KR20020000935A - Expression vector(pGP1) for a novel phytase and Pichia pastoris-pGP1 transformant producing recombinant phytase - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 피치아 아노말라(Pichia anomala)의 파이테즈(phytase) 유전자 발현 벡터 및 그를 이용한 신규한 재조합 파이테즈를 생산하는 효모균주에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 피치아 아노말라 유래의 파이테즈 유전자가 삽입된 재조합 백터를 피치아 파스토리스 효모 균주에 도입해 형질 전환시키고 이를 발효 배양하여 재조합 파이테즈를 생산하는 형질전환된 신규한 효모균주에 관한 것이다.The present invention relates to a phytase gene expression vector of Pichia anomala and a yeast strain producing a novel recombinant phytez using the same. More specifically, the present invention introduces a transformed vector incorporating a Pythean gene derived from Peachia anomala into a Peachia pastoris yeast strain, transforms it, and fermentes and cultures it to produce a recombinant Pitez. It relates to a yeast strain.
최근 가축의 분뇨로 인한 환경 및 수질 오염의 문제가 심각히 대두되고 있기 때문에 이를 줄이기 위한 연구가 필요하다. 축산에서 환경 및 수질 오염의 원인이 되는 많은 요소들 가운데 특히 인은 생체 내 구성 물질 중에서 중요한 성분 중의 하나로 동물에 필수적인 영양소이지만, 사료 내 존재하는 인의 이용률이 매우 낮아 환경 오염의 주범이 되고 있다. 동물의 사료에 존재하는 인의 이용률을 보면, 20-30%의 유기태 인만을 이용하고 나머지는 모두 배설하기 때문에 심각한 수질오염을 야기시킬 뿐 아니라 낮은 인의 이용률 때문에 사료에 무기태 인을 첨가해 주어 사료비용을 높이고 또한 곡물의 피틴태 인은 다른 영양소나 필수 광물질과 결합하여 항 영양인자로도 작용하는 등 문제점이 있다. 그러므로 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 가축 사료 내의 잠재적 오염원이며 항 영양인자로 작용하는 인을 최대한 이용할 수 있도록 하는 저공해 사료의 개발이 시급한 실정이다.Recently, due to the serious problems of environmental and water pollution caused by livestock manure, research is needed to reduce them. Among the many factors that cause environmental and water pollution in livestock farming, phosphorus is one of the important constituents in vivo, but it is an essential nutrient for animals, but the utilization rate of phosphorus in feed is very low and it is the main culprit of environmental pollution. The use of phosphorus in animal feed shows that only 20-30% of organic phosphorus is used and the rest is excreted, resulting in severe water pollution and the addition of inorganic phosphorus to the feed due to low phosphorus utilization. In addition, the phytin of grains is also a problem such as acting as an anti-nutrient factor by combining with other nutrients or essential minerals. Therefore, in order to solve this problem, it is urgent to develop a low pollution feed that makes the best use of phosphorus acting as a potential pollutant and antinutrient in the livestock feed.
효모는 전통적으로 술과 빵의 역사와 더불어 인류의 생활에 기여해 왔으며, 주류와 빵의 발효에 있어서 가장 중요한 역할을 해 왔다. 최근 자연과학의 진보로 효모의 균체성분과 그 대사의 신비가 밝혀짐에 따라 효모의 균체가 고등 동물의 우수한 영양원이 될 뿐만 아니라 중요한 생화학적 물질의 보고이며 또한 효모의 대사에 의한 각종 유용 물질의 생산이 가능하다는 것 등이 규명되어 효모의 유용성은 점차 증가되고 있는 실정이다.Yeast has traditionally contributed to human life with the history of alcohol and bread, and has played the most important role in the fermentation of liquor and bread. Recent advances in the natural sciences have revealed the mystery of yeast cells and their metabolism. As a result, yeast cells are not only an excellent source of nutrients for higher animals, but also an important biochemical material and a variety of useful substances by yeast metabolism. It is found that the production is possible, so that the usefulness of yeast is gradually increasing.
