of the present invention, there is provided an Escherichia coli for expressing acyl- [acyltransfer protein] thioesterase produced by the method for producing Escherichia coli for expressing acyl- [acyltransfer protein] thioesterase of the present invention.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 지방산의 제조방법을 제공한다:According to another aspect of the present invention, the present invention provides a process for preparing a fatty acid comprising the steps of:

(a) 상기 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 대장균을 배지에서 배양하여 지방산을 생합성 하는 단계; 및 (a) culturing the above-mentioned acyl- [acyl transfer protein] thioesterase-expressing E. coli in a medium to biosynthesize a fatty acid; And

(b) 상기 생합성된 지방산을 수득하는 단계.
(b) obtaining said biosynthetic fatty acid.

본 발명의 지방산 제조방법에 있어, 상기 단계 (a)의 배지는 LB 배지 또는 최소배지 조건에서 배양할 수 있다.In the fatty acid producing method of the present invention, the medium of step (a) may be cultured under LB medium or minimal medium.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단계 (a)의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 대장균은 최소배지에서 배양한다. 바람직하게는, 상기 최소배지는 글루코즈, 소듐 설페이트, 트립톤, 암모늄 클로라이드, 디포타슘 포스페이트, 소듐 포스페이트, (NH4)2-H-시트레이트, 마그네슘 설페이트 및 티아민을 포함한다. 보다 바람직하게는, 상기 단계 (a)의 배지는 1-8 g/L Na2SO4, 1-10 g/L 트립톤, 0.1-3 g/L NH4Cl, 2-13 g/L K2HPO4, 0.1-4.0 g/L NaH2PO4H2O, 8-16 g/L (NH4)2-H-시트레이트, 0.05-0.50 g/L MgSO4 및 0.005-0.100 g/L 티아민을 포함하고, 보다 더 바람직하게는, 2-7 g/L Na2SO4, 2-8 g/L 트립톤, 0.4-2.3 g/L NH4Cl, 4-11 g/L K2HPO4, 0.5-3.0 g/L NaH2PO4H2O, 10-14 g/L (NH4)2-H-시트레이트, 0.1-0.4 g/L MgSO4 및 0.007-0.08 g/L 티아민을 포함하며, 가장 바람직하게는, 3-5 g/L Na2SO4, 4-6 g/L 트립톤, 0.7-1.9 g/L NH4Cl, 6-9 g/L K2HPO4, 1.2-2.5 g/L NaH2PO4H2O, 11-13 g/L (NH4)2-H-시트레이트, 0.2-0.3 g/L MgSO4 및 0.01-0.06 g/L 티아민을 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the Escherichia coli expressing the acyl- [acyl transfer protein] thioesterase of step (a) is cultured in a minimal medium. Preferably, the minimal medium comprises glucose, sodium sulfate, tryptone, ammonium chloride, dipotassium phosphate, sodium phosphate, (NH 4 ) 2 -H-citrate, magnesium sulfate and thiamine. More preferably, the culture medium of step (a) is 1-8 g / L Na 2 SO 4 , 1-10 g / L tryptone, 0.1-3 g / L NH 4 Cl , 2-13 g / LK 2 HPO 4 , 0.1-4.0 g / L NaH 2 PO 4 H 2 O, 8-16 g / L (NH 4 ) 2 -H-citrate, 0.05-0.50 g / L MgSO 4 and 0.005-0.100 g / , More preferably 2-7 g / L Na 2 SO 4 , 2-8 g / L tryptone, 0.4-2.3 g / L NH 4 Cl, 4-11 g / LK 2 HPO 4 , including 0.5-3.0 g / L NaH 2 PO 4 H 2 O, 10-14 g / L (NH 4) 2 -H- citrate, 0.1-0.4 g / L MgSO 4, and 0.007-0.08 g / L thiamine and , Most preferably 3-5 g / L Na 2 SO 4 , 4-6 g / L tryptone, 0.7-1.9 g / L NH 4 Cl, 6-9 g / LK 2 HPO 4 , 1.2-2.5 g / L NaH 2 PO 4 H 2 O, 11-13 g / L (NH 4 ) 2 -H-citrate, 0.2-0.3 g / L MgSO 4 and 0.01-0.06 g / L thiamine.

본 발명의 지방산 제조방법에 의해 제조된 지방산은 야생형 대장균과 비교하여 지방산에 대한 수율이 1.5-4.0배 증가된다.The fatty acid produced by the fatty acid production method of the present invention has a yield of 1.5-4.0 times higher than that of wild-type E. coli.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명의 지방산 제조방법에 의해 제조된 지방산은 IPTG 첨가 후 8시간이후에 야생형 균주와 비교하여 2배 이상 증가한 결과를 나타낸다(도 11).According to a preferred embodiment of the present invention, the fatty acid prepared by the fatty acid production method of the present invention shows a 2-fold increase in the fatty acid after 8 hours from the addition of the IPTG, compared with the wild type strain (FIG. 11).

바람직하게는, 본 발명의 지방산 제조방법에 의해 제조된 지방산은 C12:0 및 C14:0의 포화지방산 및 C18:1의 불포화지방산이다. Preferably, the fatty acids produced by the fatty acid production process of the present invention are saturated fatty acids of C12: 0 and C14: 0 and unsaturated fatty acids of C18: 1.

본 발명의 지방산 제조방법은 상기 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 대장균을 이용하기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.
Since the method for producing a fatty acid of the present invention uses the above-mentioned acyl- [acyltransfer protein] thioesterase-expressing E. coli, the description common to the two is omitted in order to avoid the excessive complexity of the present specification.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 스트렙토코커스 피오제네스(Streptococcus pyogenes) 유래의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(acyl-[acyl carrier protein] thioesterase)에 대한 대장균(Escherichia coli)에서의 코돈 최적화된 서열목록 제1서열의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 핵산분자를 제공한다.
In accordance with another aspect of the present invention, the present invention provides a method for treating Streptococcus a nucleic acid molecule having a nucleotide sequence of a codon-optimized sequence listing sequence of Escherichia coli against an acyl- [acyl carrier protein] thioesterase from a pyogenes- derived acyl- to provide.

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

(a) 본 발명은 지방산 생합성 경로의 마지막단계에 관련된 티오에스터레이즈를 암호화하는 외래종 박테리아 유전자를 대장균에서의 발현에 적합하도록 코돈 최적화(codon-optimization)하여 과발현함으로써 지방산의 생산을 증진할 수 있는 방법을 제공한다.(a) The present invention relates to a method capable of promoting the production of fatty acid by over-expressing an exogenous bacterial gene encoding a thioester raise related to the last stage of a fatty acid biosynthetic pathway by codon-optimization to be suitable for expression in E. coli .

(b) 본 발명은 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 발현용 형질전환 대장균의 제조방법을 제공한다.(b) The present invention provides a method for producing an acyl- [acyl transfer protein] thioesterase-expressing E. coli.

(c) 본 발명은 대장균으로부터 생산되는 지방산 중 C12:0 및 C14:0의 포화지방산 및 C18:1의 불포화지방산의 생산을 야생형과 비교하여 200-400% 증가시킨다.(c) The present invention increases the production of C12: 0 and C14: 0 saturated fatty acids and C18: 1 unsaturated fatty acids in the fatty acids produced from E. coli by 200-400% compared to the wild type.

(d) 본 발명은 배지조성의 변화들을 통해 개발 균주들이 효율적으로 지방산의 생산을 증가시키는 방법을 제공한다.(d) The present invention provides a way for the developed strains to increase the production of fatty acids efficiently through changes in the composition of the medium.

