KR20140110134A - Synthetic Promoter for Expressing Corynebacteria - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 코리네박테리아 발현용 합성프로모터에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 코리네박테리아에서 높은 발현효율을 나타낼 수 있는 합성프로모터 및 그의 스크리닝 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a synthetic promoter for coryneform bacteria expression, and more particularly, to a synthetic promoter capable of exhibiting high expression efficiency in corynebacteria and a screening method thereof.
현재 코리네박테리움 균주는 산업적으로 아미노산 생산에 가장 많이 이용되는 미생물로 1950년대 중반에 글루탐산을 효율적으로 생산하는 코리네박테리움 글루타미쿰이 발견되어 산업화가 이루어졌고, 코리네박테리움 글루타미쿰의 영양 요구성 변이주를 이용하여 발효법을 통해 글루탐산, 라이신, 페닐알라닌, 글루타민, 알지닌, 트립토판, 루이신, 이소루이신, 히스티딘 등이 산업적으로 생산되고 있다.Corynebacterium glutamicum, which efficiently produces glutamic acid in the mid-1950s, has been found and industrialization has been made, and Corynebacterium glutamicum Lactic acid, lysine, phenylalanine, glutamine, arginine, tryptophan, leucine, isoleucine, histidine and the like are produced industrially by the fermentation method using the auxotrophic mutants of the present invention.
1980년대에는 대장균과 마찬가지로 코리네박테리움 균주를 위한 숙주-벡터 시스템이 개발되어 보다 합리적으로 균주 개발이 가능해졌고, 1990년대에는 다양한 대사공학 기술이 개발되어 코리네박테리움에 대한 분자생물학적 연구와 생리학적 연구가 집중되었다. 또한 대사흐름분석 및 대사조절분석과 같은 신기술이 목표 유전자를 선정하는데 적용되었으며, 복합적인 연구로부터 획득한 다양한 정보가 보다 우수한 생산 균주 개발에 접목이 되었다.In the 1980s, host-vector systems for Corynebacterium strains were developed as well as Escherichia coli, making it more reasonable to develop strains. In the 1990s, a variety of metabolic engineering techniques were developed to study the molecular biology of Corynebacterium, Research was concentrated. In addition, new technologies such as metabolic flow analysis and metabolic regulation analysis have been applied to select target genes, and various information obtained from multiple studies has been applied to the development of better production strains.
세포를 엔지니어링하는 데에는 다양한 관련 유전자의 발현 정도를 확실히 조절할 필요가 있고, 이러한 유전자 발현 조절은 다양한 효율적인 발현 시스템을 요구한다. 발현 시스템을 개발하는 데에는 프로모터의 선택이 가장 중요하게 여겨지는데 프로모터가 유전자의 발현정도와 발현조절에 상당히 크게 관여하기 때문이다. 코리네박테리움 글루타미쿰에서 이용가능한 프로모터로는 몇 가지가 보고되어 있는데 주로 코리네박테리움 유래 또는 대장균 유래의 프로모터들이다 (J. Biotechnol., 104:311-323, 2003). To engineer cells, it is necessary to control the degree of expression of various related genes, and this regulation of gene expression requires various efficient expression systems. The selection of the promoter is most important for the development of the expression system because the promoter is involved in the degree of expression and regulation of the gene. Several promoters available in Corynebacterium glutamicum have been reported, mainly promoters derived from Corynebacterium or E. coli ( J. Biotechnol ., 104: 311-323, 2003).
그러나 대장균 유래의 프로모터는 발현유도인자의 낮은 투과성과 유전자 발현 억제 물질의 부재 등의 이유로 코리네박테리움에서 상대적으로 낮은 활성을 나타낸다. 또 같은 프로모터라 하더라도 목적단백질을 코딩하는 유전자에 따라 발현 효율이 제각각이며, 코리네박테리움에서 사용할 수 있는 프로모터들의 세기 또한 선택의 폭이 작아서 목적에 맞게 발현시스템을 제작하는 것이 용이하지 않다. 특히 대사경로의 구축과 같이 다양한 유전자들의 발현을 함께 조절해야 할 경우에 코리네박테리움에서는 대장균에서와 같이 다양한 선택을 할 수 있지 못한 것이 현실이다.However, the promoter derived from Escherichia coli exhibits relatively low activity in Corynebacterium because of low permeability of expression inducing factors and absence of gene expression inhibiting substance. Also, even with the same promoter, the expression efficiency varies depending on the gene encoding the target protein, and the intensity of the promoters usable in Corynebacterium is also small. Therefore, it is not easy to produce an expression system suitable for the purpose. In particular, when the expression of various genes such as the establishment of a metabolic pathway is regulated together, it is a reality that Corynebacterium can not make various choices as in Escherichia coli.
발현시스템 개발의 이와 같은 어려움을 해결하기 위해 합성 프로모터 라이브러리 기술들이 개발되어왔고, 대장균, 젖산균 등 다양한 미생물에서 합성 프로모터 라이브러리의 유용성이 확인되었다. 합성 프로모터 라이브러리는 프로모터에 해당하는 유전자 서열을 무작위 서열로 만들고 각각의 서열에 해당하는 프로모터의 활성 정도를 확인할 수 있는 효소나 형광 단백질과 같은 보고 단백질을 이용하는 기술이다. 합성 프로모터 라이브러리는 광범위한 세기를 보이는 다양한 프로모터들을 한번의 라이브러리 구축으로 쉽게 보유할 수 있다는 장점과 자연계에는 존재하지 않는 강한 활성을 보이는 프로모터를 발굴할 수 있다는 장점을 가진다.Synthetic promoter library technologies have been developed to overcome these difficulties in the development of expression systems and the usefulness of synthetic promoter libraries in various microorganisms such as Escherichia coli and lactic acid bacteria has been confirmed. A synthetic promoter library is a technique using a reporter protein such as an enzyme or a fluorescent protein, which can randomly sequence a gene corresponding to a promoter and confirm the degree of activity of the promoter corresponding to each sequence. The synthetic promoter library has advantages in that it can easily hold various promoters having a wide range of intensities in a single library construction, and has a merit that a promoter exhibiting strong activity that does not exist in the natural world can be found.
본 발명에서는 코리네박테리움 균주에서 강하게 유전자 발현을 유도할 수 있는 프로모터를 발굴하기 위하여 예의 노력한 결과, 녹색형광단백질을 리포터단백질로 이용하는 합성 프로모터 라이브러리를 구축하고, 상기 라이브러리로부터 형광활성 세포분류기를 이용하여 강한 활성을 보이는 합성 프로모터를 스크리닝하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
As a result of intensive efforts to discover promoters capable of inducing strong gene expression in the Corynebacterium strain, a synthetic promoter library using a green fluorescent protein as a reporter protein was constructed, and a fluorescence activated cell sorter Thereby screening a synthetic promoter showing strong activity, thereby completing the present invention.
본 발명의 목적은 코리네박테리움 글루타미쿰 균주에서 강한 활성을 보이는 합성 프로모터를 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a synthetic promoter showing strong activity in Corynebacterium glutamicum strains.
본 발명의 다른 목적은 코리네박테리움 속의 발현용 강한 합성 프로모터의 스크리닝 방법을 제공하는데 있다.
It is another object of the present invention to provide a method for screening a strong synthetic promoter for expression of Corynebacterium sp.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열을 가지는 코리네박테리움 속 균주 발현용 프로모터, 상기 프로모터를 함유하는 재조합 벡터 및 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a recombinant vector comprising a promoter for expression of a genus of genus Corynebacterium having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, a recombinant vector containing the promoter and a recombinant microorganism transformed with the recombinant vector to provide.
본 발명은 또한, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 배양하여, 목적유전자에 의해 발현되는 목적단백질을 생산하는 단계; 및 상기 생산된 단백질을 회수하는 단계를 포함하는 목적단백질의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing a recombinant microorganism, which comprises culturing a recombinant microorganism transformed with the recombinant vector to produce a target protein expressed by a target gene; And recovering the produced protein. The present invention also provides a method for producing a target protein.
본 발명은 또한, (a) AGGA의 염기서열을 가지는 리보솜 부착 부위의 전방에 62 개의 랜덤 염기서열과 후방에 8 개의 랜덤 염기서열을 가지는 프로모터와 리포터 유전자를 함유하는 플라스미드 라이브러리를 제작하는 단계; (b) 상기 플라스미드 라이브러리를 코리네박테리움 속 균주에 형질전환시켜, 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리를 제작하는 단계; (c) 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리를 배양하여, 리포터 유전자의 발현량이 우수한 균주를 수득하는 단계; 및 (d) 상기 수득된 균주가 함유하는 프로모터를 수득하는 단계를 포함하는 코리네박테리움 속의 발현용 강한 합성 프로모터의 스크리닝 방법을 제공한다.
(A) preparing a plasmid library containing a promoter and a reporter gene having 62 random base sequences in front of a ribosome attachment site having a base sequence of AGGA and 8 random base sequences in the rear; (b) transforming the plasmid library into a genus of genus Corynebacterium to prepare a library for screening synthetic promoters; (c) culturing a library for screening synthetic promoter to obtain a strain having an excellent expression amount of a reporter gene; And (d) obtaining a promoter contained in the obtained strain. The present invention also provides a method for screening a strong synthetic promoter for expression of Corynebacterium sp.
본 발명의 프로모터를 사용하면, 기존의 코리네박테리움 속 균주에서 재조합 단백질 대량 생산에 사용되던 프로모터들에 비하여 훨씬 강한 유전자 발현을 나타내어, 코리네박테리움 속에서 생산되는 재조합 단백질을 보다 높은 수율로 생산할 수 있다.
When the promoter of the present invention is used, the recombinant protein produced in the genus Corynebacterium can be produced at a higher yield than the conventional promoters used for mass production of recombinant protein in the strain of genus Corynebacterium Can be produced.
도 1은 본 발명에 따른 합성 프로모터 라이브러리의 벡터 시스템을 나타낸 것이다.
도 2는 형광 활성 세포 분류기를 통한 합성 프로모터 라이브러리의 스크리닝 과정을 나타낸 것이다.
