KR20120041826A - Recombinant microorganism having vitamin b-12 synthesis capability and preparation method of 3-hydroxypropionic acid therewith - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for preparing 3-hydroxypropionic acid using a recombinant microorganism is provided to obtain 3-hydroxypropionic acid without vitamin B-12. CONSTITUTION: A recombinant microorganism with vitamin B-12 productivity is prepared by transforming a recombinant vector containing a gene encoding glycerol dehydratase and a gene encoding glycerol dehydratase reactivase. The recombinant vector additionally contains a gene encoding aldehyde dehydrogenase. Microorganisms with vitamin B-12 productivity include genus Pseudomonas, genus Klebsiella, genus Propionibacterium, genus Rhodopseudomonas, or genus Rhizobium. The gene encoding glycerol dehydratase is derived from the genome DNA of Klebsiella pneumoniae DSM 2026.

Description

비타민 B?12 생성능을 갖는 재조합 미생물 및 상기 재조합 미생물을 이용한 3?하이드록시프로피온산의 제조방법{Recombinant microorganism having vitamin B-12 synthesis capability and preparation method of 3-hydroxypropionic acid therewith}Recombinant microorganism having vitamin B-12 synthesis capability and preparation method of 3-hydroxypropionic acid therewith}

본 발명은 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물 및 이를 이용한 3-하이드록시프로피온산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a recombinant microorganism having a vitamin B-12 producing ability and a method for preparing 3-hydroxypropionic acid using the same.

최근, 석유 가격의 급격한 상승과 심각한 환경 문제가 야기되면서 바이오 기반 연료의 생산이 각광을 받고 있다. 바이오 기반 연료 중의 하나인 바이오디젤은 식물성 기름이나 동물성 지방으로부터 트리글리세라이드의 에스테르 교환 반응에 의해 생산된다. Recently, the production of bio-based fuels has been in the spotlight due to the sharp rise in oil prices and serious environmental problems. Biodiesel, one of the biobased fuels, is produced by transesterification of triglycerides from vegetable oils or animal fats.

바이오디젤의 대량 생산으로 인해 부산물인 글리세롤 생산이 급증하였으며, 바이오디젤 10억 갤런 당 약 1억 갤런의 글리세롤이 생산되고 있다. 글리세롤 생산이 급증함에 따라 세계적으로 10억 톤(ton)의 글리세롤이 생산되고 있다. 이에 따라 최근 2년간 글리세롤의 가격은 10배 정도 감소하였다. 정제되지 않은 글리세롤의 시장가격은 2004년에는 톤(ton)당 350달러이며, 현재는 톤(ton)당 200달러 수준으로 알려져 있다.Mass production of biodiesel has led to a surge in the production of by-product glycerol, producing about 100 million gallons of glycerol per billion gallons of biodiesel. As glycerol production surges, one billion tons of glycerol is produced worldwide. As a result, the price of glycerol has decreased by a factor of ten over the last two years. The market price for unrefined glycerol is $ 350 per tonne in 2004 and is now known at $ 200 per tonne.

이와 비교하여, 현재 글루코오즈(포도당)의 가격은 톤(ton)당 500달러 수준으로 알려져 있으며 점차적으로 증가할 것으로 보인다. 현재의 추세를 감안할 때 글리세롤 가격의 지속적 감소는 불가피한 것으로 판단된다.In comparison, the price of glucose (glucose) is now known to be about $ 500 per ton and is expected to increase gradually. Given the current trend, we believe the continued decline in glycerol prices is inevitable.

미생물은 탄소원으로 글리세롤을 사용할 수 있으며, 이를 이용하여 다양한 발효 생산물을 만들 수 있다. 3-하이드록시프로피온산(3-HP; C3H6O3 - MW 90.08)은 화학공정에서 다양한 응용분야를 가지는 화합물로써, 글리세롤과 같은 재생 가능한 자원으로부터 생산할 수 있다. Microorganisms can use glycerol as a carbon source, which can be used to produce a variety of fermentation products. 3-Hydroxypropionic acid (3-HP; C 3 H 6 O 3 -MW 90.08) is a compound with various applications in chemical processes and can be produced from renewable resources such as glycerol.

3-HP는 25℃에서 pKa 4.51인 약산으로서, 구조적으로 탄소 3개를 가지는 비카이랄 유기산으로 젖산(2-하이드록시프로피온산)과 이성질체이다. 또한 비결정질이고, 시럽과 같은 연한 노란색을 띠며, 비중은 1.25, 굴절률은 1.45이다.3-HP is a weak acid with a pKa of 4.51 at 25 ° C., a non-chiral organic acid with structural three carbons, isomeric (2-hydroxypropionic acid) and isomers. It is also amorphous, pale yellow like syrup, specific gravity of 1.25 and refractive index of 1.45.

3-HP는 여러 화학공정에 사용되는 중요한 합성 중간체로, 1,3-프로판디올(C3H8O2 - MW 76.09), 아크릴산(C3H4O2 - MW 72.06), 메틸 아크릴에이트(C4H6O2 - MW 86.09), 아크릴아마이드(C3H5NO - MW 71.08), 에틸 3-하이드록시프로피온산 C5H10O3 - MW 118.13), 말로닉산(C3H4O4 - MW 104.06), 프로피온락톤(C3H4O2 - MW 72.06), 아크로니트릴(C3H4N - MW 53.06) 등을 생산할 수 있는 원료로 사용된다. 3-HP 관련 제품의 세계 시장규모는 360만톤이며 현재 수요와 가격에서 매년 5%씩 상승할 것으로 전망된다. 3-HP is an important synthetic intermediate used in many chemical processes: 1,3-propanediol (C 3 H 8 O 2 -MW 76.09), acrylic acid (C 3 H 4 O 2 -MW 72.06), methyl acrylate ( C 4 H 6 O 2 -MW 86.09), acrylamide (C 3 H 5 NO-MW 71.08), ethyl 3-hydroxypropionic acid C 5 H 10 O 3 -MW 118.13), malonic acid (C 3 H 4 O 4 -MW 104.06), propionlactone (C 3 H 4 O 2 -MW 72.06), acronitrile (C 3 H 4 N-MW 53.06), etc. are used as raw materials to produce. The global market for 3-HP-related products is 3.6 million tons and is expected to rise 5% annually from current demand and prices.

3-HP는 에틸렌 사이아노하이드린, 베타-아이도프로피온산, 베타-브로모프로피온산, 베타-클로로프로피온산, 베타-프로피오락톤, 아크릴산 등을 중간체로 하여 화학적 공정으로 생산될 수 있다. 그러나 이러한 화학물질 대부분이 유독하며 발암성을 띤다. 또한 높은 온도와 압력의 조건으로 대량의 에너지를 소모하며 다량으로 공해물질을 배출하는 단점을 가진다.3-HP may be produced by a chemical process using ethylene cyanohydrin, beta-idopionic acid, beta-bromopropionic acid, beta-chloropropionic acid, beta-propiolactone, acrylic acid, or the like as intermediates. However, most of these chemicals are toxic and carcinogenic. In addition, it consumes a large amount of energy under the condition of high temperature and pressure, and has a disadvantage of emitting a large amount of pollutants.

또한, 생물학적 3-HP 생산은 광종속영양성 미생물인 클로로플렉서스 오란티아커스(Chloroflexus aurantiacus)에 의해 이루어진다. 이 미생물은 독립영양적, 광종속영양적으로 자라면서 중간체로 3-HP를 생산한다. 글리세롤로부터 3-HP를 생산하는 또 다른 미생물로는 디설포바이브리오 카비놀리커스(Desulfovibrio carbinolicus), 디설포바이브리오 프럭토소보란스(Desulfovibrio fructosovorans), 락토바실러스 류테리(Lactobacillus reuteri), 펠로박터 베네티아누스(Pelobacter venetianus), 일리오박터 폴리트로푸스(Ilyobacter polytropus) 등이 알려져 있다. In addition, biological 3-HP production is achieved by the chloroplexus Orantiacus , a photodependent nutritional microorganism. The microorganism grows autotrophically and photodependently, producing 3-HP as an intermediate. Other microorganisms that produce 3-HP from glycerol include Desulfovibrio carbinolicus , Desulfovibrio fructosovorans , Lactobacillus reuteri , and Pelopacter veneace . Pelobacter venetianus , Ilyobacter polytropus and the like are known.

