KR19980078034A - Novel thermophilic Bacillus genus KLS-01 and heat-resistant D-alanine aminotransferase, L-aspartate aminotransferase and alanine racease produced therefrom - Google Patents
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Abstract
본 발명은 신규 고온성바실러스속 미생물 및 이로부터 생산되는 내열성 D-알라닌 아미노트랜스퍼라아제, L-아스파테이트 아미노트랜스퍼라아제 및 알라닌 라세마아제에 관한 것으로, 본 발명의바실러스속 KLS-01(Bacillussp. KLS-01)은 D-아미노산의 아미노기를 케토산에 전이시키는 D-알라닌 아미노트랜스퍼라아제와 알라닌의 이성질체 형성을 촉매하는 알라닌 라세마아제, 그리고 L-아스파테이트의 아미노기를 케토산에 전이시키는 L-아스파테이트 아미노트랜스퍼라아제를 생산하여 새로운 D-아미노산 및 L-아미노산의 효소적 합성에 생물 촉매로서 유용하게 이용될 수 있다.The present invention relates to a novel thermophilic Bacillus sp . Microorganism and heat-resistant D-alanine aminotransferase, L-aspartate aminotransferase and alanine racease produced therefrom, and according to the present invention Bacillus sp . KLS-01 ( Bacillus sp.KLS-01) is a D-alanine aminotransferase which transfers an amino group of D-amino acid to keto acid, an alanine racease which catalyzes the isomer formation of alanine, and an amino group of L-aspartate to keto acid. L-aspartate aminotransferase can be used as a biocatalyst for enzymatic synthesis of new D-amino acid and L-amino acid.
Description
본 발명은 D-아미노산의 아미노기를 케토산에 전이시키는 효소인 D-아미노산 아미노트랜스퍼라아제(D-amino acid aminotransferase: EC 2.6.1.21)(이하, D-AAT로 약칭함)와 알라닌의 이성질체 형성을 촉매하는 효소인 알라닌 라세마아제(alanine racemase : EC 5.1.1)(이하, AlaRA로 약칭함), 및 L-아스파테이트의 아미노기를 케토산에 전이시키는 L-아스파테이트 아미노트랜스퍼라아제(L-aspartate aminotransferase : EC 2.6.11)(이하, AspAT로 약칭함)를 생산하여 새로운 D-아미노산 및 L-아미노산의 효소적 합성에 생물 촉매로서 유용하게 사용할 수 있는 신규 고온성 미생물 균주바실러스속 KLS-01(Bacillussp. KLS-01)에 관한 것이다.The present invention is to form isomers of D-amino acid aminotransferase (EC 2.6.1.21) (hereinafter, abbreviated as D-AAT) and alanine, an enzyme that transfers the amino group of D-amino acid to keto acid. Alanine racemase (hereinafter abbreviated as AlaRA), an enzyme that catalyzes the enzyme, and L-aspartate aminotransferase (L) which transfers the amino group of L-aspartate to keto acid. -Aspartate aminotransferase: KLS- genus of a new high temperature microbial strain Bacillus , which can produce EC 2.6.11) (hereinafter abbreviated as AspAT) and be useful as a biocatalyst for enzymatic synthesis of new D-amino and L-amino acids. 01 ( Bacillus sp.KLS-01).
D-아미노산은 단백질에는 포함되어 있지 않으나 미생물의 세포벽이나 펩티드계 항생물질의 구성성분으로서 자연계에 널리 분포되어 있으며, 산업적으로는 합성 감미료, β-락탐계 항생제, 펩티드 호르몬, 살충제 등의 생산을 위한 중간물질로 식품 및 의약분야에서 널리 이용되고 있다.D-amino acids are not included in proteins but are widely distributed in nature as a component of microbial cell walls or peptide antibiotics.Industrially, D-amino acids are used for the production of synthetic sweeteners, β-lactam antibiotics, peptide hormones, and insecticides. As an intermediate, it is widely used in food and medicine.
D-아미노산을 생산하는 방법에는 화학적으로 합성하는 방법과 미생물 효소를 이용하는 방법이 알려져 있다. 화학적 합성법에 의한 아미노산의 생산은 D,L-아미노산이 혼합된 상태(racemic mixture)로 생성물이 얻어지기 때문에, 복잡한 광학적 순수 과정을 거쳐야 하는 어려움이 있다. 반면, 생물 촉매를 이용한 D-아미노산 합성법은 광학적으로 순수한 D-아미노산 만을 바로 생산할 수 있으며 환경오염이 되는 부산물 생성을 줄일 수 있기 때문에 저공해 청정 기술로서 주목되고 있다.Methods for producing D-amino acids are known chemically synthesized and methods using microbial enzymes. The production of amino acids by chemical synthesis has a difficulty of undergoing a complicated optical pure process since the product is obtained in a racemic mixture of D, L-amino acids. On the other hand, D-amino acid synthesis using a biocatalyst has attracted attention as a low pollution clean technology because it can directly produce only optically pure D-amino acid and can reduce the production of by-products that are environmental pollution.
