이하, 본 발명을 상세히 설명할 것이다.
<1> 본 발명의 코리네형 세균
본 발명의 코리네형 세균은 L-글루탐산 생산능을 가지며, 비변형 균주와 비교하여 L-글루탐산 생산능이 향상되도록 yggB 유전자를 이용하여 변형되었다.
본 발명에서, 코리네형 세균의 예에는 통상의 코리네형 세균이 포함되며, 또한 코리네박테리움 세균에 매우 가까운 브레비박테리움 세균뿐만 아니라, 브레비박테리움 속으로 분류되었지만 현재는 코리네박테리움 속으로 분류된 세균[참조: Int. J. Syst. Bacteriol., 41, 255(1991)]이 포함된다. 이러한 코리네형 세균의 예에는 다음이 포함된다:
코리네박테리움 아세토아시도필럼(Corynebacterium acetoacidophilum)
코리네박테리움 아세토글루타미컴(Corynebacterium acetoglutamicum)
코리네박테리움 알카놀리티컴(Corynebacterium alkanolyticum)
코리네박테리움 칼루내(Corynebacterium callunae)
코리네박테리움 글루타미컴(Corynebacterium glutamicum)
코리네박테리움 릴리엄(Corynebacterium lilium)
코리네박테리움 멜라세콜라(Corynebacterium melassecola)
코리네박테리움 서모아미노제네스(Corynebacterium thermoaminogenes; 코리네박테리움 에피시엔스(Corynebacterium efficiens))
코리네박테리움 헤르쿨리스(Corynebacterium herculis)
브레비박테리움 디바리카툼(Brevibacterium divaricatum)
브레비박테리움 플라붐(Brevibacterium flavum)
브레비박테리움 이마리오필럼(Brevibacterium immariophilum)
브레비박테리움 락토퍼멘텀(Brevibacterium lactofermentum; 브레비박테리움 글루타미컴(Brevibacterium glutamicum))
브레비박테리움 로세움(Brevibacterium roseum)
브레비박테리움 사카롤리티컴(Brevibacterium saccharolyticum)
브레비박테리움 티오제니탈리스(Brevibacterium thiogenitalis)
브레비박테리움 암모니아제네스(Brevibacterium ammoniagenes)
브레비박테리움 알붐(Brevibacterium album)
브레비박테리움 세리넘(Brevibacterium cerinum)
마이크로박테리움 암모니아필럼(Microbacterium ammoniaphilum)
코리네형 세균의 구체적 예는 다음과 같다.
코리네박테리움 아세토액시도필럼 ATCC13870
코리네박테리움 아세토글루타미컴 ATCC15806
코리네박테리움 알카놀리티컴 ATCC21511
코리네박테리움 칼루내 ATCC15991
코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13020, ATCC13032, ATCC13060
코리네박테리움 릴리엄 ATCC15990
코리네박테리움 멜라세콜라 ATCC17965
코리네박테리움 서모아미노제네스 AJ12340(FERM BP-1539)
코리네박테리움 헤르쿨리스 ATCC13868
브레비박테리움 디바리카텀 ATCC14020
브레비박테리움 플라붐 ATCC13826,
브레비박테리움 플라붐(코리네박테리움 글루타미컴) ATCC14067,
브레비박테리움 플라붐 AJ12418(FERM BP-2205)
브레비박테리움 이마리오필럼 ATCC14068
브레비박테리움 락토퍼멘텀(코리네박테리움 글루타미컴) ATCC13869
브레비박테리움 로세움 ATCC 13825
브레비박테리움 사카롤리티컴 ATCC14066
브레비박테리움 티오제니탈리스 ATCC19240
브레비박테리움 암모니아제네스 ATCC6871, ATCC6872
브레비박테리움 알붐 ATCC15111
브레비박테리움 세리넘 ATCC15112
마이크로박테리움 암모니아필럼 ATCC15354
이러한 균주는 아메리칸 타입 컬쳐 컬렉션(American Type Culture Collection; ATCC, 주소: P.O. Box 1549, Manassas, VA 20108, United States of America)으로부터 입수할 수 있다. 즉, 각 균주는 ATCC의 카탈로그에 열거된 고유의 등록 번호가 부여되어 있다. 균주는 이 등록 번호를 이용하여 주문할 수 있다. AJ12340 균주는 부다페스트 조약하에 1989년 10월 27일자로 국제 통상부 장관 산하 통상산업성 공업기술원 생명공학공업기술연구소(National Institute of Bioscience and Human Technology, Agency of Industrial Science and Technology, Ministry of International Trade and Industry)[현재는 독립행정법인 산업 기술종합연구소 특허생물기탁센터(International Patent Organism Depositary, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), 일본 이바라키켄 쓰쿠바시 히가시 1초메 1반 1고 쓰쿠바 센트랄 6, 305-5466]에 기탁되었고 수탁번호 FERM BP-1539를 부여받았다. AJ12418 균주는 부다페스트 조약하에 1989년 1월 5일자로 국제 통상부 장관 산하 통상산업성 공업기술원 생명공학공업기술연구소에 기탁되었고 수탁번호 FERM BP-2205를 부여받았다.
본 발명에서 코리네형 세균은 L-글루탐산 생산능을 갖는다. "L-글루탐산 생산능"은 본 발명의 코리네형 세균을 배지에서 배양하는 경우에 배지에 충분한 양의 L-글루탐산을 축적시키는 능력을 의미한다. L-글루탐산 생산능은 본 발명의 코리네형 세균의 모균주의 성질일 수 있는데, 이는 대부분의 야생형 코리네형 세균 균주가 하기하는 L-글루탐산 생산 조건하에서 L-글루탐산을 생산하기 때문이다. 하지만 L-글루탐산 생산능은 하기와 같이 돌연변이, 유전자 재조합 기술 등에 의해 부여되거나 향상될 수 있다. 또한, L-글루탐산 생산능은 yggB 유전자의 발현을 향상시킴으로써 부여될 수 있다.
"코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능이 향상되었다"는 어구는 본 발명의 코리네형 세균이 비변형 균주와 비교하여 향상된 L-글루탐산 생산능을 갖는다는 것을 의미한다. 비변형 균주의 예에는 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC 13032, 13869, 14067, 및 코리네박테리움 멜라세콜라 ATCC 17965가 포함된다. 비변형 균주는 야생형 균주와 동일한 수준으로 야생형 yggB 유전자를 발현하는 균주 또는 yggB 유전자의 암호화 영역내로 돌연변이가 도입되지 않은 균주를 포함할 수도 있다.
L-글루탐산 생산능을 부여하는 방법의 예에는 L-글루탐산 생합성 효소를 암호화하는 유전자의 발현을 향상시키는 것이 포함된다. L-글루탐산 생합성에 관여하는 효소의 예에는 글루타메이트 데하이드로게나제, 글루타민 신테타제, 글루타메이트 신테타제, 이소시트레이트 데하이드로게나제, 아코니테이트 하이드라타제, 시트레이트 신타제, 포스포에놀피루베이트 카복실라제, 피루베이트 카복실라제, 피루베이트 데하이드로게나제, 피루베이트 키나제, 포스포에놀피루베이트 신타제, 에놀라제, 포스포글리세로뮤타제, 포스포글리세레이트 키나제, 글리세르알데하이드-3-포스페이트 데하이드로게나제, 트리오스 포스페이트 이소머라제, 프럭토즈 비스포스페이트 알돌라제, 포스포프럭토키나제 및 글루코즈 포스페이트 이소머라제가 포함된다.
이러한 유전자의 발현은 하기하는 yggB 유전자의 발현을 향상시키는 방법과 동일한 방법으로 향상시킬 수 있다.
시트레이트 신타제 유전자, 이소시트레이트 데하이드로게나제 유전자, 피루베이트 데하이드로게나제 유전자 및/또는 글루타메이트 데하이드로게나제 유전자의 발현이 향상되도록 변형된 미생물의 예에는 국제 공보 제WO00/18935호 및 일본 공개특허공보 제2000-232890A호(유럽 특허 제1010755A호)에 개시된 미생물이 포함된다.
L-글루탐산 생산능을 부여하는 변형에는 L-글루탐산 이외의 화합물을 합성하는 반응 및 L-글루탐산 생합성 경로로부터 분지된 반응을 촉매하는 효소의 활성을 저하 또는 제거하는 방법이 포함된다. 이러한 효소의 예에는 이소시트레이트 리아제, α-케토글루타레이트 데하이드로게나제, 아세틸 포스페이트 트랜스퍼라제, 아세테이트 키나제, 아세토하이드록시산 신타제, 아세토락테이트 신타제, 아세틸 포르메이트 트랜스퍼라제, 락테이트 데하이드로게나제 및 글루타메이트 데카복실라제가 포함된다. α-케토글루타레이트 데하이드로게나제 활성이 저하된 균주의 예에는 다음의 균주가 포함된다.
브레비박테리움 락토퍼멘텀 △S 균주(WO95/34672)
브레비박테리움 락토퍼멘텀 AJ12821 균주(FERM BP-4172; FR9401748)
브레비박테리움 플라붐 AJ12822 균주(FERM BP-4173; FR9401748)
브레비박테리움 글루타미컴 AJ12823 균주(FERM BP-4174; FR9401748)
상기한 효소의 활성을 저하시키거나 제거하기 위해서, 효소 활성의 저하 또는 감소를 유발하는 돌연변이 또는 결실을 염색체상에 있는 효소의 유전자내로 도입시킬 수 있다. 예를 들면, 염색체상의 효소를 암호화하는 유전자를 파괴하거나 유전자의 프로모터 및/또는 샤인 달가노(SD) 서열과 같은 발현 조절 서열을 변형시켜 달성할 수 있다. 또한, 이러한 효소의 활성은, 아미노산 치환을 유발하는 미스센스 돌연변이, 종결 코돈을 생성하는 넌센스 돌연변이, 또는 암호화 영역내로 1개 또는 2개의 뉴클레오타이드를 부가하거나 결실시키는 프레임 이동 돌연변이를 도입시키거나, 또는 유전자의 부분 또는 전체를 결실시킴으로써, 저하시키거나 제거할 수 있다[참조: Journal of biological Chemistry 272:8611-8617 (1997)]. 예를 들면, 이러한 효소의 활성은, 암호화 영역이 결실되어 돌연변이 효소를 암호화하는 유전자를 작제하여 염색체상의 유전자를 수득된 유전자로 상동성 재조합에 의해 대체시키거나, 트랜스포존 또는 IS 인자를 이러한 유전자내로 도입시킴으로써, 저하시키거나 제거할 수 있다.
예를 들면, 상기 효소의 활성을 저하시키거나 제거하는 돌연변이는 유전자 재조합에 의해 다음과 같이 도입시킬 수 있다. 즉, 정상적인 효소가 생산되지 않도록 표적 유전자의 서열의 부분을 변형시킴으로써 돌연변이형 유전자를 작제하고, 돌연변이형 유전자를 사용하여 코리네형 세균을 형질전환시켜 염색체상의 표적 유전자와 재조합이 유발되도록 함에 의해, 염색체상의 표적 유전자를 돌연변이형 유전자로 대체시킬 수 있다. 이와 같이 상동성 재조합을 이용한 유전자 대체에 의해 유전자를 파괴하는 방법은 이미 보고되어 있고, 선형 DNA를 이용하는 방법 또는 온도 민감성 복제 오리진을 포함하는 플라스미드를 이용하는 방법을 포함한다(미국 특허 제6,303,383호 또는 일본 공개특허 공보 제05-007491호). 코리네형 세균에 대한 온도 민감성 플라스미드의 예에는 p48K 및 pSFKT2(미국 특허 제6303383호), pHSC4(프랑스 공개특허 공보 제2667875호(1992) 및 일본 공개특허 공보 제5-7491A호) 등이 포함된다. 코리네형 세균내에서 이러한 플라스미드는 적어도 25℃의 온도에서는 자발적으로 복제할 수 있지만, 37℃의 온도에서는 자발적으로 복제할 수 없다. pHSC4를 보유한 AJ12571 균주는 부다페스트 조약하에 1991년 8월 26일자로 국제 통상부 장관 산하 통상산업성 공업기술원 생명공학공업기술연구소(현재는 독립행정법인 산업 기술종합연구소 특허생물기탁센터, 일본 이바라키켄 쓰쿠바시 히가시 1초메 1반 1고 쓰쿠바 센트랄 6, 305-5466)에 기탁되었고 수탁번호 FERM BP-3524를 부여받았다.
상기한 상동성 재조합을 이용한 유전자 대체에 의해 유전자를 파괴하는 방법은 코리네형 세균내에서 복제 불가능한 플라스미드를 이용하여 수행될 수도 있다. 바람직하게는 코리네형 세균내에서 복제 불가능하며 에스케리키아 세균내에서 복제 가능한 플라스미드가 사용된다. 이러한 플라스미드의 예에는 pHSG299(Takara Bio) 및 pHSG399(Takara Bio)가 포함된다.
상기한 효소 중의 하나를 암호화하는 염색체상의 유전자는, 예를 들면 sacB를 이용한 상동성 재조합에 의해 결실형 유전자로 대체될 수 있다[참조: Schafer, A. et al., Gene 145 (1994) 69-73]. sacB 유전자는 레반 슈크라제를 암호화하며, 염색체상의 표적 유전자가 돌연변이 유전자로 대체되고 벡터 부분이 염색체로부터 제거된 균주를 효율적으로 선별하기 위해 사용된다(WO2005/113745 및 WO2005/113744).
먼저, 결실형(돌연변이) 유전자, sacB 유전자, 및 클로람페니콜-내성 유전자와 같은 선별 마커를 온도 민감성 복제 오리진을 포함하는 플라스미드에 삽입하여 재조합 플라스미드를 작제한다. 이어서 플라스미드를 코리네형 세균의 숙주 균주에 도입시킨다. 레반 슈크라제가 코리네형 세균에서 발현되는 경우, 슈크로즈가 전환되어 레반이 생성되고 레반은 세균에게 치명적이므로 슈크로즈를 함유하는 배지에서 세균이 성장하지 못한다. 따라서, 슈크로즈를 함유한 플레이트에서 배양함으로써, 플라스미드에 있는 돌연변이 유전자와 염색체상의 유전자 간에 대체가 일어나고 플라스미드의 다른 부분이 세포로부터 제거된 균주를 선별할 수 있다.
sacB 유전자의 예에는 다음이 포함된다:
바실러스 섭틸리스(Bacillus subtilis) : sacB GenBank 승인번호 X02730 (서열번호 11)
바실러스 아밀로리쿠파시엔스(Bacillus amyloliqufaciens) : sacB GenBank 승인번호 X52988
지모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis) : sacB Genbank 승인번호 L33402
바실러스 스테아로서모필러스(Bacillus stearothermophilus) : surB GenBank 승인번호 U34874
락토바실러스 산프란시스켄시스(Lactobacillus sanfranciscensis) : frfA GenBank 승인번호 AJ508391
아세토박터 자일리너스(Acetobacter xylinus) : lsxA GenBank 승인번호 AB034152
글루코나세토박터 디아조트로피쿠스(Gluconacetobacter diazotrophicus) : lsdA GenBank 승인번호 L41732
형질전환체 균주를 온도 민감성 복제 오리진이 작용하는 온도(예:25℃)에서 배양하여 플라스미드가 도입된 균주를 수득한다. 이어서, 형질전환체를 온도 민감성 복제 오리진이 작용하지 않는 고온(예:34℃)에서 배양하여 온도 민감성 플라스미드를 제거하고 카나마이신과 같은 항생제를 함유한 플레이트 배지에 도말한다. 플라스미드가 제거된 균주는 이러한 항생제를 함유한 플레이트에서 성장할 수 없지만, 염색체상의 유전자가 돌연변이 유전자로 대체된 소수 균주는 성장하여 콜로니로서 나타날 수 있다.
돌연변이 유전자를 포함하는 재조합 DNA가 염색체 DNA내로 통합된 균주의 경우, 재조합 DNA는 본래 염색체상에 존재하는 유전자와 재조합을 일으키고, 염색체상의 유전자와 돌연변이 유전자가 융합된 유전자가 염색체내로 삽입되어 재조합 DNA의 다른 부분(벡터 절편, 온도 민감성 복제 오리진 및 항생제 내성 마커)이 융합 유전자들 사이에 존재한다. 이어서, 염색체 DNA상에 돌연변이 유전자만을 남기기 위해서, 염색체 DNA로부터 1카피의 유전자를 벡터 절편(온도 민감성 복제 오리진 및 항생제 내성 마커를 포함)과 함께 제거한다. 이 경우, 정상 유전자가 염색체 DNA상에 남고 돌연변이 유전자가 염색체 DNA로부터 제거되거나, 반대로 돌연변이 유전자가 염색체 DNA에 남고 정상 유전자가 염색체 DNA로부터 제거된다. 두 경우에, 온도 민감성 복제 오리진이 작용할 수 있는 온도에서 코리네형 세균이 배양되면, 제거된 DNA는 코리네형 세균의 세포내에 남는다. 이어서, 온도 민감성 복제 오리진이 작용할 수 없는 온도에서 코리네형 세균을 배양함으로써, 플라스미드에 있는 유전자를 플라스미드와 함께 세포로부터 제거한다. sacB 유전자를 이용하는 경우, 슈크로즈를 함유한 배지에서 코리네형 세균을 배양함으로써, 플라스미드가 제거된 균주를 효율적으로 수득할 수 있다. 플라스미드가 제거된 균주로부터 돌연변이가 표적 유전자로 도입된 균주를 선별함으로써, 표적 유전자가 돌연변이형 또는 결실형 유전자로 대체된 균주를 수득할 수 있다.
L-글루탐산 생산능은 또한 유기산 유사체, 호흡 억제제, 또는 슈퍼옥사이드 발생제에 대해 내성이 있는 균주를 스크리닝하거나 세포벽 합성 억제제에 민감한 균주를 스크리닝함으로써 부여될 수 있다. 이러한 방법의 예에는 모노플루오로아세테이트에 대한 내성의 부여(JP50-113209A), 아데닌 또는 티민에 대한 내성의 부여(JP57-065198A), 말론산에 대한 내성의 부여(JP52-038088A), 우레아제 활성 저하(JP52-038088A), 벤조피론 또는 나프토퀴논에 대한 내성의 부여(JP56-1889A), HOQNO에 대한 내성의 부여(JP56-140895A), α-케토말론산에 대한 내성의 부여(JP57-2689A), 구아니딘에 대한 내성의 부여(JP56-35981A), 다우노마이신에 대한 내성의 부여(JP58-158192A), 및 페니실린에 대한 민감성의 부여(JP04-88994A)가 포함된다.
이러한 세균의 구체적 예에는 다음의 균주가 포함된다:
브레비박테리움 플라붐 AJ3949(FERM BP-2632; JP50-113209A)
코리네박테리움 글루타미컴 AJ11628(FERM P-5736; JP57-065198A)
브레비박테리움 플라붐 AJ11355(FERM P-5007; JP56-1889A)
코리네박테리움 글루타미컴 AJ11368(FERM P-5020; JP56-1889A)
브레비박테리움 플라붐 AJ11217(FERM P-4318; JP57-2689A)
코리네박테리움 글루타미컴 AJ11218(FERM P-4319; JP57-2689A)
브레비박테리움 플라붐 AJ11564(FERM P-5472; JP56-140895A)
브레비박테리움 플라붐 AJ11439(FERM P-5136; JP56-35981A)
코리네박테리움 글루타미컴 H7684(FERM BP-3004; JP04-88994A)
브레비박테리움 락토퍼멘텀 AJ11426(FERM P5123 JP56-048890A)
코리네박테리움 글루타미컴 AJ11440(FERM P5137 JP56-048890A)
브레비박테리움 락토퍼멘텀 AJ11796(FERM P6402 JP58-158192A)
본 발명의 코리네형 세균은 L-글루탐산 생산능을 갖는 상기 코리네형 세균을 yggB 유전자를 이용하여 변형시켜 L-글루탐산 생산능이 보다 향상되도록 함으로써 수득할 수 있다. 또한, yggB 유전자를 이용하여 먼저 변형시키고 추가적인 변형을 수행하여 L-글루탐산 생산능을 부여하거나 향상시킬 수 있다.
yggB 유전자를 이용한 변형에는, 제한되지 않지만, 코리네형 세균에서 yggB 유전자의 발현을 향상시키는 방법 및 돌연변이를 코리네형 세균의 yggB 유전자내로 도입시키는 방법이 포함된다.
