KR20120041827A - Recombinant microorganism transformed with puuc gene encoding 3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase and method of preparing 3-hydroxypropionic acid or co-preparing 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionic acid therewith - Google Patents

Recombinant microorganism transformed with puuc gene encoding 3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase and method of preparing 3-hydroxypropionic acid or co-preparing 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionic acid therewith Download PDF

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Abstract

PURPOSE: A recombinant microorganism is provided to produce 1,3-pripandiol and 3-hydroxypropionic acid without vitamin B-12. CONSTITUTION: A recombinant microorganism produces 3-hydroxypropionic acid or 3-hydroxypropionic acid and 1,3-propandiol simultaneously by transducing a recombinant vector containing puuC gene encoding aldehyde dehydrogenase. The recombinant vector additionally contains dhaB gene encoding glycerol dehydratase and gdrAB gene encoding glycerol dehydratase reactivase. The puuC gene encoding aldehyde dehydrogenase is derived from the genomic DNA Klebsiella pneumoniae DSM 2026.

Description

알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 puuC 유전자가 형질도입된 재조합 미생물 및 이를 이용한 3-하이드록시프로피온산 단독 혹은 1,3?프로판디올 및 3?하이드록시프로피온산의 동시 제조방법{Recombinant microorganism transformed with puuC gene encoding 3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase and method of preparing 3-hydroxypropionic acid or co-preparing 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionic acid therewith}Recombinant microorganism transformed with puuC gene coding 3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase and method of preparing 3-hydroxypropionic acid or co-preparing 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionic acid therewith}

본 발명은 알데히드 디하이드로지네이즈(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 puuC 유전자가 형질도입된 재조합 미생물 및 이를 이용한 3-하이드록시프로피온산 단독 혹은 1,3-프로판디올 및 3-하이드록시프로피온산의 동시 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a recombinant microorganism transduced with the puuC gene encoding aldehyde dehydrogenase and a method for preparing 3-hydroxypropionic acid alone or 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionic acid using the same. It is about.

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 세계적으로는 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
Figure pat00001

반응식 1의 공정에 필요한 첫 번째 효소인 글리세롤 디하이드라테이즈는 글리세롤에서 1,3-프로판디올(1,3-PDO)을 생산하는 능력이 탁월한 클렙시엘라 뉴모니애에서 이미 잘 알려져 있다(Mu Y et al., Biotechnol. Letters. 28:1755-1759 (2006). 이 효소는 반응을 위해 보조효소인 비타민 B-12를 필요로 한다.Glycerol dehydratase, the first enzyme required for the process of Scheme 1, is well known in Klebsiella pneumoniae, which has an excellent ability to produce 1,3-propanediol (1,3-PDO) from glycerol (Mu Y et al., Biotechnol.Letters.28 : 1755-1759 (2006) This enzyme requires vitamin B-12, a coenzyme for the reaction.

그러나, 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).However, enzymes with high specificity for 3-HPA have not been found so far. 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).

그러나 클렙시엘라 뉴모니애 유래로 3-HPA 에 대해 활성이 높은 알데히드 디하이드로지네이즈는 아직까지 보고되지 않았다. 만일 클렙시엘라 뉴모니애 유래의 적절한 알데히드 디하이드로지네이즈가 얻어진다면 DhaB의 활성이 높은 클렙시엘라 뉴모니애 내에 단순히 이 효소만을 과발현 시킴으로써 3-HP의 생산이 가능하게 된다. But Klebsiella Newmonia As a result, aldehyde dehydrogenase having high activity against 3-HPA has not been reported yet. If Klebsiella Newmonia Klebsiella pneumoniae with high DhaB activity, if appropriate aldehyde dehydrogenase derived from By simply overexpressing this enzyme in the cell, 3-HP production is possible.

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 클렙시엘라 뉴모니애 유래 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, Klebsiella pneumoniae dehydratase derived from Klebsiella pneumoniae that dehydrates glycerol to produce 3-HPA, necessarily requires vitamin B-12, and E. coli has the ability to produce this vitamin B-12. This is because they do not have their own.

값비싼 비타민 B-12 문제를 해결하는 방법은 대장균 외에 비타민 B-12를 자체적으로 생산하는 능력을 가진 균주를 숙주로 사용하는 것이다. 현재까지 자체적으로 비타민 B-12를 생산한다고 알려진 미생물은 슈도모나스 디니트리피칸스, 클렙시엘라 뉴모니애 등이다. 그러나 슈도모나스 디니트리피칸스는 글리세롤 대사능력이 전혀 없고, 유전자 조작 기술이 제대로 개발되어 있지 않다. 한편 클렙시엘라 뉴모니애는 자체적으로 비타민 B-12를 생산하는 능력이 있고 고활성의 글리세롤 디하이드라테이즈도 가지고 있지만 3-HPA에 특이적으로 작용하여 3-HP를 생산하는 디하이드로지네이즈에 대해서는 아직 알려진 바가 없다. The solution to the expensive vitamin B-12 problem is to use a strain that has the ability to produce vitamin B-12 on its own in addition to E. coli. To date, microorganisms known to produce vitamin B-12 by themselves are Pseudomonas dinitripicans , Klebsiella pneumoniae . However, Pseudomonas Dinitripicans has no ability to metabolize glycerol and genetic engineering techniques are not well developed. Klebsiella pneumoniae, on the other hand, has the ability to produce vitamin B-12 on its own and has a high activity of glycerol dehydratase, but dehydrogenase that produces 3-HP by specifically acting on 3-HPA. Is not yet known.

이에 본 발명자들은 글리세롤 대사능력이 탁월하고 비타민 B-12를 자체적으로 생산할 수 있는 미생물인 클렙시엘라 뉴모니애를 통하여 외부에서 비타민 B-12를 공급하지 않고 글리세롤로부터 3-HP를 생산하고자 노력한 결과, 클렙시엘라 뉴모니애 내에 3-HPA를 고효율로 3-HP로 전환하는 능력이 탁월한 효소를 코딩하는 유전자인 puuC를 찾아서 특성을 파악하고 클렙시엘라 뉴모니애 내에 과발현하게 되었다. 또한 중간 산물인 3-HPA를 1,3-PDO로 환원하는 DhaT 유전자를 클렙시엘라 뉴모니애 내에서 결실시킴으로써 글리세롤로부터 3-HPA를 단독으로 혹은 3-HPA 와 1,3-PDO를 동시에 생산할 수 있는 균주를 제작하게 되었다. 더 나아가 상기 puuC 유전자를 DhaB와 GdrAB 활성을 갖는 유전자 재조합 대장균 내에서 aldH 또는 kgsadh-I 대신 발현시킴으로써 고효율로 3-HP를 생산할 수 있음을 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 Klebsiella pneumoniae, a microorganism having excellent glycerol metabolism ability and capable of producing vitamin B-12 by itself. , Klebsiella New Monica Find and characterize puuC , a gene that encodes an enzyme that has excellent ability to convert 3-HPA into 3-HP in high efficiency, and is characterized by Klebsiella pneumoniae Was overexpressed within. In addition, by deleting the DhaT gene, which reduces the intermediate product 3-HPA to 1,3-PDO, in Klebsiella pneumoniae, it is possible to produce 3-HPA alone or 3-HPA and 1,3-PDO simultaneously from glycerol. It was possible to produce a strain that can be. Furthermore, the present invention was completed by confirming that the puuC gene can be produced in high efficiency by expressing the puuC gene instead of aldH or kgsadh -I in recombinant E. coli having DhaB and GdrAB activities.

본 발명의 목적은 여러 종류의 박테리아가 글리세롤로부터 3-HP를 단독으로 혹은 3-HP와 동시에 1,3-PDO를 생산할 수 있도록 형질전환 하는데 필요한 유전자, 즉 3-하이드록시프로피온 알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 puuC 유전자를 포함하는 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 제공하는 데에 있다. An object of the present invention is the gene necessary for transformation of various bacteria to produce 1,3-PDO from glycerol alone or simultaneously with 3-HP, namely 3-hydroxypropion aldehyde dehydrogenase It is to provide a recombinant microorganism transformed with a recombinant vector containing a puuC gene encoding.

또한, 본 발명의 다른 목적은 3-하이드록시프로피온 알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 puuC 유전자와, 추가적으로 글리세롤 디하이드라테이즈를 코딩하는 유전자 및 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화 효소를 코딩하는 유전자로 포함하여 구성되는 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 제공하는 데에 있다.  Further, another object of the present invention is to include puuC gene encoding 3-hydroxypropion aldehyde dehydrogenase, and additionally, a gene encoding glycerol dehydratase and a gene encoding glycerol dehydratase reactivation enzyme. It is to provide a recombinant microorganism transformed with a recombinant vector consisting of.

또한, 본 발명의 또다른 목적은 상기 재조합 미생물을 이용하여 값비싼 기질인 비타민 B-12의 사용 없이도 글리세롤로부터 3-HP를 단독으로 혹은 3-HP와 1,3-PDO를 동시 생산하는 방법을 제공하는 데에 있다. In addition, another object of the present invention is to use a recombinant microorganism to produce 3-HP alone or 3-HP and 1,3-PDO simultaneously from glycerol without the use of an expensive substrate, vitamin B-12. To provide.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알데히드 디하이드로지네이즈(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 puuC 유전자로 구성된 재조합 벡터를 형질 도입함으로써 글리세롤로부터 3-하이드록시프로피온산 단독, 또는 3-하이드록시프로피온산과 1,3-프로판디올을 동시에 생산하는 것을 특징으로 하는 재조합 미생물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is a 3-hydroxypropionic acid alone, or 3-hydroxypropionic acid and 1, from glycerol by transducing a recombinant vector consisting of puuC gene encoding aldehyde dehydrogenase (aldehyde dehydrogenase) It provides a recombinant microorganism characterized in that it simultaneously produces 3-propanediol.

상기 재조합 벡터는 글리세롤 디하이드라테이즈(glycerol dehydratase)를 코딩하는 dhaB 유전자 및 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화인자(glycerol dehydratase reactivase)를 코딩하는 gdrAB 유전자를 추가로 포함하여 구성될 수 있다.The recombinant vector may further include a dhaB gene encoding glycerol dehydratase and a gdrAB gene encoding glycerol dehydratase reactivase.

