KR20020029213A - E.coli variety producing L-threonine and producing method of L-threonine using thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An L-threonine producing mutant strain and a method for producing L-threonine using the same strain are provided, thereby producing the L-threonine in higher yield. CONSTITUTION: The L-threonine producing mutant strain is obtained by transduction between E. coli(ATCC 21148) and E. coli(ATCC 21151) to obtain E. coli HT101; treating E. coli HT101 with NTG as a mutagen to select E. coli HT201 having AHV resistance; spreading the selected E. coli HT201 on a medium without isoleucine and DAP to select E. coli MT101 having slow growth rate; culturing E. coli MT101 in a medium containing high concentration of aspartate and homoserine to obtain E. coli MT201(KCTC 18048P). The method for producing L-threonine using E. coli MT201(KCTC 18048P) comprises the steps of: inserting pyruvate carboxylase gene derived from Corynebacterium glutamicum(ATCC 31831) into a plasmid pTrc99A to construct a recombinant plasmid pPC; transforming E. coli MT201(KCTC 18048P) with the plasmid pPC to produce E. coli MT201/pPC; and fed batch fermenting E. coli MT201/pPC in a medium containing glucose and sodium citrate.

Description

L-트레오닌 생산 변이주 및 그를 이용한 L-트레오닌 생산방법 {E.coli variety producing L-threonine and producing method of L-threonine using thereof}L-threonine-producing mutants and L-threonine-producing method using the same

본 발명은 L-트레오닌 생산 변이주 및 그를 이용한 L-트레오닌 생산방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 공지 대장균으로부터 아미노산 요구성 및 아미노산 유사물질에 내성을 가지는 변이주를 획득하고 공시균주로부터 획득한 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 구조 유전자를 공시 플라스미드에 삽입하여 구축한 재조합 플라스미드를 상기 변이주에 도입하여 필수아미노산인 L-트레오닌 고효율 생산 재조합 형질전환체를 제조한 후 이 균주를 이용하여 L-트레오닌을 고효율로 생산하는 발효생산방법에 관한 것이다.The present invention relates to L-threonine production mutant strain and L-threonine production method using the same. More specifically, the present invention was obtained by obtaining a mutant strain having resistance to amino acid requirements and amino acid analogs from known E. coli and inserting a pyruvate carboxylase structural gene obtained from the test strain into a plasmid. Recombinant plasmids are introduced into the mutant strain to produce high-efficiency L-threonine, which is an essential amino acid. The present invention relates to a fermentation method for producing L-threonine with high efficiency using this strain.

트레오닌 (threonine)은 2개의 부재탄소를 가지며 4종류의 입체 이성질체가 존재하는 화학물질인데 이들 중에서 L-트레오닌은 필수 아미노산으로서 우리의 몸에 없어서는 안 될 중요한 아미노산이다. L-트레오닌은 동물 사료 및 식품의 첨가제로 널리 사용되며 의약용 (예를 들면, 아미노산 제제 등)으로 수액제, 의약품의 합성 및 생산원료로 사용되고 있다. 그러나, 자연계에서 L-형 트레오닌만을 화학적으로 분리한다는 것은 쉽지 않다. 발효법으로 생산되는 아미노산은 모두 L형이며, 특히 특정 아미노산을 값싼 원료로부터 단순한 공정에 의해서 높은 수득률로 생성, 축적시킬 수 있고 분리도 간단하게 되므로 공업적인 아미노산 제조법으로 널리 이용되고 있다.Threonine is a chemical that has two free carbons and four types of stereoisomers. Among them, L-threonine is an essential amino acid that is indispensable to our body. L-threonine is widely used as an additive in animal feed and food, and is used as a medicinal product (eg, amino acid preparations, etc.) as a fluid preparation, a synthesis and a production raw material. However, it is not easy to chemically separate only L-type threonine in nature. The amino acids produced by the fermentation method are all L-type, and since the specific amino acids can be produced and accumulated in a high yield by a simple process from a cheap raw material, and are easily separated, they are widely used as industrial amino acid production methods.

α-아미노-β-하이드록시발레릭산 (α-amino-β-hydroxyvaleric acid, 이하 AHV)은 세균의 생장을 억제하는 L-트레오닌 유사물질 (analogue)이다. AHV는 L-트레오닌과 구조적으로 유사하여 과잉 축적된 L-트레오닌에 의하여 피드백 저해를 받는 효소들은 AHV에 의해서도 활성이 저해된다. 결과적으로, AHV의 존재하에서 세포 성장은 이러한 경로를 통해 저해된다. AHV에 대한 내성 변이주는 대장균 (Escherichia coli),브레비박테리움 (Brevibacterium) 속, 코리네박테리움 (Corynebacterium) 속과 같은 미생물들로부터 분리되는데 이런 내성 변이주는 L-트레오닌의 축적에 의한 피드백 저해가 해제되는 특징이 있다.α-amino-β-hydroxyvaleric acid (AHV) is an L-threonine analogue that inhibits the growth of bacteria. AHV is structurally similar to L-threonine, and enzymes that are inhibited by the over-accumulated L-threonine are also inhibited by AHV. As a result, cell growth in the presence of AHV is inhibited through this pathway. E. coli strains resistant to AHV (Escherichia coli),Brevibacterium (Brevibacterium), Corynebacterium (CorynebacteriumIt is isolated from microorganisms such as the genus), and this resistance mutation is characterized by the release of feedback inhibition by the accumulation of L-threonine.

L-트레오닌 대량생산을 위하여 통상적으로 유전자 재조합법을 이용하여 L-트레오닌 합성에 상관하는 효소군의 구조 유전자를 대량으로 발현시키는 방법 [미국특허 4,278,765.(1981), 일본공개특허 소61-70983, 유럽특허 제0,131,171호, Appl. Microbiol. biotechnol., 34. 617-622 (1991)] 등도 보고되고 있으나 이러한 방법들은 L-트레오닌의 대량생산을 위한 배양 중에 제작된 플라스미드들의 안정성이 크게 저하되는 문제점이 있었다. 이의 보완을 위하여 L-트레오닌 오페론 함유 플라스미드의 안정성을 높이기 위하여 여러 방법 [미국특허 제4,278,765.(1981), Gene, 31.275-277.(1984), 대한민국특허 제107376호]이 공지되어 있으며, 플라스미드의 안정성을 유지하기 위하여 대용량 발효 (large-scale fermentation)시 항생제를 첨가시키는 등의 방법도 사용되었다. 그렇지만, 위에서 언급된 방법들에 의하여 만들어진 플라스미드들은 L-트레오닌의 대량생산을 위한 발효공정에서는 제품 원가 측면 및 안정성 측면에서 바람직하지 못한 측면을 보이고 있다.For mass production of L-threonine, a method of expressing a large amount of structural genes of a group of enzymes correlated to L-threonine synthesis using gene recombination methods in general [US Pat. No. 4,278,765. (1981), Japanese Patent Laid-Open No. 61-70983, EP 0,131,171, Appl. Microbiol. biotechnol., 34. 617-622 (1991)] and the like, but these methods have a problem that the stability of the plasmids produced during the culture for the mass production of L-threonine is greatly reduced. In order to improve the stability of the L-threonine operon-containing plasmid to improve the stability of several methods [US Pat. No. 4,278,765. (1981), Gene, 31.275-277. (1984), Republic of Korea Patent No. 107376] is known, In order to maintain stability, methods such as adding antibiotics during large-scale fermentation were also used. However, the plasmids produced by the above-mentioned methods show undesirable aspects in terms of product cost and stability in the fermentation process for mass production of L-threonine.

