KR102674605B1 - Method for mass production of maysin using E. coli - Google Patents

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Abstract

본 발명은 (a) Gentiana triflora의 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드 및 Gentiana triflora의 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 배지에서 배양하는 단계; (b) 상기 형질전환된 재조합 대장균을 배양 중인 배양액에 루테올린을 첨가하는 단계; 및 (c) 상기 루테올린이 첨가된 배양액에 상기 형질전환된 재조합 대장균을 배양하는 단계를 포함하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 대장균을 이용함으로써 옥수수 수염에 소량 포함되어 있는 메이신을 대량으로 생산할 수 있는 장점이 있다.The present invention includes (a) a plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) of Gentiana triflora is inserted and a plasmid into which the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) of Gentiana triflora is inserted. Culturing recombinant E. coli transformed with one or more plasmids selected from the group consisting of a medium; (b) adding luteolin to the culture medium in which the transformed recombinant E. coli is being cultured; and (c) cultivating the transformed recombinant E. coli in a culture medium to which the luteolin has been added. According to the present invention, by using E. coli, a small amount of maycin is contained in corn silk. There is an advantage in being able to produce large quantities of meishin.

Description

대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법{Method for mass production of maysin using E. coli}Method for mass production of maysin using E. coli}

본 발명은 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 옥수수 수염에 포함되어 있는 중요 생리활성 물질인 메이신(maysin)은 극히 적은 양이 포함되어 있기 때문에, 이를 대량 생산하기 위해 메이신 생합성 유전자를 활용하여 대장균 세포공장에서 대량 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for mass production of maysin using E. coli. More specifically, since maysin, an important bioactive substance contained in corn silk, is contained in extremely small amounts, it is necessary to mass produce maysin. This is about a method of mass production of maycin in an E. coli cell factory using the biosynthesis gene.

옥수수 수염은 예로부터 우리나라를 비롯한 중국, 남미, 유럽 등지에서 신장염 치료제, 요로 결석 치료제, 이뇨제 및 당뇨병 치료제 등 각종 민간요법 약제로 널리 사용되어 왔다.Corn silk has long been widely used in various folk remedies such as nephritis treatment, urinary stone treatment, diuretic, and diabetes treatment in Korea, China, South America, and Europe.

옥수수 수염에는 메이신(maysin)을 비롯한 클로로겐산(chlorogenic acid), 네오클로로겐산(neochlorogenic acid), 4-카페오일퀴닉산(4-caffeoylquinic acid), 람노실이소오리엔틴(rhamnosyl isoorientin) 등이 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.Corn silk contains maysin, chlorogenic acid, neochlorogenic acid, 4-caffeoylquinic acid, and rhamnosyl isoorientin. It is known that

메이신(람노실 6-C-(4-케토푸코실)-5, 7, 3', 4' 테트라히드록시플라본)은 6개의 탄소 위치에서 이당류 잔기에 부착된 루테올린(luteolin)인 플라본 C-글리코시드이다. Petrorhagia velutinaZea mays에서 천연 제품으로 분리되었으며, 살충 및 신경 보호 활성을 나타낸다.Maycin (rhamnosyl 6-C-(4-ketopucosyl)-5, 7, 3', 4' tetrahydroxyflavone) is a flavone C, luteolin, attached to a disaccharide residue at six carbon positions. -It is a glycoside. It was isolated as a natural product from Petrorhagia velutina and Zea mays and exhibits insecticidal and neuroprotective activities.

옥수수의 특정 메이신 생합성 경로는 C-글루코실 플라본이 생성되는 부분에서 발생하고, pl 유전자좌에 의해 조절되는 다른 일반적인 유전 메커니즘에 의해 제어될 수 있다는 점을 제외하고는 알려져 있지 않다.The specific maycin biosynthetic pathway in maize is unknown except that it occurs in the region where C-glucosyl flavones are produced and may be controlled by other general genetic mechanisms regulated by the pl locus.

플로바펜(phlobaphene)은 플로바펜 생합성이 옥수수 p1 유전자에 의해 조절되는 옥수수 계통 식물의 특정 꽃 기관에 축적된 적색 안료이며, 옥수수 실크에서 메이신 합성도 조절하는 플라보노이드 생합성 효소를 암호화하는 유전자의 Myb-동종 전사 활성제를 암호화한다.Phlobaphene is a red pigment accumulated in certain floral organs of maize lineage plants, where phlobaphene biosynthesis is regulated by the maize p1 gene, and Myb- of the gene encoding a flavonoid biosynthetic enzyme that also regulates maysin synthesis in maize silk. Encodes a homologous transcriptional activator.

옥수수에서 메이신 경로 순서(루테올린 → 이소오리엔틴 → 람노실리이소오리엔틴 → 메이신)의 설명은 McMullen et al.(2004)에 의해 보고되었으며(J. Hered. 95, (2004) 225-233).The description of the maycin pathway sequence (luteolin → isoorientin → rhamnosilyisoorientin → meisin) in maize was reported by McMullen et al. (2004) (J. Hered. 95, (2004) 225-233. ).

메이신의 제조에 관한 종래기술로는 메이신 함량이 높은 옥수수수염 추출물의 제조방법(대한민국 등록특허공보 제10-1201628호), 옥수수수염 유래 메이신을 포함하는 유효물질의 고수율 추출방법(대한만국 공개특허공보 제10-2015-0057084호)이 개시되어 있다.Conventional technologies related to the production of maysin include a method for producing a corn silk extract with a high maysin content (Korea Patent Publication No. 10-1201628), a high-yield extraction method of active substances containing maysin derived from corn silk (Korea Unveiled) Patent Publication No. 10-2015-0057084) is disclosed.

그러나, 상기와 같은 종래기술은 옥수수 수염에 포함되어 있는 메이신성분은 극히 적은 양이 포함되어 있기 때문에, 이를 대량 생산하기에는 한계가 있기 때문에, 상기 메이신을 대량생산할 수 있는 방법의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.However, the above-described prior art has limitations in mass producing the maycin component contained in corn silk because it contains an extremely small amount. Therefore, the development of a method for mass producing the maycin is urgently needed. There is a situation.

대한민국 등록특허공보 제10-1201628호Republic of Korea Patent Publication No. 10-1201628 대한만국 공개특허공보 제10-2015-0057084호Korean Patent Publication No. 10-2015-0057084

본 발명자의 목적은 옥수수 수염에 포함되어 있는 중요 생리활성 물질인 메이신은 극히 적은 양이 포함되어 있기 때문에, 이에 대한 대안으로 메이신 생합성 유전자를 활용하여 대장균 세포공장에서 메이신을 대량 생산하는 방법을 제공하는 것이다.The purpose of the present inventors is to provide a method of mass producing maysin in an E. coli cell factory using maysin biosynthetic genes as an alternative to the fact that maysin, an important bioactive substance contained in corn silk, is contained in very small amounts. It is done.

본 발명의 다른 목적은 상기 메이신을 대량 생산할 수 있는 제조합 대장균을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide recombinant E. coli capable of mass producing the above-mentioned maycin.

본 발명의 또 다른 목적은 상기의 방법에 의해 대량 생산된 메이신을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide maisin mass-produced by the above method.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) Gentiana triflora의 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드 및 Gentiana triflora의 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 배지에서 배양하는 단계; (b) 상기 형질전환된 재조합 대장균을 배양 중인 배양액에 루테올린을 첨가하는 단계; 및 (c) 상기 루테올린이 첨가된 배양액에 상기 형질전환된 재조합 대장균을 배양하는 단계를 포함하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention (a) a plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) of Gentiana triflora is inserted and the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene of Gentiana triflora ( Culturing recombinant E. coli transformed with one or more plasmids selected from the group consisting of plasmids into which UGT91L1) is inserted in a medium; (b) adding luteolin to the culture medium in which the transformed recombinant E. coli is being cultured; and (c) cultivating the transformed recombinant E. coli in a culture medium to which the luteolin has been added.