<I> yggB 유전자 발현의 향상
yggB 유전자는 "mscS"로도 언급되는 일종의 기계적감각 통로를 암호화한다[참조: FEMS Microbiol Lett. 2003 Jan 28;218(2):305-9].
코리네형 세균에서의 yggB 유전자 발현 향상은 비변형 균주와 비교하여 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능 개선을 유도한다. 즉, 야생형 균주와 같은 비변형 균주와 비교하여 yggB 유전자의 발현이 증가하도록 코리네형 세균 균주가 변형된 경우, 비변형 균주보다 더 많은 L-글루탐산의 축적 또는 더 높은 속도의 L-글루탐산의 생산을 야기한다.
yggB 유전자의 발현 향상이, 비변형 균주와 비교하여 2% 초과(소모된 당에 대한 수율), 보다 바람직하게는 4% 초과, 보다 바람직하게는 6% 초과의 L-글루탐산의 생산량의 증가를 야기하는 것이 바람직하다. 또한, 세균 세포의 구성을 위해 사용되는 탄소를 제외한 탄소(당)에 대한 L-글루탐산의 수율은 yggB 유전자의 발현을 향상시킴으로써 증가될 수 있다.
yggB 유전자의 발현이 향상되지 않은 비변형 균주와 비교하여 yggB 유전자의 발현 수준이 증가하는 한 이의 발현 수준이 임의의 수준일 수 있지만, 비변형 균주와 비교하여 바람직하게는 1.5배 이상, 보다 바람직하게는 2배 이상, 보다 바람직하게는 3배 이상으로 발현이 증가한다. yggB 유전자의 mRNA의 양을 측정함으로써 yggB 유전자의 발현 수준을 측정할 수 있다. 발현 수준을 측정하는 방법에는 노던 하이브리드화 및 RT-PCR이 있다[참조: Molecular cloning(Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor (USA), 2001)]. 대조군으로서 사용될 수 있는 야생형 코리네형 세균의 예에는 코레네박테리움 글루타미컴(브레비박테리움 락토퍼멘텀) ATCC13869, ATCC13032, ATCC14067 및 코리네박테리움 멜라세콜라 ATCC17965 균주가 포함된다.
yggB 유전자를 이용하여 변형된 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능은, L-글루탐산을 생산하는 조건하에서 및/또는 과량의 비오틴의 존재하에서 비변형 균주와 비교하여 향상될 수 있다. 여기서, "L-글루탐산을 생산하는 조건"에는 탄소원, 질소원, 무기 염, 및 아미노산 및 비타민과 같은 미량의 유기 영양소(필요한 경우에)를 함유한 통상적인 배지에 L-글루탐산 생산을 유도하는 물질이 첨가된 경우, 및 이러한 통상적인 배지에서 L-글루탐산 생산을 억제하는 물질의 양이 제한된 경우가 포함된다. L-글루탐산 생산을 유도하는 물질에는 페니실린 및 Tween 40 (등록 상표)과 같은 포화 지방산을 포함하는 계면활성제가 포함된다. L-글루탐산 생산을 억제하는 물질에는 비오틴이 포함된다[참조: Amino Acid Fermentation, Japan Scientific Societies Press 1986]. 배지내의 페니실린의 농도는 바람직하게는 0.1U/ml 이상, 보다 바람직하게는 0.2U/ml 이상, 보다 바람직하게는 0.4U/ml 이상이다. 배지내의 계면활성제의 농도는 바람직하게는 0.5g/L 이상, 보다 바람직하게는 1g/L 이상, 보다 바람직하게는 2g/L 이상이다. 배지에 첨가되는 비오틴의 농도는 L-글루탐산을 생산하는 조건하에서 바람직하게는 15㎍/L 미만, 보다 바람직하게는 10㎍/L 미만, 보다 바람직하게는 5㎍/L 미만이다. L-글루탐산을 생산하는 조건은 비오틴을 전혀 함유하지 않을 수 있다.
반면에, 과량의 비오틴을 함유하는 조건은 비오틴을 30㎍/L 이상, 보다 바람직하게는 40㎍/L 이상, 보다 바람직하게는 50㎍/L 이상 함유하는 조건일 수 있다.
코리네형 세균의 yggB 유전자의 예에는 서열번호 6의 아미노산 서열을 암호화하는 DNA, 서열번호 62의 아미노산 서열을 암호화하는 DNA, 서열번호 68의 아미노산 서열을 암호화하는 DNA, 및 서열번호 84의 아미노산 서열을 암호화하는 DNA가 포함된다. 코리네형 세균의 yggB 유전자의 구체적 예에는 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번, 서열번호 61의 뉴클레오타이드 507번 내지 2093번, 및 서열번호 67의 뉴클레오타이드 403번 내지 2001번, 및 서열번호 83의 뉴클레오타이드 501번 내지 2099번이 포함된다. 서열번호 83의 뉴클레오타이드 501번 내지 2099번의 뉴클레오타이드 서열은 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13032의 yggB 유전자이고, GenBank 승인번호 NC_003450의 게놈 서열에 있는 뉴클레오타이드 1336092번 내지 1337693번에 상응하며, NCgl1221(NP_600492. Reports small-conductance mechanosensitive channel...[gi:19552490])로서 등록되어있다. 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번의 뉴클레오타이드 서열은 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13869의 yggB 유전자이다. 서열번호 61의 뉴클레오타이드 507번 내지 2093번의 뉴클레오타이드 서열은 코리네박테리움 글루타미컴(브레비박테리움 플라붐) ATCC14067의 yggB 유전자이다. 서열번호 67의 뉴클레오타이드 403번 내지 2001번의 뉴클레오타이드 서열은 코리네박테리움 멜라세콜라 ATCC17965의 yggB 유전자이다. 또한, yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열이 종 및 균주마다 상이할 수 있기 때문에, 본 발명에서 사용되는 yggB 유전자는 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번의 뉴클레오타이드 서열의 변이체일 수 있다. 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번의 뉴클레오타이드 서열을 사용하기 위해 yggB 유전자의 변이체를, 예를 들면, BLAST(//blast.genome.jp/)에 의해 검색할 수 있다. yggB 유전자의 변이체에는 서열번호 75 및 76의 프라이머를 사용한 PCR에 의해 수득된 유전자가 포함된다. yggB 유전자는 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시킬 수 있는한 다른 미생물로부터 유래한 유전자일 수 있다. yggB 유전자는 하기의 돌연변이형 yggB일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 yggB 유전자는 서열번호 6, 62, 68, 또는 84에 제시된 아미노산 서열을 갖는 단백질을 암호화하는 유전자에 제한되지 않고, 코리네형 세균내로 유전자가 도입되는 경우 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시키는 능력을 계속 유지하는 동시에, 하나 이상의 위치에서 하나 이상의 아미노산이 치환, 결실, 삽입 또는 부가된, 서열번호 6, 62, 68, 또는 84의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 암호화하는 유전자를 포함할 수도 있다. 여기서 언급된 "수개"의 아미노산 잔기의 수는 3차원 구조에서의 위치 또는 단백질의 아미노산 잔기의 유형에 따라 다를 수 있지만, 바람직하게는 2 내지 20개, 보다 바람직하게는 2 내지 10개, 특히 바람직하게는 2 내지 5개이다. yggB 유전자는 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시키는 능력을 유지하는 동시에, 서열번호 6, 62, 68, 84, 또는 85에 제시된 아미노산 서열과 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상, 특히 바람직하게는 97% 이상 상동성인 단백질을 암호화하는 것이 바람직하다. 뉴클레오타이드 서열뿐만 아니라 아미노산 서열 간의 상동성은 카를린(Karlin)과 알트슐(Altschul)이 개발한 BLAST[참조: Pro. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 5873(1993)] 및 피어슨(Pearson)이 개발한 FASTA[참조: Methods Enzymol., 183, 63(1990)]를 포함한 알고리듬에 의해 측정할 수 있다. BLASTN 및 BLASTP를 포함한 상동성 검색 프로그램은 알고리듬에 기반하여 개발되어 왔다(//www.ncbi.nlm.nih.gov에서 사용 가능).
상기한 치환은 바람직하게는 보존적 치환이다. 방향족 아미노산의 경우, 보존적 치환은 phe, trp, 및 tyr 서로 간의 치환을 포함한다. 소수성 아미노산의 경우, 보존적 치환은 leu, ile, 및 val 서로 간의 치환을 포함한다. 극성 아미노산의 경우, 보존적 치환은 gln 및 asn 서로 간의 치환을 포함한다. 염기성 아미노산의 경우, 보존적 치환은 arg, lys, 및 his 서로 간의 치환을 포함한다. 산성 아미노산의 경우, 보존적 치환은 asp 및 glu 서로 간의 치환이다. 하이드록실 그룹 함유 아미노산의 경우, 보존적 치환은 ser 및 thr 서로 간의 치환이다. 보존적 치환은 또한 Ala에서 Ser 또는 Thr으로의 치환, Arg에서 Gln, His 또는 Lys으로의 치환, Asn에서 Glu, Gln, Lys, His 또는 Asp로의 치환, Asp에서 Asn, Glu 또는 Gln으로의 치환, Cys에서 Ser 또는 Ala으로의 치환, Gln에서 Asn, Glu, Lys, His, Asp 또는 Arg으로의 치환, Glu에서 Gly, Asn, Gln, Lys 또는 Asp로의 치환, Gly에서 Pro으로의 치환, His에서 Asn, Lys, Gln, Arg 또는 Tyr으로의 치환, Ile에서 Leu, Met, Val 또는 Phe으로의 치환, Leu에서 Ile, Met, Val 또는 Phe으로의 치환, Lys에서 Asn, Glu, Gln, His 또는 Arg으로의 치환, Met에서 Ile, Leu, Val 또는 Phe으로의 치환, Phe에서 Trp, Tyr, Met, Ile 또는 Leu으로의 치환, Ser에서 Thr 또는 Ala으로의 치환, Thr에서 Ser 또는 Ala으로의 치환, Trp에서 Phe 또는 Tyr으로의 치환, Tyr에서 His, Phe 또는 Trp으로의 치환, 및 Val에서 Met, Ile 또는 Leu으로의 치환을 포함한다.
특히, 서열번호 6의 아미노산 서열에서 다음의 아미노산은 치환 또는 결실될 수 있다. 코리네형 세균 가운데 보존된 YggB 단백질의 아미노산 서열, 즉 보존서열은 서열번호 85에 제시되어 있다. 서열번호 85에 제시된 Xaa 잔기는 치환 또는 결실될 수 있다.
48번 위치의 Glu (바람직하게는 Arg으로 치환된다)
275번 위치의 Asp (바람직하게는 Ser으로 치환된다)
298번 위치의 Glu (바람직하게는 Ala으로 치환된다)
343번 위치의 Ala (바람직하게는 Val으로 치환된다)
396번 위치의 Phe (바람직하게는 Ile으로 치환된다)
438번 위치의 Ser (바람직하게는 Gly으로 치환된다)
445번 위치의 Val (바람직하게는 Ala으로 치환된다)
454번 위치의 Ala (바람직하게는 Val으로 치환된다)
457번 위치의 Pro (바람직하게는 Ser으로 치환된다)
474번 위치의 Ser (바람직하게는 Asp로 치환된다)
517번 위치의 Val (바람직하게는 결실된다)
518번 위치의 Glu (바람직하게는 결실된다)
519번 위치의 Ala (바람직하게는 결실된다)
520번 위치의 Pro (바람직하게는 결실된다)
상기한 yggB 유전자 동족체는 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번, 서열번호 61의 뉴클레오타이드 507번 내지 2093번, 서열번호 67의 뉴클레오타이드 403번 내지 2001번, 또는 서열번호 83의 뉴클레오타이드 501번 내지 2099번의 뉴클레오타이드 서열을 변형시킴으로써, 예를 들면 암호화된 단백질의 특이적인 위치에서 아미노산 잔기의 치환, 결실, 삽입 또는 부가가 일어나도록 하는 부위-특이적 돌연변이유발 기술로 수득할 수 있다. 또한, 이러한 유전자는 통상적으로 공지된 돌연변이 처리를 하여 수득할 수 있다. 돌연변이 처리의 예에는, 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번, 서열번호 61의 뉴클레오타이드 507번 내지 2093번, 서열번호 67의 뉴클레오타이드 403번 내지 2001번, 또는 서열번호 83의 뉴클레오타이드 501번 내지 2099번의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 유전자를 시험관내에서 하이드록실아민으로 처리하여, 미생물, 예를 들면 에스케리키아 세균을 처리하고, 유전자에 자외선을 조사하거나 유전자에 N-메틸-N'-니트로-N-니트로소구아니딘(NTG) 또는 EMS(에틸 메탄설포네이트)와 같이 돌연변이 처리에서 일반적으로 사용되는 돌연변이유발제를 처리하는 방법이 포함된다. 상기한 아미노산 잔기의 치환, 결실, 삽입, 부가 또는 역위 등에 대한 돌연변이에는 yggB 유전자를 보유한 미생물 종에서의 차이 및 개체의 차이(돌연변이체 또는 변이체)로부터 초래되는 자연발생 돌연변이도 포함된다. 이러한 유전자가 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시킬 수 있는지의 여부는, 예를 들면 유전자를 야생형 코리네형 세균에서 발현시키고, 수득된 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능이 야생형 균주와 같은 비변형 균주에 비해 향상되는지 측정함으로써 확인될 수 있다.
yggB 유전자는, 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번, 서열번호 61의 뉴클레오타이드 507번 내지 2093번, 서열번호 67의 뉴클레오타이드 403번 내지 2001번, 또는 서열번호 83의 뉴클레오타이드 501번 내지 2099번에 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 갖는 DNA 또는 이들 가운데 어떤 뉴클레오타이드로부터 제조될 수 있는 프로브와 엄중한 조건하에서 하이브리드화 할 수 있고, 코리네형 세균내로 도입되는 경우 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시킬 수 있는 DNA일 수도 있다.
본원에서 사용되는 "엄중한 조건"이란 소위 특이적인 하이브리드는 형성되고 비특이적인 하이브리드는 형성되지 않는 조건이다. 엄중한 조건의 예에는, 고도로 상동성인 DNA가 서로 하이브리드화 하는 조건, 예를 들면 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 특히 바람직하게는 95% 이상 상동성인 DNA는 서로 하이브리드화하고, 70% 미만의 상동성인 DNA는 서로 하이브리드화하지 않는 조건, 및 서던 하이브리드화의 전형적 세척과 염 농도에서, 즉 60℃에서 1×SSC, 0.1% SDS, 바람직하게는 60℃에서 0.1×SSC, 0.1% SDS, 보다 바람직하게는 68℃에서 0.1×SSC, 0.1% SDS로 1회 또는 바람직하게는 2 내지 3회 세척하에 DNA가 서로 하이브리드화하는 조건이 포함된다.
yggB 유전자의 상보적인 부분 서열이 프로브로서 사용될 수도 있다. 이러한 프로브는 당업자에게 공지된 방법으로 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열에 기반하여 고안된 올리고뉴클레오타이드를 사용한 PCR에 의해 제조될 수 있다. 약 300 bp의 길이를 갖는 DNA 단편이 프로브로서 사용되는 경우, 하이브리드화 이후의 세척 조건은 50℃에서 2×SSC, 0.1% SDS로서 예시될 수 있다. 서열번호 75 및 76에 제시된 올리고뉴클레오타이드는 상기 프로브를 제조하기 위해 사용될 수 있다.
또한, yggB 유전자는 <II> 내지 <IV>에 하기하는 돌연변이형 yggB 유전자일 수 있다.
상기한 yggB 유전자의 발현 향상은, 플라스미드, 또는 상동성 재조합, 접합, 전위 등을 이용한 형질전환을 사용함으로써, yggB 유전자의 카피 수를 증가시키거나, yggB 유전자의 발현 조절 서열을 변형시키거나, yggB 유전자의 발현을 증가시키는 조절인자를 암호화하는 유전자를 증폭시키거나, yggB 유전자의 발현을 감소시키는 조절인자를 암호화하는 유전자를 파괴 또는 약화시킴으로써 달성될 수 있다.
예를 들면, 재조합 DNA는, yggB 유전자를 포함하는 유전자 단편을 벡터, 바람직하게는 코리네형 세균내에서 복제할 수 있는 다중 카피 벡터에 연결시키고, 수득된 벡터를 L-글루탐산을 생산하는 코리네형 세균내로 도입시킴으로써 제조될 수 있다.
yggB 유전자의 카피 수는 다수의 yggB 유전자 카피를 미생물의 염색체 DNA내로 통합시킴으로써 증가될 수도 있다. 다수의 yggB 유전자 카피를 미생물의 염색체 DNA내로 통합시키기 위해서, 염색체 DNA상에 다중 카피로 존재하는 서열을 표적하여 상동성 재조합을 수행할 수 있다. 트랜스포존의 말단에 있는 반복 DNA 및 역위 반복체가 사용될 수 있다. 또한, 일본 공개특허 공보 제2-109985A호에 게시된 바와 같이, yggB 유전자를 트랜스포존내로 혼입시키고, 다수의 유전자 카피가 염색체 DNA내로 통합되도록 전달하는 것도 가능하다. yggB 유전자의 부분 서열을 갖는 프로브를 사용한 서던 하이브리드화로 yggB 유전자를 염색체내로 통합시킬 수 있다.
이하, yggB 유전자의 발현이 향상되도록 변형된 코리네형 세균을 작제하는 방법의 예를 제시할 것이다. 이 방법은 문헌[참조: Molecular cloning: Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor (USA), 2001)]에 기술된 바와 같은 통상적인 방법에 의해 수행할 수 있다.
먼저, 코리네형 세균의 염색체 DNA로부터 yggB 유전자를 클로닝한다. 염색체 DNA를 코리네형 미생물로부터, 예를 들면 사이토(Saito)와 미우라(Miura)의 방법[참조: H. Saito and K. Miura, Biochem. Biophys. Acta, 72, 619 (1963), Text for Bioengineering Experiments, Edited by the Society for Bioscience and Bioengineering, Japan, pp.97-98, Baifukan, 1992)]에 의해 제조할 수 있다. PCR을 위해 서열번호 75 및 76에 제시된 것과 같은 올리고뉴클레오타이드가 프라이머로서 사용될 수 있다.
이어서, 증폭된 yggB 유전자를 코리네형 세균에서 작용할 수 있는 벡터 DNA에 연결시켜 재조합 DNA를 제조한다. 플라스미드를 작제하기 위해 바람직하게는 에스케리키아 콜라이 및 코리네형 세균에서 자발적으로 복제할 수 있는 벡터가 사용된다. 코리네형 세균에서 자발적으로 복제할 수 있는 벡터의 예에는 pAM330 (JP58-67699A), pHM1519 (JP58-77895A), pVK7 (US2003-0175912), 및 pSFK6 (JP2000-262288A), pCRY30 (JP3-210184A), pCRY21, pCRY2KE, pCRY2KX, pCRY31, pCRY3KE, pCRY3KX (JP2-72876A 및 미국 특허 제5,185,262호), pCRY2, 및 pCRY3 (JP1-191686), 및 pAJ655, pAJ611, pAJ1844 (JP58-192600A), pCG1 (JP57-134500A), pCG2 (JP58-35197), pCG4, pCG11 (S57-183799)가 포함된다. 에스케리키아 콜라이에서 자발적으로 복제할 수 있는 벡터의 예에는 pUC19, pUC18, pHSG299, pHSG399, pHSG398, pACYC184, (pHSG 및 pACYC는 Takara Bio로부터 입수할 수 있다), RSF1010, pBR322, pMW219 (pMW는 Nippon Gene으로부터 입수할 수 있다), pTrc99A [참조: Amann et al., Gene 69:301-315(1988)]등이 포함된다.
yggB 유전자를 상기한 벡터에 연결시켜 재조합 DNA를 제조하기 위해서, yggB 유전자를 포함하는 벡터 및 단편을 제한효소로 분해시키고, 일반적으로 T4 DNA 리가제와 같은 리가제를 사용하여 서로 연결시킨다.