본 발명자들은 이를 개선하기 위하여 L-트레오닌의 대량생산을 시도하였다. L-트레오닌의 생산을 위해 포도당 대사계에 변화를 주어 L-트레오닌의 효율적 대량생산계를 이룩하고자 하였다. 먼저, 본 발명에서는 L-트레오닌 대량생산을 위하여 아미노산 영양요구성 및 아미노산 유사물질에 내성을 가지는 인공변이주를 유도하였다. 그리고, L-트레오닌의 대량생산을 위해서는 전구 물질인 옥살로아세테이트 (oxaloacetate)의 과량합성이 필요하므로 (도 1) 이를 위하여 코리네박테리움 글루타미쿰 (Corynebacterium glutamicum) ATCC31831로부터 얻어진 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 유전자를 피루베이트 카르복실라제 구조 유전자가발현되는 플라스미드 pTrc99A에 삽입시켰다. 피루베이트 카르복실라제의 구조유전자가 발현되는 재조합 플라스미드 pPC를 대장균 MT201균주에 형질전환시켜 도입합으로써 L-트레오닌 고효율생산 균주를 얻었다. 재조합 균주를 이용한 L-트레오닌의 생산성 향상을 위해서는 균주의 생육이 필수적이므로 사이트레이트 (citrate)의 충분한 공급을 위하여 포도당과 사이트레이트를 일정한 비율로 첨가하면서 L-트레오닌의 생산성을 검토하였다.The inventors have attempted mass production of L-threonine to improve this. In order to produce L-threonine, the glucose metabolism was altered to achieve an efficient mass production system of L-threonine. First of all, the present invention induced an artificial mutant having resistance to amino acid nutritional components and amino acid analogs for mass production of L-threonine. In addition, in order to mass-produce L-threonine, an oversynthesis of oxaloacetate, a precursor, is required (FIG. 1). For this, Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum) The pyruvate carboxylase gene obtained from ATCC31831 was inserted into plasmid pTrc99A where the pyruvate carboxylase structural gene is expressed. E. coli recombinant plasmid pPC expressing the structural gene of pyruvate carboxylase L-threonine high-efficiency production strain was obtained by transforming and introducing into MT201 strain. In order to improve the productivity of L-threonine using a recombinant strain, growth of the strain is essential, and thus, the productivity of L-threonine was examined while adding glucose and citrate at a constant ratio for sufficient supply of citrate.

따라서, 본 발명의 목적은 아미노산 영양요구성 및 아미노산 유사물질에 내성을 가지는 L-트레오닌 생산 대장균 MT201을 제공하는데 있다. 본 발명의 다른 목적은 피루베이트 카르복실라제 유전자를 pTrc99A에 삽입하여 구축한 재조합 벡터 pPC를 상기 본 발명 대장균 MT201에 도입하여 제조한 L-트레오닌 생산력 및 균주 생육이 향상된 재조합 대장균 MT201/pPC를 이용하여 재조합 L-트레오닌을 고효율로 생산하는 발효배양방법을 제공하는데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide an L-threonine producing E. coli MT201 resistant to amino acid nutritional components and amino acid analogs. Another object of the present invention by using the recombinant E. coli MT201 / pPC improved L-threonine production capacity and strain growth produced by introducing the recombinant vector pPC constructed by inserting the pyruvate carboxylase gene into pTrc99A It is to provide a fermentation culture method for producing a recombinant L-threonine with high efficiency.

본 발명의 상기 목적은 L-트레오닌의 생산량 향상을 위한 변이주를 획득하기 위하여 대장균 ATCC 21148, 대장균 ATCC 21151 등을 이용하여 Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, Aspr, Homr의 특성을 가진 본 발명 인공변이주 대장균 MT201을 획득한 후, 코리네박테리움 글루타미쿰 (Corynebacterium glutamicum) ATCC 31831 유래의 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 유전자를 획득하고이 유전자를 플라스미드 pTrc99A에 삽입하여 재조합 벡터 pPC를 구축한 후 이 재조합 벡터 pPC를 상기 본 발명 인공변이주 대장균 MT201에 도입하여 L-트레오닌 고생산 재조합 대장균 MT201/pPC를 제조한 다음 이 균주의 배지 성분에 탄소원인 포도당 및 나트륨 사이트레이트 (sodium citrate)를 첨가하여 발효배양한 결과 L-트레오닌을 고효율로 생산함으로써 달성하였다.The object of the present invention is to use E. coli ATCC 21148, E. coli ATCC 21151, etc. to obtain a mutant strain for improving the production of L-threonine Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, Aspr, HomrAfter obtaining the present invention mutant Escherichia coli MT201 having the characteristics of, Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum) After obtaining a pyruvate carboxylase gene derived from ATCC 31831 and inserting the gene into the plasmid pTrc99A to construct a recombinant vector pPC, the recombinant vector pPC was introduced into the above-mentioned artificial strain E. coli MT201 to obtain L-threonine. Production Recombinant Escherichia coli MT201 / pPC was prepared and fermented by adding glucose and sodium citrate, which are carbon sources, to the medium component of the strain, thereby achieving L-threonine with high efficiency.

이하, 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명 트레오닌의 생성과정을 보여주는 TCA 회로 (cycle)이다.1 is a TCA cycle (cycle) showing the production process of the threonine of the present invention.

도 2는 공지 균주인 코리네박테리움 글루타미쿰 (Corynebacterium glutamicum) ATCC 31831으로부터 회수 및 정제된 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 구조 유전자를 플라스미드 pTrc99A에 삽입시켜 구축한 재조합 플라스미드 pPC의 개열지도를 나타낸다.Figure 2 is a known strain Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum) The cleavage map of the recombinant plasmid pPC constructed by inserting the pyruvate carboxylase structural gene recovered and purified from ATCC 31831 into plasmid pTrc99A is shown.

