KR20200002183A - A Novel Enzyme for Production of D-threonine, and A Method for Preparing D-threonine Using The Same - Google Patents

A Novel Enzyme for Production of D-threonine, and A Method for Preparing D-threonine Using The Same Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a novel D-threonine production enzyme. The present invention provides a D-threonine production enzyme comprising an amino acid sequence having sequence number 1 separated from Alcaligenes microorganisms or an amino acid sequence having 90% or more of homology with the sequence number 1; and a gene coding the same. The D-threonine production enzyme of the present invention can produce D-threonine at a high yield while being environmentally friendly compared to existing enzymes.

Description

신규 D-트레오닌 생산 효소 및 이를 이용한 D-트레오닌의 생산 방법{A Novel Enzyme for Production of D-threonine, and A Method for Preparing D-threonine Using The Same}A Novel Enzyme for Production of D-threonine, and A Method for Preparing D-threonine Using The Same}

본 발명은 신규한 D-트레오닌 생산 효소에 관한 것이다.The present invention relates to a novel D-threonine producing enzyme.

자연계에 존재하는 아미노산들은 대부분 광학활성을 나타내는 알파탄소를 가지고 있으며 입체특이성에 따라 L-아미노산과 D-아미노산으로 나뉜다. 자연계에 존재하는 대부분의 단백질은 L-아미노산으로 구성되어 있으나, 예외적으로 미생물의 펩티도글리칸이나 펩티드계 항생물질의 구성성분 및 고등식물의 생리활성물질의 구성성분 등은 D-아미노산으로 구성되어 있다.Most amino acids in nature have alpha carbon which shows optical activity and are divided into L-amino acid and D-amino acid according to stereospecificity. Most proteins in nature are composed of L-amino acids, except for microorganisms such as peptidoglycan and peptide antibiotics, and bioactive substances of higher plants. have.

현재까지의 연구에 의하면, 상기와 같은 D-아미노산 중에서도 D-트레오닌은 신경전달물질, 백신, 합성감미료, 항생제 및 호르몬 등의 생리활성물질을 합성하는 중간물질 또는 전구체로서 식품과 의약분야에서 널리 이용되고 있으며, 이에 D-트레오닌을 생산하는 방법들이 개발되어 왔다.According to the research to date, among the above D-amino acids, D-threonine is widely used in food and pharmaceutical fields as an intermediate or precursor for synthesizing bioactive substances such as neurotransmitters, vaccines, synthetic sweeteners, antibiotics and hormones. Therefore, methods for producing D-threonine have been developed.

D-트레오닌을 생산하는 방법은 크게 화학적 합성법과 효소나 미생물을 이용하는 생물학적 합성법으로 나눌 수 있다. 화학적 합성법에 의한 아미노산의 생산은 D- 또는 L-아미노산이 혼합된 상태(racemic mixture)로 생성물이 얻어지기 때문에, 순수한 D-트레오닌을 얻기 위해서는 또 다른 복잡한 광학적 순수화 과정을 거쳐야 하는 어려움이 있다. 뿐만 아니라, 상기와 같은 화학적 합성 방법은 그 과정에서 발생하는 부산물들로 인해 심각한 환경오염이 유발되는 문제도 있다. 그에 비해, 생물학적인 합성 방법은 광학적으로 순수한 D-트레오닌만을 한 단계로 직접 생산할 수 있기 때문에, 환경오염의 문제점을 가지고 있는 다단계의 화학적 합성법을 대체할 수 있는 저공해 청정생산기술로서 주목 받고 있다.Methods of producing D-threonine can be broadly divided into chemical synthesis and biological synthesis using enzymes or microorganisms. Since the production of amino acids by chemical synthesis method results in a racemic mixture of D- or L-amino acids, it is difficult to undergo another complicated optical purification process to obtain pure D-threonine. In addition, the chemical synthesis method as described above has a problem that serious environmental pollution is caused by the by-products generated in the process. On the other hand, biological synthesis method can directly produce only optically pure D-threonine in one step, attracting attention as a low pollution clean production technology that can replace the multi-step chemical synthesis method that has the problem of environmental pollution.

상기와 같은 생물학적 합성 방법에는 관련 효소의 개발이 필수적이나, 종래 알려진 D-트레오닌 생산 효소의 경우에는 그 활성 및 생산량이 매우 적어서, 산업적으로 이용하기에는 불충분한 문제점이 있다.Development of related enzymes is essential for such a biological synthesis method, but in the case of the conventionally known D-threonine producing enzyme, its activity and production amount are very small, which is insufficient for industrial use.

이에, 보다 활성이 우수한 신규의 D-트레오닌 합성 효소에 관한 연구ㅇ개발이 더욱 필요한 실정이다.Accordingly, research and development of novel D-threonine synthase, which is more active, are needed.

본 발명의 목적은 종래에 비해 우수한 효율로 D-트레오닌을 생산할 수 있는 신규의 효소와 이를 이용한 D-트레오닌의 생산 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a novel enzyme capable of producing D-threonine and a method for producing D-threonine using the same, which are superior in efficiency to the prior art.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은 서열번호 1의 아미노산 서열, 또는 서열번호 1과 90% 이상의 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 D-트레오닌 생산 효소를 제공한다.In order to achieve the above object, an aspect of the present invention provides a D-threonine producing enzyme comprising an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, or an amino acid sequence having at least 90% homology with SEQ ID NO: 1.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다른 측면은 상기 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자를 제공한다.In addition, to achieve the above object, the present invention provides a gene encoding the D-threonine producing enzyme.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 또 다른 측면은 상기 유전자가 포함된 재조합 발현벡터 및 상기 발현벡터가 도입된 형질전환체를 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, another aspect of the present invention provides a recombinant expression vector containing the gene and a transformant into which the expression vector is introduced.

또한, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면은 상기 D-트레오닌 생산 효소를 포함하는 상기 D-트레오닌 생산용 조성물, 및 상기 D-트레오닌 생산 효소를 글리신 및 아세트알데히드와 함께 반응시키는 단계를 포함하는 인 비트로(in vitro)에서의 D-트레오닌 생산 방법을 제공한다.In addition, in order to achieve the above object, another aspect of the present invention comprises the step of reacting the composition for producing D-threonine comprising the D-threonine producing enzyme, and the D-threonine producing enzyme with glycine and acetaldehyde It provides a method for producing D-threonine in vitro ( in vitro ) comprising a.

아울러, 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 측면은 상기 형질전환체를 글리신 및 아세트알데히드의 존재 하에서 배양하는 단계를 포함하는 인 비보(in vivo)에서의 D-트레오닌 생산 방법을 제공한다.In addition, to achieve the above object, another aspect of the present invention provides a method for producing D-threonine in vivo comprising the step of culturing the transformant in the presence of glycine and acetaldehyde. .

본 발명의 D-트레오닌 생산 효소는 글리신과 아세트알데히드를 기질로 D-트레오닌으로 전환함에 있어 독성 물질이나 환경오염을 유발하는 부산물이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 특이 활성도(specific activity)가 종래 알려진 효소들에 비하여 현저하게 우수한바, D-트레오닌을 친환경적이면서도 높은 수율로 생산할 수 있는 장점이 있다.The D-threonine producing enzyme of the present invention not only generates toxic substances or by-products causing environmental pollution in converting glycine and acetaldehyde into D-threonine as substrates, but also known enzymes having specific activity. Remarkably superior to the bar, there is an advantage that can be produced in high yield and environmentally friendly D-threonine.

다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급한 효과로 제한되지 아니하며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 하기의 기재로부터 당업자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.However, the effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1은 형질전환체에서 과발현되어 정제 및 분리된 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 SDS-PGAE로 확인한 사진이다.
도 2는 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질에 의한 D-트레오닌 전환 정도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 영향을 미치는 금속 양이온의 종류(A)와 금속 양이온의 농도(B)를 확인한 그래프이다.
도 4는 온도가 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 미치는 영향을 확인한 그래프이다.
도 5는 pH가 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 미치는 영향을 확인한 그래프이다.
도 6은 피리독살-5-인산이 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 미치는 영향을 확인한 그래프이다.
도 7은 기질의 비율이 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질에 의한 D-트레오닌의 생산량에 미치는 영향을 확인한 그래프이다.
1 is a photograph showing a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 overexpressed and purified from a transformant by SDS-PGAE.
Figure 2 is a graph showing the degree of D-threonine conversion by the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
3 is a graph confirming the type (A) and concentration (B) of metal cations affecting the enzymatic activity of a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
4 is a graph confirming the effect of temperature on the enzyme activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
5 is a graph confirming the effect of pH on the enzyme activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
6 is a graph confirming the effect of pyridoxal-5-phosphate on the enzyme activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
7 is a graph confirming the effect of the ratio of the substrate on the production amount of D-threonine by the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

먼저, 본 발명의 명세서에서 이용된 용어를 설명한다.First, the terms used in the specification of the present invention will be described.