상기한 재조합 플라스미드를 통상적인 형질전환 방법으로 숙주 코리네형 세균내로 도입시킨다. 형질전환 방법의 예에는, 에스케리키아 콜라이 K-12에 대해 보고된 바 있는 방법인, 수용 세포를 염화칼슘으로 처리하여 DNA의 투과성을 증가시키는 방법[참조: Mandel, M. and Higa, A., J. Mol. Biol., 53, 159 (1970)], 및 바실러스 섭틸리스에 대해 보고된 바 있는 방법인, 성장기에 있는 세포로부터 컴피턴트 세포를 제조하여 DNA로 형질전환시키는 방법[참조: Duncan, C.H., Wilson, G.A. and Young, F.E., Gene, 1, 153 (1997)] 등이 포함된다. 이러한 방법 외에도, 바실러스 섭틸리스, 방선균 및 효모에 적용할 수 있는 것으로 보고된 바 있는 방법인, 재조합 DNA를 원형질체- 또는 스페로플라스트-유사 수용 세포내로 도입시키는 방법[참조: Chang, S. and Choen, S.N., Molec. Gen. Genet., 168, 111 (1979); Bibb, M.J., Ward, J.M. and Hopwood, O.A., Nature, 274, 398 (1978); Hinnen, A., Hicks, J.B. and Fink, G.R., Proc. Natl. Sci., USA, 75, 1929 (1978)]을 사용할 수 있다. 또한, 전기 펄스 방법(일본 공개특허 공보 제2-207791A호)을 사용하여 미생물의 형질전환을 수행할 수도 있다.
yggB 유전자의 카피 수는 다수의 유전자 카피를 코리네형 세균의 염색체 DNA내로 통합시킴으로써 증가될 수도 있다. 다수의 yggB 유전자 카피를 코리네형 세균의 염색체 DNA내로 통합시키기 위해서, 염색체 DNA상에 다수의 카피로 존재하는 서열을 표적하여 상동성 재조합을 수행할 수 있다. 트랜스포존의 말단에 있는 반복 DNA 및 역위 반복체가, 염색체 DNA상에 다수의 카피로 존재하는 서열로서 사용될 수 있다. 또한, 유럽 특허 제0332488B호 및 문헌[참조: Vertes, A.A., Asai, Y., Inui, M., Kobayashi, M., Kurusu, Y. and Yukawa, H. :Mol. Gen. Genet., 245, 397-405 (1994)]에 게시된 바와 같이, yggB 유전자를 트랜스포존내로 혼입시키고, 다수의 유전자 카피가 염색체 DNA내로 통합되도록 전달하는 것도 가능하다.
또한, Mu 파아지(유럽 특허 제0332488B) 또는 접합 방법[참조: Biotechnology (N Y). 1991 Jan;9(1):84-7]을 사용하여 yggB 유전자를 숙주 염색체내로 혼입시킬 수도 있다. 또한, yggB 유전자의 카피 수는 하기하는 인공 트랜스포존을 사용함으로써 증가될 수도 있다.
또한, 숙주 코리네형 세균내에서 복제할 수 없는 복제 오리진을 갖는 플라스미드 또는 숙주 코리네형 세균내에서 복제할 수 없는 복제 오리진을 갖고 접합에 의해 전달될 수 있는 플라스미드에 yggB 유전자를 삽입함으로써, 염색체상에서 yggB 유전자를 증폭시킬 수도 있다. 이러한 플라스미드의 예에는 pSUP301[참조: Simo et al., Bio/Technology 1, 784-791 (1983)], pK18mob 및 pK19mob[참조: Schaefer et al., Gene 145, 69-73 (1994)], pGEM-T(Promega corporation, Madison, WI, USA), pCR2.1-TOPO[참조: Shuman (1994) Journal of Biological Chemistry 269: 32678-84; US-A 5487993], pCR(R)Blunt(Invitrogen, Groningen, Netherlands; Bernard et al., Journal of Molecular Biology, 234: 534-541 (1993)), pEM1[참조: Schrumpf et al., 1991, Journal of Bacteriology 173: 4510-4516], 및 pBGS8[참조: Spratt et al., 1986, Gene, 41:337-342]이 포함된다. yggB 유전자를 갖는 플라스미드를 접합 또는 형질전환에 의해 코리네형 세균내로 전달한다. 유전자 전달을 접합에 의해, 예를 들면 문헌[참조: Schaefer et al. Applied and Environmental Microbiology 60, 756-759 (1994)]에 기술된 방법에 의해 수행할 수도 있다. 유전자 전달을 형질전환에 의해, 예를 들면 문헌[Theirbach et al. Applied Microbiology and Biotechnology 29, 356-362 (1998)], 문헌[Dunican and Shivinan, Bio/Technology 7, 1067-1070 (1989)], 및 문헌[Tauch et al. FEMS Microbiological Letters 123, 343-347 (1994)]에 기술된 방법에 의해 수행할 수도 있다.
yggB 유전자의 발현 향상은, 염색체 DNA 또는 플라스미드상에 있는, yggB 유전자의 프로모터를 포함하는, 발현 조절 서열을 보다 강한 것으로 대체함으로써, 오퍼레이터(operator) 및/또는 리프레서(repressor)와 같이 yggB 유전자의 발현 조절에 관계된 요소를 변형시킴으로써, 또는 yggB 유전자의 종결 코돈 하류에 강한 터미네이터(terminator)를 융합시킴으로써[참조: Hamilton et al.; Journal of Bacterology 171:4617-4622] 달성될 수도 있다. 예를 들면, lac 프로모터, trp 프로모터, trc 프로모터, PL 프로모터, PS2 프로모터[참조: Appl Environ Microbiol. 2003 Jan;69(1):358-66; Mol Microbiol. 1993 Jul;9(1):97-109; WO93/03158] 등이 강한 프로모터로서 알려져 있다. 프로모터의 세기를 평가하는 방법 및 강한 프로모터의 예는 문헌[참조: Goldstein et al. Prokaryotic promoters in biotechnology. Biotechnol. Annul. Rev., 1995, 1, 105-128]에 게시되어 있다. 또한, 프로모터를 보다 강하게 하기 위해서, 수개의 뉴클레오타이드 치환을 yggB 유전자의 프로모터 영역내로 도입시키는 것도 가능하다(WO00/18935). 예를 들면, "-35 영역"을 "TTGACA" 또는 "TTGCCA"로 치환시키거나, "-10 영역"을 "TATAAT" 또는 "TATAAC"로 치환시킬 수 있다. 또한, 특히 개시 코돈의 바로 수개의 뉴클레오타이드 상류에 있는, 리보솜 결합 부위(RBS)와 해독 개시 코돈 사이의 스페이서 서열이 해독 효율에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이러한 서열을 변형시킬 수 있다. yggB 유전자의 "발현 조절 서열"은 yggB 유전자의 발현량에 영향을 주는 영역을 의미하며, 그것의 예에는 yggB 유전자의 상류 영역이 포함된다. yggB 유전자 발현을 향상시키기 위한 변형에 적합한 상류 영역에는 yggB 유전자의 해독 개시 코돈의 상류 영역(예를 들면, 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1436번의 상류 영역)이 포함되고, 그것의 바람직한 예에는 해독 개시 코돈의 적어도 500bp 상류 영역이 포함되며, 그것의 보다 바람직한 예에는 해독 개시 코돈의 적어도 300bp 상류 영역이 포함된다.
발현 조절 서열의 대체는, 예를 들면 상기한 온도 민감성 플라스미드를 사용함으로써 달성될 수도 있다.
발현 조절 서열의 변형으로 yggB 유전자의 카피 수가 증가될 수도 있다.
<II> 돌연변이형 yggB 유전자의 도입
yggB 유전자를 이용한 변형으로 돌연변이형 yggB 유전자가 코리네형 세균내로 도입될 수 있다. 돌연변이형 yggB 유전자의 도입에는, 염색체상의 yggB 유전자내로 돌연변이의 도입, 돌연변이형 yggB 유전자를 포함하는 플라스미드의 도입, 및 염색체상의 yggB 유전자의 돌연변이형 yggB 유전자로의 대체가 포함된다.
본 발명에서, "돌연변이형 yggB 유전자"는 코리네형 세균내로 도입되는 경우 과량의 비오틴의 존재하에서 yggB 유전자가 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시키게 하는 암호화 영역내에 돌연변이를 포함하는 yggB 유전자를 의미한다. 돌연변이형 yggB 유전자는, 코리네형 세균내로 도입되는 경우 과량의 비오틴의 존재하에서뿐만 아니라 L-글루탐산을 생산하는 조건하에서 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시키는 유전자일 수도 있다.
"과량의 비오틴의 존재하에서 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능이 향상된다"라는 어구는, 코리네형 세균의 비변형 균주가 실질적으로 L-글루탐산을 생산할 수 없는 농도의 비오틴을 함유하는 배지에서, 예를 들면 30㎍/L 이상의 비오틴을 함유하는 배지에서, 본 발명의 코리네형 세균을 배양하는 경우에, 배지에 비변형 균주보다 더 많은 L-글루탐산의 축적을 야기하거나, 또는 비변형 균주보다 더 높은 속도로 L-글루탐산을 생산하는 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 돌연변이형 yggB 유전자를 수득하는 방법 및 돌연변이형 yggB 유전자를 도입시키는 방법의 예를 기술할 것이다. 그러나 본 발명의 돌연변이형 yggB 유전자를 수득하는 방법 및 돌연변이형 yggB 유전자를 도입시키는 방법은 이러한 예들로 제한되지 않는다.
(II-1) odhA 유전자에 결함이 있는 균주를 사용하는 방법
본 발명의 발명자들은 α-케토글루타레이트 데하이드로게나제의 E1o 서브유닛을 암호화하는 유전자가 파괴된, odhA(sucA) 유전자-파괴된 균주를 이용함으로써 돌연변이형 yggB 유전자를 효율적으로 수득할 수 있음을 밝혔다.
본 발명에서, α-케토글루타레이트 데하이드로게나제(α-KGDH) 활성은 석시닐-CoA를 생성시키는 α-케토글루타르산(2-옥소글루타르산)의 산화성 탈카복실화 반응을 촉매하는 활성을 의미한다. 이 반응은 세 종류의 효소, 즉 α-케토글루타레이트 데하이드로게나제(E1o EC1.2.4.2), 디하이드로리포아미드-S-석시닐트랜스퍼라제(E2o) 및 디하이드로리포아미드 데하이드로게나제(E3)에 의해 촉매된다. α-케토글루타레이트 데하이드로게나제는 옥소글루타레이트 데하이드로게나제(석시닐-트랜스퍼라제) 또는 2-옥소글루타레이트 데하이드로게나제로도 지칭된다. α-KGDH의 활성은 문헌[참조: Shiio et al. Isamu Shiio and Kyoko Ujigawa-Takeda, Agric. Biol. Chem., 44(8), 1897-1904, 1980]의 방법으로 측정할 수 있다.
코리네형 세균의 α-케토글루타레이트 데하이드로게나제의 E1o 서브유닛을 암호화하는 유전자(odhA)의 뉴클레오타이드 서열은 이미 동정되었다[참조: Microbiology 142, 3347-3354, (1996), Genbank 승인번호 D84102]. odhA 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 43의 뉴클레오타이드 443번 내지 4213번에 제시되어 있고, odhA 유전자의 아미노산 서열은 서열번호 44에 제시되어 있다.
odhA 유전자-파괴된 균주는, 예를 들면 상기한 sacB 유전자를 사용하는 방법으로 수득할 수 있다. 먼저, 서열번호 1 및 2에 제시된 것과 같은 odhA 유전자의 뉴클레오타이드 서열에 기반하여 고안된 프라이머, 및 주형으로서 ATCC13869 균주와 같은 코리네형 세균의 염색체 DNA를 이용하여 PCR로 odhA 유전자의 내부서열을 증폭시킨다. odhA 유전자가 파괴된 플라스미드를 작제하기 위해 odhA 유전자의 내부단편을 플라스미드내로 삽입한다. 유전자를 파괴하기 위해 사용되는 플라스미드에는 코리네형 세균에 대한 온도 민감성 플라스미드(JP-A-05-00791), 및 실시예 1에 기술된 sacB 유전자를 포함하는 자살벡터인 pBS3가 포함된다.
수득된 플라스미드를, 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산의 축적을 야기할 수 없는 균주, 예를 들면 야생형 씨. 글루타미컴 ATCC13869, ATCC13032 균주내로 전기 펄스 방법(JP-A-2-207791)에 의해 도입시킨다. 플라스미드상의 돌연변이형 odhA 유전자와 염색체 odhA 유전자 사이에 상동성 재조합이 일어난 단일교차 재조합체를 수득한다. 온도 민감성 플라스미드를 사용하는 경우, 플라스미드가 복제할 수 없는 온도에서 단일교차 재조합체를 수득한다. 균주가 단일교차 재조합체인지의 여부는, 예를 들면 서열번호 3 및 4의 올리고뉴클레오타이드를 이용함으로써 확인할 수 있다.
이렇게 수득된 odhA 유전자가 파괴된 균주를 당을 함유하는 배지에서 분리한다. 분리 공정에서, 높은 빈도로 자발적 돌연변이가 염색체상의 yggB 유전자내로 도입된다. 이어서, 과량의 비오틴을 함유하는 배지에서 균주를 배양함으로써, 분리된 균주의 L-글루탐산 생산능을 평가한다. 예를 들면, 후보 균주를 20ml의 배양 배지(30g/l 글루코즈, 15g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l 비타민 B1, 300㎍/l 비오틴, 0.48g/l 대두 가수분해물(총 질소), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 1g의 열-멸균된 탄산칼슘을 부가하고 진탕하면서 균주를 배양한다. 당이 완전히 소비된 후, 축적된 L-글루탐산의 양을 측정한다. L-글루탐산을 생산하는 균주, 예를 들면 50% 이상(당에 대한 수율)의 L-글루탐산을 생산하는 균주를 선별하고, 선별된 균주의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하여 yggB 유전자내로 돌연변이가 도입된 균주를 수득한다.
돌연변이형 yggB 유전자만을 보유한 균주를 작제하기 위해서, 플라스미드에 의해 피괴된 염색체상의 odhA 유전자를 야생형 odhA 유전자로 대체하는 것이 바람직하다. odhA 유전자에 결함이 있는 균주는 당이 없는 배지에서 상당히 느리게 성장한다. 하지만 odhA 유전자가 야생형 유전자로 복귀되면 당이 없는 배지, 예를 들면 CM2B 배지(10g/l 폴리펩톤, 10g/l 효모 추출물, 5g/l NaCl, 10㎍/l 비오틴, 20g/l 한천, KOH를 사용하여 pH 7.0으로 조정함)에서 균주가 잘 성장할 수 있다. 따라서, odhA 유전자-파괴된 균주를 CM2B 플레이트에 도말하여, 성장이 개선된 균주를 선별한다. 이렇게 출현한 성장이 개선된 균주를 CM2B 플레이트에서 정제하고, 균주가 야생형 odhA 유전자를 포함하는지의 여부는, 잔존하는 벡터의 부재에 기반하여 항생제에 대한 균주의 민감성을 검사하여 평가할 수 있다. 또한, odhA 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정할 수도 있다.
또한, 돌연변이형 yggB 유전자를 odhA-yggB 이중 돌연변이 균주로부터 클로닝하고, 야생형 균주내로 도입시킬 수도 있다. 예를 들면, 주형으로서 이중 돌연변이 균주의 염색체 DNA를 사용하고 서열번호 9 및 10에 제시된 프라이머를 사용하여 PCR을 수행함으로써 돌연변이형 yggB 유전자를 증폭시킬 수 있다. pHSC4(JP-A-05-007491) 또는 실시예 1에 기술된 자살벡터인 pBS3와 같이 코리네형 세균에 대한 온도 민감성 플라스미드에 증폭된 생성물을 삽입하여, 염색체상의 야생형 yggB 유전자를 돌연변이형 yggB 유전자로 대체시킨다. 돌연변이가 염색체상의 yggB 유전자내로 도입되었는지의 여부는 염색체상의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하여 확인할 수 있다.
(II-2) 전위요소를 사용하는 방법
코리네형 세균의 전위요소를 이용하여, 돌연변이형 yggB 유전자를 갖는 코리네형 세균을 스크리닝할 수도 있다. 전위요소에는 삽입서열(IS) 및 인공 트랜스포존이 포함될 수 있다. 돌연변이형 yggB 유전자는, 암호화 영역내로 우연히 삽입된 IS 및/또는 트랜스포존을 갖는 유전자, 또는 인공 트랜스포존을 사용하여 인공적으로 수득한 유전자일 수 있다. 전위요소가 삽입된 균주는, 예를 들면 L-글루탐산 유사체에 대한 민감성의 감소에 기초하여 선별할 수 있다. L-글루탐산 유사체로서 4-플루오로글루탐산이 사용될 수 있다. 또한, 항생제-내성 유전자를 포함하는 인공 트랜스포존으로 항생제-내성 균주를 무작위로 선별하고, 항생제-내성 균주의 yggB 유전자의 길이를 PCR로 확인함으로써, 전위요소가 삽입된 균주를 선별할 수 있다.
코리네형 세균내로 IS를 도입시키기 위해 일본 공개특허 공보 제9-070291호에 기술된 방법을 사용할 수도 있다. IS의 양측면에 역위 반복체(IR) 사이에 끼어있는 트랜스포사제의 구조 유전자 및 마커 유전자를 포함한 인공 트랜스포존을 사용할 수도 있다. 이 경우, 트랜스포사제의 구조 유전자는 마커 유전자 및 IS와 함께 동일한 플라스미드에 존재하거나 별개의 플라스미드에 존재할 수 있다. 또한, 숙주 코리네형 세균의 염색체상에 존재하는 트랜스포존의 기능을 사용할 수도 있다. 코리네형 세균으로부터 유래한 트랜스포사제를 암호화하는 유전자의 예를 GenBank 승인번호로 제시하였다.
1. NCgl0179 Cgl0182; 트랜스포사제
2. NCgl0235 Cgl0238; 추정되는 트랜스포사제
3. NCgl0348 Cgl0355; 추정되는 트랜스포사제
4. NCgl0688 Cgl0718; 추정되는 트랜스포사제
5. NCgl0919 Cgl0959; 트랜스포사제
6. NCgl0993 Cgl1037; 트랜스포사제
7. NCgl1021 Cgl1066; 트랜스포사제
8. NCgl1464 Cgl1521; 추정되는 트랜스포사제
9. NCgl1496 Cgl1557; 트랜스포사제
10. NCgl1662 Cgl1733; 추정되는 트랜스포사제
11. NCgl1664 Cgl1734; 트랜스포사제
12. NCgl2131 Cgl2212; 트랜스포사제
13. NCgl2284 Cgl2367; 트랜스포사제
14. NCgl2392 Cgl2479; 추정되는 트랜스포사제
15. NCgl2418 Cgl2504; 추정되는 트랜스포사제
16. NCgl2420 Cgl2506; 추정되는 트랜스포사제
17. NCgl2460 Cgl2548; 예측된 트랜스포사제
18. NCgl2542 Cgl2631; 예측된 트랜스포사제
19. NCgl2665 Cgl2761; 추정되는 트랜스포사제
20. NCgl2748 Cgl2845; 추정되는 트랜스포사제
21. NCgl2850 Cgl2951; 예측된 트랜스포사제
IS 또는 인공 트랜스포존은 적당한 벡터, 예를 들면 코리네형 세균에서 복제할 수 있는 플라스미드를 사용하여, 코리네형 세균내로 도입시킬 수 있다. 플라스미드의 구체적 예에는 pHM1519[참조: Agric. Biol. Chem., 48, 2901-2903 (1984)], pAM330[참조: Agric. Biol. Chem., 48, 2901-2903 (1984)], 및 약물 내성 유전자를 보유하도록 이러한 플라스미드를 변형시킴으로써 수득된 플라스미드가 포함된다. 또한, 염색체상의 IS 또는 인공 트랜스포존을 효율적으로 증폭시키기 위해 상기 (1)에 기술된 바와 같은 온도 민감성 복제 오리진을 갖는 플라스미드가 바람직하게 사용된다(일본 공개특허 공보 제5-7491호 참조). 이러한 스크리닝에 사용되는 모균주는 바람직하게는 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산의 축적을 야기할 수 없는 균주, 예를 들면 씨. 글루타미컴의 야생형 균주인 ATCC13869 균주이다.