본 발명의 일 구현예로 상기 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드는 도 2a로 표시되는 pIBR181-GtF6CGT1일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) is inserted may be pIBR181-GtF6CGT1 shown in Figure 2a.

본 발명의 일 구현예로 상기 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드는 도 2b로 표시되는 pET32a-UGT91L1일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the plasmid into which the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) is inserted may be pET32a-UGT91L1, shown in Figure 2b.

본 발명의 일 구현예로 상기 배지는 항생제가 보충된 Luria-Bertani(LB) 한천 브로쓰 배지일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the medium may be Luria-Bertani (LB) agar broth medium supplemented with antibiotics.

본 발명의 일 구현예로 상기 항생제는 암피실린, 카나마이신 및 클로람페니콜일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the antibiotic may be ampicillin, kanamycin, and chloramphenicol.

본 발명의 일 구현예로 상기 항생제는 암피실린 90~110 μg/mL, 카나마이신 40~60 μg/mL 및 클로람페니콜 90~110 μg/mL이 보충될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the antibiotics may be supplemented with 90 to 110 μg/mL of ampicillin, 40 to 60 μg/mL of kanamycin, and 90 to 110 μg/mL of chloramphenicol.

본 발명의 일 구현예로 상기 루테올린은 상기 형질전환된 재조합 대장균의 배양 15~25시간 후에 첨가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the luteolin may be added 15 to 25 hours after culturing the transformed recombinant E. coli.

본 발명의 일 구현예로 상기 루테올린은 글루코스 및 글리세린으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 탄소원과 함께 첨가될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the luteolin may be added together with one or more carbon sources selected from the group consisting of glucose and glycerin.

본 발명의 일 구현예로 상기 글루코스는 4~6%(w/v)이고, 상기 글리세린은 4~6%(w/v)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the glucose may be 4 to 6% (w/v), and the glycerin may be 4 to 6% (w/v).

본 발명의 일 구현예로 상기 (c) 단계의 배양은 35~40℃에서 24~72시간 동안 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the culture in step (c) may be performed at 35 to 40°C for 24 to 72 hours.

본 발명의 일 구현예로 상기 재조합 대장균은 재조합 대장균 C-41(DE3)일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the recombinant E. coli may be recombinant E. coli C-41(DE3).

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Gentiana triflora의 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides recombinant E. coli transformed with a plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) of Gentiana triflora is inserted.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Gentiana triflora의 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides recombinant E. coli transformed with a plasmid into which the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) of Gentiana triflora is inserted.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 Gentiana triflora의 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드 및 Gentiana triflora의 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides a plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) of Gentiana triflora is inserted and the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) of Gentiana triflora. ) provides recombinant E. coli transformed with a plasmid into which is inserted.

또한, 상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기의 방법에 의해 대량 생산된 메이신을 제공한다.Additionally, in order to achieve the above object, the present invention provides meisin mass-produced by the above method.

본 발명에 의하면 대장균을 이용함으로써 옥수수 수염에 소량 포함되어 있는 메이신을 대량으로 생산할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage of being able to produce large quantities of maycin, which is contained in small amounts in corn silk, by using E. coli.

도 1a는 메이신 합성 과정, 도 1b는 E. coli에서 메이신이 생산되는 과정을 나타낸 것이다.
도 2a 도 2d는 각 유전자가 삽입된 플라즈미드 유전자 지도를 나타낸 것으로서, 도 2a는 pIBR181-GtF6CGT1 플라스미드 유전자 지도, 도 2b는 pET32a-UGT91L1 플라스미드 유전자 지도, 도 2c는 pACYC-UGT708A6 플라스미드 유전자 지도, 도 2d는 pET28a-RHS1 플라스미드 유전자 지도를 나타낸 것이다.
도 3은 각 발현 벡터 유전자에서 발현된 효소를 나타낸 것으로, 1. RHS1, 2. UGT91L1, 3. GtF6CGT1, 4. UGT708A6이다.
도 4는 루테올린을 piBR181-GtF6CGT1 및 pACYC-UGT708A6을 각각 발현시키는 대징균에 공급한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 루태올린을 piBR181-GtF6CGT1을 발현시키는 대장균에 공급한 결과물에 대한 질량분석 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 루태올린을 piBR181-GtF6CGT1 및 pET32a-UGT91L1을 발현시키는 대장균에 공급한 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 P1과 P2에 대한 질량분석 결과를 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 글루코즈와 글리세린의 첨가에 따른 람노실이소오리엔틴(rhamnosyl-isoorientin)의 생산 결과를 니타낸 것으로서, 도 8a는 단지 0.5 mM의 루태올린 만 공급한 결과, 도 8b는 0.5 mM의 루태올린에 5% 글루코스를 첨가한 결과, 도 8c는 0.5 mM의 루태올린에 5% 글리세린을 첨가한 결과이다.
도 9는 람노실이소오리엔틴에 RHS1 효소 반응 결과물에 대한 질량분석 결과를 나타낸 것이다.
Figure 1a shows the mayin synthesis process, and Figure 1b shows the process of mayin production in E. coli .
Figure 2a Figure 2d shows the plasmid gene map into which each gene is inserted, Figure 2a is the pIBR181-GtF6CGT1 plasmid gene map, Figure 2b is the pET32a-UGT91L1 plasmid gene map, Figure 2c is the pACYC-UGT708A6 plasmid gene map, and Figure 2d is the pET32a-UGT91L1 plasmid gene map. The pET28a-RHS1 plasmid gene map is shown.
Figure 3 shows the enzymes expressed from each expression vector gene, 1. RHS1, 2. UGT91L1, 3. GtF6CGT1, and 4. UGT708A6.
Figure 4 shows the results of supplying luteolin to Daejing bacteria expressing piBR181-GtF6CGT1 and pACYC-UGT708A6, respectively.
Figure 5 shows the mass spectrometry results of the result of feeding luteolin to E. coli expressing piBR181-GtF6CGT1.
Figure 6 shows the results of supplying luteolin to E. coli expressing piBR181-GtF6CGT1 and pET32a-UGT91L1.
Figure 7 shows the mass spectrometry results for P1 and P2.
Figures 8a to 8c show the production results of rhamnosyl-isoorientin according to the addition of glucose and glycerin. Figure 8a is the result of supplying only 0.5mM of luteolin, Figure 8b is the result of supplying only 0.5mM. As a result of adding 5% glucose to luteolin, Figure 8c shows the result of adding 5% glycerin to 0.5 mM luteolin.
Figure 9 shows the mass spectrometry results of the RHS1 enzyme reaction product with rhamnosylisoorientin.

본 발명은 제1 구현예로 (a) Gentiana triflora의 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드 및 Gentiana triflora의 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 배지에서 배양하는 단계; (b) 상기 형질전환된 재조합 대장균을 배양 중인 배양액에 루테올린을 첨가하는 단계; 및 (c) 상기 루테올린이 첨가된 배양액에 상기 형질전환된 재조합 대장균을 배양하는 단계를 포함하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법을 제공한다.The present invention, as a first embodiment, includes (a) a plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) of Gentiana triflora is inserted and the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) of Gentiana triflora . Culturing recombinant E. coli transformed with one or more plasmids selected from the group consisting of inserted plasmids in a medium; (b) adding luteolin to the culture medium in which the transformed recombinant E. coli is being cultured; and (c) cultivating the transformed recombinant E. coli in a culture medium to which the luteolin has been added.

연어 실크(sm) 유전자좌를 발현하는 Zea maise L.는 포도당 변형 효소를 암호화하는 sm1 영역을 포함하는 반면, 옥수수 염색체에 위치하는 sm2 영역은 옥수수 염색체에 있는 람노실 트랜스퍼라제를 조절한다. Zea maise L., which expresses the salmon silk (sm) locus, contains an sm1 region that encodes a glucose-transforming enzyme, whereas the sm2 region, located on the maize chromosome, regulates a rhamnosyltransferase on the maize chromosome.

