KR102282663B1 - Recombinant microorganism with retinoid production ability and method for preparing retinoid using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레티노이드 생성능을 가지는 재조합 미생물 및 이를 이용한 레티노이드의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 레티노이드 제조용 재조합 벡터, 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물 및 레티노이드 제조방법을 이용하면, 1단계의 미생물의 배양 및 추출만으로 레티놀을 비롯한 기타 여러가지 종류의 레티노이드를 높은 수율 생산할 수 있어, 의약업계, 화장품업계 및 건강기능식품 분야에서 널리 사용될 수 있다.The present invention relates to a recombinant microorganism having retinoid-producing ability and a method for producing a retinoid using the same. Using the recombinant vector for producing retinoid according to the present invention, a recombinant microorganism having retinoid production ability, and a method for producing retinoid, it is possible to produce retinol and other various types of retinoid in high yield only by culturing and extracting the microorganism in one step, so that the pharmaceutical industry , can be widely used in the cosmetic industry and health functional food field.

Description

레티노이드 생성능을 가지는 재조합 미생물 및 이를 이용한 레티노이드 제조방법 {Recombinant microorganism with retinoid production ability and method for preparing retinoid using the same}Recombinant microorganism having retinoid production ability and method for producing retinoid using same {Recombinant microorganism with retinoid production ability and method for preparing retinoid using the same}

본 발명은 레티노이드 생성능을 가지는 재조합 미생물 및 이를 이용한 레티노이드의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a recombinant microorganism having retinoid-producing ability and a method for producing a retinoid using the same.

레티놀 (비타민 A) 및 그 유도체로 이루어진 레티노이드들은, 예컨대 배아 생식, 시력 및 성장의 조절 등 세포내에서 많은 기능을 갖는다.Retinoids composed of retinol (vitamin A) and its derivatives have many functions in cells, for example, regulation of embryonic reproduction, vision and growth.

레티노이드는 비타민 A와 화학적으로 관련된 친지질성 이소프레노이드 분자의 클래스이다. 레티노이드는 알코올(예를 들면, 레티놀), 알데히드 (예를 들면, 레티날), 카르복실산 (예를 들면, 레티노산), 또는 에스테르 (예를 들면, 레티닐 아세테이트) 기능기와 함께, β-이논 고리 및 다불포화(polyunsaturated) 곁사슬로 구성된다. 이들은 시력보호, 골 발달 및 재생, 항산화 효과와 더불어 피부 노화 방지와 같은 인체 건강에 있어 필수적인 역할을 하고 특정 암의 위험을 감소시킨다고 알려져 있다.Retinoids are a class of lipophilic isoprenoid molecules chemically related to vitamin A. Retinoids are β- with an alcohol (eg, retinol), aldehyde (eg, retinal), carboxylic acid (eg, retinoic acid), or ester (eg, retinyl acetate) functional group. It consists of an inone ring and polyunsaturated side chains. They are known to play essential roles in human health, such as protecting eyesight, bone development and regeneration, and antioxidant effects, as well as preventing skin aging, and reducing the risk of certain cancers.

레티노이드 생합성 경로의 첫 단계는 동물에서 망막 합성을 위한 β -carotene-15, 15'- oxygenase (BCO I)에 의한 β-carotene의 절단이다. 이 반응으로 형성된 레티날(retinal)은 레티놀 환원 효소에 의해 레티놀 (retinol, 비타민 A)로 환원된다. 환원된 레티놀은 장 세포의 LRAT에 의해 레티닐팔미테이트로 에스테르화되기 전에 세포 내 세포성 레티놀 결합 단백질-1 (CRBP1)와 결합 될 수 있다. The first step in the retinoid biosynthetic pathway is cleavage of β-carotene by β-carotene-15, 15'-oxygenase (BCO I) for retinal synthesis in animals. Retinol formed by this reaction is reduced to retinol (vitamin A) by retinol reductase. Reduced retinol can be bound to intracellular cellular retinol binding protein-1 (CRBP1) before esterification to retinyl palmitate by LRAT in intestinal cells.

할로박테리움 살리나륨 (Halobacterium salinarium)과 같은 일부 미생물은 박테리오로돕신과 망막 생합성 경로를 가지고 있다. 단백질 결합 형태의 레티놀은 박테리오로돕신 관련 단백질 유사 단백질에 의해 생성될 수 있다. 하지만 동물과 달리 상기 미생물은 레티놀, 레티닐 에스테르, 레티노 산과 같은 레티노이드 유도체는 생산할 수 없다. Some microorganisms, such as Halobacterium salinarium , have bacteriorhodopsin and retinal biosynthetic pathways. Retinol in its protein-bound form can be produced by bacteriorhodopsin-related protein-like proteins. However, unlike animals, the microorganism cannot produce retinoid derivatives such as retinol, retinyl ester, and retinoic acid.

레티노이드는 최근 수년간 주름개선 및 피부 질환 치료를 위한 효과적인 화장품 및 의약품 원료로서 큰 관심을 받아 왔다. 레티노이드 시장 규모는 세계적으로 약 160억불 정도로 추정된다. 화학적으로 합성된 레티노이드는 대표적인 상업적 원료이다. 레티놀은 펜타디엔 유도체의 환원에 의해 화학적으로 합성된 레티날의 산성화 또는 가수분해로부터 생산된다. 그러나 이러한 화학적 과정은 복잡한 정제 단계 및 원하지 않는 부산물 형성과 같은 단점을 갖는다. 동물은 과일 및 야채로부터 얻은 카로티노이드로부터 레티노이드를 생산하는 반면, 식물은 레티노이드를 합성할 수 없다. 지금까지 생물학적 생산을 위해서 효소를 이용한 레티노이드 합성에 대하여 일부 제한적인 시도가 있었지만 성공적인 결과는 없었다. 따라서, 형질전환된 미생물을 사용하는, 레티노이드 생산을 위한 생명공학적 방법의 개발이 필요하다.Retinoids have received great attention in recent years as effective cosmetic and pharmaceutical ingredients for wrinkle improvement and skin disease treatment. The size of the retinoid market is estimated to be about 16 billion dollars worldwide. Chemically synthesized retinoids are representative commercial raw materials. Retinol is produced from acidification or hydrolysis of chemically synthesized retinal by reduction of pentadiene derivatives. However, this chemical process has disadvantages such as complicated purification steps and the formation of undesirable by-products. Animals produce retinoids from carotenoids obtained from fruits and vegetables, whereas plants cannot synthesize retinoids. So far, there have been some limited attempts to synthesize retinoids using enzymes for biological production, but without successful results. Therefore, there is a need to develop a biotechnological method for the production of retinoids using transformed microorganisms.

이에, 본 발명자들은 레티노이드 생산을 위한 생명공학적 방법을 연구하던 중, 살리니박터 루버(Salinibacter ruber) 유래 Blh를 베타카로틴을 생산하는 미생물에 형질전환하였을 때, 레티놀이 생산되는 것을 확인하고, 나아가 레시틴:레티놀 아실 전이 효소 유전자(lecithin:retinol acyltransferase, LRAT), 세포성 레티놀 결합 단백질 1 유전자(cellular retinol binding protein-1, CRBP1)를 추가적으로 형질전환 시킨 미생물에서 레티닐 팔미테이트와 같은 레티노이드를 1단계의 간단한 과정만으로 생산할 수 있는 것을 확인하여, 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors confirmed that retinol is produced when Blh derived from Salinibacter ruber is transformed into a microorganism producing beta-carotene while researching a biotechnological method for retinoid production, and further, lecithin: Retinoids such as retinyl palmitate in a microorganism additionally transformed with the retinol acyltransferase gene ( lecithin:retinol acyltransferase, LRAT ) and cellular retinol binding protein-1 (CRBP1) in one simple step By confirming that it can be produced only by the process, the present invention was completed.

따라서, 본 발명의 목적은 Blh 유전자를 포함하는 레티노이드 제조용 재조합 벡터를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention Blh To provide a recombinant vector for manufacturing retinoid containing a gene.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Blh 유전자를 포함하는 레티노이드 제조용 재조합 벡터를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention Blh It provides a recombinant vector for production of a retinoid comprising a gene.

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 것을 특징으로 하는 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물을 제공한다.In addition, the present invention provides a recombinant microorganism having retinoid-producing ability, characterized in that transformed with the recombinant vector.

또한, 본 발명은 (1) 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 배양하는 단계; 및 (2) 상기 (1)단계에서 수득한 미생물 배양액으로부터 레티노이드를 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레티노이드의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) culturing a recombinant microorganism transformed with the recombinant vector; And (2) recovering the retinoid from the microbial culture obtained in step (1); provides a method for producing retinoid comprising a.

