KR20150128705A - 재조합 숙주에서 스테비올 글리코시드의 효율적인 생성 - Google Patents

재조합 숙주에서 스테비올 글리코시드의 효율적인 생성 Download PDF

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KR20150128705A
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에르네스토 시몬
아이벤 노르트마르크 안데르센
마이클 달가드 미켈슨
요르겐 한센
베로니크 도우친
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에볼바 에스아
베로니크 도우친
마이클 달가드 미켈슨
요르겐 한센
에르네스토 시몬
아이벤 노르트마르크 안데르센
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Abstract

스테비올 글리코시드를 생성하거나, 하나 이상의 내인성 트랜스포터 또는 전사 인자 유전자의 변형된 발현을 지니거나, 하나 이상의 이종성 트랜스포터를 과다발현하여 관심 대상의 스테비올 글리코시드의 분비를 증가시키는, 재조합 미생물이 기재되어 있다.

Description

재조합 숙주에서 스테비올 글리코시드의 효율적인 생성 {EFFICIENT PRODUCTION OF STEVIO GLYCOSIDES IN RECOMBINANT HOSTS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 2월 11일 출원된 미국 가출원 번호: 61/763,290, 및 2013년 2월 11일 출원된 미국 가출원 번호: 61/763,308의 이익을 청구하며, 이들 각각의 기재내용은 참조로 통합된다.
기술 분야
본 발명은 스테비올 글리코시드의 재조합 생성 및 이의 분리 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 재조합 숙주 예컨대, 재조합 미생물에 의한 스테비올 글리코시드 예컨대, 레바우디오시드 A (RebA), 레바우디오시드 B (RebB), 레바우디오시드 D (RebD), 레바우디오시드 E (RebE) 및 레바우디오시드 M (RebM)의 생성에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 스테비올 글리코시드의 생성, 분비 또는 이 둘 모두를 증가시키기 위한 재조합 숙주에서의 수송 시스템에 대한 변형에 관한 것이다.
감미료는 식품, 음료, 또는 과자 산업에서 가장 흔히 이용되는 성분들로 잘 알려져 있다. 감미료는 생산 동안 최종 식품에 통합될 수 있거나 단독 용도로 적절하게 희석시켰을 때, 식탁 감미료 또는 베이킹에서 설탕을 대체하는 가정용 대체물로 이용할 수 있다. 감미료는 예를 들어 수크로스, 고과당 옥수수 시럽, 당밀, 메이플 시럽, 및 꿀과 같은 천연 감미료, 및 예를 들어 아스파르탐, 사카린 및 수크랄로스와 같은 인공 감미료를 포함한다. 스테비아(Stevia) 추출물은 다년생 관목, 스테비아 레바우디아나(Stevia rebaudiana)로부터 분리되고 추출될 수 있는 천연 감미료이다. 스테비아 추출물의 상업적 생산을 위한 스테비아는 남미 및 아시에에서 흔히 자란다. 다양한 수준으로 정제된 스테비아 추출물은 식품 및 블렌드에서 고감도 감미료로 또는 단독으로 식탁 감미료로 상업적으로 이용된다.
스테비아 식물의 추출물들은 레바우디오시드 및 단맛에 기여하는 기타 스테비올 글리코시드를 함유하지만, 각 글리코시드의 양은 다양한 생산 일괄량 (batches)에 따라 흔히 변화한다. 전형적으로, 스테비오시드 및 레바우디오시드 A는 시판되는 스테비아 추출물의 주요 화합물이다. 스테비오시드는 레바우디오시드 A에 비해 보다 쓴맛이며 단맛이 덜한 것으로 보고된다. 스테비아 추출물의 조성물은 식물이 성장하는 토양 및 기후에 따라 매우 다양할 수 있다. 원료 식물, 기후 조건, 및 추출 공정에 따라, 상업적 제조 과정에서 레바우디오시드 A의 양은 총 스테비올 글리코시드 함량의 20 내지 97%로 다양한 것으로 보고된다. 또 다른 스테비올 글리코시드는 스테비아 추출물 중에 다양한 양으로 존재한다. 예를 들어, 레바우디오시드 B는 통상적으로 1-2% 미만으로 존재하는 반면, 레바우디오시드 C는 7-15% 만큼 높은 수준으로 존재할 수 있다. 레바우디오시드 D는 총 스테비올 글리코시드의 통상적으로 2% 이하의 수준으로 존재하고, 레바우디오시드 M은 통상적으로 미량 수준 (<0.1%)으로 존재하고, 레바우디오시드 F는 통상적으로 3.5% 이하로 조성물에 존재한다. 소량의 스테비올 글리코시드는 스테비아 추출물의 향미 프로필에 영향을 줄 수 있다.
디테르펜 스테비올 및 다양한 스테비올 글리코시드를 포함하여 스테비아 추출물들에서 발견된 몇몇 화합물에 대한 화학 구조물들을 표 1에 나타내었다. CAS 번호는 하기 표 1에 나타낸다. 또한, 문헌 [Hariet Wallin, Food Agric.Org (2007)]에 의해 제시된 스테비올 글리코시드 화학적 및 기술적 평가 (Steviol Glycosides Chemical and Technical Assessment) 69th JECFA를 참조하라.
화합물 CAS #
스테비올 471-80-7
레바우디오시드 A (RebA) 58543-16-1
스테비올비오시드 41093-60-1
스테비오시드 57817-89-7
레바우디오시드 B (RebB) 58543-17-2
레바우디오시드 C (RebC) 63550-99-2
레바우디오시드 D (RebD) 63279-13-0
레바우디오시드 E (RebE) 63279-14-1
레바우디오시드 F (RebF) 438045-89-7
레바우디오시드 M (RebM) 1220616-44-3
루부소시드 (Rubu) 63849-39-4
둘코시드 A 64432-06-0
개요
본 문헌은 스테비올 글리코시드의 분비에 관련된 재조합 숙주에서 수송 시스템의 변형에 의해 스테비올 글리코시드 조성물을 유효하게 생성하는데 이용될 수 있는 물질 및 방법을 기술한다. 일부 구체예에서, 본원에 기술된 재조합 숙주는 적어도 하나의 스테비올 글리코시드를 생성할 수 있으며, 항생제를 활성적으로 분비하는 트랜스포터와 같은 이종성 트랜스포터를 발현할 수 있다. 일부 구체예에서, 본원에 기술된 재조합 숙주는 적어도 하나의 스테비올 글리코시드를 생성하며, 내인성 트랜스포터 유전자의 발현이 숙주에서 변형되고/거나 전사 인자 유전자의 발현이 변형되며, 여기에서 전사 인자는 적어도 하나의 내인성 트랜스포터 유전자의 발현을 조절한다. 활성적으로 항생제를 분비하는 내인성 트랜스포터의 발현 변형이 특히 유용하다. 일부 구체예에서, 복수의 내인성 트랜스포터 유전자, 전사 인자 유전자 또는 이 둘 모두의 발현이 변형된다. 이러한 재조합 숙주는 하나 이상의 생합성 유전자를 포함할 수 있는데, 이러한 유전자의 발현은 스테비올 글리코시드 예컨대, 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E, 또는 레바우디오시드 M의 생성을 유도한다. 이러한 생합성 유전자는 13-모노글루코시드 베타 1,2 글리코실트랜스퍼라제 및/또는 19-모노글루코시드-베타 1,2-글루코실트랜스퍼라제 (예를 들어, 91D2e 및 EUGT11) 및 기타 UDP 글리코실 트랜스퍼라제 예컨대, UGT74G1, UGT76G1, 및/또는 UGT85C2를 포함하여, 재조합 숙주에서 스테비올 글리코시드의 생성을 허용한다.
본 문헌은 또한, 스테비올 글리코시드 생성물을 생성하는 방법을 특징으로 한다. 이들 방법은 내인성 트랜스포터 유전자의 변형된 발현을 갖는 재조합 미생물 (예를 들어, 사카로마이세스 세레비시애 (Saccharomyces cerevisiae))을 이용하여 스테비올 글리코시드를 생성하고, 이어서 이를 선택적으로 발효 브로쓰로부터 정제할 수 있는, 발효 방법을 포함한다.
일 양태에서, 본 문헌은 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 유전자 또는 유전자들을 확인하는 것은 물론 본원에 제시된 바와 같은 스테비올 글리코시드를 생성하도록 재조합 세포 특히, 미생물을 유전적으로 조작하기 위한 이의 재조합 구체예를 이용하는 대안적 방법을 특징으로 한다. 이들 방법은 스테비올 또는 스테비올 글리코시드를 생성할 수 있는 재조합 미생물에서 적어도 하나의 내인성 트랜스포터의 발현을 변형시키고; 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에 배지에서 변형된 미생물을 배양하고; 변형이 결여된 상응하는 미생물에 의해 생성된 양과 비교하여 배양 단계 동안 생성된 세포외 및/또는 세포내 스테비올 글리코시드의 양을 측정하여 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 것으로서 내인성 트랜스포터를 확인하는 것을 포함한다.
본 문헌은 또한, 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 유전자 또는 유전자들을 확인하는 것은 물론 본원에 제시된 바와 같은 스테비올 글리코시드를 생성하도록 재조합 세포 특히, 미생물을 유전적으로 조작하기 위한 이의 재조합 구체예를 이용하는 방법을 특징으로 한다. 이들 방법은 미생물에서 적어도 하나의 내인성 트랜스포터의 발현을 변형시켜 변형된 미생물을 생성시키고; 변형된 미생물로 스테비올 글리코시드를 생성할 수 있는 하나 이상의 재조합 유전자를 도입시키고; 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에 배지에서 변형된 미생물을 배양하고; 변형이 결여된 상응하는 미생물에 의해 생성된 양과 비교하여 배양 단계 동안 생성된 세포외 및/또는 세포내 스테비올 글리코시드의 양을 측정함으로써, 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 것으로서 내인성 트랜스포터를 확인하는 것을 포함한다.
본 문헌은 또한, 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 유전자 또는 유전자들을 확인하는 추가적인 방법을 여전히 특징으로 한다. 이들 방법은 스테비올 또는 스테비올 글리코시드를 생성할 수 있는 재조합 미생물에서 내인성 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 적어도 하나의 내인성 전사 인자의 발현을 변형시키고; 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에 배지에서 변형된 미생물을 배양하고; 변형이 결여된 상응하는 미생물에 의해 생성된 양과 비교하여 배양 단계 동안 생성된 세포외 및/또는 세포내 스테비올 글리코시드의 양을 측정함으로써, 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 것으로서 전사 인자를 확인하는 것을 포함한다.
또 다른 구체예에서, 본 문헌은 여전히 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 유전자 또는 유전자들을 확인하기 위한 더욱 추가의 방법을 특징으로 한다. 이들 방법은 미생물에서 내인성 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 적어도 하나의 내인성 전사 인자의 발현을 변형시켜 변형된 미생물을 생성시키고; 변형된 미생물로 스테비올 글리코시드를 생성할 수 있는 하나 이상의 재조합 유전자를 도입시키고; 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에 배지에서 변형된 미생물을 배양하고; 변형이 결여된 상응하는 미생물에 의해 생성된 양과 비교하여 배양 단계 동안 생성된 세포외 및/또는 세포내 스테비올 글리코시드의 양을 측정함으로써, 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 것으로서 전사 인자를 확인하는 것을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 문헌은 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 것으로 확인된 유전자 또는 유전자들의 발현을 변형시킴으로써 스테비올 글리코시드의 분비를 증가시키는 방법으로서, 확인된 유전자의 발현이 스테비올 또는 스테비올 글리코시드를 생성할 수 있는 재조합 미생물에서 변형될, 방법에 관한 것이다. 일부 구체예에서, 확인된 유전자 또는 유전자들은 내인성 프로모터를 야생형 프로모터와 비교하여 각각 더 강한 프로모터 또는 더 약한 프로모터로 대체함으로써 과다발현 또는 억제될 수 있는 내인성 유전자이다. 또 다른 구체예에서, 확인된 유전자 또는 유전자들은 내인성 유전자 또는 유전자들을 과다발현하거나 억제하도록 조작된 외인성 DNA를 도입시킴으로써 과다발현되거나 억제되는 내인성 유전자일 수 있다. 추가의 또 다른 구체예에서, 확인된 내인성 유전자의 상동성 또는 이종상동성 유전자가 과다발현될 수 있다. 추가의 구체예에서, 내인성 유전자는 재조합 미생물에 대한 천연 메카니즘 (예를 들어, 열 쇼크, 스트레스, 중금속 또는 항생제 노출)을 이용하여 과다발현되거나 억제되도록 유도될 수 있다.
본원에 기술된 임의의 방법에서, 발현 변형은 상응하는 비변형된 미생물에서 관찰된 발현 수준보다 적어도 5% 초과 또는 미만으로 내인성 트랜스포터 또는 전사 인자의 발현 또는 활성을 증가시키거나 감소시키는 것을 포함할 수 있다.
본원에 기술된 임의의 방법에서, 재조합 유전자는 외인성 핵산에 의해 인코딩된 하기 유전자 중 하나 이상을 포함할 수 있다:
(a) 수크로스 트랜스포터 및 수크로스 신타제를 인코딩하는 하나 이상의 재조합 유전자;
(b) GGPPS 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
(c) ent-코팔릴 디포스페이트 신타제 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
(d) 카우렌 신타제 (KS) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
(e) 카우렌 옥시다제 (KO) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
(f) 스테비올 신타제 (KAH) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
(g) 사이토크롬 P450 리덕타제 (CPR) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 및 또한, 적절한 조합의,
(h) UGT85C2 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
(i) UGT76G1 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
(j) UGT74G1 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
(k) UGT91D2 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 또는
(l) EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산.
본 문헌은 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 유전자 또는 유전자들을 확인하는 방법은 물론 본원에 제시된 바와 같은 스테비올 글리코시드를 생성하도록 재조합 세포 특히, 미생물을 유전적으로 조작하기 위한 이의 재조합 구체예를 이용하는 방법을 특징으로 한다. 본 방법은 스테비올 또는 스테비올 글리코시드를 생성할 수 있는 재조합 미생물에서 적어도 하나의 이종성 트랜스포터를 발현시키고; 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에 배지에서 미생물을 배양하고; 변형이 결여된 상응하는 미생물에 의해 생성된 양과 비교하여 배양 단계 동안 생성된 세포외 및/또는 세포내 스테비올 글리코시드의 양을 측정함으로써, 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 이종성 트랜스포터를 확인하는 것을 포함한다. 이종성 트랜스포터는 스테비아 (Stevia) 트랜스포터일 수 있다.
본원에 기술된 임의의 방법에서, 미생물은 아가리쿠스 (Agaricus), 아스퍼길루스 (Aspergillus), 바실루스 (Bacillus), 캔디다 (Candida), 코리네박테리움 (Corynebacterium), 에스체리치아 (Escherichia), 푸사리움/깁베렐라 (Fusarium/Gibberella), 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces), 래티포루스 (Laetiporus), 렌티누스 (Lentinus), 파피아 (Phaffia), 파네로새테 (Phanerochaete), 피치아 (Pichia), 피스코미트렐라 (Physcomitrella), 로도투룰라 (Rhodoturula), 사카로마이세스 (Saccharomyces), 쉬조사카로마이세스 (Schizosaccharomyces), 스파셀로마 (Sphaceloma), 잔토필로마이세스 (Xanthophyllomyces) 및 야로위아 (Yarrowia)로 구성된 군으로부터 선택된 속으로부터의 적합한 종을 포함할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 이러한 속으로부터의 예시적인 종은 비제한적으로, 사카로마이세스 세레비시애 (Saccharomyces cerevisiae), 쉬조사카로마이세스 폼베 (Schizosaccharomyces pombe), 야로위아 리폴리티카 (Yarrowia lipolytica), 캔디다 글라브라타 (Candida glabrata), 아쉬비아 고스시피 (Ashbya gossypii), 사이버린드네라 자디니 (Cyberlindnera jadinii), 피치아 파스토리스 (Pichia pastoris), 클루이베로마이세스 락티스 (Kluyveromyces lactis), 한세눌라 폴리모르파 (Hansenula polymorpha), 캔디다 보이디니 (Candida boidinii), 아르술라 아데니니보란스 (Arxula adeninivorans), 잔토필로마이세스 덴드로로우스 (Xanthophyllomyces dendrorhous) 또는 캔디다 알비칸스 (Candida albicans) 종을 포함한다.
본 발명의 이러한 및 그 밖의 특징 및 이점은 첨부된 청구범위와 함께 취해진 본 발명의 하기 상세한 설명으로부터 더욱 잘 이해될 것이다. 청구범위는 청구범위의 기술에 의해 규정되며 본 설명에서 제시된 특징 및 이점의 특정 논의에 의해 규정되지 않음이 주지된다.
도 1은 다양한 스테비올 글리코시드에 대한 화학 구조 및 합성 경로를 보여준다.
도 2는 트랜스포터 유전자를 과다발현하는 RebA-생성 효모 균주로부터의 배양 상청액중 RebA 퍼센트의 막대 그래프이다. 천연 트랜스포터 프로모터는 상동성 재조합에 의해 강한 항시성 프로모터 TEF1으로 대체되었다. 균주를 48 시간 동안 합성 완전 (SC) 배지에서 성장시키고, RebA 함량은 LC-MS에 의해 펠렛 및 상청액 분획에서 측정하였다.
도 3은 YOR1 유전자 앞에 천연 프로모터를 갖는 야생형 균주와 비교하여 YOR1 과다발현 효모 균주의 상청액중 RebA 퍼센트의 막대 그래프이다. RebA 함량은 LC-MS에 의해 펠렛 및 상청액 분획에서 측정하였다.
도 4a-m은 빈 플라스미드 (PSB314)를 함유하는 효모 균주와 비교하여 효모 균주 EFSC2797에서 2 마이크론 플라스미드에서 과다발현된 다양한 트랜스포터의 각 도면에 지시된 바와 같은 전체 양 또는 상청액중 각 스테비올 글리코시드의 분비된 퍼센트 (도 4a-i) 또는 마이크로몰/OD600 (도 4j-k) 또는 마이크로몰 농도 (도 4l-m)의 막대 그래프이다. 내인성 효모 트랜스포터 유전자 PDR1, PDR3, PDR13, SNQ2, YOR1_BY, YOR1_IS1, FLR1, AZR1 및 DTR1은 EFSC2797 Reb 생성 균주에서 PSB314 플라스미드를 사용하여 과다발현되었으며, 각 스테비올 글리코시드의 함량은 LC-MS에 의해 펠렛 및 상청액 분획에서 측정하였다.
도 5a-i는 대조군 균주 (PSB314)와 비교하여 효모 균주 EFSC2797에서 PSB314를 사용하여 과다발현된 내인성 효모 트랜스포터 유전자 PDR1, SNQ2, YOR1_BY, YOR1_IS1 및 FLR1의 상청액중의 양 (도 5a-d), 분비된 각 스테비올 글리코시드 퍼센트 (도 5e-i)의 막대 그래프이다. 내인성 효모 트랜스포터 유전자 PDR1, SNQ2, YOR1_BY, YOR1_IS1 및 FLR1는 ERSC2797 Reb 생성 균주에서 PSB314 플라스미드를 사용하여 과다발현되었으며, 각 스테비올 글리코시드의 함량은 LC-MS에 의해 펠렛 및 상청액 분획에서 측정하였다.
도 6은 효모 ERSC2797 균주에서 과다발현하는 내인성 효모 트랜스포터 유전자 PDR1, SNQ2, YOR1_BY, YOR1_IS1 및 FLR1로부터 효모 성장에 대한 영향을 설명하는 막대 그래프이다.
도 7은 RebA 생성 균주에서 S. 레바우디아나 (S. rebaudiana) 트랜스포터의 발현 효과를 설명하는 막대 그래프이다.
도 8은 4개의 내인성 트랜스포터에 대한 로커스에서 돌연변이를 수반하는 효모 균주를 스테비올-공급 배지에서 배양한 후 생성된 스테비올-19-O-글루코시드의 농도 (마이크로몰)를 보여주는 막대 그래프이다. Sup 19-SMG = 상청액중 스테비올-19-O- 글루코시드의 양; Pel 19-SMG = 세포 펠렛중 스테비올-19-O-글루코시드의 양; WT = 4개의 S. 레바우디아나 UGT (76G1, 74G1, 91D2e, 및 85C2)를 발현하는 야생형; 및 4X KO = 4개의 S. 레바우디아나 UGT를 발현하고, pdr5 , pdr10, pdr15 , snq2 트랜스포터 로커스의 결실을 수반하는 4X 트랜스포터 파괴 변이체 효모 균주.
도 9는 스테비올-공급 배지에서 4X 트랜스포터 파괴 효모 균주의 배양 후 생성된 19-SMG 및 레바우디오시드 A의 농도 (마이크로몰)를 보여주는 막대 그래프이다. 제시된 양은 각 균주에 대한 전체 세포외 (왼쪽 막대) 및 세포내 (오른쪽 막대) 19-SMG 및 레바우디오시드 A이다.
도 10은 4개의 S. 레바우디아나 UGT (76G1, 74G1, 91D2e, 및 85C2)를 발현하는 효모 야생형 균주에 의해 생성된 크로마토그래픽 미량의 스테비올 글리코시드이다. Y-축 = 디스플레이에서 자동화된 스켈링에 따른 상대량. 위부터 아래쪽으로의 횡은 m/z 자동기록 (trace)이며, 이는 모노글루코시드, 비오시드, 스테비올 플러스 3 글루코스 잔류물, 스테비올 + 4 글루코스 잔류물, 및 스테비올 + 5 글루코스 잔류물에 상응한다.
도 11은 4개의 S. 레바우디아나 UGT (76G1, 74G1, 91D2e, 및 85C2)를 발현하는 효모 4X 트랜스포터 파괴 변이체 균주에 의해 생성된 크로마토그래픽 미량의 스테비올 글리코시드이다. Y-축 = 디스플레이에서 자동화된 스켈링에 따른 상대량. 위부터 아래쪽으로의 행은 m/z 자동기록이며, 이는 모노글루코시드, 비오시드, 스테비올 플러스 3 글루코스 잔류물, 스테비올 + 4 글루코스 잔류물, 및 스테비올 + 5 글루코스 잔류물에 상응한다.
도 12는 4개의 S. 레바우디아나 UGT (76G1, 74G1, 91D2e, 및 85C2)를 발현하는 효모 7X 트랜스포터 파괴 변이체 균주에 의해 생성된 크로마토그래픽 미량의 스테비올 글리코시드이다. Y-축 = 디스플레이에서 자동화된 스켈링에 따른 상대량. 위부터 아래쪽으로의 행은 m/z 자동기록이며, 이는 모노글루코시드, 비오시드, 스테비올 플러스 3 글루코스 잔류물, 스테비올 + 4 글루코스 잔류물, 및 스테비올 + 5 글루코스 잔류물에 상응한다.
도 13a-d는 특정 트랜스포터 유전자 (PDR5, SNQ2, YOR1, YHK8, FLR1)가 단일 결실된 효모 균주의 상청액에 분비된 각 스테비올 글리코시드의 농도 (도 13a-b) 또는 마이크로몰/OD600 (도 13c) 또는 퍼센트 (도 13d-f)의 막대 그래프이다.
상세한 설명
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 기술 및 과학 용어는 본 발명이 속하는 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 본원에 기재된 것과 유사하거나 동등한 방법 및 물질이 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있으나, 적합한 방법 및 물질은 하기에 기재된다. 본원에 언급된 모든 간행물, 특허 출원, 특허, 및 다른 참고문헌은 이들의 전체내용이 참조로서 포함된다. 상충되는 경우, 정의를 포함하는 본 명세서가 기준이 될 것이다. 또한, 물질, 방법, 및 예는 단지 예시이고, 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명의 다른 특징 및 장점은 하기 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 본 출원인은 특허법 하에서 표준 실시에 따라 과도적 관용구 "포함하는", "-로 본질적으로 구성되는" 또는 "-로 구성되는"을 이용하여 임의의 개시된 발명을 대안적으로 주장할 권리를 보유한다.
당업자에게 널리 공지된 방법을 이용하여 본 발명에 따른 유전자 발현 작제물 및 재조합 세포를 작제할 수 있다. 이러한 방법은 시험관내 재조합 DNA 기법, 합성 기법, 생체내 재조합 기법, 및 중합효소 연쇄 반응 (PCR) 기법을 포함한다. 예를 들어, 문헌[Maniatis et al., 1989, MOLECULAR CLONING: A LABORATORY MANUAL, Cold Spring Harbor Laboratory, New York; Ausubel et al., 1989, CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY, Greene Publishing Associates and Wiley Interscience, New York, and PCR Protocols: A Guide to Methods and Applications (Innis et al., 1990, Academic Press, San Diego, CA)]에 기재된 기법을 참조하라.
본 발명을 상세히 기재하기에 앞서, 다수의 용어가 정의될 것이다. 본원에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 달리 명백하게 기술하지 않는 한 복수 대상물을 포함한다. 예를 들어 "핵산"에 대한 언급은 하나 이상의 핵산을 의미한다.
"바람직하게는", "보통", 및 "전형적으로"와 같은 용어는 청구된 발명의 범위를 제한한다거나 특정 특성이 청구된 발명의 구조나 기능에 결정적이거나, 필수적이거나, 심지어 중요함을 의미하기 위해 본원에서 이용된 것이 아님에 유의한다. 오히려, 이러한 용어들은 본 발명의 특정 구체예에 이용될 수 있거나 이용될 수 없는 대안적이거나 추가적인 특성을 단지 강조하기 위한 것이다.
본 발명을 기재하고 정의할 목적으로, 용어 "실질적으로"는 임의의 정량적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에서 비롯될 수 있는 고유의 불확실성 정도를 나타내기 위해 본원에 이용된 것임에 유의한다. 용어 "실질적으로"는 또한 정량적인 표현이 관심 주제의 기본적인 기능에서의 변화를 발생시키지 않으며 언급 기준으로부터 변화될 수 있음을 나타내기 위해 본원에서 이용된다.
본원에서 사용되는 용어 "폴리누클레오티드", "누클레오티드", "올리고누클레오티드", 및 "핵산"은 DNA, RNA, 이의 유도체, 또는 이의 조합물을 포함하는 핵산을 나타내기 위해 상호교환적으로 이용될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 "및/또는"은 또 다른 것과 함께 또는 서로에 배타적으로 여러 구성요소를 기재하기 위해 이용된다. 예를 들어, "x, y, 및/또는 z"는 "x" 단독, "y" 단독, "z" 단독, "x, y, 및 z," "(x 및 y) 또는 z", "x 및 (y 또는 z)" 또는 "x 또는 y 또는 z"를 나타낼 수 있다. 일부 구체예에서, "및/또는"은 재조합 세포가 포함하는 외인성 핵산을 나타내는데 이용되며, 이 때 재조합 세포는 그룹에서 선택되는 하나 이상의 외인성 핵산을 포함한다. 일부 구체예에서, "및/또는"은 스테비올 글리코시드의 생성을 나타내는데 이용되며, 이 때 하나 이상의 그룹에서 선택되는 스테비올 글리코시드가 생성된다. 일부 구체예에서, "및/또는"은 스테비올 글리코시드의 생성을 나타내는데 이용되며, 이 때 하나 이상의 스테비올 글리코시드가 재조합 미생물을 배양하는 단계, 재조합 미생물에서 하나 이상의 스테비올 글리코시드를 합성하는 단계, 및 하나 이상의 스테비올 글리코시드를 분리시키는 단계 중 하나 이상을 통해 생성된다.
본 문헌은 스테비올 글리코시드의 분비에 관련된 재조합 숙주에서 수송 시스템을 변형시켜 스테비올 글리코시드 조성물을 효율적으로 생성하는데 사용될 수 있는 재료 및 방법을 기술한다. 일부 구체예에서, 본원에 기술된 재조합 숙주는 적어도 하나의 스테비올 글리코시드를 생성하며, 이종성 트랜스포터 예컨대, 항생제를 활성적으로 분비하는 트랜스포터를 발현한다. 일부 구체예에서, 본원에 기술된 재조합 숙주는 적어도 하나의 스테비올 글리코시드를 생성하며, 내인성 트랜스포터 유전자의 발현은 숙주에서 변형되고/거나 전사 인자 유전자의 발현이 변형되며, 여기에서 전사 인자는 적어도 하나의 내인성 트랜스포터 유전자의 발현을 조절한다. 항생제를 활성적으로 분비하는 내인성 트랜스포터의 발현 변형이 특히 유용하다. 일부 구체예에서, 복수의 내인성 트랜스포터 유전자, 전사 인자 유전자 또는 이 둘 모두의 발현이 변형된다. 이러한 재조합 숙주는 하나 이상의 생합성 유전자를 포함할 수 있으며 이의 발현은 스테비올 글리코시드 예컨대, 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E 또는 레바우디오시드 M의 생성을 유도한다. 이러한 생합성 유전자는 13-모노글루코시드 베타 1,2 글리코실트랜스퍼라제 및/또는 19-모노글루코시드-베타 1,2-글루코실트랜스퍼라제 (예를 들어, UGT91D2e 및 EUGT11) 및 기타 UDP 글리코실 트랜스퍼라제 예컨대, UGT74G1, UGT76G1, 및/또는 UGT85C2를 포함하여, 재조합 숙주에서 스테비올 글리코시드의 생성을 허용한다.
일 양태에서, 본 문헌은 트랜스포터 유전자, 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자 유전자 또는 이 둘 모두인 적어도 하나의 유전자의 변형된 발현을 포함하는 적어도 하나의 스테비올 글리코시드를 합성할 수 있는 재조합 미생물에 관한 것이다. 일 구체예에서, 트랜스포터 유전자는 내인성 트랜스포터 유전자 또는 이종성 트랜스포터 유전자일 수 있다. 또 다른 구체예에서, 트랜스포터 유전자는 ABC 트랜스포터 또는 MFS 트랜스포터를 인코딩할 수 있으며, 여기에서 트랜스포터 유전자 또는 전사 인자 유전자는 PDR1, PDR3, PDR5, PDR8, PDR10, PDR11, PDR12, PDR15, PDR18, YOR1, AUS1, SNQ2, PDR12, STE6, THI73, NFT1, ADP1, FLR1, QDR1, QDR2, QDR3, DTR1, TPO1, TPO2, TPO4, TPO3, AQR1, AZR1, ENB1, SGE1, YHK8, GEX2, HOL1, ATR1, HXT11, ENB1, ARN1, ARN2, SSU1, THI7, TPN1, SEO1, SIT1 또는 DTR1이다.
또 다른 구체예에서, 재조합 미생물에서 표적 유전자의 변형된 발현은 트랜스포터 유전자 또는 전사 인자 유전자의 과다발현 또는 감소된 발현을 포함한다. 추가의 또 다른 구체예에서, 재조합 미생물은 복수의 내인성 트랜스포터 유전자 또는 전사 인자 유전자의 과다발현 또는 감소된 발현을 포함한다. 일 구체예에서, 재조합 미생물은 각 유전자 로커스를 파괴함으로써 PDR5, PDR10, PDR15 및 SNQ2 유전자의 감소된 발현을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 재조합 미생물은 각 유전자 로커스를 파괴함으로써 PDR1, PDR3, PDR5, PDR10, PDR15, SNQ2 및 TPO1 유전자의 감소된 발현을 포함한다.
추가의 구체예에서, 본 문헌의 재조합 미생물은 하기 외인성 핵산 중 하나 이상을 포함한다: 수크로스 트랜스포터 및 수크로스 신타제를 인코딩하는 하나 이상의 재조합 유전자; GGPPS 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; ent-코팔릴 디포스페이트 신타제 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 카우렌 신타제 (KS) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 카우렌 옥시다제 (KO) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 스테비올 신타제 (KAH) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 사이토크롬 P450 리덕타제 (CPR)폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; UGT85C2 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; UGT76G 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; UGT74G1 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; UGT91D2 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 또는 EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산. 일 구체예에서, 재조합 미생물은 UGT85C2, UGT76G1 및 UGT91D2 폴리펩티드를 인코딩하는 외인성 핵산을 포함한다. 또 다른 구체예에서, 재조합 미생물은 UGT85C2, UGT76G1, UGT74G1, 및 UGT91D2 폴리펩티드를 인코딩하는 외인성 핵산을 포함한다. 추가의 또 다른 구체예에서, 재조합 미생물은 UGT85C2, UGT76G1, UGT74G1, 및 EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 외인성 핵산을 포함한다. 추가의 또 다른 구체예에서, 재조합 미생물은 UGT85C2, UGT76G1, UGT74G1, UGT91D2 (특히, 91D2e, 91D2m, 91D2e-b 및 이의 기능성 호몰로그 포함) 및 EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 외인성 핵산을 포함한다.
또 다른 양태에서, 본 문헌은 레바우디오시드를 생성하는 방법으로서; GGPPS; ent-코팔릴 디포스페이트 신타제 (CDPS) 폴리펩티드; 카우렌 옥시다제 (KO) 폴리펩티드; 카우렌 신타제 (KS) 폴리펩티드; 스테비올 신타제 (KAH) 폴리펩티드; 사이토크롬 P450 리덕타제 (CPR) 폴리펩티드; UGT85C2 폴리펩티드; UGT74G1 폴리펩티드; UGT76G1 폴리펩티드; UGT91D2 폴리펩티드; 또는 EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 유전자의 유도성 발현 또는 항시성 발현을 포함하여, 상기 유전자가 발현되는 조건하에 배양 배지에서 본원에 기술된 재조합 미생물을 배양하고; 재조합 미생물에서 레바우디오시드를 포함하는 화합물 중 하나 이상을 합성하고; 레바우디오시드를 포함하는 화합물 중 하나 이상을 분리하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다. 일 구체예에서, 레바우디오시드는 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E, 또는 레바우디오시드 M이다. 또 다른 구체예에서, 재조합 미생물은 YOR1, SNQ2, PDR1 또는 FLR1를 과다발현한다.
일 구체예에서, 재조합 미생물은 본원에 기술된 미생물로서, 비제한적으로, 아가리쿠스, 아스퍼길루스, 바실루스, 캔디다, 코리네박테리움, 에스체리치아, 푸사리움/깁베렐라, 클루이베로마이세스, 래티포루스, 렌티누스, 파피아, 파네로새테, 피치아, 피스코미트렐라, 로도투룰라, 사카로마이세스, 쉬조사카로마이세스, 스파셀로마, 잔토필로마이세스 및 야로위아 속으로부터 선택된다. 또 다른 구체예에서, 재조합 미생물은 사카로마이세스 세레비시애, 쉬조사카로마이세스 폼베, 야로위아 리폴리티카, 캔디다 글라브라타, 아쉬비아 고스시피, 사이버린드네라 자디니, 피치아 파스토리스, 클루이베로마이세스 락티스, 한세눌라 폴리모르파, 캔디다 보이디니, 아르술라 아데니니보란스, 잔토필로마이세스 덴드로로우스 또는 캔디다 알비칸스 종으로부터의 효모 세포이다.
추가의 또 다른 양태에서, 본 문헌은 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 방법으로서, 본원에 기술된 방법을 이용하여 스테비올 글리코시드를 생성하고, 이때 적어도 하나의 재조합 유전자가 발현되며, 재조합 미생물을 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에 배지에서 배양하고; 트랜스포터 유전자, 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자 유전자 또는 이 둘 모두인 적어도 하나의 유전자를 발현시키고, 배양 단계 동안 생성된 스테비올 글리코시드를 분리하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다.
I. 스테비올 및 스테비올 글리코시드 생합성 폴리펩티드
A. 스테비올 생합성 폴리펩티드
이종성 트랜스포터 및/또는 전사 인자 유전자를 발현하거나 상기 기술된 바와 같은 내인성 트랜스포터 유전자의 발현을 변형시키는 것 이외에, 본원에 기술된 숙주는 스테비올로의 이소프레노이드 전구체의 전환에 관련된 유전자 생성물을 함유하고 이를 발현한다.