본 발명에서 일컫는 'D-트레오닌 생산 효소'는 하기 반응식과 같이 글리신과 아세트알데히드로부터 D-트레오닌을 생산하는 활성을 가진 효소를 의미한다.As used herein, the term " D-threonine producing enzyme " refers to an enzyme having activity of producing D-threonine from glycine and acetaldehyde, as shown in the following scheme.

[반응식][Scheme]

Figure pat00001
Figure pat00001

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

1.  One. 신규 D-트레오닌 생산 효소 및 그 유전자New D-threonine Producing Enzymes and Their Genes

본 발명의 일 측면은 서열번호 1의 아미노산 서열, 또는 서열번호 1과 90% 이상의 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 D-트레오닌 생산 효소를 제공한다.One aspect of the invention provides a D-threonine producing enzyme comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, or an amino acid sequence having 90% or more homology with SEQ ID NO: 1.

또한, 본 발명의 다른 측면은 상기 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 D-트레오닌 생산 효소의 유전자를 제공한다. In addition, another aspect of the present invention provides a gene of the D-threonine producing enzyme encoding the D-threonine producing enzyme.

본 발명의 D-트레오닌 생산 효소는 필로마이크로비움(Filomicrobium) 속 미생물로부터 유래한 것일 수 있고, 특히 필로마이크로비움 마리넘(Filomicrobium marinum)로부터 유래한 것이 바람직하다.The D-threonine producing enzyme of the present invention may be derived from a microorganism of the genus Filomicrobium , and particularly derived from Filomicrobium marinum .

본 발명의 D-트레오닌 생산 효소는 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하고, 상기 D-트레오닌 생산 효소는 단백질의 기능에 영향을 미치지 않는 범위 내에서, 아미노산 잔기의 결실, 삽입, 치환 또는 이들의 조합에 의해서 상이한 서열을 가지는 아미노산의 변이체들, 또는 단편들일 수 있다. 상기 D-트레오닌 생산 효소의 활성을 전체적으로 변경시키지 않는 단백질 및 펩티드 수준에서의 아미노산 교환은 당해 분야에 공지되어 있다. 경우에 따라서는 인산화(phosphorylation), 황화(sulfation), 아크릴화(acrylation), 당화(glycosylation), 메틸화(methylation), 파네실화(farnesylation) 등으로 변형될 수 있다. 따라서 본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하는 단백질과 실질적으로 동일한 아미노산 서열을 갖는 단백질 및 이의 변이체 또는 이의 활성 단편을 포함한다. 상기 실질적으로 동일한 단백질이란 90% 이상, 바람직하게는 93% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 아미노산 서열의 상동성을 갖는 것들을 의미하나 이에 한정되지 않으며, 90% 이상의 아미노산 서열의 상동성을 가지며 동일한 효소 활성을 가진다면 본 발명의 범위에 포함된다.The D-threonine producing enzyme of the present invention comprises the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, wherein the D-threonine producing enzyme does not affect the function of the protein, deletion, insertion, substitution or combination of amino acid residues May be variants, or fragments of amino acids having different sequences. Amino acid exchanges at the protein and peptide levels that do not alter the activity of the D-threonine producing enzyme as a whole are known in the art. In some cases, it may be modified by phosphorylation, sulfation, acrylation, glycosylation, methylation, farnesylation, and the like. Accordingly, the present invention includes a protein having an amino acid sequence substantially identical to a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, and a variant thereof or an active fragment thereof. The substantially identical protein means those having homology of 90% or more, preferably 93% or more, most preferably 95% or more amino acid sequences, but are not limited thereto, and have homology of 90% or more amino acid sequences and the same. If it has enzyme activity, it is included in the scope of the present invention.

상기 D-트레오닌 생산 효소의 유전자는 서열번호 2의 염기 서열로 이루어진 것이 바람직하다. 그러나 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소 및 이의 변이체 또는 이의 활성 단편을 암호화하는 유전자는 암호화 영역으로부터 발현되는 상기 효소 및 이의 변이체 또는 이의 활성 단편의 아미노산 서열을 변화시키지 않는 범위 내에서 암호화 영역에 다양한 변형이 이루어질 수 있고, 암호화 영역을 제외한 부분에서도 유전자의 발현에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 다양한 변이가 이루어질 수 있으며, 이러한 변이 유전자 역시 본 발명의 범위에 포함된다. 따라서 본 발명은 서열번호 2의 유전자와 실질적으로 동일한 염기 서열로 이루어진 유전자 및 상기 유전자의 단편을 포함한다. 상기 실질적으로 동일한 염기서열로 이루어진 유전자란 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상, 가장 바람직하게는 95% 이상의 서열 상동성을 갖는 것들을 의미하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 80% 이상의 서열 상동성을 가지며 암호화된 단백질이 동일한 효소 활성을 가진다면 본 발명에 포함된다. 상기와 같이, 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소의 유전자는 이와 동등한 활성을 갖는 단백질을 암호화하는 한, 하나 이상의 핵산 염기가 치환, 결실, 삽입 또는 이들의 조합에 의해 변이될 수 있으며, 이들 또한 본 발명의 범위에 포함된다. The gene of the D-threonine producing enzyme is preferably composed of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. However, the gene encoding the D-threonine producing enzyme and variants or active fragments thereof of the present invention may be modified in various ways in the coding region within the range that does not change the amino acid sequence of the enzyme and its variants or active fragments expressed from the coding region. This may be made, and various variations may be made within a range that does not affect the expression of the gene even in a portion except the coding region, and such a mutated gene is also included in the scope of the present invention. Therefore, the present invention includes a gene consisting of a base sequence substantially the same as the gene of SEQ ID NO: 2 and fragments of the gene. Genes consisting of the same base sequence means those having sequence homology of at least 80%, preferably at least 90%, most preferably at least 95%, but are not limited thereto, and at least 80% sequence homology. And encoded proteins are included in the present invention if they have the same enzymatic activity. As described above, as long as the gene of the D-threonine producing enzyme of the present invention encodes a protein having equivalent activity, one or more nucleic acid bases may be mutated by substitution, deletion, insertion, or a combination thereof. It is included in the scope of the invention.

상기 D-트레오닌 생산 효소에 포함되는 서열번호 1의 아미노산 서열은 바람직하게는 서열번호 2의 염기 서열로 이루어진 유전자에 의해 암호화되나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 동일 아미노산 서열을 갖는 본 발명의 단백질을 암호화할 수 있는 한, 서열번호 2의 염기 서열과 실질적으로 동일한 다른 염기 서열로 이루어진 유전자에 의해 암호화될 수도 있다. 이러한 염기 서열은 단일 가닥 또는 이중 가닥일 수 있으며, DNA 분자 또는 RNA 분자일 수 있다.The amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 contained in the D-threonine producing enzyme is preferably encoded by a gene consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, but the present invention is not limited thereto, and the protein of the present invention having the same amino acid sequence As long as it can encode, it may be encoded by a gene consisting of another base sequence substantially the same as the base sequence of SEQ ID NO: 2. Such base sequences may be single stranded or double stranded, and may be DNA molecules or RNA molecules.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 본 발명자들은 필로마이크로비움 마리넘(Filomicrobium marinum)에서 유래한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 기능을 규명하기 위하여 상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 분리 및 정제하였고(도 1 참고), 그 활성을 연구한 결과 상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질이 D-트레오닌 생산 효소로서의 활성을 가진다는 것을 확인하였다(표 1 및 도 2 참고).In a preferred embodiment of the present invention, the inventors isolate the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 to identify the function of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 derived from Filomicrobium marinum And purified (see FIG. 1), and the activity thereof was confirmed that the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 has activity as a D-threonine producing enzyme (see Table 1 and FIG. 2).

2.  2. D-트레오닌 생산 효소의 발현 벡터 및 형질전환체Expression Vectors and Transformants of D-Threonine Producing Enzymes

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소의 유전자가 포함된 재조합 발현 벡터 및 상기 발현 벡터가 도입된 형질전환체를 제공한다.Another aspect of the present invention provides a recombinant expression vector comprising the gene of the D-threonine producing enzyme of the present invention and a transformant into which the expression vector is introduced.

