KR20180076414A - Novel Bacillus subtilis BSM-KO2 having improved menaquinone-7 productivity and method for mass production of menaquinone-7 by using thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a Bacillus subtillis BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) having menaquinone-7 (MK-7) productivity, and a method for mass-producing menaquinone-7 using the same. More specifically, the present invention relates to a method for mass-producing menaquinone-7 under an optimized culture medium and culture conditions by using a mutant strain. The method induces mutation by treating a strain of Bacillus subtillis sp. with ultraviolet rays (UV) or nitrosoguanidine (NTG), selects a mutant strain which has resistance against menadione from the strain and which does not receive inhibition against aromatic amino acid, and mass-produces menaquinone-7 under an optimized culture medium and culture conditions by using the selected Bacillus subtillis BSM-K02 mutant (KCTC13028BP). The new strain Bacillus subtillis BSM-K02 mutant strain of the present invention has excellent productivity of vitamin K2, that is, menaquinone-7, can mass-produce menaquinone-7 from the strain under the optimized culture medium and culture conditions according to the present invention, and can remarkably reduce production costs of menaquinone-7.

Description

메나퀴논-7 생성능이 향상된 신균주 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 및 이를 이용한 메나퀴논-7의 대량 생산 방법{Novel Bacillus subtilis BSM-KO2 having improved menaquinone-7 productivity and method for mass production of menaquinone-7 by using thereof}A novel strain Bacillus subtilis BSM-K02 with improved menaquinone-7 productivity and a method for mass-producing menaquinone-7 using the same. using them}

본 발명은 메나퀴논-7(MK-7) 생성능을 가지는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP) 및 이를 이용한 메나퀴논-7의 대량 생산 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 바실러스 서브틸리스 속(Bacillus subtillis sp.) 균주에 자외선(UV) 또는 NTG(nitrosoguanidine)를 처리하여 돌연변이를 유발하고, 상기 균주로부터 메나디온(menadione)에 대한 내성을 지니고, 방향족 아미노산(aromatic amino acid)에 대한 저해를 받지 않는 돌연변이 균주를 선별하고, 상기 선별된 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)를 이용하여 최적화된 배양 배지 및 배양 조건 하에서 메나퀴논-7을 대량 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a menaquinone -7 (MK-7) Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) and mass production method of menaquinone -7 using the same having a producing ability. More particularly, the genus Bacillus subtilis (UV) or NTG (nitrosoguanidine) to a mutant to induce a mutation in the strain, which is resistant to menadione and is not inhibited by an aromatic amino acid selecting a strain, and to a method for the culture medium and under culture conditions optimized by the selection of Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) mass production of menaquinone -7.

비타민 K(vitamin K)는 나프토퀴논(napthoquinone) 링 구조를 가진 지용성 비타민으로, 천연으로부터는 비타민 K1(필로퀴논, phylloquinone)과 비타민 K2(메나퀴논, menaquinone) 두 종류를 얻을 수 있다. 구체적으로, 식물로부터는 비타민 K1을 얻을 수 있고, 미생물로부터는 비타민 K2를 얻을 수 있다. 이러한 비타민 K2는 나프토퀴논에 붙은 이소프레닐(isoprenyl) 측쇄 길이에 따라 메나퀴논-1(menaquinone-1) ~ 메나퀴논-14(menaquinone-14)로 나눌 수 있으며, 상업적으로는 메나퀴논-4(menaquinone-4)와 메나퀴논-7(menaquinone-7)이 주로 이용되고 있다. 이중 메나퀴논-7(menaquinone-7)은 미생물 생산 외 화학 합성으로도 생산되고 있다. 화학 합성으로 메나퀴논-7을 생산하는 경우에는 측쇄인 이소프레닐(isoprenyl) 유닛(unit)에 트랜스형(trans-form)과 이성질체(isomer)인 시스형(cis-form)이 존재하는 반면, 미생물로 메나퀴논-7을 생산하는 경우에는 이소프레닐(isoprenyl) 유닛(unit)에 시스형(cis-form)이 존재하지 않는 모두 트랜스형(all trans-form) 구조이다. 이러한 측쇄의 구조적 차이는 메나퀴논-7의 흡수율과 생물활성(bioactivity)에 영향을 주며, 미생물로부터 생산된 메나퀴논-7이 화학 합성으로 생산된 메나퀴논-7에 비하여 흡수율과 생물활성(bioactivity)이 높은 것으로 알려져 있다. Vitamin K is a fat-soluble vitamin with a napthoquinone ring structure. Two kinds of vitamins K1 (phylloquinone) and vitamin K2 (menaquinone) can be obtained from natural sources. Specifically, vitamin K1 can be obtained from plants, and vitamin K2 can be obtained from microorganisms. These vitamin K2 can be divided into menaquinone-1 to menaquinone-14 depending on the isoprenyl side chain length attached to naphthoquinone, and commercially available menaquinone-4 (menaquinone-4) and menaquinone-7 (menaquinone-7). Menaquinone-7 is produced by microbial production and chemical synthesis. In the case of producing menaquinone-7 by chemical synthesis, trans-form and isomer cis-form exist in a side chain isoprenyl unit, In the case of production of mannanquinone-7 as a microorganism, it is an all-trans-form structure in which an isoprenyl unit does not have a cis-form. The structural difference of these side chains affects the absorption rate and bioactivity of menaquinone-7, and the absorption rate and bioactivity of menaquinone-7 produced from microorganisms are lower than those of menaquinone-7 produced by chemical synthesis. Is known to be high.

이러한 비타민 K는 Gla-단백질의 글루타메이트(glutamate)를 감마-카르복실글루타믹산(γ-carboxyglutamic acid)으로 합성하기 위한 중요한 인자로 알려져 있다(MJ Shearer, British J. Haemaltol ., 75(2): 156-162, 1990). 특히, 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7은 골아세포(osteoblast) 형성을 촉진시키고 파골세포(osteoclast)를 감소시켜, 골형성(osteoblastgenesis)을 돕고 골흡수(osteoclastogenesis)는 막아주는 역할을 한다. 뿐만 아니라, 체내 칼슘 이용에 특별한 단백질인 오스테오칼신(osteocalcin) 및 매트릭스 Gla 단백질(martrix Gla protein, MGP)을 활성화 시켜 혈관에 발생하는 칼슘 경화 방지, 뼈 골절 방지 및 골다공증 예방에 사용되고 있다(Y Koshihara et.al., J. Endocrinol ., 176(3): 339-348, 2003; Cranenburg E.C.M. et.al., J. Vasc . Res., 45(5): 427-436, 2008). Such vitamin K is known to be an important factor for synthesizing glutamate of Gla-protein as gamma-carboxyglutamic acid (MJ Shearer, British J. Haemaltol . , 75 (2): 156-162, 1990). In particular, vitamin K2, namely menaquinone-7, promotes osteoblast formation, reduces osteoclast, helps osteoblastgenesis, and prevents osteoclastogenesis. In addition, it has been used for the prevention of calcium hardening in blood vessels, bone fracture prevention and osteoporosis prevention by activating osteocalcin and matrix Gla protein (martrix Gla protein, MGP), which are special proteins for calcium in the body, (Y Koshihara et. al, J. Endocrinol, 176 (3 ): 339-348, 2003; Cranenburg ECM et.al., J. Vasc Res, 45 (5):.... 427-436, 2008).

최근 노년층의 인구가 증가됨에 따라 골절과 같은 골다공증 질환이 증가되고 있는 추세이며 이로 인한 사회 경제적 비용이 증가되고 있다. 이를 예방하기 위하여 호르몬 보충요법과 비타민 D와 K2를 섭취를 권장하고 있지만, 고기, 계란, 발효식품 등에서 섭취할 수 있는 비타민 K2의 양은 미미한 수준이다(한국등록특허 10-1196338). 일본 전통음식인 나토(natto)에는 나토 100g당 800~900 ㎍의 메나퀴논-7이 포함되어 있어, 메나퀴논-7을 가장 풍부하게 가지고 있는 식품으로 알려져 있다(MD Collins et.al., Micobiol . Mol . Bio. Rev., 45(2): 316-354, 1981). 하지만 많은 사람들이 나토 섭취에 익숙하지 않아 최근에 미국에서 권장하는 일일권장섭취량 1 ㎍/kg(체중, body weight)/day 섭취량보다 적은 양의 비타민 K2를 섭취하고 있다(Sarah L. Booth et.al., J. Nutr ., 128(5): 785-788, 1998). 이러한 이유로 인하여 많은 건강 소식지에서는 미생물이 생산하는 발효제품 섭취를 권장하고 있으며, 서구의 많은 회사들 또한 비타민 K2 함유 제품을 시판하고 있는 실정이다. Recently, osteoporosis diseases such as fractures are increasing as the population of elderly people is increasing, and the socioeconomic costs are increasing. In order to prevent this, supplementation with hormones and vitamin D and K2 are recommended, but the amount of vitamin K2 that can be consumed in meat, eggs, fermented food, etc. is minimal (Korean Patent No. 10-1196338). Natto, a traditional Japanese food, contains 800 to 900 μg of menaquinone-7 per 100 g of NATO, making it the most abundant food with menaquinone-7 (MD Collins et al . , Micobiol . Mol . Bio. Rev. , 45 (2): 316-354, 1981). However, many people are unfamiliar with NATO intake and are currently taking vitamin K2 in amounts less than the recommended daily intake of 1 μg / kg (body weight) / day recommended in the US (Sarah L. Booth et al .., J. Nutr, 128 ( 5): 785-788, 1998). For this reason, many health newsletters encourage the ingestion of fermented products produced by microorganisms, and many companies in the West also sell vitamin K2-containing products.

현재까지 비타민 K2 생산 균주로는 플라보박테리움(Flavobacterium), 락토바실러스(Lactobacillus), 프로피오니박테리아(Propionibacteria), 락토코커스(Lactococcus), 류코노스톡(Leuconostoc), 바실러스(Bacillus) 등이 알려져 있으며, 각각의 미생물들이 주로 생산하는 비타민 K2의 종류는 다양하다. 상기의 미생물 중 바실러스(Bacillus)의 바실러스 서브틸리스 속(Bacillus subtilis sp.)이 비타민 K2의 메나퀴논-7을 주로 생산하는 것으로 알려져 있다. 특히, 상기 미생물이 생성하는 비타민 K2의 90~96%는 메나퀴논-7 형태이다(한국등록특허 10-1196338). 이에 따라, 현재까지 비타민 K2의 메나퀴논-7 생산에 관한 연구는 주로 바실러스 속(Bacillus sp.)을 이용하여 진행되었으며, 바실러스 서브틸리스 나토(Bacillus subtillis natto) 균주가 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7을 많이 생산하는 것으로 알려져 있다. Vitamin K2 production strains to date Flavobacterium (Flavobacterium), Lactobacillus (Lactobacillus), propionic sludge bacteria (Propionibacteria), Lactococcus (Lactococcus), current Kono Stock (Leuconosto c), Bacillus (Bacillus), etc. are known , And the kinds of vitamin K2 that each microorganism mainly produces vary. Bacillus subtilis in scan of Bacillus (Bacillus) of the above microorganisms (Bacillus subtilis sp.) Are known to produce mainly menaquinone -7 vitamin K2. Particularly, 90 to 96% of the vitamin K2 produced by the microorganism is menaquinone-7 (Korean Patent No. 10-1196338). Thus, studies on the production of menaquinone-7 of vitamin K2 have been carried out mainly using Bacillus sp., And the strain of Bacillus subtillis natto has been found to contain vitamin K2, namely menaquinone- 7 is known to produce many.

메나퀴논-7의 생합성 경로는 대장균(E. coli)과 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis)를 이용한 연구에 의하여 밝혀져 있다. 메나퀴논-7 생합성은 퀴논 골격(Quinone skeleton)을 만드는 대사회로에서 만들어진 1,4-디하이드록시-2-나프토 산(1,4-Dihydroxy-2-naphthoic acid, DHNA)과, 아이소프렌 단위(isoprene unit)를 만드는 대사회로에서 만들어진 폴리프레닐 피로인산(Polyprenyl pyrophosphate)이 헵타프레닐 다이포스페이트 합성효소(heptaprenyl diphosphate(HDP) synthase)에 의하여 DHNA에 측쇄로 단위(isoprene unit)와 결합하면서 만들어진다(Sato T. et.al., J. Biosci . Bioeng ., 91(1): 16-20, 2001). 상기 헵타프레닐 다이포스페이트 합성효소(heptaprenyl diphosphate(HDP) synthase)는 두 개의 컴포넌트(component)로 이루어져 있으며, 컴포넌트 Ⅰ(component I)이 컴포넌트 Ⅱ(component Ⅱ)와 결합될 때, 퀴논 골격(Quinone skeleton)에 아이소프렌 단위(isoprene unit)를 결합시킨다. 한편, 배지 내 방향족 아미노산(Aromatic amino acid)인 L-페닐알라닌(L-phenylalanine), L-트립토판(L-tryptophan), L-타이로신(L-tyrosine)의 농도가 높으면 퀴논 골격의 생성을 저해하는 것으로 알려져 있다(Y. Tsukamoto. et.al., Biosci . Biotechnol . Biochem ., 65(9): 2007-2015, 2001). 이러한 메나퀴논-7은 전자전달계(electron transport system)나 산화적 인산화(oxidative phosphorylation) 과정에서 산화환원 반응물로 작용하며, 박테리아 세포막(plasma membrane)을 구성하는 것으로 알려져 있다(Rowland B. et.al., Gene, 167(1-2):105-109, 1995).Biosynthetic pathway of menaquinone -7 has been shown by studies with Escherichia coli (E. coli) and Bacillus subtilis (Bacillus subtillis). Menaquinone-7 biosynthesis is a reaction between 1,4-Dihydroxy-2-naphthoic acid (DHNA) produced in a metabolic circuit to make a quinone skeleton, Polyprenyl pyrophosphate made from metabolic circuits that make isoprene units is made by combining with isoprene units in DHNA by heptaprenyl diphosphate (HDP) synthase (Sato T. et al. , J. Biosci . Bioeng . , 91 (1): 16-20, 2001). The heptaprenyl diphosphate (HDP) synthase is composed of two components, and when component I is combined with component II, the quinone skeleton ) Is bonded to an isoprene unit (isoprene unit). On the other hand, when the concentration of L-phenylalanine, L-tryptophan, and L-tyrosine, which are aromatic amino acids in the medium, is high, the production of quinone skeleton is inhibited (Y. Tsukamoto et al ., Biosci . Biotechnol . Biochem . , 65 (9): 2007-2015, 2001). It is known that menaquinone-7 acts as an oxidation-reduction reaction product in an electron transport system or an oxidative phosphorylation process and constitutes a bacterial plasma membrane (Rowland B. et al. , Gene , 167 (1-2): 105-109, 1995).

한편, 바실러스 서브틸리스 속(Bacillus subtilis sp.)을 이용한 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7의 생산 연구는 주로 바실러스 서브틸리스 나토(Bacillus subtillis natto) 균주를 돌연변이 시켜 고상배양(solid cultivation)이나 정치배양(stationary culture)을 통하여 이루어진다. 그러나 현재까지 바실러스 서브틸리스 속(Bacillus subtilis sp.) 균주를 이용하여 액상배양을 통한 메나퀴논-7의 생산 연구는 거의 알려져 있지 않은 실정이다. Studies on the production of vitamin K2, namely menaquinone-7 using the genus Bacillus subtilis sp., Have been carried out by mutating the strain of Bacillus subtilis natto, It is done through stationary culture. However, studies on the production of menaquinone-7 by liquid culture using Bacillus subtilis sp. Strain have been hardly known.