그러나 대사경로가 복잡하기 때문에 공정의 효율적인 조절이 어려워 생산 수율 및 생산성의 저하가 예상되므로 생체 내에 존재하지 않는 합성 경로의 설계가 필수적으로 요구된다.However, since the metabolic pathway is complicated, it is difficult to efficiently control the process, and thus, a decrease in production yield and productivity is expected. Therefore, it is essential to design a synthetic route that does not exist in vivo.

하기 반응식 1과 같이, 생물학적으로 두 종의 효소가 촉매하는 탈수 및 산화 공정을 통하여 글리세롤로부터 3-HP를 생산할 수 있다. 첫 번째 효소인 글리세롤 디하이드라테이즈는 글리세롤을 탈수화시켜 중간물질인 3-하이드록시프로피온알데히드(3-HPA) 생산 반응을 촉매시킨다. 한편 두 번째 효소인 알데히드 디하이드로지네이즈는 중간물질인 3-HPA를 산화시켜 최종산물인 3-HP를 생산한다. As shown in Scheme 1, 3-HP can be produced from glycerol through a dehydration and oxidation process catalyzed by two enzymes biologically. The first enzyme, glycerol dehydratase, dehydrates glycerol to catalyze the intermediate 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA) production reaction. The second enzyme, aldehyde dehydrogenase, oxidizes the intermediate 3-HPA to produce the final product, 3-HP.

[반응식 1]Scheme 1

Figure pat00001
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3-HPA에 특이성이 높은 효소는 지금까지 밝혀지지 않았다. 최근에야 대장균(Escherichia coli) K-12의 AldH 단백질(S. M. Raj et al., Process Biochemastry, 43: 1440-1446,2008), 아조스피릴룸 브라실렌즈(Azospirillum brasilense)의 Kgsadh-I 단백질(Seiya Watanabe et al., The Journal of Biological chemistry Vol. 282, NO. 9, pp. 6685-6695, March 2, 2007) 그리고 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026의 Puuc 단백질 (Subramanian Mohan Raj et al., Biotechnology and Bioprocess Engineering, 15: 1-1, 2010) 등이 3-HPA에 높은 활성을 갖는다는 것이 밝혀졌고, 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae)유래 DhaB와 AldH 또는 DhaB와 Kgsadh-I은 대장균에서 발현시킴으로써 고농도인 38.7 g/L의 3-HP 생산이 가능하였다(Chelladurai Rathnasingh et al., Biotechnol. Bioeng., 104(4):729, 2009).Enzymes with high specificity for 3-HPA have not been identified to date. Only recently have Escherichia coli K-12 of AldH protein. (SM Raj et al, Process Biochemastry, 43:. 1440-1446,2008), azo Kgsadh RY-I protein in Bras rilrum chamber lens (Azospirillum brasilense) (Seiya Watanabe et al, The Journal of Biological chemistry Vol. 282, NO. 9, pp. 6685-6695, March 2, 2007) and Puuc protein of DSM 2026 from Klebsiella pneumoniae (Subramanian Mohan Raj et al., Biotechnology and Bioprocess Engineering, 15: 1- 1, 2010), etc. have been found to have high activity against 3-HPA, and DhaB and AldH or DhaB and Kgsadh-I derived from Klebsiella pneumoniae were expressed in E. coli at high concentrations of 38.7 g / L. 3-HP production was possible (Chelladurai Rathnasingh et al., Biotechnol. Bioeng ., 104 (4): 729, 2009).

한편, 이러한 유전자 발현을 위해 대장균을 사용하는 경우 가장 큰 문제는 값비싼 보조 기질인 비타민 B-12를 사용한다는 데 있다. 첫 번째 효소, 즉 글리세롤을 탈수화시켜 3-HPA를 생성하는 글리세롤 디하이드라테이즈는 반드시 비타민 B-12를 필요로 하는데, 대장균은 이러한 비타민 B-12를 생산하는 능력을 자체적으로 보유하고 있지 못하기 때문이다.On the other hand, the biggest problem when using E. coli to express such genes is the use of vitamin B-12, an expensive auxiliary substrate. The first enzyme, glycerol dehydratase, which dehydrates glycerol to produce 3-HPA, requires vitamin B-12.E. Coli does not have the ability to produce this vitamin B-12 on its own. Because.

값비싼 비타민 B-12 사용 문제를 해결하는 방법은 대장균 외에 비타민 B-12를 자체적으로 생산하는 능력을 가진 균주를 숙주로 사용하는 것이지만, 이러한 균주의 유전자 조작을 통하여 글리세롤로부터 3-HP을 생산하는 데에 성공한 예는 아직까지 보고된 바 없다.The solution to the expensive problem of using vitamin B-12 is to use a strain that has the ability to produce vitamin B-12 itself in addition to Escherichia coli as a host, but through the genetic manipulation of these strains to produce 3-HP from glycerol Successful cases have not been reported.

이에, 본 발명자들은 비타민 B-12를 자체적으로 생산할 수 있는 미생물을 통하여 외부에서 비타민 B-12를 공급하지 않고 글리세롤로부터 3-HP를 생산하고자 연구노력한 결과, 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물에 글리세롤디하이드라테이즈를 코딩하는 유전자 및 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화인자를 코딩하는 유전자로 구성되는 재조합 벡터가 형질도입된 재조합 미생물, 또는 상기 재조합 벡터에 알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 유전자가 추가로 포함된 재조합 벡터가 형질도입된 재조합 미생물을 제작하였고 이를 통해 상기 재조합 미생물이 비타민 B-12의 공급 없이 글리세롤로부터 3-HP을 생산하는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다. Therefore, the present inventors have tried to produce 3-HP from glycerol without supplying vitamin B-12 from the outside through a microorganism capable of producing vitamin B-12 by itself, glycerol to a microorganism having the ability to produce vitamin B-12 A recombinant microorganism transduced with a recombinant vector consisting of a gene encoding dehydratase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivation factor, or a gene encoding an aldehyde dehydrogenase to the recombinant vector The recombinant microorganisms transduced with the included recombinant vector were prepared, thereby confirming that the recombinant microorganism produced 3-HP from glycerol without supplying vitamin B-12 and completing the present invention.

본 발명의 목적은 비타민 B-12를 자체적으로 생산할 수 있는 미생물에 글리세롤 디하이드라테이즈 및 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화 효소, 또는 추가적으로 3-하이드록시프로피온알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 유전자로 구성되는 재조합 벡터를 형질도입한 재조합 미생물을 제공하는 데에 있다.An object of the present invention consists of a gene encoding glycerol dehydratease and glycerol dehydrase reactivation enzyme, or additionally 3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase, to microorganisms capable of producing vitamin B-12 by themselves. It is to provide a recombinant microorganism transduced with a recombinant vector.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 재조합 미생물을 이용한 3-HP의 제조방법을 제공하는 데에 있다. In addition, another object of the present invention to provide a method for producing 3-HP using the recombinant microorganism.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물에 글리세롤 디하이드라테이즈(glycerol dehydratase)를 코딩하는 유전자 및 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화인자(glycerol dehydratase reactivase)를 코딩하는 유전자로 구성된 재조합 벡터를 형질 도입한 것을 특징으로 하는 재조합 미생물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a gene encoding glycerol dehydratase and a gene encoding glycerol dehydratase reactivase in a microorganism having a vitamin B-12 producing ability. Provided is a recombinant microorganism characterized by transducing a recombinant vector consisting of.