본 발명에서 숙주로서 사용되는 미생물은 비타민 B-12 생성능을 갖거나 갖지 않는 어떠한 미생물이라 사용 가능하며, 예를들어 에스케리키아 속(genus Escherichia), 클렙시엘라 속(genus Klebsiella), 슈도모나스 속(genus Pseudomonas), 프로피오닉박테리움 속(genus Propionibacterium), 로도슈도모나스 속(genus Rhodopseudomonas) 및 리조비움 속(genus Rhizobium)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 미생물일 수 있다.The microorganism used as a host in the present invention can be used as any microorganism with or without vitamin B-12 production ability, for example, genus Escherichia , genus Klebsiella , Pseudomonas genus ( genus Pseudomonas ), genus Propionibacterium , genus Rhodopseudomonas , and It may be any one microorganism selected from the group consisting of genus Rhizobium .

보다 상세하게는, 상기 미생물은 에스케리키아 콜리(Escherichia coli BL21), 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae), 클렙시엘라 뉴모니애 △dhaT(Klebsiella pneumoniae dhaT), 슈도모나스 디니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans), 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 microorganism is Escherichia coli BL21, Klebsiella pneumoniae , Klebsiella pneumoniaedhaT (Klebsiella pneumoniaedhaT ), Pseudomonas dinitripicans ( Pseudomonas denitrificans ), Propionibacterium shermanii , Rhodopseudomonas protamicus and It may be any one microorganism selected from the group consisting of Rhizobium cobalaminogenum .

상기 알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 puuC 유전자, 상기 글리세롤 디하이드라테이즈를 코딩하는 dhaB 유전자 및 상기 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화효소를 코딩하는 gdrAB 유전자는 각각 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래될 수 있다.The puuC gene encoding the aldehyde dehydrogenase, the dhaB gene encoding the glycerol dehydratase and the gdrAB gene encoding the glycerol dehydratase reactivase are respectively Klebsiella pneumoniae Can be derived from the genomic DNA of DSM 2026.

또한, 상기 재조합 미생물은 Escherichia coli/pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC; GSB0181 (KCTC 11674BP), Klebsiella pneumoniae/pUC19_puuC; GSB0098 (KCTC 11671BP) 및 Klebsiella pneumoniae△dhaT/pUC19_puuC; GSB0163 (KCTC 11673BP)로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.In addition, the recombinant microorganism is Escherichia coli / pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC; GSB0181 (KCTC 11674BP), Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC; GSB0098 (KCTC 11671BP) and Klebsiella pneumoniae ΔdhaT / pUC19_puuC; GSB0163 (KCTC 11673BP) can be any one selected from the group consisting of.

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 유전자가 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) that consists of protein and GdrA gdrB gdrB protein gene coding for coding.

또한, 알데히드 디하이드로지네이즈도 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae)에서 유래한 효소로, 3-HPA를 3-HP로 전환시키며 puuC 유전자(KPN_01018)가 코딩하는 PuuC 단백질로 구성되어 있다. Aldehyde dehydrogenase is also an enzyme derived from Klebsiella pneumoniae , which converts 3-HPA to 3-HP and is encoded by the PuuC gene (KPN_01018). It is composed of protein.

또한, 본 발명은 상기 재조합 미생물을 글리세롤을 탄소원으로 함유하는 배양배지에서 배양하는 단계; 및 상기 배양액으로부터 3-HP를 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 glycerol as a carbon source; And it provides a method for producing 3-HP comprising the step of producing 3-HP from the culture.

또한, 본 발명은 상기 재조합 미생물을 글리세롤을 탄소원으로 함유하는 배양배지에서 배양하는 단계; 및 상기 배양액으로부터 3-HP와 1,3-PDO를 동시에 생산하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3-HP와 1,3-PDO의 동시 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of culturing the recombinant microorganism in a culture medium containing glycerol as a carbon source; And it provides a method for the simultaneous production of 3-HP and 1,3-PDO comprising the step of producing 3-HP and 1,3-PDO from the culture at the same time.

본 발명에 따른 재조합 미생물을 숙주로 사용하고, 글리세롤을 탄소원으로 이용하여 3-HP를 단독으로 생산할지, 아니면 3-HP와 1,3-PDO를 동시에 생산할지 여부는 배양 단계에서 산소 공급에 따라 조절될 수 있다.Whether the recombinant microorganism according to the present invention is used as a host and glycerol is used as a carbon source to produce 3-HP alone or simultaneously to produce 3-HP and 1,3-PDO depends on the oxygen supply in the culture step. Can be adjusted.

즉, 상기 배양단계가 호기 조건에서 수행되면 3-HP를 단독 생산할 수 있고, 특히 3-HPA를 1,3-PDO로 환원시키는 dhaT 유전자를 결실시킴으로써 3-HP를 단독 생산할 수 있는 반면, 상기 배양단계가 혐기 조건 또는 부분 호기 조건에서 수행되면 3-HP와 1,3-PDO를 동시에 생산할 수 있다. 예를 들어, 3-HP 단독 생산을 위해서는 산소 농도를 20% 이상으로 유지하고, 3-HP와 1,3-PDO의 동시 생산을 위해서는 산소 농도를 20% 이하로 유지할 수 있다.That is, when the culture step is carried out under aerobic conditions, 3-HP can be produced alone, and 3-HP can be produced alone by deleting the dhaT gene which reduces 3-HPA to 1,3-PDO, whereas the culture If the step is carried out under anaerobic or partial aerobic conditions, it is possible to produce 3-HP and 1,3-PDO simultaneously. For example, oxygen concentration can be maintained at 20% or higher for 3-HP production alone, and oxygen concentration at 20% or lower for simultaneous production of 3-HP and 1,3-PDO.

상기 글리세롤로부터 3-HP 단독 생산 단계 또는 3-HP와 1,3-PDO 동시 생산 단계에서 비타민 B-12를 첨가할 수 있다.Vitamin B-12 may be added from the glycerol alone in the 3-HP production step or in the simultaneous production of 3-HP and 1,3-PDO.

또한, 상기 재조합 미생물의 배양 및 3-HP와 1,3-PDO의 수득과정은 종래 발효공업에서 통상적으로 알려진 배양방법 및 분리정제방법을 사용하여 수행할 수 있다.In addition, the process of culturing the recombinant microorganism and 3-HP and 1,3-PDO can be carried out using a culture method and a separate purification method known in the conventional fermentation industry.

본 발명에 따른 재조합 미생물은 고가의 비타민 B-12의 첨가없이 저가의 글리세롤로부터 효율적으로 3-HP 또는 1,3-PDO를 생산할 수 있으므로, 3-HP 또는 1,3-PDO와 같은 목적 대사산물의 생산가격을 절감하면서 3-HP 또는 1,3-PDO를 생산하는 균주로서 매우 유용하게 사용될 수 있다.Recombinant microorganism according to the present invention can efficiently produce 3-HP or 1,3-PDO from low-cost glycerol without the addition of expensive vitamin B-12, the desired metabolite such as 3-HP or 1,3-PDO It can be very useful as a strain producing 3-HP or 1,3-PDO while reducing the production cost of.

도 1은 재조합 벡터 pUC19_puuC의 개열 지도이다.
도 2는 Escherichia coli BL21/pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC의 호기 조건에서 실시된 회분식 발효 결과이다.
도 3a 내지 도 3c는 Klebsiella pneumoniae/pUC19_puuC의 회분식 발효 결과이다(a: 혐기조건, b: 부분호기조건, c: 호기조건).
도 4a 내지 도 4d는 Klebsiella pneumoniae △dhaT/pUC19_puuC의 회분식 발효(a, b, c) 및 유가식 발효(d) 결과이다(a: 혐기조건, b: 부분호기조건, c: 호기조건, d: 호기조건으로 배양 후 부분 호기조건으로 발효).
1 is a cleavage map of the recombinant vector pUC19_puuC.
2 is a batch fermentation result carried out under aerobic conditions of Escherichia coli BL21 / pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC.
3A to 3C are batch fermentation results of Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC (a: anaerobic conditions, b: partial aerobic conditions, c: aerobic conditions).
4A to 4D show the results of batch fermentation (a, b, c) and fed-batch fermentation (d) of Klebsiella pneumoniae ΔdhaT / pUC19_puuC (a: anaerobic conditions, b: partial aerobic conditions, c: aerobic conditions, d: Incubated under aerobic conditions and then fermented under partial aerobic conditions).

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 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) 및 에스케리키아 콜리(Escherichia coli)를 숙주세포로 사용하여 글리세롤로부터 3-HP 또는 1,3-PDO를 생산하는 방법을 개시하였지만, 비타민 B-12 생성능을 갖는 다른 미생물들, 즉 슈도모나스 디니트리피컨스(Pseudomonas denitrificans), 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, the following examples disclose a method of producing 3-HP or 1,3-PDO from glycerol using Klebsiella pneumoniae and Escherichia coli as host cells. Other microorganisms with the ability to produce vitamin B-12, such as Pseudomonas denitrificans , 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. 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026로부터 1-1. Klebsiella New Monica from DSM 2026 dhaBdhaB 유전자의 증폭 Gene amplification

클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026 균주로부터 게놈 DNA를 정방향 프라이머(서열번호: 1)와 역방향 프라이머(서열번호: 2)를 사용하여 PCR을 수행하여 dhaB1, dhaB2, dhaB3 및 dhaB4 (gdrA) 유전자를 증폭하여 제한효소 EcoRI 과 HindⅢ로 절단하였다.Genomic DNA from the Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain was subjected to PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 1) and a reverse primer (SEQ ID NO: 2) to dhaB1, dhaB2, dhaB3 and dhaB4 (gdrA). ) Genes were amplified and digested with restriction enzymes EcoRI and HindIII.

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

클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026 균주로부터 게놈 DNA를 정방향 프라이머(서열번호: 3)와 역방향 프라이머(서열번호: 4)를 사용하여 PCR을 수행하여 gdrB 유전자를 증폭하여 제한효소 HindⅢ 과 AfIⅡ로 절단하였다.Genomic DNA from 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 amplify the gdrB gene and digested with restriction enzymes HindIII and AfIII. .

1-3. 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026로부터 1-3. Klebsiella New Monica from DSM 2026 puuCpuuC 유전자의 증폭Gene amplification

클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026 균주로부터 게놈 DNA를 정방향 프라이머(서열번호: 5)와 역방향 프라이머(서열번호: 6)를 사용하여 PCR을 수행하여 puuC 유전자를 증폭하여 제한효소 BamHI 과 HindⅢ로 절단하였다.Genomic DNA from the Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain was subjected to PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 5) and a reverse primer (SEQ ID NO: 6) to amplify the puuC gene and to carry out the restriction enzyme BamHI. Cleavage with HindIII.

