KR20120048211A - 길항미생물 바실러스 섭티리스로부터 신규 이튜린 생합성 유전자의 클로닝과 염기배열 결정 및 그 유전자의 특성 - Google Patents

길항미생물 바실러스 섭티리스로부터 신규 이튜린 생합성 유전자의 클로닝과 염기배열 결정 및 그 유전자의 특성 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규 이튜린 생합성 유전자 및 이의 용도에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 바실러스 섭틸러스(Bacillus subtilis subsp. krictiensis ATCC 55079) 균주로부터 이튜린 생합성 유전자를 클로닝하고, 클로닝한 유전자가 이튜린 생합성 유전자인지의 여부를 확인한 후 염기배열을 결정하였으며, 이미 보고된 유전자와 비교분석하여 동정된 유전자는 기존에 보고된 유전자와는 다른 새로운 유전자라는 것을 확인함으로써, 신규 이튜린 생합성 유전자 및 이의 용도를 제공한다.

Description

길항미생물 바실러스 섭티리스로부터 신규 이튜린 생합성 유전자의 클로닝과 염기배열 결정 및 그 유전자의 특성{Cloning and determination of sequence of novel iturin biosynthetic genes from antagonistic microorganism Bacillus}
본 발명은 신규 이튜린 생합성 유전자에 관한 것으로, 구체적으로 바실러스 섭틸러스 균주 유래 신규한 이튜린 생합성 유전자 및 이의 용도에 관한 것이다.
생물학적 방제는 식물에 병해(病害)를 유발하는 병원성 미생물을 길항작용이 있는 다른 미생물을 이용하여 방제하는 것을 말하며 가장 대표적인 생물농약은 미생물 자체를 직접 이용하거나 미생물을 이용하여 각종 식물 병원균과 농작물에 해를 주는 곤충, 응애, 선충 등의 해충 및 잡초 등을 방제하는 데 주로 사용되고 있다. 이러한 생물학적 방제 연구는 1900년대 초부터 시작되어 그동안 많은 종류의 세균, 곰팡이를 이용하여 식물 병원균을 억제하려고 많은 노력을 기울여 왔다. 그러나 토양 속의 생태계가 복잡하고 식물체와 미생물 간에는 복잡한 상호 작용이 연관되어 있기 때문에 그동안 연구 결과들이 매우 미진하였으나, 최근 들어 식물체와 미생물 간의 상호작용들이 하나씩 밝혀지고 있고, 분자생물학 등 생명공학 기술의 발달로 인해 괄목할 만한 결과들이 발표되기 시작하여 현재 전 세계적으로 40여종의 생물학적 방제제가 개발되었고(H. D. Burges, Formulation of microbial biopesticides, Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, The Netherlands, p.187-202, 1998), 미국에서만 25종의 종류가 등록되어 상품화되었다(B. B. McSpadden Gardener, et al., Plant Health Progress〔Internet〕, May 10, 2002 〔cited Aug.13, 2010〕, Available from: http://www.plantmanagementnetwork. org/pub/php/review/biocontrol/).
등록된 대부분의 제품들이 토양 전염에 의해 발생하는 푸사리움속(Fusarium ), 피시움속( Pythium ), 라이족토니아속( Rhizoctonia ), 스클레로티니아속(Sclerotinia , Phytophthora ) 등에 대한 식물병 방제용이나, 이들 제품들은 아직 큰 시장을 점유하지 못하고 있는 실정이다. 지금까지 가장 성공적인 생물학적 방제의 예는 아그로박테리움 투메파시언스(Agrobacterium tumefaciens )에 의해 발병하는 과수 뿌리병인 근두암종병(crown gall)의 방제이다(A. Kerr, Plant Dis., 64: 25-30, 1980). 이 식물병은 화학합성 농약으로는 방제가 불가능하나 아그로박테리움 라디오박터(Agrobacterium radiobacter)가 생산하는 아그로신(agrocin)이라는 항생물질이 A. tumefaciens의 침입을 억제하는 것이 알려지게 되었고, 그 후 유전공학 기법을 이용하여 A. radiobacter를 개량한 몇 가지 제품이 개발되어 전 세계 시장의 상당 부분을 점유한 것으로 추측된다(제품명: Nogall, Norbac and Galltrol-A 등). 또 다른 성공 사례는 슈도모나스 플루오레센스(Pseudomonas fluorescens)를 이용한 밀의 뿌리썩음병 방제 연구로 미국의 USDA와 Washington 주립대학 연구팀이(D. M. Weller, Annu. Rev. Phytopathol., 26: 379-407, 1988; D. M. Weller, et al., Can. J. Plant Pathol., 8: 328-334, 1986; R. J. Cook, Can. J. Plant. Pathol., 14: 76-85, 1992) 10여년에 걸친 연구를 통해 밀의 뿌리병을 야기하는 게우만노마이세스 그라미니스 아종 트리티시(Gaeumannomyces graminis var. tritici)에 강력한 길항작용을 나타내는 P. fluorescens 토양으로부터 분리하는 데 성공하였다. 이 길항 미생물을 밀의 종자에 처리하여 파종하였을 경우 밀의 수확량이 10 ~ 20% 증가함을 확인하였는데, 이러한 효과는 슈도모나스(Pseudomonas)가 생산하는 페나진(phenazine)계(L. S. Thomashow, et al., Appl. Environ. Microbiol., 56: 908-912, 1990; C. Keel, et al., Mol. Plant-Microbe Interact., 5: 4-13, 1992)와 2,4-플로로글루시놀(2,4-diacetyl phloroglucinol 항생물질(C. Keel, et al., Mol. Plant-Microbe Interact., 5: 4-13, 1992)에 의한 것으로 밝혀졌다. 8년에 걸친 포장 실험을 통해 드러난 살포시기와 지역에 따른 방제 활성의 차이점을 극복하기 위해 연구팀은 유전공학 기법을 도입하여 phenazine계 항생제 생산과 관련된 슈도모나스 종(Pseudomonas sp.)의 유전자 발현을 극대화하여 밀 뿌리 썩음병 방제 효과의 불규칙성을 극복하는 데 성공하였다(M. H. Ryder, et al., Improving plant productivity with Rhizobacteria, CSIRO Divisions of soils, Adelaide, South Australia, p.247-249, 1994).
바실러스 섭틸리스(B. subtilis) 균주는 여러 종류의 항생물질뿐만 아니라 각종 효소들을 생산하는 특징으로 인해 많은 연구자의 주목을 받아 왔고, 사카로마이세스 세레비제(S. cerevisiae ) 및 락토바실러스 종(Lactobacillus sp.) 등과 더불어 미국 식품의약국에 의해 인체 및 환경에 무해한 균주로 인정받고 있다. B. subtilis를 이용하여 개발된 미생물 제제로는 에픽(Epic), 코디악(Kodiak), 컴패니언(Companion), 하이스틱(HiStick) 및 세레나데(Serenade)등이 있으며, 이들은 주로 종자 처리제나 수확후(post-harvest) 및 야채 등의 부패 방지용으로 널리 쓰이고 있다(B. B. McSpadden Gardener, et al., Plant Health Progress〔Internet〕, May 10, 2002 〔cited Aug.13, 2010〕, Available from: http://www.plantmanagementnetwork.org/pub/php/ review/biocontrol/). 특히 2,000년대 초반에 아그라퀘스트 회사(AgraQuest Co.)에서 등록한 Serenade는 B. subtilis QST713 균주를 이용하여 생산되며 살균제(fungicide)와 항세균제(bactericide)로 25개국에 등록되었고, 현재 용도에 따라 다양한 제품들이 판매되고 있다. 또한 미국 USDA의 연구팀은 B. subtilis가 생산하는 이튜린 계열의 항생물질이 복숭아 복숭아나무잿빛무늬병(brown rot)의 병원균인 모닐리니아 프럭티콜라(Monilinia fructicola)를 억제하는 것을 발견하고 B. subtilis 균주를 과수저장 중 부패 방지제로 개발하려는 연구를 시도하였다(R. C. Gueldner, et al., J. Agric. Food Chem., 36: 366-370, 1988).
이외에 미국 USDA의 Dr. Pusey 연구팀은 B. subtilis가 많은 식물 병에 대해 억제효과가 있는 것을 발견하였으며(P. L. Pusey, et al., Pesticide Sci., 27: 133-140, 1989), Phae 등도 퇴비용 부숙 토양으로부터 식물 병원균에 광범위한 억제효과를 나타내는 B. subtilis NB22 균주를 분리하고 그 활성 성분이 이튜린계 물질임을 증명하였다(C. G. Phae, et al., J. Ferment. Bioeng., 69: 1-7, 1990). 이처럼 바실러스 균주가 생산하는 환상형 펩타이드 항생물질인 이튜린은 오래 전부터 생물학적 방제제로 널리 이용되어 왔으나 분자 수준에서 이튜린 생합성 유전자에 대한 분자 수준에서의 연구는 1990년에 일본 연구팀에서 J. Ferment. Bioeng.에 발표한 것을 제외하고는 거의 연구가 이루어지지 않았다.
이튜린(iturin) 이외에 다른 환상형 펩타이드인 설팩틴(surfactin) 생합성 유전자를 갖고 있는 B. subtilis 168 균주의 전체 유전자에 대한 염기배열이 1997년에 발표되었고(Kunst, F., et al., Nature, 390: 249-256, 1997), B. subtilis ATCC 6633 균주로부터 마이코섭틸린(mycosubtilin)의 생합성 유전자에 대한 연구 결과가 1990년대 후반 독일 연구팀에서 보고하였다(E. H. Duitman, et al., Proc. Natl. Acad. Sci., 96: 13294-13299, 1999). 그 이후 2,000년대에 들어오면서 일본 연구팀에 의해 B. subtilis RB14 균주로부터 이튜린 A 유전자의 클로닝과 염기배열 및 그 특징에 대해 발표되었다(K. Tsuge, et al., J. Bacteriol., 183: 6265-6273, 2001). 또한, 독일 연구팀에서는 식물의 생장을 촉진하면서 동시에 식물 병원균을 억제하는 B. amyloliquefaciens FZB42 균주가 이차 대사산물로 환상형 펩타이드인 설팩틴, 펜지신(fengycin) 및 바실로마이신 D(bacillomycin D)를 생산하는 것을 발견하고, 생산되는 이차 대사산물들의 유전자 구조와 기능적인 특성을 분자 수준에서 규명하고 보고하였다(A. Koumoutsi, et al., J. Bacteriol., 186: 1084-1096, 2004). 이외에도 상기의 독일 연구팀에서는 B. amyloliquefaciens FZB42 균주가 상기 3종류의 환상형 펩타이드 이외에 폴리케니드(polyketide)계 항생물질인 마크로락틴(macrolactin), 바실래인(bacillaene) 및 디피시딘(difficidin)을 생산한다고 보고하였다(Chen, et al., Nature Biotechnol., 25: 1007-1014, 2007). 이와 같이 다양한 환상형 펩타이드 항생물질에 대한 보고는 간헐적으로 이루어지고 있으나, 다양한 종류의 이튜린 생합성 유전자에 대한 보고는 거의 없는 실정이다.
이에, 본 발명자들은 국내 토양에서 분리한 다양한 식물 병원균에 효과적이며, 6종류의 이튜린(iturin A-F)을 생산하여 1992년도에 미국 특허를 획득한 B. subtilis subsp. krictiensis ATCC 55079 균주(S. H. Bok, et al., 미국 특허 등록번호 5,155,041, 1992. 10. 13)로부터 이튜린 생합성 유전자를 클로닝하였고, 유전자의 염기배열을 결정하여 이튜린 생합성 유전자를 동정하고 그 특성을 분석하였으며, 상기 이튜린 생합성 유전자는 종래의 이튜린 유전자와 염기서열에서 많은 차이를 나타내고 있는 신규한 이튜린 생합성 유전자임을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 신규한 이튜린 생합성 유전자, 상기 유전자가 암호화하는 단백질 및 이들의 용도를 제공하는 것이다.
본 발명은 서열번호 6으로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자 또는 상기 유전자에 대해 95% 이상의 서열 상동성을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6과 서열번호 5로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6과 서열번호 3으로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6과 서열번호 7로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6과 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6, 서열번호 3 및 서열번호 7로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6, 서열번호 3 및 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6, 서열번호 7 및 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 유전자에 의해서 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 이튜린 생합성 유전자의 염기서열을 포함하는 벡터를 제공한다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 이튜린 생합성 유전자의 염기서열을 포함하는 벡터가 도입된 형질전환체를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 형질전환체에 의해서 생성된 이튜린 단백질을 제공한다.
아울러, 본 발명은 본 발명에 따른 이튜린 단백질을 생산하는 형질전환 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 생물학적 방제제를 제공한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서 기술한 6종류의 이튜린을 생산하는 B. subtilis 균주로부터 이튜린을 생합성하는 유전자의 클로닝과 염기서열 결정 및 항균력 검정을 통해 이튜린을 생합성하는 유전자라는 것을 확인하였다. 또한 돌연변이주와 기기분석을 통해 대사산물이 이튜린이라는 것을 재확인하였으며, 기존에 보고된 유전자와는 다른 새로운 유전자라는 것을 확인하였다. 이러한 사실을 토대로 이튜린 생합성 유전자를 이용하여 항균활성이 증진된 균주의 개량을 통해 생물학적 방제제로 활용 가능할 것으로 사료되며, 다른 한편으로는 이 유전자를 다른 생물학적 방제 활성을 나타내는 세균에 형질전환시켜 새로운 균주 개발에 응용 가능할 것으로 사료된다.
도 1은 B. subtilis subsp. krictiensis ATCC 55079와 B. subtilis 168 균주로부터 얻은 PCR 산물을 확인한 전기영동 사진이다:
1번 레인: 1kb 래더;
2번 레인: B. subtilis 168 균주에서 SrfB 7과 SrfB 8 프라이머를 이용하여 획득한 PCR 산물(설팩틴 유전자의 산물);
3번 레인: B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 SrfB 7과 SrfB 8 프라이머를 이용하여 획득한 PCR 산물(이튜린 유전자 산물로 추정됨);
4번 레인: B. subtilis 168 균주에서 SrfB 9과 SrfB 10 프라이머를 이용하여 획득한 PCR 산물(설팩틴 유전자 산물); 및
5번 레인: B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 SrfB 9과 SrfB 10 프라이머를 이용하여 획득한 PCR 산물(이튜린 유전자 산물로 추정됨);
도 2는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 SrfB 9과 SrfB 10 프라이머를 이용하여 획득한 아미노산 서열과 설팩틴 및 리케니신(lichenysin) 생합성 유전자의 아미노산 서열을 CLUSTAL W를 이용하여 비교분석한 그림이다:
1번: B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 SrfB 9과 SrfB 10 프라이머를 이용하여 획득한 PCR 산물의 아미노산 서열(이튜린 유전자의 아미노산 서열로 추정됨);
2번 ~ 4번: 설팩틴 생합성 유전자의 3개의 다른 도메인의 아미노산 서열; 및
5번: 리케니신(lichenysin) 생합성 유전자의 아미노산 서열.
도 3은 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 SrfA 5과 SrfA 6 프라이머를 이용하여 획득한 0.4 kb의 PCR 산물에 대한 유전자 염기서열 및 펩타이드 서열을 나타낸 그림이다.
도 4는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 SrfA 5과 SrfA 6 프라이머를 이용하여 획득한 0.4 kb의 PCR 산물에 대한 아미노산 서열과 다른 균주들의 아미노산 서열을 CLUSTAL W를 이용하여 비교분석한 그림이다:
1번: Cuphea lanceolata 식물체의 아실 운반 단백질(acyl carrier protein) 환원 효소의 아미노산 서열;
2번: Bacillus subtilis 균주의 아실 운반 단백질 환원 효소의 아미노산 서열; 및
3번: Salmonella typhimurium 균주의 아실 운반 단백질 환원 효소의 아미노산 서열;
4번: Deinococcus radiodurans 균주의 아실 운반 단백질 환원 효소의 아미노산 서열; 및
5번: B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 SrfA 5과 SrfA 6 프라이머를 이용하여 획득한 PCR 산물의 아미노산 서열.