(e) 본 발명은 바이오에너지 생산의 기초가 될 지방산 생산을 대량 생산하고 친환경적임을 물론이고 경제적으로도 큰 경제력을 갖출 수 있을 것으로 기대된다.
(e) The present invention is expected to mass produce fatty acid production that will be the basis of bio-energy production, and to be eco-friendly as well as economic economically.

도 1은 대장균(Escherichia coli) 생체 내에서 글루코즈(glucose)에서 부터 지방산 생합성경로(Fatty Acid biosynthesis pathway; FAS)를 보여주며 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(acyl-[acyl carrier protein] thioesterase)의 생합성경로 내 위치를 보여주는 도식이다.
도 2는 스트렙토코커스 피오지네스(Streptococcus pyogenes)의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(acyl-[acyl carrier protein] thioesterase, E.C.3.1.2.14)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열과 대장균에 코돈 최적화(codon-optimization)된 스트렙토코커스 피오제너스의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열(OPSp14)을 얼라인(align)한 결과를 보여준다.
도 3a 내지 도 3e는 PCR 후 아가로즈 젤에 전기영동한 결과를 나타낸다. 도 3a는 대장균에 코돈 최적화(codon-optimization)된 스트렙토코커스 피오지네스의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(E.C.3.1.2.14) 유전자(OPSp14)가 아가로즈 젤의 753 bp 위치에서 증폭된 결과를 보여준다. 도 3a 의 1열은 사이즈마커(Takara, 일본)이고 2열 및 3열은 유전자(OPSp14)가 아가로즈 젤의 753 bp 위치에서 증폭된 결과이다. 도 3b는 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제를 T-벡터에 삽입하고, 제한효소를 처리하여 확인한 결과를 나타낸다. 도 3b의 1열은 사이즈마커이고 2열 내지 5열은 제한효소로 분리되어진 T-벡터와 유전자(OPSp14)가 분리되었음을 보여주는 결과이다. 도 3c는 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제를 pTrc99A에 삽입하고 제한효소를 처리하여 확인한 결과를 나타낸다. 도 3c의 1열은 사이즈마커이고 2열 내지 6열은 제한효소로 분리되어진 pTrc99A 벡터와 유전자(OPSp14)가 분리되었음을 보여준 결과이다. 도 3d 및 도 3e는 숙주세포인 대장균, E. coli MG1655(도 3d)와 E. coli W3110(도 3e)에 형질전환한 후, 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제가 삽입된 pTrc99A가 형질전환 되었음을 확인한 결과를 보여준다. 도 3d의 1열은 사이즈마커이고 2열 내지 4열은 공란(blank)이며 5열 내지 7열은 E. coli MG1655에 유전자(OPSp14)가 삽입되었음을 PCR을 통해 확인한 것이다. 도 3e의 1열은 marker이고 2열 내지 4열은 공란이며 5열 내지 7열은 E. coli W3110에 유전자(OPSp14)가 삽입되었음을 보여준다.
도 4는 대장균에 존재하는 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 (tesA) 유전자가 삽입된 대장균(Escherichia coli) 발현벡터인 pTrc99A의 벡터 맵(map)을 보여준다. 상기 pTrc99A 벡터의 프로모터는 trc 프로모터이고, 터미네이터는 rrnB 터미네이터이다.
도 5는 대장균에 코돈 최적화(codon-optimization)된 스트렙토코커스 피오제너스의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제 (E.C.3.1.2.14) 유전자 (OPSp14)가 삽입된 대장균 (Escherichia coli) 발현벡터인 pTrc99A의 벡터 맵을 보여준다. 상기 pTrc99A 벡터의 프로모터는 trc 프로모터이고, 터미네이터는 rrnB 터미네이터이다.
도 6a 및 도 6b는 글루코즈 10 g/L가 포함된 최소배지(도 6a) 및 LB 배지(도 6b)에서 pTrc99A 공벡터가 포함된 야생종 및 본 발명으로 개발된 형질전환 대장균들의 생장성을 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 글루코즈 10 g/L가 포함된 최소배지(도 7a) 및 LB 배지 (도 7b)에서 pTrc99A 공벡터가 포함된 야생종 및 본 발명으로 개발된 형질전환체들의 글루코즈 소모량을 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 글루코즈 10 g/L가 포함된 최소배지(도 8a) 및 LB 배지(도 8b)에서 pTrc99A 공벡터가 포함된 야생종 및 본 발명으로 개발된 형질전환체들의 유리지방산 생산량을 나타낸다.
도 9a 내지 도 9f는 글루코즈 10 g/L, 및 질소원으로 효모추출물(도 9a, 도 9c 및 도 9e) 및 트립톤(도 9b, 도 9d 및 도 9f)이 포함된 최소배지에서의 개발균주들의 생장성, 글루코즈 소모량 및 아세트산 농축량을 배양시간별로 보여준다. 질소원으로써 효모추출물을 포함한 배지에서의 생장성(도 9a), 글루코즈 소모량 (도 9b) 및 아세트산 농축량(도 9e)을 나타내고, 질소원으로써 트립톤을 포함한 배지에서의 생장성(도 9b), 글루코즈 소모량(도 9d) 및 아세트산 농축량(도 9e)을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 질소원으로써 트립톤이 포함된 최소배지에서 pTrc99A 공벡터가 포함된 야생종 및 본 발명의 형질전환 대장균들의 총 유리지방산을 배양시간별로 측정한 결과를 나타낸다. 야생종 E. coli MG1655(도 10a) 및 E. coli W3110(도 10b)으로 나누어 비교분석하였다. 그래프 세로축의 단위는 FAME(Fatty Acid Methyl Esterase) ㎎/L이다.
도 11은 글루코즈 10 g/L 및 질소원으로써 트립톤이 포함된 최소배지에서의 pTrc99A 공벡터가 포함된 야생종 및 본 발명으로 형질전환 대장균들의 유리지방산을 배양시간별로 지방산 구성변화를 측정하여 나타낸다. 그래프 세로축의 단위는 FAME ㎎/L이다.
1, Escherichia coli shows the fatty acid biosynthesis pathway (FAS) from glucose in vivo and shows the biosynthesis pathway of acyl- [acyl carrier protein] thioesterase This is a schematic showing the location.
Figure 2 shows a nucleotide sequence coding for the acyl- [acyl carrier protein] thioesterase (EC 3.1.2.14) of Streptococcus pyogenes and a nucleotide sequence coding for codon optimization ( OPSp14 ) coding for the acyl- [acyltransfer protein] thioesterase of the codon- optimized Streptococcus piojeneris .
3A to 3E show results of electrophoresis on agarose gel after PCR. FIG. 3A shows the result of the amplification of the acyl- [acyl transport protein] thioesterase (EC3.1.2.14) gene ( OPSp14 ) of Streptococcus phyjensis codon-optimized in E. coli at the 753 bp position of the agarose gel The amplified results are shown. 3A is a size marker (Takara, Japan), and columns 2 and 3 show the result that the gene ( OPSp14 ) was amplified at the 753 bp position of the agarose gel. FIG. 3B shows the results obtained by inserting an acyl- [acyl transfer protein] thioesterase into a T-vector and treating with a restriction enzyme. In FIG. 3B, the first column is the size marker and the second column to the fifth column are the results showing that the T-vector and the gene ( OPSp14 ) separated by the restriction enzyme were separated. 3C shows the result of inserting acyl- [acyl transfer protein] thioesterase into pTrc99A and treating with restriction enzyme. 3C is a size marker, and columns 2 to 6 show the result of separation of the pTrc99A vector and the gene ( OPSp14 ) separated by restriction enzymes. Figures 3d and 3e show the transformation of pTrc99A with acyl- [acyl transfer protein] thioesterase inserted into E. coli MG1655 (Figure 3d) and E. coli W3110 (Figure 3e) Show the result of confirming conversion. In FIG. 3D, the first column is a size marker, the second column to fourth column are blank, and the fifth column to the seventh column are PCR-confirmed genes ( OPSp14 ) inserted into E. coli MG1655. Column 1 of FIG. 3e is a marker, columns 2 to 4 are blank, and columns 5 to 7 show that a gene ( OPSp14 ) is inserted into E. coli W3110.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the amount of Escherichia coli ( Escherichia coli) in which an acyl- [acyl transfer protein] thioesterase ( tesA ) The vector map of pTrc99A, an E. coli expression vector, is shown. The promoter of the pTrc99A vector is the trc promoter, and the terminator is the rrnB terminator.
FIG. 5 is a graph showing the effect of the codon-optimized codon-optimized Streptococcus pyogenas on the expression of Escherichia ( E. coli) in which the acyl- [acyltransfer protein] thioesterase (EC3.1.2.14) gene ( OPSp14 ) lt; RTI ID = 0.0 > pTrc99A < / RTI > expression vector. The promoter of the pTrc99A vector is the trc promoter, and the terminator is the rrnB terminator.
6A and 6B show the growth of the wild type and the transformed E. coli developed in the present invention with the pTrc99A public vector in the minimal medium containing 10 g / L of glucose (FIG. 6A) and the LB medium (FIG.
FIGS. 7A and 7B show the consumption of glucose of the wild type and the transformants developed in the present invention containing the pTrc99A public vector in the minimal medium (FIG. 7A) containing 10 g / L of glucose and the LB medium (FIG.
Figures 8a and 8b show the production of free fatty acids of the wild-type and the transformants developed in the present invention with the pTrc99A co-vector in the minimal medium (Figure 8a) containing 10 g / L of glucose and the LB medium (Figure 8b) .
Figures 9a-9f illustrate the development of the developmental strains in minimal media containing 10 g / L of glucose and a yeast extract (Figures 9a, 9c and 9e) and tryptone (Figures 9b, 9d and 9f) Growth properties, glucose consumption and acetic acid concentration are shown by incubation time. (Fig. 9A), glucose consumption (Fig. 9B) and acetic acid concentration (Fig. 9E) in a culture medium containing yeast extract as a nitrogen source. Growth in the medium containing tryptone as a nitrogen source Consumption (Fig. 9d) and acetic acid concentration (Fig. 9e).
10A and 10B show the results of measurement of the total free fatty acids of the wild type and the transformed E. coli of the present invention containing the pTrc99A empty vector in a minimal medium containing tryptone as a nitrogen source. Wild type E. coli MG1655 (FIG. 10A) and E. coli W3110 (FIG. 10B). The unit of the vertical axis of the graph is FAME (Fatty Acid Methyl Esterase) mg / L.
FIG. 11 shows the change in the fatty acid composition of the wildtype containing the pTrc99A co-vector in the minimal medium containing 10 mg / L of glucose and nitrogen source and the free fatty acid of the transformed E. coli according to the present invention. The unit of the vertical axis of the graph is FAME ㎎ / L.