메이신(maysin), 아피메이신(apimaysin) 및 메톡시메이신(methoxymaysin)을 포함하는 모든 유도체는 Lee et al.(2009)에 의해 보고된 공통 경로에서 합성된다(Genome. 52, (2009) 39-48).All derivatives, including maysin, apimaysin and methoxymaysin, are synthesized in a common pathway reported by Lee et al. (2009) (Genome. 52, (2009) 39-48).

옥수수 배아 추출물의 주요 플라본인 메이신은 식약처로부터 피부 보호와 관련된 생리활성 클래스 2 기능성으로 개별 인정을 받았는데, 상기 메이신은 항비만, 당뇨병, 신장 관련 질환, 신경퇴행성 등을 포함한 다양한 생물학적 활성이 이 화합물과 관련되어 있다.Maycin, the main flavone in corn germ extract, has been individually recognized by the Ministry of Food and Drug Safety for its bioactivity class 2 functionality related to skin protection. The compound has various biological activities including anti-obesity, diabetes, kidney-related diseases, and neurodegenerative properties. It is related to.

이 화합물의 생합성은 수율 측면에서 매우 제한적이었다. 생합성 경로 유전자의 확인은 미생물 공급원에서도 메이신을 확장하고 합성할 수 있는 가능성을 보여주었다. 미생물 플랫폼은 항상 천연물 생합성 및 외래 유전 물질을 어느 정도 발현하는 바람직한 변형에 활용되는 놀라운 예를 보여 왔다.The biosynthesis of this compound was very limited in terms of yield. Identification of the biosynthetic pathway genes showed the potential to expand and synthesize maysin also from microbial sources. Microbial platforms have always shown remarkable examples of being exploited for natural product biosynthesis and desirable modifications to express foreign genetic material to some extent.

대장균(Escherichia coli)과 같은 미생물 세포는 시스템/합성 생물학 도구의 적용을 통해 대사적으로 조작되어 원하는 상품, 의약품, 화장품 성분 등의 생산을 검출 가능한 양에서 심지어 그램 규모까지 증가시킨다. 간단한 생체 변형을 통한 천연물 약물작용발생단 공학(pharmacophore engineering)은 E. coli에서 단일 또는 다중 유전자 발현을 통한 효과적인 도구이었다.Microbial cells, such as Escherichia coli , can be metabolically manipulated through the application of systems/synthetic biology tools to increase the production of desired products, pharmaceuticals, cosmetic ingredients, etc. from detectable amounts to even gram scale. Natural product pharmacophore engineering through simple biotransformation has been an effective tool through single or multiple gene expression in E. coli .

이 연구는 E. coli에서 식물 2차 대사산물인 메이신의 생합성을 강조한다. 이전의 보고서(Plant Cell 28, (2016) 1297-1309)를 기반으로 옥수수에서 3개의 유전자, 즉 이기능성 플라본(bifunctional flavone) C- 및 O-글루코실트랜스퍼라제(UGT708A6), 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제(UGT91L1), 및 메이신 생합성을 위하여 E. coli에서 발현될 수 있도록 코돈 최적화 및 뉴클레오티드 서열 합성을 위한 이기능성 UDP-람노스 합성효소/UDP-4-케토-6-데옥시글루코스 합성효소(RHS1)를 선택하였다.This study highlights the biosynthesis of the plant secondary metabolite maysin in E. coli . Based on a previous report (Plant Cell 28, (2016) 1297-1309), three genes were identified in maize: bifunctional flavone C- and O-glucosyltransferase (UGT708A6), glucose 2″-O -Rhamnosyltransferase (UGT91L1), and bifunctional UDP-rhamnose synthase/UDP-4-keto-6-deoxy for codon optimization and nucleotide sequence synthesis so that it can be expressed in E. coli for mesin biosynthesis. Glucose synthase (RHS1) was selected.

또한, Gentiana triflora의 플라본 6-C-글리코실트랜스퍼라제(flavone 6-C-glycosyltransferase)(GtF6CGT1)를 사용하였다. 이러한 효소는 시험관내 반응을 통해 기능적으로 검증되어 메이신을 합성한다.Additionally, flavone 6-C-glycosyltransferase (GtF6CGT1) from Gentiana triflora was used. These enzymes have been functionally validated through in vitro reactions to synthesize maysin.

또한, 재조합 대장균 균주에 루테올린과 아피게닌을 외인성으로 공급하여 6-C 위치에서 2"-글루코스의 람노실 및 2"-(4-케토푸코스 슈가 모이어티)를 장식하였다. 한편, 슈가 O-메틸트랜스퍼라제는 또한 E. coli에서 메톡시메이신을 생성하기 위하여 공동 발현되었다.Additionally, luteolin and apigenin were exogenously supplied to the recombinant E. coli strain to decorate rhamnosyl of 2"-glucose and 2"-(4-ketofucose sugar moiety) at the 6-C position. Meanwhile, sugar O-methyltransferase was also co-expressed to produce methoxymycin in E. coli .

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드는 도 2a로 표시되는 pIBR181-GtF6CGT1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maysin of the present invention, the plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) is inserted may be pIBR181-GtF6CGT1 shown in Figure 2a, but is not limited thereto.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드는 도 2b로 표시되는 pET32a-UGT91L1일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maysin of the present invention, the plasmid into which the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) is inserted may be pET32a-UGT91L1 as shown in Figure 2b, but is not limited thereto.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 배지는 항생제가 보충된 Luria-Bertani(LB) 한천 브로쓰 배지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of macin of the present invention, the medium may be Luria-Bertani (LB) agar broth medium supplemented with antibiotics, but is not limited thereto.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 항생제는 암피실린, 카나마이신 및 클로람페니콜일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maycin of the present invention, the antibiotic may be ampicillin, kanamycin, and chloramphenicol, but is not limited thereto.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 항생제는 암피실린 90~110 μg/mL, 바람직하게는 95~105 μg/mL, 보다 바람직하게는 100 μg/mL, 카나마이신 40~60 μg/mL 바람직하게는 45~55 μg/mL, 보다 바람직하게는 50 μg/mL, 및 클로람페니콜 90~110 μg/mL, 바람직하게는 95~105 μg/mL, 보다 바람직하게는 100 μg/mL일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maycin of the present invention, the antibiotic is ampicillin 90 to 110 μg/mL, preferably 95 to 105 μg/mL, more preferably 100 μg/mL, and kanamycin 40 to 60 μg/mL. may be 45 to 55 μg/mL, more preferably 50 μg/mL, and chloramphenicol may be 90 to 110 μg/mL, preferably 95 to 105 μg/mL, and more preferably 100 μg/mL, but is limited thereto. It doesn't work.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 루테올린은 상기 형질전환된 재조합 대장균의 배양 15~25시간, 바람직하게는 18~22시간, 보다 바람직하게는 20시간 후에 첨가될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maycin of the present invention, the luteolin may be added after 15 to 25 hours, preferably 18 to 22 hours, and more preferably 20 hours after culturing the transformed recombinant E. coli, but is limited thereto. It doesn't work.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 루테올린은 글루코스 및 글리세린으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 탄소원과 함께 첨가될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maycin of the present invention, the luteolin may be added together with one or more carbon sources selected from the group consisting of glucose and glycerin, but is not limited thereto.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 글루코스는 4~6%(w/v), 바람직하게는 4.5~5.5%(w/v)이고, 바람직하게는 5%(w/v)일 수 있고, 상기 글리세린은 4~6%(w/v)), 바람직하게는 4.5~5.5%(w/v)이고, 바람직하게는 5%(w/v)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maycin of the present invention, the glucose may be 4 to 6% (w/v), preferably 4.5 to 5.5% (w/v), and preferably 5% (w/v). The glycerin may be 4-6% (w/v), preferably 4.5-5.5% (w/v), and preferably 5% (w/v), but is not limited thereto.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 (c) 단계의 배양은 35~40℃, 바람직하게는 36~38℃, 보다 바람직하게는 38℃에서 24~72시간, 바람직하게는 36~60시간 동안 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maisin of the present invention, the culture in step (c) is performed at 35 to 40 ° C., preferably 36 to 38 ° C., more preferably at 38 ° C. for 24 to 72 hours, preferably 36 to 60 ° C. It may be performed over a period of time, but is not limited to this.