도 5는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 라이브러리 스크리닝 결과를 나타낸 그림이다:
도 5의 A는 콜로니 혼성화(colony hybridization)결과를 나타낸 그림이다;
도 5의 B는 콜로니 혼성화를 통해서 얻은 코스미드 클론의 DNA를 EcoRI으로 절단한 아가로스(agarose) 전기영동을 행한 결과이다; 및
도 5의 C는 서던 혼성화 결과를 나타낸 그림으로 2개의 클론에서 동위원소로 표지한 프로브 DNA와 상동성을 나타낸 결과이다.
도 6은 게놈 라이브러리 스크리닝을 통해 얻은 Cosmid 클론의 제한효소 지도이다.
도 7은 A 내지 F는 B. subtilis subsp. krictiensisB. subtilis 168 균주에서 게놈 라이브러리 스크리닝을 통해 얻은 pJJ815와 pJJ121 클론을 EcoRI 효소를 이용하여 절단시킨 단편을 65℃에서 혼성화(hybridization) 반응을 수행 결과를 나타낸 그림이다:
1번 레인: HindIII로 절단한 람다(lambda) DNA;
2번 레인: B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 DNA;
3번 레인: B. subtilis 168 균주의 게놈 DNA; 및
4번 레인: 프로브 DNA.
도 8은 A 내지 F는 B. subtilis subsp. krictiensisB. subtilis 168 균주에서 게놈 라이브러리 스크리닝을 통해 얻은 pJJ815와 pJJ121 클론을 EcoRI 효소를 이용하여 절단시킨 단편을 50℃에서 혼성화(hybridization) 반응을 수행 결과를 나타낸 그림이다:
1번 레인: HindIII로 절단한 람다(lambda) DNA;
2번 레인: B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 DNA;
3번 레인: B. subtilis 168 균주의 게놈 DNA; 및
4번 레인: 프로브 DNA.
도 9는 게놈 라이브러리 스크리닝을 통해 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 얻은 이튜린 생합성 유전자의 구성도를 나타낸 것이다:
ORF1: 전사조절자;
ORF2-1: Itu A-1;
ORF2-2: Itu A-2;
ORF3: Itu B;
ORF4: Itu C;
ORF5: Itu D; 및
OFR6: 아스파레이트 트랜스아미네이즈-유사 단백질(Asparate tranaminase- like protein).
도 10은 표준 화합물인 이튜린과 설팩틴의 항균력을 비교한 그림이다.

도 11은 B. subtilis subsp. krictiensis , B. subtilis 168, B. subtilis JH642, 및 B. subtilis C9 균주를 이용하여 3종류의 피검균에 대한 항균력을 비교한 그림이다:
Wild type: 이튜린을 생산하는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주;
B. subtilis 168: 설팩틴 유전자를 가지고 있으나, 설팩틴을 생성하지 않는 섭틸리스 균주;
B. subtilis JH642: 이튜린과 설팩틴 모두를 생산하지 않는 섭틸리스 균주; 및
B. subtilis C9: 설팩틴과 이튜린을 모두 생산한다고 추정되는 섭틸리스 균주.
도 12는 Cosmid 클론의 EcoRI 단편과 이 단편을 함유한 벡터의 제작을 나타낸 것이다.
도 13은 Cosmid 클론으로부터 유래된 여러 EcoRI 단편을 함유한 B. subtilis subsp. krictiensis 형질전환주들의 항균력을 비교한 그림이다:
1: pBT1 단편; Cosmid pJJ121의 SmaI과 EcoRI으로 절단한 단편
2: pBT3 단편; Cosmid pJJ815의 EcoRI 단편
3: pBT6 단편; Cosmid pJJ121의 EcoRI 단편 및
4: 형질전환하지 않은 B. subtilis subsp. krictiensis 균주.
도 14는 Iturin 생합성능이 소실된 돌연변이주를 제조하기 위한 벡터의 제작을 나타낸 도식이다.

도 15는 이튜린을 생산하는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 이튜린 생산능이 소실된 돌연변이주의 Fusarium oxysporum에 대한 항균력을 비교한 그림이다.
도 16은 돌연변이주 내에 삽입된 스펙티노마이신(spectinomycin)이 염색체상에 삽입되었는지의 여부를 조사한 서던 혼성화(Southern hybridization) 결과를 나타낸 것이다:
1번 레인: 1kb 래더;
2번 레인: B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 DNA를 ClaI으로 절단시킨 단편;
3번 레인: B. subtilis subsp. krictiensis 돌연변이-10 균주의 게놈 DNA를 ClaI으로 절단시킨 단편; 및
4번 레인: BamHI과 XbaI으로 절단한 p121E3 벡터.
도 17은 B. subtilis subsp. krictiensis와 이튜린이 소실된 돌연변이주로부터 생산된 이튜린 생성 여부를 HPLC를 이용하여 조사한 크로마토그램이다.
도 18은 B. subtilis subsp. krictiensis 균주가 생산하는 6종의 이튜린을 HPLC로 분석한 크로마토그램이다:
A: Iturin A;
B: Iturin B;
C: Iturin C;
D: Iturin D;
E: Iturin E; 및
F: Iturin F.
도 19는 B. subtilis subsp. krictiensis가 생산하는 6 종류의 이튜린 중 이튜린 A 내지 C를 생산하는 지의 여부를 LC-Mass를 이용하여 분석한 결과이다.
도 20은 B. subtilis subsp. krictiensis가 생산하는 6 종류의 이튜린 중 이튜린 D 내지 F를 생산하는 지의 여부를 LC-Mass를 이용하여 분석한 결과이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 서열번호 6으로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자 또는 상기 유전자에 대해 95% 이상의 서열 상동성을 갖는 이튜린 생합성 유전자, 또는 상기 유전자에 의해 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
상기 이튜린 생합성 유전자에 있어서, 서열번호 6으로 기재되는 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 3을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 이튜린 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 종래의 알려진 이튜린 생합성 단백질인 것이 바직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 신규한 이튜린(iturin) 생합성 유전자를 동정하고자 우선, 설팩틴(surfactin)을 생성하나, 이튜린(iturin)은 생성하지 않은 것으로 알려진 B. subtilis 168 균주를 이용하였다. 설팩틴과 이튜린은 7개의 아미노산과 지방산으로 이루어진 환상형 리포펩타이드 항생물질로써, 아미노산의 조성과 연결된 순서만이 서로 상이하고 분자량도 유사하다고 알려져 있다. 또한 설팩틴 유전자의 크기가 32 kb나 될 정도로 매우 크기 때문에, 이튜린 유전자의 크기도 이와 유사할 것으로 생각하고, 상기 두 항생물질이 처음부터 서로 다른 생합성 경로로 합성되기보다는 어느 단계까지는 동일한 생합성 경로로 합성되다가 일정한 단계부터 서로 다른 생합성 경로로 합성될 것으로 추정하였다. 왜냐하면 B. subtilis 균주 중 일부는 이튜린과 설팩틴을 동시에 생산한다고 알려진 균주도 있기 때문에, 두 유전자의 크기를 감안하면 각각의 유전자가 별개로 존재할 가능성은 낮을 것으로 판단하였다. 즉, 설팩틴과 이튜린 각각의 유전자 크기를 고려해볼 때 특히 두 항생물질이 생합성되는 과정 중 펩타이드가 고리화(cyclization)되는 과정과 펩타이드와 지방산이 연결되는 아실화(acylation) 과정은 설팩틴과 이튜린이 동일한 생합성 경로를 이용할 것으로 추정하였다. 이러한 추정을 토대로 Bacillus genome project에 이용된 B. subtilis 168 균주에 대한 데이타 베이스로부터 설팩틴 생합성 유전자를 확보하고, DNA 상동성(homology)을 이용한 방법으로 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 이튜린 생합성 유전자를 클로닝하였다. 본 발명의 구체적인 실시예에서, B. subtilis 168 균주 및 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 염색체 DNA를 주형으로 삼고, PCR 및 전기영동을 행하여 B. subtilis 168 균주와 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 얻은 각각의 유전자 산물 중에서 동일한 크기의 약 1.8 kb에 해당하는 DNA 단편을 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 획득하였다(도 1 참조).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 획득한 DNA 단편에 대한 아미노산 서열을 NCBI 데이타 베이스를 이용하여 다른 펩타이드 생합성 유전자의 아미노산들과 비교한 결과, 서로 다른 3개의 설팩틴 생합성 유전자와 82~85%의 상동성을 나타내었고, B. licheniformis 균주가 생산하는 리케니신(lichenysin) 생합성 유전자와도 80%의 상동성을 나타냈다.
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 펩타이드와 지방산을 연결하는 아실화(aylation) 과정에 관여하는 유전자를 클로닝하기 위하여 고안한 20 여종의 프라이머를 이용하여 PCR을 행하고 얻은 약 0.4 kb의 DNA 단편에 대한 염기배열을 결정하고(도 3 참조), 아미노산을 비교분석하기 위하여 NCBI 데이타 베이스를 탐색한 결과 이 유전자 산물은 다른 미생물에서 유래된 아실 전달체 단백질 환원 효소와 56 ~ 83%의 상동성을 나타냈다(도 4 참조). 특히 다른 B. subtilis 균주에서 유래된 아실 전달체 단백질 환원효소와는 83%의 상동성을 나타내어 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 라이브러리 스크리닝 시에도 활용 가능할 것으로 사료되었다.
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 라이브러리로부터 이튜린 생합성 유전자를 클로닝하기 위하여, B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 DNA를 Sau3A 제한효소를 이용하여, 부분절단(partial digestion)한 후, 20 ~ 30 kb 크기의 DNA 단편을 Cosmid 벡터인 pLARF3에 삽입한 후, 이를 E. coli HB101에 형질전환시켜, 게놈 라이브러리를 제조하였다. 상기 제조된 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 라이브러리와, 상기 실시예 <3-1>에서 클로닝한 1.8 kb의 펩타이드 생합성 유전자를 프로브로 이용하여, 콜로니 혼성화(colony hybridization)와 서던 혼성화(Southern hybridization)를 수행하였다. 그 결과, 27 kb와 32 kb의 위치에서 상기 프로브 DNA와 상동성을 나타낸 2개의 클론들을 관찰할 수 있었으며, 이를 각각 pJJ815와 pJJ121로 명명하였다(도 5 참조).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, Cosmid 클론들을 여러 종류의 제한효소로 절단하여 서로 중복된 부분을 제외하고 제한효소 지도를 작성한 후 일부 단편에 대한 염기배열을 조사한 결과 pJJ121의 일부 단편은 설팩틴 합성효소 I, 타이로신 합성효소 II, 그라미시딘(gramicidine) S 합성효소 I 및 펩타이드 합성효소 2와 57-90%의 상동성을 나타내었다. 상기 결과로부터 본 발명자들은 두 Cosmid 클론 내에는 이튜린 생합성 과정 중 펩타이드 합성과 관련된 일부 유전자자 포함되어 있다고 추정하였다.
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 Cosmid 클론 내의 유전자들이 이튜린 생합성에 관여하는 유전자인지 설팩틴 합성에 관여하는 유전자인지의 여부를 확인하기 위하여 이튜린을 생산하는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis 168 균주의 염색체 DNA를 이용하여, 50℃와 65℃에서 서던 혼성화를 수행하였다. 이때 사용한 프로브 DNA는 Cosmid 클론인 pJJ121과 pJJ815 균주를 EcoRI으로 절단하여 얻은 6개의 EcoRI 단편들을 서브클로닝한 단편들을 프로브로 제조하여 이용하였다. 그 결과, 65℃에서는 상기 프로브에 대하여 B. subtilis subsp. krictiensis 균주는 6개의 EcoRI 단편 모두에 대하여 상동성을 나타냈으나, B. subtilis 168 균주에서는 6개의 EcoRI 단편 모두에 대해 상동성을 나타내지 않았다. 이러한 결과는 50℃에서 서던 혼성화를 수행하였을 때도 동일하였으며, 다만 B. subtilis 168 균주에서 pJJ121E3 단편이 미약한 반응을 나타냈다. 따라서, Cosmid 클론 내의 유전자들이 설팩틴 생합성 유전자들과는 거의 유사성을 나타내지 않아 이튜린 생합성에 관여하는 유전자일 가능성이 클 것으로 추정되었다(도 7 및 도 8 참조).
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 두 개의 Cosmid 클론으로부터 클로닝한 EcoRI 단편들을 이용하여 양방향 염기배열을 결정하여 21,253 bp를 확보하였으나, 일부 유전자가 누락되어 있는 것을 발견하고 누락된 부분의 염기배열을 추가로 확보하기 위하여 게놈 라이브러리 스크리닝을 통해 유전자를 확보하고 염기배열을 결정하여 총 37,682 bp의 염기배열을 확보하였으며, 염기배열 내에서 이튜린 생합성에 관여할 것으로 추정되는 7개의 ORF가 발견되었다(도 9 참조). Cosmid 클론의 이튜린 생합성에 관여할 것으로 추정되는 7종의 ORF 각각을 다른 환상형 리포펩타이드 생합성 유전자와 비교한 결과 B. subtilis 유래의 설팩틴 유전자와는 76 ~ 86%의 유사성을 나타낸 반면 B. amyloliquefaciens 유래의 설팩틴 유전자와는 92 ~ 100%의 유사성을 나타내었다. 특히 iturin 생합성에 직접적으로 관여할 것으로 추정되는 ORF 2-1(543 bp)과 2-2(9,927bp) 및 ORF3(10,757 bp)는 B. amyloliquefaciens 균주 유래 설팩틴 유전자와 각각 92 ~ 98%의 유사성을 나타내었다(표 1 참조). 표 1에 열거한 균주 중 CP000560.1 번호로 시작되는 B. amyloliquefaciens FZB42 균주와는 ORF 2-1의 유사성이 94%를 나타낸 반면 전체 염기서열(37,682 bp)을 비교해보면 98%의 유사성을 나타내었다. 그러나 이 균주는 환상형 펩타이드인 설팩틴, 펜지신(fengycin) 및 바실로마이신 D(bacillomycin D)를 생산하고(Chen, et al., Nature Biotechnol., 25: 1007-1014, 2007), 이튜린은 생산하지 않는 것으로 보고되었으므로, 본 발명자들은 상기 코스미드 클론의 ORF 2-1 과 2-2 및 OFR3을 신규한 이튜린 생합성 유전자일 것으로 추정하였다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 이튜린과 설팩틴의 항균 능력을 벼의 도열병 원인균인 마그나포르테 그리시아(Magnaporthe grisea)와 무좀균인 트리코피톤 멘타그로파이트(Trichophyton mentagrophytes) 및 가지과 식물의 시들음병 원인균인 푸사리움 옥시스포럼(Fusarium oxysporum) 3 종류의 피검균에 대하여 측정하였다. 그 결과, 도 10에 나타난 바와 같이, 표준화합물인 이튜린 A와 설팩틴은 마그나포르테 그리시아와 트리코피톤 멘타그로파이트에 대하여 항균력을 나타낸 반면, 푸사리움 옥시스포럼 균에 대해 이튜린은 항균 활성을 나타냈으나, 설팩틴은 항균활성을 나타내지 않았다(도 10).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 이튜린 또는 설팩틴을 생산하는 바실러스 균주의 배양 상등액을 이용하여 항균능력을 측정한 결과, 이튜린을 생산하는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주는 표준 화합물을 이용한 항균력 측정결과와 동일하게, 마그나포르테 그리시아, 트리코피톤 멘타그로파이트 및 푸사리움 옥시스포럼에 대하여 항균활성을 나타냈으나, 항생물질을 생산하지 않는 B. subtilis JH642 균주와 B. subtilis 168 균주에서는 상기 피검균주에 대하여 항균활성이 나타나지 않았으며, 설팩틴과 이튜린을 모두 생산하는 균주로 추정되는 B. subtilis C9 균주에서는 이튜린의 항균 효과가 나타나는 푸사리움 옥시스포럼에 대하여 항균효과를 나타냈다. 이러한 결과를 토대로 본 발명자들을 이튜린 돌연변이주 선발 시 피검균으로 푸사리움 옥시스포럼을 이용하기로 결정하였다(도 11 참조).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 Cosmid 클론의 단편을 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에 형질전환시킨 후(도 12 참조), 푸사리움 옥시스포럼에 대한 항균력을 관찰하였다. 그 결과, pBT6(ORF 2-2와 ORF 3를 포함) 단편이 형질전환된 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 푸사리움 옥시스포럼에 대한 항균력이 가장 크게 나타났다(도 13 참조).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서 이튜린 생합성에 관련되는 Cosmid 클론의 단편 중 pBT6가 이튜린 합성에 관여하는 부위임을 확인하기 위하여, pBT6 단편이 포함되어 있는 pJJ121E2 단편을 pTZ18 벡터에 클로닝하고, 스펙티노마이신(spectinomycin) 저항성 유전자를 갖고 있는 p121E3 벡터를 BamHI과 XbaI으로 절단하고 PCR을 이용하여 ClaI 부위를 부착한 후 ClaI으로 절단하였다. 다시 ClaI으로 절단한 스펙티노마이신 유전자를 함유한 단편을 pJJ121E2 단편이 삽입된 pTZ18 벡터의 ClaI 부위에 삽입시키고, SalI 부위는 제거시켜 pJJ121E2-1 벡터를 제조한 후, B. subtilis subsp. krictiensis 균주에 형질전환시켜(B. subtilis subsp. krictiensis 돌연변이-10), 이튜린 생합성 능력이 소실되었는지의 여부를 확인하고자 하였다(도 14 참조). 그 결과, 푸사리움 옥시스포럼 균에 대하여 B. subtilis subsp. krictiensis 균주는 강력한 항균력을 나타낸 반면, B. subtilis subsp. krictiensis 돌연변이-10은 항균력이 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있었다(도 15 참조). 또한, 도 16에 나타난 바와 같이, 서던 혼성화를 통하여 B. subtilis subsp. krictiensis 돌연변이-10 균주의 염색체 내에, 스펙티노마이신 저항성 유전자가 삽입된 것을 확인할 수 있었다(도 16 참조).
