KR20090016655A - High viscosity diutan gums and methods of producing - Google Patents

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KR20090016655A
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Abstract

The present invention describes the production of a diutan polysaccharide exhibiting increased viscosity properties as compared with previously produced polysaccharide of the same type of repeating units. Such an improved diutan polysaccharide is produced through the generation of a derivative of Sphingomonas sp. ATCC 53159 that harbors a multicopy broad-host-range plasmid into which genes for biosynthesis of diutan polysaccharide have been cloned. The plasmid provides the capability within the host Sphingomonas strain to produce multiple copies of genes for such polysaccharide synthesis. In such a manner, a method of not just increased production of the target diutan polysaccharide, but also production of a diutan polysaccharide of improved physical properties (of the aforementioned higher viscosity) thereof is provided. Such a diutan polysaccharide has proven particularly useful as a possible viscosifier in oilfield applications and within cement materials. The inventive methods of production of such an improved diutan polysaccharide, as well as the novel cloned genes required to produce the improved diutan within such a method, are also encompassed within this invention. Additionally, the novel engineered Sphingomonas strain including the needed DNA sequence is encompassed within this invention.

Description

고점도 디우탄 검 및 제조 방법{HIGH VISCOSITY DIUTAN GUMS AND METHODS OF PRODUCING}HIGH VISCOSITY DIUTAN GUMS AND METHODS OF PRODUCING

본 발명은, 동일한 유형의 반복 단위를 갖는 이전의 제조 다당류에 비해 증가된 점도 특성을 나타내는 디우탄 다당류의 제조를 기술한다. 이러한 개선된 디우탄 다당류는 디우탄 다당류의 생합성을 위한 유전자가 클로닝된, 숙주 범위가 넓은 멀티카피 플라스미드를 함유하는 스핑고모나스종(Sphingomonas sp .) ATCC 53159의 유도체의 생성을 통해 제조한다. 상기 플라스미드는 숙주 스핑고모나스 균주 내에서, 상기와 같은 다당류 합성을 위한 유전자의 복수의 카피를 생산하는 능력을 제공한다. 이러한 방식으로, 표적 디우탄 다당류의 생산을 증대시키는 방법뿐만 아니라, 그의 물리적 특성(전술한 고점도 특성)이 개선된 디우탄 다당류를 제조하는 방법도 제공된다. 이러한 디우탄 다당류는, 시멘트 재료에서, 또 유전(oilfield) 분야에서 사용 가능한 증점제로서 특히 유용한 것으로 증명되었다. 이러한 개선된 디우탄 다당류를 제조하는 본 발명에 따른 방법, 그리고 이 방법을 이용하여 개선된 디우탄을 제조하는 데 필요한 신규한 클로닝된 유전자가 또한 본 발명에 포함된다. 게다가, 필요한 DNA 서열을 포함하는 신규한 유전자 조작(engineered) 스핑고모나스 균주도 본 발명에 포함된다.The present invention describes the preparation of diutane polysaccharides which exhibit increased viscosity properties compared to previous prepared polysaccharides having the same type of repeat units. This improved diutan polysaccharide is a Sphingomonas species that contains a broad host-wide multicopy plasmid in which the gene for biosynthesis of diutan polysaccharide is cloned. sp . ) Through the production of derivatives of ATCC 53159. The plasmid provides the ability to produce multiple copies of genes for such polysaccharide synthesis in a host sphingomonas strain. In this way, a method of increasing the production of the target diutan polysaccharide is provided, as well as a method of producing the diutan polysaccharide whose physical properties (high viscosity characteristics described above) are improved. These diutan polysaccharides have proven to be particularly useful as thickeners that can be used in cement materials and in the field of oilfield. Also included in the present invention are methods according to the present invention for producing such improved diutan polysaccharides, and novel cloned genes necessary for producing improved diutan using this method. In addition, new genetically engineered sphingomonas strains comprising the required DNA sequences are also included in the present invention.

다당류 또는 검(gum)은 수용액을 증점시키거나 겔화하는 데 주로 사용되며, 종종 2개의 군, 즉 증점제 및 겔화제로 분류된다. 전형적인 증점제로 전분, 크산탄 검, 디우탄 검, 웰란 검, 구아 검, 카르복시메틸셀룰로스, 알긴산염, 메틸셀룰로스, 검 카라야 및 검 트래거캔스가 있다. 일반적인 겔화제로 젤라틴, 젤란 검, 전분, 알긴산염, 펙틴, 카라기난, 한천 및 메틸셀룰로스가 있다.Polysaccharides or gums are mainly used to thicken or gel aqueous solutions and are often classified into two groups, thickeners and gelling agents. Typical thickeners include starch, xanthan gum, diutan gum, wellan gum, guar gum, carboxymethylcellulose, alginate, methylcellulose, gum karaya and gum tragacanth. Common gelling agents are gelatin, gellan gum, starch, alginate, pectin, carrageenan, agar and methylcellulose.

일부 다당류, 혹은 더 구체적으로 언급하자면, 바이오검(biogum), 예컨대 크산탄, 젤란, 웰란 및 디우탄은 수년 동안 미생물로부터 발효를 통해 제조하였다. 이러한 바이오검은 여러 가지 특성, 예컨대 점도 변화 능력을 보이며, 이로 인해 다수의 상이한 용도에 이용되었다. 이러한 목록에 포함되는 것은, 식품, 예컨대 과자 젤리, 잼 및 젤리, 디저트 젤, 당의(icing) 및 유제품, 또한 미생물 배지의 성분을 위한 겔화제들이다. 또한, 증점제는 표적 액체의 점도를 변화시키기 위해 수많은 최종 용도 적용에 활용된다. 다수의 다른 상이한 가능한 최종 용도(한 예로서, 시멘트 제조를 포함함)가 있을 수 있으나, 지하 및/또는 수중 석유 액체에 점도 변화를 일으켜 이들의 응집을 용이하게 하는 상기 검의 능력이 특히 흥미롭다. 상이한 바이오검은 상이한 세균 공급원으로부터 제조되는데, 예를 들어 크산탄 검은 크산토모나스 캄페스트리스(Xanthomonas campestris)로부터, 젤란 검은 스핑고모나스 엘로데아(Sphingomonas elodea)로부터, 웰란 검은 스핑고모나스종 ATCC 31555로부터, 그리고 디우탄 검(S-657)은 스핑고모나스종 ATCC 53159로부터 제조되었다. 이러한 균주들의 유전자 조작은 전술한 발효 과정을 통해 제조된 합성 검 재료에 중대한 변화를 주기 위해 과거에 착수된 바 있다. 이러한 조작은 아실기의 제 거와 같은 변화를 일으켜, 상이한 물리적 특성을 나타내는 상이한 검 재료가 생성되게 한다. 일반적으로, 이러한 유전적 조작에는, 궁극적으로 숙주 유기체 내에서 변경된 유전자 발현을 통해 표적 바이오검의 조성을 변경하는 유형, 또는 유전자 증폭만을 나타내는 플라스미드의 도입을 통해 표적 바이오검의 수율을 증가시키는 유형(Pollock 등의 미국 특허 제5,854,034호, 제5,985,623호 및 제6,284,516호, 그리고 Pollock의 미국 특허 제6,709,845호에서와 같은 것)이 있다.Some polysaccharides, or more specifically, biogum, such as xanthan, gellan, wellan and diutan, have been produced through fermentation from microorganisms for many years. Such biogum exhibits a number of properties, such as the ability to change viscosity, which has been used in many different applications. Included in this list are gelling agents for foods such as confectionery jelly, jams and jellies, dessert gels, sugaring and dairy products, as well as components of microbial media. Thickeners are also utilized in numerous end use applications to change the viscosity of the target liquid. There may be many other different possible end uses (including cement production, for example), but the ability of the gums to make viscosity changes in underground and / or underwater petroleum liquids to facilitate their flocculation is of particular interest. . Different biogum is made from different bacterial sources, for example Xanthan gum Xanthomonas campestris ), gellan gum from Sphingomonas elodea , wellan gum from sphingomonas species ATCC 31555, and diutan gum (S-657) from sphingomonas species ATCC 53159. Genetic engineering of these strains has been undertaken in the past to make significant changes to the synthetic gum materials prepared through the fermentation process described above. This manipulation causes a change, such as the removal of acyl groups, resulting in different gum materials exhibiting different physical properties. In general, these genetic manipulations include types that ultimately alter the composition of the target biogum through altered gene expression in the host organism, or types that increase the yield of the target biogum through the introduction of plasmids representing only gene amplification (Pollock). US Pat. Nos. 5,854,034, 5,985,623 and 6,284,516, and US Pat. No. 6,709,845 to Pollock.

디우탄 검[이종다당류(heteropolysaccharide) S-657로도 알려짐]은 균주 스핑고모나스종 ATCC 53159의 발효를 통해 제조되며, 수용액 중에서 증점, 현탁 및 안정화 특성을 보인다. 디우탄은 일반적으로, 주쇄의 4개 당(글루코스-글루쿠론산-글루코스-람노스), 및 글루코스 잔기 중 하나에 부착된 두 람노스 잔기의 측쇄로 이루어진 6량체(hexameric) 반복 단위를 보인다. 디우탄 검 구조에 대한 상세한 설명은 문헌[Chowdhury, T. A., B. Lindberg, U. Lindquist and J. Baird, carbohydrate Research 164 (1987) 117-122]에서 찾아볼 수 있다. 디우탄은 반복 단위마다 2개의 아세틸 치환기를 갖는 것으로 문헌[Diltz et al., carbohydrate Research 331 (2001) 265-270]에 기재되었다. 상기의 두 참고 문헌은, 본원에 참고로 전부 인용되어 있다. 디우탄 검의 제조에 대한 상세한 설명은 미국 특허 제5,175,278호에서 찾아볼 수 있으며, 이는 본원에 참고로 전부 인용되어 있다. 디우탄은, 예컨대 탄수화물원(비제한 예로서 글루코스, 말토스 등이 있음), 질소원 및 추가의 염을 사용하는 표준 발효 기술을 이용하여 스핑고모나스 균주로부터 제조할 수 있다.Diutan gum (also known as heteropolysaccharide S-657) is prepared through fermentation of strain sphingomonas species ATCC 53159 and shows thickening, suspending and stabilizing properties in aqueous solution. Diutan generally exhibits hexameric repeating units consisting of the four sugars of the main chain (glucose-glucuronic acid-glucose-rhamnose), and the side chains of two rhamnose residues attached to one of the glucose moieties. A detailed description of the diutan gum structure can be found in Chowdhury, TA, B. Lindberg, U. Lindquist and J. Baird, carbohydrate Research 164 (1987) 117-122. Di wootan are each repeating unit the literature as having two acetyl substituent have been described in [Diltz et al., Carbohydrate Research 331 (2001) 265-270]. Both of these references are incorporated herein by reference in their entirety. A detailed description of the preparation of diutan gum can be found in US Pat. No. 5,175,278, which is incorporated herein by reference in its entirety. Diutane can be prepared from sphingomonas strains, for example, using standard fermentation techniques using carbohydrate sources (including but not limited to glucose, maltose and the like), nitrogen sources and additional salts.

야생형의 디우탄 바이오검에 의해 부여된 물리적 특성은, 특히 점도 변화 특성 및/또는 보습 특성에 있어 특정 공업에 바람직하다. 공교롭게도, 디우탄은 비용 효율적으로 제조하기가 어려운 것으로 입증되었다. 또한, 이러한 비용 문제는 현재 디우탄을 광범위하게 이용하는 데 불리한 영향을 미치는데, 이러한 바이오검이 보이는 점도가, 저렴하나 효과적인 다른 바이오검(한 예로서, 크산탄 검이 있음)을 대신하기엔 불충분하기 때문이다. 이로써, 최소한, 효과적인 디우탄을 저비용으로 제조하는 방법, 및/또는 물리적 특성이 또한 현저하게 개선된 디우탄 유형의 바이오검을 제조하는 방법을 제공하는 것이 확실히 필요해 왔다. 현재까지, 임의의 유형의 관련 스핑간(sphingan)의 제조 방법은 (구체적으로 디우탄에 대한 임의의 입증 없이) 수율 향상에 관해서만 언급되었다(전술한, Pollock 등의 특허들에서 언급됨). 상기 제조 방법에 의해 점도 측정에서 임의의 개선을 보이는, 고분자량의 개선된 디우탄 검을 제조하는 방법을 제공하는 임의의 방법에 대한 토론 또는 적절한 제안은 없었다.Physical properties imparted by wild type diutan biogum are particularly desirable for certain industries in terms of viscosity change properties and / or moisturizing properties. Unfortunately, Diutan has proven difficult to manufacture cost-effectively. In addition, this cost problem currently has a disadvantageous effect on the widespread use of diutan, where the viscosity seen by biogum is insufficient to replace other inexpensive but effective biogum (eg, xanthan gum). Because. Thus, there has been a clear need, at least, to provide a method for producing an effective diutan at low cost, and / or a method for producing a biogum of the diutan type which is also significantly improved in physical properties. To date, methods of making any type of related sphingan have been mentioned only in terms of yield improvement (specifically, without any demonstration of diutan) (mentioned in the Pollock et al. Patents described above). There was no discussion or appropriate proposal for any method of providing a method for producing high molecular weight, improved diutan gum, which showed any improvement in viscosity measurement by the above production method.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명자들은, 숙주 스핑고모나스 유기체 내에서 디우탄 생합성을 위한 특정한 신규의 분리된 DNA 서열을 증폭하는 것이, 이 서열 유래의 디우탄 검의 생산을 증대시킬 뿐만 아니라, 증가된 점도 특성을 나타내는 디우탄 검을 생성시킴을 발견하였다. 이렇게 상기 신규한 DNA 서열[이는 임의의 잘 알려진 방법, 예컨대 플라스미드(이에 한정되지는 않음)를 통해 숙주 유기체 내에 도입됨]은 바람직한 결과를 제공하며, 디우탄 합성 방법에 이용된다. 이와 같이 상기 유전자들을 플라스미드에서 증폭시켜 이용하는 것의 특별한 장점은, 상기와 같은 분리된 DNA 서열을 디우탄 합성 과정으로 통합시키는 것이 비교적 간단하다는 것이다. 다른 장점은, 표적 디우탄 검에 높은 점도 특성을 발생시키면서, 필요할 경우, 잠재적으로 발효 생산 효율을 높이는 능력이다.The inventors have found that amplifying certain novel isolated DNA sequences for diutan biosynthesis in a host sphingomonas organism not only increases the production of diutan gum derived from this sequence, but also exhibits increased viscosity characteristics. It was found to produce Utan gum. This novel DNA sequence, which is introduced into the host organism via any well known method such as, but not limited to, a plasmid, provides the desired results and is used in the diutane synthesis method. This particular advantage of using the amplified genes in the plasmid is that it is relatively simple to integrate such isolated DNA sequences into the diutane synthesis process. Another advantage is the ability to generate high viscosity characteristics in the target diutan gum, potentially increasing fermentation production efficiency if necessary.

