KR102005664B1 - Transformed methanotrophs for producing aminolevulinic acid and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로(TCA cycle) 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로(serine pathway)가 동시에 활성화된 메탄자화균에 아미노레불린산 합성효소 유전자가 도입된 아미노레불린산 생산용 형질전환체, 상기 형질전환체를 포함하는 아미노레불린산 생산용 조성물, 상기 조성물을 포함하는 아미노레불린산 생산용 키트 및 상기 형질전환체를 배양하여 메탄으로부터 아미노레불린산을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 형질전환체를 이용하면, 대기중의 메탄을 유일 탄소원으로 이용하여, 아미노레불린산을 생산할 수 있으므로, 경제적인 아미노레불린산의 생산에 널리 활용할 수 있을 것이다.The present invention relates to a method for producing an aminolevulinic acid synthase gene in which methanotrophic bacteria in which a TCA metabolic pathway (TCA cycle) for biosynthesis of succinyl-CoA and a serine pathway for serine biosynthesis for glycine biosynthesis are simultaneously activated, A transformant for acid production, a composition for producing aminolevulinic acid containing the transformant, a kit for producing aminolevulinic acid containing the composition, and the transformant are cultured to produce aminolevulinic acid from methane . Using the transformants provided in the present invention, aminolevulinic acid can be produced by using atmospheric methane as a sole carbon source, so that it can be widely used for production of economical aminolevulinic acid.

Description

아미노레불린산 생산용 형질전환메탄자화균 및 이의 용도{Transformed methanotrophs for producing aminolevulinic acid and uses thereof}[0001] Transformed methanotrophs for producing aminolevulinic acid and uses thereof [0002]

본 발명은 아미노레불린산 생산용 형질전환체 및 이의 용도에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 발명은 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로(TCA cycle) 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로(serine pathway)가 동시에 활성화된 메탄자화균에 아미노레불린산 합성효소 유전자가 도입된 아미노레불린산 생산용 형질전환체, 상기 형질전환체를 포함하는 아미노레불린산 생산용 조성물, 상기 조성물을 포함하는 아미노레불린산 생산용 키트 및 상기 형질전환체를 배양하여 메탄으로부터 아미노레불린산을 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transformant for the production of aminolevulinic acid and a use thereof. More specifically, the present invention relates to a TCA metabolic pathway (TCA cycle) for biosynthyl-CoA biosynthesis and a serine pathway for biosynthesis of glycine ), A transformant for producing aminolevulinic acid in which an aminolevulinic acid synthase gene is introduced into a methanotrophic bacterium activated simultaneously, a composition for producing aminolevulinic acid containing the transformant, an amino And a method for producing aminolevulinic acid from methane by culturing the transformant.

메탄은 천연가스와 셰일가스의 주성분으로 바이오매스의 혐기소화 과정에서 발생하거나 매립지가스에서 주로 발생한다. 매년 국내에서 200만톤, 세계적으로는 1,500억톤이 발생하며, CO2보다 온실가스 효과가 21배 정도 높은 원인 물질로 알려져 있다. 이러한 메탄가스는 메탄자화균을 이용하여 생물학적 전환을 통해 바이오 연료 또는 화학원료 등의 다양한 고부가가치 목적산물을 생산할 수 있다.Methane is the main component of natural gas and shale gas, which occurs in the anaerobic digestion process of biomass or mainly in landfill gas. Each year, 2 million tonnes are generated domestically and 150 billion tonnes are generated globally. It is known to cause 21 times higher greenhouse gas effect than CO 2 . These methane gases can produce various high-value-added end products such as biofuels or chemical raw materials through bioconversion using methane magnetism bacteria.

아미노레불린산(aminolevulinic acid, ALA)은 탄소 5개의 지방족 화합물로 생물체 내에 클로로필 및 헴(heme)을 포함하는 모든 테트라피롤(tetrapyrrole) 생합성 과정의 필수적인 전구체로서 생체 내에서 테트라피롤은 여러 단계를 거쳐 헤모글로빈, 클로로필, 비타민 B12 등의 조효소인 헴(heme)으로 생합성된다.Aminolevulinic acid (ALA) is an essential precursor of the tetrapyrrole biosynthetic process involving chlorophyll and heme in organisms with five aliphatic compounds of carbon. Tetrapyrrole in vivo has undergone several steps Hemoglobin, chlorophyll, vitamin B12 and the like.

ALA의 이러한 생합성 경로의 특징에 따라 식물생장촉진제, 제초제, 또는 살충제 등 농업적으로 응용할 수 있고, 암 치료제나 뇌종양 진단 등 의학적 응용, 그리고 화장품 첨가물이나 헴(heme) 구조를 포함한 효소의 생산 등에 이용할 수 있다.According to the characteristics of this biosynthetic pathway of ALA, it can be applied for agriculture such as plant growth promoter, herbicide, or insecticide. It can be used for medical applications such as cancer treatment or brain tumor diagnosis and production of enzymes including cosmetic additives and heme structure .

ALA는 친환경적인 생물농약 및 식물촉진제로서 식물에 처리시 식물의 생장과 발달을 촉진하는데 이러한 촉진효과는 클로로필 함량 증가, 광합성 활성 증대 및 호흡작용 억제를 통해 기인한 것으로 보고되었다.ALA is an environmentally friendly biochemical pesticide and plant promoter that promotes the growth and development of plants upon the treatment of plants. It has been reported that this promoting effect is due to increase of chlorophyll content, increase of photosynthesis activity and inhibition of respiration.

의약부문에서 ALA 는 미생물 저항성 약품 및 피부암 치료제 등 생물학적인 활성물질로 이미 사용되고 있어 FDA에서 허용한 악성종양치료용 광역학치료법(photodynamic theraphy, PDT)의 광민감제로서 널리 알려져 있다. ALA는 헴(heme) 생합성 경로를 통해 전구물질인 광민감제 프로토포르피린 IX(protoporphyrine IX)를 형성하며 짧은 시간동안 작용을 나타낸 후 빠르게 대사된다. 상기 프로토포르피린 IX가 광민감제로 활성화되기 시작하면 형광을 나타내고 세포독성을 나타내게 되는데 이를 활용하여 암의 진단이나 치료의 목적으로 사용된다.In the pharmaceutical sector, ALA has been widely used as a biologically active substance such as microbial resistance and skin cancer treatment, and is widely known as a photodynamic therapy (PDT) photodynamic therapy for the treatment of malignant tumors allowed by the FDA. ALA forms a precursor, protoporphyrin IX, through the heme biosynthetic pathway, which is rapidly metabolized after a brief period of action. When the protoporphyrin IX is activated as a photosensitizer, it exhibits fluorescence and cytotoxicity, and is used for diagnosing or treating cancer.

ALA는 화학적 공정을 통해서 합성이 가능하지만 합성단계가 복잡하고 수율이 낮은 문제점이 있다. 그러나 미생물을 이용할 경우 많은 양의 ALA를 합성할 수 있고 생물학적 합성과정은 매우 간단하다.Although ALA can be synthesized through chemical processes, it has a complicated synthesis step and low yield. However, when using microorganisms, a large amount of ALA can be synthesized and the biological synthesis process is very simple.

ALA의 생물학적 합성과정은 크게 두 경로를 통해 가능하다. ALA는 미생물내의 C5 경로(C5 pathway, Beale pathway) 또는 C4 경로(C4 pathway, Shemin pathway)를 통해 생산할 수 있다. 상기 C5 경로는 식물, 조류, 그리고 많은 미생물에 존재하며 글루타메이트로부터 ALA를 합성하는데, 이때, 글루타밀-tRNA 합성효소(glutamyl-tRNA synthase, gltX), NADPH-의존성 글루타밀-tRNA 환원효소(NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase, hemA) 및 글루타메이트-1-세미알데히드 아미노트랜스퍼라제(glutamate-1-semialdehyde aminotransferase, hemL)가 관여한다고 알려져 있다. 상기 C4 경로는 아미노레불린산 합성효소를 사용하여 숙시닐-CoA와 글리신으로부터 ALA를 합성하는 것으로 알려져 있다.The biological synthesis process of ALA is largely possible through two pathways. ALA can be produced via the C5 pathway (C5 pathway, Beale pathway) or the C4 pathway (Shemin pathway) in microorganisms. The C5 pathway is present in plants, algae and many microorganisms and synthesizes ALA from glutamate, wherein glutamyl-tRNA synthase (gltX), NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase (NADPH- dependent glutamyl-tRNA reductase, hemA) and glutamate-1-semialdehyde aminotransferase (hemL). The C4 pathway is known to synthesize ALA from succinyl-CoA and glycine using aminolevulinic acid synthase.

그러나, 이처럼 생물학적 합성과정을 통해, ALA를 생산하기 위하여는 미생물의 성장 및 ALA 합성의 탄소원으로 사용되는 포도당을 과량으로 공급하여야만 하므로, ALA의 생산비용이 높은 수준을 나타낸다는 단점이 있어, 이를 개량할 필요성이 대두되었으나, 효과적인 해결방안이 제시되지 않고 있는 실정이다.However, in order to produce ALA through such a biological synthesis process, since it is necessary to supply excess amount of glucose used as a carbon source for growth of microorganisms and ALA synthesis, there is a disadvantage that production cost of ALA is high, However, effective solutions have not been proposed yet.

이러한 배경하에서, 보다 경제적으로 생물학적 합성과정을 통해 ALA를 생산하는 기술을 개발하고자 예의 연구노력한 결과, 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로(TCA cycle) 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로(serine pathway)가 동시에 활성화된 메탄자화균에 아미노레불린산 합성효소 유전자가 도입된 형질전환체를 이용할 경우, 메탄을 유일 탄소원으로 사용하여 경제적으로 ALA를 생산할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.As a result of efforts to develop a technology for producing ALA more economically through biological synthesis under these circumstances, it has been found that TCA metabolism pathway (TCA cycle) biosynthyl-CoA biosynthesis and serine pathway biosynthesizing glycine biosynthesis pathway ) Were simultaneously activated, methane was used as a sole carbon source to produce ALA economically, and the present invention was completed.

본 발명의 하나의 목적은 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로(TCA cycle) 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로(serine pathway)가 동시에 활성화된 메탄자화균에 아미노레불린산 합성효소(aminolevulinic acid synthase, ALAS) 유전자가 도입된 아미노레불린산 생산용 형질전환체를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a method for the production of aminolevulinic acid (hereinafter abbreviated as " aminolevulinic acid ") in a methanotrophic bacterium which simultaneously activates the TCA metabolic pathway TCA cycle for biosynthesis of succinyl- CoA and the serine pathway for biosynthesis of glycine synthase, ALAS) gene into a transformant for producing aminolevulinic acid.

