KR20130025701A - Improved microorganism variants having ehtanol producing ability using glycerol or crude glycerol and method for producing ethanol using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A mutant microorganism with high ethanol productivity and a method for producing the same are provided to produce ethanol from glycerol or waste glycerol. CONSTITUTION: A mutant microorganism with high ethanol productivity from glycerol or waste glycerol is prepared by deleting a gene encoding lactate dehydrogenase(LdhA). The microorganism is selected from bacteria, yeast, and fungi. The bacteria are selected from a group consisting of genus Klebsiella, genus Lactobacillus, genus Clostridium, and genus Enterobacter. [Reference numerals] (AA) Glycerol consumption(g/L); (BB) EtOH yield; (CC) Conversion ratio(mol/mol)

Description

글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 개량된 변이 미생물 및 이를 이용한 에탄올의 제조방법 {Improved Microorganism Variants Having Ehtanol Producing Ability Using Glycerol or Crude Glycerol and Method for Producing Ethanol Using the Same}Improved Microorganism Variants Having Ehtanol Producing Ability Using Glycerol or Crude Glycerol and Method for Producing Ethanol Using the Same} from Glycerol or Waste Glycerol

본 발명은 글리세롤 또는 폐글리세롤을 탄소원으로 하여 에탄올 생성능이 증가된 변이 미생물 및 이를 이용한 에탄올의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고, 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시키거나 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc) 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 과발현시킴으로써 보다 향상된 에탄올 생성능을 보이는 새로운 변이 미생물 및 이를 이용한 에탄올의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a mutant microorganism having increased ethanol production ability using glycerol or waste glycerol as a carbon source and a method for producing ethanol using the same. More specifically, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (Adh II) is increased. , Lactate dehydrogenase (Lactate) in mutant microorganisms with high ethanol production from glycerol or waste glycerol with reduced enzymatic activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) Deletion of genes encoding dehydrogenase (LdhA) or overexpressing genes encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and aldehyde dehydrogenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)) Pertaining to Mutant Microorganisms and a Method for Preparing Ethanol Using the Same Will.

현재, 바이오 디젤 제조 공정의 주된 부산물로서 전체 생산의 약 10%(w/w)에 해당하는 양의 폐글리세롤(crude glycerol)이 발생한다(Johnson and Taconi, 2007). 이러한 폐글리세롤은 기존의 전통적인 글리세롤 시장의 가격에 영향을 미칠 뿐 아니라, 직접 환경에 방출될 수 없기 때문에 처리 비용 등 중요한 환경 문제 요인으로 대두되고 있다(da Silva et al. 2009). 따라서 저가의 폐글리세롤을 이용하여 연료 및 생리 활성 물질을 포함한 산업적으로 가치 있는 물질로 전환하기 위한 방법의 개발이 활발하게 진행 중이다. Currently, as a major by-product of the biodiesel manufacturing process, waste glycerol is generated in an amount equivalent to about 10% (w / w) of total production (Johnson and Taconi, 2007). This waste glycerol not only affects the price of the traditional glycerol market, but also emerges as an important environmental problem such as treatment cost since it cannot be directly released to the environment (da Silva et al . 2009). Therefore, there is an active development of a method for converting low-cost waste glycerol into industrially valuable materials, including fuels and bioactive substances.

글리세롤은 락토바실러스 속(genus Lactobacillus), 클로스트리듐 속(genus Clostridium), 엔테로박터 속(genus Enterobacter), 크렙시엘라 속(genus Klebsiella)을 포함하는 몇몇 박테리아에 의해 발효성 영양원으로 이용되어 프로판디올, 에탄올을 비롯한 다양한 화합물로 전환될 수 있다. 최근 곤잘레스 연구그룹은 전통적으로 글리세롤 비발효성 미생물로 알려져 있던 대장균의 혐기성 발효에 의해 글리세롤로부터 에탄올을 생산했다(Dharmadi et al. 2006; Gonzalez et al. 2008; Murarka et al. 2008). 옥수수 전분질 유래의 포도당으로부터 에탄올을 생산하는 가격과 비교해 글리세롤로부터 생산하는 가격이 40% 정도 낮은 수준이다(Yazdani and Gonzalez, 2007). 따라서 글리세롤로부터 에탄올 및 부산물의 효과적인 발효전환을 위한 미생물 균주의 대사공학 연구가 관심을 받고 있다(Yazdani and Gonzalez 2008; Durnin et al. 2009). Glycerol is used as a fermentative nutrient by several bacteria, including the genus Lactobacillus , genus Clostridium , genus Enterobacter , and genus Klebsiella , to propanediol. And various compounds including ethanol. Recently, the Gonzales research group produced ethanol from glycerol by anaerobic fermentation of E. coli, which was traditionally known as a glycerol nonfermentable microorganism (Dharmadi et al . 2006; Gonzalez et al . 2008; Murarka et al . 2008). Compared to the price of producing ethanol from corn starch-derived glucose, the price from glycerol is about 40% lower (Yazdani and Gonzalez, 2007). Therefore, the study of metabolic engineering of microbial strains for the effective fermentation conversion of ethanol and by-products from glycerol (Yazdani and Gonzalez 2008; Durnin et al . 2009).

현재까지 보고된 글리세롤로부터 에탄올 발효생산 최고 수율은 크렙시엘라 옥시토카 (Klebsiella oxytoca)의 유가식 배양 공정에서 35시간 배양시간에 최대생산량이 19.5 g/L이며 그 시점의 생산성은 시간당 0.56 g/L 수준이다(Yang G et al.2007). 재조합 대장균을 이용한 발효 배양에서 글리세롤로부터 에탄올의 최대 발효생산량은 96시간 배양시 20.7 g/L이었으나, 시간당 생산성은 크렙시아아 옥시토카와 비교해 매우 훨씬 낮은 0.22 g/L이었다(Durnin et al. 2009).The highest yield of ethanol fermentation production from glycerol reported to date is 19.5 g / L at 35 hours incubation time in fed batch culture process of Klebsiella oxytoca and the productivity at that time is 0.56 g / L Level (Yang G et al. 2007). In fermentation culture with recombinant E. coli, the maximum fermentation yield of ethanol from glycerol was 20.7 g / L in 96-hour incubation, but the hourly productivity was 0.22 g / L, much lower than that of Krebsiaa oxytoca (Durnin et al . 2009). .

이에, 본 발명자들은 글리세롤 또는 폐글리세롤을 탄소원으로 이용하여 산업적으로 유용한 에탄올을 고효율로 생산하는 미생물을 개발하기 위하여 예의 노력한 결과, 감마선 조사에 의해 에탄올 고생성능을 가지게 된 변이 미생물에서 락테이트디하이드로게네이즈 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제 유전자를 과발현시킬 경우, 에탄올 생산능이 향상되는 것을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.
Therefore, the present inventors have made intensive efforts to develop microorganisms that produce industrially useful ethanol with high efficiency using glycerol or waste glycerol as a carbon source, and as a result, the lactate dehydrogeze in mutant microorganisms having high ethanol performance by gamma irradiation Deleting the naize gene, and overexpressing the pyruvate dehydrogenase gene and the aldehyde dehydrogenase gene, it was confirmed that the ethanol production capacity is improved and completed the present invention.

본 발명의 목적은 감마선 조사에 의해 에탄올 고생성능을 가지게 된 변이 미생물에서 락테이트디하이드로게네이즈 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제 유전자를 과발현시켜 에탄올 생성능이 향상된 변이 미생물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to delete the lactate dehydrogenase gene in mutant microorganisms having high ethanol production by gamma irradiation, overexpressing the pyruvate dehydrogenase gene and aldehyde dehydrogenase gene to improve the ethanol production ability The present invention provides a mutant microorganism and a method of manufacturing the same.

본 발명의 다른 목적은 상기 변이 미생물을 이용한 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올의 제조방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention to provide a method for producing ethanol from glycerol or waste glycerol using the mutant microorganisms.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물 변이 미생물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention is the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT) The present invention provides a mutant microorganism having a high ethanol production ability from glycerol or waste glycerol with reduced activity.

또한, 본 발명은 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킴으로써 에탄올 생성능을 보다 향상시킨 새로운 변이 미생물을 제공한다.In the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is reduced. In mutant microorganisms with high ethanol production from glycerol or waste glycerol, genes encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and genes encoding aldehyde dehydrogenase (alddhdyde dehydrogenase (AdhII)) are introduced. By providing a new mutant microorganism further improved ethanol production ability.

또한, 본 발명은 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킴으로써 에탄올 생성능을 보다 향상시킨 새로운 변이 미생물을 제공한다.In the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is reduced. In mutant microorganisms with high ethanol production from glycerol or waste glycerol, the gene encoding Lactate dehydrogenase (LdhA) is deleted and the gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) And overexpressing and introducing a gene encoding an aldehyde dehydrogenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)) to provide a new mutant microorganism further improved ethanol production ability.

또한, 본 발명은 (a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계; (b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 수득된 미생물에서 락테이트 하이드로게나아제를 코딩하는 유전자를 결실시키는 단계.를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention (a) by irradiating gamma rays to the microorganism increases the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT Mutating to decrease enzymatic activity; (b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And (c) deleting the gene encoding the lactate hydrogenase from the obtained microorganism. The method provides a method for producing a mutant microorganism having high ethanol production from glycerol or waste glycerol, which comprises.

또한, 본 발명은 (a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계; (b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 수득된 미생물에서 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention (a) by irradiating gamma rays to the microorganism increases the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT Mutating to decrease enzymatic activity; (b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And (c) overexpressing a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and a gene encoding aldehyde dehydrogenase (aldhdyde dehydrogenase, AdhII) in the obtained microorganism, or Provided is a method for producing a mutant microorganism having high ethanol production from waste glycerol.

또한, 본 발명은 (a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계; (b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 수득된 미생물에서 락테이트 하이드로게나아제를 코딩하는 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법을 제공한다.In addition, the present invention (a) by irradiating gamma rays to the microorganism increases the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT Mutating to decrease enzymatic activity; (b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And (c) a gene encoding lactate hydrogenase in the obtained microorganism, a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and an aldehyde dehydrogenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)). It provides a method for producing a mutant microorganism having high ethanol production from glycerol or waste glycerol comprising the step of overexpressing the gene encoding the.

또한, 본 발명은 상기 변이미생물을 글리세롤 또는 폐글리세롤을 탄소원으로 하는 배지에서 배양하여 에탄올을 생성시킨 다음, 배양액으로부터 에탄올을 회수하는 것을 특징으로 하는 에탄올의 제조방법을 제공한다.
The present invention also provides a method for producing ethanol, wherein the mutant microorganism is cultured in a medium containing glycerol or waste glycerol as a carbon source to produce ethanol, and then ethanol is recovered from the culture solution.

본 발명은 미생물에 감마선을 조사하고 특정 유전자를 결실 또는 과발현시킴으로써 글리세롤 또는 폐글리세롤을 탄소원으로 하여 에탄올을 고효율로 생산하는 변이 미생물을 제공하는 효과가 있다. 본 발명에 따른 변이 미생물은 글리세롤 환원 대사경로의 대사산물의 생산이 거의 없을 뿐만 아니라, 바이오디젤 산업의 부산물인 폐글리세롤을 이용하여 고부가가치 산물인 에탄올을 고효율로 생산하여 산업적으로 유용하다.
The present invention has the effect of providing a mutant microorganism that produces ethanol with high efficiency by using glycerol or waste glycerol as a carbon source by irradiating gamma rays to a microorganism and deleting or overexpressing a specific gene. The mutant microorganism according to the present invention has little production of metabolites in the glycerol reduction metabolic pathway, and is industrially useful by producing ethanol, a high value-added product, using waste glycerol which is a by-product of the biodiesel industry with high efficiency.