따라서, 본 발명은 다수의 상이한 점도 측정에서 개선, 특히,Thus, the present invention provides improvements, in particular, in many different viscosity measurements

i) 150 dL/g 초과, 바람직하게는 155 dL/g 초과, 더 바람직하게는 160 dL/g 초과의 고유 점도;i) intrinsic viscosity greater than 150 dL / g, preferably greater than 155 dL / g, more preferably greater than 160 dL / g;

ii) 다이알식 점도 측정시 35 초과, 바람직하게는 37 초과, 더 바람직하게는 40 초과, 가장 바람직하게는 42 초과의 해수 3 rpm 점도;ii) a salt water 3 rpm viscosity of greater than 35, preferably greater than 37, more preferably greater than 40 and most preferably greater than 42 when measuring dialel viscosity;

iii) 35,000 센티푸아즈(centipoise; cP) 초과, 바람직하게는 39,000 cP 초과, 더 바람직하게는 40,000 cP 초과, 가장 바람직하게는 41,000 cP 초과의 해수 0.3 rpm 점도; 및 3500 cP 초과, 바람직하게는 3700 cP 초과, 더 바람직하게는 3900 cP 초과, 및 가장 바람직하게는 4000 cP 초과의 PEG 저전단율 점도iii) 0.3 rpm viscosity of seawater above 35,000 centipoise (cP), preferably above 39,000 cP, more preferably above 40,000 cP, most preferably above 41,000 cP; And PEG low shear viscosity above 3500 cP, preferably above 3700 cP, more preferably above 3900 cP, and most preferably above 4000 cP.

를 나타내는 디우탄 검을 포함한다. 또한, 본 발명은 임의의 전술한 부분에 정의된 바와 같이, 유전자의 특정 다발을 숙주 스핑고모나스 유기체에 도입시키고, 이 유기체에서 발효를 일으켜 생산된 디우탄 검을 얻는 것을 통해, 상기 디우탄 검을 제조하는 방법을 포함한다. 또한 본 발명은, 유전자의 복수의 카피를 제공하는 것 또는 더 강한 프로모터를 사용하여 유전자의 발현을 증대시키는 것 등을 위한 특정한 DNA 서열 및 임의의 벡터(예컨대 플라스미드)를 포함한다. 게다가, 상기의 특유한 분리 DNA 서열에 의해 정의되는 디우탄 생합성 유전자의 복수의 카피를 함유하는 스핑고모나스의 유전자 변형 균주도 역시 포함된다.Diutan gum that represents. In addition, the present invention provides the above-described diutan gum by introducing a specific bundle of genes into a host sphingomonas organism, as defined in any of the foregoing sections, and obtaining a diutan gum produced by fermentation in the organism. It includes how to do it. The invention also encompasses certain DNA sequences and any vectors (such as plasmids) for providing multiple copies of a gene or for enhancing expression of a gene using stronger promoters and the like. In addition, genetically modified strains of sphingmonas containing plural copies of the diutan biosynthetic gene defined by the unique isolated DNA sequence are also included.

상기의 특유한 분리 DNA 서열은 하나 이상의 디우탄 생합성 효소, 즉 DpsG 폴리머라제를 필요로 하는 것으로 밝혀졌다. 다른 가능한 구체예에서, 상기 디우탄 생합성 효소는 DpsG 폴리머라제 및 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제; dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제; dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제; 및 dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제를 포함할 것이다. 또 다른 가능한 구체예에서, 상기 디우탄 생합성 효소는 DpsG 폴리머라제 및 람노실 트랜스퍼라제 IV; 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II; 글루코실 이소프레닐포아페이트 트랜스퍼라제 I; 및 글루코실 트랜스퍼라제 III를 포함할 것이다. 또 다른 가능한 구체예에서, 상기 디우탄 생합성 효소는 dpsG 폴리머라제 및 다당류 외수송 단백질 dpsD, dpsC 및 dpsE를 포함한다. 또 다른 가능한 구체예에서, 상기 디우탄 생합성 효소는 람노실 트랜스퍼라제 TV; 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II; 글루코실 이소프레닐포아페이트 트랜스퍼라제 I; 글루코실 트랜스퍼라제 III; 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제; dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제; dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제; 및 dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제를 포함할 것이다. 일반적으로, 본 발명에 따른 방법의 디우탄 생합성 효소 및 본 발명에 따른 생성물 내의 디우탄 생합성 효소는, 폴리머라제; 리아제; 람노실 트랜스퍼라제 IV; 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II; 글루코실 트랜스퍼라제 III; 다당류 외수송 단백질; 분비 단백질; 글루코실-이소프레닐포스페이트 트랜스퍼라제 I; 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제; dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제; dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제; dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 본 발명은, 서열 번호 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 및 43에 나타낸 바와 같은 하나 이상의 디우탄 생합성 효소, 또는 서열 번호 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 및 43과 95% 이상 동일한 효소를 코딩하는 (표적 염색체 상에 존재할 수 있는 DNA 외에도) 분리된 핵산 분자를 더 포함한다.Such unique isolated DNA sequences have been found to require one or more diutan biosynthetic enzymes, ie DpsG polymerases. In another possible embodiment, the diutan biosynthetic enzyme is selected from DpsG polymerase and glucose-1-phosphate thymidylyltransferase; dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase; dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase; And dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase. In another possible embodiment, the diutan biosynthetic enzyme comprises DpsG polymerase and rhamnosyl transferase IV; Beta-1,4-glucuronosyl transferase II; Glucosyl isoprenylpoate transferase I; And glucosyl transferase III. In another possible embodiment, the diutane biosynthetic enzyme comprises dpsG polymerase and the polysaccharide transport protein dpsD, dpsC and dpsE. In another possible embodiment, the diutan biosynthetic enzyme is selected from rhamnosyl transferase TV; Beta-1,4-glucuronosyl transferase II; Glucosyl isoprenylpoate transferase I; Glucosyl transferase III; Glucose-1-phosphate thymidylyltransferase; dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase; dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase; And dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase. In general, the diutan biosynthetic enzymes of the process according to the invention and the diutan biosynthetic enzymes in the products according to the invention are polymerases; Lyase; Rhamnosyl transferase IV; Beta-1,4-glucuronosyl transferase II; Glucosyl transferase III; Polysaccharide transport protein; Secreted protein; Glucosyl-isoprenylphosphate transferase I; Glucose-1-phosphate thymidylyltransferase; dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase; dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase; dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase and combinations thereof. The present invention is one as shown in SEQ ID NOs: 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, and 43. Or more diutan biosynthesis enzymes, or SEQ ID NOs: 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, and 43 and 95 It further comprises an isolated nucleic acid molecule (in addition to DNA that may be present on the target chromosome) encoding at least% identical enzymes.

따라서, 본 발명에 따른 방법(또한, 이 방법으로 제조한 생성물)은 스핑간 검, 특히, S88, S60 및 S657을 포함하나 이제 한정되지 않는 디우탄 유형에 관한 것이다.Thus, the process according to the invention (also the product produced by this process) relates to sphingum gums, in particular diutan types, including but not limited to S88, S60 and S657.

전술한 바와 같이, 본 발명은, 특정 스핑고모나스 균주 내에서 복수의 카피로 도입되는 특정 DNA 서열이 고점도 디우탄 다당류의 생합성 생산을 증대시킬 수 있다는 것을 발견하고 이를 실현하여 완성한 것이다. 생산 증대를 위한 유전자를 함유하는 유전자 조작 세균은 비유전자 조작 세균에 비해 현저하게 많은 양의 디우탄 다당류를 생산하며, 전술한 결과의 고점도 특성을 발생시킨다.As described above, the present invention has been accomplished by discovering and realizing that a specific DNA sequence introduced into a plurality of copies within a particular sphingomonas strain can increase the biosynthetic production of high viscosity diutan polysaccharides. Genetically engineered bacteria containing genes for increased production produce significantly higher amounts of diutan polysaccharides than nongenic engineered bacteria, resulting in the high viscosity properties of the aforementioned results.

본 발명에 따르면, 전술한 생산 증대 및 점도 특성 증가(임의의 특정한 과학적 이론에 뒷받침되는 것은 아니지만, 이를 통해 분자량 범위 특성이 증가하는 것으로 생각됨)를 얻기 위해 숙주 유기체(임의의 잘 알려진 형태, 예컨대 역시, 한 비제한 예로서 플라스미드) 내에 도입되는 DNA 서열은, 당업계에서 용이하게 이용 가능한 기법으로 분리, 회수 및 클로닝할 수 있다. 그 후, 상기 DNA는 복수의 카피로(플라스미드를 통해, 다른 알려진 방식으로) 스핑고모나스속의 세균에 전달되거나, 적합한, 예를 들면 더 강력한 프로모터를 통해 유전자의 발현이 증가된다. 표적 세균에 삽입된 후, 유전자 조작 세균을 발효시키고 생산된 양 및 생산된 질의 관점에서 수율을 비교함으로써 디우탄의 생산을 측정할 수 있다. 증대된 생산 및 점도 증가는 모두, 본 발명에 따른 방법을 통해 야생형 디우탄 생산 균주(ATCC 53159)에 비한 디우탄 생산을 비교함으로써 측정할 수 있다.According to the present invention, host organisms (any well-known form, such as also, in order to obtain the above-mentioned increase in production and increase in viscosity properties (not supported by any particular scientific theory, but through which the molecular weight range properties are believed to increase) DNA sequences introduced into plasmids, by way of non-limiting example, can be isolated, recovered and cloned by techniques readily available in the art. The DNA is then transferred to a plurality of copyings (via plasmids, in other known ways) to sphingomonas bacteria, or the expression of the gene is increased via a suitable, e.g., more potent, promoter. After insertion into the target bacterium, the production of diutan can be measured by fermenting the genetically engineered bacterium and comparing the yields in terms of amount produced and quality produced. Both increased production and viscosity increase can be measured by comparing the production of diutan over the wild type diutan producing strain (ATCC 53159) via the method according to the invention.

도면의 간단한 설명Brief description of the drawings

도 1은 디우탄 검 생합성을 위한 분리된 유전자의 도표이다. 추정상의 유전자 또는 알려진 유전자가 표시되어 있다. 상이한 플라스미드에 삽입된 분절도 역시 표시되어 있다.1 is a plot of isolated genes for diutan gum biosynthesis. Presumptive or known genes are indicated. Segments inserted into different plasmids are also indicated.

도 2는 본 발명에 따른 디우탄 바이오검 재료에 의해 성취되는 고유 점도 측정에서의 개선의 그래프이다.2 is a graph of the improvement in intrinsic viscosity measurement achieved by the diutan biogum material according to the invention.

상세한 설명details

하기의 용어들은, 본 발명과 관련하여 본 명세서에 걸쳐 사용될 것이며, 하기 명시된 의미를 갖는다:The following terms will be used throughout this specification in connection with the present invention and have the meanings specified below:

용어 "스핑고모나스"는 본 명세서에 걸쳐 스핑고모나스속 유래의 그람 음성 세균의 균주를 가리키는 데 사용된다.The term "sphingmonas" is used throughout this specification to refer to strains of Gram-negative bacteria from the genus Sphingomonas.

용어 "증대된 생산자" 또는 "증대된 생산"은 본 명세서에 걸쳐, 동일한 균주의 야생형 세균과 비교하여 현저하게 더 많은(중량/중량 기준으로 약 5% 이상 더 많은) 디우탄 다당류를 생산하는 동일한 균주로부터 분리된 DNA 서열의 복수의 카피를 함유하는 유전자 조작 세균을 설명하는 데 사용된다.The term "increased producer" or "increased production" is used throughout this specification to produce significantly more (more than about 5% more on a weight / weight basis) diutan polysaccharide compared to wild-type bacteria of the same strain. Used to describe genetically engineered bacteria containing multiple copies of DNA sequences isolated from strains.

용어 "분리된"은, 미생물로부터 회수되고 어느 정도 이상의 정제, 즉 하나 이상의 정제 단계를 거치며, 제한 효소에 의해 분열 또는 절단되고 복수의 카피로 클로닝되거나 플라스미드 벡터에 삽입되거나 아니면 세균에 삽입 또는 혼입될 수 있는 DNA를 설명하는 데 사용된다.The term “isolated” is intended to be recovered from a microorganism and subjected to some degree of purification, ie one or more purification steps, cleaved or cleaved by restriction enzymes, cloned into a plurality of copies, inserted into a plasmid vector or inserted into or incorporated into a bacterium. Used to describe DNA that can be.