본 발명은 L-트레오닌 생산량을 향상시키기 위한 아미노산 영양 요구성 및 아미노산 유사물질에 내성을 가지는 변이주를 얻기 위하여 대장균 ATCC 21148 (Met-, DAP-)과 대장균 ATCC 21151 (Ile-, DAP-) 균주를 세포간 형질도입에 의해 교배시켜 Met-, Ile-, DAP-특성을 나타내는 대장균 HT101 균주를 획득하고, 상기 대장균 HT101 균주에 돌연변이원 NTG를 처리하여 AHV에 내성을 가지는 L-트레오닌 생산균주인 대장균 HT201 (Met-, Ile-, DAP-, Thr analoguer)을 선발한 후 상기 선발된 대장균 HT201 균주를 이소루이신 및 DAP가 첨가되지 않은 배지에 희석 및 도말하여 생육이 느린 변이주 MT101 (Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer)을 선발하고 상기 대장균 MT101를 고농도의 아스파테이트 (aspartate)와 호모세린 (homoserine)이 함유된 배지에서 생육시켜 고농도의 아스파테이트 (aspartate) 및 호모세린(homoserine) 내성 변이주인 본 발명 대장균 MT201 (Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, Aspr, Homr)을 선발하는 단계; 해당계의 피루베이트 (pyruvate)로부터 직접 옥살로아세테이트 (oxaloacetate)를 생성하는 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 유전자를 공시 균주인 코리네박테리움 글루타미쿰 (Corynebacterium glutamicum) ATCC 31831으로부터 획득하는 단계; 플라스미드 pTrc99A를 NcoⅠ 및 HindⅢ 제한효소로 절단한 후 상기 피루베이트 카르복실라제 유전자를 라이게이션시켜 피루베이트 카르복실라제 발현용 재조합 플라스미드 pPC를 구축하는 단계; 상기 본 발명 변이주 대장균 MT201 (Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, Aspr, Homr) 균주에 상기 재조합 플라스미드 pPC를 전기장 형질전환법으로 도입시켜 L-트레오닌 고효율생산 대장균 MT201/pPC를 제조하는 단계; 상기 변이주 대장균 MT201과 재조합 대장균 MT201/pPC의 L-트레오닌 생산 및 균주의 생육 정도를 비교하기 위하여 단일 탄소원인 포도당이 첨가된 발효조 배양을 실시한 후 L-트레오닌의 생산량 측정 및 정량 분석을 실시하는 단계; 상기 변이주 대장균 MT201 및 재조합 균주 MT201/pPC의 L-트레오닌 생산과 균주 생육에 미치는 사이트레이트 화합물의 영향을 알아보기 위하여 사이트레이트 및 포도당 첨가 플라스크 발효 배양을 실시한 후 L-트레오닌의 생산량 측정 및 정량 분석을 실시하는 단계; 포도당과 나트륨 사이트레이트의 첨가비에 따른 상기 변이주 대장균 MT201 및 재조합 균주 MT201/pPC의 L-트레오닌의 생산량 및 균주 생육 변화를 알아보는 단계 및 재조합 균주 MT201/pPC의 유가배양에서의 L-트레오닌 생산량 및 균주 생률을 조사하는 단계로 구성된다.The present invention is directed to E. coli ATCC 21148 (Met) to obtain a mutant strain that is resistant to amino acid nutritional requirements and amino acid analogs to improve L-threonine production-, DAP-) And E. coli ATCC 21151 (Ile-, DAP-) Strains were crossed by intercellular transduction to yield Met-, Ile-, DAP-E. coli HT101 strains exhibiting characteristics were obtained, and E. coli HT201 (Met), an L-threonine-producing strain resistant to AHV, was obtained by treating Mutant NTG with the E. coli HT101 strain.-, Ile-, DAP-, Thr analoguer), And then the selected E. coli HT201 strain was diluted and smeared in a medium without addition of isoleucine and DAP.-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer) And E. coli MT101 (E. coli) MT201 (Met.-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, Aspr, HomrSelecting); The pyruvate carboxylase gene, which produces oxaloacetate directly from pyruvate of the corresponding system, was identified as Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicumObtaining from ATCC 31831; Digesting plasmid pTrc99A with NcoI and HindIII restriction enzymes and then ligating the pyruvate carboxylase gene to construct a recombinant plasmid pPC for pyruvate carboxylase expression; Colied strain MT201 (Met of the present invention)-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, Aspr, Homr) To introduce the recombinant plasmid pPC into the strain by electric field transformation method to prepare L-threonine high efficiency E. coli MT201 / pPC; In order to compare the production of L-threonine and the growth of strains E. coli MT201 and recombinant E. coli MT201 / pPC, the culture of fermenter added with glucose, a single carbon source, and then measuring the production and quantitative analysis of L-threonine; In order to determine the effect of citrate compounds on L-threonine production and strain growth of the strain E. coli MT201 and recombinant strain MT201 / pPC, the production of L-threonine was measured and quantitatively analyzed after fermentation of citrate and glucose-containing flasks. Performing; Determination of L-threonine production and strain growth changes of the strain E. coli MT201 and recombinant strain MT201 / pPC according to the addition ratio of glucose and sodium citrate, and L-threonine production in the milk culture of the recombinant strain MT201 / pPC and Investigate strain viability.

이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리 범위는 이들에만 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

실시예 1 : 본 발명 아스파테이트 (aspartate)계 대사 변이주 MT201의 획득Example 1 Acquisition of Aspartate Metabolic Mutant MT201

L-트레오닌의 생산량을 향상시키기 위한 아스파테이트 (aspartate)계 대사 변이주를 얻기 위하여 대장균 (Escherichia coli)을 다음과 같은 순서로 변이유도처리하여 대장균 MT201 변이주를 획득하였다. 대장균은 37℃에서 LB 배지 (1% 트립톤, 0.5% 효모엑기스, 1% NaCl, 0.5% 포도당)를 이용하여 일반배양하였다.In order to obtain aspartate-based metabolic mutant strains to improve the production of L-threonine, Escherichia coli was mutated in the following order to obtain Escherichia coli MT201 mutant strains. E. coli was cultured at 37 ° C. using LB medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 1% NaCl, 0.5% glucose).

대장균 ATCC 21148 (Met-, DAP-)과 대장균 ATCC 21151 (Ile-, DAP-) 균주를 세포간 형질도입에 의한 교배를 실시하여 Met-, Ile-, DAP-특성을 나타내는 균주 중에 가장 우수한 대장균 HT101 균주를 획득하였다. 상기 대장균 HT101 균주에 돌연변이원 NTG를 처리하여 트레오닌 유사물질 (analogue)인 AHV에 대해 내성을 가지는 350 균주 중에 L-트레오닌 생산능력이 가장 우수한 균주인 HT201 (Met-, Ile-, DAP-, Thr analoguer) 균주를 선발하였다. 상기 선발된 HT201 균주를 이소루이신 및 DAP가 첨가되지 않은 배지에서 반복하여 희석 및 도말하여 계대배양 중 생육이 느린 변이주 MT101 (Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer)을 선발하였다. 또한, 상기 변이주MT101을 고농도의 아스파테이트 (aspartate)와 호모세린 (homoserine)이 함유된 배지에서 생육시켜 고농도의 아스파테이트 (aspartate)와 호모세린 (homoserine)에 대해 내성을 가지는 본 발명 변이주를 획득하고 이를 대장균 MT201 (Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, Aspr, Homr)이라 명명하였다. L-트레오닌 생산을 위해 사용된 상기 균주의 특성을 표 1에 나타내었다.Escherichia coli ATCC 21148 (Met-, DAP-) And E. coli ATCC 21151 (Ile-, DAP-) The strain was crossed by intracellular transduction to achieve Met-, Ile-, DAP-Among the strains exhibiting characteristics, E. coli HT101 strain was obtained. Treatment of the E. coli HT101 strain with mutant NTG, among the 350 strains resistant to threonine analogue (AloV) AHV HT201 (Met-, Ile-, DAP-, Thr analoguer) Strains were selected. The selected HT201 strain was repeatedly diluted and smeared in a medium without adding isoleucine and DAP, and thus, a slow growing strain MT101 (Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer) Was selected. In addition, the mutant strain MT101 was grown in a medium containing high concentrations of aspartate and homoserine to obtain a mutant strain of the present invention having resistance to high concentrations of aspartate and homoserine. This is Escherichia coli MT201 (Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, Aspr, Homr). The properties of the strains used for L-threonine production are shown in Table 1.