효모의 유용성으로는 첫째, 효모는 단백질의 구조 보존(structuralintegrity), 용해도, 생물학적 활성(biological activity) 등에 중요한 역할을 하는 당쇄부가(glycosylation)를 행할 수 있고, 둘째, 효모는 비 병원성이며 무해한 GRAS(generally recognized as safe) 미생물이어서 식품 및 의약품 생산에 안정성이 입증되었으며, 셋째, 효모는 단백질을 세포 외로 분비 생산하여 정제 공정의 수율 향상에 기여할 수 있다. 메틸자화(methylotropic) 효모 피치아 파스토리스 (Pichia pastoris)는 메탄올(methanol)에 의해 발현이 정교하게 잘 조절되며 높은 발현율을 가지는 프로모터(promotor)인 AOX1 프로모터를 사용할 수 있다는 장점과 고농도의 세포 배양을 할 수 있다는 장점을 가지고 있어서 최근 외래 단백질 대량 발현을 위한 숙주로써 많은 연구가 되고 있다.The usefulness of yeast is firstly that yeast can perform glycosylation which plays an important role in protein structural integrity, solubility, biological activity, etc. Second, yeast is non-pathogenic and harmless GRAS ( Generally recognized as safe) microorganisms have proven stability in food and drug production, and third, yeast can contribute to the improvement of the purification process by secreting and producing proteins extracellularly. The methylotropic yeast Pichia pastoris has the advantage of using the AOX1 promoter, a promoter with high expression rate, which is precisely regulated by methanol, and has a high concentration of cell culture. Recently, many studies have been conducted as hosts for mass expression of foreign proteins.
파이틱 산(Phytic acid, myo-inositol 1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate)은 가금 및 돼지 사료의 대부분의 공급원인 곡물의 주요 구성 성분이다. 파이틱 산의 형태로 존재하는 인은 파이테즈(myo-inositol hexaphosphate phosphohydrolase) 효소의 작용에 의해서 미오-이노시톨(myo-inositol)과 무기태 인으로 가수분해되어 가축이 이용할 수 있는 무기태 인의 형태로 전변시킬 뿐만 아니라 여러 광물질의 이용성을 증가시킨다. 그러나 이들 사료 내 2/3 이상 존재하는 피틴태 인은 단위 동물에서 분해효소인 파이테즈의 부재로 이용할 수 없었다.Phytic acid (myo-inositol 1,2,3,4,5,6-hexakisphosphate) is a major component of cereals, the most common source of poultry and pig feed. Phosphorus, in the form of phytic acid, is hydrolyzed into myo-inositol and inorganic phosphorus by the action of the myo-inositol hexaphosphate phosphohydrolase enzyme. Not only does it change, but it also increases the availability of many minerals. However, phytintaines present in more than two-thirds of these feeds were not available in the absence of phytase, a degrading enzyme in unit animals.
이런 이유로 파이테즈효소 또한 다른 효소들처럼 단위 가축 사료에 효소 첨가제로 사용되고 있다. 파이테즈의 사료 내 첨가로 인해 인 이용성의 증진 뿐 아니라 가축 분뇨로 배설되는 유기태 인의 함량이 감소된다는 많은 연구가 보고되었으며, 이러한 파이테즈의 첨가로 인한 유기태 인의 감소는 환경문제 해결뿐만 아니라, 값비싼 광물질의 대체 물질로서의 역할을 충분히 담당할 것으로 사료된다. 따라서 본 발명은 유기태 인을 감소시키기 위해 파이테즈를 효과적으로 생산하기 위한 발현 벡터를 구축하고 이들 재조합 벡터를 숙주세포 피치아 파스토리스에 주입하여 파이테즈를 효과적으로 생산하기 위해 실시되었다.For this reason, phytase enzymes, like other enzymes, are used as enzyme additives in unit animal feed. Many studies have reported that the addition of phytez in feed reduces not only phosphorus availability but also the amount of organic phosphorus excreted in livestock manure. It is considered to play a sufficient role as a substitute for minerals. Therefore, the present invention was carried out to construct expression vectors for effectively producing phytez to reduce organic phosphorus, and to inject these recombinant vectors into host cell Pchia pastoris to produce phytez effectively.
본 발명자들은 최근 가축 분뇨로 인한 환경의 수질오염 문제를 감소시키기 위해 곡물 내 피틴태 인을 분해하는 효소인 파이테즈를 생산하는 생균제를 만들기 위한 방법의 일환으로 유전자 재조합 기법을 사용하여 파이테즈 발현 벡터를 구축하고 이를 피치아 파스토리스 균주에 형질전환시켜 재조합 파이테즈를 생산하는 균주를 만들었다. 현재 대부분의 연구자들이 사용하는 프로모터로는 gal 프로모터 (Saccharomyces)나 AOX1 프로모터(P. pastoris)등 유도성 프로모터들을 사용하는데 본 발명에서는 목적상 사료 첨가제로 사용하기 위한 것이고 또 갈락토오스 (galactose)나 메탄올(methanol)등은 사료나 동물체 내에서 만나기 어려운 유도 인자이므로 피치아(Pichia)균이 동물체 내에서 생존시 발현이 안 되는 단점이 있어 연속적으로 발현되는 연속적 프로모터(constitutive promotor)인 GAP(glyceraldeh-yde 3-phosphate dehydrogenase) 프로모터를 사용하였고 피치아 아노말라 파이테즈의 분비 인자(signal peptide)를 그대로 사용하여 발현시 세포 밖으로 분비되도록 하였다.The present inventors have recently discovered the use of phytez expression vectors using genetic recombination techniques as part of a method for making probiotics that produce phytase, an enzyme that breaks down phytinin in grains to reduce the environmental water pollution problems caused by livestock manure. Build it and Peachia pastoris strains were transformed to produce strains that produce recombinant phytes. Currently, most researchers use the gal promoter (Saccharomyces) Or AOX1 promoter (P. pastoris)Etc. Inducible promoters are used in the present invention for use as feed additives, and galactose or methanol may be difficult to meet in feeds or animals.PichiaThe bacterium cannot be expressed when surviving in an animal, and thus, a GAP (glyceraldeh-yde 3-phosphate dehydrogenase) promoter, which is a continuously expressed constitutive promoter, was used. Signal peptide) was used as it is to secrete out of the cells during expression.