본 발명의 재조합 발현 벡터는 상기 D-트레오닌 생산 효소의 유전자를 포함한다.The recombinant expression vector of the present invention contains the gene of the D-threonine producing enzyme.

상기 발현 벡터는 플라스미드 벡터, 코즈미드 벡터, 박테리오파이지 벡터 및 바이러스 벡터 등을 포함하나 이에 한정되지 않는다. The expression vector includes, but is not limited to, plasmid vector, cosmid vector, bacteriophage vector, viral vector, and the like.

상기 재조합 발현 벡터는 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소를 생산하고자하는 숙주 세포의 종류에 따라 프로모터(promoter), 터미네이터(terminator), 엔핸서(enhancer) 등과 같은 발현조절서열, 또는 분비를 위한 서열 등을 적절히 목적에 따라 조합할 수 있다.The recombinant expression vector is an expression control sequence such as a promoter, a terminator, an enhancer, or a sequence for secretion, etc., depending on the type of host cell to produce the D-threonine producing enzyme of the present invention. Can be combined as appropriate for the purpose.

상기 발현 벡터는 벡터가 도입된 숙주 세포를 선택하기 위한 선택 마커를 추가로 포함할 수 있고, 복제 가능한 발현 벡터인 경우 복제 기원을 포함할 수 있다. The expression vector may further comprise a selection marker for selecting a host cell into which the vector has been introduced, and in the case of a replicable expression vector, may comprise a replication origin.

또한, 상기 재조합 발현 벡터는 발현 단백질의 정제를 용이하게 하기 위한 서열을 포함할 수 있으며, 구체적으로 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자에 작동 가능하도록 분리정제용 태그를 암호화하는 유전자가 연결될 수 있다. 이때, 상기 분리정제용 태그는 GST, poly-Arg, FLAG, 히스티딘-태그(His-tag) 및 c-myc 등이 단독으로 사용되거나 이들 중 두 개 이상을 순차적으로 연결하여 사용할 수도 있다.In addition, the recombinant expression vector may include a sequence for facilitating purification of the expression protein, specifically, the gene encoding the separation and purification tag to be operable to the gene encoding the D-threonine production enzyme of the present invention Can be connected. In this case, the separation and purification tag may be used alone, or GST, poly-Arg, FLAG, histidine-tag (His-tag) and c-myc, or two or more of them may be sequentially connected.

상기 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자는 제한효소 절단위치를 통해 클로닝될 수 있으며, 상기 벡터에 단백질 절단효소 인식부위를 암호화하는 유전자가 사용된 경우에는 상기 D-트레오닌 생산 효소의 유전자와 틀이 맞도록(in frame) 연결되어, 상기 효소를 수득한 후 단백질 절단 효소로 절단 시, 원래 형태의 D-트레오닌 생산 효소가 생산될 수 있도록 할 수 있다.The gene encoding the D-threonine producing enzyme can be cloned through a restriction enzyme cleavage site. When a gene encoding a protein cleavage site is used in the vector, the gene encoding the D-threonine producing enzyme is different from the gene of the D-threonine producing enzyme. Linked in frame, the enzyme can be obtained and then cleaved with protein cleavage enzymes so that the original form of the D-threonine producing enzyme can be produced.

본 발명의 구체적인 실시예에서는, 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소 유전자를 플라스미드 벡터인 pET28a(+)에 삽입함으로써 재조합 클로닝 벡터를 제조하였다. 상기의 클로닝 벡터의 제조에 이용된 pET28a(+) 이외에도 다양한 원핵세포용 벡터 또는 진핵세포용(pPIC 및 pPICZ 등) 벡터가 알려져 있으므로 발현의 목적에 따라 상기 벡터 이외의 다양한 발현 벡터를 이용할 수 있다.In a specific embodiment of the present invention, a recombinant cloning vector was prepared by inserting the D-threonine producing enzyme gene of the present invention into pET28a (+), a plasmid vector. In addition to pET28a (+) used in the preparation of the cloning vector, various prokaryotic vectors or eukaryotic vectors (such as pPIC and pPICZ) are known, and thus, various expression vectors other than the vector may be used depending on the purpose of expression.

본 발명의 상기 재조합 발현 벡터는 D-트레오닌 생산 효소 유전자가 포함되어 있어 이를 생산할 수 있는 벡터로서 유용하게 이용될 수 있다.The recombinant expression vector of the present invention contains a D-threonine production enzyme gene can be usefully used as a vector capable of producing it.

또한, 본 발명의 형질전환체에는 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터가 도입된다.The transformant of the present invention also incorporates a recombinant expression vector comprising a gene encoding a D-threonine producing enzyme.

본 발명에 따른 상기 재조합 발현 벡터를 발현 목적에 따라 박테리아, 효모, 대장균, 진균류, 식물 세포 및 동물 세포로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나의 적절한 숙주 세포에 형질 전환시킴으로써 형질전환체를 제조할 수 있다. 예컨대, 상기 숙주 세포는 대장균(E. coli BL21(DE3), DH5α등) 또는 효모 세포 (Saccharomyces 속, Pichia 속 등) 등 일 수 있다. 이때, 숙주 세포의 종류에 따라 적절한 배양 방법 및 배지 조건 등은 당해 분야의 공지 기술로부터 당업자가 용이하게 선택할 수 있다. A transformant may be prepared by transforming the recombinant expression vector according to the present invention into any one suitable host cell selected from the group consisting of bacteria, yeast, Escherichia coli, fungi, plant cells and animal cells according to expression purposes. . For example, the host cell may be Escherichia coli ( E. coli BL21 (DE3), DH5α, etc.) or yeast cells ( Saccharomyces , Pichia , etc.) and the like. In this case, appropriate culture methods, media conditions and the like can be easily selected by those skilled in the art according to the type of host cell.

본 발명의 형질전환체의 제조를 위한 재조합 발현 벡터의 도입 방법은 공지의 기술, 즉 열 충격법, 전기충격법 등을 사용할 수 있다.As a method of introducing a recombinant expression vector for producing a transformant of the present invention, a known technique, that is, a heat shock method, an electric shock method, or the like may be used.

본 발명의 구체적인 실시예에서, 대장균을 숙주 세포로 하여 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터를 대장균에 형질 전환시켜 형질전환체를 제조하였다.In a specific embodiment of the present invention, a transformant was prepared by transforming Escherichia coli with a recombinant expression vector comprising a gene encoding the D-threonine producing enzyme of the present invention, as E. coli as a host cell.

상기 형질전환체로부터 발현된 단백질은 D-트레오닌 생산 효소는 효소 활성을 가지는 신규한 서열의 단백질이므로, 상기 형질전환체를 대량 배양하여 상기 유전자를 발현시킴으로써 상기 D-트레오닌 생산 효소의 대량생산을 용이하게 할 수 있다. Since the protein expressed from the transformant is a protein of a novel sequence having D-threonine producing enzyme, the enzyme activity, mass production of the D-threonine producing enzyme is facilitated by culturing the transformant in large quantities and expressing the gene. It can be done.

3.  3. D-트레오닌 생산 효소의 생산 방법Production method of D-threonine producing enzyme

아울러, 본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터가 도입된 형질전환체를 이용하여 D-트레오닌 생산 효소를 생산하는 방법을 제공한다.In addition, another aspect of the present invention provides a method for producing a D-threonine producing enzyme using a transformant introduced with a recombinant expression vector comprising a gene encoding the D-threonine producing enzyme of the present invention.

본 발명의 D-트레오닌 생산 효소 생산 방법은 1) 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자를 포함하는 재조합 발현 벡터가 도입된 형질전환체를 배양하는 단계; 2) 상기 단계 1)에서 배양된 형질전환체에서 상기 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자의 발현을 유도하는 단계; 및 3) 상기 단계 2)에서 D-트레오닌 생산 효소 유전자의 발현이 유도된 형질전환체의 배양물로부터 D-트레오닌 생산 효소를 분리하는 단계;를 포함한다. D-threonine production enzyme production method of the present invention comprises the steps of: 1) culturing a transformant introduced with a recombinant expression vector comprising a gene encoding the D-threonine production enzyme of the present invention; 2) inducing expression of a gene encoding the D-threonine producing enzyme in the transformant cultured in step 1); And 3) separating the D-threonine producing enzyme from the culture of the transformant in which the expression of the D-threonine producing enzyme gene is induced in step 2).