본 발명에 사용된 균주의 특성Characteristics of the strains used in the present invention 균주Strain 특성characteristic 생산량 (g/L)Production rate (g / L) 대장균 ACTT21148Escherichia coli ACTT21148 Met-, DAP- Met -, DAP - 12.312.3 대장균 ACTT21151Escherichia coli ACTT21151 Ile-, DAP- Ile -, DAP - 10.210.2 대장균 HT101Escherichia coli HT101 Met-, Ile-, DAP- Met -, Ile -, DAP - 13.413.4 대장균 HT201Escherichia coli HT201 Met-, Ile-, DAP-, Thr analoguer Met -, Ile -, DAP - , Thr analogue r 대장균 MT101E. coli MT101 Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer Met -, Ile leaky, DAP leaky , Thr analogue r 19.019.0 대장균 MT201E. coli MT201 Met-, Ileleaky, DAPleaky, Thr analoguer, AsprHomr Met -, Ile leaky, DAP leaky, Thr analogue r, r Asp Hom r 24.024.0 대장균 JM109Escherichia coli JM109 recA1supE44endA1hsdR17gyrA96relA1thi△(lac-proAB) rec A1 sup E44 end A1 hsd R17 gyr A96 rel A1 thi △ ( lac - pro AB)

상기 변이유도된 아스파테이트계 대사 변이주 MT201을 생명공학연구소내 유전자은행에 2000년 10월 6일자로 기탁번호 KCTC 18048P로 기탁하였다.The mutation-induced aspartate-based metabolic mutant strain MT201 was deposited in the gene bank of the Biotechnology Research Institute under accession number KCTC 18048P as of October 6, 2000.

실시예 2 : L-트레오닌 고효율 생산 균주의 제조를 위한 플라스미드의 제작 및 형질전환체의 제조Example 2 Preparation of plasmid and preparation of transformant for preparation of L-threonine high efficiency production strain

L-트레오닌의 대량생산을 위해서는 전구물질인 옥살로아세테이트 (oxaloace -tate)의 과량 생성이 필요하다 (도 1). 이를 위하여 해당계의 피루베이트 (pyruva-te)로부터 직접 옥살로아세테이트를 생산하는 기능의 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase)의 과량생산을 위한 발현용 플라스미드를 제작하였다.Mass production of L-threonine requires the overproduction of the precursor oxaloacetate (Figure 1). To this end, an expression plasmid was prepared for the excessive production of pyruvate carboxylase, which functions to produce oxaloacetate directly from pyruva-te of the corresponding system.

제1단계. 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 유전자의 분리 및 정제First step. Isolation and Purification of the pyruvate carboxylase gene

피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 구조 유전자는 공지 균주인 코리네박테리움 글루타미쿰 (Corynebacterium glutamicum) ATCC 31831으로부터 프라이머를 이용한 PCR법으로 획득하였다. 피루베이트 카르복실라제 유전자pyc에 대한 상세정보로 Koffas 등과 Peters-Wendisch 등의 논문 [Appl. Microbiol. Biotechnol., 50(3), 346 -352, (1998), Microbiology, 144 (Pt 4), 915-927, (1998)]을 참조하여 양 말단에HindIII 제한효소부위를 지니는 프라이머를 각각 제작하였다. 피루베이트 카르복실라제 유전자의 증폭은 코리네박테리움 글루타미쿰으로부터 회수 정제된 염색체 DNA로부터 상기의 프라이머를 이용하여 Takara LA Taq kit (Takara사, 일본)를 이용하여 Delta Cycler II system (Ericomp사, 미국)으로 Takara사의 실험법에 따라 실시하여 피루베이트 카르복실라제 유전자를 포함하는 약 3.4 kb의 단편을 획득하였다. 이들 DNA단편을 제한효소HindIII로 처리하여 양 말단을HindIII절단부위를 지니는 DNA로 단편화한 결과, 피루베이트 카르복실라제 구조 유전자를 획득할 수 있었다.The pyruvate carboxylase structural gene is known as Corynebacterium glutamicum (C).orynebacterium glutamicum) It was obtained by PCR using primers from ATCC 31831. Pyruvate carboxylase genepycFor further information, see Koffas et al., Peters-Wendisch et al. Microbiol. Biotechnol., 50 (3), 346-352, (1998), Microbiology, 144 (Pt 4), 915-927, (1998).HindEach primer having a III restriction enzyme site was prepared. Amplification of the pyruvate carboxylase gene was performed by using the Delta Cycler II system (Ericomp, USA) to obtain a fragment of about 3.4 kb containing the pyruvate carboxylase gene. These DNA fragments are restriction enzymesHindTreated with III toHindFragmentation of the pyruvate carboxylase structural gene was achieved by fragmentation with DNA having a III cleavage site.

제2단계. 상기 피루베이트 카르복실라제 유전자를 삽입시킨 재조합 벡터 pPC의 구축Second step. Construction of Recombinant Vector pPC Inserted with the Pyruvate Carboxylase Gene

대장균에서 피루베이트 카르복실라제 구조 유전자를 발현시키는 분자량 4.2 kb의 플라스미드 pTrc99A를 먼저 제한효소 NcoI으로 절단하여 평활화시킨 후에HindIII 링커를 부착하여 최종적으로 제한효소HindIII로 절단한 후 이 부위에 상기 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 유전자를 포함하는 3.4 kb의 DNA 단편을 연결하여 7.5 kb의 발현용 재조합 플라스미드 pPC를 구축하고 그 개열지도를 도 2에 나타내었다. 상기 플라스미드들의 특성을 표 2에 나타내었다.After the plasmid pTrc99A having a molecular weight of 4.2 kb of pyruvate carboxylic expressing decarboxylase Structural genes in Escherichia coli First, after smoothed by cutting with restriction enzymes NcoI by attaching Hind III linker, cleaved with finally a restriction enzyme Hind III is part the pyruvate A 3.4 kb DNA fragment containing the pyruvate carboxylase gene was linked to construct a recombinant plasmid pPC for 7.5 kb expression and a cleavage map is shown in FIG. 2. The properties of the plasmids are shown in Table 2.