본 발명에 따른 레티노이드 제조용 재조합 벡터, 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물 및 레티노이드 제조방법을 이용하면, 1단계의 미생물의 배양 및 추출만으로 레티놀을 비롯한 기타 여러가지 종류의 레티노이드를 높은 수율로 생산할 수 있어, 의약업계, 화장품업계 및 건강기능식품 분야에서 널리 사용될 수 있다.Using the recombinant vector for manufacturing retinoid according to the present invention, a recombinant microorganism having retinoid manufacturing ability, and a retinoid manufacturing method, retinol and other various types of retinoids can be produced in high yield only by culturing and extracting the microorganism in one step, It can be widely used in industry, cosmetics industry and health functional food field.

도 1은 레티노이드 생합성 경로를 나타낸 도이다.
도 2는 Blh SR , Brp SR 또는 Bcox SR 유전자를 도입한 재조합 미생물에서 레티놀의 생합성을 측정한 도이다.
도 3은 Blh SR 유전자를 도입한 재조합 미생물 형질전환시 m12UTR, m37UTR 또는 m46UTR 서열을 첨가하였을 때, 레티놀 생합성량을 비교한 도이다.
도 4는 pUCM-Blh SR -CRBP1-LRAT를 도입한 재조합 대장균 및 pUCM-Blh SR -CRBP1-RALDH1A를 도입한 재조합 대장균의 레티노이드 생산을 분석한 도이다.
1 is a diagram illustrating a retinoid biosynthesis pathway.
Figure 2 is a measure of the synthesis of retinol from the recombinant microorganism incorporating Blh SR, Brp SR or SR Bcox gene.
3 is Blh SR A diagram comparing the amount of retinol biosynthesis when the m12UTR, m37UTR or m46UTR sequence is added during transformation of a recombinant microorganism into which the gene is introduced.
4 is pUCM- Blh SR - is an analysis of the retinoid production of recombinant E. coli Recombinant E. coli, and introducing pUCM- Blh SR -CRBP1-RALDH1A the introduction of LRAT - CRBP1.

본 발명은 살리니박터 루버(Salinibacter ruber) 유래 Blh 유전자를 포함하는 레티노이드 제조용 재조합 벡터를 제공한다.The present invention is Salinibacter ruber derived Blh It provides a recombinant vector for production of a retinoid comprising a gene.

본 발명에 있어서, 상기 레티노이드는 비타민A(레티놀)의 골격이 있는 화합물 또는 레티놀의 활성체인 레티노인산(all trans 및 9-cis)과 같은 효과 또는 유사한 작용을 하여, 레티노인산수용체에 결합하는 화합물 일 수 있으며, 바람직하게는 레티날, 레티놀, 레티닐팔미테이트, 레티노익산 및 레티닐아세테이트 중 어느 하나일 수 있다.In the present invention, the retinoid may be a compound having a skeleton of vitamin A (retinol) or a compound that binds to the retinoic acid receptor by having the same effect or similar action as retinoic acid (all trans and 9-cis), which is an active agent of retinol, , Preferably it may be any one of retinal, retinol, retinyl palmitate, retinoic acid and retinyl acetate.

본 발명에 있어서, 상기 Blh는 베타-카로틴의 중앙 이중 결합 부위 절단을 촉매하여 두 분자의 레티날을 생성하며, 상기 Blh 유전자는 Blh를 암호화하는 유전자이다.In the present invention, the Blh catalyzes cleavage of the central double bond site of beta-carotene to generate two molecules of retinal, and the Blh gene is a gene encoding Blh.

본 발명에 있어서, 상기 Blh 유전자는 박테리아 유래의 유전자 일 수 있으며, 바람직하게는 살리니박터 루버(Salinibacter ruber) 유래의 Blh 유전자(SRU_2210 gene, Genebank accession: ABC44773.1)일 수 있다.In the present invention, the Blh gene may be a bacterial-derived gene, preferably Salinibacter ruber- derived Blh gene (SRU_2210 gene, Genebank accession: ABC44773.1).

본 발명에 있어서 상기 살리니박터 루버(Salinibacter ruber) 유래의 Blh 유전자(SRU_2210 gene)는 NCBI에 등록된 유전자이나, 기능이 명확히 규명되지 않아, annotation score가 5점 만점에 2점으로 매우 낮은 스코어를 나타내어 어떤 기능을 갖는지 여부를 합리적으로 예측할 수 없는 유전자이다. 한편, 본 발명에서는 살리니박터 루버(Salinibacter ruber) 유래의 Blh SR , Brp SR 또는 Bcox SR 유전자에 대한 기능을 확인하기 위한 실험을 수행하였으며, 그 결과 Brp SR 또는 Bcox SR 유전자와 같은 Salinibacter ruber 유래의 유사한 유전자라도 레티노이드를 생성하는 기능을 나타내지 않으며, 오직 Blh SR 만이 레티노이드를 생성하는 기능을 나타낸다는 결과를 명확히 확인하였다. 이러한 결과에 따라, 본 발명은 베타카로틴으로부터 레티노이드를 생산할 수 있는 Blh SR 을 포함하는 벡터, 재조합 미생물을 이용하여 레티노이드를 효과적으로 제조할 수 있다.In the present invention, the Salinibacter ruber- derived Blh gene (SRU_2210 gene) is a gene registered in NCBI, but the function is not clearly identified, so the annotation score is 2 out of 5. It is a gene whose function cannot be reasonably predicted. On the other hand, in the present invention, salrini bakteo louvers were (Salinibacter ruber) performed experiments to confirm the functionality of a Blh SR, Brp SR or Bcox SR gene of origin, and as a result Brp SR or similar of Salinibacter ruber origin such as Bcox SR gene It was clearly confirmed that the gene did not exhibit the function of generating retinoids, and that only Blh SR exhibited the function of generating retinoids. According to these results, the present invention can effectively produce a retinoid using a vector containing Blh SR capable of producing a retinoid from beta-carotene, and a recombinant microorganism.

본 발명의 일 실시예에서 확인한 결과, 살리니박터 루버(Salinibacter ruber) 유래의 Blh 유전자(SRU_2210 gene)는 베타카로틴으로부터 레티노이드를 생합성한다는 사실이 명확히 밝혀졌다.As a result of confirming in an embodiment of the present invention, it was clearly found that the Blh gene (SRU_2210 gene) derived from Salinibacter ruber biosynthesizes retinoids from beta-carotene.

본 발명에서 용어 '벡터'는 적합한 숙주 내에서 목적 유전자를 발현시킬 수 있도록 적합한 조절 서열에 작동 가능하게 연결된 유전자의 염기서열을 함유하는 유전자 작제물을 의미하는 것으로, 상기 조절 서열은 전사를 개시할 수 있는 프로모터, 그러한 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함할 수 있다.In the present invention, the term 'vector' refers to a gene construct containing the nucleotide sequence of a gene operably linked to a suitable regulatory sequence so as to express a target gene in a suitable host, wherein the regulatory sequence initiates transcription. capable promoters, optional operator sequences for regulating such transcription, and sequences regulating the termination of transcription and translation.

본 발명에서 '작동가능하게 연결된 (operably linked)'는 일반적 기능을 수행하도록 핵산 발현조절 서열과 목적하는 단백질을 코딩하는 핵산 서열이 기능적으로 연결되어 있는 것을 말한다. 예를 들어 프로모터와 단백질 또는 RNA를 코딩하는 핵산 서열이 작동가능하게 연결되어 코딩서열의 발현에 영향을 미칠 수 있다. 재조합 벡터와의 작동적 연결은 당해 기술분야에서 잘 알려진 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당해 기술 분야에서 일반적으로 알려진 효소 등을 사용한다.In the present invention, 'operably linked' means that a nucleic acid expression control sequence and a nucleic acid sequence encoding a target protein are functionally linked to perform a general function. For example, a promoter and a nucleic acid sequence encoding a protein or RNA may be operably linked to affect expression of the coding sequence. The operable linkage with the recombinant vector can be prepared using genetic recombination techniques well known in the art, and site-specific DNA cleavage and ligation using enzymes generally known in the art.

본 발명에서 '목적 유전자의 발현'이란 것은 상기 목적 유전자를 발현시켜 목적 유전자가 코딩하는 단백질을 생산하는 것을 의미할 수 있다. 본 발명에서 목적 유전자를 발현하는 방법은 상기 목적 유전자를 포함하는 벡터로 형질전환된 형질전환체 숙주세포를 배양하여 상기 목적 유전자가 코딩하는 단백질을 발현시키는 방법이며, 이를 통해 상기 단백질이 관여되는 생합성 경로의 최종산물을 제조할 수 있다.In the present invention, 'expression of the target gene' may mean producing a protein encoded by the target gene by expressing the target gene. The method of expressing a target gene in the present invention is a method of expressing a protein encoded by the target gene by culturing a transformant host cell transformed with a vector containing the target gene, through which the protein is involved biosynthesis The end product of the pathway can be manufactured.