도 3은 합성 프로모터 라이브러리에서 발굴한 두 개의 강한 프로모터(H30 및 H36)에 의하여 발현되는 녹색형광단백질의 발현정도를 (a) 형광세기분석, (b) 웨스턴 블럿, (c) RT-PCR을 통하여 확인한 것이다(Negative: pCES208 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰, Positive: pCES208 벡터에 trc 프로모터와 녹색형광단백질을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰).
도 4는 최종적으로 발굴한 두 개의 강한 합성 프로모터에 항체 단편(scFv)을 연결하여 발현양을 비교 분석한 것으로, (a)는 웨스턴 블럿 실험을 통해 합성 프로모터를 통한 항체 단편의 발현양을 비교 분석한 것이고(pCES208 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (1번 레인); pCES208 벡터에 trc 프로모터와 항체 단편을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰:(2번 레인); 합성 프로모터에 항체 단편을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (H30 (3번 레인), H36(4번 레인)), (b)는 효소결합 면역 흡착검사 (Enzyme-linked immunosorbent assay)를 통해 합성 프로모터를 통한 항체 단편의 발현양 및 발현된 항체 단편의 활성을 분석한 것이며(pCES208 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (◇); pCES208 벡터에 trc 프로모터와 항체 단편을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰:(■); 합성 프로모터에 항체 단편을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (H30 (●), H36(△)) , (c)는 웨스턴 블럿 실험을 통해 합성 프로모터를 통한 항체 단편의 발현양을 비교 분석한 것이다(pCES208 벡터에 trc 프로모터와 항체 단편을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (1번 레인); pCES208 벡터에 sod 프로모터와 항체 단편을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (2번 레인); 합성 프로모터에 항체 단편을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (H30 (3번 레인), H36 (4번 레인)).
도 5는 H30 및 H36 합성 프로모터에 자일라나아제를 연결하여 발현양을 비교 분석한 것으로, (a)는 SDS-PAGE를 통한 합성프로모터에 의한 자일라나아제의 발현양을 비교 분석한 것이다(pCES208 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (1번 레인); pCES208 벡터에 trc 프로모터와 자일라나아제를 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (2번 레인); 합성 프로모터에 자일라나아제를 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰: (H30 (3번 레인), H36 (4번 레인)). (b)는 DNS (3,5-dinitrosalicylic acid) 측정법으로 자일라나아제의 자일란 분해 활성을 비교 분석한 것이다(pCES208 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰:(◇); pCES208 벡터에 porB 프로모터와 자일라나아제를 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰:(■); 합성 프로모터에 자일라나아제를 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰 :(H30 (●), H36(△)).
도 6은 H36 프로모터에 의해 발현되는 자일라나아제를 생산하는 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 이용한 자일라나아제의 발효생산 결과를 나타낸 것으로, (a)는 발효에 따른 세포 성장곡선과 배지 내의 포도당 농도, 자일라나아제 단백질 발현양을 나타낸 것이고(세포 성장 곡선 :(●); 포도당 농도: (■); 자일라나아제 단백질 농도: (◇)), (b)는 시간별로 수득한 발효액의 SDS-PAGE 결과를 나타낸 것이다.
도 7은 H36 합성 프로모터 유전자 서열 한 부분을 달리하였을 때의 녹색형광단백질의 발현양 및 전사량을 비교 분석한 것으로, (a)는 형광 활성 세포 분류기를 통해 H36 합성 프로모터의 내부 서열 한 부분이 A, T, G, C로 달라졌을 때의 연결된 녹색형광단백질의 발현양을 형광의 세기로 비교 분석한 것이고, (b)는 정량역전사 PCR 실험을 통해 H36 합성 프로모터의 내부 서열 한 부분이 A, T, G, C로 달라졌을 때의 연결된 녹색형광단백질 유전자의 전사량을 비교 분석한 것이다. 1 shows a vector system of a synthetic promoter library according to the present invention.
2 shows a screening process of a synthetic promoter library through a fluorescence activated cell sorter.
FIG. 3 shows the degree of expression of green fluorescent protein expressed by two strong promoters (H30 and H36) extracted from a synthetic promoter library by (a) fluorescence intensity analysis, (b) Western blotting, (Negative: Corynebacterium glutamicum containing the pCES208 vector, Positive: Corynebacterium glutamicum containing the vector obtained by linking the trc promoter and the green fluorescent protein to the pCES208 vector).
FIG. 4 shows comparative analysis of the expression levels of two strong synthetic promoters obtained by linking antibody fragments (scFv) to each other. (A) Western blot analysis was performed to compare the expression amounts of antibody fragments through synthetic promoters (Corynebacterium glutamicum containing the pCES208 vector (lane 1); Corynebacterium glutamicum containing the vector obtained by ligating the trc promoter and the antibody fragment to the pCES208 vector (lane 2) ; Corynebacterium glutamicum: (H30 (lane 3), H36 (lane 4)) containing a vector with an antibody fragment attached to a synthetic promoter; (b) Enzyme-linked (pCES208 vector: Corynebacterium glutamicum (◇); pCES208 vector containing the trc promoter and the antibody (pCES208 vector). The expression of the antibody fragment and the activity of the antibody fragment were analyzed by immunosorbent assay Connect Fragment Corynebacterium glutamicum containing a vector: (1) Corynebacterium glutamicum containing the vector obtained by ligating an antibody fragment to a synthetic promoter: (H30 (), H36 ()), ( c) is a comparative analysis of expression amounts of antibody fragments through a synthetic promoter through Western blotting (Corynebacterium glutamicum containing a vector in which a trc promoter and an antibody fragment are ligated to a pCES208 vector ); Corynebacterium glutamicum containing the vector in which the sod promoter and the antibody fragment were ligated to the pCES208 vector (lane 2): Corynebacterium glutamicum containing a vector having an antibody fragment ligated to a synthetic promoter : (H30 (lane 3), H36 (lane 4)).
FIG. 5 is a comparative analysis of expression amounts of xylanase ligated to H30 and H36 synthetic promoters, wherein (a) is a comparative analysis of expression amounts of xylanase by a synthetic promoter through SDS-PAGE (pCES208 vector (Lane 1): Corynebacterium glutamicum containing the trc promoter and xylanase-linked vector in the pCES208 vector (lane 2); a synthetic promoter Corynebacterium glutamicum containing the vector linking xylanase: (H30 (lane 3), H36 (lane 4)). (B) (Corynebacterium glutamicum containing the pCES208 vector (◇): Corynebacterium glue containing the vector obtained by ligating the porB promoter and xyla lane into the pCES208 vector Tamikum: (■); a synthetic promoter Corynebacterium containing the vector connecting the Rana azepin Solarium glutamicum: (H30 (●), H36 (△)).
FIG. 6 shows the results of fermentation of xylalanase using Corynebacterium glutamicum strains producing xylalanase expressed by the H36 promoter, wherein (a) shows the cell growth curve following fermentation and glucose in the medium (B) shows the SDS-PAGE of the fermentation broth obtained over time, and (b) shows the amount of xylanase protein expression (cell growth curve: PAGE results.
FIG. 7 is a comparative analysis of the amount of green fluorescent protein expressed and the amount of transcription when the H36 synthetic promoter gene sequence was changed. FIG. 7 (a) (A), (b), and (c), respectively. In the quantitative reverse transcription PCR, the internal sequence of the H36 synthetic promoter was A, T , G, and C, respectively, of the green fluorescent protein gene.
일 관점에서 본 발명은 서열번호 1의 염기서열을 가지는 코리네박테리움 속 균주 발현용 프로모터, 상기 프로모터를 함유하는 재조합 벡터 및 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물에 관한 것이다.In one aspect, the present invention relates to a promoter for expression of a genus of genus Corynebacterium having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, a recombinant vector containing the promoter, and a recombinant microorganism transformed with the recombinant vector.
서열번호 1: GGTACCAAAGTAACTTTTCGGTTAAGGTAGCGCATTCGTGGTGTTGCCCGTGGCCCGGTTGGTTGGGCAGGAGTATATTGGGATCCSEQ ID NO: 1: GGTACCAAAGTAACTTTTCGGTTAAGGTAGCGCATTCGTGGTGTTGCCCGTGGCCCGGTTGGTTGGGCAGGAGTATATTGGGATCC
본 발명의 프로모터는 강한 합성프로모터로, 코리네박테리움속 균주에서 기존에 사용되는 sod 프로모터나 porB 프로모터보다 월등히 높은 효율로 목적단백질을 발현할 수 있는 프로모터이다.The promoter of the present invention is a strong synthetic promoter and is a promoter capable of expressing a target protein at a much higher efficiency than that of the sod promoter or the porB promoter used in the Corynebacterium sp. Strain.
본 발명의 일양태에서는 코리네박테리움 속 균주에서 외래단백질을 높은 발현량으로 발현시킬 수 있는 강한 합성 프로모터를 스크리닝하기 위하여, AGGA의 염기서열을 가지는 리보솜 부착 부위의 전방에 62 개의 래덤 염기서열과 후방에 8 개의 랜덤염기 서열을 가지는 프로모터와 리포터 유전자로 녹색형광 단백질(GFP)을 함유하는 플라스미드 라이브러리를 제작하고, 상기 플라스미드 라이브러리를 코리네박테리움 글루타미쿰 균주에 형질전환시켜, 강한 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리를 제작하고, 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리의 코리네박테리움 균주를 배양한 후, 형광 활성 세포분류기를 이용하여, 높은 형광세기를 나타내는 균주를 선택하고, 이들 중 우수한 형광세기를 나타내는 균주를 선택하여, 상기 균주가 함유하고 있는 본 발명의 프로모터를 확인하였다.In one embodiment of the present invention, in order to screen for a strong synthetic promoter capable of expressing an exogenous protein at a high expression level in a strain of the genus Corynebacterium, 62 ribram sequence sequences are located in front of the ribosome attachment site having the base sequence of AGGA A plasmid library containing green fluorescent protein (GFP) as a reporter gene and a promoter having eight random nucleotide sequences in the rear were prepared, and the plasmid library was transformed into Corynebacterium glutamicum strains to obtain a strong synthetic promoter screening And a strain expressing high fluorescence intensity was selected using a fluorescence activated cell sorter, and a strain showing excellent fluorescence intensity was selected by using a fluorescence activated cell sorter after culturing a Corynebacterium strain of a synthetic promoter screening library In the present invention, Were identified.