이와 관련된 연구들을 살펴보면, Sato 등은 나토(natto)에서 분리한 바실러스 서브틸리스 나토(Bacillus subtillis natto) MH-1의 메나디온(menadione) 내성 돌연변이주인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) K3-176을 10% 대두 추출물, 5% 글리세린(glycerine), 0.5% 효모 추출물이 함유된 배지에서 120시간 배양하여 35 ㎎/ℓ의 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7)을 얻었고, 생산성(productivity)은 시간(hr)당 0.29 ㎎/ℓ 이였다. 또한, 상기 균주의 메나퀴논-7 생성 능력인 단위세포당 비생산성(specific productivity)은 10 ㎎-MK7/g-cell 이였다(T Sato. et.al., J. Ind . Microbiol . Biotech., 26(3): 115-120, 2001). Sato et al. Reported that Bacillus subtilis natto MH-1, a menadione-resistant mutant of Bacillus subtilis K3-176 , isolated from natto, (Menaquinone-7, MK-7) of 35 ㎎ / ℓ were obtained by culturing in a medium containing 10% soybean extract, 5% glycerine and 0.5% yeast extract for 120 hours, Was 0.29 mg / l per hour (hr). The specific productivity per unit cell of the strain was 10 mg-MK7 / g-cell (T Sato et al ., J. Ind . Microbiol . Biotech. , 26 (3): 115-120, 2001).

또한, 상기 모균, 바실러스 서브틸리스 나토(Bacillus subtillis natto) MH-1으로부터 얻은 다이페닐아민(diphenylamine) 내성 돌연변이주인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) D200-41을 상기와 동일한 배지에 0.05% 제2인산칼륨(Potassium Phosphate, Dibasic; K2HPO4)을 첨가하여 24시간 배양한 후, 추가로 120시간 정치배양을 하여 60 ㎎/ℓ의 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7)을 얻었고, 생산성(productivity)은 시간(hr)당 0.41 ㎎/ℓ 이였다(T Sato. et.al., J. Biosci. Bioeng ., 91(1): 16-20, 2001). In addition, the mogyun, NATO Bacillus subtilis (Bacillus subtillis natto) 0.05% of diphenyl amines (diphenylamine) resistance mutations own, Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) D200-41 obtained from the MH-1 in the same medium and the second And cultured for another 120 hours to obtain 60 mg / l of menaquinone-7 (MK-7). The cultured cells were cultured for 24 hours in the presence of potassium phosphate (Dibasic; K 2 HPO 4 ) , And productivity was 0.41 mg / l per hour (T Sato et al ., J. Biosci. Bioeng . , 91 (1): 16-20, 2001).

Berenjian 등도 나토(natto)에서 분리한 바실러스 서블틸리스 나토(Bacillus subtillis natto) 균주를 발효 조건 최적화를 통하여 5% 효모 추출물, 5% 글리세린(glycerine), 18.9% 대두 펩톤, 0.06% 제2인산칼륨(K2HPO4) 배지에서 120시간 배양하여 226 ㎎/ℓ의 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2)을 얻었으며, 생산성(productivity)은 시간(hr)당 1.8 ㎎/ℓ 이였다. 또한, 상기 균주의 메나퀴논-7 생성 능력인 단위세포당 비생산성(specific productivity)은 16 ㎎-MK7/g-cell 이였다(Aydin Berenjian et.al., Appl . Biochem . Biotech., 172(3): 1347-1357, 2014). Bacillus subtilis natto isolates from natto were fermented with 5% yeast extract, 5% glycerine, 18.9% soybean peptone, 0.06% potassium phosphate dibasic K 2 HPO 4) and 120 hours from the culture medium 226 ㎎ / ℓ menaquinone -7 (menaquinone-7, MK- 7 in; have gained vitamin K2), productivity (productivity) is 1.8 ㎎ / ℓ per hour (hr) . The specific productivity per unit cell, which is the ability to produce menaquinone-7, was 16 mg-MK7 / g-cell (Aydin Berenjian et al . , Appl . Biochem . Biotech. : 1347-1357, 2014).

Puri 등은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) MTCC 2756를 10% 대두분, 0.5% 효모 추출물, 0.05% 제2인산칼륨(K2HPO4), 5% 글리세린(glycerine)이 함유된 배지에서 상기 균주를 16시간 성장시킨 후, 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2)의 전구체인 1-나프톨(1-naphthol)과 트윈 80(tween 80)을 각각 배지 내에서 농도가 0.2% 및 0.1%가 되도록 첨가하였다. 첨가 후 8시간 추가 배양하여 14.4 ㎎/ℓ의 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2)을 얻었으며, 생산성(productivity)은 시간(hr)당 0.6 ㎎/ℓ 이였다(A. Puri. et.al., Songklanakarin. J. Sci. Technol., 37(3): 283-289, 2015).Puri et al . Reported that Bacillus subtilis MTCC 2756 was cultivated in a medium containing 10% soybean flour, 0.5% yeast extract, 0.05% potassium phosphate dibasic (K 2 HPO 4 ), and 5% glycerine 1-naphthol and tween 80, which are precursors of menaquinone-7 (MK-7; vitamin K2), were grown in the medium at a concentration of 0.2% And 0.1%. After the addition, the culture was further cultured for 8 hours to obtain 14.4 mg / l of menaquinone-7, MK-7 (vitamin K2), and the productivity was 0.6 mg / l per hour (A. Puri et al ., Songklanakarin J. Sci. Technol. , 37 (3): 283-289, 2015).

상기와 같이 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7) 생산 연구는 주로 나토(natto)에서 분리한 바실러스 서브틸리스 나토(Bacillus subtillis natto) 균주에 의하여 이루어지고 있으나, 배양액 내의 유기질소원(organic nitrogen source)의 농도가 높을 뿐만 아니라 발효시간이 길어 제조 단가가 높고 생산성이 낮아 상업적 생산에 어려움이 존재한다. 또한, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) 균주를 돌연변이 시킴에 따라, 발효시간 단축 및 유기질소원의 농도를 줄일 수 있을지라도, 메나퀴논-7의 농도가 낮아 상업적 생산에 적용하기에는 한계가 있다. The production of vitamin K2, namely menaquinone-7 and MK-7 as described above, is mainly performed by a strain of Bacillus subtilis natto isolated from natto, There is a difficulty in commercial production because the concentration of organic nitrogen source is high and the fermentation time is long and the production cost is high and the productivity is low. In addition, although mutation of the Bacillus subtilis strain may shorten the fermentation time and reduce the concentration of organic nitrogen, the concentration of menaquinone-7 is low, which limits its application to commercial production.

이러한 배경하에서, 본 발명자들은 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7 생성능이 향상된 신균주 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 균주를 선별하고, 상기 균주로부터 메나퀴논-7을 생산하는 데 있어 최적화된 배지 및 배양 조건을 확립함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.Under these circumstances, the inventors of the present invention selected a strain of the new strain Bacillus subtilis BSM-K02 with improved vitamin K2, i.e., the ability to produce menaquinone-7, and cultivated in a culture medium optimized for producing menaquinone- Thereby completing the present invention.

한국등록특허 10-1196338Korean Patent No. 10-1196338

MJ Shearer, British J. Haemaltol., 75(2): 156-162, 1990MJ Shearer, British J. Haemaltol., 75 (2): 156-162, 1990 Y Koshihara et.al., J. Endocrinol., 176(3): 339-348, 2003Y Koshihara et al., J. Endocrinol., 176 (3): 339-348, 2003 Cranenburg E.C.M. et.al., J. Vasc. Res., 45(5): 427-436, 2008Cranenburg E.C.M. et al., J. Vasc. Res., 45 (5): 427-436, 2008 MD Collins et.al., Micobiol. Mol. Bio. Rev., 45(2): 316-354, 1981MD Collins et al., Micobiol. Mol. Bio. Rev., 45 (2): 316-354, 1981 Sarah L. Booth et.al., J. Nutr., 128(5): 785-788, 1998Sarah L. Booth et al., J. Nutr., 128 (5): 785-788, 1998 Sato T. et.al., J. Biosci. Bioeng., 91(1): 16-20, 2001Sato T. et al., J. Biosci. Bioeng., 91 (1): 16-20, 2001 Y. Tsukamoto. et.al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 65(9): 2007-2015, 2001Y. Tsukamoto. et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 65 (9): 2007-2015, 2001 Rowland B. et.al., Gene, 167(1-2):105-109, 1995Rowland B. et al., Gene, 167 (1-2): 105-109, 1995 T Sato. et.al., J. Ind. Microbiol. Biotech., 26(3): 115-120, 2001T Sato. et. al., J. Ind. Microbiol. Biotech., 26 (3): 115-120, 2001 T Sato. et.al., J. Biosci. Bioeng., 91(1): 16-20, 2001T Sato. et al., J. Biosci. Bioeng., 91 (1): 16-20, 2001 Aydin Berenjian et.al., Appl. Biochem. Biotech., 172(3): 1347-1357, 2014Aydin Berenjian et al., Appl. Biochem. Biotech., 172 (3): 1347-1357, 2014 A. Puri. et.al., Songklanakarin. J. Sci. Technol., 37(3): 283-289, 2015A. Puri. et al., Songklanakarin. J. Sci. Technol., 37 (3): 283-289, 2015

본 발명의 목적은 메나퀴논-7(MK-7) 생성능을 가지는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP) 제공하기 위한 것이다.An object of the present invention to provide menaquinone -7 (MK-7) Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) having a producing ability.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)를 배양하는 것을 포함하는 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법을 제공하기 위한 것이다.Yet another object of the present invention is to provide a method for mass production of menaquinone-7 (MK-7) comprising culturing the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP).

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 비타민 K2인 메나퀴논-7(MK-7) 생성능을 가지는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP) 및 상기 균주를 이용하여 메나퀴논-7(MK-7)을 대량 생산 하는 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a mutant strain of BSM-K02 ( Bacillus subtillis ) having the ability to produce menaquinone-7 (MK-7) as a vitamin K2 and a strain of menaquinone- 7 < / RTI > (MK-7).

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

하나의 양태로서, 본 발명은 비타민 K2인 메나퀴논-7(MK-7) 생성능을 가지는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)를 제공한다.In some embodiments, the invention provides a vitamin K2 menaquinone -7 (MK-7) Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) having a producing ability.

상기 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)는 자외선(UV) 또는 NTG(nitrosoguanidine) 처리하여 돌연변이를 유발하고, 메나디온(menadione)에 대한 내성 및 고농도의 방향족 아미노산(aromatic amino acid)에 의한 비타민 K2 생성이 저해 받지 않는 신규한 바실러스 서브틸리스 돌연변이 균주이다.The Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) is an ultraviolet (UV) or NTG (nitrosoguanidine) treatment to induce mutation, and the resistance, and a high concentration of aromatic amino acids to menadione (menadione) (aromatic amino acid is not inhibited by vitamin K2 production by the Bacillus subtilis mutant strain.

상기 신균주 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02는 2016년 5월 25일 한국생명공학연구원에 수탁번호 KCTC13028BP로 기탁되었으며, 우수한 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7(MK-7) 생성능을 가지는 것을 특징으로 한다.The new strain Bacillus subtillis BSM-K02 was deposited on May 25, 2016 with the deposit number KCTC13028BP at the Korea Research Institute of Bioscience and has excellent vitamin K2, namely, menaquinone-7 (MK-7) .

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-Control 균주에 자외선(UV) 또는 NTG(nitrosoguanidine)를 처리하여 돌연변이를 유발하고, 상기 균주로부터 메나디온(menadione)에 대한 내성을 지니고, 방향족 아미노산(aromatic amino acid)에 대한 저해를 받지 않는 균주를 선별한 것으로, 비타민 K2, 즉, 메나퀴논-7(MK-7) 생성능이 모균주인 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-Control 균주에 비해 우수함을 확인하였다(도 3 및 도 4).In one embodiment of the present invention, an ultraviolet (UV) or NTG (nitrosoguanidine) in the Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) is Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) BSM-Control strain Which is resistant to menadione and is not inhibited by an aromatic amino acid. The present invention relates to a method for producing a vitamin K2, namely, menaquinone-7 ( MK-7) was superior to that of the parent strain Bacillus subtillis BSM-Control (FIGS. 3 and 4).

상기 비타민 K3인 "메나디온(menadione)"은, 비타민 K2인 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7)의 헤드(head) 부분인 퀴논 골격(quinone skeleton) 구조로, 고농도의 메나디온에 대한 내성을 지니는 균주는 다량의 퀴논 골격이 생산되는 동안 여러 가지 요인에 의해 생산 저해를 받지 않는 균주로 예상할 수 있다.The vitamin K3 "menadione" is a quinone skeleton structure that is the head part of menaquinone-7 (MK-7), a vitamin K2, and has a high concentration of menadione The strains with resistance to HCV can be expected as strains which are not inhibited by various factors during the production of large quantities of quinone skeleton.

상기 메나디온(menadione)에 대한 내성을 지닌 돌연변이 균주는, 이에 제한되지는 않으나, 5 내지 20 ppm, 바람직하게는 15 ppm 농도의 메나디온을 처리하여 선별할 수 있다.The mutant strains resistant to menadione can be screened by treating menadione at a concentration of 5 to 20 ppm, preferably 15 ppm, although not limited thereto.

상기 "방향족 아미노산(aromatic amino acid)"은, 이에 제한되지는 않으나, L-타이로신(L-tyrosine), L-트립토판(L-tryptophan), L-페닐알라닌(L-phenylalanine) 일 수 있으며, 상기 방향족 아미노산의 농도가 높으면 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7의 헤드 부부인 퀴논 골격(quinone skeleton)의 생성이 저해될 수 있다. The "aromatic amino acid" may be, but is not limited to, L-tyrosine, L-tryptophan, L-phenylalanine, If the concentration of amino acid is high, the production of vitamin K2, quinone skeleton which is the head part of menaquinone-7, may be inhibited.

상기 방향족 아미노산(aromatic amino acid)에 의한 비타민 K2 생성이 저해 받지 않는 돌연변이 균주는, 100 내지 150 ppm, 바람직하게는 125 ppm 농도의 L-타이로신(L-tyrosine)을, 50 내지 100 ppm, 바람직하게는 62.5 ppm 농도의 L-트립토판(L-tryptophan)을, 50 내지 100 ppm, 바람직하게는 62.5 ppm 농도의 L-페닐알라닌(L-phenylalanine)을 처리하여 선별할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.The mutant strain in which the production of vitamin K2 by the aromatic amino acid is not inhibited is preferably L-tyrosine at a concentration of 100 to 150 ppm, preferably 125 ppm, preferably 50 to 100 ppm, Can be selected by treating L-tryptophan at a concentration of 62.5 ppm with L-phenylalanine at a concentration of 50 to 100 ppm, preferably 62.5 ppm, but is not limited thereto.