본 발명의 다른 목적은 상기 형질전환체를 포함하는 아미노레불린산 생산용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for producing aminolevulinic acid comprising the transformant.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 조성물을 포함하는 아미노레불린산 생산용 키트를 제공하는 것이다.Yet another object of the present invention is to provide a kit for producing aminolevulinic acid comprising the above composition.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 형질전환체를 배양하여 메탄으로부터 아미노레불린산을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide a method for producing aminolevulinic acid from methane by culturing the transformant.

본 발명자들은 보다 경제적으로 생물학적 합성과정을 통해 ALA를 생산하는 기술을 개발하고자 다양한 연구를 수행하던 중, 메탄자화균에 주목하게 되었다. 메탄자화균은 탄소원으로서 대기중의 메탄을 사용하므로, 메탄자화균을 이용하여 생물학적 합성과정을 통해 ALA를 생산할 경우, 배지에 공급되는 포도당의 함량을 감축시켜서 보다 경제적으로 ALA를 생산할 수 있을 것으로 예상하였다.The present inventors have focused on methane magnetism bacteria while carrying out various studies to develop a technology for producing ALA through a biological synthesis process more economically. Since methane magnetism bacteria use atmospheric methane as a carbon source, it is expected that when ALA is produced through a biological synthesis process using methane magnetism bacteria, it is possible to produce ALA more economically by reducing the amount of glucose supplied to the medium Respectively.

그러나, 메탄자화균을 사용할 경우에는 대기중의 메탄을 탄소원으로 이용하는 C5 경로를 통해 ALA를 생산할 수 있었으나, 숙시닐-CoA와 글리신을 필요로 하는 C4 경로는 사용할 수 없음을 확인하였는데, 이는 대부분의 일반적인 메탄자화균에서는 숙시닐-CoA를 공급하는 TCA 대사경로와 글리신을 공급하는 세린 대사경로가 동시에 활성화되지 않기 때문임을 확인하였다.However, when methane magnetism was used, ALA could be produced through the C5 pathway using atmospheric methane as a carbon source, but it was confirmed that the C4 pathway requiring succinyl-CoA and glycine could not be used, It was confirmed that the TCA metabolic pathway supplying succinyl - CoA and the serine metabolic pathway supplying glycine are not activated simultaneously in general methanotrophic bacteria.

이에 따라, 상기 TCA 대사경로와 세린 대사경로가 동시에 활성화되는 메탄자화균을 발굴하기 위하여, 다양한 연구를 수행한 결과, 본 발명자들이 한국등록특허 제10-1714967호를 통해 특허등록받은 신규한 메탄자화균인 메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1) 균주(KCTC18400P)(이하, "DH-1 균주"라 약칭 함)가 TCA 대사경로와 세린 대사경로가 동시에 활성화되는 메탄자화균임을 확인하였다. 그러나, 상기 DH-1 균주에서는 C4 경로에서 중요한 역할을 수행하는 ALAS가 발현되지 않아, C4 경로를 통해 ALA를 생산하지는 못함을 확인하였다.As a result, various studies have been conducted to discover methanotrophic bacteria that simultaneously activate the TCA metabolic pathway and the serine metabolic pathway. As a result, the present inventors have found that the novel methane magnetization Pseudomonas genus DH-1 to gyunin methyl (Methylomonas sp. DH-1) strain (KCTC18400P) that (hereinafter, "DH-1 strain" abbreviated as LA) the methane bacteria magnetization that TCA pathway and serine pathway activated at the same time Respectively. However, in the DH-1 strain, ALAS, which plays an important role in the C4 pathway, was not expressed and it was confirmed that ALA could not be produced through the C4 pathway.

이에, C4 경로에 관여하는 ALAS 유전자를 DH-1 균주에 도입한 형질전환체를 제작하고, 메탄을 포함하는 대기조건 하에서, 숙신산 및 글리신을 포함하지 않은 배지를 이용하여 상기 형질전환체를 배양하면서, 이의 ALA 생산성을 분석한 결과, DH-1 균주의 ALA 생산성에 비하여 상기 형질전환체의 ALA 생산성이 약 1.8배로 증가됨을 확인하였다.Thus, a transformant in which the ALAS gene involved in the C4 pathway was introduced into strain DH-1 was prepared, and the transformant was cultured in a medium containing succinic acid and glycine under an atmospheric condition containing methane , It was confirmed that the ALA productivity of the transformant was increased to about 1.8 times as compared with the ALA productivity of the DH-1 strain.

이처럼, 배지에 숙신산 및 글리신을 공급하지 않은 조건에서, TCA 대사경로와 세린 대사경로가 동시에 활성화되는 DH-1 균주에 ALAS 유전자가 도입된 형질전환체를 대기중의 메탄만을 유일 탄소원으로 이용하여 배양함으로써, ALA를 생산하는 기술은 지금까지 전혀 알려져 있지 않고, 본 발명자에 의하여 최초로 개발되었다.As described above, the transformant into which the ALAS gene was introduced into DH-1 strain, in which the TCA metabolic pathway and the serine metabolism pathway were simultaneously activated under the condition that succinic acid and glycine were not supplied to the medium, Thus, the technology for producing ALA has not been known at all and has been developed for the first time by the present inventors.

상술한 목적을 달성하기 위한, 일 실시양태로서, 본 발명은 In order to achieve the above-mentioned object, in one embodiment, 숙시닐Succino -- CoA를CoA 생합성하는Biosynthetic TCATCA 대사경로( Metabolic pathway ( TCATCA cycle) 및 글리신을  cycle) and glycine 생합성하는Biosynthetic 세린 대사경로( Serine metabolism pathway serineserine pathway)가 동시에 활성화된  pathway) are activated simultaneously 메탄자화균에In methane magnetism 아미노레불린산Aminolevulinic acid 합성효소(aminolevulinic acid  Synthetic enzyme (aminolevulinic acid synthasesynthase , ALAS) 유전자가 도입된 , ALAS) gene introduced 아미노레불린산Aminolevulinic acid 생산용 형질전환체를 제공한다. A transformant for production is provided.

본 발명의 용어 "메탄자화균(methanotrophs)"이란, 메탄산화세균이라고도 호칭되며, 메탄을 유일탄소원으로 이용하여 생육하는 원핵생물을 의미한다. 대부분의 메탄자화균은 대기중의 메탄을 탄소원으로서 사용하는데, 대체로 메탄을 메탄올의 형태로 전환시킨 후, 생체내 대사에 사용한다. The term " methanotrophs "of the present invention is also referred to as methanotrophic bacteria, and refers to prokaryotes that grow using methane as a unique carbon source. Most methane magnetisms use atmospheric methane as a carbon source, usually methane converted to methanol and then used for in vivo metabolism.

본 발명에 있어서, 상기 메탄자화균은 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로가 동시에 활성화된 메탄자화균인 것으로 해석될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로(TCA cycle) 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로(serine pathway)가 동시에 활성화된 메탄자화균으로서, 메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1) 균주를 사용하였다.In the present invention, it can be interpreted that the methanotrophic bacterium is a methanotrophic bacillus which simultaneously activates the TCA metabolic pathway for succinyl-CoA biosynthesis and the serine metabolic pathway for biosynthesis of glycine. In the embodiment of the present invention, the methanotrophic bacteria in which the TCA metabolic pathway (TCA cycle) biosynthyl-CoA biosynthesis and the serine pathway biosynthesizing glycine biosynthesis are simultaneously activated are methyl methanas sp . DH-1) was used.

본 발명의 용어 "메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1) 균주"란, 하수슬러지로부터 유래되고, 종래에 보고되지 않았던 메틸로모나스 속(Methylomonas sp.)에 속하는 균주로서, 2015년 8월 27일자로 한국생명공학연구원 생물자원센터에 기탁하고, 기탁번호 KCTC18400P를 부여받은 균주를 의미한다.The term "DH-1 " ( Methylomonas sp . DH-1) strain "refers to a strain belonging to the genus Methylomonas sp . Derived from sewage sludge, which has not been reported in the past, and deposited on August 27, 2015 at the Korea Biotechnology Research Institute , Strain No. KCTC18400P.

본 발명에 있어서, 상기 메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1) 균주(이하, "DH-1 균주"라 약칭 함)는 다음과 같은 특징을 나타낸다.In the present invention, the above-mentioned DH-1 ( Methylomonas sp . DH-1) strain (hereinafter abbreviated as "DH-1 strain") exhibits the following characteristics.

(a) 수용성 미립자 메탄산화효소(soluble methane monooxygenase, sMMO) 유전자가 존재하지 않는다. (a) soluble methane monooxygenase (sMMO) gene is not present.

(b) 미립자 메탄산화효소(particulate methane monooxygenase, pMMO) 유전자, PQQ-의존성 메탄올 디하이드로게나제(PQQ-dependent methanol dehydrogenase, mxaFJGIRSACKLDEK) 유전자, PQQ 생합성 유전자 클러스터(PQQ biosynthesis gene cluster, pqqBCDE) 유전자, 피루브산 탈카르복시효소(pyruvate decarboxylase, PDC) 유전자, 글루타밀-tRNA 합성효소(glutamyl-tRNA synthase, gltX) 유전자, NADPH-의존성 글루타밀-tRNA 환원효소(NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase, hemA) 유전자, 글루타메이트-1-세미알데히드 아미노트랜스퍼라제(glutamate-1-semialdehyde aminotransferase, hemL) 유전자, 스쿠알렌 호펜 사이클라제(squalene hopene cyclase, shc) 유전자 등이 발현된다.(b) a gene encoding a PQQ-dependent methanol dehydrogenase (mxaFJGIRSACKLDEK) gene, a PQQ biosynthesis gene cluster (pqqBCDE) gene, a pyruvic acid A glutamyl-tRNA synthetase (gltX) gene, a NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase (hemA) gene, a glutamate- 1-semialdehyde aminotransferase (hemL) gene, squalene hopene cyclase (shc) gene, and the like are expressed.