상기 단계 1)의 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자의 N-말단에는 분리정제용 태그를 암호화하는 유전자 또는 단백질 절단효소 절단위치가 추가로 연결될 수 있고, 이로 인해 재조합 D-트레오닌 생산 효소의 정제 또는 원래 형태의 D-트레오닌 생산 효소의 수득이 가능할 수 있다.The N-terminus of the gene encoding the D-threonine producing enzyme of step 1) may be further linked to a gene or protein cleavage cleavage site encoding the tag for separation and purification, thereby purifying recombinant D-threonine producing enzyme. Alternatively, it may be possible to obtain D-threonine producing enzyme in its original form.

상기 단계 1)의 형질전환체의 배양은 공지된 방법에 따라서 수행될 수 있고, 배양 온도, 배양 시간 및 배지의 pH 등의 조건은 적절하게 조절될 수 있다. 또한, 배양 방법에는 회분식 배양(batch culture), 연속식 배양(continuous culture) 및 유가식 배양(fed-batch culture)이 포함될 수 있다. 사용되는 배양 배지는 특정한 균주의 요구 조건을 적절하게 충족시켜야 한다. Cultivation of the transformant of step 1) may be performed according to a known method, and conditions such as culture temperature, incubation time and pH of the medium may be appropriately adjusted. In addition, the culture method may include batch culture, continuous culture and fed-batch culture. The culture medium used should suitably meet the requirements of the particular strain.

상기 단계 3)의 상기 배양에 의해 생성된 배양물로부터 D-트레오닌 생산 효소의 분리는 원심분리, 여과 등 당해 분야에서 통상적으로 수행되는 방법을 실시할 수 있다. 또한, 상기 방법으로 분리된 D-트레오닌 생산 효소는 통상의 방식으로 정제될 수 있으며, 예를 들어, 염석(예를 들어 황산암모늄 침전, 인산나트륨 침전), 용매 침전(아세톤, 에탄올 등을 이용한 단백질 분획 침전), 투석, 겔 여과, 이온 교환, 역상 칼럼 크로마토그래피와 같은 크로마토그래피 및 한외여과 등의 기법을 단독 또는 조합하여 본 발명의 효소를 정제할 수 있다.Separation of the D-threonine producing enzyme from the culture produced by the culture of step 3) can be carried out a method commonly performed in the art, such as centrifugation, filtration. In addition, the D-threonine producing enzyme isolated by the above method can be purified in a conventional manner, for example, salting out (eg ammonium sulfate precipitation, sodium phosphate precipitation), solvent precipitation (acetone, protein using ethanol and the like) The enzyme of the present invention can be purified alone or in combination with techniques such as fractional precipitation), dialysis, gel filtration, ion exchange, chromatography such as reversed phase column chromatography, and ultrafiltration.

본 발명이 구체적인 실시예에서는 상기와 같이 정제된 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질이 D-트레오닌 생산 효소의 활성을 나타냄을 확인하였다(도 2 참고). 상기와 같은 결과로부터, 본 발명의 생산 방법에 따라 D-트레오닌 생산 효소의 대량 생산이 가능함을 알 수 있다.In a specific embodiment of the present invention it was confirmed that the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 purified as described above shows the activity of D-threonine producing enzyme (see Fig. 2). From the above results, it can be seen that the mass production of D-threonine producing enzyme according to the production method of the present invention is possible.

4.  4. D-트레오닌의 생산 방법 및 D-트레오닌 생산용 조성물Production method of D-threonine and composition for production of D-threonine

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소를 이용하여 글리신 및 아세트알데히드로부터 D-트레오닌을 인 비트로(in vitro)에서 생산하는 방법 및 인 비트로(in vitro)에서 D-트레오닌의 생산에 이용되는 D-트레오닌 생산용 조성물을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for producing D-threonine from glycine and acetaldehyde in vitro using the D-threonine producing enzyme of the present invention and the production of D-threonine in vitro . It provides a composition for producing D-threonine to be used in.

본 발명의 D-트레오닌 생산용 조성물은 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소를 포함한다.The composition for producing D-threonine of the present invention comprises the D-threonine producing enzyme of the present invention.

또한, 본 발명의 D-트레오닌의 인 비트로(in vitro) 생산 방법은 1) 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소를 글리신 및 아세트알데히드와 반응시키는 단계; 및 2) 상기 단계 1)에서의 반응 결과 생성된 반응 생성물로부터 D-트레오닌을 회수하는 단계를 포함한다.In addition, the in vitro production method of D-threonine of the present invention comprises the steps of 1) reacting the D-threonine producing enzyme of the present invention with glycine and acetaldehyde; And 2) recovering D-threonine from the reaction product resulting from the reaction in step 1).

상기 D-트레오닌의 생산 방법 및 D-트레오닌 생산용 조성물은 인 비트로(in vitro)에서 본 발명의 D-트레오닌 생산 효소의 효소 활성을 이용하는 것이므로, 상기 D-트레오닌 생산 효소를 이용하여 그 기질인 글리신 및 아세트알데히드로부터 D-트레오닌을 생산하는 것이다.Since the method for producing D-threonine and the composition for producing D-threonine utilize the enzymatic activity of the D-threonine producing enzyme of the present invention in vitro , glycine, the substrate thereof, using the D-threonine producing enzyme And from acetaldehyde to produce D-threonine.

상기 단계 1)의 반응은 20℃ 내지 55℃의 온도 범위, 바람직하게는 22℃ 내지 45℃의 온도 범위, 더욱 바람직하게는 25℃ 내지 40℃의 온도에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 또한, 상기 단계 1)의 반응은 7 내지 10의 pH 범위, 바람직하게는 8 내지 9.5의 pH 범위, 더욱 바람직하게는 8.5 내지 9의 pH에서 수행될 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.The reaction of step 1) may be performed at a temperature range of 20 ° C to 55 ° C, preferably at a temperature range of 22 ° C to 45 ° C, more preferably at a temperature of 25 ° C to 40 ° C, but is not limited thereto. In addition, the reaction of step 1) may be performed at a pH range of 7 to 10, preferably at a pH range of 8 to 9.5, more preferably at a pH of 8.5 to 9, but is not limited thereto.

또한, 상기 단계 1)의 반응에는 상기 D-트레오닌 생산 효소의 활성을 향상시키기 위해 상기 D-트레오닌 생산 효소와 함께 금속 양이온이 함께 포함될 수 있다. 상기 금속 양이온은 2가 금속 양이온일 수 있고, 상기 2가 금속 양이온은 망간 양이온 또는 마그네슘 양이온 등일 수 있고, 망간 양이온인 것이 바람직하다.In addition, the reaction of step 1) may include a metal cation together with the D-threonine producing enzyme to improve the activity of the D-threonine producing enzyme. The metal cation may be a divalent metal cation, the divalent metal cation may be a manganese cation or a magnesium cation, and is preferably a manganese cation.

또한, 상기 단계 1)의 반응에는 상기 D-트레오닌 생산 효소의 활성을 향상시키기 위해 상기 D-트레오닌 생산 효소와 함께 피리독살-5-인산이 더 포함될 수 있다. In addition, the reaction of step 1) may further include pyridoxal-5-phosphate together with the D-threonine producing enzyme to enhance the activity of the D-threonine producing enzyme.

상기 단계 1)의 반응에서, 상기 글리신 및 아세트알데히드는 외부에서 주입되는 것이 바람직하고, 상기 글리신 및 아세트알데히드는 목적하는 D-트레오닌의 양에 맞추어 충분한 양이 주입되어야 한다. 이때 상기 글리신과 아세트알데히드는 0.5:1 내지 30:1의 비율, 바람직하게는 1:1 내지 20:1의 비율, 더욱 바람직하게는 2.5:1 내지 12.5;1의 비율로 공급될 수 있다. 또한, 상기 글리신 및 아세트알데히드의 주입은 연속적으로 수행될 수 있다. 특히 상기 글리신 및 아세트알데히드가 연속적으로 주입되는 경우, 상기 D-트레오닌 생산 효소에 의하여 D-트레오닌을 지속적으로 생산할 수 있다.In the reaction of step 1), the glycine and acetaldehyde are preferably injected externally, and the glycine and acetaldehyde should be injected in a sufficient amount in accordance with the desired amount of D-threonine. The glycine and acetaldehyde may be supplied in a ratio of 0.5: 1 to 30: 1, preferably in a ratio of 1: 1 to 20: 1, and more preferably in a ratio of 2.5: 1 to 12.5; 1. In addition, the injection of glycine and acetaldehyde may be performed continuously. In particular, when the glycine and acetaldehyde are continuously injected, D-threonine can be continuously produced by the D-threonine producing enzyme.