본 발명은 기존의 연구자들이 피치아(Pichia)에서 연구한 효소 역가가 높다고 보고한 인분해효소의 염기서열(sequence)을 바탕으로 프라이머를 제작하고 이 프라이머를 바탕으로 여러 가지 다른 피치아에서 genomic DNA를 추출하여 PCR로 증폭된 절편(fragment)을 효모용 벡터에 삽입(ligation)시킨 후 인분해효소 (phosphatase)를 발현 할 수 없는 돌연변이된 피치아 파스토리스에 형질 전환시켜 파이테즈 활성도(activity)를 측정하였다. 종래에는 효소를 대량 생산하기 위해 유도성 프로모터를 사용한 후 정제하여 사료에 첨가하는 방법을 사용하였으나, 본 발명은 효소를 정제하는 과정 없이 형질 전환된 효모 배양액 자체를 사료에 첨가하는 방법으로 배양액 내에서 생산되는 파이테즈 뿐만 아니라 효모의 일부가 동물의 위장을 통과해 소장, 대장에서 살아 남았을 때 연속적으로 파이테즈를 발현할 수 있는 효소 생균제를 생산하는 장점이 있고 또한 생산 효율적인 면에서도 정제 비용을 절감할 수 있어서 효율적인 것이다.The present invention is to prepare a primer based on the sequencing of phosphatase reported by the existing researchers that the enzyme titer studied in Pichia is high and genomic DNA in several different pitches based on this primer The fragments amplified by PCR were inserted into the yeast vector, and then transformed into mutant Peachia pastoris that cannot express phosphatase, thereby reducing the phytase activity. Measured. Conventionally, in order to mass-produce an enzyme, a method of using an inducible promoter and then purifying and adding it to a feed was used. However, the present invention is a method of adding a transformed yeast culture itself to a feed without purifying the enzyme. The production of enzyme probiotics that can express phytez continuously when not only the lutease produced but also some of the yeast passes through the animal's stomach and survives the small intestine and the large intestine, can also reduce the cost of purification in terms of production efficiency. It can be efficient.
따라서, 본 발명의 목적은 피치아 아노말라(Pichia anomala)로부터 유래한 파이테즈 유전자가 삽입된 재조합 플라스미드를 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 파이테즈 유전자가 삽입된 재조합 플라스미드를 도입하여 형질 전환된 신규한 피치아 파스토리스 효모 균주를 제공함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 효모균주가 생산하는 재조합 파이테즈 효소를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to use a pitchia anomala (Pichia anomala)The present invention provides a recombinant plasmid into which a Paetez gene derived from the gene is inserted. Another object of the present invention is a novel Peach Pastoris transformed by introducing a recombinant plasmid into which the Paetez gene is inserted. To provide a yeast strain. Still another object of the present invention is to provide a recombinant phytase enzyme produced by the yeast strain.
본 발명의 상기 목적은 피치아 아노말라(Pichia anomala)유래의 파이테즈 (phytase) 유전자를 PCR을 이용하여 정확한 부분만을 증폭시켜 이것을 효모용 벡터에 삽입하여 파이테즈 발현을 위한 벡터를 구축한 후 인분해효소가 돌연변이되어 발현하지 않는 피치아 파스토리스(Pichia pastoris) 효모균주에 도입하여 형질 전환시킨 후 배양하여 형질전환체를 얻고 다시 그 형질전환체를 배양하여 파이테즈 유전자 발현에 따른 단백질의 생성을 조사하고 형질 전환된 효모균주를 배양하여 생산함으로써 달성하였다.The above object of the present invention is a peach anomala (Pichia anomala)Derived phytase gene was amplified only by PCR and inserted into the yeast vector to construct a vector for phytase expression. Peachia Pastoris (Pichia pastorisA) transformed into a yeast strain, transformed and cultured to obtain a transformant, and then cultured the transformant to investigate the production of the protein according to the expression of the Paetez gene and to produce and transform the transformed yeast strain.