본 발명의 상기 메이신의 대량 생산방법에서, 상기 재조합 대장균은 재조합 대장균 C-41(DE3)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the mass production method of maycin of the present invention, the recombinant E. coli may be recombinant E. coli C-41 (DE3), but is not limited thereto.

본 발명은 제2 구현예로 Gentiana triflora의 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 제공한다. As a second embodiment, the present invention provides recombinant E. coli transformed with a plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) of Gentiana triflora is inserted.

본 발명은 제3 구현예로 Gentiana triflora의 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 제공한다. As a third embodiment, the present invention provides recombinant Escherichia coli transformed with a plasmid into which the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) of Gentiana triflora is inserted.

본 발명은 제4 구현예로 Gentiana triflora의 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드 및 Gentiana triflora의 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 제공한다.The present invention, as a fourth embodiment, is a plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) of Gentiana triflora is inserted and the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) of Gentiana triflora is inserted. Recombinant E. coli transformed with a plasmid is provided.

본 발명은 제5 구현예로 상기의 방법에 의해 대량 생산된 메이신을 제공한다.As a fifth embodiment, the present invention provides meisin mass-produced by the above method.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예><Example>

1. 재료 및 방법 1. Materials and Methods

(1). 화학물질 및 시약(One). Chemicals and Reagents

Luteolin, Apigenin 및 Chrysin은 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 올리고뉴클레오티드 프라이머 및 Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside(IPTG)는 GeneChem Inc.(대전, 한국)에서 구입하였다. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 등급 아세토니트릴 및 물은 Mallinckrodt Baker(미국 필립스버그)에서 구입하였다.Luteolin, Apigenin, and Chrysin were purchased from Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). Oligonucleotide primers and Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) were purchased from GeneChem Inc. (Daejeon, Korea). High-performance liquid chromatography (HPLC) grade acetonitrile and water were purchased from Mallinckrodt Baker (Phillipsburg, USA).

모든 제한 효소, pGEM-T®-easy vector, Taq polymerase 및 T4 DNA ligase는 Takara Bio(Shiga, Japan) 및 Promega(Madison, WI, USA)에서 구입하였다. 나머지 화학 물질과 시약은 신뢰할 수 있는 상업적 공급처에서 구입한 최고 화학 등급이었다.All restriction enzymes, pGEM-T®-easy vector, Taq polymerase, and T4 DNA ligase were purchased from Takara Bio (Shiga, Japan) and Promega (Madison, WI, USA). The remaining chemicals and reagents were of the highest chemical grade purchased from reliable commercial sources.

(2). 박테리아 균주, 클로닝 및 배양 조건(2). Bacterial strains, cloning and culture conditions

메이신(maysin) 생합성 경로의 확인 및 특성화된 유전자(Plant Cell 28 (2016) 1297-1309)는 코돈 최적화되었고, 뉴클레오티드는 E. coli에서 기능적으로 발현하기 위하여 상업적으로 합성되었다(General Biosystem Inc. USA).The identified and characterized genes of the maysin biosynthetic pathway (Plant Cell 28 (2016) 1297-1309) were codon optimized, and nucleotides were commercially synthesized for functional expression in E. coli (General Biosystem Inc. USA ).

이기능성 효소(bi-functional enzyme): 플라본 6-C/7-O-글루코실트랜스프라제(UGT708A6: 1428 bp 길이, GeneBank: NP_001132650), 글루코스 2"-O-람노실트랜스퍼라제(Sm2 ie UGT91L1: 1284 bp 길이, GeneBank: DAA40920.1) 및 이기능성 효소: UDP-람노스 신타제 및 UDP-4-케토-6-데옥시 글루코스 신타제(Sm1 즉, RHS1: 2031bp 길이, GeneBank: AFW77498.1)를 합성하여 상이한 발현 벡터로 클로닝하였다.Bi-functional enzymes: flavone 6-C/7-O-glucosyltransferase (UGT708A6: 1428 bp long, GeneBank: NP_001132650), glucose 2"-O-rhamnosyltransferase (Sm2 ie UGT91L1) : 1284 bp long, GeneBank: DAA40920.1) and bifunctional enzymes: UDP-rhamnose synthase and UDP-4-keto-6-deoxyglucose synthase (Sm1 i.e. RHS1: 2031 bp long, GeneBank: AFW77498.1 ) was synthesized and cloned into different expression vectors.

RHS1은 BamHI 및 XhoI의 제한 부위에 pET28a 벡터로 클로닝되었고, UGT91L1은 NdeI 및 BamHI에서 pET32a 벡터로 클로닝되도록 합성된 반면, UGT708A6은 pACYC-Duet 벡터의 PstI 및 NotI에 클로닝하기 위하여 합성되었다.RHS1 was cloned into the pET28a vector into the restriction sites of BamHI and

pIBR181에서 효소 글루코스 6-C-글리코실트랜스퍼라제(GtF6CGT1)의 발현 및 생산을 위하여, pET28에서 이기능성 UDP-람노오스 합성효소/ UDP-4-케토-6-데옥시글루코오스 합성효소(RHS1) 및 글루코스 2"-O-람노실트랜스퍼라제(UGT91L1) pET32 벡터에서는 Escherichia coli C41(DE3)이 사용되었고, 모든 DNA 조작에는 E. coli XL-1 Blue(MRF' Invitrogen, USA)가 사용되었다.For expression and production of the enzyme glucose 6-C-glycosyltransferase (GtF6CGT1) in pIBR181, bifunctional UDP-rhamnose synthase/UDP-4-keto-6-deoxyglucose synthase (RHS1) and Escherichia coli C41 (DE3) was used in the glucose 2"-O-rhamnosyltransferase (UGT91L1) pET32 vector, and E. coli XL-1 Blue (MRF' Invitrogen, USA) was used for all DNA manipulations.

모든 재조합 균주는 암피실린(100μg/mL), 카나마이신(50μg/mL) 및 클로람페니콜(100μg/mL)이 필요한 곳마다 보충된 Luria-Bertani(LB) 한천 플레이트 및 브로쓰 배지에서 성장하였다.All recombinant strains were grown on Luria-Bertani (LB) agar plates and broth media supplemented with ampicillin (100 μg/mL), kanamycin (50 μg/mL), and chloramphenicol (100 μg/mL) wherever required.

pIBR181-GtF6CGT1, pET28a-RHS1, pACYC-UGT708A6 및 pET32a-UGT91L1을 각각 포함하는 신선한 재조합 대장균(E. coli)(DE3)을 열충격 형질전환 방법으로 제조하였다. 또 다른 균주는 C-41(DE3) 숙주에서 piBR181-GtF6CGT1 및 pET32a-UGT91L1 플라스미드의 생물학적 형질전환에 의해 구축되었다.Fresh recombinant E. coli (DE3) containing pIBR181-GtF6CGT1, pET28a-RHS1, pACYC-UGT708A6 and pET32a-UGT91L1, respectively, were prepared by heat shock transformation method. Another strain was constructed by biological transformation of piBR181-GtF6CGT1 and pET32a-UGT91L1 plasmids in C-41(DE3) host.