도 1은 크렙시엘라 뉴모니아의 글리세롤 발효 대사경로를 나타낸 모식도이다.
도 2은 대조군과 본 발명에서 사용된 변이 미생물의 에탄올 생산을 나타낸 것이다((a) K. pneumoniae Cu 균주, (b) K. pneumoniae GEM167 균주).
도 3는 K. pneumoniae GEM167 변이균주의 pH에 따른 에탄올 생산을 나타낸 것이다.
도 4는 K. pneumoniae GEM167 변이균주의 공기주입량에 따른 에탄올 생산을 타낸 것이다.
도 5은 K. pneumoniae GEM167 변이균주의 순수 글리세롤을 이용한 유가식 배양에 의한 에탄올 생산을 나타낸 것이다.
도 6은 K. pneumoniae GEM167 변이균주의 폐글리세롤을 이용한 유가식 배양에 의한 에탄올 생산을 나타낸 것이다.
도 7은 K. pneumoniae GEM167ΔldhA 변이 균주의 제작방법(A) 및 ldhA 변이를 확인한 서던 하이브리다이제이션 결과(B)를 나타낸 것이다.
도 8은 K. pneumoniae GEM167ΔldhA 변이균주의 유가식 배양에 의한 순수 글리세롤 발효 및 에탄올의 생산결과를 나타낸 것이다.
도 9는 K. pneumoniae GEM167 ΔldhA 변이균주의 유가식 배양에 의한 바이오디젤 폐글리세롤 발효 및 에탄올의 생산결과를 나타낸 것이다.
도 10은 K. pneumoniae GEM167 균주의 개량된 에탄올 생산 경로를 나타낸 것이다.
도 11은 K. pneumoniae GEM167/pBR-pdc-adhII 균주의 순수 글리세롤 (a) 혹은 폐글리세롤 (b) 유가식 배양과 에탄올 생산결과를 나타낸 것이다.
도 12는 K. pneumoniae GEM167 ΔldhA/pBR-pdc-adhII 균주의 순수 글리세롤 (a) 혹은 폐글리세롤 (b) 유가식 배양과 에탄올 생산결과를 나타낸 것이다.
Figure 1 is a schematic diagram showing the metabolic pathway of glycerol fermentation of Krebsiella pneumoniae.
Figure 2 shows the ethanol production of the mutant microorganisms used in the control and the present invention ((a) K. pneumoniae Cu strain, (b) K. pneumoniae GEM167 strain).
Figure 3 shows the ethanol production according to the pH of K. pneumoniae GEM167 mutant strains.
Figure 4 shows the ethanol production according to the air injection amount of K. pneumoniae GEM167 mutant strains.
5 shows ethanol production by fed-batch culture using pure glycerol of K. pneumoniae GEM167 mutant strain.
6 shows ethanol production by fed-batch culture using waste glycerol of K. pneumoniae GEM167 mutant strain.
Figure 7 shows the production method (A) of the K. pneumoniae GEM167 ΔldhA variant strain and Southern hybridization results (B) confirming the ldhA mutation.
Figure 8 shows the result of pure glycerol fermentation and ethanol production by fed- batch culture of K. pneumoniae GEM167 ΔldhA mutant strains.
9 shows the results of biodiesel waste glycerol fermentation and ethanol production by fed- batch culture of K. pneumoniae GEM167 ΔldhA mutant strains.
Figure 10 shows an improved ethanol production route of K. pneumoniae GEM167 strain.
Figure 11 shows the glycerol (a) or waste glycerol (b) fed-batch culture and ethanol production results of the K. pneumoniae GEM167 / pBR-pdc-adhII strain.
Figure 12 shows the glycerol (a) or waste glycerol (b) fed-batch culture and ethanol production of K. pneumoniae GEM167 ΔldhA / pBR-pdc-adhII strain.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.Unless otherwise defined, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. In general, the nomenclature used herein is well known and commonly used in the art.

본 발명에서는 크렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae) 균주에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물을 제조하고, 제조된 변이 미생물이 글리세롤 또는 폐글리세롤을 단일 탄소원으로 하여 에탄올을 고효율로 생산할 수 있는지를 확인하였다. In the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased by irradiating gamma rays to the Klebsiella pneumoniae strain and 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3) A microorganism having a mutant having reduced enzymatic activity of -propanol oxidoreductase (DhaT) was produced, and it was confirmed that the mutant microorganism can produce ethanol with high efficiency using glycerol or waste glycerol as a single carbon source.

또한, 본 발명에서는 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물에서 추가적으로 락테이트 하이드로게나아제 유전자를 결실시키는 것으로 에탄올 생산능을 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다.In addition, in the present invention, a mutation in which the enzyme activity of the alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT) is decreased. It was confirmed that the ethanol production capacity can be improved by deleting the lactate hydrogenase gene additionally in the microorganisms generated.

또한 본 발명에서는 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물에서 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 과발현 시킴으로써 에탄올 생산능을 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다. In the present invention, a mutation occurs in which the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is decreased. It was confirmed that ethanol production could be improved by overexpressing a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and an aldehyde dehydrogenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)) in microorganisms.

본 발명의 일 실시예에서는, 감마선을 1kGy 선량으로 조사하여 미생물에 변이를 유발한 다음, 글리세롤을 단일 탄소원으로 함유하는 배지에서 배양하여 에탄올 생성량이 향상된 변이 미생물을 분리하였다. 변이 미생물의 대사산물 생성량을 비교해 본 결과, 대조군과 비교하여 글리세롤 환원 대사경로의 대사산물은 거의 생성하지 않으면서, 글리세롤 산화 대사경로의 대사산물의 생성량이 크게 증가하였고, 특히 에탄올 생산량이 대조군에 비해 8배 정도 증가함을 확인하였다. In one embodiment of the present invention, gamma-rays were irradiated with 1 kGy dose to induce microorganisms, and then cultured in a medium containing glycerol as a single carbon source to isolate mutant microorganisms with improved ethanol production. As a result of comparing the amount of metabolite production of mutant microorganisms, the amount of metabolite of glycerol oxidative metabolite was significantly increased, and the amount of metabolite of glycerol oxidative metabolite was significantly increased compared to the control, especially ethanol production was higher than that of the control. It was confirmed that the increase of about 8 times.

상기의 변이 미생물이 글리세롤 또는 폐글리세롤을 탄소원으로 함유하는 배지에서 배양하여 에탄올이 고효율로 생성되는 것은, 글리세롤 발효성 미생물에 감마선을 조사한 결과, 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)를 코딩하는 유전자 또는 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)를 코딩하는 유전자에 돌연변이가 발생함으로써 상기 유전자에 의해 코딩되는 효소 활성에 변화를 일으키거나 효소가 관여하는 생합성 경로의 일부 또는 상당부분에 변화가 유발되어 글리세롤이 고효율의 에탄올로 전환되는 것으로 추정할 수 있다. The above-mentioned mutant microorganisms were cultured in a medium containing glycerol or waste glycerol as a carbon source to produce ethanol with high efficiency. As a result of irradiating gamma rays to the glycerol fermentable microorganisms, an alcohol dehydrogenase (AdhII) was encoded. Mutations in the genes or genes encoding 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) result in changes in the enzyme activity encoded by the genes or biosynthetic pathways involving enzymes It is estimated that some or a substantial portion of the change induces the conversion of glycerol to high efficiency ethanol.

본 발명의 다른 실시예에서는, 감마선을 조사한 변이 미생물의 효소활성을 측정한 결과, 글루코즈를 단일 탄소원으로 함유하는 배지에서 배양한 경우에는 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 크게 증가하지 않은 반면, 글리세롤을 단일 탄소원으로 함유하는 배지에서 배양한 경우에는 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성은 대조군과 비교하여 3배 정도 증가하였고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성은 대조군 보다 감소함을 확인하였다. 이 결과로부터, 변이 미생물의 효소활성의 변화는 글리세롤 발효 대사경로에 변화를 유발하여 글리세롤 산화 대사경로의 산물 생산을 증가시키고 특히 에탄올의 생산량을 증가시킴을 확인할 수 있었다. In another embodiment of the present invention, the enzyme activity of the mutant microorganisms irradiated with gamma-ray was measured. As a result, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) was greatly increased when cultured in a medium containing glucose as a single carbon source. On the other hand, when cultured in a medium containing glycerol as a single carbon source, the enzymatic activity of alcohol dehydrogenase (Adh II) was increased by three times compared to the control and 1,3-propanediol oxidder. Enzyme activity of reductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT) was found to be lower than that of the control. From this result, it can be seen that the change in the enzyme activity of the mutant microorganisms causes a change in the glycerol fermentation metabolic pathways to increase the product production of glycerol oxidative metabolic pathways and in particular to increase the ethanol production.

본 발명은 이와 같이 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 추가로 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시켜 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터의 에탄올 생성능을 더욱 향상시킨 변이 미생물에 관한 것이다.In the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (Adh II) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is reduced. In mutant microorganisms with high ethanol production from glycerol or waste glycerol, the mutant microorganism further improved the ability to produce ethanol from glycerol or waste glycerol by further deleting the gene encoding Lactate dehydrogenase (LdhA). It is about.

본 발명에서는 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물을 이용하여, 글리세롤을 탄소원으로 에탄올을 생산하는 경우, 과량의 락테이트가 생성되는 것을 확인하고, 락테이트의 생성을 억제하기 위하여, 상기 변이 미생물에서 락테이트 디하이드로게나아제 효소의 활성을 감소시켰다. In the present invention, a mutation occurs in which the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is reduced. In the case of ethanol production of glycerol as a carbon source using an existing microorganism, an excess amount of lactate is produced, and in order to suppress the production of lactate, the activity of the lactate dehydrogenase enzyme in the mutant microorganism is suppressed. Reduced.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서 락테이트 디하이드로게나아제 유전자를 상동성 재조합 방법으로 결실시켰으며, 그 결과, 에탄올 생성량이 21.5g/L에서 28.9g/L으로 증가하는 것을 확인하였다. Specifically, in one embodiment of the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT) Lactate dehydrogenase gene was deleted by homologous recombination in the microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession No. KCTC11742BP) in which this decreased mutation occurred. As a result, ethanol production was 28.9 g / L at 21.5 g / L. It was confirmed that the increase.

따라서, 본 발명의 일 양상은 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시킨 변이미생물에 관한 것이다. Accordingly, an aspect of the present invention is a mutation in which a gene encoding lactate dehydrogenase (LdhA) is deleted in a mutant microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession No. KCTC11742BP) having high ethanol production from glycerol or waste glycerol. It relates to a microorganism.

본 발명은, 다른 관점에서, 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킴으로써 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터의 에탄올 생성능을 보다 향상시킨 변이 미생물에 관한 것이다.In another aspect, the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is increased In mutant microorganisms with high ethanol production from reduced glycerol or waste glycerol, genes encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and genes encoding aldehyde dehydrogenase (aldhdyde dehydrogenase (AdhII)) The present invention relates to a mutant microorganism which further improves the ability to produce ethanol from glycerol or waste glycerol by introducing and overexpressing.

본 발명에서는 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물을 이용하여, 글리세롤을 탄소원으로 알데하이드를 거쳐 에탄올을 생산하는 경로를 강화하기 위하여, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc) 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)의 효소 활성을 증가시켰다. In the present invention, a mutation occurs in which the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Enzymatic activity of pyruvate dehydrogenase (Pdc) and aldehyde dehydrogenase (aldhdyde dehydrogenase (AdhII)) to enhance the pathway to produce ethanol via aldehydes via aldehydes as carbon sources Increased.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는, 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 재조합 벡터를 이용하여 형질전환시켰고, 그 결과, 에탄올 생성량이 21.5g/L에서 25g/L로 증가하는 것을 확인하였다. Specifically, in one embodiment of the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT) Genes encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and aldehyde dehydrogenase (aldhdyde dehydrogenase (AdhII)) in the microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession Number KCTC11742BP), in which mutations with reduced activity have occurred. The gene was transformed using a recombinant vector, and as a result, the ethanol production was confirmed to increase from 21.5g / L to 25g / L.

따라서 본 발명의 다른 양상은, 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킨 변이 미생물에 관한 것이다. Thus, another aspect of the present invention is a gene and aldehyde dehydrogenase encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) in a mutant microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession No. KCTC11742BP) having high ethanol production from glycerol or waste glycerol. The present invention relates to a mutant microorganism overexpressed by introducing a gene encoding genease (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)).