도 1은 본 발명의 피치아 아노말라(Pichia anomala)파이테즈(phytase)를 발현하는 플라스미드 벡터 pGP1 의 제조 모식도이다.Figure 1 is a schematic diagram of the production of a plasmid vector pGP1 expressing Pichia anomala phytase of the present invention.
도 2는 본 발명의 피치아 파스토리스-pGP1에서 발현 정제된 재조합 파이테즈를 SDS-PAGE겔에서 분석하여 나타난 결과이다.Figure 2 shows the results of the analysis of recombinant phytase expressed and purified in Pchia pastoris - pGP1 of the present invention in an SDS-PAGE gel.
본 발명은 피치아 파스토리스(Pichia pastoris)-GS115 균주를 외래 단백질 생산을 위한 숙주로서 선택하고 자체 인분해효소(phosphatase)가 발현하지 않는 돌연변이체인 피치아 파스토리스(pho1) 를 만드는 단계 ; 프라이머를 이용하여 피치아 아노말라(Pichia anomala)의genomic DNA로부터 파이테즈(phytase)유전자를 PCR 증폭하는 단계 ; 상기 증폭한 파이테즈 유전자를 벡터 pGAPZαA에 삽입시켜E.coliTop10F' 균주에 도입하여 형질 전환시킨 후 이 형질전환체로부터 파이테즈를 발현시킬 수 있는 재조합 플라스미드 pGP1를 분리하는 단계 ; 상기 재조합 플라스미드 pGP1로 피치아 파스토리스(pho1) 효모균주에 형질 전환시키는 단계 ; 상기 형질 전환시킨 피치아 파스토리스(pho1)-pGP1 효모균주 콜로니(colony)들을 항생제인 제오신(Zeocin)이 포함된 배지에서 배양하여 형질전환체를 선별하고 상기 피치아 파스토리스(pho1)-pGP1 효모균주 콜로니들이 형질전환체임을 검정하는 단계 ; 상기 형질전환체 피치아 파스토리스(pho1)-pGP1 효모균주를 배양한 후 배양액을 파이테즈 선별 용액(phytase screening solution(PSS))으로 파이테즈 발현을 확인하고 발현량을 측정하는 단계로 구성된다.The present invention selects the Pichia pastoris (GS115) strain as a host for foreign protein production, and the step of making a pitah pastoris ( pho1 ) which is a mutant that does not express its own phosphatase; PCR amplifying a phytase gene from genomic DNA of Pichia anomala using a primer; Inserting the amplified phytez gene into the vector pGAPZαA and introducing into the E. coli Top10F 'strain, and then separating the recombinant plasmid pGP1 capable of expressing phytez from the transformant; Transforming the Pchia pastoris ( pho1 ) yeast strain with the recombinant plasmid pGP1; The transformed Pchia pastoris ( pho1 ) -pGP1 yeast strain colonies (colonies) were cultured in a medium containing an antibiotic Zeocin to select transformants and the Pchia pastoris ( pho1 ) -pGP1 Assaying that yeast strain colonies are transformants; After culturing the transformant Peachia pastoris ( pho1 ) -pGP1 yeast strain, the culture medium is composed of the step of confirming the expression of the phytase with a phytase screening solution (PSS) and measuring the expression amount.
이하 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the specific method of the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited only to these Examples.
실시예 1 : 피치아 파스토리스(Example 1 Peachia Pastoris ( Pichia pastoris)-Pichia pastoris)- GS115 균주를 외래 단백질 생산을 위한 숙주로서 선택하고 자체 인분해효소(phosphatase)가 발현하지 않는 돌연변이체(mutant) 피치아 파스토리스(The GS115 strain was selected as a host for foreign protein production and mutant pichia pastoris, which does not express its own phosphatase ( Pichia pastoris(pho1))Pichia pastoris (pho1)) 균주의 개발Development of the strain
문헌조사와 KCTC, ATCC등의 미생물 기탁 기관을 통하여 히스티딘 탈수소효소(histidine dehydrogenase) 활성이 결여된 영양소 요구 균주 피치아 파스토리스(Pichia pastoris)-GS115 균주를 공시균주로 이용하였다. 피치아 파스토리스-GS115 균주는 YPD 배지에서 배양한 세포를 50mM EDTA로 2번 세척하고 증류수로 1번 세척한 후 15,000개의 세포를 YPD 평판배지에 깔고 UV에서 30초, 1분, 1분 30초, 2분 간격으로 노출시켜 30℃에서 배양해 벨벳천을 사용하여 다른 YPD 평판배지에 복제본(replica)을 뜬 후 그 배지에 PSS 용액을 부어 갈색으로 변하지 않는 콜로니를 선발하였다. 선발된 콜로니는 다시 YPD 배지에 키운 후 야생균주(wild type) 피치아 파스토리스- GS115와 함께 인분해효소 및 파이테즈 분석을 실시하여 인분해효소가 돌연변이(mutation)된 피치아 파스토리스(pho1)를 선발하였다.Nutrient requesting strain Pichia pastoris- GS115 lacking histidine dehydrogenase activity was used as a test strain through a literature review and microorganisms such as KCTC and ATCC. Peachia Pastoris-GS115 strain washes cells cultured in YPD medium twice with 50 mM EDTA and once with distilled water, and then spreads 15,000 cells in YPD plate medium for 30 seconds, 1 minute, 1 minute 30 seconds under UV. After exposure to 2 minutes, incubated at 30 ° C. and cloned on another YPD plate medium using a velvet cloth, PSS solution was poured into the medium to select brown colonies that do not turn brown. The selected colonies were grown on YPD medium and subjected to phosphatase and phytase analysis with wild type Peachia pastoris-GS115 to mutate phosphatase ( pho1 ). Was selected.