(3). 단백질 발현 및 분석(3). Protein expression and analysis

이들 4개의 균주의 종 배양물(seed culture)을 상응하는 항생제가 보충된 LB 브로쓰 배지에서 제조하고, 200rpm의 진탕 배양기에서 37℃에서 밤새 배양하였다. 그런 다음 500μL의 종 배양물을 500mL 원뿔형 플라스크에 각각의 항생제가 포함된 신선한 100mL LB 배지로 옮겼다.Seed cultures of these four strains were prepared in LB broth medium supplemented with the corresponding antibiotics and cultured overnight at 37°C in a shaking incubator at 200 rpm. Then, 500 μL of the seed culture was transferred to fresh 100 mL LB medium containing each antibiotic in a 500 mL conical flask.

600 nm에서 광학 밀도(OD)가 0.6에 도달하면, 배양물을 0.4 mM 이소프로필 β-D -1-I티오갈락토피라노사이드(IPTG)로 유도하고, 200 rpm의 진탕 배양기에서 20°C에서 약 20시간 동안 배양하였다. 그런 다음 세포 펠렛을 842xg(3,000rpm)에서 10분 동안 원심분리하여 수확하고, 완충액(50mM Tris-HCl 및 10% 글리세롤(pH 7.5))으로 2회 세척(보텍싱한 후 원심분리)하고 재현탁하였다.When the optical density at 600 nm (OD) reached 0.6, the culture was induced with 0.4 mM isopropyl β-D-1-Ithiogalactopyranoside (IPTG) and incubated at 20 °C in a shaking incubator at 200 rpm. was cultured for about 20 hours. The cell pellet was then harvested by centrifugation at 842xg (3,000 rpm) for 10 min, washed twice (vortexed and then centrifuged) with buffer (50mM Tris-HCl and 10% glycerol (pH 7.5)), and resuspended. did.

동일한 완충액 1mL로 세포 펠릿을 얼음조에서 Fisher Scientific Sonic Dismembrator Model 500(5-9초 펄스 켜기 및 끄기, 총 360초, 20% 진폭)을 사용하여 용해하고, 12,000rpm에서 고속 원심분리에 의해 투명한 용해물을 수집하였다. (13,475 xg) 4℃에서 30분 동안 수득된 조 단백질을 12% 나트륨 도데실 설페이트-폴리아크릴아미드 겔 전기영동(SDS-PAGE)에 의해 추가로 분석하였다.Cell pellets were lysed with 1 mL of the same buffer using a Fisher Scientific Sonic Dismembrator Model 500 (5-9 sec pulses on and off, 360 sec total, 20% amplitude) in an ice bath and lysed in a clear solution by high-speed centrifugation at 12,000 rpm. Seafood was collected. (13,475 xg) for 30 min at 4°C. Crude protein obtained was further analyzed by 12% sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE).

단백질은 -20℃에서 50mM Tris-HCl, pH 7.5 및 10% 글리세롤을 포함하는 완충액에 보관되었다. 조단백질 농도는 소 혈청 알부민을 표준으로 하고 Bradford 방법을 사용하여 결정되었다(Bradford et al. 1976).Proteins were stored in buffer containing 50mM Tris-HCl, pH 7.5, and 10% glycerol at -20°C. Crude protein concentration was determined using the Bradford method using bovine serum albumin as a standard (Bradford et al. 1976).

(4). 세포 공장 시스템에 의한 이소오리엔틴(isoorientin)의 생합성(4). Biosynthesis of isoorientin by a cell factory system

우선 UGT708A6과 GtF6CGT1 효소의 활성은 별도의 50mL 플라스크에서 in vivo 반응을 진행하여 확인하였다. UGT708A6 및 GtF6CGT1을 보유하는 E. coli의 종 배양물을 각각의 항생제가 공급된 LB 브로쓰에서 제조하고, 200rpm의 진탕 인큐베이터에서 37℃에서 밤새 인큐베이션하였다.First, the activities of UGT708A6 and GtF6CGT1 enzymes were confirmed by conducting in vivo reactions in separate 50mL flasks. Seed cultures of E. coli carrying UGT708A6 and GtF6CGT1 were prepared in LB broth supplied with each antibiotic and incubated overnight at 37°C in a shaking incubator at 200 rpm.

500 μL의 종균 접종 후, 배양물을 250 ml 코니컬 플라스크에 각각의 항생제가 보충된 2개의 새로운 50 ml LB 배지에 붓고 200 rpm으로 진탕 배양기에서 37°C에서 배양하였다.After inoculation of 500 μL of the seed, the culture was poured into two new 50 ml LB medium supplemented with each antibiotic in a 250 ml conical flask and incubated at 37°C in a shaking incubator at 200 rpm.

곧 600 nm에서의 광학 밀도(OD )가 0.6에 도달하고, 배양은 200 rpm의 진탕 배양기에서 20℃에서 약 20시간 동안 0.4 mM IPTG로 유도되었다. 그런 다음, 루테올린(100μM)을 두 유도 배양물에 첨가하였다.Soon the optical density at 600 nm (OD ) reached 0.6, and the culture was induced with 0.4 mM IPTG for approximately 20 hours at 20°C in a shaking incubator at 200 rpm. Then, luteolin (100 μM) was added to both induced cultures.

20시간 후, 배양 샘플을 1 ml 취하여 각각에 1 ml 메탄올과 10분 동안 보텍싱하면서 혼합하고 14,000 rpm에서 원심분리하여 투명한 샘플을 얻었다. 투명한 샘플을 역상 고성능 액체 크로마토그래피(RP-HPLC)-광다이오드 어레이(PDA)로 분석하였다.After 20 hours, 1 ml of the culture sample was taken and mixed with 1 ml methanol while vortexing for 10 minutes and centrifuged at 14,000 rpm to obtain a clear sample. Clear samples were analyzed by reversed-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC)-photodiode array (PDA).

(5). 세포 공장 시스템에 의한 람노실이소오리엔틴의 생합성(5). Biosynthesis of rhamnosylisoorientin by a cell factory system.

GtF6CGT1과 UGT708A6의 활성 결과를 HPLC-PDA로 분석한 결과, GtF6CGT1의 기능이 더 효과적인 것으로 나타났다. 따라서, 대장균 C-41(DE3) 숙주에 piBR181-GtF6CGT1 및 pET32a-UGT91L1 플라스미드를 갖는 재조합 균주를 50mL LB 브로쓰에서 배양하였다.As a result of analyzing the activity results of GtF6CGT1 and UGT708A6 by HPLC-PDA, the function of GtF6CGT1 was found to be more effective. Therefore, recombinant strains carrying piBR181-GtF6CGT1 and pET32a-UGT91L1 plasmids in E. coli C-41(DE3) host were cultured in 50 mL LB broth.

상기 언급한 바와 같이, 50mL 배양물을 준비하고, 200rpm의 진탕 배양기에서 20℃에서 0.4mM IPTG로 유도한 후 20시간 후 100μM 루테올린을 공급하였다.As mentioned above, 50 mL cultures were prepared, induced with 0.4 mM IPTG at 20°C in a shaking incubator at 200 rpm, and then 100 μM luteolin was supplied 20 hours later.

유사하게, 20시간 후, 1ml의 배양 샘플을 취하고 10분 동안 보텍싱하면서 1ml 메탄올과 혼합하고 14,000rpm에서 30분 동안 원심분리하여 투명한 샘플을 얻었다. 투명한 샘플을 역상 고성능 액체 크로마토그래피(RP-HPLC)-포토다이오드 어레이(PDA)로 분석하였다.Similarly, after 20 h, 1 ml culture sample was taken and mixed with 1 ml methanol while vortexing for 10 min and centrifuged at 14,000 rpm for 30 min to obtain a clear sample. Clear samples were analyzed by reversed-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC)-photodiode array (PDA).

(6). 미생물 세포에서 람노실이소오리엔틴의 대규모 생산(6). Large-scale production of rhamnosylisoorientin in microbial cells.