또한, 본 발명의 구체적인 실시예에서 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis subsp. krictiensis 돌연변이-10 균주의 대사산물을 HPLC 분석방법을 이용하여 분석한 결과, B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 상업적으로 판매되고 있는 표준 화합물인 이튜린 A에서는 관찰되는 피크가 동일한 반면 B. subtilis subsp. krictiensis 돌연변이-10 균주에서는 이튜린 A 피크가 관찰되지 않았으며 (도 17), 또한 이를 LC-Mass를 이용하여 분자량을 확인한 결과, B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서는 관찰되었으나 B. subtilis subsp. krictiensis 돌연변이-10 돌연변이 균주에서는 관찰되지 않는 피크들이 이튜린 A 내지 F와 정확하게 일치되는 것을 확인할 수 있었다(도 18 내지 20 참조).
즉, 본 발명자들은 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로터 유래한 이튜린 생합성 유전자를 클로닝하고, 상기 클로닝한 유전자의 서열을 분석하여 종래의 알려진 환상형 리포펩타이드 생합성 유전자들과 서열이 상이한 신규한 이튜린 생합성 유전자임을 확인하였다.
또한, 본 발명은 서열번호 6과 서열번호 5로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자, 또는 상기 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6과 서열번호 3으로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자, 또는 상기 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6과 서열번호 7로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자, 또는 상기 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6과 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자, 또는 상기 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
상기 이튜린 생합성 유전자에 있어서, 서열번호 6으로 기재되는 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 3을 포함하는 것이 바람직하며, 서열번호 3으로 기재되는 염기서열은 ORF 2를 포함하는 것이 바람직하며, 서열번호 5로 기재되는 염기서열은 ORF 2의 일부인 ORF 2-2 부분을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 서열번호 6으로 기재되는 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 14로 기재되는 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하며, 서열번호 3으로 기재되는 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 11로 기재되는 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하며, 서열번호 5로 기재되는 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 13으로 기재되는 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 이튜린 생합성 유전자에 있어서, 서열번호 7로 기재된 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 4 부분을 포함하는 것이 바람직하며, 서열번호 8로 기재되는 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 5 부분을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 서열번호 7로 기재되는 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 15로 기재되는 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하며, 서열번호 8로 기재되는 염기서열에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 16으로 기재되는 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
상기, 서열번호 3으로 기재되는 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 2 전체의 염기서열인 것을 특징으로 하며, 본 발명자들은 이튜린 생합성 유전자를 암호화하는 특정 부위를 확인하고자, ORF 2 부위를 나누어, ORF 2-1(서열번호 4)와 ORF 2-2(서열번호 5)로 나누어 실시예에 이용하였다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 이튜린 생합성 유전자를 다른 환상형 리포펩타이드 생합성 유전자의 아미노산과 비교한 결과, 이튜린 전체 유전자의 크기에 대하여 유의한 차이를 나타냈다. 이에, 본 발명자들은 이튜린 생합성 유전자를 구성하는 ORF를 포함하는 단편을 제조하여, 이튜린 생합성 단백질에 관여하는 부위를 규명하고자 실험한 결과, ORF 2-2의 단편과 ORF 3의 염기서열을 포함한 벡터를 이용하였을 때, 이튜린 단백질의 항균력이 상승됨을 확인함으로써, 이튜린 생합성에 관여하는 유전자를 규명하였다.
또한, 본 발명은 서열번호 6, 서열번호 3 및 서열번호 7로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자, 또는 상기 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6, 서열번호 3 및 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 제공한다.
또한, 본 발명은 서열번호 6, 서열번호 7 및 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자, 또는 상기 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
상기 이튜린 생합성 유전자의 서열번호 6으로 기재되는 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 3 부위의 염기서열을 포함하는 것이 바람직하며, 서열번호 3으로 기재되는 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 2 부위의 염기서열을 포함하는 것이 바람직하며, 서열번호 7로 기재되는 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 4로 기재되는 염기서열을 포함하는 것이 바람직하며, 서열번호 8로 기재되는 염기서열은 이튜린 생합성 유전자의 ORF 5 부위의 염기서열을 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 이튜린 단백질을 생성할 수 있는 이튜린 생합성 내의 유전자 염기서열이라면 모두 포함될 수 있다.
상기 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질에 있어서, 서열번호 6으로 기재되는 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 14의 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하며, 서열번호 3으로 기재되는 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 11로 기재되는 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하며, 서열번호 7로 기재되는 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 15의 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하며, 서열번호 8로 기재되는 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 단백질은 서열번호 16의 아미노산 서열을 갖는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않으며, 이튜린 단백질을 생성할 수 있는 이튜린 생합성 내의 유전자 염기서열이라면 모두 포함될 수 있다.
또한, 본 발명은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자, 또는 상기 이튜린 생합성 유전자에 의해서 암호화되는 이튜린 단백질을 제공한다.
상기 이튜린 생합성 유전자에 있어서, 서열번호 1로 기재되는 염기서열은 도 9에 나타난, 이튜린 생합성 유전자에 포함되어 있는 7개의 ORF 1 내지 6의 염기서열을 포함하고 있는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 상기 염기서열은 종래의 이튜린 생합성에 관여하는 유전자와 비교하였을 때, 유의한 차이를 나타냄으로써, 신규한 이튜린 생합성 유전자임을 본 발명자에 의해서 밝혀졌으며, 이튜린 생합성 유전자를 구성하고 있는 ORF 중, ORF 2의 일부(ORF 2-2)와 ORF3을 포함하는 단편을 포함한 형질전환체의 항균력이 가장 많이 증가하였으며, 이 외의 다른 ORF를 포함하고 있는 단편을 포함한 형질전환체의 항균력을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명자들은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 신규한 이튜린 생합성 유전자를 규명하였다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 이튜린 생합성 유전자의 염기서열을 포함하는 벡터를 제공한다.
상기 벡터에 포함되는 이튜린 생합성 유전자의 염기서열은 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 포함하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 서열번호 6, 3, 및 7의 염기서열을 포함하는 유전자, 서열번호 6, 3, 및 8의 염기서열을 포함하는 유전자, 또는 서열번호 6, 7, 및 8의 서열을 포함하는 유전자이며, 더욱 바람직하게는 서열번호 6과 5로 기재되는 염기서열을 갖는 유전자, 서열번호 6과 3으로 기재되는 염기서열을 갖는 유전자, 서열번호 6과 7로 기재되는 염기서열을 갖는 유전자, 또는 서열번호 6과 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 유전자를 포함하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 서열번호 6으로 기재된 유전자, 또는 상기 유전자에 대해 95% 이상의 서열 상동성을 갖는 이튜린 생합성 유전자를 포함하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 이튜린 생합성 유전자의 염기서열을 포함하는 벡터가 도입된 형질전환체를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 형질전환체에 의해서 생성된 이튜린 단백질을 제공한다.
상기 형질전환체는 바실러스 섭틸러스 균주(Bacillus subtillus), 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 및 사카로마이세스 세레비지애(Bacillus amyloliquefaciens) 균주 등을 이용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 또한, 상기 균주에 재조합 벡터를 도입하는 방법은 열 충격법, 전기충격법 등을 이용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 Spizizen 방법을 이용하는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지 않으며 공지된 기술을 이용하여 도입할 수 있다.
본 발명에 따른 이튜린 생합성 유전자가 코딩하는 이튜린 단백질에 있어서, 이튜린 단백질은 상기 유전자를 포함하고 있는 벡터 또는 형질전환체에 의해서 코딩되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명에 따른 염기서열을 포함하고 있는 벡터가 도입된 균주의 항균력이 증가한 것을 확인할 수 있었으므로, 형질전환된 균주의 배양액을 생물학적 방제제로 활용할 수 있으며, 또한 이러한 형질전환주 자체를 생물학적 방제제로 유용하게 사용할 수 있을 것이다. 상기 형질전환주 자체를 이용함으로써, 이튜린 단백질의 획득에 필요한 공정, 운반 및 보관을 감소시킬 수 있을 것이다.
아울러, 본 발명은 본 발명에 따른 이튜린 단백질을 생산하는 형질전환 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 생물학적 방제제를 제공한다.
본 발명에 따른 이튜린 단백질, 이튜린 단백질을 생산하는 형질전환 균주 및 이의 배양액은 도열병 병원균(Magnaporthe grisea), 시들음병 병원균(Fusarium oxysporum), 잿빛 곰팡이병균(Botrytis cinerea), 보리 흰가루병균(Erysiphe graminis f. sp. hordei), 토마토 잎곰팡이병균(Fulvia fulva), 고추 탄저병균(Colletotrichum gloeosporioides), 인삼 뿌리썩음병균(Cylindrocarpon destructans), 인삼 모잘록병균(Rhizoctonia solani), 시들음병균(Fusarium oxysporum), 파 검은무늬병균(Alternaria porri), 사과 점무늬낙엽병균(Alternaria mali), 인삼 점무늬병균(Alternaria panax), 인삼 잘록병균(Pythium sp.) 또는 살모넬라 타이피무리움(Salmonella typhimurium)에 대하여 방제효과가 있는 것이 바람직하며, 도열병 병원균(Magnaporthe grisea ) , 및 시들음병 병원균(Fusarium oxysporum)에 대하여 방제효과를 나타내는 것이 보다 바람직하나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 구체적인 실시예에서, 본 발명자들은 Cosmid 클론의 단편을 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에 형질전환시킨 후, 푸사리움 옥시스포럼에 대한 항균능력을 관찰하였다. 그 결과, pBT6 단편이 형질전환된 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서는 푸사리움 옥시스포럼에 대한 항균력이 형질전환되지 않은 대조군 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에 비하여 크게 증진되는 것을 관찰할 수 있었다.
따라서, 본 발명에서 규명한 신규한 이튜린 생합성 유전자가 암호화하는 이튜린 단백질, 이를 생산하는 형질전환 균주 및 이의 배양액을 생물학적 방제제로써 유용하게 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
바실러스 균주의 배양
B. subtilis subsp. krictiensis ATCC 55079 균주는 본 발명자에 의해 분리된 균주로서, 미국특허에 기재되어 있다. 또한, 미국의 균주기탁기관인 ATCC에 기탁되어 있으며, 본 발명의 실시예에 사용한 B. subtilis 168, B. subtilis JH642 및 B. subtilis C9 균주는 한국생명공학연구원 바이오화학연구센터로부터 분양받아 사용하였다.
Bacillus subtilis 균주와 E. coli 균주의 배양은 LB(박토-트립톤(Bacto-tryptone) 10 g, 박토-효모추출물(Bacto-yeast extract) 5 g, 염화나트륨(sodium chloride) 10 g/ℓ) 배지를 사용하였다. Bacillus subtilis 균주들의 활성물질 생산 배지로는 복합배지(슈크로스(sucrose) 30 g, 소이톤(soytone) 10 g, 효모추출물(yeast extract) 5 g, K2HPO4 0.5 g, MgSO4 2 g, MnCl2 4 ㎎, CaCl2 5 ㎎, FeSO4ㆍ7H2O 25 ㎎, pH 7.0/ℓ)를 사용하였다.
형질전환시에는 Spizzizen(50% 글루코오스(glucose) 10 ㎖, 2% 카제인 가수분해물(casein hydrolysate) 10 ㎖, 10% 효모추출물(yeast extract) 10 ㎖, 1M MgCl2 2.25 ㎖, KH2PO4 6 g, K2HPO4 14 g, (NH4)2SO4 2 g, 구연산염(Na citrate) 1 g, MgSO4 0.2 g/ℓ) 배지를 사용하였다.
서브틸리스 이종 크릭티엔시스 ( B. subtilis subsp . krictiensis ) 균주의 게놈 라이브러리 작성
<2-1> B. subtilis subsp . krictiensis 균주의 염색체 DNA 추출
본 발명자들은 이튜린(iturin)과 설팩틴(surfactin)은 환상형 리포펩타이드(cyclic lipopeptide) 계열의 항생물질로 분자량이 유사하며, 아미노산의 조성과 연결된 순서만이 서로 상이하고, 설팩틴 유전자의 크기가 32 kb나 될 정도로 매우 크기 때문에, 이튜린 유전자의 크기도 설팩틴과 유사할 것으로 생각하고, 두 항생물질은 어느 단계까지는 동일한 생합성 경로로 합성되다가 일정한 단계부터 서로 다른 생합성 경로로 합성될 것으로 추정하였다.
Figure pat00001

특히 설팩틴과 이튜린 두 항생물질이 생합성되는 과정 중 펩타이드가 고리화(cyclization)되는 과정과 펩타이드와 지방산이 연결되는 아실화(acylation) 과정을 함께 이용할 것으로 가정하고, 설팩틴을 생성한다고 알려진 바실러스 섭틸리스 168(B. subtilis 168) 균주의 염기서열로부터 여러 종류의 프라이머를 고안하고 PCR을 행하였다. B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis 168 균주의 염색체 DNA을 주형으로 하여 PCR을 행하여 두 균주 모두에서 공통적으로 생산되는 1.8 kb의 PCR 산물을 얻고, 염기서열을 결정하여 이 유전자 산물이 펩타이드 생합성 효소(peptide synthetase)와 관련이 있는지의 여부를 확인한 후, 집락 혼성화(colony hybridization) 및 서던 혼성화 방법을 이용하여 이튜린 생합성 유전자를 클로닝하고자 하였다.
우선, 상기 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis 168 균주로부터 DNA를 추출하기 위하여, 상기 두 균주의 단일 집락을 각각 250 ㎖의 LB 배지에 접종하여 30℃, 250 rpm으로 대수기 후반(A600=1.0-2.0)까지 배양하여 원심분리(8,000×g, 10 min, RT)하였다. 그 후, 100 ㎖의 용해(lysis) 완충액[100 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, 10% SDS, pH 8.0]으로 세척하고, 다시 40 ㎖의 용해 완충액으로 현탁시킨 다음, 100 mg의 라이소자임(lysozyme)을 첨가하여 30℃에서 10분간 정치배양(stationary culture)하였다. 배양 후 20% SDS 3 ㎖를 첨가하여 5분간 배양하고 TE-saturated 페놀 40 ㎖을 첨가하여 잘 혼합한 후 원심분리(10,000 × g, 10 분, 4℃)하여 DNA층을 분리하였다. 페놀/클론로포름으로 다시 추출하여 DNA층을 분리한 뒤, 0.1 부피의 3 M 아세트산나트륨(sodium acetate)(pH 5.2)와 2.5 부피의 냉각된 에탄올(ethanol)을 첨가하여 DNA를 침전시키고 70% 에탄올로 세척하여 풍건한 후, 획득한 DNA 펠렛을 TE 완충액에 용해하였다.