실시예 2 : 피치아 아노말라 유래의 파이테즈를 생산하기 위한 재조합 벡터 및 형질전환된 균주제조Example 2 Preparation of Recombinant Vectors and Transformed Strains for Producing Pytease from Peachia Anomala
제1단계 : 프라이머를 이용한 피치아 아노말라 파이테즈 유전자의 PCR 증폭First step: PCR amplification of the Peachia anomala Paitez gene using primers
피치아 앙구스타(Pichia angusta(=Hansenula polymorpha))의Pho1 서열(sequence)을 바탕으로 아래와 같이 프라이머를 제작하고 그 프라이머를 이용하여 PCR 증폭(PCR amplification)을 실시하였다.Based on the Pho 1 sequence of Pichia angusta (= Hansenula polymorpha ), a primer was prepared as follows and PCR amplification was performed using the primer.
파이테즈의 PCR 증폭을 위한 프라이머Primer for PCR amplification of Fightez
HPPN : 5'-TTTTTCGAAACGATGTTTTCC-3'(21mer)HPPN: 5'-TTT TTCGAA ACGATGTTTTCC-3 '(21mer)
SfuI Spu i
HPPC : 5'-TTTTCTCGAGTTTAGTTGTTCT-3'(22mer)HPPC: 5'- TTTT CTCGAG TTTAGTTGTTCT-3 '(22mer)
XhoI Xho I
각각의 프라이머는 pGAPZαA 벡터의SfuI와XhoI 부위에 삽입될 수 있도록SfuI/XhoI 인식 부위를 인위적으로 부가하였다. PCR 조건은 94℃에서 3분간 디내츄레이션(denaturation)시킨 다음 30 사이클(cycle)의 PCR 증폭을 실시하였다. 디내츄레이션(Denaturation)은 95℃에서 30초간, 어닐링(annealing)은 58℃에서 30초, 신장(extension)은 72℃에서 100초간 그리고 마지막 사이클(cycle)에서 마지막 신장(last extension)은 72℃에서 5분간 실시하였다. PCR을 통해 증폭된 DNA는 아가로스 겔 전기영동(agarose gel electrophoresis)과 유전자 염기서열을 결정하여 확인하였다. 피치아 아노말라 유래의 파이테즈 염기서열은 기존에 알려진 피치아 앙구스타(=Hansenula polymorpha)의Pho1 서열과 95% 상동성을 보여 동류의 효소임을 알 수 있다. 그러나 피치아 앙구스타Pho1은 인분해효소(phosphatase)로만 알려져 있어 본 발명을 위한 연구에서 밝혀진 내용과는 상당한 차이가 있다.(6단계 참조)Each primer was artificially added to the Sfu I / Xho I recognition site to be inserted into the Sfu I and Xho I site of the pGAPZαA vector. PCR conditions were denatured at 94 ° C. for 3 minutes, followed by 30 cycles of PCR amplification. Denaturation at 95 ° C for 30 seconds, annealing at 58 ° C for 30 seconds, extension at 72 ° C for 100 seconds and last extension at 72 ° C 5 minutes at. DNA amplified by PCR was confirmed by determining agarose gel electrophoresis and gene sequence. The phytez sequence derived from Peachia anomala shows 95% homology with the Pho 1 sequence of Peacha angusta ( = Hansenula polymorpha ), which is known to be a homologous enzyme. However, Pchia angusta Pho 1 is known only as a phosphatase, which is quite different from what is found in the study for the present invention (see step 6).