본 발명의 구체적인 실시예에서는 상기와 같은 D-트레오닌 생산 효소에 의하여 글리신 및 아세트알데히드로부터 D-트레오닌이 생산됨을 확인하였고(도 2 참조), 이러한 D-트레오닌 생산 효소의 효소 활성이, 망간 양이온의 첨가에 의해, 35℃에 가까운 온도에서 반응을 수행할수록, 8.5~9.0에 가까운 pH에서 반응을 수행할수록, 피리독살-5-인산이 첨가될수록, 그리고 글리신과 아세트알데히드가 10:1의 비율로 첨가될수록 더욱 향상됨을 확인하였다(도 3 내지 도 7 참고).In a specific embodiment of the present invention, it was confirmed that D-threonine is produced from glycine and acetaldehyde by the D-threonine producing enzyme as described above (see FIG. 2). By addition, the reaction is carried out at a temperature close to 35 ° C., the reaction is performed at a pH close to 8.5-9.0, the pyridoxal-5-phosphate is added, and glycine and acetaldehyde are added at a ratio of 10: 1. It was confirmed that the more improved (see FIGS. 3 to 7).

본 발명의 또 다른 측면은 본 발명의 형질전환체를 이용하여 D-트레오닌을 인 비보(in vivo)에서 생산하는 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention provides a method for producing D-threonine in vivo using the transformant of the present invention.

또한, 본 발명의 D-트레오닌의 인 비보(in vivo) 생산 방법은 1) 상기 형질전환체를 글리신 및 아세트알데히드가 공급되는 환경 하에서 배양하는 단계; 및 2) 상기 단계 1)에서의 배양물로부터 D-트레오닌을 회수하는 단계;를 포함한다.In addition, the in vivo production method of D-threonine of the present invention comprises the steps of 1) culturing the transformant under an environment in which glycine and acetaldehyde are supplied; And 2) recovering D-threonine from the culture in step 1).

상기 글리신 및 아세트알데히드가 공급되는 환경은 외부에서 인위적으로 글리신 및 아세트알데히드를 공급해 주거나 배양에 이용되는 배지 내에 글리신 및 아세트알데히드를 첨가하여 함께 공급해 주는 것일 수도 있고, 상기 글리신 및 아세트알데히드가 생산되는 환경을 제공해 주는 것일 수도 있다. 상기 글리신 및 아세트알데히드가 생산되는 환경은 상기 글리신 및 아세트알데히드의 생산에 관여하는 적어도 하나의 효소를 암호화하는 유전자들을 함께 형질전환시킴으로써 제공될 수 있다.The environment in which the glycine and acetaldehyde is supplied may be one that supplies glycine and acetaldehyde artificially from the outside or adds glycine and acetaldehyde to the medium used for culture, and the environment in which the glycine and acetaldehyde is produced. It may be to provide a. The environment in which the glycine and acetaldehyde are produced may be provided by transforming genes encoding at least one enzyme involved in the production of glycine and acetaldehyde.

상기와 같은 형질전환체의 배양은 본 기술 분야에 알려진 적당한 배지와 배양 조건에 따라 이루어질 수 있다. 통상의 기술자라면 선택되는 형질전환체의 숙주세포의 종류에 따라 배지 및 배양조건을 용이하게 조정하여 사용할 수 있다. 배양 방법은 회분식, 연속식, 유가식, 또는 이들의 조합 배양을 포함할 수 있다.Cultivation of such a transformant can be made according to suitable media and culture conditions known in the art. Those skilled in the art can easily use the medium and culture conditions according to the type of host cell of the transformant to be selected. Culture methods can include batch, continuous, fed-batch, or combination cultures thereof.

상기 배지는 다양한 탄소원, 질소원 및 미량원소 성분을 포함할 수 있다.The medium may comprise various carbon sources, nitrogen sources and trace element components.

상기 탄소원은, 예를 들면, 포도당, 자당, 유당, 과당, 말토오스, 전분, 셀룰로오스와 같은 탄수화물, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 코코넛유와 같은 지방, 팔미트산, 스테아린산, 리놀레산과 같은 지방산, 글리세롤 및 에탄올과 같은 알코올, 아세트산과 같은 유기산, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 배양은 글루코스를 탄소원으로 하여 수행될 수 있다. 상기 질소원은, 펩톤, 효모 추출물, 육즙, 맥아 추출물, 옥수수 침지액(CSL), 및 대두밀과 같은 유기 질소원 및 요소, 황산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 탄산암모늄 및 질산암모늄과 같은 무기 질소원, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 배지는 인의 공급원으로서, 예를 들면, 인산이수소칼륨, 인산수소이칼륨 및 상응하는 소듐-함유 염, 황산마그네슘 또는 황산철과 같은 금속염을 포함할 수 있다.The carbon source may be, for example, glucose, sucrose, lactose, fructose, maltose, starch, carbohydrates such as cellulose, soybean oil, sunflower oil, castor oil, fats such as coconut oil, fatty acids such as palmitic acid, stearic acid, linoleic acid, Alcohols such as glycerol and ethanol, organic acids such as acetic acid, or combinations thereof. The culturing can be performed using glucose as a carbon source. The nitrogen source may be an organic nitrogen source and urea such as peptone, yeast extract, gravy, malt extract, corn steep liquor (CSL), and soybean wheat, an inorganic nitrogen source such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate, or Combinations thereof. The medium may comprise, as a source of phosphorus, metal salts such as, for example, potassium dihydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate and the corresponding sodium-containing salts, magnesium sulfate or iron sulfate.

또한, 아미노산, 비타민, 및 적절한 전구체 등이 배지에 포함될 수 있다. 상기 배지 또는 개별 성분은 배양액에 회분식 또는 연속식으로 첨가될 수 있다.In addition, amino acids, vitamins, appropriate precursors, and the like may be included in the medium. The medium or individual components may be added batchwise or continuously to the culture.

또한, 배양 중에 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있다.In addition, anti-foaming agents such as fatty acid polyglycol esters can be used during the culture to suppress bubble generation.

상기와 같은 형질전환체의 배양은 20℃ 내지 50℃에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 25℃ 내지 45℃, 보다 바람직하게는 30℃ 내지 40℃에서 수행될 수 있다. 상기 형질전환체의 배양이 20℃ 미만 또는 50℃ 초과의 온도 범위에서 수행될 경우 충분한 양의 중간 생성물이 생성되지 않아, 결국 최종 생산물인 D-트레오닌의 생산량 또는 충분해지지 못하는 문제가 발생하게 된다.Cultivation of the transformant as described above may be carried out at 20 ° C to 50 ° C, preferably 25 ° C to 45 ° C, more preferably 30 ° C to 40 ° C. If the culturing of the transformant is carried out at a temperature range of less than 20 ° C or more than 50 ° C, a sufficient amount of intermediate product is not produced, resulting in a problem in that the yield or inadequate production of the final product D-threonine occurs.

또한, 상기와 같은 형질전환체의 배양은 pH 5 내지 pH 10에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 pH 6 내지 pH 9에서, 더욱 바람직하게는 pH 6.5 내지 pH 8에서 수행될 수 있으나, 이에 한정하지 아니한다. 상기와 같은 형질 전환체의 배양 pH 조건은 형질전환체의 배양 배지에 수산화암모늄, 수산화칼륨, 암모니아, 인산 및 황산과 같은 화합물을 첨가함으로써 조정할 수 있다. 형질전환체의 배양 pH 조건이 상기 범위를 벗어나는 경우 형질전환체의 생장하기 어렵기 때문에 D-트레오닌의 발현이 용이하지 않아 D-트레오닌의 합성이 효율적으로 이루어지지 않는 문제점이 있다.In addition, the culturing of the transformant as described above may be performed at pH 5 to pH 10, preferably at pH 6 to pH 9, more preferably at pH 6.5 to pH 8, but is not limited thereto. No. The culture pH conditions of the transformant can be adjusted by adding compounds such as ammonium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, phosphoric acid and sulfuric acid to the culture medium of the transformant. When the culture pH of the transformant is out of the above range, it is difficult to grow the transformant, and thus there is a problem in that D-threonine is not easily expressed, and thus, D-threonine is not efficiently synthesized.

이하, 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples.