본 발명의 상기 벡터는 세포 내에서 복제 가능한 것이면 특별히 한정되지 않으며 당업계에 알려진 임의의 벡터를 이용할 수 있으며, 예컨대 플라스미드, 코스미드, 파지 입자, 바이러스 벡터일 수 있고, 바람직하게는 플라스미드일 수 있다.The vector of the present invention is not particularly limited as long as it can replicate in cells, and any vector known in the art may be used, for example, a plasmid, a cosmid, a phage particle, a viral vector, and preferably a plasmid. .

본 발명의 상기 재조합 벡터는 UTR(Untranslated region)서열을 더 포함하여 목적 유전자의 발현을 조절할 수 있으며, 상기 UTR은 목적유전자인 Blh SR 의 발현을 목적에 맞게 조절 가능한 서열을 제한없이 포함하는 것일 수 있다. 예컨대 서열번호 2로 표시되는 m37UTR을 포함하여 목적 유전자가 낮게 발현되는 것일 수 있고, 바람직하게는 서열번호 1로 표시되는 m12UTR 또는 서열번호 3으로 표시되는 m46UTR을 포함하여 목적 유전자가 높게 발현되는 것일 수 있다. 더욱 바람직하게는 서열번호 1로 표시되는 m12UTR 또는 서열번호 3으로 표시되는 m46UTR을 포함하여 레티노이드의 생산이 증대되는 것 일 수 있다.The recombinant vector of the present invention may further include an untranslated region (UTR) sequence to control the expression of a target gene, and the UTR may include, without limitation, a sequence capable of regulating the expression of the target gene, Blh SR, according to the purpose. there is. For example, the target gene including m37UTR represented by SEQ ID NO: 2 may be low-expressed, and preferably, the target gene, including m12UTR represented by SEQ ID NO: 1 or m46UTR represented by SEQ ID NO: 3, may be highly expressed there is. More preferably, the retinoid production may be increased, including m12UTR represented by SEQ ID NO: 1 or m46UTR represented by SEQ ID NO: 3.

본 발명의 상기 재조합 벡터는 베타카로틴으로부터 생산되는 레티날을 전구물질로 이용하여 다양한 레티노이드를 생산하기 위한 효소를 암호화하는 유전자를 추가적으로 포함할 수 있으며, 예컨대, 레티놀, 전-트랜스 레티노익산(all-trans-retinoic acid), 13-시스 레티노익산, 9-시스-레티노익산, 에티레티네이트(etretinate), 아시트레틴(acitretin), 아다팔렌(adapalene), 벡사로텐(bexarotene) 또는 타자로텐(tazarotene)을 생합성하기 위한 효소를 암호화하는 유전자를 추가적으로 포함할 수 있다. 본 발명의 상기 재조합 벡터는 바람직하게는 레시틴:레티놀 아실 전이 효소 유전자(lecithin:retinol acyltransferase, LRAT) 유전자, 세포성 레티놀 결합 단백질 1 유전자(retinol binding protein-1, CRBP1) 및/또는 레티노익산 생합성 효소 (retinal dehydrogenase-1a, RALDH1A)를 더 포함할 수 있으며, 상기 레시틴:레티놀 아실 전이 효소 유전자(lecithin:retinol acyltransferase, LRAT), 세포성 레티놀 결합 단백질 1 유전자(retinol binding protein-1, CRBP1) 및/또는 레티노익산 생합성 효소 (retinal dehydrogenase-1a, RALDH1A)를 더 포함하면 레티날, 레티놀, 레티닐팔미테이트, 레티닐아세테이트 및/또는 레티노익산이 생합성되는 것 일 수 있다.The recombinant vector of the present invention may additionally include a gene encoding an enzyme for producing various retinoids using retinal produced from beta-carotene as a precursor, for example, retinol, all-trans retinoic acid (all- trans-retinoic acid), 13-cis retinoic acid, 9-cis-retinoic acid, ethretinate, acitretin, adapalene, bexarotene or tazarotene It may further include a gene encoding an enzyme for biosynthesis. The recombinant vector of the present invention is preferably a lecithin: retinol acyl transferase gene (lecithin: retinol acyltransferase , LRAT) gene, cellular retinol binding protein 1 gene (retinol binding protein-1, CRBP1 ) and / or retinoic acid biosynthetic enzyme (retinal dehydrogenase-1a, RALDH1A) a may further include, and wherein the lecithin: retinol acyl transferase gene (lecithin: retinol acyltransferase, LRAT), cellular retinol-binding protein 1 gene (retinol binding protein-1, CRBP1 ) and / Or retinoic acid biosynthetic enzyme (retinal dehydrogenase-1a, RALDH1A ) If further included, retinal, retinol, retinyl palmitate, retinyl acetate and / or retinoic acid may be biosynthesized.

본 발명에 있어서, 상기 레시틴:레티놀 아실 전이 효소 유전자(lecithin:retinol acyltransferase, LRAT), 세포성 레티놀 결합 단백질 1 유전자(retinol binding protein-1, CRBP1) 및/또는 레티노익산 생합성 효소 (retinal dehydrogenase-1a, RALDH1A)는 상기 재조합 벡터의 프로모터 하류에 클로닝 되는 것일 수 있으며, 바람직하게는 lac 프로모터 하류에 클로닝 되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the lecithin: retinol acyl transferase gene (lecithin: retinol acyltransferase, LRAT), cellular retinol-binding protein 1 gene (retinol binding protein-1, CRBP1 ) and / or a retinoic acid synthesis enzyme (retinal dehydrogenase-1a , RALDH1A ) may be cloned downstream of the promoter of the recombinant vector, preferably cloned downstream of the lac promoter, but is not limited thereto.

본 발명의 상기 재조합 벡터를 미생물에 도입하면, 레티노이드의 화학합성과 비교하여 복잡한 제조공정 없이, 상기 미생물의 배양 및 추출로 구성된 1단계의 간단한 과정만으로 다양한 레티노이드를 높은 수율로 생산할 수 있는 것일 수 있다.When the recombinant vector of the present invention is introduced into a microorganism, various retinoids can be produced in high yield with only one simple process consisting of culturing and extracting the microorganism without a complicated manufacturing process compared to the chemical synthesis of retinoid. .

또한, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 것을 특징으로 하는 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물을 제공한다.In addition, the present invention provides a recombinant microorganism having retinoid-producing ability, characterized in that transformed with the recombinant vector.

본 발명에 있어서, 상기 미생물은 대장균, 박테리아, 효모 및 곰팡이로 구성된 군에서 선택되는 것을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 베타카로틴 생산 미생물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 crtE 유전자, crtB 유전자, crtI 유전자 및 crtY 유전자가 형질전환된 미생물일 수 있고, 더더욱 바람직하게는 crtE 유전자, crtB 유전자, crtI 유전자 및 crtY 유전자가 형질전환된 대장균일 수 있다.In the present invention, the microorganism may be selected from the group consisting of Escherichia coli, bacteria, yeast and mold, and may preferably be a beta-carotene-producing microorganism, more preferably crtE gene, crtB gene, crtI gene and The crtY gene may be a transformed microorganism, and more preferably, the crtE gene, the crtB gene, the crtI gene and the crtY gene may be transformed E. coli.

베타카로틴 생산 대장균에 대해서는 Song et al, 2013 문헌 전체로 참고될 수 있다.For beta-carotene-producing Escherichia coli, the entire literature of Song et al, 2013 can be referred to.

본 발명에 있어서, 재조합 벡터를 세포 내로 도입시키는 방법은 당업계에 공지된 방법을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 형질전환 방법이다. 여기서 '형질전환'은 DNA를 숙주로 도입하여 DNA가 염색체 외 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제가능하게 되는 것을 의미한다. 형질전환은 핵산 분자를 유기체, 세포, 조직 또는 기관에 도입하는 어떤 방법도 포함되며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 숙주 세포에 따라 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 이런 방법에는 전기천공법 (electroporation), 인산칼슘 (CaPO4) 침전, 염화칼슘 (CaCl2) 침전, 미세주입법 (microinjection), 폴리에틸렌글리콜 (PEG)법, DEAE (diethylaminoethyl)-덱스트란법, 양이온 리포좀법, 및 초산 리튬-DMSO법 등이 포함될 수 있으나 이에 제한되지 않는다.In the present invention, a method for introducing a recombinant vector into a cell may use a method known in the art, preferably a transformation method. Here, 'transformation' means introducing DNA into a host so that the DNA becomes replicable as an extrachromosomal factor or by chromosomal integration completion. Transformation includes any method of introducing a nucleic acid molecule into an organism, cell, tissue or organ, and can be performed by selecting an appropriate standard technique according to the host cell, as is known in the art. These methods include electroporation, calcium phosphate (CaPO 4 ) precipitation, calcium chloride (CaCl 2 ) precipitation, microinjection, polyethylene glycol (PEG) method, DEAE (diethylaminoethyl)-dextran method, cationic liposome method. , and lithium acetate-DMSO method, but is not limited thereto.