본 발명은 또다른 관점에서, 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킴으로써, 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터의 에탄올 생성능을 보다 향상시킨 새로운 변이 미생물에 관한 것이다. In another aspect of the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is increased. In mutant microorganisms with high ethanol production from reduced glycerol or waste glycerol, the gene encoding Lactate dehydrogenase (LdhA) is deleted and pyruvate dehydrogenase (Pdc) is removed. The present invention relates to a novel mutant microorganism which further improves the ability to produce ethanol from glycerol or waste glycerol by introducing and overexpressing the gene encoding and the gene encoding aldehyde dehydrogenase (aldhdyde dehydrogenase (AdhII)).

본 발명에서는 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물을 이용하여, 락테이트의 생성을 억제하기 위하여, 상기 변이 미생물에서 락테이트 디하이드로게나아제 효소의 활성을 감소시키고, 글리세롤을 탄소원으로 알데하이드를 거쳐 에탄올을 생산하는 경로를 강화하기 위하여, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc) 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)의 효소 활성을 증가시켰다. In the present invention, a mutation occurs in which the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) is reduced. To inhibit the production of lactate, to reduce the activity of lactate dehydrogenase enzymes in the mutant microorganisms, and to enhance the pathway of producing ethanol via aldehydes as a carbon source, Enzyme activity of pyruvate dehydrogenase (Pdc) and aldehyde dehydrogenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)) was increased.

구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는, 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되는 변이가 발생되어 있는 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서 락테이트 디하이드로게나아제 유전자를 상동성 재조합 방법으로 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 재조합 벡터를 이용하여 형질전환시켰으며, 그 결과, 에탄올 생성량이 21.5g/L에서 31.0g/L로 증가하는 것을 확인하였다. Specifically, in one embodiment of the present invention, the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT) In the microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession No. KCTC11742BP), in which mutations with reduced activity have occurred, the lactate dehydrogenase gene is deleted by homologous recombination and encodes pyruvate dehydrogenase (Pdc). Genes and genes encoding aldehyde dehydrogenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)) were transformed using a recombinant vector, and as a result, the ethanol production was confirmed to increase from 21.5g / L to 31.0g / L.

따라서, 본 발명의 또 다른 양상은, 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킨 변이 미생물에 관한 것이다Thus, another aspect of the present invention, in a mutant microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession No. KCTC11742BP) having high ethanol production from glycerol or waste glycerol, deletes the gene encoding the lactate dehydrogenase (LdhA). The present invention relates to a mutant microorganism overexpressed by introducing a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and a gene encoding aldehyde dehydrogenase (AdhII).

본 발명에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 효모, 등일 수 있고, 바람직하게는 박테리아일 수 있다. 상기 박테리아는 예를 들면 크렙시엘라 속(genus Klebsiella), 락토바실러스 속(genus Lactobacillus), 클로스트리듐 속(genus Clostridium), 또는 엔테로박터 속(genus Enterobacter)일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 크렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae)이나, 글리세롤 또는 폐글리세롤을 탄소원으로 사용할 수 있는 미생물이면 이에 국한되는 것은 아니다.In the present invention, the microorganism may be bacteria, yeast, and the like, preferably bacteria. The bacterium may be, for example, genus Klebsiella , genus Lactobacillus , genus Clostridium , or genus Enterobacter , more preferably Krebssi. Klebsiella pneumoniae , or a microorganism capable of using glycerol or waste glycerol as a carbon source is not limited thereto.

본 발명은 또한, (a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계; (b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 수득된 미생물에서 락테이트 하이드로게나아제를 코딩하는 유전자를 결실시키는 단계를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention also relates to (a) irradiation of gamma rays to microorganisms to increase the enzymatic activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and to 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase, DhaT Mutating to decrease enzymatic activity; (b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And (c) relates to a method for producing a mutant microorganism having high ethanol production from glycerol or waste glycerol comprising the step of deleting the gene encoding the lactate hydrogenase in the obtained microorganism.

본 발명은 또다른 관점에서, (a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계; (b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 수득된 미생물에서 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention (a) by irradiating gamma rays to the microorganism increases the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (Adh II) and 1,3-propanediol oxidase deductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT), the mutation to reduce the enzymatic activity; (b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And (c) overexpressing a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and a gene encoding aldehyde dehydrogenase (aldhdyde dehydrogenase, AdhII) in the obtained microorganism, or It relates to a method for producing mutant microorganisms having high ethanol production from waste glycerol.

본 발명은 또다른 관점에서, (a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계; (b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 수득된 미생물에서 락테이트 하이드로게나아제를 코딩하는 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention (a) by irradiating gamma rays to the microorganism increases the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (Adh II) and 1,3-propanediol oxidase deductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT), the mutation to reduce the enzymatic activity; (b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And (c) a gene encoding lactate hydrogenase in the obtained microorganism, a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and an aldehyde dehydrogenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)). It relates to a method for producing a mutant microorganism having high ethanol production from glycerol or waste glycerol comprising the step of overexpressing the gene encoding the.

본 발명에 있어서, 상기 감마선은 변이 미생물의 종류에 따라 적절한 선량으로 조사될 수 있으며, 예를 들면 0.1kGy~10kGy 선량으로 조사될 수 있다. 바람직하게는 0.5kGy~5kGy, 더욱 바람직하게는 0.5kGy~3kGy, 가장 바람직하게는 1kGy 선량으로 조사될 수 있다. In the present invention, the gamma ray may be irradiated at an appropriate dose depending on the type of mutant microorganism, for example, may be irradiated at a dose of 0.1 kGy to 10 kGy. Preferably from 0.5 kGy to 5 kGy, more preferably from 0.5 kGy to 3 kGy, most preferably from 1 kGy dose.

본 발명은 또 다른 관점에서, 본 발명에 따른 변이 미생물을 글리세롤 또는 폐글리세롤을 탄소원으로 함유하는 배지에서 배양하여 에탄올을 생성시킨 다음, 배양액으로부터 에탄올을 회수하는 것을 특징으로 하는 에탄올의 제조방법에 관한 것이다. In another aspect, the present invention relates to a method for producing ethanol, comprising culturing the mutant microorganism according to the present invention in a medium containing glycerol or waste glycerol as a carbon source to produce ethanol, and then recovering ethanol from the culture. will be.

본 발명의 일실시예에서 K. pneumoniae GEM167 및 본 발명의 변이균주들의 에탄올 생산수율을 기존에 보고된 결과들과 비교한 결과, 표 10에서 나타낸 바와 같이, Pdc-AdhII 효소 유전자를 과발현한 K. pneumoniae GEM167 ΔldhA 균주에서 31g/L의 최대 에탄올 생산 수율을 보였으며, 이는 기존의 최대 생산량인 20.7 g/L (재조합 대장균)과 비교해 월등히 우수한 결과이다. In one embodiment of the present invention K. pneumoniae GEM167 and mutant strains of the present invention The ethanol production yield was compared with the previously reported results. As shown in Table 10, the maximum ethanol production yield of 31 g / L was obtained in the K. pneumoniae GEM167 ΔldhA strain overexpressing the Pdc-AdhII enzyme gene. This is much better than the existing maximum production of 20.7 g / L (recombinant Escherichia coli).

글리세롤로부터 에탄올을 생산하는 산업공정의 경우, 생산 수율이 40~50 g/L 정도가 되면 경제성이 있는 것으로 전망되고 있다. 본 발명의 변이균주의 생산 수율을 고려할 때, 배양 공정의 최적화가 이루어진다면 상업적 가치가 매우 높은 것으로 판단된다.In the industrial process of producing ethanol from glycerol, it is expected to be economical when the production yield is about 40-50 g / L. Considering the production yield of the mutant strains of the present invention, it is judged that commercial value is very high if the cultivation process is optimized.

본 발명의 또 다른 실시예에서는, pH가 변이 미생물의 에탄올 생산에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 배양액의 pH를 각기 달리하면서 변이 미생물을 배양하여 에탄올 생산량을 비교한 결과, pH 6과 pH 7의 중성조건에서 높은 에탄올 생산성을 나타냄을 확인하였고, 또한 공기주입량에 따른 변이 미생물의 에탄올 생산량을 분석한 결과, 0.1vvm, 0.5vvm으로 aereation 해 준 경우에 에탄올 생산량이 높게 나타남을 확인하였다.In another embodiment of the present invention, in order to determine the effect of pH on the ethanol production of mutant microorganisms, culturing the mutant microorganisms while varying the pH of the culture medium to compare the ethanol production, neutrality of pH 6 and pH 7 It was confirmed that high ethanol productivity was shown under the conditions, and the results of analysis of ethanol production of mutant microorganisms according to air injection amount showed that ethanol production was high when aereation was performed at 0.1vvm and 0.5vvm.

본 발명에 있어서, 변이 미생물의 배양 및 회수과정은 통상적으로 알려진 배양방법을 사용하여 수행될 수 있고, 본 발명의 실시예에서 사용된 특정 배지 및 특정 배양방법 이외에도 유청(whey), CSL(corn steep liquor) 등의 당화액과 다른 배지를 사용할 수 있고 다양한 방법을 사용할 수 있다.
In the present invention, the culturing and recovery of mutant microorganisms can be carried out using a conventionally known culture method, and in addition to the specific medium and the specific culture method used in the embodiment of the present invention, whey and corn steep Liquor, such as liquor) and other media can be used and a variety of methods can be used.

이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are merely illustrative of the present invention and that the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예 1: 글리세롤부터 에탄올 생산이 향상된 변이균주의 제조Example 1 Preparation of Mutant Strains with Improved Ethanol Production from Glycerol

크렙시엘라 뉴모니아 (Klebsiella pneumoniae) Cu 균주를 50 ml 플라스크 배양하여 OD600nm가 0.4~0.6일때 균체를 회수하여 PBS buffer (8g NaCl, 0.2g KCl, 1.44g Na2HPO4, 0.24g KH2PO4 in 1 L of distilled H2O, pH 7.4)에 현탁하여 감마선을 1kGy 조건에서 조사한 후 사멸율이 약 99%일 때, 현탁한 균체를 적당히 멸균수로 희석하여 LB 배지에 도말하였다. 총 26,000개의 콜로니를 확보한 후 유일 탄소원으로 글리세롤을 포함하는 배지 [0.1 M 포타슘포스페이트 버퍼(pH 7.0) 1 L에 20 g/L 글리세롤을 첨가한 후, 2 g/L (NH4)2SO4, 0.2 g/L MgSO4, 0.002 g/L CaCl22H2O, 1 g/L 효모추출물, 1 ml 철 용액 (5 g/L FeSO47H2O), 4 ml HCl (37%, w/v), 1 ml 미량원소용액 (70 mg/L ZnCl2, 100 mg/L MnCl24H2O, 60 mg/L H3BO3, 200 mg/L CoCl24H2O, 20 mg/L CuCl2H2O, 25 mg/L NiCl26H2O, 35 mg/L Na2MoO42H2O, 4 ml HCl (37%, w/v))]를 사용하여 37℃에서 120 rpm으로 배양하여 균주의 증식 정도를 조사하고, 동시에 배양 상등액의 글리세롤 잔존량과 에탄올을 비롯한 대사산물들의 생성량을 액체크로마토그래피법으로 분석하여 에탄올의 생성량이 향상된 변이균주를 분리하였다. 시험관 배양을 통하여 선별된 변이균주를 5L 발효조를 이용하여 상기의 배지 2L를 사용하여, 배양온도 37℃, 교반속도 200 rpm, 공기주입속도 0.5 vvm으로 배양하여 대조구인 Cu 균주와 비교하였다.50 ml flasks of Klebsiella pneumoniae Cu strains were cultured and recovered when the OD 600nm was 0.4-0.6. The cells were recovered by PBS buffer (8g NaCl, 0.2g KCl, 1.44g Na 2 HPO 4 , 0.24g KH 2 Suspended in PO 4 in 1 L of distilled H 2 O, pH 7.4) and irradiated with gamma rays at 1 kGy, and when the killing rate was about 99%, the suspended cells were appropriately diluted with sterile water and plated in LB medium. After obtaining a total of 26,000 colonies, a medium containing glycerol as the only carbon source [20 g / L glycerol was added to 1 L of 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 7.0), followed by 2 g / L (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.2 g / L MgSO 4 , 0.002 g / L CaCl 2 2H 2 O, 1 g / L yeast extract, 1 ml iron solution (5 g / L FeSO 4 7H 2 O), 4 ml HCl (37%, w / v), 1 ml trace element solution (70 mg / L ZnCl 2 , 100 mg / L MnCl 2 4H 2 O, 60 mg / LH 3 BO 3 , 200 mg / L CoCl 2 4H 2 O, 20 mg / L CuCl 2 H 2 O, 25 mg / L NiCl 2 6H 2 O, 35 mg / L Na2MoO 4 2H2O, 4 ml HCl (37%, w / v)]] and cultured at 120 rpm at 37 ° C. At the same time, mutant strains with improved ethanol production were isolated by analyzing the residual amount of glycerol in the culture supernatant and the production of metabolites including ethanol by liquid chromatography. The mutant strains selected through in vitro culturing were cultured at a culture temperature of 37 ° C., agitation speed of 200 rpm, and air injection rate of 0.5 vvm using 5 L fermenter, and compared with the control strain, Cu strain.