1-4. 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026으로부터 1-4. Klebsiella New Monica from DSM 2026 puuCpuuC 유전자의 증폭과 pUC19 벡터로부터 lac 프로모터 유전자의 증폭Gene amplification and lac promoter gene amplification from the pUC19 vector

lac 프로모터 유전자를 포함한 puuC 유전자를 증폭하기 위하여 오버래핑 (Overlapping) PCR 을 수행하였다. Overlapping PCR was performed to amplify the puuC gene, including the lac promoter gene.

pUC19 vector(New england biolabs #3041L)로부터 정방향 프라이머(서열번호: 7)와 puuC 유전자의 일부를 포함한 역방향 프라이머(서열번호: 8)를 사용하여 PCR을 수행하여 lac 프로모터 유전자를 증폭하였다.The lac promoter gene was amplified by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 7) and a reverse primer (SEQ ID NO: 8) containing a part of the puuC gene from the pUC19 vector (New england biolabs # 3041L).

그 후 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026 균주로부터 게놈 DNA를 lac 프로모터 유전자의 3` 프라임 일부를 포함한 정방향 프라이머(서열번호: 9)와 HindⅢ site를 포함한 역방향 프라이머(서열번호: 10)를 사용하여 PCR을 수행하여 puuC 유전자를 증폭하였다. The genomic DNA was then PCR from the Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain using a forward primer (SEQ ID NO: 9) and a reverse primer containing the HindIII site (SEQ ID NO: 10) containing the 3 ′ prime portion of the lac promoter gene. PuuC gene was amplified.

상기에서 증폭된 두 PCR 산물 lac 프로모터 유전자와 puuC 유전자를 정방향 프라이머(서열번호: 7)와 HindⅢ site를 포함한 역방향 프라이머(서열번호: 10)를 사용하여 PCR을 수행하였다.PCR was performed using the amplified two PCR product lac promoter gene and puuC gene using a forward primer (SEQ ID NO: 7) and a reverse primer (SEQ ID NO: 10) including a HindIII site.

그 후 PCR 산물의 5` 프라임 끝에 인산기를 더하기 위하여 포스포 뉴클레오카이네이즈(phospho nucleokinase)를 처리하였다.Thereafter, phospho nucleokinase was treated to add a phosphate group at the 5 ′ prime end of the PCR product.

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: 11)와 역방향 프라이머(서열번호: 12)를 사용하여 PCR을 수행하여 카나마이신 저항성 유전자를 증폭하여 제한효소 HindⅢ 와 NdeI 으로 절단하였다.PCR of the kanamycin resistance gene from the pKD4 vector (Kirill et., Proceedings of the National Academy of Sciences, 97, (2000), 12) using a forward primer (SEQ ID NO: 11) and a reverse primer (SEQ ID NO: 12) The kanamycin resistance gene was amplified and digested with restriction enzymes HindIII and NdeI.

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

2-1. 재조합 벡터 pLB0024(pCDFDuet_2-1. Recombinant vector pLB0024 (pCDFDuet_ dhaB_gdrABdhaB_gdrAB )의 제작) Production

실시예 1-1과 1-2에서 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 Examples 1-1 and 1-2 were respectively conjugated to the pGEM-T vector. And the prepared plasmids were introduced into E. coli XL1-blue, respectively.

pLB0006(pGEM-T_dhaB) 플라즈미드는 제한효소 EcoRI 과 HindⅢ로 절단하였고, pLB0023(pGEM-T_gdrB) 플라즈미드는 제한효소 HindⅢ 과 AfIⅡ로 절단하였다. pLB0006 (pGEM- T_dhaB ) plasmid was digested with restriction enzymes EcoRI and HindIII, and pLB0023 (pGEM-T_ gdrB ) plasmid was digested with restriction enzymes HindIII and AfIII.

두 개의 DNA 단편을 접합하여 제작된 플라즈미드를 발현 벡터인 pCDFDuet 벡터에 클로닝하여 재조합 플라스미드 pLB0024 를 얻었다.The plasmid prepared by conjugating two DNA fragments was cloned into pCDFDuet vector, an expression vector, to obtain recombinant plasmid pLB0024.

2-2. 재조합 벡터 pLB0037(pQE80L_puuC)의 제작2-2. Construction of Recombinant Vector pLB0037 (pQE80L_puuC)

실시예 1-3에서 증폭한 puuC 유전자 PCR 단편을 pGEM-T 벡터에 접합하였다. 그리고 제작된 플라즈미드를 E.coli XL1-blue에 도입하였다. The puuC gene PCR fragment amplified in Example 1-3 was conjugated to the pGEM-T vector. And the produced plasmid was introduced into E. coli XL1-blue.

pLB0107(pGEM-T_puuC) 플라즈미드는 BamHI 과 HindⅢ 제한효소로 절단하여 재조합 발현 벡터인 pQE80L 벡터에 클로닝하여 재조합 플라즈미드 pLB0037를 얻었다. pLB0107 (pGEM-T_puuC) plasmid was digested with BamHI and HindIII restriction enzymes and cloned into pQE80L vector, a recombinant expression vector, to obtain recombinant plasmid pLB0037.

2-3. 재조합 벡터 pLB0066(pUC19_puuC)의 제작2-3. Construction of Recombinant Vector pLB0066 (pUC19_puuC)

실시예 1-4에서 증폭한 lac 프로모터를 포함한 pucC PCR 단편을 pUC19 벡터에 접합하였다. 그리고 제작된 플라즈미드를 E.coli DH5α에 도입하였다. The pucC PCR fragment containing the lac promoter amplified in Examples 1-4 was conjugated to the pUC19 vector. And the produced plasmid was introduced into E. coli DH5α.

플라즈미드는 HindⅢ 과 NdeI 제한효소로 절단하여 실시예 1-5 에서 증폭한 카나마이신 카세트 와 접합하였다.The plasmid was digested with HindIII and NdeI restriction enzymes and conjugated with the kanamycin cassette amplified in Example 1-5.

그 후 제작된 플라즈미드를 재조합 발현 벡터인 pUC19 벡터에 클로닝하여 재조합 플라즈미드 pLB0066를 얻었다(도 1 참조). Thereafter, the produced plasmid was cloned into pUC19 vector, which is a recombinant expression vector, to obtain recombinant plasmid pLB0066 (see FIG. 1).

실시예 3. Example 3. Klebsiella pneumoniaeKlebsiella pneumoniae DdhaTDdhaT 변이주의 제작 Mutantism

클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026 균주 게놈 DNA 중에서 dhaT 유전자를 넉아웃(knock-out) 하기 위하여 오버래핑(Overlapping) PCR을 수행하였다.       Overlapping PCR was performed to knock out the dhaT gene from Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain genomic DNA.

게놈 DNA 중에서 dhaT 유전자 Upstream 으로 부터 BamHI site를 포함한 정방향 프라이머(서열번호: 13)와 dhaT 유전자 Downstream 의 5` 프라임일부를 포함한 역방향 프라이머(서열번호: 14)를 사용해 PCR 을 수행하였다.      PCR was performed using a forward primer (SEQ ID NO: 13) containing a BamHI site from the dhaT gene upstream and a reverse primer (SEQ ID NO: 14) containing a 5 ′ prime portion of the dhaT gene downstream from genomic DNA.

다음으로 dhaT Upstream 의 3` 프라임 일부를 포함한 정방향 프라이머(서열번호: 15)와 dhaT 유전자 Downstream 으로 부터 NotI site를 포함한 역방향 프라이머(서열번호: 16)를 사용해 PCR 을 수행하였다.Next, PCR was performed using a forward primer (SEQ ID NO: 15) containing a 3 ′ prime portion of dhaT Upstream and a reverse primer (SEQ ID NO: 16) containing a NotI site from the dhaT gene Downstream.

상기에서 증폭된 두 단편을 정방향 프라이머(서열번호: 13)와 역방향 프라이머(서열번호: 16)를 사용해 PCR 을 수행하여 dhaT 유전자를 제외한 dhaT 유전자의 Upstream 방향과 Downstream 방향의 유전자 단편을 확보 하였다. The two fragments amplified above were subjected to PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 13) and a reverse primer (SEQ ID NO: 16) to obtain gene fragments in the upstream and downstream directions of the dhaT gene except for the dhaT gene.

dhaT 유전자 양쪽의 단편을 접합하여 BamHI 과 NotI 제한효소로 절단하여 pGEMT-vector에 다시 접합하고 2.5 kV, 25 μF, 400 ohms의 조건으로 전기천공법(electroporation)을 수행하여 E.coli_DH5α에 도입한 후 X-gal/IPTG 엠피실린 고체 배지에 도말하여 접합을 확인한 후 다시 knock-out에 유용한 pKOV 벡터 (A.J., Phillips et., J. Bacteriology (1997) 179: 6228-6237)에 접합하였다.Fragments of both fragments of the dhaT gene were cleaved with BamHI and NotI restriction enzymes and re-conjugated to the pGEMT-vector, followed by electroporation at 2.5 kV, 25 μF, and 400 ohms to introduce into E. coli _DH5α. It was then plated on X-gal / IPTG empicillin solid medium to confirm conjugation and then conjugated to pKOV vector (AJ, Phillips et., J. Bacteriology (1997) 179: 6228-6237) useful for knock-out.

그 후 상기 접합된 벡터를 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026 균주에 전기천공법(electroporation)으로 도입하여 LB 액체배지 1 mL을 가하여 200 rpm, 30 ℃ 진탕 배양기에서 1시간 동안 배양하였다. Then, the conjugated vector was introduced into the Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain by electroporation, and 1 mL of LB liquid medium was added thereto, followed by incubation for 1 hour in a 200 rpm, 30 ° C. shaking incubator.

배양하는 동안 클렙시엘라 뉴모니애 DSM 2026 균주 게놈 DNA의 dhaT를 포함한 양쪽의 유전자와 상보성이 있는 pKOV 벡터의 단편이 접합되면서 치환되었다. 그 후 클로람페니콜 (25 ㎍/ml) LB 고체배지에 42 ℃로 24시간 배양하였다. 42 ℃에서는 pKOV 벡터가 pSC101 유전자에 의해 복제되지 않기 때문이다.During incubation, fragments of pKOV vectors complementary to both genes, including the dhaT of Klebsiella pneumoniae DSM 2026 strain genomic DNA, were replaced. Thereafter, chloramphenicol (25 μg / ml) LB solid medium was incubated at 42 ° C. for 24 hours. This is because the pKOV vector is not replicated by the pSC101 gene at 42 ° C.