AlaRA와 D-AAT는 미생물 세포벽의 구성성분인 D-알라닌 및 D-글루탐산 등 D-아미노산의 생합성에 관여하는 효소이다. AlaRA는 알라닌의 아미노기를 전이시켜 알라닌의 입체 이성질체인 D 또는 L 알라닌만을 선택적으로 생성하는 기능을 가지며, D-AAT는 D-알라닌, D-아스파트산, D-글루탐산, D-아미노부티르산 등의 다양한 D-아미노산으로부터 아미노기를 피루브산, α-케토글루타르산, α-케토이소발레르산 등의 케토산에 전이시킴으로써 새로운 D-아미노산을 합성하는 기능을 갖는 효소이다(Soda et al.,FEBS Lett., 46, 359-363(1974)). 따라서 D-AAT와 AlaRA를 복합 사용하면 저가의 D,L-알라닌 혼합물(racemic mixture)로부터 산업적으로 유용한 다양한 D-아미노산을 생산할 수 있다.AlaRA and D-AAT are enzymes involved in the biosynthesis of D-amino acids, such as D-alanine and D-glutamic acid, which are components of microbial cell walls. AlaRA has a function of selectively transducing the amino group of alanine to selectively produce only D or L alanine, which is a stereoisomer of alanine, and D-AAT is a compound such as D-alanine, D-aspartic acid, D-glutamic acid, and D-aminobutyric acid. It is an enzyme having the function of synthesizing new D-amino acids by transferring amino groups from various D-amino acids to keto acids such as pyruvic acid, α-ketoglutaric acid, and α-ketoisovaleric acid (Soda et al., FEBS Lett 46 , 359-363 (1974). Thus, a combination of D-AAT and AlaRA can produce a variety of industrially useful D-amino acids from low-cost D, L-alanine mixtures.
효소를 생물 촉매로 이용하는 생물 전환 공정에 있어서 생물 촉매의 안정성은 효소 전환 합성 반응의 생산성을 결정하는 가장 중요한 요인이다. 일반적으로 고온의 생육 환경에 서식하는 고온성 미생물들은 서식지의 고온 극한환경의 영향에 의해 열에 안정한 내열성 효소를 생산한다. 그리고 이러한 내열성 효소는 열에 안정한 특징 이외에도 유기 용매에 대한 안정성, pH에 대한 안정성 및 화학 변성제 등에 대한 안정성도 가지고 있는 것으로 보고되고 있다.In the bioconversion process using an enzyme as a biocatalyst, the stability of the biocatalyst is the most important factor in determining the productivity of the enzyme conversion synthesis reaction. In general, thermophilic microorganisms that live in hot growing environments produce heat-resistant enzymes that are thermally stable under the influence of high temperature extremes in the habitat. In addition to heat-stable enzymes, these heat-resistant enzymes have been reported to have stability to organic solvents, stability to pH and chemical modifiers.
따라서, 본 발명자들은 국내 각지의 고온균이 서식하는 고온환경으로부터 고온에서 생육하고 열에 안정하여 높은 온도에서 D,L-아미노산을 생합성할 수 있는 효소(D-AAT, AlaRA, AspAT)를 생산하는 신규 고온성 미생물을 탐색하였다. 그 결과, 한국의 토양에서 분리된 천 여종의 고온성 미생물로부터 70℃에서도 생육이 가능하고 열안정성이 매우 높은, 아미노산 생합성을 촉매하는 효소를 생산하는 신규 고온성 미생물을 분리해내어 본 발명을 완성하게 되었다.Therefore, the present inventors grow at high temperature from the high temperature environment where the domestic high temperature bacteria inhabit in Korea, and are stable to heat to produce enzymes capable of biosynthesizing D, L-amino acid at high temperature (D-AAT, AlaRA, AspAT). Thermophilic microorganisms were searched. As a result, the present invention has been completed by separating new high temperature microorganisms that produce enzymes capable of growing at 70 ° C. and having high thermal stability and catalyzing amino acid biosynthesis from about a thousand high temperature microorganisms isolated from Korean soil. Was done.