스테비올을 생성하기 위한 생화학적 경로는 스테비올 형성을 위한, 게라닐게라닐 디포스페이트의 형성, (-) 코팔릴 디포스페이트로의 고리화, 이어서 산화, 및 하이드록실화를 수반한다. 이에 따라, 재조합 미생물에서 게라닐게라닐 디포스페이트의 스테비올로의 전환은 카우렌 신타제 (KS)를 인코딩하는 유전자, 카우렌 옥시다제 (KO)를 인코딩하는 유전자, 및 스테비올 신타제 (KAH)를 인코딩하는 유전자의 발현을 수반한다. 스테비올 신타제는 카우렌산 13-하이드록실라제로도 알려져 있다.
적합한 KS 폴리펩티드는 공지되어 있다. 예를 들어, 적합한 KS 효소는 스테비아 레바우디아나, 제아 메이즈 (Zea mays) 및 포풀루스 트리초카르파 (Populus trichocarpa), 및 아라비돕시스 탈리아나 (Arabidopsis thaliana)에 의해 제조된 것들을 포함한다. 표 2 및 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 PCT 출원 PCT/US2012/050021호 및 PCT/US2011/038967호를 참조하라.
2.: 카우렌 신타제 (KS) 클론
효소 공급 유기체 gi 번호 수탁 번호 작제물 명칭 길이 (nt)
스테비아 레바우디아나 4959241 AAD34295
(SEQ ID NO: 1)
MM-12 2355
스테비아 레바우디아나 4959239 AAD34294
(SEQ ID NO: 2)
MM-13 2355
제아 메이즈 162458963 NP_001105097
(SEQ ID NO: 3)
MM-14 1773
포풀루스 트리초카르파 224098838 XP_002311286
(SEQ ID NO: 4)
MM-15 2232
아라비돕시스 탈리아나 3056724 AF034774
(SEQ ID NO: 5)
AAC39443
(SEQ ID NO: 6)
EV-70 2358
적합한 KO 폴리펩티드는 공지되어 있다. 예를 들어, 적합한 KO 효소는 스테비아 레바우디아나, 아라비돕시스 탈리아나, 깁베렐라 푸지코로이(Gibberella fujikoroi) 및 트라메테스 베르시컬러(Trametes versicolor)에 의해 제조된 것들을 포함한다. 표 3 및 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 PCT 출원 PCT/US2012/050021호 및 PCT/US2011/038967호를 참조하라.
표 3: 카우렌 옥시다제 (KO 클론)
효소 공급 유기체 gi 번호 수탁 번호 작제물 명칭 길이 (nt)
스테비아 레바우디아나 76446107 ABA42921
(SEQ ID NO: 7)
MM-18 1542
아라비돕시스 탈리아나 3342249 AAC39505
(SEQ ID NO: 8)
MM-19 1530
깁베렐라 푸지코로이 4127832 CAA76703
(SEQ ID NO: 9)
MM-20 1578
트라메테스 베르시컬러 14278967 BAB59027
(SEQ ID NO: 10)
MM-21 1500
적합한 KAH 폴리펩티드는 공지되어 있다. 예를 들어, 적합한 KAH 효소는 스테비아 레바우디아나, 아라비돕시스 탈리아나, 비티스 비니페라(Vitis vinifera) 및 메디카고 트룬쿨라타(Medicago trunculata)에 의해 제조된 것들을 포함한다. 예컨대, 표 4 및 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 PCT 출원 PCT/US2012/050021호 및 PCT/US2011/038967호, 미국특허공개 2008/0271205호 및 2008/0064063호, 및 Genbank 수탁 번호 gi 189098312 (SEQ ID NO: 11) 및 GenBank 수탁 ABD60225; GI:89242710 (SEQ ID NO: 12)을 참조하라. 아라비돕시스 탈리아나로부터의 스테비올 신타제는 CYP714A2로서 분류된다.
표 4: 스테비올 신타제 ( KAH ) 클론
효소 공급 유기체 gi 번호 수탁 번호 플라스미드 명칭 작제물 명칭 길이(nt)
스테비아 레바우디아나 --* (SEQ ID NO: 13) pMUS35 MM-22 1578
스테비아 레바우디아나 189418962 ACD93722
(SEQ ID NO: 14)
pMUS36 MM-23 1431
아라비돕시스 탈리아나 15238644 NP_197872
(SEQ ID NO: 15)
pMUS37 MM-24 1578
비티스 비니페라 225458454 XP_002282091
(SEQ ID NO: 16)
pMUS38 MM-25 1590
메디카고 트룬쿨라타 84514135 ABC59076
(SEQ ID NO: 17)
pMUS39 MM-26 1440
* = 서열은 미국특허공개 No. 2008-0064063에 도시된 서열 식별 번호 2로 확인된다.
또한, PCT 출원 PCT/US2012/050021호에 기재된 대로 확인된 스테비아 레바우디아나로부터의 KAH 폴리펩티드는 재조합 숙주에 특히 유용하다. S. 레바우디아나 KAH (SrKAHe1; SEQ ID NO:18)를 인코딩하는 누클레오티드 서열 및 효모에서 발현하기 위해 코돈-최적화된 S. 레바우디아나 KAH는 S. 레바우디아나 KAH (SEQ ID NO: 19)의 인코딩된 아미노산 서열인 것으로서 동일 PCT 출원에 기재되어 있다. S. 레바우디아나 KAH는 S. 세레비시애에서 발현되는 경우 야마구치 등 (Yamaguchi et al., 미국특허공개 2008/0271205호 A1)에 의해 기재된 아라비돕시스 탈리아나 ent-카우렌산 하이드록실라제와 비교하여, 현저하게 더 높은 스테비올 신타제 활성을 보여준다. S. 레바우디아나 KAH 폴리펩티드는 미국특허공개 2008/0271205호의 KAH와 20% 미만의 동일성을 지니고 미국특허공개 2008/0064063호의 KAH와 35% 미만의 동일성을 지닌다.
일부 구체예에서, 재조합 미생물은 KO 및/또는 KAH 폴리펩티드를 인코딩하는 재조합 유전자를 함유한다. 이러한 미생물은 전형적으로 사이토크롬 P450 리덕타제 (CPR) 폴리펩티드를 인코딩하는 재조합 유전자를 또한 함유하는데, 그 이유는 KO 및/또는 KAH 폴리펩티드의 특정 조합은 외인성 CPR 폴리펩티드의 발현을 필요로 하기 때문이다. 특히, 트랜스포터 기원의 KO 및/또는 KAH 폴리펩티드의 활성은 외인성 CPR 폴리펩티드를 인코딩하는 재조합 유전자의 포함에 의해 현저하게 증가될 수 있다. 적합한 CPR 폴리펩티드는 공지되어 있다. 예를 들어, 적합한 CPR 효소는 스테비아 레바우디아나 및 아라비돕시스 탈리아나에 의해 제조된 것들을 포함한다. 예컨대, 표 5 및 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 PCT 출원 PCT/US2012/050021호 및 PCT/US2011/038967호를 참조하라.
5: 사이토크롬 P450 리덕타제 (CPR) 클론
효소 공급 유기체 gi 번호 수탁 번호 플라스미드 명칭 작제물 명칭 길이(nt)
스테비아 레바우디아나 93211213 ABB88839
(SEQ ID NO: 20)
pMUS40 MM-27 2133
아라비돕시스 탈리아나 15233853 NP_194183
(SEQ ID NO: 21)
pMUS41 MM-28 2079
깁베렐라 푸지쿠로이 32562989 CAE09055
(SEQ ID NO: 22)
pMUS42 MM-29 2142
예를 들어, 스테비아 레바우디아나 KAHe1에 의해 인코딩된 스테비올 신타제는 유전자 NCP1 (YHR042W)에 의해 인코딩된 S. 세레비시애 CPR에 의해 활성화된다. SrKAHe1에 의해 인코딩된 스테비올 신타제의 더욱 우수한 활성화는 유전자 ATR2 (SEQ ID NO: 99)에 의해 인코딩된 아라비돕시스 탈리아나 CPR 또는 유전자 CPR7 (SEQ ID NO: 23) 또는 CPR8 (SEQ ID NO: 24)에 의해 인코딩된 S. 레바우디아나 CPR이 공동-발현되는 경우 관찰된다. A. 탈리아나 폴리펩티드 ATR1 (SEQ ID NO: 25) 및 ATR2 (SEQ ID NO: 26) 및 S. 레바우디아나 CPR7 (SEQ ID NO: 27) 및 CPR8 (SEQ ID NO: 28) 폴리펩티드의 아미노산 서열은 PCR 출원 PCT/US2012/050021호에 도시되어 있다.
재조합 미생물에서 이러한 유전자의 발현은 게라닐게라닐 디포스페이트를 스테비올로 전환시킬 수 있다.
B. 스테비올 글리코시드 생합성 폴리펩티드
상기 기술된 수송 돌연변이에 더하여, 본원에 기술된 바와 같은 숙주 세포는 스테비올을 스테비올 글리코시드로 전환시킬 수 있다. 이러한 숙주 (예를 들어, 미생물)은 UGT로도 알려진 하나 이상의 UDP 글리코실 트랜스퍼라제를 인코딩하는 유전자를 함유한다. UGT는 활성화된 누클레오티드 당으로부터의 모노사카라이드 단위체를 수용체 모이어티, 본 경우에 스테비올 상의 -OH 또는 -COOH 모이어티, 스테비올 글리코시드 상의 글루코스 모이어티 또는 스테비올 유도체에 전달한다. UGT는 서열 상동성에 기반하여 패밀리 및 서브패밀리로 분류되었다. 문헌[Li et al., J. Biol. Chem. 276:4338-4343 (2001)].
B.1 루부소시드 생합성 폴리펩티드
루부소시드의 생합성은 스테비올의 13-OH 및 19-COOH의 글리코실화를 수반한다. 도 1을 참조하라. 미생물과 같은 재조합 숙주에서 스테비올의 루부소시드로의 전환은 글루코스 단위체를 스테비올의 각각 13-OH 또는 19-COOH로 전달하는 UGT 85C2 및 74G1을 인코딩하는 유전자(들)의 발현에 의해 달성될 수 있다.
적합한 UGT85C2는 우리딘 5'-디포스포 글루코실:스테비올 13-OH 트랜스퍼라제, 및 우리딘 5'-디포스포 글루코실:스테비올-19-O-글루코시드 13-OH 트랜스퍼라제로서 기능한다. 기능성 UGT85C2 폴리펩티드는 또한 스테비올 및 스테비올-19-O-글루코시드 이외의 스테비올 글리코시드 기질을 이용하는 글루코실 트랜스퍼라제 반응을 촉매작용할 수 있다.
적합한 UGT74G1 폴리펩티드는 우리딘 5'-디포스포 글루코실: 스테비올 19-COOH 트랜스퍼라제 및 우리딘 5'-디포스포 글루코실: 스테비올-13-O-글루코시드 19-COOH 트랜스퍼라제로서 기능한다. 기능성 UGT74G1 폴리펩티드는 또한 스테비올 및 스테비올-13-O-글루코시드 이외의 스테비올 글리코시드 기질을 이용하거나, 우리딘 디포스페이트 글루코스 이외의 공여체로부터 당 모이어티를 전달하는 글루코실 트랜스퍼라제 반응을 촉매작용할 수 있다.
기능성 UGT74G1 및 기능성 UGT85C2를 발현하는 재조합 미생물은 스테비올이 배지에서 공급원료로서 사용될 때 루부소시드 및 두 스테비올 모노시드 모두 (즉, 스테비올 13-O-모노글루코시드 및 스테비올 19-O-모노글루코시드)를 만들 수 있다. 이러한 유전자 중 하나 이상은 숙주에서 천연으로 존재할 수 있다. 그러나, 전형적으로, 이러한 유전자는 자연적으로 이들을 지니지 않는 숙주 (예컨대, 미생물)로 형질전환된 재조합 유전자이다.
본원에서 사용되는 용어 재조합 숙주는 숙주로서, 이의 유전체가 적어도 하나의 혼입된 DNA 서열에 의해 보강된 숙주를 나타내는 것으로 의도된다. 그러한 DNA 서열은 자연적으로 존재하지 않는 유전자, RNA로 일반적으로 전사되지 않거나 단백질로 번역("발현")되지 않는 DNA 서열, 및 비재조합 숙주에 도입하고자 하는 그 밖의 유전자 또는 DNA 서열을 포함하나 이로 제한되는 것은 아니다. 본원에 기재된 재조합 숙주의 유전체는 전형적으로 하나 이상의 재조합 유전자의 안정적인 도입을 통하여 보강되는 것이 이해될 것이다. 일반적으로, 도입된 DNA는 그 DNA의 수용체인 숙주에 원래 존재하는 것은 아니지만, 주어진 숙주로부터 DNA 세그먼트를 단리시키고, 후속하여 동일한 숙주 안에 그 DNA의 하나 이상의 추가적인 복사체를 도입시켜, 예컨대 유전자 생성물의 생성을 향상시키거나 유전자의 발현 패턴을 변경시키는 것은 본 발명의 범위 내에 있다. 일부 예에서, 도입된 DNA는, 예를 들어 상동 재조합 또는 부위-특이적 돌연변이유발에 의해 내인성 유전자 또는 DNA 서열을 변형시키거나 심지어 대체할 수 있다. 적합한 재조합 숙주는 미생물을 포함한다.
용어 "재조합 유전자"는, 동일하거나 유사한 유전자 또는 DNA 서열이 이미 그러한 숙주에 존재할 수 있는 것과 무관하게, 수용체 숙주에 도입되는 유전자 또는 DNA 서열을 의미한다. 이러한 문맥에서 "도입"되거나 "보강된"은 사람의 손에 의해 도입되거나 보강되는 것을 의미함이 당 분야에 알려져 있다. 따라서, 재조합 유전자는 또 다른 종으로부터의 DNA 서열일 수 있거나, 동일한 종으로부터 기원하거나 동일한 종에 존재하는 DNA 서열일 수 있으나, 이는 재조합 숙주를 형성하기 의해 재조합 방법에 숙주에 혼입되었다. 숙주에 도입되는 재조합 유전자는 형질전환되는 숙주에 일반적으로 존재하고, DNA의 하나 이상의 추가적인 복사체를 제공하기 위해 도입되어 그 DNA의 유전자 생성물의 과다발현 또는 변형된 발현을 허용하는 DNA 서열과 동일할 수 있음이 이해될 것이다.
적합한 UGT74G1 및 UGT85C2 폴리펩티드는 S. 레바우디아나에 의해 제조된 것들을 포함한다. 스테비아로부터 기능성 UGT74G1 및 UGT85C2 폴리펩티드를 인코딩하는 유전자는 문헌[Richman et al., Plant J. 41: 56-67, (2005)]에서 보고된다. S. 레바우디아나 UGT74G1 (SEQ ID NO: 29) 및 UGT85C2 (SEQ ID NO: 30) 폴리펩티드의 아미노산 서열은 PCT 출원 PCT/US2012/050021호의 서열 식별 번호 1 및 3에 각각 제시되어 있다. 효모에서의 발현에 최적화된 UGT74G1 (SEQ ID NO: 100) 및 UGT85C2(SEQ ID NO: 31)는 물론 UGT 서열, 예를 들어, UGT 85C2 (SEQ ID NO: 32), 91D2e, 91D2e-b, EUGT11 및 76G1을 인코딩하는 누클레오티드 서열이 제공된다. 또한, "기능성 호몰로그"섹션에 하기 기재된 UGT85C2 및 UGT74G1 변이체를 참조하라. 예를 들어, 위치 65, 71, 270, 289, 및 389에서 치환을 함유할 수 있는 UGT85C2 폴리펩티드가 사용될 수 있다 (예컨대, A65S, E71Q, T270M, Q289H, 및 A389V).
일부 구체예에서, 재조합 숙주는 미생물이다. 재조합 미생물은 루부소시드를 생성하기 위하여 스테비올을 함유하는 배지에서 성장할 수 있다. 다른 구체예에서, 그러나, 재조합 미생물은 스테비올 생합성에 관련된 하나 이상의 재조합 유전자, 예컨대, CDPS 유전자, KS 유전자, KO 유전자, 및/또는 KAH 유전자를 발현시킨다. 적합한 CDPS 폴리펩티드가 공지되어 있다.
예를 들어, 적합한 CDPS 효소는 스테비아 레바우디아나, 스트렙토마이세스 클라불리게루스(Streptomyces clavuligerus), 브라디리조비움 자포니쿰(Bradyrhizobium japonicum), 제아 메이즈, 및 아라비돕시스에 의해 제조된 것들을 포함한다. 예컨대, 표 6 및 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 PCT 출원 PCT/US2012/050021호 및 PCT/US2011/038967호를 참조하라.
일부 구체예에서, 변형되지 않은 폴리펩티드의 아미노 말단에서 엽록체 운반 펩티드가 결여된 CDPS 폴리펩티드를 이용할 수 있다. 예를 들어, PCT 공개 번호 PCT/US2012/050021의 도 14에 도시된 제아 메이즈 CDPS 코딩 서열의 5' 말단으로부터 처음 150개 누클레오티드가 제거될 수 있다. 이렇게 함으로써 엽록체 운반 펩티드를 인코딩하는 아미노산 서열의 아미노 말단 50개 잔기가 제거된다. 절두된 CDPS 유전자는 새로운 ATG 번역 개시 부위에 핏팅되어, 프로모터, 전형적으로 항시성 또는 고도 발현성 프로모터에 작동적으로 연결될 수 있다. 절두된 코딩 서열의 복수의 복사체가 미생물에 도입될 때, 프로모터로부터 CDPS 폴리펩티드의 발현은 ent-카우렌 생합성을 향한 증가된 탄소 유동을 발생시킨다.
표 6: CDPS 클론
효소 공급 유기체 gi 번호 수탁 번호 플라스미드 명칭 작제물 명칭 길이(nt)
스테비아 레바우디아나 2642661 AAB87091
(SEQ ID NO: 33)
pMUS22 MM-9 2364
스트렙토마이세스 클라불리게루스 197705855 EDY51667
(SEQ ID NO: 34)
pMUS23 MM-10 1584
브라디리조비움 자포니쿰 529968 AAC28895.1
(SEQ ID NO: 35)
pMUS24 MM-11 1551
제아 메이즈 50082774

50082775
AY562490
(SEQ ID NO: 36)
AAT70083
(SEQ ID NO: 37)
EV65 2484
아라비돕시스 탈리아나 18412041

15235504
NM_116512
(SEQ ID NO: 38)
NP_192187
(SEQ ID NO: 39)
EV64 2409
CDPS-KS 이기능성 단백질도 이용될 수 있다. 표 7에 제시된 CDPS-KS 이기능성 효소를 인코딩하는 누클레오티드 서열은 효모에서의 발현을 위해 변형되었다 (PCT 출원 PCT/US2012/050021호를 참조하라). 깁베렐라 푸지쿠로이로부터의 이기능성 효소도 이용될 수 있다.
7: CDPS -KS 클론
효소 공급 유기체 gi 번호 수탁 번호 작제물 명칭 길이
(bp)
포몹시스 아미그달리 (Phomopsis amygdali ) 186704306 BAG30962
(SEQ ID NO: 40)
MM-16 2952
피스코미트렐라 파텐스 146325986 BAF61135
(SEQ ID NO: 41)
MM-17 2646
깁베렐라 푸지쿠로이 62900107 Q9UVY5.1
(SEQ ID NO: 42)
2859
따라서, UGT74G1 및 UGT85C2 유전자 외에 CDPS 유전자, KS 유전자, KO 유전자 및 KAH 유전자를 함유하는 미생물은 공급원료로서 스테비올을 사용할 필요 없이 스테비올 모노시드 및 루부소시드 둘 모두를 생성할 수 있다.
일부 구체예에서, 재조합 미생물은 게라닐게라닐 디포스페이트 신타제 (GGPPS)를 인코딩하는 재조합 유전자를 추가로 발현시킨다. 적합한 GGPPS 폴리펩티드는 공지되어 있다. 예를 들어, 적합한 GGPPS 효소는 스테비아 레바우디아나, 깁베렐라 푸지쿠로이, 무스 무스쿨루스(Mus musculus), 탈라시오시라 슈도나나(Thalassiosira pseudonana), 스트렙토마이세스 클라불리게루스, 술풀로부스 아시도칼다리우스(Sulfulobus acidocaldarius), 시네초코쿠스 종 및 아라비돕시스 탈리아나에 의해 제조된 것들을 포함한다. 표 8 및 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 PCT 출원 PCT/US2012/050021호 및 PCT/US2011/038967호를 참조하라.
표 8: GGPPS 클론
효소 공급 유기체 gi 번호 수탁 번호 플라스미드 명칭 작제물 명칭 길이(nt)
스테비아 레바우디아나 90289577 ABD92926
(SEQ ID NO: 43)
pMUS14 MM-1 1086
깁베렐라 푸지쿠로이 3549881 CAA75568
(SEQ ID NO: 44)
pMUS15 MM-2 1029
무스 무스쿨루스 47124116 AAH69913
(SEQ ID NO: 45)
pMUS16 MM-3 903
탈라시오시라 슈도나나 223997332 XP_002288339
(SEQ ID NO: 46)
pMUS17 MM-4 1020
스트렙토마이세스 클라불리게루스 254389342 ZP_05004570
(SEQ ID NO: 47)
pMUS18 MM-5 1068
술풀로부스 아시도칼다리우스 506371 BAA43200
(SEQ ID NO: 47)
pMUS19 MM-6 993
시네초코쿠스 종 86553638 ABC98596
(SEQ ID NO: 49)
pMUS20 MM-7 894
아라비돕시스 탈리아나 15234534 NP_195399
(SEQ ID NO: 50)
pMUS21 MM-8 1113
일부 구체예에서, 재조합 미생물은 디테르펜 생합성 또는 테르페노이드 전구체의 생성에 관여하는 재조합 유전자, 예컨대, 하기에서 논의된 메틸에리트리톨 4-포스페이트 (MEP) 경로의 유전자 또는 메발로네이트 (MEV) 경로의 유전자를 추가로 발현시키고/거나, 감소된 포스파타제 활성을 갖고/거나, 본원에서 논의된 수크로스 신타제 (SUS)를 발현시킬 수 있다. 다른 구체예에서, 내인성 유전자 (예를 들어, DPP1)는 일부 GGPP/FPP 전구체의 이용가능성에 영향을 끼치기 위해 불활성화되거나 결실될 수 있다.
B.2 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시 드 E, 및 레바우디오시드 M 생합성 폴리펩티드
레바우디오시드 A의 생합성은 아글리콘 스테비올(aglycone steviol)의 글루코실화를 수반한다. 특히, 레바우디오시드 A는 13-O-스테비올모노시드를 형성하는 스테비올의 13-OH의 글루코실화, 스테비올-1,2-비오시드를 형성하는 스테비올모노시드의 13-O-글루코스의 C-2'의 글루코실화, 스테비오시드를 형성하는 스테비올-1,2-비오시드의 C-19 카르복실의 글루코실화, 및 스테비오시드의 C-13-O-글루코스의 C-3'의 글루코실화에 의해 형성될 수 있다. 각 글리코실화 반응이 일어나는 순서는 변화될 수 있다. 도 1을 참조하라.
레바우디오시드 B의 생합성은 아글리콘 스테비올의 글루코실화를 포함한다. 구체적으로, 레바우디오시드 B는 13-O-스테비올모노시드를 형성하는 스테비올의 13-OH의 글루코실화, 스테비올-1,2-비오시드를 형성하는 스테비올모노시드의 13-O-글루코스의 C-2'의 글루코실화, 및 스테비올-1,2-비오시드의 C-13-O-글루코스의 C-3'의 글루코실화에 의해 형성될 수 있다. 각 글루코실화 반응이 발생하는 순서는 변화될 수 있다.
레바우디오시드 E 및/또는 레바우디오시드 D의 생합성은 아글리콘 스테비올의 글루코실화를 수반한다. 구체적으로, 레바우디오시드 E는 스테비올-13-O-글루코시드를 형성하는 스테비올의 13-OH의 글루코실화, 스테비올-1,2-비오시드를 형성하는 스테비올-13-O-글루코시드의 13-O-글루코스의 C-2'의 글루코실화, 1,2-스테비오시드를 형성하는 1,2-비오시드의 C-19 카르복실의 글루코실화, 및 레바우디오시드 E를 형성하는 1,2-스테비오시드의 19-O-글루코스의 C-2'의 글루코실화에 의해 형성될 수 있다. 레바우디오시드 D는 레바우디오시드 E의 C-13-O-글루코스의 C-3'의 글루코실화에 의해 형성될 수 있다. 각 글리코실화 반응이 일어나는 순서는 변화될 수 있다. 예를 들어, 19-O-글루코스의 C-2'의 글루코실화가 경로의 마지막 단계일 수 있고, 이 때 레바우디오시드 A는 경로의 중간체이다. 도 1을 참조하라.
재조합 숙주에서 스테비올의 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 M, 및/또는 레바우디오시드 E로의 전환이 하기 기능성 UGT를 발현함으로써 달성될 수 있음이 밝혀졌다: EUGT11, 91D2, 74G1, 85C2, 및 76G1. 따라서, 이들 UGT의 조합물을 발현하는 재조합 미생물은 스테비올이 공급원료로서 사용되는 경우 레바우디오시드 A 및 레바우디오시드 D를 제조할 수 있다. 전형적으로, 이들 유전자들 중 하나 이상은 자연적으로는 이들을 지니지 않는 미생물 내로 형질전환된 재조합 유전자이다. 또한, SM12UGT로서 본원에 지정된 UGT는 UGT91D2 대신에 치환될 수 있음이 밝혀졌다.
일부 구체예에서, 5개 미만 (예를 들어, 1, 2, 3 또는 4개)의 UGT가 숙주에서 발현된다. 예를 들어, 기능성 EUGT11을 발현하는 재조합 미생물은 공급원료로서 레바우디오시드 A가 사용되는 경우 레바우디오시드 D를 제조할 수 있다. UGT 85C, 91D2e 또는 EUGT11, 그러나 바람직하게는, 91D2e, 및 76G1를 발현하는 재조합 미생물은 레바우디오시드 B를 제조할 수 있다. EUGT11, 76G1, 및 91D12 (예를 들어, 91D2e)를 발현하는 재조합 미생물은 루부소시드 또는 1,2-스테비오시드가 공급원료로서 사용되는 경우 레바우디오시드 D를 제조할 수 있다. 또 다른 대안으로서, 3개의 기능성 UGT 즉, EUGT11, 74G1, 76G1 및 임의적으로 91D2를 발현하는 재조합 미생물이 매질중에 모노시드, 스테비올-13-O-글루코시드가 공급될 경우 레바우디오시드 D를 제조할 수 있다. 유사하게는, 재조합 미생물에서 스테비올-19-O-글루코시드의 레바우디오시드 D로의 전환은 스테비올-19-O-글루코시드가 공급될 경우, UGT EUGT11, 85C2, 76G1, 및 91D2 (예를 들어, 91D2e)을 인코딩하는 유전자의 발현에 의해 달성될 수 있다. 전형적으로, 이들 유전자 중 하나 이상은 자연적으로는 이들을 지니지 않는 숙주내로 형질전환된 재조합 유전자이다.
레바우디오시드 M 폴리펩티드
재조합 숙주에서 스테비올의 레바우디오시드 M으로의 전환은 하기 기능성 UGT 91D2, EUGT11, 74G1, 85C2, 및 76G1의 조합물을 발현시킴에 의해 달성될 수 있다. 도 1을 참조하라. 높은 복사체수 플라스미드를 이용하거나, 강한 프로모터, 또는 다수의 통합된 유전자의 복사체, 또는 에피솜을 높은 복사체수의 유전자를 위한 선택 하에 이용하여 EUGT11을 높은 수준으로 발현시키는 것이 특히 유용하다. 따라서, 이러한 UGT의 조합물을 발현시키는 재조합 미생물은 레바우디오시드 A (85C2; 76G1; 74G1; 91D2e), 레바우디오시드 D (85C2; 76G1; 74G1; 91D2e; EUGT11), 레바우디오시드 E (85C2; 74G1; 91D2e; EUGT11), 또는 레바우디오시드 M (85C2; 76G1; 74G1; 91D2e; EUGT11)을 제조할 수 있다. 도 1을 참조하라. 전형적으로, 이러한 유전자 중 하나 이상은 자연적으로 이들을 지니지 않는 미생물로 형질전환된 재조합 유전자이다. 또한, 본원에서 SM12UGT로서 지정된 UGT는 UGT91D2를 대신하여 치환될 수 있음이 발견되었다.
도 1에 도시된 바와 같은 개별적인 레바우디오시드의 표적화 생성은 UDP-글리코실 트랜스퍼라제 활성의 상대적 수준을 제어함으로써 달성된다. 이는 UGT-인코딩 유전자의 차별적인 복사체 수, 차별적인 프로모터 강도에 의해, 및/또는 관심 생성물로의 증가된 특이성/활성을 갖는 돌연변이체를 이용함에 의해 달성될 수 있다. 도 1 참조하라. 예를 들어, EUGT11이 다른 UGT에 비해 낮은 수준으로 발현되는 경우 낮은 수준의 레바우디오시드 D, E, 및 M이 형성되어, 레바우디오시드 A 형성을 촉진할 것이다. 높은 수준의 EUGT11 발현은 레바우디오시드 M을 형성하기 위해 반응할 UGT76G1에 대한 더 많은 19-O 1,2 디글루코시드 기질을 발생시킨다. 이는 UGT76G1 폴리펩티드의 선호되는 활성이 아니기 때문에, UGT76G1의 추가적인 복사체 또는 변이체 버젼이 레바우디오시드 D로부터 레바우디오시드 M 형성 속도를 증가시킬 수 있다. 적합한 UGT76G1은 또한 수용체 분자의 19-O 글루코스의 C-3'로의 글루코스 모이어티의 전달을 촉매작용하며, 여기서 수용체 분자는 스테비올의 19-O 위치에서 1,2 글리코시드 모이어티를 함유할 수 있다.
적합한 UGT74G1 및 UGT85C2 폴리펩티드는 상기 논의된 것들을 포함한다. 적합한 UGT76G1은 글루코스 모이어티를 수용체 분자, 스테비올 1,2 글리코시드의 C-13-O-글루코스의 C-3'에 첨가한다. 이에 따라, UGT76G1은, 예를 들어, 우리딘 5'-디포스포 글루코실: 스테비올 13-O-1,2 글루코시드 C-3' 글루코실 트랜스퍼라제 및 우리딘 5'-디포스포 글루코실: 스테비올-19-O-글루코스, 13-O-1,2 비오시드 C-3' 글루코실 트랜스퍼라제로서 기능한다. 기능성 UGT76G1 폴리펩티드는 또한 글루코스 이외의 당을 함유하는 스테비올 글리코시드 기질을 이용하는 글루코실 트랜스퍼라제 반응을 촉매작용할 수 있다. 적합한 UGT76G1 폴리펩티드는 S. 레바우디아나에 의해 제조되고 문헌[Richman et al. Plant J. 41: 56-67 (2005)]에 보고된 것들을 포함한다. S. 레바우디아나 UGT76G1 폴리펩티드의 아미노산 서열 (예를 들어, SEQ ID NO: 85)은 UGT76G1 폴리펩티드를 인코딩하고 효모에서의 발현에 최적화된 누클레오티드 서열로서, PCT 공개 번호 PCT/US2012/050021에 제시되어 있다. 또한 "기능성 호몰로그" 섹션에 제시된 UGT76G1 변이체를 참조하라.
적합한 EUGT11 또는 UGT91D2 폴리펩티드는 우리딘 5'-디포스포 글루코실: 스테비올-13-O-글루코시드 트랜스퍼라제 (스테비올-13-모노글루코시드 1,2-글루코실라제로도 언급됨)로서 기능하여, 글루코스 모이어티를 수용체 분자, 스테비올-13-O-글루코시드의 13-O-글루코스의 C-2'에 전달한다.
적합한 EUGT11 또는 UGT91D2 폴리펩티드는 또한 글루코스 모이어티를 수용체 분자, 루부소시드의 13-O-글루코스의 C-2'에 전달하여 스테비오시드를 생성하는 우리딘 5'-디포스포 글루코실: 루부소시드 트랜스퍼라제로서 기능한다. EUGT11 폴리펩티드는 또한 글루코스 모이어티를 수용체 분자, 루부소시드의 19-O-글루코스의 C-2'에 효율적으로 전달하여 19-O-1,2-디글리코실화된 루부소시드를 생성할 수 있다. EUGT11은 19-O-글루코스 치환된 스테비올 글리코시드 분자로의 글루코스 분자의 전달에 특히 효율적이다.
기능성 EUGT11 또는 UGT91D2 폴리펩티드는 또한 스테비올-13-O-글루코시드 및 루부소시드 이외의 스테비올 글리코시드 기질을 이용하는 반응을 촉매작용시킬 수 있다. 예를 들어, 기능성 EUGT11 폴리펩티드는 기질로서 스테비오시드를 효율적으로 이용하여, 글루코스 모이어티를 19-O-글루코스 잔기의 C-2'에 전달함으로써 레바우디오시드 E를 생성할 수 있다. 기능성 EUGT11 및 UGT91D2 폴리펩티드는 또한 기질로서 레바우디오시드 A를 이용하여, 글루코스 모이어티를 레바우디오시드 A의 19-O-글루코스 잔기의 C-2'에 전달함으로써 레바우디오시드 D를 생성할 수 있다. EUGT11 (SEQ ID NO: 51)은 반응이 유사한 조건 즉, 유사한 시간, 온도, 순도, 및 기질 농도 하에 수행될 때 상응하는 UGT91D2e (SEQ ID NO: 54)의 속도보다 적어도 20배 더 빠른 속도로 (예컨대, 적어도 25배 또는 적어도 30배 더 빠름) 레바우디오시드 A를 레바우디오시드 D로 전환시킬 수 있다. 이와 같이, EUGT11은 유사한 조건 하에 인큐베이션되는 경우, UGT91D2e 보다 많은 양의 RebD를 생성한다.
또한, 기능성 EUGT11은 기질로서 루부소시드 또는 스테비오시드 이용시 상당한 C-2' 19-O-디글리코실화 활성을 나타내는 반면, UGT91D2e는 이러한 기질에 의해 디글리코실화 활성을 덜 갖는다. 따라서, 기능성 EUGT11은 스테비올 글리코시드 기질-특이성에서의 차이에 의해 UGT91D2e와 구별될 수 있다.
기능성 EUGT11 또는 UGT91D2 폴리펩티드는 전형적으로, 글루코스 모이어티를 C-13 위치에 1,3-결합된 글루코스를 갖는 스테비올 화합물에 전달하지 않으며, 즉 스테비올-1,3-비오시드 및 1,3-스테비오시드로의 글루코스 모이어티의 전달은 대부분의 조건하에서 검출가능한 수준으로 발생하지 않는다.
적합한 EUGT11 폴리펩티드가 오리자 사티바 (Oryza sativa)로부터의 EUGT11 폴리펩티드 (GenBank 수탁 번호 AC133334; SEQ ID NO:51)를 포함할 수 있다. 예를 들어, EUGT11 폴리펩티드는 SEQ ID NO:51에 개시된 아미노산 서열과 적어도 70% 서열 동일성 (예컨대, 적어도 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98, 또는 99% 서열 동일성)을 갖는 아미노산 서열을 지닐 수 있다. EUGT11의 아미노산 서열을 인코딩하는 누클레오티드 서열은 또한 SEQ ID NO:52에 개시되며, 효모에서의 발현에 코돈 최적화된 누클레오티드 서열과 같다 (SEQ ID NO:53).