용어 "서열"은 뉴클레오티드 단위에 의해 확인되는 DNA의 특정한 분절을 설명하는 데 사용된다. 용어 "삽입된"은 본 명세서에 걸쳐 디우탄 생산 스핑고모나스 균주의 염색체 DNA로부터 분리된 DNA 분절을 스핑고모나스 균주에 전달(한 비제한 예로서, 플라스미드를 통해서)하는 과정과 결과를 설명하기 위해 사용된다. 상기 분리된 DNA는, 먼저 역시 한 비제한 실시법으로서, 당업계에 잘 알려진 기법으로 바람직한 플라스미드(여기서는 pLAFR3)에 도입된 다음, 예를 들어, 접합 또는 기동에 의해 수용체 스핑고모나스 세균에 전달될 수 있다. 수용체 스핑고모나스 세균에 삽입된 후, 관련 DNA 서열을 함유하는 플라스미드는, 고점도(역시, 고분자량 범위인 것으로 생각됨) 디우탄 다당류의 생산을 증대시키는 데 필요한 몇몇(2 이상, 통상적으로 4∼10)개의 DNA 분절을 제공하기 위해 수용체 세포에서 복제를 할 것이다. 플라스미드 벡터를 수용체 세균에 전달하는 데에는 접합 또는 기동을 이용하는 것이 일반적으로는 효과적이다. 또한, 정제된 DNA를 사용한 컴피턴트 세포(competent cell)의 화학적 형질전환 또는 전기 천공법이 사용될 수 있다. 다른 벡터 또는 박테리오파지가 DNA를 숙주 세포에 전달하는 데 사용될 수 있다. 수용체 디우탄 생산 스핑고모나스 내의 플라스미드(또는 다른 잘 알려진 전달 벡터)에 DNA 분절을 유지할 필요는 없다. 세균 DNA를 복제하는 동일한 기작에 의해 분절이 생성시마다 복제되도록, DNA 분절의 추가 카피를 세균 염색체에 도입하는 것이 일반적이다. 대안으로, 유전자 발현의 증대는 더 강한 프로모터 요소를 사용하여 달성할 수 있다.The term "sequence" is used to describe a specific segment of DNA identified by a nucleotide unit. The term "inserted" is used throughout the present specification to describe the process and results of delivering (eg, by way of non-limiting example, via a plasmid) DNA fragments isolated from the chromosomal DNA of a diutan producing sphingmonas strain to the sphingmonas strain. Used for. The isolated DNA is first introduced into a preferred plasmid (here pLAFR3), which is also well known in the art as a non-limiting example, and then to be delivered to the receptor sphingomonas bacteria, for example by conjugation or activation. Can be. After insertion into the receptor sphingomonas bacterium, the plasmid containing the relevant DNA sequence can be used to increase the production of several (more than two, typically 4-10) high-viscosity (also thought to be high molecular weight ranges) diutane polysaccharides. Replication will be done at the receptor cell to provide) DNA fragments. It is generally effective to use conjugation or maneuver to deliver plasmid vectors to receptor bacteria. In addition, chemical transformation or electroporation of competent cells using purified DNA may be used. Other vectors or bacteriophages can be used to deliver DNA to the host cell. There is no need to maintain DNA segments in plasmids (or other well-known delivery vectors) in the receptor diutan producing sphingmonas. It is common to introduce additional copies of the DNA segments into the bacterial chromosomes so that the segments are replicated every time by the same mechanism of replicating the bacterial DNA. Alternatively, increased gene expression can be achieved using stronger promoter elements.

용어 "유전자 증폭"은, 예를 들어 멀티카피 플라스미드(예컨대 4∼10개)를 표적 유전자에 클로닝하거나 유전자의 복수의 카피(예컨대 4∼10개)를 세균 게놈에 삽입함으로써 증대된 유전자 카피, 또는 대안으로, 유전자 발현을 증대시키기 위해 프로모터 요소를 변화시킴으로써 증대된 유전자 발현을 가리키는 데 사용된다. 상기 방법들 및 다른 방법 모두는 코딩된 단백질의 양을 증가시킬 수 있다.The term "gene amplification" refers to an enhanced gene copy, for example, by cloning a multicopy plasmid (such as 4-10) into a target gene or inserting multiple copies of the gene (such as 4-10) into the bacterial genome, or Alternatively, it is used to indicate enhanced gene expression by changing promoter elements to enhance gene expression. Both of these and other methods can increase the amount of encoded protein.

용어 "생합성"은 본 명세서에 걸쳐, 스핑고모나스 세균에 의한 디우탄의 생물 생산 또는 합성을 설명하는 데 사용된다. 디우탄 다당류는 다수의 세균 효소에 의해 조절되는 일련의 단계에서 개개의 탄수화물 단위로부터 합성된다.The term "biosynthesis" is used throughout this specification to describe the biological production or synthesis of diutan by sphingmonas bacteria. Diutan polysaccharides are synthesized from individual carbohydrate units in a series of steps controlled by a number of bacterial enzymes.

임의의 선택된 형태(예컨대, 역시, 바람직하나 필수적이진 않은 플라스미드 형태)의 수용체 세균으로 혼입되는 관련 DNA 서열은, 증대된 생산 및 증가된 분자량 디우탄 다당류의 생합성에 유익하거나 필수적인 것으로 알려진 유전적 정보를 코딩한다. 게다가, 그러나 본 발명에 따른 특정한 DNA 서열(예컨대 플라스미드 pS8 내의 것)은, 특정한 과학적 이론에 뒷받침되는 것은 아니지만, 생산을 증대시킬 뿐만 아니라 디우탄 자체의 개개 중합체 내에서 중합되는 반복 단위의 수를 증가시키는 것으로 생각된다. 결과적으로, 상기와 같은 반복 단위의 증가는, 놀랍게도 디우탄 검이 제공하는 고점도 특성을 발생시키는 것으로 생각된다. 분자량 증가는, 거듭 제곱 관계(power law relationship)에 의해, 분자량에 관련된 고유 점도의 측정되는 증가에 기인하는 것으로 가정되어 왔다. 따라서, 선형 중합체(예컨대 디우탄 검)에 대해서는, 고유 점도가 그 점에서 분자량에 실질적으로 비례하는 것으로 알려져 있다.Relevant DNA sequences incorporated into any selected form (e.g., again, but not necessarily, but not necessarily, in the form of plasmids), may contain genetic information known to be beneficial or essential for enhanced production and biosynthesis of increased molecular weight diutan polysaccharides. Coding In addition, however, certain DNA sequences according to the present invention (such as those within plasmid pS8), while not supporting specific scientific theories, not only increase production but also increase the number of repeat units polymerized in the individual polymers of the diutan itself. I think that. As a result, the increase in repeat units as described above is surprisingly believed to generate the high viscosity properties provided by diutan gum. The molecular weight increase has been assumed to be due to the measured increase in intrinsic viscosity related to the molecular weight, by a power law relationship. Thus, for linear polymers (such as diutan gum), it is known that the intrinsic viscosity is substantially proportional to the molecular weight in that respect.

본 발명에 따른 방법의 기초가 되며 증가된 점도의 디우탄 다당류를 생성시키는 관련 DNA 서열의 분리는 표준 기술 및 방법으로 완수한다. 따라서, 이러한 서열은 표준 절차를 이용하여 배양한 디우탄 생산 스핑고모나스 균주로부터 생산할 수 있다. 이어서, DNA의 추출은, 예를 들어 초기의 세균 세포의 원심 분리 및 재현탁에 이어서, 이후의 정제 컬럼을 통한 DNA의 용리를 통해 실시할 수 있다. 정제가 완료된 후, 분리된 DNA는 제한 엔도뉴클레아제로 분해되고, 바람직한 플라스미드 또는 다른 전달 벡터로 클로닝된 이후, 수용체 균주로 전달될 수 있다. 당업계에 알려져 있는 바와 같은 다른 기법들을 제한 없이 이용할 수 있다.Isolation of the relevant DNA sequences which are the basis of the method according to the invention and which produce diutane polysaccharides of increased viscosity is accomplished by standard techniques and methods. Thus, such sequences can be produced from Diutan producing Sphingmonas strains cultured using standard procedures. The extraction of DNA can then be carried out, for example, by centrifugation and resuspension of the initial bacterial cell, followed by elution of the DNA through subsequent purification columns. After purification is complete, the isolated DNA can be digested with restriction endonucleases, cloned into the desired plasmid or other transfer vector, and then transferred to the receptor strain. Other techniques as known in the art can be used without limitation.

본 발명 중의 DNA 클로닝은 당업계에서 표준이 된 일반 기술 및 방법에 따른다. 다수의 방법이 본 발명에 따른 DNA 분절을 클로닝하는 데 사용될 수 있으며, 본 발명이, 예를 들어 플라스미드 클로닝 벡터를 사용하는 것으로 한정되지 않음이 주의된다. 예를 들어, DNA 단편은 박테리오파지 벡터에 삽입되어 클로닝될 수 있다.DNA cloning in the present invention is in accordance with general techniques and methods that have become standard in the art. It is noted that a number of methods can be used to clone DNA fragments according to the invention, and the invention is not limited to, for example, using plasmid cloning vectors. For example, the DNA fragment can be inserted into a bacteriophage vector and cloned.

이어서, 클로닝된 DNA 서열은 플라스미드 또는 다른 전달 벡터를 통해 스핑고모나스 균주에 도입될 수 있다. 이어서, 유전자 변형 스핑고모나스 균주는, 발효에 의해 디우탄을 생산하는 데 사용될 수 있다. 기본적으로, 발효에 적합한 배지는 일반적으로 탄소원, 예를 들어 글루코스, 락토스, 수크로스, 말토스 또는 말토덱스트린을 포함하는 탄수화물, 질소원, 예를 들어 무기 암모늄, 무기 질산염, 유기 아미노산 또는 단백질성 재료, 예컨대 가수 분해된 효모, 콩가루 또는 카세인, 증류액 가용분(distiller's soluble) 또는 옥수수 침지수 및 무기 염을 함유하는 수성 배지이다. 매우 다양한 발효 배지가 본 발명에 따른 디우탄의 제조에 지원될 것이다.The cloned DNA sequence can then be introduced into the sphingmonas strain via a plasmid or other transfer vector. The genetically modified sphingomonas strain can then be used to produce diutan by fermentation. Basically, a medium suitable for fermentation is generally a carbohydrate, nitrogen source, for example inorganic ammonium, inorganic nitrates, organic amino acids or proteinaceous materials, including carbon sources such as glucose, lactose, sucrose, maltose or maltodextrin, Such as hydrolyzed yeast, soy flour or casein, distiller's soluble or corn immersion water and inorganic salts. A wide variety of fermentation media will be supported for the preparation of the diutan according to the invention.

탄수화물은 발효 브로스(broth)에 다양한 양으로 포함될 수 있으나, 통상적으로 발효 배지의 약 1∼10 중량%(바람직하게는 2∼8 중량%)로 포함된다. 탄수화물은 발효에 앞서, 또는 다르게는 발효 동안에 첨가될 수 있다. 질소의 양은 수성 배지의 약 0.01 중량%∼약 0.4 중량% 범위일 수 있다. 단일 탄소원 또는 질소원은 이 공급원들의 혼합물로서도 사용될 수 있다. 스핑고모나스 세균을 발효시키는 데 사용되는 무기 염은 특히 나트륨, 칼륨, 암모늄, 니트레이트, 칼슘, 포스페이트, 설페이트, 클로라이드, 카르보네이트 및 유사한 이온을 함유하는 염이다. 미량 금속, 예컨대 마그네슘, 망간, 코발트, 철, 아연, 구리, 몰리브덴, 요오다이드 및 붕산염도 역시 유리하게 포함될 수 있다.Carbohydrates may be included in the fermentation broth in varying amounts, but are typically included in about 1-10% by weight (preferably 2-8% by weight) of the fermentation broth. Carbohydrates may be added prior to fermentation or alternatively during fermentation. The amount of nitrogen may range from about 0.01% to about 0.4% by weight of the aqueous medium. A single carbon source or nitrogen source can also be used as a mixture of these sources. Inorganic salts used to ferment sphingomonas bacteria are in particular salts containing sodium, potassium, ammonium, nitrate, calcium, phosphate, sulfate, chloride, carbonate and similar ions. Trace metals such as magnesium, manganese, cobalt, iron, zinc, copper, molybdenum, iodide and borate salts may also be advantageously included.

발효는 약 25℃∼4O℃, 바람직하게는 약 27℃∼35℃ 범위의 온도에서 실시할 수 있다. 접종원은, 진탕 플라스크 배양 및 소규모 액내 교반 발효를 포함하는 부피 스케일 증가(volume scale-up)의 표준 방법으로 제조할 수 있다. 접종원을 제조하기 위한 배지는 생산 배지와 동일할 수 있거나, 당업계에 잘 알려진 몇몇의 표준 배지 중 임의의 것, 예컨대 Luria 브로스 또는 YM 배지일 수 있다. 하나 초과의 접종 단계(seed stage)가 접종에 바람직한 부피를 얻는 데 사용될 수 있다. 전형적인 접종 부피는 총 최종 발효 부피의 약 0.5%∼약 10% 범위이다.Fermentation may be carried out at a temperature in the range of about 25 ° C. to 40 ° C., preferably in the range of about 27 ° C. to 35 ° C. Inoculum can be prepared by standard methods of volume scale-up, including shaking flask culture and small scale in-situ fermentation. The medium for preparing the inoculum may be the same as the production medium or may be any of several standard media well known in the art, such as Luria broth or YM medium. More than one seed stage can be used to obtain the desired volume for inoculation. Typical inoculation volumes range from about 0.5% to about 10% of the total final fermentation volume.

발효 용기는 내용물을 교반하기 위한 교반기를 포함할 수 있다. 또한 상기 용기는 자동 pH 및 발포 조절기를 구비할 수 있다. 생산 배지는, 용기에 첨가하고 그 자리에서 가열로 살균할 수 있다. 대안으로, 탄수화물원 또는 탄소원은 첨가 전에 별개로 살균할 수 있다. 사전에 배양된 접종 배양물을 냉각된 배지(일반적으로, 약 27℃∼약 35℃의 바람직한 발효 온도임)에 첨가할 수 있으며, 교반된 배양물을 약 48시간∼약 110시간 동안 발효시켜, 고점도 브로스를 생성할 수 있다. 디우탄 다당류는 알콜, 일반적으로 이소프로판올을 이용하는 침전의 표준 방법으로, 상기 브로스로부터 회수할 수 있다.The fermentation vessel may comprise a stirrer for stirring the contents. The vessel may also be equipped with automatic pH and foaming regulators. The production medium can be added to the container and sterilized by heating in place. Alternatively, carbohydrate or carbon sources can be sterilized separately before addition. Pre-incubated inoculation culture can be added to the cooled medium (typically at a preferred fermentation temperature of about 27 ° C. to about 35 ° C.), and the stirred culture is fermented for about 48 hours to about 110 hours, High viscosity broths can be created. Diutane polysaccharides can be recovered from the broth as a standard method of precipitation using alcohols, generally isopropanol.

도면의 상세한 설명을 포함하는Including a detailed description of the drawings

본 발명의 바람직한 Preferred of the present invention 구체예Embodiment

하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위해 제공된다. 실시예들의 설명은, 임의의 방식으로 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 오해되어서는 안 된다.The following examples are provided to illustrate the invention. The description of the embodiments should not be construed as limiting the scope of the invention in any manner.