그 결과, 대조구와 비교하여 변이 균주에서는 글리세롤 환원 대사경로의 대사산물인 1,3-프로판디올과 3-하이드록시프로피온산은 거의 생성되지 않고, 글리세롤 산화 대사경로의 대사물질들의 생성량이 대조구에 비해 크게 증가하는 것으로 나타났다. 특히 에탄올의 생산량이 1.1 g/L에서 약 8배 증가한 8.6 g/L로 월등히 높은 에탄올 생산량(고생성능)을 나타내었다(도 2, 표 1).
As a result, in the mutant strains, 1,3-propanediol and 3-hydroxypropionic acid, which are metabolites of the glycerol reduction metabolic pathway, were hardly produced, and the amount of metabolites of the glycerol oxidative metabolic pathway was significantly higher than that of the control. It appeared to increase. In particular, the production of ethanol showed an extremely high ethanol production (high performance) to 8.6 g / L, an increase of about 8 times from 1.1 g / L (Fig. 2, Table 1).

K. pneumoniae Cu 균주와 GEM 167 변이균주의 대사물질 생성량 (g/L) 비교Comparison of Metabolite Production (g / L) of K. pneumoniae Cu Strain and GEM 167 Mutant Strain Carbon sourceCarbon source StrainStrain 1,3-Propanediol1,3-Propanediol 3-Hydroxypropionic acid3-Hydroxypropionic acid EthanolEthanol Lactic acidLactic acid Succinic acidSuccinic acid 2,3-
Butandiol
2,3-
Butandiol
Acetic acidAcetic acid
GlycerolGlycerol K. pneumoniae Cu K. pneumoniae Cu 7.937.93 1.01.0 1.11.1 0.50.5 0.50.5 00 3.53.5 K.
pneumoniae GEM 167
K.
pneumoniae GEM 167
0.20.2 00 8.68.6 1.41.4 0.70.7 0.350.35 1.01.0
GlucoseGlucose K.
pneumoniae Cu
K.
pneumoniae Cu
0.150.15 00 1.91.9 0.50.5 0.40.4 0.250.25 2.92.9
K. pneumoniae GEM 167 K. pneumoniae GEM 167 0.070.07 00 1.71.7 0.60.6 0.40.4 0.250.25 2.52.5

한편, 유일 탄소원으로 글리세롤 대신에 포도당을 포함하는 배지에서 동일한 조건으로 수행한 실험에서는 변이 균주는 대조구와 거의 유사한 대사물질 생성 특성를 보이는 것으로 나타났다. 글리세롤에 특이적으로 에탄올의 생성량이 향상된 상기의 변이 균주를 GEM167로 명명하고, 한국생명공학연구원 유전자은행에 KCTC 11742BP 수탁번호로 기탁하였다.
On the other hand, experiments performed under the same conditions in a medium containing glucose instead of glycerol as the only carbon source showed that the mutant strains showed metabolite production characteristics almost similar to those of the control. The mutant strain with the improved amount of ethanol specific for glycerol was named GEM167, and was deposited with the KCTC 11742BP accession number to the Korea Biotechnology Research Institute Gene Bank.

실시예 2: Example 2: K. pneumoniae K. pneumoniae GEM167 변이균주의 효소활성 검증Enzyme Activity Verification of GEM167 Mutant Strain

실시예 1에서 제조한 변이 균주 K. pneumoniae GEM167의 효소활성을 측정하기 위하여, 유일 탄소원으로 글리세롤 혹은 글루코즈를 포함하는 상기 배지에서 동일하게 배양한 균체를 회수한 후, 50 mM potassium phosphate buffer(pH 7.5)로 세척한 후 다시 녹여 sonication법으로 분쇄하였다.In order to measure the enzyme activity of the mutant strain K. pneumoniae GEM167 prepared in Example 1, after recovering the cells cultured in the same medium containing glycerol or glucose as the only carbon source, 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5 ), And then dissolved again and ground by sonication.

알콜 디하이드로지네이즈 (alcohol dehydrogenase, AdhII)의 효소활성을 측정하기 위한 효소 활성분석 혼합액은 배양 균주 분쇄액에 glycine-KOH buffer (pH 9.0) (50 mM) 및 NAD+ (1 mM)를 첨가하여 제조되었고, 제조된 혼합액에 100 mM ethanol을 첨가하여 반응을 시작하였다. 반응은 37℃에서 30분간 반응한 뒤 340 nm에서 흡광도를 측정하였다 (Postma E. et al, Appl Environ Microbiol., 55: 468-477, 1989).Enzyme Activity Assay for Measuring Enzyme Activity of Alcohol Dehydrogenase (AdhII) A mixed solution was prepared by adding glycine-KOH buffer (pH 9.0) (50 mM) and NAD + (1 mM) to the culture strain pulverized solution. The reaction was started by adding 100 mM ethanol to the prepared mixture. The reaction was carried out for 30 minutes at 37 ℃ was measured for absorbance at 340 nm (Postma E. et al , Appl Environ Microbiol. , 55: 468-477, 1989).

글리세롤 디히드라타제 (glycerol dehydratase, DhaB)의 효소활성을 측정하기 위한 효소 활성분석 혼합액은 배양 균주 분쇄액에 최종 농도가 20mM이 되도록 glycerol을 첨가하여 37℃에서 10분간 반응한 뒤, 최종 농도가 10mM이 되도록 vitamin B12를 첨가하여 37℃에서 5분간 반응한다. 이후 1M citrate buffer(pH 3.6)를 넣고 MBTH 0.1%를 첨가하여, 100℃에서 10분간 반응한뒤 315 nm에서 흡광도를 측정하였다.Enzyme Activity Assay for Measuring Enzyme Activity of Glycerol Dehydratase (DhaB) The mixed solution was reacted for 10 minutes at 37 ° C by adding glycerol to the culture strain pulverized solution so that the final concentration was 20 mM, and the final concentration was 10 mM. Add vitamin B 12 to react at 37 ℃ for 5 minutes. Then, 1M citrate buffer (pH 3.6) was added and MBTH 0.1% was added, followed by reaction at 100 ° C. for 10 minutes, and the absorbance at 315 nm was measured.

글리세롤 디하이드로지네이즈 (glycerol dehydrogenase, DhaD)의 효소활성을 측정하기 위한 효소 활성분석 혼합액은 배양 균주 분쇄액에 glycine-KOH buffer (pH 9.0) (50 mM) 및 NAD+ (1 mM)를 첨가하여 제조되었고, 제조된 혼합액에 100 mM glycerol을 첨가하여 반응을 시작하였다. 반응은 37℃에서 30분간 반응한 뒤 340 nm에서 흡광도를 측정하였다.Enzyme Activity Assay for Measuring Enzyme Activity of Glycerol Dehydrogenase (DhaD) A mixed solution was prepared by adding glycine-KOH buffer (pH 9.0) (50 mM) and NAD + (1 mM) to the culture strain pulverized solution. The reaction was started by adding 100 mM glycerol to the prepared mixture. The reaction was carried out for 30 minutes at 37 ℃ and the absorbance was measured at 340 nm.

1,3-프로판디올 옥시더리덕타제 (1,3-propanediol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성을 측정하기 위한 효소 활성분석 혼합액은 배양 균주 분쇄액에 glycine-KOH buffer (pH 9.0) (50 mM) 및 NAD+ (1 mM)를 첨가하여 제조되었고, 제조된 혼합액에 100 mM 1,3-propanediol을 첨가하여 반응을 시작하였다. 반응은 37℃에서 30분간 반응한 뒤 340 nm에서 흡광도를 측정하였다.Enzyme activity assay mixtures for measuring enzymatic activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) were glycine-KOH buffer (pH 9.0) (50 mM) and Prepared by adding NAD + (1 mM), the reaction was started by adding 100 mM 1,3-propanediol to the prepared mixture. The reaction was carried out for 30 minutes at 37 ℃ and the absorbance was measured at 340 nm.

그 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이, 글리세롤 배지에서 배양하였을 때 GEM 167 변이균주의 알콜 디하이드로지네이즈 (alcohol dehydrogenase, AdhII) 효소활성이 대조구인 Cu 균주와 비교해 3배 이상 증가한 것으로 나타났다. 반면, 탄소원으로 글루코즈를 포함하는 배지에서 배양한 경우에는 글리세롤 배지와 달리, 알콜 디하이드로지네이즈 (alcohol dehydrogenase, AdhII) 효소 활성의 증가량이 크지 않은 것으로 나타났다. 글리세롤 배지에서 알콜 디하이드로지네이즈 (alcohol dehydrogenase, AdhII) 효소 활성의 두드러진 증가는 상기의 대사물질 생성량 분석과 일치하는 결과이다. 한편, GEM 167 변이 균주에서 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제 (1,3-propanediol oxidoreductase, DhaT) 효소활성이 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 변이 균주의 1,3-프로판디올 생산량 감소와 일치하는 결과이다.
As a result, as shown in Table 2, the alcohol dehydrogenase (AdhII) enzyme activity of the GEM 167 mutant strain when cultured in glycerol medium increased more than three times compared to the control Cu strain. On the other hand, when cultured in a medium containing glucose as a carbon source, unlike glycerol medium, the increase in alcohol dehydrogenase (AdhII) enzyme activity was not significant. A marked increase in alcohol dehydrogenase (AdhII) enzyme activity in glycerol medium is a result consistent with the metabolite production assay above. Meanwhile, 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) enzyme activity was decreased in the GEM 167 mutant strain, which is consistent with the decrease in 1,3-propanediol production of the mutant strain. Is the result.

K. pneumoniae Cu 균주와 GEM 167 변이균주의 효소활성(enzyme units)Enzyme Activity of K. pneumoniae Cu and GEM 167 Mutant Strains Carbon sourceCarbon source StrainStrain DhaBDhaB DhaTDhaT DhaDDhaD AdhIIAdhII GlycerolGlycerol K. pneumoniae Cu K. pneumoniae Cu 0.150.15 0.310.31 2.52.5 0.60.6 K. pneumoniae GEM 167 K. pneumoniae GEM 167 0.250.25 0.210.21 2.92.9 1.91.9 GlucoseGlucose K. pneumoniae Cu K. pneumoniae Cu 0.260.26 0.220.22 1.081.08 0.410.41 K. pneumoniae GEM 167 K. pneumoniae GEM 167 0.270.27 0.190.19 1.221.22 0.740.74

효소활성 단위는 unit/g 단백질로 나타내었다.
Enzyme units are expressed as unit / g protein.