본 발명의 상기 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물을 배양하고 추출하여 1단계의 간단한 과정만으로 레티노이드를 높은 수율로 생산할 수 있는 것일 수 있다.By culturing and extracting the recombinant microorganism having the retinoid-producing ability of the present invention, it may be possible to produce retinoid in a high yield with only one simple process.

또한, 본 발명은 (1) 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 배양하는 단계; 및 (2) 상기 (1)단계에서 수득한 미생물 배양액으로부터 레티노이드를 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레티노이드의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of (1) culturing a recombinant microorganism transformed with the recombinant vector; And (2) recovering the retinoid from the microbial culture obtained in step (1); provides a method for producing retinoid comprising a.

본 발명에 있어서, 상기 재조합 미생물을 배양하는 단계는 통상적으로 알려진 배양방법을 사용하여 수행할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 배양액으로부터 레티노이드의 분리 및 회수는 단백질의 물리, 화학적 특성에 따라 적합한 공지의 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들어 증류, 전기투석, 투과증발, 크로마토그래피, 용매추출, 반응추출, HPLC 등을 이용할 수 있으며, 이들을 조합하여 이용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, the step of culturing the recombinant microorganism can be performed using a commonly known culture method. In the present invention, separation and recovery of retinoids from the culture medium may use a suitable known method according to the physical and chemical properties of the protein, for example, distillation, electrodialysis, pervaporation, chromatography, solvent extraction, reaction extraction , HPLC, etc. may be used, and a combination thereof may be used, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 상기 레티노이드는 비타민A(레티놀)의 골격이 있는 화합물 또는 레티놀의 활성체인 레티노인산(all trans 및 9-cis)과 같은 효과 또는 유사한 작용을 하여, 레티노인산수용체에 결합하는 화합물 일 수 있으며, 바람직하게는 레티날, 레티놀, 레티닐팔미테이트, 레티노익산 및 레티닐아세테이트 중 어느 하나일 수 있다.In the present invention, the retinoid may be a compound having a skeleton of vitamin A (retinol) or a compound that binds to the retinoic acid receptor by having the same effect or similar action as retinoic acid (all trans and 9-cis), which is an active agent of retinol, , Preferably it may be any one of retinal, retinol, retinyl palmitate, retinoic acid and retinyl acetate.

본 발명에 있어서, 상기 (1) 단계의 미생물은 대장균, 박테리아, 효모 및 곰팡이로 구성된 군에서 선택되는 것을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 베타카로틴 생산 미생물일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 crtE 유전자, crtB 유전자, crtI 유전자 및 crtY 유전자가 형질전환된 미생물일 수 있고, 더더욱 바람직하게는 crtE 유전자, crtB 유전자, crtI 유전자 및 crtY 유전자가 형질전환된 대장균일 수 있다.In the present invention, the microorganism in step (1) may use one selected from the group consisting of Escherichia coli, bacteria, yeast and mold, and may preferably be a beta-carotene-producing microorganism, more preferably crtE gene, crtB The gene, the crtI gene and the crtY gene may be a transformed microorganism, and more preferably, the crtE gene, the crtB gene, the crtI gene and the crtY gene may be transformed E. coli.

본 발명의 상기 레티노이드 제조방법을 사용하여 재조합 미생물의 배양하고 추출하는 1단계의 간단한 과정만으로 레티노이드를 높은 수율로 생산할 수 있는 것일 수 있다.Using the retinoid production method of the present invention, it may be possible to produce retinoid in high yield only with a simple one-step process of culturing and extracting a recombinant microorganism.

중복되는 내용은 본 명세서의 복잡성을 고려하여 생략하며, 본 명세서에서 달리 정의되지 않은 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는 것이다.Duplicate content is omitted in consideration of the complexity of the present specification, and terms not defined otherwise in the present specification have the meanings commonly used in the art to which the present invention pertains.

실시예 1. 레티노이드 생합성 균주 제작을 위한 균주 및 플라스미드의 준비Example 1. Preparation of strains and plasmids for production of retinoid biosynthetic strains

대장균 (E. coli) TOP10을 유전자 클로닝 및 플라스미드 유지에 사용하였고, 대장균 XIASR을 레티노이드 생합성 유전자의 발현을 위한 숙주 균주로 사용하였다. 살리니박터 루버(Salinibacter ruber) M31 균주는 Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ, Germany)에서 구입 하였다. 엔테로코커스 패시움 GF2 (Enterococcus faecalis GF2) 및 바실러스 서브틸리스 아종 스피지제니 W23 ATCC 6633 (Bacillus subtilis subsp .spizizenii W23 ATCC 6633)은 한국 생물 자원 센터 (KCTC, Korea)에서 구입 하였다. 본 발명에서 사용한 미생물 균주를 표 1에 나타내었고, 플라스미드 제작용 프라이머는 표 2에 나타내었다. E. coli TOP10 was used for gene cloning and plasmid maintenance, and E. coli XIASR was used as a host strain for expression of retinoid biosynthesis genes. Salinibacter ruber M31 strain was purchased from Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ, Germany). Enterococcus faecalis GF2 ( Enterococcus faecalis GF2 ) and Bacillus subtilis subspecies spizizeni W23 ATCC 6633 (Bacillus subtilis subsp.spizizenii W23 ATCC 6633) were purchased from the Korea Center for Biological Resources (KCTC, Korea). The microorganism strains used in the present invention are shown in Table 1, and the primers for plasmid construction are shown in Table 2.

[표 1] [Table 1]

Figure 112019102020122-pat00001
Figure 112019102020122-pat00001

[표 2][Table 2]

Figure 112019102020122-pat00002
Figure 112019102020122-pat00002

실시예 2. 레티노이드 생합성 효소 발현을 위한 재조합 대장균 제작 및 레티놀 생산의 확인Example 2. Confirmation of recombinant E. coli production and retinol production for expression of retinoid biosynthetic enzymes

2.1 레티노이드 생합성 효소 유전자 도입을 위한 플라스미드의 구축2.1 Construction of plasmid for gene introduction of retinoid biosynthesis enzyme

레티노이드 생합성 경로는 도 1과 같다.The retinoid biosynthesis pathway is shown in FIG. 1 .

베타카로틴으로부터 레티날을 생산하는 효소로 Blh SR (SRU_2210, Genebank accession: ABC44773.1), Brp SR (SRU_0742, Genebank accession: ABC43854.1) 또는 Bcox SR (SRU_0127, Genebank accession: ABC44374.1)을 추정하였다. 베타카로틴이 생산되는 균주에 상기 S.ruber 유래인 기능이 실험적으로 규명되지 않은 유전자 Blh SR , Brp SR 또는 Bcox SR 를 도입하여 레티놀 생합성이 나타나는지 확인하기 위해, 각각의 유전자(Blh SR , Brp SR , Bcox SR )를 대장균에 도입하기 위한 플라스미드를 제작하였다. pUCM으로부터 변형된 저카피 (low copy) 플라스미드 pUCMr을 클로닝을 위한 백본 플라스미드로 사용하였다. Blh SR (SRU_2210, Genebank accession: ABC44773.1) , Brp SR (SRU_0742, Genebank accession: ABC43854.1) or Bcox SR (SRU_0127, Genebank accession: ABC44374.1) as an enzyme for producing retinal from beta-carotene did. That in strains that produce beta-carotene not identify the origin of the S.ruber function experimentally gene Blh SR, by introducing Brp SR or SR Bcox to verify that retinol biosynthesis, each gene (Blh SR, SR Brp, Bcox SR ) was prepared a plasmid for introducing into E. coli. The low copy plasmid pUCMr modified from pUCM was used as the backbone plasmid for cloning.

구체적으로 저카피 (low copy) 플라스미드 pUCMr의 제작은 다음과 같다. 생합성 경로 구축용 플라즈미드 pUCM 전체를 프라이머 pUCN-ori-fr와 pUCN-ori-r를 이용하여 증폭하고 pET21a 플라스미드에서는 복제 수 (copy number)를 조절해주는 rop 유전자를 프라이머 pET-rop-F와 pET-ori-R를 이용하여 증폭하였다. 프라이머 pUCN-ori-fr과 pET-rop-F은 T4 폴리뉴클레오티드 키나아제 (T4 polynucleotide kinase)를 이용하여 각각 프라이머의 5'에 인산기를 치환하였다. 확보된 두 종류의 DNA 단편은 증폭한 부분은 Dpn I 제한효소를 처리하여 백본 플라스미드를 제거한 후에 T4 DNA 리가아제 (T4 DNA ligase)를 이용하여 접합하여 (ligation) 최종적으로 변형된 저카피 (low copy) 플라스미드 pUCMr를 제작하였다.Specifically, the construction of the low copy plasmid pUCMr is as follows. The entire plasmid pUCM for biosynthetic pathway construction was amplified using primers pUCN-ori- fr and pUCN- ori- r, and in the pET21a plasmid, the rop gene that controls the copy number was modified with primers pET- rop- F and pET- ori -R was used to amplify. In the primers pUCN- ori- fr and pET- rop- F, a phosphate group was substituted at 5' of each primer using T4 polynucleotide kinase. The amplified parts of the two types of DNA fragments obtained were treated with Dpn I restriction enzyme to remove the backbone plasmid, and then ligated using T4 DNA ligase to finally modified low copy (low copy). ) Plasmid pUCMr was constructed.