DNADNA 서열 분리/플라스미드 제조 Sequence Separation / Plasmid Preparation

초기 분리를 실시하며 앞서 기술한 본 발명의 결과에 적당한 서열을 결정하기 위해서, ATCC 53159 유기체의 유전자 라이브러리를 하기와 같이 제조하였다: 염색체 DNA를 스핑고모나스종 ATCC 53159로부터 분리하고, Sau3AI 제한 엔도뉴클레아 제를 이용하여 부분적으로 분해시켰다. 15∼50 kb 범위의 DNA 단편을 아가로스 겔로부터 정제하고, BamHI로 분해되는 코스미드 클로닝 벡터 pLAFR3에 결합시키며[문헌(Staskawicz, et al, "Molecular characterization of cloned avirulence genes from race 0 and race 1 of Pseudomonas syrinae pv. Glycinea", J. Bacteriology. 1987. 169: 5789-94)에 따름], 에스체리키아 콜라이(Escherichia coli) 균주 JZ279로부터 분리하였다(Harding, et al., "Genetic and physical analysis of a cluster of genes essential for xanthan gum biosynthesis in Xanthomonas campestris", J.Bacteriology. 1987. 169: 2854-61). 결합 반응물은 λ 파지 입자(미국 캘리포니아주 La Jolla 소재 Stratagene으로부터의 Gigapack III Gold 패키징 추출물을 사용함)에서 패키징하고, Library Efficiency 이 콜라이(E. coli) DH5αMCR 세포(미국 메릴랜드주 Rockville 소재의 Life Technologies)로 형질 감염시켰다. 유전자 라이브러리를 형성시키기 위해 대략 10,000개의 테트라사이클린 저항 콜로니를 풀링하였다. 이 라이브러리로부터, 개개의 서열을 분리하였다. 이 경우에 실시된 작업은, 스핑고모나스 ATCC 53159 유기체로부터 다당류 생합성을 위한 특정 유전자를 분리하는 것을 포함하였다.In order to perform initial isolation and determine sequences suitable for the results of the invention described above, a genetic library of ATCC 53159 organisms was prepared as follows: Chromosome DNA was isolated from sphingomyosis ATCC 53159 and Sau 3AI restriction endo Partially digested with nuclease. DNA fragments ranging from 15-50 kb were purified from agarose gels and bound to the cosmid cloning vector pLAFR3 digested with Bam HI (Staskawicz, et al, "Molecular characterization of cloned avirulence genes from race 0 and race 1). of Pseudomonas syrinae pv. Glycinea ", J. Bacteriology 1987. 169: . Conforms to 5789-94), Escherichia coli (Escherichia coli ) was isolated from strain JZ279 (Harding, et al., "Genetic and physical analysis of a cluster of genes essential for xanthan gum biosynthesis in Xanthomonas campestris ", J.Bacteriology 1987. 169:. . 2854-61) combined reactants λ phage particles (from packaged using a Gigapack III Gold packaging extract from California, La Jolla material Stratagene), E. coli and Library Efficiency (E . coli) DH5αMCR cells (were transfected by Life Technologies) in the United States Rockville, Md material. Approximate were pooled 10,000 tetracycline-resistant colonies to form a gene library, was isolated the individual sequences from the library, in which case Work carried out included isolating specific genes for polysaccharide biosynthesis from the sphingmonas ATCC 53159 organism.

다당류 생합성을 위한 이러한 유전자는 일반적으로, 다당류 합성에 결함이 있는 돌연변이, 특히 첫 번째 단계(글리코실 트랜스퍼라제 I)에서 블록킹되는 것들의 상보성으로 확인한다. 초기에는 ATCC 53159의 트랜스퍼라제 I 결여 돌연변이를 이용할 수 없기 때문에, 스핑고모나스 엘로데아 및 크산토모나스 캄페스트리스의 트랜스퍼라제 I 결여 돌연변이의 상보성을, 디우탄 다당류 생합성을 위한 유전자를 확인하는 데 활용하였다. 플라스미드 pLAFR3는 이의 이 콜라이 숙주로부터, IncP 전달 기능을 제공하는 헬퍼 플라스미드(helper plasmid)를 이용한 3조 접합(tri-parental conjugation)에 의해, 다른 그람 음성 세균에 전달될 수 있다[(문헌(Ditta, et al., "Broad host range DNA cloning system for gram-negative bacteria: construction of a gene bank of Rhizobium meliloti", Proc. Natl. Acad. Sci. 1980. 77:7347-51.)에 따름]. RK2형 플라스미드는 이 콜라이에서 추정상의 카피 수가 염색체당 5∼7이다(Figurski et al., "Suppression of ColE1 replication properties by the Inc P-1 plasmid RK2 in hybrid plasmids constructed in vitro", J. MoI. Biol. 1979 133: 295-318.).Such genes for polysaccharide biosynthesis are generally identified by the complementarity of mutations that are defective in polysaccharide synthesis, especially those blocked in the first step (glycosyl transferase I). Since the transferase I lacking mutations of ATCC 53159 are not available initially, the complementarity of the transferase I lacking mutations of Sphingmonas elodea and xanthomonas campestris is used to identify genes for diutan polysaccharide biosynthesis. It was. Plasmid pLAFR3 can be transferred from its E. coli host to other Gram-negative bacteria by tri-parental conjugation using a helper plasmid that provides IncP delivery function [Ditta, et al., "Broad host range DNA cloning system for gram-negative bacteria: construction of a gene bank of Rhizobium meliloti ", according to Proc. Natl. Acad. Sci. 1980. 77 : 7347-51.]. The RK2 plasmid has an estimated copy number of 5 to 7 per chromosome in this coli (Figurski et al.," Suppression of ColE1 replication properties by the Inc P-1 plasmid RK2 in hybrid plasmids constructed in vitro ", J. MoI. Biol. 1979 133 : 295-318.).

이 콜라이 중 ATCC 53159 염색체 DNA의 유전자 라이브러리는 3조 접합에 의해 S. 엘로데아 ATCC 31461의 비점액성(nonmucoid) 돌연변이(GPS2)로 전달되어, 테트라사이클린 및 스트렙토마이신 내성으로 선별된다. 사용되는 헬퍼 플라스미드는, 좁은 숙주 범위의 복제 기점을 함유하나 pLAFR3를 기동시키는 데 필요한 트랜스 작용 기능을 보이는 pRK2013(이 콜라이 균주 JZ279 내)이었다. 플라스미드 pRK2013는 스핑고모나스 균주에서 복제되지 않았다. S. 엘로데아 ATCC 31461은 다당류 젤란을 생성한다. 젤란 및 디우탄 다당류 모두는, [→4)-α-L-람노스-(1→3)-β-D-글루코스-(1→4)-β-D-글루쿠론산-(1→4)-β-D-글루코스-(1→]로 이루어진 동일한 4당류 반복 단위를 갖는다. 그러나, 디우탄이 글루코스 잔기 중 하나에 부착된 2개의 람노스 분자로 이루어진 측쇄를 역시 포함하고 아세틸에 의해 변성되는 반면, 젤란은 측쇄 당을 갖지 않으며 아세틸 및 글리세릴에 의해 변성된다. 돌연변이 GPS2는 다 당류 생합성의 첫 번째 단계, 즉, 글루코실 트랜스퍼라제 I 효소에 의해 글루코스-1-포스페이트가 UDP-D-글루코스에서 박토프레닐 포스페이트 지질 담체로 전달되는 데에 결함이 있다. 테트라사이클린 선택 플레이트에서, 다당류 생산 (점액성) 콜로니를 비점액성 콜로니의 배경으로부터 분리하였다. 클론 복원 다당류 생성물은 추측컨대, 글루코실 트랜스퍼라제 I을 코딩하는 ATCC 53159 유전자와 대략 20∼25 kb의 인접 DNA를 함유하였다. 플라스미드 DNA를 8개의 점액성 GPS2 피전달접합균주(transconjugant)로부터 분리하고, 전기 천공으로 이 콜라이 균주 DH5α(Life Technologies)에 전달하였다. 플라스미드를 이 콜라이로부터 분리하여, 제한 엔도뉴클레아제 HindIII/ EcoRI(폴리링커 중 BamHI 제한 엔도뉴클레아제 부위의 양측을 절단함)를 이용한 이중 분해에 충분한 DNA를 얻어서, 삽입 DNA를 벡터로부터 잘라내었다. 클론 내의 삽입 DNA의 크기는 겔 전기 영동으로 측정하였다. 몇몇의 플라스미드의 말단 서열은, 벡터의 BamHI 부위 측면에 위치하는 플라스미드 서열에 특이적인 프라이머로부터 서열 분석에 의해 측정하였다. 서열은 BLASTX를 이용하여 컴퓨터 데이터베이스 중의 서열과 비교하여 분석하였다. 두 플라스미드 pS8 및 pS6는 도 1에 도시한다. 유사하게, ATCC 53159 유전자 라이브러리는, 3조 접합을 통해, 트랜스퍼라제 I(CXC109)(상기에 기재한 Harding 등의 참고 문헌에서와 같은 것)이 결여된 리팜피신 저항 비점액성 X. 캄페스트리스 돌연변이에 전달되어, 테트라사이클린 및 리팜피신에 대한 내성으로 선별되었다. X. 캄페스트리스는 크산탄 다당류를 생산하며, 이 다당류의 합성은 또한, 글루코스-1-포스페이트가 트랜스퍼라제 I 효소에 의해 UDP-D-글루코스에서 박토프레닐 포스페이트 지질 담체로 전달 됨으로써 개시된다(Ielpi et al., "Sequential assembly and polymerization of the polyprenol-linked pentasaccharide repeating unit of the xanthan polysaccharide in Xanthodmonas compestris", J. Bacteriology. 1993. 175: 2490-500). 플라스미드를 점액성 피전달접합균주로부터 정제하고, 말단 서열을 상기 기술한 바와 같이 결정하였다. 두 플라스미드 pX6 및 pX4는 도 1에 도시한다.The gene library of ATCC 53159 chromosomal DNA in this coli is transferred to the nonmucoid mutation (GPS2) of S. eldeaea ATCC 31461 by triad conjugation, which is selected for tetracycline and streptomycin resistance. The helper plasmid used was pRK2013 (in this E. coli strain JZ279) which contained a narrow host range of origin of replication but exhibited the trans-functional function required to activate pLAFR3. Plasmid pRK2013 did not replicate in Sphingmonas strains. S. Elodea ATCC 31461 produces polysaccharide gellans. Both the gellan and the diutan polysaccharide are [→ 4) -α-L-rhamnose- (1 → 3) -β-D-glucose- (1 → 4) -β-D-glucuronic acid- (1 → 4 have the same tetrasaccharide repeating unit consisting of) -β-D-glucose- (1 →], however, the diutan also comprises a side chain of two rhamnose molecules attached to one of the glucose residues and is denatured by acetyl On the other hand, the gellans do not have side chain sugars and are denatured by acetyl and glyceryl The mutant GPS2 is the first step in polysaccharide biosynthesis, ie glucose-1 phosphate is UDP-D-glucose by the glucosyl transferase I enzyme. Defects in the delivery to the bactoprenyl phosphate lipid carrier at .. In tetracycline selection plates, polysaccharide production (mucoid) colonies were isolated from the background of non-mucolytic colonies. Coding Laze I Contains ATCC 53159 gene and approximately 20-25 kb of contiguous DNA. Plasmid DNA was isolated from eight mucinous GPS2 transconjugants and transferred to this E. coli strain DH5α (Life Technologies) by electroporation. The plasmid was isolated from this coli to obtain sufficient DNA for double digestion using restriction endonuclease Hind III / Eco RI (cutting both sides of the Bam HI restriction endonuclease site in the polylinker) to insert the insert DNA. The size of the insert DNA in the clone was determined by gel electrophoresis The terminal sequence of some plasmids was determined by sequencing from primers specific for the plasmid sequence flanking the Bam HI site of the vector. Sequences were analyzed by comparison with sequences in a computer database using BLASTX, two plasmids pS8 and pS6 are shown in FIG. And Similarly, ATCC 53159 gene libraries, Article 3 through the junction, transferase I (CXC109) (which will be the same as in the literature, such as Harding described above) is devoid rifampicin resistance X boiling liquid. It was delivered to Campestris mutants and selected for resistance to tetracycline and rifampicin. X. Campestris produces xanthan polysaccharides, the synthesis of which is also initiated by the transfer of glucose-1-phosphate from UDP-D-glucose to bactoprenyl phosphate lipid carriers by transferase I enzymes ( Ielpi et al., "Sequential assembly and polymerization of the polyprenol-linked pentasaccharide repeating unit of the xanthan polysaccharide in Xanthodmonas compestris ", J. Bacteriology. 1993. 175 : 2490-500). The plasmid was purified from the mucin-transfected strain and the terminal sequence was determined as described above. Two plasmids pX6 and pX4 are shown in FIG. .