본 발명에 사용된 플라스미드의 특성Properties of Plasmids Used in the Invention 플라스미드Plasmid 특성characteristic pTrc99ApTrc99A Ptrc, Ampr, 4.2kbPtrc, Amp r , 4.2kb pPCpPC pyruvate carboxylase gene, Ptrc, Ampr, 7.5kbpyruvate carboxylase gene, Ptrc, Amp r , 7.5kb

제3단계. 상기 재조합 플라스미드 pPC를 도입시킨 형질전환체 MT201/pPC의 제조Third step. Preparation of the transformant MT201 / pPC incorporating the recombinant plasmid pPC

L-트레오닌의 생산량 증대를 목적으로 상기 제 2단계의 피루베이트 카르복실라제 유전자를 포함하는 재조합 플라스미드 pPC를 본 발명 변이주 대장균 MT201에전기장 형질전환법 (electroporation)으로 도입시켜 형질전환 재조합 대장균 MT201 /pPC를 제조하였다. 전기장 형질전환법은 아래와 같다.In order to increase the production of L-threonine, the recombinant plasmid pPC containing the pyruvate carboxylase gene of the second step is introduced into the present invention mutant Escherichia coli MT201 by electric field transformation (electroporation) to transform recombinant E. coli MT201 / pPC. Was prepared. Electric field transformation is as follows.

먼저, 상기 본 발명 변이주 대장균 MT201를 LB배지에서 하룻밤 전배양하여 10㎖의 LB배지에 0.01㎖ 접종하여 흡광도 (OD600nm)가 0.8 정도가 될 때까지 배양하였다. 이 배양액을 원심분리하여 균체만을 모아서 5㎖의 빙냉 살균그리세롤용액 (10% 그리세롤, 90% 초순수)으로 현탁하여 다시 원심분리를 실시하였다. 상기 조작을 반복한 후 얻어진 침전 균체에 0.1㎖의 빙냉 살균그리세롤용액을 첨가한 후 현탁하고 그 중 0.04㎖만을 취하여 형질전환에 이용하였다. 얻어진 균체 현탁액에 0.1㎍의 상기 재조합 플라스미드 pPC를 가하여 잘 섞은 후 ElectroporatorⅡ (Invitrogen, USA)를 이용하여 전압 1,500V, 전류 25mA, 저항 150Ω하에서 1회의 전기충격을 가하였다. 그 즉시 이들 균체 용액을 1㎖의 SOC 배지 (2% 트립톤, 0.5% 효모엑기스, 10mM NaCl, 2.5mM KCl, 10mM MgCl2, 20mM 포도당)에 넣어 잘 섞은 후 37oC에서 1시간동안 배양하였다. 이 배양액의 적당량을 앰피실린이 첨가된 LB평판배지에 도말한 후 자라난 형질전환체를 선별하여 형질전환 재조합 대장균 MT201/pPc를 획득하였다.First, the mutant strain E. coli MT201 of the present invention was precultured in an LB medium overnight, and then inoculated in 0.01 mL in 10 mL of LB medium and incubated until the absorbance (OD 600 nm ) was about 0.8. The culture solution was centrifuged, only the cells were collected, suspended in 5 ml of ice-cold sterilized glycerolol solution (10% greserol, 90% ultrapure water), and centrifuged again. After repeating the above operation, 0.1 ml of ice-cold sterilized solution of glycerol was added to the precipitated cells, and then suspended, and only 0.04 ml was taken and used for transformation. 0.1 μg of the recombinant plasmid pPC was added to the obtained cell suspension and mixed well, and then subjected to a single electric shock under a voltage of 1,500 V, a current of 25 mA, and a resistance of 150 Ω using Electroporator II (Invitrogen, USA). Immediately, these cell solutions were mixed in 1 ml of SOC medium (2% tryptone, 0.5% yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 10 mM MgCl 2 , 20 mM glucose) and incubated for 1 hour at 37 ° C. . Appropriate amount of this culture was plated on LB plate medium to which ampicillin was added, and then the transformants grown were selected to obtain a recombinant recombinant E. coli MT201 / pPc.

실시예 3 : L-트레오닌 생산 변이주 대장균 MT201 및 형질전환 재조합 대장균 MT201/pPC의 L-트레오닌 생산량 측정Example 3 Measurement of L-Threonine Production of L-Threonine Production Mutant Escherichia Coli MT201 and Transgenic Recombinant E. Coli MT201 / pPC

L-트레오닌의 정량방법으로 닌하이드린 (ninhydrin) 시험법을 이용하였다. 닌하이드린 용액 1.75㎖, 나트륨 사이트레이트 (Sodium citrate)-HCl 완충용액 (pH 3.0) 0.25㎖, 원심분리한 배양 상징액 0.3㎖를 각각 취하여 증류수에 100배 희석한 다음 70℃에서 8분간 반응시킨 후 OD576nm에서 측정하였다. 필요에 따라 아미노산 분석기로 동시에 측정하였다.The ninhydrin test method was used as a method for quantifying L-threonine. Take 1.75 ml of ninhydrin solution, 0.25 ml of sodium citrate-HCl buffer (pH 3.0), and 0.3 ml of centrifuged culture supernatant, dilute 100 times with distilled water, and react for 8 minutes at 70 ℃. It was measured at OD 576 nm. It was measured simultaneously with an amino acid analyzer as needed.

제1단계. 발효조 배양에서 단일 탄소원하에서의 MT201과 MT201/pPC의 L-트레오닌 생산량 비교First step. Comparison of L-Threonine Production of MT201 and MT201 / pPC in a Single Carbon Source in Fermentor Cultures

단일 탄소원인 포도당 첨가 배지하에서 본 발명 L-트레오닌 생산 변이주 대장균 MT201과 형질전환 재조합 대장균 MT201/pPC의 L-트레오닌 생산량을 측정하여 비교하였다.L-threonine production of the present invention L-threonine mutant Escherichia coli MT201 and transformed recombinant E. coli MT201 / pPC was measured and compared under a single carbon source of glucose addition medium.

발효조 배양을 위한 종균 배지로는 리터당 포도당 10g, 트립톤 10g, 효모엑기스 7g, (NH4)2SO41g, NaCl10g, KH2PO42g을 첨가하여 사용하였으며 30℃에서 500-700rpm으로 실시하였다.As a seed medium for fermenter culture, 10 g of glucose per liter, 10 g of tryptone, 7 g of yeast extract, 1 g of (NH 4 ) 2 SO 4 , 2 g of NaCl 10 g, and KH 2 PO 4 were added thereto, and the reaction was performed at 30 ° C. at 500-700 rpm. .