보다 상세하게는, 본 발명은 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물에 글리세롤 디하이드라테이즈를 코딩하는 dhaB 유전자 및 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화효소를 코딩하는 gdrAB 유전자로 구성된 재조합 벡터를 형질 도입한 것을 특징으로 하는 재조합 미생물을 제공한다.More specifically, the present invention is transfected with a recombinant vector consisting of the dhaB gene encoding glycerol dehydratase and the gdrAB gene encoding glycerol dehydratase reactivase to a microorganism having a vitamin B-12 production ability It provides a recombinant microorganism characterized by.

또한, 상기 재조합 벡터는 알데히드 디하이드로지네이즈(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 유전자, 즉 puuC 유전자를 추가로 포함하여 구성될 수 있다. In addition, the recombinant vector may further comprise a gene encoding an aldehyde dehydrogenase, that is, puuC gene.

보다 상세하게는, 본 발명은 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물에 글리세롤 디하이드라테이즈를 코딩하는 dhaB 유전자, 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화효소를 코딩하는 gdrAB 유전자 및 알데히드 디하이드로지네이즈(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 puuC 유전자로 구성된 재조합 벡터를 형질 도입한 것을 특징으로 하는 재조합 미생물을 제공한다.More specifically, the present invention provides a dhaB gene encoding glycerol dehydratase , a gdrAB gene encoding glycerol dehydratase reactivase and a aldehyde dehydrogenase (aldehyde dehydrogenase) in a microorganism having vitamin B-12 production ability. Provided is a recombinant microorganism characterized by transducing a recombinant vector consisting of a puuC gene encoding a).

본 발명에서 사용되는 상기 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물은 슈도모나스 속(genus Pseudomonas), 클렙시엘라 속(genus Klebsiella), 프로피오닉박테리움 속(genus Propionibacterium), 로도슈도모나스 속(genus Rhodopseudomonas) 및 리조비움 속(genus Rhizobium)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 미생물일 수 있다.The microorganisms having the vitamin B-12 producing ability used in the present invention are Genus Pseudomonas , Genus Klebsiella , Genus Propionibacterium , Genus Rhodopseudomonas , and Genus Rhodopseudomonas . It may be any one microorganism selected from the group consisting of genus Rhizobium .

보다 상세하게는 상기 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물은 슈도모나스 디니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans), 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae), 프로피오닉박테리움 스헤르만니이(Propionibacterium shermanii), 로도슈도모나스 프로타미쿠스(Rhodopseudomonas protamicus) 및 리조비움 발라미노지놈(Rhizobium cobalaminogenum)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 미생물일 수 있다.More specifically, the microorganisms having the ability to produce vitamin B-12 include Pseudomonas denitrificans , Klebsiella pneumoniae , Propionibacterium shermanii , and Rhododdomonas . Rhodopseudomonas protamicus and It may be any one microorganism selected from the group consisting of Rhizobium cobalaminogenum .

특히, 상기 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물은 슈도모나스 데니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans, 기탁번호 KCCM 2026)인 것이 바람직하다.In particular, the microorganism having the vitamin B-12 production capacity is preferably Pseudomonas denitrificans (Accession No. KCCM 2026).

또한, 상기 글리세롤 디하이드라테이즈를 코딩하는 유전자는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래될 수 있으며, 상기 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화효소를 코딩하는 유전자는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래될 수 있고, 상기 알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 유전자는 대장균(Escherichia coli) K-12로부터 유래된 aldH 유전자, 아조스피릴룸 브라실렌즈(Azospirillum brasilense)로부터 유래된 kgsadh-I 유전자 및 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래된 puuC 유전자로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.In addition, the gene encoding the glycerol dehydratase may be derived from genomic DNA of Klebsiella pneumoniae DSM 2026, the gene encoding the glycerol dehydratase reactivase is Klebsi Klebsiella pneumoniae Can be derived from the genomic DNA of the DSM 2026, a gene encoding the aldehyde-dihydro centipede rise is derived kgsadh from E. coli (Escherichia coli) the aldH gene, azo RY rilrum bra chamber lens (Azospirillum brasilense) derived from K-12 -I gene and puuC gene derived from genomic DNA of Klebsiella pneumoniae DSM 2026.

본 발명에 따른 재조합 미생물은 슈도모나스 디니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans) pPBG1(GSB0167, 기탁번호 KCTC 11672BP)인 것이 바람직하다. The recombinant microorganism according to the present invention is preferably Pseudomonas denitrificans pPBG1 (GSB0167, Accession No. KCTC 11672BP).

이하, 하기에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

상기 재조합 미생물에 있어서, 글리세롤 디하이드라테이즈는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae)에서 유래한 효소로, 글리세롤을 3-HPA로 전환하며, dhaB1 유전자(KPN_03489)가 코딩하는 단백질인 대단위체(Large subunit 또는 α subunit라 불림), dhaB2 유전자(KPN_03488)가 코딩하는 단백질인 중단위체(Medium subunit 또는 β subunit라 불림), dhaB3 유전자(KPN_03487)가 코딩하는 단백질인 소단위체(Small subunit 또는 γ subunit라 불림) 등 세 가지 단백질로 구성되어 있다.In the recombinant microorganism, glycerol dehydratase is an enzyme derived from Klebsiella pneumoniae , converts glycerol to 3-HPA, and is a protein that is encoded by the dhaB1 gene (KPN_03489). Large subunit or α subunit la called), a protein that is coded dhaB2 gene (KPN_03488) suspended gastric (Medium subunit or β subunit called called), d haB3 gene (KPN_03487) the protein subunits (small subunit or γ subunit encoding It is composed of three proteins.

또한, 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화인자는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae)에서 유래한 단백질로, 글리세롤 디하이드라테이즈의 촉매 반응 시 상기 촉매의 활성을 유지시키는 작용을 하며, gdrA 유전자(KPN_03486)가 코딩하는 GdrA 단백질 및 gdrB 유전자(potein ID; AAA 74261)가 코딩하는 GdrB 단백질로 구성되어 있다.In addition, glycerol dehydratase reactivation factor is a protein derived from Klebsiella pneumoniae , and serves to maintain the activity of the catalyst during the catalytic reaction of glycerol dehydratase , gdrA gene ( KPN_03486) is GdrA protein and gdrB gene (potein ID encoding; the AAA 74261) it consists of the protein encoding GdrB.

또한, 알데히드 디하이드로지네이즈는 대장균(Escherichia coli) K-12에서 유래된 aldH 유전자가 코딩하는 ALDH 단백질, 아조스피릴룸 브라실렌즈(Azospirillum brasilense)에서 유래된 kgsadh-I 유전자가 코딩하는 KGSADH-I 단백질 또는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026에서 유래된 puuC 유전자(KPN_01018)가 코딩하는 PuuC 단백질 중의 어느 하나로서, 3-HPA를 3-HP로 전환시키게 된다.In addition, the aldehyde-dihydro centipede rise is Escherichia coli (Escherichia coli) to the aldH gene coding derived from K-12 ALDH protein, azo RY rilrum bra chamber lens (Azospirillum brasilense) the kgsadh-I KGSADH-I to the gene coding derived from Protein or Klebsiella pneumoniae As one of the PuuC proteins encoded by the puuC gene (KPN_01018) derived from DSM 2026, 3-HPA is converted to 3-HP.

또한, 본 발명은 상기 재조합 미생물을 포도당과 글리세롤을 탄소원으로 포함하는 배지에서 배양하고, 상기 배양액으로부터 3-하이드록시프로피온산을 회수하는 것을 특징으로 하는 3-하이드록시프로피온산(3-HP)의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing 3-hydroxypropionic acid (3-HP), wherein the recombinant microorganism is cultured in a medium containing glucose and glycerol as a carbon source, and 3-hydroxypropionic acid is recovered from the culture solution. To provide.

또한, 본 발명은 상기 재조합 미생물을 포도당과 글리세롤을 탄소원으로 함유하는 배양배지에서 배양하는 단계; 및 상기 배양액으로부터 3-HP을 생산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3-HP의 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of culturing the recombinant microorganism in a culture medium containing glucose and glycerol as a carbon source; And it provides a method for producing 3-HP comprising the step of producing 3-HP from the culture.