IS 또는 인공 트랜스포존을 보유하는 플라스미드를 코리네형 세균내로 도입시키는 방법으로서, 원형질체 방법[참조: Gene, 39, 281-286 (1985)], 전기천공 방법[참조: Bio/Technology, 7, 1067-1070 (1989)]과 같은 통상적으로 사용되는 방법 등이 사용될 수 있다.
온도 민감성 플라스미드가 보유하는 IS 또는 인공 트랜스포존의 코리내형 세균내로의 도입은, 플라스미드로 코리네형 세균을 형질전환시키고, 플라스미드가 복제하여 IS 또는 인공 트랜스포존이 세포당 수십 내지 수백 카피로 증폭되고 염색체상으로 IS 또는 인공 트랜스포존을 도입시킬 수 있게 하는 25℃에서 형질전환체를 배양하고, 이어서 과량의 플라스미드를 제거하기 위해 34℃에서 세포를 배양함으로써 수행할 수 있다. 또한, IS 또는 인공 트랜스포존만의 DNA 단편, 또는 코리네형 세균에서 복제할 수 없는 플라스미드 벡터(예를 들면, 에스케리키아 콜라이에서 복제할 수 있는 플라스미드 벡터)가, IS 또는 인공 트랜스포존을 코리네형 세균의 염색체내로 도입시키기 위해 사용될 수 있다[참조: 일본 공개특허 공보 제7-107976호, Vertes, A.A., Asai, Y., Inui, M., Kobayashi, M., Kurusu, Y. and Yukawa, H.: Mol. Gen. Genet., 245, 397-405 (1994)].
L-글루탐산의 축적을 야기하는 균주를 선별하기 위해서, 염색체상에 IS 또는 인공 트랜스포존이 있는 균주를 과량의 비오틴을 함유하는 배지에서 배양한다. 이 균주의 염색체상의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정함으로써 돌연변이형 yggB 유전자를 갖는 코리네형 세균을 수득할 수 있다.
(II-3) 시험관내에서 yggB 유전자내로 돌연변이를 무작위로 도입시키는 방법
또한, 시험관내에서 yggB 유전자내로 돌연변이를 무작위로 도입시키고, 돌연변이 유전자를 코리네형 세균내로 도입시키고, 돌연변이형 yggB 유전자가 존재하여 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산을 생산하는 균주를 스크리닝함으로써 돌연변이형 yggB 유전자를 수득할 수 있다. 스크리닝에 유용한 모균주는 바람직하게는 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산의 축적을 야기할 수 없는 균주, 예를 들면 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13869 균주, ATCC13032 균주, ATCC14067 균주, 및 코리네박테리움 멜라세콜라 ATCC17965 균주이다.
돌연변이형 yggB 유전자를 스크리닝하기 위해서 yggB에 결함이 있는 균주가 바람직하게 사용된다. sacB 유전자를 사용하는 상기한 방법과 유사한 방법에 의해, yggB 유전자-파괴된 균주를 작제할 수 있다. 예를 들면, yggB 유전자의 N-말단 단편을 제조하기 위해서, 서열번호 39 및 40에 제시된 프라이머 및 주형으로서 씨. 글루타미컴 ATCC13869의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 유사하게, C-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 41 및 42의 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 서열번호 40 및 41은 서로 상보적이다. 이어서, yggB 유전자의 내부서열이 결실된 단편을 제조하기 위해서, 주형으로서 등몰량의 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 39 및 42의 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다.
수득된 PCR 단편을, 유전자 파괴를 위한 플라스미드, 예를 들면 레반 슈크라제 유전자를 보유한 pBS4S내로 삽입한다. yggB 유전자-파괴된 균주를 작제하기 위해서, 수득된 플라스미드를 코리네형 세균, 예를 들면 씨. 글루타미컴 ATCC13869 균주의 염색체내로 도입시킨다.
이어서, 예를 들면, 다음과 같이 yggB 유전자의 시험관내 돌연변이유발을 수행할 수 있다. 먼저, 코리네형 세균에서 복제할 수 있는 플라스미드내로 yggB를 클로닝한다. 수득된 yggB 유전자를 보유하는 플라스미드 약 10㎍을, 돌연변이유발제를 함유하는 완충액, 예를 들면 400mM 하이드록실아민 및 1mM EDTA (pH 6.0)를 함유하는 500mM 인산염 완충액에 용해시키고, yggB 유전자내로 돌연변이를 도입시키기 위해서 75℃에서 60 내지 90분 동안 가열한다. 돌연변이유발 후, SUPREC-02 (Takara Bio INC.) 등으로 플라스미드를 탈염시키고, 이어서 ATCC13869 △yggB 균주내로 도입시키고, 항생제를 함유하는 배지에서 형질전환체를 스크리닝한다. 대조군으로서, 돌연변이가 유발되지 않은, yggB 유전자 보유 플라스미드를 ATCC13869 △yggB 균주내로 도입시킨다. 출현한 형질전환체를 과량의 비오틴을 함유하는 배지에 접종하고, 진탕하면서 배양하고나서, 축적된 L-글루탐산의 농도를 측정한다. 야생형 yggB 유전자를 보유하는 플라스미드가 도입된 균주를 배양하는 배지에서는 실질적으로 L-글루탐산이 축적되지 않는 반면, 돌연변이형 yggB 유전자를 보유하는 플라스미드가 도입된 균주를 배양하는 배지에서는 상당한 양의 L-글루탐산이 축적된다. 균주가 돌연변이형 yggB 유전자를 보유하는지의 여부는 균주로부터 플라스미드를 추출하고 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하여 확인할 수 있다.
또한, 오류 유발(error prone) PCR, DNA 셔플링, 및 StEP-PCR[참조: Firth AE, Patrick WM; Bioinformatics. 2005 Jun 2; Statistics of protein library construction]과 같은 방법에 의해 yggB 유전자내로 돌연변이를 인공적으로 도입시킴으로써 돌연변이형 yggB 유전자를 수득할 수 있다.
염색체상의 yggB 유전자내로 돌연변이를 도입시키는 방법에는, 상기한 방법 외에도, 코리네형 세균에 X-선 또는 자외선을 조사하거나 N-메틸-N'-니트로-N-니트로소구아니딘과 같은 돌연변이유발제를 처리하고 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산을 생산하는 균주를 선별하는 방법이 포함된다. 돌연변이형 yggB 유전자가 도입되었는지의 여부는 염색체상의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하여 확인할 수 있다.
(II-4) L-글루탐산 유사체-내성 균주를 스크리닝하는 방법
야생형 yggB 유전자를 갖는 코리네형 세균을 L-글루탐산 유사체를 함유하는 배지에서 배양하고, 배지에서 성장할 수 있는 L-글루탐산 유사체-내성 균주를 선별함으로써 돌연변이형 yggB 유전자를 수득할 수 있다. 이 방법에서 사용되는 모균주는 바람직하게는 상기한 코리네형 세균의 야생형 균주이고, 야생형 yggB 유전자를 갖는 균주일 수도 있으며, 야생형 yggB 유전자를 포함하는 플라스미드를 갖는 균주가 포함된다.
본원에서 사용되는 "L-글루탐산 유사체"에는 γ-메틸 L-글루타메이트, α-메틸 글루탐산, β-하이드록시글루탐산, 메티오닌설폭시민, 글루탐산-γ-모노하이드록사메이트, 2-아미노-4-포스포노부티르산, γ-모노에틸 L-글루타메이트, 디메틸 L-글루타메이트, 디-t-부틸 L-글루타메이트, 모노플루오로글루탐산, 디에틸 L-글루타메이트, D-글루탐산, 및 4-플루오로글루탐산이 포함되고, 이들 가운데 4-플루오로글루탐산이 바람직하게 사용된다. 예를 들면, 다음과 같이 L-글루탐산 유사체-내성 균주를 수득할 수 있다. 즉, L-글루탐산 유사체를 함유하는 최소 배지에 코리네형 세균을 접종하고, 24 내지 48시간 후에 출현하는 콜로니를 수거한다. 배지에 첨가되는 L-글루탐산 유사체의 농도는 바람직하게는, 비돌연변이 yggB 유전자를 갖는 균주는 성장할 수 없고 돌연변이 yggB 유전자를 갖는 균주는 성장할 수 있는 농도이다. 구체적으로, 4-플루오로글루탐산의 농도는 1.25mM 이상, 바람직하게는 2.5mM 이상, 보다 바람직하게는 5mM 이상이다. 예를 들면, 본원에서 사용되는 "L-글루탐산 유사체-내성 균주"는, 야생형 균주의 생존성 세포 수(콜로니를 형성할 수 있는 세포의 수)가 4-플루오로글루탐산이 없을 때의 1/100 이하로 억제되는 4-플루오로글루탐산을 함유한 배지에서 균주를 배양할 때, 균주가 4-플루오로글루탐산 없이 배양된 균주의 1/10 이상의 성장을 나타내는 것을 의미한다.
수득된 L-글루탐산 유사체-내성 균주를 과량의 비오틴을 함유하는 액체 배지에 접종하고, 진탕하면서 배양하고나서, 배지에 축적된 L-글루탐산의 농도를 측정한다. 야생형 yggB 유전자를 갖는 균주는 L-글루탐산을 거의 축적하지 못하는 반면, L-글루탐산 유사체-내성 균주의 일부는 상당한 양의 L-글루탐산을 축적한다. 이러한 균주로부터 yggB 유전자를 증폭시키고 그것의 뉴클레오타이드 서열을 결정함으로써 새로운 돌연변이형 yggB 유전자를 수득할 수 있다.
(III) 돌연변이형 yggB 유전자
이하, 돌연변이형 yggB 유전자의 구체적 예를 기술할 것이다. 그러나 본 발명의 돌연변이형 yggB 유전자는 이러한 유전자들로 제한되지 않는다.
상기한 방법에 의해 수득된 돌연변이형 yggB 유전자는, 코리네형 세균내로 도입되는 경우 과량의 비오틴의 존재하에서 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시키는 기능을 갖는 한, 특별히 제한되지 않는다.
(III-1) yggB 유전자의 C-말단 영역내의 돌연변이
이 돌연변이는 서열번호 6, 68, 84 또는 85의 아미노산 419번 내지 533번, 또는 서열번호 62의 아미노산 419번 내지 529번을 암호화하는 영역내로 도입된다. 예를 들면, 서열번호 5에서 이 영역은 뉴클레오타이드 2692번 내지 3035번으로 이루어진 영역에 상응한다. 이 돌연변이는, 이 영역내로 도입되는 한, 어떠한 유형이라도 될 수 있으며, 점 돌연변이 및 인공 서열의 삽입을 포함한다. 이들 가운데, 삽입 서열(IS) 또는 인공 트랜스포존을 도입시키는 돌연변이가 바람직하다. 돌연변이는 점 돌연변이, IS 또는 트랜스포존의 삽입의 결과로, 아미노산 치환(미스-센스 돌연변이), 프레임-이동, 또는 종결 코돈(넌-센스 돌연변이)을 야기할 수 있다.
(III-1-1) 전위요소의 삽입에 의한 돌연변이 (2A-1형 돌연변이)
C-말단 영역내의 돌연변이의 예에는 삽입 서열(IS)과 같은 전위요소를 서열번호 5의 2691번 위치의 "G" 다음에 삽입시키는 돌연변이가 포함된다. 이 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 7에 제시되어 있고, 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 8에 제시되어 있다. 서열번호 7의 뉴클레오타이드 서열내로 삽입된 IS는 IS1207(GenBank 승인번호 X96962) 및 IS719(GenBank 승인번호 E12759)와 높은 상동성을 갖는다. 서열번호 8의 아미노산 서열에서, 419번 위치의 Val을 포함하는 C-말단 영역 및 그 이후의 Ygg 단백질(서열번호 6)은 IS로부터 유래한 더 짧은 서열로 대체된다. 서열번호 6, 62, 68, 84, 및 85의 아미노산 서열내의 C-말단 영역을 변화 또는 결실시키는 돌연변이를 포함하여, 이 유형의 돌연변이는 2A-1형 돌연변이라 명명한다.
또한, 2A-1형 돌연변이에는 다른 IS 또는 트랜스포존을 2A-1형 돌연변이와 동일한 위치내로 도입시키는 다른 돌연변이도 포함된다. IS 또는 트랜스포존이 삽입되는 위치는, 상기한 영역내에 위치하는 한, 어떠한 위치라도 될 수 있다. 트랜스포사제가 쉽게 인식할 수 있는 위치, 또는 IS가 쉽게 삽입될 수 있는 돌연변이 다발점(hot spot)으로 IS가 삽입되는 것이 바람직하다.
(III-1-2) 프롤린을 다른 아미노산으로 치환시키는 돌연변이 (66형 및 22형 돌연변이)
또한, C-말단 영역내의 돌연변이의 예에는 C-말단 영역내의 프롤린을 다른 아미노산으로 치환시키는 돌연변이도 포함된다. 서열번호 6의 아미노산 서열에서 다음과 같은 위치의 프롤린은 다른 아미노산으로 치환될 수 있다.
424번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 424번)
437번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 437번)
453번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 453번)
457번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 457번)
462번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 462번)
469번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 469번)
484번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 484번)
489번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 489번)
497번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 497번)
515번 위치의 Pro (서열번호 62, 68, 84, 85의 515번)
529번 위치의 Pro (서열번호 68, 84, 85의 529번, 서열번호 62의 525번)
533번 위치의 Pro (서열번호 68, 84, 85의 533번, 서열번호 62의 529번)
YggB 단백질의 C-말단 영역에 있는 프롤린 잔기가 YggB 단백질의 3차원 구조의 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다[참조: Protein Eng. 2002 Jan; 15(1):29-33, J Biol Chem. 1991 Dec 25; 266(36):24287-94].
특히, 서열번호 6, 62, 68, 84 또는 85의 424번 위치의 프롤린 및/또는 437번 위치의 프롤린을 다른 아미노산으로 치환하는 것이 바람직하다.
다른 아미노산의 예에는 Ala, Arg, Asp, Asn, Cys, Glu, Gln, Gly, His, Ile, Met, Leu, Lys, Phe, Ser, Trp, Tyr, Val, 및 Thr이 포함된다. 424번 위치의 프롤린을 치환하는 다른 아미노산으로서 Ala, Gly, Val, Leu, 및 Ile과 같은 소수성 아미노산이 바람직하고, Leu, Val, 및 Ile과 같이 분지쇄를 갖는 아미노산이 보다 바람직하다. 424번 위치의 Pro을 Leu으로 치환시키는 돌연변이의 예에는 서열번호 67의 1673번 위치의 "C"를 "T"로 치환시키는 돌연변이가 포함된다. 이 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 69에 제시되어 있고, 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 70에 제시되어 있다.
437번 위치의 프롤린을 치환하는 다른 아미노산으로서 Thr, Ser, Tyr과 같이 하이드록실 그룹을 갖는 아미노산이 바람직하고, Ser을 포함한 아미노산이 보다 바람직하다. 437번 위치의 Pro을 Ser으로 치환시키는 돌연변이의 예에는 서열번호 5의 2745번 위치의 "C"를 "T"로 치환시키는 돌연변이가 포함된다. 또한, 이 돌연변이에는 서열번호 5의 3060번 위치의 "C"를 "T"로 치환시키는 돌연변이도 포함된다. 이 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 73에 제시되어 있고, 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 74에 제시되어 있다.
(III-2) yggB 유전자의 막관통 영역내의 돌연변이
yggB 유전자에 의해 암호화되는 YggB 단백질은 5개의 막관통 영역을 갖는 것으로 예상된다. 서열번호 6, 62, 68, 84 및 85에 제시된 야생형 YggB 단백질의 아미노산 서열에서, 막관통 영역은 아미노산 1번 내지 23번(첫 번째 막관통 영역), 아미노산 25번 내지 47번(두 번째 막관통 영역), 아미노산 62번 내지 84번(세 번째 막관통 영역), 아미노산 86번 내지 108번(네 번째 막관통 영역), 및 아미노산 110번 내지 132번(다섯 번째 막관통 영역)에 상응한다. 서열번호 5에서, 이러한 영역을 암호화하는 뉴클레오타이드는 뉴클레오타이드 1437번 내지 1505번, 뉴클레오타이드 1509번 내지 1577번, 뉴클레오타이드 1620번 내지 1688번, 뉴클레오타이드 1692번 내지 1760번, 및 뉴클레오타이드 1764번 내지 1832번에 각각 상응한다. 이 유형의 돌연변이는 바람직하게는 이러한 영역내로 도입된다. 이러한 종류의 돌연변이는 바람직하게는, 프레임 이동 돌연변이 및 해독 종결을 야기하지 않으면서 이러한 영역내로 하나 이상의 아미노산의 치환, 결실, 부가, 삽입 또는 역위를 도입시킨다. 이들 가운데, 상기한 영역에서 아미노산 치환을 야기하는 미스-센스 돌연변이가 바람직하다. 치환, 결실, 부가, 삽입 또는 역위되는 "수개"의 아미노산의 수는 2 내지 20개, 바람직하게는 2 내지 10개, 보다 바람직하게는 2 내지 5개, 보다 바람직하게는 2 내지 3개를 의미한다. 프레임 이동 없이 1개 또는 수개의 아미노산의 삽입 및 결실을 야기하는 돌연변이도 바람직하고, 3, 6, 9, 12, 15, 18, 또는 21개의 뉴클레오타이드의 삽입 또는 결실이 보다 바람직하며, 3, 6, 또는 9개의 뉴클레오타이드의 결실 또는 삽입이 보다 바람직하고, 3개의 뉴클레오타이드의 결실 또는 삽입이 보다 바람직하다.
막관통 영역내의 돌연변이의 구체적 예에는 다음이 포함된다:
(III-2-1) 첫 번째 막관통 영역내의 돌연변이(A1형 돌연변이)
이 유형의 돌연변이에는 서열번호 6, 62, 68, 84 및 85에 제시된 아미노산 서열에서 14번 위치의 류신과 15번 위치의 트립토판 사이에 하나 이상의 아미노산을 도입시키는 돌연변이가 포함되고, 특히 14번 위치의 류신과 15번 위치의 트립토판 사이에 3개의 아미노산, 예를 들면 Cys-Ser-Leu을 도입시키는 돌연변이가 포함된다. 이 돌연변이에는 서열번호 5의 야생형 yggB 유전자에서 1480번 위치의 G 다음에 TTCATTGTG를 삽입시키는 돌연변이가 포함된다. 이 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 19에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 20에 제시되어 있다.
(III-2-2) 네 번째 막관통 영역내의 돌연변이(19형 돌연변이)
이 유형의 돌연변이에는 서열번호 6, 62, 68, 84 및 85에 제시된 아미노산 서열에서 100번 위치의 Ala을 다른 아미노산으로 치환시키는 돌연변이가 포함된다. 다른 아미노산의 예에는 Arg, Asp, Asn, Cys, Glu, Gln, Gly, His, Ile, Met, Leu, Lys, Phe, Pro, Ser, Trp, Tyr, Val, 및 Thr이 포함된다. 이들 가운데, Thr, Ser, 및 Tyr과 같이 하이드록실 그룹을 갖는 아미노산이 바람직하며, 트레오닌이 보다 바람직하다. 100번 위치의 Ala을 Thr으로 치환시키는 돌연변이에는 서열번호 5의 1734번 위치의 "G"를 "A"로 치환시키는 돌연변이가 포함된다.
이 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 21에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 22에 제시되어 있다.