탄소원으로 포도당 (glucose)만이 함유된 5L 발효조에서 L-트레오닌 생산균주인 변이주 대장균 MT201를 이용해 유가식 배양을 실시한 결과 L-트레오닌 최대생산량은 81 g/L이었다 (표 3). L-트레오닌 생산량 증대를 목적으로 본 발명 변이균주인 대장균 MT201에 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 유전자를 함유하는 상기 실시예 2의 재조합 플라스미드 pPC를 형질전환방법으로 도입시켜 제조한 상기 형질전환 재조합 대장균 MT201/pPC를 포도당만이 탄소원으로 첨가된 상기 배지에서 유가배양하여 본 결과 48.9 g/L의 L-트레오닌 생산량을 얻을 수 있었다 (표 3). 따라서, 대장균 MT201/pPC는 단일 탄소원인 포도당하에서 본 발명 대장균 MT210보다 생육 및 L-트레오닌 생산량 모두가 감소하였음을 알 수 있다.In a fed-batch culture using a strain of E. coli MT201, L-threonine producing strain, in a 5L fermenter containing only glucose as a carbon source, the maximum yield of L-threonine was 81 g / L (Table 3). The above-mentioned recombinant recombinant prepared by introducing the recombinant plasmid pPC of Example 2 containing pyruvate carboxylase gene in E. coli MT201 which is a variant strain of the present invention for the purpose of increasing the production of L-threonine Escherichia coli MT201 / pPC was cultured in the medium containing only glucose as a carbon source, and as a result, L-threonine production of 48.9 g / L was obtained (Table 3). Therefore, it can be seen that E. coli MT201 / pPC reduced both growth and L-threonine production than E. coli MT210 of the present invention under glucose as a single carbon source.

균 주Strain 생 육 (OD660nm)Growth (OD 660nm ) 생산량 (g/L)Production rate (g / L) 대장균 MT201E. coli MT201 53.553.5 81.081.0 대장균 MT201/pPCEscherichia coli MT201 / pPC 41.641.6 48.948.9

제2단계. 플라스크 배양에서 L-트레오닌 생산과 생육에 미치는 사이트레이트 (citrate) 화합물의 영향Second step. Effect of Citrate Compounds on L-Threonine Production and Growth in Flask Culture

변이주인 본 발명 대장균 MT201과 재조합 균주인 대장균 MT201/pPC는 탄소원으로 포도당만을 공급할 때 세포성장이 감소하였음을 제 1단계에서 확인할 수 있었다 (표 3). 이는 포도당이 해당과정을 거쳐 TCA 회로를 회전하면서 생육에 필요한 탄소골격을 공급해 주어야 하는데 피루베이트 카르복실라제에 의해 옥살로아세테이트 (oxaloacetate)로의 공급은 활발하나 미생물 생육에 필요한 탄소골격의 공급이 모자라는데 기인한다 (도 1). 따라서, 이를 해결하기 위해 TCA 회로의 중간대사 산물인 시트르산 (citric acid)을 염의 형태로 첨가하였다. 이 때, 배양은 리터당 포도당 70g, 효모엑기스 2g, (NH4)2SO420g, MgSO41g, KH2PO41.5g, FeSO410mg, CaCO330g, MnSO410mg을 첨가한 플라스크용 배지에서 실시하였다. 플라스크용 배지의 탄소원은 포도당 (5%) 또는 포도당 (3%) + 사이트레이트 (2%)를 이용하였다.The strain E. coli MT201 and the recombinant strain E. coli MT201 / pPC were confirmed in the first step that the cell growth was reduced when only glucose is supplied as a carbon source (Table 3). It is necessary to supply the carbon skeleton necessary for growth as glucose rotates the TCA circuit through the glycolytic process. Pyruvate carboxylase is active to supply oxaloacetate, but the carbon skeleton necessary for microbial growth is insufficient. (Fig. 1). Therefore, to solve this problem, citric acid, a metabolic product of the TCA cycle, was added in the form of a salt. At this time, the culture medium for the flask with 70g glucose per liter, yeast extract 2g, (NH 4 ) 2 SO 4 20g, MgSO 4 1g, KH 2 PO 4 1.5g, FeSO 4 10mg, CaCO 3 30g, MnSO 4 10mg It was carried out in. The carbon source of the flask medium was either glucose (5%) or glucose (3%) + citrate (2%).

사이트레이트 (citrate)의 첨가없이 포도당만을 첨가한 경우와 포도당과 사이트레이트 (sodium citrate 또는 ammonium citrate)를 함께 첨가한 플라스크 배양에서 L-트레오닌의 생산량을 조사하였다. 본 발명 변이주 대장균 MT201 및 재조합 대장균 MT201/pPC를 LB 및 LBAmp 평판배지에서 하룻밤 키운 뒤 한 백금이를 60㎖의 상기 플라스크 발효배지를 넣은 500㎖ 삼각플라스크에 접종하여 30℃에서 180-200 rpm의 호기적 조건에서 배양하여 L-트레오닌을 생산하였다. 필요한 경우에는 앰피실린을 50mg/L 농도로 첨가하였다. 발효가 종료된 후 L-트레오닌 농도를 정량 분석하였다.The production of L-threonine was investigated in the case of glucose addition without citrate and in flask culture with glucose and citrate (sodium citrate or ammonium citrate). Inventive mutant strain E. coli MT201 and recombinant E. coli MT201 / pPC were grown overnight in LB and LBAmp plate medium, and then platinum was inoculated into a 500 ml Erlenmeyer flask containing 60 ml of the flask fermentation broth at 30 ° C. at 180-200 rpm. L-threonine was produced by culturing in miracle conditions. Ampicillin was added at a concentration of 50 mg / L if necessary. After fermentation was completed, L-threonine concentration was quantitatively analyzed.

그 실험결과를 표 4에 나타내었다.The experimental results are shown in Table 4.

포도당 (glucose)첨가Add glucose 처리process 무처리No treatment 암모늄 사이트레이트Ammonium citrate 나트륨 사이트레이트Sodium citrate 균 주Strain 생육Growth 생산량output 생육Growth 생산량output 생육Growth 생산량output 대장균MT201Coliform MT201 3.03.0 24.024.0 0.30.3 4.04.0 8.88.8 28.528.5 대장균MT201/pPCE. coli MT201 / pPC 2.72.7 14.514.5 0.50.5 5.05.0 8.98.9 32.732.7 [주] 생육 (OD660nm)생산량 (g/L)Growth (OD 660nm ) Production (g / L)

이를 통하여, 플라스크 배양에서 형질전환 재조합 대장균 MT201/pPC 균주에 탄소원인 포도당과 나트륨 사이트레이트를 첨가한 배지가 L-트레오닌 생산 및 균주의 생육에 뛰어난 효과가 있음을 알 수 있다.Through this, it can be seen that the medium in which glucose and sodium citrate as a carbon source is added to the transformed recombinant E. coli MT201 / pPC strain in the flask culture has an excellent effect on L-threonine production and growth of the strain.