플라스미드 pS8 및 pX6에서 클로닝된 S657 DNA는 Lark Technologies Inc.(미국 텍사스주 Houston 소재)에서 이중 가닥 샷건(shotgun) 서열 분석으로 완전히 서열 분석하였다. 이 서열들은, 디우탄 생합성을 위한 유전자(도 1에 도시됨)를 확인하기 위해 분석하였다. 유전자 기능은 데이터베이스 내의 다른 유전자, 특히 S-88 스핑간의 생합성을 위한 공개된 유전자(예컨대, 전술한 '516 Pollock 등의 특허 내의 것), GenBank 수탁 번호 U51197 및 젤란(GenBank AY217008 및 AY220099)에 대한 상동성을 기준으로 지정하였다. 유전자는, 주쇄의 4개의 당 및 dTDP-람노스 합성을 위한 4개의 유전자에 대한 트랜스퍼라제를 코딩하는 것으로 확인되었다(도 1). 다당류의 분비를 위한 유전자는 다른 다당류의 생합성을 위한 유전자에 대한 상동성을 기준으로 하였다. 두 유전자는 단백질 분비에 관계된 단백질과 상동인 단백질을 코딩한다. 두 유전자는 추정상, 폴리머라제 및 리아제를 코딩한다. 플라스미드 pX6 중의 삽입물은, 트랜스퍼라제 I(디우탄 합성에서 첫 번째 단계를 개시함)을 코딩하는 유전자 dpsB, 분비를 위한 유전자 및 dTDP-람노스 합성을 위한 4개의 유전자를 포함하는 17개의 유전자를 함유하나, 트랜스퍼라제 II, III 및 IV를 위한 유전자와 폴리머라제 및 리아제를 위한 추정상의 유전자가 결핍되어 있다. 플라스미드 pS8 은, 4개의 주쇄 당 트랜스퍼라제 전부, dTDP-람노스 합성을 위한 4개의 유전자, 및 폴리머라제 및 리아제에 대한 추정상의 유전자를 포함한, 다당류의 분비를 위한 유전자를 포함하는 dps 유전자 다발의 20개의 유전자를 함유하나, 알려지지 않은 기능의 유전자, 즉 orf6orf7이 결핍되어 있다. 플라스미드 pS6는 분비를 위한 유전자 및 4개의 당 트랜스퍼라제를 함유하나, dTDP-람노스 합성을 위한 유전자 전부 또는 폴리머라제에 대한 유전자를 갖지 않는다. 플라스미드 pX4는 단지 작은 부분의 dps 영역을 함유하나, 트랜스퍼라제 I을 코딩하는 유전자 및 Pollock 등에 의해, 스핑고모나스 균주 내에서 다당류의 생산을 증대시키기에 충분한 것으로 기술된, dTDP-람노스 합성을 위한 4개의 유전자를 포함한다.S657 DNA cloned from plasmids pS8 and pX6 were fully sequenced by double stranded shotgun sequencing at Lark Technologies Inc. (Houston, TX). These sequences were analyzed to identify genes for diutan biosynthesis (shown in FIG. 1). Gene function is characterized by other genes in the database, particularly published genes for biosynthesis between S-88 sphinxes (e.g., in the patents of '516 Pollock et al., Supra), GenBank Accession No. U51197 and Gellan (GenBank AY217008 and AY220099) Same sex was specified as a reference. The gene was found to encode transferases for four sugars of the backbone and four genes for dTDP-rhamnose synthesis (FIG. 1). Genes for the secretion of polysaccharides were based on homology to genes for biosynthesis of other polysaccharides. Both genes encode proteins that are homologous to proteins involved in protein secretion. Both genes presumably encode polymerase and lyase. The insert in plasmid pX6 contains 17 genes, including the gene dpsB encoding transferase I (which initiates the first step in diutan synthesis), the gene for secretion and four genes for dTDP- rhamnose synthesis. One lacks genes for transferases II, III and IV and putative genes for polymerases and lyases. Plasmid pS8 is a group of dps gene bundles containing genes for the secretion of polysaccharides, including all four backbone sugar transferases, four genes for dTDP-rhamnose synthesis, and putative genes for polymerase and lyase. Contains dog genes, but lacks genes of unknown function, orf6 and orf7 . Plasmid pS6 contains a gene for secretion and four sugar transferases, but no genes for polymerase or all of the genes for dTDP-rhamnose synthesis. Plasmid pX4 contains only a small portion of the dps region, but by genes encoding transferase I and Pollock et al., Described as sufficient to increase the production of polysaccharides in sphingomonas strains, for dTDP-rhamnose synthesis It contains four genes.

균주 제조Strain manufacturing

이어서, 전술한 4개의 플라스미드를 신규한 S657 유전자 조작 균주(S657/pS8, S657/pS6, S657/pX6 및 S657/pX4)를 형성하기 위해, 전술한 바와 같은 3조 접합을 통해 스핑고모나스 균주 ATCC 53159호 내에 도입하였다. 이어서, 이후 하기에 주지하는 바와 같은 바이오검 재료를 생산하기 위해, 전술한 바와 같이 발효시켰다. 4개의 플라스미드 모두가 디우탄 생산성에 유익한 영향을 미쳤으나, pS8 플라스미드는 놀랍게도 디우탄 점도의 대단히 큰 증가 및 분자량의 증가를 또한 제공하였다. pS8의 DNA 서열(26278 bps)(DNA 서열 1호)을 제공하며, 코딩된 유전자는 하기 표 1에 열거하고, 이를 도 1에 다이어그램 형태로 도시한다. 플라스미드 pS8 내의 삽입 DNA는 dpsG부터 rmlD까지의 유전자 및 일부 유전자 dpsSorf7를 포함한다.The four plasmids described above were then used to form the novel S657 genetically engineered strains (S657 / pS8, S657 / pS6, S657 / pX6, and S657 / pX4) via the triad conjugation as described above. Introduced in 53159. It was then fermented as described above to produce a biogum material as noted below. While all four plasmids had a beneficial effect on diutan productivity, the pS8 plasmid also surprisingly provided a very large increase in diutane viscosity and an increase in molecular weight. The DNA sequence of pS8 (26278 bps) (DNA sequence 1) is provided, and the encoded genes are listed in Table 1 below, which is shown in diagram form in FIG. 1. Insertion DNA in plasmid pS8 includes genes from dpsG to rmlD and some genes dpsS and orf7 .

하기의 유전자 표는 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같은, 플라스미드 pS8에 삽입하기 위한 DNA 서열로 표시되는 유전자의 목록이다.The gene table below is basically a list of genes represented by DNA sequences for insertion into plasmid pS8, as shown in FIG.

pS8pS8 플라스미드 삽입물 상의 유전자 Gene on plasmid insert 시작start End 명칭designation 설명Explanation 2* 2 * 1054 1054 dpsS dpsS gelS와 (부분적으로) 상동 homologous with gelS (partially) 2738  2738 1113 C 1113 C dpsG dpsG 추정상의 폴리머라제 Putative polymerase 4895  4895 2898 C 2898 C dpsR dpsR 추정상의 리아제 Putative lyase 5093  5093 6031 6031 dpsQ dpsQ 추정상의 람노실 트랜스퍼라제 IV Putative Rhamnosyl Transferase IV 7082  7082 6111 C 6111 C dpsI dpsI 알려지지 않음 Unknown 7121  7121 8167 8167 dpsK dpsK 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II Beta-1,4-glucuronosyl transferase II 8164  8164 9030 9030 dpsL dpsL 글루코실 트랜스퍼라제 III Glucosyl Transferase III 10467 10467 9079 C 9079 C dpsJ dpsJ 알려지지 않음 Unknown 11076 11076 12374 12374 dpsF dpsF 알려지지 않음 Unknown 12389 12389 13306 13306 dpsD dpsD 추정상의 다당류 외수송 단백질 Putative polysaccharide transport protein 13341 13341 14687 14687 dpsC dpsC 추정상의 다당류 외수송 단백질 Putative polysaccharide transport protein 14687 14687 15394 15394 dpsE dpsE 추정상의 다당류 외수송 단백질 Putative polysaccharide transport protein 15405 15405 16286 16286 dpsM dpsM 추정상의 다당류 외수송 단백질 Putative polysaccharide transport protein 16270 16270 16968 16968 dpsN dpsN 추정상의 다당류 외수송 단백질 Putative polysaccharide transport protein 18454 18454 17060 C 17060 C atrD atrD 추정상의 분비 단백질 Putative secreted protein 20637 20637 18451 C 18451 C atrB atrB 추정상의 분비 단백질 Putative secreted protein 21229 21229 22641 22641 dpsB dpsB 글루코실-이소프레닐포스페이트 트랜스퍼라제 I Glucosyl-Isprenylphosphate Transferase I 22757 22757 23635 23635 rmlA rmlA 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제 Glucose-1-phosphate thymidylyl transferase 23632 23632 24198 24198 rmlC rmlC dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제 dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase 24202 24202 25263 25263 rmlB rmlB dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제 dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase 25263 25263 26129 26129 rmlD rmlD dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제 dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase 26277* 26277 * 26146 C 26146 C orf7 orf7 (부분적인) 알려지지 않은 기능 (Partial) unknown function *제1 인프레임(in-frame) 코돈, 개시 코돈은 존재하지 않음 * No first in-frame codon, start codon

디우탄Diutan 제조 Produce

플라스미드를 함유하지 않는 S657 야생형 균주와 비교한, 유전자 조작 플라스미드 함유 스핑고모나스 S657 균주를 이용한 디우탄 제조는, Applikon 2O L 발효기 중의 동일한 액체 배지에서 교반 및 통기시키면서 3 세트의 발효를 실시하여 측정하였다. 플라스미드 함유 균주에는, 플라스미드의 보존을 보장하기 위해 발효 동안 항생제 테트라사이클린을 5 mg/L로 첨가하였다. KOH를 pH 조절에 필요한 만큼 첨가하였다. 두 접종 단계는 1%∼6%의 접종원 접종을 이용하여 실시하였다. 발효에 사용한 배지는 탄수화물원으로서의 옥수수 시럽과, 동화 가능한 질소원 및 염을 함유하였다. 발효에 사용할 수 있는 영양소는 당업계에 잘 알려져 있으며, 탄수화물, 예를 들어, 글루코스, 수크로스, 말토스 또는 말토덱스트린, 질소원, 예를 들어 암모늄 또는 질산염과 같은 무기 질소, 유기 질소, 예컨대 아미노산, 가수 분해된 효모 추출물, 대두 단백질, 또는 옥수수 침지수, 및 예를 들어, 클로라이드, 포스페이트, 설페이트, 칼슘, 구리, 철, 마그네슘, 칼륨, 나트륨 또는 아연을 함유하는 추가 염을 포함한다.Diutane production using the genetically engineered plasmid containing Sphingomonas S657 strain, compared to the S657 wild type strain without plasmid, was measured by carrying out three sets of fermentations with stirring and aeration in the same liquid medium in an Applikon 2 O L fermentor. . To the plasmid containing strain, antibiotic tetracycline was added at 5 mg / L during fermentation to ensure preservation of the plasmid. KOH was added as needed for pH adjustment. Two inoculation steps were performed using 1% to 6% inoculum inoculation. The medium used for fermentation contained corn syrup as a carbohydrate source, an assimilable nitrogen source and salts. Nutrients that can be used for fermentation are well known in the art and include carbohydrates such as glucose, sucrose, maltose or maltodextrin, nitrogen sources such as inorganic nitrogen such as ammonium or nitrate, organic nitrogen such as amino acids, Hydrolyzed yeast extract, soy protein, or corn steep water, and additional salts containing, for example, chloride, phosphate, sulfate, calcium, copper, iron, magnesium, potassium, sodium or zinc.

상기 결과로 생산된 디우탄 생산량의 측정치로서, 브로스 점도 및 침전된 섬유를 측정하였다. 발효 브로스의 점도는, 스핀들 #4로 60 rpm으로 작동시킨 Brookfield 점도계를 통해 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 도시한다. 발효의 종결시, 브로스를 글루코아밀라제 효소의 잘 알려진 도입법으로 처리하여, 옥수수 시럽 유래의 임의의 잔류 올리고당을 가수 분해하였다. 이어서, 생산된 디우탄 검을 브로스의 한 분액으로부터 2배 부피의 이소프로필 알콜을 사용하여 침전시켰다. 섬유를 여과기에서 수거하고, 건조하였다. 표 2에서, 용어 DWY는, 옥수수 시럽 유래의 과잉 올리고당의 가수 분해 후에 침전 가능한 바이오검의 총 건중량 수율을 의미한다.As a measure of the resulting diutane yield, broth viscosity and precipitated fibers were measured. The viscosity of the fermentation broth was measured through a Brookfield viscometer operated at 60 rpm with spindle # 4, the results of which are shown in Table 2. At the end of the fermentation, the broth was treated with the well known introduction of glucoamylase enzymes to hydrolyze any residual oligosaccharides derived from corn syrup. The produced diutan gum was then precipitated from one aliquot of broth using two volumes of isopropyl alcohol. The fibers were collected in a filter and dried. In Table 2, the term DWY refers to the total dry weight yield of biogum that can be precipitated after hydrolysis of excess oligosaccharides derived from corn syrup.

분명히, 생산된 물질은 이의 내부에 존재하는, 디우탄 생합성을 위한 유전자의 추가 카피를 담지하는 플라스미드 pX4, pX6, pS6 또는 pS8로 인해 수율이 더 높다. 그러나, pS8 플라스미드로는, 생산되는 디우탄 양의 증가 외에도 일부 요인이 점도에 영향을 준다는 것을 보여주는 건중량 수율의 증가에 비해, 브로스 점도가 의외로 크게 증가하지는 않았다.Obviously, the material produced is higher in yield due to the plasmids pX4, pX6, pS6 or pS8 carrying additional copies of the gene for diutane biosynthesis present therein. However, with the pS8 plasmid, the broth viscosity did not significantly increase, compared to the increase in dry weight yield, which showed that in addition to the increase in the amount of diutane produced, some factors influence viscosity.

플라스미드 함유 균주의 발효Fermentation of Plasmid-Containing Strains DWYDWY 균주Strain 실시 #1Conduct # 1 실시 #2Conduct # 2 실시 #3Conduct # 3 평균Average %% 증가increase S657 S657 34.334.3 32.232.2 33.933.9 33.533.5 -------- S657/pS8 S657 / pS8 37.137.1 35.435.4 35.935.9 36.136.1 8.0%8.0% S657/pX6 S657 / pX6 38.438.4 37.637.6 33.533.5 36.536.5 9.1%9.1% S657/pS6 S657 / pS6 37.637.6 12.3%12.3% S657/pX4 S657 / pX4 36.436.4 8.8%8.8% 브로스Bros 점도 Viscosity 균주Strain 실시 #lConduct #l 실시 #2Conduct # 2 실시 #3Conduct # 3 평균Average %% 증가increase S657 S657 51505150 49504950 55505550 52175217 -------- S657/pS8 S657 / pS8 66506650 68506850 68506850 67836783 30.0%30.0% S657/pX6 S657 / pX6 54005400 62506250 51255125 55925592 7.2%7.2% S657/pS6 S657 / pS6 66756675 28.0%28.0% S657/pX4 S657 / pX4 55255525 5.9%5.9%

분명히, 생산된 물질은 이의 내부에 존재하는 4개의 플라스미드 중 임의의 것으로 인해 수율이 더 높았던 한편, pS8 및 pS6 플라스미드는 브로스 점도를 의외로 크게 증가시켜 높은 생산 품질을 또한 나타냈다. 이어서, 결과의 디우탄 검 생성물의 질, 즉 점도를 측정하였다.Obviously, the material produced was higher in yield due to any of the four plasmids present therein, while the pS8 and pS6 plasmids surprisingly significantly increased the broth viscosity, indicating a high production quality. The quality of the resulting diutan gum product, ie the viscosity, was then measured.