상기 배양하는 단계는 호기 조건에서 수행되는 것이 바람직하며, 상기 글리세롤로부터 3-하이드록시프로피온산을 생산하는 단계에서 비타민 B-12를 첨가할 수 있다.The culturing step is preferably carried out under aerobic conditions, vitamin B-12 may be added in the step of producing 3-hydroxypropionic acid from the glycerol.

또한, 상기 재조합 미생물의 배양 및 3-HP의 수득과정은 종래 발효공업에서 통상적으로 알려진 배양방법 및 분리정제방법을 사용하여 수행할 수 있다.In addition, the process of culturing the recombinant microorganism and 3-HP can be carried out using a culture method and separation and purification method commonly known in the conventional fermentation industry.

본 발명에 따른 재조합 미생물은 고가의 비타민 B-12의 첨가없이 저가의 글리세롤로부터 효율적으로 3-HP를 생산할 수 있으므로, 3-HP와 같은 목적 대사산물의 생산가격을 절감하면서 3-HP를 생산하는 균주로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.The recombinant microorganism according to the present invention can efficiently produce 3-HP from inexpensive glycerol without the addition of expensive vitamin B-12, thereby producing 3-HP while reducing the production price of the target metabolite such as 3-HP. It can be used very usefully as a strain.

도 1은 재조합 벡터 pPBG1의 개열 지도이고,
도 2는 재조합 벡터 pPBGA1의 개열 지도이고,
도 3은 슈도모나스 디니트리피칸스 pPBG1의 회분식 발효 결과이다.
1 is a cleavage map of the recombinant vector pPBG1,
2 is a cleavage map of the recombinant vector pPBGA1,
3 is a batch fermentation result of Pseudomonas dinitrippicans pPBG1.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are intended to illustrate the present invention more specifically, but the scope of the present invention is not limited by these examples.

특히, 하기 실시예에서는 슈도모나스 디니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans)를 숙주세포로 사용하여 비타민 B-12 첨가 없이 글리세롤로부터 3-HP를 생산하는 방법을 제시하였으나, 비타민 B-12 생성능을 갖는 다른 미생물들, 즉 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae), 프로피오닉박테리움 스헤르만니이(Propionibacterium shermanii), 로도수도모나스 프로타미쿠스(Rhodopseudomonas protamicus), 리조비움 발라미노지놈(Rhizobium cobalaminogenum) 등의 균주를 숙주세포로 사용하여도 동일한 결과를 얻을 수 있다는 것은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항이라 할 것이다.
In particular, in the following examples, a method of producing 3-HP from glycerol without adding vitamin B-12 using Pseudomonas denitrificans as a host cell, but other microorganisms having the ability to produce vitamin B-12 Fields such as Klebsiella pneumoniae , Propionibacterium shermanii , Rhodopseudomonas protamicus , Rhizobium cobalaminogenum The same result can be obtained even when using strains such as the host cell will be apparent to those skilled in the art.

실시예 1. 글리세롤을 3-HP로 전환하는 유전자의 분리Example 1 Isolation of Genes That Convert Glycerol to 3-HP

1-1. pUCP19 벡터로부터 1-1. from the pUCP19 vector blabla 프로모터 유전자의 증폭 Amplification of promoter genes

pUCP19 벡터(H.P Schweizer, Elsevier Science Publishers, Gene, 97 (1991) 109-112)로부터 bla 프로모터 유전자를 정방향 프라이머(서열번호: 1)와 역방향 프라이머(서열번호: 2)를 사용하여 PCR을 수행하여 bla 프로모터 유전자를 증폭하여 제한효소 HindIII 와 SacI으로 절단하였다.Bla promoter gene from the pUCP19 vector (HP Schweizer, Elsevier Science Publishers, Gene, 97 (1991) 109-112) was subjected to PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 1) and a reverse primer (SEQ ID NO: 2) to bla Promoter genes were amplified and digested with restriction enzymes HindIII and SacI.

1-2. 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026로부터 1-2. Klebsiella New Monica from DSM 2026 dhaBdhaB 유전자의 증폭 Gene amplification

클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026 균주로부터 게놈 DNA를 정방향 프라이머(서열번호: 3)와 역방향 프라이머(서열번호: 4)를 사용하여 PCR을 수행하여 dhaB1, dhaB2, dhaB3 및 dhaB4 (gdrA) 유전자를 증폭하여 제한효소 KpnI과 AflⅡ로 절단하였다.Genomic DNA from the Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain was subjected to PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 3) and a reverse primer (SEQ ID NO: 4) to dhaB1, dhaB2, dhaB3 and dhaB4 (gdrA). ) Genes were amplified and digested with restriction enzymes KpnI and AflII.

dhaB 유전자를 증폭하기 위한 내부 프라이머로는 kp_dhaB_Int_FP1(서열번호: 5); kp_dhaB_Int_FP2(서열번호: 6); kp_dhaB_Int_FP3(서열번호: 7); kp_dhaB_Int_FP4(서열번호: 8); kp_dhaB_Int_FP5(서열번호: 9); kp_dhaB_Int_FP6(서열번호: 10); 및 kp_dhaB_Int_FP7(서열번호: 11)을 사용하였다.Internal primers for amplifying the dhaB gene include kp_dhaB_Int_FP1 (SEQ ID NO: 5); kp_dhaB_Int_FP2 (SEQ ID NO: 6); kp_dhaB_Int_FP3 (SEQ ID NO: 7); kp_dhaB_Int_FP4 (SEQ ID NO: 8); kp_dhaB_Int_FP5 (SEQ ID NO: 9); kp_dhaB_Int_FP6 (SEQ ID NO: 10); And kp_dhaB_Int_FP7 (SEQ ID NO: 11) were used.

1-3. 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026로부터 1-3. Klebsiella New Monica from DSM 2026 gdrBgdrB 유전자의 증폭 Gene amplification

클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026 균주로부터 게놈 DNA를 정방향 프라이머(서열번호: 12)와 역방향 프라이머(서열번호: 13)를 사용하여 PCR을 수행하여 gdrB 유전자를 증폭하여 제한효소 AflⅡ과 SacI로 절단하였다.Genomic DNA from Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain was subjected to PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 12) and a reverse primer (SEQ ID NO: 13) to amplify the gdrB gene and cleaved with restriction enzymes AflII and SacI. .

1-4. 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026로부터 1-4. Klebsiella New Monica from DSM 2026 puuCpuuC 유전자의 증폭Gene amplification

bla 프로모터 유전자를 포함한 puuC 유전자를 증폭하기 위하여 두 차례에 걸쳐 PCR을 수행하였다. 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026 균주로부터 게놈 DNA를 정방향 프라이머(서열번호: 14)와 역방향 프라이머(서열번호: 15)를 사용하여 유전자를 증폭하였다.PCR was performed twice to amplify the puuC gene including the bla promoter gene. Genomic DNA was amplified from the Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain using a forward primer (SEQ ID NO: 14) and a reverse primer (SEQ ID NO: 15).

그 후 증폭된 PCR 산물로부터 정방향 프라이머(서열번호: 16)와 역방향 프라이머(서열번호: 15)를 사용하여 유전자를 증폭하고 제한효소 XbaI과 SacI로 절단하였다.Thereafter, the genes were amplified using the forward primer (SEQ ID NO: 16) and the reverse primer (SEQ ID NO: 15) from the amplified PCR product and digested with restriction enzymes Xba I and Sac I.

1-5. pKD4 플라스미드로부터 카나마이신 저항 유전자의 증폭1-5. Amplification of the kanamycin resistance gene from the pKD4 plasmid

pKD4 벡터(Kirill et., Proceedings of the National Academy of Sciences, 97, (2000), 12)로부터 카나마이신 저항성 유전자를 정방향 프라이머(서열번호: 17)와 역방향 프라이머(서열번호: 18)를 사용하여 PCR을 수행하여 카나마이신 저항성 유전자를 증폭하여 제한효소 NdeI 절단하였다.The kanamycin resistance gene from the pKD4 vector (Kirill et., Proceedings of the National Academy of Sciences, 97, (2000), 12) was subjected to PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 17) and a reverse primer (SEQ ID NO: 18). The kanamycin resistance gene was amplified and digested with restriction enzyme NdeI.