본 발명에 있어서, 상기 재조합 미생물은 코리네박테리움 속 미생물인 것이 바람직하면, 더욱 바람직하게는 코리네박테리움 글루타미쿰인것이 바람직하다.In the present invention, the recombinant microorganism is preferably a microorganism belonging to the genus Corynebacterium, more preferably Corynebacterium glutamicum.
다른 관점에서 본 발명은 서열번호 2의 염기서열을 가지는 코리네박테리움 속 균주 발현용 프로모터, 상기 프로모터를 함유하는 재조합 벡터 및 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a promoter for expression of a genus of genus Corynebacterium having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, a recombinant vector containing the promoter, and a recombinant microorganism transformed with the recombinant vector.
서열번호 2:SEQ ID NO: 2:
GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT N GGATCCGGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT N GGATCC
본 발명의 상기 프로모터는 서열번호 2의 N 서열에 A, T, G, C의 서열을 각각 가지는 서열번호 3~6에서 선택되는 염기서열을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다. The promoter of the present invention may be characterized in that it has a nucleotide sequence selected from the group consisting of SEQ ID NOS: 3 to 6, each having the sequence of A, T, G and C in the N sequence of SEQ ID NO: 2.
용어 “벡터 (vector)”는 적합한 숙주 내에서 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미한다. 벡터는 플라스미드, 파지 입자, 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물일 수 있다. 적당한 숙주로 형질전환되면, 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이므로, 본 발명의 명세서에서 “플라스미드 (plasmid)” 및 “벡터 (vector)”는 때로 상호 교환적으로 사용된다. 그러나, 본 발명은 당업계에 알려진 또는 알려지게 되는 바와 동등한 기능을 갖는 벡터의 다른 형태를 포함한다. The term " vector " means a DNA construct containing a DNA sequence operably linked to a suitable regulatory sequence capable of expressing the DNA in the appropriate host. The vector may be a plasmid, phage particle, or simply a potential genome insert. Once transformed into the appropriate host, the vector may replicate and function independently of the host genome, or, in some cases, integrate into the genome itself. Because the plasmid is the most commonly used form of the current vector, the terms " plasmid " and " vector " are sometimes used interchangeably in the context of the present invention. However, the present invention includes other forms of vectors having functions equivalent to those known or known in the art.
본 발명에 있어서, 상기 재조합 벡터는 플라스미드 벡터, 박테리오파지 벡터, 코스미드 벡터, YAC(Yeast Artificial Chromosome) 벡터를 포함할 수 있으며, 본 발명의 목적상, 플라스미드 벡터를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용될 수 있는 전형적인 플라스미드 벡터는 일양태로, (a) 숙주세포당 수백 개의 플라스미드 벡터를 포함하도록 복제가 효율적으로 이루어지도록 하는 복제 개시점, (b) 플라스미드 벡터로 형질전환된 숙주세포가 선발될 수 있도록 하는 항생제 내성 유전자 및 (c) 외래 DNA 절편이 삽입될 수 있는 제한효소 절단부위를 포함하는 구조를 지니고 있는 것이 바람직하다. 적절한 제한효소 절단부위가 존재하지 않을지라도, 통상의 방법에 따른 합성 올리고뉴클레오타이드 어댑터(oligonucleotide adaptor) 또는 링커(linker)를 사용하면 벡터와 외래 DNA를 용이하게 라이게이션(ligation)할 수 있다. In the present invention, the recombinant vector may include a plasmid vector, a bacteriophage vector, a cosmid vector, and a yeast artificial chromosome (YAC) vector. For the purpose of the present invention, a plasmid vector is preferably used. Typical plasmid vectors that can be used in the present invention include, in one aspect, (a) a cloning initiation point at which replication is efficiently made to include several hundred plasmid vectors per host cell, (b) a host cell transformed with the plasmid vector And (c) a restriction enzyme cleavage site into which the foreign DNA fragment can be inserted. Even if an appropriate restriction enzyme cleavage site is not present, using a synthetic oligonucleotide adapter or a linker according to a conventional method can easily ligate the vector and the foreign DNA.
본 발명에서 사용되는 벡터들은 여러 개의 제한효소 절단부위를 모아놓은 멀티클로닝사이트(MCS)를 포함하고 있는데 이들은 lacZ 유전자 내에 위치한다. MCS는 lacZ 유전자의 리딩 프레임(reading frame)을 파괴하지 않으므로 적당한 숙주세포에서는 lacZ의 발현이 이루어져 생물학적 활성을 지닌 베타-갈락토시다제 효소를 합성해낸다. 이 숙주세포를 무색 화학물질인 X-gal을 포함하는 배지에서 배양하면 이 효소에 의해서 X-gal이 분해되어 불용성의 청색물질을 만들게 된다. 그러므로 MCS에 외래 DNA의 삽입이 이루어지지 않은 플라스미드 벡터로 형질전환된 숙주세포 콜로니는 청색을 띈다. 반대로 MCS에 외래 DNA가 삽입되면 플라스미드 벡터의 lacZ 리딩 프레임이 깨지면서 베타-갈락토시다제가 만들어지지 않고 그 결과 무색의 숙주세포 콜로니가 형성된다. The vectors used in the present invention include a multicloning site (MCS) containing several restriction enzyme cleavage sites, which are located in the lacZ gene. Since MCS does not destroy the reading frame of the lacZ gene, lacZ is expressed in a suitable host cell to synthesize a beta-galactosidase enzyme having biological activity. When this host cell is cultured in a medium containing X-gal, a colorless chemical, X-gal is degraded by this enzyme to form an insoluble blue substance. Therefore, the host cell colonies transformed with the plasmid vector into which the foreign DNA is not inserted into the MCS are blue. Conversely, when foreign DNA is inserted into MCS, the lacZ reading frame of the plasmid vector is broken and beta-galactosidase is not produced, resulting in the formation of colorless host cell colonies.
라이게이션 후에, 벡터는 적절한 숙주세포로 형질전환되어야 한다. 본 발명에서, 바람직한 숙주세포는 원핵세포이다. 적합한 원핵 숙주세포는 E.coli균주 DH5a, E.coli균주 JM101, E.coli K12균주 294, E.coli균주 W3110, E.coli균주 X1776, E.coli XL-1Blue(Stratagene) 및 E.coli B, 코리레박테리움 속 균주 등을 포함하며, 본 발명의 프로모터의 발현량 확인하고 목적단백질을 생산하는데 사용되는 가장 바람직한 숙주세포는 코리네박테리움 글루타미쿰이다. After ligation, the vector should be transformed into the appropriate host cell. In the present invention, a preferred host cell is a prokaryotic cell. Suitable prokaryotic host cell is E.coli strain DH5a, E.coli strain JM101, E.coli K12 strain 294, strain E.coli W3110, E.coli strain X1776, E.coli XL-1Blue (Stratagene ) , and E.coli B , Correlbacterium sp., Etc., and the most preferable host cell used for producing the target protein is a Corynebacterium glutamicum.
원핵세포의 형질전환은 Sambrook et al., supra의 1.82 섹션에 기술된 칼슘 클로라이드 방법을 사용해서 용이하게 달성될 수 있다. 선택적으로, 전기천공법(electroporation)(Neumann et al., EMBO J., 1: 841(1982))이 또한 이러한 세포들을 형질전환하는데 사용될 수 있다. Transformation of prokaryotic cells can be readily accomplished using the calcium chloride method described in section 1.82 of Sambrook et al., Supra. Alternatively, electroporation (Neumann et al., EMBO J., 1: 841 (1982)) can also be used to transform these cells.
“발현 조절 서열 (expression control sequence)”이라는 표현은 특정한 숙주 생물에서 작동가능하게 연결된 코딩 서열의 발현에 필수적인 DNA 서열을 의미한다. 그러한 조절 서열은 전사를 실시하기 위한 프로모터, 그러한 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 코딩하는 서열 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함한다. 예를 들면, 원핵생물에 적합한 조절 서열은 프로모터, 임의로 오퍼레이터 서열 및 리보좀 결합 부위를 포함한다. The expression " expression control sequence " means a DNA sequence that is essential for the expression of a coding sequence operably linked to a particular host organism. Such regulatory sequences include promoters for carrying out transcription, any operator sequences for regulating such transcription, sequences encoding suitable mRNA ribosome binding sites, and sequences controlling the termination of transcription and translation. For example, regulatory sequences suitable for prokaryotes include promoters, optionally operator sequences, and ribosome binding sites.
진핵세포는 프로모터, 폴리아데닐화 시그날 및 인핸서가 이에 포함된다. 플라스미드에서 유전자의 발현 양에 가장 영향을 미치는 인자는 프로모터이다. 고 발현용의 프로모터로서 SRα 프로모터와 사이토메가로바이러스 (cytomegalovirus) 유래 프로모터 등이 바람직하게 사용된다. Eukaryotic cells include promoters, polyadenylation signals and enhancers. The most influential factor on the expression level of the gene in the plasmid is the promoter. As the promoter for high expression, SRα promoter and cytomegalovirus-derived promoter are preferably used.