(c) 포름알데히드를 대사하는 RuMP 대사경로(ribulose monophosphate cycle), ED 대사경로(Entner-Doudoroff pathway), EMP 대사경로(Embden-Meyerhof-Parnas pathway), PP 대사경로(pentose phosphate pathway), H4MPT 대사경로(Tetrahydromethanopterim pathway), H4F 대사경로(tetrahydrofolaste pathway), 세린 대사경로(serine pathway), TCA 대사경로(TCA cycle), C30 카로티노이드 합성경로(C30 carotenoid synthesis pathway), 호파노이드 생합성 경로(hopanoid biosynthesis pathway), C40 카로티노이드 합성경로(C30 carotenoid synthesis pathway) 등이 활성화되어 있다.(c) the RuMP monophosphate cycle, the Entner-Doudoroff pathway, the EMP metabolism pathway, the PP metabolic pathway, the pentose phosphate pathway, and the H 4 Tetrahydromethanopterim pathway, H 4 F tetrahydrofolaste pathway, serine pathway, TCA metabolic pathway, C30 carotenoid synthesis pathway, hapanoid biosynthetic pathway, hopanoid biosynthesis pathway, and the C40 carotenoid synthesis pathway.

(d) 피루브산카르복시화효소(pyruvate carboxylase) 유전자, 포스포에놀피루브산카르복실화효소(phosphoenolpyruvate carboxylase) 유전자 및 피루브산 탈카르복시효소(pyruvate decarboxylase, PDC) 유전자의 조합 활성에 의해 이산화탄소를 흡수하여 고정시킨다.(d) Carbon dioxide is absorbed and fixed by the combined activity of a pyruvate carboxylase gene, a phosphoenolpyruvate carboxylase gene, and a pyruvate decarboxylase (PDC) gene .

본 발명의 용어 "형질전환체"란, 숙주 미생물에 외래 유전자를 도입하여 발현시키거나 또는 내재적인 유전자의 발현을 억제하여 숙주 미생물이 가지는 원래의 유전적인 특징과 상이한 유전적인 특징을 새로이 나타내도록 변이시킨 변이 균주를 의미한다.The term "transformant" of the present invention is intended to mean a mutant gene that is introduced into a host microorganism and expressed, or inhibits the expression of an inherent gene, so as to newly exhibit a genetic characteristic different from that of the host microorganism ≪ / RTI >

본 발명에 있어서, 상기 형질전환체는 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로가 동시에 활성화된 메탄자화균에 C4 경로에 관여하는 ALAS 유전자를 도입하고, 이를 발현시켜서 기체상의 메탄으로부터 ALA를 생산할 수 있는 변이 균주를 의미하는 것으로 해석될 수 있다.In the present invention, the transformant is prepared by introducing the ALAS gene involved in the C4 pathway into a methanotrophic bacillus which simultaneously activates the TCA metabolic pathway for succinyl-CoA biosynthesis and the serine metabolic pathway for biosynthesis of glycine, It can be interpreted as meaning a mutant strain capable of producing ALA from gaseous methane.

상기 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로가 동시에 활성화된 메탄자화균은 TCA 경로의 활성화와 C5 경로에 관여하는 글루타밀-tRNA 합성효소(glutamyl-tRNA synthase, gltX) 유전자, NADPH-의존성 글루타밀-tRNA 환원효소(NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase, hemA) 유전자 및 글루타메이트-1-세미알데히드 아미노트랜스퍼라제(glutamate-1-semialdehyde aminotransferase, hemL)를 코딩하는 유전자의 조합 및 발현으로 C5 경로에 의하여 기체상의 메탄으로부터 ALA를 생산할 수 있는 특성을 나타낸다.The methanotrophic bacteria activated simultaneously with the TCA metabolic pathway biosynthesizing succinyl-CoA and the serine metabolic pathway biosynthesizing glycine are activated by TCA pathway and glutamyl-tRNA synthase, gltX ) Gene, a combination of genes encoding NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase (hemA) gene and glutamate-1-semialdehyde aminotransferase (hemL) And expression of ALA from gaseous methane by the C5 pathway.

따라서, 상기 형질전환체는 C5 경로에 관여하는 글루타밀-tRNA 합성효소(glutamyl-tRNA synthase, gltX) 유전자, NADPH-의존성 글루타밀-tRNA 환원효소(NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase, hemA) 유전자 및 글루타메이트-1-세미알데히드 아미노트랜스퍼라제(glutamate-1-semialdehyde aminotransferase, hemL)를 코딩하는 유전자를 단독으로 또는 조합하여 추가로 도입함으로써, C5 경로의 활성이 증가된 변이 균주가 될 수도 있다.Therefore, the transformant can be used as a glutamyl-tRNA synthase (gltX) gene, a NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase (hemA) gene and a NADPH- It may be a mutant strain in which the activity of the C5 pathway is increased by introducing a gene encoding glutamate-1-semialdehyde aminotransferase (hemL) alone or in combination.

상기 각 유전자의 추가적인 도입은 각각 단독으로 또는 조합하여 수행함으로써, 형질전환체를 제작할 수 있다.The additional introduction of each of the above genes may be carried out singly or in combination to produce a transformant.

상기 형질전환체에 도입되는 ALAS 유전자는 특별히 이에 제한되지 않으나, 메탄자화균으로부터 유래된 동종유래의 유전자가 될 수도 있고, 다른 미생물로부터 유래된 이종유래의 유전자가 될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서는 DH-1 균주에 제2형 메탄자화균 유래의 ALAS 유전자(서열번호 1) 또는 로도박터 속 미생물 유래의 ALAS 유전자(서열번호 2)를 도입한 형질전환체를 제작하였다.The ALAS gene to be introduced into the transformant is not particularly limited, but it may be a homologous gene derived from methanotrophic bacteria, or may be a heterologous gene derived from another microorganism. In the example of the present invention, a transformant obtained by introducing an ALAS gene (SEQ ID NO: 1) derived from type 2 methanotrophic bacteria or an ALAS gene (SEQ ID NO: 2) derived from Rhodobacteria microorganism into DH-1 strain was prepared.

본 발명에서 제공하는 숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로가 동시에 활성화된 메탄자화균은 TCA 대사경로가 활성화되어 있어, 숙시닐-CoA를 내재적으로 합성할 수 있고, 세린 대사경로가 활성화되어 있어, 글리신을 내재적으로 합성할 수 있으므로, 이에 ALAS 유전자가 도입된 형질전환체는 외부에서 글리신 또는 숙신산을 공급받지 않아도, 메탄을 단일 탄소원으로 사용하여 C4 경로를 통해 ALA를 생합성할 수 있는 특성을 나타낸다.The TCA metabolic pathway activated by both the TCA metabolic pathway for biosynthesis of succinyl-CoA and the serine metabolic pathway for biosynthesis of glycine provided in the present invention is capable of intrinsically synthesizing succinyl-CoA , The serine metabolism pathway is activated and glycine can be intrinsically synthesized. Therefore, the transformant into which the ALAS gene has been introduced can be transformed into ALA through C4 pathway using methane as a single carbon source without supplying glycine or succinic acid externally, Can be biosynthesized.

이러한 형질전환체의 특성은 세린 대사경로와 TCA 대사경로가 함께 활성화되지 않아, C4 경로를 통해 ALA를 생합성하기 위하여는 반드시 숙신산 또는 글리신을 외부로부터 공급받아야만 하는 종래의 메탄자화균에 구별될 수 있는 장점이 될 수 있다.The characteristics of these transformants are that the serine metabolism pathway and the TCA metabolic pathway are not activated at the same time, and in order to biosynthesize ALA through the C4 pathway, it is necessary to distinguish the succinic acid or glycine from the conventional methanotrophic bacteria It can be an advantage.

뿐만 아니라, 상기 형질전환체는 일반적인 C5 경로를 통해서도 ALA를 생산할 수 있다.In addition, the transformant can also produce ALA through the normal C5 pathway.

따라서, 상기 형질전환체는 종래의 메탄자화균과는 달리, 대기중의 메탄을 단일 탄소원으로 사용하여 C4 경로 및 C5 경로를 통해 ALA를 생산할 수 있으므로, 종래의 메탄자화균을 이용할 경우 보다도 경제적으로 ALA를 생산할 수 있다.Therefore, unlike the conventional methanotrophic bacteria, the transformant can produce ALA through the C4 pathway and the C5 pathway using methane in the atmosphere as a single carbon source. Therefore, the transformant is more economical than conventional methanotrophic bacteria ALA can be produced.

다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 형질전환체를 포함하는 In another embodiment, the present invention provides a method for producing 아미노레불린산Aminolevulinic acid 생산용 조성물을 제공한다. Thereby providing a composition for production.

상술한 바와 같이, 상기 ALAS 유전자가 도입된 형질전환체에서는 활성화된 C4 경로에 의하여 메탄으로부터 ALA를 생산할 수 있으므로, 상기 형질전환 미생물 또는 이의 배양물을 이용하면 메탄으로부터 ALA를 높은 수율로 생산할 수 있다. As described above, in the transformant into which the ALAS gene is introduced, ALA can be produced from methane by the activated C4 pathway. Therefore, ALA can be produced from methane with high yield by using the transformant microorganism or culture thereof .

본 발명에 있어서, 상기 형질전환체의 배양산물은 메탄으로부터 ALA를 생산하는데 사용될 수 있는 한, 특별히 이에 제한되지 않으나, 일 예로서, 상기 형질전환체의 배양물, 배양상등액, 파쇄물, 이들의 분획물 등이 될 수 있고, 다른 예로서, 상기 형질전환체의 배양물을 원심분리하여 수득한 배양상등액, 상기 형질전환체를 물리적으로 또는 초음파처리하여 수득한 파쇄물, 상기 배양물, 배양상등액, 파쇄물 등을 원심분리, 크로마토그래피 등의 방법에 적용하여 수득한 분획물 등이 될 수 있다.In the present invention, the culture product of the transformant is not particularly limited as long as it can be used for producing ALA from methane. However, for example, the culture product, the culture supernatant, the crushed product, As another example, the culture supernatant obtained by centrifuging the culture of the transformant, the crushed product obtained by physically or ultrasonically treating the transformant, the culture, the culture supernatant, the crushed product, etc. May be a fraction obtained by applying centrifugation, chromatography or the like.

또 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 In yet another embodiment, 아미노레불린산Aminolevulinic acid 생산용 조성물을 포함하는 아미노레불린산 생산용 키트를 제공한다. There is provided a kit for producing aminolevulinic acid comprising a composition for production.