배양한 고체 배지의 콜로니를 200 uL LB 액체배지에 접종하고 곧 클로람페니콜(25 ㎍/ml) LB 고체배지와 5% 슈크로오즈 LB 고체배지에 각각 스태핑하였다. Colonies of the cultured solid medium were inoculated in 200 uL LB liquid medium and immediately stepped into chloramphenicol (25 μg / ml) LB solid medium and 5% sucrose LB solid medium, respectively.

그 후 42 ℃에서 16시간 배양 하여 5% 슈크로오즈 LB 고체배지에서는 배양되지 않고 클로람페니콜 (25 ㎍/ml) LB 고체배지에서만 배양된 콜로니를 확보하여 정방향 프라이머(서열번호: 17)와 역방향 프라이머(서열번호: 18)를 사용하여 PCR을 수행하였다. Thereafter, 16 hours of incubation at 42 ° C. resulted in colonies cultured only in chloramphenicol (25 μg / ml) LB solid medium without incubation in 5% sucrose LB solid medium. PCR was performed using SEQ ID NO: 18).

pKOV 벡터에 접합된 dhaT 유전자 양쪽 단편의 길이와 같은 콜로니를 선택하여 클로람페니콜 (25 ㎍/ml) LB 고체배지와 5% 슈크로오즈 LB 고체배지에 각각 스태핑하여 클로람페니콜 (25 ㎍/ml) LB 고체배지에서는 배양되고 5% 슈크로오즈 LB 고체배지에서는 배양되지 않는 콜로니를 선택하여 Klebsiella pneumoniae DdhaT 를 준비하였고 이를 GSB0162 균주라고 명명하였다.Selected colonies equal in length to both fragments of the dhaT gene conjugated to the pKOV vector were selected for chloramphenicol (25 μg / ml) LB solid medium and 5% sucrose LB solid medium, respectively, and then chloramphenicol (25 μg / ml) LB solid medium. Klebsiella pneumoniae DdhaT was prepared by selecting colonies which were cultured in E. coli but not in 5% sucrose LB solid medium, and were named as GSB0162 strains.

실시예 4. 3-하이드록시프로피온산 생산용 유전자 재조합 균주의 제작Example 4. Preparation of recombinant strain for the production of 3-hydroxypropionic acid

4-1. GSB0181 (4-1. GSB0181 ( Escherichia coli Escherichia coli BL21/pLB0011_pLB0037) 균주의 제작(Preparation of strain BL21 / pLB0011_pLB0037) E.Coli BL21E.Coli BL21 /pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC)/ pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC)

E.coli BL21를 LB 고체배지에 도말하여 14시간 동안 37 ℃에서 배양한 후, 콜로니를 LB 액체배지 10 mL에 접종하여 12시간 배양하였다. 충분히 자란 배양액을 LB 액체배지 100 mL에 1% 접종하여 200 rpm, 37 ℃ 진탕 배양기에서 배양하였다. 4~5시간 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 ℃, 4,500 rpm, 20분 조건으로 원심분리하여 세포를 수득하였다. 재현탁시 사용되는 글리세롤 용액을 반으로 줄여가며 이를 두 번 연속 실행한 후, 세포와 글리세롤 용액 부피비가 1:1 이 되도록 재현탁하여 세포 농축액을 수득하였다. 상기 수득된 세포 농축액과 상기 실시예 2-1 과 2-2에서 제작된 pLB0024와 pLB0037을 혼합한 다음, 2.5 kV, 25 μF, 400 ohms의 조건으로 전기천공법(electroporation)을 수행함으로써, 상기 발현 벡터를 배양된 E.coli BL21에 도입시켰다. E. coli BL21 was plated on LB solid medium and incubated at 37 ° C. for 14 hours, and colonies were incubated in 10 mL of LB liquid medium for 12 hours. Fully grown culture was inoculated 1% in 100 mL LB liquid medium and incubated in a 200 rpm, 37 ℃ shake incubator. After 4 to 5 hours, when the OD600 was about 0.3 to 0.4, 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 the cells were obtained by centrifugation at 4 ℃, 4,500 rpm, 20 minutes. The glycerol solution used for resuspension was cut in half and run twice in succession, and then the cell concentrate was resuspended so that the volume ratio of the cells and the glycerol solution was 1: 1. By mixing the obtained cell concentrate and pLB0024 and pLB0037 prepared in Examples 2-1 and 2-2, and then performing the electroporation under the conditions of 2.5 kV, 25 μF, 400 ohms, the expression The vector was introduced into cultured E. coli BL21.

전기충격 후, LB 액체배지 1 mL을 가하여 200 rpm, 37 ℃ 진탕 배양기에서 1시간 동안 배양하였다. 배양액을 항생제 암피실린 (최종농도 100 ㎍/L) 과 스트립토마이신 (최종농도 50㎍/L) 를 함유한 LB 고체 배지에 도말하여, 37 ℃에서 12시간 이상 배양하였다. 형성된 콜로니를 암피실린 과 스트립토마이신 항생제가 함유된 LB 액체배지에서 12 시간 이상 배양하여, E.coli BL21/pLB0024_pLB0037 를 준비하였고, 이를 GSB0181 균주라고 명명하고 한국생명공학연구원 생물자원센터 유전자은행에 2010년 3월 26일자에 기탁번호 KCTC 11674BP로 기탁하였다.After the electric shock, 1 mL of LB liquid medium was added and incubated for 1 hour in a 200 rpm, 37 ℃ shake incubator. The culture solution was plated in LB solid medium containing the antibiotic ampicillin (final concentration 100 µg / L) and striptomycin (final concentration 50 µg / L) and incubated for 12 hours at 37 ° C. The colonies formed were incubated for more than 12 hours in LB liquid medium containing ampicillin and strimycin antibiotics, and E. coli BL21 / pLB0024_pLB0037 was prepared and named as GSB0181 strains. The deposit was made on March 26 with accession number KCTC 11674BP.

4-2. GSB0098 (4-2. GSB0098 ( Klebsiella pneumoniae Klebsiella pneumoniae /pLB0066) 균주의 제작 (/ pLB0066) Construction of Strains ( K.pneumoniaeK.pneumoniae /pUC19_lac_promoter_puuC_HindⅢ_Kana_NdeI)/ pUC19_lac_promoter_puuC_HindⅢ_Kana_NdeI)

클렙시엘라 뉴모니애를 LB 고체배지에 도말하여 14시간 동안 37 ℃에서 배양한 후, 콜로니를 0.7 mM EDTA 가 포함된 LB 액체배지 10 mL 과 접종하여 12시간 배양하였다. 충분히 자란 배양액을 0.7 mM EDTA가 포함된 LB 액체배지 100 mL에 1% 접종하여 200 rpm, 37 ℃ 진탕 배양기에서 배양하였다. 4~5시간 후, OD600가 0.3 ~ 0.4 정도가 되면 4 ℃, 4,500 rpm, 20분 조건으로 원심분리하여 세포를 수득한 다음, 4 ℃ 상태의 10% 글리세롤 용액 200 mL로 세포를 재현탁하였다. 그리고 4 ℃, 4,500 rpm, 20분 조건으로 원심분리하여 세포를 수득하였다. 재현탁시 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 2-3에서 제작된 pLB0066 벡터를 혼합한 다음, 2.5 kV, 25 μF, 400 ohms의 조건으로 전기천공법(electroporation)을 수행함으로써, 상기 발현 벡터를 배양된 클렙시엘라 뉴모니애에 도입시켰다. Klebsiella pneumoniae was plated in LB solid medium and incubated for 14 hours at 37 ℃, colonies were incubated with 10 mL of LB liquid medium containing 0.7 mM EDTA and incubated for 12 hours. The fully grown culture was inoculated 1% in 100 mL of LB liquid medium containing 0.7 mM EDTA and incubated in a 200 rpm, 37 ℃ shake incubator. After 4 to 5 hours, when the OD600 was about 0.3 to 0.4, 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 the cells were obtained by centrifugation at 4 ℃, 4,500 rpm, 20 minutes. The glycerol solution used for resuspension was cut in half and run twice in succession, and then the cell concentrate was resuspended so that the volume ratio of the cells and the glycerol solution was 1: 1. After mixing the obtained cell concentrate and the pLB0066 vector prepared in Example 2-3, the expression vector was cultured by performing electroporation at 2.5 kV, 25 μF, 400 ohms. Introduced in Ciella Pneumoniae.

전기충격 후, LB 액체배지 1 mL을 가하여 200 rpm, 37 ℃ 진탕 배양기에서 1시간 동안 배양하였다. 배양액을 항생제 암피실린 (최종농도 100 ㎍/L) 과 카나마이신 (최종농도 50 ㎍/L) 를 함유한 LB 고체 배지에 도말하여, 37 ℃에서 12시간 이상 배양하였다. 형성된 콜로니를 암피실린 과 카나마이신 항생제가 함유된 LB 액체배지에서 12시간 이상 배양하여, Klebsiella pneumoniae /pLB0066 를 준비하였고, 이를 GSB0098 균주라고 명명하고 한국생명공학연구원 생물자원센터 유전자은행에 2010년 3월 26일자에 기탁번호 KCTC 11671BP로 기탁하였다.After the electric shock, 1 mL of LB liquid medium was added and incubated for 1 hour in a 200 rpm, 37 ℃ shake incubator. The culture solution was plated in LB solid medium containing the antibiotic ampicillin (final concentration 100 µg / L) and kanamycin (final concentration 50 µg / L) and incubated at 37 ° C for at least 12 hours. The colonies formed were incubated in LB liquid medium containing ampicillin and kanamycin antibiotics for 12 hours or longer to prepare Klebsiella pneumoniae / pLB0066. Deposited with KCTC 11671BP.

4-3. GSB0163 (4-3. GSB0163 ( Klebsiella pneumoniaeKlebsiella pneumoniae _△dhaT/pLB0066) 균주의 제작(_ △ dhaT / pLB0066) Preparation of strain K.pneumoniaeK.pneumoniae △dhaT/puuC_HindⅢ_Kana_NdeI)△ dhaT / puuC_HindⅢ_Kana_NdeI)

상기 실시예 4-2에 기재된 방법과 동일한 방법으로 상기 실시예 2-3의 pLB0066 재조합 벡터를 Klebsiella pneumoniae_△dhaT 균주에 형질전환 하여 Klebsiella pneumoniae_△dhaT/pLB0066를 준비하였고, 이를 GSB0163 균주라고 명명하고 한국생명공학연구원 생물자원센터 유전자은행에 2010년 3월 26일자에 기탁번호 KCTC 11673BP로 기탁하였다.Example 4-2 by transfection methods and pLB0066 recombinant vector of Example 2-3 in the same manner as described in the Klebsiella pneumoniae dhaT _ △ strain were prepared the Klebsiella pneumoniae dhaT _ △ / pLB0066, this strain, named GSB0163 It was deposited with KCTC 11673BP on March 26, 2010 to the Korea Institute of Bioscience and Biotechnology, Gene Resource Bank.