핵산은 다른 핵산 서열과 기능적 관계로 배치될 때 “작동가능하게 연결 (operably linked)”된다. 이것은 적절한 분자 (예를 들면, 전사 활성화 단백질)은 조절 서열(들)에 결합될 때 유전자 발현을 가능하게 하는 방식으로 연결된 유전자 및 조절 서열(들)일 수 있다. 예를 들면, 전서열(pre-sequence) 또는 분비 리더 (leader)에 대한 DNA는 폴리펩타이드의 분비에 참여하는 전단백질로서 발현되는 경우 폴리펩타이드에 대한 DNA에 작동가능하게 연결되고; 프로모터 또는 인핸서는 서열의 전사에 영향을 끼치는 경우 코딩서열에 작동가능하게 연결되거나; 또는 리보좀 결합 부위는 서열의 전사에 영향을 끼치는 경우 코딩 서열에 작동가능하게 연결되거나; 또는 리보좀 결합 부위는 번역을 용이하게 하도록 배치되는 경우 코딩 서열에 작동가능하게 연결된다. 일반적으로, “작동가능하게 연결된”은 연결된 DNA 서열이 접촉하고, 또한 분비 리더의 경우 접촉하고 리딩 프레임 내에 존재하는것을 의미한다. 그러나 인핸서(enhancer)는 접촉할 필요가 없다. 이들 서열의 연결은 편리한 제한 효소 부위에서 라이게이션(연결)에 의해 수행된다. 그러한 부위가 존재하지 않는 경우, 통상의 방법에 따른 합성 올리고뉴클레오티드 어댑터 (oligonucleotide adaptor) 또는 링커(linker)를 사용한다. A nucleic acid is " operably linked " when placed in a functional relationship with another nucleic acid sequence. This may be the gene and regulatory sequence (s) linked in such a way that the appropriate molecule (e. G., Transcriptional activator protein) is capable of gene expression when bound to the regulatory sequence (s). For example, DNA for a pre-sequence or secretory leader is operably linked to DNA for a polypeptide when expressed as a whole protein participating in the secretion of the polypeptide; A promoter or enhancer is operably linked to a coding sequence if it affects the transcription of the sequence; Or the ribosome binding site is operably linked to a coding sequence if it affects the transcription of the sequence; Or a ribosome binding site is operably linked to a coding sequence if positioned to facilitate translation. Generally, " operably linked " means that the linked DNA sequences are in contact and, in the case of a secretory leader, are in contact and present in the reading frame. However, the enhancer need not be contacted. The linkage of these sequences is carried out by ligation (linkage) at convenient restriction sites. If such a site does not exist, a synthetic oligonucleotide adapter or a linker according to a conventional method is used.
본원 명세서에 사용된 용어 “발현 벡터”는 통상 이종의 DNA의 단편이 삽입된 재조합 캐리어(recombinant carrier)로서 일반적으로 이중 가닥의 DNA의 단편을 의미한다. 여기서, 이종 DNA는 숙주 세포에서 천연적으로 발견되지 않는 DNA인 이형 DNA를 의미한다. 발현 벡터는 일단 숙주 세포내에 있으면 숙주 염색체 DNA와 무관하게 복제할 수 있으며 벡터의 수 개의 카피 및 그의 삽입된 (이종) DNA가 생성될 수 있다.As used herein, the term " expression vector " is usually a recombinant carrier into which a fragment of different DNA is inserted, and generally means a fragment of double-stranded DNA. Herein, the heterologous DNA means a heterologous DNA that is not naturally found in the host cell. Once an expression vector is in a host cell, it can replicate independently of the host chromosomal DNA, and several copies of the vector and its inserted (heterologous) DNA can be generated.
당업계에 주지된 바와 같이, 숙주세포에서 형질감염 유전자의 발현 수준을 높이기 위해서는, 해당 유전자가, 선택된 발현 숙주 내에서 기능을 발휘하는 전사 및 해독 발현 조절 서열에 작동 가능하도록 연결되어야만 한다. 바람직하게는 발현 조절서열 및 해당 유전자는 세균 선택 마커 및 복제 개시점 (replication origin)을 같이 포함하고 있는 하나의 발현 벡터 내에 포함되게 된다. 발현 숙주가 진핵세포인 경우에는, 발현 벡터는 진핵 발현 숙주 내에서 유용한 발현 마커를 더 포함하여야만 한다.As is well known in the art, to increase the level of expression of a transfected gene in a host cell, the gene must be operably linked to a transcriptional and detoxification regulatory sequence that functions in the selected expression host. Preferably the expression control sequence and the gene are contained within an expression vector containing a bacterial selection marker and a replication origin. If the expression host is a eukaryotic cell, the expression vector should further comprise a useful expression marker in the eukaryotic expression host.
본원 명세서에 사용된 용어 “형질전환”은 DNA를 숙주로 도입하여 DNA가 염색체외 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제가능하게 되는 것을 의미한다. As used herein, the term " transformation " means introducing DNA into a host and allowing the DNA to replicate as an extrachromosomal factor or by chromosomal integration.
본 발명은 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열과 90% 이상의 서열 상동성을 가지는 코리네박테리움 속 균주 발현용 프로모터, 상기 프로모터를 함유하는 재조합 벡터 및 상기 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물에 관한 것이다.The present invention relates to a promoter for expression of Corynebacterium sp. Strain having 90% or more sequence homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2, a recombinant vector containing the promoter and a recombinant microorganism transformed with the recombinant vector .
본 발명의 일양태(실시예 5)에서는 서열번호 3의 염기서열을 가지는 프로모터의 특정 G 염기서열을, A, T, C로 치환시키고, 프로모터의 외래 유전자 발현능을 확인한 결과, 서열번호 3의 염기서열을 가지는 프로모터의 발현능과 유사한 정도의 발현능을 가지는 것을 확인하였다.In one embodiment of the present invention (Example 5), the specific G base sequence of the promoter having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 was replaced with A, T and C, and the foreign gene expression ability of the promoter was confirmed. It was confirmed that it has an expression ability similar to that of the promoter having the nucleotide sequence.
따라서, 본 발명의 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열과 90%이상 상동성을 가지는 프로모터가 상기 서열번호 1 또는 서열번호 2의 염기서열과 유사한 외래유전자 발현능을 가진다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.Therefore, it is obvious to those skilled in the art that the promoter having 90% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 of the present invention has foreign gene expression ability similar to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 will be.
또 다른 관점에서, 본 발명은 상기 코리네박테리움 속 균주 발현용 프로모터와 목적단백질을 코딩하는 유전자를 함유하는 재조합 벡터로 형질전환된 재조합 미생물을 배양하여, 목적유전자에 의해 발현되는 목적단백질을 생산하는 단계; 및 상기 생산된 단백질을 회수하는 단계를 포함하는 목적단백질의 제조방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention relates to a method for producing a target protein expressed by a target gene by culturing the recombinant microorganism transformed with the recombinant vector containing the promoter for expressing the genus of genus Corynebacterium and the gene encoding the target protein ; And recovering the produced protein.
또 다른 관점에서, 본 발명은 (a) AGGA의 염기서열을 가지는 리보솜 부착 부위의 전방에 62 개의 래덤 염기서열과 후방에 8 개의 랜덤염기 서열을 가지는 프로모터와 리포터 유전자를 함유하는 플라스미드 라이브러리를 제작하는 단계; (b) 상기 플라스미드 라이브러리를 코리네박테리움 속 균주에 형질전환시켜, 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리를 제작하는 단계; (c) 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리를 배양하여, 리포터 유전자의 발현량이 우수한 균주를 수득하는 단계; 및 (d) 상기 수득된 균주가 함유하는 프로모터를 수득하는 단계.를 포함하는 코리네박테리움 속의 발현용 강한 합성 프로모터의 스크리닝 방법을 제공한다. In another aspect, the present invention provides a plasmid library comprising (a) a plasmid library containing a promoter and a reporter gene having 62 random base sequences in front of a ribosome attachment site having a base sequence of AGGA and 8 random base sequences rearward step; (b) transforming the plasmid library into a genus of genus Corynebacterium to prepare a library for screening synthetic promoters; (c) culturing a library for screening synthetic promoter to obtain a strain having an excellent expression amount of a reporter gene; And (d) obtaining a promoter contained in the obtained strain. The present invention also provides a method for screening a strong synthetic promoter for expression of Corynebacterium sp.
본 발명에 있어서, 상기 리포터유전자는 형광단백질, 항생제 내성단백질, 탄수화물 가수분해 효소 등으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.In the present invention, the reporter gene may be selected from the group consisting of a fluorescent protein, an antibiotic resistance protein, a carbohydrate hydrolase, and the like.
본 발명의 일양태에서는 코리네박테리움 속 균주에서 외래단백질을 높은 발현량으로 발현시킬 수 있는 강한 합성 프로모터를 스크리닝하기 위하여, 프로모터 부위에 해당하는 70개 유전자 서열을 무작위 적으로 디자인하고, 그 뒤에 녹색형광 단배질을 프로모터 활성의 리포터 유전자로 연결하여, 합성 프로모터 라이브러리를 제작하였다, 구체적으로는 AGGA의 염기서열을 가지는 리보솜 부착 부위의 전방에 62 개의 랜덤 염기서열과 후방에 8 개의 랜덤염기 서열을 가지는 프로모터와 리포터 유전자로 녹색형광 단백질(GFP)을 함유하는 플라스미드 라이브러리를 대장균에서 제작하고, 상기 플라스미드 라이브러리를 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC 13032 균주에 형질전환시켜, 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리를 제작하고, 강한 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리의 코리네박테리움 균주를 배양한 후, 형광 활성 세포분류기를 이용하여, 높은 형광세기를 나타내는 균주를 선택하고, 이들 중 우수한 형광세기를 나타내는 균주를 선택하여, 상기 균주가 함유하고 있는 본 발명의 프로모터를 확인하였다.
In one embodiment of the present invention, in order to screen a strong synthetic promoter capable of expressing a foreign protein at a high expression level in a strain of the genus Corynebacterium, 70 gene sequences corresponding to the promoter region are randomly designed, Specifically, a synthetic promoter library was constructed by linking a green fluorescent fragment with a reporter gene having a promoter activity. Specifically, 62 random base sequences were arranged in front of the ribosome attachment site having the base sequence of AGGA, and 8 random base sequences were rearward A plasmid library containing green fluorescent protein (GFP) as a promoter and reporter gene was prepared from E. coli, and the plasmid library was transformed into Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 strain to prepare a library for screening of a synthetic promoter , Strong synthetic promoter screening A strain exhibiting a high fluorescence intensity was selected using a fluorescence activated cell sorter and a strain exhibiting excellent fluorescence intensity was selected to determine the fluorescence intensity of the strain The promoter of the invention was confirmed.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업게에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .