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 .

실시예 1: 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(acyl-[acyl carrier protein] thioesterase, E.C.3.1.2.14)의 코돈 최적화(codon-optimization)Example 1: Codon-optimization of acyl- [acyl carrier protein] thioesterase, EC 3.1.2.14)

지방산 생합성 마지막 단계에 관여하는 스트렙토코커스 피오제네스(Streptococcus pyogenes)의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제를 코딩하는 유전자(OPsp14)를 대장균에서 발현율을 높이기 위한 코돈 최적화(codon-optimization)를 실시하였다(도 1). 바이오닉스(대한민국)에 의뢰하여 스트렙토코커스 피오제네스의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제의 뉴클레오타이드 서열을 대장균 발현에 최적화된 뉴클레오타이드 서열로 합성하였다. 상기 코돈 최적화된 스트렙토코커스 피오제네스의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(OPsp14)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 PGM-T 이지 벡터(easy vector)에 클로닝하였다(바이오닉스, 대한민국). 대장균에서 고발현 될 수 있게 코돈 최적화된 스트렙토코커스 피오제네스의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열(서열목록 제1서열) 및 코돈 최적화되지 않은 스트렙토코커스 피오제네스의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(서열목록 제2서열)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 얼라인(align)하여 도 2에 나타내었다.
(OPsp14) encoding the acyl- [acyltransfer protein] thioesterase of Streptococcus pyogenes involved in the last stage of fatty acid biosynthesis is subjected to codon optimization to increase the expression rate in E. coli. (Fig. 1). The nucleotide sequence of the acyl- [acyltransfer protein] thioesterase of Streptococcus piogenus was synthesized as a nucleotide sequence optimized for E. coli expression by commissioning Bionix (Korea). The nucleotide sequence encoding the aconyl- [acyltransfer protein] thioesterase (OPsp14) of the codon-optimized Streptococcus piogenus was cloned into a PGM-T easy vector (Bionix, Korea). The nucleotide sequence encoding the acyl- [acyltransfer protein] thioesterase of the Streptococcus piogenus codon optimized to be highly expressed in E. coli (SEQ ID No. 1) and the acyl-amino acid sequence of the non-codon optimized Streptococcus piogenus [Acyltransfer protein] The nucleotide sequence encoding thioesterase (SEQ ID No. 2) was aligned and shown in FIG.

실시예 2: 재조합 플라스미드의 제조 Example 2: Preparation of recombinant plasmid

상기 실시예 1에서 합성한 코돈 최적화된 스트렙토코커스 피오제네스의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제가 삽입된 재조합 플라스미드인 pGEM-T:OPSp14 E. coli MG1655를 주형으로 하여 각각 OPSp14 tesA를 표 1에 표시된 프라이머를 이용하여 PCR로 증폭하였다. 유전자들은 RBS(ribosome binding site)를 포함하여 증폭하였다. OPSp14의 사이즈는 753 bp이고, tesA의 사이즈는 627bp이다.The acyl- [acyl transfer protein] thioesterase-inserted recombinant plasmid of the codon-optimized Streptococcus piogenus synthesized in Example 1 pGEM-T: OPSp14 and E. coli Using MG1655 as a template, OPSp14 and tesA were amplified by PCR using the primers shown in Table 1, respectively. The genes were amplified with RBS (ribosome binding site). The size of OPSp14 is 753 bp , and the size of tesA is 627 bp .