(III-2-3) 다섯 번째 막관통 영역내의 돌연변이(L30형 돌연변이, 8형 돌연변이)
이 유형의 돌연변이에는 서열번호 6, 62, 68, 84 및 85에 제시된 아미노산 서열에서 111번 위치의 Ala을 다른 아미노산으로 치환시키는 돌연변이가 포함된다. 다른 아미노산의 예에는 Arg, Asp, Asn, Cys, Glu, Gln, Gly, His, Ile, Met, Leu, Lys, Phe, Pro, Ser, Trp, Tyr, Val, 및 Thr이 포함된다. 이들 가운데, Val, Ile, 및 Leu과 같이 분지쇄를 갖는 아미노산 및 Thr, Ser, 및 Tyr과 같이 하이드록실 그룹을 갖는 아미노산이 바람직하고, Val 또는 Thr이 바람직하다. 이 유형의 돌연변이에는 서열번호 5의 뉴클레오타이드 서열의 1768번 위치의 "C"를 "T"로 치환시키는 돌연변이(L30형 돌연변이) 및 서열번호 61의 뉴클레오타이드 서열의 837번 위치의 "G"를 "A"로 치환시키는 돌연변이(8형 돌연변이)가 포함된다. L30형 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 23에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 24에 제시되어 있다. 8형 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 63에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 64에 제시되어 있다.
(IV) 돌연변이형 yggB 유전자와 동등한 유전자
본 발명에서 사용되는 "돌연변이형 yggB 유전자"는 상기한 "돌연변이형 yggB 유전자"와 실질적으로 상동성을 갖고 기능적으로 동등한 유전자, 예를 들면 과량의 비오틴의 존재하에서 유전자가 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시키는 기능을 갖는 한, 서열번호 7의 뉴클레오타이드 1437번 내지 2705번, 서열번호 19의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3044번, 서열번호 21의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번, 서열번호 63의 뉴클레오타이드 507번 내지 2093번, 서열번호 69의 뉴클레오타이드 403번 내지 2001번, 서열번호 23의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번, 및 서열번호 73의 뉴클레오타이드 548번 내지 2146번으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 뉴클레오타이드 서열 가운데 적어도 하나에 상보적인 뉴클레오타이드 서열 및 이러한 뉴클레오타이드 서열로부터 제조된 프로브와 엄중한 조건하에서 하이브리드화 할 수 있는 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 돌연변이형 유전자일 수 있다.
본원에서 사용되는 "엄중한 조건"이란 소위 특이적인 하이브리드는 형성되고 비특이적인 하이브리드는 형성되지 않는 조건이다. 엄중한 조건의 예에는, 높은 상동성을 갖는 DNA가 서로 하이브리드화 하는 조건, 예를 들면 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 특히 바람직하게는 95% 이상의 상동성을 갖는 DNA는 서로 하이브리드화하고, 70% 이하의 상동성을 갖는 DNA는 서로 하이브리드화하지 않는 조건, 및 서던 하이브리드화의 전형적 세척과 염 농도에서, 즉 60℃에서 1×SSC, 0.1% SDS, 바람직하게는 60℃에서 0.1×SSC, 0.1% SDS, 보다 바람직하게는 68℃에서 0.1×SSC, 0.1% SDS로 1회 또는 바람직하게는 2 내지 3회 세척하에 DNA가 서로 하이브리드화하는 조건이 포함된다.
본 발명에서 사용되는 돌연변이형 yggB 유전자에는, 과량의 비오틴의 존재하에서 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시키는 기능을 유지하는 동시에, 상기한 구체적 아미노산 이외의 하나 이상의 위치에서 하나 이상의 아미노산이 치환, 결실, 삽입 또는 부가된, 서열번호 8, 20, 22, 24, 64, 70, 또는 74의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 암호화하는 유전자가 포함된다. 여기서 언급된 "수개"의 아미노산 잔기의 수는 3차원 구조에서의 위치 또는 단백질의 아미노산 잔기의 유형에 따라 다를 수 있지만, 바람직하게는 2 내지 20개, 보다 바람직하게는 2 내지 10개, 특히 바람직하게는 2 내지 5개이다.
yggB 유전자는 바람직하게는, 과량의 비오틴의 존재하에서 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산능을 향상시키는 기능을 유지하는 동시에, 상기한 구체적 아미노산 치환 또는 결실을 갖고, 서열번호 8, 20, 22, 24, 64, 70, 또는 74에 제시된 아미노산 서열과 70% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상, 특히 바람직하게는 95% 이상의 상동성을 갖는 단백질을 암호화한다. 상기한 치환은 바람직하게는 보존적 치환(중성 돌연변이)이다. 방향족 아미노산의 경우, 보존적 치환은 phe, trp, 및 tyr 서로 간의 치환을 포함한다. 소수성 아미노산의 경우, 보존적 치환은 leu, ile, 및 val 서로 간의 치환을 포함한다. 극성 아미노산의 경우, 보존적 치환은 gln 및 asn 서로 간의 치환을 포함한다. 염기성 아미노산의 경우, 보존적 치환은 arg, lys, 및 his 서로 간의 치환을 포함한다. 산성 아미노산의 경우, 보존적 치환은 asp 및 glu 서로 간의 치환이다. 하이드록실 그룹 함유 아미노산의 경우, 보존적 치환은 ser 및 thr 서로 간의 치환을 포함한다. 보존적 치환은 또한 Ala에서 Ser 또는 Thr으로의 치환, Arg에서 Gln, His 또는 Lys으로의 치환, Asn에서 Glu, Gln, Lys, His 또는 Asp로의 치환, Asp에서 Asn, Glu 또는 Gln으로의 치환, Cys에서 Ser 또는 Ala으로의 치환, Gln에서 Asn, Glu, Lys, His, Asp 또는 Arg으로의 치환, Glu에서 Gly, Asn, Gln, Lys 또는 Asp로의 치환, Gly에서 Pro으로의 치환, His에서 Asn, Lys, Gln, Arg 또는 Tyr으로의 치환, Ile에서 Leu, Met, Val 또는 Phe으로의 치환, Leu에서 Ile, Met, Val 또는 Phe으로의 치환, Lys에서 Asn, Glu, Gln, His 또는 Arg으로의 치환, Met에서 Ile, Leu, Val 또는 Phe으로의 치환, Phe에서 Trp, Tyr, Met, Ile 또는 Leu으로의 치환, Ser에서 Thr 또는 Ala으로의 치환, Thr에서 Ser 또는 Ala으로의 치환, Trp에서 Phe 또는 Tyr으로의 치환, Tyr에서 His, Phe 또는 Trp으로의 치환, 및 Val에서 Met, Ile 또는 Leu으로의 치환을 포함한다. 상기한 바와 같이, 서열번호 85의 아미노산 서열에서 Xaa로 제시된 아미노산은 치환될 수 있다.
특히, 서열번호 8, 20, 22, 24, 64, 70, 또는 74의 아미노산 서열에서 다음의 아미노산은 치환 또는 결실될 수 있다.
48번 위치의 Glu (바람직하게는 Arg으로 치환된다)
275번 위치의 Asp (바람직하게는 Ser으로 치환된다)
298번 위치의 Glu (바람직하게는 Ala으로 치환된다)
343번 위치의 Ala (바람직하게는 Val으로 치환된다)
396번 위치의 Phe (바람직하게는 Ile으로 치환된다)
438번 위치의 Ser (바람직하게는 Gly으로 치환된다)
445번 위치의 Val (바람직하게는 Ala으로 치환된다)
454번 위치의 Ala (바람직하게는 Val으로 치환된다)
457번 위치의 Pro (바람직하게는 Ser으로 치환된다)
474번 위치의 Ser (바람직하게는 Asp로 치환된다)
517번 위치의 Val (바람직하게는 결실된다)
518번 위치의 Glu (바람직하게는 결실된다)
519번 위치의 Ala (바람직하게는 결실된다)
520번 위치의 Pro (바람직하게는 결실된다)
(V) 상기한 돌연변이형 yggB 유전자를 코리네형 세균내로 도입시키는 방법
상기한 구체적 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자는 부위-지시된 돌연변이유발 기술을 포함하는 통상적인 방법에 의해 수득할 수 있다. 부위-지시된 돌연변이유발 기술에는 돌연변이를 갖는 PCR 프라이머를 이용하여 돌연변이 유전자를 증폭시키는 중첩연장 PCR 방법이 포함된다[참조: Urban, A., Neukirchen, S. and Jaeger, K. E., A rapid and efficient method for site-directed mutagenesis using one-step overlap extension PCR. Nucleic Acids Res, 25, 2227-8. (1997)].
상기한 돌연변이형 yggB 유전자를 갖는 본 발명의 코리네형 세균은 상기한 돌연변이형 yggB 유전자를 코리네형 세균내로 도입시킴으로써 수득할 수 있다. 염색체상의 야생형 yggB 유전자를 돌연변이형 yggB 유전자로 대체시킬 수 있다. 돌연변이형 yggB 유전자를 야생형 yggB 유전자가 파괴된 코리네형 세균내로 도입시킬 수도 있다. 또한, 단일교차 재조합체의 경우에서와 같이 돌연변이형 yggB 유전자가 코리네형 세균내에서 야생형 yggB 유전자와 공존할 수 있다. 예를 들면, 상기한 레반 슈크라제를 암호화하는 sacB 유전자를 포함하는 온도 민감성 플라스미드를 사용하여 염색체상의 yggB 유전자를 대체시킬 수 있다. 또한, 돌연변이형 yggB 유전자를 코리네형 세균내로 도입시키기 위해서, 코리네형 세균내에서 복제할 수 있는 플라스미드 또는 돌연변이형 yggB 유전자를 포함하는 트랜스포존과 같은 벡터를 사용할 수 있다.
돌연변이형 yggB 유전자를 코리네형 세균의 염색체 DNA내로 도입시키기 위해서, 염색체 DNA상에 다수의 카피로 존재하는 서열을 표적하여 상동성 재조합을 수행할 수도 있다. 이러한 서열의 예에는 전위요소의 말단에 있는 반복 DNA 및 역위 반복체가 포함된다. 돌연변이형 yggB 유전자는 코리네형 세균내에 단일 카피 또는 다수의 카피로 존재할 수 있다. PCR, 서던 하이브리드화 등의 방법으로 돌연변이형 yggB 유전자를 코리네형 세균내로 도입시킬 수 있다.
또한, 돌연변이형 yggB 유전자는, 국제 공보 제WO00/18935호에 기술된 바와 같이, 다른 유전자로부터 유래한 강한 프로모터의 조절하에 있을 수 있다. 예를 들면, lac 프로모터, trp 프로모터, trc 프로모터, PS2 프로모터 등이 강한 프로모터로서 알려져 있다. 돌연변이형 yggB 유전자의 발현이 향상되도록 돌연변이형 yggB 유전자의 프로모터 영역내의 뉴클레오타이드를 치환시킬 수도 있다. 발현 조절 서열을, 예를 들면 온도 민감성 플라스미드를 사용하여 대체시킬 수 있다.
(VI) L-글루탐산 유사체 내성
또한, 본 발명의 코리네형 세균은, 본 발명의 돌연변이형 yggB 유전자가 도입된 결과로, L-글루탐산 유사체에 대한 내성이 향상될 수 있다. 본원에서 사용되는 "L-글루탐산 유사체"에는 γ-메틸 L-글루타메이트, α-메틸 글루탐산, β-하이드록시글루탐산, 메티오닌설폭시민, 글루탐산-γ-모노하이드록사메이트, 2-아미노-4-포스포노부티르산, γ-모노에틸 L-글루타메이트, 디메틸 L-글루타메이트, 디-t-부틸 L-글루타메이트, 모노플루오로글루탐산, 디에틸 L-글루타메이트, D-글루탐산, 및 4-플루오로글루탐산이 포함된다. 예를 들면, 모균주의 생존성 세포 수(콜로니를 형성할 수 있는 세포의 수)가 1/100 이하로 억제될 수 있는 농도의 4-플루오로글루탐산을 함유한 배지에서 본 발명의 균주를 배양할 때, 균주가 4-플루오로글루탐산 없이 배양될 때와 비교하여 1/10 이상의 성장을 나타낸다는 사실에 의해, L-글루탐산 유사체에 대한 내성의 향상을 확인할 수 있다. 구체적으로는, 균주가 1.25mM 이상, 바람직하게는 2.5mM 이상, 보다 바람직하게는 5mM 이상의 4-플루오로글루탐산에 대한 내성을 갖는 것이 바람직하다.
(VII) 돌연변이형 yggB 유전자의 기능을 억제하는 유전자를 불활성화시키기 위한 추가의 변형
본 발명의 코리네형 세균은, 돌연변이형 yggB 유전자의 기능을 억제하는 유전자를 불활성화시키기 위해 추가로 변형될 수 있다. "돌연변이형 yggB 유전자의 기능을 억제하는 유전자"는 균주내에서 증폭하여 돌연변이형 yggB 유전자-도입된 균주에 의한 L-글루탐산 생산을 억제하는 유전자를 의미한다. 이러한 유전자의 예에는 symA(suppressor of yggB mutation) 유전자가 포함된다. symA 유전자는 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13032 균주의 게놈 서열(Genbank 승인번호 NC_003450)의 뉴클레오타이드 2051306번 내지 2051845번으로서 제시되어 있으며, NCgl 1867(NP_601149. hypothetical prot...[gi:19553147])로서 등록되어있다. 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13869 균주의 symA 유전자는 서열번호 86의 뉴클레오타이드 585번 내지 1121번에 제시되어 있다. symA 유전자는, DNA가 코리네형 세균에서 상기 돌연변이형 yggB 유전자의 기능을 억제하는 한, 서열번호 86의 뉴클레오타이드 585번 내지 1121번에 상보적인 뉴클레오타이드 서열 또는 상기 뉴클레오타이드로부터 제조된 프로브와 엄중한 조건하에서 하이브리드화 할 수 있는 DNA일 수 있다.
유전자의 발현을 감소시키기 위해 유전자를 파괴, 결실, 또는 변형시킴으로써 유전자를 불활성화시킬 수 있다. 효소 활성을 저하시키기 위한 상기의 방법과 유사한 방법을 사용하여 symA 유전자를 불활성화시킬 수 있다.
(VIII) α-케토글루타레이트 데하이드로게나제 활성을 저하시키기 위한 추가의 변형
본 발명에서, 코리네형 세균은 yggB 유전자를 사용한 변형 외에도, 바람직하게는 α-케토글루타레이트 데하이드로게나제(이하, "α-KGDH"로 언급된다)의 활성이 저하되도록 변형된다. "α-KGDH 활성이 저하된다"는 α-KGDH 활성이 모균주와 같은 야생형 균주 또는 비변형 균주와 비교하여 저하되는 것을 의미한다. α-KGDH 활성은 문헌[참조: Shiio et al. Isamu Shiio and Kyoko Ujigawa-Takeda, Agric. Biol. Chem., 44(8), 1897-1904, 1980]의 방법에 따라서 측정할 수 있다. α-KGDH 활성은 야생형 균주 또는 모균주와 같은 비변형 균주와 비교하여 저하되는 것으로도 충분하지만, 야생형 또는 비변형 균주에 대하여 약 1/2배 이하, 바람직하게는 약 1/4배 이하, 보다 바람직하게는 약 1/10배 이하로 α-KGDH 활성이 저하되는 것이 바람직하다. 본 발명의 코리네형 세균은 검출가능한 α-KGDH 활성을 갖지 않을 수 있다.
α-KGDH 활성이 저하된 코리네형 세균은 상기의 방법과 유사한 방법으로 작제할 수 있다.
예를 들면, 티아민 피로포스페이트 결합 영역(서열번호 43의 뉴클레오타이드 2498번 내지 2584번(서열번호 44의 686번 Gly 내지 714번 Asp)에 의해 암호화되는 영역)내에 돌연변이를 포함하는 α-KGDH 복합체의 E1o 서브유닛을 암호화하는 유전자를 도입시킴으로써 α-KGDH 활성을 저하시킬 수 있다.
저하된 α-KGDH 활성을 갖는 균주의 예에는 브레비박테리움 락토퍼멘텀 △S 균주(WO95/34672) 및 브레비박테리움 락토퍼멘텀 AJ12821(FERM BP-4172) 균주(JP-A-06-237779)가 포함된다. 돌연변이형 yggB 유전자를 보유하고 저하된 α-KGDH 활성을 갖는 코리네형 세균을 사용하는 경우, α-KGDH 활성을 먼저 저하시키거나 또는 돌연변이형 yggB 유전자를 먼저 도입시킬 수 있다.
<2> L-글루탐산 생산 방법
배지 및/또는 세균 세포내에 L-글루탐산이 축적되도록 본 발명의 코리네형 세균을 배지에서 배양하고, 배지 및/또는 세균 세포로부터 L-글루탐산을 수거하여 L-글루탐산을 생산할 수 있다. 본 발명의 생산 방법에서, 바람직하게는 본 발명의 코리네형 세균을, 예를 들면 25 내지 40℃에서 8 내지 120시간 동안 배양하여 L-글루탐산을 생산한다.
배양 배지는 탄소원, 질소원, 무기 염, 및 임의로 아미노산 및 비타민과 같은 유기 미량영양소를 함유하는 통상적인 배지일 수 있다. 합성 배지 또는 천연 배지가 사용될 수 있다. 배양되는 균주에 의해 사용될 수 있는 한 어떠한 종류의 탄소원 및 질소원이라도 사용할 수 있다.
글루코즈, 글리세롤, 프럭토즈, 슈크로즈, 말토즈, 만노즈, 갈락토즈, 전분 가수분해물, 및 당밀과 같은 당류가 탄소원으로 사용될 수 있다. 또한, 아세트산, 시트르산과 같은 유기산 및 에탄올과 같은 알코올도 단독으로 또한 함께 탄소원으로서 사용될 수 있다. 황산암모늄, 탄산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄 및 암모늄 아세테이트, 니트레이트 등과 같은 암모니아, 암모늄 염이 질소원으로서 사용될 수 있다. 아미노산, 비타민, 지방산, 핵산, 펩톤 함유 물질, 카사미노산, 효모 추출물 및 대두 단백질 분해 산물이 유기 영양소로서 소량으로 사용될 수 있다. 성장을 위해 아미노산 등이 필요한 영양요구성 돌연변이 균주가 사용되는 경우, 당해 필요한 영양분을 부가하는 것이 바람직하다. 인산염, 마그네슘 염, 칼슘 염, 철 염, 망간 염 등이 무기 염으로서 사용될 수 있다.
배양될 균주에 따라 Tween40과 같은 계면활성제, 페니실린, 또는 비오틴을 적당량 첨가할 수 있다. 예를 들면, 돌연변이형 yggB 유전자를 갖는 균주를, 계면활성제 또는 페니실린을 함유하는 L-글루탐산 생산 조건 또는 비오틴이 제한된 조건에서 배양할 수도 있지만, 과량의 비오틴의 존재하에서 배양할 수 있다.
바람직하게는, 발효 온도를 조절하고 배양 배지의 pH를 3 내지 9로 조정하여 호기적 배양을 수행한다. 배양하는 동안에 pH가 낮아지는 경우, 탄산칼슘 또는 암모니아 가스와 같은 알칼리를 부가하여 배지를 중화시킨다. 약 10 내지 약 120시간 동안 배양하면 상당한 양의 L-글루탐산이 배지에 축적된다.
또한, 생산된 L-글루탐산이 결정화하고 침전하는 조건으로 조정된 액체 배지를 사용하여 배양할 수 있다. L-글루탐산이 결정화하는 조건에는 pH 5.0 내지 4.0, 바람직하게는 pH 4.5 내지 4.0, 보다 바람직하게는 pH 4.3 내지 4.0, 특히 바람직하게는 pH 4.0이 포함된다(EP1233069, EP1233070).
배양 완료 후에 배지로부터 통상적인 방법으로 L-글루탐산을 수거할 수 있다. L-글루탐산은, 예를 들면 배지로부터 세균 세포를 제거하고 L-글루탐산을 농축시키거나, 이온 교환 크로마토그래피를 사용하여 수거할 수 있다. L-글루탐산이 결정화하고 침전하는 조건하에서 배양하는 경우, 결정화된 L-글루탐산은, 예를 들면 원심분리 또는 여과에 의해 수거할 수 있다. 이 경우, 배지에 용해된 L-글루탐산은 용해된 L-글루탐산이 결정화된 후에 수거할 수도 있다.