실시예 5. 글리세롤 디하이드라테이즈 및 알데히드 디하이드로지네이즈 활성 측정Example 5 Determination of Glycerol Dehydratase and Aldehyde Dehydrogenase Activity

실시예 4에서 제조된 재조합 균주를 LB 액체배지에 접종하여 37 ℃에서 배양하였다. 배양된 세포의 O.D600 = 2.5 에 이르렀을 때 원심분리하여 침전된 세포를 인산화 칼륨 완충 용액(50 mM, pH 7.0)을 이용하여 2 번 세척한 후, 동일한 완충액으로 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.The recombinant strain prepared in Example 4 was inoculated in LB liquid medium and cultured at 37 ° C. When OD 600 = 2.5 of the cultured cells, the precipitated cells were washed twice with potassium phosphate buffer solution (50 mM, pH 7.0) after centrifugation, and then suspended in the same buffer to serve as 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.

5-1. 글리세롤 디하이드라테이즈의 활성 측정5-1. Determination of Glycerol Dehydratase Activity

세포추출물에서의 글리세롤 디하이드라테이즈의 활성은 HPLC (HPLC, Agilent 1100 series; CA, USA)로 측정하였다. 적당한 양의 세포추출물을 35 mM의 염화칼륨을 포함하는 인산화 칼륨 반응용액(50 mM, pH 8.0)에 첨가하여 37 ℃에서 5분간 전배양한 뒤, 50 mM 의 글리세롤과 15 μM의 비타민 B-12 를 첨가하여 최종 부피가 0.5 ml가 되도록 하여 1분간 반응시켰다. The activity of glycerol dehydratase in cell extracts was measured by HPLC (HPLC, Agilent 1100 series; CA, USA). Appropriate amount of cell extract was added to potassium phosphate reaction solution (50 mM, pH 8.0) containing 35 mM potassium chloride, preincubated at 37 ° C. for 5 minutes, and then 50 mM glycerol and 15 μM of vitamin B-12 were added. The reaction was added for 1 minute with the final volume of 0.5 ml.

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 BL21/pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC E.coli BL21 / pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC 1.07±0.31.07 ± 0.3 Klebsiella pneumoniae (Wild type) Klebsiella pneumoniae (Wild type) 6.79±0.56.79 ± 0.5 Klebsiella pneumoniae/pUC19_puuC Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC 20.8±1.220.8 ± 1.2 Klebsiella pneumoniae△dhaT Klebsiella pneumoniae △ dhaT 8.7±0.68.7 ± 0.6 Klebsiella pneumoniae△dhaT/pUC19_puuC Klebsiella pneumoniae △ dhaT / pUC19_puuC 10.2±0.910.2 ± 0.9

그 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, E.coli BL21 에 pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC 를 도입해 과발현 시킨 재조합 균주의 글리세롤 디하이드라테이즈 활성은 1.07±0.3 μmol/mg이었고 Klebsiella pneumoniae (Wild type)의 경우는 6.79±0.5 μmol/mg 를 나타내었다. As a result, as shown in Table 1, the glycerol dehydratase activity of the recombinant strain overexpressed by introducing pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC into E. coli BL21 was 1.07 ± 0.3 μmol / mg, and 6.79 ± 0.5 for Klebsiella pneumoniae (Wild type). μmol / mg is indicated.

Klebsiella pneumoniae (야생형)에 pUC19_puuC 를 도입한 재조합 균주는 20.8±1.2 μmol/mg 를 Klebsiella pneumoniae (야생형)에서 dhaT 유전자를 제거한 균주는 8.7±0.6 μmol/mg 의 활성을 Klebsiella pneumoniae (야생형)에서 dhaT 유전자를 제거한 균주에 pUC19_puuC를 도입한 재조합 균주는 10.2±0.9 μmol/mg 의 글리세롤 디하이드라테이즈 활성을 나타내었다. Recombinant strains incorporating pUC19_puuC into Klebsiella pneumoniae (wild type) had 20.8 ± 1.2 μmol / mg and strains from which dhaT gene was removed from Klebsiella pneumoniae (wild type) had 8.7 ± 0.6 μmol / mg activity in Klebsiella pneumoniae (wild type). Recombinant strain in which pUC19_puuC was introduced into the removed strain exhibited glycerol dehydratase activity of 10.2 ± 0.9 μmol / mg.

5-2. 알데히드 디하이드로지네이즈의 활성 측정5-2. Determination of the activity of aldehyde dehydrogenase

알데히드 디하이드로지네이즈의 활성은 다음의 방법을 통해 측정하였다. 적당한 양의 세포추출물을 인산화 칼륨 반응용액 (50 mM, pH 7.0 또는 8.0)에 첨가하여 45 ℃에서 5분간 전배양한 뒤, 1.8 mM의 알데히드와 0.76 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 solution (50 mM, pH 7.0 or 8.0), pre-incubated at 45 ° C. for 5 minutes, and then 1.8 mM aldehyde and 0.76 mM NAD (P) + were added to a final volume of 0.5. The reaction was initiated to ml.

효소의 활성은 340 nm에서 NAD(P)+가 NAD(P)H로 환원되는 속도를 측정하여 결정 하였다. 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 determined by measuring the rate at which NAD (P) + is reduced 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.

효소원a Enzyme source a 총 활성
(μmolNADH/ml/min)
Total active
(μmolNADH / ml / min)
단백질 (mg/ml)Protein (mg / ml) 특이성
(U/mg)
Specificity
(U / mg)
정제
(fold)
refine
(fold)
세포추출물Cell extract 19.374±1.5519.374 ± 1.55 6.19±0.496.19 ± 0.49 3.13±0.253.13 ± 0.25 1.001.00 정제 PuuC Tablet PuuC 264.26±21.14264.26 ± 21.14 9.53±0.769.53 ± 0.76 27.73±2.2127.73 ± 2.21 8.868.86

a E. coli BL21 숙주 세포에는 활성이 없음. a No activity on E. coli BL21 host cells.

알데히드 디하이드로지네이즈의 기질특이성은 조효소 NAD+ 또는 NADP+ 존재 하에 다양한 종류의 알데히드를 사용하여 45 ℃, pH 8.0에서 측정하였다. 본 발명에서 사용된 알데히드는 다음과 같다: 포름알데히드(HCHO, MW 30.03), 아세트알데히드(CH3CHO, MW 44.05), 3-하이드록시프로피온 알데히드(CH2(OH)CH2CHO, MW 74.2), 프로피온알데히드(CH3CH2CHO, MW 58.09), 부틸알데히드(CH3(CH2)2CHO, MW 72.11), 발르알데히드(CH3(CH2)3CHO, MW 86.13), 이소발르알데히드((CH3)2CHCH2CHO, MW 86.13), 2-퓨르알데히드(C4H3OCHO, MW 96.1), 벤즈알데히드(C6H5CHO, MW 106.13).Substrate specificity of the aldehyde dehydrogenase was measured at 45 ° C., pH 8.0 using various types of aldehydes in the presence of coenzyme NAD + or NADP + . The aldehydes used in the present invention are as follows: formaldehyde (HCHO, MW 30.03), acetaldehyde (CH 3 CHO, MW 44.05), 3-hydroxypropionaldehyde (CH 2 (OH) CH 2 CHO, MW 74.2) , Propionaldehyde (CH 3 CH 2 CHO, MW 58.09), butylaldehyde (CH 3 (CH 2 ) 2 CHO, MW 72.11), aldehyde (CH 3 (CH 2 ) 3 CHO, MW 86.13), isoaldehyde ( (CH 3 ) 2 CHCH 2 CHO, MW 86.13), 2-puraldehyde (C 4 H 3 OCHO, MW 96.1), benzaldehyde (C 6 H 5 CHO, MW 106.13).

본 발명에 따른 알데히드 디하이드로지네이즈의 기질특이성은 표 3에 나타낸 바와 같이, 대부분의 알데하이드는 조효소 NADP+ 보다 NAD+ 를 사용 하였을 때 높은 특이성을 나타내었고 발르알데하이드, 부틸알데하이드, 이소발르알데하이드, 3-하이드록시프로피온 알데하이드 순으로 조효소 NAD+ 를 사용 하였을 때 높은 특이성을 나타내었다. 특히, 3-하이드록시프로피온 알데히드는 NADP+를 사용했을 때 활성이 약 90% 떨어졌다. 이는 클랩시엘라 뉴모니애 PuuC 는 NAD+ 에 높은 특이성을 가진다 할 수 있을 것이다.Substrate specificity of the aldehyde dehydrogenase according to the present invention, as shown in Table 3, most of the aldehydes showed higher specificity when using NAD + than coenzyme NADP + and aldehydes, butyl aldehyde, isovalaldehyde, 3 High specificity was obtained when coenzyme NAD + was used in the order of -hydroxypropion aldehyde. In particular, 3-hydroxypropion aldehyde dropped about 90% in activity when using NADP + . It may be said that Klapsiella pneumoniae PuuC has high specificity for NAD + .

기 질Quality 특 이 성(U/mg)Specificity (U / mg) NAD+ NAD + NADP+ NADP + 3-하이드록시프로피온알데하이드3-hydroxypropionaldehyde 22.75±1.3422.75 ± 1.34 2.37±0.192.37 ± 0.19 포름알데하이드(C1)Formaldehyde (C1) 0.55±0.020.55 ± 0.02 1.75±0.141.75 ± 0.14 아세트알데하이드(C2)Acetaldehyde (C2) 16.84±1.1616.84 ± 1.16 1.97±0.171.97 ± 0.17 프로피온알데하이드(C3)Propionaldehyde (C3) 18.53±1.5918.53 ± 1.59 1.89±0.151.89 ± 0.15 부틸알데하이드(C4)Butylaldehyde (C4) 31.92±2.3131.92 ± 2.31 2.02±0.162.02 ± 0.16 발르알데하이드(C5)Valaldehyde (C5) 33.58±2.6633.58 ± 2.66 1.99±0.161.99 ± 0.16 이소발르알데하이드Isobalaldehyde 27.32±1.7427.32 ± 1.74 1.81±0.121.81 ± 0.12 2-퓨르알데하이드2-puraldehyde 5.19±0.975.19 ± 0.97 1.45±0.111.45 ± 0.11 벤즈알데하이드Benzaldehyde 7.24±1.057.24 ± 1.05 1.61±0.141.61 ± 0.14

정제한 알데히드 디하이드로지네이즈의 반응속도론적 특성은 표 4에 나타낸 바와 같이 3-하이드록시프로피온 알데히드의 산화반응에 대해 조사하였다. Kinetic properties of the purified aldehyde dihydrogenase were investigated for oxidation of 3-hydroxypropion aldehyde as shown in Table 4.