실시예 1: 프로모터 라이브러리의 제작Example 1: Production of a promoter library
코리네박테리움에서 단백질의 대량생산에 사용될 수 있는 코리네박테리움 발현용 합성프로모터를 스크리닝하기 위한 라이브러리를 구축하였다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 프로모터 부분에 해당하는 70 개의 유전자 서열을 모두 무작위적으로 디자인하고, 녹색형광 단백질을 프로모터 활성의 리포터 단백질로 연결하여 합성프로모터 라이브러리 플라스미드를 제작하였다. A library was constructed for screening synthetic promoters for the expression of Corynebacterium which can be used for the mass production of proteins in Corynebacterium. As shown in Fig. 1, all 70 gene sequences corresponding to the promoter region were randomly designed, and a green fluorescent protein was linked to a reporter protein having a promoter activity to produce a plasmid of a synthetic promoter library.
먼저 형질전환 효율이 높은 대장균 균주 Jude-1(Invitrogen)을 사용하여 라이브러리를 구축하였다. 구축한 라이브러리 플라스미드의 탈메틸화를 위해 대장균 균주 JM110(New England Biolabs)를 대장균 균주 Jude-1에서 구축한 라이브러리 플라스미드로 형질전환한 다음, 탈메틸화된 라이브러리 플라스미드로 최종 목표인 코리네박테리움 글루타미쿰 ATCC 13032 균주에 형질 전환하였다. 구축한 합성 프로모터 라이브러리 플라스미드 시스템은 도 1에 나타내었다.First, the library was constructed using Escherichia coli strain Jude-1 (Invitrogen), which has high transformation efficiency. E. coli strain JM110 (New England Biolabs) was transformed with a library plasmid constructed in E. coli strain Jude-1 for demethylation of the constructed library plasmid, and then transformed with the demethylated library plasmid into the final target Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 strain. The constructed synthetic promoter library plasmid system is shown in Fig.
합성 프로모터 라이브러리의 모 벡터로는 대장균-코리네박테리움 셔틀 벡터 (shuttle vector)인 pCES208 (J. Microbiol. Biotechnol., 18:639-647, 2008)이 사용되었다.As a parent vector of the synthetic promoter library, Escherichia coli-Corynebacterium shuttle vector pCES208 (J. Microbiol. Biotechnol., 18: 639-647, 2008) was used.
합성 프로모터 라이브러리 부분 및 녹색형광단백질을 코딩하는 유전자 절편을 제작하는 방법으로는 PCR이 사용되었다. PCR을 위해 사용된 올리고뉴클레오타이드들의 Tm 은 모두 55 ℃이상이 되도록 제작되었다.PCR was used as a method for constructing a synthetic promoter library part and a gene fragment coding for a green fluorescent protein. The T m of the oligonucleotides used for PCR were all designed to be above 55 ° C.
먼저, 녹색형광단백질을 코딩하는 유전자 단편은 녹색형광단백질을 코딩하는 유전자를 주형으로 하고 정방향 프라이머와 역방향 프라이머를 사용하여 PCR을 진행하였다. PCR의 결과로 표지분자인 FLAG tag을 C-터미너스에 가지는 GFP를 코딩하는 DNA 서열이 얻어졌다.First, a gene fragment encoding a green fluorescent protein was subjected to PCR using a gene encoding a green fluorescent protein as a template and a forward primer and a reverse primer. As a result of the PCR, a DNA sequence encoding GFP having a FLAG tag at the C-terminus as a marker molecule was obtained.
서열번호 7:5'-GAGGATCCATGAGTAAAGGAGAAGAACTTTTCACTGG-3'SEQ ID NO: 7: 5'-GA GGATCC ATGAGTAAAGGAGAAGAACTTTTCACTGG- 3 '
서열번호 8:5'-GCGCGGCCGCTTATTTGTCATCGTCATCTTTATAATCGTCGACCTSEQ ID NO: 8: 5'-GC GCGGCCGC TTATTTGTCATCGTCATCTTTATAATCGTCGACCT
TGGATAGTTCATC-3'TGGATAGTTCATC-3 '
GFP 유전자의 주형으로는 pEGFP 플라스미드(제조사: Clontech)를 이용하였다.
As a template for the GFP gene, pEGFP plasmid (manufacturer: Clontech) was used.
합성 프로모터 라이브러리는 62 개의 N 염기 서열 뒤에 AGGA 리보솜 부착 부위 그리고 그 뒤에 8 개의 N 염기 서열이 디자인된 정방향 프라이머(서열번호 3)와 역방향 프라이머 (서열번호 4)를 사용하여 PCR을 통해 합성하였다.The synthetic promoter library was synthesized by PCR using a forward primer (SEQ ID NO: 3) and a reverse primer (SEQ ID NO: 4) designed with an AGGA ribosome attachment site after 62 N base sequences followed by 8 N base sequences.
서열번호 9:5'-GCAGGTACCNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNSEQ ID NO: 9: 5'-GCA GGTACC NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNN
NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNAGGANNNNNNNNGGATCCATGAGTAAAGGAGAAGAACT-3'NNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNNAGGANNNNNNNN GGATCC ATGAGTAAAGGAGAAGAACT-3 '
서열번호 10:5'-GTGCCATGCCCGAAGGTTATG-3'SEQ ID NO: 10: 5'-GTGCCATGCCCGAAGGTTATG-3 '
상기 PCR에서 얻어진 녹색형광단백질과 모 벡터 pCES208을 제한효소 BamHI과 NotI으로 절단한 후 T4 DNA 라이게이즈를 이용하여 라이게이션 하였고, 녹색형광단백질이 클로닝된 벡터와 합성 프로모터 라이브러리 유전자를 제한효소 KpnI과 NdeI으로 절단하고 T4 DNA 라이게이즈를 이용하여 라이게이션 하여 합성 프로모터 라이브러리 플라스미드를 제조하였다. The green fluorescent protein and the parent pCES208 obtained by the PCR were digested with restriction enzymes BamHI and NotI, followed by ligation using T4 DNA ligase. The green fluorescent protein-cloned vector and the synthetic promoter library gene were digested with restriction enzymes KpnI Digested with NdeI and ligation was performed using T4 DNA ligase to prepare a plasmid of a synthetic promoter library.
상기 제조된 플라스미드를 코리네박테리움 글루타미쿰(ATCC 13032)에 형질전환하여 합성프로모터 라이브러리를 제조하였다.
The plasmid thus prepared was transformed into Corynebacterium glutamicum (ATCC 13032) to prepare a synthetic promoter library.
실시예 2: 형광 활성 세포 분류기를 통한 합성 프로모터 라이브러리의 스크리닝Example 2 Screening of Synthetic Promoter Libraries via Fluorescence Activated Cell Sorter
실시예 1에서 제작된 코리네박테리움 글루타미쿰 합성 프로모터 라이브러리를 BHI (Brain heart infusion) 배지에 접종하여 약 24시간동안 30℃, 200 RPM에서 배양한 후, 신선한 BHI 배지에 1/100의 부피만큼 옮겨져 동일 조건에서 24시간동안 배양하였다. 배양한 코리네박테리움 글루타미쿰을 6000rpm으로 5 분간 원심분리하여 균체를 수득한 후, PBS(phosphate buffered saline)에 현탁하여, 녹색형광단백질의 발현에 의하여 형광을 나타내는 세포를 형광활성 세포분류기를 통해서 스크리닝하였다. 상위 5% 미만의 강한 형광세기를 보이는 코리네박테리움 글루타미쿰 균주를 분류하고, 분류한 코리네박테리움 글루타미쿰은 다시 신선한 BHI 배지에 배양하여 스크리닝을 반복하였다. 4회에 걸친 세포분류 스크리닝 이후 최종적으로 분류된 코리네박테리움 글루타미쿰은 고체 BHI agar 배지에서 배양하여, 콜로니를 수득하여, 분석하였다(도 2).
The Corynebacterium glutamicum synthesis promoter library prepared in Example 1 was inoculated into a BHI (Brain heart infusion) medium and cultured at 30 DEG C and 200 RPM for about 24 hours. Then, fresh BHI medium was added to a volume of 1/100 And cultured under the same conditions for 24 hours. The cultured Corynebacterium glutamicum was centrifuged at 6000 rpm for 5 minutes to obtain cells. The cells were suspended in PBS (phosphate buffered saline), and cells showing fluorescence by the expression of green fluorescent protein were suspended in a fluorescence activated cell sorter Lt; / RTI > Corynebacterium glutamicum strains exhibiting a strong fluorescence intensity of less than 5% were classified and classified. Corynebacterium glutamicum was again cultured on fresh BHI medium and screened. After four rounds of cell sorting screening, the finally sorted Corynebacterium glutamicum was cultured in solid BHI agar medium to obtain colonies and analyzed (FIG. 2).
실시예 3: 최종적으로 발굴한 두 개의 강한 합성 프로모터의 녹색 형광단백질 발현을 통한 활성 분석Example 3: Activity analysis of green fluorescent protein expression of two strong synthetic promoters finally excavated
실시예 2에서 개별적인 콜로니 분석을 통하여 선정된 두개의 강한 합성 프로모터를 H30 및 H36으로 명명하고, 하기와 같이 서열을 분석하였다. Two strong synthetic promoters selected through individual colony analysis in Example 2 were named H30 and H36 and sequenced as follows.