실시예 3: pH에 따른 변이 균주의 에탄올 생산성 분석Example 3: Analysis of Ethanol Productivity of Mutant Strains According to pH

pH가 변이 균주 K. pneumoniae GEM167의 에탄올 생산에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 배양액의 pH를 각각 5, 6, 7 및 8로 조건을 달리하여 배양이 끝날 때까지 유지하면서 변이 균주의 에탄올 생산을 측정하였다. 그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 중성 조건인 pH 6과 7에서 높은 에탄올 생산성을 나타냈으며, 특히 산성 조건인 pH 5에서는 균체 증식과 에탄올 생산성이 매우 좋지 않은 것으로 나타났다.
In order to determine the effect of pH on ethanol production of the mutant strain K. pneumoniae GEM167, when the culture was terminated by changing the pH of the culture medium to 5, 6, 7 and 8 using the same method as in Example 1 above. The ethanol production of the mutant strains was measured while maintaining up to. As a result, as shown in Figure 3, it showed a high ethanol productivity in the neutral conditions of pH 6 and 7, especially, in the acidic condition pH 5 it was shown that the cell growth and ethanol productivity is very poor.

실시예 4: Aeration 정도에 따른 변이 균주의 에탄올 생산성 분석Example 4 Analysis of Ethanol Productivity of Mutant Strains According to Aeration Level

aeration이 변이균주 K. pneumoniae GEM167의 에탄올 생산에 미치는 영향을 알아보기 위하여, 상기 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여, areation 조건을 각각 0.0 vvm, 0.1 vvm, 0.5 vvm, 1.0 vvm, 2.0 vvm 및 3.0 vvm으로 달리하여 배양하였다. 그 결과, 도 4에 나타난 바와 같이, aeration을 전혀 하지 않은 0.0 vvm의 경우보다 0.1vvm, 0.5vvm으로 aeration해 준 경우에 에탄올 생산이 높게 나타남을 확인할 수 있었고, 즉, aeration을 적당하게 해주는 것이 에탄올 생성에 유리한 것을 나타내었다.
In order to examine the effect of aeration on the ethanol production of the mutant strain K. pneumoniae GEM167, using the same method as in Example 1, areation conditions were 0.0 vvm, 0.1 vvm, 0.5 vvm, 1.0 vvm, 2.0 vvm and 3.0, respectively. Incubated differently with vvm. As a result, as shown in Figure 4, it can be seen that the ethanol production is higher when the aeration to 0.1vvm, 0.5vvm than in the case of 0.0 vvm without aeration at all, that is, to make the aeration properly It was shown to be advantageous for production.

실시예 5: 변이균주의 글리세롤로부터 에탄올 생산성 분석Example 5: Ethanol Productivity Analysis from Glycerol of Mutant Strains

상기 실시예 1과 동일한 방법으로, areation를 0.5 vvm, pH를 6.8~7.2로 유지하면서 유가식 방법으로 GEM 167를 발효 배양하였다. 그 결과, 도 5와 표 3에 나타낸 바와 같이 23시간 배양시 에탄올의 최대 생산량 21.5 g/L, 시간당 생산량 0.93 g/L으로 현재까지 알려진 최고 수준의 매우 우수한 에탄올 생산량을 나타내었다.In the same manner as in Example 1, GEM 167 was fermented and cultured by a fed-batch method while maintaining areation at 0.5 vvm and pH at 6.8 to 7.2. As a result, as shown in FIG. 5 and Table 3, the maximum yield of ethanol at 23 hours culture was 21.5 g / L, and the hourly yield of 0.93 g / L showed the highest level of ethanol production at the highest level known to date.

유가식 방법에 의한 K. pneumoniae GEM 167 변이균주의 발효배양Fermentation of K. pneumoniae GEM 167 Mutant Strain by Fed-Batch Method 구분division 배양 23시간23 hours of incubation 1,3-Propanediol1,3-Propanediol 0.45 g/L0.45 g / L 3-Hydroxypropionic acid3-Hydroxypropionic acid 0 g/L0 g / L Acetic acidAcetic acid 0.4 g/L0.4 g / L Lactic acidLactic acid 11.5 g/L11.5 g / L Succinic acidSuccinic acid 1.3 g/L1.3 g / L 2,3-Butanediol2,3-Butanediol 2.1 g/L2.1 g / L EthanolEthanol 21.5 g/L21.5 g / L Productivity (Ethanol)Productivity (Ethanol) 0.93 g/Lh0.93 g / Lh Molar yield (Ethanol/Glycerol)Molar yield (Ethanol / Glycerol) 0.62 mol/mol0.62 mol / mol

실시예 6: 변이 균주의Example 6: Mutation Strains 폐글리세롤로부터 에탄올 생산성 분석Ethanol Productivity Analysis from Waste Glycerol

실시예 1과 동일한 방법으로, areation를 0.5 vvm, pH를 6.8~7.2로 유지하면서 유일 탄소원으로 바이오디젤 산업부산물인 폐글리세롤을 이용하여 GEM 167를 발효 배양하였다. 그 결과, 도 6와 표 4에 나타낸 바와 같이 23시간 배양시 에탄올의 최대 생산량은 19.9 g/L, 시간당 생산량은 0.87 g/L로 순수 글리세롤과 비슷한 에탄올 생산량을 보였다.In the same manner as in Example 1, GEM 167 was fermented and cultured using waste glycerol, a biodiesel by-product as the only carbon source, while maintaining areation at 0.5 vvm and pH at 6.8 to 7.2. As a result, as shown in Figure 6 and Table 4, the maximum production of ethanol at 23 hours incubation was 19.9 g / L, the hourly production was 0.87 g / L showed a similar ethanol production of pure glycerol.

폐글리세롤을 이용한 K. pneumoniae GEM 167 변이균주의 발효배양Fermentation Culture of K. pneumoniae GEM 167 Mutant Strain Using Waste Glycerol 구분division 배양 23시간23 hours of incubation 1,3-Propanediol1,3-Propanediol 0.6 g/L0.6 g / L 3-Hydroxypropionic acid3-Hydroxypropionic acid 0 g/L0 g / L Acetic acidAcetic acid 0.2 g/L0.2 g / L Lactic acidLactic acid 10.6 g/L10.6 g / L Succinic acidSuccinic acid 0.7 g/L0.7 g / L 2,3-Butanediol2,3-Butanediol 1.8 g/L1.8 g / L EthanolEthanol 19.9 g/L19.9 g / L Productivity (Ethanol)Productivity (Ethanol) 0.87 g/Lh0.87 g / Lh Molar yield (Ethanol/Glycerol)Molar yield (Ethanol / Glycerol) 0.70 mol/mol0.70 mol / mol

실시예 7: Example 7: K. pneumoniaeK. pneumoniae GEM167 변이균주의 개량: Lactate-deficient derivative의 제조 Improvement of GEM167 Mutant Strain: Preparation of Lactate-deficient derivative

(1) K. pneumoniae GEM167ΔldhA 변이균주의 제조(1) Preparation of K. pneumoniae GEM167 ΔldhA mutant strain

표 3과 표 4에서 나타난 바와 같이, K. pneumoniae GEM167 변이균주의 글리세롤 발효 배양시에 에탄올은 에탄올 21.5 g/L가 생성되고, 락테이트는 11.5 g/L가 생산되어, 에탄올의 주요 경쟁 대사체는 락테이트(lactate)인 것을 확인할 수 있다. As shown in Table 3 and Table 4, ethanol produced 21.5 g / L of ethanol and 11.5 g / L of lactate in the glycerol fermentation culture of the K. pneumoniae GEM167 mutant strain, leading to a major competitive metabolite of ethanol. It can be seen that is lactate.

따라서 GEM167 균주에서 락테이트의 생산을 억제한다면 에탄올의 생산량이 증가할 것으로 기대할 수 있으며, 이를 확인하기 위하여 GEM167 변이균주로부터 락테이트 결실 변이균주를 제조하여 글리세롤 발효 및 에탄올 생산 특성을 분석하였다.Therefore, if the production of lactate in the GEM167 strain inhibits the production of ethanol can be expected to increase, in order to confirm this, the lactate-deleted mutant strain was prepared from the GEM167 mutant strain and analyzed the characteristics of glycerol fermentation and ethanol production.

락테이트 결핍 GEM167 변이균주 (GEM167 ΔldhA)의 제조 과정을 간략히 설명하면 다음과 같다. GEM167 균주의 염색체 상에서 락테이트 생산을 촉매하는 락테이트 디하이드로게나아제(lactate dehydrogenase) 유전자 (ldhA)를 제거하기 위하여 ldhA 유전자의 상, 하류 염기서열 0.9 kb를 각각 P1, P2 프라이머 (상류) 혹은 P3, P4 프라이머 (하류)를 이용하여 증폭하여 연결한 다음, 사이에 항생제 apramycin 내성 유전자를 삽입하여 homologous recombination을 DNA 카세트를 제작하였다. 제작된 DNA 카세트 (ldhA 유전자 상류 염기서열-아프라마이신 내성 유전자-ldhA 유전자 하류 염기서열)를 전기충격법으로 K. pneumoniae GEM167 균주에 도입한 후, 상동성 재조합(homologous recombination)에 의해 DNA 카세트가 염색체 DNA에 삽입되어 아프라마이신 내성을 보이는 형질전환체를 분리하였다.The manufacturing process of the lactate deficient GEM167 mutant strain (GEM167 ΔldhA ) is briefly described as follows. In order to remove the lactate dehydrogenase gene ( ldhA ) that catalyzes the lactate production on the chromosome of the GEM167 strain, 0.9 kb of the up and down sequences of the ldhA gene were identified as P1, P2 primer (upstream) or P3, respectively. After amplification using P4 primers (downstream), the antibiotics apramycin-resistant genes were inserted between the homologous recombination DNA cassettes. The prepared DNA cassette ( ldhA gene upstream sequence-apramycin resistance gene- ldhA gene downstream sequence) was introduced into K. pneumoniae GEM167 strain by electroshock method, and then the DNA cassette was homologous recombination. A transformant inserted into chromosomal DNA and showing apramycin resistance was isolated.

GEM167 ΔldhA 균주 제조에 사용한 primer 서열Primer sequence used to prepare GEM167 ΔldhA strain 구분division 염기서열Base sequence P1 (ldhA 상류)P1 (upstream of ldhA ) 5-CAGCCAGACGGGAATAGCTT-3(서열번호 1)5-CAGCCAGACGGGAATAGCTT-3 (SEQ ID NO: 1) P2 (ldhA 상류)P2 (upstream ldhA ) 5-CGCCAATTTTCTGGTGCTTCAGATATCGCCTCAAGGTCGACGTTGTTAA-3(서열번호 2)5-CGCCAATTTTCTGGTGCTTCA GATATC GCCTCAAGGTCGACGTTGTTAA-3 (SEQ ID NO: 2) P3 (ldhA 하류)P3 (downstream ldhA ) 5-TTAACAACGTCGACCTTGAGGCGATATCTGAAGCACCAGAAAATTGGCG-3(서열번호 3)5-TTAACAACGTCGACCTTGAGGC GATATC TGAAGCACCAGAAAATTGGCG-3 (SEQ ID NO: 3) P4 (ldhA 하류)P4 (downstream ldhA ) 5-AGCTCGATGGTTCGGCGATT-3(서열번호 4)5-AGCTCGATGGTTCGGCGATT-3 (SEQ ID NO: 4)

분리된 형질전환체들을 대상으로 DNA 카세트가 ldhA 유전자로 정확하게 삽입되었는지를 확인하기 위하여 서던 하이브리다이제이션(southern hybridization)을 실시하였다. 모균주인 GEM167 균주와 얻어진 형질전환체들의 염색체 DNA를 제한효소 MluI으로 처리한 후 ldhA 유전자의 하류 염기서열을 프로브로 사용하여 하이브리다이제이션을 수행한 결과, 예상한 대로 GEM167 균주에서는 3.2 kb의 DNA 단편이, 형질전환체들에서는 2.3 kb의 DNA 단편이 결합하는 것으로 나타났다(도 7). 한편, 아프라마이신 내성 유전자를 프로브로 사용하였을 때 형질전환체들에서 동일한 DNA 단편이 결합하는 것과 대조적으로 GEM167 균주에서는 결합 DNA 단편이 존재하지 않는 것으로 나타나 얻어진 형질전환체들은 염색체상의 ldhA 유전자가 아프라마이신 내성 유전자에 의해 정확하게 치환되었음을 확인하였다.
Southern hybridization was performed on the isolated transformants to confirm that the DNA cassette was correctly inserted into the ldhA gene. The chromosome DNA of the parent strain GEM167 and the resulting transformants were treated with restriction enzyme Mlu I, and hybridization was performed using the downstream sequence of ldhA gene as a probe. As expected, 3.2 kb of GEM167 strain was obtained. The DNA fragment was found to bind 2.3 kb of DNA fragment in the transformants (FIG. 7). On the other hand, Apra azithromycin transformants a resistance gene obtained show that it does not combine DNA fragments present in the as contrast GEM167 strain the binding of the same DNA fragment in the transformant when used as probes in the ldhA gene on the chromosome O It was confirmed that it was correctly substituted by the pramycin resistance gene.