본 발명은 새로운 D,L-아미노산의 효소적 합성에 생물 촉매로서 유용하게 이용될 수 있는 내열성 D-AAT, AlaRA 및 AspAT를 생산하는 신규 고온성 미생물 및 이로부터 생산되는 신규의 상기 내열성 효소들을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention provides novel thermophilic microorganisms producing heat-resistant D-AAT, AlaRA and AspAT, and novel such heat-resistant enzymes produced therefrom, which can be usefully used as biocatalysts for enzymatic synthesis of new D, L-amino acids. Its purpose is to.
도 1은 본 발명의바실러스속 KLS-01의 16S rRNA의 염기배열을 기존에 보고된 여러 미생물의 16S rRNA 염기배열과 비교하여 나타낸 것이고,Figure 1 shows the base sequence of the 16S rRNA of the Bacillus genus KLS-01 of the present invention compared to the 16S rRNA nucleotide sequence of several microorganisms previously reported,
도 2는 본 발명의 고온성바실러스속 KLS-01이 생산하는 내열성 D-알라닌 아미노트랜스퍼라아제와 알라닌 라세마아제에 의해 생성된 생성물 L-알라닌과 D-글루탐산을 에난티오 L1 광학활성 HPLC 컬럼으로 분석한 결과이다.Figure 2 shows the product L-alanine and D-glutamic acid produced by the heat-resistant D-alanine aminotransferase and alanine racease produced by KLS-01 of the high temperature Bacillus genus of the present invention to the enantio L1 optically active HPLC column The result of the analysis.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 한국 토양으로부터 분리된, 신규의 고온성 미생물 균주인바실러스속 KLS-01(Bacillussp. KLS-01) 및 상기 미생물로부터 생산되는, 아미노산의 효소적 합성에 유용하게 사용될 수 있는 신규의 내열성 D-AAT, AlaRA 및 AspAT를 제공한다.In order to achieve the above object, useful for enzymatic synthesis of an amino acid in the present invention (Bacillus sp. KLS-01), the Bacillus genus KLS-01 thermophilic microorganism strain of the novel isolated from Korea soil and which is produced from the microorganism Novel heat resistant D-AAT, AlaRA and AspAT can be used.
이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
아미노산의 이성질체를 형성하는 AlaRA, D-아미노산의 아미노기를 케토산에 전이시키는 D-AAT 및 L-아미노산의 아미노기를 케토산에 전이시키는 AspAT 활성을 가짐으로써 새로운 D,L-아미노산의 합성에 유용하게 사용할 수 있는 본 발명의 신규 고온성 미생물의 분리 및 동정은 다음과 같다.AlaRA, which forms an isomer of amino acid, D-AAT which transfers amino group of D-amino acid to keto acid, and AspAT activity which transfers amino group of L-amino acid to keto acid, is useful for synthesis of new D, L-amino acid Isolation and identification of novel pyrogenic microorganisms of the present invention that can be used are as follows.
먼저, 전국 각지의 건초 더미, 부식토, 하천, 폐수, 온천 등지에서 채취한 토양 시료를 1.5 % 폴리펩톤(polypeptone), 0.2 % 효모 추출물(yeast extract), 0.2 % 고기 추출물(meat extract), 0.2 % 글리세롤(glycerol), 0.2 % K2HPO4, 0.2 % KH2PO4, 0.026 % NH4Cl의 조성을 갖는 MY 배지에 접종하고 55 ℃에서 부유 배양(enrichment culture)한다. 이 배양액을 2 % 아가(agar)를 포함한 MY 평판 배지(agar plate medium)에 접종하고 55 ℃에서 배양하여 순수한 콜로니를 분리한다. 분리된 균주를 70 ℃에서 배양하여 24 시간 이내에 미생물의 생장이 관찰된 콜로니를 분리한다.First, soil samples from haystacks, humus, rivers, wastewater, and hot springs around the country were collected from 1.5% polypeptone, 0.2% yeast extract, 0.2% meat extract, and 0.2%. Inoculate into MY medium having a composition of glycerol, 0.2% K 2 HPO 4 , 0.2% KH 2 PO 4 , 0.026% NH 4 Cl and enriched culture at 55 ° C. The culture was inoculated in MY plate agar plate medium containing 2% agar (agar) and incubated at 55 ℃ to isolate the pure colonies. The isolated strain is incubated at 70 ° C. to isolate colonies in which microbial growth is observed within 24 hours.