제2단계 : 상기 증폭한 파이테즈 유전자를 벡터 pGAPZ αA에 삽입(ligation)하여 발현 벡터 구축Second step: constructing an expression vector by inserting the amplified Pitez gene into vector pGAPZ αA
PCR를 이용하여 증폭한 파이테즈 유전자를SfuI/XhoI 제한효소처리를 하고, 마찬가지로 pGAPZαA 벡터도 동일한 제한 효소인SfuI/XhoI 제한 효소로 처리한 다음 삽입시켰다. 삽입 산물(ligation product)을 100㎕의 콤페턴트 세포(competent cell)에 섞은 후 0.2cm 큐벳에 넣은 후 400 ohms, 25㎌, 6.25KV/cm로 전기천공하여 형질 전환을 실시하였다. 형질전환 후E. coli의 배양은 low salt LB medium(10g 트립톤(tryptone), 5g 염화나트륨(NaCl), 5g 효모추출물 per liter)을 10N 수산화나트륨(NaOH)을 이용하여 pH 7.5로 조정하고 항생제 제오신(Zeocin)을 ml당 25㎍이 배지에 첨가되도록 하여 agar 배지에서 배양하였다. 형질전환체로부터 플라스미드 DNA를 추출한 뒤 DNA 염기서열을 확인하여 파이테즈를 발현시킬 수 있는 재조합 플라스미드 pGP1 벡터를 최종 선발하였다(도 1).The Pitez gene amplified by PCR was subjected to Sfu I / Xho I restriction enzyme treatment. Similarly, the pGAPZαA vector was treated with the same restriction enzyme Sfu I / Xho I restriction enzyme and then inserted. The ligation product was mixed into 100 µl of competent cells, put into 0.2 cm cuvettes, and transformed by electroporation at 400 ohms, 25 Hz, 6.25 KV / cm. After transformation, the culture of E. coli was adjusted to pH 7.5 with low salt LB medium (10 g tryptone, 5 g sodium chloride (NaCl), 5 g yeast extract per liter) using 10N sodium hydroxide (NaOH) and antibiotic preparation. Zeocin was incubated in agar medium with 25 μg per ml added to the medium. After extracting the plasmid DNA from the transformant, the DNA sequencing was confirmed to finally select a recombinant plasmid pGP1 vector capable of expressing Paetez (FIG. 1).
제3단계 : 피치아 파스토리스Stage 3: Peachia Pastoris (pho1)(pho1) 의 형질 전환Transformation
정제한 pGP1 DNA 10 ug을 가지고 호스트로 사용할 효모인 피치아 파스토리스(pho1)에 형질 전환을 실시하였다. 먼저 DNA는AvrI 제한 효소로 소화시켜 선형으로(linear) 만들어 준 후 실행한다. 숙주균주인 피치아 파스토리스(pho1)는 YPD 배지 50mL에 접종하여 30℃에서 하룻밤 배양한 다음 500mL의 YPD 배지에 0.5mL의 종균(culture)을 접종하고 OD600이 1.3이 될 때까지 배양하였다. 그리고, 4℃에서 1,500 ×g로 5분간 원심분리한 후 500mL의 냉각 멸균 증류수로 현탁하여 동일한 조건으로 원심분리하고 다시 250mL의 냉각 멸균 증류수로 같은 과정을 반복하여 최종 부피가 1.5mL이 되는 컴페턴트 세포(competent cell)을 만들었다. 이 컴페턴트 세포 80 ㎕과 선형(linearized) DNA 10 ㎍을 섞어 0.2 cm 전기천공용 큐벳(electroporation cuvette)에 넣고 얼음에서 5분간 정치 후 1500 volt, 200 Ω에서 전기천공을(electroporation)하여 형질전환시켰다. 그후, 즉시 1 mL의 1 M 솔비톨(sorbitol)을 붓고 멸균된 마이크로원심분리 튜브(microcentrifuge tube)에 옮긴 후 YPD 플레이트에 깔고 30℃에서 콜로니가 형성될 때까지 배양하였다.10 ug of purified pGP1 DNA was transformed into Peach Pastoris (pho1) , a yeast to be used as a host. The DNA is first digested with Avr I restriction enzymes and made linear. The host strain Peachia pastoris (pho1) was inoculated in 50 mL of YPD medium and incubated overnight at 30 ° C., and then inoculated with 0.5 mL of the culture in 500 mL of YPD medium and cultured until OD 600 became 1.3. After centrifugation at 1,500 × g for 5 minutes at 4 ° C., suspended in 500 mL of cold sterilized distilled water, centrifuged under the same conditions, and the same process was repeated with 250 mL of cold sterilized distilled water. The final volume was 1.5 mL. Competent cells were made. 80 μl of the competent cells and 10 μg of linearized DNA were mixed, placed in a 0.2 cm electroporation cuvette, allowed to stand on ice for 5 minutes, followed by electroporation at 1500 volt and 200 Ω for transformation. I was. Immediately thereafter, 1 mL of 1 M sorbitol was poured, transferred to sterile microcentrifuge tubes, laid on a YPD plate, and incubated at 30 ° C. until colonies formed.