본 발명의 일실시예에 있어서, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-Control에 자외선(UV) 또는 NTG(nitrosoguanidine)를 처리하여 돌연변이를 유발한 후, 메나디온(menadione)이 함유된 TGY 한천 배지(1% 트립톤(tripton), 0.5% 효모 추출물, 0.5% 염화나트륨(NaCl), pH7.0)에서 성장한 메나디온 내성 균주를 L-타이로신(L-tyrosine), L-트립토판(L-tryptophan), L-페닐알라닌(L-phenylalanine)이 포함된 TGY 배지에 접종하여 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7 생성능이 우수한 신규한 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)를 최종 선발하였다(표 1).In one embodiment of the present invention, Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) after the mutagenic process the ultraviolet (UV) or NTG (nitrosoguanidine) in the BSM-Control, menadione TGY agar medium containing (menadione) containing Resistant L-tyrosine, L-tryptophan, and L-tryptophan grown in a culture medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride (NaCl), pH 7.0) ( Bacillus subtilis ) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) having excellent vitamin K2, ie, menaquinone-7 production ability, was selected by inoculation on TGY medium containing L-phenylalanine Table 1).

또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)를 배양하는 것을 포함하는 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법을 제공한다.In yet another aspect, the present invention provides a method for the mass production of menaquinone-7 (MK-7) comprising culturing a Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP).

상기 균주는 탄소원, 유기질소원 및 무기질소원이 포함된 배지에서 배양될 수 있다. The strain may be cultured in a medium containing a carbon source, an organic nitrogen source and an inorganic nitrogen source.

상기 배지는 탄소원으로서 슈크로스(sucrose), 유기질소원으로서 효모 추출물, 무기질소원으로서 황산암모늄((NH4)2SO4 ), 제1인산칼륨(K2HPO4) 및 황산마그네슘(MgSO4)과, 이외 염(salt)으로서 염화칼슘(CaCl2) 및 황산망간(MnSOH2O)을 함유하는 배지일 수 있다. 구체적으로, 상기 배지는 탄소원인 슈크로스와 유기질소원인 효모 추출물이 1 : 0.1 내지 0.5 중량비로 함유될 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나, 1 : 0.3 중량비로 함유될 수 있다. 또한, 탄소원인 슈크로스와 무기질소원인 황산암모늄((NH4)2SO4)은 1 : 0.06 내지 0.33 중량비로 함유될 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나, 1 : 0.06 중량비로 함유될 수 있다. 탄소원인 슈크로스와 무기질소원인 제1인산칼륨(K2HPO4)은 1 : 0.016 내지 0.050 중량비로 함유될 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나, 1 : 0.05 중량비로 함유될 수 있다. 한편, 탄소원인 슈크로스와 무기질소원인 황산마그네슘(MgSO4)은 1 : 0.016 내지 0.080 중량비로 함유될 수 있으며, 이에 제한되지는 않으나, 1 : 0.016 중량비로 함유될 수 있다.The medium contains sucrose as a carbon source, yeast extract as an organic substance, ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) , potassium monophosphate (K 2 HPO 4 ) and magnesium sulfate (MgSO 4 ) , And a medium containing calcium chloride (CaCl 2 ) and manganese sulfate (MnSO 4 .H 2 O) as other salts. Specifically, the medium may contain sucrose, which is a carbon source, and yeast extract as an organic substance, in a weight ratio of 1: 0.1 to 0.5, and may be contained at a weight ratio of 1: 0.3, though not limited thereto. In addition, sucrose as a carbon source and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) as an inorganic substance may be contained in a weight ratio of 1: 0.06 to 0.33, and may be contained at a weight ratio of 1: 0.06, although not limited thereto. The sucrose as a carbon source and potassium monophosphate (K 2 HPO 4 ) as an inorganic substance may be contained in a weight ratio of 1: 0.016 to 0.050, and may be contained at a weight ratio of 1: 0.05, though not limited thereto. On the other hand, sucrose as a carbon source and magnesium sulfate (MgSO 4 ) as an inorganic substance may be contained in a weight ratio of 1: 0.016 to 0.080, and may be contained at a weight ratio of 1: 0.016, although not limited thereto.

상기 배지는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)로부터 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7의 생산성을 증가시킬 수 있는, 최적화(optimization) 된 배지일 수 있다. The medium may be an optimized medium capable of increasing the productivity of vitamin K2, i.e. menaquinone-7, from the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP).

상기 배양은, 이에 제한되지는 않으나, 배양이 진행되는 동안 pH 조절 없이 배양 온도 39 내지 44℃, 통기속도 0.1 내지 1 vvm, 교반 속도 400 내지 1,100 rpm에서 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로 상기 배양 온도는 43℃일 수 있으며, 통기 속도는 0.5 vvm일 수 있으며, 교반 속도는 600 rpm 일 수 있다. 상기 배양 온도를 벗어나는 경우 균체 성장에 문제가 발생할 수 있고, 상기 통기 속도 및 교반 속도 범위를 벗어나는 경우에는 폴리머 생산에 의해 배양 배지 내의 점도가 높아져 정제 공정의 어려움이 발생할 수 있다.The culture may be performed at a culture temperature of 39 to 44 DEG C, aeration rate of 0.1 to 1 vvm, and a stirring speed of 400 to 1,100 rpm, without pH adjustment during cultivation, though not limited thereto. Specifically, the incubation temperature may be 43 ° C, the aeration rate may be 0.5 vvm, and the stirring speed may be 600 rpm. If the temperature is outside of the above-mentioned culture temperature, a problem may arise in the growth of the microorganism. If the microorganism is out of the range of the aeration rate and stirring speed, the viscosity of the culture medium may increase due to the production of the polymer.

상기 배양은, 배양이 진행되는 동안 pH를 조절하지 않는 것을 특징으로 하며, 상기 'pH 조절 없이'란 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP) 배양시 초기 pH 6.4 내지 6.8에서, 배양이 진행되는 동안 pH 5.5 내지 6.0으로 감소하게 되고, 이후 균체가 용해(lysis)되면서 pH가 상승하게 되는 양상을 나타내는데, 배양 동안 이러한 pH 변화에 대하여 염산(HCl) 또는 가성소다(NaOH) 처리 없이 그대로 놓아두는 것을 의미한다.The culture is characterized in that the pH is not controlled during the course of culturing. The 'no pH control' is performed at an initial pH of 6.4 to 6.8 when the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP) (HCl) or caustic soda (NaOH) treatment for this pH change during incubation. The pH of the culture is decreased from 5.5 to 6.0 during the incubation, It means to leave it as it is without it.

본 발명의 일실시예에 있어서, 슈크로스(sucrose), 효모 추출물, 황산암모늄((NH4)2SO4), 제1인산칼륨(K2HPO4) 및 황산마그네슘(MgSO4)을 함유하는 배지를 이용하여, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP) 배양 시, 배양 중에 pH를 조절하지 않고 배양 온도를 초기 37℃에서 배양 6시간 후 43℃로 배양 온도를 변경(shift)하여 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7의 생산 정도를 분석해 본 결과, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주가 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주에 비하여 균체당 메나퀴논-7의 생성 능력인 비산출율(specific yield)은 1.7배 증가하고, 생산성은 1.9배 증가하였음을 확인하였다(도 4 및 표 8).In one embodiment of the present invention there is provided a pharmaceutical composition comprising sucrose, yeast extract, ammonium sulphate ((NH 4 ) 2 SO 4) , potassium monophosphate (K 2 HPO 4 ) and magnesium sulfate (MgSO 4 ) ( Bacillus subtilis ) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP), the culture temperature was changed from 37 ° C at the initial 37 ° C to 43 ° C the production of menaquinone-7 was found to be higher than that of Bacillus subtilis BSM-Control strain, which is a parent strain of Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain. As a result, It was confirmed that the specific yield of the ability increased 1.7 times and the productivity increased 1.9 times (FIG. 4 and Table 8).

본 발명의 일실시예에 따른 방법에 의하면, 배양 24시간 후, 5.8 g/ℓ의 균체를 수득하게 되며, 21.8 ㎎/ℓ의 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7을 생산할 수 있어 생산성은 시간(hr)당 메나퀴논-7(MK-7)이 0.91 ㎎/ℓ(0.91 ㎎ MK-7/ℓ/hr) 임을 확인하였으며, 균체당 메나퀴논-7의 생성 능력인 비산출율(specific yield)은 3.8 ㎎ MK-7/g-cell 임을 확인할 수 있었다. 상기 결과를 통해, 최적화된 배양 조건에서 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 이용하여 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7을 생산할 시, 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주에 비하여 메나퀴논-7 생산성을 1.9배 이상 증가시켜 비타민 K2를 대량 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 메나퀴논-7 생산에 관한 종래 기술에 비하여 유기질소원의 농도 또한 3배~8배 절감할 수 있어 메나퀴논-7을 생산하는 데 있어 제조 단가 또한 현저히 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다(도 4 및 표 8).According to the method according to one embodiment of the present invention, after 24 hours of cultivation, 5.8 g / l of cells are obtained and 21.8 mg / l of vitamin K2, i.e., menaquinone-7 can be produced, ) Was found to be 0.91 mg / L (0.91 mg MK-7 / L / hr), and the specific yield of mannquinone-7 ㎎ MK-7 / g-cell. As a result, the production of vitamin K2, i.e., menaquinone-7 using the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain under optimized culture conditions, was lower than that of the parent strain Bacillus subtilis BSM- 7 productivity by 1.9 times or more to mass-produce vitamin K2, as well as to reduce the concentration of organic matter to be 3 to 8 times that of the conventional art relating to the production of menaquinone-7, thereby producing menaquinone-7 (FIG. 4 and Table 8).

본 발명의 신균주 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주는 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7의 생산능이 우수하며, 본 발명에 따른 최적화된 배양 배지 및 배양 조건으로 하에서, 상기 균주로부터 메나퀴논-7을 대량 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 메나퀴논-7의 제조 단가 또한 현저히 감소시킬 수 있다. The novel strain Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain of the present invention is excellent in the ability to produce vitamin K2, i.e., menaquinone-7, and can be obtained from the strain under the optimized culture medium and culture conditions according to the present invention, Can be mass-produced, and the production cost of menaquinone-7 can be remarkably reduced.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 메나디온(menadione)의 처리 농도에 따른 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-Control 균주의 생존율 곡선(curve)을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 방향족 아미노산(aromatic amino acid) 함유 농도에 따른 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) Control 균주로부터 생성된 상대적 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2)의 농도 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 자외선(UV) 및 NTG(nitrosoguanidine; N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) 처리에 의한 메나디온(menadione) 내성 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 돌연변이 균주의 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2) 생성능 분포 곡선을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주(A) 및 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주(B)로부터 생산된 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2)의 농도 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 여기에서, DO는 용존산소량(dissolved oxygen)이다.
FIG. 1 is a graph showing the survival curves of Bacillus subtilis BSM-Control strains according to the treatment concentration of menadione according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relative menaquinone-7 (MK-7) produced from Bacillus subtilis Control strain according to an aromatic amino acid concentration according to an embodiment of the present invention. K2). ≪ / RTI >
FIG. 3 is a graph showing the effect of Menadione-resistant Bacillus subtilis BSM-Control mutant (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) treated with UV and NTG according to an embodiment of the present invention (Menaquinone-7, MK-7; vitamin K2) distribution curve of the strain.
FIG. 4 is a graph showing the effect of menaquinone-7, which is produced from the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain (A) and the parent strain Bacillus subtilis BSM-Control strain (B) MK-7; vitamin K2). Here, DO is dissolved oxygen.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the constitution and effects of the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

실시예Example 1: 비타민 K2인 메나퀴논-7  1: Menaquinone-7, a vitamin K2 생성능이Productive 향상된 균주 선별 Improved strain selection

비타민 K2, 즉 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7) 생성능이 향상된 신규한 돌연변이 균주를 선별하고자, 바실러스 서브틸리스 속(Bacillus subtillis sp.) 균주에 돌연변이를 유도하기 위한 자외선(UV) 또는 NTG(nitrosoguanidine; N-메틸-N'-니트로-N-니트로구아니틴(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine))를 처리하고, 비타민 K3인 메나디온(menadione)에 대한 내성 및 고농도 방향족 아미노산(aromatic amino acid)에 의한 메나퀴논-7의 생성 저해 정도를 평가하여 최종적으로 비타민 K2인 메나퀴논-7 생성능이 향상된 균주를 선별하였다. 구체적으로 하기와 같이 실험을 수행하였다. In order to screen for new mutant strains with improved vitamin K2, namely menaquinone-7, MK-7, Bacillus subtilis sp . (UV) or NTG (nitrosoguanidine: N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) for inducing mutation in the strain , And the resistance to menadione (vitamin K3) and the inhibition of the production of menaquinone-7 by aromatic amino acids were evaluated to finally obtain a strain having an improved potency of menaquinone-7 as a vitamin K2 Respectively. Specifically, experiments were conducted as follows.

실시예Example 1-1:  1-1: 메나디온Menadion (( menadionemenadione ) 처리 농도에 따른 ) Depending on treatment concentration 바실러스Bacillus 서브틸리Subtilly 스(( Bacillus subtillisBacillus subtillis ) BSM-Control 균주의 생존율 분석) Survival analysis of BSM-Control strain

비타민 K3인 메나디온(menadione)은 비타민 K2인 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7)의 헤드(head) 부분인 퀴논 골격(quinone skeleton) 구조로, 고농도의 메나디온에 대한 내성을 지니는 균주는 다량의 퀴논 골격이 생산되는 동안 여러 가지 요인에 의해 생산 저해를 받지 않는 균주로 예상할 수 있다.Menadione, a vitamin K3, is a quinone skeleton structure that is a head part of menaquinone-7 (MK-7), a vitamin K2. It has a high resistance to menadione The strain can be expected to be a strain that is not inhibited by various factors during production of a large amount of quinone skeleton.

이에, 우선 메나퀴논-7 생성능이 향상된 신규한 바실러스 서브틸리스 돌연변이 균주를 선별하기 위한 실험 조건을 확립하기 위해, 바실러스 서브틸리스 돌연변이주의 메나디온에 대한 내성 균주를 선별하기 위한 최적의 메나디온 처리 농도를 선정하고자 하였다. 이때, 야생형(wild type)의 바실러스 서브틸리스 균주에 NTG(nitrosoguanidine)를 처리하여 1차적으로 돌연변이를 유발한 균주를 준비하였으며, 상기 균주를 바실러스 서브틸리스 BSM-Control로 명명하고 모균주로서 사용하였다.Therefore, in order to establish the experimental conditions for selecting a novel Bacillus subtilis mutant strain with improved menaquinone-7 production ability, the optimal menadione treatment for selecting a resistant strain to Bacillus subtilis mutant menadione Respectively. At this time, a strain was first prepared by treating NTG (nitrosoguanidine) with a wild-type Bacillus subtilis strain to induce mutagenesis. The strain was named Bacillus subtilis BSM-Control and used as a parent strain Respectively.