상기와 같이 분리된 균주의 미생물학적 특성을 살펴본 결과, 아가 평판 배지에서 배양하였을 때, 크림색의 불투명한 콜로니를 형성하며, 70 ℃ 이상의 호기적 조건에서 잘 자라는 미생물로 그램 양성균이지만, 57 시간 이상 액체 배양 또는 고체 배양을 하여도 포자를 생성하지 않았다. 또한 액체 배양시 필라멘트(filament) 형태 균체가 관찰되었고, 액체 배지 상에서 장시간 정치배양하였을 때 얇은 막(pellicle)을 형성하는 등,써머스(Thermus) 속에 속하는 미생물 고유의 배양학적 특성을 보였다. 그러나, 이 고온균의 16S rRNA 염기배열을 결정한 후 기존에 보고된 다른 미생물들의 염기배열과 상동성을 비교한 결과,바실러스 써모데니트리피칸스(Bacillus thermodenitrificans)의 16S rRNA 염기배열과 매우 높은 상동성을 나타내었다. 따라서 본 발명의 미생물 균주를 바실러스(Bacillus) 속으로 분류하고,바실러스속 KLS-01(Bacillussp. KLS-01)로 명명하였다As a result of examining the microbiological characteristics of the isolated strains, when cultivated in agar plate medium, it forms a creamy opaque colony and grows well under aerobic conditions of 70 ° C or more. Spores were not produced upon culturing or solid culture. Also showed a thin film or the like to form a (pellicle), sseomeoseu microorganism culture unique characteristics of the genus (Thermus) when a long period of time static culture liquid culture when the filament (filament) type cells was observed, on the fluid medium. However, after determining the 16S rRNA base sequence of high temperature bacteria were compared to the nucleotide sequence homology with other microbes reported previously, Bacillus Thermo Denny tree 16S rRNA base sequence with high homology pecan switch (Bacillus thermodenitrificans) Indicated. Therefore, we named the microorganism strain of the invention in a Bacillus (Bacillus) classified into, and Bacillus KLS-01 (Bacillus sp. KLS -01)
이와 같이 본 발명에 따라 토양에서 분리된 내열성 D-AAT, AlaRA 및 AspAT 활성을 갖는 신규 고온성 미생물바실러스속 KLS-01은 한국과학기술연구원 부설 생명공학연구소내 유전자원센터에 1997년 1월 24일자 수탁번호 제 KCTC 0302BP 호로 기탁되었다.As such, KLS-01, a genus of high-temperature microorganism Bacillus , with heat-resistant D-AAT, AlaRA and AspAT activity isolated from soil according to the present invention, was dated January 24, 1997 at the Genetic Resources Center of the Institute of Biotechnology, affiliated with the Korea Institute of Science and Technology. Deposited under accession no. KCTC 0302BP.
본 발명의 고온성바실러스속 KLS-01으로부터 생산되는 내열성 D-AAT, AlaRA 및 AspAT는 상기 균주를 5 ㎖의 MY 액체 배지에 접종하고 60 ℃에서 8-10 시간 배양 후, 균체를 수확하여 초음파 파쇄기로 균체를 파쇄하여 조효소액으로 얻을 수 있다.Heat-resistant D-AAT, AlaRA and AspAT produced from the thermophilic Bacillus genus KLS-01 were inoculated into 5 ml of MY liquid medium and incubated at 60 ° C. for 8-10 hours. The cells can be crushed to obtain a crude enzyme solution.
상기와 같이 얻어진 조효소액을 이용하여, D-AAT의 경우 0.1 M 트리스 완충액(Tris-HCl, pH 8.5) 중에서 D-알라닌 및 α-케토글루타르산과 조효소액을 반응시켜 효소 반응에 의해 생성된 반응 산물인 피루브산의 양을 측정함으로써 그 활성을 정량할 수 있으며, AlaRA의 활성은 0.1 M 트리스 완충액 중에서 D-알라닌, α-케토글루타르산 및 PLP와 반응시킨 후 효소 반응에 의해 생성된 반응 산물을 에난티오 L1 광학활성 HPLC 컬럼으로 분석함으로써 정량할 수 있다. 또한, AspAT의 활성은 0.1 M 인산 완충액(pH 8.0) 중에서 조효소액을 L-시스테인 설피네이트, α-케토글루타르산 및 PLP와 반응시켜 효소 반응에 의해 생성된 반응 산물인 β-설피노피루베이트의 양을 측정함으로써 정량할 수 있다.Using the coenzyme solution obtained as described above, in the case of D-AAT, D-alanine and α-ketoglutaric acid were reacted with the coenzyme solution in 0.1 M Tris buffer (Tris-HCl, pH 8.5) to generate a reaction by enzymatic reaction. The activity of AlaRA can be quantified by measuring the amount of pyruvic acid as a product, and the activity of AlaRA is reacted with D-alanine, α-ketoglutaric acid and PLP in 0.1 M Tris buffer and It can be quantified by analysis on an Enantio L1 optically active HPLC column. In addition, the activity of AspAT is β-sulfinopyruvate, a reaction product produced by enzymatic reaction by reacting coenzyme solution with L-cysteine sulfinate, α-ketoglutaric acid and PLP in 0.1 M phosphate buffer (pH 8.0). It can be quantified by measuring the amount of.