<2-2> 부분 절단( Partial digestion )
부분 절단(Partial digestion) 조건을 결정하기 위하여 분리한 DNA 10 ㎍과 완충액을 혼합하여 150 ㎕로 조절한 후 9개의 에펜도르프 튜브(effendorf tube)에 각각 15 ㎕씩 분배하고, 1번 튜브에는 30 ㎕를 분배한 다음 얼음 속에 방치하였다. 4 unit의 제한효소를 1번 튜브에 넣어 잘 혼합한 후 15 ㎕를 2번 튜브로 옮겨서 잘 혼합하고 다시 15 ㎕를 각 튜브로 연속적으로 옮겨 8번 tube까지 잘 혼합하고 9번 tube는 무처리로 사용하였다. 1 ~ 8번 튜브를 30℃에서 1시간 동안 배양한 후 최종농도 20 mM의 EDTA를 첨가하여 반응을 정지시켰으며, 각 튜브에 3 ㎕의 젤 로딩 다이(gel-loading dye)를 넣고 0.5%의 아가로우스 젤에 전기영동시켜 20 ~ 30 kb 크기의 DNA를 확보할 수 있는 Sau3A 양을 결정하였으며, 벡터로 사용한 Cosmid는 pLAFR3 벡터를 BamHI으로 절단한 후 포스파타아제(phosphatase)로 처리하였다.
<2-3> E. coli B. subtilis subsp . krictiensis 균주의 게놈 라이브러리 작성
B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 라이브러리로부터 이튜린 생합성 유전자를 클로닝하기 위하여, 상기 실시예 <2-1>에서 추출한 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 염색체 DNA를 Sau3A로 부분 절단(partial digestion)시킨 후, 20 ~ 30kb 크기의 DNA 단편을 Cosmid pLAFR3 벡터(서울대학교 농업생명과학대학 응용생물화학부로부터 입수)에 삽입시켰다. 상기 DNA 단편이 삽입된 Cosmid pLAFR3 벡터를 E. coli HB101에 형질전환시켜, 게놈 라이브러리를 작성하였다.
B. subtilis subsp . krictiensis 균주로부터 이튜린 생합성 유전자 스크리닝
<3-1> DNA 프로브 제조
본 발명자들은 이튜린과 설팩틴의 유전자 분자량이 유사하고, 7개의 펩타이드가 환상형 고리를 이루고 있으며, 설팩틴 유전자의 크기가 32 kb나 된다고 보고되어져 있어 이튜린 생합성 유전자의 크기도 설팩틴과 대등할 정도의 크기일 것으로 생각하였다. 또한 Bacillus subtilis 균주 중에는 이튜린과 설팩틴을 동시에 생산하는 균주도 보고되고 있어 이러한 이튜린과 설팩틴의 유전자 크기를 고려해볼 때 펩타이드의 고리화(cyclization) 과정와 지방산이 연결되는 아실화 과정(acylation)은 동일한 생합성 과정을 이용할 것으로 가정하였다. 이러한 가정을 기초로 설팩틴 유전자에 대한 DNA 염기서열 정보를 바탕으로 프라이머를 제작하고, 설팩틴 유전자를 가지고 있는 B. subtilis 168 균주와 이튜린을 생산하는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 상기 실시예 <2-1>에서 획득한 게놈 DNA를 주형으로 하고, 설팩틴 유전자에 대한 프라이머쌍을 이용하여 PCR을 수행하였다. PCR 조건은 94℃에서 30 초, 50℃에서 30초, 72℃에서 60초 반응을 30회 반복한 후 72℃에서 5분간 반응하였으며, 사용한 프라이머는 하기와 같다:
SrfA1(서열번호 18): 5′-CGG GAA AGC GCT GGG GAA TAA CCG C-3';
SrfA2(서열번호 19): 5′-CCT TCA AAG CTT TGA ACA GGT GGT C-3'; 
SrfA3(서열번호 20): 5′-CTC GCT TGG CGG AGA TTC CAT CAA AG-3'; 
SrfA4(서열번호 21): 5′-GTT CTG TCT CTT CAG CAG TCA GCG AG-3'; 
SrfA5(서열번호 22): 5′-GCG ATT GAT TAT GCG CTT GTT GAG-3'; 
SrfA6(서열번호 23): 5′-TCG GCA CAT ACG CTG ATT GAA CTG C-3'; 
SrfA7(서열번호 24): 5′-GGG TAA AGG ATC GCC TCA ATC GTT-3'; 
SrfA8(서열번호 25): 5′-CGA AAT AGG CTA TCT CGC ACT CAG-3'; 
SrfA9(서열번호 26): 5′-TTC AGA ATA GGG CTT ATC AAG CA-3'; 
SrfA10(서열번호 27): 5′-GCT GTG TTG CCG CCT TTA TCT TTG A-3'; 
SrfB1(서열번호 28): 5′-ATG TCT CAG ATG CAT GGA GC-3';  
SrfB2(서열번호 29): 5′-CTG GCA ACT AAT AGG CTG AC-3';  
SrfB3(서열번호 30): 5′-ATT GAA GCT TGT GCC GCC TG-3'; 
SrfB4(서열번호 31): 5′-TCC TTT AAA GCT TTG CAC AG-3';
SrfB5(서열번호 32): 5′-GAA ACA GCA GCG ATT ATG AAC GAC-3';
SrfB6(서열번호 33): 5′-AGA CAT CGA GCC AGT ATT CCT CAT C-3'; 
SrfB7(서열번호 34): 5'-ATT TCG AGC GGC CAG CTG AAC G-3';
SrfB8(서열번호 35): 5' -TTT CAT CCG GCG CCG TAT AGG TTT-3';
SrfB9(서열번호 36): 5′- GCA AAA TTT CCG GAC AGC GGG ATA T-3'; 및
SrfB10(서열번호 37): 5′- TCG ATC CGG CCG ATG TAT TCA AT-3'.
PCR 산물을 전기영동 수행하여 B. subtilis 168 균주와 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 얻은 각각의 유전자 산물을 확인한 결과, SrfB9와 SrfB10 프라이머 쌍을 이용하여 PCR을 수행하였을 때, B. subtilis 168 균주와 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 약 1.8 kb에 해당하는 동일한 크기의 DNA 단편이 관찰되었다(도 1). 본 발명자들은 상기의 DNA 단편을 프로브로 이용하여, 상기 실시예 2에서 작성한 게놈 라이브러리를 스크리닝하는데 이용하였다.
<3-2> 스크리닝된 이튜린 생합성 유전자와 펩타이드 생합성 유전자와의 서열 비교
상기 실시예 <3-1>에서 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 획득한 이튜린 생합성 유전자로 추정되는 프로브의 아미노산 서열을 다른 펩타이드 생합성 유전자의 아미노산 서열과 비교하였다.
NCBI 데이타 베이스를 이용하여 얻은 설팩틴 및 리케니신(lichenysin) 생합성 유전자의 아미노산 서열을 클러스탈 더블유(CLUSTAL W) 프로그램을 이용하여 비교한 결과, 도 2에 나타난 바와 같이 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 획득한 아미노산 서열은 서로 다른 3개의 설팩틴(surfactin) 생합성 유전자와 82 ~ 85%의 상동성을 나타냈으며, B. licheniformis 균주가 생산하는 리케니신(lichenysin) 생합성 유전자와도 80%의 상동성을 나타냈다(도 2).
<3-3> 이튜린의 펩타이드와 지방산의 아실화 ( acylation ) 과정에 관여하는 유전자의 스크리닝
펩타이드와 지방산을 연결하는 아실화(acylation) 과정에 관여하는 유전자를 클로닝하기 위하여 위에서 상기 실시예 <3-1>에서 고안한 20여종의 프라이머를 이용하여 PCR을 행하고 얻은 약 0.4 kb의 DNA 단편에 대한 염기 배열을 분석하였다.
그 결과, B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서 SrfA 5과 SrfA 6 프라이머를 이용하여 획득한 0.4 kb의 PCR 산물에 대한 유전자 염기서열 및 펩타이드 서열을 분석하여 도 3에 나타냈다.
도 3에 나타난 아미노산을 비교분석하기 위하여 NCBI 데이타 베이스를 탐색하였다. 그 결과 이 유전자 산물은 다른 미생물에서 유래된 아실 전달체 단백질 환원 효소(acyl carrier protein reductase)와 56~ 83%의 상동성을 나타내었으며 특히 다른 B. subtilis 균주에서 유래된 아실 전달체 단백질 환원 효소와는 83%의 상동성을 나타냈다(도 4).
<3-4> 콜로니 하이브리드를 이용한 이튜린 생합성 유전자의 스크리닝
상기 실시예 <2-3>에서 작성된 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 라이브러리를 이용하여, 이튜린 생합성 유전자를 탐색하기 위해 콜로니 혼성화(colony hybridization)을 실시하였다.
상기 실시예 <3-1>의 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 획득한 1.8 kb DNA 단편을 콜로니 혼성화에 대한 프로브(probe)로 이용하기 위하여, 100℃에서 10분간 끓여서 변성시킨 뒤, 얼음에 급속하게 냉각시키고 라벨링 완충액(5×) 5 ㎕, dNTP 혼합액 2 ㎕, 변성된 DNA 주형 7 ㎕, BSA(10 mg/㎖) 2 ㎕, 32P-CTP 5㎕, Klenow 효소 1 ㎕, D.W. 3 ㎕로 반응액을 조제하여, 37℃에서 1시간 반응 시켰다. 반응 후, 0.5 M EDTA로 반응을 정지시키고, 3 N NaOH 2.5 ㎕를 첨가한 뒤 다시 37℃에서 1시간 반응 시킨 뒤 프로브로 사용하였다.
우선, 상기 <실시예 2>에서 작성한 B. subtilis subsp. krictiensis의 게놈 라이브러리를 테트라사이클린(tetracyclin)을 최종 농도가 10 ㎍이 되도록 첨가한 LB 평판배지에 한 평판 당 100 ~ 200개의 집락이 출현하도록 도말한 뒤, 집락의 크기가 직경 약 1 mm 정도 될 때까지 37℃에서 하룻밤 동안 배양하였다. 나일론 멤브레인(Nylon membrane)으로 집락을 옮기고, 멤브레인(membrane)을 10% SDS에서 5분, 변성(denaturing) 용액[0.5 N NaOH, 1.5 M NaCl]에서 5분, 중성화(neutralizing) 용액[1.5 N NaCl, 0.5 M Tris-HCl, pH 7.4]에서 5분 배양하고, 2× SSC용액[20 × SSC 용액을 10배 희석하여 사용; 20× SSC 조성은 0.15 M NaCl, 0.01 M 시트르산 나트륨(sodium citrate), 0.001 M EDTA]으로 세척한 후 건조시키고, 80℃의 진공 건조기(vaccum oven)에서 1 ~ 2시간 동안 베이킹시켰다. 멤브레인을 전혼성화(prehybridization) 용액[1 mM EDTA, 250 mM Na2HPO4, 1% 카제인 가수분해물(Casein hydrolysate), 7% SDS pH 7.4]으로 처리하고 65℃에서 2시간 반응 시킨 후, 라벨된 프로브 믹스[주형 DNA 14 ㎕, 5×라벨링 완충액(프로메가) 5 ㎕, dNTP(ATP, TTP, GTP) 1 ㎕, Klenow 효소 1 ㎕, 32P-dCTP 2 ㎕]를 넣고 하룻밤 동안 반응 시켰다. 반응 후 세척 용액[세척용액 I: 20× SSC 10 ㎖, 10% SDS 1 ㎖, 증류수 89 ㎖; 세척용액 II: 20× SSC 10 ㎖, 10% SDS 10 ㎖, 증류수 80 ㎖; 세척용액 III: 20× SSC 0.5 ㎖, 10% SDS 1 ㎖, 증류수 98.5 ㎖]으로 세척하고 X-ray 필름에 노출시켜 감광된 양성 콜로니를 선발하였다.
그 결과, 도 5의 A에 나타난 바와 같이, B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 획득한 DNA 단편과 상동성을 나타내는 클론이 나타난 것을 관찰할 수 있었다(도 5의 A).
<3-5> 서던 혼성화를 이용한 이튜린 생합성 유전자의 스크리닝
야생주 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 라이브러리로부터 이튜린 생합성 유전자를 클로닝하기 위하여 야생주 B. subtilis 균주의 게놈 DNA를 Sau3A로 부분 절단하여 얻은 다양한 크기의 DNA 단편들을 획득하였다. 이들 중 20 ~ 30 kb 크기에 해당하는 여러 종류의 DNA 단편을 코스미드 pLAFR3 벡터를 이용하여, E. coli HB101에 라이브러리를 작성하여 얻은 여러 종류의 집락들을 EcoRI으로 절단하여 얻은 각각의 클론들을 서던 혼성화(Southern hybridization)를 이용하여 분석하였다.
도 5의 B에 나타난 바와 같이, EcoRI 제한효소로 절단한 클론을 0.7% 아가로우스 젤에 전기영동시키고, 브롬화 에티윰(ethidium bromide)으로 염색한 뒤, 용액 I[Tris-HCl 100 mM, NaCl 150 mM, pH 7.5]로 15분간 반응 시키고, 다시 용액 II[Tris-HCl 100 mM, NaCl 150 mM, blocking reagent 0.5%, pH 7.5]로 30분간 반응 시켰다. 반응 후, 용액 III[Tris-HCl 100 mM, NaCl 100 mM/ℓ, MgCl2 100 mM, pH 9.5]으로 30분간 반응 시키고, 나일론 멤브레인(nylon membrane)을 젤 위에 올려놓고 DNA 단편들을 멤브레인으로 이동시켰다. DNA 단편들이 이동된 멤브레인을 건조시키고 혼성화(hybridization)를 실시하였다. 혼성화 반응 시에는 멤브레인을 프로브가 들어 있지 않은 혼성화 완충액[1 mM EDTA, 250 mM Na2HPO4, 1% 카제인 가수분해물, 7% SDS pH 7.4]으로 2시간 동안 세척하고, 다시 15 ㎖씩 용액 I, II, III의 순서로 2회씩 세척한 후 용액을 제거하였다. 그 뒤, 라벨된 프로브 믹스[주형 DNA 14 ㎕, 5×라벨링 완충액(프로메가) 5 ㎕, dNTP(ATP, TTP, GTP) 1㎕, Klenow 효소 1㎕, 32P-dCTP 2 ㎕]를 첨가하여 하룻밤 동안 반응 시켰다. 반응 후 프로브 DNA를 제거하고, 멤브레인을 건조시켜 X-ray 필름 위에 올려놓고 -70 ℃에서 하룻밤 방치한 후 X-ray 필름을 현상하였다(도 5의 C).
그 결과, 도 5의 B 및 C에 나타난 바와 같이, 2개의 레인에서 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 획득한 DNA 프로브의 서열이 존재하는 것을 확인할 수 있었으며, 이러한 두 개의 클론을 각각 pJJ815와 pJJ121로 명명하였다.
pJJ815 pJJ121 클론의 제한효소 지도 작성
상기 <실시예 3>에서 획득한 pJJ815와 pJJ121 클론에 대한 제한효소 지도를 작성하였다. SmaI과 EcoRI의 제한효소를 이용하여 절단하고, 상기 두 클론의 제한효소 지도를 작성한 결과, pJJ121 클론은 pJJ121E2(ORF 2-2 ~ ORF 3의 부분, 서열번호 1의 8,020 ~ 2,3480 bp), pJJ121E3(ORF 3 ~ ORF 4의 부분), pJ815E4(ORF 4의 부분), pJJ815E6(ORF 4 ~ yczE의 부분, 서열번호 1의 29,167bp ~ 32,819 bp)로 구분될 수 있으며, pJJ815 클론은 pJJ121E2 단편, pJJ121E3, pJJ815E4, pJJ815E6, pJJ815E5, pJJ815E2(yczE ~ ycyA의 부분)로 구분되었다(도 9).
pJJ815 pJJ121 클론의 단편을 이용한 서던 혼성화
B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 게놈 라이브러리 스크리닝을 통해 얻은 pJJ815와 pJJ121 Cosmid 클론들이 이튜린 생합성에 관여하는 유전자인지의 여부를 확인하기 위하여, pJJ815와 pJJ121 Cosmid 클론들을 EcoRI으로 절단하여 설팩틴을 생성한다고 알려진 B. subtilis 168 균주와 B. subtilis subsp. krictiensis 균주를 이용하여 게놈 서던 혼성화를 수행하였다.