(2) 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase) 효소 활성 검증(2) Lactate dehydrogenase enzyme activity verification

글리세롤 혹은 글루코즈를 포함하는 실시예 1에서 사용한 배지에서 GEM167 ldhA 균주를 배양하여 락테이트 디하이드로게나아제 효소 단백질의 활성을 분석하였다. 회수한 배양 균체를 50mM 포타슘 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 세척하여 재현탁한 후 소니케이션법으로 분쇄하여 효소원으로 이용하였다. LdhA 효소활성을 측정하기 위한 효소 활성분석 혼합액은 배양 균주 분쇄액에 glycine-KOH 버퍼(pH 9.0) (50mM) 및 NAD+ (1mM)를 첨가하여 제조하였고, 제조된 혼합액에 100 mM 락테이트를첨가하여 반응을 시작하였다. 반응은 37℃에서 30분간 반응한 뒤 340nm에서 흡광도를 측정하였다. 그 결과 표 6에서 나타난 바와 같이, GEM167ΔldhA 균주에서 락테이트 디하이드로게나아제 효소 활성이 현저히 감소한 것을 확인할 수 있었다.Lactate dehydrogenase enzyme protein activity was analyzed by culturing the GEM167 ldhA strain in the medium used in Example 1 containing glycerol or glucose. The recovered cultured cells were washed with 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), resuspended, pulverized by the sonication method, and used as an enzyme source. Enzyme activity assay mixture for measuring LdhA enzyme activity was prepared by adding glycine-KOH buffer (pH 9.0) (50mM) and NAD + (1mM) to the culture strain pulverized solution, and added 100 mM lactate to the prepared mixture. The reaction started. The reaction was carried out for 30 minutes at 37 ℃ was measured for absorbance at 340nm. As a result, as shown in Table 6, it was confirmed that the lactate dehydrogenase enzyme activity in the GEM167 ΔldhA strain significantly decreased.

K. pneumoniae GEM167 및 GEM167ΔldhA 변이균주의 락테이트 디하이드로게나아제 활성Lactate Dehydrogenase Activity of K. pneumoniae GEM167 and GEM167 ΔldhA Mutants StrainStrain LdhA activity (U/mg)LdhA activity (U / mg) GEM167GEM167 0.99 ±0.020.99 ± 0.02 GEM167 ΔldhA GEM167 Δ ldhA 0.08 ± 0.010.08 ± 0.01

실시예 8: Example 8: K. pneumoniaeK. pneumoniae GEM167  GEM167 ΔldhAΔldhA 변이균주의 유가식 배양에 의한 에탄올 생산 Ethanol Production by Feeding Cultivation of Mutant Strains

5L 발효조에서 실시예 1에서 사용한 배지 2L를 사용하여, 배양온도 37℃, 교반속도 200rpm, 공기주입속도 0.5vvm, pH를 6.8~7.2로 유지하면서 K. pneumoniae GEM167 ΔldhA 변이균주를 유가식 방법으로 발효 배양하여 글리세롤 발효 및 에탄올 생산량을 분석하였다.Fermentation of the K. pneumoniae GEM167 ΔldhA mutant strain by a fed- batch method using 2 L of the medium used in Example 1 in a 5 L fermenter while maintaining a culture temperature of 37 ° C., agitation speed of 200 rpm, an air injection speed of 0.5vvm, and a pH of 6.8 to 7.2 The culture was analyzed for glycerol fermentation and ethanol production.

순수한 글리세롤을 영양원으로 이용하였을 때, 도 8 과 표 7(K. pneumoniae GEM167 ΔldhA 변이균주에 의한 순수 글리세롤 발효 배양)에 나타낸 바와 같이 GEM167 균주와 비교해 GEM167Δ ldhA에서 락테이트의 생성량이 11.5 g/L에서 1.4 g/L로 크게 감소한 것을 확인할 수 있었다. 락테이트 생성량의 감소와 비례하여 에탄올의 최대 생산량 28.9 g/L, 시간당 생산량 1.2 g/L으로 크게 증가하였다.
When pure glycerol was used as a nutrient source, the production of lactate in GEM167 Δ ldhA compared to the GEM167 strain as shown in Fig. 8 and Table 7 (pure glycerol fermentation culture with K. pneumoniae GEM167 Δ ldhA mutant strain) was 11.5 g / It was confirmed that the L was significantly reduced from 1.4 g / L. In proportion to the decrease in lactate production, the maximum production of ethanol was 28.9 g / L and the hourly production was 1.2 g / L.

Figure pat00001
Figure pat00001

한편, 바이오디젤 산업부산물 폐글리세롤을 영양원으로 이용한 GEM 167 ΔldhA의 유가식 발효배양에서는 도 9에 나타난 바와 같이 순수 글리세롤과 거의 유사한 것으로 관찰되었다.
On the other hand, in the fed-batch fermentation of GEM 167 Δ ldhA using biodiesel industrial by-product waste glycerol as a nutrient source, as shown in FIG.

실시예 9: Example 9: K. pneumoniaeK. pneumoniae GEM167 변이균주의 개량: Pdc-adhII 유전자의 과발현 Improvement of GEM167 Mutant Strain: Overexpression of Pdc-adhII Gene

(1) Zymomonas mobilils Pdc-adhII 유전자 과발현 벡터의 제작(1) Construction of a Pdc-adhII Gene Overexpression Vector of Zymomonas mobilils

실시예 8에서 확인한 바와 같이, K. pneumonae GEM167 균주에서 에탄올의 주요 경쟁 대사체인 락테이트의 생성을 촉매하는 LdhA 유전자의 제거에 의해 에탄올의 생성량은 크게 증가하는 것으로 확인되었다. GEM167 균주에서 에탄올의 생성량을 높이기 위한 두 번째 방법으로 Z. mobilis 유래의 에탄올 생산 효소인 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)와 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII) 유전자를 과발현시켜, 에탄올 생성 경로에서 피루베이트에서 아세트알데하이드로 전환되는 단계와 아세트알데하이드에서 에탄올로 전환되는 단계를 촉진시켰다 (도 10).As confirmed in Example 8, it was confirmed that the production of ethanol was greatly increased by the removal of the LdhA gene, which catalyzes the production of lactate, a major competitive metabolite of ethanol, in the K. pneumonae GEM167 strain. As a second method to increase the production of ethanol in the GEM167 strain, overexpressing the pyruvate dehydrogenase (Pdc) and aldehyde dedygenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)) genes of ethanol producing enzymes derived from Z. mobilis In the ethanol production pathway, pyruvate to acetaldehyde conversion and acetaldehyde to ethanol conversion were accelerated (FIG. 10).

Pdc-AdhII 효소 유전자 과발현 벡터의 제작과정을 간략히 설명하면 다음과 같다. 1.8kb의 Pdc 유전자와 1.15kb의 AdhII 유전자를 각각 Ppdc-F(5'-TCTAGAatgagttatactgtcggtacctatttagc-3'(서열번호 5); 이탤릭-XbaI 사이트), Ppdc-R (5'-CTCGAG CTGCAGctagaggagcttgttaacaggcttac-3'(서열번호 6); 이탤릭체-XhoI 사이트, 밑줄-PstI 사이트를 나타냄)와 PaldB-F (5'-AGATCTatggcttcttcaactttttatattcc-3'(서열번호 7); 이탤릭-BglII 사이트), PaldB-R (5'-CTCGAG TCTAGAttagaaagcgctcaggaagagtt-3'(서열번호 8); 이탤릭-XhoI사이트, 밑줄-XbaI 사이트를 나타냄) 프라이머를 이용하여 Z. mobilis 염색체 DNA를 주형으로 하여 증폭하였다. 또한 강력한 유전자 발현 프로모터인 lacZ 프로모터 서열 (P lacZ -aldB)를 PlacZ-aldB-F (5'-GAATTCagcgggcagtgagcgcaa-3'(서열번호 9); 이탤릭-EcoRI 사이트)와 PlacZ-aldB-R (5'-CTCAGA AGATCTagctgtttcctgtgtgaaattg-3(서열번호 10), 이탤릭-XhoI 사이트, 밑줄-BglII사이트) 프라이머로 사용하여 증폭하였다. 증폭된 DNA 단편들을 pGEM TEasy 벡터(Promega, 미국)로 클로닝한 후 염기서열 분석을 수행하여 유전자 증폭이 정확하게 이루어졌음을 확인하였다. A brief description will be given of the construction of the Pdc-AdhII enzyme gene overexpression vector. 1.8kb of Pdc gene with 1.15kb of the gene, respectively AdhII Ppdc-F of (5'- TCTAGA atgagttatactgtcggtacctatttagc-3 '(SEQ ID NO: 5); italic - Xba I sites), Ppdc-R (5'- CTCGAG CTGCAG ctagaggagcttgttaacaggcttac-3 '(SEQ ID NO: 6); Italic- Xho I site, underline-indicates Pst I site) and PaldB-F (5'- AGATCT atggcttcttcaactttttatattcc-3' (SEQ ID NO: 7); Italic- Bgl II site), PaldB-R (5'- CTCGAG TCTAGA ttagaaagcgctcaggaagagtt-3 '(SEQ ID NO: 8); italic- Xho I site, underline-represents Xba I site) primers were used to amplify Z. mobilis chromosomal DNA as a template. The lacZ promoter sequence (P lacZ -aldB ), a potent gene expression promoter, is also expressed in PlacZ-aldB-F (5'- GAATTC agcgggcagtgagcgcaa-3 '(SEQ ID NO: 9); Italic- Eco RI site) and P lacZ -aldB-R ( 5'- CTCAGA AGATCT agctgtttcctgtgtgaaattg-3 (SEQ ID NO: 10), italic- Xho I site, underline- Bgl II site) amplified using a primer. The amplified DNA fragments were cloned into pGEM TEasy vector (Promega, USA) and sequenced to confirm that gene amplification was correct.

LacZ 프로모터 하류로 AdhII, Pdc 유전자를 차례로 삽입하여 pGEM-P lacZ -aldB, pGEM-P lacZ -aldB-pdc.를 제작하였으며, 이후 P lacZ -aldB-pdc 카세트를 pBR322 벡터로 재삽입하여 pBR-aldB-pdc를 제작하여 전기충격법으로 K. pneumoniae Cu, GEM167, GEM167 ldhA 균주로 각각 도입하였다.
PGEM-P lacZ -aldB , pGEM-P lacZ -aldB-pdc . Were constructed by inserting AdhII, Pdc genes downstream of the LacZ promoter, and then reinserting the P lacZ -aldB-pdc cassette into the pBR322 vector to obtain pBR-aldB. -pdc was prepared and introduced into K. pneumoniae Cu, GEM167, and GEM167 ldhA strains, respectively.