유전자gene 프라이머 서열Primer sequence 제한 효소Restriction enzyme OPSp14 OPSp14 정방향Forward 5‘-GTCGACGGAGAGTATTATGGGCCTGAGT-3'5'-GTCGACGGAGAGTATTATGGGCCTGAGT-3 ' SalⅠSalI 역방향Reverse 5‘-CTGCAGCTCGAGTTAGTCAATCTCGCTTT-3'5'-CTGCAGCTCGAGTTAGTCAATCTCGCTTT-3 ' PstⅠPst I tesAtesA 정방향Forward 5'-GTCGACACTTCTTAAGATGATGAACTTCAA-3'5'-GTCGACACTTCTTAAGATGATGAACTTCAA-3 ' SalⅠSalI 역방향Reverse 5'-AAGCTTCTCGAGTTATGAGTCATGATTTAC-3'5'-AAGCTTCTCGAGTTATGAGTCATGATTTAC-3 ' HindⅢHindIII

각각의 PCR 반응은 통상적인 반응조건[10 mM Tris-HCl(pH 9.0), 50 mM KCI, 0.1% Triton X-100, 2 mM MgSO4 및 Taq DNA 중합효소(DaKaRa)] 하에서 95℃/5분(변성), 60℃/1분(어닐링) 및 72℃/1분(연장) 조건으로 1회 수행한 후, 95℃/1분(변성), 60℃/30초(어닐링) 및 72℃/1분(연장) 조건으로 30회 반복 수행하였다. 마지막 단계로 안정적인 연장을 위해 95℃/1분(변성), 60℃/1분(어닐링) 및 72℃/5분(연장) 반응하였다.Each PCR reaction was performed under the usual reaction conditions (10 mM Tris-HCl (pH 9.0), 50 mM KCl, 0.1% Triton X-100, 2 mM MgSO 4 and Taq DNA polymerase (DaKaRa) (Denaturation), 60 ° C / 30 sec (annealing) and 72 ° C / 1 min (denaturation) at 60 ° C / And repeated 30 times under 1 minute (extended) conditions. The final step was 95 ° C / 1 min (denaturation), 60 ° C / 1 min (annealing) and 72 ° C / 5 min (extension) for stable extension.

PCR 산물을 전기영동으로 확인하여 겔에서 추출하였다(도 3a). 이들을 T-벡터에서 안정화를 하였다. 상기 안정화는 추출된 PCR 산물을 T-벡터와 라이게이션 하여 재조합 플라스미드-대장균 컴피턴트 세포(E. coli AG1 competent cell, stratagene, 미국)에 형질전환 시킨 후 충분히 복제하여 T-벡터에서 유전자를 안정화시켰다. 다시 pTrc99A[Zhang X, Li M, Argawal A, San K-Y. Efficient free fatty acid production in Escherichia coli using plant acyl-ACP thioesterases. Metabolic Engineering, 13:713-722 (2011)]와 함께 제한효소들로 37℃ 항온수조 (water bath)에서 약 2시간 반응하였다(도 3b). 각각의 DNA 절편들을 절단한 뒤 pTrc99A 벡터의 다중삽입부위(multi cloning site)에 도 2 내지 도 3에 개시된 것과 같이 T4 라이게이즈(Dakara, 일본)를 이용하여, 16℃에서 반응하고 라이게이션을 하여 재조합 플라스미드, pJS40 및 pJS41를 완성하였다(도 3c). 각 단계마다 삽입된 유전자의 삽입여부를 확인하기 위해 대장균 컴피턴트 세포(E. coli AG1 competent cell, stratagene, 미국)에 형질전환 시킨 후 재조합 플라스미드를 추출하여 이를 다시 원래 삽입부위의 제한효소로 처리하여 잘린 DNA 조작의 크기를 0.8% 아가로즈 젤 상에서 전기영동을 실시하여 비교하는 방법을 사용하였다. PCR products were identified by electrophoresis and extracted from the gel (Fig. 3A). These were stabilized in T-vector. The stabilization was performed by ligation of the extracted PCR product with a T-vector to obtain recombinant plasmid- E. coli competent cells ( E. coli AG1 competent cell, stratagene, USA) and then replicated sufficiently to stabilize the gene in the T-vector. Again pTrc99A [Zhang X, Li M, Argawala, San KY. Efficient free fatty acid production in Escherichia coli using plant acyl-ACP thioesterases. Metabolic Engineering, 13: 713-722 (2011)] with restriction enzymes in a 37 ° C water bath for about 2 hours (FIG. 3b). Each of the DNA fragments was digested and reacted at 16 ° C using a T4 ligase (Dakara, Japan) as described in FIGS. 2 to 3 on a multi-cloning site of the pTrc99A vector, followed by ligation To complete the recombinant plasmids pJS40 and pJS41 (Fig. 3C). At each step, E. coli competent cells ( E. coli AG1 competent cell, stratagene, USA), then the recombinant plasmid was extracted and treated with the restriction enzyme of the original insertion site, and the size of the cloned DNA was electrophoresed on 0.8% agarose gel for comparison Respectively.

도 4 및 도 5는 상기 pJS40[tesA(서열목록 제3서열) 유전자 포함], pJS41(OPSp14 유전자 포함)라 명명된 벡터의 맵(map)를 나타내는 도면이다.
Figs. 4 and 5 are diagrams showing a map of a vector named pJS40 ( inclusive of tesA (SEQ ID NO: 3) gene) and pJS41 (including OPSp14 gene).

실시예Example 3: 대장균 3: Escherichia coli 형질전환체 제조Transformant production

본 발명에서는 대장균 형질전환체의 안정적 제조와 효율을 높이기 위해 전기천공법(electroporation)에 의한 형질전환방법을 사용하였다. In the present invention, a transformation method by electroporation was used to stably produce E. coli transformants and increase efficiency.

상기 전기충격에 의한 형질전환방법을 위해 16시간동안 배양한 30 ㎕ (0.1%)의 두 종류의 야생종 대장균(E. coli MG1655 및 E. coli W3110) 배양액을 시험관에 들어있는 3 ㎖의 LB(10 g/L tripton, 10 g/L NaCl 및 5 g/L 효모추출물) 배지에 접종하여 배양액의 흡광도(absorbance)가 600 ㎚ 파장에서 0.6에 이르렀을 때, 배양액 전체에 해당하는 3 ㎖의 배양액은 원심 분리(12000 rpm, 1분)하여 상등액과 세포를 분리하였다. 코돈 최적화는 특정대장균을 타겟으로 하는 것이 아니라 대장균이라는 일반적인 종을 타겟으로 하기 때문에 종에 따라서 코돈 최적화의 활성이 달라질수도 있으므로, 두 종류의 대장균에 형질전환 하였다. 수득한 세포는 10% 글리세롤 1 ㎖로 1회 세척해준 후, 다시 원심분리(12000 rpm, 1분)하여 상등액과 세포로 나누어 주었다. 세포를 10% 글리세롤 80 ㎕로 현탁하였다. 현탁된 세포에 1 ㎕의 재조합 플라스미드(pJS40 또는 pJS41)를 첨가하였다.Two E. coli MG1655 and E. coli W3110 cultures of 30 μl (0.1%), which were cultured for 16 hours, were inoculated into 3 ml of LB (10 When the absorbance of the culture solution reached 0.6 at a wavelength of 600 nm, 3 ml of the culture solution corresponding to the whole culture solution was centrifuged (100 g / L of triptone, 10 g / L of NaCl and 5 g / L of yeast extract) The supernatant and cells were separated by separation (12000 rpm, 1 minute). Since the codon optimization is not targeted to a specific E. coli but to a general species such as E. coli, the activity of codon optimization may vary depending on the species, and thus, two kinds of E. coli were transformed. The cells were washed once with 1 ml of 10% glycerol, and then centrifuged again (12,000 rpm, 1 minute) to separate supernatant and cells. The cells were suspended in 80 [mu] l of 10% glycerol. 1 [mu] l of recombinant plasmid (pJS40 or pJS41) was added to the suspended cells.