이하, 하기 비제한적 실시예를 참조로 하여 본 발명을 구체적으로 설명할 것이다.
실시예 1
<유전자 파괴를 위한 sacB 유전자를 보유하는 벡터의 작제>
(1-1) pBS3의 작제
국제 공보 제WO2005/113745호 및 국제 공보 제WO2005/113744호의 방법을 사용함으로써 sacB 유전자를 보유하는 유전자 파괴 벡터를 작제하였다. 주형으로서 바실러스 섭틸리스의 염색체 DNA 및 프라이머로서 서열번호 13 및 14의 올리고뉴클레오타이드를 사용한 PCR에 의해 sacB 유전자(서열번호 11)를 수득하였다. LA taq(구입원: TaKaRa)을 이용하여 다음과 같이 PCR을 수행하였다: 94℃에서 5분 동안의 보온의 1회 사이클; 및 94℃에서 30초 동안의 변성, 49℃에서 30초 동안의 어닐링 및 72℃에서 2분 동안의 신장의 25회 사이클. 수득된 PCR 산물을 통상적인 방법으로 정제하고, 이어서 BglII 및 BamHI으로 분해시키고 평활말단화시켰다. AvaII로 분해되어 평활말단화된 pHSG299에 당해 단편을 삽입하였다. 수득된 DNA를 사용하여 에스케리키아 콜라이 JM109(구입원: TAKARA BIO INC.)의 컴피턴트 세포를 형질전환시켰다. 이어서, 형질전환된 세균 세포를 25㎍/ml의 카나마이신(이하, "Km"으로 약칭됨)을 함유하는 LB 한천 배지에 도말하고 하룻밤 동안 배양하였다. 그 후에, 형질전환체로서 하나의 콜로니를 분리하였다. 수득된 형질전환체로부터 플라스미드를 추출하고, 목적 PCR 산물이 삽입된 플라스미드를 pBS3이라 명명하였다. 도 1에 pBS3의 작제 공정이 도시되어 있다.
(1-2) pBS4S의 작제
SmaI 엔도뉴클레아제에 의해 pBS3가 절단되지 않도록, 아미노산 치환은 야기하지 않으면서 교차 PCR을 사용하여, pBS3 상의 카나마이신-내성 유전자 내의 SmaI 인식 부위를 뉴클레오타이드 치환에 의해 변형시켰다. 먼저, 주형으로서 pBS3 및 프라이머로서 서열번호 15 및 16의 합성 DNA를 사용한 PCR을 수행하여 카나마이신- 내성 유전자의 N-말단 단편을 수득하였다. 한편, 카나마이신-내성 유전자의 C-말단 단편을 수득하기 위해서 주형으로서 pBS3 및 프라이머로서 서열번호 17 및 18의 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. Pyrobest DNA 폴리머라제(구입원: TAKARA BIO INC.)를 이용하여 다음과 같이 PCR을 수행하여 목적 PCR 산물을 수득하였다: 98℃에서 5분 동안의 보온의 1회 사이클; 및 98℃에서 10초 동안의 변성, 57℃에서 30초 동안의 어닐링 및 72℃에서 1분 동안의 신장의 25회 사이클. 서열번호 16 및 17은 서로 부분적으로 상보적이고 SmaI 인식 부위를 포함하지 않는다. 이어서, SmaI 인식 부위가 없는 돌연변이 카나마이신-내성 유전자의 전체길이 단편을 수득하기 위해, 상기한 N-말단 및 C-말단 유전자 산물을 실질적인 등몰량으로 혼합하였다. SmaI 부위가 변형된 카나마이신-내성 유전자 단편을 수득하기 위해서, 주형으로서 유전자 산물 및 프라이머로서 서열번호 15 및 18의 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. Pyrobest DNA 폴리머라제(구입원: TAKARA BIO INC.)를 이용하여 다음과 같이 PCR을 수행하여 목적 PCR 산물을 수득하였다: 98℃에서 5분 동안의 보온의 1회 사이클; 및 98℃에서 10초 동안의 변성, 57℃에서 30초 동안의 어닐링 및 72℃에서 1.5분 동안의 신장의 25회 사이클.
PCR 산물을 통상적인 방법으로 정제하고, 이어서 BanII로 분해시키고 상기한 pBS3의 BanII 인식 부위내로 삽입시켰다. 수득된 플라스미드를 사용하여 에스케리키아 콜라이 JM109의 컴피턴트 세포(구입원: TaKaRa Bio)를 형질전환시켰다. 즉, 형질전환된 세균 세포를 25㎍/ml의 카나마이신을 함유하는 LB 한천 배지에 도말하고 하룻밤 동안 배양하였다. 이어서, 출현한 콜로니를 형질전환체로서 선별하였다. 수득된 형질전환체로부터 플라스미드를 분리하고, 목적 PCR 산물이 삽입된 플라스미드를 pBS4S라 명명하였다. 도 2에 pBS4S의 작제 공정이 도시되어 있다.
실시예 2
<씨. 글루타미컴 ATCC13869 균주로부터 odhA 유전자-파괴된 균주의 작제>
코리네형 세균의 α-케토글루타레이트 데하이드로게나제를 암호화하는 odhA 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 이미 동정되었다[참조: Microbiology 142, 3347-3354, (1996), GenBank 승인번호 D84102]. odhA 유전자의 뉴클레오타이드 서열에 기반하여, 서열번호 1 및 2에 기술된 프라이머를 고안하였고, odhA 유전자의 내부서열을 증폭시키기 위해 주형으로서 ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 사용하고 프라이머를 사용한 PCR을 수행하였다. 증폭된 PCR 단편을 BamHI으로 완전히 분해시키고, 실시예 1에서 작제된 pBS4S의 BamHI 부위로 삽입시켜 pBS4S△sucAint 플라스미드를 수득하였다(도 3).
전기 펄스 방법(JP-A-02-207791)에 의해 pBS4S△sucAint를 씨. 글루타미컴 ATCC13869 균주내로 도입시키고, 형질전환된 세균 세포를 25㎍/ml 카나마이신을 함유하는 CM-Dex 한천 배지(5g/l 글루코즈, 10g/l 폴리펩톤, 10g/l 효모 추출물, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 3g/l 우레아, 1.2g/l 대두 단백질 가수분해물, 및 20g/l 한천, NaOH를 사용하여 pH 7.5로 조정함: 120℃에서 20분간 고압증기멸균함)에 도말하였다. 31.5℃에서 배양한 후, 출현한 균주로부터 추출한 각각의 염색체를 사용한 PCR을 수행하여, 이러한 균주가 상동성 재조합에 의해 염색체내로 pBS4S△sucAint가 혼입된 단일교차 재조 합체임을 확인하였다. 각각 pBS4S 플라스미드에 특이적인 서열(서열번호 3) 및 염색체상의 서열에 상보적인 서열(서열번호 4)을 갖는 프라이머를 PCR에 사용하였다. 단일 단편이 단일교차 재조합체로부터 증폭되는 반면에, 비재조합체 균주에는 pBS4S의 서열이 없기 때문에 비재조합체 균주로부터는 단편이 증폭되지 않는다.
이렇게 수득된 단일교차 재조합체를 2A-1 균주라 명명하였다. 야생형 13869 균주 및 2A-1 균주를 20ml의 플라스크 배지(30g/l 글루코즈, 15g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1(비타민 B1), 300㎍/l 비오틴, 및 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N: 총 질소), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 1g의 열-멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 각각의 균주를 31.5℃에서 진탕하면서 배양하였다. 당이 완전히 소비된 후, 배지에 축적된 L-글루탐산의 농도를 측정하였다. 결과는 표 1에 제시되어 있다(OD620은 101배로 희석된 배양 용액의 620nm에서의 탁도이고 세포의 양을 나타내며, Glu(g/L)는 축적된 L-글루탐산의 양을 나타낸다). 과량의 비오틴의 존재하에서 모균주 ATCC 13869는 L-글루탐산을 전혀 생산하지 못한 반면에, 2A-1 균주는 L-글루탐산을 생산한 것으로 밝혀졌다.
실시예 3
<2A-1 균주로부터 odhA 유전자-복귀돌연변이 균주의 작제>
2A-1 균주에서, pBS4S△sucAint에 의해 염색체상의 odhA 유전자를 파괴하였다. 이 균주의 염색체로부터 플라스미드를 제거함으로써 odhA 유전자를 야생형 유전자로 복귀시킬 수 있었다. odhA 유전자-파괴된 균주는 당을 함유하지 않는 배지에서 매우 느리게 성장하지만, odhA 유전자가 야생형 유전자로 복귀된 odhA 유전자-복귀돌연변이 균주는 CM2B(10g/l 폴리펩톤, 10g/l 효모 추출물, 5g/l NaCl, 10㎍/l 비오틴, 20g/l 한천, KOH를 사용하여 pH 7.0으로 조정함)와 같이 당을 함유하지 않는 배지에서 잘 성장한다. 이러한 복귀돌연변이 균주를 수득하기 위해서, 2A-1 균주를 CM2B 한천 배지에 도말하여 성장이 개선된 균주를 선별하였다. 출현한 성장이 개선된 균주를 2A-1R이라 명명하였고, CM2B 한천 배지상에 분리하였으며, 2A-1R 균주의 카나마이신-민감성을 검사하였다. 그 결과, 선별된 모든 균주가 카나마이신-민감성 및 슈크로즈-내성임이 밝혀졌다. pBS4S△sucAint는 카나마이신-내성 유전자 및 레반 슈크라제를 암호화하는 sacB 유전자를 포함하기 때문에, pBS4S△sucAint를 보유한 균주는 카나마이신-내성 및 슈크로즈-민감성을 나타내는 반면에, pBS4S△sucAint가 제거된 균주는 카나마이신-민감성 및 슈크로즈-내성을 나타낸다. 따라서, 2A-1R 균주내의 odhA 유전자가 야생형 유전자로 복귀된 것으로 생각된다. odhA 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하여 균주가 야생형 odhA 유전자를 보유함을 확인하였다.
과량의 비오틴의 존재하에서 2A-1R 균주가 L-글루탐산을 생산하는 능력을 실시예 2와 같은 방법에 의해 확인하였다. 결과는 표 2에 제시되어 있다(OD620은 101배로 희석된 배양 용액의 620nm에서의 탁도이고 세포의 양을 나타내며, Glu(g/L)는 축적된 L-글루탐산의 양을 나타낸다). 2A-1R 균주에 의한 L-글루탐산의 축적은 2A-1 균주와 비교하여 약간 감소하였지만, 과량의 비오틴의 존재하에서 2A-1R 균주는 야생형 ATCC13869 균주보다 더 많은 L-글루탐산을 생산하였다(표 2). 또한, 당이 완전히 소비된 후 진탕배양을 계속한 경우에, L-글루탐산의 분해가 관찰되어, 이 균주에서 odhA 유전자가 야생형으로 복귀되었음이 입증되었다(도 4).
실시예 4
<2A-1R 균주의 L-글루탐산 생산에 관여하는 유전자의 분리>
CM2B 한천 배지상에서, 2A-1R 균주는 야생형 균주 ATCC13869와 실질적으로 동일한 비율로 콜로니를 형성할 수 있었다. 그러나 최소 플레이트 배지(20g/l 글루코즈, 2.64g/l 황산암모늄, 0.5g/l KH2PO4, 0.5g/l K2HPO4, 0.25g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·7H2O, 0.01g/l CaCl2, 0.02mg/l CuSO4, 40g/l MOPS, 30mg/l 프로토카테쿠산, 200㎍/l VB1·Hu, 300㎍/l 비오틴, 20g/l 한천, NaOH를 사용하여 pH 6.7로 조정함)상에서, 2A-1R 균주는 야생형 ATCC13869 균주와 비교하여 상당히 감소된 콜로니 형성 비율을 나타내었다. 따라서, 최소 배지에서 2A-1R 균주의 성장을 회복시킬 수 있는 유전자를 밝혔다.
ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 Sau3AI으로 부분적으로 분해시키고, BamHI으로 분해된 pVK9 셔틀벡터에 연결시켰다. 수득된 플라스미드를 에탄올로 침전시키고, 전기 펄스 방법에 의해 이. 콜라이 DH5α(TAKARA BIO INC.)의 컴피턴트 세포를 형질전환시키기 위해 사용하였다. pVK9은, pHSG299(TAKARA BIO INC.)의 AvaII 부위를 평활말단화시키고, 코리네형 세균에서 자발적으로 복제할 수 있는 서열을 포함하는, pHK4(JP-A-05-007491)로부터 BamHI 및 KpnI으로 절단된 단편을 삽입시킴으로써 수득된 셔틀벡터이다. 형질전환된 세포를 25㎍/ml 카나마이신을 함유하는 LB 한천 배지(10g/l 폴리펩톤, 5g/l 효모 추출물, 5g/l NaCl, 20g/l 한천, NaOH를 사용하여 pH 7.0으로 조정함)에 도말하고, 37℃에서 하룻밤 동안 배양하였다. 다음날에, 출현한 모든 콜로니를 백금이로 플레이트로부터 수거하고, ATCC13869 균주의 플라스미드 라이브러리를 작제하기 위해 플라스미드를 추출하였다. 플라스미드 라이브러리를 실시예 3에서 수득된 2A-1R 균주로 전기 펄스 방법에 의해 형질전환시키고, 형질전환된 세포를 25㎍/ml 카나마이신을 함유하는 최소 한천 배지에 적용시켰다. 콜로니 형성 비율의 증가를 나타내는 균주를 선별하였다. 콜로니 형성 비율의 증가를 나타내는 선별된 균주로부터 플라스미드를 추출함으로써, 서열번호 5에 제시된 뉴클레오타이드 서열을 갖는 단편이 pVK9의 BamHI 부위내로 삽입되었음이 밝혀졌다. 수득된 플라스미드를 pL5k라 명명하였다.
pL5k에 삽입된 뉴클레오타이드 서열을 이미 보고된 코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13032(승인번호 NC_003450)의 게놈 서열과 비교하여, pL5k가 서열번호 6에 제시된 아미노산 서열을 암호화하는 1개의 ORF만을 보유함이 나타났다.
ORF가 막단백질을 암호화하는지의 여부를 예측하기 위해 인터넷상에서 입수할 수 있는 "SOSUI" 프로그램(sosui.proteome.bio.tuat.ac.jp/sosuiframe0E.html, 2004년10월7일 현재)을 사용하였다. "SOSUI"를 이용한 ORF의 분석 결과는 이 아미노산 서열에 5개의 막관통 영역이 존재함을 시사하였다. 서열번호 6의 아미노산 서열에서, 막관통 영역은 아미노산 1번 내지 23번, 아미노산 25번 내지 47번, 아미노산 62번 내지 84번, 아미노산 86번 내지 108번, 및 아미노산 110번 내지 132번에 상응한다. 이러한 영역을 암호화하는 DNA 서열은 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 1505번, 뉴클레오타이드 1509번 내지 1577번, 뉴클레오타이드 1620번 내지 1688번, 뉴클레오타이드 1692번 내지 1760번, 및 뉴클레오타이드 1764번 내지 1832번에 상응한다. 이러한 영역의 각각의 아미노산 서열은 서열번호 25 내지 29 및 표 3에 제시되어 있다.
추가적인 문헌의 검색에서, 상기 ORF를 YggB (NCgl1221)라 명명하는 것으로 나타났다[참조: FEMS Microbiology letters 218(2003) 305-309].
실시예 5
<2A-1R 균주의 yggB 유전자내로 도입된 돌연변이의 동정>
yggB 유전자는 최소 배지에서 2A-1R 균주의 성장을 회복시킬 수 있었고, 이는 2A-1R 균주의 yggB 유전자에 어떤 돌연변이가 있을 가능성을 시사하였다. 따라서, 2A-1R 균주의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하였다. 그 결과, 2A-1R 균주에서 야생형 yggB 유전자의 C-말단 영액내로 IS가 삽입된 것으로 나타났다(도 5). 2A-1R 균주로부터 유래한 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 7에 제시되어 있고, 상응하는 아미노산 서열은 서열번호 8에 제시되어 있다.
이는 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산을 생산하는 2A-1R 균주의 능력이 yggB 유전자내의 돌연변이 때문이었을 가능성을 시사하였다. 이 돌연변이는 2A-1R 균주뿐만 아니라 2A-1 균주에도 존재했음을 유의해야 한다. 이 돌연변이는, odhA 유전자가 파괴된 경우, L-글루탐산을 세포로부터 안정하게 분비하기 위한 서프레서 돌연변이로서 발생한 것으로 예상된다. IS가 삽입된 돌연변이를 2A-1형 돌연변이라 명명하였다.
실시예 6
<2A-1형 돌연변이 yggB 유전자를 보유한 균주의 작제 및 L-글루탐산 생산능의 평가>
(6-1) 야생형 균주내로의 2A-1형 돌연변이의 도입 및 L-글루탐산 생산능의 평가 (단일교차 재조합체)
2A-1형 돌연변이를 갖는 yggB 유전자의 단편을 증폭시키기 위해 주형으로서 2A-1 균주의 염색체 DNA 및 프라이머로서 서열번호 9 및 10에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. 증폭된 산물을 SacI으로 처리하고 실시예 1에서 수득된 pBS3의 SacI 부위내로 삽입시켜 2A-1형 돌연변이 yggB 유전자를 보유한 플라스미드를 수득하였다(pBS3yggB2A).
수득된 pBS3yggB2A를 전기 펄스 방법에 의해 씨. 글루타미컴 ATCC13869내로 도입시키고, 형질전환된 세포를 25㎍/ml 카나마이신을 함유하는 CM-Dex 한천 배지에 도말하였다. 31.5℃에서 배양한 후 출현한 균주를 PCR로 평가하여, 상동성 재조합에 의해 염색체내로 pBS3yggB2A가 혼입된 단일교차 재조합체임을 확인하였다. 수득된 단일교차 재조합체를 13869-2A라 명명하였다. 이 균주에는, 야생형 yggB 유전자 및 돌연변이형 yggB 유전자가 둘다 존재하고 발현된다.
수득된 돌연변이형 yggB 유전자-도입된 균주 13869-2A가 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산을 생산하는 능력은 실시예 2에 기술된 방법에 의해 평가하였다. 결과는 표 4에 제시되어 있다(OD620은 101배로 희석된 배양 용액의 620nm에서의 탁도이고 세포의 양을 나타내며, Glu(g/L)는 축적된 L-글루탐산의 양을 나타낸다). 과량의 비오틴의 존재하에서 야생형 ATCC13869 균주가 L-글루탐산을 생산할 수 없을 때 13869-2A 균주는 L-글루탐산을 생산하였다. 이는 yggB 유전자내의 돌연변이가 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산 생산을 향상시킬 수 있음을 나타내었다.
(6-2) 야생형 균주내로의 2A-1형 돌연변이 yggB 유전자의 도입 및 L-글루탐산 생산능의 평가 (이중교차 재조합체)
돌연변이형 yggB 유전자만을 보유한 균주를 작제하기 위해서, 13869-2A 균주를 CM-Dex 액체 배지에서 하룻밤 동안 배양하고, 수득된 배양물을 S10 한천 배지(100g/l 슈크로즈, 10g/l 폴리펩톤, 10g/l 효모 추출물, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 3g/l 우레아, 1.2g/l 대두 단백질 가수분해물, 20g/l 한천, NaOH를 사용하여 pH 7.5로 조정함: 120℃에서 20분간 고압증기멸균함)에 도말하고 31.5℃에서 배양하였다. 출현한 콜로니 가운데, 카나마이신에 대한 민감성을 나타내는 균주를 CM2B 한천 배지상에 분리하였다. 염색체 DNA를 균주로부터 제조하였다. 이어서, 균주가 돌연변이형 yggB 유전자만을 보유함을 확인하기 위해 프라이머로서 서열번호 9 및 10에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. IS와 유사한 서열이 삽입된 돌연변이형 yggB 유전자를 보유한 균주를 13869-2A-7이라 명명하였다.