(2) Pdc-adhII 효소 활성 검증(2) Pdc-adhII enzyme activity verification

재조합 균체들의 피루베이트 디카르복실레이즈(Pdc)와 알데하이드 디하이드로게네이즈(AdhII) 효소 활성을 분석하였다. 배양 균체를 50mM 포타슘 포스페이트 버퍼(pH 7.5)로 세척하여 재현탁한 후, 소니케이션법으로 분쇄하여 효소원으로 이용하였다. Pdc 효소활성을 측정하기 위한 효소활성분석 혼합액은 배양 균주 분쇄액에 imidazole hydrochloride 버퍼(pH 6.5) (40mM), MgCl2 (5mM), thiamine pyrophosphate (0.2mM) 및 NADH (0.15mM)을 첨가하고, 알콜 디하이드로게나아제 (Boehringer)가 88U가 되도록 첨가하여 제조하였다. 그 다음, 50 mM 피루베이트를 첨가하여 반응을 시작하였다. 반응은 30℃에서 30분간 반응한 뒤 340nm에서 흡광도를 측정하였다. AdhII 효소활성을 측정하기 위한 효소 활성분석 혼합액은 배양 균주 분쇄액에 glycine-KOH 버퍼(pH 9.0) (50mM) 및 NAD+ (1mM)를 첨가하여 제조하였고, 제조된 혼합액에 100mM 에탄올을 첨가하여 반응을 시작하였다. 반응은 30℃에서 30분간 반응한 뒤 340nm에서 흡광도를 측정하였다. The pyruvate decarboxylase (Pdc) and aldehyde dehydrogenase (AdhII) enzyme activities of the recombinant cells were analyzed. The cultured cells were washed with 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), resuspended, crushed by the sonication method, and used as an enzyme source. Enzyme activity assay mixture for measuring Pdc enzyme activity was added to imidazole hydrochloride buffer (pH 6.5) (40mM), MgCl 2 (5mM), thiamine pyrophosphate (0.2mM) and NADH (0.15mM) to the culture strain grinding solution, Prepared by addition of alcohol dehydrogenase (Boehringer) to 88U. Then, 50 mM pyruvate was added to start the reaction. The reaction was carried out for 30 minutes at 30 ℃ and then measured the absorbance at 340nm. Enzyme activity assay mixture for measuring AdhII enzyme activity was prepared by adding glycine-KOH buffer (pH 9.0) (50mM) and NAD + (1mM) to the culture strain pulverized solution, and reaction was performed by adding 100mM ethanol to the prepared mixture. Started. The reaction was carried out for 30 minutes at 30 ℃ and then measured the absorbance at 340nm.

그 결과, 표 8에 나타난 바와 같이, pBR-aldB-pdc 플라스미드가 도입된 재조합 균체들에서 Pdc와 AdhII 효소 활성이 증가한 것을 확인할 수 있었다.As a result, as shown in Table 8, it was confirmed that the Pdc and AdhII enzyme activity was increased in the recombinant cells into which the pBR-aldB-pdc plasmid was introduced.

K. pneumoniae 균주에서의 Pdc 및 Adh 효소활성Pdc and Adh Enzyme Activities in K. pneumoniae Strains PdcPdc AdhAdh CuCu 0.78 ±0.010.78 ± 0.01 0.61 ±0.020.61 ± 0.02 GEM167GEM167 1.45 ±0.031.45 ± 0.03 1.92 ±0.021.92 ± 0.02 GEM167 ΔldhA GEM167 Δ ldhA 1.39 ±0.011.39 ± 0.01 1.79 ±0.011.79 ± 0.01 GEM167/pBR-adhB-pdc GEM167 / pBR- adhB-pdc 2.12 ±0.022.12 ± 0.02 2.67 ±0.032.67 ± 0.03 GEM167 ΔldhA/pBR-adhB-pdc GEM167 Δ ldhA / pBR- adhB-pdc 2.25 ±0.012.25 ± 0.01 2.88 ±0.012.88 ± 0.01

Enzyme activity (U/mg protein)
Enzyme activity (U / mg protein)

실시예 10: Pdc-AdhII 과발현 Example 10 Pdc-AdhII Overexpression K. pneumoniaeK. pneumoniae 균주의 유가식 배양에 의한 에탄올 생산 Ethanol Production by Feeding Cultivation of Strains

5L 발효조에서 실시예 1에 기재된 배지 2L를 사용하여, 배양온도 37℃, 교반속도 200rpm, 공기주입속도 0.5vvm, pH를 6.8~7.2로 유지하면서 Pdc-AdhII 효소 유전자를 과발현한 K. pneumoniae 변이 균주들을 유가식 방법으로 발효 배양하여 글리세롤 발효 및 에탄올 생산량을 분석하였으며, 그 결과를 도 11 및 도 12에 나타내었다. 표 9(Pdc-AdhII 과발현 K. pneumoniae 재조합 균주에 의한 순수 글리세롤 발효 배양)에 보인 바와 같이, Pdc-AdhII 유전자를 과발현시켰을 때, 에탄올의 생산량은 GEM167 균주와 GEM167Δ ldhA 균주에서 각각 21.5g/L에서 25g/L로, 28.9g/L에서 31g/L로 증가하는 것으로 나타났다. 발효 배양 과정 중의 pBR-pdc-adhII 플라스미드의 안정성을 조사해 본 결과, 150 세대 이후에도 약 93%의 세포가 플라스미드를 보유하고 있는 것으로 확인되었다. K. pneumoniae mutant strain overexpressing the Pdc-AdhII enzyme gene while maintaining a culture temperature of 37 ° C., agitation speed of 200 rpm, an air injection rate of 0.5vvm, and a pH of 6.8 to 7.2 using a 2L medium described in Example 1 in a 5 L fermentor. The fermentation cultures were fed in a fed-batch method to analyze glycerol fermentation and ethanol production, and the results are shown in FIGS. 11 and 12. As shown in Table 9 (Pure glycerol fermentation culture with Pdc-AdhII overexpressing K. pneumoniae recombinant strain), when the Pdc-AdhII gene was overexpressed, the ethanol production was 21.5 g / L in the GEM167 strain and the GEM167 Δ ldhA strain, respectively. Was increased from 25 g / L to 28.9 g / L to 31 g / L. Investigation of the stability of the pBR-pdc-adhII plasmid during fermentation showed that about 93% of cells retained the plasmid after 150 generations.

Figure pat00002
Figure pat00002

실시예 11: Example 11: K. pneumoniaeK. pneumoniae 변이균주들의 에탄올 생산능 비교 Comparison of Ethanol Production Capacity of Mutant Strains

상기 실시예에서 확인된 K. pneumoniae GEM167 및 이의 변이균주들 의 에탄올 생산수율을 기존에 보고된 공지균주들의 결과들과 비교하였다. K. pneumoniae GEM167 and its variants identified in the above examples The yield of ethanol was compared with the results of previously reported known strains.

표 10에서 나타낸 바와 같이, Pdc-AdhII 효소 유전자를 과발현한 K. pneumoniae GEM167 ΔldhA 균주에서 31g/L의 최대 에탄올 생산 수율을 보였으며, 이는 기존의 최대 생산량인 20.7 g/L (재조합 대장균)과 비교해 월등히 우수한 결과이다. 글리세롤로부터 에탄올을 생산하는 산업공정의 경우, 생산 수율이 40~50 g/L 정도가 되면 경제성이 있는 것으로 전망되고 있다. 본 발명의 변이균주의 생산 수율을 고려할 때, 배양 공정의 최적화가 이루어진다면 상업적 가치가 매우 높은 것으로 판단된다.As shown in Table 10, the K. pneumoniae GEM167 ΔldhA strain overexpressing the Pdc-AdhII enzyme gene showed a maximum ethanol production yield of 31 g / L, compared to the existing maximum yield of 20.7 g / L (recombinant Escherichia coli). Excellent results. In the industrial process of producing ethanol from glycerol, it is expected to be economical when the production yield reaches 40-50 g / L. Considering the production yield of the mutant strains of the present invention, it is judged that commercial value is very high if the cultivation process is optimized.

공지 균주들의 글라이세롤로부터의 에탄올 생산능비교Comparison of Ethanol Production Capacity from Glycerol of Known Strains 균주명Strain name 배양방법Culture method 에탄올 생산Ethanol production 문헌literature 농도
g/l
density
g / l
생산능
g/l/h
Productivity
g / l / h
Enterobacter aerogenes Hu-101 Enterobacter aerogenes Hu-101 BatchBatch 1010 0.830.83 Ito et al., J Biosci Bioeng, 100, 260, 2005Ito et al., J Biosci Bioeng, 100, 260, 2005 Escherichia coli EH05 Escherichia coli EH05 BatchBatch 20.720.7 0.220.22 Durnin et al., Biotechnol Bioeng, 103,148, 2009Durnin et al., Biotechnol Bioeng, 103,148, 2009 Klebsiella oxytoca M5al Klebsiella oxytoca M5al Fed-batchFed-batch 19.519.5 0.560.56 Yang et al., Appl Microbiol Biotechnol, 73, 1017, 2007Yang et al., Appl Microbiol Biotechnol, 73, 1017, 2007 Klebsiella pneumoniae M5a1 Klebsiella pneumoniae M5a1 Fed-batchFed-batch 1818 0.280.28 Cheng et al., Process Biochem, 42, 740, 2007Cheng et al., Process Biochem, 42, 740, 2007 K. pneumoniae GEM167 K. pneumoniae GEM167 Fed-batchFed-batch 21.521.5 0.930.93 본 발명Invention K. pneumoniae GEM167/pBR-pdc - adh K. pneumoniae GEM167 / pBR- pdc - adh Fed-batchFed-batch 25.025.0 0.780.78 본 발명Invention K. pneumoniae GEM167 Δl d hA K. pneumoniae GEM167 Δ l d hA Fed-batchFed-batch 28.928.9 0.810.81 본 발명Invention K. pneumoniae GEM167 Δl d hA/pBR-pdc - adh K. pneumoniae GEM167 Δ l d hA / pBR- pdc - adh Fed-batchFed-batch 31.031.0 0.890.89 본 발명Invention

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will readily appreciate that many modifications are possible in the exemplary embodiments without materially departing from the novel teachings and advantages of this invention. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

<110> Korea Institute of Bioscience and Biiotechnology <120> Improved Microorganism Variants Having Ehtanol Producing Ability Using Glycerol or Crude Glycerol and Method for Producing Ethanol Using the Same <130> P11-B152 <160> 10 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 cagccagacg ggaatagctt 20 <210> 2 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 cgccaatttt ctggtgcttc agatatcgcc tcaaggtcga cgttgttaa 49 <210> 3 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ttaacaacgt cgaccttgag gcgatatctg aagcaccaga aaattggcg 49 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 agctcgatgg ttcggcgatt 20 <210> 5 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 tctagaatga gttatactgt cggtacctat ttag 34 <210> 6 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 ctcgagctgc agctagagga gcttgttaac aggcttac 38 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 agatctatgg cttcttcaac tttttatatt cc 32 <210> 8 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 ctcgagtcta gattagaaag cgctcaggaa gagtt 35 <210> 9 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 gaattcagcg ggcagtgagc gcaa 24 <210> 10 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 ctcagaagat ctagctgttt cctgtgtgaa attg 34 <110> Korea Institute of Bioscience and Biiotechnology <120> Improved Microorganism Variants Having Ehtanol Producing Ability          Using Glycerol or Crude Glycerol and Method for Producing Ethanol          Using the same <130> P11-B152 <160> 10 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 cagccagacg ggaatagctt 20 <210> 2 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 cgccaatttt ctggtgcttc agatatcgcc tcaaggtcga cgttgttaa 49 <210> 3 <211> 49 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ttaacaacgt cgaccttgag gcgatatctg aagcaccaga aaattggcg 49 <210> 4 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 agctcgatgg ttcggcgatt 20 <210> 5 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 tctagaatga gttatactgt cggtacctat ttag 34 <210> 6 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 ctcgagctgc agctagagga gcttgttaac aggcttac 38 <210> 7 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 agatctatgg cttcttcaac tttttatatt cc 32 <210> 8 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 ctcgagtcta gattagaaag cgctcaggaa gagtt 35 <210> 9 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 gaattcagcg ggcagtgagc gcaa 24 <210> 10 <211> 34 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 ctcagaagat ctagctgttt cctgtgtgaa attg 34

Claims (25)