단, 하기 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하는 것이며, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되지 아니한다.However, the following examples are intended to specifically illustrate the present invention, the content of the present invention is not limited by the following examples.

서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 분리Isolation of a Protein Having the Amino Acid Sequence of SEQ ID NO: 1

[1-1] [1-1] 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 클로닝 및 형질전환Cloning and Transformation of Proteins Having the Amino Acid Sequence of SEQ ID NO: 1

필로마이크로비움 마리넘(Filomicrobium marinum)에서 유래한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 얻기 위하여, 서열번호 2의 염기 서열을 기초로, 다음 표 1과 같이 서열번호 3 내지 6의 프라이머를 각각 설계하였다. Filomicrobium In order to obtain a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 derived from marinum ), primers of SEQ ID NOs: 3 to 6 were designed based on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, as shown in Table 1 below.

서열번호SEQ ID NO: 프라이머 쌍Primer pair 서열(5'->3')Sequence (5 '-> 3') 33 정방향 프라이머Forward primer 5'-tggtgccgcgcggcagccatatgcgcgcaccagcacggct-3'5'-tggtgccgcgcggcagccatatgcgcgcaccagcacggct-3 ' 44 역방향 프라이머Reverse primer 5'-ggtggtggtggtgctcgagctagaacacacaacctcgcgc-3'5'-ggtggtggtggtgctcgagctagaacacacaacctcgcgc-3 ' 55 정방향 프라이머Forward primer 5'-gcgcgaggttgtgtgttctagctcgagcaccaccaccacc-3'5'-gcgcgaggttgtgtgttctagctcgagcaccaccaccacc-3 ' 66 역방향 프라이머Reverse primer 5'-agccgtgctggtgcgcgcatatggctgccgcgcggcacca-3'5'-agccgtgctggtgcgcgcatatggctgccgcgcggcacca-3 '

㈜바이오니아에 의뢰하여 서열번호 2의 염기 서열의 유전자를 합성하였고, 상기 합성된 유전자를 주형으로 하여 상기와 같이 설계된 서열번호 3, 4의 프라이머 쌍을 이용하여 PCR을 수행함으로써, 상기 서열번호 2의 염기 서열을 증폭하였다. Gibson assembly (New England Biolabs, 미국)를 이용하여 상기와 같이 증폭된 서열번호 2의 염기 서열을 포함하는 PCR 산물을, 서열번호 5, 6의 프라이머 쌍을 이용하여 증폭한 플라스미드 벡터 pET28a(+) (Novagen, 미국)의 다중 클로닝 자리에 삽입하여 재조합 발현 벡터를 제작하였고, 염기 서열 분석(sequencing)(㈜마크로젠)을 통해 상기 서열번호 2의 염기 서열이 제대로 삽입되었음을 확인하였으며, 이를 대장균 C2566 균주(Novagen, 미국)에 형질전환하였다. 상기와 같이 얻어진 형질전환체는 이용하기 전에 20% 글리세린 용액을 첨가하여 냉동 보관하였다.The gene of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 was synthesized by BIONIA Co., Ltd., and PCR was performed using the primer pairs of SEQ ID NOs 3 and 4 designed as described above using the synthesized gene as a template. The base sequence was amplified. The plasmid vector pET28a (+) (amplified by PCR using a primer pair of SEQ ID NOS: 5 and 6), using a Gibson assembly (New England Biolabs, USA), amplified as described above using a primer pair of SEQ ID NOs: 5, 6 The recombinant expression vector was prepared by inserting into multiple cloning sites of Novagen, USA, and confirmed that the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 was correctly inserted through sequencing (Macrogen), which was E. coli C2566 strain (Novagen). , USA). The transformants obtained as described above were stored frozen by adding 20% glycerin solution before use.

[1-2] [1-2] 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 과발현 및 정제Overexpression and Purification of Proteins Having the Amino Acid Sequence of SEQ ID NO: 1

상기 실시예 [1-1]에서 냉동 보관된 형질전환체를 3㎖의 LK 고체 배지(LB 배지+25㎍/㎖ 카나마이신)에 선조접종하고 37℃에서 10시간 이상 배양하였다. 고체 배지에 나타나는 하나의 콜로니를 단집락 분리 과정으로 3㎖의 LK 고체 배지가 포함된 시험관(test tube)에 접종하고 37℃의 진탕 배양기로 18시간 동안 종균 배양을 실시하였다. 그런 다음, 상기 종균 배양된 배양액 2㎖를 200㎖의 LK 배지가 포함된 1000㎖ 플라스크에 첨가하여 본 배양을 실시하였고, 600㎚에서의 흡광도가 0.6이 될 때 최종 농도 0.1mM이 되도록 IPTG(isopropyl-1-thio-β-D-galactopyranoside)를 첨가하여 상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 과발현을 유도하였다. 상기와 같이 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 과발현을 유도하는 과정에서, 교반 속도는 200 rpm이, 배양 온도는 37℃가 유지되도록 조정하였고, IPTG를 첨가 후에는 교반 속도를 150 rpm으로, 배양 온도를 18℃로 조정하여 20시간 동안 배양하였다.The transformants stored frozen in Example [1-1] were pre-inoculated with 3 ml of LK solid medium (LB medium + 25 µg / ml kanamycin) and incubated at 37 ° C. for at least 10 hours. One colony appearing in the solid medium was inoculated into a test tube containing 3 ml of LK solid medium by a single colony separation process, and the seed culture was performed for 18 hours using a shaking incubator at 37 ° C. Then, 2 ml of the seed cultured medium was added to a 1000 ml flask containing 200 ml of LK medium, and the main culture was performed. When the absorbance at 600 nm was 0.6, IPTG (isopropyl) was added to a final concentration of 0.1 mM. -1-thio-β-D-galactopyranoside) was added to induce overexpression of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. In the process of inducing overexpression of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 as described above, the stirring speed was adjusted to 200 rpm, the culture temperature was maintained to 37 ℃, after adding the IPTG stirring speed to 150 rpm, The culture temperature was adjusted to 18 ° C. and incubated for 20 hours.

또한, 상기와 같이 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 과발현이 유도된 형질전환체의 배양액을 50㎖의 코니칼 튜브(conical tube, SPL Life Sciences Co., Ltd., 한국)에 분주하고, 4℃에서 4000rpm으로 20분 동안 원심분리하여 상등액을 분리해 낸 펠렛에 프로피니아 1X 용해 완충용액(Profinia 1X Lysis buffer, Bio-Rad Laboratories, 미국) 10㎖를 첨가하고, 소니케이션(sonication) 방법으로 세포를 파쇄함으로써, 형질전환체의 세포 용해물(cell lysate)를 수득하였다.In addition, the culture medium of the transformant induced overexpression of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is dispensed into 50 ml conical tube (SPL Life Sciences Co., Ltd., Korea), 10 ml of Profinia 1X Lysis buffer (Bio-Rad Laboratories, USA) was added to the pellet from which the supernatant was separated by centrifugation at 4 ° C. at 4000 rpm for 20 minutes, followed by sonication. By crushing the cells, cell lysates of the transformants were obtained.

상기와 같이 수득된 세포 용해물을 4℃에서 14000rpm으로 20분 동안 다시 원심분리하여 상층액을 수득하였고, IMAC Kit His tag 흡착 컬럼(Bio-Rad Laboratories, 미국)이 장착된 고속 단백질 액체 크로마토그라피(Fast Protein Liquid Chromatography)(Bio-Rad Laboratories, 미국)를 이용하여 상기와 같이 수득된 상층액으로부터 과발현된 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질을 분리하였다.The cell lysate obtained above was centrifuged again at 14000 rpm for 20 minutes at 4 ° C. to obtain a supernatant, and a high-speed protein liquid chromatography equipped with an IMAC Kit His tag adsorption column (Bio-Rad Laboratories, USA). Fast Protein Liquid Chromatography (Bio-Rad Laboratories, USA) was used to separate the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 from the supernatant obtained as above.

이렇게 분리된 단백질을 SDS-PAGE를 통해 확인한 결과, 상기와 같은 일련의 과정에 의하여 His-Tag이 붙어 있는 42.22kDa의 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질이 과발현되고, 형질전환체의 세포 용해물로부터 정제 및 분리되었음을 확인하였다(도 1).As a result of confirming the separated protein through SDS-PAGE, a protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 of 42.22kDa having His-Tag attached thereto was overexpressed by the above-described series of procedures, and the cell lysate of the transformant Confirmed purification and separation from (Fig. 1).