구체적으로, 바실러스 서브틸리스 돌연변이주의 메나디온 내성 균주를 선별하기 위하여, 상기 준비한 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주의 메나디온 처리 농도에 따른 생존율을 조사하였다. 이를 위하여 상기 균주를 TGY 배지(1% 트립톤(tripton), 0.5% 효모 추출물, 0.5% 염화나트륨(NaCl), pH7.0)에 접종하여 37℃에서 OD660 값이 0.2~0.5가 될 때까지 성장시킨 후 균체를 회수하였다. 상기 회수한 균체를 각각 0 ppm, 2.5 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm, 20 ppm 농도의 메나디온이 첨가된 TGY 한천 배지(한천 1.5% 첨가)에 도말하였다. 이때 회수한 균체는 0.85% 소금물로 세척한 후 OD660 값을 1.0으로 조절하여 메나디온이 첨가된 TGY 한천 배지에 도말하였다. 도말 후, 37℃에서 24시간 동안 배양하여 상기 균주의 생존율 곡선(curve)을 작성하였다. Specifically, in order to select menadione-resistant strains of Bacillus subtilis mutants, the survival rate of BSM-Control strains prepared according to the menadione treatment concentration of Bacillus subtilis BSM-Control strains prepared above was examined. To this end, the strain was inoculated into TGY medium (1% triptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride (NaCl), pH 7.0) and grown at 37 ° C until the OD 660 value reached 0.2-0.5 And the cells were recovered. The recovered cells were plated on a TGY agar medium (1.5% agar supplemented) supplemented with menadione at concentrations of 0 ppm, 2.5 ppm, 5 ppm, 10 ppm, 15 ppm and 20 ppm, respectively. The recovered cells were washed with 0.85% saline, and OD 660 was adjusted to 1.0, and the cells were spread on a TGY agar medium supplemented with menadione. After blotting, the cells were cultured at 37 DEG C for 24 hours to prepare a survival curves of the strains.

그 결과, 하기 도 1에 나타낸 바와 같이, 메나디온을 10 ppm 농도로 처리시 98.7% 사멸율이 확인되었고, 메나디온을 15 ppm 농도로 처리시 99.9%의 사멸율이 확인되었다. As a result, as shown in FIG. 1, 98.7% mortality was confirmed when menadione was treated at a concentration of 10 ppm, and 99.9% was observed when menadione was treated at a concentration of 15 ppm.

이에, 메나퀴논-7 생성능이 향상된 신규한 바실러스 서브틸리스 돌연변이 균주를 선별하기 위해, 상기 결과를 바탕으로 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주의 메나디온 내성 균주 선별을 위한 최적의 메나디온 처리 농도를 15 ppm으로 선정하고, 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주의 메나디온 내성 균주를 선별하기 위해서는 메나디온이 15 ppm 농도로 첨가된 TGY 한천 배지를 사용하기로 하였다.Thus, in order to select a novel Bacillus subtilis mutant strain with improved menaquinone-7 production ability, the optimum menadione treatment concentration for the selection of menadione resistant strains of Bacillus subtilis BSM-Control strain 15 ppm. In order to select menadione-resistant strains of Bacillus subtilis BSM-Control strain, a TGY agar medium supplemented with 15 ppm of menadione was used.

실시예Example 1-2: 방향족 아미노산(aromatic amino acid) 함유 농도에 따른  1-2: Depending on the concentration of aromatic amino acid 바실Basil 러스 Russ 서브틸리스Subtilis (( Bacillus Bacillus subtillissubtillis ) ) BSMBSM -Control 균주로부터 생성된 상대적 메나퀴논-7의 농도 분석-Control analysis of the relative menaquinone-7 produced from the control strain

배지 내 방향족 아미노산(Aromatic amino acid)인 L-페닐알라닌(L-phenylalanine), L-트립토판(L-tryptophan), L-타이로신(L-tyrosine)의 농도가 높으면 퀴논 골격(quinone skeleton)의 생성을 저해하는 것으로 알려져 있다.High concentrations of L-phenylalanine, L-tryptophan and L-tyrosine, an aromatic amino acid in the medium, inhibit the production of quinone skeleton .

이에, 메나퀴논-7 생성능이 향상된 신규한 바실러스 서브틸리스 돌연변이 균주를 선별하기 위한 실험 조건을 확립하기 위해, 방향족 아미노산에 의한 메나퀴논-7의 생성 저해 정도를 평가하여 최적의 방향족 아미노산, 즉, L-페닐알라닌, L-트립토판, L-타이로신의 배지 내 최적의 함유 농도를 선정하고자 하였다.Therefore, in order to establish experimental conditions for selecting a novel Bacillus subtilis mutant strain with improved menaquinone-7 production ability, the degree of inhibition of the production of menaquinone-7 by aromatic amino acids was evaluated to determine the optimum aromatic amino acid, L-tyrosine, L-phenylalanine, L-tryptophan, and L-tyrosine.

구체적으로, 메나퀴논-7 생산 시, 방향족 아미노산에 의한 메나퀴논-7의 생산 저해가 해제된 돌연변이주를 선별하기 위하여, TGY 배지에 L-트리톱판, L-페닐알라닌, L-타이로신을 각각 0 ppm, 30 ppm, 62.5 ppm, 125 ppm, 250 ppm의 농도로 첨가하여 바실러스 서브틸리스 BSM-Control의 메나퀴온-7 생성 능력을 조사하였다. 이를 위하여 상기 균주를 1차 TGY 배지(1% 트립톤(tripton), 0.5% 효모 추출물, 0.5% 염화나트륨(NaCl), pH7.0)에서 12시간 성장시킨 후, 상기 각각의 방향족 아미노산이 농도별로 함유된 TGY 배지에 10% 접종하여 72시간 동안 배양하여 성장시켰다. 이때 배양 조건으로, 배양 온도는 37℃ 이였으며, 교반 속도는 140 rpm 이였다.Specifically, in the production of menaquinone-7, L-tryptophan, L-phenylalanine, and L-tyrosine were added to TGY medium at 0 ppm, respectively, in order to select a mutant in which inhibition of production of menaquinone- , 30 ppm, 62.5 ppm, 125 ppm and 250 ppm to investigate the ability of Bacillus subtilis BSM-Control to produce menaquion-7. To this end, the strain was grown in primary TGY medium (1% triptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride (NaCl), pH 7.0) for 12 hours and then the respective aromatic amino acids Gt; TGY < / RTI > medium for 72 hours and grown. At this time, the incubation temperature was 37 ° C, and the stirring speed was 140 rpm.

한편, 메나퀴논-7 분석을 위해서는, 우선 배양된 균체를 원심분리하고 침전된 균체에 균체 무게와 동량의 아이소프로판올(IPA, isopropanol)을 첨가하고, 균체 무게의 2배의 헥산(hexane)을 첨가하여 20분간 추출하였다. 추출한 후, 원심분리기를 이용하여 균체를 제거하고 상등액을 0.22 ㎛ 필터로 여과하여 회수하였다. HPLC(Shimazu LC- 20AD) 분석을 통해, 상기 회수한 여과액에 포함되어 있는 메나퀴논-7 농도를 측정하였다. 이때, 메나퀴논-7 농도는 메나퀴논-7의 표준곡선을 이용하여 분석하였으며, HPLC 분석 조건은 Shim-pack GIS-ODS 컬럼(MG 5㎛, size 4.6㎜ I.D.×150㎜)을 사용하여 에탄올과 메탄올이 7:3 비율로 조성된 유기 용매를 1㎖/min 유속으로 흘려 자외선 검출기 248㎚ 파장에서 메나퀴논-7의 농도를 측정하였다.On the other hand, for the analysis of menaquinone-7, firstly, the cultured cells were centrifuged, isopropanol (IPA, isopropanol) was added to the precipitated cells in an amount equivalent to the weight of the cells, and hexane And extracted for 20 minutes. After the extraction, the cells were removed using a centrifuge, and the supernatant was recovered by filtration with a 0.22 μm filter. The concentration of menaquinone-7 contained in the recovered filtrate was measured by HPLC (Shimazu LC-20AD) analysis. At this time, the concentration of menaquinone-7 was analyzed using a standard curve of menaquinone-7. HPLC analysis was performed using a Shim-pack GIS-ODS column (MG 5 μm, size 4.6 mm ID × 150 mm) The concentration of menaquinone-7 was measured at an ultraviolet detector wavelength of 248 nm by flowing an organic solvent composed of methanol in a ratio of 7: 3 at a flow rate of 1 ml / min.

그 결과, 하기 도 2에서 나타낸 바와 같이, 방향족 아미노산이 첨가되지 않은 TGY 배지에 비하여 L-타이로신(tyrosine) 125 ppm, L-트립토판(tryptophan) 62.5 ppm, L-페닐알라닌(phenylalanine) 62.5 ppm의 농도로 TGY 배지에 첨가하였을 때, 메나퀴논-7이 거의 생산되지 않음을 확인하였다.As a result, as shown in FIG. 2, the concentration of L-tyrosine, 62.5 ppm of L-tryptophan, and 62.5 ppm of L-phenylalanine was lower than that of TGY medium to which no aromatic amino acid was added When it was added to TGY medium, it was confirmed that menaquinone-7 was hardly produced.

이에, 상기 결과를 근거로 방향족 아미노산의 저해를 받지 않는, 메나퀴논-7 생성능이 향상된 신규한 바실러스 서브틸리스 돌연변이 균주를 선별하기 위해, L-페닐알라닌, L-트립토판, 및 L-타이로신의 배지 내 최적의 함유 농도를 각각 125 ppm, 62.5 ppm, 및 62.5 ppm으로 선정하고, L-페닐알라닌, L-트립토판, 및 L-타이로신이 각각 125 ppm, 62.5 ppm, 및 62.5 ppm 농도로 첨가된 TGY 한천 배지를 사용하기로 하였다.On the basis of the above results, in order to select a novel Bacillus subtilis mutant strain which is not inhibited by aromatic amino acids and has improved menaquinone-7 production ability, it is preferable to use a culture medium containing L-phenylalanine, L-tryptophan and L- Optimal content concentrations were selected as 125 ppm, 62.5 ppm, and 62.5 ppm, respectively, and TGY agar medium supplemented with L-phenylalanine, L-tryptophan, and L-tyrosine at concentrations of 125 ppm, 62.5 ppm, and 62.5 ppm, respectively It is decided to use.

실시예Example 1-3: 비타민 K2인 메나퀴논-7  1-3: Menaquinone-7, a vitamin K2 생성능이Productive 우수한 돌연변이 후보 균주 선별 Selection of Excellent Mutant Candidate Strains

상기 실시예 1-1 및 실시예 1-2에서 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2) 생성능이 향상된 신규한 바실러스 서브틸리스 돌연변이 균주를 선별하기 위한 실험 조건을 확립하였다. 구체적으로, 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주의 메나디온 내성 균주 및 방향족 아미노산의 저해를 받지 않는 균주 선별을 위해, TGY 한천 배지에 메나디온을 15 ppm 농도로 첨가하고, 방향족 아미노산인 L-페닐알라닌, L-트립토판, 및 L-타이로신을 각각 125 ppm, 62.5 ppm, 및 62.5 ppm 농도로 첨가하기로 하였다.Experimental conditions for the selection of a novel Bacillus subtilis mutant with improved menaquinone-7, MK-7 (vitamin K2) production ability in Examples 1-1 and 1-2 were established. Specifically, in order to select a strain that is not inhibited by the menadione-resistant strain and aromatic amino acid of Bacillus subtilis BSM-Control strain, menadione was added to the TGY agar medium at a concentration of 15 ppm, and the aromatic amino acids L-phenylalanine, L-tryptophan, and L-tyrosine were added at concentrations of 125 ppm, 62.5 ppm, and 62.5 ppm, respectively.

이에, 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주로부터 메나퀴논-7 생산이 우수한 돌연변이 균주를 선별하기 위하여, 1차적으로 메나디온 내성 돌연변이 균주를 선별하고, 이를 L-타이로신, L-트립토판, 및 L-타이로신이 각각 125 ppm, 62.5 ppm, 및 62.5 ppm의 농도로 첨가된 TGY 배지에서 균체를 성장시켜 메나퀴논-7 농도를 측정하였다. Thus, in order to select a mutant strain excellent in production of menaquinone-7 from Bacillus subtilis BSM-Control strain, a menadione resistant mutant strain was first selected, and L-tyrosine, L-tryptophan, and L-tyrosine Were grown in TGY medium supplemented with concentrations of 125 ppm, 62.5 ppm, and 62.5 ppm, respectively, and the menaquinone-7 concentration was measured.

구체적으로, 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주를 TGY 배지에 접종하여 OD660 값이 0.2~0.5가 될 때까지 배양한 후, 돌연변이를 유도하기 위해 10 ㎖의 배양액을 취하여 플레이트(plate, 9×15mm) 상에서 자외선(UV)을 2분간 처리하고 무광조건에서 3시간 동안 안정화시켰다. 안정화시킨 돌연변이주를 4,000 rpm으로 10분간 원심분리하여 균체를 회수한 후, 0.85% 소금물을 사용하여 3회 세척하였다. 상기 세척된 균체에 10 ㎖의 0.85% 소금물을 첨가하여 혼합한 후 15 ppm 농도의 메나디온이 첨가된 TGY 한천 배지에 도말하였다. 도말하여 배양한 후, 생존된 균주를 회수하였으며, 이를 방향족 아미노산이 첨가된 TGY 배지에서 72시간 동안 배양하였다. 이때 배양 조건으로, 배양 온도는 37℃ 이였으며, 교반 속도는 140 rpm 이였다. 72시간 동안 배양한 후, 메나퀴논-7의 농도를 측정하였다. Specifically, Bacillus subtilis BSM-Control strain was inoculated into TGY medium and cultured until OD 660 value became 0.2-0.5. Then, 10 ml of the culture solution was taken to induce mutation, and the plate (9 × 15 mm ) For 2 minutes and stabilized under matt condition for 3 hours. The stabilized mutant strain was centrifuged at 4,000 rpm for 10 minutes, and the cells were recovered and washed three times with 0.85% saline. 10 ml of 0.85% saline was added to the washed cells, and the mixture was spread on a TGY agar medium supplemented with menadione at a concentration of 15 ppm. After culturing, the surviving strain was recovered and cultured in TGY medium supplemented with aromatic amino acid for 72 hours. At this time, the incubation temperature was 37 ° C, and the stirring speed was 140 rpm. After culturing for 72 hours, the concentration of menaquinone-7 was measured.

한편, 돌연변이를 유도하기 위한 물질인 NTG(nitrosoguanidine; N-메틸-N'-니트로-N-니트로구아니틴(N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine)) 처리에 의한 메나디온 내성 돌연변이 균주 선별을 위해, 상기 자외선 처리 조건과 동일한 조건에서 성장한 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주를 1 ㎖ 취하여 원심분리하였다. 상기 원심분리 후 회수된 균체에 150 ppm 농도의 NTG가 포함된 0.85% 소금물 1 ㎖을 첨가하여, 37℃의 온도 및 교반 속도 150 rpm 조건에서 30분간 NTG를 처리하였다. 상기 NTG가 처리된 돌연변이주를 4,000rpm으로 10분간 원심분리하여 균체를 회수한 후, 0.85% 소금물을 사용하여 3회 세척하였다. 상기 세척된 균체에 1 ㎖의 0.85% 소금물을 첨가하여 혼합한 후 15 ppm 농도의 메나디온이 첨가된 TGY 한천 배지에 도말하였다. 도말하여 배양한 후, 생존된 균주를 회수하였으며, 이를 방향족 아미노산이 첨가된 TGY 배지에서 72시간 동안 배양하였다. 이때 배양 조건으로, 배양 온도는 37℃ 이였으며, 교반 속도는 140 rpm 이였다. 72시간 동안 배양한 후, 메나퀴논-7의 농도를 측정하였다. On the other hand, a menadione-resistant mutation by treatment with NTG (Nitrosoguanidine (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) For strain selection, 1 ml of the Bacillus subtilis BSM-Control strain grown under the same conditions as the UV treatment conditions was taken and centrifuged. After centrifugation, 1 ml of 0.85% saline containing NTG at a concentration of 150 ppm was added to the recovered cells, and NTG was treated at a temperature of 37 ° C and a stirring speed of 150 rpm for 30 minutes. The NTG-treated mutant strain was centrifuged at 4,000 rpm for 10 minutes to collect the cells and then washed three times with 0.85% saline. To the washed cells, 1 ml of 0.85% saline was added, and the mixture was spread on a TGY agar medium supplemented with menadione at a concentration of 15 ppm. After culturing, the surviving strain was recovered and cultured in TGY medium supplemented with aromatic amino acid for 72 hours. At this time, the incubation temperature was 37 ° C, and the stirring speed was 140 rpm. After culturing for 72 hours, the concentration of menaquinone-7 was measured.