H30:GGTACCAAAGTAACTTTTCGGTTAAGGTAGCGCATTCGTGGTGTTGCCCGTGGCCCGGTTGGTTGGGCAGGAGTATATTGGGATCC(서열번호 1)H30: GGTACCAAAGTAACTTTTCGGTTAAGGTAGCGCATTCGTGGTGTTGCCCGTGGCCCGGTTGGTTGGGCAGGAGTATATTGGGATCC (SEQ ID NO: 1)
H36:GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCATGGGATCC(서열번호 3)H36: GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCATGGGATCC (SEQ ID NO: 3)
상기 H30 및 H36 프로모터를 함유하는 플라스미드와 양성대조군인 trc 프로모터를 가지는 플라스미드를 이용하여, 리포터 단백질인 녹색형광 단백질의 발현에 따른 형광 세기, 발현양, 전사량을 비교 분석하였다.Using the plasmid containing the H30 and H36 promoters and the trc promoter as a positive control, the fluorescence intensity, expression level and transcription amount of green fluorescent protein as a reporter protein were compared and analyzed.
pCES208 벡터를 가진 코리네박테리움, trc 프로모터에 녹색형광단백질이 연결된 유전자 단편이 클로닝된 벡터를 함유하는 코리네박테리움, H30과 H36 합성 프로모터에 녹색형광단백질이 연결된 유전자 단편이 클로닝된 벡터를 가진 코리네 박테리움은 BHI (Brain heart infusion) 배지에 접종하여, 24시간 동안 30℃, 200RPM에서 배양한 후, 신선한 BHI 배지에 1/100의 부피만큼 옮겨져 동일 조건에서 24시간 동안 배양하였다. 각각의 코리네박테리움 글루타미쿰 균주 배양액을 6000 rpm으로 5 분간 원심분리하여 균체를 수득하고, PBS에 현탁하여 녹색형광 단백질의 발현량을 알아보기 위하여, 형광세기 분석 및 웨스턴 블럿을 수행하였다. Corynebacterium containing the pCES208 vector, Corynebacterium containing the vector in which the gene fragment to which the green fluorescent protein is linked to the trc promoter is cloned, a gene fragment in which the green fluorescent protein is linked to the H30 and H36 synthetic promoter, is cloned Corynebacterium was inoculated on BHI (Brain heart infusion) medium, cultured at 30 ° C and 200 RPM for 24 hours, transferred to fresh BHI medium by 1/100 volume, and cultured for 24 hours under the same conditions. Each of the cultures of Corynebacterium glutamicum strains was centrifuged at 6000 rpm for 5 minutes to obtain cells. The suspension was suspended in PBS to examine the amount of green fluorescent protein expressed, followed by fluorescence intensity analysis and western blotting.
형광분석기를 이용한 형광세기 분석 결과, 도 3의 a에 나타난 바와 같이 합성프로모터 H30 및 H36을 함유한 플라스미드를 가진 코리네박테리움 균주가 양성대조군인 trc 프로모터를 함유한 코리네박테리움보다 월등히 높은 형광을 나타내었다. As a result of fluorescence intensity analysis using a fluorescence analyzer, it was found that the Corynebacterium strain having the plasmid containing the synthetic promoters H30 and H36 as shown in Fig. 3 (a) was much higher in fluorescence than the Corynebacterium containing the trc promoter Respectively.
웨스턴 블럿을 위하여, 상기 PBS에 현탁하여 수득된 균체에 pCES208 벡터를 가진 코리네박테리움, trc 프로모터에 녹색형광단백질이 연결된 유전자 단편이 클로닝된 벡터를 함유하는 코리네박테리움, H30과 H36 합성 프로모터에 녹색형광단백질이 연결된 유전자 단편이 클로닝된 벡터를 가진 코리네 박테리움 균주를 초음파로 용해시키고, 전세포 lysate로 웨스턴 블럿을 수행하여, 각각의 녹색형광단백질의 발현양을 비교 분석하였다.For Western blot, Corynebacterium having a pCES208 vector in the cells obtained by suspending in the PBS, Corynebacterium containing a vector in which a gene fragment having a green fluorescent protein linked to a trc promoter was cloned, H30 and H36 synthetic promoters Was cloned and the Corynebacterium strains were dissolved by ultrasonication and Western blotted with whole cell lysate was performed to compare the expression amounts of the respective green fluorescent proteins.
웨스턴 블럿 실험에 사용한 항체는 Anti-FLAG M2 항체에 Horseradish peroxidase (HRP)가 연결된 항체 (Sigma-Aldrich, 미국)를 사용하였다.Antibodies used in Western blot experiments were antibodies (Sigma-Aldrich, USA) in which Horseradish peroxidase (HRP) was linked to Anti-FLAG M2 antibody.
그 결과, 도 3의 b에 나타난 바와 같이, trc 프로모터를 통한 녹색형광단백질의 발현양보다 H30 및 H36의 합성 프로모터를 통한 녹색형광단백질의 발현양이 더 많음을 확인하였다.As a result, as shown in Fig. 3 (b), it was confirmed that the amount of green fluorescent protein expressed by the synthetic promoter of H30 and H36 was higher than the expression of green fluorescent protein through the trc promoter.
각각의 프로모터에 의하여 전사되는 mRNA의 양을 확인하기 위하여, RT-PCR을 수행하였다. To confirm the amount of mRNA transcribed by each promoter, RT-PCR was performed.
먼저, pCES208 벡터를 함유하는 코리네박테리움, trc 프로모터에 녹색형광단백질이 연결된 유전자 절편이 클로닝된 벡터를 함유하는 코리네박테리움, H30과 H36 합성 프로모터에 녹색형광단백질이 연결된 유전자 절편이 클로닝된 벡터를 가진 코리네 박테리움을 BHI 배지에 접종하여 24시간 동안 30℃, 200 RPM 에서 배양한 후, 신선한 BHI 배지에 1/100의 부피만큼 옮겨 동일조건에서 mid-exponentical phase까지 배양하였다. 배양된 각각의 코리네박테리움 균주를 Qiagen RNeasy Mini kit를 통해 total RNA를 분리하였고, 분리한 RNA를 One step SYBR PrimeScript RT-PCR kit(TAKARA Bio, 일본)와 Bio-Rad CFX Connect 기기(Bio-Rad, 미국)를 통해 정량 역전사 PCR을 수행하였다. 그 결과, 도 3의 c에 나타난 바와 같이, 정량 역전사 PCR 결과로 trc 프로모터를 통한 전사량보다 H30과 H36의 전사량이 많음을 확인하였다.
First, Corynebacterium containing the pCES208 vector, Corynebacterium containing the vector in which the gene fragment having the green fluorescent protein linked to the trc promoter is cloned, and a gene fragment in which the green fluorescent protein is linked to the H30 and H36 synthesis promoter are cloned Corynebacterium vector was inoculated on BHI medium, cultured at 30 ° C and 200 RPM for 24 hours, transferred to fresh BHI medium by a volume of 1/100, and cultured under the same conditions to the mid-exponentical phase. Total RNA was isolated from the cultured Corynebacterium strains using the Qiagen RNeasy Mini kit. The separated RNAs were analyzed by one step SYBR PrimeScript RT-PCR kit (TAKARA Bio, Japan) and Bio-Rad CFX Connect instrument (Bio- Rad, USA). As a result, as shown in FIG. 3C, it was confirmed by quantitative reverse transcription PCR that the transcription amount of H30 and H36 was larger than that of transcription through the trc promoter.
실시예 4: 합성 프로모터를 통한 항체 단편 및 자일라나아제의 생산Example 4 Production of Antibody Fragment and Xylalanase Through a Synthetic Promoter
합성 프로모터 H30과 H36에 분비 생산에 응용할 수 있는 porB 시그널 서열(signal sequence)을 연결하고 항체 단편을 코딩하는 유전자와 자일라나아제를 코딩하는 유전자를 연결하여 상기 두 단백질에 대해서 분비 생산에 응용하였다.The porB signal sequence, which can be applied to secretory production, was ligated to the synthetic promoters H30 and H36, and a gene encoding an antibody fragment and a gene encoding a xylanase were ligated to apply secretion production to the two proteins.
porB signal sequence에 연결된 항체 단편, porB signal sequence에 연결된 자일라나아제 유전자 절편을 제작하는 방법으로는 PCR이 사용되었다. PCR을 위해 사용된 올리고뉴클레오타이드들의 Tm은 모두 55 ℃ 이상이 되도록 제작되었다.PCR was used as a method for constructing the antibody fragment linked to the porB signal sequence and the xylanase gene fragment linked to the porB signal sequence. The T m of the oligonucleotides used for PCR were all designed to be above 55 ° C.
우선 porB signal sequence에 연결된 항체 단편을 코딩하는 유전자 절편의 제조에는 항체 단편을 코딩하는 유전자를 주형으로 하고 하기 서열번호 11~12의 프라이머쌍을 사용하여 PCR을 수행하였다. PCR의 결과로 표지분자인 FLAG tag을 C-터미너스에 가지는 항체 단편를 코딩하는 DNA 서열이 얻었다.First, PCR was carried out using primer pairs of SEQ ID NOS: 11 to 12, with the gene coding for the antibody fragment as a template for the preparation of the gene fragment coding for the antibody fragment linked to the porB signal sequence. As a result of the PCR, a DNA sequence coding for an antibody fragment having a FLAG tag at its C-terminal was obtained.
porB signal sequence 증폭을 위한 주형으로는 코리네박테리움 글루타미쿰 크로모좀을 사용하였으며, 항체 단편을 코딩하는 유전자의 주형으로는 pMoPac16-M18 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 101:9193-9198, 2004) 플라스미드를 사용하였다.
Corynebacterium glutamicum chromosome was used as the template for the amplification of the porB signal sequence and pMoPac16-M18 (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101: 9193 -9198, 2004) plasmid was used.