람노실이소오리엔틴(rhamnosyl-isoorientin)의 대규모 생산은 발효기에서 E. coli C-41(DE3)에 piBR181-GtF6CGT1 및 pET32a-UGT91L1 플라스미드를 포함하는 균주를 사용하여 수행하였다.Large-scale production of rhamnosyl-isoorientin was performed in a fermentor using E. coli C-41(DE3) strains containing piBR181-GtF6CGT1 and pET32a-UGT91L1 plasmids.

필요한 항생제를 첨가한 15ml 시험관에 종자 배양물을 준비하고, 37℃의 진탕 배양기에서 약 5시간 동안 배양하였다. 그런 다음 3개의 500mL 개별 플라스크에 500μL 종균(seed)을 100mL LB 브로쓰 배지에 필요한 양의 항생제를 공급한 각 플라스크에 옮기고, 200rpm의 진탕 배양기에서 37°C에서 밤새 배양하였다.Seed cultures were prepared in 15ml test tubes with the necessary antibiotics added, and cultured in a shaking incubator at 37°C for about 5 hours. Then, 500 μL of seed was transferred to three 500 mL individual flasks supplied with the required amount of antibiotics in 100 mL LB broth medium, and cultured overnight at 37°C in a shaking incubator at 200 rpm.

그 후, 300mL의 종균을 공기 및 pH 7.5를 유지하면서 37℃에서 필요한 양의 항생제가 포함된 3L-LB 브로쓰 배지를 갖는 오토클레이브 발효기로 옮겼다. 광학 밀도(OD)가 0.6에 도달하면 0.4mM IPTG를 첨가하고 배양물을 20℃에서 약 20시간 동안 인큐베이션하였다.Afterwards, 300 mL of the seed was transferred to an autoclave fermenter with 3L-LB broth medium containing the required amount of antibiotics at 37°C while maintaining air and pH 7.5. When the optical density (OD) reached 0.6, 0.4mM IPTG was added and the culture was incubated at 20°C for approximately 20 hours.

그 후, 배양액에 5% 글루코스를 공급하면서 0.5mM 루테올린을 공급하였다. 또한 동일한 조건에서 포도당 대신 5% 글리세린을 공급하여 발효기 반응을 진행하였다. 이후 24시간, 48시간, 72시간에 시료를 채취하여 역상 고성능 액체 크로마토그래피(RP-HPLC)-포토다이오드 어레이(PDA)로 생성물을 분석하였다.Afterwards, 0.5mM luteolin was supplied to the culture while 5% glucose was supplied. Additionally, the fermentor reaction was performed under the same conditions by supplying 5% glycerin instead of glucose. Afterwards, samples were collected at 24, 48, and 72 hours, and the products were analyzed using reversed-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC)-photodiode array (PDA).

그리고, 2배 부피의 에틸 아세테이트로 배양물을 수확하고, 회전 증발기로 추출된 조 생성물을 건조시켰다.Then, the culture was harvested with twice the volume of ethyl acetate, and the extracted crude product was dried using a rotary evaporator.

(7). 시험관내(in vitro) 반응에 의한 메이신의 생합성(7). Biosynthesis of maysin by in vitro reaction

이기능성(bifunctional) UDP-람노오스 합성효소/UDP-4-케토-6-데옥시글루코오스 합성효소(RHS1)가 대장균 C-41(DE3)에서 발현되었다. 갓 제조된 이 균주를 위에서 언급한 방법으로 단백질 발현을 위하여 50 ml LB 브로쓰에서 배양하였다.A bifunctional UDP-rhamnose synthase/UDP-4-keto-6-deoxyglucose synthase (RHS1) was expressed in Escherichia coli C-41(DE3). This freshly prepared strain was cultured in 50 ml LB broth for protein expression using the method described above.

RHS1의 조효소를 반응에 사용하였다. 반응은 10mM MgCl2·6H2O, 3mM NAD+, 3mM NADH, 49μL 증류수 및 5mM 람노실이소오리엔틴(rhamnosylisoorientin)을 포함하는 100mM Tris-HCl(pH 7.5)을 사용하여 15μL 총 부피에서 수행되었다.Coenzyme RHS1 was used in the reaction. The reaction was performed in a total volume of 15 μL using 100 mM Tris-HCl (pH 7.5) containing 10 mM MgCl2·6H 2 O, 3 mM NAD + , 3 mM NADH, 49 μL distilled water, and 5 mM rhamnosylisoorientin.

유사하게, 다른 세트의 반응은 동일한 세트의 다른 조건에서 Tris-HCl 대신 인산염 완충액을 변경하고, NAD+ 및 NADH 대신 보조인자 NADP+ 및 NADPH를 변경하여 수행하였다. 반응 혼합물을 37℃에서 20시간 동안 인큐베이션하였다.Similarly, another set of reactions was performed under different conditions in the same set, changing the phosphate buffer instead of Tris-HCl and the cofactors NADP + and NADPH instead of NAD + and NADH. The reaction mixture was incubated at 37°C for 20 hours.

(8). 분석 절차 od 메이신(8). Analytical procedure od Meishin

역상 HPLC-PDA 분석은 YMC-PACK ODS-AQ로 패킹된 C18 컬럼을 사용하여 290 nm UV 흡광도에서 수행되었다. 4.6mm 내부 직경, 150mm 길이 및 5μm 입자 크기는 바이너리 조건에서 광다이오드 어레이(PDA)에 연결되어, 25분 프로그램에 대해 1mL/min의 유속으로 유지되는 용매 A(0.05% 트리플루오로아세트산 완충액-TFA) 물과 100% 아세토니트릴(CAN)로 구성된다.Reverse-phase HPLC-PDA analysis was performed at 290 nm UV absorbance using a C18 column packed with YMC-PACK ODS-AQ. The 4.6 mm internal diameter, 150 mm length and 5 μm particle size was coupled to a photodiode array (PDA) in binary conditions, maintained in solvent A (0.05% trifluoroacetic acid buffer-TFA) at a flow rate of 1 mL/min for a 25 min program. ) It consists of water and 100% acetonitrile (CAN).

아세토니트릴은 0-20%(0-8분), 40-75%(8-15분), 75-100%(15-20분) 및 100-20%(25분)로 설정되었다. 화합물의 정제는 36분 바이너리 프로그램을 사용하여 UV 검출기에 연결된 C18 컬럼(YMC-PACK ODS-AQ; 150mm 길이, 20mm 내부 직경, 10μm 입자 크기)을 갖는 분취용 HPLC에 의해 수행되었다. 흐름은 0-20분(40%), 20-30분(75%) 및 30-36분(0%) 동안 ACN 흐름으로 프로그램 전반에 걸쳐 10mL/분이었다.Acetonitrile was set at 0-20% (0-8 min), 40-75% (8-15 min), 75-100% (15-20 min) and 100-20% (25 min). Purification of the compounds was performed by preparative HPLC with a C 18 column (YMC-PACK ODS-AQ; 150 mm length, 20 mm internal diameter, 10 μm particle size) coupled to a UV detector using a 36 min binary program. Flow was 10 mL/min throughout the program with ACN flow for 0-20 min (40%), 20-30 min (75%), and 30-36 min (0%).

고해상도 4중 비행 전자분무 이온화 질량 분석기(HRQTOF-ESI/MS)는 Synapt G2-S 시스템(Waters)과 결합된 Acquity 질량 분석기(UPLC 포함; Waters, Milford, MA USA)를 사용하여 양이온 모드에서 수행되었다.High-resolution quadruple-of-flight electrospray ionization mass spectrometry (HRQTOF-ESI/MS) was performed in positive ion mode using an Acquity mass spectrometer (with UPLC; Waters, Milford, MA USA) coupled to a Synapt G2-S system (Waters). .