실시예 2. 3-HP 생산용 유전자 재조합 벡터의 제작Example 2. Construction of Gene Recombinant Vector for 3-HP Production

2-1. 재조합 벡터 pPBG1의 제작2-1. Construction of Recombinant Vector pPBG1

실시예 1에서 증폭한 dhaB(dhaB1, dhaB2, dhaB3, dhaB4(gdrA))와 gdrB PCR 단편을 pGEM-T 벡터에 각각 접합하였다. 그리고 제작된 플라즈미드를 E. coli XL1-blue에 각각 도입하였다. DhaB ( dhaB1, dhaB2, dhaB3, dhaB4 ( gdrA )) and gdrB PCR fragments amplified in Example 1 were respectively conjugated to the pGEM-T vector. And the prepared plasmids were introduced into E. coli XL1-blue, respectively.

pTBGA(pGEM-T/dhaB) 플라즈미드는 제한효소 KpnI과 AflⅡ로 절단하였고, pTGB(pGEM-T/gdrB) 플라즈미드는 제한효소 AflⅡ과 SacI로 절단하였다. pTBGA (pGEM-T / dhaB) plasmid was digested with restriction enzymes Kpn I and Afl Ⅱ, pTGB (pGEM-T / gdrB) plasmid was digested with restriction enzymes Afl Ⅱ and Sac I.

두 개의 DNA 단편을 접합하여 제작된 플라즈미드, pTBGAB(pGEM-T/dhaB1234gdrB)를 발현 벡터인 pUCP19 벡터에 클로닝하여 재조합 플라스미드 pPBG1를 얻었다(도 1 참조).Plasmid, pTBGAB (pGEM-T / dhaB1234 and gdrB ), prepared by conjugating two DNA fragments, was cloned into pUCP19 vector, an expression vector, to obtain a recombinant plasmid pPBG1 (see FIG. 1).

2-2. 재조합 벡터 pPBGA1의 제작2-2. Construction of Recombinant Vector pPBGA1

실시예 1에서 증폭한 bla 프로모터를 포함한 pucC PCR 단편을 pGEM-T 벡터에 접합하였다. 그리고 제작된 플라즈미드를 E.coli XL1-blue에 도입하였다. The pucC PCR fragment containing the bla promoter amplified in Example 1 was conjugated to the pGEM-T vector. And the produced plasmid was introduced into E. coli XL1-blue.

pTBPP(pGEMT/bla_promoter_pucC) 플라즈미드는 XbaI 과 SacI 제한효소로 절단하여 재조합 발현 벡터인 pPBG1에 클로닝하여 재조합 플라즈미드pPBGA1를 얻었다(도 2 참조). pTBPP (pGEMT / bla_promoter_pucC) plasmid was digested with Xba I and Sac I restriction enzymes and cloned into pPBG1, a recombinant expression vector, to obtain recombinant plasmid pPBBGA1 (see FIG. 2).

실시예 3. 3-HP 생산용 유전자 재조합 균주의 제작Example 3. Preparation of recombinant strain for 3-HP production

3-1. 3-1. E.coli E.coli XL1-blue/pPBG1 균주의 제작Construction of XL1-blue / pPBG1 Strains

E.coli XL1-blue를 LB 고체배지에 도말하여 36 시간 동안 37℃에서 배양한 후, 콜로니를 LB 액체배지 10 mL에 접종하여 12 시간 배양하였다. 충분히 자란 배양액을 LB 액체배지 100 mL에 1% 접종하여 200 rpm, 37℃ 진탕 배양기에서 배양하였다. 약 4~5 시간 후, OD600가 0.3~0.4 정도가 되면 4℃, 4,500 rpm, 20 분 조건으로 원심분리하여 세포를 수득한 다음, 4℃ 상태의 10% 글리세롤 용액 200 mL로 세포를 재현탁하였다. 그리고 4℃, 5,500 rpm, 20 분 조건으로 원심분리하여 세포를 수득하였다. E. coli XL1-blue was plated on LB solid medium and incubated at 37 ° C. for 36 hours, and then colonies were inoculated in 10 mL of LB liquid medium and incubated for 12 hours. Fully grown culture was inoculated 1% in 100 mL LB medium and incubated in a 200 rpm, 37 ℃ shaking incubator. After about 4 to 5 hours, when the OD600 was about 0.3 to 0.4, the cells were obtained by centrifugation at 4 ° C, 4,500 rpm, and 20 minutes, and the cells were resuspended with 200 mL of a 10% glycerol solution at 4 ° C. . And cells were obtained by centrifugation at 4 ℃, 5,500 rpm, 20 minutes.

재현탁 시 사용되는 글리세롤 용액을 반으로 줄여가며 이를 두 번 연속 실행한 후, 세포와 글리세롤 용액 부피비가 1:1이 되도록 재현탁하여 세포 농축액을 수득하였다. 상기 수득된 세포 농축액과 상기 실시예 2-1에서 제작된 pPBG1를 혼합한 다음, 2.5 kV, 25 μF, 400 ohms의 조건으로 전기천공법(electroporation)을 수행함으로써, 상기 발현 벡터를 배양된 E.coli XL1-blue에 도입시켰다. The glycerol solution used for resuspension was cut in half and run two times in succession, and then the cell concentrate was resuspended so that the volume ratio of the cells and the glycerol solution was 1: 1. E. The cultured expression vector was cultured by mixing the obtained cell concentrate with pPBG1 prepared in Example 2-1, and then performing electroporation under the conditions of 2.5 kV, 25 μF, and 400 ohms . Coli XL1-blue was introduced.

전기충격 후, LB 액체배지 1 mL을 가하여 200 rpm, 37℃ 진탕 배양기에서 1 시간 동안 배양하였다. 배양액을 항생제 암피실린(최종농도 50 ㎍/L)을 함유한 LB 고체 배지에 도말하여, 37℃에서 12 시간 이상 배양하였다. 형성된 콜로니를 암피실린 항생제가 함유된 LB 액체배지에서 12 시간 이상 배양하여, E. coli XL1-blue pPBG1를 준비하였고, 이를 E.coli XL1-blue/ pPBG1 균주라고 명명하였다.After the electric shock, 1 mL of LB liquid medium was added and incubated for 1 hour in a 200 rpm, 37 ℃ shaking incubator. The culture was plated in LB solid medium containing the antibiotic ampicillin (final concentration 50 µg / L) and incubated at 37 ° C for at least 12 hours. To over 12 hours, the formed colonies were cultured in an LB liquid medium containing an antibiotic ampicillin, E. coli XL1-blue pPBG1 was prepared, which was then E. coli XL1-blue / It was named pPBG1 strain.

3-2. 3-2. E.coli E.coli XL1-blue/pPBGA1 균주의 제작Construction of XL1-blue / pPBGA1 Strains

상기 실시예 3-1에 기재된 방법과 동일한 방법으로 E. coli XL1-blue를 실시예 2-2에서 제작된 pPBGA1를 이용하여 형질전환시켰고, E.coli XL1-blue/pPBGA1 균주라고 명명하였다. E. coli XL1-blue was transformed using pPBGA1 prepared in Example 2-2 in the same manner as described in Example 3-1, and was named E. coli XL1-blue / pPBGA1 strain.