제3단계. 포도당과 나트륨 사이트레이트의 첨가비에 따른 L-트레오닌 생산량 변화Third step. Changes in L-Threonine Production by Addition of Glucose and Sodium Citrate

L-트레오닌 생산량에 영향을 미치는 나트륨 사이트레이트의 최적 농도를 알아보기 위하여 플라스크용 배지에 단일 탄소원인 포도당 및 나트륨 사이트레이트를 일정한 비율에 따라 전체 5%가 되게 조정하여 MT201 및 MT201/pPC의 L-트레오닌 생산량을 각각 비교 실험하였다. 재조합 대장균 MT201/pPC를 LB 및 LBAmp 평판배지에서 하룻밤 키운 뒤 그 균주 한 백금이를 상기 제 2단계의 플라스크 발효배지 60㎖를 넣은 500㎖ 삼각플라스크에 접종하여 30℃에서 180-200rpm의 호기적 조건에서배양하여 L-트레오닌을 생산하였다. 필요한 경우에는 앰피실린을 50mg/L 농도로 첨가하였다. 발효가 종료된 후 L-트레오닌 농도를 정량분석하였다.In order to determine the optimal concentration of sodium citrate affecting L-threonine production, the flask medium was adjusted to give a total of 5% glucose and sodium citrate, a single carbon source, in a proportion of 5% for the L- of MT201 and MT201 / pPC. The threonine production was compared to each other. Recombinant Escherichia coli MT201 / pPC was grown overnight in LB and LBAmp plate medium, and then one platinum of the strain was inoculated into a 500 ml Erlenmeyer flask containing 60 ml of the flask fermentation medium of the second step and aerobic conditions of 180-200 rpm at 30 ° C. Incubated to produce L-threonine. Ampicillin was added at a concentration of 50 mg / L if necessary. After fermentation was terminated, L-threonine concentration was quantitatively analyzed.

그 실험결과를 표 5에 나타내었다.The experimental results are shown in Table 5.

균 주Strain 대장균 MT201/pPCEscherichia coli MT201 / pPC 포도당:나트륨사이트레이트 첨가비Glucose: Sodium citrate addition ratio 2.0:3.02.0: 3.0 2.5:2.52.5: 2.5 3.0:2.03.0: 2.0 3.5:1.53.5: 1.5 4.0:1.04.0: 1.0 5.0:0.05.0: 0.0 생산량 (g/L)Production rate (g / L) 30.530.5 31.031.0 32.532.5 43.543.5 24.824.8 14.514.5

포도당과 나트륨 사이트레이트의 첨가비에 따라 재조합 대장균 MT201/pPC의 L-트레오닌 생산량은 효율적으로 증가되었으며 L-트레오닌 생산을 위한 최적 탄소원 첨가비는 포도당:나트륨 사이트레이트=3.5:1.5임을 알 수 있다.According to the addition ratio of glucose and sodium citrate, the production of L-threonine of recombinant E. coli MT201 / pPC was efficiently increased, and the optimal carbon source addition ratio for L-threonine production was glucose: sodium citrate = 3.5: 1.5.

제4단계. 형질전환 재조합 대장균 MT201/pPC를 이용한Fourth step. Transgenic Recombinant E. Coli MT201 / pPC 유가배양에서의 L-트레오닌 생산L-Threonine Production in Dairy Cultures

배지에 포도당과 나트륨 사이트레이트를 상기 제 3단계에서 얻어진 탄소원 및 나트륨 사이트레이트의 최적 첨가비 (포도당:나트륨 사이트레이트=3.5:1.5)대로 첨가한 후 재조합 균주 대장균 MT201/pPC를 접종하고 5L 발효조에서 유가배양으로 배양하여 L-트레오닌을 생산하였다. 본 배양은 리터당 포도당 50g, 효모엑기스 2.5g, (NH4)2SO410g, MgSO41g, KH2PO42g,FeSO410mg, MnSO45mg의 배지를 이용하였으며 배양 중 포도당, 메티오닌, KH2PO4을 추가 공급하였다. 필요한 경우에는 아미노산을 50∼100mg/L 또는 앰피실린을 50mg/L의 농도로 첨가하였다.Glucose and sodium citrate were added to the medium according to the optimum addition ratio of the carbon source and sodium citrate obtained in the third step (glucose: sodium citrate = 3.5: 1.5), and then inoculated with the recombinant strain E. coli MT201 / pPC and in a 5L fermenter. L-threonine was produced by culturing in a fed-batch culture. The culture was performed using 50 g of glucose per liter, 2.5 g of yeast extract, 10 g of (NH 4 ) 2 SO 4 , 1 g of MgSO 4 , 2 g of KH 2 PO 4 , 10 mg of FeSO 4 , 5 mg of MnSO 4 , and glucose, methionine, KH in culture. 2 PO 4 was further fed. If necessary, 50-100 mg / L amino acid or ampicillin was added at a concentration of 50 mg / L.

재조합 대장균 MT201/pPC를 LBAmp 평판배지에서 하룻밤 키운 뒤 종균배지를 60㎖씩 함유한 500㎖ 삼각플라스크에 한 백금이 접종하여 30℃에서 180-200rpm에서 충분하게 진탕배양한 후 상기 본 배양 배지 2L를 함유한 5L 발효조에 본 배양 배지의 5-10%에 상응하는 양을 접종하여 30℃, pH 6.8으로 하면서 조절용으로 암모니아수를 공급, 통기량 1vvm으로 유지하여 배양하였다. 배양 중 포도당의 소비에 따라서 포도당, 메티오닌, KH2PO4을 추가 공급하는 유가식 발효법으로 배양한 후 최종배양액을 분석하여 L-트레오닌의 생산량으로 표시하였다. 상기의 조건으로 실시한 결과 과량의 L-트레오닌을 생산하는 우수한 재조합 균주를 제작하였으며 그 생산량도 획기적인 105g/L을 얻을 수 있었다.After incubating the recombinant Escherichia coli MT201 / pPC overnight in a LBAmp plate medium, one platinum was inoculated into a 500 ml Erlenmeyer flask containing 60 ml of spawn medium and incubated sufficiently at 30 ° C. at 180-200 rpm to incubate 2 L of the culture medium. 5L fermenter containing the inoculation was inoculated in an amount corresponding to 5-10% of the culture medium to 30 ℃, pH 6.8 while supplying ammonia water for adjustment, and maintained at aeration rate of 1vvm. According to the consumption of glucose during the cultivation was incubated by fed-batch fermentation method additionally supplying glucose, methionine, KH 2 PO 4 and the final culture was analyzed and expressed as the production of L-threonine. As a result of the above conditions, an excellent recombinant strain producing an excessive amount of L-threonine was produced, and the yield thereof was also able to obtain a breakthrough 105 g / L.

그 실험결과를 표 6에 나타내었다.The experimental results are shown in Table 6.