그 결과, 하기 도 3의 A에 나타낸 바와 같이, 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주의 자외선 처리에 의한 메나디온 내성 균주의 메나퀴논-7 생선 능력은 모균주에 비하여 160% 이상 향상된 돌연변이주가 2종 확인되었으며, 돌연변이주 43%가 모균주보다 메나퀴논-7 생성 능력이 우수한 돌연변이 균주임을 확인하였다.As a result, as shown in Fig. 3 A, menaquinone-7 fish ability of the menadione resistant strain by the ultraviolet treatment of Bacillus subtilis BSM-Control strain was more improved by 160% than that of the parent strain, And 43% of the mutant strains were found to be mutant strains superior in the ability to produce menaquinone-7 than the parent strains.

한편, 하기 도 3의 B에 나타낸 바와 같이, NTG 처리에 의해서는 26%가 모균주에 비하여 메나퀴논-7 생성 능력이 우수하였으며, 모균주보다 메나퀴논-7 생성 능력이 140% 이상 향상된 균주가 1종 확인되었다. On the other hand, as shown in FIG. 3 (B), 26% of the NTG-treated strains had a higher ability to produce menaquinone-7 than the parent strains, and a strain having an ability to produce menaquinone-7 over 140% One species was identified.

상기의 결과를 근거로 자외선 처리에 의한 메나디온 내성 돌연변이 균주 2종과 NTG 처리에 의한 메나디온 내성 돌연변이 균주 3종을 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2) 생성능이 우수한 돌연변이 후보 균주로 선별하였다.On the basis of the above results, two menadione resistant mutants by ultraviolet treatment and three menadione resistant mutants by NTG treatment were mutagenized with menaquinone-7 (MK-7; vitamin K2) Were selected as candidate strains.

이하, 실시예 1-4에서는 플라스크 배양을 통하여 상기 선별한 후보 균주 5종의 메나퀴논-7 생성 능력을 최종 확인하였다. Hereinafter, in Examples 1-4, the menaquinone-7 producing ability of the five candidate strains selected above was finally confirmed through flask culture.

실시예Example 1-4: 비타민 K2인 메나퀴논-7  1-4: Vitamin K2, menaquinone-7 생성능이Productive 우수한  Excellent 신규한New 돌연변이 균주인,  As a mutant strain, 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSMBSM -K02 균주의 최종 선별Final selection of -K02 strain

상기 실시예 1-3에서 선별한, 메나퀴논-7(menaquinone-7, MK-7; 비타민 K2) 생성능이 우수한 돌연변이 후보 균주 총 5종을 각각 플라스크 배양하여 메나퀴논-7 생성 능력을 최종 확인하였다. 이때, 상기 돌연변이 균주 5종은 바실러스 서브틸리스 BSM-K01~K05로 명명하였다.The ability to produce menaquinone-7 was finally confirmed by flask culture of all five mutant candidate strains having excellent menaquinone-7 and MK-7 (vitamin K2) production ability selected in Example 1-3 above . At this time, the five mutants were named Bacillus subtilis BSM-K01-K05.

구체적으로, 상기와 같이 명명한 돌연변이 균주 5종을 각각 2% 포도당(glucose), 0.2% 황산마그네슘(magnesium sulfate, MgSO4), 2% 효모 추출물, 1% 황산암모늄(ammonium sulfate, (NH4)2SO4), 0.25% 제1인산칼륨(potassium phosphate, monobasic; KH2PO4), 0.04% 염화칼슘(calcium chloride, CaCl2), 0.035% 황산망간(mananese sulfate, MnSO4 ·H2O)으로 조성된 플라스크 배지에서 72시간 동안 배양하였다. 이를 통하여 각각의 상기 5종 균주의 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7의 생성 능력을 조사하였다. 이때, 종균은 TGY 배지에서 12시간 동안 성장시킨 후, 상기 플라스크 배양액에 10% 접종하였으며, 종균 및 플라스크 배양은 배양 온도 37℃ 및 교반 속도 140 rpm의 조건에서 수행되었다. Specifically, five mutants named as above were dissolved in 2% glucose, 0.2% magnesium sulfate (MgSO 4 ), 2% yeast extract, 1% ammonium sulfate (NH 4 ) 2 SO 4), 0.25% of claim 1 potassium phosphate (potassium phosphate, monobasic; KH 2 PO 4), 0.04% calcium chloride (calcium chloride, CaCl 2), 0.035% manganese sulfate (mananese sulfate, MnSO 4 · H 2 O) to Lt; / RTI > for 72 hours. Thus, the ability to produce vitamin K2, i.e., menaquinone-7, of each of the five strains was investigated. The seeds were grown in a TGY medium for 12 hours and then inoculated 10% in the flask culture. Cultivation of the seedlings and flasks was carried out at a culturing temperature of 37 ° C and a stirring speed of 140 rpm.

그 결과, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1-3에서 1차적으로 선별된 자외선 또는 NTG 처리에 의한 바실러스 서브틸리스 메나디온 내성 돌연변이 균주는 플라스크 배양에서도 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주에 비하여 메나퀴온-7 생성 능력이 33~50% 이상 향상됨을 확인하였다. As a result, as shown in the following Table 1, the Bacillus subtilis menadione resistant mutant strain selected by the ultraviolet ray or NTG treatment, which was firstly selected in the above-mentioned Example 1-3, was cultured in a flask culture with Bacillus subtilis BSM -Control strain, the ability to produce menaquion-7 was improved by 33-50%.

이는, 돌연변이 균주 선별 시, 메다니온에 대한 내성 뿐만 아니라 방향족 아미노산의 저해를 덜 받는 균주를 선별하였기에, 종래 돌연변이 균주 선별 방법에 비하여 안정적으로 메나퀴논-7 능력을 유지할 수 있는 돌연변이 균주를 선발할 수 있음을 알 수 있었다. This is because, when the mutant strains were selected, strains that were less resistant to methanion as well as less inhibition of aromatic amino acids were selected, and mutant strains capable of maintaining menaquinone-7 ability stably in comparison with the conventional mutant strain selection method can be selected .

상기의 결과를 바탕으로, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 비타민 K2 생성능이 우수한 신규한 돌연변이 균주로 최종 선발하였으며, 이를 한국생명공학연구원에 기탁하여 2016년 5월 25일 바실러스 서브틸리스 신균주로써 기탁번호(KCTC 13028BP)를 부여받았다. Based on the above results, a mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02 was finally selected as a novel mutant strain having excellent vitamin K2 production ability. This strain was deposited with the Korea Research Institute of Bioscience & Biotechnology, and was deposited with Bacillus subtilis strain (KCTC 13028BP) as a strain.

이하, 실시예 2에서는 상기 최종 선발한 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 이용하여, 메나퀴논-7 고생산을 위한 최적화된 배지 조성 및 배양 온도 등의 조건을 확립하였다.In Example 2, conditions such as optimized medium composition and incubation temperature for menaquinone-7 production were established using the finally selected Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain.

자외선 또는 NTG 처리에 의한 바실러스 서브틸리스 메나디온 내성 돌연변이 균주의 플라스크 배양 결과 Flask culture results of Bacillus subtilis menadione resistant mutants by ultraviolet or NTG treatment No.No. 균주명Strain name 돌연변이 처리법Mutation treatment method 메나퀴논-7 농도Menaquinone-7 concentration
(㎎/ℓ)(Mg / l)
대조군
(control)
Control group
(control)
Bacillus Subtilis BSM-Control Bacillus Subtilis BSM-Control -- 3.133.13
1One Bacillus Subtilis BSM-K01 Bacillus Subtilis BSM-K01 자외선(UV)/
메나디온(menadione) 내성
Ultraviolet (UV) /
Menadione resistance
4.704.70
22 Bacillus Subtilis BSM-K02 Bacillus Subtilis BSM-K02 자외선(UV)/
메나디온(menadione) 내성
Ultraviolet (UV) /
Menadione resistance
4.724.72
33 Bacillus Sbutilis BSM-K03 Bacillus Sbutilis BSM-K03 NTG/
메나디온(menadione) 내성
NTG /
Menadione resistance
4.324.32
44 Bacillus subtilis BSM-K04 Bacillus subtilis BSM-K04 NTG/
메나디온(menadione) 내성
NTG /
Menadione resistance
4.064.06
55 Bacillus subtilis BSM-K05 Bacillus subtilis BSM-K05 NTG/
메나디온(menadione) 내성
NTG /
Menadione resistance
4.004.00

실시예Example 2: 비타민 K2인 메나퀴논-7 고생산을 위한  2: for the production of menaquinone-7 high in vitamin K2 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSMBSM -K02 돌연변이 균주의 배양 조건 최적화Optimization of culture conditions of -K02 mutant strains

상기 실시예 1-4에서 최종 선발한 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 이용하여, 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7을 고생산하고자, 최적화된 배지 조성 및 배양 온도 등의 조건을 확립하였다. 상세하게는, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02의 배지 최적화를 위하여, 우선 탄소원(carbon source)을 선정한 후 유기질소원(organic nitrogen source), 무기질소원(inorganic nitrogen source)의 공급원인 황산암모늄(ammonium sulfate, (NH4)2SO4), 칼륨(potassium, K)과 인(phosphorus, P)의 공급원인 제1인산칼륨(potassium phosphate, monobasic; K2HPO4), 마그네슘(magnesium, Mg)의 공급원인 황산마그네슘(magnesium sulfate, MgSO4)의 조성비를 최적화하였으며, 최적의 배양 온도를 선정하였다. 구체적으로 하기와 같이 실험을 수행하였다. Using the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain finally selected in Example 1-4, conditions such as optimized medium composition and incubation temperature were established in order to highly produce vitamin K2, namely menaquinone-7. Specifically, in order to optimize the medium of Bacillus subtilis BSM-K02, a carbon source is firstly selected and an organic nitrogen source, an ammonium sulfate source (ammonium sulfate, (NH 4 ) 2 SO 4 ), a source of potassium, monobasic (K 2 HPO 4 ), and magnesium (Mg) which are sources of potassium, potassium and phosphorus The composition ratio of magnesium sulfate (MgSO 4 ) was optimized and the optimal culture temperature was selected. Specifically, experiments were conducted as follows.

실시예Example 2-1: 비타민 K2인 메나퀴논-7  2-1: Menaquinone-7, a vitamin K2 생성능이Productive 우수한  Excellent 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한  For BSM-K02 mutant strain culture 탄소원의Carbonic 선별 Selection

바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 이용하여, 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7의 고생산을 위한 배양 배지 조성을 최적화하고자, 우선 탄소원(carbon source)을 선정하였다.In order to optimize the culture medium composition for the high production of vitamin K2, namely menaquinone-7, using a Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain, a carbon source was firstly selected.

구체적으로 탄소원 선정을 위하여, 탄소원으로서 포도당(glucose), 슈크로스(sucrose), 프락토스(fructose), 및 글리세린(glycerine) 각각을 플라스크 배지(0.2% 황산마그네슘(MgSO4), 2% 효모 추출물, 1% 황산암모늄((NH4)2SO4), 0.25% 제1인산칼륨(K2HPO4), 0.04% 염화칼슘(calcium chloride, CaCl2), 0.035% 황산망간(MnSOH2O), pH 7.0)에 3% 첨가하여 140시간 동안 배양을 수행하면서 상기 균주의 메나퀴논-7 생성 능력을 조사하였다. 이때, 종균은 TGY 배지에서 12시간 동안 성장시킨 후, 상기 플라스크 배양액에 10% 접종하였으며, 종균 및 플라스크 배양은 배양 온도 37℃ 및 교반 속도 140 rpm의 조건에서 수행되었다. Specifically, glucose, sucrose, fructose, and glycerine were added to a flask (0.2% magnesium sulfate (MgSO 4 ), 2% yeast extract, (NH 4 ) 2 SO 4 ), 0.25% potassium phosphate monobasic (K 2 HPO 4 ), 0.04% calcium chloride, CaCl 2 , 0.035% manganese sulfate (MnSO 4 .H 2 O) , pH 7.0), and cultured for 140 hours to examine the ability of the strain to produce menaquinone-7. The seeds were grown in a TGY medium for 12 hours and then inoculated 10% in the flask culture. Cultivation of the seedlings and flasks was carried out at a culturing temperature of 37 ° C and a stirring speed of 140 rpm.

그 결과, 하기 표 2에 나타낸 바와 같이, 슈크로스(sucrose)를 탄소원으로 사용하는 경우가 포도당, 프락토스 및 글리세린과 같은 다른 탄소원을 사용하는 경우에 비하여 메나퀴논-7 생성 능력이 1.2~1.7배 높음을 확인하였으며, 균체 성장 또한 제일 우수함을 확인하였다. 특히, 글리세린(glycerine)을 탄소원으로 사용하는 경우 균체는 거의 성장하지 못하여 메나퀴논-7이 전혀 생산되지 않음을 확인하였다.As a result, as shown in the following Table 2, when sucrose was used as a carbon source, menaquinone-7-producing ability was 1.2 to 1.7 times higher than that when other carbon sources such as glucose, fructose and glycerin were used And cell growth was also the best. In particular, when glycerine was used as a carbon source, the cells were hardly grown and thus menaquinone-7 was not produced at all.

상기의 결과를 바탕으로, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한 탄소원으로 슈크로스를 선정하였다.Based on the above results, sucrose was selected as a carbon source for Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain cultivation.

탄소원 종류에 따른 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 메나퀴논-7 생산 결과Production results of menaquinone-7 of BSM-K02 mutant strain of Bacillus subtilis according to the type of carbon source 탄소원Carbon source ODOD 660660 메나퀴논-7 농도Menaquinone-7 concentration
(㎎/ℓ)(Mg / l)
포도당(glucose) Glucose 3.23.2 3.313.31 슈크로스(sucrose)*Sucrose * 5.45.4 4.034.03 프락토스(fructose)Fructose 2.72.7 2.362.36 글리세린(glycerin)Glycerin 1.11.1 0.000.00

실시예Example 2-2: 비타민 K2인 메나퀴논-7  2-2: Menaquinone-7, a vitamin K2 생성능이Productive 우수한  Excellent 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한 유기질소원의 배지 내 함유량 선정 Selection of content of organic matter in medium for BSM-K02 mutant strain culture

상기 실시예 2-1의 결과를 바탕으로 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한 배지의 탄소원으로 슈크로스를 선정하였으며, 상기 배양 배지 내 유기질소원의 함유량을 선정하기 위하여, 상기 선정한 탄소원 슈크로스 대비 유기질소원인 효모 추출물의 조성비를 조사하였다. 이때 배양 방법은 상기 실시예 2-1의 배양 방법과 동일하게 수행하였으며, 단, 배지 조성시, 효모 추출물의 농도를 탄소원인 슈크로스 대비 0.01(농도 0.03%)~1(농도 3%)의 비율로 조절하여 변화시켰다. Based on the results of Example 2-1, sucrose was selected as a carbon source for the culture of a mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02. In order to select the content of organic nitrogen in the culture medium, The composition ratio of the yeast extract, which is the organic matter of the cross, was examined. At this time, the culturing was performed in the same manner as in the culturing method of Example 2-1, except that the concentration of the yeast extract was changed from 0.01 (concentration 0.03%) to 1 (concentration 3%) .