이상과 같은 본 발명의 신규 고온성 미생물로부터 생성되는 내열성 D-AAT 및 AlaRA를 이용하여 D-알라닌, D-글루탐산, D-아미노부티르산, D-아스파트산 등의 아미노산과 피루브산, α-케토글루타르산, α-케토이소발레르산 등의 케토산을 기질로 하여 새로운 아미노산을 효소적으로 합성할 수 있다.Amino acids such as D-alanine, D-glutamic acid, D-aminobutyric acid, D-aspartic acid, and pyruvic acid and α-ketoglue using heat-resistant D-AAT and AlaRA generated from the novel high-temperature microorganism of the present invention as described above. New amino acids can be enzymatically synthesized using keto acids such as taric acid and α-ketoisovaleric acid as substrates.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이들 만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following examples. However, these Examples are only for illustrating the present invention, the present invention is not limited to these.
실시예 1 : 미생물의 분리 및 동정Example 1 Isolation and Identification of Microorganisms
(단계 1) 미생물의 분리(Step 1) Separation of Microorganisms
전국 각지의 건초 더미, 부식토, 하천, 폐수, 온천 등지에서 채취한 토양 시료를 1.5 % 폴리펩톤, 0.2 % 효모 추출물, 0.2 % 고기 추출물, 0.2 % 글리세롤, 0.2 % K2HPO4, 0.2 % KH2PO4, 0.026 % HN4Cl의 조성을 갖는 MY 배지에 접종하고 55 ℃에서 부유 배양하였다. 이 배양액을 2 % 아가를 포함한 MY 평판 배지에 접종하고 55 ℃에서 배양하여 순수한 콜로니를 분리하였다. 분리된 균주를 70 ℃에서 배양한 후 24 시간 이내에 미생물의 생장이 관찰된 콜로니를 선별 분리하였다. 이 고온성 미생물을 5 ㎖ MY 액체 배지에 접종하고 60 ℃에서 8-10시간 배양 후, 원심분리에 의해 균체를 수확하여 초음파 파쇄기로 균체를 파쇄하여 조효소액을 얻고 효소 활성 측정에 사용하였다.Soil samples taken from haystacks, humus, rivers, wastewater and hot springs around the country were taken from 1.5% polypeptone, 0.2% yeast extract, 0.2% meat extract, 0.2% glycerol, 0.2% K 2 HPO 4 , 0.2% KH 2 PO 4 , 0.026% HN 4 Cl was inoculated in MY medium and suspension cultured at 55 ℃. This culture was inoculated in MY plate medium containing 2% agar and incubated at 55 ° C. to isolate pure colonies. After cultivating the isolated strain at 70 ℃ colony was observed to select the growth of microorganism within 24 hours. The thermophilic microorganisms were inoculated in 5 ml MY liquid medium, incubated at 60 ° C. for 8-10 hours, and the cells were harvested by centrifugation.
(단계 2) 미생물의 특성 조사 및 동정(Step 2) Investigation and Identification of Microbial Characteristics
단계 1에서 분리된 고온성 미생물은 아가 평판 배지에서 배양하였을 때, 크림색의 불투명한 콜로니를 형성하였으며, 70 ℃ 이상의 호기적 조건에서 잘 자라는 미생물로 그램 양성균이지만, 57 시간 이상 액체 배양 또는 고체 배양을 하여도 포자를 생성하지 않았다. 또한 액체 배양시 필라멘트 형태의 균체가 관찰되었고, 액체 배지 상에서 장시간 정치배양시 얇은 막(pellicle)을 형성하는 등,써머스속에 속하는 미생물에서 흔히 발견할 수 있는 배양학적 특성을 보였다.The thermophilic microorganism isolated in step 1 formed a creamy opaque colony when cultured in agar plate medium, and it was a gram-positive microorganism that grows well in aerobic conditions of 70 ° C. or higher, but liquid culture or solid culture for 57 hours or more. Did not produce spores. In addition, the cells were observed in filament form when liquid culture, were incubated with characteristics such as to form a thin film (pellicle) during long stationary culture, it can be easily found in a microorganism belonging to the genus sseomeoseu on the liquid medium.
본 발명에 따라 선별된 미생물의 상세한 생리적 및 생화학적 특성은 표 1에 나타낸 바와 같다.Detailed physiological and biochemical properties of the microorganisms selected according to the present invention are shown in Table 1.