적합한 기능성 UGT91D2 폴리펩티드는 UGT91D2e 및 UGT91D2m로 지정된 폴리펩티드를 포함한다. 스테비아 레바우디아나로부터의 예시적인 UGT91D2e 폴리펩티드의 아미노산 서열은 SEQ ID NO:54 (PCT 출원 PCT/US2012/050021의 누클레오티드 서열 식별 번호 5에 의해 인코딩됨)로 개시되며, 이는 또한 폴리펩티드를 인코딩하는 S. 레바우디아나 누클레오티드 서열, 폴리펩티드를 인코딩하고 효모 발현을 위해 코돈 최적화된 누클레오티드 서열 (SEQ ID NO:158), S. 레바우디아나로부터의 예시적인 UGT91D2m 폴리펩티드의 아미노산 서열, 및 예시적인 UGT91D2m 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산 서열을 개시한다. 예시적인 UGT91D2m의 아미노산 서열은 SEQ ID NO:55에 제시되어 있다. 아미노산 잔기 206, 207, 및 343에서 치환을 함유하는 UGT91D2 변이체가 또한, 이용될 수 있다. 예를 들어, 야생형 UGT92D2e에 비해 G206R, Y207C, 및 W343R 돌연변이를 갖는 아미노산 서열이 이용될 수 있다. 또한, 아미노산 잔기 211 및 286에 치환을 함유하는 UGT91D2 변이체가 이용될 수 있다. 예를 들어, UGT91D2 변이체는 위치 211에 류신을 대신한 메티오닌의 치환 및 위치 286에 발린을 대신한 알라닌의 치환을 포함할 수 있다. 또한, "기능성 호몰로그" 섹션에 기술된 UGT91D2 변이체를 참조하라.
상기에서 지시된 바와 같이, 본원에서 SM12UGT로서 지정된 UGT는 UGT91D2를 대신에 치환될 수 있다. 적합한 기능성 SM12UGT 폴리펩티드는 이포모에아 푸르푸레아(Ipomoea purpurea)(일본산 나팔꽃)에 의해 제조되고 문헌[Morita et al. Plant J. 42: 353-363 (2005)]에 기재된 것들을 포함한다. I. 푸르푸레아 IP3GGT 폴리펩티드를 인코딩하는 아미노산 서열 (SEQ ID NO: 56)이 PCT 출원 번호 PCT/US2012/050021의 서열 식별 번호 76을 사용하여 제시되며, 이는 폴리펩티드를 인코딩하며 효모에서의 발현에 코돈 최적화된 누클레오티드 서열 (SEQ ID NO: 57)이다. 또 다른 적합한 SM12UGT 폴리펩티드는 R25S 돌연변이를 갖는 Bp94B1 폴리펩티드이다. 문헌 [Osmani et al. Plant Phys. 148: 1295-1308 (2008) and Sawada et al. J. Biol. Chem. 280: 899-906 (2005)]을 참조하라. 벨리스 페렌니스(Bellis perennis)(붉은 데이지) UGT94B1 폴리펩티드의 아미노산 서열 (SEQ ID NO: 58)은 PCT 출원 번호 PCT/US2012/050021에서 서열 식별 번호 78을 사용하여 제시되며, 이는 폴리펩티드를 인코딩하며 효모에서의 발현에 코돈 최적화된 누클레오티드 서열 (SEQ ID NO: 59)이다.
일부 구체예에서, 재조합 미생물은 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E 및/또는 레바우디오시드 M을 생성하기 위해 스테비올-13-O-글루코시드 또는 스테비올-19-O-글루코시드를 함유하는 배지에서 성장한다. 그러한 구체예에서, 미생물은 기능성 EUGT11, 기능성 UGT74G1, 기능성 UGT85C2, 기능성 UGT76G1, 및 기능성 UGT91D2를 인코딩하는 유전자를 함유하고 발현시키며, 스테비올, 하나 또는 둘 모두의 스테비올모노시드, 또는 루부소시드가 공급원료로서 이용될 때 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E 및/또는 레바우디오시드 M을 축적시킬 수 있다.
다른 구체예에서, 재조합 미생물은 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E 및/또는 레바우디오시드 M을 생성하기 위하여 루부소시드를 함유하는 배지에서 성장한다. 그러한 구체예에서, 미생물은 기능성 EUGT11, 기능성 UGT76G1, 및 기능성 UGT91D2를 인코딩하는 유전자를 함유하고 발현시키며, 루부소시드가 공급원료로서 이용될 때 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E 및/또는 레바우디오시드 M을 생성시킬 수 있다.
다른 구체예에서, 재조합 미생물은 스테비올 생합성에 관련된 하나 이상의 유전자, 예컨대, CDPS 유전자, KS 유전자, KO 유전자 및/또는 KAH 유전자를 발현시킨다. 이에 따라, 예를 들어, EUGT11, UGT74G1, UGT85C2, UGT76G1, 및 임의적으로, 기능성 UGT91D2 (예컨대, UGT91D2e) 외에 CDPS 유전자, KS 유전자, KO 유전자 및 KAH 유전자를 함유하는 미생물은 배양 배지에 스테비올을 포함시킬 필요 없이 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E 및/또는 레바우디오시드 M을 생성할 수 있다. 또 다른 예에서, UGT74G1, UGT85C2, UGT76G1, 및 임의적으로 기능적 UGT91D2 (예를 들어, UGT91D2e)에 더하여 CDPS 유전자, KS 유전자, KO 유전자 및 KAH 유전자를 함유하는 미생물은 배양 배지에 스테비올을 포함시킬 필요없이 레바우디오시드 A를 생성할 수 있다. 추가의 또 다른 예에서, UGT85C2, UGT76G1, 및 임의적으로, 기능적 UGT91D2 (예를 들어, UGT91D2e)에 더하여, CDPS 유전자, KS 유전자, KO 유전자 및 KAH 유전자를 함유하는 미생물은 배양 배지에 스테비올을 포함시킬 필요없이 레바우디오시드 B를 생성할 수 있다.
일부 구체예에서, 재조합 숙주는 스테비올 생합성 경로를 통한 증가된 유동을 위하여 디테르펜 전구체 게라닐게라닐 디포스페이트의 증가된 수준을 제공하기 위해 재조합 GGPPS 유전자를 추가로 함유하고 발현한다.
일부 구체예에서, 재조합 숙주는 게라닐게라닐 디포스페이트, ent-카우렌산 또는 파르네실 피로포스페이트를 소비하는 비-스테비올 경로의 발현에 침묵하여, 스테비올 및 스테비올 글리코시드 생합성 경로를 통한 증가된 유동을 제공하는 작제물을 추가로 함유한다. 예를 들어, 에르고스테롤과 같은 스테롤 생성 경로로의 유동은 ERG9 유전자의 하향조절에 의해 감소될 수 있다. 하기 섹션 C.4을 참조하라. 깁베렐린을 생성하는 세포에서, 깁베렐린 합성은 스테비올로의 ent-카우렌산의 유동을 증가시키기 위해 하향조절될 수 있다. 카로테노이드-생성 유기체에서, 스테비올로의 유동은 하나 이상의 카로테노이드 생합성 유전자의 하향조절에 의해 증가될 수 있다. 일부 구체예에서, 재조합 미생물은 추가로 디테르펜 생합성 또는 테르페노이드 전구체의 생성에 관여하는 재조합 유전자, 예컨대, MEP 또는 MEV 경로에서의 유전자를 추가로 발현시키고/거나, 감소된 포스파타제 활성을 갖고/거나, SUS를 발현시킬 수 있다.
당 업계의 숙련자는 상이한 UGT 유전자들의 상대적 발현 수준을 변경시킴으로써, 재조합 숙주가 소정의 비율로 스테비올 글리코시드 생성물을 특정하게 생성하도록 만들 수 있다는 것을 인지할 것이다. 스테비올 생합성 유전자 및 스테비올 글리코시드 생합성 유전자의 전사 조절은 당 업자에게 공지된 기술들을 이용하여 전사 활성 및 억제의 조합을 통해 달성할 수 있다. 시험관 내 반응의 경우, 당업계의 숙련자는 상이한 수준의 UGT 효소들을 조합하여 첨가 또는 상이한 UGTS의 상대적 활성들에 영향을 주는 조건들을 조합하여 각 스테비올 글리코시드의 소정의 비율을 위한 생합성을 지시할 것임을 인지할 것이다. 당 업계의 숙련자는 레바우디오시드 D 또는 E의 보다 높은 비율, 또는 레바우디오시드 D 또는 E로 보다 효과적인 전환은 13-O-글루코시드 반응 (기질 레바우디오시드 A 및 스테비오시드)와 비교하여 19-O-글루코시드 반응 동안 보다 높은 활성을 갖는 디글리코실화 효소를 사용하여 수득될 수 있음을 인지할 것이다.
일부 구체예에서, 미생물과 같은 재조합 숙주는 총 스테비올 글리코시드중량에 대해 적어도 3% 초과의 레바우디오시드 D, 예를 들어 적어도 4% 레바우디오시드 D, 적어도 5%의 레바우디오시드 D, 10 내지 20% 레바우디오시드 D, 20 내지 30%의 레바우디오시드 D, 30 내지 40%의 레바우디오시드 D, 40 내지 50%의 레바우디오시드 D, 50 내지 60%의 레바우디오시드 D, 60 내지 70%의 레바우디오시드 D, 70 내지 80%의 레바우디오시드 D를 갖는 레바우디오시드 D-풍부 스테비올 글리코시드 조성물을 생성한다.
일부 구체예에서, 미생물과 같은 재조합 숙주는 적어도 90%의 레바우디오시드 D, 예를 들어 90 내지 99%의 레바우디오시드 D를 갖는 스테비올 글리코시드 조성물을 생성한다. 존재하는 기타 스테비올 글리코시드는 스테비올 모노시드, 스테비올 글루코비오시드, 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 E, 및 스테비오시드를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 숙주 (예를 들어, 미생물)로부터 생성된 레바우디오시드 D-풍부 조성물은 또한 추가로 정제될 수 있고, 그렇게 정제된 레바우디오시드 D 또는 레바우디오시드 E는 이후 소정의 향미 시스템 또는 감미 조성물을 수득하기 위해 다른 스테비올 글리코시드, 향료 또는 감미료와 혼합될 수 있다. 예를 들어, 재조합 숙주에 의해 생성된 레바우디오시드 D-풍부 조성물은 상이한 재조합 숙주에 의해 생성된 레바우디오시드 A 또는 F-풍부 조성물, 스테비아 추출물로부터 정제된 레바우디오시드 A 또는 F, 또는 시험관 내에서 생성된 레바우디오시드 A 또는 F와 조합될 수 있다.
일부 구체예에서, 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E 및/또는 레바우디오시드 M은 식물 추출물로부터 유래된 스테비올 글리코시드의 혼합물을 포함하는, 스테비올 및/또는 스테비올 글리코시드와 같은 전구체 분자를 함유하는 원재료(raw materials)에 공급되는 전체 재조합 세포를 이용하여 생성될 수 있으며, 여기에서 상기 재조합 세포는 모든 UGT 폴리펩티드 또는 이의 적절한 조합을 발현하여 상기 스테비올의 각각의 특정 글루코실화된 레바우디오시드로의 글루코실화를 수행한다. 일부 구체예에서, 재조합 세포는 투과제를 첨가할 필요 없이 레바우디오시드를 효과적으로 분비하도록 선택적으로 트랜스포터를 발현할 수 있다. 원재료는 세포 성장 동안 또는 세포 성장 이후에 공급될 수 있다. 전세포는 현탁되거나 고정될 수 있다. 전세포는 비드(beads), 예를 들어 칼슘 또는 소듐 알기네이트 비드 포집될 수 있다. 전세포는 중공 섬유 (hollow fiber) 튜브 반응기 시스템에 연결될 수 있다. 전세포는 막형 반응기 (membrane reactor) 시스템 내에서 농축되고 포집될 수 있다. 전세포는 발효 브로쓰 또는 반응 완충액 내에 있을 수 있다. 일부 구체예에서, 투과성 시약이 기질을 세포로 효과적으로 전달되기 위해 사용될 수 있다. 일부 구체예에서, 세포는 톨루엔과 같은 용매, 또는 트리톤-X (Triton-X) 또는 트윈 (Tween)과 같은 유기세제로 투과가능하게 된다. 일부 구체예에서, 세포는 계면활성제, 예를 들어 세틸트리메틸암모늄 브로마이미드 (CTAB)와 같은 양이온성 계면활성제로 투과가능하게 된다. 일부 구체예에서, 세포는 전기천공법 (electroporation) 또는 경미한 삼투압 충격 (osmotic shock)과 같은 주기적인 기계 충격으로 투과가능하게 된다. 세포는 하나의 재조합 UGT 또는 다수의 재조합 UGT를 포함할 수 있다. 예를 들어, 세포는 스테비오시드 및 RebA의 혼합물이 RebD로 효과적으로 전환되도록 UGT76G1 및 EUGT11을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, 전세포는 섹션 III A에 기재된 숙주 세포이다. 일부 구체예에서, 전세포는 E. 콜라이와 같은 그람-음성 박테리아이다. 일부 구체예에서, 전세포는 바실러스 (Bacillus)와 같은 그람-양성 박테리아이다. 일부 구체예에서, 전세포는 아스퍼길루스와 같은 진균종, 또는 사카로마이세스 (Saccharomyces)와 같은 효모이다. 일부 구체예에서, 용어 "전세포 생촉매(whole cell biocatalysis)"는 전세포가 상기 기재된 바와 같이 성장하고 (예를 들어, 배지에서 및 선택적으로는 투과가능하게), RebA 또는 스테비오시드와 같은 기질이 제공되고 세포로부터의 효소를 이용하여 최종 생성물로 전환되는 과정을 언급하는데 사용한다. 세포는 생세포이거나 아닐 수 있고, 생전환 반응 동안 성장하거나 안할 수 있다. 반대로, 발효의 경우 세포를 성장 배지에서 배양시키고 글루코스와 같은 탄소 및 에너지원을 공급하며, 최종 생성물은 생세포로 생성된다.
C. 기타 폴리펩티드
유전자의 발현으로 좀더 효과적인 또는 더 큰 규모의 스테비올 또는 스테비올 글리코시드의 생성을 도모할 수 있는 추가의 폴리펩티드들의 유전자가 또한 재조합 숙주 안으로 도입될 수 있다. 예를 들어, 재조합 미생물은 게라닐게라닐 디포스페이트 신타제 (GGPPS, GGPDS로도 언급됨)를 인코딩하는 하나 이상의 유전자를 또한 포함할 수 있다. 또 다른 예로서, 재조합 숙주는 람노스 신타제를 인코딩하는 하나 이상의 유전자, 또는 UDP-글루코스 탈수소효소 및/또는 UDP-글루쿠론산 데카르복실라제를 인코딩하는 하나 이상의 유전자를 포함할 수 있다. 또 다른 예로는, 재조합 숙주는 사이토크롬 P450 리덕타제 (CPR)을 인코딩하는 하나 이상의 유전자를 또한 포함할 수 있다. 재조합 CPR의 발현은 테르페노이드 생합성을 위한 보조인자로 사용되는 NADPH를 재생하기 위해 NADP+의 순환을 촉진시킨다. NADHP 수준을 재생하기 위한 다른 방법들도 물론 사용될 수 있다. NADPH가 제한되는 환경에서; 균주들은 외인성 트랜스히드로제나제 (transhydrogenase) 유전자를 포함하도록 변형될 수도 있다. 예를 들어, 문헌 [Sauer et al., J. Biol . Chem . 279:6613-6619(2004)] 참조. 요망되는 보조인자 수준이 증가되도록 NADH/NADPH의 비율을 감소시키거나 달리 변경시키는 다른 방법들은 당업계의 숙련자들에게 공지되어 있다.
또 다른 예로서, 재조합 숙주는 MEP 경로 또는 메발로네이트 경로에서 하나 이상의 효소들을 인코딩하는 하나 이상의 유전자를 포함할 수 있다. 이러한 유전자는 이들이 디테르펜 생합성 경로로 탄소 유동을 증가시킬 수 있어, 이 경로에 의해 생성된 이소펜테닐 디포스페이트 및 디메틸알릴 디포스페이트로부터 게라닐게라닐 디포스페이트를 생성하기 때문에 유용하다. 이렇게 생성된 게라닐게라닐 디포스페이트는 스테비올 생합성 폴리펩티드 및 스테비올 글리코시드 생합성 폴리펩티드의 발현으로 인하여 스테비올 및 스테비올 글리코시드 생합성으로 향하게 될 것이다.
또 다른 실시예로서, 재조합 숙주는 수크로스 신타제를 인코딩하는 하나 이상의 유전자를 포함할 수 있으며, 추가적으로 필요에 따라 수크로스 흡수 유전자를 함유할 수 있다. 수크로스 신타제 반응은 발효 숙주 또는 전세포 생전환(bioconversion) 과정에서 UDP-글루코스 풀(pool)을 증가시키기 위해 이용될 수 있다. 이것은 글리코실화 동안 생성된 UDP로부터 UDP-글루코스 및 수크로스를 재생시켜 효과적인 글리코실화를 허용한다. 일부 유기체에서, 내인성 인베르타제(invertase)의 파괴는 수크로스의 분해를 방해하는데 잇점이 있다. 예를 들어, S. 세레비시애 SUC2 인베르타제는 파괴될 수 있다. 수크로스 신타제 (SUS)는 임의의 적합한 유기체로부터 기인할 수 있다. 예를 들어, 비제한적으로 아라비돕시스 탈리아나, 스테비아 레바우디아나, 또는 코페아 아라비카로부터의 수크로스 신타제 코딩 서열은 적합한 프로모터의 조절하에서 발현 플라스미드로 클로닝되고, 미생물에서 발현될 수 있다. 수크로스 신타제는 수크로스 트랜스포터 (예를 들어, A. 탈리아나 SUC1 트랜스포터 또는 그의 기능성 호몰로그) 및 하나 이상의 UGT (예를 들어, UGT85C2, UGT74G1, UGT76G1, 및 UGT91D2e, EUGT11 또는 그들의 기능성 호몰로그 중 하나 이상)를 조합하여 이러한 균주에서 발현될 수 있다. 수크로스를 함유하는 배지에서 숙주를 배양하면 UDP-글루코스 뿐만 아니라 하나 이상의 글루코시드 (예를 들어, 스테비올 글리코시드)의 생성을 촉진시킬 수 있다.
스쿠알렌 신타제 (SQS)를 인코딩하는 ERG9 유전자의 발현은 또한, 재조합 숙주에서 스쿠알렌 신타제에 대한 전구체가 증가되도록 재조합 숙주에서 감소될 수 있다. SQS는 EC 2.5.1.21 하에 분류되며, 스테롤의 생성을 이끄는 생합성 경로의 첫번째 헌신적(committed) 효소이다. 이는 중간 프리스쿠알렌 피로포스페이트를 통하여 파르네실 피로포스페이트로부터 스쿠알렌의 합성을 촉매작용한다. 이러한 효소는 테르페노이드/이소프레노이드의 생합성에서 중요한 분기점(critical branch) 효소이고, 스테롤 경로를 통해 이소프렌 중간체의 유동을 조절하는 것으로 간주된다. 상기 효소는 종종 파르네실-디포스페이트 파르네실트랜스퍼라제 (FDFT1)으로 언급된다. SQS의 메카니즘은 파르네실 피로포스페이트의 2개 단위체를 스쿠알렌으로 전환시키는 것이다. SQS는 적어도 하나의 원핵생물이 기능적으로 유사한 효소를 지니는 것으로 입증되었으나, 진핵생물 또는 진화된 유기체의 효소로 간주된다.
폴리펩티드의 불활성화가 스테비올 또는 스테비올 글리코시드의 더욱 효율적이거나 더 큰 규모의 생성을 조장하는 폴리펩티드의 유전자는 재조합 숙주에서 변형될 수 있다. 예를 들어, DPP1 유전자에 의해 인코딩된 포스파타제 예컨대, 효모 디아실글리세롤 피로포스페이트 포스파타제 및/또는 LPP1 유전자에 의해 인코딩된 효모 지질 포스페이트 포스파타제를 인코딩하는 내인성 유전자는, 파르네솔로의 파르네실 피로포스페이트 (FPP)의 분해가 감소되고 게라닐게라니올 (GGOH)의 게라닐게라닐피로포스페이트 (GGPP)의 분해가 감소되도록 불활성화될 수 있다. 이러한 유전자는 공지된 기법 예컨대, 상동 재조합, 돌연변이유발 또는 전사 활성인자-유사 이펙터 누클레아제 (TALEN)에 의해 불활성되거나 발현 감소될 수 있다.
C.1 MEP 생합성 폴리펩티드
일부 구체예에서, 재조합 숙주는 이소프레노이드 생합성을 위한 메틸에리트리톨 4-포스페이트 (MEP) 경로에 관련된 효소들을 인코딩하는 하나 이상의 유전자를 함유하다. MEP 경로의 효소들은 데옥시자일룰로스 5-포스페이트 신타제 (DXS), D-1-데옥시자일룰로스 5-포스페이트 리덕토이소머라제 (reductoisomerase; DXR), 4-디포스포씨티딜-2-C-메틸-D-에리트리톨 신타제 (CMS), 4-디포스포씨티딜-2-메틸-D-에리트리톨 키나제 (CMK), 4-디포스포씨티딜-2-C-메틸-D-에리트리톨 2,4-사이클로디포스페이트 신타제 (MCS), 1-히드록시-2-메틸-2(E)-부테닐 4-디포스페이트 신타제 (HDS) 및 1-히드록시-2-메틸-2(E)-부테닐 4-디포스페이트 리덕타제 (HDR)를 포함한다. 하나 이상의 DXS 유전자, DXR 유전자, CMS 유전자, CMK 유전자, MCS 유전자, HDS 유전자 및/또는 HDR 유전자는 재조합 미생물에서 통합될 수 있다. 문헌 [Rodriguez-Concepcion and Boronat, Plant Phys.130:1079-1089 (2002)] 참조.
DXS, DXR, CMS, CMK, MCS, HDS 및/또는 HDR 폴리펩티드를 인코딩하는 적합한 유전자는 E. 콜라이, 아라비돕시스 탈리아나 및 시네초코쿠스 레오폴리엔시스에 의해 만들어진 것들을 포함한다. DXR 폴리펩티드를 인코딩하는 누클레오티드 서열을 예를 들어 미국 특허 번호 제7,335,815호에 기재되어 있다.
C. 2 메발로네이트 생합성 폴리펩티드
일부 구체예에서, 재조합 숙주는 이소프레노이드 생합성을 위한 메발로네이트 경로에 관련된 효소들을 인코딩하는 하나 이상의 유전자를 포함한다. 숙주 안으로 형질전환시키기에 적합한 유전자는 메발로네이트 경로의 효소, 예를 들어 절두된 3-히드록시-3-메틸-글루타릴 (HMG)-CoA 리덕타제 (tHMG)를 인코딩하고/거나 메발로네이트 키나제 (MK)를 인코딩하는 유전자, 및/또는 포스포메발로네이트 키나제 (PMK)를 인코딩하는 유전자, 및/또는 메발로네이트 피로포스페이트 데카르복실라제 (MPPD)를 인코딩하는 유전자가 있다. 따라서, 하나 이상의 HMG-CoA 리덕타제 유전자, MK 유전자, PMK 유전자, 및/또는 MPPD 유전자는 미생물과 같은 재조합 숙주에 통합될 수 있다.
메발로네이트 경로 폴리펩티드를 인코딩하는 적합한 유전자는 공지되어 있다. 예를 들어, 적합한 폴리펩티드는 E. 콜라이, 파라코쿠스 데니트리피칸스 (Paracoccus denitrificans), 사카로마이세스 세레비시애, 아라비돕시스 탈리아나, 키타사토스포라 그리세올라 (Kitasatospora griseola), 호모 사피엔스 (Homo sapiens), 드로소필라 멜라노가스터 (Drosophila melanogaster), 갈루스 갈루스 (Gallus gallus), 스트렙토마이세스 종 (Streptomyces sp.) KO-3988, 니코티아나 아테누아타 (Nicotiana attenuata), 키타사토스포라 그리세올라 (Kitasatospora griseola), 헤베아 브라실리엔시스 (Hevea brasiliensis), 엔테로코쿠스 패시움 (Enterococcus faecium) 및 헤마토코커스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis)에 의해 만들어진 것들을 포함한다. 예컨대, 표 9, 그 전문이 본원에 참조로서 포함되는 미국특허 7,183,089호, 5,460,949호, 및 5,306,862호, 및 PCT 출원 PCT/US2012/050021호 및 PCT/US2011/038967호를 참조하라.
표 9. HMG CoA 리덕타제 및 기타 메발로네이트 유전자의 공급원
수탁# 유기체 효소 크기 (nt) 유전자 명칭
XM_001467423
(aa SEQ ID NO: 60)
레이쉬마니아 인판툼 ( Leishmania infantum) 아세틸-CoA C-아세틸트랜스퍼라제 1323
(nt SEQ ID NO: 61)
MEV-4
YML075C
(aaSEQ ID NO: 62)
사카로마이세스 세레비시애 절두된 HMG (tHMG1) 1584
(nt SEQ ID NO: 63)
tHMG1
EU263989
(aaSEQ ID NO: 64)
가노데르마 루시둠 (Ganoderma lucidum) 3-HMG-CoA 리덕타제 3681
(nt SEQ ID NO: 65)
MEV-11
BC153262
(aa SEQ ID NO: 66)
보스 타우루스 (Bos taurus) 3-HMG-CoA 리덕타제 2667
(nt SEQ ID NO: 67)
MEV-12
AAD47596
(aa SEQ ID NO: 68)
아르테미시아 안누아 ( Artemisia annua) 3-HMG-CoA 리덕타제 1704
(nt SEQ ID NO: 69)
MEV-13
AAB62280
(aa SEQ ID NO: 70)
트리파노소마 크루지 ( Trypanosoma cruzi) 3-HMG-CoA 리덕타제 1308
(nt SEQ ID NO: 71)
MEV-14
CAG41604
(aa SEQ ID NO: 72)
스타피 아우레우스 (Staph aureus ) 3-HMG-CoA 리덕타제 1281
(nt SEQ ID NO: 73)
MEV-15
DNA2.0 서열
(aa SEQ ID NO: 74)
아르채오글로부스 풀기두스 (Archaeoglobus fulgidus) 3-HMG-CoA 리덕타제 1311
(nt SEQ ID NO: 75)
HMG 리덕타제
DNA2.0 서열
(aa SEQ ID NO: 76)
슈도모나스 메발로니 ( Pseudomonas mevalonii) 3-HMG-CoA 리덕타제 1287
(nt SEQ ID NO: 77)
HMG 리덕타제
C.3 수크로스 신타제 폴리펩티드
수크로스 신타제 (SUS)는 UDP-당을 생성하는 도구로 이용될 수 있다. SUS (EC 2.4.1.13)은 수크로스 및 UDP로부터 UDP-글루코스와 프룩토오스의 생성을 촉매작용한다. 따라서, UGTs의 반응으로 생성된 UDP는 수크로스의 존재하에서 UDP-글루코스로 전환될 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Chen et al. (2001) J. Am. Chem . Soc . 123:8866-8867; Shao et al. (2003) Appl . Env . Microbiol . 69:5238-5242; Masada et al. (2007) FEBS Lett. 581:2562-2566; and Son et el. (2009) J. Microbiol . Biotechnol. 19:709-712] 참조.
수크로스 신타제는 UDP-글루코스를 생성하고 UDP를 제거하는데 사용되어, 다양한 시스템에서 화합물들의 효과적인 글리코실화를 도모할 수 있게 한다. 예를 들어, 수크로스를 이용하는 능력이 결여된 효모는 수크로스 트랜스포터 및 SUS를 도입함으로써 수크로스에서 성장하도록 만들 수 있다. 예를 들어, 사카로마이세스 세레비시애는 효과적인 수크로스 흡수 시스템을 가지고 있지 않아, 수크로스를 이용하기 위한 세포외 SUC2에 의존한다. 내인성 S. 세레비시애 SUC2 인베르타제의 파괴 및 재조합 SUS 발현의 조합은 세포내 수크로스를 대사작용할 수 있으나 세포외 수크로스는 그럴 수 없는 효모 균주를 나타낼 수 있다 (Riesmeier et al. (1992) EMBO J. 11:4705-4713). 균주는, cDNA 발현 라이브러리로 형질전환되고 수크로스를 취하는 능력을 얻게된 형질전환체(transformants)의 선별에 의해 수크로스 트랜스포터를 단리하는데 사용되었다.
생체내에서 재조합 수크로스 신타제와 수크로스 트랜스포터의 조합된 발현은 증가된 UDP-글루코스 이용가능성 및 원치않는 UDP의 제거를 가져올 수 있다. 예를 들어, 재조합 수크로스 신타제, 수크로스 트랜스포터, 및 글리코실 트랜스퍼라제의 기능적 발현은 자연적 수크로스 분해 시스템 (S. 세레비시애의 경우에는 SUC2)의 넉아웃과 조합되어 스테비올 글리코시드와 같은 글리코실화된 화합물의 양을 증가 생성할 수 있는 세포를 생성하는데 이용될 수 있다. 이러한 보다 높은 글리코실화 성능은 적어도 (a) 보다 고효율로 UDP-글루코스를 생성하는 높은 성능, 및 (b) 글리코실화 반응을 저해하는 UDP의 성장 배지로부터 제거로 인한 것일 수 있다.
수크로스 신타제는 임의의 적합한 유기체로부터 비롯될 수 있다. 예를 들어, 비제한적으로, 아라비돕시스 탈리아나 (예를 들어, SEQ ID NO: 78 또는 79), 또는 코페아 아라비카 (예를 들어, SEQ ID NO:80) (예를 들어, PCT/US2012/050021의 SEQ ID NO: 178, 179 및 180 참조)로부터의 수크로스 신타제 코딩 서열은 적합한 프로모터의 조절하에서 발현 플라스미드로 클로닝될 수 있고, 숙주 (예를 들어, 미생물 또는 식물) 내에서 발현될 수 있다. SUS 코딩 서열은 효모에 의해 세포외 수크로스의 분해를 피하기 위해 SUC2 (수크로스 가수분해 효소) 결여된 S. 세레비시애 균주에서 발현될 수 있다. 수크로스 신타제는 이러한 균주에서 수크로스 트랜스포터 (예를 들어, A. 탈리아나 SUC1 트랜스포터 또는 그의 기능성 호몰로그) 및 하나 이상의 UGT (예를 들어, UGT85C2, UGT74G1, UGT76G1, EUGT11, 및 UGT91D2e, 또는 그들의 기능적 호몰로그 중 하나 이상)와 조합되어 발현될 수 있다. 수크로스가 함유된 배지에서 숙주를 배양하면 UDP-글루코스 뿐만 아니라 하나 이상의 글루코시드 (예를 들어, 스테비올 글리코시드)의 생성을 촉진시킬 수 있다. 몇몇 경우에서, 수크로스 신타제 및 수크로스 트랜스포터가 또한, 특정 화합물 (예를 들어, 스테비올)의 생성을 위한 재조합체인 숙주 세포에서 UGT와 함께 발현될 수 있음이 주지된다.
C.4 스쿠알렌 신타제 폴리펩티드
내인성 스쿠알렌 신타제 유전자의 발현은 예를 들어, 각각 스쿠알렌 신타제를 인코딩하는 유전자의 프로모터 또는 스쿠알렌 신타제를 인코딩하는 오픈 리딩 프레임 (ORF)의 5' 말단 내의 유전체 서열의 일부에 상동인 2개 영역을 함유하는 핵산 작제물을 사용하여 본원에 기술된 재조합 숙주에서 변형될 수 있다. 효모에서, 예를 들어, 이러한 작제물은 각각 ERG9 프로모터 또는 ERG9 오픈 리딩 프레임의 5' 말단 내의 유전체 서열의 일부에 상동인 2개의 영역을 함유할 수 있다. 작제물은 효모에 대해 야생형 ScKex2 또는 야생형 ScCyc1과 같은 프로모터를 추가로 포함할 수 있다. 프로모터는 헤어핀과 같은 이종성 삽입물을 이의 3'-말단에 추가로 포함할 수 있다. ORF에 의해 인코딩되는 폴리펩티드는 스쿠알렌 신타제 (EC 2.5.1.21) 또는 이의 생물학적 활성 단편과 적어도 70% 동일성을 갖고, 상기 단편은 적어도 100개 아미노산의 중첩 범위에서 상기 스쿠알렌 신타제와 적어도 70% 서열 동일성을 갖는다. 예를 들어, PCT/US2012/050021을 참조하라.
이종성 삽입물은 헤어핀 루프를 갖는 헤어핀의 이차 구조 요소에 적합화될 수 있다. 이종성 삽입물 서열은 다음 일반식 (I)을 갖는다:
-X1-X2-X3-X4-X5,
X2는 X4의 적어도 4개의 연속 누클레오티드에 상보적이며, X4의 적어도 4개의 연속 누클레오티드를 지니는 헤어핀 이차 구조 요소를 형성하는 적어도 4개의 연속 누클레오티드를 포함하여, X3은 임의적이며, 존재하는 경우, X2 및 X4 사이에 헤어핀 루프를 형성하는데 관련되는 누클레오티드를 포함하고,
X1 및 X5는 개별적으로 그리고 임의로 하나 이상의 누클레오티드를 포함하고, X2 및 X4는, X2의 적어도 4개의 누클레오티드의 연속 서열이 X4의 적어도 4개의 누클레오티드의 연속 서열에 상보적인 한, 개별적으로 임의의 적합한 수의 누클레오티드로 구성될 수 있다. 일부 구체예에서, X2 및 X4는 동일한 수의 누클레오티드로 구성된다.
이종성 삽입물은 헤어핀을 완성할 수 있도록 충분히 길지만, 인-프레임(in-frame) 및 이종성 삽입물에 대해 바로 3'측에 존재하는 ORF의 제한된 번역이 가능하도록 충분히 짧다. 전형적으로, 이종성 삽입물은 10-50개 누클레오티드 길이, 예컨대, 10-30개 누클레오티드, 15-25개 누클레오티드, 17-22개 누클레오티드, 18-21개 누클레오티드, 18-20개 누클레오티드, 또는 19개 누클레오티드 길이이다.
X2는 예를 들어 4 내지 25개 범위의 누클레오티드, 예컨대 4 내지 20개, 4 내지 15개, 6 내지 12개, 8 내지 12개, 또는 9 내지 11개 범위의 누클레오티드로 구성될 수 있다.
X4는 예를 들어 4 내지 25개 범위의 누클레오티드, 예컨대 4 내지 20개, 4 내지 15개, 6 내지 12개, 8 내지 12개, 또는 9 내지 11개 범위의 누클레오티드로 구성될 수 있다.
일부 구체예에서, X2는 X4의 누클레오티드 서열과 상보적인 누클레오티드 서열로 구성되고, X2의 모든 누클레오티드는 X4의 누클레오티드 서열과 상보적이다.
X3은 부재할 수 있고, 즉 X3은 0개의 누클레오티드로 구성될 수 있다. X3은 1 내지 5개 범위의 누클레오티드, 예컨대 1 내지 3개 범위의 누클레오티드로 구성되는 것이 또한 가능하다.
X1은 부재할 수 있고, 즉 X1은 0개의 누클레오티드로 구성될 수 있다. X1은 1 내지 25개 범위의 누클레오티드, 예컨대 1 내지 20개, 1 내지 15개, 1 내지 10개, 1 내지 5개, 또는 1 내지 3개 범위의 누클레오티드로 구성되는 것이 또한 가능하다.