부틸알데하이드 산화반응의 최대반응속도(Vmax)는 34.08 Umg-1 protein 이었고, 3-하이드록시프로피온 알데히드 산화반응의 최대반응속도(Vmax)는 22.25 Umg-1 protein 이었다.It was 34.08 Umg -1 protein is the maximum reaction rate of the oxidation-butyl aldehyde (V max), the maximum reaction rate (V max) of 3-hydroxy-propionaldehyde oxidation was 22.25 Umg -1 protein.

그리고 NAD+ 대한 3-하이드록시프로피온 알데히드와 부틸알데하이드산화반응의 촉매효율(kcat/Km)은 41.44 X 103 M-1s-1 와 117.15 X 103 M-1s-1 으로 나타났다. The catalytic efficiency (k cat / K m ) of 3-hydroxypropionaldehyde and butylaldehyde oxidation for NAD + was 41.44 X 10 3 M -1 s -1 and 117.15 X 10 3 M -1 s -1 .

기 질a Popular vagina a 조효소Coenzyme V max
(Umg-1 protein)
V max
(Umg -1 protein)
K m
(mM)
K m
(mM)
k cat
(s-1)
k cat
(s -1 )
k cat/K m
×103(M-1 s-1)
k cat / K m
× 10 3 (M -1 s -1 )
3-하이드록시프로피온알데하이드3-hydroxypropionaldehyde NAD+ NAD + 22.25±1.7822.25 ± 1.78 0.48±0.040.48 ± 0.04 19.81±1.5819.81 ± 1.58 41.44±3.3241.44 ± 3.32 부틸알데하이드Butylaldehyde NAD+ NAD + 34.08±2.7334.08 ± 2.73 0.26±0.020.26 ± 0.02 30.34±2.4330.34 ± 2.43 117.15±9.37117.15 ± 9.37 발르알데하이드Valaldehyde NAD+ NAD + 33.26±2.6633.26 ± 2.66 0.14±0.010.14 ± 0.01 29.61±2.3729.61 ± 2.37 207.07±16.6207.07 ± 16.6 이소발르
알데하이드
Isobal
Aldehyde
NAD+ NAD + 28.61±2.2928.61 ± 2.29 0.21±0.020.21 ± 0.02 25.47±2.0425.47 ± 2.04 121.87±9.75121.87 ± 9.75
3-하이드록시프로피온알데하이드b 3-hydroxypropionaldehyde b NAD+ NAD + 25.46±2.0425.46 ± 2.04 0.09±0.010.09 ± 0.01 22.67±1.8122.67 ± 1.81 254.69±20.40254.69 ± 20.40

a기질은 0.1 mM 내지 2 mM 사이에서 변함 a substrate varies between 0.1 mM and 2 mM

b3-HPA는 1.8 mM, NAD+는 0.025 mM 내지 0.8 mM 사이에서 변함 b 3-HPA varies between 1.8 mM and NAD + varies between 0.025 mM and 0.8 mM

실시예 6. 형질전환된 GSB0181 배양에서의 3-하이드록시프로피온산의 생산Example 6. Production of 3-hydroxypropionic acid in transformed GSB0181 culture

실시예 4-1에서 제조된 재조합 균주 E. coli BL21/pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC 를 M9 액상배지 10 mL에 예비 접종하여 37 ℃에서 12시간 예비배양 하였다. 충분히 자란 배양액을 글리세롤 100 mM, 효모추출물 0.2 g/L를 첨가한 M9 액상배지(pH 7.0)에서 배양하였다. The recombinant strain E. coli BL21 / pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC prepared in Example 4-1 was preinoculated in 10 mL of M9 liquid medium and preincubated at 37 ° C for 12 hours. Fully grown cultures were cultured in M9 liquid medium (pH 7.0) to which glycerol 100 mM and yeast extract 0.2 g / L were added.

이때 배양액의 pH를 유지시키기 위하여 100 mM의 인산화 칼륨 완충 용액을 사용하였다. 세포의 배양은 50 mL의 배지를 포함하는 250 mM Erlenmeyer 플라스크를 사용하여 37 ℃에서 200 rpm으로 배양하였다. 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 200 rpm at 37 ℃ using a 250 mM Erlenmeyer flask containing 50 mL of medium.

이 후 O.D600 가 0.6 에 이르렀을 때 IPTG 100 uM 을 첨가하였고, 2시간 주기로 5 회에 걸쳐 4 μM의 비타민 B-12를 첨가하여 30시간 배양하였다. Thereafter, when OD 600 reached 0.6, 100 uM of IPTG was added, and 4 μM of vitamin B-12 was added over 5 times at 2 hour intervals and incubated for 30 hours.

그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이 30시간 배양에 최대 52.77 mmol/L의 3-HP가 얻어졌다. 또한 사용된 글리세롤 대비 생산된 3-HP의 비는 약 0.62 (수율 62%)이였고 전체 배양은 호기적인 조건에서 이루어졌다. As a result, a maximum of 52.77 mmol / L of 3-HP was obtained in a 30 hour incubation as shown in FIG. 2. In addition, the ratio of 3-HP produced relative to the glycerol used was about 0.62 (yield 62%) and the entire culture was under aerobic conditions.

이러한 결과는 PuuC가 3-HPA에 대하여 높은 알데히드 디하이드로지네이즈 활성을 가지고 있고, 그 활성이 제작된 GSB0181 재조합 균주에서 잘 발현되고 있음을 보여주는 것이다. These results show that PuuC has high aldehyde dehydrogenase activity against 3-HPA, and its activity is well expressed in the produced GSB0181 recombinant strain.

실시예 7. 형질전환된 GSB0098 과 GSB0163 배양에서의 3-하이드록시프로피온산 또는 3-하이드록시프로피온산과 1,3-프로판디올의 동시 생산Example 7 Simultaneous Production of 3-Hydroxypropionic Acid or 3-Hydroxypropionic Acid and 1,3-propanediol in Transformed GSB0098 and GSB0163 Cultures

실시예 4-2 와 4-3에서 제조된 재조합 균주를 LB 액상배지 10 mL에 예비 접종하여 37 ℃에서 12시간 예비배양 하였다. 충분히 자란 배양액을 글리세롤 100 mM, 효모추출물 0.2 g/L를 첨가한 M9 액상배지(pH 7.0)에서 배양하였다. The recombinant strains prepared in Examples 4-2 and 4-3 were preinoculated in 10 mL of LB liquid medium and preincubated at 37 ° C. for 12 hours. Fully grown cultures were cultured in M9 liquid medium (pH 7.0) to which glycerol 100 mM and yeast extract 0.2 g / L were added.

이때 배양액의 pH를 유지시키기 위하여 100 mM의 인산화 칼륨 완충 용액을 사용하였다. 세포의 배양은 50 mL의 배지를 포함하는 250 mM Erlenmeyer 플라스크를 사용하여 온도 37 ℃에서 200 rpm (호기성), 30 rpm (부분 호기성), 100 rpm (혐기성)으로 배양하였다. 호기성과 부분 호기성의 경우에는 스폰지 마개를 이용하여 배양기간 동안 지속적으로 외부 공기가 플라스크 내로 전달되도록 하였고 이에 비해 혐기성의 경우에는 나사 마개를 이용하여 외계 공기와 플라스크를 완전히 차단한 상태에서 배양이 진행되도록 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 200 rpm (aerobic), 30 rpm (partly aerobic), 100 rpm (anaerobic) at a temperature of 37 ° C. using a 250 mM Erlenmeyer flask containing 50 mL of medium. In the case of aerobic and partly aerobic, the outside air is continuously transferred into the flask during the incubation period using a sponge stopper. In contrast, in the case of anaerobic use, the stopper is used to completely insulate the alien air from the flask using a screw stopper. It was.

이 후 O.D600가 0.6 에 이르렀을 때 1 mM의 IPTG를 첨가하였고 전체 배양 시간은 33시간이었다. Thereafter, when OD 600 reached 0.6, 1 mM of IPTG was added and the total incubation time was 33 hours.

7-1. GSB0098(7-1. GSB0098 ( Klebsiella pneumoniaeKlebsiella pneumoniae /pUC19_puuC)를 이용한 3-HP 단독 생산 또는 3-HP 및 1,3-PDO의 동시 생산/ pUC19_puuC) alone to produce 3-HP or simultaneous production of 3-HP and 1,3-PDO

도 3a는 혐기성으로 배양한 Klebsiella pneumoniae/pUC19_puuC 의 회분식 발효 결과로서, 1,3-PDO는 최고 29.07±3.1 mmol/L, 3-HP는 1.86±0.2 mmol/L를 얻을 수 있었다. 도 3b는 부분 호기성으로 배양한 Klebsiella pneumoniae /pUC19_puuC 의 회분식 발효 결과로서, 1,3-PDO는 21.61±2.5 mmol/L, 3-HP는 3.38±0.4 mmol/L를 얻을 수 있었다. 즉, 두 경우 모두 1,3-PDO가 다량 얻어졌고 3-HP의 생산은 미미하였다. 혐기성 상태나 부분 호기성 상태에서 세포 내 NADH의 농도가 매우 높으며 따라서 DhaB에 의해 생성된 3-HPA가 대부분 3-HP 보다는 1,3-PDO로 전환되고 있음을 보여 주는 것이다. 따라서 이 조건에서는 재조합 균주인 Klebsiella pneumoniae/pUC19_puuC 내 PuuC의 존재가 전체 글리세롤 대사에 미치는 영향이 매우 제한적임을 알 수 있다.Figure 3a is a batch fermentation of anaerobic Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC, 1,3-PDO was able to obtain a maximum of 29.07 ± 3.1 mmol / L, 3-HP was 1.86 ± 0.2 mmol / L. Figure 3b is a batch fermentation of Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC cultured in aerobic partially, 1,3-PDO was obtained 21.61 ± 2.5 mmol / L, 3-HP was 3.38 ± 0.4 mmol / L. That is, in both cases a large amount of 1,3-PDO was obtained and the production of 3-HP was insignificant. In anaerobic or partially aerobic state, the concentration of intracellular NADH is very high, indicating that most of 3-HPA produced by DhaB is converted to 1,3-PDO rather than 3-HP. Therefore, in this condition, the presence of PuuC in the recombinant strain Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC has a very limited effect on the total glycerol metabolism.