본 발명의 ALA 생산용 키트는 상기 ALA 생산용 조성물을 포함하여 ALA를 생산하는데 사용될 수 있는데, 특별히 이에 제한되지 않으나, 상기 반응에 적합한 한 종류 또는 그 이상의 다른 구성 성분 조성물, 용액 또는 장치가 포함될 수 있고, 구체적인 예로 상기 ALA 생산에 사용되는 완충액, 상기 ALA 생산을 수행하기 위한 반응용기, 상기 ALA 생산을 수행하기 위한 진탕배양기, 상기 ALA 생산 반응을 수행하기 위한 타이머 등을 포함할 수 있다. The kit for producing ALA of the present invention can be used to produce ALA including the composition for producing ALA, but may include one or more other component compositions, solutions or devices suitable for the reaction, including, but not limited to, A buffer used for ALA production, a reaction vessel for performing ALA production, a shaking incubator for performing ALA production, a timer for performing the ALA production reaction, and the like.

또 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 형질전환체를 메탄을 포함하는 조건하에서 배양하는 단계를 포함하는, 아미노레불린산의 생산방법을 제공한다. In another embodiment, the present invention provides a method for producing aminolevulinic acid, comprising culturing the transformant under conditions comprising methane.

이때, 상기 형질전환체에 대하여는 앞서 설명한 바와 동일하다.At this time, the transformant is the same as that described above.

상기 형질전환체를 배양하는 방법은 특별히 제한되지 않으나, 메탄을 포함하는 대기조건 하에서, 숙신산 및 글리신이 포함되지 않은 배지에 접종하여 배양함으로써 수행될 수 있다.The method of culturing the transformant is not particularly limited, but can be carried out by inoculating and culturing in a medium containing no succinic acid and glycine under atmospheric conditions containing methane.

이때, 상기 대기중 메탄의 농도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 일 예로서, 0.01 내지 50%(v/v)가 될 수 있고, 다른 예로서, 10 내지 40%(v/v)가 될 수 있으며, 또 다른 예로서, 30%(v/v)가 될 수 있다.In this case, the concentration of methane in the atmosphere is not particularly limited, but may be 0.01 to 50% (v / v) as an example, and 10 to 40% (v / v) as another example , And as another example, 30% (v / v).

또한, 배양온도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 일 예로서, 20 내지 40℃가 될 수 있고, 다른 예로서, 25 내지 35℃가 될 수 있으며, 또 다른 예로서, 30℃가 될 수 있다.In addition, the incubation temperature is not particularly limited, but may be, for example, 20 to 40 ° C, and as another example, it may be 25 to 35 ° C, and as another example, 30 ° C.

아울러, 상기 배양은 교반조건에서 수행될 수 있는데, 상기 교반조건은 특별히 이에 제한되지 않으나, 일 예로서, 200 내지 300rpm이 될 수 있고, 다른 예로서, 210 내지 250rpm이 될 수 있으며, 또 다른 예로서, 230rpm이 될 수 있다.In addition, the culture may be performed under agitation conditions. The agitation conditions are not particularly limited. For example, the agitation conditions may be 200 to 300 rpm. As another example, the agitation conditions may be 210 to 250 rpm. , Which can be 230 rpm.

끝으로, 배양시간은 특별히 이에 제한되지 않으나, 일 예로서, 30 내지 200시간이 될 수 있고, 다른 예로서, 60 내지 140시간이 될 수 있으며, 또 다른 예로서, 120시간이 될 수 있다.Finally, the incubation time is not particularly limited, but can be, for example, 30 to 200 hours, as another example, 60 to 140 hours, and as another example, 120 hours.

본 발명에 있어서, 상기 형질전환체를 배양하는 방법은 당업계에 널리 알려져 있는 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 구체적으로 상기 배양은 상기 형질전환체로부터 ALA를 생산할 수 있는 한 특별히 이에 제한되지 않으나, 배치 공정 또는 주입 배치 또는 반복 주입 배치 공정(fed batch or repeated fed batch process)에서 연속식으로 배양할 수 있다.In the present invention, the method for culturing the transformant may be carried out by a method well known in the art. Specifically, the culture can be continuously cultured in a batch process or an injection batch or a repeated fed batch process, as long as it can produce ALA from the transformant.

배양에 사용되는 배지는 메탄자화균의 배양에 사용되는 것으로 알려진 NMS(nitrate mineral salts) 배지를 사용할 수 있고, 메탄자화균에 따라 상기 배지에 포함된 성분 또는 이의 함량을 조절한 배지를 사용할 수 있다(http://methanotroph.org/wiki/culturing-tips/). NMS (nitrate mineral salts) medium known to be used for the culture of methanotrophic bacteria can be used as the medium used for the culture, and a medium in which the components contained in the medium or the content thereof is adjusted according to the methanotrophic bacteria can be used (http://methanotroph.org/wiki/culturing-tips/).

특히, 배지에 NaCl, KCl 등의 염류를 포함할 경우, DH-1 균주 또는 그의 형질전환체의 증식 또는 ALA의 생산성을 향상시킬 수 있다. 이때, 배지에 포함되는 염류의 농도는 특별히 이에 제한되지 않으나, 일 예로서 0.1 내지 3.0%(w/w)가 될 수 있고, 다른 예로서 1.0 내지 2.0%(w/w)가 될 수 있으며, 또 다른 예로서 1.5%(w/w)가 될 수 있다.Particularly, when the medium contains salts such as NaCl and KCl, the productivity of the DH-1 strain or its transformant or the productivity of ALA can be improved. In this case, the concentration of the salt contained in the culture medium is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 to 3.0% (w / w), and as another example, 1.0 to 2.0% (w / As another example, it can be 1.5% (w / w).

또한, 배양 배지에 적절한 전구체들이 사용될 수 있다. 상기된 원료들은 배양과정에서 배양물에 적절한 방식에 의해 회분식, 유가식 또는 연속식으로 첨가될 수 있으나, 특별히 이에 제한되지는 않는다. 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아와 같은 기초 화합물 또는 인산 또는 황산과 같은 산 화합물을 적절한 방식으로 사용하여 배양물의 pH를 조절할 수 있다.In addition, suitable precursors may be used in the culture medium. The above-mentioned raw materials can be added to the culture in the culture process in a batch manner, in an oil-feeding manner or in a continuous manner by an appropriate method, but it is not particularly limited thereto. Basic compounds such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, or acid compounds such as phosphoric acid or sulfuric acid can be used in a suitable manner to adjust the pH of the culture.

또한, 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있다. In addition, bubble formation can be suppressed by using a defoaming agent such as a fatty acid polyglycol ester.

아울러, ALA를 회수하는 단계는 투석, 원심분리, 여과, 용매추출, 크로마토그래피, 결정화 등의 당업계에 공지된 방법에 의해 수행될 수 있다. 예를 들면, 상기 형질전환체의 배양물을 원심분리하여 상기 형질전환체를 제거하고 얻어진 상등액을, 용매추출법에 적용하여 ALA를 회수하는 방법을 사용할 수 있고, 이외에도 상기 ALA의 특성에 맞추어 공지된 실험방법을 조합하여 상기 ALA를 회수할 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.In addition, the step of recovering ALA can be carried out by methods known in the art such as dialysis, centrifugation, filtration, solvent extraction, chromatography, crystallization and the like. For example, the culture of the transformant may be centrifuged to remove the transformant, and the resultant supernatant may be applied to a solvent extraction method to recover ALA. In addition, in accordance with the characteristics of the ALA, Any method capable of recovering the ALA by combining experimental methods can be used without any particular limitation.

본 발명에서 제공하는 형질전환체를 이용하면, 대기중의 메탄을 유일 탄소원으로 이용하여, 아미노레불린산을 생산할 수 있으므로, 경제적인 아미노레불린산의 생산에 널리 활용할 수 있을 것이다.Using the transformants provided in the present invention, aminolevulinic acid can be produced by using atmospheric methane as a sole carbon source, so that it can be widely used for production of economical aminolevulinic acid.

도 1a는 본 발명의 DH-1 균주에서 활성화된 다양한 대사경로를 나타내는 개략도이다.
도 1b는 일반적인 메탄자화균에 존재하는 C4 경로(Shemin pathway) 및 C5 경로(Beale pathway)를 통해 아미노레불린산을 생합성하는 과정을 나타내는 개략도이다.
도 2a는 DH-1 shuttle vector_OB3bALAS 재조합 벡터의 벡터맵을 나타낸다.
도 2b는 DH-1 shuttle vector_RsALAS 재조합 벡터의 벡터맵을 나타낸다.
도 2c는 각각의 형질전환 DH-1 균주에서 재조합 벡터를 통해 도입된 유전자의 전사여부를 확인한 결과를 나타내는 전기영동사진이다.
도 3은 DH-1 균주 및 아미노레불린산 합성효소가 도입된 형질전환 DH-1 균주 2종으로부터 아미노레불린산의 생산성을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.
1A is a schematic diagram illustrating various metabolic pathways activated in the DH-1 strain of the present invention.
FIG. 1B is a schematic diagram showing a process of biosynthesis of aminolevulinic acid through the C4 pathway (Shemin pathway) and the C5 pathway (Beale pathway) present in general methanotrophic bacteria.
Figure 2a shows the vector map of DH-1 shuttle vector_OB3bALAS recombination vector.
Figure 2b shows the vector map of the DH-1 shuttle vector_RsALAS recombination vector.
FIG. 2C is an electrophoresis image showing the transcription of a gene introduced through a recombinant vector in each transformed DH-1 strain. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the results of comparing the productivity of aminolevulinic acid from two DH-1 strains and two transformed DH-1 strains into which aminolevulinic acid synthase was introduced.

이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, these examples are for illustrative purposes only, and the scope of the present invention is not limited to these examples.

실시예Example 1:  One: 메틸로모나스Methylromonas  genus DHDH -1(-One( MethylomonasMethylomonas spsp . . DHDH -1) 균주의 유전체 및 전사체 분석-1), the genome and transcript analysis of the strain

본 발명자들이 기존에 개발한 신규한 메탄자화균인 메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1) 균주(KCTC18400P)(이하, "DH-1 균주"라 약칭 함)의 유전체 및 전사체 분석을 수행하여, 상기 DH-1 균주의 구체적인 특성을 새로이 규명하였다.The inventors of the present invention have found that a genome of a novel methane magnetism strain Methylomonas sp . DH-1 (KCTC18400P) (hereinafter abbreviated as "DH-1 strain & Analysis was performed to newly identify the specific characteristics of the DH-1 strain.