3-3. 슈도모나스 디니트리피칸스_pPBG1 균주의 제작3-3. Preparation of Pseudomonas Dinitripicans_pPBG1 Strain

슈도모나스 디니트리피칸스 콜로니를 LB 액체배지에 5 mL 접종하여 12 시간 동안 30℃에서 배양하였다. 충분히 자란 배양액을 LB 액체배지 20 mL에 1% 접종하고 OD600에서 42℃에서 20분간 배양한 후 성장을 멈추기 위하여 30 분간 4℃ 아이스에 배양하였다. 그 후 배양액 5 ml을 4℃, 2,500 rpm, 5 분 조건으로 원심분리하여 세포를 수득하였고, 4℃ 상태의 300 mM 수크로오스 2 ml로 세포를 두 차례 세척하고 10 분간 4℃ 아이스에 보관 하였다. Pseudomonas dinitrippicans colonies were inoculated in 5 mL of LB liquid medium and incubated at 30 ° C. for 12 hours. Fully grown cultures were inoculated 1% in 20 mL of LB broth and incubated at OD 600 for 20 minutes at 42 ° C. and then incubated on 4 ° C. ice for 30 minutes to stop growth. Thereafter, 5 ml of the culture solution was centrifuged at 4 ° C., 2,500 rpm, and 5 minutes to obtain cells. The cells were washed twice with 2 ml of 300 mM sucrose at 4 ° C. and stored at 4 ° C. ice for 10 minutes.

70 ㎕의 300 mM 수크로오스에 상기 실시예 2-1의 재조합 벡터 pPBG1 1.5 ㎍을 혼합한 다음 2 분간 4℃ 아이스에 배양하고 전기천공법(electroporation)을 수행함으로써, 상기 발현 벡터를 배양된 슈도모나스 디니트리피칸스에 도입시켰다. The expression vector was cultured by Pseudomonas denite by mixing 1.5 μg of the recombinant vector pPBG1 of Example 2-1 in 70 μl of 300 mM sucrose and incubating on 4 ° C. ice for 2 minutes and performing electroporation. Introduced to Lipicans.

전기충격 후, SOC 액체배지 500 ㎕을 가하여 200 rpm, 37℃ 진탕 배양기에서 2 시간 동안 배양하였다. 배양액을 항생제 카나마이신(최종농도 30 ㎍/L)을 함유한 LB 고체 배지에 도말하여, 37℃에서 12 시간 이상 배양하였다. 형성된 콜로니를 카나마이신 항생제가 함유된 LB 액체배지에서 12 시간 이상 배양하여, 슈도모나스 디니트리피칸스 pPBG1를 준비하였고, 이를 슈도모나스 디니트리피칸스/pPBG1 균주라고 명명하였다.After the electric shock, 500 μl of SOC liquid medium was added thereto, and then incubated for 2 hours in a 200 rpm, 37 ° C. shaking incubator. The culture was plated in LB solid medium containing the antibiotic kanamycin (final concentration 30 μg / L) and incubated at 37 ° C. for at least 12 hours. Formed colonies were cultured in an LB liquid medium containing kanamycin antibiotic for at least 12 hours, and Pseudomonas dinitripicans pPBG1 was prepared and named Pseudomonas Dinitripicans / pPBG1 strain.

실시예 4. 글리세롤 디하이드라테이즈 및 알데히드 디하이드로지네이즈 활성 측정Example 4 Determination of Glycerol Dehydratase and Aldehyde Dehydrogenase Activity

실시예 3에서 제조된 재조합 미생물을 LB 액상배지 5 mL에 예비 접종하여 37℃에서 12 시간 배양하였다. 충분히 자란 배양액을 동일한 액상배지 50 mL에 1 % 접종하여 200 rpm, 37℃ 진탕 배양기에서 배양하였다. The recombinant microorganism prepared in Example 3 was preinoculated in 5 mL of LB liquid medium and incubated at 37 ° C. for 12 hours. Fully grown culture was inoculated 1% in 50 mL of the same liquid medium and incubated in 200 rpm, 37 ℃ shaking incubator.

배양된 세포의 O.D600가 2.5에 이르렀을 때 원심분리하여 침전된 세포를 인산화 칼륨 완충 용액(100 mM, pH 8.0)을 이용하여 2 번 세척한 후, 동일한 버퍼로 현탁하여 프렌치프레스(FA-078A, Thermo Electron Corp.; Waltham, MA, U.S.A)를 사용하여 1,250 psi의 압력으로 파쇄한 후, 원심분리기를 이용하여 세포 잔해를 제거하고 세포추출 상등액은 효소 활성 측정에 이용하였다.When the OD 600 of the cultured cells reached 2.5, the cells precipitated by centrifugation were washed twice with potassium phosphate buffer solution (100 mM, pH 8.0), suspended in the same buffer, and then pressed with French press (FA-078A). , Thermo Electron Corp .; Waltham, MA, USA) and then crushed at a pressure of 1,250 psi, the cell debris was removed using a centrifuge and the cell extract supernatant was used to measure the enzyme activity.

4-1. 글리세롤 디하이드라테이즈의 활성 측정4-1. Determination of Glycerol Dehydratase Activity

상기 준비된 세포추출물(crude cell)에서의 글리세롤 디하이드라테이즈의 활성은 다음의 방법을 통해 측정하였다. 적당한 양의 세포추출물을 50 mM의 염화칼륨을 포함하는 인산화 칼륨 반응용액(35 mM, pH 8.0)에 첨가하여 37℃에서 5양의 예비배양한 뒤, 50 mM의 글리세롤과 15 μM의 비타민 B-12를 첨가하여 최종 부피가 0.5 ml가 되도록 하여 1 분간 반응시켰다. The activity of glycerol dehydratase in the prepared cell extract (crude cell) was measured by the following method. Appropriate amount of cell extract was added to potassium phosphate reaction solution containing 35 mM potassium chloride (35 mM, pH 8.0) and pre-incubated at 37 ° C. in 5 volumes, followed by 50 mM glycerol and 15 μM of vitamin B-12. Was added and the final volume was 0.5 ml, followed by reaction for 1 minute.

반응을 종결시키기 위하여 동일한 부피의 구연산(citric acid, 100 mM)을 첨가하였다. 생성된 3-HPA는 HPLC (Agilent 1100 series, USA)로 측정하였다. An equal volume of citric acid (100 mM) was added to terminate the reaction. The resulting 3-HPA was measured by HPLC (Agilent 1100 series, USA).

글리세롤 디하이드라테이즈의 효소 활성 단위 1.0 U은 1 분 동안 1 μmol의 3-HPA를 생성하는데 필요한 효소의 양으로 정의하였다. Enzyme active unit 1.0 U of glycerol dehydratase was defined as the amount of enzyme required to produce 1 μmol of 3-HPA for 1 minute.

재조합 미생물Recombinant microorganism dhaB 활성 unitdhaB active unit
(μmol 3-HPA/mg protein /min)(μmol 3-HPA / mg protein / min)
E. coli XL1-blue/pPBG E. coli XL1-blue / pPBG 9.39.3 E. coli XL1-blue/pPBGA E. coli XL1-blue / pPBGA 5.95.9 Pseudomonas denitrificans/pPBG Pseudomonas denitrificans / pPBG 2.82.8 Pseudomonas denitrificans (WT) Pseudomonas denitrificans (WT) 0.00.0

그 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 재조합 미생물 슈도모나스 디니트리피칸스 DSM 2026/pPBG 의 경우 글리세롤 디하이드라테이즈의 효소 활성이 2.8 U/mg의 활성이 있었지만, 모균주인 슈도모나스 디니트리피칸스(WT)는 전혀 활성이 나타나지 않았다.As a result, as shown in Table 1, in the recombinant microorganism Pseudomonas Dinitripicans DSM 2026 / pPBG according to the present invention, the enzyme activity of glycerol dehydratase was 2.8 U / mg, but Pseudomonas is the parent strain. Dinitripicans (WT) showed no activity at all.

E. coli XL1-blue/pPBG 와 E. coli XL1-blue/pPBGA 는 각각 9.3 U/mg와 5.9 U/mg 의 글리세롤 디하이드라테이즈의 효소 활성이 있었다. E. coli XL1-blue / pPBG and E. coli XL1-blue / pPBGA had enzymatic activities of 9.3 U / mg and 5.9 U / mg of glycerol dehydratase, respectively.