정제된 화합물은 TCI CryoProbe(5mm)가 장착된 Avance II 900 Bruker(독일) BioSpin NMR 분광계에 의해 구조적으로 결정되었다. 모든 샘플을 D2O로 교환하고 1H NMR(양성자), 13C NMR(탄소), HMBC(이핵 다중 결합 상관 관계) 및 HSQC(이핵 신호-양자 상관 관계)에 대해 순수한 D2O에 용해시켰다.Purified compounds were structurally determined by an Avance II 900 Bruker (Germany) BioSpin NMR spectrometer equipped with a TCI CryoProbe (5 mm). All samples were exchanged with DO and dissolved in pure DO for 1H NMR (proton), 13C NMR (carbon), heteronuclear multiple bond correlation (HMBC), and heteronuclear signal-proton correlation (HSQC).

2. 살험 결과2. Test results

(1). 단백질 발현 및 SDS-PAGE 분석(One). Protein expression and SDS-PAGE analysis

시험관 내 반응을 위한 가용성 재조합 단백질을 생산하기 위하여 4개의 플라스미드 pET28a-RHS1, pET32a-UGT91L1, piBR181-GtF6CGT1 및 pACYC-UGT708A6(도 2)을 E. coli C-41(DE3)로 형질전환시켰다.To produce soluble recombinant proteins for in vitro reactions, four plasmids pET28a-RHS1, pET32a-UGT91L1, piBR181-GtF6CGT1, and pACYC-UGT708A6 (Figure 2) were transformed into E. coli C-41(DE3).

각 단백질 RHS1, UGT91L1, GtF6CGT1 및 UGT708A6의 가용성 분획에 대한 SDS-PAGE 분석은 각각 약 (75, 47, 55 및 55) kDa에서 밴드를 나타냈다(도 3). 밴드 크기는 헥사히스티딘 태그가 붙은 융합 단백질이 있는 각 단백질의 계산된 분자량에 해당한다.SDS-PAGE analysis of the soluble fractions of each protein RHS1, UGT91L1, GtF6CGT1, and UGT708A6 showed bands at approximately (75, 47, 55, and 55) kDa, respectively (Figure 3). Band size corresponds to the calculated molecular weight of each protein with hexahistidine-tagged fusion protein.

이들 단백질의 용해성 용해물을 Ni++-NTA 비드 정제 시스템에 적용하였다. 정제된 단백질을 농축, 정량화하여 시험관내 반응에 사용하였다.Soluble lysates of these proteins were applied to the Ni ++ -NTA bead purification system. The purified protein was concentrated, quantified, and used for in vitro reactions.

(2). 이소오리엔틴과 람노실이소오리엔틴의 미생물적 생산(2). Microbial production of isoorientin and rhamnosylisoorientin

UGT708A6 및 GtF6CGT1 균주가 포함된 배양액에 루테올린을 20시간 후 공급하여 제조한 시료의 RP-HPLC-PDA를 분석한 결과, UGT708A6에서는 예상되는 이소오리엔틴 피크가 나타나지 않았지만, GtF6CGT1에서는 뚜렷한 이소오리엔틴 피크가 나타났다(도 4).As a result of analyzing the RP-HPLC-PDA of a sample prepared by supplying luteolin to the culture medium containing UGT708A6 and GtF6CGT1 strains after 20 hours, the expected isoorientin peak did not appear in UGT708A6, but a distinct isoorientin peak was observed in GtF6CGT1. appeared (Figure 4).

또한, GtF6CGT1의 동일한 샘플을 포지티브 모드에서 고해상도 QTOF-ESI/MS 질량에 적용한 결과, [M+H]+ m/z+가 449.1089 Da로 밝혀졌으며, 이는 루테올린에 결합된 글루코스 1개의 질량과 유사하다. 정확한 질량을 갖는 화학식 C21H21O11 +는 449.1078이었다(도 5).Additionally, the same sample of GtF6CGT1 was subjected to high-resolution QTOF-ESI/MS mass in positive mode, and [M+H] + m/z + was found to be 449.1089 Da, which is similar to the mass of one glucose bound to luteolin. do. The chemical formula C 21 H 21 O 11 + with the correct mass was 449.1078 (Figure 5).

다음으로, E. coli C-41(DE3)에 2개의 플라스미드 piBR181-GtF6CGT1 및 pET32a-UGT91L1을 보유하는 균주에 루테올린을 공급하여 얻은 RP-HPLC-PDA로 또 다른 샘플을 분석하였다.Next, another sample was analyzed by RP-HPLC-PDA obtained by supplying luteolin to E. coli C-41(DE3) strain carrying two plasmids piBR181-GtF6CGT1 and pET32a-UGT91L1.

HPLC-PDA 크로마토그램은 루테올린의 파장에 가까운 파장에서 머무름 시간 8.0 및 8.5분에 두 개의 피크를 나타냈다. 이것은 양성 모드에서 QTOF-ESI/MS에 의해 추가로 확인된 람노실이소오리엔틴 및 이소오리엔틴의 가능한 산물에 대한 단서를 제공할 수 있다. QTOF-ESI/MS 분석에 따르면, 머무름 시간 8.0분의 피크 P1은 화학식이 C27H31O15 +인 루테올린과 결합된 1개의 글루코스 및 1개의 람노스와 유사한 595.1655 Da의 [M+H]+ m/z+를 나타냈다.The HPLC-PDA chromatogram showed two peaks at retention times of 8.0 and 8.5 min at a wavelength close to that of luteolin. This may provide clues to the possible products of rhamnosylisoorientin and isoorientin, which were further identified by QTOF-ESI/MS in positive mode. According to QTOF-ESI/MS analysis, peak P1 with a retention time of 8.0 min has a [M+H] of 595.1655 Da, similar to one glucose and one rhamnose bound to luteolin with the chemical formula C 27 H 31 O 15 + + m/z + was shown.

595.1657의 정확한 질량과 8.5분의 피크는 449.1089 Da의 [M+H]+ m/z+를 나타내었으며, 이는 화학식이 C21H21O11 +이고, 정확한 질량이 449.1078인 루테올린에 부착된 포도당과 유사하다( 도 6 및 도 7).The exact mass of 595.1657 and the peak at 8.5 minutes showed [M+H] + m/z + of 449.1089 Da, which is glucose attached to luteolin with the chemical formula C 21 H 21 O 11 + and the exact mass of 449.1078. Similar to (Figures 6 and 7).

(3). 람노실이소오리엔틴 대량 생산(3). Mass production of rhamnosylisoorientin

상기 방법 및 재료에서 언급한 바와 같이 대장균 C-41(DE3)에 2개의 플라스미드 piBR181-GtF6CGT1 및 pET32a-UGT91L1을 보유하는 균주를 발효기에서 IPTG로 배양 및 유도하였다. 분석을 위한 샘플은 24시간, 48시간 및 72시간에 발효기에서 채취하였다.As mentioned in Methods and Materials above, a strain carrying two plasmids piBR181-GtF6CGT1 and pET32a-UGT91L1 in E. coli C-41(DE3) was cultured and induced with IPTG in a fermentor. Samples for analysis were taken from the fermenter at 24, 48 and 72 hours.

추가 HPLC-PDA 및 고해상도 QTOF-ESI/MS 분석을 수행하였다. 생성물의 HPLC-PDA 피크 면적의 분석에 기초하여, 24시간에 약 45% 기질이 각각 8분 및 8.5분의 체류 시간에서 생성물 P1 및 P2로 전환되었다.Additional HPLC-PDA and high-resolution QTOF-ESI/MS analyzes were performed. Based on analysis of the HPLC-PDA peak areas of the products, at 24 hours approximately 45% of the substrate was converted to products P1 and P2 at retention times of 8 and 8.5 min, respectively.