적용 시험에서의 In the application test 디우탄Diutan 레올로지Rheology

이어서, 상기 디우탄 검 샘플들을 상이한 두 영역 내에서 잠재적으로 유익한 용도, 즉, 오일 회수를 위한 유전 첨가제 및 보습과 신속한 설치를 위한 시멘트 첨가제의 관점에서 분석하였다.The diutan gum samples were then analyzed in terms of potentially beneficial uses within two different zones: dielectric additive for oil recovery and cement additive for moisturizing and rapid installation.

유전 공업은, 오일 회수용 검에 허용 가능한 수행의 평가법으로서 "해수 점도(sea water viscosity; SWV)" 시험으로 지칭되는 것에 의거한다. 이러한 시험은 기본적으로, 물의 염수 조건에서 점도를 증가시키는(예를 들어, 해저로부터 회수를 반복하기 위함) 검의 유효성의 척도이다.The oilfield industry is based on what is referred to as a "sea water viscosity (SWV)" test as an acceptable method of performance for oil recovery gums. This test is basically a measure of the effectiveness of the gum to increase the viscosity at brine conditions of water (eg to repeat recovery from the seabed).

오일 회수 용도의 적당한 점도 개질제로서의 생산된 검의 가능성을 예측하는 것은 일반적으로, 시험 해수 제제의 점도 변화의 관점에서 허용된다. 이러한 "Synthetic Seawater" 제제는 9,800 그램의 탈이온수 중 419.53 그램의 해염(ASTM D-1141-52)을 혼합하여 제조한다. 해수 점도 시험을 위해, 0.86 그램의 샘플 검을 307.0 g의 Synthetic Seawater에 첨가하고, Fann Multimixer(모델 9B5, 부품 번호 N5020)에서 대략 11,500 rpm으로 35분간 혼합한다. 35분의 종료시, 용액을 대략 26℃까지 냉각시킨 후 점도를 측정한다. 3-rpm 판독을 위해, 샘플을 Fann 샘플 플랫폼(Fann 모델 35 A; Torsion 스프링 MOC 34/35 F0.2b; Bob B1; Rotor R1)에 넣으며, 모터를 저속으로 돌리고 기어 변환 장치를 중간 위치로 설정하여 속도를 3 rpm으로 조절한다. 이어서, 판독을 안정화시키고 전단 응력 값을 다이알로부터 읽어, SWV 3 rpm 다이알 판독치(dial reading; DR)로서 기록한다. 0.3-rpm 판독을 위해, Brookfield 점도계(LV-2C 스핀들을 갖는 Brookfield LV DV-II 또는 DV-II 점도계)를 사용하여 점도를 측정한다. 스핀들의 속도는 0.3 rpm으로 설정하고, 스핀들을 6분 이상 회전시킨 후, 점도를 SWV-0.3 rpm 판독치로서 기록하고 센티푸아즈(cP)로 나타낸다. 시멘트 적용을 위해, PEG LSRV 시험(하기에 개설된 바와 같이 분산제로서 폴리에틸렌 글리콜을 사용하여 저전단율 점도를 시험)은 점도 개질제의 성능의 유효성에 관한 지표를 상기 공업에 제공한다. 이러한 시험은 Standard Tap Water(STW) 중 바이오검의 0.25% 용액의 점도를 측정한다. STW는, 10.0 그램의 NaCl 및 1.47 그램의 CaCl2·2H2O를 10 리터의 탈이온수에 첨가하여 제조한다. 점도 측정을 위해, 0.75 그램의 바이오검을 400 ㎖ 비커에서 4.5 그램의 폴리에틸렌 글리콜 200(CAS 25322-68-3)에 첨가하고, 완전히 분산시킨다. 이어서, 299 그램의 STW를 비커에 첨가하고, 저간격(low-pitched)의 프로펠러식 교반기를 800 ± 20 rpm으로 사용하여 대략 4시간 동안 혼합한다. 4시간 동안의 혼합 후, 비커를 25℃ 수조에 넣고, 대략 30분간 평온하게 두었다. 이어서, LV 1 스핀들을 사용하여 3 rpm으로(먼저 스핀들을 3분간 회전시킴), 2.5+ 토크 스프링(또는 이에 상당하는 기구, 예컨대 Model DVE 2.5+)을 구비한 Brookfield LV 점도계를 이용하여 점도를 측정하고, 이를 센티푸아즈(cP)로 나타낸다.Predicting the likelihood of a gum produced as a suitable viscosity modifier for oil recovery applications is generally acceptable in view of the change in viscosity of the test seawater formulation. This "Synthetic Seawater" formulation is prepared by mixing 419.53 grams of sea salt (ASTM D-1141-52) in 9,800 grams of DI water. For seawater viscosity testing, 0.86 grams of sample gum is added to 307.0 g of Synthetic Seawater and mixed for 35 minutes at approximately 11,500 rpm in a Fann Multimixer (Model 9B5, part number N5020). At the end of 35 minutes, the solution is cooled to approximately 26 ° C. and then the viscosity is measured. For 3-rpm readings, the sample is placed in the Fann sample platform (Fann Model 35 A; Torsion Spring MOC 34/35 F0.2b; Bob B1; Rotor R1), turning the motor at low speed and setting the gear shifter to an intermediate position To adjust the speed to 3 rpm. The reading is then stabilized and the shear stress values are read from the dial and recorded as SWV 3 rpm dial reading (DR). For 0.3-rpm readings, the viscosity is measured using a Brookfield viscometer (Brookfield LV DV-II or DV-II viscometer with LV-2C spindle). The speed of the spindle is set at 0.3 rpm, after the spindle has been rotated for at least 6 minutes, the viscosity is recorded as SWV-0.3 rpm reading and expressed in centipoise (cP). For cement applications, the PEG LSRV test (testing low shear viscosity using polyethylene glycol as a dispersant as outlined below) provides the industry with an indication of the effectiveness of the performance of viscosity modifiers. This test measures the viscosity of a 0.25% solution of biogum in Standard Tap Water (STW). STW is prepared by adding 10.0 grams of NaCl and 1.47 grams of CaCl 2 .2H 2 O to 10 liters of deionized water. For viscosity measurements, 0.75 grams of biogum is added to 4.5 grams polyethylene glycol 200 (CAS 25322-68-3) in a 400 ml beaker and fully dispersed. 299 grams of STW are then added to the beaker and mixed for approximately 4 hours using a low-pitched propeller stirrer at 800 ± 20 rpm. After 4 hours of mixing, the beaker was placed in a 25 ° C. water bath and allowed to settle for approximately 30 minutes. The viscosity is then measured using a Brookfield LV viscometer with a 2.5+ torque spring (or equivalent instrument, such as Model DVE 2.5+) at 3 rpm (first rotating the spindle for 3 minutes) using the LV 1 spindle. This is referred to as centipoise (cP).

상기 생산된 디우탄 샘플을 이 방식으로 시험하였다; 결과는 하기와 같았다:The produced diutan sample was tested in this manner; The results were as follows:

플라스미드 함유 균주 유래의 From plasmid-containing strains 디우탄의Diutan 레올로지Rheology 균주Strain SWV 3 rpm DR SWV 3 rpm DR SWV -0.3 rpm cP SWV -0.3 rpm cP PEG LSRV cP PEG LSRV cP 실시 #1Conduct # 1 실시 #2Conduct # 2 실시 #3Conduct # 3 실시 #1Conduct # 1 실시 #2Conduct # 2 실시 #1Conduct # 1 실시 #2Conduct # 2 실시 #3Conduct # 3 S657 야생형 S657 Wild Type 2525 2626 2222 2440024400 2860028600 28202820 31503150 22802280 S657/pS8 S657 / pS8 4242 4343 4747 4150041500 3880038800 47204720 49804980 49204920 S657/pX6 S657 / pX6 2525 2929 2626 2500025000 2910029100 28602860 34003400 32703270 S657/pS6 S657 / pS6 ------ ------ 2222 ------ ------ ------ ------ 22702270 S657/pX4 S657 / pX4 ------ ------ 24.524.5 ------ ------ ------ ------ 29502950 SWV = 해수 중 점도 LSRV = 저전단율 점도 SWV = viscosity in seawater LSRV = low shear rate viscosity

의외로, 일부의 유전자 조작 플라스미드 함유 균주에 의해 생산된 본 발명에 따른 디우탄 검에 의해 나타나는 뚜렷한 점도의 증가가 있다. 그러나 가장 놀라운 것은, pS8 균주에 대한 3 rpm에서의 SWV의 점도 증가가 80%인 반면, pX6 균주에 대해 실시된 동일한 분석값은 야생형 결과에 비해 단지 9.6%라는 점이다. 플라스미드 pS6 및 pX4에는 현저한 증가가 없었다. 마찬가지로, 낮은 SWV rpm 시험은, pS8형에 있어서는 야생형에 대해 51.5%의 증가를 보여준 반면, pX6에 있어서는 단지 2% 초과의 증가를 보여준다. 최종적으로, 폴리에틸렌 글리콜 LSRV 시험은, 야생형 검에 비해 pS8 결과는 점도 증가가 77% 초과였으며, 이에 비해 pX6 디우탄에 대해서는 16% 미만의 증가, pX4에 대해서는 7.2% 증가 및 플라스미드 pS6에 있어서는 현저한 증가가 없었음을 보여주었다. 또한, 이 기간 중 대단히 의외인 결과는, 표적 디우탄 생산 세균 내에서 서열을 도입하는 한 방식으로서, pS8 플라스미드 내에서 예시된 필요한 유전자 서열을 이용하면, 디우탄 검 생산이 대단히 개선된다는 것이다.Surprisingly, there is a marked increase in viscosity exhibited by the diutan gum according to the invention produced by some genetically engineered plasmid containing strains. But most surprisingly, the viscosity increase of SWV at 3 rpm for the pS8 strain was 80%, while the same assay conducted for the pX6 strain was only 9.6% compared to the wild type results. There was no significant increase in plasmids pS6 and pX4. Likewise, a low SWV rpm test showed an increase of 51.5% for wild type for pS8 type, whereas an increase of only more than 2% for pX6. Finally, the polyethylene glycol LSRV test showed a pS8 result of more than 77% increase in viscosity compared to wild-type gum, compared to less than 16% increase for pX6 diutan, 7.2% increase for pX4 and significant increase for plasmid pS6. Showed that there was no. In addition, a very surprising result during this period is that diutan gum production is greatly improved by using the necessary gene sequences exemplified in the pS8 plasmid as a way of introducing sequences in the target diutan producing bacteria.

따라서, pS8의 도입을 통해 생산된 본 발명에 따른 디우탄은 3회의 계산 모두에서, 특히 야생형 및 pX6 플라스미드가 생산한 변종과 비교하여 놀랍게도 증가된 점도 측정치를 나타냈다. 따라서, 이러한 신규한 디우탄이, 전형적인 유전 조건 하에서 및 시멘트 적용 내에서 대단히 양호하게 작용할 것으로 기대하였다.Thus, the diutan according to the invention produced through the introduction of pS8 showed a surprisingly increased viscosity measurement in all three calculations, especially compared to the variants produced by wild type and pX6 plasmids. Thus, it was expected that this new diutane would work very well under typical dielectric conditions and in cement applications.

레올로지Rheology 개선에 대한 기초적인 설명 Basic description of the improvement

상기의 실시예들은, S657/pS8 균주 유래의 디우탄이 유변학적 파라미터의 현저한 증가를 나타냄을 보여주었다. 따라서, 해수 및 PEG 저전단율 점도 측정에서 이러한 실질적인 증가가, 생산성 증가에 기인하는 것으로만 볼 수는 없는데, pX6 균주도 역시 유사한(더 높은 것이 아닐 경우도) 수율 결과를 나타냈기 때문이다. 게다가, 표 2에 예시된 이전의 실시예들에서, 건중량 수율(알콜 침전 가능한 물질)은 8.0%까지 증가하는 한편, 유변학적 파라미터는 S657/pS8 균주에 있어 현저하게 더 많이 증가하였다(52∼80%). 기초 연구는, 유변학적 개선이 야생형 균주에서 균주 S657/pS8을 이용하여 얻어진다는 것을 설명하기 위해 수행하였다.The above examples showed that Diutan from S657 / pS8 strain showed a significant increase in rheological parameters. Thus, this substantial increase in seawater and PEG low shear viscosity measurements cannot be seen solely due to increased productivity, since the pX6 strain also showed similar (if not higher) yield results. In addition, in the previous examples illustrated in Table 2, the dry weight yield (alcohol precipitable) increased to 8.0%, while the rheological parameters increased significantly more for the S657 / pS8 strain (52-80). %). Basic studies were performed to demonstrate that rheological improvements were obtained using strain S657 / pS8 in wild type strains.

고유 점도는 거대 분자의 분자량을 추정하는 데 고분자 과학에서 잘 알려진 기법이다(C. Tanford, 1961. Physical Chemistry of Macromolecules. John Wiley & Sons, New York). 고유 점도는, 용액 농도와 대비하여 감소 점도(농도에 기준을 맞춘 점도)를 플롯하고, 데이터의 선형 회귀를 영점 농도(플롯의 y절편)에 외삽하여 구한다. 놀랍게도, 생산된 검은 하기의 표에 나타낸 바와 같이 고유 점도의 증가를 보였다.Intrinsic viscosity is a well known technique in polymer science for estimating the molecular weight of large molecules (C. Tanford, 1961. Physical Chemistry of Macromolecules . John Wiley & Sons, New York. The intrinsic viscosity is obtained by plotting the reduced viscosity (viscosity based on the concentration) relative to the solution concentration, and extrapolating the linear regression of the data to the zero concentration (y-intercept of the plot). Surprisingly, the produced black showed an increase in intrinsic viscosity as shown in the table below.