유전자 재조합 미생물의 활성 차이가 존재하고, 모두 활성이 얻어진 것은 적절 하였으며, 형질전환이 잘 이루어진 결과라 할 수 있다.There was a difference in activity of the recombinant microorganisms, and all of the activity was appropriate, and the transformation was well done.

4-2. 알데히드 디하이드로지네이즈의 활성 측정4-2. Determination of the activity of aldehyde dehydrogenase

알데히드 디하이드로지네이즈의 활성은 다음의 방법을 통해 측정하였다. 적당한 양의 세포추출물을 1 mM의 2-메르캅토 에탄올을 포함한 인산화 칼륨 반응용액(50 mM, pH 7.0)에 첨가하여 30℃에서 5 분간 전배양한 뒤, 1 mM의 알데히드와 2 mM의 NAD(P)+를 최종 부피가 0.5 ml가 되도록 하여 반응을 개시하였다. The activity of aldehyde dihydrogenase was measured by the following method. Appropriate amount of cell extract was added to potassium phosphate reaction solution (50 mM, pH 7.0) containing 1 mM 2-mercapto ethanol and pre-incubated for 5 minutes at 30 ° C., followed by 1 mM aldehyde and 2 mM NAD ( The reaction was initiated with P) + to a final volume of 0.5 ml.

효소의 활성은 340 nm에서 NAD(P)+가 NAD(P)H로 환원되는 것을 측정하여 검토하였다. 생성된 NAD(P)H의 양은 몰랄(molar) 흡광계수 (extinction coefficient; △ε340) 6.22 × 103 M-1 cm-1을 사용하여 결정하였다. The activity of the enzyme was examined by measuring the reduction of NAD (P) + to NAD (P) H at 340 nm. The amount of NAD (P) H produced was determined using a molar extinction coefficient (Δε 340 ) 6.22 × 10 3 M −1 cm −1 .

알데히드 디하이드로지네이즈의 활성 단위 1.0 U은 1 분 동안 1 μmol의 NAD(P)+가 NAD(P)H로 환원되는데 필요한 효소의 양으로 정의하였다.The active unit 1.0 U of aldehyde dehydrogenase was defined as the amount of enzyme required to reduce 1 μmol of NAD (P) + to NAD (P) H for 1 minute.

재조합 미생물Recombinant microorganism 특이적 활성: Specific activity:
μmol NADH/mg protein/min (U/mg)μmol NADH / mg protein / min (U / mg)
E. coli XL1-blue/pPBG1 E. coli XL1-blue / pPBG1 00 E. coli XL1-blue/pPBGA1 E. coli XL1-blue / pPBGA1 0.050.05 Pseudomonas denitrificans/pPBG1 Pseudomonas denitrificans / pPBG1 0.020.02 Pseudomonas denitrificans (WT) Pseudomonas denitrificans (WT) 0.030.03

그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이, E. coli XL1-blue/pPBGA1 균주의 알데히드 디하이드로지네이즈의 효소 활성은 0.05 U/mg이었으며, E. coli XL1-blue/pPBG1 균주의 경우 알데히드 디하이드로지네이즈의 효소 활성이 나타나지 않았지만, P. denitrificans/pPBG1 균주의 경우 알데히드 디하이드로지네이즈의 효소 활성은 0.02 U/mg으로 나타났다. 이는 외래의 알데히드 디하이드로지네이즈의 효소 발현 없이도 P. denitrificans/pPBG1은 3-HP를 생산할 수 있음을 나타낸다.As a result, as shown in Table 2, the enzymatic activity of the aldehyde dehydrogenase of the E. coli XL1-blue / pPBGA1 strain was 0.05 U / mg, and the aldehyde dehydrozine of the E. coli XL1-blue / pPBG1 strain. Although the enzyme activity of izu was not shown, the enzyme activity of aldehyde dehydrogenase was 0.02 U / mg in P. denitrificans / pPBG1 strain. This indicates that P. denitrificans / pPBG1 can produce 3-HP without enzymatic expression of foreign aldehyde dehydrogenase.

야생 P. denitrificans (WT)는 0.03 U/mg 의 알데히드 디하이드로지네이즈의 효소 활성을 나타내었다. 따라서 야생 P. denitrificans (WT) 균주가 3-하이드록시 프로피온알데히드를 기질로 하는 알데히드 디하이드로지네이즈를 자체적으로 생산함을 알 수 있었다.Wild P. denitrificans (WT) showed enzymatic activity of aldehyde dehydrogenase of 0.03 U / mg. Therefore, it was found that wild P. denitrificans (WT) strain produced its own aldehyde dehydrogenase based on 3-hydroxy propionaldehyde.

실시예 5. 형질전환된 Example 5. Transformed Pseudomonas denitrificansPseudomonas denitrificans /Of pPBG1 배양에서의 3-HP의 생산Production of 3-HP in pPBG1 Cultures

실시예 3-3에서 제조된 재조합 균주 P. denitrificans/pPBG1 을 효모추출물 2 g/L 를 포함한 M9 액상배지 10 mL에 예비 접종하여 37℃에서 12 시간 예비배양 하였다. 충분히 자란 배양액을 글루코오즈 20 mM, 효모추출물 2 g/L를 첨가한 M9 액상배지(pH 7.0)에서 배양하였다. Recombinant strain P. denitrificans / pPBG1 prepared in Example 3-3 was preinoculated in 10 mL of M9 liquid medium containing 2 g / L yeast extract was incubated for 12 hours at 37 ℃. Fully grown cultures were cultured in M9 liquid medium (pH 7.0) with 20 mM glucose and 2 g / L yeast extract.

이때 배양액이 pH를 유지시키기 위하여 100 mM의 인산화 칼륨 완충 용액을 사용하였다. 세포의 배양은 50mL의 배지를 포함하는 250mM Erlenmeyer 플라스크를 사용하여 온도 37℃에서 200 rpm 으로 배양 하였다. At this time, 100 mM potassium phosphate buffer solution was used to maintain the pH of the culture. Culture of the cells was incubated at a temperature of 37 ℃ 200 rpm using a 250mM Erlenmeyer flask containing 50mL of medium.

이 후 O.D600 가 1.0에 이르렀을때 글루코오즈 6.5 mM, 글리세롤 50mM 첨가하였다. Then, when OD 600 reached 1.0, 6.5 mM of glucose and 50 mM of glycerol were added.

그 결과, 도 3에 도시된 바와 같이 비타민 B-12를 전혀 첨가하지 않고도 29시간 배양시간에 최대 15.85 mmol/L의 3-HP가 얻어졌다. 이때 미생물의 농도는 1.13 mg/l이었고 또한 사용된 글리세롤 대비 생산된 3-HP의 비는 약 0.33(수율 33%)이었다. 또한 전체 배양은 호기적인 조건에서 이루어 졌다. 한편, 동일한 방법으로 야생 P. denitrificans (WT)를 배양하였다. 배양 시간에 관계없이 3-HP는 전혀 생산되지 않았다. As a result, as shown in FIG. 3, up to 15.85 mmol / L of 3-HP was obtained at 29 hours incubation time without adding any vitamin B-12. At this time, the concentration of the microorganism was 1.13 mg / l and the ratio of 3-HP produced relative to the glycerol used was about 0.33 (yield 33%). In addition, the entire culture was carried out under aerobic conditions. Meanwhile, wild P. denitrificans (WT) were cultured in the same manner. Regardless of incubation time, 3-HP was not produced at all.

따라서 유전자 재조합 균주 P. denitrificans/pPBG1 가 도 3에서 보여준 3-HP 생산능력은 플라스미드로 도입된 글리세롤 디하이드라테이즈와 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화 효소의 작용 때문임을 확인할 수 있었다.Therefore, it could be confirmed that the 3-HP production capacity of the recombinant strain P. denitrificans / pPBG1 was shown in FIG. 3 due to the action of glycerol dehydratase and glycerol dehydratase reactivating enzyme introduced into the plasmid.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시예일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백한 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.As described above in detail specific parts of the present invention, it is apparent to those skilled in the art that such specific descriptions are merely preferred embodiments, thereby not limiting the scope of the present invention. will be. Therefore, the substantial scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the claims.