서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 활성 확인Confirmation of Activity of Protein Having Amino Acid Sequence of SEQ ID NO: 1

본 발명자들은 상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질이 하기 반응식과 같은 'D-트레오닌 생산 효소'로서의 활성을 가질 것으로 예상하고, 이를 확인하였다.The inventors anticipated that the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 had activity as a 'D-threonine producing enzyme' as shown in the following scheme, and confirmed this.

[반응식][Scheme]

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구체적으로, 상기 실시예 [1-2]에서 정제 및 분리한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질 0.25㎎/㎖를 100mM의 글리신 및 100mM의 아세트알데히드과 함께, 100μM의 피리독살-5-인산(pyridoxal-5-phosphate, PLP)과 1mM의 MnCl2가 포함된 50mM의 HEPES 완충용액(pH 7.5)에 첨가하고, 37℃에서 10분 동안 반응시킨 다음, 100℃에서 10분 동안 중탕하여 상기 반응을 종료시킨 다음, 반응이 종료된 완충 용액에서 D-트레오닌의 농도를 측정하였다.Specifically, 0.25 mg / ml of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 purified and isolated in Example [1-2] together with 100 mM glycine and 100 mM acetaldehyde, 100 μM pyridoxal-5-phosphate (pyridoxal) -5-phosphate, PLP) and 50 mM HEPES buffer solution (pH 7.5) containing 1 mM MnCl 2 , and reacted at 37 ℃ for 10 minutes, and then the reaction was terminated by boiling in 100 ℃ for 10 minutes After the reaction, the concentration of D-threonine was measured in the buffer solution.

상기 생산된 D-트레오닌은 OPA/NAC 전처리(OPA/NAC derivatization)한 후 HPLC를 통해 분석하였다. 상기 전처리 과정은 8㎎의 OPA(o-phthalaldelhyde)와 10㎎의 NAC(N-acetylcysteine)를 1㎖의 메탄올에 녹여 OPA/NAC 용액을 만들고, 25㎕의 분석할 샘플을 OPA/NAC 용액 50㎕와 0.4M의 붕산나트륨 완충용액(sodium borate buffer)(pH10.4) 175㎕의 혼합물에 넣고 0.2㎛ 필터로 필터링하여 전처리된 샘플을 준비하였다.The produced D-threonine was analyzed by HPLC after OPA / NAC pretreatment (OPA / NAC derivatization). The pretreatment was performed by dissolving 8 mg of OPA ( o -phthalaldelhyde) and 10 mg of NAC ( N -acetylcysteine) in 1 ml of methanol to make an OPA / NAC solution, and 25 µl of the sample to be analyzed. And 175 μl of 0.4 M sodium borate buffer (pH 10.4) were added to the mixture and filtered through a 0.2 μm filter to prepare a pretreated sample.

상기와 같이 준비된 전처리된 샘플 20㎕을, VWD(variable wavelength detector)와 역상 C18 칼럼(reverse-phase C18 column, Eclipse XDB-C18, 4.6ㅧ150㎜, 3.5㎛)(Agilent)이 장착된 고압 액체 크로마토그래피에 주입하여, D-트레오닌의 농도를 측정하였다. 상기와 같은 고압 액체 크로마토그래피를 수행함에 이용된 이동상은 메탄올(이동상 A)과 50mM의 아세트산나트륨(sodium acetate)(pH 5.9)(이동상 B)으로 구성되고, 유속 1㎖/분의 유속으로 10분 동안 흘려주었는데, 0~3분 동안은 이동상 A와 이동상 B를 3:7의 비율로, 3~10분 동안은 이동상 A와 이동상 B를 7:3의 비율로 유지하였다. 그리고 생산된 D-트레오닌을 정량화하기 위해 시판되는 D-트레오닌(Sigma-aldrich, 미국)과 D-알로-트레오닌(TOKYO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD., 일본)을 스탠다드로 사용하였다.20 μl of the pretreated sample prepared as above was subjected to high pressure liquid chromatography equipped with a variable wavelength detector (VWD) and a reverse-phase C18 column (Eclipse XDB-C18, 4.6 ㅧ 150 mm, 3.5 μm) (Agilent). Injected into the graphics, the concentration of D-threonine was measured. The mobile phase used in performing such high pressure liquid chromatography consists of methanol (mobile phase A) and 50 mM sodium acetate (pH 5.9) (mobile phase B), and flow rate is 10 minutes at a flow rate of 1 ml / min. It was flowed for a while, and the mobile phase A and the mobile phase B at a ratio of 3: 7 for 0 to 3 minutes, and the mobile phase A and the mobile phase B at a ratio of 7: 3 for 3 to 10 minutes. And commercially available D-threonine (Sigma-aldrich, USA) and D- allo-threonine (TOKYO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD., Japan) were used as standard to quantify the produced D-threonine.

그 결과, 상기와 같이 반응이 종료된 완충 용액에서는 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌이 모두 검출되었고(도 2), 애초에 존재하지도 않았던 D-트레오닌이 위 반응 결과 생성된 결과로부터 상기 실시예 [1-2]에서 정제 및 분리한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질이 글리신과 아세트알데히드로부터 D-트레오닌을 생산하는, D-트레오닌 생산 효소로서의 활성을 가짐을 확인하였다.As a result, in the buffer solution in which the reaction was completed as described above, both D-threonine and D-allo-threonine were detected (FIG. 2), and D-threonine, which was not present in the first place, was generated from the above reaction result. 1-2] confirmed that the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 purified and separated as a D-threonine production enzyme, producing D-threonine from glycine and acetaldehyde .

서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 영향을 미치는 조건에 관한 연구A Study on the Conditions Affecting the Enzyme Activity of Proteins Having the Amino Acid Sequence of SEQ ID NO: 1

본 발명자들은, 상기 실시예 2에서 확인된 바와 같이, 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질이 D-트레오닌 생산 효소로서 작용함에 그 활성에 영향을 미치는 조건들에 대하여 연구를 진행하였고, 그로부터 상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 최적 활성 조건을 도출하였다.The inventors of the present invention, as confirmed in Example 2, conducted a study on the conditions affecting the activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 as D-threonine production enzyme, from the sequence Optimal activity conditions of the protein having the amino acid sequence of No. 1 were derived.

[3-1] [3-1] 금속 양이온의 영향Influence of metal cations

상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소의 활성에 금속 양이온의 종류가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 상기 실시예 [1-2]에서 정제 및 분리한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질 0.01㎎/㎖, 글리신 100mM, 아세트알데히드 100mM 및 피리독살-5-인산 10μM이 포함된 50mM의 CHES 완충용액(pH 9.0)에 1mM의 EDTA 또는 금속 양이온(Mn2 +, Mg2 +, Co2 +, Zn2 +)과 함께 첨가하여 35℃에서 10분 동안 반응시키고, 상기 반응을 종료시키기 위해 100℃에서 10분 동안 중탕하였다. 그리고 상기 실시예 2에서와 같은 방법으로, 상기와 같이 반응이 종료된 완충 용액에서 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌의 농도를 측정하여 그 상대값을 비교하였다.In order to confirm the effect of the type of metal cation on the activity of the enzyme of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 purified and separated in Example [1-2] ㎎ / ㎖, 100mM glycine, acetaldehyde and pyridoxal -5- 100mM CHES buffer solution of phosphoric acid containing 10μM 50mM (pH 9.0) 1mM of EDTA or a metal cation (Mn + 2, Mg + 2, Co + 2, was added with Zn + 2) is reacted at 35 ℃ for 10 min, water bath at 100 ℃ to terminate the reaction for 10 minutes. And in the same manner as in Example 2, the concentration of D-threonine and D- allo-threonine in the buffer solution in which the reaction was completed as described above was measured and the relative values were compared.

그 결과, 상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질은, 여러 종류의 금속 양이온 중 망간 양이온과 마그네슘 양이온이 첨가된 경우에 D-트레오닌 생산 효소의 활성이 향상되었고, 그 중에서도 망간 양이온을 이용한 경우에 D-트레오닌 생산 효소의 활성이 가장 우수한 것으로 확인되었다(도 3의 (A)).As a result, the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 improved the activity of D-threonine producing enzyme when the manganese cation and the magnesium cation were added among various kinds of metal cations. The activity of the D-threonine producing enzyme was confirmed to be the best (Fig. 3 (A)).