Blh SR , Brp SR 또는 Bcox SR 유전자를 도입하기 위한 플라스미드 pUCM-Blh SR, pUCM-Brp SR pUCM-Bcox SR 를 제작하였다. 구체적으로 SRU_2210 (Blh SR ), SRU_0742 (Brp SR ) 및 SRU_0127 (Bcox SR ) 유전자를 Salinibacter ruber 게놈 DNA 로부터 PCR로 증폭 시켰다. Blh SR Blh SR -F-Xba I과 Blh SR -R-EcoR I 프라이머를 이용하여 Xba I 및 EcoR I에 의한 절단된 PCR 산물을 pUCM의 lac 프로모터의 아래에 클로닝 하여 pUCMr-Blh SR 를 제작하였다. 동일한 방법으로 Brp SR Bcox SR 유전자 또한 프라이머 Brp SR -F-Xba I와 Brp SR -R-EcoR I, Bcox SR -F-Xba I와 Bcox SR -R-EcoR I를 이용하여, pUCMr-Brp SR pUCMr-Bcox SR 플라스미드를 제작하였다. Blh SR, Brp SR or Bcox SR Plasmid pUCM- Blh SR, pUCM- Brp for introducing a gene and SR pUCM- Bcox SR was constructed. Specifically SRU_2210 (Blh SR), SRU_0742 ( Brp SR) and SRU_0127 (Bcox SR) gene was amplified by PCR from Salinibacter ruber genomic DNA. Blh SR was cloned under the lac promoter of pUCM using the Blh SR- F-Xba I and Blh SR- R-EcoR I primers, and the PCR product digested by Xba I and EcoRI was cloned under the pUCM lac promoter to construct pUCMr-Blh SR. . In the same way as Brp SR Bcox SR Also gene using primers Brp SR -F-Xba I and Brp SR -R-EcoR I, Bcox SR -F-Xba I and EcoR I-Bcox -R SR, SR pUCMr- Brp and The pUCMr- Bcox SR plasmid was constructed.

LRAT CRBP1 유전자를 도입하기 위한 플라스미드 pUCM-Blh SR -CRBP1-LRAT를 제작하였다. 구체적으로 LRATCRBP1 유전자는 Hep3B의 cDNA로 부터 PCR로 증폭한 다음 pUCM의 lac 프로모터의 하류에 클로닝 하였다. LRAT 유전자를 증폭하기 위해서 LRATH-Xba1-F와 LRATH-R-EcoR I의 프라이머를 사용하였고 CRBP1 유전자를 증폭하기 위해서 CRBP1H-Xba1-F와 CRBP1H-R-EcoR I의 프라이머를 사용하였다. 플라스미드 pUCM-Blh SR 는 프라이머 pUC-sub-USER-1-F와 pUC-sub-USER-2-R, 플라스미드 pUCM-CRBP1은 프라이머 pUC-sub-USER-2-F와 pUC-sub-USER-5-R 마지막으로 플라스미드 pUCM-LRAT는 프라이머 pUC-sub-USER-5-F와 pUC-sub-USER-3-R을 이용하여 lac 프로모터를 포함한 유전자 전반을 증폭하였다. 또한 pUCM의 프로모터를 제외한 나머지 부분을 프라이머 pUC-USER-1R와 pUC-USER-3F를 이용하여 증폭하였다. 증폭된 세 가지 DNA 단편과 플라스미드 백본은 Dpn I 처리한 후, USER 효소를 이용하여 네 개의 단편을 접합하였고 그 산물인 플라스미드 pUCM-Blh SR -CRBP1-LRAT을 제작하였다.It was produced LRAT - CRBP1 - pUCM- Blh SR plasmid for introducing and CRBP1 LRAT gene. Specifically LRAT and CRBP1 gene was cloned downstream of the one amplified by PCR from the cDNA of Hep3B following pUCM of the lac promoter. In order to amplify the LRAT gene was used as primer in LRATH-Xba1-F-R-EcoR I and LRATH primers of CRBP1H-Xba1-F and CRBP1H-R-EcoR I were used to amplify the gene CRBP1. Plasmid pUCM- Blh SR is primers pUC-sub-USER-1-F and pUC-sub-USER-2-R, Plasmid pUCM- CRBP1 is primers pUC-sub-USER-2-F and pUC-sub-USER-5 -R Finally, the plasmid was amplified pUCM- LRAT gene overall, including the lac promoter using primers pUC-sub-USER-5- F and pUC-sub-USER-3- R. In addition, the remainder except for the promoter of pUCM was amplified using primers pUC-USER-1R and pUC-USER-3F. Three kinds of DNA fragments and the plasmid backbone, is amplified and then processed Dpn I, were bonded to the four fragments using the USER enzyme product of the plasmid pUCM- Blh SR - prepare a LRAT - CRBP1.

레티노익산을 생산하기 위한 플라스미드인 pUCM-Blh SR -CRBP1-RALDH1A를 제작하였다. 먼저, 확보된 Hep3B의 cDNA에서 RALDH1A 유전자를 증폭하기 위해서 RALDH1A2H-F-Xba1와 RALDH1A2H-R-EcoR I의 프라이머를 사용하였다. Xba I 및 EcoR I에 의한 절단 된 PCR 산물을 pUCM의 lac 프로모터의 아래에 클로닝 하였다. 플라스미드 pUCM-Blh SR -CRBP1-RALDH1A를 확보하기 위해서 플라스미드 pUCM-Blh SR 는 프라이머 pUC-sub-USER-1-F와 pUC-sub-USER-2-R, 플라스미드 pUCM-CRBP1은 프라이머 pUC-sub-USER-2-F와 pUC-sub-USER-5-R 마지막으로 플라스미드 pUCM-RALDH1A는 프라이머 pUC-sub-USER-5-F와 pUC-sub-USER-3-R을 이용하여 lac 프로모터를 포함한 유전자 전반을 증폭하였다. 또한 pUCM의 프로모터를 제외한 나머지 부분을 프라이머 pUC-USER-1R와 pUC-USER-3F를 이용하여 증폭하였다. 증폭된 세 가지 DNA 단편과 플라스미드 백본은 Dpn I 처리한 후, USER 효소를 이용하여 네 개의 단편을 접합하였고 그 산물인 플라스미드 pUCM-Blh SR -CRBP1-RALDH1A를 제작하였다.A plasmid for producing retinoic acid, pUCM- Blh SR - CRBP1 - RALDH1A was prepared. First, primers of RALDH1A2H -F-Xba1 and RALDH1A2H-R-EcoRI were used to amplify the RALDH1A gene from the obtained Hep3B cDNA. The PCR products cleaved by Xba I and EcoR I were cloned under the lac promoter of pUCM. To obtain plasmid pUCM- Blh SR - CRBP1 - RALDH1A , plasmid pUCM- Blh SR is primers pUC-sub-USER-1-F and pUC-sub-USER-2-R, and plasmid pUCM- CRBP1 is primer pUC-sub- USER-2-F and pUC-sub-USER-5-R Finally, the plasmid pUCM- RALDH1A is a gene containing the lac promoter using primers pUC-sub-USER-5-F and pUC-sub-USER-3-R. The whole was amplified. In addition, the remainder except for the promoter of pUCM was amplified using primers pUC-USER-1R and pUC-USER-3F. After the three amplified DNA fragments and the plasmid backbone were treated with Dpn I, the four fragments were spliced using the USER enzyme to construct the product, plasmid pUCM- Blh SR - CRBP1 - RALDH1A .

상기 과정을 거쳐 제작한 레티노이드 생합성 효소 도입을 위해 제조한 플라스미드를 표 3에 나타내었다.Table 3 shows the plasmids prepared for the introduction of the retinoid biosynthesis enzyme prepared through the above process.