한국생명공학연구원Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology KCTC11672BPKCTC11672BP 2010032620100326

<110> Institute for research and industry cooperation, PNU <120> Recombinant microorganism having vitamin B-12 synthesis capability and preparation method of 3-hydroxypropionic acid therewith <130> DP-2010-0140 <160> 18 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for bla promoter gene <400> 1 ggcgaagctt ctaaatacat tcaaatat 28 <210> 2 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for bla promoter gene <400> 2 gacgagctct ctagaggtac cactcttcct ttttcaata 39 <210> 3 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for dhaB gene <400> 3 agtggtacca tgaaaagatc aaaacgattt gc 32 <210> 4 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for dhaB gene <400> 4 atcttaagcc tgattaattc gcctgaccgg ccagt 35 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 5 ctggcgctgt tggtcggttc g 21 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 6 tttctccggc tacagcgcgg t 21 <210> 7 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 7 tagcttctgc cgatgaacgc g 21 <210> 8 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 8 cgcattctgg ctatctataa c 21 <210> 9 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 9 ctctcgcatc tatcttaacg 20 <210> 10 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 10 tggatacgtt tattccgcgc a 21 <210> 11 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 11 cgataaaaaa atacccgctg g 21 <210> 12 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for gdrB gene <400> 12 gtgcagctta agaaaatgtc gctttcaccg ccaggcgta 39 <210> 13 <211> 31 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for gdrB gene <400> 13 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preparation method of 3-hydroxypropionic acid          therewith <130> DP-2010-0140 <160> 18 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for bla promoter gene <400> 1 ggcgaagctt ctaaatacat tcaaatat 28 <210> 2 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for bla promoter gene <400> 2 gacgagctct ctagaggtac cactcttcct ttttcaata 39 <210> 3 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for dhaB gene <400> 3 agtggtacca tgaaaagatc aaaacgattt gc 32 <210> 4 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for dhaB gene <400> 4 atcttaagcc tgattaattc gcctgaccgg ccagt 35 <210> 5 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 5 ctggcgctgt tggtcggttc g 21 <210> 6 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Internal primer for dhaB gene <400> 6 tttctccggc tacagcgcgg t 21 <210> 7 <211> 21 <212> DNA <213> 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Claims (12)

비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물에 글리세롤 디하이드라테이즈(glycerol dehydratase)를 코딩하는 유전자 및 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화인자(glycerol dehydratase reactivase)를 코딩하는 유전자로 구성된 재조합 벡터를 형질 도입한 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.A recombinant vector consisting of a gene encoding glycerol dehydratase and a gene encoding a glycerol dehydratase reactivase is transfected into a microorganism having a vitamin B-12 producing ability. A recombinant microorganism having a vitamin B-12 producing ability. 청구항 1에 있어서, 상기 재조합 벡터는 알데히드 디하이드로지네이즈(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 유전자를 추가로 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.The method of claim 1, wherein the recombinant vector is a recombinant microorganism having a vitamin B-12 production capacity, characterized in that further comprises a gene encoding aldehyde dehydrogenase (aldehyde dehydrogenase). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물은 슈도모나스 속(genus Pseudomonas), 클렙시엘라 속(genus Klebsiella), 프로피오닉박테리움 속(genus Propionibacterium), 로도슈도모나스 속(genus Rhodopseudomonas) 및 리조비움 속(genus Rhizobium)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 미생물인 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.The method according to claim 1 or 2, wherein the microorganisms having the ability to produce vitamin B-12 is Genus Pseudomonas , Genus Klebsiella , Genus Propionibacterium , Genus Rhodopseudomonas genus Rhodopseudomonas ) And Recombinant microorganism having a vitamin B-12 producing ability, characterized in that any one microorganism selected from the group consisting of genus Rhizobium . 청구항 3에 있어서, 상기 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물은 슈도모나스 디니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans), 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae), 프로피오닉박테리움 스헤르만니이(Propionibacterium shermanii), 로도슈도모나스 프로타미쿠스(Rhodopseudomonas protamicus) 및 리조비움 발라미노지놈(Rhizobium cobalaminogenum)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 미생물인 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.The method of claim 3, wherein the microorganisms having the ability to produce vitamin B-12 are Pseudomonas denitrificans , Klebsiella pneumoniae , Propionibacterium shermanii , Rhodo Rhodopseudomonas protamicus and Recombinant microorganisms having a vitamin B-12 producing ability , characterized in that any one of the microorganisms selected from the group consisting of Rhizobium cobalaminogenum . 청구항 4에 있어서, 상기 비타민 B-12 생성능을 가지는 미생물은 슈도모나스 데니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans, 기탁번호 KCCM 2026)인 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.The recombinant microorganism having the vitamin B-12 producing ability according to claim 4, wherein the microorganism having the vitamin B-12 producing ability is Pseudomonas denitrificans (Accession No. KCCM 2026). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 글리세롤 디하이드라테이즈를 코딩하는 유전자는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래된 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.The method of claim 1 or claim 2, wherein the gene encoding the glycerol dehydratase is recombinant, having the ability to produce vitamin B-12, characterized in that derived from genomic DNA of Klebsiella pneumoniae DSM 2026 microbe. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화효소를 코딩하는 유전자는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래된 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.The method of claim 1 or 2, wherein the gene encoding the glycerol dehydratase reactivase is Klebsiella pneumoniae ( Klebsiella pneumoniae ) A recombinant microorganism having vitamin B-12 producing ability, which is derived from genomic DNA of DSM 2026. 청구항 2에 있어서, 상기 알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 유전자는 대장균(Escherichia coli) K-12로부터 유래된 aldH 유전자, 아조스피릴룸 브라실렌즈(Azospirillum brasilense)로부터 유래된 kgsadh-I 유전자 및 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래된 puuC 유전자로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.The method according to claim 2, wherein the aldehyde D gene encoding a hydro centipede rise is Escherichia coli (Escherichia coli) K-12 The aldH gene, azo RY rilrum derived from Bra chamber lens (Azospirillum brasilense) when the kgsadh-I gene and keulrep derived from Elle pneumoniae ( Klebsiella pneumoniae ) Recombinant microorganisms having a vitamin B-12 production capacity , characterized in that selected from the group consisting of puuC gene derived from genomic DNA of DSM 2026. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 재조합 미생물은 슈도모나스 디니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans) pPBG1(GSB0167, 기탁번호 KCTC 11672BP)인 것을 특징으로 하는, 비타민 B-12 생성능을 갖는 재조합 미생물.The recombinant microorganism of claim 1 or 2, wherein the recombinant microorganism is Pseudomonas denitrificans pPBG1 (GSB0167, Accession No. KCTC 11672BP). 청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항의 재조합 미생물을 포도당과 글리세롤을 탄소원으로 함유하는 배양배지에서 배양하는 단계; 및
상기 배양액으로부터 3-하이드록시프로피온산을 생산하는 단계
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3-하이드록시프로피온산의 제조방법.
Culturing the recombinant microorganism of any one of claims 1 to 9 in a culture medium containing glucose and glycerol as a carbon source; And
Producing 3-hydroxypropionic acid from the culture solution
Method for producing 3-hydroxypropionic acid, characterized in that comprises a.
청구항 10에 있어서, 상기 배양하는 단계는 호기 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 3-하이드록시프로피온산의 제조방법.The method for preparing 3-hydroxypropionic acid according to claim 10, wherein the culturing is performed under aerobic conditions. 청구항 10 또는 청구항 11에 있어서, 상기 글리세롤로부터 3-하이드록시프로피온산을 생산하는 단계에서 비타민 B-12를 첨가하는 것을 특징으로 하는 3-하이드록시프로피온산의 제조방법.The method for producing 3-hydroxypropionic acid according to claim 10 or 11, wherein vitamin B-12 is added in the step of producing 3-hydroxypropionic acid from the glycerol.
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