상기의 플라스미드가 들어있는 분주된 80 ㎕의 액체는 전기천공법 (electroporation)용 큐벳(BIO-RAD, Gene pulser cuvette, 미국)에 담아 진 퍼서 엑스셀(Gene pulser Xcell, BIO-RAD, 미국)로 전기 충격을 가하였다. 미리준비해둔 1 ㎖ LB(10 g/L tripton, 10 g/L NaCl 및 5 g/L 효모추출물)를 첨가한 뒤 1시간동안 200 rpm, 37℃에서 진탕 배양하였다. 배양된 형질전환 대장균은 엠피실린(50 ㎍/㎖)이 첨가된 배지에서 단일균체가 생성될 때까지 배양하였다. 이를 통해 재조합 플라스미드인 pJS40 및 pJS41이 대장균(E. coli MG1655)에 형질 전환대장균, E. coli SGJS40 및 E. coli SGJS41을 제조하였다. 또한 재조합 플라스미드 pJS41이 대장균(E. coli W3110) 균주에 형질전환된 E. coli SGJS46을 개발하였다(표 2). 80 [mu] l of the liquid containing the above plasmid was transferred to a Gene pulser Xcell (BIO-RAD, USA) packed in an electroporation cuvette (BIO-RAD, Gene pulser cuvette, USA) Electric shock was applied. 1 ml of LB (10 g / L of tryptone, 10 g / L of NaCl and 5 g / L of yeast extract) prepared in advance was added and cultured for 1 hour at 200 rpm and 37 ° C with shaking. The cultured Escherichia coli was cultured in a medium supplemented with ampicillin (50 μg / ml) until a single cell was produced. As a result, recombinant plasmids pJS40 and pJS41 were transformed into E. coli MG1655 with E. coli SGJS40 and E. coli SGJS41 was prepared. The recombinant plasmid pJS41 was also transformed into Escherichia coli ( E. coli W3110) strain and developed E. coli SGJS46 (Table 2).

도 3d 및 도 3e에서는 대장균에 재조합된 플라스미드의 유전자가 안정적으로 발현되고 있는지 확인하기 위해 재조합 균주에서 플라스미드를 취해서 PCR 결과, 안정적으로 유지되고 있음을 보여주고 있다.In FIG. 3D and FIG. 3E, the plasmid was taken from the recombinant strain to confirm that the gene of the recombinant plasmid in E. coli was stably expressed. As a result, it was shown that the plasmid was stably maintained.

개발균주Developed strain -- E. coli SGJS40 E. coli SGJS40 Escherichia coli MG1655::pTrc99A::tesA Escherichia coli MG1655 :: pTrc99A :: tesA E. coli SGJS41 E. coli SGJS41 Escherichia coli MG1655::pTrc99A::OPSp14 Escherichia coli MG1655 :: pTrc99A :: OPSp14 E. coli SGJS46 E. coli SGJS46 Escherichia coli W3110::pTrc99A::OPSp14 Escherichia coli W3110 :: pTrc99A :: OPSp14

실시예Example 4: 개발된 대장균의  4: Developed Escherichia coli 배지특성Badge characteristics 조사 Research

대장균에 형질 전환한 재조합 균주들을 LB(엠피실린 50 ㎍/㎖ 포함) 배지에 16시간정도 전 배양시키고 그 배양액을 다시 LB(엠피실린 50 ㎍/㎖ 포함) 배지에 접종하여 흡광도가 600 ㎚에서 0.6-1.0 되었을 때 글리세롤 농도가 25%가 되게 보관용 균액으로 제조한 다음 -80℃에서 배양실험 시까지 저장하였다.The recombinant strains transformed into Escherichia coli were pre-cultured for 16 hours in LB (containing 50 μg / ml of ampicillin), and the culture was inoculated again into LB (containing 50 μg / ml of ampicillin) -1.0, glycerol concentration was 25%, and stored at -80 ℃ until culture.

상기에서 개발된 재조합 균주의 배양은 보관용 균액 30 ㎕을 10 ㎖ 튜브에 들어있는 엠피실린 50 ㎍/㎖이 첨가된 3 ㎖의 LB에 16시간동안 전 배양한 후, 이를 다시 500 ㎖ 플라스크에 들어있는 50 ㎍/㎖ 엠피실린이 첨가된 200 ㎖의 LB(10 g/L 트립톤, 10 g/L NaCl 및 5 g/L 효모추출물) 배지 및 최소배지에 0.5%의 전 배양액을 접종하여 37℃, 180 rpm 상태에서 30시간동안 배양하였다. The culture of the recombinant strain developed above was carried out by preincubating 30 μl of the stock solution in 3 ml of LB supplemented with 50 μg / ml of ampicillin contained in a 10 ml tube for 16 hours, and then adding it into a 500 ml flask (10 g / L of tryptone, 10 g / L of NaCl and 5 g / L of yeast extract) supplemented with 50 μg / ml of ampicillin and 0.5% of the total culture medium was inoculated at 37 ° C. , And cultured at 180 rpm for 30 hours.

최소 배지(Minimal medium; MM)
Minimal medium (MM)
배지 조성Medium composition g/Lg / L Na2SO4 Na 2 SO 4 44 (NH4)2SO4 (NH 4) 2 SO 4 5.45.4 NH4ClNH 4 Cl 1.01.0 K2HPO4 K 2 HPO 4 7.37.3 NaH2PO4H2ONaH 2 PO 4 H 2 O 1.81.8 (NH4)2-H-Citrate(NH 4) 2 -H-Citrate 1212 MgSO4 MgSO 4 0.250.25 티아민
Thiamine
0.020.02

본 발명에서 개발한 E. coli SGJS40, E. coli SGJS41 및 E. coli SGJS46는 두 숙주 균주 E. coli MG1655 및 E. coli W3110에 사용되어진 벡터 pTrc99A 벡터를 형질전환시킨 균주와 비교하였다. 또한 E. coli MG1655에 코돈 최적화시킨 외래 유전자(아세틸-CoA 카복실라제, 말로닐-CoA[아실전달단백질] 트랜스아실라제 및 아실-아실전달단백질 티오에스터라제)를 형질전환시킨 균주(E. coli JES1017, Enzyme and Microbial Technology 49 (2011) 4451)와 같이 비교하여 형질전환 대장균들의 지방산 증산을 비교하였다. E. coli SGJS40, E. coli and E. coli SGJS41 SGJS46 developed in the present invention were compared with the strains were transformed using the vector pTrc99A vector been in two host strains E. coli MG1655 and E. coli W3110. In addition, the foreign gene was codon optimized for E. coli MG1655 (acetyl -CoA carboxyl cyclase, malonyl -CoA [acyl transfer protein; trans acylase and acyl-acyl thio esterase transfer protein) was transformed a strain (E. coli JES1017, Enzyme and Microbial Technology 49 (2011) 4451) to compare the fatty acid production of the transformed E. coli.

단백질 발현을 위해 배양액의 흡광도(absorbance)가 600 ㎚ 파장에서 0.3-0.6에 이르렀을 때 유도물질인 IPTG(isopropylthio-β-D-galactoside, sigma, 미국)를 0.5 mM/㎖ 첨가하여 재조합 단백질의 발현을 유도하였다. 상기 예를 따라 초기 유도체의 발현으로 지방산 함량의 생산증대를 비교하기 위한 종과 본 발명의 목적으로 제조된 대장균과 비교 대장균들의 생장곡선을 확인하였다(도 6).For protein expression, 0.5 mM / ㎖ of IPTG (isopropylthio-β-D-galactoside, Sigma, USA) was added when the absorbance of the culture solution reached 0.3-0.6 at 600 ㎚ wavelength. Lt; / RTI > The growth curves of the E. coli and the comparative E. coli prepared for the purpose of the present invention and the species for comparing the production of fatty acid content by the expression of the initial derivative were confirmed according to the above example (FIG. 6).