상기와 같은 미생물학적 특성을 갖는 본 발명의 고온균의 보다 정확한 동정을 위해, 상기 고온균의 게놈(genom) DNA 중 미생물의 동정에 매우 유효한 것으로 알려진 16S rRNA의 뉴클레오티드 배열(nucleotide sequence)을 결정하여 기존의 미생물들과 16S rRNA 염기배열의 상동성을 비교하였다.In order to more accurately identify the high temperature bacteria of the present invention having the microbiological characteristics as described above, by determining the nucleotide sequence of 16S rRNA known to be very effective in identifying microorganisms in the genome DNA of the high temperature bacteria Homology of 16S rRNA nucleotide sequences was compared with existing microorganisms.
먼저, 본 발명의 미생물 균주의 16S rRNA 유전자는 그의 게놈 DNA를 주형(template)으로하고, 이미 염기배열이 알려진 써머스 써모필러스(Thermus thermophilus)의 rRNA 유전자의 염기배열에 기초하여 제조한 시발체(primer)를 사용하여 PCR(중합효소 연쇄반응)을 수행함으로써 획득하였다. 사용한 시발체의 DNA 염기배열은 표 2에 나타내었다. 증폭한 16S rRNA를 코드하는 DNA 단편은 플라스미드 pBluescript II에 서브클로닝하였으며, 디데옥시 쇄 말단화 방법(Sanger F.,Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74, 5463-5467(1977))에 의해 염기배열을 결정하였다. 본 발명의 미생물의 16S rRNA 염기배열을 BLASTN searching(Stephen F. Altschul,J. Mol. Biol., 215, 403-410(1990))하여 기존에 보고된 여러 미생물의 16S rRNA 염기배열과 상동성을 비교한 결과,바실러스 써모데니트리피칸스(Bacillus thermodenitrificans)와 가장 유사하였다. 도 1은 본 발명에 따라 선별 분리된 고온성 미생물의 16S rRNA의 염기배열을 기존에 보고된 여러 미생물의 16S rRNA 염기배열과 비교하여 나타낸 것이다.First, the 16S rRNA gene of the microbial strain of the present invention uses a genomic DNA as a template, and a primer prepared based on the nucleotide sequence of the rRNA gene of Thermus thermophilus , whose base sequence is known. ) Was obtained by performing PCR (polymerase chain reaction). DNA base sequences of the used primers are shown in Table 2. The DNA fragment encoding the amplified 16S rRNA was subcloned into the plasmid pBluescript II and by dideoxy chain termination method (Sanger F., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 74 , 5463-5467 (1977)). Base sequence was determined. BLASTN searching (Stephen F. Altschul, J. Mol. Biol., 215 , 403-410 (1990)) of the 16S rRNA nucleotide sequence of the microorganism of the present invention to homology with the 16S rRNA nucleotide sequence of several microorganisms After a comparison, it was the most similar to Bacillus Thermo Denny pecan tree's (Bacillus thermodenitrificans). Figure 1 shows the base sequence of 16S rRNA of the thermophilic microorganisms screened according to the present invention compared to the 16S rRNA nucleotide sequence of several microorganisms previously reported.
이상의 결과로 본 발명의 분리균은바실러스속(Bacillusspecies)으로 동정하고바실러스속 KLS-01로 명명하였다. 이 고온균은 한국과학기술연구원 부설 생명공학연구소내 유전자원센터에 1997년 1월 24일자로 기탁하여 수탁번호 제 KCTC 0302BP 호를 부여받았다.Results isolated strain of the present invention in more were identified as Bacillus (Bacillus species) and named as Bacillus KLS-01. The pyrobacterial was deposited on January 24, 1997 to the Genetic Resource Center in the Institute of Biotechnology, affiliated with the Korea Institute of Science and Technology and was granted accession number KCTC 0302BP.
실시예 2 : 내열성 D-AAT, AlaRA 및 AspAT의 활성 정량Example 2 Activity Determination of Heat Resistant D-AAT, AlaRA and AspAT
본 발명의 고온성바실러스속 KLS-01을 5 ㎖ MY 액체 배지에 접종하고 60 ℃에서 8-10시간 배양하고 원심분리에 의해 균체를 수확한 후 초음파 파쇄기로 균체를 파쇄하여 조효소액을 얻고 이를 이용하여 상기 미생물이 생산하는 각 효소들의 활성을 측정하였다.KLS-01 of the thermophilic Bacillus of the present invention was inoculated in a 5 ml MY liquid medium, incubated at 60 ° C. for 8-10 hours, harvested cells by centrifugation, and the cells were crushed by an ultrasonic crusher to obtain a crude enzyme solution. The activity of each enzyme produced by the microorganism was measured.