도 3c는 호기성으로 배양한 Klebsiella pneumoniae /pUC19_puuC의 회분식 발효 결과로서, 5.1±0.2 mmol/L의 1,3-PDO와 4.5±0.3 mmol/L의 3-HP를 얻을 수 있었다. 같은 조건에서 PuuC가 클로닝 되지 않은 Klebsiella pneumoniae(WT)은 5.4±0.4 mmol/L 의 1,3-PDO 와 2.4±0.2 mmol/L 의 3-HP를 생산하였다. 혐기성이나 부분 호기성에 비하여 1,3-PDO의 생산은 줄었고 이에 비해 3-HP의 생산은 증가되었다. 그러나 사용된 글리세롤에 비해 3-HP의 수율은 매우 낮으며 이는 호기적인 조건에서는 대부분의 글리세롤이 글리세롤 디하이드라테이즈(DhaB) 경로보다는 글리세롤 카네이즈 경로를 통해 균체 성장에 이용되고 있음을 의미한다(Appl. Microbiol. Biotechnol. 50:24-29, 1998). FIG. 3c shows a batch fermentation of aerobic cultured Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC, yielding 5.1 ± 0.2 mmol / L of 1,3-PDO and 4.5 ± 0.3 mmol / L of 3-HP. Under the same conditions, Klebsiella pneumoniae (WT) without PuuC cloning produced 5.4 ± 0.4 mmol / L of 1,3-PDO and 2.4 ± 0.2 mmol / L of 3-HP. Compared with anaerobic or partially aerobic, 1,3-PDO production was reduced compared to 3-HP production. However, the yield of 3-HP is very low compared to the glycerol used, which means that under aerobic conditions, most of the glycerol is used for cell growth via the glycerol kanase pathway rather than the glycerol dehydratase (DhaB) pathway ( Appl. Microbiol. Biotechnol. 50: 24-29, 1998).

Klebsiella pneumoniae에 puuC를 과발현 시킨 유전자 재조합 균주 Klebsiella pneumoniae/pUC19_puuC 의 경우 모든 조건에서 1,3-PDO 와 3-HP의 동시 생산이 가능하였다. 또한 그 비율이나 양은 산소 공급 양에 따라 변하였다. 비록 수율에 있어서, 특히 3-HP의 생산 수율은 만족스럽지 않았지만 비타민 B-12를 전혀 첨가하지 않고도 Klebsiella pneumoniae /pUC19_puuC에서 1,3-PDO 와 3-HP를 동시에 생산할 수 있음이 증명되었다. 이는 플라스미드로 도입된 PuuC가 코딩하는 알데하이드 디하이드로제네이즈 효소의 작용으로 판단되었다. The recombinant strain Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC overexpressing puuC in Klebsiella pneumoniae was able to produce 1,3-PDO and 3-HP simultaneously under all conditions. In addition, the ratio or amount changed depending on the amount of oxygen supplied. Although yields were not satisfactory, especially in the yield of 3-HP, it was demonstrated that Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC could simultaneously produce 1,3-PDO and 3-HP without the addition of vitamin B-12. This was judged by the action of the aldehyde dehydrogenase enzyme encoded by PuuC introduced into the plasmid.

7-2. GSB0163(7-2. GSB0163 ( Klebsiella pneumoniae Klebsiella pneumoniae △DhaT/pUC19_puuC)를 이용한 3-HP 단독 생산 또는 3-HP 및 1,3-PDO의 동시 생산3-HP alone production with ΔDhaT / pUC19_puuC) or simultaneous production of 3-HP and 1,3-PDO

앞서 제작한 Klebsiella pneumoniae GSB0098, 즉 Klebsiella pneumoniae/pUC19_puuC의 경우 3-HP의 생산이 1,3-PDO에 비해 낮아 글리세르알데히드 옥시도리덕데이즈(glyceraldehyde oxidoreductase; DhaT)의 활성이 지나치게 높은 것이 그 원인으로 추정되었다. Klebsiella pneumoniae GSB0098, ie, Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC, produced less than 3-HP when compared to 1,3-PDO, due to excessively high activity of glyceraldehyde oxidoreductase (DhaT). It was estimated.

따라서 dhaT를 제거하여 그 활성을 낮추고자 GSB0163, 즉 Klebsiella pneumoniae△DhaT /pUC19_puuC를 제작하고 이를 이용하여 발효를 수행하였다.Therefore, GSB0163, ie, Klebsiella pneumoniae ΔDhaT / pUC19_puuC, was prepared to remove dhaT and lower its activity.

도 4a는 혐기성으로 배양한 Klebsiella pneumoniae△DhaT /pUC19_puuC 의 회분식 발효 결과로서, 3-HP는 27.19±2.9 mmol/L, 1,3-PDO는 23.72±2.1 mmol/L를 얻을 수 있었다. 4A shows the results of batch fermentation of anaerobic Klebsiella pneumoniae ΔDhaT / pUC19_puuC, where 3-HP was 27.19 ± 2.9 mmol / L and 1,3-PDO was 23.72 ± 2.1 mmol / L.

한편, PuuC를 과발현 시키지 않은 Klebsiella pneumoniae△DhaT의 경우 1.9±0.2 mmol/L의 3-HP 와 17.61±0.8 mmol/L의 1,3-PDO 를 얻을 수가 있었다.On the other hand, Klebsiella pneumoniae ΔDhaT without overexpressing PuuC was able to obtain 1.9 ± 0.2 mmol / L of 3-HP and 17.61 ± 0.8 mmol / L of 1,3-PDO.

이는 비타민 B-12를 전혀 첨가하지 않고도 플라스미드로 도입된 알데하이드 디하이드로지네이즈 효소의 작용으로 인해 3-HP는 약 15 배, 1,3-PDO 는 약 1.3 배 증가한 것을 확인할 수 있었다.It was confirmed that 3-HP increased about 15 times and 1,3-PDO increased about 1.3 times due to the action of the aldehyde dehydrogenase enzyme introduced into the plasmid without adding any vitamin B-12.

도 4b는 부분 호기성으로 배양한 Klebsiella pneumoniae△DhaT /pUC19_puuC 의 회분식 발효 결과로서, 17.62±1.5 mmol/L의 3-HP와 18.44±1.8 mmol/L의 1,3-PDO를 얻었다. 이에 비해 같은 조건의 Klebsiella pneumoniae△DhaT 의 3-HP 생산량은 2.58±0.4 mmol/L, 1,3-PDO 는 22.83±2.0 mmol/L 를 나타내었다.FIG. 4B shows the results of batch fermentation of Klebsiella pneumoniae ΔDhaT / pUC19_puuC cultured in aerobic partially to obtain 17.62 ± 1.5 mmol / L of 3-HP and 18.44 ± 1.8 mmol / L of 1,3-PDO. In comparison, 3-HP production of Klebsiella pneumoniae ΔDhaT under the same conditions was 2.58 ± 0.4 mmol / L, and 1,3-PDO showed 22.83 ± 2.0 mmol / L.

도 4c는 호기성으로 배양한 Klebsiella pneumoniae△DhaT /pUC19_puuC 의 회분식 발효 결과로서, 7.17±0.9 mmol/L 의 3-HP 와 4.12±0.7 mmol/L의 1,3-PDO 생산량을 얻을 수 있었다. 4C shows the results of batch fermentation of aerobic cultured Klebsiella pneumoniae ΔDhaT / pUC19_puuC, yielding 7.17 ± 0.9 mmol / L of 3-HP and 4.12 ± 0.7 mmol / L of 1,3-PDO.

도 4d는 호기성으로 1.0 O.D600 까지 배양 한 후 부분 호기성으로 발효한 Klebsiella pneumoniae△DhaT/pUC19_puuC 의 유가식 발효 결과로서, 24시간 발효를 통해 177.6 mM 의 3-HP와 220.8 mM 1,3-PDO를 얻을 수 있었다. Figure 4d shows the result of fed-batch fermentation of Klebsiella pneumoniae ΔDhaT / pUC19_puuC fermented partially aerobic after incubation to 1.0 O.D600 in aerobic, 177.6 mM 3-HP and 220.8 mM 1,3-PDO through 24 hours fermentation Could get

이때 5 L 바이오리액터를 사용하였고, working volume은 1 L, 초기 글리세롤 농도는 100 mM 이였고 pH 는 7.0 으로 유지하였다. 초기 호기성 조건에서 균체 성장을 위해 공기 유입속도를 1.0 VVM 으로, 그리고 1mM IPTG induction 후 부분 호기성 유지를 위해 공기 유입속도를 0.1 VVM 으로 유지하였다. 24시간 동안 소모된 글리세롤 대비 산물 생산 수율(3-HP 및 1,3-PDO 의 합)은 51% 이었다. At this time, a 5 L bioreactor was used, the working volume was 1 L, the initial glycerol concentration was 100 mM and the pH was maintained at 7.0. The air inflow rate was 1.0 VVM for cell growth under initial aerobic conditions and 0.1 VVM for partial aerobic maintenance after 1 mM IPTG induction. Product production yield (sum of 3-HP and 1,3-PDO) relative to glycerol consumed for 24 hours was 51%.

이로써 상기에서 제조 배양한 재조합 균주들은 비타민 B-12를 첨가하지 않는 유가식 발효 결과에서 최고 177.6 mM 3-HP 와 220.8 mM 의 1,3-PDO 를 생산하였다. Thus, the recombinant strains prepared and cultured above produced up to 177.6 mM 3-HP and 220.8 mM 1,3-PDO in fed-batch fermentation without addition of vitamin B-12.