<5-1> 서던 혼성화에 필요한 프로브의 제작
게놈 서던 혼성화를 수행하기 위하여, 상기 클론을 EcoRI 제한효소로 절단한 6개의 단편(pJJ121E2, pJJ121E3, pJJ815E4, pJJ815E5, pJJ815E6, 및 pJJ815E2) 단편들을 프로브로 제조하였다. 구체적으로 상기 실시예 <2-3>에 언급한 cosmid 클론 pJJ121과 pJJ815를 E. coli HB101에 클로닝한 후 EcoRI으로 절단한 6개의 단편들을 각각 프로브로 이용하였으며, 이러한 각각의 단편들은 실시예 <3-4>에 기술한 방법과 동일하게 32P-dCTP 동위원소로 표지를 행한 후 혼성화 실험에 사용하였다.
<5-2> 온도에 따른 서던 혼성화 반응
상기 실시예 <5-1>에서 제조한 6개의 단편(pJJ121E2, pJJ121E3, pJJ815E4, pJJ815E5, pJJ815E6, 및 pJJ815E2)을 프로브로 이용하여, B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis 168 균주의 염색체 DNA를 이용하여 서던 혼성화를 수행하였다. 또한, 서던 혼성화 시 온도에 따라 반응에 어떠한 영향을 나타내는지의 여부를 확인하기 위하여, 50℃와 65℃에서 서던 혼성화를 수행하였다.
먼저, B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis 168 균주의 게놈 DNA를 EcoRI 제한효소로 절단한 클론을 0.7% 아가로우스 젤에 전기영동시키고, 에티디움 브롬마이드(ethidium bromide)로 염색한 뒤, 용액 I[Tris-HCl 100 mM, NaCl 150 mM, pH 7.5]로 15분간 반응 시키고, 다시 용액 II[Tris-HCl 100 mM, NaCl 150 mM, blocking reagent 0.5%, pH 7.5]로 30분간 반응 시켰다. 반응 후, 용액 III[Tris-HCl 100 mM, NaCl 100 mM/ℓ, MgCl2 100 mM, pH 9.5]으로 30분간 반응 시키고, 나일론 멤브레인(nylon membrane)을 젤 위에 올려놓고 DNA 단편들을 멤브레인으로 이동시켰다. DNA 단편들이 이동된 멤브레인을 건조시키고 혼성화(hybridization)를 실시하였다. 혼성화(hybridization) 반응 시에는 멤브레인을 프로브가 들어 있지 않은 혼성화 완충액[1 mM EDTA, 250 mM Na2HPO4, 1% 카제인 가수분해물(Casein hydrolysate), 7% SDS pH 7.4]로 2시간 동안 세척하고, 다시 15 ㎖씩 용액 I, II, III의 순서로 2회씩 세척한 후 용액을 제거하였다. 그 뒤, 각각의 32P-dCTP 동위원소로 표지된 프로브 DNA를 첨가하여 하룻밤 동안 반응 시켰다. 반응 후 프로브 DNA를 제거하고, 멤브레인을 건조시켜 X-ray 필름 위에 올려놓고 -70 ℃에서 하룻밤 방치한 후 X-ray 필름을 현상하였다.
도 7에 나타난 바와 같이, 65℃에서 서던 혼성화를 수행한 결과, B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서는 프로브 DNA의 서열이 존재하는 것을 관찰할 수 있었으나, 설팩틴 생합성 유전자를 내포하고 있는 B. subtilis 168 균주에서는 프로브로 사용한 6개의 EcoRI 단편 모두가 B. subtilis 168 균주의 게놈 DNA에 존재하지 않는 것을 관찰할 수 있었다(도 7).
또한, 서던 혼성화 반응을 50℃에서 하였을 때에는 B. subtilis 168 균주의 게놈 DNA에서 pJJ121E3 단편 프로브에 대하여 상동성이 미약하게 나타났으나, 그 외의 단편들에 대해서는 65℃에서 서던 혼성화시킨 결과와 동일하였다(도 8). 따라서, 도 7과 8의 결과를 통해서, 서던 혼성화 반응 시 온도의 차이에 의한 영향이 없음을 확인할 수 있었다. 또한, 상기 결과들을 종합해 볼 때, 6개의 EcoRI 단편들은 50℃로 반응 시 미약한 반응을 나타낸 pJJ121E3 단편을 제외하고는, B. subtilis 168 균주로 부터 분리한 설팩틴 생합성 유전자와는 거의 유사성을 나타내지 않았으나, B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서는 유사성을 나타냈으므로, pJJ815와 pJJ121 Cosmid 클론으로부터 절단시킨 6개의 단편(pJJ121E2, pJJ121E3, pJJ815E4, pJJ815E5, pJJ815E6, 및 pJJ815E2)들이 이튜린 생합성에 관여하는 유전자일 가능성이 높을 것으로 추정되었다.
이튜린 생합성 유전자( pJJ815 pJJ121 클론)의 염기 배열 결정과 특성 분석
<6-1> 이튜린 생합성 유전자( pJJ815 pJJ121 )의 염기 서열 분석
pJJ815와 pJJ121의 코스미드(Cosmid) 클론으로부터 클로닝한 EcoRI 단편들을 이용하여 양방향 염기배열을 결정하여 21,253 bp를 확보하였으며, 일부 누락된 유전자에 대한 염기배열을 추가로 확보하기 위하여 게놈 라이브러리 스크리닝을 통해 유전자를 확보하고 염기배열을 결정하여 총 37,682 bp의 염기배열을 확보하였으며, 염기배열 내에서 이튜린 생합성과 관련된 7개의 ORF가 발견되었다(도 9).
ORF 1은 서열번호 1의 2868 내지 3219 번째 염기서열(서열번호 2)을 포함하고 있으며, ORF 2-1은 3810 내지 4353 번째의 염기서열(서열번호 4)을, ORF 2-2는 4632 내지 14559 번째의 염기서열(서열번호 5)을 포함하고 있다. ORF 3은 서열번호 1의 14583 내지 25341 번째의 염기서열(서열번호 6)을 포함하고 있으며, ORF 4는 25378 내지 29209 번째의 염기서열(서열번호 7)을 포함하고 있으며, ORF 5는 29231 내지 29960 bp 번째의 염기서열(서열번호 8)을 포함하고 있으며, ORF 6은 30084 내지 31392 번째의 염기서열(서열번호 9)을 포함하고 있다.
<6-2> 이튜린 생합성 유전자 ORF 와 환상형 펩타이드 생합성 유전자와의 염기 서열 비교
이튜린 생합성에 관여할 것으로 추정되는 7종의 ORF 각각을 다른 환상형 펩타이드 생합성 유전자와 비교하였다.
그 결과, B. subtilis 유래의 설팩틴 유전자는 ORF와 76 ~ 86%의 유사성을 나타낸 반면 B. amyloliquefaciens 유래의 설팩틴 유전자와는 92 ~ 100%의 유사성을 나타냈다. 특히, 이튜린 생합성에 직접적으로 관여할 것으로 추정되는 ORF 2-1(543 bp), ORF2-2(9,927 bp) 및 ORF3(10,757 bp)는 B. amyloliquefaciens 균주 유래 설팩틴 유전자와 각각 92 ~ 98%의 유사성을 나타냈다(표 1).
그러나 이러한 B. amyloliquefaciens 균주 중 98%의 유사성을 나타낸 B. amyloliquefaciens FZB42 균주는 환상형 펩타이드 설팩틴(surfactin), 펜지신(fengycin) 및 바실로마이신 D(bacillomycin D)를 생산한다고 알려져 있으나(Chen, et al., Nature Biotechnol., 25: 1007-1014, 2007), 이튜린은 생산하지 않는 것으로 보고되었다. 이에, 본 발명자들은 B. amyloliquefaciens FZB42 균주와 B. subtilis subsp. krictiensis 균주 전체 유전자의 상동성을 비교하였다(표 2).
그 결과, 상기 두 균주는 전체적인 유전자 염기서열을 비교했을 때 98%의 상동성을 나타내었으나 37,682 bp인 전체적인 유전자의 크기를 감안해 볼 때, 두 균주의 2% 상이성은 대략 753 bp 이상의 차이를 나타내었으며, 특히 B. amyloliquefaciens FZB42 균주는 이튜린을 생산하지 않는다고 이미 보고되어 있어(J. Bacteriol., 186: 1084-1096, 2004; Nature Biotechnol., 25: 1007-1014, 2007), 이튜린을 생산하는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와는 커다란 차이점을 나타냈다.
특히, 이튜린 합성에 핵심적인 역할을 할 것으로 추정되는 ORF2-1과는 92%, ORF 2-2와는 98%, ORF 3과는 98%를 나타내는 데도 불구하고 서로 생산하는 환상형 리포펩타이드 항생물질이 크게 다른 것을 고려해보면 이튜린과 설팩틴은 생합성 경로 중 상당한 부분을 서로 공유할 가능성이 큰 것으로 생각되었다(표 2 내지 표 4).
또한, 2001년도에 일본 연구팀에서 발표한 이튜린 A 유전자(K. Tsuge, et al., J. Bacteriol., 183: 6265-6273, 2001)와 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 유래된 이튜린 생합성 유전자와는 유전자의 유사성이 41% 를 나타내었고, 독일 연구팀이 발표한 이튜린 A 유전자와도 40%의 유사성을 나타내어, B. subtilis 균주로부터 유래된 이튜린 생합성 유전자는 새로운 유전자일 가능성이 높은 것으로 사료되었다(표 5).
ORFs 유의한 염기서열(significant alignment) Max. Identity(%)
ORF1 (CBI41437) transcriptional regulator [Bacillus amyloliquefaciens] 97
(YP01419994) transcriptional regulator [Bacillus amyloliquefaciens] 96
ORF2-1 (CP00560) 설팩틴(surfactin) 합성효소 AA [Bacillus amyloliquefaciens] 94
(FN597644)설팩틴(surfactin) 합성효소 AA[Bacillus subtilis] 92
ORF2-2 (CP000560)설팩틴(surfactin) 합성효소 AA, AB [Bacillus amyloliquefaciens] 97
(AJ575642)설팩틴(surfactin) 합성효소 AA, AB [Bacillus amyloliquefaciens] 97
(FN597644)설팩틴(surfactin) 합성효소 AA, AB [Bacillus amyloliquefaciens] 93
ORF3 (YP0141996) 설팩틴(surfactin) 합성효소 AB [Bacillus amyloliquefaciens] 98
(CBI41439)설팩틴(surfactin) 합성효소 AB[Bacillus amyloliquefaciens] 95
(ZP06875171)설팩틴(surfactin) 합성효소 AB[Bacillus subtilis] 76
ORF4 (YP01419998) 설팩틴(surfactin) 합성효소 AC [Bacillus amyloliquefaciens] 96
(ZP06875172)설팩틴(surfactin) 합성효소 [Bacillus subtilis] 86
ORF5 (AC099323)설팩틴(surfactin) 합성효소 AD[Bacillus amyloliquefaciens] 100
(YP0141999) 설팩틴(surfactin) 합성효소 AD[Bacillus amyloliquefaciens] 99
ORF6 (ACX10665)aspartate transaminase-like protein [Bacillus amyloliquefaciens] 99
(CAE02535) amono transferase [Bacillus amyloliquefaciens] 99
하기 표 2는 이튜린 생합성 유전자 37,6822 bp 전체서열을 Blast N을 이용하여, B. subtilis subsp. krictiensis 균주를 포함한 다른 균주와 비교한 결과를 나타낸다.
Figure pat00002
하기 표 3은 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 ORF 2-1(550 bp)의 염기서열을 Blast X를이용하여 다른 균주와 비교한 결과를 나타낸다.
Figure pat00003
Figure pat00004

하기 표 4는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 ORF 2-2(9,940 bp)의 염기서열을 Blast X를 이용하여 다른 균주와 비교한 결과를 나타낸다.
Figure pat00005
Figure pat00006

하기 표 5는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 ORF 3 (10,770 bp)의 염기서열을 Blast X를 이용하여 다른 균주와 비교한 결과를 나타낸다.
Figure pat00007
Figure pat00008

검정용 평판배지의 조제
<7-1> Magnaporthe grisea 평판의 조제
포자 현탁액의 조제는 벼의 도열병 원인균인 마그나포르테 그리시아(Magnaporthe grisea ) 를 포테이토 덱스트로스 아가(Potato dextrose agar) 사면배지에서 12 ~ 15일 동안 사면배양한 후, 증류수 5 ㎖를 가하고 파스테르 파이펫(pasteur pipette)으로 현탁시킨 후 일정시간 정치하고 그 상등액의 흡광도(A550nm)를 1.5로 조절한 후 사용하였다. 마그나포르테 그리시아 시험균의 평판은 중층 평판을 사용하는 데 먼저 벼 잎 침출액에 0.15% 슈크로스(sucrose)와 1.5% 아가(agar)를 첨가하여 멸균시킨 후 시트레이트 포스페이트 버퍼(citrate phosphate buffer)(pH 5.0)와 1:1로 혼합하여 각 평판마다 25 ㎖씩 분주하였다. 분주한 배지가 굳은 후 다시 벼 침출액에 0.15% 슈크로스(sucrose)와 1.5% 아가(agar)를 첨가하여 멸균시키고, 시트레이트 포스페이트 버퍼와 1:1로 혼합하여 45℃로 유지시킨 중층배지에 조제한 포자 현탁액 5 ㎖를 멸균한 중층배지 50 ㎖에 첨가하여 잘 혼합한 다음 미리 고형화시켜 놓은 베이스 레이어(base layer)에 평판의 크기에 따라 5~10 ㎖씩 중층(overlay)하여 검정용 평판을 조제하였다.
<7-2> Trichophyton mentagrophytes 평판의 조제
사보로드 아가(Sabouraud's agar) 사면 배지에서 10 ~ 14일 동안 배양한 균체를 이용하였으며, 평판용 배지로는 사보로드 아가를 기본 배지로 사용하였다. 무좀의 원인균인 트리코피톤 멘타그로피테트(Trichophyton mentagrophytes) 균주를 사보로드 덱스트로스 브로스(Sabouraud's dextrose broth)에 접종하고 2 ~ 3일 동안 진탕배양시킨 후, 멸균한 와링 블렌더(waring blender)로 균질화시키고, 흡광도(A550nm)를 1.5로 조절한 후 멸균하여 50℃로 조절된 사보로드 덱스트로스 아가 50 ㎖에 균액 5 ㎖을 첨가하여 잘 혼합시키고, 사보로드 덱스트로스 아가를 미리 분주해 고형화시켜 놓은 베이스레이어(base layer) 위에 평판의 크기에 따라 5 ~ 10 ㎖씩 중층하여 검정용 평판을 조제하였다.
<7-3> Fusarium oxysporum 평판의 조제
포테이토 덱스트로스 아가(Potato dextrose agar) 배지에서 자란 푸사리움 옥시스포럼(Fusarium oxysporum) 균주를 포테이토 덱스트로스 브로스(potato dextrose broth)에 접종하고 2 ~ 3일 동안 진탕배양한 후, 멸균한 와링 블렌더로 균질화시키고, 흡광도(A550nm)를 1.5로 조절한 후 멸균하여 50℃로 조절된 포테이토 덱스트로스 아가 50 ㎖에 균액 10 ㎖을 첨가하여 균일하게 혼합하고, 포테이토 덱스트로스 아가를 미리 분주하여 고형화시켜 놓은 베이스 레이어(base layer) 위에 평판의 크기에 따라 5 ~ 10 ㎖씩 중층하여 검정용 평판을 조제하였다.
바실러스 균주의 항균력 측정
<8-1> 표준 화합물을 이용한 항균력 측정
이튜린 생산 균주를 돌연변이시키거나 재조합시켜 이튜린이 생산되는지의 여부를 검정하기 위해서는 기기분석에 의존하여야 하나 시간과 노력이 많이 소요되기 때문에 실험실에서 간편하게 이튜린 생산여부를 검정할 수 있는 방법을 확립하고자 하였다. 먼저 이튜린을 생산하는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 설팩틴(surfactin) 유전자를 함유하고 있는 B. subtilis 168 균주의 항균력 차이를 비교하기 위하여, 설팩틴과 이튜린 A의 표준 화합물을 시그마(Sigma Co.)와 와코(Wako Co.)로부터 구입하였다. 피검균으로는 벼의 도열병균 원인균인 마그나포르테 그리시아(Magnaporthe grisea)와 무좀균인 트리코피톤 멘타그로피테스(Trichophyton mentagrophytes) 및 시들음병의 원인균인 푸사리움 옥시스포럼(Fusarium oxysporum) 등 3 종류를 사용하여 표준 화합물인 이튜린 A와 설팩틴에 대한 항균력을 조사하였다.