[표 3][Table 3]

Figure 112019102020122-pat00003
Figure 112019102020122-pat00003

2.2 레티놀 생합성 유전자가 도입된 재조합 대장균의 제작2.2 Production of Retinol Biosynthesis Gene Introduced Recombinant E. coli

레티놀을 생산하기 위해 재조합된 대장균을 제작하였다. 우선, 베타카로틴을 생산할 수 있는 균주인 XIASR(pAC-EBIY)를 제작하였다. 형질전환을 위한 컴피턴트 세포 (competent cell)를 만드는 방법으로써, TSS 용액을 이용한 화학적 방법을 사용하였다. 대수 성장기에 있는 균주 (OD600 0.4-0.6)를 원심분리로 세포들만 모으고 상층액에 있는 배양배지들은 모두 제거한다, 배양액 1 ml 당 차가운 100 ul의 TSS 용액을 넣어 준 후, 피펫으로 잘 섞어준다. 먼저 XIASR 세포를 베타카로틴을 생산할 수 있는 균주인 XIASR(pAC-EBIY)로 만들기 위해서 0.5 ul의 플라스미드 pAC-EBIY (약 100 ng/ul 농도)를 XIASR 균주 내로 형질전환을 시켰다. 클로람페니콜이 포함된 LB agar 고체배지에서 선별하여 베타카로틴을 생산할 수 있는 균주 XIASR (pAC-EBIY)를 확보하였다. 이 균주 XIASR(pAC-EBIY)을 다시 레티놀을 생산할 수 있는 균주로 형질전환하기 위해서 위에 상기 방법과 같은 TSS 용액을 이용한 화학적 방법을 이용하여 컴피턴트 세포를 만들고, 플라스미드 pUCM-Blh SR , pUCM-Brp SR , pUCM-Bcox SR 을 형질전환시켜, 레티놀 생합성 유전자가 도입된 재조합 대장균을 제작하였다.Recombinant E. coli was prepared to produce retinol. First, a strain capable of producing beta-carotene, XIASR (pAC-EBIY) was prepared. As a method of making competent cells for transformation, a chemical method using a TSS solution was used. Collect only the cells in the logarithmic growth phase (OD600 0.4-0.6) by centrifugation and remove all the culture medium in the supernatant. After adding 100 ul of cold TSS solution per 1 ml of the culture medium, mix well with a pipette. First, in order to make XIASR cells XIASR (pAC-EBIY), a strain capable of producing beta-carotene, 0.5 ul of plasmid pAC-EBIY (at a concentration of about 100 ng/ul) was transformed into the XIASR strain. Strain XIASR (pAC-EBIY) capable of producing beta-carotene was obtained by selection on LB agar solid medium containing chloramphenicol. In order to transform this strain XIASR (pAC-EBIY) a strain which can produce retinol again using the chemical method using a TSS solution such as the above manner to create competent cells, the plasmid pUCM- Blh SR, pUCM- Brp SR and pUCM- Bcox SR were transformed to prepare a recombinant E. coli into which a retinol biosynthesis gene was introduced.

2.3 레티놀 생합성 재조합 대장균의 레티놀 생산을 위한 발효2.3 Retinol Biosynthesis Fermentation for Retinol Production in Recombinant E. coli

실시예 2.2 에서 제조한 레티놀 생합성 유전자가 도입된 재조합 대장균을 3일 진탕 배양시켰다. 배지는 10g/L의 트립톤, 5g/L의 효모 추출물 및 5g/L 염화나트륨 함유하는 LB 배지에서 배양하였다. 레티놀 생산을 위한 플라스크 발효를 300ml 배플 플라스크의 Terrific Broth (TB) 배지 50 ml에서 250 rpm으로 흔들어 주면서 30℃에서 48시간 동안 수행 하였다. TB배지는 20g/L의 글리세롤 12g/L의 트립톤, 24g/L의 효모 추출물, 2.31g/L의 KH2PO4, 16.41g/L의 K2HPO43H2O를 포함한다. 암피실린 (100mg/L)과 클로람페니콜 (50mg/L)을 필요에 따라 첨가 하였다.The recombinant E. coli into which the retinol biosynthesis gene prepared in Example 2.2 was introduced was cultured with shaking for 3 days. The medium was cultured in LB medium containing 10 g/L tryptone, 5 g/L yeast extract and 5 g/L sodium chloride. Flask fermentation for retinol production was performed in 50 ml of Terrific Broth (TB) medium in a 300 ml baffle flask at 30° C. for 48 hours while shaking at 250 rpm. TB medium contains 20 g/L of glycerol, 12 g/L of tryptone, 24 g/L of yeast extract , 2.31 g/L of KH 2 PO 4 , and 16.41 g/L of K 2 HPO 4 3H 2 O. Ampicillin (100 mg/L) and chloramphenicol (50 mg/L) were added as needed.

2.42.4 레티놀 생합성 효소 유전자를 도입한 재조합 대장균의 레티놀 생산 확인Confirmation of retinol production in recombinant E. coli introduced with retinol biosynthesis enzyme gene

실시예 2.3과 같이 레티놀 생산을 위한 플라스크 발효가 완료된 재조합 대장균에 의해 레티놀의 생합성 여부를 확인하기 위한 실험을 실시하였다. 실시예 2.3에서 레티놀 생산을 위한 플라스크 발효를 48시간 동안 수행한 약 0.5g의 물기를 함유한 (wet cell) 재조합 대장균 미생물 세포 펠릿을 phosphate-buffered saline (PBS, 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl , 10 mM Na2HPO4, 2 mM KH2PO4, pH 7.4 )으로 2 회 세척 하고 공지된 방법(Kane, M.A., et al. 2005)에 따라 레티놀을 추출하였다. 메탄올 용액 중의 25mM KOH 3 ml를 첨가하고, 추출한 샘플과 혼합시켰다. 5 ml 헥산을 첨가하고 혼합한 후, 원심 분리에 의해 분리된 헥산층을 수집하였다. 수집한 모든 추출물을 초순수로 3회 세척하였다. 황산나트륨 0.1g을 가하여 탈수시킨 후 20분간 배양하였다. 이 샘플을 원심 분리하고, 상등액을 수집하였다. 용매를 Genevac EZ2 (Fisher scientific, United Kingdom)에 의해 증발시킨 후, 잔류물을 메탄올 1ml에 재현탁하였다. 재현탁한 샘플을 포토다이오드 어레이 검출기가 달린 애질런트 1260 시리즈 고성능 액체 크로마토그래피를 사용하여 분석하였다. 분석 컬럼은 poroshell 120 EC-18 (2.1 X 50mm, 2.7 μ m, 애질런트 기술, USA)을 사용하였다. 메탄올, 아세토아세트산 (70 : 30 : 0.1 V / V는 / V)를 이동상으로 사용하고, 메탄올, 초순수, 이소프로판올 및 아세트산 (60 : 2 0 : 19 : 5 : 0.1 , v / v / v) 을 이동상 B로 사용하였다. 샘플의 주입 부피는 5㎕ 이였고 유속은 0.4ml/min으로 컬럼온도는 23℃ 로 유지하였다. 그래디언트 이동상은: 0-5분, 100% B; 5-6분, 100% B에서 100% A; 6-28분, 100% A; 28-29분, 100% B에서 100% B; 29-35분, 100% B로 조건을 잡았다. 레티놀 및 레티닐에스테르는 325nm에서 검출하였고, 베타카로틴은 450nm에서 검출하였으며, 검출결과를 도 2에 나타내었다.As in Example 2.3, an experiment was performed to confirm whether retinol biosynthesis was performed by recombinant E. coli in which flask fermentation for retinol production was completed. In Example 2.3, the flask fermentation for retinol production was performed for 48 hours, and the recombinant E. coli microbial cell pellet containing about 0.5 g of water (wet cell) was phosphate-buffered saline (PBS, 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 After washing twice with mM Na2HPO4, 2 mM KH2PO4, pH 7.4), retinol was extracted according to a known method (Kane, MA, et al. 2005). 3 ml of 25 mM KOH in methanol solution was added and mixed with the extracted sample. After adding and mixing 5 ml of hexane, the hexane layer separated by centrifugation was collected. All the collected extracts were washed 3 times with ultrapure water. After dehydration by adding 0.1 g of sodium sulfate, it was incubated for 20 minutes. The sample was centrifuged and the supernatant was collected. After evaporation of the solvent by Genevac EZ2 (Fisher scientific, United Kingdom), the residue was resuspended in 1 ml of methanol. The resuspended samples were analyzed using an Agilent 1260 series high performance liquid chromatography with a photodiode array detector. As the analytical column, poroshell 120 EC-18 (2.1 X 50 mm, 2.7 μm, Agilent Technology, USA) was used. Methanol and acetoacetic acid (70:30:0.1 v/v/v) are used as mobile phases, and methanol, ultrapure water, isopropanol and acetic acid (60:20:19:5:0.1, v/v/v) are used as mobile phases. used as B. The injection volume of the sample was 5 μl, the flow rate was 0.4 ml/min, and the column temperature was maintained at 23°C. The gradient mobile phase is: 0-5 min, 100% B; 5-6 min, 100% B to 100% A; 6-28 min, 100% A; 28-29 min, 100% B to 100% B; 29-35 min, conditioned to 100% B. Retinol and retinyl ester were detected at 325 nm, beta-carotene was detected at 450 nm, and the detection results are shown in FIG. 2 .