서열번호 11:5'-TGGGATCCATGAAGCTTTCACACCGCATCGCAGCAATGGCAGCAACCGCAGGCATCACAGTGGCAGCATTCGCAGCACCTGCTTCCGCAATGGACATTCAGATGACCC-3'SEQ ID NO: 11: 5'-TG GGATCC ATGAAGCTTTCACACCGCATCGCAGCAATGGCAGCAACCGCAGGCATCACAGTGGCAGCATTCGCAGCACCTGCTTCCGCAATGGACATTCAGATGACCC- 3 '
서열번호 12:5'-GTGGCGGCCGCTTATCACTTATCATCGTCGTCCTTGTAGTCGGAAGACACGGTAACGGAGG-3'
SEQ ID NO: 12: 5'-GTG GCGGCCGC TTATCACTTATCATCGTCGTCCTTGTAGTCGGAAGACACGGTAACGGAGG-3 '
pCES208벡터를 함유하는 코리네박테리움, trc 프로모터 및 sod 프로모터 (Gene ID: 3343659) 에 항체 단편이 연결된 유전자단편이 클로닝된 벡터를 함유하는 코리네박테리움, H30과 H36 합성 프로모터에 항체단편이 연결된 유전자 절편이 클로닝된 벡터를 가진 코리네 박테리움은 BHI 배지에 접종하여 24시간 동안 30℃, 200 RPM에서 배양하고, 신선한 BHI 배지에 1/100의 부피만큼 옮겨 동일 조건에서 24시간 배양하였다. 배양된 코리네박테리움 글루타미쿰을 13000 rpm으로 10 분간 원심분리한 후, 상층액에서 아세톤 침전방법을 통해서 단백질을 수득하였다. 상기 수득한 상층액 단백질 샘플로 웨스턴 블럿을 수행하여, 각각의 항체 단편의 발현양을 비교 분석하였다. An antibody fragment is linked to a Corynebacterium, H30 and H36 synthetic promoter containing a vector in which a gene fragment with an antibody fragment linked to Corynebacterium, trc promoter and sod promoter (Gene ID: 3343659) containing the pCES208 vector is cloned Corynebacterium with the vector fragment in which the gene fragment was cloned was inoculated on BHI medium, cultured at 30 DEG C and 200 RPM for 24 hours, transferred to fresh BHI medium by 1/100 volume, and incubated for 24 hours under the same conditions. The cultured Corynebacterium glutamicum was centrifuged at 13000 rpm for 10 minutes, and proteins were obtained by acetone precipitation in the supernatant. Western blot was performed on the obtained supernatant protein samples to compare the expression amounts of the respective antibody fragments.
웨스턴 블럿 실험에 사용한 항체는 Anti-FLAG M2 항체에 Horseradish peroxidase (HRP)가 연결된 항체 (Sigma-Aldrich, 미국)를 사용하였다.Antibodies used in Western blot experiments were antibodies (Sigma-Aldrich, USA) in which Horseradish peroxidase (HRP) was linked to Anti-FLAG M2 antibody.
그 결과, 도 4의 a에 나타난 바와 같이, trc 프로모터를 통한 항체 단편의 발현양보다 H30 및 H36의 합성 프로모터를 통한 항체 단편의 발현양이 더 많음을 확인하였다.As a result, as shown in Fig. 4 (a), it was confirmed that the expression amount of the antibody fragment through the synthetic promoter of H30 and H36 was higher than the expression amount of the antibody fragment through the trc promoter.
또한, 도 4의 c에 나타난 바와 같이, trc와 sod 프로모터를 통한 항체 단편의 발현양보다 H30 및 H36의 합성 프로모터를 통한 항체 단편의 발현양이 더 많음을 확인하였다.In addition, as shown in FIG. 4 (c), it was confirmed that the expression amount of the antibody fragment through the synthetic promoter of H30 and H36 was higher than the expression level of the antibody fragment through the trc and sod promoters.
또한, 항체 단편의 활성과 상대적인 양을 비교 분석하기 위해 면역 흡착반응 실험을 수행하였다. 면역흡착 반응실험은 Jeong KJ 및 Rani M의 방법과 같이 진행하였다(Jeong KJ and Rani M., Bioprocess Biosyst Eng, 34(7):811, 2011). 항원 PA toxin의 초기 코팅 후 배양된 코리네 박테리움의 세포를 제외한 배양액이 반응에 이용되었고, 항체 단편 양 측정은 anti-FLAG M2 항체에 Horseradish peroxidase가 접합된 항체 (Sigma-Aldrich, 미국)를 이용하였다. In addition, immunoadsorption experiments were performed to compare and analyze the activity and relative amounts of antibody fragments. Immunosuppression experiments were carried out according to the method of Jeong KJ and Rani M. (Jeong KJ and Rani M., Bioprocess Biosyst Eng, 34 (7): 811, 2011). After the initial coating of antigen PA toxin, cultures except Corynebacterium cells were used for the reaction. Antibody fragments were assayed by using anti-FLAG M2 antibody (Sigma-Aldrich, USA) conjugated with Horseradish peroxidase Respectively.
그 결과, 도 4의 b에 나타난 바와 같이, trc 프로모터로 생산된 항체 단편보다 합성 프로모터 H30과 H36을 통해 생산된 항체 단편의 양이 훨씬 많다는 것을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the amount of the antibody fragment produced through the synthetic promoters H30 and H36 was much larger than that of the antibody fragment produced by the trc promoter as shown in Fig. 4 (b).
또 porB signal sequence에 연결된 자일라나아제를 코딩하는 유전자 절편의 제조에는 자일라나아제를 코딩하는 유전자를 주형 (template)으로 하고 서열번호 12~13의 프라이머쌍을 사용하여 PCR을 진행하였다. PCR의 결과로 표지분자인 FLAG tag을 C-터미너스에 가지는 자일라나아제를 코딩하는 DNA 서열을 얻었다.In addition, PCR was carried out using primer pairs of SEQ ID NOS: 12 to 13 with a gene coding for xylanase as a template in the preparation of a gene fragment coding for xylalanase linked to the porB signal sequence. As a result of the PCR, a DNA sequence encoding a xylanase having a FLAG tag at its C-terminus as a marker molecule was obtained.
porB signal sequence의 주형으로는 코리네박테리움 글루타미쿰 크로모좀 유전자의 정보를 바탕으로 유전자 자일라나아제 유전자는 스트렙토마이시트 코엘리컬러 A3(2)의 크로모좀 유전자(GenBank 등재번호 AL939125.1)를 주형으로 사용하였다.
Based on the information of the Corynebacterium glutamicum chromosomal gene as a template for the porB signal sequence, the gene xylanase gene is a chromosomal gene (GenBank accession number AL939125.1) of streptomycet Koeley color A3 (2) Was used as a template.
서열번호 13:5'-TGGGATCCATGAAGCTTTCACACCGCATCGCAGCAATGGCAGCAACCGCAGGCATCACAGTGGCAGCATTCGCAGCACCTGCTTCCGCAGCCGAGAGCACGCTC-3'SEQ ID NO: 13: 5'-TG ATGAAGCTTTCACACCGCATCGCAGCAATGGCAGCAACCGCAGGCATCACAGTGGCAGCATTCGCAGCACCTGCTTCCGCAGCCGAGAGCACGCTC GGATCC-3 '
서열번호 14'-CGCATATGCTATTAATGATGGTGATGGTGATGGGTGCGGGTCCAGC-3'
SEQ ID NO: 14'-CG CATATG CTATTAATGATGGTGATGGTGATGGGTGCGGGTCCAGC-3 '
pCES208 벡터를 함유하는 코리네박테리움, porB 프로모터에 자일라나아제가 연결된 유전자 절편이 클로닝된 벡터를 함유하는 코리네박테리움, H30과 H36 합성 프로모터에 자일라나아제가 연결된 유전자 절편이 클로닝된 벡터를 가진 코리네박테리움을 BHI 배지에 접종하여, 24시간 동안 30℃, 200 RPM에서 배양한 후 신선한 BHI 배지에 1/100의 부피만큼 옮겨 동일 조건에서 24시간 동안 배양하였다. 코리네박테리움 글루타미쿰 배양액을 13000 rpm으로 10 분간 원심분리하여, 상층액을 취하여, 아세톤 침전방법을 통해서 단백질을 수득하였다. 상기 수득된 단백질로 SDS-PAGE를 수행하여, 각각의 균주에서 생산된 자일라나아제의 양을 비교하였다. porB 프로모터를 통한 자일라나아제의 발현양보다 본 발명에 따른 합성 프로모터를 통한 자일라나아제의 발현양이 더 많음을 확인하였디(도 5a).Corynebacterium containing the pCES208 vector, Corynebacterium containing the vector cloned with the gene fragment to which the xylanase is linked in the porB promoter, a vector cloned with the gene fragment in which the xylanase is linked to the H30 and H36 synthesis promoter Corynebacterium was inoculated into BHI medium, cultured at 30 ° C and 200 RPM for 24 hours, transferred to fresh BHI medium by 1/100 volume, and incubated for 24 hours under the same conditions. The culture solution of Corynebacterium glutamicum was centrifuged at 13000 rpm for 10 minutes, and the supernatant was taken and protein was obtained by the acetone precipitation method. SDS-PAGE was performed on the obtained proteins to compare the amounts of xylanase produced in each strain. it was confirmed that the expression amount of xylalanase through the synthetic promoter according to the present invention was higher than the expression amount of xylalanase through the porB promoter (Fig. 5A).
분비 생산된 자일라나아제의 활성 및 발현양 비교를 위하여 DNS 측정 실험을 통해서 자일라나아제 활성을 측정하였다. 각각의 코리네박테리움의 배양 상층액과 DNS 용액 (1 L 당 7.5 g 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS), 14 g NaOH, 216.1 g Rochelle salt, 5.4 mL phenol and 5.9 g Na2S2O5)을 1:3으로 섞은 후 100℃에서 5분간 반응시키고 분광광도계를 통해 550nm에서 흡광도를 측정하였다. 그 결과, 도 5의 b에 나타난 바와 같이, porB 프로모터를 통한 자일라나아제의 발현양보다 합성 프로모터인 H30과 H36의 발현양이 훨씬 높은을 확인하였다.In order to compare the activity and expression level of secreted xylanase, xylanase activity was measured by DNS measurement experiment. Each culture supernatant of Corynebacterium and DNS solution (7.5
상기 실험을 통해 가장 강한 합성 프로모터로 H36 프로모터를 선정하였고, H36 프로모터에 자일라나아제가 연결된 벡터를 함유하는 코리네박테리움으로 발효 실험을 통해 자일라나아제의 대량생산을 하였다. 그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 발효 실험을 통해 35.6 시간동안 자일라나아제 746 mg/L가 세포 외부로 분비 생산되었다.
Through the above experiments, the H36 promoter was selected as the strongest synthetic promoter and mass production of xylenase was carried out by fermentation with Corynebacterium containing the vector to which the xylanase was linked in the H36 promoter. As a result, as shown in Fig. 6, 746 mg / L of xylanase was secreted to the outside of the cell for 35.6 hours through the fermentation experiment.