5개의 디우탄 샘플, 즉, 야생형 균주 유래의 2개 샘플(대조군 1, 대조군 2) 및 S657/pS8 균주 유래의 3개 샘플(샘플 1, 샘플 2, 샘플 3)을 고유 점도, 중성당 및 유기산 분석에 대해 평가하였다. 이 샘플들을 알콜 침전시키고, 재수화하고, 하이포아염소산염으로 처리하고, 글루코아밀라제로 처리하고, 리소자임으로 처리하고, 최종적으로 프로테아제로 처리함으로써(연속적인 순서로 실시함) 정제하였다. 이어서, 이들을 4:1 CBM:브로스 비율로 회수하고, 건조하고 분쇄하였다. CBM은 82 중량% 이하의 이소프로필 알콜을 포함하는 공비 이소프로필 알콜/물 혼합물이다.Five diutan samples, namely two samples from the wild-type strain (Control 1, Control 2) and three samples from the S657 / pS8 strain (Sample 1, Sample 2, Sample 3), were subjected to intrinsic viscosity, neutral sugar and organic acid. The analysis was evaluated. These samples were purified by alcohol precipitation, rehydration, treatment with hypochlorite, treatment with glucoamylase, treatment with lysozyme, and finally treatment with protease (performed in sequential order). These were then recovered in a 4: 1 CBM: broth ratio, dried and ground. CBM is an azeotropic isopropyl alcohol / water mixture comprising up to 82% by weight isopropyl alcohol.

다음과 같이 실시하여, 샘플을 함수량에 대해 시험하였다: 일반적으로, 샘플의 두 0.7 그램 분액을 Mettler HB 43 할로겐 수분 저울(halogen moisture balance)을 사용하여 시험하였다. 이어서, 두 시험으로부터의 결과를 평균하고, 그 결과를 수분 조절에 활용하였다.Samples were tested for water content by performing as follows: In general, two 0.7 gram aliquots of the samples were tested using a Mettler HB 43 halogen moisture balance. The results from the two tests were then averaged and the results were used for moisture control.

수분 데이터를 얻은 후, 검의 0.2% 용액을, 조절된 수분을 기준으로 0.01 M NaCl에서 제조하였다. 세 번의 시험을 위해, 0.2% 용액을 총 200 그램 제조하였다. 검을 분석 저울에서 소수점 셋째 자리의 최대 근사치까지 칭량하고, 소수점 이하 셋째 자리의 최대 근사치까지 칭량한 물에 첨가하였다. 400 ㎖ 장형 비커에서 2.5 인치 직경의 프로펠러 혼합기를 1000 rpm으로 사용하여 샘플을 2시간 동안 교반하였다.After obtaining moisture data, a 0.2% solution of gum was prepared in 0.01 M NaCl based on controlled moisture. For three tests, a total of 200 grams of 0.2% solution was prepared. The gum was weighed on an analytical balance to the maximum approximation of the third decimal place and added to the water weighed to the maximum approximation to the third decimal place. Samples were stirred for 2 hours using a 2.5 inch diameter propeller mixer at 1000 rpm in a 400 ml long beaker.

초기 수화에 이어서, 각각의 샘플을 0.01 M NaCl을 사용하여 0.02%로 희석하였다. 이는, 0.2% 용액 20 그램을 칭량하여 400 ㎖ 비커에 첨가한 다음, 180 ㎖의 희석제를 역시 첨가함으로써 수행하였다. 희석된 샘플을 추가의 30분간 혼합하였다. 고유 점도를 측정하는 데 최후에 사용된 최종 희석액은 이 샘플로부터 제조하였다. 각각의 디우탄 샘플을 0.004%, 0.008%, 0.010% 및 0.012%의 농도에서 평가하였다.Following initial hydration, each sample was diluted to 0.02% with 0.01 M NaCl. This was done by weighing 20 grams of 0.2% solution into a 400 ml beaker and then adding 180 ml of diluent as well. The diluted sample was mixed for an additional 30 minutes. The final dilution last used to measure the intrinsic viscosity was prepared from this sample. Each diutan sample was evaluated at concentrations of 0.004%, 0.008%, 0.010% and 0.012%.

점도 측정은 VilasticA® VE System을 사용하여 실시하였다. 측정에 앞서, Vilastic은 물을 이용하여 2.0% 미만의 오차로 조정하였다. 샘플들을, Timer 프로그램(2 Hz로 실시), 1개의 균주 및 대략 12 1/초의 전단율을 이용하여 측정(전부 23℃의 항온에서임)하였다. 각각의 샘플에 대해 측정을 5회 실시하고, 평균하였다. 이어서, 평균한 점도 데이터를 고유 점도를 계산하는 데 이용하였다. 도 2 및 하기 표 4는 상기 시험들의 최종 결과를 제공한다.Viscosity measurements were performed using the VilasticA® VE System. Prior to the measurement, Vilastic was adjusted to an error of less than 2.0% with water. Samples were measured using a Timer program (running at 2 Hz), one strain and a shear rate of approximately 12 1 / sec (all at a constant temperature of 23 ° C.). The measurements were taken five times and averaged for each sample. The averaged viscosity data was then used to calculate the intrinsic viscosity. 2 and Table 4 below provide the final results of the tests.

고유 점도 계산치를 기준으로 한, 디우탄의 비교Comparison of Diutans Based on Intrinsic Viscosity Calculations 디우탄 샘플Diutan samples 측정한 고체Measured solid 고유 점도Intrinsic viscosity S657 대조군 1S657 control group 1 93.7693.76 138.3138.3 S657 대조군 2S657 control group 2 92.4292.42 143143 S657/pS8 샘플 1S657 / pS8 Sample 1 91.791.7 170.7170.7 S657/pS8 샘플 2S657 / pS8 Sample 2 91.491.4 162.2162.2 S657/pS8 샘플 3S657 / pS8 Sample 3 91.9491.94 162.8162.8

상기 결과들은, S657/pS8 균주가 현저하게 높은 고유 점도로 디우탄을 일정하게 생산함을 보여주며, 사실상 본 발명에 따른 균주의 평균 감소 점도는 165.2인 반면, 대조군은 140.7이었다(모두 유사한 측정 고체 수준에서임). 이 결과는, S657/pS8에 의해 생산된 디우탄이 야생형 대조군보다 분자량이 크다는 것을 보여준다.The results show that the S657 / pS8 strain consistently produces diutan with significantly higher intrinsic viscosity, in fact the average decreasing viscosity of the strain according to the invention was 165.2, whereas the control group was 140.7 (all similar measured solids). Level). This result shows that the diutane produced by S657 / pS8 has a higher molecular weight than the wild type control.

도 2는 대조군과 본 발명에 따른 균주 간의, 유사한 고체 함량으로 측정한 일정하고 높은 고유 점도를 보이는 상기 경향의 그래프이다.FIG. 2 is a graph of this trend showing a constant and high intrinsic viscosity measured with similar solids content between the control and the strain according to the invention.

S657/pS8 유래의 고점도 디우탄 검이 야생형 균주 유래의 디우탄과 동일한 조성을 갖는지 확인하기 위해, 중성당 및 유기산에 대해 시험하여 조성을 측정하였다. 고유 점도 측정에 사용한 정제된 샘플을 중성당 분석에 사용하였다. 각각의 정제된 샘플의 분액은, 트리플루오로아세트산(100℃/∼18시간)을 이용하여 구성당으로 가수 분해하였다. 가수 분해물 중성당은, 펄스형 전류 검출을 이용한 고성능 음이온 교환 크로마토그래피로 정량화하였다. 가수 분해물 유기산은, 화학적으로 억제된 전도성 검출을 이용한 고성능 이온 배제 크로마토그래피로 정량화하였다. 하기 표 5는 중성당 분석으로부터의 결과를 요약한다. 보이는 바와 같이, S657/pS8 균주에 대한 중성당 프로필은 S657 야생형 균주에 대한 중성당 프로필과 거의 동일하다. 두 결과 모두 이론값과 상이하긴 하나, 이 결과들은 pS8을 사용하여 제조된 디우탄 검의 반복 단위의 구조가 야생형의 그것과 동일하고, pS8 물질에 의해 부여된 점도의 임의의 증가가 장쇄, 즉 고분자량에 기인함을 보여준다.In order to confirm that the high viscosity diutan gum derived from S657 / pS8 has the same composition as the diutan derived from the wild type strain, the composition was measured by testing for neutral sugars and organic acids. Purified samples used for intrinsic viscosity measurements were used for neutral sugar analysis. Aliquots of each purified sample were hydrolyzed to constituent sugars using trifluoroacetic acid (100 ° C./-18 h). The hydrolyzate neutral sugar was quantified by high performance anion exchange chromatography using pulsed current detection. The hydrolyzate organic acid was quantified by high performance ion exclusion chromatography using chemically inhibited conductivity detection. Table 5 below summarizes the results from the neutral sugar analysis. As can be seen, the neutral sugar profile for the S657 / pS8 strain is nearly identical to the neutral sugar profile for the S657 wild type strain. Although both results differ from the theoretical values, these results show that the structure of the repeating unit of the diutan gum prepared using pS8 is identical to that of the wild type, and any increase in the viscosity imparted by the pS8 material is long chain, Due to high molecular weight.

pS8 및 야생형(대조군) 디우탄 균주에 대한 중성당 및 유기산 분석Neutral sugar and organic acid analysis for pS8 and wild type (control) Diutan strains 균주Strain % % 람노스Rhamnos % % 글루코스Glucose % 아세트산염% Acetate 샘플 1Sample 1 S657/pS8S657 / pS8 3232 1919 8.98.9 샘플 2Sample 2 S657/pS8S657 / pS8 3232 1919 8.28.2 샘플 3Sample 3 S657/pS8S657 / pS8 3232 1717 8.68.6 대조군 1Control group 1 S657 야생형S657 Wild Type 3030 1818 8.68.6 대조군 1Control group 1 S657 야생형S657 Wild Type 3333 2020 8.78.7 평균Average S657/pS8S657 / pS8 3232 18.318.3 8.68.6 평균Average S657 야생형S657 Wild Type 31.531.5 1919 8.658.65 이론값Theoretical value ------ 4646 3030 88

따라서, S657/pS8 유전자 조작 균주에 의해 생산된 디우탄의 크게 개선된 해수 점도 및 PEG 저전단율 점도는 디우탄 분자의 분자량 또는 길이 증가, 즉, 분자당 더 많은 반복 단위가 존재함으로 인한 것이며, 디우탄 분자 조성의 변화 및 이로 인한 반복 구조 자체의 변화에 기인하는 것은 아니다. 개선된 레올로지도, 단지 생산된 디우탄 양의 증가로 인한 것은 아닐 수 있다. 클로닝된 디우탄 생합성을 위한 유전자의 다발의 일부가 상이한 4개의 플라스미드, 즉 pS6, pS8, pX4 및 pX6를 평가하였으나, 이들 모두는 생산성이 다소 증가함을 보였고, 오직 플라스미드 pS8만이 회수된 디우탄 생성물의 유변학적 파라미터에 있어 의외의 아주 높은 증가를 보였다.Thus, the significantly improved seawater viscosity and PEG low shear viscosity of the diutan produced by the S657 / pS8 genetically engineered strain is due to the increase in molecular weight or length of the diutan molecule, ie the presence of more repeat units per molecule. It is not due to changes in the utane molecular composition and thus to the change in the repeating structure itself. Improved rheology may not be due to only an increase in the amount of diutan produced. Some of the bundles of genes for cloned diutan biosynthesis evaluated four different plasmids, pS6, pS8, pX4 and pX6, all of which showed a slight increase in productivity, with only plasmid pS8 recovered. There was a surprisingly high increase in the rheological parameters of.

시험된 플라스미드에서 클로닝된 디우탄 생합성을 위한 유전자를 비교하는 것은, 분자량 증가의 원인이 되는 유전자가 유전자 dpsG일 가능성이 높으며, 이는 이 유전자가 pS8에 존재하고 다른 플라스미드에는 존재하지 않기 때문임을 시사한다. 유전자 dpsG는 다당류 합성에 관계된 다른 막단백질과 강한 상동성을 갖는 소수성 막단백질을 코딩한다. 일부 단백질은, 고분자량 다당류를 형성하도록 반복 단위의 결합을 촉진시키는 효소인 폴리머라제를 위한 단백질과 상동성을 갖는다. S60 중 상동 유전자 gelG는 젤란 합성을 위한 폴리머라제로서 작용하는 것으로 간주되었다(Harding, N. E. et al. 2004. "Organization of genes required for gellan polymerase biosynthesis in Sphingomonas elodea ATCC31461". J. Ind . Microbiol . Biotech. 31:70-82. Sa-Correia, I. et al. 2002. "Gellan gum biosynthesis in Sphingomonas paucimobilis ATCC 31461 : Genes, enzymes and exopolysaccharide production engineering". J. Ind . Microbiol . Biotechnol . 29: 170-176.). 또한 dpsG의 상동체는 다당류 S88 및 S7을 생산하는 스핑고모나스 균주 ATCC 31554 및 ATCC 21423로부터 분리하였다(Pollock 등, 미국 특허 제5,854,034호, 제5,985,623호 및 제6,284,516호, 및 Pollock, T. J. 미국 특허 제6,709,845호). 따라서, 폴리머라제에 대한 유전자의 추가 카피가 디우탄 분자의 분자 길이를 증대시키는 데 영향을 미칠 가능성이 높다. 디우탄 생합성 유전자 다발 중의 다른 유전자가, 관찰되는 점도 증가를 성취하기 위해 dpsG와 더불어 필요할 수 있음을 배제할 수 없다. 그 후보로는, 당 트랜스퍼라제 I, II, III 및 IV를 코딩하는 유전자 dpsB, dpsL, dpsKdpsQ, 특히 반복 단위의 첫 번째 당을 지질 담체에 첨가하는 트랜스퍼라제 I를 코딩하는 유전자 dpsB가 있을 수 있다. 다른 중요한 유전자는, 멀티카피 플라스미드에서 증폭되는 경우 크산탄의 분자량을 증가시키는 것으로 밝혀진 유전자 gumBgumC와 상동인 dpsD, dpsCdpsE일 수 있다. 플라스미드 pS8에서 클로닝되는 모든 유전자가 극적인 점도 증가를 성취하는 데 필요할 수도 있다.Comparing the genes for cloned diutan biosynthesis in the tested plasmids suggests that the gene responsible for the increased molecular weight is likely the gene dpsG , because this gene is present in pS8 and not in other plasmids. . The gene dpsG encodes a hydrophobic membrane protein with strong homology with other membrane proteins involved in polysaccharide synthesis. Some proteins have homology with proteins for polymerases, enzymes that promote the binding of repeat units to form high molecular weight polysaccharides. The homologous gene gelG in S60 was considered to act as a polymerase for gellan synthesis (Harding, NE et al. 2004. "Organization of genes required for gellan polymerase biosynthesis in Sphingomonas) elodea ATCC31461 "J. Ind Microbiol Biotech 31 :...... 70-82 Sa-Correia, I. et al 2002." Gellan gum biosynthesis in Sphingomonas paucimobilis ATCC 31461:. Genes, enzymes and exopolysaccharide production engineering "J. Ind . Microbiol . Biotechnol . 29 : 170-176.) Homologues of dpsG were also isolated from sphingomonas strains ATCC 31554 and ATCC 21423 producing polysaccharides S88 and S7 (Pollock et al., US Pat. No. 5,854,034, No. 5,985,623 and 6,284,516, and Pollock, TJ US Pat. No. 6,709,845. Thus, it is likely that additional copies of the gene for polymerase will affect increasing the molecular length of the diutan molecule. It cannot be excluded that other genes in the bundle may be needed with dpsG to achieve the observed increase in viscosity, as candidates for genes encoding sugar transferases I, II, III and IV dpsB , dpsL , dpsK and dpsQ, special Is the first party of the repeating unit may be a gene dpsB encoding a transferase I to be added to the lipid carrier. Other important gene, when it is amplified by the multi-copy plasmid gene it has been found to increase the xanthan molecular gumB and gumC Homologous to dpsD , dpsC and dpsE All genes cloned in plasmid pS8 may be required to achieve dramatic viscosity increases.