X5는 부재할 수 있고, 즉 X5는 0개의 누클레오티드로 구성될 수 있다. X5는 1 내지 5개 범위의 누클레오티드, 예컨대 1 내지 3개 범위의 누클레오티드로 구성되는 것이 또한 가능하다.
이종성 삽입물은 본원에 정의된 요건을 충족시키는 임의의 적합한 서열일 수 있다. 예를 들어, 이종성 삽입물은 tgaattcgttaacgaattc (SEQ ID NO: 81), tgaattcgttaacgaactc (SEQ ID NO: 82), tgaattcgttaacgaagtc (SEQ ID NO: 83), 또는 tgaattcgttaacgaaatt (SEQ ID NO: 84)를 포함할 수 있다.
특정 메커니즘에 얽매이지 않으며, 효모에서 ERG9 발현은 RNA에 대한 리보솜의 결합을 적어도 부분적으로 입체적으로 방해함에 의해 감소되어, 스쿠알렌 신타제의 번역을 감소시킬 수 있다. 그러한 작제물을 이용하는 것은 파르네실-피로포스페이트에서 스쿠알렌으로의 턴오버를 감소시키고/거나 파르네실-피로포스페이트, 이소펜테닐-피로포스페이트, 디메틸알릴-피로포스페이트, 게라닐-피로포스페이트 및 게라닐게라닐-피로포스페이트로 구성된 군으로부터 선택되는 화합물의 축적을 향상시킬 수 있다.
때때로, 본원에 기재된 재조합 숙주를 배양할 때 스쿠알렌 신타제 억제제를 포함시키는 것이 유리할 수 있다. 스쿠알렌 신타제, 예컨대, 라파퀴스태트(lapaquistat)에 의한 화학적 억제가 당 분야에 공지되어 있다. 그 밖의 스쿠알렌 신타제 억제제는 자라고직산(Zaragozic acid) 및 RPR 107393을 포함한다. 따라서, 한 구체예에서 본원에 정의된 방법(들)의 배양 단계는 스쿠알렌 신타제 억제제의 존재하에 수행된다.
일부 구체예에서, 본원에 기재된 재조합 효모 숙주는 ERG9 오픈 리딩 프레임에 돌연변이를 함유한다.
일부 구체예에서, 본원에 기재된 재조합 효모 숙주는 ERG9[Δ]::HIS3 결실/삽입 대립유전자를 함유한다.
D. 기능성 호몰로그
본원에 기재된 폴리펩티드의 기능성 호몰로그는 또한 재조합 숙주에서 스테비올 또는 스테비올 글리코시드를 생성하는데 이용하기 적합하다. 기능성 호몰로그는 기준 폴리펩티드에 대한 서열 유사성을 지니고, 기준 폴리펩티드의 생화학적 또는 생리학적 기능(들) 중 하나 이상을 보유하는 폴리펩티드이다. 기능성 호몰로그 및 기준 폴리펩티드는 자연 발생 폴리펩티드일 수 있고, 서열 유사성은 수렴성 (convergent) 또는 분기성 (divergnt) 진화 사건 때문일 수 있다. 이와 같이, 기능성 호몰로그는 때로 문헌에서 호몰로그, 또는 오르톨로그(ortholog), 또는 파라로그 (paralog)로 명명된다. 자연 발생 기능성 호몰로그의 변이체, 예컨대 야생형 코딩 서열의 돌연변이체에 의해 인코딩되는 폴리펩티드는 그 자체가 기능성 호몰로그일 수 있다. 기능성 호몰로그는 또한 폴리펩티드에 대한 코딩 서열의 부위-특이적 돌연변이유발을 통해, 또는 상이한 자연-발생 폴리펩티드들에 대한 코딩 서열로부터의 도메인을 조합시켜 ("도메인 교환 (swapping)") 생성될 수 있다. 본원에 기재된 기능성 UGT 폴리펩티드를 인코딩하는 유전자를 변형시키는 기법은 공지되어 있고, 그 중에도 특히, 지향된 진화 기법, 부위-특이적 돌연변이유발 기법 및 무작위 돌연변이유발 기법을 포함하며, 이는 폴리펩티드의 특이적 활성을 증가시키거나, 기질 특이성을 변경시키거나, 발현 수준을 변경시키거나, 아세포(subcellular) 위치를 변경시키거나, 폴리펩티드:폴리펩티드 상호작용을 요망되는 방식으로 변형시키는데 유용할 수 있다. 그러한 변형된 폴리펩티드는 기능성 호몰로그로 간주된다. 용어 "기능성 호몰로그"는 때로 기능적으로 상동인 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산에 적용된다.
기능성 호몰로그는 누클레오티드 및 폴리펩티드 서열 정렬의 분석에 의해 확인될 수 있다. 예를 들어, 누클레오티드 또는 폴리펩티드 서열의 데이터베이스에 쿼리 (query)를 실행함으로써 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 생합성 폴리펩티드 또는 트랜스포터 유전자 또는 단백질 또는 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자 유전자 또는 단백질의 호몰로그를 확인할 수 있다. 서열 분석은 GGPPS, CDPS, KS, KO, KAH 또는 트랜스포터 또는 전사 인자 아미노산 서열을 기준 서열로 이용하는 비중복된 (nonredundant) 데이터베이스의 BLAST, 상호 BLAST, 또는 PSI-BLAST 분석을 포함할 수 있다. 아미노산 서열은, 일부 경우에, 누클레오티드 서열로부터 유추된다. 데이터베이스에서 40% 초과의 서열 동일성을 갖는 이들 폴리펩티드는 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 생합성 폴리펩티드에 대한 기능성 호몰로그 또는 트랜스포터 단백질 또는 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자에 대한 기능성 호몰로그로서의 적합성을 추가로 평가하기 위한 후보들이다. 아미노산 서열 유사성은 보존적 아미노산 치환, 예를 들어 하나의 소수성 잔기를 또 다른 소수성 잔기로 치환하거나 하나의 극성 잔기를 또 다른 극성 잔기로 치환하는 것을 허용한다. 요망되는 경우, 추가로 평가되어야 하는 후보의 수를 좁히기 위해 그러한 후보의 수동 검사를 수행할 수 있다. 수동 검사는 스테비올 생합성 폴리펩티드 또는 트랜스포터 단백질 또는 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자에 존재하는 도메인, 예컨대 보존된 기능성 도메인을 갖는 것으로 보이는 후보를 선택함에 의해 수행될 수 있다.
보존된 영역은 반복되는 서열이거나, 일부 이차 구조 (예를 들어, 나선형 및 베타 시트)를 형성하거나, 양 또는 음으로 하전된 도메인을 확립하거나, 단백질 모티프 또는 도메인을 나타내는 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 생합성 폴리펩티드 또는 트랜스포터 유전자 또는 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자의 일차 아미노산 서열 내의 영역의 위치를 찾아냄에 의해 확인될 수 있다. 예컨대, 월드와이드웹 상에서 다양한 단백질 모티프 및 도메인에 대한 컨센서스 서열을 기재하고 있는 Pfam 웹사이트 sanger.ac.uk/Software/Pfam/ 및 pfam.janelia.org/를 참조하라. Pfam 데이터베이스에 포함된 정보는 문헌[Sonnhammer et al., Nucl. Acids Res., 26:320-322 (1998); Sonnhammer et al., Proteins, 28:405-420 (1997); and Bateman et al., Nucl. Acids Res., 27:260-262 (1999)]에 기재된다. 보존된 영역은 밀접하게 관련된 종으로부터의 동일하거나 관련된 폴리펩티드의 서열을 정렬함으로써 또한 결정할 수 있다. 밀접하게 관련된 종은 바람직하게는 동일한 패밀리로부터의 종이다. 일부 구체예들에서, 두 상이한 종으로부터의 서열을 정렬하는 것이 적합하다.
전형적으로, 적어도 약 40%의 아미노산 서열 동일성을 나타내는 폴리펩티드가 보존된 영역을 확인하는데 유용하다. 관련 폴리펩티드의 보존된 영역은 적어도 45%의 아미노산 서열 동일성 (예컨대, 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 또는 적어도 90%의 아미노산 서열 동일성)을 나타낸다. 일부 구체예에서, 보존된 영역은 적어도 92%, 94%, 96%, 98%, 또는 99%의 아미노산 서열 동일성을 나타낸다.
예를 들어, 재조합 숙주에서 스테비올 글리코시드를 생성하는데 적합한 폴리펩티드는 EUGT11, UGT91D2e, UGT91D2m, UGT85C, 및 UGT76G의 기능성 호몰로그를 포함한다. 그러한 호몰로그는 PCT 출원 PCT/US2012/050021호에 기재된 EUGT11, UGT91D2e, UGT91D2m, UGT85C, 또는 UGT76G의 아미노산 서열과 90% 초과 (예컨대, 적어도 95% 또는 99%)의 서열 동일성을 갖는다. EUGT11, UGT91D2, UGT85C, 및 UGT76G 폴리펩티드의 변이체는 전형적으로 일차 아미노산 서열 내에 10개 또는 그 미만의 아미노산 치환을 갖고, 예컨대, 7개 또는 그 미만의 아미노산 치환, 5개 또는 보존적 아미노산 치환, 또는 1 내지 5개의 치환을 갖는다. 그러나, 일부 구체예에서, EUGT11, UGT91D2, UGT85C, 및 UGT76G 폴리펩티드의 변이체는 10개 또는 그 초과의 아미노산 치환 (예컨대, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 10-20, 10-35, 20-30, 또는 25-35개 아미노산 치환)을 지닐 수 있다. 치환은 보존적이거나, 일부 구체예에서, 비-보존적일 수 있다. UGT91D2e 폴리펩티드에서 비-보존적 변화의 비제한적인 예는 글리신에서 아르기닌 및 트립토판에서 아르기닌으로의 변화를 포함한다. UGT76G 폴리펩티드에서 비-보존적 치환의 비제한적인 예는 발린에서 글루탐산, 글리신에서 글루탐산, 글루타민에서 알라닌 및 세린에서 프롤린으로의 치환을 포함한다. UGT85C 폴리펩티드에 대한 변화의 비제한적인 예는 히스티딘에서 아스파르트산, 프롤린에서 세린, 리신에서 트레오닌, 및 트레오닌에서 아르기닌으로의 변화를 포함한다.
일부 구체예에서, 유용한 UGT91D2 호몰로그는 예측된 루프의 밖에 있는 폴리펩티드의 영역에 아미노산 치환 (예컨대, 보존적 아미노산 치환)을 지닐 수 있고, 예컨대, 잔기 20-26, 39-43, 88-95, 121-124, 142-158, 185-198, 및 203-214는 N-말단 도메인의 예측된 루프이고 잔기 381-386는 91D2e의 C-말단 도메인의 예측된 루프이다 (SEQ ID NO:54 참조). 예를 들어, 유용한 UGT91D2 호몰로그는 잔기 1-19, 27-38, 44-87, 96-120, 125-141, 159-184, 199-202, 215-380, 또는 387-473에 적어도 하나의 아미노산 치환을 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, UGT91D2 호몰로그는 잔기 30, 93, 99, 122, 140, 142, 148, 153, 156, 195, 196, 199, 206, 207, 211, 221, 286, 343, 427, 및 438로 구성된 군으로부터 선택되는 하나 이상의 잔기에 아미노산 치환을 지닐 수 있다. 예를 들어, UGT91D2 기능성 호몰로그는 잔기 206, 207, 및 343 중 하나 이상에 아미노산 치환을 지닐 수 있고, 예컨대 잔기 206에 아르기닌, 잔기 207에 시스테인, 및 잔기 343에 아르기닌을 지닐 수 있다. 예를 들어, SEQ ID NO:86 참조. UGT91D2의 그 밖의 기능성 호몰로그는 하기 중 하나 이상을 지닐 수 있다: 잔기 30에 티로신 또는 페닐알라닌, 잔기 93에 프롤린 또는 글루타민, 잔기 99에 세린 또는 발린, 잔기 122에 티로신 또는 페닐알라닌, 잔기 140에 히스티딘 또는 티로신, 잔기 142에 세린 또는 시스테인, 잔기 148에 알라닌 또는 트레오닌, 잔기 152에 메티오닌, 잔기 153에 알라닌, 잔기 156에 알라닌 또는 세린, 잔기 162에 글리신, 잔기 195에 류신 또는 메티오닌, 잔기 196에 글루탐산, 잔기 199에 리신 또는 글루탐산, 잔기 211에 류신 또는 메티오닌, 잔기 213에 류신, 잔기 221에 세린 또는 페닐알라닌, 잔기 253에 발린 또는 이소류신, 잔기 286에 발린 또는 알라닌, 잔기 427에 리신 또는 아스파라긴, 잔기 438에 알라닌, 및 잔기 462에 알라닌 또는 트레오닌. 또 다른 구체예에서, UGT91D2 기능성 호몰로그는 잔기 211에 메티오닌 및 잔기 286에 알라닌을 함유한다.
일부 구체예에서, 유용한 UGT85C 호몰로그는 잔기 9, 10, 13, 15, 21, 27, 60, 65, 71, 87, 91, 220, 243, 270, 289, 298, 334, 336, 350, 368, 389, 394, 397, 418, 420, 440, 441, 444, 및 471에 하나 이상의 아미노산 치환을 지닐 수 있다. 유용한 UGT85C 호몰로그의 비제한적인 예 (SEQ ID NO: 30에 비해)는 잔기 65 (예컨대, 잔기 65에 세린), 잔기 15 (잔기 15에 류신)와 함께 잔기 65, 270 (예컨대, 잔기 270에 메티오닌, 아르기닌, 또는 알라닌), 418 (예컨대, 잔기 418에 발린), 440 (예컨대, 잔기 440에 아스파르트산), 또는 441 (예컨대, 잔기 441에 아스파라긴); 잔기 13 (예컨대, 잔기 13에 페닐알라닌), 15, 60 (예컨대, 잔기 60에 아스파르트산), 270, 289 (예컨대, 잔기 289에 히스티딘), 및 418에 치환; 잔기 13, 60, 및 270에 치환; 잔기 60 및 87 (예컨대, 잔기 87에 페닐알라닌)에 치환; 잔기 65, 71 (예컨대, 잔기 71에 글루타민), 220 (예컨대, 잔기 220에 트레오닌), 243 (예컨대, 잔기 243에 트립토판), 및 270에 치환; 잔기 65, 71, 220, 243, 270, 및 441에 치환; 잔기 65, 71, 220, 389 (예컨대, 잔기 389에 발린), 및 394 (예컨대, 잔기 394에 발린)에 치환; 잔기 65, 71, 270, 및 289에 치환; 잔기 220, 243, 270, 및 334 (예컨대, 잔기 334에 세린)에 치환; 또는 잔기 270 및 289에 치환을 갖는 폴리펩티드를 포함한다. 하기 아미노산 돌연변이는 85C2 폴리펩티드에서 활성의 손실을 발생시키지 않았다: V13F, F15L, H60D, A65S, E71Q, I87F, K220T, R243W, T270M, T270R, Q289H, L334S, A389V, I394V, P397S, E418V, G440D, 및 H441N. 활성 클론에서 보여지는 추가의 돌연변이는 K9E, K10R, Q21H, M27V, L91P, Y298C, K350T, H368R, G420R, L431P, R444G, 및 M471T를 포함한다. 일부 구체예에서, UGT85C2는 위치 65 (예컨대, 세린), 71 (글루타민), 270 (메티오닌), 289 (히스티딘), 및 389 (발린)에 치환을 함유한다.
인간의 MDM2 단백질의 처음 158 아미노산이 N-말단에서 프레임안에 융합된 스테비아 레바우디아나 UGT 74G1, 76G1 및 91D2e, 및 합성된 PMI 펩티드의 4개의 반복서열 (4 X TSFAEYWNLLSP, 서열 번호:87)이 N-말단에서 프레임안에 융합된 스테비아 레바우디아나 UGT85C2의 아미노산 서열은 서열 번호: 88, 89, 90, 및 91에 각각 제시된다.
일부 구체예에서, 유용한 UGT76G 호몰로그는 SEQ ID NO:85의 잔기 29, 74, 87, 91, 116, 123, 125, 126, 130, 145, 192, 193, 194, 196, 198, 199, 200, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 266, 273, 274, 284, 285, 291, 330, 331, 및 346에 하나 이상의 아미노산 치환을 지닐 수 있다.
유용한 UGT76G 호몰로그의 비제한적인 예는 잔기 74, 87, 91, 116, 123, 125, 126, 130, 145, 192, 193, 194, 196, 198, 199, 200, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 및 291; 잔기 74, 87, 91, 116, 123, 125, 126, 130, 145, 192, 193, 194, 196, 198, 199, 200, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 266, 273, 274, 284, 285, 및 291; 또는 잔기 74, 87, 91, 116, 123, 125, 126, 130, 145, 192, 193, 194, 196, 198, 199, 200, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 266, 273, 274, 284, 285, 291, 330, 331, 및 346에 치환을 갖는 폴리펩티드를 포함한다. 표 10을 참조하라.
클론 돌연변이
76G_G7 M29I, V74E, V87G, L91P, G116E, A123T, Q125A, I126L, T130A,
V145M, C192S, S193A, F194Y, M196N, K198Q, K199I, Y200L, Y203I, F204L, E205G, N206K, I207M, T208I, P266Q, S273P, R274S, G284T, T285S, 287-3 bp 결실, L330V, G331A, L346I
76G_H12 M29I, V74E, V87G, L91P, G116E, A123T, Q125A, I126L, T130A,
V145M, C192S, S193A, F194Y, M196N, K198Q, K199I, Y200L, Y203I, F204L, E205G, N206K, I207M, T208I, P266Q, S273P, R274S, G284T, T285S, 287-3 bp 결실
76G_C4 M29I, V74E, V87G, L91P, G116E, A123T, Q125A, I126L, T130A,
V145M, C192S, S193A, F194Y, M196N, K198Q, K199I, Y200L, Y203I, F204L, E205G, N206K, I207M, T208I
예를 들어, EUGT11 또는 UGT91D2e의 기질 특이성을 변경시키는 방법은 당업자에게 공지되어 있으며, 부위-특이적/논리적 돌연변이유발 접근법, 무작위 유도되는 진화 접근법 및 무작위 돌연변이유발/포화 기법이 효소의 활성 부위 부근에서 수행되는 조합법을 포함하나, 이로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 문헌[Osmani, et al., Phytochemistry 70 325-347 (2009)]을 참조하라.
후보 서열은 전형적으로 기준 서열 길이의 80 퍼센트 내지 200 퍼센트의 길이, 예컨대, 기준 서열 길이의 82, 85, 87, 89, 90, 93, 95, 97, 99, 100, 105, 110, 115, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 또는 200 퍼센트의 길이를 갖는다. 기능성 호몰로그 폴리펩티드는 전형적으로 기준 서열 길이의 95 퍼센트 내지 105 퍼센트의 길이, 예컨대, 기준 서열 길이의 90, 93, 95, 97, 99, 100, 105, 110, 115, 또는 120 퍼센트의 길이, 또는 그 사이의 임의의 범위의 길이를 갖는다. 기준 핵산 또는 폴리펩티드에 대한 임의의 후보 핵산 또는 폴리펩티드의 퍼센트 동일성은 다음과 같이 결정될 수 있다. 기준 서열 (예컨대, 핵산 서열 또는 아미노산 서열)은 컴퓨터 프로그램 ClustalW (버전 1.83, 디폴트 파라미터)를 이용하여 하나 이상의 후보 서열에 정렬되는데, 이는 이들의 전장에 걸쳐 핵산 또는 폴리펩티드 서열의 정렬이 수행될 수 있게 한다 (글로벌 정렬). 문헌[Chenna et al., Nucleic Acids Res., 31(13):3497-500 (2003)].
ClustalW는 기준 서열과 하나 이상의 후보 서열 간의 최상의 매칭을 계산하고, 동일성, 유사성 및 차이가 결정될 수 있게 이들을 정렬시킨다. 하나 이상의 잔기의 갭이 기준 서열, 후보 서열 또는 둘 모두에 삽입되어 서열 정렬을 최대화시킬 수 있다. 핵산 서열의 신속한 쌍(pairwise) 정렬을 위해, 다음의 디폴트 파라미터가 이용된다: 워드 크기: 2; 윈도 크기: 4; 득점 방법: 백분율; 상부 대각선의 수: 4; 및 갭 페널티: 5. 핵산 서열의 다수 정렬을 위해, 다음의 파라미터가 이용된다: 갭 개방 페널티: 10.0; 갭 연장 페널티: 5.0; 및 중량 변화: 있음. 단백질 서열의 신속한 쌍 정렬을 위해, 다음의 파라미터가 이용된다: 워드 크기: 1; 윈도 크기: 5; 득점 방법: 백분율; 상부 대각선의 수: 5; 갭 페널티: 3. 단백질 서열의 다수 정렬을 위해, 다음의 파라미터가 이용된다: 중량 매트릭스: 블로섬(blosum); 갭 개방 페널티: 10.0; 갭 연장 페널티: 0.05; 친수성 갭: 켜짐(on); 친수성 잔기: Gly, Pro, Ser, Asn, Asp, Gln, Glu, Arg, 및 Lys; 잔기-특이적 갭 페널티: 켜짐. ClustalW 결과는 서열 간의 관계를 반영하는 서열 정렬이다. ClustalW는, 예를 들어, 월드와이드웹 상의 Baylor College of Medicine Search Launcher 사이트 (searchlauncher.bcm.tmc.edu/multi-align/multi-align.html) 및 월드와이드웹 상의 European Bioinformatics Institute 사이트 (ebi.ac.uk/clustalw)에서 실행될 수 있다.
기준 서열에 대한 후보 핵산 또는 아미노산 서열의 퍼센트 동일성을 결정하기 위해, 서열을 ClustalW를 이용하여 정렬시키고, 정렬에서 동일한 매칭의 수를 기준 서열의 길이로 나누고, 그 결과에 100을 곱한다. 퍼센트 동일성 값은 가장 근접한 소수점 첫째 자리까지 반올림할 수 있음에 유의한다. 예를 들어, 78.11, 78.12, 78.13, 및 78.14는 78.1로 반내림되는 반면, 78.15, 78.16, 78.17, 78.18, 및 78.19는 78.2로 반올림된다.
기능성 UGT는 글루코실화 또는 효소에 의해 수행되는 그 밖의 효소 활성에 관여하지 않는 추가의 아미노산을 포함할 수 있어서, 이러한 폴리펩티드는 그렇지 않은 경우보다 더 길어질 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, EUGT11 폴리펩티드는 아미노 또는 카르복시 말단에 첨가되는 정제 태그 (예컨대, HIS 태그 또는 GST 태그), 엽록체 운반 펩티드, 미토콘드리아 운반 펩티드, 녹말체 펩티드, 신호 펩티드, 또는 분비 태그를 포함할 수 있다. 일부 구체예에서, EUGT11 폴리펩티드는 리포터로서 기능하는 아미노산 서열, 예컨대, 그린 형광 단백질 또는 옐로우 형광 단백질을 포함한다.
II. 스테비올 및 스테비올 글리코시드 생합성 핵산
본원에 기재된 폴리펩티드를 인코딩하는 재조합 유전자는 폴리펩티드 발현에 적합한 하나 이상의 조절 영역에 센스 배향으로 작동적으로 연결된, 상기 폴리펩티드에 대한 코딩 서열을 포함한다. 많은 미생물이 폴리시스트론 mRNA로부터 다수의 유전자 생성물을 발현할 수 있으므로, 요망되는 경우 다수의 폴리펩티드가 상기 미생물에 대한 단일한 조절 영역의 제어 하에 발현될 수 있다. 코딩 서열 및 조절 영역은, 조절 영역과 코딩 서열이 상기 서열의 전사 또는 번역을 조절하는데 유효하도록 정위될 때 작동적으로 연결된 것으로 간주된다. 전형적으로, 코딩 서열의 번역적 리딩 프레임의 번역 개시 부위는 모노시스트론 유전자에 대한 조절 영역의 1 내지 약 50개 누클레오티드 다운스트림 사이에 위치한다.
많은 경우에, 본원에 기재된 폴리펩티드에 대한 코딩 서열은 재조합 숙주 이외의 종에서 확인되며, 즉, 이종성 핵산이다. 따라서, 재조합 숙주가 미생물인 경우, 코딩 서열은 그 밖의 원핵 또는 진핵 미생물, 식물 또는 동물로부터 유래될 수 있다. 그러나, 일부 경우에 코딩 서열은 상기 숙주에 고유한 서열이며 해당 유기체에 재도입된다. 천연 서열은 종종 외인성 핵산에 연결된 비-자연 서열, 예를 들어 재조합 핵산 작제물에서 천연 서열의 측면에 있는 비-천연 조절 서열의 존재에 의해 자연 발생 서열과 구별될 수 있다. 또한, 안정하게 형질전환된 외인성 핵산은 전형적으로 천연 서열이 발견되는 위치가 아닌 다른 위치에 통합된다. "조절 영역"은 전사 또는 번역 개시 및 속도, 및 전사 또는 번역 생성물의 안정성 및/또는 운동성에 영향을 주는 누클레오티드 서열을 지닌 핵산을 의미한다. 조절 영역은, 비제한적으로, 프로모터 서열, 인핸서 서열, 반응 요소, 단백질 인지 부위, 유도성 요소, 단백질 결합 서열, 5' 및 3' 비번역된 영역 (UTR), 전사 출발 부위, 종결 서열, 폴리아데닐화 서열, 인트론, 및 이의 조합물을 포함한다. 조절 영역은 전형적으로 적어도 코어(기저) 프로모터를 포함한다. 조절 영역은 또한 적어도 하나의 제어 요소, 예를 들어 인핸서 서열, 업스트림 요소 또는 업스트림 활성화 영역 (UAR)을 포함할 수 있다. 조절 영역은, 조절 영역이 서열의 전사 또는 번역을 조절하는데 유효하도록 조절 영역과 코딩 서열을 정위시킴으로써 코딩 서열에 작동적으로 연결된다. 예를 들어, 코딩 서열 및 프로모터 서열을 작동적으로 연결시키기 위해, 코딩 서열의 번역적 리딩 프레임의 번역 개시 부위는 전형적으로 프로모터의 1 내지 약 50개 누클레오티드 다운스트림에 정위된다. 그러나, 조절 영역은 번역 개시 부위의 약 5,000개 만큼 많은 누클레오티드 업스트림, 또는 전사 출발 부위의 약 2,000개 누클레오티드 업스트림에 정위될 수 있다.
포함되는 조절 영역의 선택은 비제한적으로 특정 배양 단계 동안의 효율, 선택성, 유도성, 요망되는 발현 수준, 및 우선적인 발현을 포함하는 여러 인자에 의해 좌우된다. 코딩 서열에 대한 조절 영역을 적절하게 선택하고 정위함에 의해 코딩 서열의 발현을 조절하는 것은 당업자에게는 일상적인 것이다. 하나를 초과하는 조절 영역, 예컨대 인트론, 인핸서, 업스트림 활성화 영역, 전사 터미네이터, 및 유도성 요소가 존재할 수 있음이 이해될 것이다.
하나 이상의 유전자는 스테비올 및/또는 스테비올 글리코시드 생성의 별개의 양태에 유용한 "모듈"로 재조합 핵산 작제물에 조합될 수 있다. 모듈, 특히 폴리시스트론 모듈에서 복수의 유전자를 조합시키는 것은 다양한 종에서의 모듈의 이용을 촉진한다. 예를 들어, 스테비올 생합성 유전자 클러스터, 또는 UGT 유전자 클러스터는 폴리시스트론 모듈에서 조합될 수 있어서, 적합한 조절 영역의 삽입 후, 상기 모듈은 광범하게 다양한 종에 도입될 수 있다. 또 다른 예로서, UGT 유전자 클러스터는 각각의 UGT 코딩 서열이 분리된 조절 영역에 작동적으로 연결되어 UGT 모듈을 형성하도록 조합될 수 있다. 그러한 모듈은 모노시스트론 발현이 필수적이거나 또는 바람직한 종들에서 이용될 수 있다. 재조합 작제물은 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 생성에 유용한 유전자 외에, 전형적으로 복제 기점, 및 적절한 종에서 작제물의 유지를 위한 하나 이상의 선택 마커를 또한 함유한다.
유전자 코드의 축퇴로 인해, 다수의 핵산은 특정한 폴리펩티드를 인코딩할 수 있으며; 즉, 다수의 아미노산의 경우, 아미노산에 대한 코돈으로서 작용하는 하나를 초과하는 누클레오티드 트리플렛(triplet)이 존재함을 인지할 것이다. 따라서, 주어진 폴리펩티드에 대한 코딩 서열의 코돈은 특정 숙주에서 최적의 발현이 얻어지도록, 그 숙주 (예를 들어, 미생물)에 적절한 코돈 바이어스 테이블을 이용하여 변형될 수 있다. 분리된 핵산으로서, 이러한 변형된 서열은 정제된 분자로서 존재할 수 있고 재조합 핵산 작제물에 대한 모듈을 구성하는데 사용하기 위해 벡터 또는 바이러스에 혼입될 수 있다.
일부 경우에 대사 중간체를 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 생합성 쪽으로 전용시키기 위해 내인성 폴리펩티드의 하나 이상의 기능을 억제하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 생성을 더 증가시키기 위해, 예컨대 스쿠알렌 에폭시다제를 하향조절함으로써, 효모 균주에서 스테롤의 합성을 하향조절하는 것이 바람직할 수 있다. 또 다른 예로서, 특정한 내인성 유전자 생성물, 예를 들어 본원에 논의된 대로 이차 대사산물로부터 글루코스 모이어티를 제거하는 글리코하이드롤라제 또는 포스파타제의 분해 기능을 억제하는 것이 바람직할 수 있다. 또 다른 예로서, 스테비올 글리코시드의 수송에 관여하는 막 트랜스포터의 발현이 억제될 수 있어서, 글리코실화된 스테비오시드의 분비가 억제된다. 그러한 조절은 미생물의 배양 중에 요망되는 기간 동안 스테비올 글리코시드의 분비를 억제시킬 수 있어서, 이에 의해 회수되는 글리코시드 생성물(들)의 수율을 증가시키는데 유리할 수 있다. 그러한 경우에, 폴리펩티드 또는 유전자 생성물의 발현을 억제하는 핵산은 균주로 형질전환되는 재조합 작제물에 포함될 수 있다. 대안적으로, 돌연변이유발을 이용하여 기능을 억제하는 것이 요망되는 유전자의 돌연변이체를 생성할 수 있다.
III. 트랜스포터 발현
본 문헌은 내인성 트랜스포터 유전자의 발현이 변형되거나 이종성 트랜스포터 유전자가 발현되는 재조합 숙주 세포에 관한 것이다. 일부 구체예에서, 내인성 트랜스포터의 발현은 내인성 프로모터를 트랜스포터 단백질의 증가된 발현을 유도하는 상이한 프로모터로 대체함으로써 변형될 수 있다 (예를 들어, 적어도 5% 발현 증가 예컨대, 적어도 10%, 15%, 20%, 또는 25% 발현 증가). 예를 들어, 내인성 프로모터는 트랜스포터의 증가된 발현을 유도하는 항시성 또는 유도성 프로모터로 대체될 수 있다. 상동 재조합은 내인성 유전자를, 트랜스포터의 증가된 발현을 유도하는 상이한 프로모터로 대체하는데 이용될 수 있다. 기타 구체예에서, 유도성 또는 항시성 프로모터 및 내인성 프로모터 또는 전사 인자 유전자는 상동 재조합을 이용하여 유전체의 또 다른 로커스로 통합될 수 있다. 기타 구체예에서, 트랜스포터 유전자는 미생물에서 트랜스포터의 과다발현을 유도하는 프로모터를 갖는 외인성 플라스미드를 사용하여 미생물내로 도입될 수 있다. 추가의 또 다른 구체예에서, 외인성 플라스미드는 또한, 트랜스포터 유전자의 다수의 복사체를 함유할 수 있다. 추가의 구체예에서, 내인성 트랜스포터는 재조합 미생물에 대한 천연 메카니즘 (예를 들어, 열 쇼크, 스트레스, 중금속 또는 항생제 노출)을 이용하여 과다발현되는 것으로 유도될 수 있다. 예를 들어, 올리고마이신 및/또는 카드뮴이 배양 배지 (여기서, YOR1 발현은 상기 분자에 의해 유도될 수 있음)에 첨가되어 YOR1의 발현을 증가시키고, 이에 따라 스테비올 글리코시드의 분비를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Hallstrom & Moye-Rowley (1998) JBC 273(4): 2098-104; Nagy et al., (2006) Biochimie. 88(11):1665-71; and Katzmann et al.,  (1995) Mol Cell Biol. 15(12):6875-83] 참조.
본원에 기술된 바와 같이, 특정 내인성 트랜스포터의 발현을 증가시키거나 재조합 숙주에서 이종성 트랜스포터를 발현 (예를 들어, 미생물 예컨대, S. 세레비시애에서 S. 레바우디아나 트랜스포터를 발현)시키는 것은 스테비올 글리코시드를 더욱 효율적으로 생성하고 분비하는 능력을 그 숙주에 부여할 수 있다. 숙주를 배양하는 동안 생성된 세포외 및/또는 세포내 스테비올 글리코시드의 양은 본원에 기술된 바와 같은 액체 크로마토그래피 - 질량 분광계 (LC-MS)에 의해 측정될 수 있다.
트랜스포터 (또한, 멤브레인 수송 단백질로서 언급됨)는 생물학적 멤브레인을 횡단하는 분자 및 이온의 움직임과 관련된 멤브레인 단백질이다. 트랜스포터는 이들이 위치하는 막에 걸쳐 있으며 이러한 막을 가로질러 물질을 수송한다. 트랜스포터는 조장된 확산 또는 활성 수송에 의해 물질을 이동시키도록 작동할 수 있다. 수송 단백질은 트랜스포터 분류 데이타베이스 (Transporter Classification Database)에서 다양한 기준에 따라 분류되었다. 문헌 [Saier Jr. et al., Nucl. Acids Res., 37:D274-278 (2009)]을 참조하라. 2개 패밀리의 플라즈마 멤브레인 트랜스포터는 생 유기체에 편재된 것으로 여겨진다: ATP-결합 카세트 (ABC) 트랜스포터 및 주요 촉진자 슈퍼패밀리 (MFS) 트랜스포터. ATP-결합 카세트 트랜스포터 (ABC 트랜스포터)는 멤브레인을 횡단하여 다양한 물질의 전위를 수행하기 위해 아데노신 트리포스페이트 (ATP) 가수분해의 에너지를 이용하는 트랜스멤브레인 단백질이다. 이들은 세포외 및 세포내 멤브레인을 횡단하여 대사 산물, 지질 및 스테롤, 및 약물을 포함하는 매우 다양한 물질을 수송할 수 있다. 단백질은 이들의 ATP-결합 카세트 도메인의 서열 및 구성을 기반으로 하여 ABC 트랜스포터로서 분류된다. 전형적으로, ABC 패밀리 트랜스포터는 ATP 가수분해에 반응하여 분자를 수송할 수 있는 다중성분 주 활성 트랜스포터이다. 내인성 ABC 트랜스포터 유전자의 비제한적 예는 PDR5, PDR10, PDR15, SNQ2, YOR1, YOL075c 및 PDR18에서의 유전자 (또는 이의 기능적 호몰로그)를 포함한다.