도 2에 나타낸 바와 같이, 베타카로틴이 생성되는 균주에 Salinibacter ruber 유래의 레티놀 생합성 기능이 있을 것으로 추정되는 세가지 유전자(Blh SR , Brp SR , Bcox SR ) 중 어느 하나를 발현시켰을 때, 세가지 유전자중 Blh SR 을 도입한 재조합 대장균을 추출한 샘플에서 레티놀이 생성되었음을 확인하였으며, Blh SR 이 레티놀 생합성 기능이 있음을 확인하였다.When FIG sikyeoteul expressing the like, the three genes that are believed to be strains that beta-carotene produced retinol biosynthesis function of Salinibacter ruber derived from any one of (Blh SR, Brp SR, Bcox SR) shown in Fig. 2, Blh of three genes It was confirmed that retinol was generated in the sample extracted with SR- introduced recombinant E. coli, and it was confirmed that Blh SR had a retinol biosynthesis function.

실시예 3. UTR 서열의 추가에 의한 Example 3. By addition of UTR sequences BhlsBhls RR 발현양 증대 및 레티놀 생산 증대 효과의 확인Confirmation of the effect of increasing expression level and increasing retinol production

레티놀의 생산을 증가시키기 위한 mRNA 안정화 서열 (mRS) 로서 lac 프로모터와 RBS 서열 (AGGAGGATTACAAA) 사이에 26-bp 서열을 첨가하여 Blh SR 유전자의 발현을 조절하였다. m12UTR(서열번호 1, GTTTAAACTGACTGACGCACCAAAAG), m37UTR(서열번호 2, GTTTAAACAATAAATTACGAGCCAGT) 및 m46UTR(서열번호 3, GTTTAAACCGAATTGGTGGGGCG) 사용하였으며, 이를 바탕으로 제작된 플라스미드를 pUCMr12, pUCMr37 및 pUCMr46으로 명명 하였다. 각 플라스미드를 제작하기 위해서 사용된 프라이머는 표 2에 나타낸 mRS12-pUCM-R, mRS37-pUCM-R 및 mRS46-pUCM-R이며, pUCM-F를 공통으로 사용하였다. 레티놀 생성의 비교를 위해, 증폭한 Blh SR 유전자를 pUCMr12, pUCMr37 및 pUCMr46에 각각 삽입하여 pUCMr12-Blh SR , pUCMr37-Blh SR 및 pUCMr46-Blh SR 를 제조하고, 실시예 2.2와 동일한 방법으로 베타카로틴 생성 대장균에 재조합하여 실시예 2.3 및 2.4와 동일한 방법으로 레티놀의 생성을 측정, 비교하였으며, 대조군으로 UTR 서열을 첨가하지 않은 pUCMr-Blh SR 을 사용하였다. 측정 결과를 도 3에 나타내었다.The expression of the Blh SR gene was controlled by adding a 26-bp sequence between the lac promoter and the RBS sequence (AGGAGGATTACAAA) as an mRNA stabilizing sequence (mRS) to increase the production of retinol. m12UTR (SEQ ID NO: 1, GTTTAAACTGACTGACGCACCAAAAG), m37UTR (SEQ ID NO: 2, GTTTAAACAATAAATTACGAGCCAGT) and m46UTR (SEQ ID NO: 3, GTTTAAACCGAATTGGTGGGGCG) were used, and plasmids constructed based on this were named pUCMr37 and pUCMr46. Primers used to construct each plasmid were mRS12-pUCM-R, mRS37-pUCM-R and mRS46-pUCM-R shown in Table 2, and pUCM-F was commonly used. For comparison of retinol production, amplified Blh SR Genes were inserted into pUCMr12, pUCMr37 and pUCMr46, respectively, to prepare pUCMr12- Blh SR , pUCMr37- Blh SR and pUCMr46- Blh SR , and recombine into beta-carotene-producing E. coli in the same manner as in Example 2.2, in the same manner as in Examples 2.3 and 2.4. The production of retinol was measured and compared by the method, and pUCMr- Blh SR without UTR sequence was used as a control. The measurement results are shown in FIG. 3 .

도 3에 나타낸 바와 같이, pUCMr-Blh SR , pUCMr12-Blh SR , pUCMr37-Blh SR 및 pUCMr46-Blh SR 이 레티놀을 각각 57.3±29.9, 96.9±18.6, 43.4±28.9 및 89.3±24.6μg Retinol/mg DCW의 수율로 생산함을 확인하였다. 따라서, m12UTR 및 m46UTR 서열을 추가하는 경우, 더 높은 수율로 레티놀을 생산할 수 있음을 확인하였다.As shown in FIG. 3, pUCMr- Blh SR , pUCMr12- Blh SR , pUCMr37- Blh SR and pUCMr46- Blh SR were treated with 57.3±29.9, 96.9±18.6, 43.4±28.9 and 89.3±24.6 μg Retinol/mg DCW, respectively. It was confirmed that it was produced in a yield of . Therefore, it was confirmed that when the m12UTR and m46UTR sequences were added, retinol could be produced in a higher yield.

실시예 4. 레티닐팔미테이트, 레티닐아세테이트, 레티날, 레티노익산 생산을 위한 재조합 대장균의 제작Example 4. Retinyl palmitate, retinyl acetate, retinal, production of recombinant E. coli for the production of retinoic acid

레티놀로부터 레티닐팔미테이트 (retinyl palmitate)를 생산하기 위하여, 베타카로틴을 발현하는 대장균에 레시틴:레티놀 아실 전이 효소 유전자 (lecithin:retinol acyltransferase, LRAT, Genebank accession: AAD13529.1) 및/또는 세포성 레티놀 결합 단백질 1 유전자 (retinol binding protein-1, CRBP1, Genebank accession: AAA60257.1)및 Blh SR 유전자를 도입하였다. 구체적으로, 실시예 2.1에서 제작한 pUCMr-Blh SR -CRBP1-LRAT 플라스미드를 실시예 2.2와 동일한 방법으로 XIASR (pAC-EBIY) 균주에 형질전환 시킨 재조합 대장균을 제작하였다.To produce the retinyl palmitate (retinyl palmitate) from retinol, lecithin in E. coli expressing the beta-carotene: retinol acyl transferase gene (lecithin: retinol acyltransferase, LRAT, Genebank accession: AAD13529.1) and / or cellular retinol The binding protein 1 gene ( retinol binding protein-1, CRBP1, Genebank accession: AAA60257.1) and the Blh SR gene were introduced. Specifically, the pUCMr-Blh SR- CRBP1-LRAT plasmid prepared in Example 2.1 was transformed into the XIASR (pAC-EBIY) strain in the same manner as in Example 2.2 to prepare a recombinant E. coli.

또한, 레티노익산(retinoic acid)를 생산하기 위하여, 베타카로틴을 발현하는 대장균에 레티날데이드 탈수소효소 (Retinaldedhyde dehydrogenase, RALDH1A, Genebank accession: AB015226.1) 유전자 및/또는 세포성 레티놀 결합 단백질 1 유전자 (retinol binding protein-1, CRBP1)및 Blh SR 유전자를 도입하였다. 구체적으로 실시예 2.1에서 제작한 pUCM-Blh SR -CRBP1-RALDH1A 플라스미드를 도입하여 발현시켰다. 구체적으로 실시예 2.1에서 제작한 pUCM-Blh SR -CRBP1-RALDH1A 플라스미드를 실시예 2.2와 동일한 방법으로 XIASR (pAC-EBIY) 균주에 형질전환 시킨 재조합 대장균 제작하였다. In addition, in order to produce retinoic acid, beta-carotene-expressing E. coli retinaldedhyde dehydrogenase ( RALDH1A, Genebank accession: AB015226.1) gene and/or cellular retinol binding protein 1 gene ( retinol binding protein-1, CRBP1 ) and Blh SR genes were introduced. Specifically, the pUCM-Blh SR- CRBP1-RALDH1A plasmid prepared in Example 2.1 was introduced and expressed. Specifically The pUCM-Blh SR- CRBP1-RALDH1A plasmid prepared in Example 2.1 was transformed into the XIASR (pAC-EBIY) strain in the same manner as in Example 2.2 to prepare recombinant E. coli.

상기 제작한 pUCMr-Blh SR -CRBP1-LRAT 플라스미드 도입 재조합 대장균 및 pUCM-Blh SR -CRBP1-RALDH1A 플라스미드 도입 재조합 대장균을 실험군으로 하고, 대조군으로는 아무것도 넣지않은 군과 pUCMr-Blh SR 플라스미드를 도입한 재조합 대장균 군을 사용하여, 실시예 2.3 및 2.4와 동일한 방법으로 배양, 추출 및 HPLC를 진행하여 레티놀, 레티닐팔미테이트, 레티닐아세테이트, 레티노익산의 생산을 분석하였으며, 분석 결과를 도 4에 나타내었다. The prepared one pUCMr- Blh SR -CRBP1-LRAT plasmid introduced into E. coli and recombinant pUCM- Blh SR -CRBP1-RALDH1A the plasmid introduced into the recombinant Escherichia coli group, and the group that is inserted into control and nothing pUCMr- Blh SR Using the recombinant E. coli group introduced with the plasmid, culture, extraction and HPLC were performed in the same manner as in Examples 2.3 and 2.4 to analyze the production of retinol, retinyl palmitate, retinyl acetate, and retinoic acid, and the analysis results were 4 is shown.