그 결과, 하기 표 3에 나타낸 바와 같이, 탄소원인 슈크로스 대비 유기질소원인 효모 추출물의 조성비가 0.50(농도 1.5%)일 때까지, 균체 농도(OD660 값)는 유기질소원인 효모 추출물의 조성비가 증가할수록 증가함을 확인하였다. 또한, 탄소원인 슈크로스 대비 유기질소원인 효모 추출물의 조성비가 0.50 이상인 경우에는 균체 농도(OD660 값)가 일정함을 확인하였다.As a result, as shown in the following Table 3, the cell concentration (OD 660 value) until the composition ratio of the yeast extract as an organic substance to the sucrose as a carbon source was 0.50 (concentration 1.5%), the composition ratio of yeast extract And the number of In addition, it was confirmed that the cell concentration (OD 660 value) was constant when the composition ratio of the yeast extract as an organic substance compared to sucrose as a carbon source was 0.50 or more.

한편, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주로부터 생산된 메나퀴논-7의 농도는, 탄소원인 슈크로스 대비 유기질소원인 효모 추출물의 조성비가 0.3(농도 1%)일 때, 최대치인 4.06 ppm을 나타내었으나, 탄소원인 슈크로스 대비 유기질소원인 효모 추출물의 조성비가 증가할수록 메나퀴논-7의 생산 농도가 현저히 감소함을 확인하였다.On the other hand, the concentration of menaquinone-7 produced from the mutant Bacillus subtilis BSM-K02 showed a maximum value of 4.06 ppm when the composition ratio of the yeast extract as an organic substance, which is a carbon source, was 0.3 (concentration 1%) However, the production of menaquinone - 7 was significantly decreased as the composition ratio of yeast extract, which is an organic substance, was increased compared to sucrose, a carbon source.

상기 결과를 바탕으로, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한 배지 내 유기질소원의 최적의 함유량은, 탄소원인 슈크로스 대비 유기질소원인 효모 추출물의 조성비가 1:0.3(농도 1.00%)인 것을 최적의 비율로 결정하였다.Based on the above results, it was found that the optimum content of the organic matter in the medium for culturing the mutant strains of Bacillus subtilis BSM-K02 was 1: 0.3 (concentration: 1.00%) of the yeast extract, Was determined at an optimum ratio.

탄소원인 슈크로스 대비 유기질소원인 효모 추출물의 조성비에 따른 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 성장 정도 및 메나퀴논-7 생산 결과The degree of growth of Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain and the production of menaquinone-7 according to the composition ratio of yeast extract, 탄소원Carbon source 대비 효모추출물 조성비(농도, %) Contrast yeast extract composition ratio (concentration,%) ODOD 660660 메나퀴논-7 농도(㎎/ℓ)Menaquinone-7 concentration (mg / l) 0.01(0.03%)0.01 (0.03%) 0.30.3 1.321.32 0.10(0.30%)0.10 (0.30%) 3.23.2 3.033.03 0.30(1.00%)*0.30 (1.00%) * 5.55.5 4.064.06 0.50(1.50%)0.50 (1.50%) 7.07.0 3.933.93 0.70(2.10%)0.70 (2.10%) 7.37.3 1.321.32 1.00(3.00%)1.00 (3.00%) 7.47.4 0.800.80

실시예Example 2-3: 비타민 K2인 메나퀴논-7  2-3: Menaquinone-7, a vitamin K2 생성능이Productive 우수한  Excellent 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한 무기질소원의 배지 내 함유량 선정 Selection of the content of inorganic nutrients in the medium for BSM-K02 mutant strain culture

상기 실시예 2-1의 결과를 바탕으로 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한 배지의 탄소원으로 슈크로스를 선정하였으며, 상기 배양 배지 내 무기질소원의 함유량을 선정하기 위하여, 상기 선정한 탄소원 슈크로스 대비 무기질소원인 황산암모늄, 칼륨과 인의 공급원인 제1인산칼륨 및 마그네슘 공급원인 황산마그네슘의 조성비를 조사하였다. 상세하게는, 무기질소원인 황산암모늄의 농도는 탄소원인 슈크로스 대비 0.000(농도 0.00%)~0.500(농도 1.50%)의 비율로, 제1인산칼륨의 농도는 탄소원인 슈크로스 대비 0.000(농도 0.00%)~0.100(농도 0.30%)의 비율로, 황산마그네슘의 농도는 탄소원인 슈크로스 대비 0.000(농도 0.00%)~0.080(농도 0.25%)의 비율로 조절하여 변화시켰으며, 상기 각각의 무기염류 변화가 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7 생산에 미치는 영향을 조사하였다. 이때 플라스크 배양 방법은 상기 실시예 2-1의 배양 방법과 동일하게 수행하였으며, 단, 배지 조성시, 탄소원으로 3% 슈크로스와 유기질소원인 효모 추출물(효모 엑기스) 1%를 첨가하였다. Based on the results of Example 2-1, sucrose was selected as the carbon source of the culture medium for the mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02. In order to select the content of the inorganic nitrogen source in the culture medium, The composition ratio of potassium sulfate, magnesium sulfate, potassium phosphate, and magnesium sulfate, which are the inorganic nitrogen source, ammonium sulfate, potassium and phosphorus, were investigated. Specifically, the concentration of ammonium sulfate as an inorganic mineral is 0.000 (concentration 0.00%) to 0.500 (concentration 1.50%) as compared to sucrose as a carbon source. The concentration of potassium monophosphate is 0.000 (concentration 0.00 The concentration of magnesium sulfate was adjusted by adjusting the ratio of 0.000 (concentration 0.00%) to 0.080 (concentration 0.25%) as compared with sucrose, which is a carbon source, at a ratio of 0.100 to 0.100 The effects of the changes on the production of vitamin K2, namely menaquinone-7, were investigated. At this time, the flask culture method was the same as the culture method of Example 2-1, except that 3% sucrose and 1% yeast extract (yeast extract), which is an organic substance, were added as a carbon source.

그 결과, 하기 표 4에 나타낸 바와 같이, 무기질소원으로서 황산암모늄의 경우, 탄소원인 슈크로스 대비 황산암모늄의 조성비가 0.500(농도 1.50%)일 때, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주에서 생산된 상대적 메나퀴논-7의 생산(%)이 현저히 감소함을 확인하였으며, 균체 농도(OD660 값) 또한 감소함을 확인하였다.As a result, as shown in the following Table 4, in the case of ammonium sulfate as an inorganic nitrogen source, when the composition ratio of ammonium sulfate relative to sucrose as a carbon source was 0.500 (concentration: 1.50%), the Bacillus subtilis strain BSM-K02 It was confirmed that the production (%) of relative mennquinone-7 was remarkably decreased, and the cell concentration (OD 660 value) was also decreased.

무기질소원으로서 제1인산칼륨에 의한 상대적 메나퀴논-7의 생산(%)은 탄소원인 슈크로스 대비 제1인산칼륨의 조성비가 0.016(농도 0.05%)일 때부터, 상대적 메나퀴논-7의 생산(%)이 증가됨을 확인하였으며, 탄소원인 슈크로스 대비 제1인산칼륨의 조성비가 0.050(농도 0.15%)일 때, 상대적 메나퀴논-7의 생산(%) 최대값을 나타냄을 확인하였다. 또한, 탄소원인 슈크로스 대비 제1인산칼륨의 조성비가 0.050 이상으로 증가할수록 감소함을 확인하였으나, 균체 성장(OD660 값)에는 제1인산칼륨의 영향이 없음을 확인하였다. The production (%) of the relative menaquinone-7 by potassium monophosphate as the mineral source was from 0.016 (0.05% concentration) to the potassium phosphate monoxide relative to sucrose as the carbon source, %), And it was confirmed that the maximum (%) production of relative menaquinone-7 was obtained when the composition ratio of potassium monophosphate to sucrose as a carbon source was 0.050 (concentration 0.15%). It was also confirmed that the composition ratio of potassium monophosphate to sucrose as the carbon source was decreased as the composition ratio was increased to 0.050 or more. However, it was confirmed that no effect of potassium monophosphate was observed on the cell growth (OD 660 value).

한편, 무기질소원으로서 황산마그네슘에 의한 상대적 메나퀴논-7의 생산(%)은 탄소원인 슈크로스 대비 황산마그네슘의 조성비가 0.016(농도 0.05%)일 때 최대치를 나타내었으며, 균체 농도(OD660 값) 또한 탄소원인 슈크로스 대비 황산마그네슘의 조성비가 0.016(농도 0.05%)일 때 최대치를 나타냄을 확인하였다. 그러나, 황산마그네슘에 의한 상대적 메나퀴논-7의 생산(%)은 영향을 받지 않는 것으로 확인되었다.On the other hand, the production (%) of the menaquinone-7 relative to magnesium sulfate as a mineral source showed a maximum value when the composition ratio of magnesium sulfate was 0.016 (concentration: 0.05%) versus sucrose as a carbon source, and the cell concentration (OD 660 value) In addition, it was confirmed that the composition ratio of magnesium sulfate relative to sucrose, which is a carbon source, was the maximum when the composition ratio was 0.016 (concentration 0.05%). However, it was confirmed that the production (%) of the relative menaquinone-7 by magnesium sulfate was not affected.

상기 결과를 바탕으로, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한 배지 내 무기질소원의 최적의 함유량은, 탄소원인 슈크로스 대비 무기질소원인 황산암모늄의 조성비가 1:0.060(농도 0.20%), 탄소원인 슈크로스 대비 무기질소원인 제1인산칼륨의 조성비가 1:0.050(농도 0.15%), 탄소원인 슈크로스 대비 무기질소원인 황산마그네슘의 조성비가 1:0.016(농도 0.05%)인 것을 각각 최적의 비율로 결정하였다.Based on the above results, it was found that the optimal content of inorganic nitrogen in the culture medium for culturing the mutant strains of Bacillus subtilis BSM-K02 was 1: 0.060 (concentration: 0.20%), the composition ratio of ammonium sulfate as inorganic nitrogen source to sucrose as a carbon source, The composition ratio of potassium phosphate monobasic as a carbon source to sucrose was 1: 0.050 (concentration: 0.15%), and the composition ratio of magnesium sulfate as a mineral source to sucrose as a carbon source was 1: 0.016 (concentration: 0.05%). .

탄소원인 슈크로스 대비 무기질소원인 황산암모늄, 제1인산칼륨, 황산마그네슘의 조성비에 따른 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 성장 정도 및 메나퀴논-7 생산 결과The growth of Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain and the production of menaquinone-7 according to the composition ratio of ammonium sulfate, potassium phosphate monobasic, and magnesium sulfate compared to sucrose as a carbon source 무기염류Inorganic salts 탄소원Carbon source 대비 조성비 Composition ratio
( ( 농도,%density,% ))
ODOD 660660 상대적 메나퀴논-7 생산Relative menaquinone-7 production
(%)(%)


황산암모늄
((NH4)2SO4)



Ammonium sulfate
((NH 4) 2 SO 4 )

0.000(0.00%)0.000 (0.00%) 3.43.4 9595
0.060(0.20%)0.060 (0.20%) 5.65.6 100100 0.160(0.50%)0.160 (0.50%) 5.65.6 9797 0.330(1.00%)0.330 (1.00%) 4.24.2 9494 0.500(1.50%)0.500 (1.50%) 3.63.6 8080


제1인산칼륨
(K2HPO4)





Potassium monophosphate
(K 2 HPO 4 )


0.000(0.00%)0.000 (0.00%) 3.43.4 2121
0.006(0.02%)0.006 (0.02%) 3.73.7 2828 0.016(0.05%)0.016 (0.05%) 4.14.1 8888 0.033(0.10%)0.033 (0.10%) 4.74.7 9090 0.050(0.15%)*0.050 (0.15%) * 4.94.9 100100 0.080(0.25%)0.080 (0.25%) 4.94.9 7474 0.100(0.30%)0.100 (0.30%) 4.14.1 5050

황산마그네슘
(MgSO4)




Magnesium sulfate
(MgSO 4)


0.000(0.00%)0.000 (0.00%) 4.44.4 9898
0.016(0.05%)0.016 (0.05%) 4.84.8 100100 0.030(0.10%)0.030 (0.10%) 4.24.2 9797 0.050(0.15%)0.050 (0.15%) 4.24.2 9696 0.060(0.20%)0.060 (0.20%) 3.93.9 9696 0.080(0.25%)0.080 (0.25%) 3.83.8 9898

실시예Example 2-4: 최적화한  2-4: Optimized 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSMBSM -K02 돌연변이 균주의 배양 배지를 이용한 메나퀴논-7의 고생산High production of menaquinone-7 using culture medium of -K02 mutant strain

상기 실시예 2-1 내지 실시예 2-3의 결과를 바탕으로, 탄소원으로 3%의 슈크로스가, 유기질소원으로 1%의 효모 추출물이, 무기질소원으로 0.2%의 황산암모늄, 0.15%의 제1인산칼륨 및 0.05%의 황산마그네슘이 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양을 위한 최적의 배지 내에 포함되는 것으로 결정하였다.Based on the results of Examples 2-1 to 2-3, 3% sucrose as a carbon source, 1% yeast extract as an organic substance, 0.2% ammonium sulfate as an inorganic substance, 0.15% Potassium monophosphate and 0.05% magnesium sulfate were determined to be contained in the optimal medium for Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain cultivation.

이에, 상기 최적화한 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 배양 배지를 사용함에 따라, 상기 균주로부터 비타민 K2, 즉 메나퀴온-7을 고생산 할 수 있는지 확인하기 위하여, 상기 일련의 결과를 통해 결정한 상기 최적화 배지와 종래 기존 배지를 이용하여 신균주 바실러스 서브틸리스 BSM-K02로부터 생산된 비타민 K2, 즉 메나퀴온-7의 생산 정도를 플라스크 배양을 통해 비교하였다. 이때, 배양 조건은 상기 실시예 2-1의 배양 방법과 동일하게 수행하였으며, 최적화 배지는 배양 배지 내에 3%의 슈크로스, 1%의 효모 추출물, 0.2%의 황산암모늄, 0.15%의 제1인산칼륨, 0.05%의 황산마그네슘, 0.04%의 염화칼슘, 및 0.035%의 황산망간이 포함되도록 제조하였다. 한편, 기존 배지는 배양 배지 내에 3%의 포도당, 2%의 효모 추출물, 1%의 황산암모늄, 0.25%의 제1인산칼륨, 0.04%의 염화칼슘, 및 0.035%의 황산망간이 포함되도록 제조하였다.Thus, in order to confirm whether or not vitamin K2, that is, menaquion-7, can be highly produced from the above-mentioned culture medium using the optimized culture medium of the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain, The production of vitamin K2, namely menaquion-7, produced from the new strain Bacillus subtilis BSM-K02 was compared using the above-mentioned optimized medium and conventional conventional medium through flask culture. At this time, the culturing conditions were the same as in the culturing method of Example 2-1, and the optimized medium contained 3% sucrose, 1% yeast extract, 0.2% ammonium sulfate, 0.15% Potassium, 0.05% magnesium sulfate, 0.04% calcium chloride, and 0.035% manganese sulfate. On the other hand, the existing medium was prepared so as to contain 3% glucose, 2% yeast extract, 1% ammonium sulfate, 0.25% potassium phosphate monobasic, 0.04% calcium chloride, and 0.035% manganese sulfate in the culture medium.