제4단계 : 피치아 파스토리스 형질전환체의 선별Step 4: Selection of Pchia Pastoris Transformant
본 단계에서는 상기 3단계에서 형성한 콜로니가 형질전환체인지 여부를 확인하기 위하여 상기 1단계의 선별 과정을 거쳤다. 벡터 내에 포함되어 있는 제오신 내성 유전자(Zeocin resistant gene)가 배지 내에 존재하는 제오신에 대해 저항성을 주는 점을 이용하여 YPD/zeosin 배지에 도말하여 살아 남은 형질전환체를 선발하였다. 다음으로 형질전환된 콜로니에 파이테즈 선별용액(PSS ; α-naphtyl phosphate 0.1%(W/V), Fast Garnet GBC salts 0.2%(W/V), 0.6M acetate buffer(pH5.5))을 부어서 갈색으로 변하는 콜로니를 선발하고 이를 피치아 파스토리스-pGP1으로 명명하였다. 본 발명자들은 이 균주를 한국과학기술연구원 생명공학연구소내 미생물기탁센터에 2000년 6월 19일자로 기탁번호 KCTC 18024P로 기탁하였다.In this step, the screening process of step 1 was performed to confirm whether the colony formed in step 3 is a transformant. The surviving transformants were selected by smearing on YPD / zeosin medium using the fact that the zeocin resistant gene contained in the vector is resistant to the zeocin present in the medium. Next, pour the transformed colonies into the Pitez selection solution (PSS; α-naphtyl phosphate 0.1% (W / V), Fast Garnet GBC salts 0.2% (W / V), 0.6M acetate buffer (pH5.5)). Colonies that turn brown were selected and named Pchia Pastoris-pGP1. The present inventors deposited the strain under the accession number KCTC 18024P dated June 19, 2000 in the microbial deposit center of the Korea Institute of Science and Technology.
제5단계 : 피치아 파스토리스 pGP1의 파이테즈 발현 여부 조사Step 5: Investigate whether Pitiaz expression of Pchia Pastoris pGP1
본 단계에서는 Hartingsveldt W. V., et al(1987)의 방법을 응용하여 파이테즈 분석 실험(phytase assay)을 실시하였다. 파이테즈 배양 샘플(sample)을 0.25M Na·acetate pH 5.0와 1mM Na·phytate(Sigma)가 함유된 시약에 넣어 1ml이 되게 하여 40℃에서 30분간 반응시킨 후 2ml의 시약(reagent)(10mM ammonium molybdate : 5N H2SO4: acetone 을 1 : 1 : 2 비율로 사용 직전 섞어 만듬) 을 첨가하여 반응시키고 200㎕ 1M citric acid를 첨가하여 반응을 중지시킨 후 405nm에서 흡광도를 측정하였다.In this step, a phytase assay was performed using the method of Hartingsveldt WV, et al (1987). A phytez culture sample was placed in a reagent containing 0.25 M Naacetate pH 5.0 and 1 mM Na phytate (Sigma) to 1 ml and reacted at 40 ° C. for 30 minutes, followed by 2 ml of reagent (10 mM ammonium). molybdate: 5N H 2 SO 4 : acetone was mixed in a 1: 1: 2 ratio just before use), and the reaction was stopped by adding 200 μl 1M citric acid to measure the absorbance at 405 nm.
제6단계 : 피치아 파스토리스 pGP1 파이테즈의 정제 및 효소학적 특성 조사Step 6: Purification and Enzymatic Characterization of Pchia Pastoris pGP1 Pitez
피치아 파스토리스-pGP1를 YPD 100ml에 접종하여 30℃에서 36시간 키운 후 원심분리하여 상층액 100ml을 50mM Na. acetate buffer pH4.5로 완충시킨 음이온 교환수지인 Q6-컬럼(column)에 부착시킨 다음 두 볼륨의 같은 버퍼로 세척한 뒤 0.3M NaCl로 용출(elution)하여 순수하게 정제하였다(표 1 참조). 정제된 단백질을 음이온 세제인 SDS를 포함하는 폴리아크릴아마이드 겔 전기영동(SDS-PAGE)을 통해분석한 결과 67kDa의 분자량을 갖고 있음을 확인하였고 순수하게 정제되었음을 확인하였다(도 2).피치아 파스토리스-pGP1에서 발현정제된 파이테즈의 SDS-PAGE 레인 1-3 ; 3개의 클론체로부터 독립적으로 파이테즈를 Q6-column에 주입하여 10% SDS-PAGE겔에서 분석하였다. 겔에 넣은 단백질의 양은 우측이 좌측의 2배였다. 본래 피치아 파스토리스-GS115 균주가 갖고 있는Pho1효소는 분자량이 80 - 100 kDa 으로 피치아 파스토리스-pGP1에서 분리한 효소보다 크고 또한 본 발명에 사용한 숙주는Pho1을 발현하지 못하는 변종이어서 위에 정제한 효소는 피치아 아노말라에서 분리하여 형질전환된 재조합 파이테즈임이 확실하였다. 본 발명 상기 균주는 1L YPD 배지에서 배양시 배지 속으로 7,700 unit의 파이테즈를 분비하고 12,600 unit을 세포벽에 갖고 있어 총 20,300 unit을 발현하여 형질전환 전의 피치아 파스토리스-GS115 균주보다 약 20배 정도 높게 파이테즈를 발현하였다. 분리한 파이테즈의 최적 pH는 5.0이고 최적 온도는 60∼65℃ 이다. 또한 YPD 배지처럼 인이 풍부하게 존재하는 배지에서도 다량으로 파이테즈를 발현하는 점이 일반 효모와는 확연하게 달라서 인이 충분하게 함유된 배지를 이용해야 하는 산업적 규모의 대량 배양 시에도 다량으로 본 효소를 분비하므로 경제적 가치가 크다고 할 수 있다. 또한 본 발명 효모균주는 연속적으로 파이테즈를 생산하며 사료 첨가제로 동물에 제공시 장내에서도 생산이 가능한 장점이 있다. 