먼저, DDH(DNA-DNA hybridization)를 통해 DH-1 균주의 유전체(Genbank NZ_CP014360, NZ_CP014361)를 분석한 결과, 4.86 Mb의 게놈 염색체와 278 kb의 플라스미드를 포함하고, 제1형 메탄자화균으로 분류되는 Methylomonas koyamae Fw12E-YT 균주와는 전체 유전자의 73.9%가 유사하며, 두 균주 간의 ANI(average nucleotide identity)는 97.76%임을 확인하였다.First, the genome of DH-1 strain (Genbank NZ_CP014360, NZ_CP014361) was analyzed by DDH (DNA-DNA hybridization), and it contained 4.86 Mb of genome chromosome and 278 kb of plasmid and classified as type 1 methanotroph Methylomonas It was confirmed that 73.9% of the total genes were similar to koyamae Fw12E-YT, and the average nucleotide identity (ANI) between the two strains was 97.76%.

아울러, 상기 DH-1 균주의 전사체를 이용하여 메탄을 이용한 대사경로를 분석한 결과, 종래의 제1형 메탄자화균과는 구별되는 다양한 대사경로가 활성화되어 있음을 확인하였다(도 1a).As a result of analyzing the metabolism pathway using methane using the transcription product of the DH-1 strain, it was confirmed that various metabolic pathways different from the conventional type 1 methanotrophs were activated (FIG. 1A).

도 1a는 본 발명의 DH-1 균주에서 활성화된 다양한 대사경로를 나타내는 개략도이다. 1A is a schematic diagram illustrating various metabolic pathways activated in the DH-1 strain of the present invention.

도 1a에서 보듯이, 일반적인 메탄자화균에 존재하는 C1 metabolism과 관련된 유전자의 경우, DH-1 균주는 미립자 메탄산화효소(soluble methane monooxygenase, sMMO) 유전자가 존재하지 않는 반면, 2 카피의 미립자 메탄산화효소(particulate methane monooxygenase, pMMO) 유전자, PQQ-의존성 메탄올 디하이드로게나제(PQQ-dependent methanol dehydrogenase, mxaFJGIRSACKLDEK) 유전자, PQQ 생합성 유전자 클러스터(PQQ biosynthesis gene cluster, pqqBCDE) 유전자, 포름알데히드를 대사하는 RuMP 대사경로(ribulose monophosphate cycle), ED 대사경로(Entner-Doudoroff pathway), EMP 대사경로(Embden-Meyerhof-Parnas pathway), PP 대사경로(pentose phosphate pathway), H4MPT 대사경로(Tetrahydromethanopterim pathway) 및 H4F 대사경로(tetrahydrofolaste pathway)가 모두 활성화되어 있다는 점을 확인하였다.As shown in FIG. 1A, in the case of a gene related to C1 metabolism existing in a general methanotrophic bacterium, the DH-1 strain does not have a soluble methane monooxygenase (sMMO) gene, whereas two copies of particulate methane oxidation (PQQ) -dependent methanol dehydrogenase (mxaFJGIRSACKLDEK) gene, a PQQ biosynthesis gene cluster (pQqBCDE) gene, a RuMP metabolite metabolizing formaldehyde path (ribulose monophosphate cycle), ED pathway (Entner-Doudoroff pathway), EMP pathway (Embden-Meyerhof-Parnas pathway) , PP pathway (pentose phosphate pathway), H 4 MPT pathway (Tetrahydromethanopterim pathway) and H 4 F < / RTI > metabolic pathway (tetrahydrofolate pathway) were all activated.

특이하게도, 제2형 메탄자화균에 주로 존재하는 것으로 알려진 세린 대사경로(serine pathway) 관련 유전자를 모두 포함하고, ppc(Phosphoenolpyruvate carboxylase)를 발현시킬 수 있어, 상기 ppc와 세린 대사경로를 통해 이산화탄소를 흡수하면서 PEP(Phosphoenolpyruvate)를 OAA(oxaloacetate)로 전환시킬 수 있다. 아울러, 종래의 메탄자화균에서는 정상적으로 작동하지 않는 것으로 알려진 TCA 대사경로(TCA cycle)가 정상적으로 작동함을 확인하였다.Specifically, it contains all the serine pathway related genes known to be mainly present in the type 2 methanotrophic bacteria, and can express ppc (Phosphoenolpyruvate carboxylase), so that carbon dioxide can be released through the ppc and serine metabolism pathways While absorbing PEP (Phosphoenolpyruvate) into OAA (oxaloacetate). In addition, it was confirmed that the TCA metabolic pathway (TCA cycle), which is known to be not functioning normally in conventional methanotrophs, works normally.

지금까지 알려진 바에 의하면, 일반적인 제1형 메탄자화균에서는 ppc가 발현되지 않아, 세린 대사경로가 정상적으로 작동하지 못하는 것으로 알려져 있으나, 상기 DH-1 균주는 ppc 뿐만 아니라, 피루브산 카르복실라제(Pyruvate carboxylase), 아세틸 코에이 카르복실라제(acetyl-CoA carboxylase) 및 PEP 카르복실라제(PEP carboxylase)가 활성화되어 있어, 지금까지 알려진 제1형 메탄자화균에 비하여, 이산화탄소를 현저하게 높은 수준으로 흡수할 수 있음을 확인하였다.It is known that ppc is not expressed in a general type 1 methanotrophic bacterium and the serine metabolism pathway does not function normally. However, the DH-1 strain has not only ppc but also pyruvate carboxylase, , Acetyl-CoA carboxylase, and PEP carboxylase, which can absorb carbon dioxide at a significantly higher level than previously known type 1 methanotrophs. Respectively.

한편, 일반적으로 C4 경로(Shemin pathway) 또는 C5 경로(Beale pathway)를 통해 아미노레불린산을 생합성할 수 있다고 알려져 있다(도 1b).On the other hand, it is generally known that aminolevulinic acid can be biosynthesized through the C4 pathway (Shemin pathway) or the C5 pathway (Fig. 1B).

도 1b는 C4 경로(Shemin pathway) 및 C5 경로(Beale pathway)를 통해 아미노레불린산을 생합성하는 과정을 나타내는 개략도이다.FIG. 1B is a schematic diagram showing a process of biosynthesis of aminolevulinic acid through the C4 pathway (Shemin pathway) and the C5 pathway (Beale pathway).

도 1b에서 보듯이, C4 경로를 통해 합성된 숙시닐-CoA(succinyl-CoA)와 글리신을 기질로 사용하고, 아미노레불린산 합성효소의 반응을 통해 아미노레불린산을 생합성할 수 있고; C5 경로를 통해 글루타메이트를 기질로 사용하고, 글루타밀-tRNA 합성효소(glutamyl-tRNA synthase, gltX), NADPH-의존성 글루타밀-tRNA 환원효소(NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase, hemA) 및 글루타메이트-1-세미알데히드 아미노트랜스퍼라제(glutamate-1-semialdehyde aminotransferase, hemL)의 연속반응을 통해 아미노레불린산을 생합성할 수 있다.As shown in FIG. 1B, aminolevulinic acid can be biosynthesized through the reaction of aminolevulinic acid synthetase using succinyl-CoA and glycine synthesized through C4 pathway as a substrate; Glutamyl-tRNA synthetase (gltX), NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase (hemA), and glutamate-1 - Aminolevulinic acid can be biosynthesized by continuous reaction of glutamate-1-semialdehyde aminotransferase (hemL).

다만, 일반적인 대장균, 코리네박테리움에서는 주로 C5 경로를 통해 아미노레불린산을 생합성하지만 제1형 또는 제2형 메탄자화균은 TCA 경로의 일부 유전자들이 비활성화로 인해 아미노레불린산의 생합성이 제한된다. 또한, C4 경로에서 기질로 사용되는 글리신과 숙시닐-CoA의 경우에도 종래의 제2형 메탄자화균에서 아미노레불린산의 생산에 대한 보고가 없어, 글리신 또는 숙신산이 외부에서 공급되지 않는 한, 상기 경로를 통한 아미노레불린산의 생합성이 제한된다.However, in general E. coli and Corynebacterium, mainly aminolevulinic acid is biosynthesized through the C5 pathway, but the type 1 or type 2 methanotrophic bacteria has a limitation in the biosynthesis of aminolevulinic acid due to inactivation of some genes in the TCA pathway do. Also, in the case of glycine and succinyl-CoA used as substrates in the C4 pathway, there is no report on the production of aminolevulinic acid in the conventional type II methanotrophic bacteria, and as long as glycine or succinic acid is not supplied externally, The biosynthesis of aminolevulinic acid through the pathway is limited.

이같은 C4 경로를 통한 아미노레불린산의 생합성 제한은 DH-1 균주에서는 나타나지 않으나, 아미노레불린산 합성효소가 DH-1 균주에서는 발현되지 않기 때문에 결과적으로는 DH-1 균주에서도 C4 경로를 통해 아미노레불린산을 생합성 할 수 없다.Although the restriction of the biosynthesis of aminolevulinic acid via the C4 pathway does not occur in the DH-1 strain, the aminolevulinic acid synthase is not expressed in the DH-1 strain, and consequently the DH- The levulinic acid can not be biosynthesized.

그러나, C5 경로에 관여하는 gltX, hemA 및 hemL는 모두 DH-1 균주에서 발현되므로, DH-1 균주는 C5 경로를 통해서 아미노레불린산을 생합성할 수 있을 것으로 분석되었다.However, since gltX, hemA and hemL involved in C5 pathway are expressed in DH-1 strain, DH-1 strain was able to biosynthesize aminolevulinic acid through C5 pathway.

실시예Example 2:  2: 메틸로모나스Methylromonas  genus DHDH -1(-One( MethylomonasMethylomonas spsp . . DHDH -1) 균주의 -1) strain 아미노레불린산Aminolevulinic acid 생합성능Biological performance 검증 Verification

상기 실시예 1에서 DH-1 균주가 C5 경로를 통해서 아미노레불린산을 생합성할 수 있을 것으로 분석하였으므로, 이를 실험적으로 확인하고자 하였다.In Example 1, DH-1 strain was able to biosynthesize aminolevulinic acid through the C5 pathway, so that it was experimentally confirmed.