본 발명에서 형질전환 대장균, E. coli SGJS40, E. coli SGJS41 및 E. coli SGJS46은 야생종과 비교하여 생장이 조금 감소된 것을 도 6에서 확인할 수 있다. 차이가 많이 나지 않는 이유는 유전자의 삽입이나 과발현에 의한 독성이나 저해가 크지 않았던 것으로 사료된다. 이는 유전자의 암호화부분은 효소의 과발현 기능을 포함하여 최소한의 길이를 가지도록 RBS(ribosomal binding site) 및 효소발현에 꼭 필요한 부분을 포함하는 염기서열만을 서열로 정하여 유전자의 발현에 의한 숙주세포의 대사부담(metabolic burden)을 줄이고자 하였고 생산 경로에 맞춰 두 유전자의 순서가 순서대로 연결된 되게 개발하였기 때문이라고 예상된다. In the present invention, E. coli SGJS40, E. coli SGJS41 and E. coli SGJS46, which are transformed in E. coli, showed a slight decrease in growth compared to wild type, as shown in FIG. The reason why there is not much difference is considered that the toxicity or inhibition by gene insertion or overexpression was not large. This is because the coding part of the gene includes the overexpression function of the enzyme so that the ribosomal binding site (RBS) and the nucleotide sequence including the essential part for expression of the enzyme are set to have the minimum length and the metabolism of the host cell It is expected to reduce the burden (metabolic burden) and to develop the sequential linkage of the two genes according to the production pathway.

도 6a는 최소배지에서 개발균주의 성장성을 나타내며 도 6b는 LB 배지에서의 성장성을 보여준다.
FIG. 6A shows the growth performance of the developed strain in the minimal medium, and FIG. 6B shows the growth performance in the LB medium.

실시예Example 5: 형질전환 대장균의  5: Transfection of Escherichia coli 글루코즈Glucose 소모량 및 아세트산 측정 Consumption and Acetic Acid Measurements

재조합 균주의 배양액 내의 글루코즈 소모량 및 아세트산 생성 농도를 측정하기 위해 배양 중 일정시간마다 채취한 시료를 원심분리(12000 rpm, 10분) 후 상등액 및 세포를 분리하여 -40℃에서 보관하였다. 상기 배양액으로부터 분리된 상등액을 각각 1 ㎖씩 0.2 ㎛ 필터를 이용하여 정제한 후, 하단의 조건하에서 고속액체크로마토그래피(High-Performance Liquid Chromatography; HPLC) 정량 분석을 실시하였다. To measure glucose consumption and acetic acid production in culture medium of recombinant strains, supernatant and cells were separated and stored at -40 ° C after centrifugation (12000 rpm, 10 minutes). The supernatant separated from the culture was purified by 1 ml of each 0.2 쨉 m filter and quantitatively analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) under the conditions below.

품 목subject 조 건Condition HPLC 모델HPLC model LC-10AT unit(영린기기, 대한민국)   LC-10AT unit (Youngin Apparatus, Korea) 컬럼column Aminex HPX-87H(BIO-RAD, 미국)Aminex HPX-87H (BIO-RAD, USA) 유속Flow rate 0.6 ㎖/분0.6 ml / min 주입부피Injection volume 30 ㎕30 μl 이동상Mobile phase 0.01 N 황산0.01 N sulfuric acid 오븐 온도Oven temperature 60℃60 ° C 작동 시간Operating time 30분30 minutes 검출기Detector RI 750F 검출기RI 750F detector

본 발명의 재조합 균주들은 최소배지 및 LB 배지에서 글루코즈 소모량은 성장성과 비례적임을 보여주었다(도 7a 및 도 7b).
The recombinant strains of the present invention showed that glucose consumption in the minimal medium and LB medium was proportional to the growth rate (FIGS. 7A and 7B).

실시예Example 6: 형질전환 대장균  6: Escherichia coli transformed 세포내로부터의Intracellular 유리지방산( Free fatty acids freefree fattyfatty acidacid ) 측정) Measure

실시예 4의 조건으로 배양한 배양액 중 IPTG를 첨가한 후 배양동안 세포 내에 있는 지방산를 측정하기 위해서 지방산 추출을 다음과 같은 방법으로 진행하였다. 추출과정은 5 단계로 나누어지며 첫 번째 과정 배양단계로 배양액 5 ㎖를 원심분리(4500 rpm, 10분) 후 세포는 -80℃에 저장하였다. 두 번째 과정은 비누화 (saponification) 단계로 저장된 재조합 세포를 1 ㎖ 용액1(NaOH 45 g, MeOH 150 ㎖, 증류수 150 ㎖)에 넣고 5-10초 동안 볼텍스 해주었다. 100℃에서 5분 동안 반응해준 후, 다시 5-10초 동안 볼텍스 해주고 다시 100℃에서 25분 동안 반응시켜 준 뒤 열을 식혀주었다. 세 번째 과정은 메틸화(methylation) 단계로, 용액2(6 N HCl 325 ㎖, MeOH 275 ㎖) 2 mL을 넣고 5-10초 동안 볼텍스 해준 뒤 80℃에서 10분 동안 반응시켜주었다. 반응이 끝난 후에는 빨리 열을 식혀주도록 한다. 네 번째 단계는 추출(extraction) 단계로, 용액 3(Haxane/Methyl tert-Butyl Ester=1/1) 1.25 ㎖을 첨가하고 10분간 위아래로 흔들어 준 뒤 층이 분리 되면 아래층은 추출해서 버린다. 다섯 번째 단계는 GC로 분석을 용이하게 하기위해 세척단계로 앞 단계의 남은 상층액에 용액 4(NaOH 10.8 g을 포함하는 증류수 900 ㎖) 3 ㎖을 첨가해서 5분 동안 위아래로 흔들어 준 뒤 상층액을 추출하여 GC/MS로 분석하였다.In order to measure the fatty acid in the cells after the addition of IPTG in the culture medium cultured under the conditions of Example 4, the fatty acid extraction was carried out as follows. The extraction process was divided into 5 stages. In the first step culture, 5 ml of the culture was centrifuged (4500 rpm, 10 minutes) and the cells were stored at -80 ° C. In the second step, the recombinant cells stored in a saponification step were vortexed for 5 to 10 seconds in 1 ml of solution 1 (45 g of NaOH, 150 ml of MeOH, 150 ml of distilled water). After reacting at 100 ° C for 5 minutes, it was vortexed again for 5-10 seconds, reacted again at 100 ° C for 25 minutes, and then the heat was cooled. In the third step, 2 mL of solution 2 (325 mL of 6 N HCl, 275 mL of MeOH) was added to the methylation stage, vortexed for 5-10 seconds, and reacted at 80 ° C for 10 minutes. Allow the heat to cool down quickly after the reaction is over. The fourth step is the extraction step. Add 1.25 ml of solution 3 (Haxane / Methyl tert-Butyl Ester = 1/1) and shake it up and down for 10 minutes. When the layers are separated, the lower layer is extracted and discarded. The fifth step is to add 3 ml of solution 4 (900 ml of distilled water containing NaOH 10.8 g) to the remaining supernatant of the previous step as a washing step to facilitate the analysis by GC, shake it up and down for 5 minutes, Were extracted and analyzed by GC / MS.

본 발명에서 사용한 CG/MS는 5975 series MSD 및 Agilent 7890A이며 HP-5 컬럼(30 m × 0.32 ㎜, 필름두께 0.25 ㎛을 사용하였다. 분석하기 위한 GC조건으로, 온도 프로그램은 100℃에서 5분, 220℃까지 5℃/분 가열, 250℃까지 5℃/분 가열 및 250℃ 에서 5분이었으며 MS 인터페이스 온도는 280℃이다. The CG / MS used in the present invention was 5975 series MSD and Agilent 7890A, and HP-5 column (30 m × 0.32 mm, film thickness 0.25 μm was used. Heating to 220 ° C at 5 ° C / min, heating to 250 ° C at 5 ° C / min and 250 ° C for 5 minutes, MS interface temperature of 280 ° C.