주요 촉진자 슈퍼패밀리 (MFS) 트랜스포터는 화학삼투 이온 구배에 반응하여 작은 용질을 수송할 수 있는 폴리펩티드이다. 문헌 [Saier, Jr. et al., J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 1:257-279 (1999)]. MFS 트랜스포터 패밀리는 종종 단일트랜스포터-공동트랜스포터-역트랜스포터 패밀리로서 언급된다. MFS 트랜스포터는 특히 당 흡수 및 약물 유출 시스템에서 작용한다. MFS 트랜스포터는 전형적으로 보존된 MSF-특이적 모티프를 함유한다. 내인성 MFS 트랜스포터 유전자의 비제한적 예는 TPO1, TPO3, 및 FLR1 로커스에서의 유전자 (또는 이의 기능적 호몰로그)를 포함한다.
그 밖의 트랜스포터 패밀리는 SMR (작은 다중약물 내성) 패밀리, RND (내성-근류형성-세포 분열) 패밀리, 및 MATE (다중약물 및 독성 화합물 압출) 패밀리를 포함한다. SMR 패밀리 구성원은 광범위한 소독제, 친유성 사차 암모늄 화합물 (QAC)에 대한 내성 및 박테리아에서 아미노글리코시드 내성을 부여하는 4개의 알파-헬릭스 트랜스멤브레인 가닥을 특징으로 하는 내재막 단백질이다. 문헌 [Bay and Turner, BMC Evol Biol., 9: 140 (2009)] 참조. 예를 들어, 에스체리치아 콜라이 (GenBank: BAE76318.1; SEQ ID NO: 92)의 EmrE 유출 트랜스포터는 아미노글리코시드 내성과 관련된다. 이는 2개 양성자에 대한 교환시 양으로 하전된 방향족 약물 (즉, 메틸 비올로겐 또는 에티듐)을 압출하는 호모올리고머이다.
RND 패밀리 구성원은 그람-음성 박테리아를 포함하여 이 중에 널리 분포되며, 많은 항생제 및 화학요법제의 활성 유출을 촉매작용한다. 문헌 [Nikaido and Takatsuk, Biochim Biophys Acta., 1794(5):769-81 (2009)] 참조. 예시적인 단백질은 에리트로마이신 D 수송에 관련된 에스체리치아 콜라이로부터의 AcrAB이다 (GenBank: BAE76241.1; SEQ ID NO: 93, 및 AAA23410.1; SEQ ID NO: 94).
MATE 패밀리 구성원은 12개 트랜스멤브레인 (TM) 도메인을 함유한다. MATE 패밀리의 구성원은 원핵생물, 효모 예컨대, 사카로마이세스 세레비시애 및 쉬조사카로마이세스 폼베, 및 식물에서 확인되었다. 문헌 [Diener et al., Plant Cell. 13(7): 1625-1638 (2001)]. MATE 패밀리 구성원은 소듐 또는 양성자 역트랜스포터이다. 예시적인 표적 분자는 E. 콜라이로부터의 ydhE (GenBank AAB47941.1; SEQ ID NO: 95)이며, 이는 플루오로퀴놀론, 카나마이신, 스트렙토마이신, 기타 아미노글리코시드 및 베르베린 (Berberine)을 수송한다.
A. 전사 인자
전사 인자 발현의 변형이 또한, 트랜스포터 발현을 증가시키는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 효모 전사 인자 PDR1 및/또는 PDR3는 ABC 트랜스포터 PDR5, SNQ2 및 YOR1를 인코딩하는 유전자의 발현을 조절한다. 따라서, 일부 구체예에서, 내인성 PDR1 및 PDR3 로커스에 대한 프로모터는 전사 인자의 증가된 발현을 유도하는 상이한 프로모터로 대체될 수 있으며, 이는 내인성 트랜스포터의 생성을 증가시킬 수 있다. 다른 구체예에서, 전사 인자는 미생물에서 전사 인자의 과다발현을 유도하는 프로모터를 지닌 외인성 플라스미드를 사용하여 미생물 내로 도입될 수 있다. 또 다른 추가의 구체예에서, 외인성 플라스미드는 또한 전사 인자의 다수의 복사체를 함유할 수 있다. 추가의 구체예에서, 내인성 전사 인자는 재조합 미생물에 대한 천연 메카니즘 (예를 들어, 열 쇼크, 스트레스, 중금속 또는 항생제 노출)을 이용하여 과다발현되도록 활성화되거나 유도될 수 있다.
B. 스테비올 분비 경로 중간체에 영향을 끼치는 유전자 식별
스테비올 분비 경로 중간체에 영향을 끼치는 유전자를 식별하는 방법이 본원에 기술되어 있다. 이러한 방법은 적어도 하나의 내인성 트랜스포터 유전자의 발현을 불활성화시키거나 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 변형시키는 것을 포함할 수 있다. 전형적으로, 변이체 미생물의 라이브러리가 준비되며, 라이브러리에서 각 변이체는 불활성화된 상이한 내인성 트랜스포터 유전자를 갖는다. 일부 구체예에서, 상이한 내인성 트랜스포터 유전자의 발현은 라이브러리의 각 미생물에서 변형된다. 변형이 발생하는 어미 미생물은 스테비올 글리코시드 경로 유전자가 결여될 수 있으며, 요망되는 경우 이러한 유전자중 하나 이상을 함유할 수 있긴 하다. 일반적으로, 스테비올 글리코시드 경로 유전자의 부재하에 변형을 발생시키고 후속하여 요망되는 상이한 표적 글리코시드 생성물의 생성을 촉진하는 그러한 경로 유전자를 도입시키는 것이 더욱 편리하다. 하나 이상의 스테비올 글리코시드 경로 유전자를 함유하는 변이체 미생물이 스테비올 또는 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에서 배지에서 배양되며, 미생물에 의해 생성된 세포외 및/또는 세포내 스테비올 글리코시드 경로 중간체의 양은 본원에 기술된 바와 같이 (예를 들어, LC-MS를 사용하여) 측정될 수 있다.
특징지어진 중간체(들)는 미생물에서 특정 관심 경로에 의존적이다. 예를 들어, 76G1, 74G1, 91D2e, 및 85C2 UGT (하기 기술됨)를 발현하는 미생물은 스테비올로부터 중간체 화합물 스테비올-19-O-글루코시드 (19-SMG), 루부소시드 및 스테비오시드를 경유해 표적 생성물 레바우디오시드 A를 합성할 수 있다. 도 1을 참조하라. 따라서, 레바우디오시드 A가 표적 생성물인 경우, 미생물에 의해 배양 상청액으로 분비된 19-SMG의 양 및 미생물 내부에 유지된 19-SMG의 양이 측정될 수 있다. 미생물의 배양 동안 생성된 각 중간체의 양 또는 개별 중간체의 양이 측정될 수 있다. 변이체 미생물에 의해 생성된 세포외 경로 중간체(들)의 양이 트랜스포터 유전자에 대해 야생형인 상응하는 미생물에 의해 생성된 양보다 큰 경우, 내인성 트랜스포터 유전자는 스테비올 경로 중간체의 분비에 영향을 끼치는 것으로서 확인된다. 트랜스포터가 기타 중간체의 분비에 영향을 끼치는 지를 측정하는데 유사한 방법이 이용될 수 있다.
IV. 내인성 트랜스포터 불활성화
본 문헌은 하나 이상의 불활성화된 내인성 트랜스포터 유전자를 포함하는 재조합 숙주에 관한 것일 수 있다. 내인성 트랜스포터 유전자는 전형적으로, 유전자의 발현을 파괴함으로써 또는 돌연변이를 도입시킴으로써 불활성화되어 돌연변이 예를 들어, 하나 이상의 내인성 트랜스포터 유전자의 파괴를 포함하는 숙주에서 트랜스포터 활성을 감소시키거나 심지어 완전히 제거하며, 이렇게 하여 숙주가 파괴된 유전자에 의해 인코딩된 트랜스포터에 대한 감소된 트랜스포터 발현 또는 활성을 갖는다.
일부 구체예에서, 넉아웃되는 트랜스포터는 또한, 더 큰 분자량의 레바우디오시드 (예를 들어, RebA)의 분비에 대한 특이성을 가질 수 있으며, 따라서, RebA의 배지로의 분비가 요망되는 균주에서 과다발현시키는데 유용할 수 있다. 경로 UGT의 발현을 통한 글리코실화 활성 비율의 적절한 균형을 이용하여, 더 적은 분자량의 스테비올 글리코시드가 이들이 배지로 분비되기 전에 추가로 글리코실화된다. 예를 들어, UGT74G1 및 UGT85C2 효소와 비교하여 UGT76G1 및 UGT91D2e 및/또는 EUGT11의 더 높은 발현 수준은 더욱 용이하게 분비되는 스테비올 모노글루코시드의 축적을 방지할 수 있다. UGT 활성 수준이 수송의 속도보다 높다면 (그래서, 글리코실화 속도가 더 빠르면), 더 높은 분자량의 스테비올 글리코시드가 생성될 것이다.
많은 트랜스포터는 중복되는 기질 특이성을 가지기 때문에 그리고, 특정 트랜스포터에서의 파괴는 기타 트랜스포터의 상향-조절에 의해 보완되기 때문에, 이는 복수의 불활성화된 트랜스포터 유전자를 함유하는 숙주를 생성시키는데 종종 유용하다. 예를 들어, 본원에 기술된 바와 같이, PDR5, PDR10, PDR15 및 SNQ2 로커스는 하기 실시예에 제시된 바와 같이 파괴될 수 있다. 일부 구체예에서, TPO1, PDR5, PDR10, PDR15 및 SNQ2 로커스는 하기 실시예에 제시된 바와 같이 파괴될 수 있다.
불활성화될 수 있는 추가적인 트랜스포터 유전자는 관련된 서열 예를 들어, 효모 PDR5, PDR10, PDR15 및 SNQ2 로커스에서 발견된 서열의 기능을 기반으로 확인될 수 있다. 내인성 트랜스포터 유전자는 유전자를 파괴하는 돌연변이에 의해 불활성화될 수 있다. 예를 들어, 유전자 대체 벡터는 상동 재조합을 매개하는데 충분한 길이의 트랜스포터 유전자의 일부에 의해 5' 및 3' 말단 둘 모두에서 플랭킹된 선택 마커 유전자를 포함하는 방식으로 작제될 수 있다. 선택 마커는 숙주 세포 영양요구를 보완하거나, 항생제 내성을 제공하거나 색상 변화를 유도하는 임의의 수의 유전자중 하나일 수 있다. 이어서, 플라스미드 DNA 또는 ars 요소를 함유하지 않는 유전자 대체 벡터의 선형화된 DNA 단편이 공지된 방법을 이용하여 세포내로 도입된다. 선형 단편의 유전체로의 통합 및 트랜스포터 유전자의 파괴는 선택 마커를 기초로 결정될 수 있으며 예를 들어, 서던 블롯 분석에 의해 입증될 수 있다. 생성 세포는 트랜스포터에 대한 로커스에서 선택 마커의 삽입으로 인해 불활성화된 변이체 트랜스포터 유전자를 함유한다. 결실-파괴 유전자 대체 벡터는 공지된 기법을 이용하여 유사한 방식으로 작제될 수 있고, 상동 재조합에 의해 내인성 트랜스포터 유전자에 통합되어 이를 불활성화시킬 수 있다. 일부 구체예에서, 선택 마커는 요망된 파괴 돌연변이가 도입되었음을 결정한 후 숙주 세포의 유전체로부터 제거될 수 있다. 예를 들어, 문헌 [Gossen et al. (2002) Ann. Rev. Genetics 36:153-173] 및 미국 출원 공개 번호 20060014264를 참조하라.
내인성 트랜스포터 유전자는 또한, 전사 활성인자-유사 이펙터 누클레아제 (TALEN) 또는 변형된 아연 핑거 누클레아제를 사용함으로써 불활성화되어 요망되는 삽입 또는 결실 돌연변이를 도입할 수 있다. 미국 특허 공개 번호 2012-0178169를 참조하라. 일부 구체예에서, 내인성 트랜스포터 유전자는 누클레오티드의 삽입, 누클레오티드의 결실, 또는 야생형 트랜스포터 유전자 서열에서 전이 또는 전환 점변이를 유도하는 돌연변이를 도입함으로써 불활성화된다. 트랜스포터 유전자에 도입될 수 있는 다른 유형의 돌연변이는 야생형 서열에서의 복제 및 전도를 포함한다. 돌연변이는 트랜스포터 로커스에서의 코딩 서열은 물론 비코딩 서열 예컨대, 조절 영역, 인트론 및 기타 비번역된 서열에서 이루어질 수 있다. 코딩 서열에서의 돌연변이는 상응하는 유전자 생성물에서 하나 이상의 아미노산의 삽입, 하나 이상의 아미노산의 결실 및/또는 비-보존적 아미노산 치환을 유도할 수 있다. 일부 경우에, 트랜스포터 유전자의 서열은 하나 초과의 돌연변이 또는 하나 초과의 유형의 돌연변이를 포함한다. 코딩 서열에서 아미노산의 삽입 또는 결실은 예를 들어, 생성 유전자 생성물의 기질 결합 포켓의 형태를 파괴할 수 있다.
아미노산 삽입 또는 결실은 또한 유전자 생성물 활성에 중요한 촉매 부위를 파괴할 수 있다. 더 큰 수의 인접 아미노산의 삽입 또는 결실은 더 적은 수의 삽입되거나 결실된 아미노산과 비교하여, 유전자 생성물이 좀 더 비-기능성을 띠게 하는 것 같다. 비-보존적 치환은 유전자 생성물의 전하 또는 소수성에서의 실질적인 변화를 유도할 수 있다. 비-보존적 아미노산 치환은 또한, 대부분의 측쇄 잔기에서의 실질적 변화, 예를 들어, 이소류신 잔기 대신 알라닌 잔기로의 치환을 유도할 수 있다. 비-보존적 치환의 예는 비-극성 아미노산 대신 염기성 아미노산, 또는 산성 아미노산 대신 극성 아미노산을 포함한다.
일부 구체예에서, 트랜스포터 유전자에서의 돌연변이는 아미노산 변화를 유도할 수 없으나, 비록 인코딩된 트랜스포터의 아미노산 서열에 영향을 끼치지 않지만, 전사 수준을 변화시킬 수 있거나 (예를 들어, 전사 증가 또는 감소), 번역 수준을 감소시키거나, DNA 또는 mRNA의 이차 구조를 변형시키거나, 전사 또는 번역 기기에 대한 결합 부위를 변경시키거나 tRNA 결합 효율을 감소시킬 수 있다.
트랜스포터 로커스에서의 돌연변이는 시험관내에서 트랜스포터 유전자 서열의 부위-특이적 돌연변이 유발에 이어서, 상동 재조합에 의해 발생되어 돌연변이를 상기 기술된 비와 같은 숙주 유전체로 도입시킬 수 있다. 그러나, 돌연변이는 또한, 돌연변이 유인제를 사용하여 숙주 세포에서 돌연변이 유발을 유도함으로써 발생하여 세포 군집내에서 유전자 돌연변이를 유도할 수 있다. 돌연변이 유발은 특히, 시험관내에서 돌연변이 유발 및 상동 재조합이 덜 잘 확립되거나 불편한 그러한 종 또는 균주에 유용하다. 특정 종 또는 균주에 대한 돌연변이 유발 화학물질 또는 방사선의 용량은, 치사 또는 재현가능한 멸균을 특징으로 하는 한계 수준 미만의 빈도의 돌연변이가 수득되도록 실험적으로 결정된다.
A. 전사 인자
전사 인자 발현의 변형은 또한 트랜스포터 발현을 감소시키거나 제거하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 효모 전사 인자 PDR1 및/또는 PDR3은 ABC 트랜스포터 PDR5, SNQ2 및 YOR1을 인코딩하는 유전자의 발현을 조절한다. 로커스 파괴 또는 PDR1 및/또는 PDR3의 발현 감소는 스테비올 글리코시드 중간체의 분비의 검출가능한 감소를 유도할 수 있다. 따라서, 일부 구체예에서, 효모 숙주는 복수의 불활성화된 트랜스포터 유전자와 조합된 불활성화된 내인성 PDR1 및 PDR3 로커스를 함유하여 임의의 단일 트랜스포터 또는 전사 인자의 불활성화에 의해 제공되는 것보다 더 많이 감소된 중간체의 분비를 제공한다. 또 다른 구체예에서, 전사 인자의 발현을 파괴하거나 감소시킴으로써 스테비올 글리코시드 분비를 감소시키는 것으로 확인된 전사 인자는 이어서 스테비올 글리코시드의 분비를 증가시키기 위해 재조합 미생물에서 과다발현될 수 있다.
B. 스테비올 분비 경로 중간체에 영향을 끼치는 유전자 식별
스테비올 분비 경로 중간체에 영향을 끼치는 유전자를 확인하는 방법이 본원에 기술되어 있다. 이러한 방법은 적어도 하나의 내인성 트랜스포터 유전자를 불활성화시키거나 파괴하거나 감소시키는 것을 포함할 수 있다. 전형적으로, 변이체 미생물의 라이브러리가 준비되며, 라이브러리에서 각 변이체는 불활성화되거나 파괴되거나 발현이 감소된 상이한 내인성 트랜스포터 유전자를 갖는다. 변형이 발생하는 어미 미생물은 스테비올 글리코시드 경로 유전자가 결여될 수 있으나, 요망되는 경우 이러한 유전자 중 하나 이상을 함유할 수 있긴 하다. 일반적으로, 스테비올 글리코시드 경로 유전자의 부재하에 돌연변이를 발생시키고 후속하여 요망되는 상이한 표적 글리코시드 생성물의 생성을 촉진하는 그러한 경로 유전자를 도입시키는 것이 더욱 편리하다. 하나 이상의 스테비올 글리코시드 경로 유전자를 함유하는 변이체 미생물이 스테비올 또는 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에서 배지에서 배양될 수 있으며, 미생물에 의해 생성된 세포외 및/또는 세포내 스테비올 글리코시드 경로 중간체의 양이 측정될 수 있다.
특징지어진 중간체(들)는 미생물에서 특정 관심 경로에 의존적이다. 예를 들어, 76G1, 74G1, 91D2e, 및 85C2 UGT (하기 기술됨)를 발현하는 미생물은 스테비올로부터 중간체 화합물 스테비올-19-O-글루코시드 (19-SMG), 스테비올-13-O-글루코스 (13-SMG), 루부소시드 및 스테비오시드를 경유해 표적 생성물 레바우디오시드 A를 합성할 수 있다. 도 1을 참조하라. 따라서, 레바우디오시드 A가 표적 생성물인 경우, 미생물에 의해 배양 상청액으로 분비된 19-SMG의 양 및 미생물 내부에 유지된 19-SMG의 양이 측정될 수 있다 (예를 들어, 액체 크로마토그래프 - 질량 분광계 (LC-MS)를 사용). 미생물의 배양 동안 생성된 각 중간체의 양 또는 개별 중간체의 양이 측정될 수 있다. 변이체 미생물에 의해 생성된 세포외 경로 중간체(들)의 양이 트랜스포터 유전자에 대해 야생형인 상응하는 미생물에 의해 생성된 양보다 큰 경우, 내인성 트랜스포터 유전자는 스테비올 경로 중간체의 분비에 영향을 끼치는 것으로서 확인된다. 트랜스포터가 기타 중간체의 분비에 영향을 끼치는 지를 측정하는데 유사한 방법이 이용될 수 있다.
V. 숙주
많은 원핵생물 및 진핵생물이 본원에 기재된 재조합 미생물, 예를 들어 그람-음성 박테리아, 효모 및 진균을 구성하는데 적합하다. 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 생성 균주로 사용하도록 선택한 종 및 균주는 우선 생성 유전자가 이 균주에 내인성인지, 유전자가 존재하지 않는 지를 판단하기 위하여 분석한다. 균주에 내인성 대응 부분이 존재하지 않는 유전자는 하나 이상의 재조합 작제물에 통합되고, 이는 그 다음 손실 기능(들)을 공급하기 위하여 균주내로 형질전환된다.
예시적인 원핵생물 및 진핵생물 종들은 하기에서 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 기타 다른 종들이 적합할 수 있음을 인지할 것이다. 예를 들어, 적합한 종은 사카로미케스강에 존재할 수 있다. 추가적인 적합한 종은 아가리쿠스, 아스퍼길루스, 바실루스, 캔디다, 코리네박테리움, 에스체리치아, 푸사리움/깁베렐라, 클루이베로마이세스, 래티포루스, 렌티누스, 파피아, 파네로새테, 피치아, 피스코미트렐라, 로도투룰라 사카로마이세스, 쉬조사카로마이세스 , 스파셀로마, 잔토필로마이세스, 및 야로위아로 구성된 군으로부터 선택된 속에 속할 수 있다.
이러한 속으로부터 선택된 예시적은 종은 렌티누스 티그리누스 (Lentinus tigrinus), 래티포루스 술푸레우스 (Laetiporus sulphureus), 파네로새테 크리소스포리움 (Phanerochaete chrysosporium), 피치아 파스토리스 (Pichia pastoris), 피스코미트렐라 파텐스 (Physcomitrella patens), 로도투룰라 글루티니스 (Rhodoturula glutinis) 32, 로도투룰라 무실라기노사 (Rhodoturula mucilaginosa), 파피아 로도자이마 (Phaffia rhodozyma) UBV-AX, 잔토필로마이세스 덴드로우스, 푸사리움 푸지쿠로이/깁베렐라 푸지코로이, 캔디다 유틸리스 (Candida utilis), 및 야로위아 리폴리티카를 포함한다. 일부 구체예에서, 미생물은 아스코미세테 (Ascomycete), 예를 들어 기베레라 푸지코로이, 클루이베로마이세스 락티스, 쉬조사카로마이세스 폼베, 아스퍼길루스 나이저 또는 사카로마이세스 세레비시애일 수 있다. 일부 구체예에서, 미생물은 원핵생물, 예컨대 에스체리치아 콜라이 로도박터 스패로이데스 (Rhodobacter sphaeroides), 또는 로도박터 캡슐라투스 (Rhodobacter capsulatus)일 수 있다. 특정 미생물은 관심 유전자를 고처리량 (high throughput) 방식으로 스크리닝하고 테스트하는데 이용될 수 있는 반면, 원하는 생산성 또는 성장 특징을 가진 기타 다른 미생물은 스테비올 글리코시드를 대규모로 생산하는데 이용할 수 있음을 인지할 것이다.
사카로마이세스 세레비시애 및 관련 효모 종
사카로마이세스 세레비시애는 합성 생물학에서 광범위하게 이용되는 새시 (chassis) 유기체이고, 재조합 미생물 플랫폼으로 이용될 수 있다. S. 세레비시애에 이용할 수 있는 변이체의 라이브러리, 플라스미드, 상세한 대사 컴퓨터 모델 및 기타 정보가 있어서, 생성물 수율을 향상시키기 위한 다양한 모듈의 합리적인 설계가 가능하다. 재조합 미생물을 만드는 방법은 공지되어 있다. 다수의 공지된 프로모터를 이용하여 스테비올 생합성 유전자 클러스터를 효모, 특히 사카로미케스강에서 발현시킬 수 있다. 테르펜을 과다 생성하는 균주는 공지되어 있으며, 이를 이용하여 스테비올 및 스테비올 글리코시드 생성에 이용할 수 있는 게라닐게라닐 디포스페이트의 양을 증가시킬 수 있다. 사카로마이세스 세레비시애는 예시적인 사카로마이세스 종이다.
아스퍼길루스
아스퍼길루스 종, 예를 들어, A. 오리재 (A. oryzae), A. 니거 (A. niger), 및 A. 소재 (A. sojae)는 식품 생산에 광범위하게 이용되는 미생물이며, 재조합 미생물 플랫폼으로 또한 이용될 수 있다. 누클레오티드 서열은 A. 니둘란스 (A. nidulans), A. 푸미가투스 (A. fumigatus), A. 오리재, A. 플래버스 (A. flavus), A. 니거, 및 A. 테레우스 (A. terreus)의 유전체로 이용가능하여, 유동을 증대시키고, 생성물 수율을 증가시키기 위하여 내인성 경로의 합리적인 설계 및 변경이 가능하게 한다. 아스퍼길루스 뿐만 아니라 트랜스크립토믹 (transcriptomic) 연구와 프로테오믹스 (proteomics) 연구를 위한 대사 모델이 개발되어 왔다. A. 니거는 많은 식품 성분, 예를 들어, 시트르산 및 글루콘산의 산업적 생산을 위해 배양되며, 이에 따라, A. 니거는 스테비올 및 스테비올 글리코시드와 같은 식품 성분의 생산에 일반적으로 적합하다.
에스체리치아 콜라이
합성 생물학에서 광범위하게 이용되는 또 다른 플랫폼 유기체인 에스체리치아 콜라이는 재조합 미생물 플랫폼으로 또한 이용할 수 있다. 사카로마이세스와 유사하게, E. 콜라이에 이용가능한 돌연변이체의 라이브러리, 플라스미드, 상세한 대사 컴퓨터 모델 및 기타 정보가 있어서, 생성물 수율을 향상시키기 위해 다양한 모듈의 합리적인 설계가 가능하다. 사카로마이세스에 대해 상기에서 기재한 바와 유사한 방법들을 이용하여 재조합 E. 콜라이 미생물을 만들 수 있다.
아가리쿠스, 깁베렐라 파네로새테
아가리쿠스, 깁베렐라, 및 파네로새테 종은 이들이 배양액에서 다량의 깁베렐린을 생성하는 것으로 공지되어 있기 때문에 유용할 수 있다. 따라서, 다량의 스테비올 및 스테비올 글리코시드를 생성하기 위한 테르펜 전구체는 이미 내인성 유전자에 의해 생성된다. 따라서, 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 생합성 폴리펩티드에 대한 재조합 유전자를 포함하는 모듈은 메발로네이트 또는 MEP 경로 유전자를 도입할 필요없이 이러한 속으로부터의 종에 도입될 수 있다.
아르술라 아데니니보란스 ( 블라스토보트리스 아데니니보란스 ( Blastobotrys adeniniborans ))
아르술라 아데니니보란스는 일반적이지 않은 생화학적 특성들을 갖는 이형태 효모이다 (42℃의 온도까지 빵효모와 같은 출아 효모로서 성장하고, 이러한 임계값 위에서 필라멘트 모양으로 성장함). 이것은 광범위한 기질 상에서 성장할 수 있는 니트레이트를 흡수할 수 있다. 이는 천연 플라스틱을 생성할 수 있는 균주의 생성 또는 환경 샘플에서 에스트로겐에 대한 바이오센서의 개발에 성공적으로 적용되어 왔다.
야로위아 리폴리티카
야로위아 리폴리티카는 광범위한 기질에서 성장할 수 있는 이형태 효모이다 (아르술라 아데니니보란스 참조). 이것은 산업상 이용가능성에서 높은 가능성을 갖지만, 아직 시판되는 재조합 생성물은 없다.
로도박터 종 ( Rhodobacter spp.)
로도박터 종은 재조합 미생물 플렛폼으로 이용될 수 있다. E. 콜라이과 유사하게, 이용가능한 돌연변이체 라이브러리 뿐만 아니라 적합한 플라스미드 벡터들이 있어, 생성물 수율을 증대시키기 위한 다양한 모듈의 합리적인 설계가 가능하다. 카로테노이드 및 CoQ10의 생성 증가를 위하여, 로도박터의 막세균 종의 이소프레노이드 경로들이 조작되었다. 미국 특허 공개 번호 제20050003474호 및 제20040078846호 참조. E. 콜라이에 대해 상기 기재한 것과 유사한 방법을 이용하여 재조합 로도박터 미생물을 만들 수 있다.
캔디다 보이디니
캔디다 보이디니는 (메탄올에서 성장할 수 있는) 메탄올자화(methylotrophic) 효모이다. 한세눌라 폴리모르파 및 피치아 파스토리스와 같은 다른 메탄올자화종과 같이, 이것은 이종성 단백질 생성에 탁월한 플랫폼을 제공한다. 멀티그램 범위의 분비된 외래 단백질의 수율이 보고되었다. 컴퓨터활용 방법, IPRO은 캔디다 보이디니 자일로스 리덕타제의 보조인자 특이성을 NADPH로부터 NADH로으로 실험적으로 교환시키는 돌연변이를 최근에 예측하였다.
한세눌라 폴리모르파 ( 피치아 안구스타 ( Pichia angusta ))
한세눌라 폴리모르파는 또 다른 메탄올자화 효모이다 (캔디다 보이디니 참조). 이것은 더욱이 광범위한 또 다른 기질에서도 많이 성장할 수 있다; 이것은 열-내성이며 니트레이트를 흡수할 수 있다 (클루이베로마이세스 락티스 참조). 이것은 B형 간염 백신, 인슐린 및 C형 간염의 치료를 위한 인터페론 알파-2a의 생성, 더 나아가 기술적 효소 범위에 활용되고 있다.
클루이베로마이세스 락티스
클루이베로마이세스 락티스는 케피어 (kefir)의 생성에 정기적으로 활용되는 효모이다. 이것은 여러 당들, 가장 중요하게는 우유 및 유장에 존재하는 락토스에서 성장할 수 있다. 이것은 특히 치즈 생산을 위한 키모신 (대개 소 위장에 존재하는 효소)의 생성에 성공적으로 활용되었다. 생성은 40,000L 크기의 발효조에서 일어난다.
피치아 파스토리스
피치아 파스토리스는 메탄올자화 효모이다 (캔디다 보이디니 및 한세눌라 폴리모르파 참조). 이것은 외래 단백질의 생성을 위한 효과적인 플랫폼을 제공한다. 플랫폼 요소는 키트로 이용가능하며, 단백질 생성을 위해 전세계적으로 학계에서 이용된다. 균주는 복잡한 인간 N-글리칸 (효모 글리칸은 인간에서 발견되는 것과 유사하나 동일하지는 않음)을 생성할 수 있도록 조작되었다.
피스코미트렐라
피스코미트렐라 이끼는 현탁 배양액에서 성장할 때 효모 또는 기타 진균 배양과 유사한 특징을 갖는다. 이 속은 식물 2차 대사물의 생성에 중요해진 유형의 세포인데, 이는 일부 다른 유형의 세포에서는 생성하기 어렵다.
VI. 스테비올 글리코시드 생성 방법
본원에 기재된 재조합 미생물은 스테비올 또는 스테비올 글리코시드를 생성하는 방법에 이용할 수 있다. 예를 들어, 상기 방법은 스테비올 및/또는 스테비올 글리코시드 생합성 유전자가 발현되는 조건하에서 배양 배지에 재조합 미생물을 성장시키는 것을 포함할 수 있다. 재조합 미생물은 유가식 배양 (fed batch) 또는 연속 공정에서 성장할 수 있다. 전형적으로, 재조합 미생물은 원하는 기간 동안 정해진 온도(들)에서 발효기에서 성장한다. 방법에 이용되는 특정 미생물에 따라, 다른 재조합 유전자, 예를 들어 이소펜테닐 생합성 유전자 및 테르펜 신타제 및 시클라제 유전자가 또한 존재하고, 발현될 수 있다. 기질 및 중간체, 예를 들어 이소펜테닐 디포스페이트, 디메틸알릴 디포스페이트, 게라닐게라닐 디포스페이트, 카우렌 및 카우레논산의 수준은 공개된 방법에 따라 분석용 배양 배지로부터 시료를 추출하여 측정될 수 있다.
재조합 미생물을 원하는 기간 동안 배양물에서 성장시킨 후, 스테비올 및/또는 하나 이상의 스테비올 글리코시드를 당업계에 공지되어 있는 다양한 기술을 이용하여 배양물로부터 회수할 수 있다. 일부 구체예에서, 투과제 (permeabilizing agent)는 공급원료가 숙주로 들어가고 생성물이 밖으로 나오는 것을 돕기 위해 첨가될 수 있다. 예를 들어, 배양된 미생물의 미정제 용해물을 원심분리시켜 상청액을 수득할 수 있다. 이어서, 생성된 상청액을 크로마토그래피 칼럼, 예컨대 C-18 칼럼에 가하고, 물로 세척하여 친수성 화합물을 제거하고, 메탄올과 같은 용매를 이용하여 관심 화합물(들)을 용리시킨다. 이어서 화합물(들)은 분취용 HPLC에 의해 추가 정제될 수 있다. 또한, WO 2009/140394를 참조하라.
생성된 스테비올 글리코시드 (예를 들어, 레바우디오시드 A 또는 레바우디오시드 D)의 양은 약 1mg/L 내지 약 2000 mg/L, 예를 들어, 약 1 내지 약 10 mg/L, 약 3 내지 약 10 mg/L, 약 5 내지 약 20 mg/L, 약 10 내지 약 50 mg/L, 약 10 내지 약 100 mg/L, 약 25 내지 약 500 mg/L, 약 100 내지 약 1,500 mg/L, 또는 약 200 내지 약 1,000 mg/L, 적어도 약 1,000 mg/L, 적어도 약 1,200 mg/L, 적어도 약 1,400 약 mg/L, 적어도 약 1,600 mg/L, 적어도 약 1,800mg/L 또는 적어도 약 2,000 mg/L, 일 수 있다. 일반적으로, 배양시간이 길면 더 많은 양의 생성물을 얻을 수 있다. 따라서, 재조합 미생물은 1일 내지 7일까지, 1일 내지 5일까지, 3일 내지 5일까지, 약 3일, 약 4일, 또는 약 5일 동안 배양할 수 있다.
본원에 기재된 다양한 유전자와 모듈은 단일 미생물보다는 2가지 이상의 재조합 미생물에 존재할 수 있음을 인지할 것이다. 복수의 재조합 미생물이 이용될 때, 이들은 스테비올 및/또는 스테비올 글리코시드를 생성하기 위하여 혼합된 배양액에서 성장할 수 있다. 예를 들어, 제 1 미생물은 스테비올을 생성하기 위한 하나 이상의 생합성 유전자 및 내인성 트랜스포터의 제 1 군에서의 삭제 돌연변이를 포함할 수 있는 반면, 제 2 미생물은 스테비올 글리코시드 생합성 유전자 및 내인성 트랜스포터의 제 2 군에서의 삭제 돌연변이를 포함한다.
대안으로, 2개 이상의 미생물 각각이 별도의 배양 배지에서 성장될 수 있고, 제 1 배양 배지의 생성물, 예를 들어 스테비올을 제 2 배양 배지로 도입하여, 후속 중간 생성물로 전환시키거나 레바우디오시드 A와 같은 최종 생성물로 전환시킬 수 있다. 제 2 또는 최종 미생물에 의해 생성된 생성물을 이어 회수한다. 미생물은 내인성 트랜스포터에서 동일하거나 상이한 군의 돌연변이를 가질 수 있다. 일부 구체예에서, 재조합 미생물은 배양 배지 이외의 영양 원천을 사용하고, 발효기 이외의 시스템을 이용하여 성장됨이 또한 인지할 것이다.
스테비올 글리코시드는 상이한 식품 시스템에서 동일한 성능을 반드시 가질 필요는 없다. 따라서, 선택된 스테비올 글리코시드 조성물로 합성을 유도하는 능력을 보유하는 것이 바람직하다. 본원에 기재된 재조합 숙주는 특이적 스테비올 글리코시드 (예를 들어, 레바우디오시드 D)에 대해 선택적으로 풍부하고, 일관된 맛 프로파일을 보유하는 조성물을 생성할 수 있다. 따라서, 본원에 기재된 재조합 미생물은 주어진 식품 생성물에 바람직한 단맛 프로파일에 부합되도록 맞춰지고, 배치 (batch) 간에 일관된 각 스테비올 글리코시드 비율을 보유하는 조성물의 생성을 용이하게 할 수 있다. 본원에 기재된 미생물은 스테비아 추출물에서 볼 수 있는 원치않는 식물 부산물을 생성하지 않는다. 따라서, 본원에 기재된 재조합 미생물에 의해 생성된 스테비올 글리코시드 조성물은 스테비아 식물로부터 유래된 조성물과는 구별된다.