또한 같은 종인 피치아(Pichia)에서 유래하는 파이테즈를 피치아에 형질전환시킴으로써 기존의 박테리아(bacteria)에서 유래하는 파이테즈를 피치아에 형질전환시킨 것보다 효소 생산이나 안정성 면에서 매우 우수하다고 말할 수 있다.Pchia Pastoris-pGP1 was inoculated in 100 ml of YPD and grown at 30 ° C. for 36 hours, followed by centrifugation. It was attached to Q6-column, an anion exchange resin buffered with acetate buffer pH4.5, washed with two volumes of the same buffer, and purified by elution with 0.3 M NaCl (see Table 1). The purified protein was analyzed by polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) including SDS, an anionic detergent, and found to have a molecular weight of 67 kDa and to be purified purely (FIG. 2). SDS-PAGE lanes 1-3 of the Phytez purified from Toris-pGP1; Independently from three clones, phytes were injected into Q6-column and analyzed on 10% SDS-PAGE gels. The amount of protein in the gel was twice on the right side. Peach Pastoris-GS115 StrainPho1The enzyme has a molecular weight of 80-100 kDa and is larger than the enzyme isolated from Pchia pastoris-pGP1.Pho1Since the strain was unable to express the enzyme purified above was confirmed that the transformed recombinant phytze was isolated from Peachia anomala. The strain of the present invention secretes 7,700 units of phytase into the medium when cultured in 1L YPD medium and has 12,600 units in the cell wall, thus expressing a total of 20,300 units, which is about 20 times higher than Peachia Storris-GS115 strain before transformation. Highly expressed Fightes. The optimum pH of the isolates was 5.0 and the optimum temperature was 60-65 ° C. In addition, the expression of phytez in a large amount in a phosphorus-rich medium such as YPD medium is significantly different from that of general yeast. Because of its secretion, it can be said that its economic value is great. In addition, the yeast strain of the present invention continuously produces phytes and has the advantage that it can be produced in the intestine when provided to the animal as a feed additive. Also the same species PeachiaPichia)By transforming the phytase derived from Pychiae to transformed into Peachia derived from the existing bacteria (bacteria) can be said to be much better in terms of enzyme production or stability.
이상의 실시예를 통하여 맹백한 바와 같이 본 발명은 상기 pGP1 벡터를 피치아 파스토리스(Pichia pastoris) 효모균주에 도입하여 형질전환시킴으로써 다량의 안정성이 뛰어난 재조합 파이테즈 효소를 생산하는 효과가 있다. 또한 상기의 효모균주를 직접 사료에 첨가하여 단위 동물에 제공함으로써 장내에서도 효소의 생산이 가능해져 파이테즈 효소 정제비용을 절감시키는 효과가 있고, 본 발명 효모균주를 사료 첨가물로 사용시 단위 동물의 분뇨 내 인의 배설량을 감소시켜 환경오염을 감소시키는 뛰어난 효과가 있으므로, 본 발명은 동물 사료 산업 및 환경보전 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.As mentioned above, the present invention is effective in producing a large amount of recombinant phytase enzyme having excellent stability by introducing and transforming the pGP1 vector into Pichia pastoris yeast strain. In addition, by adding the yeast strain to the feed directly to the unit animal, it is possible to produce enzymes in the intestine, thereby reducing the purification cost of the enzyme, and when using the yeast strain of the present invention as a feed additive, Since there is an excellent effect of reducing the amount of phosphorus excretion to reduce environmental pollution, the present invention is a very useful invention in the animal feed industry and environmental conservation industry.
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