알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시킨 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물.
From glycerol or waste glycerol with increased enzymatic activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and reduced enzymatic activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) In a mutant microorganism having high ethanol production, a mutant microorganism having high ethanol performance from glycerol or waste glycerol which has deleted a gene encoding Lactate dehydrogenase (LdhA).
제1항에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 효모 및 곰팡이로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물
The method of claim 1, wherein the microorganism is a mutant microorganism having high ethanol performance from glycerol or waste glycerol, characterized in that selected from the group consisting of bacteria, yeast and mold
제2항에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘라 속(genus Klebsiella), 락토바실러스 속(genus Lactobacillus), 클로스트리듐 속(genus Clostridium) 및 엔테로박터 속(genus Enterobacter)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물.
According to claim 2, wherein the bacteria is selected from the group consisting of genus Klebsiella , genus Lactobacillus , genus Clostridium and genus Enterobacter . A mutant microorganism having high ethanol production performance from glycerol or waste glycerol.
글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시킨 변이미생물.
The mutant microorganism which deleted the gene which codes lactate dehydrogenase (LdhA) in the mutant microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession Number KCTC11742BP) which has high ethanol performance from glycerol or waste glycerol.
알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킨 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물.
From glycerol or waste glycerol with increased enzymatic activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and reduced enzymatic activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) In mutant microorganisms with high ethanol production, glycerol or lung glycerol overexpressed by introducing a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and a gene encoding aldehyde dehydrogenase (AdhII) Mutant microorganism having high performance from ethanol.
제5항에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 효모 및 곰팡이로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물
The method of claim 5, wherein the microorganism is a mutant microorganism having high ethanol performance from glycerol or waste glycerol, characterized in that selected from the group consisting of bacteria, yeast and fungi
제5항에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘라 속(genus Klebsiella), 락토바실러스 속(genus Lactobacillus), 클로스트리듐 속(genus Clostridium) 및 엔테로박터 속(genus Enterobacter)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물.
The method of claim 5, wherein the bacteria is selected from the group consisting of genus Klebsiella , genus Lactobacillus , genus Clostridium , and genus Enterobacter . A mutant microorganism having high ethanol production performance from glycerol or waste glycerol.
글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킨 변이 미생물.
In a mutant microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession No. KCTC11742BP) with high ethanol production from glycerol or waste glycerol, a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and an aldehyde dehydrogenase (alddhdyde dehydrogenase (AdhII)) A mutant microorganism overexpressed by introducing a gene encoding a.
알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되어 있고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되어 있는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킨 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물.
From glycerol or waste glycerol with increased enzymatic activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and reduced enzymatic activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT) In mutant microorganisms with high ethanol production, genes encoding Lactate dehydrogenase (LdhA) are deleted, genes encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and aldehyde dehydrogenase A mutant microorganism having high ethanol-producing ability from glycerol or waste glycerol overexpressed by introducing a gene encoding azede (aldehdyde dehydrogenase, AdhII).
제9항에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 효모 및 곰팡이로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물
10. The method of claim 9, wherein the microorganism is a mutant microorganism having high ethanol performance from glycerol or waste glycerol, characterized in that selected from the group consisting of bacteria, yeast and fungi
제10항에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘라 속(genus Klebsiella), 락토바실러스 속(genus Lactobacillus), 클로스트리듐 속(genus Clostridium) 및 엔테로박터 속(genus Enterobacter)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물.
The method of claim 10, wherein the bacteria is selected from the group consisting of genus Klebsiella , genus Lactobacillus , genus Clostridium , and genus Enterobacter . A mutant microorganism having high ethanol production performance from glycerol or waste glycerol.
글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물 Klebsiella pneumoniae GEM167(기탁번호 KCTC11742BP)에서, 락테이트 디하이드로게나아제(Lactate dehydrogenase, LdhA)를 코딩하는 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 도입하여 과발현시킨 변이 미생물.
In a mutant microorganism Klebsiella pneumoniae GEM167 (Accession No. KCTC11742BP) with high ethanol-producing ability from glycerol or waste glycerol, the gene encoding Lactate dehydrogenase (LdhA) is deleted and pyruvate dehydrogenase (pyruvate) A mutant microorganism overexpressed by introducing a gene encoding dehydrogenase (Pdc) and a gene encoding aldehyde dehydrogenase (AdhII).
다음의 단계를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법:
(a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계;
(b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 수득된 미생물에서 락테이트 하이드로게나아제를 코딩하는 유전자를 결실시키는 단계.
Method for producing a mutant microorganism having high ethanol production from glycerol or waste glycerol comprising the following steps:
(a) Irradiation of gamma rays to microorganisms increased the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT). Mutating to decrease;
(b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And
(c) deleting the gene encoding the lactate hydrogenase in the obtained microorganism.
제13항에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 효모 및 곰팡이로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
The method of claim 13, wherein the microorganism is selected from the group consisting of bacteria, yeast and fungi.
제14항에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘라 속(genus Klebsiella), 락토바실러스 속(genus Lactobacillus), 클로스트리듐 속(genus Clostridium) 및 엔테로박터 속(genus Enterobacter)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
The genus Klebsiella , genus Lactobacillus , genus Clostridium and genus Enterobacter are selected from the group consisting of Genus Enterobacter . A method for producing a mutant microorganism having high ethanol performance from glycerol or waste glycerol.
제13항에 있어서, 상기 감마선은 1kGy 선량으로 조사되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
The method of claim 13, wherein the gamma rays are irradiated at a dose of 1 kGy.
다음의 단계를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법:
(a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계;
(b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 수득된 미생물에서 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계.
Method for producing a mutant microorganism having high ethanol production from glycerol or waste glycerol comprising the following steps:
(a) Irradiation of gamma rays to microorganisms increased the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT). Mutating to decrease;
(b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And
(c) overexpressing a gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and a gene encoding aldehyde dehydrogenase (aldhdyde dehydrogenase, AdhII) in the obtained microorganism.
제17항에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 효모 및 곰팡이로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
18. The method of claim 17, wherein the microorganism is selected from the group consisting of bacteria, yeast and mold.
제18항에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘라 속(genus Klebsiella), 락토바실러스 속(genus Lactobacillus), 클로스트리듐 속(genus Clostridium) 및 엔테로박터 속(genus Enterobacter)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
The method of claim 18, wherein the bacteria are selected from the group consisting of genus Klebsiella , genus Lactobacillus , genus Clostridium , and genus Enterobacter . A method for producing a mutant microorganism having high ethanol performance from glycerol or waste glycerol.
제17항에 있어서, 상기 감마선은 0.1kGy~10kGy 선량으로 조사되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
18. The method according to claim 17, wherein the gamma rays are irradiated at a dose of 0.1 kGy to 10 kGy.
다음의 단계를 포함하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법:
(a) 미생물에 감마선을 조사하여 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이시키는 단계;
(b) 상기 알콜 디하이드로지네이즈(alcohol dehydrogenase, AdhⅡ)의 효소활성이 증가되고 1,3-프로판디올 옥시더리덕타제(1,3-propanol oxidoreductase, DhaT)의 효소활성이 감소되도록 변이되어 있는 미생물을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 수득된 미생물에서 락테이트 하이드로게나아제를 코딩하는 유전자를 결실시키고, 피루베이트 디하이드로게나아제(pyruvate dehydrogenase, Pdc)를 코딩하는 유전자 및 알데하이드 디하이드로게나아제(aldehdyde dehydrogenase, AdhII)를 코딩하는 유전자를 과발현시키는 단계.
Method for producing a mutant microorganism having high ethanol production from glycerol or waste glycerol comprising the following steps:
(a) Irradiation of gamma rays to microorganisms increased the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (DhaT). Mutating to decrease;
(b) the enzyme activity of alcohol dehydrogenase (AdhII) is increased and the enzyme activity of 1,3-propanediol oxidoreductase (1,3-propanol oxidoreductase (DhaT) is reduced. Obtaining a microorganism; And
(c) deleting the gene encoding the lactate hydrogenase from the obtained microorganism, the gene encoding pyruvate dehydrogenase (Pdc) and the aldehyde dehydrogenase (aldehdyde dehydrogenase (AdhII)) Overexpressing the coding gene.
제21항에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 효모 및 곰팡이로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
22. The method of claim 21, wherein the microorganism is selected from the group consisting of bacteria, yeasts and molds.
제22항에 있어서, 상기 박테리아는 크렙시엘라 속(genus Klebsiella), 락토바실러스 속(genus Lactobacillus), 클로스트리듐 속(genus Clostridium) 및 엔테로박터 속(genus Enterobacter)으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
The method of claim 22, wherein the bacteria are selected from the group consisting of genus Klebsiella , genus Lactobacillus , genus Clostridium , and genus Enterobacter . A method for producing a mutant microorganism having high ethanol performance from glycerol or waste glycerol.
제21항에 있어서, 상기 감마선은 0.1kGy~10kGy 선량으로 조사되는 것을 특징으로 하는 글리세롤 또는 폐글리세롤로부터 에탄올 고생성능을 가지는 변이 미생물을 제조하는 방법.
22. The method of claim 21, wherein the gamma rays are irradiated at a dose of 0.1 kGy to 10 kGy.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 변이 미생물을 글리세롤 또는 폐글리세롤을 탄소원으로 하는 배지에서 배양하여 에탄올을 생성시킨 다음, 배양액으로부터 에탄올을 회수하는 것을 특징으로 하는 에탄올의 제조방법.The method for producing ethanol, wherein the mutant microorganism of any one of claims 1 to 12 is cultured in a medium containing glycerol or waste glycerol as a carbon source to produce ethanol, and then ethanol is recovered from the culture solution.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101532736B1 (en) * 2014-02-24 2015-07-09 한국생명공학연구원 Methods for Peparing 1,3-Propanediol Using Variant of Microorganism Deleted 2,3-Butanediol Synthesis Gene

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080012934A (en) * 2005-05-04 2008-02-12 티엠오 리뉴어블스 리미티드 Thermophilic microorganisms with inactivated lactate dehydrogenase gene(ldh) for ethanol production
KR20100063585A (en) * 2008-12-03 2010-06-11 한국생명공학연구원 Mutant blocked in glycerol oxidaion pathway for producing 1,3-propanediol
KR20100102928A (en) * 2009-03-12 2010-09-27 한국생명공학연구원 Method for preparing 1,3-propanediol using mutant blocked in glycerol oxidation pathway

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20080012934A (en) * 2005-05-04 2008-02-12 티엠오 리뉴어블스 리미티드 Thermophilic microorganisms with inactivated lactate dehydrogenase gene(ldh) for ethanol production
KR20100063585A (en) * 2008-12-03 2010-06-11 한국생명공학연구원 Mutant blocked in glycerol oxidaion pathway for producing 1,3-propanediol
KR20100102928A (en) * 2009-03-12 2010-09-27 한국생명공학연구원 Method for preparing 1,3-propanediol using mutant blocked in glycerol oxidation pathway

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bioresource Technology, Vol. 102, pp. 3918-3922 (Epub 2010.12.05.)* *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101532736B1 (en) * 2014-02-24 2015-07-09 한국생명공학연구원 Methods for Peparing 1,3-Propanediol Using Variant of Microorganism Deleted 2,3-Butanediol Synthesis Gene
WO2015126112A1 (en) * 2014-02-24 2015-08-27 한국생명공학연구원 Method for producing 1,3-propanediol using microorganism variant with deletion of 2,3-butanediol synthetic gene
CN106459889A (en) * 2014-02-24 2017-02-22 韩国生命工学研究院 Method for producing 1,3-propanediol using microorganism variant with deletion of 2,3-butanediol synthetic gene
US9896701B2 (en) 2014-02-24 2018-02-20 Korea Research Institute Of Bioscience And Biotechnology Method for producing 1,3-propanediol using microorganism variant with deletion of 2,3-butanediol synthetic gene
CN106459889B (en) * 2014-02-24 2020-01-21 韩国生命工学研究院 Method for producing 1, 3-propanediol using mutant microorganism lacking 2, 3-butanediol synthesis gene

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