설팩틴과 이튜린 A 화합물의 농도를 각각 달리하여 상기 <실시예 7>에서 제조된 마그나포르테 그리시아, 트리코피톤 멘타그로피테스, 및 푸사리움 옥시스포럼 평판 위에 벼의 도열병균에 대해서는 1.56 ~ 12.56 ㎍/㎖, 무좀균에 대해서는 3.12 ~ 25 ㎍/㎖, 가지과 식물의 시들음병 원인균인 Fusarium 균에 대해서는 6.25 ~ 50 ㎍/㎖가 되도록 각 화합물을 2배씩 희석하여 4개의 농도 계열을 제조하였다. 농도별로 제조한 각각의 화합물을 4 농도씩 피검균을 함유한 평판 위에 멸균된 컵(cup) (외경 6.6 mm, 높이 8.6 mm, stainless 재질, Fisher Co.)을 올려 놓은 후 컵(cup) 속에 100 씩 분주하고, 25에서 1 ~ 3일간 배양한 후 피검균의 생육저해 여부를 관찰하여 항균력을 조사하였다.
그 결과, 이튜린 A는 마그나포르테 그리시아와 트리코피톤 멘타그로피테스 피검균에 대해 강한 항균력을 나타냈으며, 설팩틴은 이튜린 A 보다는 약하지만 약간의 저해활성을 나타냈다. 이튜린 A와 설팩틴은 항균력의 차이를 나타내었으나 항균 스펙트럼에는 커다란 차이를 나타내지 않았다. 그러나 피검균 푸사리움 옥시스포럼에 대하여 이튜린 A는 강력한 항균력을 나타낸 반면, 설팩틴은 항균력을 나타내지 않아, 두 화합물은 푸사리움 균주에 대해 명확한 항균력의 차이를 나타냈다(도 10).
<8-2> 바실러스 균주의 배양 상등액의 항균력 측정
야생주 B. subtilis를 이용하여 이튜린의 생성이나 소멸된 형질전환주를 선별할 때 일일이 기기분석을 통하여 이튜린 생성 유무를 분석하려면 시간과 노력이 많이 소요되기 때문에 간편하게 피검균을 이용하여 검정할 수 있는 검정체계를 개발하고자 하였다. 먼저 어센틱 이튜린(authentic iturin)과 설팩틴을 이용한 항균력 검정 시 이튜린 만이 Fusarium 균주에서만 항균력을 나타내는 것을 발견하고 당 실험실 및 한국생명공학연구원 바이오화학연구센터에서 보유하고 있는 이튜린과 설팩틴 생성과 관련한 여러 종류의 B. subtlis 균주를 사용하여 항균력 검정을 하였다. 되도록 다양한 균주를 이용하기 위하여 이튜린과 설팩틴을 생산한다고 알려진 균주들을 여러 연구자들로부터 수집하였으며 B. subtilis C9 균주도 이러한 차원에서 수집하여 이용하였는데, 바실러스 균주를 액체 배양한 후, 3가지 종류의 피검균에 대해 항균력을 조사하였다.
이튜린을 생산하는 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 이튜린과 설팩틴 항생물질을 모두 생산하지 않는 B. subtilis JH642 균주를 대조구로 사용하고, 설팩틴 유전자는 갖고 있으나 sfp 유전자의 자연 돌연변이에 의해 설팩틴을 생산하지 않는 B. subtilis 168 균주와 설팩틴과 이튤린을 생산하는 것으로 추정되는 B. subtilis C9 균주를 이용하였다.
LB 한천배지에서 신선하게 자란 상기 Bacillus 균주들의 단일 집락들을 모아 활성물질 생산용 복합배지[sucrose 30 g, soytone 10 g, yeast extract 5 g, K2HPO4 0.5 g, MgSO4 2 g, MnCl2 4 ㎎, CaCl2 5 ㎎, FeSO4ㆍ7H20 25 ㎎, pH 7.0, 증류수 1 리터]에 접종하여 30℃에서 200 rpm으로 48시간 동안 배양하였다. 배양액을 8,000 ×g에서 10분간 원심분리하여 균체를 제거하고 0.2 ㎛ 멤브레인 필터(membrane filter)를 통과한 상등액을 페이퍼 디스크(paper disk)에 각각 100 ㎕씩 첨가하여 상기 <실시예 7>에서 제조한 검정용 평판배지에 올려놓고 25℃에서 1 ~ 3일간 배양한 후 피검균(마그나포르테 그리시아(Magnaporthe grisea ), 트리코피톤 멘타그로피테스(Trichophyton mentagrophytes) 및 푸사리움 옥시스포럼(Fusarium oxysporum))의 생육억제 정도를 조사하였다.
그 결과, 도 11에 나타난 바와 같이 B. subtilis subsp. krictiensis 균주는 표준 화합물 이튜린 A를 이용한 결과와 동일하게, 마그나포르테 그리시아, 트리코피톤 멘타그로피테스 및 푸사리움 옥시스포럼의 피검균 모두에서 강력한 항균력을 나타냈다. 그러나 B. subtilis JH642 균주나 sfp 유전자가 자연 돌연변이된 B. subtilis 168 균주에서는 3 종류의 피검균에 대하여 항균력이 나타나지 않았으나, B. subtilis C9 균주는 3 종류의 피검균에 대하여 항균력을 나타냈다. 이에, 본 발명자들은 상기 결과에서 나타난 B. subtilis C9 균주의 항균력이 설팩틴 이외에, 이튜린이 생산되기 때문일 것으로 추정하였으며, 이러한 결과를 토대로 이튜린 돌연변이주 선발 시 피검균으로 F. oxysporum을 이용하였다(도 11).
B. subtilis subsp . krictiensis 형질전환 변이주의 항균활성 측정
<9-1> B. subtilis subsp . krictiensis 의 형질전환
실시예 <2-2>의 B. subtilis subsp. krictiensis 균주로부터 획득한 cosmid 클론 pJJ121과 pJJ815의 DNA 단편들을 EcoRI으로 절단하여 얻은 4개의 단편들( pBT6, pBT1, pBT2 및 pBT3, 도 12)을 각각 pT(II)PLK의 HCE promoter를 NdeI으로 절단한 단편과 함께 BacillusE. coli의 shuttle vector인 pHPS9(한국생명공학연구원 바이오화학연구센터로부터 분양받아 사용함)에 클로닝하고 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에 형질전환시킨 후 클로람페니콜 항생물질(5 ㎍/㎖)을 함유한 평판에 도말하여 집락을 형성하는 집락들을 형질전환주로 선별하였다.
구체적으로, Bacillus subtilis subsp. krictiensis 균주를 LB 평판배지에서 신선하게 배양하여 얻은 단일 집락을 2 ㎖의 Spizzizen 배지(50% glucose 10 ㎖, 2% casein hydrolysate 10 ㎖, 10% yeast extract 10 ㎖, 1M MgCl2 2.25 ㎖, KH2PO4 6 g, K2HPO4 14 g, (NH2)SO4 2 g, sodium citrate 1 g, MgSO4 0.2 g, 증류수 1 리터)에 접종하고 37 ℃, 200 rpm에서 16 ~ 18시간 배양하였다. 다시 접종원이 1% 되도록 신선한 배지에 다시 접종하고 같은 조건으로 배양하면서, 580 nm에서 흡광도가 1.0일 때 배양액 0.5 ㎖과 약 1 ㎍의 DNA(pBT6, pBT1, pBT2, 및 pBT3)를 혼합하고, 1시간 동안 진탕배양하였다. 진탕배양한 후, 5 ㎍/㎖의 클론람페니콜(chloramphenicol)이 함유된 평판배지에 도말하고, 37 ℃에서 24 시간 동안 배양하였다.
pBT6, pBT1, pBT2 및 pBT3의 단편을 포함한 변이주를 각각 B. subtilis subsp. krictiensis(pBT6), B. subtilis subsp. krictiensis(pBT1), B. subtilis subsp. krictiensis(pBT2) 및 B. subtilis subsp. krictiensis(pBT3)이라 명명하였다(도 10).
<9-2> B. subtilis subsp . krictiensis 의 항균력 측정
LB 한천배지에서 신선하게 자란 상기 대조군으로 형질전환되지 않은 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와, 상기 실시예 <8-1>에서 제조한 ORF를 포함하고 있는 단편들(pBT1, pBT3, 및 pBT6)을 형질전환시킨 B. subtilis subsp. krictiensis 균주(pBT1, pBT3, 및 pBT6)의 항균력을 측정하고자 하였다.
B. subtilis subsp. krictiensis 균주(pBT1, pBT3, 및 pBT6) 균주들의 단일 집락들을 모아 활성물질 생산용 복합배지[sucrose 30 g, soytone 10 g, yeast extract 5 g, K2HPO4 0.5 g, MgSO4 2g, MnCl2 4 ㎎, CaCl2 5 ㎎, FeSO4ㆍ7H20 25 ㎎, pH 7.0, 증류수 1 리터]에 접종하여 30℃에서 200 rpm으로 48시간 동안 배양하였다. 배양액을 8,000×g에서 10분간 원심분리하여 균체를 제거하고 0.2 ㎛ 멤브레인 필터(membrane filter)를 통과한 상등액을 페이퍼 디스크(paper disk, thick, 직경 8 mm, Toyo Roshi Co.)에 각각 100 ㎕씩 첨가하여 상기 <실시예 2>에서 제조한 검정용 평판배지에 올려놓고 25℃에서 1 ~ 3일간 배양한 후 푸사리움 옥시스포럼(Fusarium oxysporum) 피검균의 생육억제 정도를 조사하였다.
그 결과, 도 13에 나타난 바와 같이, 형질전환하지 않은 B. subtilis subsp. krictiensis 대조 균주에 비하여, pBT6 클론을 포함하고 있는 B. subtilis subsp. krictiensis(pBT6) 균주의 항균력이 2 ~ 3배 정도 증가한 것을 관찰할 수 있었다. 또한, 형질전환된 균주에 있어서 항균력의 세기는 pBT3, pBT1, pBT6의 순서로 증가되는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 푸사리움 옥시스포럼에 대하여 설팩틴은 항균활성을 나타내지 않으나, 이튜린은 항균활성을 나타내는 상기 결과와 일치하였다. 즉, pBT6 클론의 형질전환에 의해서, B. subtilis subsp. krictiensis 대조균주에 비하여 B. subtilis subsp. krictiensis(pBT6)의 항균활성이 증가하였으므로, 본 발명자들은 pBT6 클론에 이튜린 생합성 유전자가 포함되어 있을 것으로 추정하였다(도 13).
이튜린 생합성능이 소실된 돌연변이주의 제조와 항균활성의 검정
<10-1> 이튜린 생합성능이 소실된 B. subtilis subsp . krictiensis 돌연변이주의 제조
Cosmid 클론의 pJJ121E2 단편 내에 이튜린 생합성 유전자가 존재하는 것을 다시 확인하기 위하여, mini-Tn10을 이용한 상동재조합(homologous recombination)을 통해 염색체 상에 유전자를 삽입시켜 이튜린 생합성능이 소실된 돌연변이주를 제조하고자 하였다. 먼저 EcoRI으로 절단된 pJJ121 단편이 pBC KS(+/-) 벡터(Stratagene)에 삽입되어 있는 pJJ121E2-2 클론으로부터 EcoRI으로 절단하여 pTZ18 벡터(Promega)에 클로닝하고, SalI 부위는 제거하였다.
또한, 이 벡터의 ClaI 부위에 pIC333 벡터가 함유되어 있는 p121E3(도 14) 클론으로부터 스펙티노마이신(spectinomycin) 유전자가 함유된 부위를 BamHI과 XbaI으로 절단하여, pTZ18 벡터의 염기서열을 기초로 PCR을 이용하여 ClaI 부위를 붙인 후 다시 ClaI으로 절단하고, 스펙티노마이신 유전자를 삽입시켜 pJJ121E2-1 벡터를 제조한 후 B. subtilis subsp. krictiensis에 형질전환하였다. 이 때 B. subtilis subsp. krictiensis 내부에 들어간 mini-Tn10을 함유한 스펙티노마이신 유전자 부위는 바실러스 복제 개시점(Bacillus replication origin)을 갖고 있지 않기 때문에 클론의 복제가 더 이상 이루어지지 않고 단지 유사한 부분들이 기주의 염색체와 상동재조합(homologous recombination)을 통해 유전자의 삽입이 이루어지기 때문에 염색체 상에 삽입된 변이주는 스펙티노마이신 함유 배지에서 선발하였다.
구체적으로, B. subtilis 돌연변이-10에는 ORF3의 16,430 bp부터 24,370 bp 부위까지 7,940 bp가 삽입되어 있고, 삽입되어 있는 부위 중 Cla I 부위인 21,046 bp에 스펙티노마이신이 삽입되어 있어 이튜린 생합성이 일어나지 않는 것으로 사료되며, 형질전환 시 효율을 증대시키기 위하여 pJJ121E2-1 벡터의 SalI 부위는 절단하여 제거하였다. B. subtilis 돌연변이-10에 삽입된 ORF3 중 소실된 부위는 도 14에 기재되어 있는 바와 같이 SalI-EcoRI-SalI site인 데 EcoRI-SalI site는 pJJ121E2 단편 유래이며, 전체적으로 소실된 염기배열의 크기는 8.41 kb(8,020~16,430bp)와 EcoRI site 좌측편에 벡터 유래의 SalI 부위 (33 bp)까지 총 8.443 kb이다.
<10-2> B. subtilis 돌연변이-10의 항균력 측정
스펙티노마이신 함유 배지에서 선발된 변이주를 B. subtilis 돌연변이-10이라 명명하고, 항진균 활성을 검정하기 위하여 B. subtilis subsp. krictiensis의 배양액과 돌연변이-10의 배양액을 상기 항균력을 측정하는 <실시예 9>와 동일한 방법으로 피검균 푸사리움 옥시스포럼(Fusarium oxysporum) 평판배지에 일정량을 로딩하였다.
그 결과, 이튜린 생합성 유전자의 기능이 상실된 B. subtilis 돌연변이-10의 경우, 겨우 확인이 가능할 정도로 미미한 항진균 활성을 나타낸 반면, B. subtilis subsp. krictiensis는 강력한 항진균 활성을 나타내어, 확보한 유전자는 이튜린 생합성 유전자가 확실시되며, B. subtilis subsp. krictiensis가 나타내는 항균활성과 직접적인 관련이 있음을 확인할 수 있었다(도 15).
<10-3> 서던 혼성화 이용한 스펙티노마이신 유전자의 삽입 확인
상기 실시예 <9-1> 에서 제조된 B. subtilis 돌연변이-10에 스펙티노마이신 유전자가 염색체상에 삽입되었는지의 여부를 확인하기 위하여, Mini-Tn10을 함유하고 있는 pIC333 벡터를 함유하고 있는 p121E3 클론으로부터 스펙티노마이신(spectinomycin)을 함유하고 있는 부위를 BamHI과 XbaI으로 절단한 후 얻은 스펙티노마이신 함유 단편을 32P 동위원소로 표지하여 프로브로 제조한 후 서던 혼성화를 수행하였다. B. subtilis subsp. krictiensis B. subtilis 돌연변이-10 균주로부터 게놈 DNA를 추출한 후, ClaI 제한효소를 이용하여 절단한 게놈 DNA와 스펙티노마이신 유전자를 가지고 있는 p121E3 클론 유래의 BamHI과 XbaI으로 절단한 스펙티노마이신 단편을 동위원소로 표지한 프로브를 이용하여 서던 혼성화를 수행하였다.