(1) D-AAT 활성의 정량(1) Quantification of D-AAT Activity
D-AAT 활성을 측정하기 위한 반응액은 0.1 M 트리스 완충액(Tris-HCl, pH 8.5) 0.2 ㎖에 각각 10 mM의 D-알라닌 및 α-케토글루타르산과 배양액 0.1 ㎖에 해당하는 조효소액을 포함하도록 조제되었으며, 55 ℃에서 1 시간 동안 정치반응시켰다. D-AAT 반응에 의하여 생성된 피루브산의 양은 반응액에 0.2 ㎖의 60 % 수산화칼륨염 용액과 2 % 살리실알데히드(salicylaldehyde) 0.1 ㎖를 가하고 37 ℃에서 30분간 정치반응시켜 발색시킨 후, 물로 2 배 희석하고 480 nm에서 흡광도를 측정하여 정량하였다(Berntsson S,Anal. Chem., 27, 1659-1660(1955)).The reaction solution for measuring D-AAT activity included 10 mM D-alanine and α-ketoglutaric acid in 0.2 ml of 0.1 M Tris buffer (Tris-HCl, pH 8.5) and a coenzyme solution corresponding to 0.1 ml of the culture. It was prepared so as to, and allowed to stand at 55 ° C. for 1 hour. The amount of pyruvic acid produced by the D-AAT reaction was added to the reaction solution by adding 0.2 ml of 60% potassium hydroxide solution and 0.1 ml of 2% salicylaldehyde, and left to react at 37 ° C. for 30 minutes to develop color. Diluted fold and quantified by measuring absorbance at 480 nm (Berntsson S, Anal. Chem., 27 , 1659-1660 (1955)).
(2) AlaRA 활성의 정량(2) Quantification of AlaRA Activity
AlaRA 활성을 측정하기 위한 반응액은 0.1 M 트리스 완충액(Tris-HCl, pH 8.5) 0.2 ㎖에 각각 10 mM의 D-알라닌 및 α-케토글루타르산과 0.1 mM PLP, 그리고 배양액 0.1 ㎖에 해당하는 조효소액을 포함하도록 조제되었으며, 55 ℃에서 2 시간 동안 정치반응시킨후, 에난티오(Enantio) L1 광학활성 HPLC 컬럼(Tosoh사, 일본)을 이용하여 반응산물을 분석하였다.The reaction solution for measuring AlaRA activity was prepared in 0.2 ml of 0.1 M Tris buffer (Tris-HCl, pH 8.5), corresponding to 10 mM D-alanine and α-ketoglutaric acid, 0.1 mM PLP, and 0.1 ml of culture. The reaction product was prepared to include an enzyme solution, and allowed to stand at 55 ° C. for 2 hours, and then the reaction product was analyzed using an Enantio L1 optically active HPLC column (Tosoh, Japan).
(3) AspAT 활성의 정량(3) Quantification of AspAT Activity
AspAT 활성을 측정하기 위한 반응액은 0.1 M 인산 완충액(KPB, pH 8.0)에 5 mM L-시스테인 설피네이트, 10 mM α-케토글루타르산, 0.5 mM PLP 및 배양액 0.1 ㎖에 해당하는 조효소액을 포함하도록 조제한 후, 55 ℃에서 15 분간 반응시켰다. AspAT에 의해 생성된 β-설피노피루베이트의 양은 효소 반응액 20 ㎕를 취해 0.1 ㎖ 산성 파라-로사닐린(ρ-rosaniline)을 가하여 반응을 종결시킨 후 0.98 ㎖의 증류수와 0.1 ㎖의 0.2 % 포름알데히드(HCHO)를 첨가하고 37 ℃에서 30 분간 반응시켜 560 nm에서 흡광도를 측정함으로써 정량하였다(West, P. W. and Gaeke, G. C.,Anal. Chem., 28, 1816(1956)).The reaction solution for measuring AspAT activity was prepared in 0.1 M phosphate buffer (KPB, pH 8.0) using 5 mM L-cysteine sulfinate, 10 mM α-ketoglutaric acid, 0.5 mM PLP, and 0.1 mL of the culture solution. After preparing to contain, it was made to react at 55 degreeC for 15 minutes. The amount of β-sulfinopyruvate produced by AspAT was terminated by adding 20 ml of the enzyme reaction solution and adding 0.1 ml of acidic para-rosaniline (ρ-rosaniline), followed by 0.98 ml of distilled water and 0.1 ml of 0.2% form. It was quantified by adding aldehyde (HCHO) and reacting at 37 ° C. for 30 minutes to measure absorbance at 560 nm (West, PW and Gaeke, GC, Anal. Chem., 28 , 1816 (1956)).