균 주Strain 탄소원Carbon source 생 육 (OD660nm)Growth (OD 660nm ) 생산량 (g/L)Production rate (g / L) 대장균MT201Coliform MT201 포도당glucose 53.553.5 8181 대장균MT201/pPCE. coli MT201 / pPC 포도당glucose 41.641.6 4949 대장균MT201/pPCE. coli MT201 / pPC 포도당, 나트륨 사이트레이트Glucose, sodium citrate 35.035.0 105105

이와 같이, L-트레오닌의 대량생산을 위하여 아미노산 요구성 및 유도물질 내성 변이주를 유도하여 제조한 L-트레오닌 생산 변이균주인 본 발명 대장균 MT201에 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 구조 유전자가 삽입된 플라스미드 pPC를 도입하여 제조한 형질전환 재조합 대장균 MT201/pPC는 배지에 탄소원 포도당:나트륨 사이트레이트가 3.5:1.5로 포함되어 있을 때 L-트레오닌의 생산량과균주의 생육이 월등히 향상됨을 알 수 있다.like this, Plasmid pPC in which the pyruvate carboxylase structural gene was inserted into Escherichia coli MT201, which is an L-threonine producing mutant strain prepared by inducing amino acid requirement and inducer resistant mutant strains for mass production of L-threonine The transgenic recombinant E. coli MT201 / pPC prepared by introduction showed that the production of L-threonine and the growth of strains were significantly improved when the medium contained 3.5: 1.5 carbon source glucose: sodium citrate.

또한, 본 발명 아미노산 요구성 및 아미노산 유사물질 내성 변이주인 대장균 MT201에 다양한 대사 물질의 유전자를 삽입한 재조합 벡터를 도입시킴으로써 상기 실시예 2에서의 L-트레오닌 고효율 생산 균주와 같은 유용 균주를 생산할 수 있다. 본 발명에서는 L-트레오닌 생산 균주 MT201/pPC만을 실시예를 들어 설명하였으나 본 발명의 권리 범위는 이에만 한정하는 것은 아니다.In addition, by introducing a recombinant vector inserting genes of various metabolites into E. coli MT201, which is an amino acid requirement and amino acid-resistant substance resistant strain of the present invention, useful strains such as L-threonine high efficiency production strain in Example 2 can be produced. . In the present invention, only the L-threonine producing strain MT201 / pPC has been described by way of example, but the scope of the present invention is not limited thereto.

이상의 실시예를 통하여 명백한 바와 같이, 본 발명은 아스파테이트계 대사 변이주를 획득하기 위하여 대장균을 이용해 아미노산 요구성 및 AHV 등의 유사물질 (analogue) 내성 변이주, 즉 L-트레오닌 생산 균주인 대장균 MT201 (Thr analoguer, Met-, Ileleaky, DAPleaky, Aspr, Homr)를 획득하고, 공시 균주인 코리네박테리움 글루타미쿰 (C.glutamicum) ATCC 31831으로부터 정제 및 회수된 피루베이트 카르복실라제 (pyruvate carboxylase) 구조 유전자를 플라스미드 pTrc99A에 도입하여 재조합 플라스미드 pPC를 구축한 후 L-트레오닌의 대량생산을 위하여 상기 변이주 MT201에 재조합 플라스미드 pPC를 형질전환법으로 도입함으로써 과량의 L-트레오닌을 생산하는 우수한 재조합 균주인 대장균 MT201/pPC을 획득하고 이 균주를 발효조를 이용하여 포도당과 나트륨 사이트레이트를 첨가한 배지에서 유가배양을 실시한 결과, L-트레오닌 생산 변이주 MT201 및 L-트레오닌 생산량 및 균주 생육이 월등히향상된 재조합 균주 MT201/pPC를 이용한 L-트레오닌의 발효생산방법을 제공함으로써 동물 사료, 식품 첨가제 및 의료용 제제 등으로 이용될 수 있는 뛰어난 효과가 있으므로 축산업, 식품가공업 및 의약품 제조산업상 매우 유용한 발명인 것이다.As is apparent from the above examples, the present invention utilizes E. coli to obtain aspartate-based metabolic mutant strains, such as amino acid requirement and analogue resistant strains such as AHV, that is, L-threonine producing strain E. coli MT201 (Thr). analoguer, Met-, Ileleaky, DAPleaky, Aspr, Homr) And the published strain Corynebacterium glutamicum (C.glutamicum) A recombinant plasmid pPC was constructed by introducing a pyruvate carboxylase structural gene purified and recovered from ATCC 31831 into plasmid pTrc99A, and transforming the recombinant plasmid pPC into the mutant MT201 for mass production of L-threonine. E. coli, an excellent recombinant strain that produces excess L-threonine by introduction into the process MT201 / pPC was obtained, and the strain was fermented in a medium fed with glucose and sodium citrate, and the result was a recombinant strain MT201 / with improved production and strain growth of L-threonine mutant MT201 and L-threonine. Providing a fermentation production method of L-threonine using pPC has an excellent effect that can be used as animal feed, food additives and medical preparations, so it is a very useful invention in the livestock industry, food processing industry and pharmaceutical manufacturing industry.

Claims (2)

대장균 ATCC 21148과 대장균 ATCC 21151를 세포간 형질도입에 의해 교배시켜 대장균 HT101를 획득하는 단계;Crossing Escherichia coli ATCC 21148 and Escherichia coli ATCC 21151 by intercellular transduction to obtain Escherichia coli HT101; 상기 대장균 HT101에 돌연변이원 NTG를 처리하여 AHV에 내성을 가지는 대장균 HT201를 선발하는 단계;Selecting Escherichia coli HT201 resistant to AHV by treating Mutant NTG with E. coli HT101; 상기 선발된 대장균 HT201 를 이소루이신 및 DAP가 첨가되지 않은 배지에 희석 및 도말하여 생육이 느린 대장균 변이주 MT101을 선발하는 단계; 및Diluting and smearing the selected E. coli HT201 in a medium without adding isoleucine and DAP to select a slow-growing E. coli mutant strain MT101; And 상기 대장균 MT101을 고농도의 아스파테이트 및 호모세린이 함유된 배지에서 생육하는 단계를 거쳐 획득함을 특징으로 하는 L-트레오닌 생산 변이주 대장균 MT201 (Escherichia coliMT201)(KCTC 18048P).The Escherichia coli MT101 (Esherichia coli MT201) (KCTC 18048P), which is obtained by growing E. coli MT101 in a medium containing high concentrations of aspartate and homoserine. 공시 균주 코리네박테리움 글루타미쿰 (Corynebacterium glutamicum) ATCC 31831 유래의 피루베이트 카르복실라제 유전자를 플라스미드 pTrc99A에 삽입하여 구축한 재조합 플라스미드 pPC를 상기 제 1항 기재의 아스파테이트계 대사 변이주 대장균 MT201에 도입하여 제조한 L-트레오닌 생산 재조합 대장균 MT201/pPC을 포도당 및 나트륨 사이트레이트를 혼합첨가한 배지에서 유가발효배양하여 L-트레오닌을 생산함을 특징으로 하는 L-트레오닌 발효생산방법.Disclosure strain Corynebacterium glutamicum (Corynebacterium glutamicum) The recombinant plasmid pPC constructed by inserting the pyruvate carboxylase gene derived from ATCC 31831 into the plasmid pTrc99A was introduced into the aspartate-based metabolic mutant Escherichia coli MT201 described in claim 1 to produce L-threonine recombinant E. coli MT201 / pPC. L-threonine fermentation production method characterized in that L-threonine is produced by fermentative fermentation culture in a medium containing glucose and sodium citrate mixed.
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