수득된 13869-2A-7 균주가 과량의 비오틴의 존재하에서 L-글루탐산을 생산하는 능력은 실시예 2에 기술된 방법에 의해 평가하였다. 결과는 표 5에 제시되어 있다(OD620은 101배로 희석된 배양 용액의 620nm에서의 탁도이고 세포의 양을 나타내며, Glu(g/L)는 축적된 L-글루탐산의 양을 나타낸다). 13869-2A-7 균주는 2A-1R 균주와 동등한 또는 보다 더 많은 L-글루탐산을 생산하여, 과량의 비오틴의 존재하에서 코리네형 세균의 L-글루탐산 생산은 yggB 유전자내의 돌연변이에 의해 야기되었음이 확인되었다.
실시예 7
<A1형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주의 작제 및 L-글루탐산 생산능의 평가>
L-글루탐산을 생산하는 상기한 odhA 유전자-파괴된 균주(△sucA 균주)를 이용하여 스크리닝한 결과, 상기한 2A-1 돌연변이 외에도 yggB 유전자상에 다섯 종류의 돌연변이가 동정되었다. 이하, 이러한 돌연변이를 Al형 돌연변이, 19형 돌연변이, L30형 돌연변이, 8형 돌연변이, 및 66형 돌연변이라 명명하였다. 각각의 A1형 돌연변이, 19형 돌연변이, 및 L30형 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자를 ATCC13869 균주의 염색체내로 도입시키고, 각 돌연변이의 영향을 평가하였다. 8형 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자를 ATCC14067 균주의 염색체내로 도입시키고, 돌연변이의 영향을 평가하였다. 66형 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자를 씨. 멜라세콜라 ATCC17965 균주의 염색체내로 도입시키고, 돌연변이의 영향을 평가하였다.
A1형 돌연변이는 야생형 yggB 유전자(씨. 글루타미컴의 야생형 유전자는 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번에 제시되어 있다)의 1480번 위치의 "G" 다음에 "TTCATTGTG"를 삽입시키는 돌연변이이며, 서열번호 6의 아미노산 서열에서 14번 위치의 Leu 및 15번 위치의 Trp 사이에 CysSerLeu의 삽입을 야기한다. 이러한 돌연변이가 도입된 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 19에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB의 아미노산 서열은 서열번호 20에 제시되어 있다.
다음과 같이 A1형 돌연변이 유전자를 수득할 수 있다. N-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 30 및 31에 제시된 합성 DNA 및 주형으로서 ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 유사하게, C-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 32 및 33에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 이어서, A1형 돌연변이 yggB 유전자의 부분적 단편을 증폭시키기 위해서, 주형으로서 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 등몰량의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 9 및 34에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 수득된 돌연변이형 yggB 유전자 단편을 SacI으로 처리하고 pBS4S의 SacI 부위내로 삽입시켜 이 유형의 돌연변이 도입을 위한 플라스미드를 수득한다. 이렇게 수득된 pBS4yggBA1을 실시예 6에 기술된 방법과 같은 방법으로 ATCC13869 균주의 염색체내로 도입시키고, 이어서 염색체로부터 플라스미드 부분만을 제거한다. 수득된 카나마이신-민감성 균주의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하고, A1형 돌연변이 yggB 유전자를 갖는 균주를 선별한다. A1형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주를 ATCC13869-A1 균주라 명명하였다.
ATCC13869-A1 균주 및 ATCC13869 대조군 균주를 실시예 2와 같은 방법으로 배양하였다. 배양 완료 후에 배양 배지에 축적된 L-글루탐산의 양을 공지된 방법에 의해 측정하였다. A1형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주는 과량의 비오틴의 존재하에서 대조군 균주와 비교하여 더 많은 양의 L-글루탐산을 생산한 것으로 밝혀졌다.
실시예 8
<19형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주의 작제 및 L-글루탐산 생산능의 평가>
19형 돌연변이는 야생형 yggB 유전자(씨. 글루타미컴의 야생형 유전자는 서열번호 5의 뉴클레오타이드 1437번 내지 3035번에 제시되어 있다)의 1734번 위치의 "G"를 "A"로 치환시키는 돌연변이이며, 서열번호 6의 아미노산 서열에서 100번 위치의 Ala을 Thr으로 치환시킨다. 이 유형의 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 21에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 22에 제시되어 있다.
실시예 7과 같은 방법으로, 19형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주를 작제한다. 구체적으로는, N-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 30 및 35에 제시된 합성 DNA 및 주형으로서 ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 유사하게, C-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 33 및 36에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 이어서, 19형 돌연변이 yggB 유전자의 부분적 단편을 증폭시키기 위해서, 주형으로서 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 등몰량의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 9 및 34에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 수득된 yggB 단편을 SacI으로 처리하고 pBS4S의 SacI 부위내로 삽입시켜 이 유형의 돌연변이 도입을 위한 플라스미드를 수득한다. 이렇게 수득된 pBS4yggB19를 실시예 6에 기술된 방법과 같은 방법으로 ATCC13869 균주의 염색체내로 도입시키고, 이어서 염색체로부터 벡터 부분을 제거한다. 수득된 카나마이신-민감성 균주의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하고, 19형 yggB 유전자를 갖는 균주를 선별한다. 19형 돌연변이 균주를 ATCC13869-19 균주라 명명하였다.
ATCC13869-19 균주 및 ATCC13869 대조군 균주를 실시예 2와 같은 방법으로 배양하였다. 배양 완료 후에 배양 액체배지에 축적된 L-글루탐산의 양을 통상적인 방법에 의해 측정하였다. 19형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주는 과량의 비오틴의 존재하에서 대조군 균주와 비교하여 더 많은 양의 L-글루탐산을 생산한 것으로 밝혀졌다.
실시예 9
<L30형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주의 작제 및 L-글루탐산 생산능의 평가>
L30형 돌연변이는 야생형 yggB 유전자(씨. 글루타미컴의 야생형 유전자는 서열번호 5에 제시되어 있다)의 1768번 위치의 "C"를 "T"로 치환시키는 돌연변이이며, 서열번호 6에 제시된 아미노산 서열에서 111번 위치의 Ala을 Val으로 치환시킨다. 이 유형의 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 23에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 24에 제시되어 있다.
실시예 7과 같은 방법으로, L30형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주를 작제하였다. 구체적으로는, N-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 30 및 37에 제시된 합성 DNA 및 주형으로서 ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. 유사하게, C-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 34 및 38에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 이어서, L30형 돌연변이 yggB 유전자의 부분적 단편을 증폭시키기 위해서, 주형으로서 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 등몰량의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 9 및 34에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. 수득된 yggB 단편을 SacI으로 처리하고 pBS4S의 SacI 부위내로 삽입시켜 이 유형의 돌연변이 도입을 위한 플라스미드를 수득하였다. 이렇게 수득된 pBS4yggB-L을 실시예 6에 기술된 방법과 같은 방법으로 ATCC13869 균주의 염색체내로 도입시키고, 이어서 염색체로부터 벡터 부분을 제거하였다. 수득된 카나마이신-민감성 균주의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하고, L30형 돌연변이 yggB 유전자를 갖는 균주를 선별하였다. L30형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주를 ATCC13869-L30 균주라 명명하였다.
ATCC13869-L30 균주 및 ATCC13869 대조군 균주를 실시예 2와 같은 방법으로 배양하였다. 배양 완료 후에 배양 액체배지에 축적된 L-글루탐산의 양을 통상적인 방법에 의해 측정하였다. 결과는 표 8에 제시되어 있다(OD620은 101배로 희석된 배양 용액의 620nm에서의 탁도이고 세포의 양을 나타내며, Glu(g/L)는 축적된 L-글루탐산의 양을 나타낸다). L30형 돌연변이 yggB 유전자를 갖는 ATCC13869-L30 균주는 ATCC13869 모균주와 비교하여 더 많은 양의 L-글루탐산의 축적을 야기하였다.
실시예 10
<L-글루탐산 생산 조건하에서 돌연변이형 yggB 유전자-도입된 균주의 평가>
코리네형 세균의 L-글루탐산 생산은 Tween40과 같은 계면활성제의 부가 또는 비오틴 농도의 제한에 의해 유도된다. 따라서, Tween40을 함유하는 조건 및 제한된 양의 비오틴을 함유하는 조건하에서 각각 ATCC13869 균주 및 ATCC13869-19 균주를 배양하였다.
각각의 균주를 20ml의 종균배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 60㎍/l 비오틴, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 당이 완전히 소비된 후에 수득된 배양 용액은 다음의 본배양에서 종균배양 용액으로서 사용하였다.
Tween40이 부가된 배양을 하기 위해서, 2ml의 종균배양 용액을 20ml의 본배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 60㎍/l 비오틴, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 101배로 희석된 배양 액체배지의 OD620이 0.2에 도달했을 때, Tween40을 부가하여 최종농도가 5g/L가 되게 하고 배양을 계속하였다.
비오틴이 제한된 배양을 하기 위해서, 1ml의 종균배양 용액을 20ml의 본배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 이러한 배양 조건하에서, 비오틴의 최종농도는 약 2.9㎍/L로 계산된다.
40시간 배양한 후, Tween40이 부가된 배양 및 비오틴이 제한된 배양에 대해 배지에 축적된 L-글루탐산의 양을 측정하였다. 결과는 표 9에 제시되어 있다. ATCC13869-19 균주는 L-글루탐산을 생산하는 조건하에서 대조군 균주보다 더 많은 양의 L-글루탐산을 생산한 것으로 밝혀졌다.
야생형 ATCC13869 균주, yggB 돌연변이 균주 ATCC13869-19, ATCC13869-A1, ATCC13869-L30, 및 야생형 yggB 유전자를 보유한 플라스미드를 갖는 균주(ATCC13869/pL5k-1), 및 대조군 플라스미드를 갖는 균주(ATCC13869/pVK9)를 Tween40을 부가하여 배양하였다. 이러한 각각의 균주를 CM-Dex 플레이트 배지상에서 하룻밤 동안 배양하고, 플레이트 면적의 1/6에서 수거한 세포를 20ml의 플라스크 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 60㎍/l 비오틴, 및 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N: 총 질소), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 1g의 열-멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 각각의 균주를 31.5℃에서 진탕하면서 배양하였다. 5시간 배양한 후, Tween40을 부가하여 최종농도가 1g/L가 되게 하고 배양을 계속하였다. 24시간 후의 세포의 양(OD620) 및 배지에 축적된 L-글루탐산의 양은 표 10에 제시되어 있다. L-글루탐산을 생산하는 조건하에서 ATCC13869-19 균주, ATCC13869-A1 균주, ATCC13869-L30 균주, 및 야생형 yggB 유전자를 보유한 플라스미드를 갖는 균주는 향상된 L-글루탐산 생산능을 갖는 것으로 밝혀졌다.
실시예 11
<8형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주의 작제 및 L-글루탐산 생산능의 평가>
8형 돌연변이는 서열번호 61의 837번 위치의 "G"를 "A"로 치환시키는 돌연변이이며, 서열번호 62의 아미노산 서열에서 111번 위치의 Ala을 Thr으로 치환시킨다. 이 유형의 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 63의 뉴클레오타이드 507번 내지 2093번에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 64에 제시되어 있다.
실시예 7과 같은 방법으로, 8형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주를 작제한다. 구체적으로는, N-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 30 및 65에 제시된 합성 DNA 및 주형으로서 브레비박테리움 플라붐 ATCC14067 균주의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 유사하게, C-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 34 및 66에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 이어서, 8형 돌연변이 yggB 유전자의 부분적 단편을 증폭시키기 위해서, 주형으로서 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 등몰량의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 9 및 34에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 수득된 yggB 유전자 단편을 SacI으로 처리하고 pBS4S의 SacI 부위내로 삽입시켜 이 유형의 돌연변이 도입을 위한 플라스미드를 수득한다. 이렇게 수득된 pBS4yggB8을 실시예 6에 기술된 방법과 같은 방법으로 ATCC14067 균주의 염색체내로 도입시키고, 이어서 염색체로부터 벡터 부분을 제거한다. 수득된 카나마이신-민감성 균주의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하고, 8형 돌연변이 yggB 유전자를 갖는 균주를 선별하였다. 8형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주를 ATCC14067-yggB8 균주라 명명하였다.
실시예 12
<66형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주의 작제 및 L-글루탐산 생산능의 평가>
66형 돌연변이는 서열번호 67의 1673번 위치의 "C"를 "T"로 치환시키는 돌연변이이며, 서열번호 68의 아미노산 서열에서 424번 위치의 Pro을 Leu으로 치환시킨다. 이 유형의 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 69에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 70에 제시되어 있다.
실시예 7과 같은 방법으로, 66형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주를 작제한다. 구체적으로는, N-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 30 및 71에 제시된 합성 DNA 및 주형으로서 씨. 멜라세콜라 ATCC17965 균주의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 유사하게, C-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 34 및 72에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 이어서, 66형 돌연변이 yggB 유전자의 부분적 단편을 증폭시키기 위해서, 주형으로서 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 등몰량의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 9 및 34에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행한다. 수득된 yggB 단편을 SacI으로 처리하고 pBS4S의 SacI 부위내로 삽입시켜 이 유형의 돌연변이 도입을 위한 플라스미드를 수득한다. 이렇게 수득된 pBS4yggB66을 실시예 6에 기술된 방법과 같은 방법으로 ATCC17965 균주의 염색체내로 도입시키고, 이어서 염색체로부터 벡터 부분을 제거한다. 수득된 카나마이신-민감성 균주의 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하고, 66형 돌연변이 yggB 유전자를 갖는 균주를 선별하였다. 66형 돌연변이 yggB 유전자-도입된 균주를 ATCC17965-yggB66 균주라 명명한다.
실시예 13
<시험관내 돌연변이에 의한 돌연변이형 yggB 유전자의 스크리닝>
돌연변이형 yggB 유전자는, 시험관내에서 무작위 돌연변이를 야생형 yggB 유전자내로 도입시키고, 돌연변이-도입된 yggB 유전자로 코리네형 세균을 형질전환시키고, 과량의 비오틴의 존재하에서 계면활성제 또는 페니실린의 부가 없이 L-글루탐산을 생산할 수 있는 돌연변이 균주를 선별함으로써 수득할 수 있다.
(13-1) yggB 유전자-파괴된 균주의 작제
돌연변이형 yggB 유전자를 스크리닝하기 위해서, 먼저 yggB 유전자-파괴된 균주를 작제하였다. N-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 39 및 40에 제시된 합성 DNA 및 주형으로서 ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. 유사하게, C-말단 단편을 제조하기 위해서, 프라이머로서 서열번호 41 및 42에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. 서열번호 40 및 서열번호 41은 서로 상보적이다. 이어서, ORF가 결실된 yggB 유전자를 갖는 단편을 수득하기 위해서, 주형으로서 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 등몰량의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 39 및 42에 제시된 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다.
수득된 PCR 단편을 SacI으로 처리하고 pBS4S의 SacI 부위내로 삽입시켜 yggB 유전자 파괴에 유용한 플라스미드를 수득하였다. 이렇게 수득된 pBS4△yggB를 실시예 6에 기술된 방법과 같은 방법으로 ATCC13869 균주의 염색체내로 도입시키고, 이어서 염색체로부터 벡터 부분을 제거하였다. 주형으로서 수득된 카나마이신-민감성 균주의 염색체 DNA 및 프라이머로서 서열번호 39 및 42의 합성 DNA를 사용한 PCR을 수행하여 yggB 유전자가 파괴되었음을 확인하였다. 수득된 yggB-파괴된 균주를 ATCC13869△yggB 균주라 명명하였다.
(13-2) 돌연변이형 yggB 유전자의 시험관내 스크리닝
다음과 같이 yggB 유전자의 돌연변이유발을 수행하였다. 먼저, 상기한 pL5k 플라스미드를 XhoI 및 SalI으로 처리하고 자가-연결시켜 yggB 유전자 이외의 영역을 제거함으로써 pL5kXS 플라스미드를 수득하였다. SalI 인식 부위는 서열번호 5의 뉴클레오타이드 서열상에는 존재하지 않고, pBS3의 다중-클로닝 부위상에는 존재한다. 수득된 pL5kXS의 약 10㎍을, 400mM 하이드록실아민 및 1mM EDTA (pH 6.0)를 함유하는 500mM 인산염 완충액에 용해시키고, 돌연변이를 도입시키기 위해서 75℃에서 30 내지 90분 동안 가열하였다. 돌연변이유발 처리 후 SUPREC-02 (구입원: TAKARA BIO INC.)를 이용하여 플라스미드를 탈염시키고, 이어서 실시예 6에 기술된 방법에 의해 ATCC13869△yggB 균주내로 도입시켰다. 형질전환된 세포를 25㎍/ml의 카나마이신을 함유하는 CM2B 배지에서 스크리닝하였다. 대조군으로서, 돌연변이유발 처리를 하지 않은 pL5kXS를 ATCC13869△yggB 균주내로 도입시켰다. 출현한 형질전환체를 2m의 CM2BGU2 액체 배지(추가로 10g/l 글루코즈 및 15g/l 우레아를 함유하는 실시예 3에 기술된 CM2B 배지)에 접종하고, 31.5℃에서 5시간 동안 진탕하면서 배양하고, 배양 액체배지에 축적된 L-글루탐산의 농도를 측정한다.
CM2BGU2 배지에서 돌연변이된 pL5kXS로 ATCC13869△yggB 균주를 형질전환시켜 수득된 균주의 배양 결과는 표 11에 제시되어 있다. 60 또는 90분 동안 돌연변이시킨 플라스미드로 형질전환시킨 형질전환체 가운데 1g/L 이상의 L-글루탐산의 축적을 야기하는 세 균주를 수득하였다. 초기 배지에 함유된 L-글루탐산의 양은 0.16g/L이고, ATCC13869△yggB/pL5kXS 대조군 균주(돌연변이유발 처리를 하지 않은)에 의해 축적된 L-글루탐산의 양은 0.31g/L였다.
CM2BGU 배지에서 돌연변이된 pL5kXS로 ATCC13869△yggB 균주를 형질전환시켜 수득된 형질전환체의 배양 결과는 표 12에 제시되어 있으며, CM2BGU 배지는 우레아의 농도가 1.5g/L인 것을 제외하고 상기한 CM2BGU2 배지와 조성이 같다. 90분 동안 돌연변이시킨 플라스미드로 형질전환시킨 형질전환체 가운데 1g/L 이상의 L-글루탐산의 축적을 야기하는 1개의 클론을 수득하였다.
60분 동안 돌연변이시킨 플라스미드로 형질전환시켜 1g/L 이상의 L-글루탐산을 생산한 표 11에 제시된 균주에서 플라스미드를 추출하고, 수득된 플라스미드를 pL5kXSm-22라 명명하였다. 60분 동안 돌연변이시킨 플라스미드로 형질전환시켜 0.9g/L 이상의 L-글루탐산을 생산한 표 12에 제시된 균주에서도 플라스미드를 추출하고, 수득된 플라스미드를 pL5kXSm-27이라 명명하였다. 플라스미드로 ATCC13869 균주를 형질전환시키고, 수득된 균주를 각각 ATCC13869△yggB/pL5kXS 및 ATCC13869△yggB/pL5kXSm-27, ATCC13869△yggB/pL5kXSm-22라 명명하였다. 이러한 균주를 실시예 2에 기술된 조건하에서 배양하고, 4시간 배양한 후 L-글루탐산 축적을 분석하였다. 3개의 독립적인 실험의 평균값은 표 13에 제시되어 있다. ATCC13869△yggB/pL5kXSm-27 균주 및 ATCC13869△yggB/pL5kXSm-22 균주는 비돌연변이된 플라스미드-도입된 균주보다 상당히 더 많은 양의 L-글루탐산을 생산한 것으로 밝혀졌다. 이러한 결과는 본 발명의 돌연변이형 yggB 유전자를 시험관내 무작위 돌연변이유발에 의해 수득할 수 있음을 증명한다. pL5kXSm-22에 포함된 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 73 및 75에 각각 제시되어 있다. pL5kXSm-22 플라스미드는 서열번호 5의 2745번 위치의 "C"를 "T"로 치환시키고 서열번호 6의 437번 위치의 Pro을 Ser으로 치환시키는 돌연변이를 갖는다. 또한, 이 돌연변이는 서열번호 5의 3060번 위치의 "C"를 "T"로 치환시키는 돌연변이(22형 돌연변이)를 동반하였다. 이 돌연변이를 갖는 돌연변이형 yggB 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 73에 제시되어 있고 이 유전자에 의해 암호화된 돌연변이형 YggB 단백질의 아미노산 서열은 서열번호 74에 제시되어 있다.