그 결과, 도 16에 나타난 바와 같이 프로브로 이용한 스펙티노마이신 유전자를 함유한 p121E3 클론을 BamHI과 XbaI으로 절단한 단편의 1.5 kb 위치에서 스펙티노마이신 유전자가 존재하는 것을 확인할 수 있었으며, B. subtilis 돌연변이-10 균주에서도 스펙티노마이신 유전자가 p121E3 클론 유래의 스펙티노마이신 단편과 동일한 위치에서 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서는 스펙티노마이신 유전자가 존재하지 않았다(도 16). 이러한 결과로부터 실시예 <10-2>에서 B. subtilis 돌연변이-10 균주가 항균력을 나타내지 않은 것은 스펙티노마이신 유전자가 염색체 상에 삽입되어 이튜린이 생성되지 않았다는 것을 알 수 있었다.
B. subtilis subsp . krictiensis 균주와 B. subtilis 돌연변이-10 돌연변이주의 대사산물 분석
<11-1> HPLC 를 이용한 대사산물 분석
B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis 돌연변이-10 돌연변이주의 배양액으로부터 이튜린 항생물질 생성 유무에 차이가 나타나는 지를 규명하고자 하였다. B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis 돌연변이-10 돌연변이주의 배양액을 박막크라마토그래피(Thin-Layer Chromatography, TLC)에서 CHCl3/MeOH/D.W.=75/25/5의 조건으로 전개시킨 후, 각 스팟들의 해당부분을 조제한 뒤, 고속액체크로마토그라피(High performance liquid chromatography, HPLC)로 분리하여 B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 B. subtilis 돌연변이-10 돌연변이주 간의 이튜린 생성 유무를 비교하였으며, 상업적으로 판매되고 있는 표준 화합물인 이튜린 A를 대조구로 사용하였다.
그 결과, B. subtilis subsp. krictiensis 균주와 표준물질인 이튜린 A에 대한 고속액체크로마토그라피 크로마토그램은 상당 부분 유사한 피크 형태를 나타내고 있으나, B. subtilis 돌연변이-10 균주에서는 이튜린 A에 해당되는 피크들이 전혀 검출되지 않아(도 17), 상기 실시예 10-2에서 B. subtilis 돌연변이-10 돌연변이주가 푸사리움 옥시스포럼(Fusarium oxysporum) 피검균에 항균력을 나타내지 않은 것은 염색체 상에 스펙티노마이신 유전자가 삽입되어 이튜린 합성이 전혀 일어나지 않았다는 것을 알 수 있었다.
<11-2> LC - Mass 를 이용한 대사산물 분석
상기 실시예 <10-1>에서 HPLC를 이용하여 관찰된 B. subtilis subsp. krictiensis 유래의 크로마토그램들이 6 종류의 이튜린 A-F인지의 유무를 조사하기 위하여 LC-Mass를 이용하여 분자량을 조사하였다. HPLC로 분석한 결과 B. subtilis subsp. krictiensis 균주에서는 6종의 이튜린 A~F가 생산되는 것을 크로마토그램을 통해 확인할 수 있었으며(도 18), 이 때 생산된 이튜린 화합물 A~F의 분자량을 Mass spectrometry를 이용하여 [M+Na]+로 분석한 결과 각각 이튜린 A~F의 분자량(A: 1043, B:1057, C: 1057, D: 1071, E: 1071, F: 1085)에 해당되는 피크가 검출되었다. 이러한 LC-Mass의 결과로부터 B. subtilis subsp. krictiensis에는 존재하나, B. subtilis 돌연변이-10 돌연변이주에는 존재하지 않는 피크들은 이튜린 A-F와 정확하게 일치하므로(도 19, 20), B. subtilis 돌연변이-10 돌연변이주의 F. oxysporum 평판에서 항균력을 나타내지 않은 원인이 이튜린 화합물의 생산저해로 인한 것임을 재확인할 수 있었다.
이상의 결과를 종합하여 볼 때, 본 연구를 통해 확인한 ORF2-1과 2-2 및 3은 설팩틴 유전자와 74 ~ 98%의 유사성을 나타내었으나, 실제로 이 유전자가 암호화하는 생산물은 설팩틴(surfactin)이 아닌 이튜린임을 확인할 수 있었으며, 이들 유전자는 현재까지 알려진 다른 이튜린 A 생합성 유전자와는 41 %의 낮은 유사성을 나타내고 있기 때문에, 본 실험에 이용된 B. subtilis subsp. krictiensis 균주의 이튜린 생합성 유전자는 현재까지 보고된 유전자와는 다른 형태의 새로운 유전자로 사료되었다.
<110> Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology <120> Cloning and determination of sequence of novel iturin biosynthetic genes from antagonistic microorganism Bacillus subtilis and its characterization isolated from same <160> 37 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 34830 <212> DNA <213> Bacillus subtilis subsp. krictiensis <400> 1 cagcttgcat gcctgcaggt cgactctaga ggatcccacc tggctgaacg gctatcaaaa 60 acgctacgtg ttttgtgtat atcaatcgag atgaagaaga tgaaaaagat ttgaaacgga 120 tcaggaaaaa agtttttatt ggtaccagaa tgtaattgaa acaaacggta aaagtttata 180 aaagttccct gagagaaata tgattctctc agggatttct tttacattgc gtctgcatca 240 attatatacg tatccgcatg aagatcggat atttcggcag gcactgaata acaggtaagg 300 ctgtatcggc ctttcggaat attaaagaaa agccgctttg acatcacgct ttcaatctca 360 attccatctt ttacagcctc aaagggaaca gtcgcttttt tctcatagga tagtaccggt 420 tcacttgtgt taagcctgag gacgataaat gccctcgtat ttctccttgc ttcgaatgaa 480 acagctccgt cagcttccgc atatcctttt tcaatggctt catcggtcca atcgataaca 540 ggcggttctg aatctttttg 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cctttgaaac ggccaaacgg cttgaagccg aaggacgtaa agtggagcgg 3480 ctgatcatgg ttgattccta taaaaaacaa ggcgtcagcg acttggaagg ccgcaccgta 3540 gaaagcgatg tccaggcgct gatgaaggta aaccgggata acgaagcgct gaatgacgaa 3600 gccgtcaaag aaggtctcgc caaaaaaaca aacgcgtttt attcttattt cgtgcatacc 3660 gtcagcaccg gcacggtcaa tgcggatata gatctattaa cgtcagaacc ggactttgcg 3720 atgccgccgt ggctcgcttc gtgggaggaa gccacgacag gtgaataccg tgtgaaaaaa 3780 ggctgcggca gtcacgcaga aatgctacag ggagaatgtc tcgaaaggaa tgcggcatat 3840 ttgctcgaat tcctaaggaa ggaacatccg aagctgacag cttcacgata gaaaaggagg 3900 3900 <210> 8 <211> 780 <212> DNA <213> Bacillus subtilis subsp. krictiensis <400> 8 aagcccgcca atggtccagc tctttaaatc gttcgatacc acggaaaaaa cgcagcttat 60 ctgttttccg ttcgcaggag gctattccgc atcattccgc ccgctccaca cctatcttca 120 aggtgagtgt gagatgcttg ccgcggaacc gccgggacac ggaacaaatc aaatgtccgc 180 cgttgaggat tttgaacagc ttgtcagttt atacaagcag gagttgaatc tccatcctga 240 ccgcccgttt gtcctgttcg gccacagtat gggaggcatg gtcgctttca ggctggcgca 300 aaagctggag cgggagggga tttacccgca ggccgtgatc atctcagcca ttcagccgcc 360 gcatgttgaa aggaaaaaag tgtctcatct tgatgatgaa aaatttctcg cccatattat 420 cgagctgggc ggaatgccgc aggagttagt ggagaataag gaggtcatgt catttttcct 480 gccttctttc aggtccgact accgcgcgct tgaaagcttc cgtccgtctg attctcacat 540 gattcaatca cccgtccata tttttaacgg gcggaaagat aaaaaatgta tcaaagatgc 600 ggacggatgg aaaaaatggg ccgacaatcc cgtatttcat gagttttcgg acggccacat 660 gttcatatta agtgaaactg aaaaagtggc ggaacgaata tatgagatta ttaacaggag 720 cactgcaggc caattgttat aggatatgac agacagcatt cgctgtctgt tttttgtaac 780 780 <210> 9 <211> 1380 <212> DNA <213> Bacillus subtilis subsp. krictiensis <400> 9 taattttgaa gggattgtcg tacatgaatg atgcagcaaa agagctgaac agaacattat 60 cggaagaaaa cccgcacgtg cttcatatgc tttctgattt gggcagagag ttgttttatc 120 cgaaaggggt gctgacacaa tcggcggaag cgaaagccaa ggccggaaag tataatgcca 180 cgatcgggat tgccacctca caaggcgagt ccatgcactt ttcccatatt caagagacac 240 tgtccgccta taaccccgat gatatctacg attatgctcc gccgcaggga aaagagccgc 300 tcagacagga atggctgaaa aaaatgcgtc tcgaaaatcc ttcattagcc ggcaaagaca 360 tcagcacgcc gatcgtgaca aacgctttaa cacacgggct gagcattgcc gccgacttgt 420 tcgtcaatga aggggatgcg ctgcttctgc cggataaata ttggggaaat tacaatttta 480 ttttcggtgt ccggcgcaag gcatccattg agacgtaccc gctttttcag caggatgggc 540 gttttaatgc ggcggggctg tccgagctgc tgaaaaagca ggaagaaaag gcgattgtcg 600 tgctgaattt cccgaataat ccgacaggct atacgccggg ggaagaggaa gcgtcagaaa 660 tcgtcagtgt gatcctggag gcggcggagg ccggcaaaga gattgtcgtg ctcgtagacg 720 atgcgtatta caatctgttt tacgatgaaa cggccattca ggaatccatc ttcagcaaac 780 tcgcccaagt gcacgaccgg gtgctttgcg taaaaataga cggcgcgacg aaggaaaatt 840 atgcgtgggg cttccgcgtc ggttttatta cgtacagcac aaaaagcgaa aaagcgctgc 900 gcgtgctcga ggaaaaaaca aaagggatta tcaggggaac gatttcaagc gccccgcatc 960 cgtcccaaac gtttatgctg cgggcgatgc agtcaccgga atacgagaaa gaaaaatcgc 1020 tgaaatataa tatcatgaaa aaacgggctg acaaagtgaa agccgttctt gcagaaaaca 1080 agcactatga agacgtatgg acgccttatc cgtttaactc gggttatttc atgtgtgtcc 1140 ggctgagaga cataaacgcc ggtgaattaa gagtgtcatt gcttgaaaag agaggaatcg 1200 ggacgatatc cattaatgaa accgatttgc gaatcgcatt ttcatgtgtt gaagaagaat 1260 acatcgcgga tctgttcgaa gaaatttatc aagaagcaaa gcagctgcag aaacaggcgg 1320 aaatatcagg ctgacaaaaa aaggaggggg ataccctcct ttttctatgc ttacagcagc 1380 1380 <210> 10 <211> 117 <212> PRT <213> Bacillus subtilis subsp. krictiensis <400> 10 Met Asp Glu Lys Thr Phe Asn Cys Glu Lys Glu Leu Thr Leu Ala Val 1 5 10 15 Ile Gly Gly Lys Trp Lys Met Leu Ile Met Trp His Leu Gly Lys Glu 20 25 30 Gly Thr Lys Arg Phe Asn Glu Leu Lys Ala Leu Ile Pro Asp Ile Thr 35 40 45 His Lys Ile Leu Val Asn Gln Leu Arg Glu Leu Glu Gln Asp Leu Ile 50 55 60 Val His Arg Glu Val Tyr Pro Val Val Pro Pro Lys Val Glu Tyr Ser 65 70 75 80 Leu Thr Glu Gln Gly Glu Thr Leu Met Pro Ile Leu Asp Ala Met Tyr 85 90 95 Lys Trp Gly Lys Glu Tyr Met Glu Leu Ile Asn Ile Asp Lys Thr Ala 100 105 110 Ile Lys Glu Ser Phe 115 <210> 11 <211> 3470 <212> PRT <213> Bacillus subtilis subsp. krictiensis <400> 11 Met Glu Ile Thr Phe Tyr Pro 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3550 Ala Lys Glu Glu Lys Glu Phe Thr Pro Ser Asp Phe Ser Ala Gln Asp 3555 3560 3565 Leu Glu Met Asp Glu Met Gly Asp Ile Phe Asp Met Leu Glu Glu Asn 3570 3575 3580 Leu Thr 3585 <210> 15 <211> 1277 <212> PRT <213> Bacillus subtilis subsp. krictiensis <400> 15 Met Ser Gln Phe Lys Lys Asp Gln Val Gln Asp Met Tyr Tyr Leu Ser 1 5 10 15 Pro Met Gln Glu Gly Met Leu Phe His Thr Leu Leu Asn Pro Gly Gln 20 25 30 Ser Phe Tyr Ile Glu Gln Met Thr Met Arg Val Lys Gly Ser Leu Asn 35 40 45 Ile Lys Cys Leu Glu Glu Ser Met Asn Val Ile Met Asp Arg Tyr Asp 50 55 60 Val Phe Arg Thr Val Phe Ile His Glu Lys Val Lys Arg Pro Val Gln 65 70 75 80 Val Val Leu Lys Lys Arg Gln Phe Gln Ile Glu Glu Ile Asp Leu Thr 85 90 95 His Leu Thr Gly Ser Glu Gln Ala Ser Lys Ile Asn Glu Tyr Lys Glu 100 105 110 Gln Asp Lys Ile Lys Gly Phe Asp Leu Thr Arg Asp Ile Pro Met Arg 115 120 125 Ala Ala Ile Phe Lys Lys Ser Glu Glu Ser Phe Glu Trp Val Trp Ser 130 135 140 Tyr His His Ile Ile Leu Asp Gly Trp Cys Phe Gly Ile Val Val Gln 145 150 155 160 Asp Leu Phe Lys Val Tyr Asn Ala Leu Arg Glu Gln Lys Pro Tyr Ser 165 170 175 Leu Pro Pro Val Lys Pro Tyr Lys Asp Tyr Ile Lys Trp Leu Glu Lys 180 185 190 Gln Asp Lys Gln Ala Ser Leu His Tyr Trp Arg Gly Tyr Leu Glu Asp 195 200 205 Phe Glu Gly Gln Thr Thr Phe Ala Glu Gln Arg Lys Lys Gln Glu Asn 210 215 220 Gly Tyr Glu Pro Lys Glu Leu Leu Phe Ser Leu Pro Glu Ala Glu Thr 225 230 235 240 Lys Ala Phe Thr Glu Leu Ala Lys Ser Gln His Thr Thr Leu Ser Thr 245 250 255 Ala Leu Gln Ala Val Trp Ser Val Leu Ile Ser Arg Tyr Gln Gln Ser 260 265 270 Gly Asp Leu Ile Phe Gly Thr Val Val Ser Gly Arg Pro Ala Glu Ile 275 280 285 Lys Gly Val Glu His Met Val Gly Leu Phe Ile Asn Ala Val Pro Arg 290 295 300 Arg Val Lys Leu Ser Glu Asp Thr Thr Phe Asn Gly Leu Leu Lys Gln 305 310 315 320 Leu Gln Glu Gln Ser Leu Glu Ser Glu Pro His Gln Tyr Val Pro Leu 325 330 335 Tyr Asp Ile Gln Ser Gln Ala Asp Gln Pro Lys Leu Ile Asp His Ile 340 345 350 Ile Val Phe Glu Asn Tyr Pro Leu Gln Asp Ala Lys Asn Glu Glu Asn 355 360 365 Ser Glu Asn Gly Phe Asp Met Glu Asp Val His Val Phe Glu Lys Ser 370 375 380 Asn Tyr Asp Leu Asn Leu Met Ala Ser Pro Gly Asp Glu Met Leu Ile 385 390 395 400 Lys Leu Ala Tyr Asn Gly Asn Val Phe Asp Glu Ala Phe Ile Leu Arg 405 410 415 Leu Lys Ser Gln Leu Leu Thr Ala Ile Gln Gln Leu Ile Gln Lys Pro 420 425 430 Asp Gln Pro Val Asn Thr Ile Arg Leu Val Asp Glu Lys Glu Arg Glu 435 440 445 Leu Leu Leu Thr Gly Leu Asn Pro Pro Ala Glu Thr His Gln Ala Lys 450 455 460 Pro Leu Thr Asp Trp Phe Lys Glu Ala Val Asn Val Asn Pro Asp Ala 465 470 475 480 Pro Ala Leu Thr Tyr Ser Gly Gln Thr Leu Ser Tyr Arg Glu Leu Asp 485 490 495 Glu Glu Ala Asn Arg Leu Ala Arg Arg Leu Gln Lys Gln Gly Ala Gly 500 505 510 Lys Asp Thr Val Val Ala Leu Tyr Thr Lys Arg Ser Leu Glu Leu Val 515 520 525 Ile Gly Ile Leu Gly Val Leu Lys Ala Gly Ala Ala Tyr Leu Pro Val 530 535 540 Asp Pro Lys Leu Pro Glu Asp Arg Ile Ser Tyr Met Leu Thr Asp Ser 545 550 555 560 Ala Ala Ala Cys Leu Leu Thr His Gln Glu Met Lys Glu Lys Ala Ala 565 570 575 Gln Leu Pro Tyr Thr Gly