총 지방산 양은 LB 배지에서 높지만 본 발명에서 개발된 대장균들은 최소배지에서 공벡터 pTrc99A가 삽입되어진 야생종보다 더 안정적이고 더 많이 증진되었다 (도 8).
Total fatty acid content was higher in the LB medium, but the E. coli developed in the present invention was more stable and more enhanced than the wild type in which the empty vector pTrc99A was inserted in the minimal medium (FIG. 8).

실시예Example 7: 개발된 대장균의  7: Developed Escherichia coli 배지특성Badge characteristics (질소원) 조사(Nitrogen source) irradiation

실시예 6의 지방산 측정결과 재조합균주들이 최소배지에서 유리지방산이 증진되는 것을 확인하였다. 그러나 LB 배지에서 총생산량의 증가가 많이 되었으므로 두 배지의 성분을 비교해본 결과 LB 배지에는 두 종류의 질소원(효모추출물 및 트립톤)이 포함되어있다. 따라서 표 3의 (NH4)2SO4 대신 효모추출물 또는 트립톤 5 g/L를 첨가하여 배양하였다. 배지에 0.5%의 전 배양액을 접종하여 37℃, 180 rpm 상태에서 OD 0.3-0.6이 될 때까지 배양하였다. IPTG 0.5 mM로 첨가 후에는 30℃, 180 rpm에서 형질전환 대장균을 배양하였다.As a result of the measurement of fatty acid in Example 6, it was confirmed that the recombinant strains enhanced the free fatty acid in the minimum medium. However, the increase in the total production in LB medium was much higher. Therefore, LB medium contained two types of nitrogen sources (yeast extract and tryptone). Thus, Table 3 (NH 4) 2 SO 4 instead of the culture was added to a yeast extract or tryptone 5 g / L of. The medium was inoculated with 0.5% pre-culture solution and cultured at 37 캜 and 180 rpm until the OD reached 0.3-0.6. After addition of 0.5 mM IPTG, the transformed Escherichia coli was cultured at 30 ° C and 180 rpm.

본 발명으로 개발된 형질전환 대장균들의 생장곡선을 도 9에 나타내었다. 질소원으로써 효모추출물이 포함된 최소배지(도 9a)에서 자란 형질전환 대장균들의 생장성은 질소원으로써 트립톤이 포함된 최소배지(도 9b) 자란 형질전환 대장균들의 생장성과 큰 차이는 없었다. 그러나 글루코즈 소모량은 생장성과 반비례하며 트립톤이 포함된 배지에서 생장한 재조합체들이 더 많았다(도 9c 및 도 9d). 형질전환 대장균 내 아세트산은 배양시간에 따라 증가한 것도 확인 할 수 있었다(도 9e 및 도 9f).The growth curve of the transformed E. coli developed by the present invention is shown in Fig. The growth of the transformed E. coli grown in the minimal medium containing yeast extract as a nitrogen source (Fig. 9a) was not significantly different from that of transformed E. coli grown in the minimal medium containing the tryptone (Fig. 9b) as a nitrogen source. However, glucose consumption was inversely related to growth and there were more recombinants grown in media containing tryptone (Fig. 9c and Fig. 9d). It was also confirmed that the acetic acid in the transformed E. coli increased with the incubation time (FIGS. 9E and 9F).

질소원 트립톤이 포함된 최소배지에서 배양된 형질전환 대장균들을 시간에 따른 유리지방산을 측정하였다. 모든 재조합체들은 배양시간에 따라 지방산이 증가한 것을 확인 할 수 있었으며, 공벡터를 포함한 대장균(E. coli MG1655) 보다 개발균주들(E. coli SGJS41) 총 유리지방산의 함량이 약 30% 정도 증가하였다(도 10a). E. coli W3110은 야생종의 지방산이 많아 형질전환 대장균보다 많이 증가해 보이지 않았다(도 10b).Transformed E. coli cultured on a minimal medium containing the nitrogen source tryptone were measured for free fatty acids over time. All recombinants were found to have an increase in fatty acid according to the incubation time, and the content of free fatty acids in E. coli SGJS41 was increased by about 30% compared with Escherichia coli ( E. coli MG1655) containing a blank vector (Fig. 10A). E. coli W3110 showed a larger amount of fatty acids than wild-type E. coli W3110, showing no increase in the amount of E. coli W3110 (Fig. 10B).

시간별로 지방산 구성을 확인하였다(도 11). 본 발명으로 형질전환 된 대장균들은 포화지방산은 C12:0, C14:0, C16:0 및 C18:0까지 측정되었고 불포화지방산은 C16:1, C18:1 및 C18:2가 측정되었다. 본 발명에서 개발한 E. coli SGJS41 및 E. coli SGJS46은 C12:0과 C14:0이 공벡터가 포함된 대장균보다 최대 300%이상 증가하였고, 불포화지방산인 C18:1도 상당히 증가하였다. 외래종의 티오에스터레이즈를 대장균에 코돈 최적화하여 과발현 함으로써 세포내 지방산의 구성이 변화하였음을 확인하였다.
And fatty acid composition was confirmed by time (FIG. 11). The E. coli transformed with the present invention had the saturated fatty acids C12: 0, C14: 0, C16: 0 and C18: 0, and the unsaturated fatty acids C16: 1, C18: 1 and C18: 2. The E. coli SGJS41 and E. coli SGJS46 developed by the present invention showed up to 300% more increase in the C12: 0 and C14: 0 than in the E. coli containing the co-vector, and the unsaturated fatty acid C18: 1 was also significantly increased. It was confirmed that the composition of fatty acids in the cells was changed by overexpression of thioester raising of exotic species by codon optimization in E. coli.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 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. It is therefore intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto and their equivalents.