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 KCTC11671BP,KCTC11673BP,KCTC11674BPKCTC11671BP, KCTC11673BP, KCTC11674BP 2010032620100326

<110> Institute for research and industry cooperation, PNU <120> Recombinant microorganism transformed with puuC gene encoding 3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase and method of preparing 3-hydroxypropionic acid or co-preparing 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionic acid therewith <130> DP-2010-0205 <160> 18 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for dhaB gene <400> 1 gaattcatga aaagatcaaa acgatttgca gtact 35 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for dhaB gene <400> 2 aagcttgatc tcccactgac caaagctgg 29 <210> 3 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for gdrB gene <400> 3 aagcttgagg ggaccgtcat gtcgctttca ccgccag 37 <210> 4 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for gdrB gene <400> 4 cttaagtcag tttctctcac ttaacggc 28 <210> 5 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for puuC gene <400> 5 aagcttgagg ggaccgtcat gtcgctttca ccgccag 37 <210> 6 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for puuC gene <400> 6 cttaagtcag tttctctcac ttaacggc 28 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for lac promoter gene <400> 7 ctggcacgac aggtttcccg actg 24 <210> 8 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for lac promoter gene <400> 8 ggtgctgaaa attcatagct gtttcctgtg tg 32 <210> 9 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for puuC gene <400> 9 cacacaggaa acagctatga attttcagca cc 32 <210> 10 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for puuC gene <400> 10 aagctttcaa gactccaggg caatccagat 30 <210> 11 <211> 27 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for kanamycin resistant gene <400> 11 gataaaagct ttcacgctgc cgcaagc 27 <210> 12 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for kanamycin resistant gene <400> 12 attccatatg ggggtgggcg aagaactcca gc 32 <210> 13 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for dhaT gene knock-out <400> 13 attggatccg gtgacaaaat aacgctgac 29 <210> 14 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for dhaT gene knock-out <400> 14 cgttgccttt acgcgggttt aagttaacgt ttggcacc 38 <210> 15 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for dhaT gene knock-out <400> 15 ggtgccaaac gttaacttaa acccgcgtaa aggcaacg 38 <210> 16 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for dhaT gene knock-out <400> 16 aattgcggcc gcgtagcaga cgcccagttg 30 <210> 17 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 17 gcacacgaaa tctaccgaca gtttcactat gaa 33 <210> 18 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 18 acgaactgtt ttaacgggcc gctctcggcc atattg 36 <110> Institute for research and industry cooperation, PNU <120> Recombinant microorganism transformed with puuC gene encoding          3-hydroxypropionaldehyde dehydrogenase and method of preparing          3-hydroxypropionic acid or co-preparing 1,3-propanediol and          3-hydroxypropionic acid therewith <130> DP-2010-0205 <160> 18 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for dhaB gene <400> 1 gaattcatga aaagatcaaa acgatttgca gtact 35 <210> 2 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for dhaB gene <400> 2 aagcttgatc tcccactgac caaagctgg 29 <210> 3 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for gdrB gene <400> 3 aagcttgagg ggaccgtcat gtcgctttca ccgccag 37 <210> 4 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for gdrB gene <400> 4 cttaagtcag tttctctcac ttaacggc 28 <210> 5 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for puuC gene <400> 5 aagcttgagg ggaccgtcat 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attccatatg ggggtgggcg aagaactcca gc 32 <210> 13 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for dhaT gene knock-out <400> 13 attggatccg gtgacaaaat aacgctgac 29 <210> 14 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for dhaT gene knock-out <400> 14 cgttgccttt acgcgggttt aagttaacgt ttggcacc 38 <210> 15 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for dhaT gene knock-out <400> 15 ggtgccaaac gttaacttaa acccgcgtaa aggcaacg 38 <210> 16 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for dhaT gene knock-out <400> 16 aattgcggcc gcgtagcaga cgcccagttg 30 <210> 17 <211> 33 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer <400> 17 gcacacgaaa tctaccgaca gtttcactat gaa 33 <210> 18 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer <400> 18 acgaactgtt ttaacgggcc gctctcggcc atattg 36

Claims (14)

알데히드 디하이드로지네이즈(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 puuC 유전자로 구성된 재조합 벡터를 형질 도입함으로써 글리세롤로부터 3-하이드록시프로피온산 단독, 또는 3-하이드록시프로피온산과 1,3-프로판디올을 동시에 생산하는 것을 특징으로 하는 재조합 미생물.Characterization of the production of 3-hydroxypropionic acid alone or 3-hydroxypropionic acid and 1,3-propanediol simultaneously from glycerol by transducing a recombinant vector consisting of the puuC gene encoding aldehyde dehydrogenase. Recombinant microorganisms. 청구항 1에 있어서, 상기 재조합 벡터는 글리세롤 디하이드라테이즈(glycerol dehydratase)를 코딩하는 dhaB 유전자 및 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화인자(glycerol dehydratase reactivase)를 코딩하는 gdrAB 유전자를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 재조합 미생물.The method of claim 1, wherein the recombinant vector further comprises a dhaB gene encoding glycerol dehydratase and a gdrAB gene encoding glycerol dehydratase reactivase. Recombinant microorganisms. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 미생물은 에스케리키아 속(genus Escherichia), 클렙시엘라 속(genus Klebsiella), 슈도모나스 속(genus Pseudomonas), 프로피오닉박테리움 속(genus Propionibacterium), 로도슈도모나스 속(genus Rhodopseudomonas) 및 리조비움 속(genus Rhizobium)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 미생물인 것을 특징으로 하는 재조합 미생물.The method of claim 1 or 2, wherein the microorganism is genus Escherichia , genus Klebsiella , genus Pseudomonas , genus Propionibacterium , genus Propionibacterium , genus Rhodocdomonas . genus Rhodopseudomonas ) and Recombinant microorganism, characterized in that any one microorganism selected from the group consisting of genus Rhizobium . 청구항 3에 있어서, 상기 미생물은 에스케리키아 콜리(Escherichia coli BL21), 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae), 클렙시엘라 뉴모니애 △dhaT(Klebsiella pneumoniae dhaT), 슈도모나스 디니트리피칸스(Pseudomonas denitrificans), 프로피오닉박테리움 스헤르만니이(Propionibacterium shermanii), 로도슈도모나스 프로타미쿠스(Rhodopseudomonas protamicus) 및 리조비움 발라미노지놈(Rhizobium cobalaminogenum)으로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 재조합 미생물.The method of claim 3, wherein the microorganism is Escherichia coli BL21, Klebsiella pneumoniae , Klebsiella pneumoniaedhaT (Klebsiella pneumoniae Δ dhaT ), Pseudomonas Dinitripicans ( Pseudomonas denitrificans ), Propionibacterium shermanii , Rhodopseudomonas protamicus and Recombination microorganism, characterized in that selected from the group consisting of Rhizobium cobalaminogenum ( Rhizobium cobalaminogenum ). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 알데히드 디하이드로지네이즈를 코딩하는 puuC 유전자는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래된 것을 특징으로 하는 재조합 미생물.The recombinant microorganism according to claim 1 or 2, wherein the puuC gene encoding the aldehyde dehydrogenase is derived from genomic DNA of Klebsiella pneumoniae DSM 2026. 청구항 2에 있어서, 상기 글리세롤 디하이드라테이즈를 코딩하는 dhaB 유전자는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래된 것을 특징으로 하는 재조합 미생물. The recombinant microorganism of claim 2, wherein the dhaB gene encoding glycerol dehydratase is derived from genomic DNA of Klebsiella pneumoniae DSM 2026. 청구항 2에 있어서, 상기 글리세롤 디하이드라테이즈 재활성화효소를 코딩하는 gdrAB 유전자는 클렙시엘라 뉴모니애(Klebsiella pneumoniae) DSM 2026의 게놈 DNA로부터 유래된 것을 특징으로 하는 재조합 미생물.The method of claim 2, wherein the gdrAB gene encoding the glycerol dehydratase reactivase is Klebsiella pneumoniae A recombinant microorganism, which is derived from genomic DNA of DSM 2026. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 재조합 미생물은 Escherichia coli/pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC; GSB0181 (KCTC 11674BP), Klebsiella pneumoniae/pUC19_puuC; GSB0098 (KCTC 11671BP) 및 Klebsiella pneumoniae△dhaT/pUC19_puuC; GSB0163 (KCTC 11673BP)로 이루어진 군에서 선택된 것을 특징으로 하는 재조합 미생물.The method according to claim 1 or 2, wherein the recombinant microorganism is Escherichia coli / pCDFDuet_dhaB_gdrAB_pQE80L_puuC; GSB0181 (KCTC 11674BP), Klebsiella pneumoniae / pUC19_puuC; GSB0098 (KCTC 11671BP) and Klebsiella pneumoniae ΔdhaT / pUC19_puuC; Recombinant microorganism, characterized in that selected from the group consisting of GSB0163 (KCTC 11673BP). 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 재조합 미생물을 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 8 in a culture medium containing 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 9에 있어서, 상기 배양하는 단계는 호기 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 3-하이드록시프로피온산의 제조방법.The method of claim 9, wherein the culturing is performed in aerobic conditions. 청구항 9 또는 청구항 10에 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 9 or 10, wherein vitamin B-12 is added in the step of producing 3-hydroxypropionic acid from the glycerol. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 재조합 미생물을 글리세롤을 탄소원으로 함유하는 배양배지에서 배양하는 단계; 및
상기 배양액으로부터 3-하이드록시프로피온산과 1,3-프로판디올을 동시에 생산하는 단계
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 3-하이드록시프로피온산과 1,3-프로판디올의 동시 제조방법.
Culturing the recombinant microorganism of any one of claims 1 to 8 in a culture medium containing glycerol as a carbon source; And
Simultaneously producing 3-hydroxypropionic acid and 1,3-propanediol from the culture solution
Simultaneous preparation method of 3-hydroxypropionic acid and 1,3-propanediol comprising a.
청구항 12에 있어서, 상기 배양하는 단계는 혐기 조건 또는 부분 호기 조건에서 수행되는 것을 특징으로 하는 3-하이드록시프로피온산과 1,3-프로판디올의 동시 제조방법.The method of claim 12, wherein the culturing is performed under anaerobic or partial aerobic conditions. 13. 청구항 12 또는 청구항 13에 있어서, 상기 글리세롤로부터 3-하이드록시프로피온산과 1,3-프로판디올을 동시에 생산하는 단계에서 비타민 B-12를 첨가하는 것을 특징으로 하는 3-하이드록시프로피온산과 1,3-프로판디올의 동시 제조방법.The method of claim 12 or 13, wherein 3-hydroxypropionic acid and 1,3-, characterized in that the addition of vitamin B-12 in the step of simultaneously producing 3-hydroxypropionic acid and 1,3-propanediol from the glycerol Simultaneous preparation of propanediol.
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