Thr Thr Leu Ile Ile Asp Asp Gln Ala Arg 580 585 590 Phe Glu Glu Gln Ala Ser Asp Pro Ala Ala Ala Ile Asp Pro Asp Asp 595 600 605 Pro Ala Tyr Ile Met Tyr Thr Ser Gly Thr Thr Gly Lys Pro Lys Gly 610 615 620 Asn Ile Thr Thr His Ala Asn Ile Gln Gly Leu Val Lys His Val Asp 625 630 635 640 Tyr Met Ala Phe Ser Glu Gln Asp Thr Phe Leu Ser Val Ser Asn Tyr 645 650 655 Ala Phe Asp Ala Phe Thr Phe Asp Phe Tyr Ala Ser Ile Leu Asn Ala 660 665 670 Ala Arg Leu Ile Ile Ala Asp Glu His Thr Leu Leu Asp Thr Glu Arg 675 680 685 Leu Thr Asp Leu Ile Arg Gln Glu Asn Val Asn Val Met Phe Ala Thr 690 695 700 Thr Ala Leu Phe Asn Leu Leu Thr Asp Ala Gly Glu Glu Trp Leu Lys 705 710 715 720 Gly Leu Arg Cys Val Leu Phe Gly Gly Glu Arg Ala Ser Val Pro His 725 730 735 Val Arg Lys Ala Leu Glu Ile Met Gly Pro Gly Lys Leu Ile Asn Cys 740 745 750 Tyr Gly Pro Thr Glu Gly Thr Val Phe Ala Thr Ala His Val Val His 755 760 765 Asp Ile Pro Asp Ser Ile Ser Ser Leu Pro Ile Gly Lys Pro Ile Ser 770 775 780 Asn Ala Ser Ile Tyr Ile Leu Asn Gly Gln Asn Gln Leu Gln Pro Phe 785 790 795 800 Gly Ala Val Gly Glu Leu Cys Ile Ser Gly Met Gly Val Ser Lys Gly 805 810 815 Tyr Leu Asn Arg His Asp Leu Thr Lys Gln Thr Phe Ile Pro Asn Pro 820 825 830 Phe Lys Pro Gly Glu Thr Leu Tyr Arg Thr Gly Asp Leu Ala Arg Trp 835 840 845 Leu Pro Asp Glu Arg Leu Asn Thr Pro Gly Val Leu Thr Thr Arg Ser 850 855 860 Asn Thr Arg His Arg Ile Glu Leu Glu Glu Ile Glu Lys Gln Leu Gln 865 870 875 880 Glu Tyr Pro Gly Val Lys Asp Ala Val Val Val Ala Asp Arg His Glu 885 890 895 Ser Gly Asp Ala Ser Ile Asn Ala Tyr Leu Val Asn Arg Thr Pro Leu 900 905 910 Ser Ala Glu Asp Val Lys Arg His Leu Lys Lys Gln Leu Pro Ala Tyr 915 920 925 Met Val Pro Gln Thr Phe Thr Phe Leu Glu Glu Leu Pro Leu Thr Thr 930 935 940 Asn Gly Lys Val Asn Lys Arg Gln Leu Pro Lys Pro Asp Gln Ala Gln 945 950 955 960 Ala Ala Lys Glu Trp Ile Gly Pro Arg Asn Ala Thr Glu Glu Thr Ile 965 970 975 Ala His Ile Trp Ser Glu Ile Leu Gly Arg Gln Gln Ile Gly Ile His 980 985 990 Asp Asp Phe Phe Ala Leu Gly Gly His Ser Leu Lys Ala Met Thr Ala 995 1000 1005 Ala Ser Arg Ile Lys Lys Glu Leu Gly Thr Asp Ile Pro Val Gln Leu 1010 1015 1020 Leu Phe Glu Ala Thr Thr Ile Ala Asp Ile Ala Gly Tyr Leu Leu His 1025 1030 1035 1040 Gly Glu Glu Lys Gly Met Lys Asp Leu Thr Ile Met Asn Lys Asn Gln 1045 1050 1055 Ser Asp Thr Leu Phe Ala Phe Pro Pro Val Leu Gly Tyr Gly Leu Met 1060 1065 1070 Tyr Gln Pro Leu Ala Lys Gln Leu Ser Gly Tyr Arg Ile Cys Ala Phe 1075 1080 1085 Asp Phe Ile Glu Glu Asp Asn Arg Ile Glu Arg Tyr Thr Glu Leu Ile 1090 1095 1100 Asn Gln Leu Gln Pro Glu Gly Pro Val Lys Leu Phe Gly Tyr Ser Ala 1105 1110 1115 1120 Gly Cys Thr Leu Ala Phe Glu Thr Ala Lys Arg Leu Glu Ala Glu Gly 1125 1130 1135 Arg Lys Val Glu Arg Leu Ile Met Val Asp Ser Tyr Lys Lys Gln Gly 1140 1145 1150 Val Ser Asp Leu Glu Gly Arg Thr Val Glu Ser Asp Val Gln Ala Leu 1155 1160 1165 Met Lys Val Asn Arg Asp Asn Glu Ala Leu Asn Asp Glu Ala Val Lys 1170 1175 1180 Glu Gly Leu Ala Lys Lys Thr Asn Ala Phe Tyr Ser Tyr Phe Val His 1185 1190 1195 1200 Thr Val Ser Thr Gly Thr Val Asn Ala Asp Ile Asp Leu Leu Thr Ser 1205 1210 1215 Glu Pro Asp Phe Ala Met Pro Pro Trp Leu Ala Ser Trp Glu Glu Ala 1220 1225 1230 Thr Thr Gly Glu Tyr Arg Val Lys Lys Gly Cys Gly Ser His Ala Glu 1235 1240 1245 Met Leu Gln Gly Glu Cys Leu Glu Arg Asn Ala Ala Tyr Leu Leu Glu 1250 1255 1260 Phe Leu Arg Lys Glu His Pro Lys Leu Thr Ala Ser Arg 1265 1270 1275 <210> 16 <211> 243 <212> PRT <213> Bacillus subtilis subsp. krictiensis <400> 16 Met Val Gln Leu Phe Lys Ser Phe Asp Thr Thr Glu Lys Thr Gln Leu 1 5 10 15 Ile Cys Phe Pro Phe Ala Gly Gly Tyr Ser Ala Ser Phe Arg Pro Leu 20 25 30 His Thr Tyr Leu Gln Gly Glu Cys Glu Met Leu Ala Ala Glu Pro Pro 35 40 45 Gly His Gly Thr Asn Gln Met Ser Ala Val Glu Asp Phe Glu Gln Leu 50 55 60 Val Ser Leu Tyr Lys Gln Glu Leu Asn Leu His Pro Asp Arg Pro Phe 65 70 75 80 Val Leu Phe Gly His Ser Met Gly Gly Met Val Ala Phe Arg Leu Ala 85 90 95 Gln Lys Leu Glu Arg Glu Gly Ile Tyr Pro Gln Ala Val Ile Ile Ser 100 105 110 Ala Ile Gln Pro Pro His Val Glu Arg Lys Lys Val Ser His Leu Asp 115 120 125 Asp Glu Lys Phe Leu Ala His Ile Ile Glu Leu Gly Gly Met Pro Gln 130 135 140 Glu Leu Val Glu Asn Lys Glu Val Met Ser Phe Phe Leu Pro Ser Phe 145 150 155 160 Arg Ser Asp Tyr Arg Ala Leu Glu Ser Phe Arg Pro Ser Asp Ser His 165 170 175 Met Ile Gln Ser Pro Val His Ile Phe Asn Gly Arg Lys Asp Lys Lys 180 185 190 Cys Ile Lys Asp Ala Asp Gly Trp Lys Lys Trp Ala Asp Asn Pro Val 195 200 205 Phe His Glu Phe Ser Asp Gly His Met Phe Ile Leu Ser Glu Thr Glu 210 215 220 Lys Val Ala Glu Arg Ile Tyr Glu Ile Ile Asn Arg Ser Thr Ala Gly 225 230 235 240 Gln Leu Leu <210> 17 <211> 436 <212> PRT <213> Bacillus subtilis subsp. krictiensis <400> 17 Met Asn Asp Ala Ala Lys Glu Leu Asn Arg Thr Leu Ser Glu Glu Asn 1 5 10 15 Pro His Val Leu His Met Leu Ser Asp Leu Gly Arg Glu Leu Phe Tyr 20 25 30 Pro Lys Gly Val Leu Thr Gln Ser Ala Glu Ala Lys Ala Lys Ala Gly 35 40 45 Lys Tyr Asn Ala Thr Ile Gly Ile Ala Thr Ser Gln Gly Glu Ser Met 50 55 60 His Phe Ser His Ile Gln Glu Thr Leu Ser Ala Tyr Asn Pro Asp Asp 65 70 75 80 Ile Tyr Asp Tyr Ala Pro Pro Gln Gly Lys Glu Pro Leu Arg Gln Glu 85 90 95 Trp Leu Lys Lys Met Arg Leu Glu Asn Pro Ser Leu Ala Gly Lys Asp 100 105 110 Ile Ser Thr Pro Ile Val Thr Asn Ala Leu Thr His Gly Leu Ser Ile 115 120 125 Ala Ala Asp Leu Phe Val Asn Glu Gly Asp Ala Leu Leu Leu Pro Asp 130 135 140 Lys Tyr Trp Gly Asn Tyr Asn Phe Ile Phe Gly Val Arg Arg Lys Ala 145 150 155 160 Ser Ile Glu Thr Tyr Pro Leu Phe Gln Gln Asp Gly Arg Phe Asn Ala 165 170 175 Ala Gly Leu Ser Glu Leu Leu Lys Lys Gln Glu Glu Lys Ala Ile Val 180 185 190 Val Leu Asn Phe Pro Asn Asn Pro Thr Gly Tyr Thr Pro Gly Glu Glu 195 200 205 Glu Ala Ser Glu Ile Val Ser Val Ile Leu Glu Ala Ala Glu Ala Gly 210 215 220 Lys Glu Ile Val Val Leu Val Asp Asp Ala Tyr Tyr Asn Leu Phe Tyr 225 230 235 240 Asp Glu Thr Ala Ile Gln Glu Ser Ile Phe Ser Lys Leu Ala Gln Val 245 250 255 His Asp Arg Val Leu Cys Val Lys Ile Asp Gly Ala Thr Lys Glu Asn 260 265 270 Tyr Ala Trp Gly Phe Arg Val Gly Phe Ile Thr Tyr Ser Thr Lys Ser 275 280 285 Glu Lys Ala Leu Arg Val Leu Glu Glu Lys Thr Lys Gly Ile Ile Arg 290 295 300 Gly Thr Ile Ser Ser Ala Pro His Pro Ser Gln Thr Phe Met Leu Arg 305 310 315 320 Ala Met Gln Ser Pro Glu Tyr Glu Lys Glu Lys Ser Leu Lys Tyr Asn 325 330 335 Ile Met Lys Lys Arg Ala Asp Lys Val Lys Ala Val Leu Ala Glu Asn 340 345 350 Lys His Tyr Glu Asp Val Trp Thr Pro Tyr Pro Phe Asn Ser Gly Tyr 355 360 365 Phe Met Cys Val Arg Leu Arg Asp Ile Asn Ala Gly Glu Leu Arg Val 370 375 380 Ser Leu Leu Glu Lys Arg Gly Ile Gly Thr Ile Ser Ile Asn Glu Thr 385 390 395 400 Asp Leu Arg Ile Ala Phe Ser Cys Val Glu Glu Glu Tyr Ile Ala Asp 405 410 415 Leu Phe Glu Glu Ile Tyr Gln Glu Ala Lys Gln Leu Gln Lys Gln Ala 420 425 430 Glu Ile Ser Gly 435 <210> 18 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA1 primer <400> 18 cgggaaagcg ctggggaata accgc 25 <210> 19 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA2 primer <400> 19 ccttcaaagc tttgaacagg tggtc 25 <210> 20 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA3 primer <400> 20 ctcgcttggc ggagattcca tcaaag 26 <210> 21 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA4 primer <400> 21 gttctgtctc ttcagcagtc agcgag 26 <210> 22 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA5 primer <400> 22 gcgattgatt atgcgcttgt tgag 24 <210> 23 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA6 primer <400> 23 tcggcacata cgctgattga actgc 25 <210> 24 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA7 primer <400> 24 gggtaaagga tcgcctcaat cgtt 24 <210> 25 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA8 primer <400> 25 cgaaataggc tatctcgcac tcag 24 <210> 26 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA9 primer <400> 26 ttcagaatag ggcttatcaa gca 23 <210> 27 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfA10 primer <400> 27 gctgtgttgc cgcctttatc tttga 25 <210> 28 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB1 primer <400> 28 atgtctcaga tgcatggagc 20 <210> 29 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB2 primer <400> 29 ctggcaacta ataggctgac 20 <210> 30 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB3 primer <400> 30 attgaagctt gtgccgcctg 20 <210> 31 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB4 primer <400> 31 tcctttaaag ctttgcacag 20 <210> 32 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB5 primer <400> 32 gaaacagcag cgattatgaa cgac 24 <210> 33 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB6 primer <400> 33 agacatcgag ccagtattcc tcatc 25 <210> 34 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB7 primer <400> 34 atttcgagcg gccagctgaa cg 22 <210> 35 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB8 primer <400> 35 tttcatccgg cgccgtatag gttt 24 <210> 36 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB9 primer <400> 36 gcaaaatttc cggacagcgg gatat 25 <210> 37 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SrfB10 primer <400> 37 tcgatccggc cgatgtattc aat 23

Claims (21)

  1. 서열번호 6으로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자 또는 상기 유전자에 대해 95% 이상의 서열 상동성을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  2. 서열번호 6과 서열번호 5로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  3. 서열번호 6과 서열번호 3으로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  4. 서열번호 6과 서열번호 7로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  5. 서열번호 6과 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  6. 서열번호 6, 서열번호 3 및 서열번호 7로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  7. 서열번호 6, 서열번호 3 및 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  8. 서열번호 6, 서열번호 7 및 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  9. 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 갖는 이튜린 생합성 유전자.
  10. 제 1항 내지 제 9항의 유전자에 의해 암호화되는 이튜린 단백질.
  11. 서열번호 6으로 기재되는 염기서열을 포함하는 벡터.
  12. 서열번호 6과 서열번호 3(ItuA)로 기재되는 염기서열을 포함하는 벡터.
  13. 서열번호 6과 서열번호 7(ItuD)로 기재되는 염기서열을 포함하는 벡터.
  14. 서열번호 6과 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 포함하는 벡터.
  15. 서열번호 6, 서열번호 3(ItuA) 및 서열번호 7(ItuD)으로 기재되는 염기서열을 포함하는 벡터.
  16. 서열번호 5, 서열번호 2(ItuA) 및 서열번호 7(ItuD)로 기재되는 염기서열을 포함하는 벡터.
  17. 서열번호 6, 서열번호 7 및 서열번호 8로 기재되는 염기서열을 포함하는 벡터.
  18. 서열번호 1로 기재되는 염기서열을 포함하는 벡터.
  19. 제 11항 내지 18항 중 어느 하나의 벡터가 도입된 형질전환체.
  20. 제 19항의 형질전환체로부터 생산된 이튜린 단백질.
  21. 제 19항의 이튜린을 생산하는 형질전환 균주 또는 이의 배양액을 포함하는 생물학적 방제제.

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