VII. 스테비올 글리코시드, 조성물 및 식품
본원에 기재된 방법에 의해 수득한 스테비올 글리코시드 및 조성물은 식품, 규정식 보충물 및 감미료 조성물을 만드는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 실질적으로 순수한 스테비올 또는 스테비올 글리코시드, 예를 들어 레바우디오시드 A 또는 레바우디오시드 D는 식품 제품, 예를 들어 아이스크림, 탄산음료, 과일 쥬스, 요거트, 구운 제품, 츄잉검, 단단하고 부드러운 캔디, 및 소스에 포함될 수 있다. 실질적으로 순수한 스테비올 또는 스테비올 글리코시드는 비-식품 제품, 예를 들어 약제품, 의학 제품, 규정식 보충물 및 영양 보충물에 또한 포함될 수 있다. 실질적으로 순수한 스테비올 또는 스테비올 글리코시드는 또한 농업 산업 및 애완동물 산업 둘 모두를 위한 동물 사료 제품에 포함될 수 있다. 대안으로, 스테비올 및/또는 스테비올 글리코시드의 혼합물은 재조합 미생물을 별도로 배양하고, 특이적 스테비올 또는 스테비올 글리코시드를 각각 생성하고, 각 미생물로부터 실질적으로 순수한 형태로 스테비올 또는 스테비올 글리코시드를 회수하고, 그 뒤 원하는 비율의 각 화합물을 포함하는 혼합물을 수득하기 위하여 이러한 화합물을 조합시켜 만들 수 있다. 본원에 기재된 재조합 미생물은 현재 스테비아 제품과 비교하여 좀더 정확하고 일관된 혼합물의 수득을 허용한다. 또 다른 대안에서, 실질적으로 순수한 스테비올 또는 스테비올 글리코시드는 다른 감미료, 예를 들어 사카린, 덱스트로스, 수크로스, 푸룩토스, 에리트리톨, 아스파르탐, 수크랄로스, 모나틴, 또는 아세술팜 포타슘과 함께 식품 제품에 통합될 수 있다. 기타 감미료에 대하여 스테비올 또는 스테비올 글리코시드의 중량비는 최종 식품 제품에서 만족할 만한 맛에 도달하기 위해 필요에 따라 변화될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 공개 번호 제2007/0128311호 참조. 일부 구체예에서, 스테비올 또는 스테비올 글리코시드는 향미 조절제로서 향미료 (예를 들어, 시트루스)와 함께 제공될 수 있다.
본원에 기재된 재조합 미생물에 의해 생성된 조성물은 식품 제품에 통합될 수 있다. 예를 들어, 재조합 미생물에 의해 생성된 스테비올 글리코시드 조성물은 스테비올 글리코시드 및 식품 제품의 유형에 따라 건중량을 기준으로 약 20 mg 스테비올 글리코시드/kg 식품 내지 약 1800 mg 스테비올 글리코시드/kg 식품 범위의 양으로 식품 제품에 통합될 수 있다. 예를 들어, 재조합 미생물에 의해 생성된 스테비올 글리코시드 조성물은, 식품 제품이 건중량을 기준으로 최대 500 mg의 스테비올 글리코시드/kg 식품을 갖도록 디저트, 차가운 과자류 (예를 들어, 아이스크림), 유제품 (예를 들어, 요거트), 또은 음료 (예를 들어, 탄산 음료)에 통합될 수 있다. 재조합 미생물에 의해 생성된 스테비올 글리코시드 조성물은, 식품 제품이 건중량을 기준으로 최대 300 mg의 스테비올 글리코시드/kg 식품을 갖도록 구운 제품 (예를 들어, 비스킷)에 통합될 수 있다. 재조합 미생물에 의해 생성된 스테비올 글리코시드 조성물은, 식품 제품이 건중량을 기준으로 최대 1000 mg의 스테비올 글리코시드/kg 식품을 갖도록 소스 (예를 들어, 초콜릿 시럽) 또는 식물 제품 (예를 들어, 피클)에 통합될 수 있다. 재조합 미생물에 의해 생성된 스테비올 글리코시드 조성물은, 식품 제품이 건중량을 기준으로 최대 160 mg의 스테비올 글리코시드/kg 식품을 갖도록 빵에 통합될 수 있다. 재조합 미생물, 식물 또는 식물 세포에 의해 생성된 스테비올 글리코시드 조성물은, 식품 제품이 건중량을 기준으로 최대 1600 mg의 스테비올 글리코시드/kg 식품을 갖도록 단단한 또는 부드러운 사탕에 통합될 수 있다. 재조합 미생물, 식물, 또는 식물 세포에 의해 생성된 스테비올 글리코시드 조성물은, 식품 제품이 건중량을 기준으로 최대 1000 mg의 스테비올 글리코시드/kg 식품을 갖도록 가공된 과일 제품 (예를 들어, 과일 쥬스, 과일 필링, 잼 및 젤리)에 통합될 수 있다.
예를 들어, 상기 스테비올 글리코시드 조성물은 90-99% 레바우디오시드 A와 검출불가능한 양의 스테비아 식물-유래된 오염물질을 함유할 수 있고, 건중량을 기준으로 25-1600 mg/kg, 예를 들어, 100-500 mg/kg, 25-100 mg/kg, 250-1000 mg/kg, 50-500 mg/kg 또는 500-1000 mg/kg이 되도록 식품 제품에 통합될 수 있다.
이러한 스테비올 글리코시드 조성물은 3% 초과의 레바우디오시드 B를 함유하는 레바우디오시드 B-풍부 조성물일 수 있고, 레바우디오시드 B의 양이 건중량을 기준으로 25-1600 mg/kg, 예를 들어, 100-500 mg/kg, 25-100 mg/kg, 250-1000 mg/kg, 50-500 mg/kg 또는 500-1000 mg/kg이 되도록 식품 제품에 통합될 수 있다. 전형적으로, 레바우디오시드 B-풍부 조성물은 스테비아 식물-유래된 검출불가능한 양의 오염물질을 함유한다.
이러한 스테비올 글리코시드 조성물은 3% 초과의 레바우디오시드 D를 함유하는 레바우디오시드 D-풍부 조성물일 수 있고, 제품 중의 레바우디오시드 D의 양은 건중량을 기준으로 25-1600 mg/kg, 예를 들어, 100-500 mg/kg, 25-100 mg/kg, 250-1000 mg/kg, 50-500 mg/kg 또는 500-1000 mg/kg이 되도록 식품 제품에 통합될 수 있다. 전형적으로, 레바우디오시드 D-풍부 조성물은 스테비아 식물-유래된 검출불가능한 양의 오염물질을 함유한다.
이러한 스테비올 글리코시드 조성물은 3% 초과의 레바우디오시드 E를 함유하는 레바우디오시드 E-풍부 조성물일 수 있고, 제품 중의 레바우디오시드 E의 양은 건중량을 기준으로 25-1600 mg/kg, 예를 들어 100-500 mg/kg, 25-100 mg/kg, 250-1000 mg/kg, 50-500 mg/kg 또는 500-1000 mg/kg이 되도록 식품 제품에 통합될 수 있다. 전형적으로, 레바우디오시드 E-풍부 조성물은 스테비아 식물-유래된 검출불가능한 양의 오염물질을 함유한다.
이러한 스테비올 글리코시드 조성물은 3% 초과의 레바우디오시드 M을 함유하는 레바우디오시드 M-풍부 조성물일 수 있고, 제품 중의 레바우디오시드 M의 양은 건중량을 기준으로 25-1600 mg/kg, 예를 들어 100-500 mg/kg, 25-100 mg/kg, 250-1000 mg/kg, 50-500 mg/kg 또는 500-1000 mg/kg이 되도록 식품 제품에 통합될 수 있다. 전형적으로, 레바우디오시드 M이 풍부한 조성물은 스테비아 식물에서 유도된 검출불가능한 양의 오염물질을 함유한다.
일부 구체예에서, 실질적으로 순수한 스테비올 또는 스테비올 글리코시드는 탁상용 감미료 또는 "컵-포-컵(cup-for-cup)" 제품에 통합된다. 이러한 제품은 전형적으로 하나 이상의 증량제, 예를 들어 당업자에게 공지되어 있는 말토덱스트린을 이용하여 적절한 단맛 수준으로 희석될 수 있다. 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E, 또는 레바우디오시드 M이 풍부한 스테비올 글리코시드 조성물은 식탁용으로 건중량을 기준으로 10,000 내지 30,000 mg 스테비올 글리코시드/kg 제품으로 한 봉지에 포장될 수 있다.
본 발명은 하기 실시예에서 추가로 기술될 것이며, 이는 청구범위에 기술된 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
실시예
실시예 1. LC-MS 분석 절차
LC-MS 분석은 달리 언급되지 않는 한, 가열된 전자분사 이온 (HESI) 공급원을 갖춘 TSQ Quantum Access (써모피셔 사이언티픽) 삼중 쿼드로폴 질량 분광계에 연결된 워터 액퀴티 (water acquity) UPLC®BEH 쉴드 RP18 칼럼 (2.1 x 50 mm, 1.7 ㎛ 입자, 130 Å 포어 크기)로 제작한 Ultimate 3000 UPLC 시스템 (Dionex)을 사용하여 수행하였다. 용리는 용리제 B (0.1% 포름산 함유 MeCN) 및 용리제 A (0.1% 포름산 함유 물)의 이동상을 이용하여, 0.0분에서 4.0분까지 25%에서 47%로 B 증가, 4.0분에서 5.0분까지 47%에서 100%로 B 증가, 5.0분에서 6.5분까지 100% B를 유지하여 재평형 (re-equilibration)시킴으로써 실행하였다. 유속은 0.4ml/min이며, 칼럼 온도는 35℃이다. 스테비올 글리코시드는 하기의 m/z-자동기록장치 (trace)를 갖는 SIM (단일 이온 모니터링; Single Ion Monitering)을 사용하여 검출하였다.
11: 스테비올 글리코시드에 대한 MS 분석 정보
설명 추출물 질량 m/z 자동기록 화합물 (통상 분당 t R )
스테비올 + 1 글루코스 [M+H]+ 481.2796
[M+Na]+ 503.2615
481.2± 0.5
503.1± 0.5
19-SMG (2.29), 13-SMG (3.5)
스테비올 + 2 글루코스 [M+Na]+ 665.3149 665± 0.5 루부소시드 (2.52)
스테비올-1,2-비오시드 (2.92)
스테비올-1,3-비오시드 (2.28)
스테비올 + 3 글루코스 [M+Na]+ 827.3677 827.4 ± 0.5 1,2-스테비오시드 (2.01)
1,3-스테비오시드 (2.39)
레바우디오시드 B (2.88)
스테비올 + 4 글루코스 [M+Na]+ 989.4200 989.4 ± 0.5 레바우디오시드 A (2.0)
스테비올 + 5 글루코스 [M+Na]+ 1151.4728 1151.4 ± 0.5 레바우디오시드 D (1.1)
스테비올 + 6 글루코스 [M+Na]+ 1313.5257 1313.5 ± 0.5 레바우디오시드 M (1.3)
스테비올 글리코시드의 수준은 LGC 표준으로부터 진정 (authentic) 기준으로 획득한 검정 곡선 (calibration curve)과 비교하여 정량화하였다. 예를 들어, 0.5 내지 100 μM 레바우디오시드 A의 표준 용액을 검정 곡선을 만드는데 전형적으로 이용하였다.
실시예 2. 레바우디오시드 생성 효모 균주의 작제
A. 효모 균주 EFSC2772는 3개의 영양요구 변형을 함유한, 즉 URA3, LEU2 및 HIS3의 결실을 갖는 야생형 사카로마이세스 세레비시애 균주로부터 작제하였다. 상기 야생형 균주는 표준 유전자 방법을 이용하여 조작될 수 있고 보통의 이배체 또는 반수체 효모 균주로서 이용될 수 있다. EFSC2772는 4개 DNA 작제물의 유전체-통합에 의해 스테비올 글리코시드 생성 효모로 전환되었다. 각각의 작제물은 다수의 유전자를 함유하였고 이는 상동 재조합에 의해 효모 유전체에 도입되었다. 더욱이, 작제물 1 및 2는 상동 재조합에 의해 어셈블링되었다.
제 1 작제물은 8개의 유전자를 함유하였고 DPP1 로커스에 삽입되어 DPP1 (포스파타제)를 붕괴시키고 부분적으로 결실시켰다. 삽입된 DNA는 natMX 유전자 (선택 마커)를 발현시키는 아쉬비아 고스시피 TEF1 프로모터 다음에 A. 고스시피로부터의 TEF 터미네이터; 천연 효모 GPD1 프로모터로부터 발현되는 Gene Art 코돈 최적화 스테비아 레바우디아나 UGT85C2 (GenBank AAR06916.1; SEQ ID NO:32) 및 이어서 천연 효모 CYC1 터미네이터; 천연 효모 TPI1 프로모터를 이용하여 발현되는 S. 레바우디아나 CPR-8 (SEQ ID NO:24) 다음에 천연 효모 TDH1 터미네이터; 천연 효모 PDC1 프로모터로부터 발현되는 아라비돕시스 탈리아나 카우렌 신타제 (GenBank AEE36246.1과 유사함; SEQ ID NO:96) 및 이어지는 천연 효모 FBA1 터미네이터; 천연 효모 TEF2 프로모터를 이용하여 발현되는 시네초코쿠스 종 GGPPS (GenBank ABC98596.1, SEQ ID NO: 97) 및 이어지는 천연 효모 PGI1 터미네이터; 천연 효모 TEF1 프로모터로부터 발현되는 DNA2.0 코돈-최적화 S. 레바우디아나 KAHe1 (SEQ ID NO:18) 및 이어지는 천연 효모 ENO2 터미네이터; 천연 효모 FBA1 프로모터를 이용하여 발현되는 S. 레바우디아나 KO-1 (GenBank ABA42921.1, gi76446107; SEQ ID NO: 98) 및 이어지는 천연 효모 TDH2 터미네이터; 및 천연 효모 PGK1 프로모터를 이용하여 발현되는 제아 메이즈 절두된 CDPS 및 이어지는 천연 효모 ADH2 터미네이터를 함유한다
제 2 작제물은 YPRCΔ15 로커스에 삽입되었고, kanMX 유전자 (선택 마커)의 앞에 A. 고스시피로부터의 TEF1 프로모터, 이어서 A. 고스시피로부터의 TEF1 터미네이터; 천연 효모 PGK1 프로모터로부터 발현되는 Gene Art 코돈 최적화된 A. 탈리아나 ATR2 (SEQ ID NO: 99) 이어서 천연 효모 ADH2 터미네이, 천연 효모 TPI1 프로모터로부터 발현되는 S. 레바우디아나 UGT74G1 (GenBank AAR06920.1; SEQ ID NO:100) 이어서 천연 효모 TDH1 터미네이터, 천연 효모 TEF1 프로모터로부터 발현되는 Gene Art 코돈-최적화된 S. 레바우디아나 UGT76G1 (GenBank AAR06912; SEQ ID NO:101) 이어서 천연 효모 ENO2 터미네이터, 및 천연 효모 GPD1 프로모터로부터 발현되는, 아미노산 변형 L211M 및 V286A를 갖는 UGT91D2e 폴리펩티드를 생성하는 GeneArt 코돈-최적화 S. 레바우디아나 UGT91D2e-b (UGT91D2e 아미노산 서열에 대한 야생형 서열의 경우 SEQ ID NO: 54; 코돈 최적화 누클레오티드 서열은 SEQ ID NO: 102에 제시됨) 및 이어지는 천연 효모 CYC1 터미네이터를 함유하였다.
제 1 및 제 2 작제물은 메이팅 및 절단에 의해 동일한 스포어 클론에서 조합되었다. 이러한 효모 균주는 이후 두 가지 연속 사건으로 제 3 및 제 4 작제물로 형질전환되었다.
제 3 작제물은 유전자 PRP5 및 YBR238C 사이에 통합되었고, K. 락티스 leu2 유전자를 발현시키는 클루이베로마이세스 락티스 LEU2 프로모터 이어서 K. 락티스로부터의 LEU2 터미네이터, DNA2.0-최적화 S. 레바우디아나 KAHe1 (SEQ ID NO:18)을 발현시키는 천연 효모 GPD1 프로모터 이어서 천연 효모 CYC1 터미네이터, 및 제아 메이즈 절두된 CDPS (SEQ ID NO: 103)를 발현시키는 천연 효모 TPI1 프로모터 이어서 천연 효모 TPI1 터미네이터를 함유하였다.
제 4 작제물은 유전체에서 유전자 ECM3 및 YOR093C 사이에 통합되었고, K. 뉴모니애 (K. pneumoniae) hphMX 유전자를 발현시키는 A. 고스시피로부터의 TEF 프로모터 이어서 A. 고스시피로부터의 TEF1 터미네이터; 천연 효모 GPD1 프로모터로부터 발현되는 시네초코쿠스 종 GGPPS (SEQ ID NO: 97) 이어서 천연 효모 CYC1 터미네이터, 이어서 A. 탈리아나 카우렌 신타제 (SEQ ID NO: 96)를 발현시키는 천연 효모 TPI1 프로모터 이어서 천연 효모 TPI1 터미네이터를 함유하였다.
균주는 형질전환에 의한 2개 플라스미드 p413TEF (HIS3 마커를 갖는 CEN/ARS 셔틀 플라스미드) 및 p416-TEF (URA3 마커를 갖는 CEN/ARS 셔틀 플라스미드)의 도입에 의해 독립영양식으로 제조하였으며, EFSC2772로 지정되었다.
LC-MS에 의해 입증된 바와 같이, 조합된 세포성 및 세포외 생성물 농도는 EFSC2772의 2개의 상이한 배치에서 920-1660 mg/L의 RebA 및 대략 300-320 mg/L의 RebD이며, 더 높은 역가 결과가 수득되는 경우 대략 700 mg/L의 RebA가 브로쓰에서 검출되었다. 추가적으로, RebB에 대한 큰 피크가 관찰되었으며, 당업자는 UGT74G1의 추가적인 복사체 또는 UGT74G1의 상향조절이 RebB의 RebA로의 전환을 추가로 증가시킬 것임을 인지할 것이다. 반대로, RebB가 표적 글리코시드인 경우, 그러면 UGT74G1은 크로모좀으로부터 붕괴되거나 결실될 수 있다.
B. EFSC2763 효모 균주는 3가지 영양요구 변경, 즉 URA3, LEU2 및 HIS3의 결손을 갖는 야생형 사카로마이세스 세레비시애) 균주로부터 유래된다. 균주의 유전자는 안정화되어 있어, 보통 이배체 (diploid) 또는 반수체 (haploid) 효모 균주로서 사용될 수 있다. EFSC2763은 4개의 DNA 작제물의 유전체 통합에 의해 스테비올 글리코시드 생성 효모로 전환될 수 있다. 각 작제물은 동종 재조합으로 효모 유전체에 도입된 다수의 유전자를 포함한다. 또한, 제 1 및 2 작제물은 동종 재조합에 의해 어셈블링된다.
제 1 작제물은 8개 유전자를 포함하고, DPP1 로커스에 삽입되어 DPP1를 붕괴하거나 부분적으로 결실시킨다. 삽입된 DNA는 다음을 포함한다: NatMX 유전자 (선택 마커)를 발현시키는 A. 고스시피 TEF 프로모터 이어서 A. 고스시피로부터의 TEF 터미네이터; 천연 효모 GPD1 프로모터로부터 발현되는 GeneArt 코돈 최적화된 S. 레바우디아나 UGT85C2 (SEQ ID NO: 32) 및 이어서 천연 천연 효모 CYC1 터미네이터; TPI1 프로모터를 이용하여 발현된 S. 레바우디아나 CPR-8 (SEQ ID NO: 24) 이어서 천연 효모 TDH1 터미네이터; PDC1 프로모터로부터 발현된 A. 탈리아나 카우렌 신타제 (KS-5; SEQ ID NO: 96) 이어서 천연 효모 FBA1 터미네이터; TEF2 프로모터를 이용하여 발현된 시네초코쿠스 종 GGPPS (GGPPS-7; SEQ ID NO: 97) 및 이어서 천연 효모 PFI1 터미네이터; TEF1 프로모터로부터 발현된 DNA2.0 코돈-최적화된 S. 레바우디아나 KAHe1 (SEQ ID NO:18) 및 이어서 ENO2 터미네이터; FBA1 프로모터를 이용하여 발현된 S. 레바우디아나 KO-1 (SEQ ID NO: 98) 및 이어서 천연 효모 TDH2 터미네이터; 및 PGK1 프로모터를 이용하여 발현된 제아 메이즈 절두된 CDPS (SEQ ID NO: 103) 및 이어서 천연 효모 ADH2 터미네이터.
제 2 작제물은 YPRCΔ15 로커스에 삽입되었고, KanMX 유전자 (선택 마커)를 먼저 발현시키는 A. 고스시피로부터의 천연 효모 TEF 프로모터 이어서 A. 고스시피로부터의 TEF 터미네이터; PGK1 프로모터로부터 발현된 Gene Art 코돈 최적화돈 A. 탈리아나 ATR2 (SEQ ID NO: 9) 이어서 효모 ADH2 터미네이터; TPI1 프로모터로부터 발현된 S. 레바우디아나 UGT74G1 (SEQ ID NO:100) 이어서 효모 TDH1 터미네이터; TEF1 프로모터로부터 발현된 Gene Art 코돈 최적화된 S. 레바우디아나 UGT76G1 (SEQ ID NO: 101) 이어서 효모 ENO2 터미네이터, 및 GPD1 프로모터로부터 발현된 GeneArt 코돈-최적화된 S. 레바우디아나 UGT91D2e-b (SEQ ID NO: 102) 및 이어서 효모 CYC1 터미네이터를 포함하였다.
제 1 및 제 2 작제물은 메이팅 및 절단에 의해 동일한 스포어 클론에서 조합되었다. 이 효모 균주는 이후 두 가지 후속 사건에서 제 3 및 제 4 작제물로 형질전환되었다.
제 3 작제물은 유전자 PRP5 및 YBR238C 사이에 통합되었고, K. 락티스 LEU2 유전자를 발현시키는 A. 고스시피으로부터의 TEF 프로모터 이어서 A. 고스시피로부터의 TEF 터미네이터, DNA2.0 최적화된 S. 레바우디아나 KAHe1 (SEQ ID NO: 18)을 발현시키는 GPD1 프로모터 이어서 CYC1 터미네이터, 및 제아 메이즈 절두된 CDPS (SEQ ID NO: 103)를 발현시키는 TPI1 프로모터를 포함하였다.
제 4 작제물은 유전자 ECM3과 YOR093C 사이의 유전체에 통합되었고, K. 뉴모니애 hph 유전자 (SEQ ID NO: 157; 문헌 [Gritz et al., (1983) Gene 25:179-88] 참조)를 발현시키는 A. 고스시피로부터의 TEF 프로모터 이어서 A. 고스시피로부터의 TEF 터미네이터, GPD1 프로모터로부터 발현된 시네초코쿠스 종 GGPPS 이어서 CYC1 터미네이터, 및 A. 탈리아나 카우렌 신타제를 발현시키는 TPI1 프로모터를 포함하는 발현 카세트를 갖는다. 사용된 4가지 유전 마커는 이후 제거되었다.
세포 및 브로쓰로부터 전체 스테비올 글리코시드의 DMSO-추출 후 LC-MS에 의해 분석한 것으로서, 딥-웰 플레이트에서 30℃ 및 320 RPM 진탕하에 3 ml SC (합성 완전) 배지에서 4일 동안 성장시킨 후 EFSC2763은 40-50 μM 또는 2-3 μM/OD600 레바우디오시드 A를 생성하였다.
C. YORW 로커스에 어셈블리 작제물을 하나 더 첨가함으로써 균주 EFSC2763으로부터 균주 EFSC2797을 생성시켰다. 추가적인 작제물은 하기와 같다. S. 폼베로부터의 HIS 유전자 (선택 마커)를 발현시키는 A. 고스시피 TEF 프로모터 이어서, A. 고스시피로부터의 TEF 터미네이터; GPD1 프로모터를 사용하여 발현된 S. 레바우디아나 KO-1 (SEQ ID NO:98) 및 이어서 천연 효모 tCYC1 터미네이터; TPI1 프로모터를 사용하여 발현된 S. 레바우디아나 CPR-8 (SEQ ID NO: 24) 이어서 천연 효모 TDH1 터미네이터; PDC1 프로모터로부터 발현된 A. 탈리아나 카우렌 신타제 (KS-5; SEQ ID NO: 96) 및 이어서 천연 효모 FBA1 터미네이터; TEF2 프로모터로부터 발현된 오리자 사티바 (Oryza sativa) EUGT11 (SEQ ID NO: 53) 이어서 효모 PGI1 터미네이터; TEF1 프로모터로부터 발현된 DNA2.0 코돈-최적화된 S. 레바우디아나 KAHe1 (SEQ ID NO: 18) 및 이어서 ENO2 터미네이터; PGK1 프로모터로부터 발현된 제아 메이즈 절두된 CDPS (SEQ ID NO: 103) 및 이어서 ADH2 터미네이터.
세포 (4일 동안 30℃에서 24-웰 플레이트에서 성장한 세포) 및 브로쓰로부터의 전체 스테비올 글리코시드의 DMSO-추출 후 LC-MS 분석은 EFSC2797이 다양한 양의 RebA, RebB, RebD, RebM 및 루부소시드를 생성함을 입증하였다 (하기 표 12 참조).
표 12. EFSC2797로부터 스테비올 글리코시드 생성
Rubu
( μM /OD600)
RebB
( μM /OD600)
RebA
( μM /OD600)
RebD
( μM /OD600)
RebM
( μM /OD600)
OD600에 의해 표준화됨
0.110 0.634 3.364 3.451 5.411 평균
0.065 0.263 1.119 1.222 1.614 표준 편차
Rubu ( μM ) RebB ( μM ) RebA ( μM ) RebD ( μM ) RebM ( μM )
1.349 8.477 46.737 47.691 75.952 평균
0.0611 2.2025 16.7505 17.1447 28.1131 표준 편차
D. EFSC3248 효모 균주는 상기 기술된 동일한 어미 야생형 사카로마이세스 세레비시애 균주로부터 유래하며, 상기와 유사한 방법을 이용하여 표 13에 기술된 하기 유전자를 통합하였다. 또한, 이러한 균주는 교배형에서 스위칭을 방지하기 위한 HO-이다.
표 13. 균주 EFSC 3248에서 사용된 재조합 경로 유전자 및 프로모터의 목록.
이종성 경로 유전자 복사체의 수 사용된 프로모터(들)
GGPPS7 (시네초코쿠스 종) 합성 (SEQ ID NO: 97) 1 TEF2
CDPS (절두됨, 제아 메이즈) 천연 유전자 (SEQ ID NO: 103) 2 PGK1 X 2
KS5 (A. 탈리아나) 천연 유전자 (SEQ ID NO: 96) 2 PDC1 X 2
KO-1 (S. 레바우디아나 KO1) 합성 유전자 (SEQ ID NO: 98) 2 FBA1, GPD1
ATR2 합성 유전자 (SEQ ID NO: 99) 1 PGK1
KAH (S. 레바우디아나 KAHe1) 합성 유전자 (SEQ ID NO: 18) 2 TEF1 X 2
S. 레바우디아나 CPR 8 천연 유전자 (SEQ ID NO: 24) 2 TPI1 X 2
UGT85C2 (S. 레바우디아나) 합성 (SEQ ID NO: 32) 1 GPD1
UGT74G1 천연 (S. 레바우디아나) (SEQ ID NO: 100) 1 TPI1
UGT76G1 합성 (S. 레바우디아나) (SEQ ID NO: 101) 1 TEF1
91D2e-b 2X 변이체, 합성, S. 레바우디아나로부터 유래 (SEQ ID NO: 102) 1 GPD1
EUGT11 합성 (오리자 사티바) (SEQ ID NO: 53) 1 TEF2
실시예 3. 트랜스포터를 과다발현하는 효모 균주의 작제
레바우디오시드를 생성하는 효모 균주는 상기 실시예 2 및 국제 출원 번호: PCT/US2011/038967 (WO/2011/153378) 및 PCT/US2012/050021 (WO/2013/022989) (이 둘 모두는 그 전체가 본원에 참조로서 통합됨)에 기술되어 있다. 유사한 균주의 진탕 플라스크 연구로부터의 관찰은 상청액중 RebA의 분획이 시간에 따라 증가함을 나타내며, 이러한 효과는 세포 용해의 결과가 아닌 것으로 측정되었다. 사카로마이세스 세레비시애에서 스테비올 글리코시드 분비에 대한 다양한 트랜스포터의 효과를 측정하기 위해, 사카로마이세스 세레비시애 균주의 라이브러리를 트랜스포터 유전자에 대한 내인성 프로모터 대신에 TEF1 항시성 프로모터로 치환함으로써 작제하였다.
TEF 프로모터, 및 lox P 부위에 의해 플랭킹된 HIS5 (쉬조사카로마이세스 폼베) 마커로 구성된 카세트를 작제하였다. 특정 테일을 갖는 프라이머를 카세트의 PCR 증폭에 사용하였으며, 생성물을 상기 기술된 RebA 생산자 EFSC2763에서 상동 재조합에 의해 관심 유전자로부터의 업스트립에 통합시켰다. 유전자의 출발부에 어닐링시킨 프라이머 테일에 Kosak 서열을 부가하여, 출발 코돈 바로 앞에 위치시켰다. 카세트의 올바른 삽입은 TEF1 프로모터에 어닐링되는 전방향 프라이머 및 특이적 트랜스포터 유전자에 어닐링되는 유전자 특이적 역 프라이머를 사용하여 PCR에 의해 확인하였다. 표 14는 TEF1 항시성 프로모터를 사용하여 내인성 프로모터를 대체한 44개 수송 관련 유전자의 목록을 함유한다.
14: 수송 관련 유전자 ( UniProtKB /Swiss- Prot 넘버링 )
유전자 ORF 수탁 번호
1 PDR1 YGL013C P12383 (SEQ ID NO: 104)
2 PDR3 YBL005W P33200 (SEQ ID NO: 105)
3 PDR8 YLR266C Q06149 (SEQ ID NO: 106)
4 PDR5 YOR153W P33302 (SEQ ID NO: 107)
5 PDR10 YOR328 P51533 (SEQ ID NO: 108)
6 PDR11 YIL013 P40550 (SEQ ID NO: 109)
7 PDR12 YPL058 Q02785 (SEQ ID NO: 110)
8 PDR15 YDR406 Q04182 (SEQ ID NO: 111)
9 PDR18 YNR070w P53756 (SEQ ID NO: 112)
10 SNQ2 YOR328 P32568 (SEQ ID NO: 113)
11 STE6 YKL209c P12866 (SEQ ID NO: 114)
12 YOR1 YGR281 P53049 (SEQ ID NO: 115)
13 AUS1 YOR011W Q08409 (SEQ ID NO: 116)
14 - YOL075c Q08234 (SEQ ID NO: 117)
15 - YIL166c P40445 (SEQ ID NO: 118)
16 THI73 YLR004c Q07904 (SEQ ID NO: 119)
17 NFT1 YKR103w P0CE68 (SEQ ID NO: 120)
18 ADP1 YCR011C P25371 (SEQ ID NO: 121)
19 FLR1 YBR008C P38124 (SEQ ID NO: 122)
20 QDR1 YIL120W P40475 (SEQ ID NO: 123)
21 QDR2 YIL121W P40474 (SEQ ID NO: 124)
22 QDR3 YBR043C P38227 (SEQ ID NO: 125)
23 TPO1 YLL028W Q07824 (SEQ ID NO: 126)
24 TPO2 YGR138C P53283 (SEQ ID NO: 127)
25 TPO3 YPR156c Q06451 (SEQ ID NO: 128)
26 TPO4 YOR273C Q12256 (SEQ ID NO: 129)
27 AQR1 YNL065W P53943 (SEQ ID NO: 130)
28 AZR1 YGR224W P50080 (SEQ ID NO: 131)
29 SGE1 YPR198W P33335 (SEQ ID NO: 132)
30 YHK8 YHR048W P38776 (SEQ ID NO: 133)
31 ATR1 YML116W P13090 (SEQ ID NO: 134)
32 GEX2 YKR106W P36173 (SEQ ID NO: 135)
33 HOL1 YNR055C P53389 (SEQ ID NO: 136)
34 - YOR378W Q08902 (SEQ ID NO: 137)
35 - YMR279C Q03263 (SEQ ID NO: 138)
36 ENB1 YOL158C Q08299 (SEQ ID NO: 139)
37 ARN1 YHL040C P38731 (SEQ ID NO: 140)
38 ARN2 YHL047C P38724 (SEQ ID NO: 141)
39 SSU1 YPL092W P41930 (SEQ ID NO: 142)
40 THI7 YLR237W Q05998 (SEQ ID NO: 143)
41 TPN1 YGL186C P53099 (SEQ ID NO: 144)
42 SEO1 YAL067C P39709 (SEQ ID NO: 145)
43 SIT1 YEL065W P39980 (SEQ ID NO: 146)
44 DTR1 YBR180W P38125 (SEQ ID NO: 147)
44개 균주를 RebA 분비에 대해 평가하였다. 복제 배양물을 48 시간 동안 3 ml 합성 완전 (SC) 배지에서 인큐베이션하였다 (30℃, 310 rpm, 24 웰 플레이트). 100 ㎕의 배양물을 원심분리하여 (4000 rcf, 7 분) 상청액 샘플을 수득하였다. 상청액의 25㎕를 두배량의 50% DMSO에 첨가하였다.
상청액 (세포-비함유) 샘플로서의 이들 샘플을 LC-MS로 분석하였다. 이용된 LC-MS 방법은 Phenomenex® 키네텍스 (kinetex) C18 칼럼 (150 x 2.1 mm, 2.6 μM 입자, 100 Å 포어 크기)을 사용하고, 40-50%B의 더욱 얕은 구배를 이용하여 전형적으로 더 긴 체류 시간을 유도한다는 점을 제외하고는 실시예 1과 유사하다. 원래 샘플로부터 잔존하는 상청액을 제거하고 펠렛을 100 ㎕ 물로 세척하였다. 펠렛을 100 ㎕ 50% DMSO에서 재현탁시키고 10분 동안 80℃로 가열한 후 샘플을 원심분리하였다 (4000 rcf, 5 분). 재현탁된 펠렛으로부터 수득된 25 ㎕의 상청액을 동량의 50% DMSO 및 동량의 물에 첨가한 후, 샘플을 필터 플레이트로 옮겼다. 필터 플레이트로부터 샘플을 채취하고 (2000 rcf, 2 분), 펠렛 샘플로서 LC-MS에서 측정하였다. 결과는 도 2에 도시되어 있다.
균주 "12_YOR1"은 EFSC2763 대조군 균주와 비교하여 펠렛에서 보다 높은 백분율의 상청액중 RebA를 보여주었다. "18_ADP1" 및 "EFSC2763" 균주는 다른 균주보다 적은 총 RebA를 생성하였으며, "40_THI7"은 샘플간의 큰 편차를 갖는다. YOR1 과다발현 균주를 다시 평가하였다. 제 2 실험에서, YOR1 과다발현 균주 "YOR1_OE"는 EFSC2763 대조군 균주보다 적은 총 RebA를 생성하였으나, 대조군 균주보다 상청액중 더 높은 백분율의 RebA를 여전히 보여주었다 (도 3). 메신저 RNA 수준은 후보 트랜스포터에 대해 측정하고, 많은 경우에서, 발현 수준은 야생형 수준으로부터 실질적으로 증가하지 않았다.