대략적으로, DH-1 균주, 제1형 메탄자화균(Methylomicrobium alcaliphilum 20Z) 또는 제2형 메탄자화균(Methylosinus trichosporium OB3b)을 각각 NMS 배지( 1 g/ℓ MgSO4·7H2O, 1 g/ℓ KNO3, 0.2 g/ℓ CaCl2·H2O, 0.0038 g/ℓ Fe-EDTA 및 0.0005 g/ℓ NaMo·4H2O)에 접종한 후 30%(v/v) 메탄을 포함하는 대기조건 및 30℃의 온도조건에서 230 rpm으로 120시간 동안 배양하였다. Approximately, DH-1 strain, type 1 methanotrophic bacteria ( Methylomicrobium alcaliphilum 20Z) or type 2 methanotrophs ( Methylosinus trichosporium OB3b) each NMS medium (1 g / ℓ MgSO 4 · 7H 2 O, 1 g / ℓ KNO 3, 0.2 g / ℓ CaCl 2 · H 2 O, 0.0038 g / ℓ Fe-EDTA and 0.0005 g / ℓ NaMo · 4H 2 O), and cultured at 230 rpm for 120 hours in an atmospheric condition containing 30% (v / v) methane and at a temperature of 30 ° C.

배양이 종료된 후, 각 균주의 배양상등액을 수득하고, 수득한 배양상등액에 포함된 아미노레불린산의 농도를 측정하였다. 이때, 아미노레불린산의 농도는 다음과 같이 측정하였다: 배양상등액 2ml와 1.0M 초산나트륨(pH 4.6) 1ml를 혼합한 다음, 0.5ml의 아세틸아세톤을 첨가하여 혼합물을 수득하였다. 그런 다음, 상기 혼합물을 100℃에서 15분간 가열한 후, 15분동안 냉각시켰다. 냉각된 혼합물 2ml와 Ehrlich 시약 2ml를 혼합하고 30분 동안 반응시킨 다음, 554 nm에서의 흡광도를 측정하였다.After completion of the culture, a culture supernatant of each strain was obtained, and the concentration of aminolevulinic acid contained in the culture supernatant thus obtained was measured. At this time, the concentration of aminolevulinic acid was measured as follows: 2 ml of the culture supernatant and 1 ml of 1.0 M sodium acetate (pH 4.6) were mixed and then 0.5 ml of acetylacetone was added to obtain a mixture. The mixture was then heated at 100 < 0 > C for 15 minutes and then cooled for 15 minutes. 2 ml of the cooled mixture and 2 ml of Ehrlich's reagent were mixed and reacted for 30 minutes and then the absorbance at 554 nm was measured.

그 결과, DH-1 균주를 120시간 동안 배양하여 수득한 배양상등액에서는 약 2.19 mg/L의 아미노레불린산이 검출된 반면, 제1형 메탄자화균(Methylomicrobium alcaliphilum 20Z) 또는 제2형 메탄자화균(Methylosinus trichosporium OB3b)을 120시간 동안 배양하여 수득한 각각의 배양상등액에서는 미량의 아미노레불린산만이 검출되었다.As a result, about 2.19 mg / L of aminolevulinic acid was detected in the culture supernatant obtained by culturing strain DH-1 for 120 hours, while the amount of aminolevulinic acid detected in culture supernatant of type 1 methane magnetism ( Methylomicrobium alcaliphilum 20Z) ( Methylosinus trichosporium OB3b) the distraction called a trace amount of amino LES was detected in each culture supernatant obtained by cultivation for 120 hours.

따라서, DH-1 균주는 C5 경로를 통해서 아미노레불린산을 생합성 할 수 있고, 이의 효율이 종래의 메탄자화균 보다 우수함을 알 수 있었다.Therefore, DH-1 strain can aminolevulinic acid biosynthesis through C5 pathway, and its efficiency is superior to conventional methanotrophic bacteria.

실시예Example 3:  3: 아미노레불린산Aminolevulinic acid 합성효소( Synthetic enzyme ( aminolevulinicaminolevulinic acid  acid synthasesynthase , ALAS) 유전자가 도입된 형질전환 , ALAS) gene-transfected DHDH -1 균주를 이용한 -1 strain 아미노레불린산의Aminolevulinic acid 생합성 Biosynthesis

실시예 1에서 살펴본 바와 같이, DH-1 균주는 C4 경로에 관여하는 아미노레불린산 합성효소를 발현하지 못하기 때문에, C4 경로를 통해 아미노레불린산을 생합성 할 수 없다. 그러나, 상기 DH-1 균주에 아미노레불린산 합성효소 유전자를 도입하여, 아미노레불린산 합성효소를 발현시킬 경우, 상기 아미노레불린산 합성효소에 의해 C4 경로를 통해 아미노레불린산을 생합성 할 수 있는지 확인하고자 하였다.As shown in Example 1, the DH-1 strain can not biosynthesize aminolevulinic acid through the C4 pathway because it does not express the aminolevulinic acid synthase involved in the C4 pathway. However, when the aminolevulinic acid synthase gene is introduced into the DH-1 strain and the aminolevulinic acid synthase is expressed, aminolevulinic acid is biosynthesized through the C4 pathway by the aminolevulinic acid synthase .

실시예Example 3-1: 형질전환  3-1: Transformation DHDH -1 균주의 제작-1 strain

먼저, 도입할 아미노레불린산 합성효소 유전자로서 제2형 메탄자화균 유래의 아미노레불린산 합성효소 유전자(OB-ALAS, 서열번호 1) 또는 로도박터 속 균주(Rhodobacter sp.) 유래의 아미노레불린산 합성효소 유전자(Rs_ALAS, 서열번호 2)를 각각 합성하였다.First, as an aminolevulinic acid synthase gene to be introduced, aminolevulinic acid synthase gene (OB-ALAS, SEQ ID NO: 1) derived from type 2 methanotrophic bacteria or amino resin derived from Rhodobacter sp . (Rs_ALAS, SEQ ID NO: 2) were synthesized.

다음으로, pAWP78 벡터에 DH-1 균주로부터 유래된 복제기원(replication origin)과 DNA 결합단백질(DNA binding protein)을 코딩하는 염기서열을 삽입하여 pDH 셔틀벡터(pDH shuttle vector)를 제작하였다.Next, a pDH shuttle vector was prepared by inserting a nucleotide sequence encoding a replication origin and a DNA binding protein derived from the strain DH-1 into the pAWP78 vector.

상기 제작한 pDH 셔틀벡터를 주형으로 하고, 하기 프라이머를 사용하여 inverse PCR 증폭을 수행하였다.Using the prepared pDH shuttle vector as a template, inverse PCR amplification was performed using the following primers.

DH_inverse_FP: 5'-CAAtaaggatccccaggcatc-3'(서열번호 3)DH_inverse_FP: 5'-CAAtaaggatccccaggcatc-3 '(SEQ ID NO: 3)

DH_inverse_RP: 5'-CCATATGAGATctcctttaacag-3'(서열번호 4)DH_inverse_RP: 5'-CCATATGAGATctcctttaacag-3 '(SEQ ID NO: 4)

다음으로, 상기 합성된 OB-ALAS를 주형으로 하고, 하기 프라이머를 사용하여 PCR 증폭을 수행하였다.Next, using the synthesized OB-ALAS as a template, PCR amplification was performed using the following primers.

OB3bALAS_FP: 5'-gttaaaggagATCTCATATGGATTACCGGCGCTTTTTCGAGACGG-3'(서열번호 5)OB3bALAS_FP: 5'-gttaaaggagATCTCATATGGATTACCGGCGCTTTTTCGAGACGG-3 '(SEQ ID NO: 5)

OB3bALAS_RP: 5'-gatgcctggggatccttaTTGCGCGGCGAGCTTGATCTCGGGATAG-3'(서열번호 6)OB3bALAS_RP: 5'-gatgcctgggatccttaTTGCGCGGCGAGCTTGATCTCGGGATAG-3 '(SEQ ID NO: 6)

또한, 상기 합성된 Rs_ALAS를 주형으로 하고, 하기 프라이머를 사용하여 PCR 증폭을 수행하였다.In addition, PCR amplification was performed using the synthesized Rs_ALAS as a template and the following primers.

RsALAS_FP: 5'-cacatacactgttaaaggagATCTCATATGGACTACAACTTGGCCTTGGACACCGC-3'(서열번호 7)RsALAS_FP: 5'-cacatacactgttaaaggagATCTCATATGGACTACAACTTGGCCTTGGACACCGC-3 '(SEQ ID NO: 7)

RsALAS_RP: 5'-cgttttatttgatgcctggggatccTCAGGCGACGACTTCGGCGCGGTTCAAG-3'(서열번호 8)RsALAS_RP: 5'-cgttttattggatgcctggggatccTCAGGCGACGACTTCGGCGCGGTTCAAG-3 '(SEQ ID NO: 8)

상기 증폭된 pDH 셔틀벡터에 OB-ALAS를 도입하여 DH-1 shuttle vector_OB3bALAS 재조합 벡터를 제작하고, 상기 증폭된 pDH 셔틀벡터에 Rs_ALAS를 도입하여 DH-1 shuttle vector_RsALAS 재조합 벡터를 제작하였다(도 2a 및 2b).DH-1 shuttle vector_OB3bALAS recombination vector was constructed by introducing OB-ALAS into the amplified pDH shuttle vector, and Rs_ALAS was introduced into the amplified pDH shuttle vector to construct a DH-1 shuttle vector_RsALAS recombinant vector (FIGS. 2A and 2B ).

도 2a는 DH-1 shuttle vector_OB3bALAS 재조합 벡터의 벡터맵을 나타내고, 도 2b는 DH-1 shuttle vector_RsALAS 재조합 벡터의 벡터맵을 나타낸다.FIG. 2A shows the vector map of the DH-1 shuttle vector_OB3bALAS recombination vector, and FIG. 2B shows the vector map of the DH-1 shuttle vector_RsALAS recombination vector.

상기 제작된 DH-1 shuttle vector_OB3bALAS 재조합 벡터 또는 DH-1 shuttle vector_RsALAS 재조합 벡터를 각각 전기충격 형질전환 방법으로 DH-1 균주에 도입하고, NMS 배지에서 16시간 동안 배양하여 안정화시켰으며, 카나마이신이 첨가된 NMS 고체 배지에 도말한 후 일주일 간 배양하여 이중 교차 혼성 재조합을 유도하여, 각각의 형질전환 DH-1 균주인 DH-1(OB3bALAS) 또는 DH-1(RsALAS)를 제작하였다.The prepared DH-1 shuttle vector_OB3bALAS recombination vector or DH-1 shuttle vector_RsALAS recombination vector was introduced into DH-1 strain by electrotransformation transformation and stabilized by culturing in NMS medium for 16 hours, and added with kanamycin DH-1 (OB3bALAS) or DH-1 (RsALAS), which is a transformed strain of DH-1, was prepared by inducing double cross hybrid recombination by culturing on NMS solid medium for one week.