실시예 5: 최종적으로 발굴한 가장 강한 합성 프로모터의 유전자 서열 염기 치환을 통한 활성의 변화 분석Example 5: Analysis of the activity of the strongest synthetic promoter finally discovered by gene sequence base substitution
최종적으로 발굴한 가장 강한 합성 프로모터 H36 프로모터의 임의의 한 부분을 정하여 그 부분을 A, T, G, C를 통해 치환하였고 그 각각의 치환된 프로모터의 활성 정도를 녹색형광단백질을 연결하여 그 단백질의 발현양과 형광 세기, 전사량을 통하여 비교 분석하였다.A portion of the most promising synthetic promoter H36 promoter was finally identified and replaced by A, T, G, and C, and the activity of each of the substituted promoters was determined by linking the green fluorescent protein Expression level, fluorescence intensity, and transfer amount were compared and analyzed.
H36 프로모터의 서열 치환은 PCR을 통하여 이루어졌다. 서열 3 (H36)의 염기서열을 주형으로 서열번호 15 및 16, 서열번호 15 및 17, 서열번호 15 및 18의 프라이머 쌍을 사용하여 PCR을 수행하였다.
Sequence substitution of the H36 promoter was accomplished by PCR. PCR was performed using the primer pairs of SEQ ID NOs: 15 and 16, SEQ ID NOs: 15 and 17, SEQ ID NOs: 15 and 18 using the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 (H36) as a template.
서열번호 15: CGCGCAATTAACCCTCSEQ ID NO: 15: CGCGCAATTAACCCTC
서열번호 16: tGGATCCtATGCTACTCSEQ ID NO: 16: tGGATCCtATGCTACTC
서열번호 17: tGGATCCgATGCTACTCSEQ ID NO: 17: tGGATCCgATGCTACTC
서열번호 18: tGGATCCaATGCTACTC
SEQ ID NO: 18: tGGATCCaATGCTACTC
상기 PCR에서 얻어진 서열이 치환된 H36 프로모터와 녹색형광단백질에 H36 프로모터를 연결한 벡터를 각각 제한효소 KpnI과 BamHI으로 절단한 후 T4 DNA 라이게이즈를 이용하여 라이게이션 하여 서열이 치환된 H36 프로모터와 녹색형광단백질이 연결된 플라스미드 (H36_ATA, H36_ATC, H36_ATT)를 합성하였다.The vector obtained by ligating the H36 promoter substituted with the sequence obtained in the above PCR and the H36 promoter to the green fluorescent protein was digested with restriction enzymes KpnI and BamHI, followed by ligation using T4 DNA ligase to obtain a sequence-substituted H36 promoter Plasmids (H36_ATA, H36_ATC, H36_ATT) with green fluorescent protein were synthesized.
상기 치환된 H36 프로모터의 서열은 서열번호 4~6와 같으며, 실시예 3과 동일한 방법으로 리포터 단백질인 녹색형광 단백질의 발현을 형광세기와, 정량분석을 수행하였다 (도 7).The sequence of the substituted H36 promoter was as shown in SEQ ID NOS: 4 to 6, and the expression of green fluorescent protein, a reporter protein, was quantitatively analyzed by fluorescence intensity in the same manner as in Example 3 (FIG. 7).
도 7의 a와 b는 형광활성 세포분류기를 통해 H36 합성 프로모터의 내부 서열 한 부분이 A, T, G, C로 달라졌을 때의 연결된 녹색형광단백질의 발현양을 형광의 세기로 비교 분석한 것이다. 음성 대조군으로 pCES208 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰 (Negative), 양성 대조군으로 pCES208 벡터에 trc 프로모터와 녹색형광단백질을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰 (Positive), 그리고 H36 합성 프로모터 유전자 서열 한 부분을 A, T, G, C로 달리하고 녹색형광단백질을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰 (H36, H36_ATA, H36_ATC, H36_ATT)을 분석하였다.7a and 7b show comparative analysis of the amount of green fluorescent protein expressed when the internal sequence of the H36 synthesis promoter was changed to A, T, G, and C through the fluorescence activated cell sorter . Corynebacterium glutamicum containing a pCES208 vector as a negative control, Corynebacterium glutamicum containing a vector having a trc promoter and a green fluorescent protein linked to a pCES208 vector as a positive control, and (H36, H36_ATA, H36_ATC, H36_ATT) containing a vector in which a portion of the H36 synthetic promoter gene sequence was changed to A, T, G, and C and a green fluorescent protein was ligated.
도 7의 c는 정량역전사 PCR 실험을 통해 H36 합성 프로모터의 내부 서열 한 부분이 A, T, G, C로 달라졌을 때의 연결된 녹색형광단백질 유전자의 전사량을 비교 분석한 것이다. H36 합성 프로모터 유전자 서열 한 부분을 A, T, G, C로 달리하고 녹색형광단백질을 연결한 벡터를 함유하는 코리네박테리움 글루타미쿰 (H36, H36_ATA, H36_ATC, H36_ATT)을 분석하였다.FIG. 7C is a comparative analysis of the amount of the green fluorescent protein gene transferred when the internal sequence of the H36 synthetic promoter was changed to A, T, G, and C through quantitative reverse transcription PCR experiments. (H36, H36_ATA, H36_ATC, H36_ATT) containing a vector in which a portion of the H36 synthetic promoter gene sequence was changed to A, T, G, and C and a green fluorescent protein was ligated.
그 결과, 치환된 서열을 가지는 프로모터도 우수한 발현량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
As a result, it was confirmed that the promoter having the substituted sequence also exhibited an excellent expression amount.
서열번호 2:SEQ ID NO: 2:
GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT N GGATCCGGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT N GGATCC
H36_ATA(서열번호 4)H36_ATA (SEQ ID NO: 4)
:GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT a GGATCC: GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT a GGATCC
H36_ATT(서열번호 5)H36_ATT (SEQ ID NO: 5)
:GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT t GGATCC: GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT t GGATCC
H36_ATC (서열번호 6)H36_ATC (SEQ ID NO: 6)
:GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT c GGATCC: GGTACCTCTATCTGGTGCCCTAAACGGGGGAATATTAACGGGCCCAGGGTGGTCGCACCTTGGTTGGTAGGAGTAGCAT c GGATCC
<110> Korea Advanced Institute of Science and Technology <120> Synthetic Promoter for Expressing Corynebacteria <130> P13-B040 <160> 18 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 86 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> synthetic promoter <400> 1 ggtaccaaag taacttttcg gttaaggtag cgcattcgtg gtgttgcccg tggcccggtt 60 ggttgggcag gagtatattg ggatcc 86 <210> 2 <211> 86 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> synthetic promoter <400> 2 ggtacctcta tctggtgccc taaacggggg aatattaacg ggcccagggt ggtcgcacct 60 tggttggtag gagtagcatn ggatcc 86 <210> 3 <211> 86 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> synthetic promoter <400> 3 ggtacctcta tctggtgccc taaacggggg aatattaacg ggcccagggt ggtcgcacct 60 tggttggtag gagtagcatg ggatcc 86 <210> 4 <211> 86 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> synthetic promoter <400> 4 ggtacctcta tctggtgccc taaacggggg aatattaacg ggcccagggt ggtcgcacct 60 tggttggtag gagtagcata ggatcc 86 <210> 5 <211> 86 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 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Sequence <220> <223> primer <400> 18 tggatccaat gctactc 17
Claims (21)
1. A promoter for expression of a genus of genus Corynebacterium having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1.
A recombinant vector containing the promoter of claim 1.
3. The recombinant vector according to claim 2, further comprising a gene encoding a target protein.
A recombinant microorganism transformed with the recombinant vector of claim 3.
5. The recombinant microorganism according to claim 4, which is a genus of Corynebacterium.
Culturing the recombinant microorganism of claim 4 or 5 to produce a target protein; And recovering the produced protein.
A promoter for expressing a genus of genus Corynebacterium having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.
8. The expression promoter according to claim 7, which has the nucleotide sequence selected from SEQ ID NOS: 3-6.
9. A recombinant vector containing the promoter of claim 7 or 8.
10. The recombinant vector according to claim 9, which contains a target gene.
A recombinant microorganism transformed with the vector of claim 10.
12. The microorganism according to claim 11, which is a genus of Corynebacterium.
Culturing the recombinant microorganism of claim 11 or 12 to produce a target protein; And recovering the produced target protein.
(a) AGGA의 염기서열을 가지는 리보솜 부착 부위의 전방에 62 개의 래덤 염기서열과 후방에 8 개의 랜덤염기 서열을 가지는 프로모터와 리포터 유전자를 함유하는 플라스미드 라이브러리를 제작하는 단계;
(b) 상기 플라스미드 라이브러리를 코리네박테리움 속 균주에 형질전환시켜, 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리를 제작하는 단계;
(c) 합성프로모터 스크리닝용 라이브러리를 배양하여, 리포터 유전자의 발현량이 우수한 균주를 수득하는 단계; 및
(d) 상기 수득된 균주가 함유하는 프로모터를 수득하는 단계.
A method for screening a synthetic promoter for expression of Corynebacterium sp.
(a) preparing a plasmid library containing a promoter and a reporter gene having 62 random base sequences and 8 random base sequences in front of a ribosome attachment site having a base sequence of AGGA;
(b) transforming the plasmid library into a genus of genus Corynebacterium to prepare a library for screening synthetic promoters;
(c) culturing a library for screening synthetic promoter to obtain a strain having an excellent expression amount of a reporter gene; And
(d) obtaining a promoter contained in the obtained strain.
15. The method of claim 14, wherein the reporter gene is selected from the group consisting of a fluorescent protein, an antibiotic- Carbohydrate hydrolase, and a protein encoding a protein selected from the group consisting of carbohydrate hydrolase.
A promoter for expression of a genus of genus Corynebacterium having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 2 and having 90% or more homology.
A recombinant vector containing the promoter of claim 16.
18. The recombinant vector according to claim 17, further comprising a gene encoding a target protein.
A recombinant microorganism transformed with the recombinant vector of claim 18.
20. The recombinant microorganism according to claim 19, which is a genus of Corynebacterium.
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