9개 후보 (PDR1, PDR3, PDR13, SNQ2, YOR1_BY, YOR1_IS1, FLR1, AZR1 및 DTR1)를 또 다른 생성 균주 EFSC2797 (상기 기술됨)에서 레바우디오시드 생성 및 분비에 대해 그리고, 2 마이크론 플라스미드 (PSB314)에 대해 재-평가하였다. 복제 배양물을 3 ml 합성 완전 (SC) 배지에서 48 시간 (30℃, 310 rpm, 24 웰 플레이트) 동안 인큐베이션하였다. 상청액 샘플은 100 ㎕의 배양물 (13,000 rcf, 5 분)을 원심분리함으로써 수득하였다. 50 마이크로리터의 상청액을 동량의 100% DMSO에 첨가하였다. 이들 샘플을 상청액 샘플로서 LC-MS에 의해 분석하였다. 총 브로쓰 샘플을 동일 용적의 100% DMSO와 혼합하고, 10분 동안 80℃로 가열한 후, 샘플을 원심분리하고 (4000 rcf, 5 분), 액체 부분을 "전체" 스테비올 글리코시드 수준으로서 LC-MS에 의해 분석하였다. 배양 상청액으로 분비된 다양한 스테비올 글리코시드 (RebA, RebB, RebD, RebM, 루부소시드, 13-SMG, 1.2 스테비오시드, 1.2 비오시드 및 비공지의 스테비올 글리코시드 (4.13분에서 LC-MS 피크)를 포함)의 양은 물론 전체 배양 브로쓰 중의 총 양을 실시예 1에 기술된 바와 같이 LC-MS로 측정하였다. 결과는 도 4a-m에 도시되어 있다. 분비에 대해 플롯팅된 백분율은 도 4a-k에서 "총" 량으로 나눈 상청액 값에 대한 것이거나, OD600 당 마이크로몰 농도를 플롯팅하거나 (도 4j-k), 상청액 또는 전체 중 농도를 플롯팅하였다 (도 4l-m).
각 9개 후보 유전자 (PDR1, PDR3, PDR13, SNQ2, YOR1_BY, YOR1_IS1, FLR1, AZR1 및 DTR1)의 독립적인 과다발현은 다양한 스테비올 글리코시드가 대조군 균주 (대조군은 빈 PSB314 플라스미드를 갖는 EFSC2797임; 도 4a-m에서 "PSB314"로서 도시됨)와 비교하여 상청액 중 더 높은 백분율 및/또는 농도로 분비되었음이 입증되었다. YOR1_BY (SEQ ID NO: 148)은 BY 4741 유전체 DNA로부터 증폭되고 URA 영양요구성 마커 (P426-GPD)를 함유하는 2 마이크론 플라스미드에서 클로닝된 YOR1 유전자의 DNA 서열을 나타내며; YOR1_IS1 (SEQ ID NO: 149)은 YOR1 유전자의 DNA 서열이 추가적인 야생형 사카로마이세스 세레비시애 유전체 DNA로부터 증폭되고, URA 영양요구성 마커 (P426-GPD)를 함유하는 2 마이크론 플라스미드에서 클로닝됨을 나타낸다. 예를 들어, 균주 "SNQ2"는 상청액중 더 높은 백분율의 RebA, RebB, RebD, RebM, 1.2 스테비오시드, 1.2 비오시드 및 4.13분에서의 비공지의 스테비올 글리코시드를 보여주었으며, 총 생성은 빈 PSB314 플라스미드 (도 4-6에서 "PSB314" 또는 "빈 플라스미드"로서 도시됨)를 갖는 EFSC2797 대조군 균주와 비교하여 동일하다. 균주 "YOR1_IS1"는 EFSC2797 대조군 균주와 비교하여 총 샘플중에서 상청액 중에 더 높은 백분율의 RebB, RebD, 루부소시드, 1.2 스테비오시드, 1.2 비오시드 및 4.13분에서의 비공지의 스테비올 글리코시드를 보여주었다. 게다가, SNQ2 및 YOR1 과다발현은 대조군과 비교하여 상청액에서 RebD 및 RebA의 농도 증가를 입증하였다 (도 4j-m 참조).
상기 9개 후보중 4개를 트랜스포터를 과다발현하기 위해 PSB314 2 마이크론 플라스미드를 사용하여 생성 EFSC2797 균주에서 레바우디오시드 생성 및 분비에 대해 다시 평가하엿다. 배양물을 72시간 동안 (30℃, 310 rpm, 24 웰 플레이트) 3 ml 합성 완전 (SC) 배지 -URA (압력 선택)에서 인큐베이션하였다. 상청액 샘플을 100 ㎕의 배양물 (13,000 rcf, 5 분)의 원심분리에 의해 수득하였다. 50 마이크로리터의 상청액을 50 ul의 100% DMSO에 첨가하였다. 이들 샘플을 상청액 샘플로서 LC-MS로 분석하였다. 50 ㎕의 세포 현탁액을 50 ㎕의 100% DMSO와 혼합하고, 10분 동안 80℃로 가열한 후 샘플을 원심분리하고 (4000 rcf, 5 분); 액체 부분을 "총" 샘플로서 LC-MS에서 측정하였다. 배양 상청액으로 분비된 다양한 스테비올 글리코시드 (RebA, RebB, RebD, RebM, 루부소시드, 13-SMG, 1.2 스테비오시드, 1.2 비오시드 및 비공지된 스테비올 글리코시드 (4.13분에서 LC-MS 피크) 포함)의 양은 물론 전체 배양 브로쓰 중의 총 양을 실시예 1에 기술된 바와 같이 LC-MS로 측정하였다. 곡선하 영역 (AUC)은 Xcalibur 소프트웨어 (Thermo)를 사용하여 데이타 처리 동안 적분에 의해 결정하였다. 분비된 양을 보여주는 결과 (AUC)는 도 5a-d에서 보여주며, 결과는 상청액에 분비된 퍼센트 (상청액/총 값의 비)를 보여주며, 도 5e-i에 도시되어 있다.
각각 4개 후보 유전자 각각의 과다발현 (PDR1, SNQ2, YOR1_BY, YOR1_IS1 및 FLR1)은 다양한 스테비올 글리코시드가 대조군 균주 (빈 PSB314 플라스미드를 갖는 EFSC2797; 도 5a-i에서 "PSB314"로서 도시됨)와 비교하여 상청액중에 더 높은 백분율 및/또는 농도로 분비됨을 입증하였다. 예를 들어, 균주 "YOR1_BY" 및 "YOR1_IS1" 둘 모두는 EFSC2797 대조군 균주와 비교하여 전체에서 보다 상청액중에서 더 높은 백분율의 RebA, RebB, 1.2 스테비오시드 및 4.13분의 비공지된 스테비올 글리코시드를 보여주었다. 게다가, 과다발현된 SNQ2, YOR1, PDR1 및 FLR1은 대조군과 비교하여 상청액중에서 RebB의 AUC 증가를 별도로 입증하였다 (도 5a-d 참조). 각각 4개 후보 유전자의 각각의 과다발현은 대조군과 비교하여 EFSC2797 효모 균주의 OD600에 의해 측정할 경우 성장 속도를 현저하게 변경시키지 않았다 (도 6 참조).
실시예 4. 스테비아 트랜스포터를 과다발현하는 효모 균주
6개의 추정되는 S. 레바우디아나 RebA 트랜스포터를 피로시퀀싱 데이타에서 확인하였다: SrDTX24 (SEQ ID NO: 150), SrMRP10 (SEQ ID NO: 151), SrPDR12 (SEQ ID NO: 152), SrMRP2 (SEQ ID NO: 153), SrMRP4a (SEQ ID NO: 154), 및 SrMRP4b (SEQ ID NO: 155). 추정되는 트랜스포터중 5개 즉, SrDTX24, SrMRP10, SrPDR12, SrMRP4a 및 SrMRP4b를 추가 연구를 위해 선택하고 클로닝하였다. 클로닝된 트랜스포터 서열은 안정한 RebA-생성 S. 세레비시애에서 발현시켰다. 스테비올-글리코시드 분비 수준을 측정하고 도 7에서 도시하였다.
실시예 5. 효모에서 레바우디오시드 트랜스포터를 식별하는 방법
4중 트랜스포터 변이체 효모 균주의 작제
레바우디오시드를 생성하는 효모 균주는 상기 실시예 2 및 그 전체가 본원에 참조로서 통합된 국제 출원 번호 PCT/US2011/038967 (WO/2011/153378) 및 PCT/US2012/050021 (WO/2013/022989)에 기술되어 있다. 유사한 균주의 진탕 플라스크 연구로부터의 관찰은, 스테비올 글리코시드가 분자의 분자량이 증가함에 따라 감소하는 것으로 보여지는 효율을 갖는 S. 세레비시애 세포로부터 분비됨을 나타냈다. S. 세레비시애에서 스테비올 글리코시드 분비에 대한 다양한 트랜스포터의 효과를 측정하기 위해, 내인성 트랜스포터의 파괴를 각각 수반하는 S. 세레비시애 변이체의 라이브러리를 작제하였다.
원형질막-위치한 ABC 및 MFS 트랜스포터는 45-65 bp 유전자 특이적 장-테일을 갖는 프라이머로 증폭된 항생제 마커 카세트를 사용하여, S. 세레비시애 균주 BY4741 및/또는 BY4742 (BY4741은 ATCC 201388로서 입수가능하고, BY4742는 ATCC 201389로서 입수가능함; 문헌 [Brachmann, et al. "Designer deletion strains derived from Sacchromyces cerevisiae S288C: a useful set of strains and plasmids for PCR-mediated gene disruption and other applications." Yeast 14:115-32, 1998] 참조)에서 하나씩 파괴하였다. 카세트는 균주로 형질전환되고, 특이적 트랜스포터 유전자는 항생제 마커 카세트의 상동 재조합에 의해 파괴하였다. 천연 트랜스포터 유전자의 파괴는 천연 유전자의 업스트림 서열에 특이적인 전방향 프라이머 및 항생제 마커 카세트에서 내부에 위치한 역 프라이머를 사용하여 PCR에 의해 확인하였다. 변이체 라이브러리는 총 34개 트랜스포터 (14 ABC, 19 MFS, 및 1 기타) 및 2개의 전사 인자를 포함하였다. 표 15 참조.
표 15: 라이브러리 균주에서 효모 변이체를 생성하기 위한 수송-관련 유전자 넉아웃
명칭 ORF 타입/단백질 위치 수탁 번호*
PDR1 /3 YGL013C/YBL005W 전사 인자 P12383/ (SEQ ID NO: 104)
P33200 (SEQ ID NO: 105)
PDR3 YBL005W 전사 인자 P33200 (SEQ ID NO: 105)
1 PDR11 YIL013 원형질막 P40550 (SEQ ID NO: 109)
2 PDR15 YDR406 원형질막 Q04182 (SEQ ID NO: 111)
3 PDR10 YOR328 원형질막 P51533 (SEQ ID NO: 108)
4 PDR5 YOR153W 원형질막 P33302 (SEQ ID NO: 107)
5 YOR1 YGR281 원형질막 P53049 (SEQ ID NO: 115)
6 AUS1 YOR011W 미토콘드리아 ( 원형질막) Q08409 (SEQ ID NO: 116)
7 SNQ2 YDR011 원형질막 P32568 (SEQ ID NO: 113)
8 PDR12 YPL058 원형질막 Q02785 (SEQ ID NO: 110)
9 STE6 YKL209c 원형질막 P12866 (SEQ ID NO: 114)
10 - YOL075c (막) Q08234 (SEQ ID NO: 117)
11 - YIL166c (막) P40445 (SEQ ID NO: 118)
12 THI73 YLR004c (원형질/ER 막) Q07904 (SEQ ID NO: 119)
13 NFT1 YKR103w/YKR104w P0CE68 (SEQ ID NO: 120)
14 PDR18 YNR070w (미토콘드리아) P53756 (SEQ ID NO: 112)
15 FLR1 YBR008C 원형질막 P38124 (SEQ ID NO: 122)
16 QDR1 YIL120W 원형질막 P40475 (SEQ ID NO: 123)
17 QDR2 YIL121W 원형질막 P40474 (SEQ ID NO: 124)
18 QDR3 YBR043C 원형질막 P38227 (SEQ ID NO: 125)
19 DTR1 YBR180W (프로스포어 막) P38125 (SEQ ID NO: 147)
20 TPO1 YLL028W 원형질막 Q07824 (SEQ ID NO: 126)
21 TPO2 YGR138C 원형질막 P53283 (SEQ ID NO: 127)
22 AQR1 YNL065W 원형질막 P53943 (SEQ ID NO: 130)
23 AZR1 YGR224W 원형질막 P50080 (SEQ ID NO: 131)
24 ENB1 YOL158C 원형질막 Q08299 (SEQ ID NO: 139)
25 SGE1 YPR198W 원형질막 P33335 (SEQ ID NO: 132)
26 YHK8 YHR048W P38776 (SEQ ID NO: 133)
27 GEX2 YKR106W P36173 (SEQ ID NO: 135)
28 HOL1 YNR055C 원형질막 /미토콘드리아 P53389 (SEQ ID NO: 136)
29 TPO4 YOR273C 원형질막 /(액포) Q12256 (SEQ ID NO: 129)
30 TPO3 YPR156c 원형질막 /(액포) Q06451 (SEQ ID NO: 128)
31 ATR1 YML116W 원형질막 (액포) P13090 (SEQ ID NO: 134)
32 - YOR378W - Q08902 (SEQ ID NO: 137)
33 - YMR279C - Q03263 (SEQ ID NO: 138)
34 HXT11 YOL156W 원형질막 P54862 (SEQ ID NO: 156)
* -- <uniprot.org/uniprot> 웹사이트에서 기록된 수탁 번호.
개시 분석은 이러한 36개 유전자의 변이체 중에서, 효모 PDR5 , PDR10 , PDR15 SNQ2 로커스에 의해 인코딩된 트랜스포터는 스테비올 글리코시드 예컨대, 19-SMG 및 루부소시드의 배양 배지로의 분비에 대한 검출가능한 효과를 가짐을 보여주었다. TPO1 , TPO3 , YOR1 , YOL075c , PDR18 , FLR1 로커스에 의해 인코딩된 효모 내인성 트랜스포터는 물론 PDR1 PDR3 로커스에 의해 인코딩된 전사 인자는 또한, PDR5 , PDR10 , PDR15 SNQ2의 것보다 더 적은 정도이긴 하나, 스테비올 글리코시드 분비에 대한 검출가능한 효과를 가졌다. 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 수개의 트랜스포터가 확인되었기 때문에, 단일 트랜스포터는 효모에서 스테비올 글리코시드의 분비를 단독으로 책임지는 것으로 보이지 않는다.
스테비올 글리코시드 분비에 대한 하나 초과의 트랜스포터의 파괴 효과를 측정하기 위해, 4중 파괴 변이체 (pdr5 , pdr10 , pdr15 , snq2)를 생성시켰다. 결실 변이체 pdr15 (BY4742를 기반으로 하는 S. 세레비시애 균주에서 생성됨)를 테일로서 PDR10 플래킹 서열을 갖는 프라이머를 사용하여 PCR로부터 제조된 선택 마커 결실 카세트로 형질전환시켜, 형질전환시 생동 재조합을 허용한다. 동일한 방식으로, snq2 결실 균주를 생성시키고 (BY4741 기반으로 함), 프라이머 테일로서 PDR5 플랭킹 서열을 사용하여 제 2 선택 마커 결실 카세트로 형질전환시켰다. 생성되는 2개의 이중 변이체 균주 (pdr15-pdr10snq2-pdr5)를 메이팅시켜 모두 4개의 트랜스포터 유전자에서 파괴된 스포어 생성물을 생성시켰다. 단일 파괴 변이체에 대해 기술된 바와 같은 프라이머 전법을 이용하여 파괴를 PCR에 의해 입증하였으며, 4X 파괴 변이체로서 언급된 4중 pdr5 , pdr10 , pdr15, snq2 파괴 변이체의 형성을 유도하였다.
4X 파괴 변이체는 4개의 스테비아 레바우디아나 UGT를 인코딩하는 2 마이크론 플라스미드로 형질전환시켰다: 76G1, 74G1, 91D2e, 및 85C2. WO 2011/153378A1 참조. 4개의 UGT를 발현하는 4X 파괴 변이체의 배양물을 히스티딘 및 우라실이 결여된 2-3 ml의 합성 완전 (SC) 배지를 함유하는 13-ml 배양 튜브에서 밤새 사전-성장시켰다. UGT 플라스미드를 가지나 PDR5 , PDR10 , PDR15, SNG2 로커스에서 야생형인 어미 균주의 배양물을 대조군으로서 제공하였다.
다음날 0.25 OD600 단위체를 스핀다운시키고, 100 μM 스테비올을 함유하는 새로운 배지에 재현탁시키고, 배양 튜브에서 2h 동안 30℃에서 진탕하였다. 100 ㎕의 배양물 분취액을 스핀다운시키고, 동량의 DMSO를 상청액에 첨가하였다. 세포 펠렛을 H2O로 세척하고, 후속하여 200 ㎕의 50% DMSO에 재현탁하였다. 이어서, 혼합물을 볼텍싱하고, 10분 동안 80℃에서 가열하고, 원심분리하여 찌꺼기를 제거하였다. 생성 용액 (세포 펠렛 샘플)을, Phenomenex® 키네텍스 C18 칼럼 (150 x 2.1 mm, 2.6 μM 입자, 100 Å 포어 크기)를 사용하고, 40-50% B의 더 얕은 구배를 사용하여 전형적으로 더 긴 체류 시간을 유도한다는 점을 제외하고는 실시예 1에 기술된 것과 유사한 방법을 이용하여 LC-MS에 의해 19-SMG의 양에 대해 분석하였다. 도 8에 도시된 결과는 4X 파괴 변이체 균주에 의해 제조된 전체 19-SMG의 대략 90%가 펠렛에 존재함을 나타낸다. 반대로, 야생형 균주에 의해 제조된 전체 19-SMG의 단지 약 25%만이 펠렛에 존재하였다.
4개의 S. 레바우디아나 UGT를 발현하는 4X 파괴 변이체 균주를 레바우디오시드 A 생성에 대해 평가하였다. 사전-배양된 세포를 250 ㎕ 스테비올 함유 배지 (SC-His-Ura, 100 μM 스테비올)에서 OD600 = 20으로 농축하였다. 24 시간 인큐베이션 (30℃ 및 200 rpm) 후, 세포를 채취하였다. 배양물의 100 ㎕ 분취액을 스핀다운시키고, 동일 용적의 DMSO를 이러한 샘플의 상청액에 첨가하였다. 세포 펠렛을 H2O에서 1회 세척하고, 200 ㎕의 50% DMSO를 펠렛에 첨가하였다. 샘플을 볼텍싱하고, 10분 동안 80℃로 가열시키고 원심분리하였다. 2개의 DMSO 혼합물로부터의 상청액을 풀링시키고, 스테비올 글리코시드 함량을 Phenomenex® 키네텍스 C18 칼럼을 사용한 LC-MS에 의해 분석하였다. 결과는 도 9에 도시하였다. 이러한 결과는 RebA 축적에서의 큰 증가가, 4개의 S. 레바우디아나 UGT를 발현하는 야생형 균주와 비교하여 4개의 S. 레바우디아나 UGT를 발현하는 4X 변이체 균주에서 관찰되었음을 나타낸다. 이러한 결과는 모노글루코시드 중간체가 4X 변이체 균주에서 아마도 덜 분비되고, 대신에 이들 효모 균주의 세포질에서 추가의 글리코실화에 대한 기질로서 기능함을 암시한다. 그러나, 넉아웃된 트랜스포터중 일부는 또한 RebA와 같은 더 큰 분자량의 레바우디오시드의 분비에 대한 특이성을 가질 수 있으며, 배지에서의 RebA의 분비가 요망되는 균주에서 과다발현시키기에 유용할 수 있다. 경로 UGT의 발현을 통해 글리코실화 활성 속도의 적절한 균형을 이용하여, 더 적은 분자량의 스테비올 글리코시드는 추가로 글리코실화된 후 배지로 분비된다. 예를 들어, UGT74G1 및 UGT85C2 효소와 비교하여 UGT76G1 및 UGT91D2e 및/또는 EUGT11 UGT의 더 높은 발현 수준은 스테비올 모노글루코시드의 축적을 방지하며, 이는 더욱 용이하게 분비된다. UGT 활성 수준이 특정 스테비올 글리코시드에 대한 수송 속도보다 높은 경우 (따라서, 글리코실화 속도가 더 빠른 경우), 더 높은 분자량의 스테비올 글리코시드가 생성될 것이다.
7X 트랜스포터 변이체 효모 균주의 작제
상기 기술된 4중 트랜스포터 변이체 결과를 기반으로 하여, 7X 트랜스포터 파괴 변이체 (pdr15 - pdr10 - snq2 - pdr5 - tpo1 - pdr1 - pdr3)를 생성시켰다. pdr1pdr3 이중 변이체는 BY4741 배경에서 생성시켰다. 그 후, 이중 변이체를 생성하기 위해 사용된 마커를 제거하였다. 생성된 이중 변이체를 선택 마커 결실 카세트로 형질전환시켰다. 테일로서 TPO1 플랭킹 서열을 갖는 프라이머를 사용하여 PCR로부터 카세트를 제조하여 형질전환시 상동 재조합을 허용하게 하였다. 3중 변이체 pdr1 - pdr3-tpo1를 상기 기술된 4X 파괴 변이체 (BY4742 기반)와 메이팅시켰다. 생성 스포어에서, 모두 7개 위치에서 파괴된 균주를 발견하였다. 유전자의 파괴는 PCR에 의해 확인하였다. 표적화된 유전자를 대체하는 카세트의 경우에, 상기 기술된 PCR 방법을 적용하여 유전자의 파괴를 확인하였다. pdr1pdr3 로커스에 있어서, 각 유전자로부터의 업스트림 및 다운스트림 서열에 어닐링하기 위해 설계된 전방향 및 역방향 프라이머를 사용하여 파괴를 확인하였다. PCR 생산물은 모든 클론에 존재하였으며, 짧은 PCR 생산물은 표적화된 유전자의 손실을 나타내었다.
상기 기술된 4개의 S. 레바우디아나 UGT를 4X 및 7X 트랜스포터 파괴 변이체는 물론 야생형 균주의 유전체으로 상동 재조합을 이용하여 통합시켰다. 스테비올-구배 시간-과정 실험을 수행하여 야생형, 4X 및 7X 변이체 균주에서 스테비올-글리코시드 축적에 대한 영향을 평가하였다. 4개의 S. 레바우디아나 UGT를 각각 발현하는 4X 및 7X 파괴 변이체 균주의 사전-배양된 세포를 400 ㎕ 스테비올 함유 배지 (SC-Ura, 0 μM, 20 μM, 50 μM, 100 μM, 또는 250 μM 스테비올)에서 OD600 = 1로 농축하였다. 균주를 30℃, 320 rpm하에 96 딥 웰 플레이트에서 성장시키고, 대략 0, 1, 2, 4, 8 또는 24 시간 배양 후, 각 배양물의 50 ㎕ 분취액을 스핀다운시키고, 동일 용적의 DMSO를 각 분취액의 상청액에 첨가하였다. 스테비올 글리코시드 함량을 Phenomenex® 키네텍스 C18 칼럼을 이용하여 상기 기술된 바와 같은 LC-MS에 의해 분석하였다.
결과는 도 10-12에 도시되어 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 야생형 균주는 19-SMG 및 13-SMG를 세포외 브로쓰로 분비하였다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 4X 및 7X 트랜스포터 파괴 변이체는 세포외 브로쓰로 19-SMG 및 13-SMG를 분비하지 않았다. 그러나, 4X- 및 7X 트랜스포터 파괴 변이체는 야생형 균주보다 더 많은 양의 1,3-비오시드를 분비하였다 (도 12 참조). 이들 데이타는 파괴되는 내인성 트랜스포터가 효모에서 스테비올 글리코시드 축적에 영향을 끼침을 보여준다.
상기 데이타는 효모에서 내인성 트랜스포터의 넉아웃은 단독으로 또는 스테비올 글리코시드의 증가된 보유에 대한 스크리닝과 조합되어 배지에서 스테비올 글리코시드 분비를 증가시키기 위한 과다발현에 대한 잠재적 트랜스포터를 확인하기 위한 우수한 방법임을 설명한다.
트랜스포터 변이체의 추가 스크리닝
더 높은 분자량의 레바우디오시드의 분비에 대한 효모 유전자 넉아웃 효과를 실시예 2에 기술된 효모 균주 EFSC3248에서 평가하였다. 크로모좀에 대한 각 특이적 트랜스포터 유전자 (PDR5, SNQ2, YOR1, YHK8 및 FLR1)의 파괴를 이전에 기술된 바와 같은 상동 재조합에 의해 수행하였다. 96 시간 인큐베이션 (30℃ 및 200 rpm) 후, 세포를 채취하였다. 배양물의 100 ㎕ 분취액을 스핀다운시키고, 동일 용적의 100% DMSO를 상청액에 첨가하였다. 80 마이크로리터의 혼합물을 '상청액' 샘플로서 LC-MS에 의해 분석하였다. 100uL의 100% DMSO중 100 마이크로리터의 세포 현탁액을 10분 동안 80℃에서 가열한 후 원심분리하였다. 혼합물을 볼텍싱하고, 80℃에서 10분 동안 가열하고 원심분리하여 임의의 잔류하는 찌꺼기를 제거하였다. 40 마이크로리터의 생성 용액을 40uL DMSO (50%)와 혼합하고 샘플을 '총' 샘플로서 LC-MS에 의해 분석하였다. 배양 상청액으로 분비된 다양한 스테비올 글리코시드 (RebA, RebB, RebD, RebM, 루부소시드, 13-SMG, 1.2 스테비오시드, 1.2 비오시드 및 비공지된 스테비올 글리코시드 (4.13분에서의 LC-MS 피크) 포함)의 양은 물론 전체 배양 브로쓰에서의 총 양을 실시예 1에 기술된 바와 같이 LC-MS에 의해 측정하였다. 데이타는 단일의 내인성 효모 트랜스포터 유전자의 파괴가 배양 배지의 상청액중 다양한 스테비올 글리코시드의 분비된 양 (도 13a-c) 및 백분율 (도 13d-f)의 감소를 유도함을 입증한다. 구체적으로, SNQ2, YOR1 및 FLR1의 파괴는 대조군과 비교하여, 상청액 또는 효모 균주에서 분비된 RebA, RebB 및 RebD의 감소 또는 효모 균주에서 RebA, RebB 및 RebD 농도의 감소를 유도하였다 (도 13a-f 참조; 도 13의 대조군은 "EFSC3248"임).
본 발명이 이의 특정 구체예를 참조로 상세히 기술되어 있으나, 변형 및 변경이 첨부된 청구범위에 규정된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않으면서 가능하다는 것이 자명할 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명의 일부 양태가 특히 유리한 것으로 본원에서 확인되었으나, 본 발명은 본 발명의 이러한 특정 양태로 반드시 제한될 필요가 없음이 고려된다.