그 결과, 하기 표 5에 나타낸 바와 같이, 최적 배지를 이용한 경우, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주로부터의 메나퀴논-7 생산은 46% 증가함을 확인하였으며, 균체당 메나퀴논-7의 생성 능력인 비산출율(specific yield)은 12% 증가함을 확인하였다. 이는 기존 배지에서 모균주, 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주의 메나퀴논-7 생산에 비하여 메나퀴논-7 농도가 91% 증가된 결과임을 확인하였다. As a result, as shown in Table 5 below, when the optimum medium was used, it was confirmed that the production of menaquinone-7 from the mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02 was increased by 46%, and the production of manacquinone-7 The specific yield of ability was increased by 12%. It was confirmed that the menaquinone-7 concentration was 91% higher than that of the parent strain Bacillus subtilis BSM-Control in the existing medium.

기존 배지와 최적 배지를 이용한, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주로부터의 메나퀴논-7 생산 비교 결과Comparison of production of menaquinone-7 from Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strains using conventional medium and optimal medium 기존 배지 Existing badge 최적 배지 Optimal medium 균체 농도Cell density
(g/ℓ)(g / l)
메나퀴논-7 농도Menaquinone-7 concentration
(㎎/ℓ)(Mg / l)
비산출율Non-yield rate
(Specific yield)(Specific yield)
[메나퀴논-7(MK-7)(㎎)[Menaquinone-7 (MK-7) (mg)
/균체(cell)(g)]/ Cell (g)]
균체 농도Cell density
(g/ℓ)(g / l)
메나퀴논-7 농도Menaquinone-7 concentration
(㎎/ℓ)(Mg / l)
비산출율Non-yield rate
(Specific yield)(Specific yield)
[메나퀴논-7(MK-7)(㎎)[Menaquinone-7 (MK-7) (mg)
/균체(cell)(g)]/ Cell (g)]
1.001.00 4.084.08 4.084.08 1.301.30 5.985.98 4.604.60

실시예Example 2-5: 비타민 K2인 메나퀴논-7 고생산을 위한  2-5: Vitamin K2 for menaquinone-7 production 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSM-K02 돌연변이 균주의 배양 pH 조건 선정 Selection of culturing pH condition of BSM-K02 mutant strain

상기 실시예 2-4의 최적화한 배지를 근거로, 배양 배지 내 탄소원인 슈크로스를 10%로 증가시키고, 이에 따라 유기질소원 및 무기질소원으로서 효모 추출물, 황산암모늄, 제1인산칼륨, 및 황산마그네슘의 조성비가 각각 탄소원인 슈크로스 대비 1:0.3(농도 1.00%), 1:0.060(농도 0.20%), 1:0.050(농도 0.15%), 및 1:0.016(농도 0.05%) 비율이 되도록 조절하여 최적 배지를 제조하였다. 상기 제조한 배지를 이용하여 신규한 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 5ℓ 발효조에서 배양하였다.On the basis of the optimized medium of Example 2-4, sucrose, which is a carbon source in the culture medium, was increased to 10%, and thus, yeast extract, ammonium sulfate, potassium phosphate monobasic, and magnesium sulfate Was adjusted to be 1: 0.3 (concentration: 1.00%), 1: 0.060 (concentration: 0.20%), 1: 0.050 (concentration: 0.15%), and 1: 0.016 Optimal medium was prepared. Using the prepared culture medium, a new strain of Bacillus subtilis BSM-K02 was cultured in a 5 L fermenter.

이때, pH 조절에 따른 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 메나퀴논-7 생산 정도를 조사하기 위해, 배양 중에 pH를 조절하지 않거나, 5N 가성소다(NaOH)를 이용하여 pH 6.8로 조절하여, pH 6.8로 조절한 경우와 조절하지 않은 경우에 대하여 메나퀴논-7 생산 정도를 조사하였다.In order to investigate the degree of production of menaquinone-7 in Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain by pH control, the pH was not adjusted during the culture or adjusted to pH 6.8 with 5N sodium hydroxide (NaOH) The production of menaquinone-7 was examined for the case of pH 6.8 and the case of not.

한편, 배양 중에 pH를 조절하지 않는 경우, 초기 pH는 6.4였으며, 배양이 진행될수록 pH가 감소하기 시작하여 pH 5.5 ~6.0으로 pH 값이 감소함을 확인하였다. 이후, 균체가 용해(lysis) 됨에 따라 pH가 서서히 상승하였으며, pH를 6.8로 조절하게 되는 경우 균체의 용해 속도가 증가하여 메나퀴논-7의 생성이 감소하는 것으로 나타났다.On the other hand, when the pH was not controlled during the culture, the initial pH was 6.4, and as the culture progressed, the pH began to decrease and the pH value decreased to 5.5 ~ 6.0. Thereafter, the pH gradually increased as the cells lysed, and when the pH was adjusted to 6.8, the dissolution rate of the cells increased and the production of menaquinone-7 decreased.

구체적으로, pH 6.8로 조절한 경우와, 조절하지 않은 경우, 즉 배양을 진행하는 동안 변화하는 pH에 대하여 가성소다(NaOH) 처리 없이 pH 변화를 그대로 놓아 둔 경우에 대하여 메나퀴논-7 생산 정도를 조사하기 위해 사용한 최적화 배지는 배양 배지 내에 10%의 슈크로스, 3%의 효모 추출물, 0.6%의 황산암모늄, 0.5%의 제1인산칼륨, 0.15%의 황산마그네슘, 0.04%의 염화칼슘, 및 0.035%의 황산망간이 포함되도록 제조하였다. 한편, 배양 발효조건은 배양 온도 37℃, 통기 속도 0.5 vvm 이었으며, 교반 속도는 600 rpm 이였다. 종균은 TGY 배지에서 배양 온도 37℃ 및 교반 속도 140 rpm의 조건하에서 16시간 동안 성장시킨 후, 상기 5ℓ 발효조의 최적화 배지에 4% 접종하여 실험을 수행하였다.Specifically, when the pH was changed to pH 6.8, or when the pH was not adjusted, that is, during the incubation, pH was changed without treatment with caustic soda (NaOH), the degree of menaquinone-7 production The optimized medium used for the investigation was 10% sucrose, 3% yeast extract, 0.6% ammonium sulfate, 0.5% potassium phosphate monobasic, 0.15% magnesium sulfate, 0.04% calcium chloride, and 0.035% Of manganese sulfate. On the other hand, the culture fermentation conditions were a culture temperature of 37 ° C, aeration rate of 0.5 vvm, and a stirring speed of 600 rpm. The seeds were grown in a TGY medium at a culture temperature of 37 ° C and a stirring rate of 140 rpm for 16 hours and then subjected to 4% inoculation on the optimized medium of the 5-liter fermenter.

pH 6.8로 조절한 경우와 조절하지 않은 경우에 대하여 메나퀴논-7 생산 정도를 조사해 본 결과, 하기 표 6에 나타낸 바와 같이, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 이용하여 메나퀴논-7을 생산하는 경우, 배양 중 pH를 조절하지 않는 경우가 pH 6.8로 조절한 경우에 비하여 발효시간이 3배 단축됨을 확인하였다. 또한, 메나퀴논-7 생산은 균체의 용해(lysis) 속도가 느려져 1.7배 증대되었으며, 이에 따라 생산성은 시간(hr)당 메나퀴논-7(MK-7)이 0.5 ㎎/ℓ(0.5 ㎎ MK-7/ℓ/hr)로 5배가 증가한 것을 확인하였다. 즉, pH를 조절하지 않은 경우, 배양 24시간 후 최종 균체 농도는 5.23 g/ℓ 이였으며, 최대 메나퀴논-7 농도는 11.27 ㎎/ℓ 이였다. As shown in Table 6 below, the production of menaquinone-7 was measured using a mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02 as a result of examination of the degree of production of menaquinone-7 with and without pH 6.8. , The fermentation time was reduced by 3 times as compared with the case where the pH was not adjusted during the cultivation at pH 6.8. In addition, the production of menaquinone-7 was increased 1.7 times by slowing the lysis rate of the cells. Thus, the productivity was 0.5 mg / L (0.5 mg / L) of menaquinone-7 (MK- 7 / l / hr). Namely, when the pH was not controlled, the final cell concentration was 5.23 g / l after 24 hours of culture, and the maximum menaquinone-7 concentration was 11.27 mg / l.

그러나, 균체당 메나퀴논-7의 생성 능력인 비산출율(specific yield)은 pH를 조절하지 않는 경우가 pH 6.8로 조절한 경우에 비하여 1.2배 감소한 2.3 ㎎ MK-7/g-cell 이였다. 이는, pH를 조절하지 않은 경우, 최대 메나퀴논-7을 생산하는 시점에 균체 농도가 5.23 g/ℓ로, pH 조절에 의한 최대 메나퀴논-7을 생산하는 시점의 균체 농도인 2.36 g/ℓ 에 비하여 2.2배 증가하였기 때문이다. However, the specific yield, which is the ability to produce menaquinone-7 per cell, was 2.3 mg MK-7 / g-cell, which was 1.2 times less than pH 6.8 when the pH was not regulated. When the pH was not adjusted, the cell concentration was 5.23 g / l at the time of maximum menaquinone-7 production, and the cell concentration at the time of maximum menaquinone-7 production by pH adjustment was 2.36 g / Compared with the previous year.

즉, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 이용하여 메나퀴논-7 발효를 진행할 시, 배양 10시간 이후에는 균체가 용해(lysis) 되기 시작하여 균체 농도가 감소하게 되며, 이러한 용해(lysis) 속도는 pH를 조절하는 경우가 pH를 조절하지 않는 경우에 비하여 빠르게 진행되어 배양 24시간째 균체 농도는 pH를 조절하지 않은 경우에 비하여 2배 정도 감소하게 됨을 알 수 있었다. 이로 인하여 pH를 조절하게 되는 경우, 메나퀴논-7의 생산 속도도 느려지게 되고, 농도도 낮아지게 됨을 알 수 있었다.That is, when menaquinone-7 fermentation is carried out using a mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02, after 10 hours of incubation, the cells start to lyse and the cell concentration decreases, and the lysis rate Showed that the pH was rapidly increased as compared with the case where the pH was not regulated, and the cell concentration was decreased by about 2 times as compared with the case where the pH was not regulated at 24 hours. As a result, when the pH was controlled, the production rate of menaquinone-7 was slowed down, and the concentration was also lowered.

따라서, 상기 결과를 바탕으로, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양 시, 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7 고생산을 위해서는 pH 조절 없이 배양하는 것이 최적의 배양 조건임을 알 수 있었다.Based on the above results, it was found that culturing without Bacillus subtilis BSM-K02 mutagenesis without pH control for optimal production of vitamin K2, namely menaquinone-7, was the optimal culture condition.

발효 배양 중 pH 조절에 따른 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 메나퀴논-7 생산 결과Results of menaquinone-7 production of Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain by pH control during fermentation pH 조절(pH 6.8)pH adjustment (pH 6.8) pH 조절하지 않음No pH control 발효시간(시간, hr)Fermentation time (hr, hr) 7272 2424 최대 균체 농도(g/ℓ)Maximum cell density (g / l) 16.116.1 12.312.3 최종 균체 농도(g/ℓ)Final cell concentration (g / l) 2.362.36 5.235.23 최대 메나퀴논-7 농도(㎎/ℓ)The maximum menaquinone-7 concentration (mg / l) 6.936.93 11.9711.97 비산출율(Specific yield)
[메나퀴논-7(MK-7)(㎎)/균체(cell)(g)]
Specific yield
[Menaquinone-7 (MK-7) (mg) / cell (g)]
2.92.9 2.32.3
시간(hr)당 메나퀴논-7 생산성
[메나퀴논-7(MK-7)(mg)/ℓ]
Menaquinone-7 productivity per hour (hr)
[Menaquinone-7 (MK-7) (mg) / l]
0.10.1 0.50.5

실시예Example 2-6: 비타민 K2인 메나퀴논-7 고생산을 위한  2-6: For the production of menaquinone-7 high in vitamin K2 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSM-K02 돌연변이 균주의 배양 온도 조건 선정 Selection of culture temperature condition of BSM-K02 mutant strain

상기 실시예 2-5에서 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 배양 시, pH를 조절하지 않는 것이 최적의 배양 조건임을 확인하였다. It was confirmed that, when culturing the BSM-K02 mutant strain of Bacillus subtilis in Example 2-5, the pH was not regulated under optimal culture conditions.

이에, 배양 온도 조절에 따른 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 메나퀴논-7 생산 정도를 조사하기 위해, 5ℓ 발효조에서 상기 균주 배양 시, pH 조절 없이, 37℃, 40℃, 43℃, 및 45℃의 온도 조건만 변화를 주고, 상기 온도 변화에 따른 신규한 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 메나퀴논-7 생산 정도를 조사하였다. 이때, 배지 조성, 배양 및 종균 조건은 상기 실시예 2-5와 동일하게 수행하였다. In order to investigate the degree of production of menaquinone-7 by Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain according to the regulation of the culture temperature, in the 5 L fermenter, 37, 45, 45 ° C, and the degree of menaquinone-7 production of the mutant BSM-K02 strain of Bacillus subtilis BSM-K02 was examined according to the temperature change. At this time, the medium composition, culture, and seedling conditions were performed in the same manner as in Example 2-5.

그 결과, 하기 표 7에 나타낸 바와 같이, 배양 온도 변화에 따른 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 메나퀴논-7 생산은 배양 온도 증가에 따라 증가함을 확인하였으며, 배양 온도가 43℃일 때 최대치인 18.9 ㎎/ℓ를 나타냄을 확인하였다. 또한, 균체당 메나퀴논-7의 생성 능력인 비산출율(specific yield) 및 생산성도 상기 43℃의 온도 조건에서 최대치를 나타내었으며, 구체적으로 균체당 메나퀴논-7의 생성 능력인 비산출율(specific yield)은 3.6 ㎎ MK-7/g-cell 이였으며, 생산성은 시간(hr)당 메나퀴논-7(MK-7)이 0.79 ㎎/ℓ(0.79 ㎎ MK-7/ℓ/hr) 임을 확인하였다. 이를 통해, 기존 37℃의 배양 온도 조건에 비하여 균체당 메나퀴논-7의 생성 능력인 비산출율(specific yield) 및 생산성이 1.6배 증가한 것을 알 수 있었다. As a result, as shown in the following Table 7, it was confirmed that the production of menaquinone-7 in the mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02 with the change of the culture temperature increased with increasing the culture temperature. When the culture temperature was 43 ° C And the maximum value was 18.9 mg / l. In addition, the specific yield and productivity, which are the ability to produce menaquinone-7 per cell, also showed maximum values at the temperature of 43 ° C, and specifically, the rate of production of menaquinone-7 per cell specific yield was 3.6 ㎎ MK-7 / g-cell and the productivity was 0.79 ㎎ MK-7 / ℓ / hr for menaquinone-7 (MK-7) Respectively. As a result, the specific yield and productivity of the production of menaquinone-7 per cell were 1.6 times higher than those of the conventional culture temperature of 37 ° C.