도 4에 나타낸 바와 같이, pUCM-Blh SR -CRBP1-LRAT 플라스미드를 이용하여 Blh SR , LRAT, CRBP1 유전자를 도입한 재조합 대장균에서는 레티닐팔미테이드 이외에도 레티닐아세테이트 (retinyl acetate), 레티노익산 (retinoic acid) 및 레티날이 생산된 것이 확인되었으며, 레티닐팔미테이트 수율은 2.0±0.3 ug retinyl palmitate/mg DCW로 측정되었다. 또한 pUCM-Blh SR -CRBP1-RALDH1A 플라스미드를 이용하여 Blh SR , RALDH1A CRBP1 유전자를 도입한 재조합 대장균에서는 레티노익산 (retinoic acid)이 주로 생산된 것이 확인되었으며, 레티노익산 수율은 1.9 ± 0.4 ug retinoic/mg DCW로 측정되었다. 즉, 본 발명의 레티노이드 생합성 시스템을 이용하면, 레티닐팔미테이드, 레티닐아세테이트, 레티날, 또는 레티노익산과 같은 레티노이드를 생산함에 있어서 중간 산물을 거쳐 생산할 필요 없이 1단계의 미생물 배양, 추출만으로 높은 수율의 레티노이드를 생산할 수 있음을 확인하였다.As shown in FIG. 4, in recombinant E. coli in which the Blh SR , LRAT, and CRBP1 genes were introduced using the pUCM-Blh SR- CRBP1-LRAT plasmid, in addition to retinyl palmitate, retinyl acetate, retinoic acid (retinoic acid) acid) and retinal were produced, and the yield of retinyl palmitate was measured as 2.0±0.3 ug retinyl palmitate/mg DCW. In addition, it was confirmed that retinoic acid was mainly produced in recombinant E. coli into which the Blh SR , RALDH1A and CRBP1 genes were introduced using the pUCM-Blh SR- CRBP1-RALDH1A plasmid, and the retinoic acid yield was 1.9 ± 0.4 ug retinoic/ measured in mg DCW. That is, using the retinoid biosynthesis system of the present invention, in the production of retinoids such as retinyl palmitide, retinyl acetate, retinal, or retinoic acid, there is no need to produce through an intermediate product, only one step of culturing and extracting microorganisms It was confirmed that a high yield of retinoid can be produced.

이상, 본 발명내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의해 정의된다고 할 것이다.Above, specific parts of the present invention have been described in detail, for those of ordinary skill in the art, it is clear that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

<110> AJOU UNIVERSITY INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION <120> Recombinant microorganism with retinoid production ability and method for preparing retinoid using the same <130> ajou1-87P <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> m12UTR <400> 1 gtttaaactg actgacgcac caaaag 26 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> m37UTR <400> 2 gtttaaacaa taaattacga gccagt 26 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> m46UTR <400> 3 gtttaaaccg aattggtggg gcg 23 <110> AJOU UNIVERSITY INDUSTRY-ACADEMIC COOPERATION FOUNDATION <120> Recombinant microorganisms with retinoid production ability and method for preparing retinoid using the same <130> ajou1-87P <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> m12UTR <400> 1 gtttaaactg actgacgcac caaaag 26 <210> 2 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> m37UTR <400> 2 gtttaaacaa taaattacga gccagt 26 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> m46UTR <400> 3 gtttaaaccg aattggtggg gcg 23

Claims (14)

살리니박터 루버(Salinibacter ruber) 유래 Blh 유전자(SRU_2210 gene, Genebank accession: ABC44773.1)를 포함하는 레티노이드 제조용 재조합 벡터.
Salinibacter ruber ( Salinibacter ruber ) Recombinant vector for producing a retinoid containing the Blh gene (SRU_2210 gene, Genebank accession: ABC44773.1).
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 재조합 벡터는 UTR(Untranslated region)서열을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레티노이드 제조용 재조합 벡터.
The recombinant vector of claim 1, wherein the recombinant vector further comprises an untranslated region (UTR) sequence.
제3항에 있어서, 상기 UTR 서열은 서열번호 1로 표시되는 m12UTR 또는 서열번호 3으로 표시되는 m46UTR인 것을 특징으로 하는 레티노이드 제조용 재조합 벡터.
The recombinant vector for preparing a retinoid according to claim 3, wherein the UTR sequence is m12UTR represented by SEQ ID NO: 1 or m46UTR represented by SEQ ID NO: 3.
제1항에 있어서, 레시틴:레티놀 아실 전이 효소 유전자 (lecithin:retinol acyltransferase, LRAT, Genebank accession: AAD13529.1), 세포성 레티놀 결합 단백질 1 유전자 (retinol binding protein-1, CRBP1, Genebank accession: AAA60257.1) 또는 레티날데이드 탈수소효소 (Retinaldedhyde dehydrogenase-1a, RALDH1A, Genebank accession: AB015226.1)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 레티노이드 제조용 재조합 벡터.
The method of claim 1 wherein the lecithin: retinol acyl transferase gene (lecithin: retinol acyltransferase, LRAT, Genebank accession: AAD13529.1), cellular retinol-binding protein 1 gene (retinol binding protein-1, CRBP1, Genebank accession: AAA60257. 1) or retinal daed dehydrogenase (Retinaldedhyde dehydrogenase-1a, RALDH1A, Genebank accession: AB015226.1) characterized in that it further comprises, retinoid production recombinant vector.
제5항에 있어서, 상기 레티노이드는 레티날, 레티놀, 레티닐팔미테이트, 레티닐아세테이트 및 레티노익산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 레티노이드 제조용 재조합 벡터.
The recombinant vector for preparing retinoid according to claim 5, wherein the retinoid is at least one selected from the group consisting of retinal, retinol, retinyl palmitate, retinyl acetate and retinoic acid.
제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 재조합 벡터로 형질전환된 것을 특징으로 하는 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물.
A recombinant microorganism having retinoid-producing ability, characterized in that it is transformed with the recombinant vector of any one of claims 1, 3 to 6.
제7항에 있어서, 상기 미생물은 대장균, 박테리아, 효모 및 곰팡이로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물.
The recombinant microorganism of claim 7, wherein the microorganism is at least one selected from the group consisting of Escherichia coli, bacteria, yeast and mold.
제7항에 있어서, 상기 미생물은 베타카로틴 생산 미생물인 것을 특징으로 하는 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물.
The recombinant microorganism of claim 7, wherein the microorganism is a beta-carotene-producing microorganism.
제9항에 있어서, 상기 베타카로틴 생산 미생물은 crtE 유전자, crtB 유전자, crtI 유전자 및 crtY 유전자가 형질전환된 미생물인 것을 특징으로 하는 레티노이드 제조능을 가지는 재조합 미생물.
10. The recombinant microorganism of claim 9, wherein the beta-carotene-producing microorganism is a microorganism transformed with a crtE gene, a crtB gene, a crtI gene and a crtY gene.
(1) 제1항, 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항의 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 배양하는 단계; 및
(2) 상기 (1)단계에서 수득한 미생물 배양액으로부터 레티노이드를 회수하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레티노이드의 제조 방법.
(1) culturing the recombinant microorganism transformed with the recombinant vector of any one of claims 1, 3 to 6; and
(2) recovering the retinoid from the microbial culture solution obtained in step (1); method for producing retinoid comprising a.
제11항에 있어서, 상기 레티노이드는 레티날, 레티놀, 레티닐 팔미테이트, 레티닐아세테이트 및 레티노익산으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 레티노이드의 제조 방법.
The method of claim 11, wherein the retinoid is at least one selected from the group consisting of retinal, retinol, retinyl palmitate, retinyl acetate, and retinoic acid.
제11항에 있어서, 상기 (1) 단계의 미생물은 베타카로틴 생산 미생물인 것을 특징으로 하는, 레티노이드의 제조 방법.
The method of claim 11, wherein the microorganism in step (1) is a beta-carotene-producing microorganism.
제13항에 있어서, 상기 베타카로틴 생산 미생물은 crtE 유전자, crtB 유전자, crtI 유전자 및 crtY 유전자가 형질전환된 미생물인 것을 특징으로 하는 레티노이드의 제조 방법.
The method of claim 13, wherein the beta-carotene-producing microorganism is a microorganism transformed with a crtE gene, a crtB gene, a crtI gene, and a crtY gene.
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