본 발명을 특정의 바람직한 구체예 및 실시예와 관련하여 설명하고 개시할 동안, 본 발명을 그 특정한 구체예들로 한정하려는 의도는 결코 아니며, 오히려 첨부된 청구의 범위 및 이와 동등한 내용의 범위에 의해 규정될 수 있는 바와 같은 구조적 등가물 및 모든 대안적인 구체예와 변형을 포괄하려 한다.While the present invention has been described and described in connection with certain preferred embodiments and examples, it is in no way intended to limit the invention to those specific embodiments, but rather to the extent of the appended claims and their equivalents. It is intended to cover structural equivalents as may be defined and all alternative embodiments and modifications.

기탁submission

하기의 세균 균주를, 미생물 기탁의 국제적 승인에 대한 부다페스트 조약에 따라, 2005년 10월 21일자로 미국 20110 버지니아주 머내서스 유니버시티 불러바드 10801에 소재하는 미국 표준 균주 보존 기관(American Type Culture Collection)의 특허 기탁 기관(Patent Depository)에 기탁하였다:The following bacterial strains were produced by the American Type Culture Collection of the Boulevard 10801, Manassas University, Virginia, USA, dated October 21, 2005, in accordance with the Budapest Treaty for International Approval of Microbial Deposits. Deposited to Patent Depository:

플라스미드 pS8를 함유하는 스핑고모나스 균주 S657.Sphingmonas strain S657 containing plasmid pS8.

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Claims (34)

150 dL/g 초과의 고유 점도를 나타내는 디우탄 검.Diutan gum exhibiting an intrinsic viscosity above 150 dL / g. 제1항에 있어서, 155 dL/g 초과의 고유 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum of claim 1 having an intrinsic viscosity of greater than 155 dL / g. 제2항에 있어서, 160 dL/g 초과의 고유 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum of claim 2 having an intrinsic viscosity of greater than 160 dL / g. 다이알식 점도 측정시 35 초과의 해수 3 rpm 점도를 나타내는 디우탄 검.Diutan gum showing a seawater 3 rpm viscosity of greater than 35 when measuring dialy viscosity. 제4항에 있어서, 다이알식 점도 측정시 37 초과의 해수 3 rpm 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum according to claim 4, which exhibits a salt water viscosity of greater than 37 when measured by dial viscosity. 제5항에 있어서, 다이알식 점도 측정시 40 초과의 해수 3 rpm 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum according to claim 5, which exhibits a viscosity of more than 40 seawater 3 rpm when the dial viscosity is measured. 제6항에 있어서, 다이알식 점도 측정시 42 초과의 해수 3 rpm 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum according to claim 6, which exhibits a seawater viscosity of greater than 42 rpm when the dial viscosity is measured. 35,000 cp 초과의 해수 0.3 rpm 점도를 나타내는 디우탄 검.Diutan gum showing 0.3 rpm viscosity of seawater above 35,000 cp. 제8항에 있어서, 35,000 cp 초과의 해수 0.3 rpm 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum according to claim 8 which exhibits 0.3 rpm viscosity of seawater above 35,000 cp. 제9항에 있어서, 38,000 cp 초과의 해수 0.3 rpm 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum according to claim 9 which exhibits 0.3 rpm viscosity of seawater above 38,000 cp. 제10항에 있어서, 40,000 cp 초과의 해수 0.3 rpm 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum of claim 10, which exhibits 0.3 rpm viscosity of seawater above 40,000 cp. 제11항에 있어서, 41,000 cp 초과의 해수 0.3 rpm 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum according to claim 11, which exhibits 0.3 rpm viscosity of seawater above 41,000 cps. 폴리에틸렌 글리콜 분산제의 존재시 3,500 cp 초과의 저전단율 점도를 나타내는 디우탄 검.Diutan gum exhibiting a low shear rate viscosity above 3,500 cps in the presence of polyethylene glycol dispersant. 제13항에 있어서, 폴리에틸렌 글리콜 분산제의 존재시 3,700 cp 초과의 저전단율 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum of claim 13, wherein the gum has a low shear rate of greater than 3,700 cps in the presence of a polyethylene glycol dispersant. 제14항에 있어서, 폴리에틸렌 글리콜 분산제의 존재시 3,900 cp 초과의 저전 단율 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum of claim 14, wherein said gum exhibits a low shear rate viscosity of greater than 3,900 cps in the presence of a polyethylene glycol dispersant. 제15항에 있어서, 폴리에틸렌 글리콜 분산제의 존재시 4,000 cp 초과의 저전단율 점도를 나타내는 것인 디우탄 검.The diutan gum of claim 15, having a low shear viscosity of greater than 4000 cps in the presence of a polyethylene glycol dispersant. 하나 이상의 디우탄 생합성 효소에 대한 코딩 서열을, 디우탄 생산 숙주 스핑고모나스(Sphingomonas) 유기체에 도입하는 단계; 및Introducing a coding sequence for at least one diutan biosynthetic enzyme into a diutan producing host Sphingomonas organism; And 발효 조건 하에 숙주 유기체를 배양하는 단계로서, 상기 숙주 유기체가Culturing the host organism under fermentation conditions, wherein the host organism a) 150 dL/g 초과의 고유 점도,a) inherent viscosity greater than 150 dL / g, b) 다이알식 점도 측정시 35 초과의 해수 3 rpm 점도,b) 3 rpm viscosity of seawater above 35 when the dial viscosity is measured; c) 35,000 cp 초과의 해수 0.3 rpm 점도, 및c) 0.3 rpm viscosity of seawater above 35,000 cp, and d) 폴리에틸렌 글리콜 분산제의 존재시의 3,500 cp 초과의 저전단율 점도d) low shear viscosity above 3,500 cps in the presence of polyethylene glycol dispersant 의 특성 중 하나 이상을 나타내는 디우탄 검을 생산하는 것인 단계Producing diutan gum that exhibits at least one of the properties of 를 포함하는, 디우탄 검의 제조 방법.Including, Diutan gum manufacturing method. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 디우탄 생합성 효소는 DpsG 폴리머라제인 방법.The method of claim 17, wherein the at least one diutan biosynthetic enzyme is DpsG polymerase. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 디우탄 생합성 효소는 DpsG 폴리머라제 및 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제; dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제; dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제; 및 dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제를 포함하는 것인 방법.18. The method of claim 17, wherein the one or more diutan biosynthetic enzymes comprise DpsG polymerase and glucose-1-phosphate thymidylyltransferase; dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase; dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase; And dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 디우탄 생합성 효소는 DpsG 폴리머라제 및 람노실 트랜스퍼라제 IV; 글루코실-이소프레닐포스페이트 트랜스퍼라제 I; 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II; 및 글루코실 트랜스퍼라제 III를 포함하는 것인 방법.The method of claim 17, wherein the one or more diutan biosynthetic enzymes comprise DpsG polymerase and rhamnosyl transferase IV; Glucosyl-isoprenylphosphate transferase I; Beta-1,4-glucuronosyl transferase II; And glucosyl transferase III. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 디우탄 생합성 효소는 DpsG 폴리머라제와 다당류 외수송 단백질 DpsD, DpsC 및 DpsE를 포함하는 것인 방법.18. The method of claim 17, wherein the one or more diutan biosynthetic enzymes comprise DpsG polymerase and the polysaccharide foreign transport proteins DpsD, DpsC, and DpsE. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 디우탄 생합성 효소는 람노실 트랜스퍼라제 IV; 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II; 글루코실 트랜스퍼라제 III; 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제; 글루코실-이소프레닐포스페이트 트랜스퍼라제 I; dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제; dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제; 및 dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제를 포함하는 것인 방법.18. The method of claim 17, wherein the one or more diutan biosynthetic enzymes comprise rhamnosyl transferase IV; Beta-1,4-glucuronosyl transferase II; Glucosyl transferase III; Glucose-1-phosphate thymidylyltransferase; Glucosyl-isoprenylphosphate transferase I; dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase; dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase; And dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase. 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 디우탄 생합성 효소는 폴리머라제; 리아제; 람노실 트랜스퍼라제 IV; 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II; 글루코실 트랜스퍼라제 III; 다당류 외수송 단백질; 분비 단백질; 글루코실-이소프레닐포스페이트 트랜스퍼라제 I; 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제; dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제; dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제; dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제 및 이의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 방법.18. The method of claim 17, wherein the one or more diutan biosynthetic enzymes are selected from polymerases; Lyase; Rhamnosyl transferase IV; Beta-1,4-glucuronosyl transferase II; Glucosyl transferase III; Polysaccharide transport protein; Secreted protein; Glucosyl-isoprenylphosphate transferase I; Glucose-1-phosphate thymidylyltransferase; dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase; dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase; dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase and combinations thereof. 하나 이상의 스핑간(sphingan) 폴리머라제 효소에 대한 코딩 서열을, 스핑간 생산 숙주 스핑고모나스 유기체에 도입하는 단계;Introducing a coding sequence for one or more sphingan polymerase enzymes into a sphinggan producing host sphingomonas organism; 발효 조건 하에서 숙주 유기체를 배양하는 단계로서, 이 숙주 유기체가, 상기 코딩 서열 도입 전의 스핑고모나스 유기체에 의해 생산되는 것보다, 평균 중합체 길이가 더 긴 스핑간 검을 생산하는 것인 단계Culturing the host organism under fermentation conditions, wherein the host organism produces sphingan gum with a longer average polymer length than that produced by sphingomonas organisms prior to introduction of the coding sequence. 를 포함하는, 평균 중합체 길이가 긴 스핑간 검의 제조 방법.Method of producing a sphingan gum having a long average polymer length, comprising. 제24항에 있어서, 상기 스핑간 검은 S88인 방법.The method of claim 24, wherein the sphingan gum is S88. 제24항에 있어서, 상기 스핑간 검은 S60인 방법.The method of claim 24, wherein the sphingan gum is S60. 제24항에 있어서, 상기 스핑간 검은 S657인 방법.The method of claim 24, wherein the sphingan gum is S657. 서열 번호 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 및 43에 나타낸 바와 같은 하나 이상의 디우탄 생합성 효소, 또는 서열 번호 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 및 43과 95% 이상 동일한 효소를 코딩하는 분리된 핵산 분자.One or more diutan biosynthesis as shown in SEQ ID NOs: 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41 and 43 Enzyme, or at least 95% identical to SEQ ID NO: 5, 7, 9, 11, 13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 33, 35, 37, 39, 41, and 43 Nucleic acid molecule encoding a protein. 제28항에 있어서, 디우탄 폴리머라제를 코딩하는 것인 분리된 핵산 분자.29. The isolated nucleic acid molecule of claim 28, which encodes diutan polymerase. 제28항에 있어서, 디우탄 폴리머라제 및 다당류 외수송 단백질을 코딩하는 것인 분리된 핵산 분자.The isolated nucleic acid molecule of claim 28, which encodes a diutan polymerase and a polysaccharide transport protein. 제28항에 있어서, 디우탄 폴리머라제 및 람노실 트랜스퍼라제 IV; 글루코실-이소프레닐포스페이트 트랜스퍼라제 I; 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II; 및 글루코실 트랜스퍼라제 III를 코딩하는 것인 분리된 핵산 분자.The method of claim 28, further comprising diutan polymerase and rhamnosyl transferase IV; Glucosyl-isoprenylphosphate transferase I; Beta-1,4-glucuronosyl transferase II; And glucosyl transferase III. 제28항에 있어서, 디우탄 폴리머라제 및 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제; dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제; dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제; 및 dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제를 코딩하는 것인 분리된 핵산 분자.The method of claim 28, further comprising diutan polymerase and glucose-1-phosphate thymidylyltransferase; dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase; dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase; And dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase. 제28항에 있어서, 디우탄 폴리머라제; 리아제; 람노실 트랜스퍼라제 IV; 베타-1,4-글루쿠로노실 트랜스퍼라제 II; 글루코실 트랜스퍼라제 III; 다당류 외수송 단백질; 분비 단백질; 글루코실-이소프레닐포스페이트 트랜스퍼라제 I; 글루코스-1-포스페이트 티미딜릴트랜스퍼라제; dTDP-6-데옥시-D-글루코스-3-5-에피머라제; dTDP-D-글루코스-4,6-데히드라타제; 및 dTDP-6-데옥시-L-만노스-데히드로게나제를 코딩하는 것인 분리된 핵산 분자.The method of claim 28, further comprising diutan polymerase; Lyase; Rhamnosyl transferase IV; Beta-1,4-glucuronosyl transferase II; Glucosyl transferase III; Polysaccharide transport protein; Secreted protein; Glucosyl-isoprenylphosphate transferase I; Glucose-1-phosphate thymidylyltransferase; dTDP-6-deoxy-D-glucose-3-5-epimerase; dTDP-D-glucose-4,6-dehydratase; And dTDP-6-deoxy-L-mannose-dehydrogenase. 제28항에 있어서, 서열 번호 1에 따른 핵산 서열을 포함하는 것인 분리된 핵산 분자.The isolated nucleic acid molecule of claim 28, comprising the nucleic acid sequence according to SEQ ID NO: 1.
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