48시간 인큐베이션 시간을 더 늘리면 기질은 점차 감소하지만, 반면에 생성물 P1과 P2는 증가하였다. 같은 방식으로 72시간의 배양 기간을 더 늘리면 기질의 80%가 제품 P1과 P2로 전환되었다(도 8).When the incubation time was further extended to 48 hours, the substrate gradually decreased, while the products P1 and P2 increased. In the same way, when the incubation period was further extended to 72 hours, 80% of the substrate was converted to products P1 and P2 (Figure 8).

마찬가지로 발효기에서 동일한 균주로 탄소원을 글루코스와 글리세린으로 사용하여 대규모 생산을 수행하였다. 24시간, 48시간, 72시간에 채취한 시료의 결과를 분석한 결과, 글리세린의 경우 생성물 P1과 P2의 형성 패턴은 거의 동일한 반면, 포도당의 경우 P1이 P2보다 많았다. 그러나 기질이 제품으로 전환되는 속도는 시간이 지남에 따라 점차 감소하고 있다(도 8a 내지 도 8c).Similarly, large-scale production was performed using the same strain in a fermenter using glucose and glycerin as carbon sources. As a result of analyzing the results of samples collected at 24 hours, 48 hours, and 72 hours, in the case of glycerin, the formation patterns of products P1 and P2 were almost identical, while in the case of glucose, P1 was more abundant than P2. However, the rate of conversion of substrate to product gradually decreases over time (Figures 8A to 8C).

(4). 생체내 메이신 합성 및 분석(4). In vivo mesin synthesis and analysis

RHS1의 조효소(crude enzyme)를 반응에 사용하였다. 반응은 10mM MgCl2·6H2O, 3mM NAD+, 3mM NADH, 49μL 증류수 및 5mM 람노실이소오리엔틴을 포함하는 100mM Tris-HCl(pH 7.5)을 사용하여 15μL 총 부피에서 수행되었다. 유사하게, 다른 세트의 반응은 동일한 세트의 다른 조건에서 Tris-HCl 대신 인산염 완충액을 변경하고, NAD+ 및 NADH 대신 보조인자 NADP+ 및 NADPH를 변경하여 수행하였다. The crude enzyme of RHS1 was used in the reaction. The reaction was performed in a total volume of 15 μL using 100 mM Tris-HCl (pH 7.5) containing 10 mM MgCl 2 ·6H 2 O, 3 mM NAD + , 3 mM NADH, 49 μL distilled water, and 5 mM rhamnosylisoorientin. Similarly, another set of reactions was performed under different conditions in the same set, changing the phosphate buffer instead of Tris-HCl and the cofactors NADP + and NADPH instead of NAD + and NADH.

반응 혼합물을 37°C에서 20시간 동안 인큐베이션하였다. HPLC-PDA 및 QTOF-ESI/MS의 분석에서, 방법 및 재료에 언급된 바와 같이 라마노실이소오리엔틴 반응을 수행한 결과 미량의 메이신 형성이 검출되었고, 그 질량은 577.1577 Da의 [M+H]+ m/z+로 밝혀졌으며, 이는 메이신 577.1552 Da 및 화학식 C27H29O14 +의 질량과 유사하다.The reaction mixture was incubated at 37°C for 20 hours. In analysis by HPLC-PDA and QTOF-ESI/MS, trace amounts of maycin were detected as a result of performing the ramanosylisoorientin reaction as mentioned in Methods and Materials, with a mass of [M+H] of 577.1577 Da. ] + m/z + , which is similar to the mass of mesine 577.1552 Da and the chemical formula C 27 H 29 O 14 + .

질량 분석 결과는 버퍼 Tris-HCl과 포스페이트 버퍼를 사용하지만, 소량으로 메이신(maysin)이 형성되는 것으로 나타났다(도 9).Mass spectrometry results showed that although Tris-HCl and phosphate buffer were used, maysin was formed in small amounts (FIG. 9).

이상으로 본 발명의 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that these specific techniques are merely preferred embodiments and do not limit the scope of the present invention. It will be obvious.

따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 이용될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.Accordingly, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents. Simple modifications or changes of the present invention can be easily used by those skilled in the art, and all such modifications or changes can be considered to be included in the scope of the present invention.

Claims (15)

(a) Gentiana triflora의 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드 및 Gentiana triflora의 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드로 형질전환된 재조합 대장균을 배지에서 배양하는 단계;
(b) 상기 형질전환된 재조합 대장균을 배양 중인 배양액에 배양 15~25시간 후 루테올린 0.5 mM을 글루코스 및 글리세린으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 탄소원과 함께 첨가하는 단계; 및
(c) 상기 루테올린 및 탄소원이 첨가된 배양액에 상기 형질전환된 재조합 대장균을 배양하는 단계를 포함하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
(a) Transformed with a plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) of Gentiana triflora is inserted and a plasmid into which the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) of Gentiana triflora is inserted. Culturing recombinant E. coli in a medium;
(b) adding 0.5 mM of luteolin to the culture medium in which the transformed recombinant E. coli is being cultured, along with at least one carbon source selected from the group consisting of glucose and glycerin, after 15 to 25 hours of cultivation; and
(c) A method for mass production of mesin using E. coli, comprising culturing the transformed recombinant E. coli in a culture medium to which the luteolin and carbon source have been added.
제1항에 있어서, 상기 6-C-글리코실트랜스퍼라제 유전자(GtF6CGT1)가 삽입되어 있는 플라스미드는 도 2a로 표시되는 pIBR181-GtF6CGT1인 것을 특징으로 하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
The method for mass production of mesin using E. coli according to claim 1, wherein the plasmid into which the 6-C-glycosyltransferase gene (GtF6CGT1) is inserted is pIBR181-GtF6CGT1 as shown in Figure 2a.
제1항에 있어서, 상기 글루코스 2″-O-람노실트랜스퍼라제 유전자(UGT91L1)가 삽입되어 있는 플라스미드는 도 2b로 표시되는 pET32a-UGT91L1인 것을 특징으로 하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
The method for mass production of mesin using E. coli according to claim 1, wherein the plasmid into which the glucose 2″-O-rhamnosyltransferase gene (UGT91L1) is inserted is pET32a-UGT91L1 as shown in Figure 2b.
제1항에 있어서, 상기 배지는 항생제가 보충된 Luria-Bertani(LB) 한천 브로쓰 배지인 것을 특징으로 하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
The method of claim 1, wherein the medium is Luria-Bertani (LB) agar broth medium supplemented with antibiotics.
제4항에 있어서, 상기 항생제는 암피실린, 카나마이신 및 클로람페니콜
인 것을 특징으로 하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
The method of claim 4, wherein the antibiotics are ampicillin, kanamycin, and chloramphenicol.
A method for mass production of maycin using E. coli, characterized in that:
제4항에 있어서, 상기 항생제는 암피실린 90~110 μg/mL, 카나마이신 40~60 μg/mL 및 클로람페니콜 90~110 μg/mL이 보충되는 것을 특징으로 하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
The method of claim 4, wherein the antibiotics are supplemented with 90-110 μg/mL of ampicillin, 40-60 μg/mL of kanamycin, and 90-110 μg/mL of chloramphenicol.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 글루코스는 4~6%(w/v)이고, 상기 글리세린은 4~6%(w/v)인 것을 특징으로 하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
The method of claim 1, wherein the glucose is 4 to 6% (w/v) and the glycerin is 4 to 6% (w/v).
제1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 배양은 35~40℃에서 24~72시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
The method for mass production of mesin using E. coli according to claim 1, wherein the culturing in step (c) is performed at 35 to 40°C for 24 to 72 hours.
제1항에 있어서, 상기 재조합 대장균은 재조합 대장균 C-41(DE3)인 것을 특징으로 하는 대장균을 이용한 메이신의 대량 생산방법.
The method for mass production of maycin using E. coli according to claim 1, wherein the recombinant E. coli is recombinant E. coli C-41(DE3).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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