따라서, 상기 결과를 바탕으로, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양 시, 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7 고생산을 위해서는 pH 조절 없이, 43℃의 온도 조건에서 배양하는 것이 최적의 배양 조건임을 알 수 있었다.Based on the above results, it was found that culturing under the temperature condition of 43 ° C without pH control for optimal production of vitamin K2, that is, menaquinone-7 when cultivated with a mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02, Could know.

배양 온도 변화에 따른 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 메나퀴논-7 생산 결과Results of menaquinone-7 production of Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain at different culture temperatures 37℃37 40℃40 ℃ 43℃*43 ° C * 45℃45 ° C 발효시간(시간, hr)Fermentation time (hr, hr) 2424 2424 2424 2424 최대 균체농도(g/ℓ)Maximum cell density (g / l) 12.312.3 13.213.2 13.113.1 10.910.9 최종 균체농도(g/ℓ)Final cell concentration (g / l) 5.235.23 5.235.23 5.235.23 3.303.30 최대 메나퀴논-7 농도(㎎/ℓ)The maximum menaquinone-7 concentration (mg / l) 11.9711.97 13.8113.81 18.9018.90 9.679.67 비산출율(Specific yield)
[메나퀴논-7(MK-7)(㎎)/균체(cell)(g)]
Specific yield
[Menaquinone-7 (MK-7) (mg) / cell (g)]
2.32.3 2.62.6 3.63.6 2.92.9
시간(hr)당 메나퀴논-7 생산성
[메나퀴논-7(MK-7)(mg)/ℓ]
Menaquinone-7 productivity per hour (hr)
[Menaquinone-7 (MK-7) (mg) / l]
0.500.50 0.570.57 0.790.79 0.400.40

실시예Example 2-7: 최적화한  2-7: Optimized 바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis BSMBSM -K02 돌연변이 균주의 배양 조건에서의 메나퀴논-7의 생산Production of menaquinone-7 under culture conditions of -K02 mutant strain

상기 실시예 2-6에서 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양 시, 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7 고생산을 위해서는 pH 조절 없이, 43℃의 온도 조건에서 배양하는 것이 최적의 배양 조건임을 확인하였다. 이에, 상기 실시예 2-6에서 구축한 최적의 배양 조건하에서 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주의 메나퀴논-7 생산 정도를 조사하고자 하였다. In the case of the mutant strain of Bacillus subtilis BSM-K02 in Example 2-6, it was confirmed that culturing under the temperature condition of 43 ° C without pH control for optimal production of vitamin K2, namely menaquinone-7, Respectively. Thus, to investigate the production of menaquinone-7 in Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strains under the optimum culture conditions established in Example 2-6.

구체적으로, 5ℓ 발효조에서 상기 신규한 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주 배양 시, pH 조절 없이, 초기 37℃의 온도 조건에서 6시간 동안 배양한 후, 6시간째 배양 온도 조건을 43℃로 변화(shift)시켰으며, 이에 따른 상기 균주의 메나퀴논-7 생산 정도를 조사하였다. 이때, 대조군으로는 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주를 사용하였으며, 배지 조성, 배양 및 종균 조건은 상기 실시예 2-6과 동일하게 수행하였다. Specifically, when the new Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain was cultured in a 5 L fermenter, the culture was incubated for 6 hours at an initial temperature of 37 ° C without pH control, and then the culture temperature condition at 6 hours was changed to 43 ° C and the degree of menaquinone-7 production of the strain was investigated. As a control, Bacillus subtilis BSM-Control strains were used as the parent strains. The culture conditions, culture conditions, and seed conditions were the same as in Example 2-6.

그 결과, 하기 도 4에 나타낸 바와 같이, 최적의 배양 조건 하에서, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주는 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주와 비슷한 메나퀴논-7 발효 형태를 보임을 확인하였다. 그러나, 메나퀴논-7 생산 능력은 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주가 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주와 비교하여 2배 이상 증가되었으며, 발효 배양 24시간 후, 21.8 ㎎/ℓ의 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7을 생산함을 확인하였다. 이는, 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주의 메나퀴논-7의 발효 농도인 11.4 ㎎/ℓ에 비하여 1.9배 증가하였음을 알 수 있었다. As a result, as shown in Fig. 4, under the optimal culture conditions, the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain showed a menaquinone-7 fermentation form similar to the parent strain Bacillus subtilis BSM-Control strain Respectively. However, the production capacity of menaquinone-7 was more than two times higher than that of Bacillus subtilis BSM-Control strain, which is a parent strain of Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain. After 24 hours of fermentation, 21.8 mg / Vitamin K2, i.e., menaquinone-7. This was 1.9 times higher than the fermentation concentration of menaquinone-7 of the parent strain Bacillus subtilis BSM-Control, 11.4 mg / l.

최적의 배양 조건 하에서, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주와 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주의 메나퀴논-7 생산 비교 결과Comparison of the production of menaquinone-7 from the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain and the parent strain Bacillus subtilis BSM-Control strain under optimal culture conditions 바실러스 서브틸리스 BSM-K02Bacillus Subtilis BSM-K02
(돌연변이 균주)(Mutant strain)
바실러스Bacillus 서브틸리스Subtilis
BSMBSM -Control-Control
(( 모균주Parent strain ))
발효시간(시간)Fermentation time (hours) 2424 2424 최대 균체농도(g/ℓ)Maximum cell density (g / l) 14.014.0 15.115.1 최종 균체농도(g/ℓ)Final cell concentration (g / l) 5.85.8 5.15.1 최대 메나퀴논-7 농도(㎎/ℓ)The maximum menaquinone-7 concentration (mg / l) 21.821.8 11.411.4 비산출율(Specific yield)
[메나퀴논-7(MK-7)(㎎)/균체(cell)(g)]
Specific yield
[Menaquinone-7 (MK-7) (mg) / cell (g)]
3.83.8 2.22.2
시간(hr)당 메나퀴논-7 생산성
[메나퀴논-7(MK-7)(mg)/ℓ]
Menaquinone-7 productivity per hour (hr)
[Menaquinone-7 (MK-7) (mg) / l]
0.910.91 0.480.48

이러한 결과는, 상기 표 8에 나타낸 바와 같이, 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주가 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주에 비하여 균체당 메나퀴논-7의 생성 능력인 비산출율(specific yield)은 1.7배 증가하고, 생산성은 1.9배 증가하였음을 알 수 있었다.These results are shown in Table 8. As shown in Table 8, when the BSM-K02 mutant strain of Bacillus subtilis BSM-Control strain having the parent strain Bacillus subtilis BSM- yield increased 1.7 times and productivity increased 1.9 times.

상기 결과를 통해, 최적화된 배양 조건에서 바실러스 서브틸리스 BSM-K02 돌연변이 균주를 이용하여 비타민 K2, 즉 메나퀴논-7을 생산할 시, 모균주인 바실러스 서브틸리스 BSM-Control 균주에 비하여 메나퀴논-7 생산성을 1.9배 이상 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 메나퀴논-7 생산에 관한 종래 기술에 비하여 유기질소원의 농도 또한 3배~8배 절감할 수 있어 메나퀴논-7을 생산하는 데 있어 경제적 비용을 감소시킬 수 있다. As a result, the production of vitamin K2, i.e., menaquinone-7 using the Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain under optimized culture conditions, was lower than that of the parent strain Bacillus subtilis BSM- 7 productivity can be increased by more than 1.9 times, and the concentration of organic matter can be reduced by 3 to 8 times as compared with the conventional art relating to the production of menaquinone-7, which is economical in producing menaquinone-7 .

기탁기관명 : 한국생명공학연구원Institution name: Korea Biotechnology Research Institute

수탁번호 : KCTC13028BPAccession number: KCTC13028BP

수탁일자 : 20160525Checked on: 20160525

Claims (8)

메나퀴논-7(MK-7) 생성능을 가지는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP).
Menaquinone -7 (MK-7) having a producing ability of Bacillus subtilis (Bacillus subtillis) BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP).
바실러스 서브틸리스(Bacillus subtillis) BSM-K02 돌연변이 균주(KCTC13028BP)를 배양하는 것을 포함하는 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법.
A method for mass production of menaquinone-7 (MK-7) comprising culturing a Bacillus subtilis BSM-K02 mutant strain (KCTC13028BP).
제2항에 있어서, 상기 균주는 탄소원, 유기질소원 및 무기질소원이 포함된 배지에서 배양되는 것인 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법.
The method of mass-producing menaquinone-7 (MK-7) according to claim 2, wherein the strain is cultured in a medium containing a carbon source, an organic nitrogen source and an inorganic nitrogen source.
제3항에 있어서, 상기 탄소원은 슈크로스(sucrose)인 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법.
The method for mass-producing menaquinone-7 (MK-7) according to claim 3, wherein the carbon source is sucrose.
제3항에 있어서, 상기 유기질소원은 효모 추출물인 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법.
The method of mass production of menaquinone-7 (MK-7) according to claim 3, wherein the organic substance is a yeast extract.
제3항에 있어서, 무기질소원은 황산암모늄(ammonium sulfate, (NH4)2SO4), 제1인산칼륨(potassium phosphate, monobasic; K2HPO4) 및 황산마그네슘(magnesium sulfate, MgSO4)인 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법.
The method according to claim 3, wherein the inorganic substance is selected from the group consisting of ammonium sulfate (NH 4 ) 2 SO 4 , potassium phosphate monobasic (K 2 HPO 4 ), and magnesium sulfate (MgSO 4 ) Method for mass production of menaquinone-7 (MK-7).
제3항에 있어서, 상기 배지는 탄소원인 슈크로스와 유기질소원인 효모 추출물이 1 : 0.1 내지 0.5 중량비로 함유되고, 탄소원인 슈크로스와 무기질소원인 황산암모늄((NH4)2SO4)이 1 : 0.06 내지 0.33 중량비로 함유되고, 탄소원인 슈크로스와 무기질소원인 제1인산칼륨(K2HPO4)이 1 : 0.016 내지 0.050 중량비로 함유되고, 탄소원인 슈크로스와 무기질소원인 황산마그네슘(MgSO4)이 1 : 0.016 내지 0.080 중량비로 함유되는 것인 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법.
The culture medium according to claim 3, wherein the medium comprises sucrose, which is a carbon source, and yeast extract, which is an organic substance, in a ratio of 1: 0.1 to 0.5, and sucrose as a carbon source and ammonium sulfate ((NH 4 ) 2 SO 4 ) 1: 0.06 to 0.33 weight ratio, sucrose which is a carbon source and potassium monophosphate (K 2 HPO 4 ) which is an inorganic mineral are contained in a ratio of 1: 0.016 to 0.050 by weight, and sucrose which is a carbon source and magnesium sulfate MgSO 4 ) is contained at a weight ratio of 1: 0.016 to 0.080. The mass production method of menaquinone-7 (MK-7)
제3항에 있어서, 상기 배양은 배양이 진행되는 동안 pH 조절 없이 39 내지 44℃에서 수행되는 것인 메나퀴논-7(MK-7)의 대량 생산 방법.
4. The method according to claim 3, wherein the culturing is carried out without pH adjustment during culturing (MK-7) is carried out at a temperature ranging from 39 to 44 ° C.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110157749A (en) * 2019-06-06 2019-08-23 江南大学 Using the method for bacillus subtilis group response regulator control system synthesis MK-7
KR20210052324A (en) * 2019-10-30 2021-05-10 주식회사 지에프퍼멘텍 Novel Bacillus subtilis natto Isolated from Korean Traditional Soy Bean Paste with High Productivity for High Purity Trans Type Menaquinone-7 and the Use Thereof
CN113736815A (en) * 2021-09-06 2021-12-03 江南大学 Method for improving yield of heptaene menadione by strengthening functional membrane microdomains of bacillus subtilis
CN118147238A (en) * 2024-03-25 2024-06-07 浙江摩达生物科技有限公司 Bacillus fermentation product and lysate, and preparation method and application thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102173340B1 (en) * 2018-12-27 2020-11-03 동진파마 주식회사 High efficiency purification method for Menaquinone-7 recovery from fermentation media

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4849354A (en) * 1985-05-20 1989-07-18 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd Process for producing menaquinone-4
KR101196338B1 (en) 2010-06-16 2012-11-01 무주군약초영농조합법인 Bacillus amyloliquefaciens having high productivity of vitamin K2

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4849354A (en) * 1985-05-20 1989-07-18 Kyowa Hakko Kogyo Co., Ltd Process for producing menaquinone-4
KR101196338B1 (en) 2010-06-16 2012-11-01 무주군약초영농조합법인 Bacillus amyloliquefaciens having high productivity of vitamin K2

Non-Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. Puri. et.al., Songklanakarin. J. Sci. Technol., 37(3): 283-289, 2015
Aydin Berenjian et.al., Appl. Biochem. Biotech., 172(3): 1347-1357, 2014
Braz. Arch. Biol. Technol. 2014, vol. 57, no. 4, pp. 606-612, *
Cranenburg E.C.M. et.al., J. Vasc. Res., 45(5): 427-436, 2008
Journal of industrial microbiology and biotechnology. 2001, Vol. 26, pp. 115-120. *
MD Collins et.al., Micobiol. Mol. Bio. Rev., 45(2): 316-354, 1981
MJ Shearer, British J. Haemaltol., 75(2): 156-162, 1990
Rowland B. et.al., Gene, 167(1-2):105-109, 1995
Sarah L. Booth et.al., J. Nutr., 128(5): 785-788, 1998
Sato T. et.al., J. Biosci. Bioeng., 91(1): 16-20, 2001
T Sato. et.al., J. Biosci. Bioeng., 91(1): 16-20, 2001
T Sato. et.al., J. Ind. Microbiol. Biotech., 26(3): 115-120, 2001
Y Koshihara et.al., J. Endocrinol., 176(3): 339-348, 2003
Y. Tsukamoto. et.al., Biosci. Biotechnol. Biochem., 65(9): 2007-2015, 2001

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110157749A (en) * 2019-06-06 2019-08-23 江南大学 Using the method for bacillus subtilis group response regulator control system synthesis MK-7
KR20210052324A (en) * 2019-10-30 2021-05-10 주식회사 지에프퍼멘텍 Novel Bacillus subtilis natto Isolated from Korean Traditional Soy Bean Paste with High Productivity for High Purity Trans Type Menaquinone-7 and the Use Thereof
CN113736815A (en) * 2021-09-06 2021-12-03 江南大学 Method for improving yield of heptaene menadione by strengthening functional membrane microdomains of bacillus subtilis
CN118147238A (en) * 2024-03-25 2024-06-07 浙江摩达生物科技有限公司 Bacillus fermentation product and lysate, and preparation method and application thereof

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