<110> Industry-University Cooperation Foundation Sogang University <120> Codon-Optimized Microbes for Improving the Content of Free Fatty Acids and Preparation Method thereof <130> PN120454 <160> 3 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 753 <212> DNA <213> Codon -optimiation Streptococcus pyogenes 3.1.2.14 <400> 1 atgggcctga gttatcagga ggagctcaca cttccgttcg aactgtgtga cgtcaaatca 60 gatataaaac tgcccctgct cctggactat tgcttgatgg tttctggtag acaaagtgcc 120 caactgggac gcagcaacaa caatctgttg gtcgattaca agctggtttg gattgtaact 180 gattatgaaa tcacgattca tcgcttgccg cactttcagg aaacaatcac cattgaaacc 240 aaagctctgt cctacaacaa atttttctgt tatcgccagt tttatatata tgatcaagag 300 gggggactgc ttgtggatat cctggcgtat ttcgctctgc taaatccaga tacgcgaaaa 360 gtggcaacca ttccggagga tctggtagcc ccttttaaga cagattttgt taaaaagctt 420 taccgtgttc cgaaaatgcc gcttctggaa caatcaattg accgtgacta ttacgtgcgt 480 tatttcgata ttgacatgaa tggtcatgta aataatagta aatatttgga ctggatgtac 540 gacgtgctgg ggtgcgcatt tttaaaaacc catcagcctc ttaagatgac tttaaaatat 600 gttaaagaag tcagcccagg cggtcagatt acttcctcgt accatctgga ccagctcaat 660 tcttaccacc agatcacgtc agatggccag ctgaacgcgc aggccatgat cgagtggcgg 720 gcaataaagc aaaccgaaag cgagattgac taa 753 <210> 2 <211> 753 <212> DNA <213> Streptococcus pyogenes 3.1.2.14 <400> 2 atgggattaa gttatcagga ggagttgaca cttccttttg aattatgtga tgtcaaatca 60 gatataaaat tgcccctttt attagactat tgtttgatgg tttctggtag acagtctgcg 120 caattaggac gaagtaacaa caacctttta gtcgattaca agcttgtttg gattgtaacg 180 gattatgaga tcactattca tcgcttgcca cattttcaag aaaccatcac cattgaaaca 240 aaagcccttt cctataataa atttttttgt tatcgccaat tttatattta tgatcaagag 300 gggggtcttt tagtggatat cttagcctat tttgctttgt taaacccaga tacgcgaaaa 360 gtggcaacta ttccagaaga tttagtagcg ccttttaaga ctgattttgt taaaaagtta 420 taccgtgttc ctaaaatgcc tcttttagaa caatcaattg atcgtgatta ttatgtgcgt 480 tattttgata ttgatatgaa tggtcatgtc aacaacagta aatatttaga ttggatgtat 540 gatgtgttgg ggtgtgcgtt tttaaaaacg catcagcctc ttaagatgac tttgaaatat 600 gttaaagaag tctcaccagg cggtcaaatt acttccagtt accatttgga ccaattaaat 660 tcttaccatc aaatcacctc agatgggcag ctgaatgccc aagccatgat tgaatggcga 720 gcgattaaac aaacagaaag cgagatagac tag 753 <210> 3 <211> 627 <212> DNA <213> E. coli MG1655 tesA <400> 3 atgatgaact tcaacaatgt tttccgctgg catttgccct tcctgttcct ggtcctgtta 60 accttccgtg ccgccgcagc ggacacgtta ttgattctgg gtgatagcct gagcgccggg 120 tatcgaatgt ctgccagcgc ggcctggcct gccttgttga atgataagtg gcagagtaaa 180 acgtcggtag ttaatgccag catcagcggc gacacctcgc aacaaggact ggcgcgcctt 240 ccggctctgc tgaaacagca tcagccgcgt tgggtgctgg ttgaactggg cggcaatgac 300 ggtttgcgtg gttttcagcc acagcaaacc gagcaaacgc tgcgccagat tttgcaggat 360 gtcaaagccg ccaacgctga accattgtta atgcaaatac gtctgcctgc aaactatggt 420 cgccgttata atgaagcctt tagcgccatt taccccaaac tcgccaaaga gtttgatgtt 480 ccgctgctgc ccttttttat ggaagaggtc tacctcaagc cacaatggat gcaggatgac 540 ggtattcatc ccaaccgcga cgcccagccg tttattgccg actggatggc gaagcagttg 600 cagcctttag taaatcatga ctcataa 627 <110> Industry-University Cooperation Foundation Sogang University <120> Codon-Optimized Microbes for Improving the Content of Free Fatty          Acids and Preparation Method thereof <130> PN120454 <160> 3 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 753 <212> DNA <213> Codon-optimization Streptococcus pyogenes 3.1.2.14 <400> 1 atgggcctga gttatcagga ggagctcaca cttccgttcg aactgtgtga cgtcaaatca 60 gatataaaac tgcccctgct cctggactat tgcttgatgg tttctggtag acaaagtgcc 120 caactgggac gcagcaacaa caatctgttg gtcgattaca agctggtttg gattgtaact 180 gattatgaaa tcacgattca tcgcttgccg cactttcagg aaacaatcac cattgaaacc 240 aaagctctgt cctacaacaa atttttctgt tatcgccagt tttatatata tgatcaagag 300 gggggactgc ttgtggatat cctggcgtat ttcgctctgc taaatccaga tacgcgaaaa 360 gtggcaacca ttccggagga tctggtagcc ccttttaaga cagattttgt taaaaagctt 420 taccgtgttc cgaaaatgcc gcttctggaa caatcaattg accgtgacta ttacgtgcgt 480 tatttcgata ttgacatgaa tggtcatgta aataatagta aatatttgga ctggatgtac 540 gacgtgctgg ggtgcgcatt tttaaaaacc catcagcctc ttaagatgac tttaaaatat 600 gttaaagaag tcagcccagg cggtcagatt acttcctcgt accatctgga ccagctcaat 660 tcttaccacc agatcacgtc agatggccag ctgaacgcgc aggccatgat cgagtggcgg 720 gcaataaagc aaaccgaaag cgagattgac taa 753 <210> 2 <211> 753 <212> DNA <213> Streptococcus pyogenes 3.1.2.14 <400> 2 atgggattaa gttatcagga ggagttgaca cttccttttg aattatgtga tgtcaaatca 60 gatataaaat tgcccctttt attagactat tgtttgatgg tttctggtag acagtctgcg 120 caattaggac gaagtaacaa caacctttta gtcgattaca agcttgtttg gattgtaacg 180 gattatgaga tcactattca tcgcttgcca cattttcaag aaaccatcac cattgaaaca 240 aaagcccttt cctataataa atttttttgt tatcgccaat tttatattta tgatcaagag 300 gggggtcttt tagtggatat cttagcctat tttgctttgt taaacccaga tacgcgaaaa 360 gtggcaacta ttccagaaga tttagtagcg ccttttaaga ctgattttgt taaaaagtta 420 taccgtgttc ctaaaatgcc tcttttagaa caatcaattg atcgtgatta ttatgtgcgt 480 tattttgata ttgatatgaa tggtcatgtc aacaacagta aatatttaga ttggatgtat 540 gatgtgttgg ggtgtgcgtt tttaaaaacg catcagcctc ttaagatgac tttgaaatat 600 gttaaagaag tctcaccagg cggtcaaatt acttccagtt accatttgga 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Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 다음의 단계를 포함하는 지방산의 제조방법:
(a) 서열목록 제1서열의 아실-[아실운반단백질] 티오에스터라제(acyl-[acyl carrier protein] thioesterase)를 코딩하는 뉴클레오타이드 서열을 발현 벡터에 삽입하여 제조된 재조합 벡터로 형질전환한 대장균 MG1655(Escherichia coli MG1655)를 소듐 설페이트, 트립톤, 암모늄 클로라이드, 디포타슘 포스페이트, 소듐 포스페이트, (NH4)2-H-시트레이트, 마그네슘 설페이트 및 티아민으로 구성된 배지에서 배양하여 지방산을 생합성 하는 단계; 및
(b) 상기 생합성된 지방산을 수득하는 단계.
A method for producing a fatty acid comprising the steps of:
(a) Escherichia coli transformed with a recombinant vector prepared by inserting a nucleotide sequence encoding an acyl- [acyl carrier protein] thioesterase of the first sequence of the sequence into an expression vector MG1655 (Escherichia coli MG1655) the step of the biosynthesis sodium sulfate, tryptone, ammonium chloride, di-potassium phosphate, sodium phosphate, (NH 4) 2 -H- citrate, fatty acid by culturing in a culture medium consisting of magnesium sulfate, and thiamine; And
(b) obtaining said biosynthetic fatty acid.
삭제delete 제 8 항에 있어서, 상기 방법은 야생형 대장균과 비교하여 지방산에 대한 수율이 1.5-4.0배 증가된 것을 특징으로 하는 방법.
9. The method of claim 8, wherein the method increases the yield for fatty acids by 1.5-4.0 fold compared to wild-type E. coli.
제 8 항에 있어서, 상기 지방산은 C12:0 및 C14:0의 포화지방산 및 C18:1의 불포화지방산인 것을 특징으로 하는 방법.
9. The method of claim 8, wherein the fatty acid is a saturated fatty acid of C12: 0 and C14: 0 and an unsaturated fatty acid of C18: 1.
삭제delete
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