본 발명에서 선별된바실러스속 KLS-01(KCTC 0302BP)에 의해 생성되는 효소 D-AAT, AlaRA 및 AspAT의 활성 측정 결과는 하기 표 3에 나타낸 바와 같다.Activity measurement results of enzymes D-AAT, AlaRA and AspAT produced by Bacillus genus KLS-01 (KCTC 0302BP) selected in the present invention are shown in Table 3 below.
실시예 3 : 본 발명의 미생물로부터 생산된 효소를 이용한 새로운 아미노산의 합성Example 3 Synthesis of New Amino Acid Using Enzyme Produced from Microorganism of the Present Invention
본 발명에 따라 선별 분리된바실러스속 KLS-01(KCTC 0302BP)이 생산하는 효소를 이용하여 D-알라닌(0.9 g/ℓ)과 α-케토글루타르산(2.3 g/ℓ)을 반응시키고, 생성된 반응산물을 에난티오 L1 광학활성 HPLC 컬럼(Tosoh사, 일본)을 이용하여 분석하였다.Used for the enzyme production is selected separation Bacillus KLS-01 (KCTC 0302BP) was reacted with D- alanine (0.9 g / ℓ) and α- keto glutaric acid (2.3 g / ℓ) in accordance with the present invention, generation The reaction product was analyzed using an Enantio L1 optically active HPLC column (Tosoh, Japan).
도 2는 본 발명의 고온성바실러스속 KLS-01으로부터 얻어진 조효소액을 기질로서 D-알라닌 및 α-케토글루타르산과 반응시켜 수득된 생성물을 에난티오 L1 광학활성 HPLC 컬럼으로 분석한 결과이다. 도 2에서 보듯이, D-글루탐산 뿐 아니라, L-알라닌과 L-글루탐산이 생성되었다. 생성된 D-글루탐산은 전적으로 D-AAT의 반응에 의해서만 생성될 수 있으며, L-알라닌은 알라닌에 특이적으로 작용하는 이성화효소인 AlaRA에 의하여 D-알라닌으로부터 생성된 것이다. L-글루탐산은 L-알라닌 아미노트랜스퍼라아제(L-AAT)의 작용에 의하여 L-알라닌과 α-케토글루타르산으로부터 생성되는 것으로 알려져 있다. 이러한 결과로부터 본 발명의 고온성 미생물바실러스속 KLS-01이 D-아미노산에 특이적으로 작용하여 다양한 D-아미노산의 생산에 이용할 수 있는 효소 D-AAT 및 알라닌에 특이적으로 작용하는 이성화 효소인 AlaRA를 생산하는 미생물임을 확인할 수 있다.Figure 2 is a result of analyzing the product obtained by reacting the coenzyme solution obtained from KLS-01 of the thermophilic Bacillus of the present invention with D-alanine and α-ketoglutaric acid as a substrate by an Enantio L1 optically active HPLC column. As shown in FIG. 2, not only D-glutamic acid but also L-alanine and L-glutamic acid were produced. The resulting D-glutamic acid can be produced solely by the reaction of D-AAT, and L-alanine is produced from D-alanine by AlaRA, an isomerase that specifically acts on alanine. L-glutamic acid is known to be produced from L-alanine and α-ketoglutaric acid by the action of L-alanine aminotransferase (L-AAT). From these results, the thermophilic Bacillus genus KLS-01 of the present invention specifically acts on D-amino acids, which is an isomerization enzyme AlaRA that specifically acts on the enzyme D-AAT and alanine, which can be used to produce various D-amino acids. It can be confirmed that it is a microorganism that produces.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 토양에서 분리된 신규 고온성 미생물바실러스속 KLS-01은 D-아미노산의 아미노기를 케토산에 전이시키는 D-ATT와 알라닌의 이성질체 형성을 촉매하는 AlaRA, 그리고 L-아스파테이트의 아미노기를 케토산에 전이시키는 AspAT를 생산하여 새로운 D- 및 L-아미노산의 효소적 합성에 생물 촉매로서 유용하게 이용될 수 있다.As it described above, according to the invention in Bacillus novel thermophilic microorganism isolated from soil-KLS 01 is AlaRA which catalyzes the formation of D-isomer of alanine and ATT transition acid cake in the amino group of the D- amino acid, and L Produces AspAT, which transfers the amino group of aspartate to keto acid, and can be usefully used as a biocatalyst for enzymatic synthesis of new D- and L-amino acids.
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