상기 제작된 DH-1(OB3bALAS) 또는 DH-1(RsALAS)의 형질전환 여부를 검증하기 위하여, 먼저 콜로니 PCR을 수행함으로써, 형질전환 여부를 검증하였다.In order to verify the transformation of the DH-1 (OB3bALAS) or DH-1 (RsALAS) thus produced, first, colony PCR was performed to verify the transformation.

또한, 상기 각각의 형질전환 DH-1 균주를 배양하고, 이로부터 총 RNA를 수득한 다음, 역전사를 수행하여 cDNA를 수득하고, 상기 cDNA를 PCR 증폭시켜서, 아미노레불린산 합성효소 유전자의 전사 여부를 확인하였다(도 2c).Also, cDNAs were obtained by performing reverse transcription to obtain the total RNAs from the respective transformed DH-1 strains, and the cDNAs were subjected to PCR amplification to determine whether transcription of the aminolevulinic acid synthase gene (Fig. 2C).

도 2c는 각각의 형질전환 DH-1 균주에서 재조합 벡터를 통해 도입된 유전자의 전사여부를 확인한 결과를 나타내는 전기영동사진이다.FIG. 2C is an electrophoresis image showing the transcription of a gene introduced through a recombinant vector in each transformed DH-1 strain. FIG.

도 2c에서 보듯이, 각 형질전환 DH-1 균주에서는 도입된 유전자에 의하여 각각의 아미노레불린산 합성효소 유전자가 전사됨을 확인하였다.As shown in FIG. 2C, it was confirmed that the respective genes for aminolevulinic acid synthase were transcribed by the introduced genes in each transformed DH-1 strain.

실시예Example 3-2: 형질전환  3-2: Transformation DHDH -1 균주에서 생산된 -1 < / RTI > 아미노레불린산Aminolevulinic acid 생산성 분석 Productivity Analysis

DH-1 균주, DH-1(OB3bALAS) 또는 DH-1(RsALAS)을 각각 NMS 배지에 접종한 후 30%(v/v) 메탄을 포함하는 대기조건 및 30℃의 온도조건에서 230 rpm으로 120시간 동안 배양하였다. 배양이 종료된 후, 각 균주의 배양상등액을 수득하고, 수득한 배양상등액에 포함된 아미노레불린산의 농도를 측정하였다(도 3).After incubation in NMS medium, DH-1 strain, DH-1 (OB3bALAS) or DH-1 (RsALAS) were inoculated at 120 rpm in an atmospheric condition containing 30% (v / v) Lt; / RTI > After completion of the culture, a culture supernatant of each strain was obtained, and the concentration of aminolevulinic acid contained in the culture supernatant thus obtained was measured (Fig. 3).

도 3은 DH-1균주, 아미노레불린산 합성효소 유전자가 도입된 2종의 형질전환 DH-1 균주로부터 아미노레불린산의 생산성을 비교한 결과를 나타내는 그래프이다.FIG. 3 is a graph showing the results of comparing the productivity of aminolevulinic acid from two transformed DH-1 strains into which the DH-1 strain and the aminolevulinic acid synthase gene are introduced.

도 3에서 보듯이, DH-1 균주에 비하여, 형질전환 DH-1 균주가 상대적으로 우수한 아미노레불린산 생산성을 나타내었고, 상기 아미노레불린산 생산성의 차이는 배양시간이 경과할 수록 더욱 증가하였다. 단적으로 120시간 동안 배양할 경우, DH-1 균주는 약 2.19 mg/L의 아미노레불린산을 생산하는 반면, 형질전환 DH-1 균주는 약 3.78 내지 3.94 mg/L의 아미노레불린산을 생산할 수 있으므로, 상기 형질전환 DH-1 균주는 DH-1 균주에 비하여 1.8배 증가된 아미노레불린산 생산성을 나타냄을 확인하였다.As shown in FIG. 3, the transformed strain DH-1 showed relatively good aminolevulinic acid productivity as compared with the strain DH-1, and the difference in the productivity of aminolevulinic acid was further increased with the passage of time . The DH-1 strain produces about 2.19 mg / L of aminolevulinic acid when cultured for 120 hours, whereas the transformed strain DH-1 produces about 3.78 to 3.94 mg / L of aminolevulinic acid Thus, it was confirmed that the transformed strain DH-1 exhibited an increased amount of aminolevulinic acid by 1.8 times as compared with the strain DH-1.

앞서 살펴본 바와 같이, C4 경로를 통해 아미노레불린산을 생합성하기 위하여는, 기질로서 숙시닐-CoA(succinyl-CoA)와 글리신이 요구되고, 글리신을 공급하는 세린 대사경로 및 숙시닐-CoA를 공급하는 TCA 대사경로가 함께 활성화되지 않는 종래의 메탄자화균에서는 상기 기질 중의 하나를 외부에서 공급하여야만 C4 경로를 통해 아미노레불린산을 생합성할 수 있다는 단점이 있다. As described above, in order to biosynthesize aminolevulinic acid through the C4 pathway, succinyl-CoA and glycine are required as substrates, and serine metabolism pathway supplying glycine and succinyl-CoA are supplied In the conventional methanotrophic bacteria in which the TCA metabolic pathway is not activated simultaneously, one of the substrates must be supplied externally, so that aminolevulinic acid can be biosynthesized through the C4 pathway.

그러나, 본 발명에서 제공하는 DH-1 균주에 아미노레불린산 합성효소 유전자가 도입된 형질전환 DH-1 균주는 상기 세린 대사경로와 TCA 대사경로가 함께 활성화되어 있으므로, 외부에서 숙신산 또는 글리신을 추가로 공급하지 않아도 메탄을 단일 탄소원으로 사용하여 아미노레불린산을 생합성할 수 있으며, 이러한 장점은 종래의 메탄자화균에서는 전혀 나타나지 않는 형질전환 DH-1 균주만의 새로운 특징임을 확인할 수 있었다.However, since the transformed DH-1 strain into which the aminolevulinic acid synthase gene is introduced into the DH-1 strain provided in the present invention is activated simultaneously with the serine metabolism pathway and the TCA metabolism pathway, succinic acid or glycine is externally added It is possible to biosynthesize aminolevulinic acid by using methane as a single carbon source, and this advantage is confirmed to be a novel feature of the transgenic DH-1 strain which is not present in conventional methanotrophs.

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

한국생명공학연구원Korea Biotechnology Research Institute KCTC18400PKCTC18400P 2015082720150827