SEQUENCE LISTING <110> Evolva SA Simon, Ernesto Stockler, Iben Nordmark Mikkelsen, Michael Dalgaard Hansen, Jorgen Dalgaard Douchin, Veronique <120> PRODUCTION OF STEVIOL GLYCOSIDES IN RECOMBINANT HOSTS <130> 13-1790-WO <150> US 61/763,290 <151> 2013-02-11 <150> US 61/763,308 <151> 2013-02-11 <160> 158 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 784 <212> PRT <213> Stevia rebaudiana <400> 1 Met Asn Leu Ser Leu Cys Ile Ala Ser Pro Leu Leu Thr Lys Ser Asn 1 5 10 15 Arg Pro Ala Ala Leu Ser Ala Ile His Thr Ala Ser Thr Ser His Gly 20 25 30 Gly Gln Thr Asn Pro Thr Asn Leu Ile Ile Asp Thr Thr Lys Glu Arg 35 40 45 Ile Gln Lys Gln Phe Lys Asn Val Glu Ile Ser Val Ser Ser Tyr Asp 50 55 60 Thr Ala Trp Val Ala Met Val Pro Ser Pro Asn Ser Pro Lys Ser Pro 65 70 75 80 Cys Phe Pro Glu Cys Leu Asn Trp Leu Ile Asn Asn Gln Leu Asn Asp 85 90 95 Gly Ser Trp Gly Leu Val Asn His Thr His Asn His Asn His Pro Leu 100 105 110 Leu Lys Asp Ser Leu Ser Ser Thr Leu Ala Cys Ile Val Ala Leu Lys 115 120 125 Arg Trp Asn Val 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GGPPS <400> 96 atggtcgcac aaactttcaa cctggatacc tacttatccc aaagacaaca acaagttgaa 60 gaggccctaa gtgctgctct tgtgccagct tatcctgaga gaatatacga agctatgaga 120 tactccctcc tggcaggtgg caaaagatta agacctatct tatgtttagc tgcttgcgaa 180 ttggcaggtg gttctgttga acaagccatg ccaactgcgt gtgcacttga aatgatccat 240 acaatgtcac taattcatga tgacctgcca gccatggata acgatgattt cagaagagga 300 aagccaacta atcacaaggt gttcggggaa gatatagcca tcttagcggg tgatgcgctt 360 ttagcttacg cttttgaaca tattgcttct caaacaagag gagtaccacc tcaattggtg 420 ctacaagtta ttgctagaat cggacacgcc gttgctgcaa caggcctcgt tggaggccaa 480 gtcgtagacc ttgaatctga aggtaaagct atttccttag aaacattgga gtatattcac 540 tcacataaga ctggagcctt gctggaagca tcagttgtct caggcggtat tctcgcaggg 600 gcagatgaag agcttttggc cagattgtct cattacgcta gagatatagg cttggctttt 660 caaatcgtcg atgatatcct ggatgttact gctacatctg aacagttggg gaaaaccgct 720 ggtaaagacc aggcagccgc aaaggcaact tatccaagtc tattgggttt agaagcctct 780 agacagaaag cggaagagtt gattcaatct gctaaggaag ccttaagacc ttacggttca 840 caagcagagc cactcctagc gctggcagac ttcatcacac gtcgtcagca ttaa 894 <210> 97 <211> 1542 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Codon-optimized nucleotide sequence encoding S. rebaudiana KO-1 <400> 97 atggatgctg tgacgggttt gttaactgtc ccagcaaccg ctataactat tggtggaact 60 gctgtagcat tggcggtagc gctaatcttt tggtacctga aatcctacac atcagctaga 120 agatcccaat caaatcatct tccaagagtg cctgaagtcc caggtgttcc attgttagga 180 aatctgttac aattgaagga gaaaaagcca tacatgactt ttacgagatg ggcagcgaca 240 tatggaccta tctatagtat caaaactggg gctacaagta tggttgtggt atcatctaat 300 gagatagcca aggaggcatt ggtgaccaga ttccaatcca tatctacaag gaacttatct 360 aaagccctga aagtacttac agcagataag acaatggtcg caatgtcaga ttatgatgat 420 tatcataaaa cagttaagag acacatactg accgccgtct tgggtcctaa tgcacagaaa 480 aagcatagaa ttcacagaga tatcatgatg gataacatat ctactcaact tcatgaattc 540 gtgaaaaaca acccagaaca ggaagaggta gaccttagaa aaatctttca atctgagtta 600 ttcggcttag ctatgagaca agccttagga aaggatgttg aaagtttgta cgttgaagac 660 ctgaaaatca ctatgaatag agacgaaatc tttcaagtcc ttgttgttga tccaatgatg 720 ggagcaatcg atgttgattg gagagacttc tttccatacc taaagtgggt cccaaacaaa 780 aagttcgaaa atactattca acaaatgtac atcagaagag aagctgttat gaaatcttta 840 atcaaagagc acaaaaagag aatagcgtca ggcgaaaagc taaatagtta tatcgattac 900 cttttatctg aagctcaaac tttaaccgat cagcaactat tgatgtcctt gtgggaacca 960 atcattgaat cttcagatac aacaatggtc acaacagaat gggcaatgta cgaattagct 1020 aaaaacccta aattgcaaga taggttgtac agagacatta agtccgtctg tggatctgaa 1080 aagataaccg aagagcatct atcacagctg ccttacatta cagctatttt ccacgaaaca 1140 ctgagaagac actcaccagt tcctatcatt cctctaagac atgtacatga agataccgtt 1200 ctaggcggct accatgttcc tgctggcaca gaacttgccg ttaacatcta cggttgcaac 1260 atggacaaaa acgtttggga aaatccagag gaatggaacc cagaaagatt catgaaagag 1320 aatgagacaa ttgattttca aaagacgatg gccttcggtg gtggtaagag agtttgtgct 1380 ggttccttgc aagccctttt aactgcatct attgggattg ggagaatggt tcaagagttc 1440 gaatggaaac tgaaggatat gactcaagag gaagtgaaca cgataggcct aactacacaa 1500 atgttaagac cattgagagc tattatcaaa cctaggatct aa 1542 <210> 98 <211> 2139 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Codon optimized nucleotide seqeunce encoding A. thaliana ATR2 <400> 98 atgtcttcct cttcctcttc cagtacctct atgattgatt tgatggctgc tattattaaa 60 ggtgaaccag ttatcgtctc cgacccagca aatgcctctg cttatgaatc agttgctgca 120 gaattgtctt caatgttgat cgaaaacaga caattcgcca tgatcgtaac tacatcaatc 180 gctgttttga tcggttgtat tgtcatgttg gtatggagaa gatccggtag tggtaattct 240 aaaagagtcg aacctttgaa accattagta attaagccaa gagaagaaga aatagatgac 300 ggtagaaaga aagttacaat atttttcggt acccaaactg gtacagctga aggttttgca 360 aaagccttag gtgaagaagc taaggcaaga tacgaaaaga ctagattcaa gatagtcgat 420 ttggatgact atgccgctga tgacgatgaa tacgaagaaa agttgaagaa agaagatgtt 480 gcatttttct ttttggcaac ctatggtgac ggtgaaccaa ctgacaatgc agccagattc 540 tacaaatggt ttacagaggg taatgatcgt ggtgaatggt tgaaaaactt aaagtacggt 600 gttttcggtt tgggtaacag acaatacgaa catttcaaca aagttgcaaa ggttgtcgac 660 gatattttgg tcgaacaagg tgctcaaaga ttagtccaag taggtttggg tgacgatgac 720 caatgtatag aagatgactt tactgcctgg agagaagctt tgtggcctga attagacaca 780 atcttgagag aagaaggtga caccgccgtt gctaccccat atactgctgc agtattagaa 840 tacagagttt ccatccatga tagtgaagac gcaaagttta atgatatcac tttggccaat 900 ggtaacggtt atacagtttt cgatgcacaa cacccttaca aagctaacgt tgcagtcaag 960 agagaattac atacaccaga atccgacaga agttgtatac acttggaatt tgatatcgct 1020 ggttccggtt taaccatgaa gttgggtgac catgtaggtg ttttatgcga caatttgtct 1080 gaaactgttg atgaagcatt gagattgttg gatatgtccc ctgacactta ttttagtttg 1140 cacgctgaaa aagaagatgg tacaccaatt tccagttctt taccacctcc attccctcca 1200 tgtaacttaa gaacagcctt gaccagatac gcttgcttgt tatcatcccc taaaaagtcc 1260 gccttggttg ctttagccgc tcatgctagt gatcctactg aagcagaaag attgaaacac 1320 ttagcatctc cagccggtaa agatgaatat tcaaagtggg tagttgaatc tcaaagatca 1380 ttgttagaag ttatggcaga atttccatct gccaagcctc cattaggtgt cttctttgct 1440 ggtgtagcac ctagattgca accaagattc tactcaatca gttcttcacc taagatcgct 1500 gaaactagaa ttcatgttac atgtgcatta gtctacgaaa agatgccaac cggtagaatt 1560 cacaagggtg tatgctctac ttggatgaaa aatgctgttc cttacgaaaa atcagaaaag 1620 ttgttcttag gtagaccaat cttcgtaaga caatcaaact tcaagttgcc ttctgattca 1680 aaggttccaa taatcatgat aggtcctggt acaggtttag ccccattcag aggtttcttg 1740 caagaaagat tggctttagt tgaatctggt gtcgaattag gtccttcagt tttgttcttt 1800 ggttgtagaa acagaagaat ggatttcatc tatgaagaag aattgcaaag attcgtcgaa 1860 tctggtgcat tggccgaatt atctgtagct ttttcaagag aaggtccaac taaggaatac 1920 gttcaacata agatgatgga taaggcatcc gacatatgga acatgatcag tcaaggtgct 1980 tatttgtacg tttgcggtga cgcaaagggt atggccagag atgtccatag atctttgcac 2040 acaattgctc aagaacaagg ttccatggat agtaccaaag ctgaaggttt cgtaaagaac 2100 ttacaaactt ccggtagata cttgagagat gtctggtga 2139 <210> 99 <211> 1555 <212> DNA <213> Stevia rebaudiana <400> 99 atggcggaac aacaaaagat caagaaatca ccacacgttc tactcatccc attcccttta 60 caaggccata taaacccttt catccagttt ggcaaacgat taatctccaa aggtgtcaaa 120 acaacacttg ttaccaccat ccacacctta aactcaaccc taaaccacag taacaccacc 180 accacctcca tcgaaatcca agcaatttcc gatggttgtg atgaaggcgg ttttatgagt 240 gcaggagaat catatttgga aacattcaaa caagttgggt ctaaatcact agctgactta 300 atcaagaagc ttcaaagtga aggaaccaca attgatgcaa tcatttatga ttctatgact 360 gaatgggttt tagatgttgc aattgagttt ggaatcgatg gtggttcgtt tttcactcaa 420 gcttgtgttg taaacagctt atattatcat gttcataagg gtttgatttc tttgccattg 480 ggtgaaactg tttcggttcc tggatttcca gtgcttcaac ggtgggagac accgttaatt 540 ttgcagaatc atgagcaaat acagagccct tggtctcaga tgttgtttgg tcagtttgct 600 aatattgatc aagcacgttg ggtcttcaca aatagttttt acaagctcga ggaagaggta 660 atagagtgga cgagaaagat atggaacttg aaggtaatcg ggccaacact tccatccatg 720 taccttgaca aacgacttga tgatgataaa gataacggat ttaatctcta caaagcaaac 780 catcatgagt gcatgaactg gttagacgat aagccaaagg aatcagttgt ttacgtagca 840 tttggtagcc tggtgaaaca tggacccgaa caagtggaag aaatcacacg ggctttaata 900 gatagtgatg tcaacttctt gtgggttatc aaacataaag aagagggaaa gctcccagaa 960 aatctttcgg aagtaataaa aaccggaaag ggtttgattg tagcatggtg caaacaattg 1020 gatgtgttag cacacgaatc agtaggatgc tttgttacac attgtgggtt caactcaact 1080 cttgaagcaa taagtcttgg agtccccgtt gttgcaatgc ctcaattttc ggatcaaact 1140 acaaatgcca agcttctaga tgaaattttg ggtgttggag ttagagttaa ggctgatgag 1200 aatgggatag tgagaagagg aaatcttgcg tcatgtatta agatgattat ggaggaggaa 1260 agaggagtaa taatccgaaa gaatgcggta aaatggaagg atttggctaa agtagccgtt 1320 catgaaggtg gtagctcaga caatgatatt gtcgaatttg taagtgagct aattaaggct 1380 taaatttttg ttgctttgta ttttatgtgt tatggttttt tgatttagat gtattcaatt 1440 aatattgaat cataactaaa ttcaagatta ttgtttgtaa tattctttgt cctaaaattt 1500 tgcgacttaa aacctttagt ttataaaaag aaattagaaa atactattgc acgga 1555 <210> 100 <211> 1377 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Codon-optimized S. rebaudiana UGT76G1 <400> 100 atggaaaaca agaccgaaac aacagttaga cgtaggcgta gaatcattct gtttccagta 60 ccttttcaag ggcacatcaa tccaatacta caactagcca acgttttgta ctctaaaggt 120 ttttctatta caatctttca caccaatttc aacaaaccaa aaacatccaa ttacccacat 180 ttcacattca gattcatact tgataatgat ccacaagatg aacgtatttc aaacttacct 240 acccacggtc ctttagctgg aatgagaatt ccaatcatca atgaacatgg tgccgatgag 300 cttagaagag aattagagtt acttatgttg gcatccgaag aggacgagga agtctcttgt 360 ctgattactg acgctctatg gtactttgcc caatctgtgg ctgatagttt gaatttgagg 420 agattggtac taatgacatc cagtctgttt aactttcacg ctcatgttag tttaccacaa 480 tttgacgaat tgggatactt ggaccctgat gacaagacta ggttagagga acaggcctct 540 ggttttccta tgttgaaagt caaagatatc aagtctgcct attctaattg gcaaatcttg 600 aaagagatct taggaaagat gatcaaacag acaaaggctt catctggagt gatttggaac 660 agtttcaaag agttagaaga gtctgaattg gagactgtaa tcagagaaat tccagcacct 720 tcattcctga taccattacc aaaacatttg actgcttcct cttcctcttt gttggatcat 780 gacagaacag tttttcaatg gttggaccaa caaccaccta gttctgtttt gtacgtgtca 840 tttggtagta cttctgaagt cgatgaaaag gacttccttg aaatcgcaag aggcttagtc 900 gatagtaagc agtcattcct ttgggtcgtg cgtccaggtt tcgtgaaagg ctcaacatgg 960 gtcgaaccac ttccagatgg ttttctaggc gaaagaggta gaatagtcaa atgggttcct 1020 caacaggaag ttttagctca tggcgctatt ggggcattct ggactcattc cggatggaat 1080 tcaactttag aatcagtatg cgaaggggta cctatgatct tttcagattt tggtcttgat 1140 caaccactga acgcaagata catgtctgat gttttgaaag tgggtgtata tctagaaaat 1200 ggctgggaaa ggggtgaaat agctaatgca ataagacgtg ttatggttga tgaagagggg 1260 gagtatatca gacaaaacgc aagagtgctg aagcaaaagg ccgacgtttc tctaatgaag 1320 ggaggctctt catacgaatc cttagaatct cttgtttcct acatttcatc actgtaa 1377 <210> 101 <211> 1422 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Codon-optimized nucleotide sequence encoding S. rebaudiana UGT91D2e-b <400> 101 atggctactt ctgattccat cgttgacgat agaaagcaat tgcatgttgc tacttttcca 60 tggttggctt tcggtcatat tttgccatac ttgcaattgt ccaagttgat tgctgaaaag 120 ggtcacaagg tttcattctt gtctaccacc agaaacatcc aaagattgtc ctctcatatc 180 tccccattga tcaacgttgt tcaattgact ttgccaagag tccaagaatt gccagaagat 240 gctgaagcta ctactgatgt tcatccagaa gatatccctt acttgaaaaa ggcttccgat 300 ggtttacaac cagaagttac tagattcttg gaacaacatt ccccagattg gatcatctac 360 gattatactc attactggtt gccatccatt gctgcttcat tgggtatttc tagagcccat 420 ttctctgtta ctactccatg ggctattgct tatatgggtc catctgctga tgctatgatt 480 aacggttctg atggtagaac taccgttgaa gatttgacta ctccaccaaa gtggtttcca 540 tttccaacaa aagtctgttg gagaaaacac gatttggcta gattggttcc atacaaagct 600 ccaggtattt ctgatggtta cagaatgggt atggttttga aaggttccga ttgcttgttg 660 tctaagtgct atcatgaatt cggtactcaa tggttgcctt tgttggaaac attgcatcaa 720 gttccagttg ttccagtagg tttgttgcca ccagaaattc caggtgacga aaaagacgaa 780 acttgggttt ccatcaaaaa gtggttggat ggtaagcaaa agggttctgt tgtttatgtt 840 gctttgggtt ccgaagcttt ggtttctcaa accgaagttg ttgaattggc tttgggtttg 900 gaattgtctg gtttgccatt tgtttgggct tacagaaaac ctaaaggtcc agctaagtct 960 gattctgttg aattgccaga tggtttcgtt gaaagaacta gagatagagg tttggtttgg 1020 acttcttggg ctccacaatt gagaattttg tctcatgaat ccgtctgtgg tttcttgact 1080 cattgtggtt ctggttctat cgttgaaggt ttgatgtttg gtcacccatt gattatgttg 1140 ccaatctttg gtgaccaacc attgaacgct agattattgg aagataagca agtcggtatc 1200 gaaatcccaa gaaatgaaga agatggttgc ttgaccaaag aatctgttgc tagatctttg 1260 agatccgttg tcgttgaaaa agaaggtgaa atctacaagg ctaacgctag agaattgtcc 1320 aagatctaca acgataccaa ggtcgaaaaa gaatacgttt cccaattcgt tgactacttg 1380 gaaaagaatg ctagagctgt tgccattgat catgaatctt ga 1422 <210> 102 <211> 2343 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Truncated CDPS from Zea mays <400> 102 atggcacagc acacatcaga atccgcagct gtcgcaaagg gcagcagttt gacccctata 60 gtgagaactg acgctgagtc aaggagaaca agatggccaa ccgatgacga tgacgccgaa 120 cctttagtgg atgagatcag ggcaatgctt acttccatgt ctgatggtga catttccgtg 180 agcgcatacg atacagcctg ggtcggattg gttccaagat tagacggcgg tgaaggtcct 240 caatttccag cagctgtgag atggataaga aataaccagt tgcctgacgg aagttggggc 300 gatgccgcat tattctctgc ctatgacagg cttatcaata cccttgcctg cgttgtaact 360 ttgacaaggt ggtccctaga accagagatg agaggtagag gactatcttt tttgggtagg 420 aacatgtgga aattagcaac tgaagatgaa gagtcaatgc ctattggctt cgaattagca 480 tttccatctt tgatagagct tgctaagagc ctaggtgtcc atgacttccc ttatgatcac 540 caggccctac aaggaatcta ctcttcaaga gagatcaaaa tgaagaggat tccaaaagaa 600 gtgatgcata ccgttccaac atcaatattg cacagtttgg agggtatgcc tggcctagat 660 tgggctaaac tacttaaact acagagcagc gacggaagtt ttttgttctc accagctgcc 720 actgcatatg ctttaatgaa taccggagat gacaggtgtt ttagctacat cgatagaaca 780 gtaaagaaat tcaacggcgg cgtccctaat gtttatccag tggatctatt tgaacatatt 840 tgggccgttg atagacttga aagattagga atctccaggt acttccaaaa ggagatcgaa 900 caatgcatgg attatgtaaa caggcattgg actgaggacg gtatttgttg ggcaaggaac 960 tctgatgtca aagaggtgga cgacacagct atggccttta gacttcttag gttgcacggc 1020 tacagcgtca gtcctgatgt gtttaaaaac ttcgaaaagg acggtgaatt tttcgcattt 1080 gtcggacagt ctaatcaagc tgttaccggt atgtacaact taaacagagc aagccagata 1140 tccttcccag gcgaggatgt gcttcataga gctggtgcct tctcatatga gttcttgagg 1200 agaaaagaag cagagggagc tttgagggac aagtggatca tttctaaaga tctacctggt 1260 gaagttgtgt atactttgga ttttccatgg tacggcaact tacctagagt cgaggccaga 1320 gactacctag agcaatacgg aggtggtgat gacgtttgga ttggcaagac attgtatagg 1380 atgccacttg taaacaatga tgtatatttg gaattggcaa gaatggattt caaccactgc 1440 caggctttgc atcagttaga gtggcaagga ctaaaaagat ggtatactga aaataggttg 1500 atggactttg gtgtcgccca agaagatgcc cttagagctt attttcttgc agccgcatct 1560 gtttacgagc cttgtagagc tgccgagagg cttgcatggg ctagagccgc aatactagct 1620 aacgccgtga gcacccactt aagaaatagc ccatcattca gagaaaggtt agagcattct 1680 cttaggtgta gacctagtga agagacagat ggctcctggt ttaactcctc aagtggctct 1740 gatgcagttt tagtaaaggc tgtcttaaga cttactgatt cattagccag ggaagcacag 1800 ccaatccatg gaggtgaccc agaagatatt atacacaagt tgttaagatc tgcttgggcc 1860 gagtgggtta gggaaaaggc agacgctgcc gatagcgtgt gcaatggtag ttctgcagta 1920 gaacaagagg gatcaagaat ggtccatgat aaacagacct gtctattatt ggctagaatg 1980 atcgaaattt ctgccggtag ggcagctggt gaagcagcca gtgaggacgg cgatagaaga 2040 ataattcaat taacaggctc catctgcgac agtcttaagc aaaaaatgct agtttcacag 2100 gaccctgaaa aaaatgaaga gatgatgtct cacgtggatg acgaattgaa gttgaggatt 2160 agagagttcg ttcaatattt gcttagacta ggtgaaaaaa agactggatc tagcgaaacc 2220 aggcaaacat ttttaagtat agtgaaatca tgttactatg ctgctcattg cccacctcat 2280 gtcgttgata gacacattag tagagtgatt ttcgagccag taagtgccgc aaagtaaccg 2340 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Gln Ile Thr Ser Ile 145 150 155 160 Asn Lys Trp Tyr Gln Tyr Phe Ile Gly Arg Ile Ile Ser Gly Leu Gly 165 170 175 Val Gly Gly Ile Ala Val Leu Ser Pro Met Leu Ile Ser Glu Val Ala 180 185 190 Pro Lys His Ile Arg Gly Thr Leu Val Gln Leu Tyr Gln Leu Met Gly 195 200 205 Thr Met Gly Ile Phe Leu Gly Tyr Cys Thr Asn Tyr Gly Thr Lys Asn 210 215 220 Tyr His Asn Ala Thr Gln Trp Arg Val Gly Leu Gly Leu Cys Phe Ala 225 230 235 240 Trp Ala Thr Phe Met Val Ser Gly Met Met Phe Val Pro Glu Ser Pro 245 250 255 Arg Tyr Leu Ile Glu Val Gly Lys Asp Glu Glu Ala Lys Arg Ser Leu 260 265 270 Ser Lys Ser Asn Lys Val Ser Val Asp Asp Pro Ala Leu Leu Val Glu 275 280 285 Tyr Asp Thr Ile Lys Ala Gly Ile Glu Leu Glu Lys Leu Ala Gly Asn 290 295 300 Ala Ser Trp Ser Glu Leu Leu Ser Thr Lys Thr Lys Val Phe Gln Arg 305 310 315 320 Val Leu Met Gly Val Met Ile Gln Ser Leu Gln Gln Leu Thr Gly Asp 325 330 335 Asn Tyr Phe Phe Tyr Tyr Gly Thr Thr Ile Phe Lys Ser Val Gly Leu 340 345 350 Lys Asp Ser Phe Gln Thr Ser Ile Ile Ile Gly 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<211> 1527 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 156 gagatgacgt tggaggggca aggtcgcgct gattgctggg gcaacacgtg gagcggatcg 60 gggattgtct ttcttcagct cgctgatgat atgctgacgc caatgccgtt tggcctccga 120 ctaacgaaaa tcccgcattt ggacggctga tccgattggc acggcggacg gcgaatggcg 180 gagcagacgc tcgtccgggg gcaatgagat atgaaaaagc ctgaactcac cgcgacgtct 240 gtcgagaagt ttctgatcga aaagttcgac agcgtctccg acctgatgca gctctcggag 300 ggcgaagaat ctcgtgcttt cagcttcgat gtaggagggc gtggatatgt cctgcgggta 360 aatagctgcg ccgatggttt ctacaaagat cgttatgttt atcggcactt tgcatcggcc 420 gcgctcccga ttccggaagt gcttgacatt ggggaattca gcgagagcct gacctattgc 480 atctcccgcc gtgcacaggg tgtcacgttg caagacctgc ctgaaaccga actgcccgct 540 gttctgcagc cggtcgcgga ggccatggat gcgatcgctg cggccgatct tagccagacg 600 agcgggttcg gcccattcgg accgcaagga atcggtcaat acactacatg gcgtgatttc 660 atatgcgcga ttgctgatcc ccatgtgtat cactggcaaa ctgtgatgga cgacaccgtc 720 agtgcgtccg tcgcgcaggc tctcgatgag ctgatgcttt gggccgagga ctgccccgaa 780 gtccggcacc tcgtgcacgc ggatttcggc tccaacaatg tcctgacgga caatggccgc 840 ataacagcgg tcattgactg gagcgaggcg atgttcgggg attcccaata cgaggtcgcc 900 aacatcttct tctggaggcc gtggttggct tgtatggagc agcagacgcg ctacttcgag 960 cggaggcatc cggagcttgc aggatcgccg cggctccggg cgtatatgct ccgcattggt 1020 cttgaccaac tctatcagag cttggttgac ggcaatttcg atgatgcagc ttgggcgcag 1080 ggtcgatgcg acgcaatcgt ccgatccgga gccgggactg tcgggcgtac acaaatcgcc 1140 cgcagaagcg cggccgtctg gaccgatggc tgtgtagaag tactcgccga tagtggaaac 1200 cgacgcccca gcactcgtcc gagggcaaag gaatagagta gatgccgacc gaacaagagc 1260 tgatttcgag aacgcctcag ccagcaactc gcgcgagcct agcaaggcaa atgcgagaga 1320 acggccttac gcttggtggc acagttctcg tccacagttc gctaagctcg ctcggctggg 1380 tcgcgggagg gccggtcgca gtgattcagg cccttctgga ttgtgttggt ccccagggca 1440 cgattgtcat gcccacgcac tcgggtgatc tgactgatcc cgcagattgg agatcgccgc 1500 ccgtgcctgc cgattgggtg cagatct 1527 <210> 157 <211> 1422 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Codon-optimized UGT91D2e nucleotide sequence <400> 157 atggctacat ctgattctat tgttgatgac aggaagcagt tgcatgtggc tactttccct 60 tggcttgctt tcggtcatat actgccttac ctacaactat caaaactgat agctgaaaaa 120 ggacataaag tgtcattcct ttcaacaact agaaacattc aaagattatc ttcccacata 180 tcaccattga ttaacgtcgt tcaattgaca cttccaagag tacaggaatt accagaagat 240 gctgaagcta caacagatgt gcatcctgaa gatatccctt acttgaaaaa ggcatccgat 300 ggattacagc ctgaggtcac tagattcctt gagcaacaca gtccagattg gatcatatac 360 gactacactc actattggtt gccttcaatt gcagcatcac taggcatttc tagggcacat 420 ttcagtgtaa ccacaccttg ggccattgct tacatgggtc catccgctga tgctatgatt 480 aacggcagtg atggtagaac taccgttgaa gatttgacaa ccccaccaaa gtggtttcca 540 tttccaacta aagtctgttg gagaaaacac gacttagcaa gactggttcc atacaaggca 600 ccaggaatct cagacggcta tagaatgggt ttagtcctta aagggtctga ctgcctattg 660 tctaagtgtt accatgagtt tgggacacaa tggctaccac ttttggaaac attacaccaa 720 gttcctgtcg taccagttgg tctattacct ccagaaatcc ctggtgatga gaaggacgag 780 acttgggttt caatcaaaaa gtggttagac gggaagcaaa aaggctcagt ggtatatgtg 840 gcactgggtt ccgaagtttt agtatctcaa acagaagttg 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ctaagtctct gatggcgaaa gatgaggatg atgacttaga tctaggttct 240 ggaaaaacga gagtctctat cttcttcggc acacaaaccg gaacagccga aggattcgct 300 aaagcacttt cagaagagat caaagcaaga tacgaaaagg cggctgtaaa agtaatcgat 360 ttggatgatt acgctgccga tgatgaccaa tatgaggaaa agttgaaaaa ggaaacattg 420 gctttctttt gtgtagccac gtatggtgat ggtgaaccaa ccgataacgc cgcaagattc 480 tacaagtggt ttactgaaga gaacgaaaga gatatcaagt tgcagcaact tgcttacggc 540 gtttttgcct taggtaacag acaatacgag cactttaaca agataggtat tgtcttagat 600 gaagagttat gcaaaaaggg tgcgaagaga ttgattgaag tcggtttagg agatgatgat 660 caatctatcg aggatgactt taatgcatgg aaggaatctt tgtggtctga attagataag 720 ttacttaagg acgaagatga taaatccgtt gccactccat acacagccgt cattccagaa 780 tatagagtag ttactcatga tccaagattc acaacacaga aatcaatgga aagtaatgtg 840 gctaatggta atactaccat cgatattcat catccatgta gagtagacgt tgcagttcaa 900 aaggaattgc acactcatga atcagacaga tcttgcatac atcttgaatt tgatatatca 960 cgtactggta tcacttacga aacaggtgat cacgtgggtg tctacgctga aaaccatgtt 1020 gaaattgtag aggaagctgg aaagttgttg ggccatagtt tagatcttgt tttctcaatt 1080 catgccgata aagaggatgg ctcaccacta gaaagtgcag tgcctccacc atttccagga 1140 ccatgcaccc taggtaccgg tttagctcgt tacgcggatc tgttaaatcc tccacgtaaa 1200 tcagctctag tggccttggc tgcgtacgcc acagaacctt ctgaggcaga aaaactgaaa 1260 catctaactt caccagatgg taaggatgaa tactcacaat ggatagtagc tagtcaacgt 1320 tctttactag aagttatggc tgctttccca tccgctaaac ctcctttggg tgttttcttc 1380 gccgcaatag cgcctagact gcaaccaaga tactattcaa tttcatcctc acctagactg 1440 gcaccatcaa gagttcatgt cacatccgct ttagtgtacg gtccaactcc tactggtaga 1500 atccataagg gcgtttgttc aacatggatg aaaaacgcgg ttccagcaga gaagtctcac 1560 gaatgttctg gtgctccaat ctttatcaga gcctccaact tcaaactgcc ttccaatcct 1620 tctactccta ttgtcatggt cggtcctggt acaggtcttg ctccattcag aggtttctta 1680 caagagagaa tggccttaaa ggaggatggt gaagagttgg gatcttcttt gttgtttttc 1740 ggctgtagaa acagacaaat ggatttcatc tacgaagatg aactgaataa ctttgtagat 1800 caaggagtta tttcagagtt gataatggct ttttctagag aaggtgctca gaaggagtac 1860 gtccaacaca aaatgatgga aaaggccgca caagtttggg acttaatcaa agaggaaggc 1920 tatctatatg tctgtggtga tgcaaagggt atggcaagag atgttcacag aacacttcat 1980 actatagtcc aggaacagga aggcgttagt tcttctgaag cggaagcaat tgtgaaaaag 2040 ttacaaacag agggaagata cttgagagat gtgtggtaa 2079

Claims (36)

  1. 트랜스포터 유전자, 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자 유전자, 또는 이 둘 모두인 적어도 하나의 유전자의 변형된 발현을 포함하는 적어도 하나의 스테비올 글리코시드를 합성할 수 있는 재조합 미생물.
  2. 제 1항에 있어서, 트랜스포터 유전자가 내인성 트랜스포터 유전자 또는 이종성 트랜스포터 유전자인 재조합 미생물.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 트랜스포터 유전자가 ABC 트랜스포터 또는 MFS 트랜스포터를 인코딩하는 재조합 미생물.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중의 어느 한 항에 있어서, 내인성 트랜스포터 유전자 또는 전사 인자 유전자가 PDR1, PDR3, PDR5, PDR8, PDR10, PDR11, PDR12, PDR15, PDR18, YOR1, AUS1, SNQ2, PDR12, STE6, THI73, NFT1, ADP1, FLR1, QDR1, QDR2, QDR3, DTR1, TPO1, TPO2, TPO4, TPO3, AQR1, AZR1, ENB1, SGE1, YHK8, GEX2, HOL1, ATR1, HXT11, ENB1, ARN1, ARN2, SSU1, THI7, TPN1, SEO1, SIT1 또는 DTR1인 재조합 미생물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서, 변형된 발현이 트랜스포터 유전자 또는 전사 인자 유전자를 과다발현하거나 발현 감소시키는 것을 포함하는 재조합 미생물.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중의 어느 한 항에 있어서, 복수의 내인성 트랜스포터 유전자 또는 전사 인자 유전자를 과다발현하거나 발현 감소시키는 것을 포함하는 재조합 미생물.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중의 어느 한 항에 있어서, YOR1, SNQ2, PDR1 또는 FLR1을 과다발현하는 것을 포함하는 재조합 미생물.
  8. 제 6항에 있어서, 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 내인성 트랜스포터 유전자 또는 전사 인자 유전자를 과다발현하거나 발현 감소시키는 것을 포함하는 재조합 미생물.
  9. 제 6항에 있어서, 각 유전자 로커스를 파괴함으로써 PDR5, PDR10, PDR15 및 SNQ2 유전자의 발현을 감소시키는 것을 포함하는 재조합 미생물.
  10. 제 6항에 있어서, 각 유전자 로커스를 파괴함으로써 PDR1, PDR3, PDR5, PDR10, PDR15, SNQ2 및 TPO1 유전자의 발현을 감소시키는 것을 포함하는 재조합 미생물.
  11. 제 2항에 있어서, 이종성 트랜스포터가 스테비아 트랜스포터 유전자인 재조합 미생물.
  12. 제 1항 내지 제 11항 중의 어느 한 항에 있어서, 재조합 미생물이 사카로미케스강인 재조합 미생물.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중의 어느 한 항에 있어서, 재조합 미생물이 아가리쿠스 (Agaricus), 아스퍼길루스 (Aspergillus), 바실루스 (Bacillus), 캔디다 (Candida), 코리네박테리움 (Corynebacterium), 에스체리치아 (Escherichia), 푸사리움/깁베렐라 (Fusarium / Gibberella), 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces), 래티포루스 (Laetiporus), 렌티누스 (Lentinus), 파피아 (Phaffia), 파네로새테 (Phanerochaete), 피치아 (Pichia), 피스코미트렐라 (Physcomitrella), 로도투룰라 (Rhodoturula), 사카로마이세스 (Saccharomyces), 쉬조사카로마이세스 (Schizosaccharomyces), 스파셀로마 (Sphaceloma), 잔토필로마이세스 (Xanthophyllomyces) 및 야로위아 (Yarrowia) 속으로부터 선택되는 재조합 미생물.
  14. 제 1항 내지 제 13항 중의 어느 한 항에 있어서, 재조합 미생물이 사카로마이세스 세레비시애 (Saccharomyces cerevisiae), 쉬조사카로마이세스 폼베 (Schizosaccharomyces pombe), 야로위아 리폴리티카 (Yarrowia lipolytica), 캔디다 글라브라타 (Candida glabrata), 아쉬비아 고스시피 (Ashbya gossypii), 사이버린드네라 자디니 (Cyberlindnera jadinii), 피치아 파스토리스 (Pichia pastoris), 클루이베로마이세스 락티스 (Kluyveromyces lactis), 한세눌라 폴리모르파 (Hansenula polymorpha), 캔디다 보이디니 (Candida boidinii), 아르술라 아데니니보란스 (Arxula adeninivorans), 잔토필로마이세스 덴드로로우스 (Xanthophyllomyces dendrorhous) 또는 캔디다 알비칸스 (Candida albicans) 종으로부터 선택되는 재조합 미생물.
  15. 제 1항 내지 제 14항 중의 어느 한 항에 있어서, 미생물이 사카로마이세스 속으로부터 비롯되는 재조합 미생물.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중의 어느 한 항에 있어서, 미생물이 사카로마이세스 세레비시애인 재조합 미생물.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중의 어느 한 항에 있어서, 미생물이 외인성 핵산에 의해 인코딩되는 하기 유전자 중 하나 이상을 포함하는 재조합 미생물:
    (a) 수크로스 트랜스포터 및 수크로스 신타제를 인코딩하는 하나 이상의 재조합 유전자;
    (b) GGPPS 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
    (c) ent-코팔릴 디포스페이트 신타제 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
    (d) 카우렌 신타제 (KS) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
    (e) 카우렌 옥시다제 (KO) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
    (f) 스테비올 신타제 (KAH) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
    (g) 사이토크롬 P450 리덕타제 (CPR) 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 및 또한 적절한 조합의;
    (h) UGT85C2 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
    (i) UGT76G1 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
    (j) UGT74G1 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산;
    (k) UGT91D2 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산; 또는
    (l) EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 핵산.
  18. 제 17항에 있어서, 수크로스 트랜스포터가 아라비돕시스 탈리아나 (Arabidopsis thaliana)로부터의 SUC1이며; 수크로스 신타제가 코페아 아라비카 (Coffea arabica), 아라비돕시스 탈리아나, 또는 스테비아 레바우디아나 ( Stevia rebaudiana)로부터의 SUC1이며; 카우렌 신타제가 A. 탈리아나로부터 비롯되며; 카우렌 옥시다제가 S. 레바우디아나로부터 비롯되는 재조합 미생물.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 외인성 핵산이 코돈 최적화된 것인 재조합 미생물.
  20. 제 19항에 있어서, 외인성 핵산이 사카로마이세스 세레비시애에서의 발현을 위해 코돈 최적화된 것인 재조합 미생물.
  21. 제 17항 내지 제 20항 중의 어느 한 항에 있어서, UGT85C2, UGT76G1 및 UGT91D2 폴리펩티드를 인코딩하는 외인성 핵산을 포함하는 재조합 미생물.
  22. 제 17항 내지 제 20항 중의 어느 한 항에 있어서, UGT85C2, UGT76G1, UGT74G1, 및 UGT91D2 폴리펩티드를 인코딩하는 외인성 핵산을 포함하는 재조합 미생물.
  23. 제 17항 내지 제 20항 중의 어느 한 항에 있어서, UGT85C2, UGT76G1, UGT74G1, 및 EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 외인성 핵산을 포함하는 재조합 미생물.
  24. 제 17항 내지 제 20항 중의 어느 한 항에 있어서, UGT85C2, UGT76G1, UGT74G1, UGT91D2 및 EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 외인성 핵산을 포함하는 재조합 미생물.
  25. (a) GGPPS; ent-코팔릴 디포스페이트 신타제 (CDPS) 폴리펩티드; 카우렌 옥시다제 (KO) 폴리펩티드; 카우렌 신타제 (KS) 폴리펩티드; 스테비올 신타제 (KAH) 폴리펩티드; 사이토크롬 P450 리덕타제 (CPR) 폴리펩티드; 및 또한, 적절한 조합의 UGT85C2 폴리펩티드; UGT74G1 폴리펩티드; UGT76G1 폴리펩티드; UGT91D2 폴리펩티드; 또는 EUGT11 폴리펩티드를 인코딩하는 유전자의 유도성 발현 또는 항시성 발현을 포함하여 상기 유전자가 발현되는 조건하에 배양 배지에서 청구항 제 1항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 따른 재조합 미생물을 배양하는 단계;
    (b) 재조합 미생물에서 레바우디오시드를 포함하는 화합물 중 하나 이상을 합성하는 단계; 및
    (c) 레바우디오시드를 포함하는 화합물 중 하나 이상을 분리하는 단계를 포함하여, 레바우디오시드를 생성하는 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 레바우디오시드가 레바우디오시드 A, 레바우디오시드 B, 레바우디오시드 D, 레바우디오시드 E, 또는 레바우디오시드 M이며,
    (a) 레바우디오시드 A는 UGT85C2, UGT76G1, UGT74G1 및 UGT91D2를 발현하는 재조합 미생물에서 합성될 수 있으며;
    (b) 레바우디오시드 B는 UGT85C2, UGT76G1, 및 UGT91D2 또는 EUGT11을 발현하는 재조합 미생물에서 합성될 수 있으며;
    (c) 레바우디오시드 D는 UGT85C2, UGT76G1 UGT74G1, UGT91D2 및 EUGT11을 발현하는 재조합 미생물에서 합성될 수 있으며;
    (d) 레바우디오시드 E는 UGT85C2, UGT74G1, UGT91D2 및 EUGT11을 발현하는 재조합 미생물에서 합성될 수 있으며;
    (e) 레바우디오시드 M은 UGT85C2, UGT76G1, UGT74G1, UGT91D2 및 EUGT11을 발현하는 재조합 미생물에서 합성될 수 있는 방법.
  27. 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 재조합 미생물이 YOR1, SNQ2, PDR1 또는 FLR1을 과다발현하는 방법.
  28. 제 25항 또는 제 26항에 있어서, 재조합 미생물이 2, 3, 4, 5, 6, 7 또는 8개의 내인성 트랜스포터 유전자 또는 전사 인자 유전자의 감소된 발현을 갖는 방법.
  29. 제 25항 내지 제 28항 중의 어느 한 항에 있어서, 재조합 미생물이 원핵 생물 또는 진핵 생물인 방법.
  30. 제 25항 내지 제 29항 중의 어느 한 항에 있어서, 재조합 미생물이 사카로미케스강인 방법.
  31. 제 25항 내지 제 30항 중의 어느 한 항에 있어서, 재조합 미생물이 아가리쿠스, 아스퍼길루스, 바실루스, 캔디다, 코리네박테리움, 에스체리치아, 푸사리움/깁베렐라, 클루이베로마이세스, 래티포루스, 렌티누스, 파피아, 파네로새테, 피치아, 피스코미트렐라, 로도투룰라, 사카로마이세스, 쉬조사카로마이세스, 스파셀로마, 잔토필로마이세스 및 야로위아 속으로부터 선택되는 방법.
  32. 제 25항 내지 제 31항 중의 어느 한 항에 있어서, 재조합 미생물이 사카로마이세스 세레비시애, 쉬조사카로마이세스 폼베, 야로위아 리폴리티카, 캔디다 글라브라타, 아쉬비아 고스시피, 사이버린드네라 자디니, 피치아 파스토리스, 클루이베로마이세스 락티스, 한세눌라 폴리모르파, 캔디다 보이디니, 아르술라 아데니니보란스, 잔토필로마이세스 덴드로로우스 또는 캔디다 알비칸스 종으로부터 선택되는 방법.
  33. 제 25항 내지 제 32항 중의 어느 한 항에 있어서, 미생물이 사카로마이세스 속으로부터 비롯되는 방법.
  34. 제 25항 내지 제 33항 중의 어느 한 항에 있어서, 미생물이 사카로마이세스 세레비시애인 방법.
  35. 제 25항 내지 제 34항 중의 어느 한 항에 있어서, 레바우디오시드가 약 500 mg/L 내지 약 3,000 mg/L의 농도로 생성되는 방법.
  36. 스테비올 글리코시드의 분비에 영향을 끼치는 방법으로서,
    (a) 제 1항 내지 제 24항 중의 어느 한 항에 따른 재조합 미생물을 사용하여 스테비올 글리코시드를 생성하는 단계로서, 적어도 하나의 재조합 유전자가 발현되는 단계,
    (b) 스테비올 글리코시드가 합성되는 조건하에 배지에서 단계 (a)의 재조합 미생물을 배양하고, 트랜스포터 유전자, 적어도 하나의 트랜스포터 유전자의 발현을 조절하는 전사 인자 유전자, 또는 이 둘 모두인 적어도 하나의 유전자를 발현시키는 단계,
    (c) 배양 단계 동안 생성된 스테비올 글리코시드를 분리하는 단계를 포함하는 방법.
KR1020157024717A 2013-02-11 2014-02-11 재조합 숙주에서 스테비올 글리코시드의 효율적인 생성 KR20150128705A (ko)

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