(13-3) 코리네형 세균내로의 돌연변이형 yggB 유전자의 도입 및 L-글루탐산 생산량의 평가
코리네형 세균내로 (13-2)에서 수득된 돌연변이형 yggB 유전자를 도입시킨다. 유전자를 도입시키는 방법은 다음과 같다.
각각의 돌연변이형 yggB 유전자를 실시예 6에 기술된 방법에 의해 pBS4S내로 도입시키고, 수득된 플라스미드를 사용하여 염색체상의 야생형 yggB 유전자가 돌연변이형 yggB 유전자로 대체된 균주를 수득한다. 돌연변이형 yggB 유전자가 도입된 균주 및 ATCC13869 대조군 균주를 실시예 2와 같은 방법으로 배양하였다. 배양 완료 후에 배양 배지에 축적된 L-글루탐산의 양을 공지된 방법에 의해 측정하여 돌연변이형 yggB 유전자의 도입으로 L-글루탐산의 축적이 증가함을 확인한다. 이러한 방법으로, L-글루탐산 생산능이 향상된 돌연변이형 yggB 유전자가 도입된 균주를 갖는 균주를 수득할 수 있다.
실시예 14
<돌연변이형 yggB 유전자를 갖는 균주의 L-글루탐산 유사체-내성의 평가>
(14-1) 고체 배지상에서 4-플루오로글루탐산에 대한 내성의 평가
돌연변이형 yggB 유전자의 도입으로 인해 향상된 L-글루탐산 생산능을 갖는 균주는 L-글루탐산 유사체에 대한 민감성이 감소(내성이 증가)할 것이라고 예측하였다. 따라서, 4-플루오로글루탐산에 대한 균주의 민감성을 다음과 같이 분석하였다.
NaOH를 사용하여 pH 6.7로 조정하고 여과멸균한 4-플루오로글루탐산 용액을 실시예 4에 기술한 최소 배지에 부가하여 4-플루오로글루탐산의 최종농도가 7.5mM이 되게 하였다. 각각의 ATCC13869 균주, ATCC13869-L30 균주, 및 ATCC13869-A1 균주를 CM-Dex 플레이트에 도말하고 하룻밤 동안 배양하였다. 이어서, 플레이트로부터 세포를 수거하고 멸균된 0.85% NaCl 용액으로 세척하였으며, 도 6에 기술된 세포 농도로 희석시키고, 4-플루오로글루탐산을 함유하는 플레이트 및 4-플루오로글루탐산을 함유하지 않은 대조군 플레이트에 접종하고, 31.5℃에서 배양하였다. 시간 경과에 따른 각 균주의 성장은 도 6에 도시되어 있다. 4-플루오로글루탐산이 없을 때 야생형 ATCC13869 균주는 돌연변이형 yggB 유전자-도입된 균주보다 빠르게 성장하지만, 4-플루오로글루탐산의 존재하에서는 돌연변이형 yggB 유전자-도입된 균주가 야생형 ATCC13869 균주보다 빠르게 성장한다.
(14-2) 액체 배지에서 4-플루오로글루탐산에 대한 내성의 평가
실시예 4에 기술한 것과 동일한 조성을 갖지만 한천을 함유하지 않는 최소 액체 배지에 4-플루오로글루탐산을 부가하여 최종농도가 각각 1.25mM, 2.5mM, 5mM, 10mM, 및 20mM이 되게 하였다. 각각의 ATCC13869 균주, ATCC13869△yggB 균주, ATCC13869-L30 균주, 및 ATCC13869-A1 균주를 CM-Dex 플레이트에 도말하고 31.5℃에서 하룻밤 동안 배양하였다. 이어서, 세포를 수거하고 멸균된 0.85% NaCl 용액으로 세척한 후에, 액체 배지에 접종하고 31.5℃에서 진탕하면서 배양하였다. 4-플루오로글루탐산 없이 배양된 각 균주의 OD660이 1.0에 도달했을 때, 배양을 종료하고 수득된 배양 용액을 적절하게 희석하여 하룻밤 동안 CM-Dex 플레이트에 도말하였다. 출현한 콜로니의 수를 계산하고 생존성 세포 수라 명명하였다. 도 7은 4-플루오로글루탐산이 없을 때 배양된 세포의 수를 1이라고 했을 때, 각 4-플루오로글루탐산 농도에서의 상대적인 세포 수를 도시한 것이다.
ATCC13869-A1 균주 및 ATCC13869-L30 균주는 4-플루오로글루탐산에 대한 민감성이 저하된 것으로 밝혀졌다.
이러한 결과는 4-플루오로글루탐산과 같은 L-글루탐산 유사체를 사용하여 스크리닝함으로써 돌연변이형 yggB 유전자를 갖는 균주를 수득할 수 있음을 또한 보여주었다.
실시예 15
<yggB 유전자 및 odhA 유전자-이중 돌연변이 균주의 작제>
돌연변이형 odhA 유전자를 상기한 ATCC13869-L30 균주내로 도입시킴으로써 yggB 유전자 및 odhA 유전자-이중 돌연변이 균주를 제조하였다.
먼저, 표 14에 제시된 각 돌연변이를 ATCC13869-L30 균주의 염색체상에 있는 α-KGDH의 E1o 서브유닛을 암호화하는 odhA 유전자내로 도입시켰다. 표 14에, 각각의 돌연변이형 odhA 유전자에서 서열번호 43의 뉴클레오타이드 2528번 내지 2562번에 상응하는 영역의 뉴클레오타이드 서열이 제시되어 있다. 표 15에, 돌연변이형 odhA 유전자에 의해 암호화된 각각의 아미노산 서열에서 서열번호 44의 아미노산 696번 내지 707번에 상응하는 영역의 아미노산 서열이 제시되어 있다.
서열번호 45의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 odhA 유전자가 도입된 L30sucA8 균주를 다음과 같이 수득할 수 있다. 서열번호 53 및 54의 프라이머를 사용하는 PCR에 의해 돌연변이 odhA 유전자 단편을 제조한다. 수득된 단편을 BamHI으로 분해시키고 Mutan-Super Express Km(Takara Bio)에 부착된 플라스미드 pKF19m의 BamHI 부위에 연결시킨다. 이어서, 인산화된 5'-말단을 갖는 서열번호 55의 프라이머 및 Mutan-Super Express Km의 선별 프라이머를 사용하여 PCR을 수행하고, 수득된 PCR 산물을 사용하여 MV1184 균주와 같은 sup0-이. 콜라이 균주를 형질전환시켜 돌연변이 odhA 단편을 보유하는 플라스미드를 수득한다. 이 단편을 pBS4S 플라스미드내로 삽입시키고 수득된 플라스미드를 사용하여 ATCC13869-L30 균주를 형질전환시킴으로써 플라스미드가 염색체내로 통합된 균주를 수득한다. 이어서, 이러한 균주로부터 슈크로즈에 대해 내성이고 카나마이신에 대해 민감성인 균주를 선별한다. 선별된 균주의 odhA 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 결정하고, odhA 유전자내의 프레임 이동 돌연변이에 의해 α-KGDH의 기능에 결함이 있는 균주를 ATCC13869-L30sucA8(odhA8) 균주로서 선별한다.
ATCC13869-L30 균주를 사용하는 유사한 공정에 의해 다른 odhA 돌연변이 균주를 수득할 수 있다.
서열번호 55의 프라이머 대신에 인산화된 5'-말단을 갖는 서열번호 56의 프라이머가 사용되는 상기한 방법과 유사한 방법에 의해, 서열번호 47의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 돌연변이 odhA 유전자가 도입된 sucA801 균주를 수득할 수 있다.
서열번호 55의 프라이머 대신에 인산화된 5'-말단을 갖는 서열번호 57의 프라이머가 사용되는 상기한 방법과 유사한 방법에 의해, 서열번호 49의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 돌연변이 odhA 유전자가 도입된 sucA805 균주를 수득할 수 있다.
서열번호 55의 프라이머 대신에 인산화된 5'-말단을 갖는 서열번호 58의 프라이머가 사용되는 상기한 방법과 유사한 방법에 의해, 서열번호 51의 뉴클레오타이드 서열을 갖는 돌연변이 odhA 유전자가 도입된 sucA77 균주를 수득할 수 있다.
sucA8 돌연변이는 α-KGDH 단백질의 미성숙 절단을 야기하는 프레임-이동 돌연변이이기 때문에, L30sucA8 균주는 세포내 α-KGDH를 갖지 않는다. 반면에, sucA801 균주, sucA805 균주, 및 sucA77 균주는, 이들 돌연변이가 프레임-이동 돌연변이가 아니고 α-KGDH 단백질의 미성숙 절단을 야기하지 않기 때문에, 낮지만 약간의 α-KGDH 활성을 갖는다.
<yggB 유전자 및 odhA 유전자-이중 돌연변이 균주를 사용한 L-글루탐산 생산>
ygg 유전자 및 odhA 유전자-이중 돌연변이 균주의 L-글루탐산 생산성을, Sakaguchi 플라스크에서 이들 균주를 배양하여 평가하였다. 표 14에 열거된 각각의 균주를 CM-Dex 한천 배지에서 하룻밤 동안 31.5℃에서 배양하고, 이어서 배양물의 1/6을 60g/l 글루코즈, 22.5g/l (NH4)2SO4, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l 비타민 B1, 0.48g/l 대두 단백질 가수분해물, 및 300㎍/l 비오틴을 함유하는 20ml의 배지(KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함)로 옮기고, CaCO3를 부가하고, 31.5℃에서 115rpm으로 교반하면서 배양하였다. 19시간 배양한 후에 축적된 L-글루탐산의 양은 표 16에 제시되어 있다. sucA801, sucA805, 및 sucA77 균주는, 야생형 odhA 유전자를 보유한 ATCC13869-L30 균주 및 프레임-이동 돌연변이가 있는 odhA 유전자를 보유한 sucA8 균주보다 더 높은 L-글루탐산 생산성을 나타내었다. 이러한 결과는 odhA 유전자의 티아민 피로포스페이트 결합 영역에 인접한 부위로 돌연변이를 도입시켜 α-KGDH 활성을 조절함으로써 L-글루탐산이 효율적으로 생산됨을 보여주었다.
실시예 16
<ATCC14067yggB8 균주에서의 odhA 유전자의 파괴>
ATCC14067 균주 및 ATCC14067yggB8 균주에서 각각 odhA 유전자를 파괴하고, 수득된 균주를 배양하였다. 먼저, odhA 유전자 파괴를 위한 플라스미드를 작제하였다. odhA 유전자의 N-말단 영역을 포함하는 단편을 증폭시키기 위해서, 프라이머로서 서열번호 77 및 78에 제시된 합성 올리고뉴클레오타이드 및 주형으로서 ATCC14067 균주의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. odhA 유전자의 C-말단 영역을 포함하는 단편을 증폭시키기 위해서, 프라이머로서 서열번호 79 및 80에 제시된 합성 올리고뉴클레오타이드 및 주형으로서 ATCC14067 균주의 염색체 DNA를 사용하여 또 다른 PCR을 수행하였다. 이어서, odhA 유전자의 내부서열이 결실된 단편을 제조하기 위해서, 주형으로서 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 등몰량의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 81 및 82의 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. 수득된 PCR 산물을 BamHI으로 분해시키고 실시예 1에서 작제된 pBS4S내로 삽입시켜 플라스미드 pBS△sucA47을 수득하였다.
염색체내로 결실형 odhA 유전자를 도입시키고 벡터 부분만을 제거하기 위해서 pBS△sucA47로 실시예 11의 ATCC14067 균주 및 ATCC14067yggB8을 실시예 6과 같은 방법으로 형질전환시켰다. 서열번호 77 및 80의 프라이머를 사용하는 PCR에 의해 카나마이신-민감성 균주로부터 odhA 유전자가 파괴된 균주를 선별하였다. 이렇게 수득된 균주를 각각 ATCC14067△odhA 균주 및 ATCC14067△odhA yggB8 균주라 명명하였다.
실시예 3에 기술된 방법에 따른 ATCC14067△odhA 균주 및 ATCC14067△odhA yggB8 균주의 배양 결과는 표 17에 제시되어 있다. 8형 돌연변이 yggB 유전자를 도입시킴으로써 odhA 유전자-파괴된 균주의 L-글루탐산 생산능이 향상된 것으로 밝혀졌다.
실시예 17
<yggB 돌연변이 균주에서의 symA 유전자의 파괴>
실시예 3에서 작제되고 yggB 유전자에 삽입된 IS를 갖는 2A-1R 균주에서 symA 유전자를 파괴시키고, 수득된 균주를 2A-1R 균주와 비교하여 배양하였다. ATCC13869 균주의 symA 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 서열번호 86에 제시되어 있고, 아미노산 서열은 서열번호 87에 제시되어 있다. 먼저, symA 유전자 파괴를 위한 플라스미드를 작제하였다. symA 유전자의 N-말단 영역을 포함하는 단편을 증폭시키기 위해서, 프라이머로서 서열번호 88 및 89에 제시된 합성 올리고뉴클레오타이드 및 주형으로서 ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. symA 유전자의 C-말단 영역을 포함하는 단편을 증폭시키기 위해서, 프라이머로서 서열번호 90 및 91에 제시된 합성 올리고뉴클레오타이드 및 주형으로서 ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 사용하여 또 다른 PCR을 수행하였다. 이어서, SymA 유전자의 내부서열이 결실된 단편을 제조하기 위해서, 주형으로서 N-말단 단편 및 C-말단 단편의 등몰량의 혼합물을 사용하고 프라이머로서 서열번호 88 및 91의 합성 DNA를 사용하여 PCR을 수행하였다. 수득된 PCR 산물을 BamHI으로 분해시키고 실시예 1에서 작제된 pBS4S내로 삽입시켜 플라스미드 pBS△1867을 수득하였다.
염색체내로 결실형 SymA 유전자를 도입시키고 벡터 부분만을 제거하기 위해서 pBS△1867로 2A-1R 균주를 실시예 6에 기술된 방법과 같은 방법으로 형질전환시켰다. 서열번호 88 및 91의 프라이머를 사용하는 PCR에 의해 카나마이신-민감성 균주로부터 SymA 유전자가 파괴된 균주를 선별하였다. 이렇게 수득된 균주를 2A-1R△SymA 균주라 명명하였다.
실시예 3에 기술된 방법에 따른 2A-1R△SymA 균주 및 2A-1R 균주의 배양 결과는 표 18에 제시되어 있다. SymA 유전자를 결실시킴으로써 돌연변이형 yggB 유전자-도입된 균주의 L-글루탐산 생산능이 추가로 향상된 것으로 밝혀졌다.
실시예 18
<야생형 yggB 유전자-증폭된 균주의 작제>
코리네형 세균내로 야생형 yggB 유전자를 도입시키기 위해서 코리네형 세균의 야생형 yggB 유전자를 보유하는 pL5k를 사용하였다. pL5k와 유사한 구조를 갖는 플라스미드는, 서열번호 59 및 60의 프라이머 및 주형으로서 ATCC13869 균주의 염색체 DNA를 사용하는 PCR을 수행하고, 증폭된 산물을 BamHI으로 분해시키고, 수득된 단편을 pVK9의 BamHI 부위내로 삽입시킴으로써 작제할 수도 있다. pVK9은, pHSG299(Takara Bio)의 AvaII 부위를 평활말단화시키고, BamHI 및 KpnI으로 pHK4(JP-A-05-007491)로부터 절단된 코리네형 세균에서의 자발적인 복제에 관여하는 단편을 삽입시킴으로써 수득된 셔틀벡터이다.
코리네박테리움 글루타미컴 ATCC13869 균주를 전기 펄스 방법(JP-A-2-207791)에 의해 pL5k로 형질전환시켰다. 형질전환된 세포를 CM2B 플레이트 배지(10g/l 폴리펩톤, 10g/l 효모 추출물, 5g/l NaCl, 20g/l 한천, KOH를 사용하여 pH 7.0으로 조정함)에 도말하고, 하룻밤 동안 31.5℃에서 배양하였다. 다음날에, 출현한 콜로니를 25㎍/ml 카나마이신을 함유하는 CM2B 플레이트 배지에서 정제하여 야생형 yggB 유전자-증폭된 균주를 수득하였다. 통상적인 방법에 의해 형질전환체로부터 플라스미드를 추출하여 표적 플라스미드가 도입되었음을 확인하였다. 이렇게 수득된 야생형 yggB 유전자-증폭된 균주를 ATCC13869/pL5k라 명명하였다. 대조군 균주로서, pVK9가 도입된 ATCC13869/pVK9를 상기한 방법과 같은 방법으로 작제하였다.
실시예 19
<야생형 yggB 유전자-증폭된 균주의 평가>
(2-1) 비오틴이 제한된 배양 조건하에서의 평가
실시예 17에서 작제된 각각의 야생형 yggB 유전자-증폭된 균주 및 대조군 균주로부터 3개의 클론을 분리하고, 각 클론을 20ml의 종균배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 60㎍/l 비오틴, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 당이 완전히 소비된 후, 2ml의 배양물을 비오틴을 함유하지 않은 20ml의 본배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 당이 완전히 소비된 후, 배지내의 L-글루탐산의 농도를 측정하였다. 그 결과, 야생형 yggB 유전자-증폭된 균주(ATCC13869/pL5k)는 벡터-도입된 균주보다 더 많은 L-글루탐산의 축적을 야기한 것으로 밝혀졌다.(표 19에서, OD620은 101배로 희석된 배양 용액의 620nm에서의 탁도이고 세포의 양을 나타내며, GH(g/L)는 축적된 L-글루탐산의 양을 나타낸다.)
(2-2) 계면활성제가 부가된 조건하에서의 평가
상기 (2-1)에서 사용된 동일한 클론을 20ml의 종균배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 60㎍/l 비오틴, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 당이 완전히 소비된 후, 2ml의 배양물을 20ml의 본배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 60㎍/l 비오틴, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 배양을 시작하고 2시간 후, Tween40을 부가하여 최종농도가 5g/L가 되게 하고 배양을 계속하였다. 당이 완전히 소비된 후, 배지내의 L-글루탐산의 농도를 측정하였다. 그 결과, 야생형 yggB 유전자-증폭된 균주(ATCC13869/pL5k)는 벡터-도입된 균주보다 더 많은 L-글루탐산의 축적을 야기한 것으로 밝혀졌다.
(OD620은 101배로 희석된 배양 용액의 620nm에서의 탁도이고 세포의 양을 나타내며, GH는 축적된 L-글루탐산의 양을 나타낸다.)
(2-3) 페니실린 G가 부가된 조건하에서의 평가
상기 (2-1)에서 사용된 동일한 클론을 20ml의 종균배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 60㎍/l 비오틴, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 당이 완전히 소비된 후, 2ml의 배양물을 20ml의 본배양 배지(80g/l 글루코즈, 30g/l 황산암모늄, 1g/l KH2PO4, 0.4g/l MgSO4·7H2O, 0.01g/l FeSO4·7H2O, 0.01g/l MnSO4·4-5H2O, 200㎍/l VB1, 60㎍/l 비오틴, 0.48g/l 대두 가수분해물(T-N), KOH를 사용하여 pH 8.0으로 조정함: 115℃에서 10분간 고압증기멸균함)에 접종하고, 이어서 1g의 멸균된 탄산칼슘을 부가하고, 31.5℃에서 진탕배양하였다. 배양을 시작하고 2시간 후, 페니실린 G를 부가하여 최종농도가 0.5U/ml가 되게 하고 배양을 계속하였다. 당이 완전히 소비된 후, 배지내의 L-글루탐산의 농도를 측정하였다. 그 결과, 야생형 yggB 유전자-증폭된 균주(ATCC13869/pL5k)는 벡터-도입된 균주보다 더 많은 L-글루탐산의 축적을 야기한 것으로 밝혀졌다(표 21).
(OD620은 101배로 희석된 배양 용액의 620nm에서의 탁도이고 세포의 양을 나타내며, GH는 축적된 L-글루탐산의 양을 나타낸다.)