<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Transformed methanotrophs for producing aminolevulinic acid and uses thereof <130> KPA161711-KR-P1 <150> KR 10-2017-0003302 <151> 2017-01-10 <160> 8 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 1284 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OB-ALAS <400> 1 atggattacc ggcgcttttt cgagacggcg atcacacgtc tccaggacga gcgccgttac 60 cgagtcttcg cccatctcga acgctgcgtc gaatgcttcc cgcgcgcgct ctggcaccgg 120 gacgacggca cgacgcagga tgtgacgatc tggtgctcca atgattatct cggcatgggc 180 cagcaccccg aggtgatcgc cgctatggtc gacaccgccg cgcgcgtcgg cgccggctcg 240 ggcggcacgc gcaacatctc cggcaccagc catgcgatcg tcgagctgga gagcgagctc 300 gccgacctgc acggcaagga ggcggcgctc gtcttcacct cgggatggat ttccaatctc 360 gcggcgatct ccacgatcgc cgatcttctg cccgactgtc tcatcctctc cgacgcctcc 420 aatcacaatt cgatgatcga gggcgtcaag cgctcgcgcg ccgagcgcaa gatcttccgc 480 cacaacgacc tcggccatct cgaggagctg ctcgccgcgg ccggcgcgcg gcccaagctc 540 atcgtcttcg agagcctcta ttcgatgaac ggcaatatcg cgccggtcgc cgagatcgcc 600 gcgctcgccg agcgttatgg cgcgatgacc tatatcgacg aggttcatgc ggtcggcatg 660 tatggcgcgc gcggcggcgg cgtttgcgag caggccggcg tgatggaccg tatcgatgtg 720 atcgagggca cgctggccaa gggcttcggc acgctcggcg gctatatcgc cggcgatcgc 780 gtcatcatcg acgcgatccg cagctatgcg gcgtccttca tcttcaccac agctctgccg 840 ccggcggtcg ccgcggcggc gaccgccgct gtgcgcctct tgaagacgcg ccccgatctg 900 cgcgccgcgc atcagcgcgc cacccatatc accaagcacg cgctcggcgc cgcgggcctg 960 ccggtgctgg agaacggctc gcatatcgtg ccggtgatgg tgcgcgaggc ggagctgtgc 1020 aaggccgcga gcgacatgct gctcgagcgg cacggcatct atattcagcc gatcaattat 1080 ccgacggtcg cacgcgggac ggagcgtctg cgcatcacgc cgacgccctg ccatacgggc 1140 gagcatatcg tcacgctggt cgaagcgatg gtcgatgtct ggaacacgct cggcatcgcc 1200 ttcgtcgagc cgccgcagca tctccacgtc gatcccgaga gccgcgagcg ctgtacctat 1260 cccgagatca agctcgccgc gcaa 1284 <210> 2 <211> 1224 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Rs_ALAS <400> 2 atggactaca acttggcctt ggacaccgcc ttgaaccgct tgcacaccga aggccgctac 60 cgcaccttca tcgacatcga acgccgcaaa ggcgccttcc cgaaagccat gtggcgcaaa 120 ccggacggca gcgaaaaaga aatcaccgtc tggtgcggca acgactactt gggcatgggc 180 caacacccgg tcgtcttggg cgccatgcac gaagccttgg acagcaccgg cgccggcagc 240 ggcggcaccc gcaacatcag cggcaccacc ttgtaccaca aacgcttgga agccgaattg 300 gccgacttgc acggcaaaga agccgccttg gtcttcagca gcgcctacat cgccaacgac 360 gccaccttga gcaccttgcc gcaattgatc ccgggcttgg tcatcgtcag cgacaaattg 420 aaccacgcca gcatgatcga aggcatccgc cgcagcggca ccgaaaaaca catcttcaaa 480 cacaacgact tggacgactt gcgccgcatc ttgaccagca tcggcaaaga ccgcccgatc 540 ttggtcgcct tcgaaagcgt ctacagcatg gacggcgact tcggccgcat cgaagaaatc 600 tgcgacatcg ccgacgaatt cggcgccttg aaatacatcg acgaagtcca cgccgtcggc 660 atgtacggcc cgcgcggcgg cggcgtcgcc gaacgcgacg gcttgatgga ccgcatcgac 720 atcatcaacg gcaccttggg caaagcctac ggcgtcttcg gcggctacat cgccgccagc 780 agcaaaatgt gcgacgccgt ccgcagctac gccccgggct tcatcttcag caccagcttg 840 ccgccggtcg tcgccgccgg cgccgccgcc agcgtccgcc acttgaaagg cgacgtcgaa 900 ttgcgcgaaa aacaccaaac 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<211> 53 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 cgttttattt gatgcctggg gatcctcagg cgacgacttc ggcgcggttc aag 53 <110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University <120> Transformed methanotrophs for producing aminolevulinic acid and          uses thereof <130> KPA161711-KR-P1 <150> KR 10-2017-0003302 <151> 2017-01-10 <160> 8 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 1284 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> OB-ALAS <400> 1 atggattacc ggcgcttttt cgagacggcg atcacacgtc tccaggacga gcgccgttac 60 cgagtcttcg cccatctcga acgctgcgtc gaatgcttcc cgcgcgcgct ctggcaccgg 120 gacgacggca cgacgcagga tgtgacgatc tggtgctcca atgattatct cggcatgggc 180 cagcaccccg aggtgatcgc cgctatggtc gacaccgccg cgcgcgtcgg cgccggctcg 240 ggcggcacgc gcaacatctc cggcaccagc catgcgatcg tcgagctgga gagcgagctc 300 gccgacctgc acggcaagga ggcggcgctc gtcttcacct cgggatggat ttccaatctc 360 gcggcgatct ccacgatcgc cgatcttctg cccgactgtc tcatcctctc cgacgcctcc 420 aatcacaatt cgatgatcga gggcgtcaag cgctcgcgcg ccgagcgcaa gatcttccgc 480 cacaacgacc tcggccatct cgaggagctg ctcgccgcgg ccggcgcgcg gcccaagctc 540 atcgtcttcg agagcctcta ttcgatgaac ggcaatatcg cgccggtcgc cgagatcgcc 600 gcgctcgccg agcgttatgg cgcgatgacc tatatcgacg aggttcatgc ggtcggcatg 660 tatggcgcgc gcggcggcgg cgtttgcgag caggccggcg tgatggaccg tatcgatgtg 720 atcgagggca cgctggccaa gggcttcggc acgctcggcg gctatatcgc cggcgatcgc 780 gtcatcatcg acgcgatccg cagctatgcg gcgtccttca tcttcaccac agctctgccg 840 ccggcggtcg ccgcggcggc gaccgccgct gtgcgcctct tgaagacgcg ccccgatctg 900 cgcgccgcgc atcagcgcgc cacccatatc accaagcacg cgctcggcgc cgcgggcctg 960 ccggtgctgg agaacggctc gcatatcgtg ccggtgatgg tgcgcgaggc ggagctgtgc 1020 aaggccgcga gcgacatgct gctcgagcgg cacggcatct atattcagcc gatcaattat 1080 ccgacggtcg cacgcgggac ggagcgtctg cgcatcacgc cgacgccctg ccatacgggc 1140 gagcatatcg tcacgctggt cgaagcgatg gtcgatgtct ggaacacgct cggcatcgcc 1200 ttcgtcgagc cgccgcagca tctccacgtc gatcccgaga gccgcgagcg ctgtacctat 1260 cccgagatca agctcgccgc gcaa 1284 <210> 2 <211> 1224 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Rs_ALAS <400> 2 atggactaca acttggcctt ggacaccgcc ttgaaccgct tgcacaccga aggccgctac 60 cgcaccttca tcgacatcga acgccgcaaa ggcgccttcc cgaaagccat gtggcgcaaa 120 ccggacggca gcgaaaaaga aatcaccgtc tggtgcggca acgactactt gggcatgggc 180 caacacccgg tcgtcttggg cgccatgcac gaagccttgg acagcaccgg cgccggcagc 240 ggcggcaccc gcaacatcag cggcaccacc ttgtaccaca aacgcttgga agccgaattg 300 gccgacttgc acggcaaaga agccgccttg gtcttcagca gcgcctacat cgccaacgac 360 gccaccttga gcaccttgcc gcaattgatc ccgggcttgg tcatcgtcag cgacaaattg 420 aaccacgcca gcatgatcga aggcatccgc cgcagcggca ccgaaaaaca catcttcaaa 480 cacaacgact tggacgactt gcgccgcatc ttgaccagca tcggcaaaga ccgcccgatc 540 ttggtcgcct tcgaaagcgt ctacagcatg gacggcgact tcggccgcat cgaagaaatc 600 tgcgacatcg ccgacgaatt cggcgccttg aaatacatcg acgaagtcca cgccgtcggc 660 atgtacggcc cgcgcggcgg cggcgtcgcc gaacgcgacg gcttgatgga ccgcatcgac 720 atcatcaacg gcaccttggg caaagcctac ggcgtcttcg gcggctacat cgccgccagc 780 agcaaaatgt gcgacgccgt 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56 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 cacatacact gttaaaggag atctcatatg gactacaact tggccttgga caccgc 56 <210> 8 <211> 53 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 cgttttattt gatgcctggg gatcctcagg cgacgacttc ggcgcggttc aag 53

Claims (16)

숙시닐-CoA를 생합성하는 TCA 대사경로(TCA cycle) 및 글리신을 생합성하는 세린 대사경로(serine pathway)가 동시에 활성화된 메탄자화균에 아미노레불린산 합성효소(aminolevulinic acid synthase, ALAS) 유전자가 도입된 아미노레불린산 생산용 형질전환체.
The aminolevulinic acid synthase (ALAS) gene was introduced into the methanotrophic bacillus, which simultaneously activates the TCA metabolic pathway (TCA cycle) and the serine pathway that biosynthesizes the succinyl-CoA. Transformant for producing aminolevulinic acid.
제1항에 있어서,
상기 메탄자화균은 KCTC18400P로 기탁된 메틸로모나스 속 DH-1(Methylomonas sp. DH-1) 균주인 것인, 아미노레불린산 생산용 형질전환체.
The method according to claim 1,
Wherein the methanotrophic bacterium is a strain of Methylomonas sp. DH-1 deposited with KCTC18400P.
제1항에 있어서,
상기 아미노레불린산 합성효소 유전자는 동종 유래 또는 이종 유래 유전자인 것인, 아미노레불린산 생산용 형질전환체.
The method according to claim 1,
Wherein the aminolevulinic acid synthase gene is a homologous or heterologous gene.
제1항에 있어서,
상기 아미노레불린산 합성효소 유전자는 서열번호 1 또는 2의 염기서열로 구성되는 것인, 아미노레불린산 생산용 형질전환체.
The method according to claim 1,
Wherein the aminolevulinic acid synthase gene comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 2.
제1항에 있어서,
상기 형질전환체는 글루타밀-tRNA 합성효소(glutamyl-tRNA synthase, gltX) 유전자, NADPH-의존성 글루타밀-tRNA 환원효소(NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase, hemA) 유전자, 글루타메이트-1-세미알데히드 아미노트랜스퍼라제(glutamate-1-semialdehyde aminotransferase, hemL) 유전자 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 유전자가 추가로 도입된 것인, 아미노레불린산 생산용 형질전환체.
The method according to claim 1,
The transformant may be selected from the group consisting of glutamyl-tRNA synthase (gltX) gene, NADPH-dependent glutamyl-tRNA reductase (hemA) gene, glutamate-1-semialdehyde amino Wherein a gene selected from the group consisting of glutamate-1-semialdehyde aminotransferase (hemL) gene and a combination thereof is further introduced.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 아미노레불린산 생산용 형질전환체를 포함하는 아미노레불린산 생산용 조성물.
A composition for producing aminolevulinic acid comprising a transformant for producing aminolevulinic acid according to any one of claims 1 to 5.
제6항의 아미노레불린산 생산용 조성물을 포함하는 아미노레불린산 생산용 키트.
A kit for producing aminolevulinic acid comprising the composition for producing aminolevulinic acid according to claim 6.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 아미노레불린산 생산용 형질전환체를 메탄을 포함하는 조건하에서 배양하는 단계를 포함하는, 아미노레불린산의 생산방법.
A method for producing aminolevulinic acid, comprising culturing a transformant for producing aminolevulinic acid according to any one of claims 1 to 5 under conditions comprising methane.
제8항에 있어서,
상기 형질전환체는 숙신산 및 글리신이 포함되지 않은 배지에서 배양하는 것인, 아미노레불린산의 생산방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the transformant is cultured in a medium not containing succinic acid and glycine.
제8항에 있어서,
상기 배양은 상기 형질전환체를 기체상 메탄을 포함하는 대기조건하에서 수행되는 것인, 아미노레불린산의 생산방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the culture is carried out under atmospheric conditions comprising gaseous methane.
제10항에 있어서,
상기 대기에 포함된 기체상 메탄의 함량은 0.01 내지 50%(v/v)인 것인, 아미노레불린산의 생산방법.
11. The method of claim 10,
Wherein the content of gaseous methane contained in the atmosphere is 0.01 to 50% (v / v).
제8항에 있어서,
상기 배양은 20 내지 40℃의 온도조건에서 수행되는 것인, 아미노레불린산의 생산방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the cultivation is performed at a temperature of 20 to 40 캜.
제8항에 있어서,
상기 배양은 200 내지 300rpm의 교반조건에서 수행되는 것인, 아미노레불린산의 생산방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the culture is carried out under stirring conditions of 200 to 300 rpm.
제8항에 있어서,
상기 배양은 30 내지 200시간동안 수행되는 것인, 아미노레불린산의 생산방법.
9. The method of claim 8,
Wherein the culture is performed for 30 to 200 hours.
제8항에 있어서,
상기 배양이 종료된 후, 배양물로부터 아미노레불린산을 회수하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 아미노레불린산의 생산방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising the step of recovering aminolevulinic acid from the culture after said cultivation is terminated.
제15항에 있어서,
상기 배양물은 메틸로모나스 속 DH-1 균주 또는 그의 형질전환체의 배양물, 상기 배양물의 배양상등액, 상기 메틸로모나스 속 DH-1 균주 또는 그의 형질전환체의 파쇄물, 이들의 분획물 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 아미노레불린산의 생산방법.
16. The method of claim 15,
The culture is preferably a culture of a strain of the genus Methylomonas DH-1 or a transformant thereof, a culture supernatant of the culture, a lysate of the strain Methylomonas DH-1 or a transformant thereof, fractions thereof, &Lt; / RTI &gt; wherein the aminolevulinic acid is selected from the group consisting of combinations thereof.
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