상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소의 활성에 금속 양이온의 농도가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 상기 실시예 [1-2]에서 정제 및 분리한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질 0.01㎎/㎖, 글리신 100mM, 아세트알데히드 100mM 및 피리독살-5-인산 10μM이 포함된 50mM의 CHES 완충용액(pH 9.0)에 망간 양이온을 0mM, 0.1mM, 0.25mM, 0.5mM, 1mM, 2.5mM 및 5mM의 함량으로 각각 첨가하여 35℃에서 10분 동안 반응시키고, 상기 반응을 종료시키기 위해 100℃에서 10분 동안 중탕하였다. 그리고 상기 실시예 2에서와 같은 방법으로, 상기와 같이 반응이 종료된 완충 용액에서 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌의 농도를 측정하여 그 상대값을 비교하였다.In order to confirm the effect of the metal cation concentration on the activity of the enzyme of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 purified and separated in Example [1-2] Manganese cations were added to 0 mM, 0.1 mM, 0.25 mM, 0.5 mM, 1 mM, 2.5 mM and 50 mM CHES buffer solution (pH 9.0) containing mg / ml, 100 mM glycine, 100 mM acetaldehyde and 10 μM pyridoxal-5-phosphate. Each was added in a content of 5 mM and reacted at 35 ° C. for 10 minutes, followed by bathing at 100 ° C. for 10 minutes to complete the reaction. In the same manner as in Example 2, the concentrations of D-threonine and D-allo-threonine were measured in the buffer solution in which the reaction was completed as described above, and their relative values were compared.

그 결과, 상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질은 망간 양이온이 존재하는 환경에서만 D-트레오닌 생산 효소의 활성을 나타내는 것으로 확인되었다(도 3의 (B)).As a result, it was confirmed that the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 exhibited the activity of D-threonine producing enzyme only in the presence of manganese cations (FIG. 3B).

[3-2] [3-2] 온도의 영향Influence of temperature

상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 온도가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 상기 실시예 [1-2]에서 정제 및 분리한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질 0.01㎎/㎖, 글리신 100mM 및 아세트알데히드 100mM를, 10μM의 피리독살-5-인산 및 1mM의 Mn2 +가 포함된 50mM의 HEPES 완충용액(pH 7.5)에 첨가한 다음, 25℃ 내지 55℃의 온도에서 각각 10분 동안 반응시키고, 상기 반응을 종료시키기 위해 100℃에서 10분 동안 중탕하였다. 그리고, 상기 실시예 2에서와 같은 방법으로, 상기와 같이 반응이 종료된 완충 용액에서 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌의 농도를 측정하여 그 상대값을 비교하였다.In order to confirm the influence of temperature on the enzyme activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, 0.01 mg / ml of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 purified and separated in Example [1-2], glycine 100mM and 100mM acetaldehyde, was added to a HEPES buffer solution (pH 7.5) that contains the of pyridoxal -5- phosphate of 10μM and 1mM Mn + 2 50mM, then each 10 minutes at a temperature of 25 ℃ to 55 ℃ The reaction was carried out for 10 minutes at 100 ° C. to terminate the reaction. In the same manner as in Example 2, the concentrations of D-threonine and D-allo-threonine in the buffer solution in which the reaction was completed as described above were measured and their relative values were compared.

그 결과, 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성은 35℃에 가까울수록 점점 우수해지는 것으로 확인되었다(도 4).As a result, the enzymatic activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 was found to be increasingly excellent closer to 35 ℃ (Fig. 4).

[3-3] [3-3] pH의 영향pH influence

상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 pH가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 상기 실시예 [1-2]에서 정제 및 분리한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질 0.01㎎/㎖, 글리신 100mM 및 아세트알데히드 100mM를, 피리독살-5-인산 10μM 및 Mn2 + 1mM와 함께, 각각 pH 6.5 내지 7.5의 MOPS 완충용액, pH 7.5 내지 8.0의 HEPES 완충 용액, pH 8.0 내지 8.5의 EPPS 완충 용액 및 pH 8.5 내지 10의 CHES 완충 용액에 각각 첨가하여, pH 6.5 내지 10의 범위에서 각각 반응시켰다. 상기 효소 반응은 35℃의 온도에서 10분 동안 수행한 뒤, 상기 반응을 종료시키기 위해 100℃에서 10분 동안 중탕하였다. 그리고 상기 실시예 2에서와 같은 방법으로, 상기와 같이 반응이 종료된 완충 용액에서 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌의 농도를 측정하여 그 상대값을 비교하였다.In order to confirm the effect of pH on the enzyme activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, 0.01mg / ml protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 purified and separated in Example [1-2], 100 mM glycine and 100 mM acetaldehyde together with 10 μM pyridoxal-5-phosphate and Mn 2 + 1 mM, MOPS buffers at pH 6.5 to 7.5, HEPES buffer solutions at pH 7.5 to 8.0, EPPS buffer solutions at pH 8.0 to 8.5, respectively And it was added to the CHES buffer solution of pH 8.5-10, respectively, and reacted in the range of pH 6.5-10, respectively. The enzymatic reaction was carried out at a temperature of 35 ° C. for 10 minutes and then bathed at 100 ° C. for 10 minutes to terminate the reaction. In the same manner as in Example 2, the concentrations of D-threonine and D-allo-threonine were measured in the buffer solution in which the reaction was completed as described above, and their relative values were compared.

그 결과, 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성은 pH가 8.5~9.0에 가까울수록 점점 우수해지는 것으로 확인되었다(도 5).As a result, it was confirmed that the enzymatic activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 is getting better as the pH is closer to 8.5 ~ 9.0 (Fig. 5).

[3-4] [3-4] 피리독살-5-인산의 영향Influence of pyridoxal-5-phosphate

상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 피리독살-5-인산의 존부 및 농도가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 상기 실시예 [1-2]에서 정제 및 분리한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질 0.01㎎/㎖, 글리신 100mM, 아세트알데히드 100mM 및 Mn2 + 1mM가 포함된 50mM의 CHES 완충용액(pH 9.0)에 피리독살-5-인산을 0μM, 1.0μM, 1.25μM, 2.5μM, 5μM 및 10μM의 함량으로 각각 첨가하여 35℃에서 10분 동안 반응시키고, 상기 반응을 종료시키기 위해 100℃에서 10분 동안 중탕하였다. 그리고 상기 실시예 2에서와 같은 방법으로, 상기와 같이 반응이 종료된 완충 용액에서 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌의 농도를 측정하여 그 상대값을 비교하였다.In order to confirm the effect of the presence and concentration of pyridoxal-5-phosphate on the enzymatic activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the amino acid of SEQ ID NO: 1 purified and isolated in Example [1-2] Pyridoxal-5-phosphate was added in 50 mM CHES buffer (pH 9.0) containing 0.01 mg / ml protein having sequence, 100 mM glycine, 100 mM acetaldehyde, and Mn 2 + 1 mM, and 0 μM, 1.0 μM, 1.25 μM, 2.5 μM , 5 μM and 10 μM, respectively, were added and reacted at 35 ° C. for 10 minutes, followed by bathing at 100 ° C. for 10 minutes to complete the reaction. In the same manner as in Example 2, the concentrations of D-threonine and D-allo-threonine were measured in the buffer solution in which the reaction was completed as described above, and their relative values were compared.

그 결과, 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성은 피리독살-5-인산이 존재하는 환경에서 더욱 우수해지고, 1.0μM 수준의 농도에서 최대 활성에 도달하는 것으로 확인되었다(도 6).As a result, the enzymatic activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 was found to be better in an environment in which pyridoxal-5-phosphate is present and to reach maximum activity at a concentration of 1.0 μM (FIG. 6).

[3-5] [3-5] 기질의 비율의 영향Influence of the proportion of the substrate

상기 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 효소 활성에 피리독살-5-인산의 존부 및 농도가 미치는 영향을 확인하기 위하여, 상기 실시예 [1-2]에서 정제 및 분리한 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질 0.01㎎/㎖, 아세트알데히드 100mM, 피리독살-5-인산 10μM 및 Mn2 + 1mM가 포함된 50mM의 CHES 완충용액(pH 9.0)에 글리신을 50mM, 75mM, 100mM, 125mM, 250mM, 500mM, 750mM, 1000mM 및 1250mM의 함량으로 각각 첨가하여 35℃에서 10분 동안 반응시키고, 상기 반응을 종료시키기 위해 100℃에서 10분 동안 중탕하였다. 그리고 상기 실시예 2에서와 같은 방법으로, 상기와 같이 반응이 종료된 완충 용액에서 D-트레오닌과 D-알로-트레오닌의 농도를 측정하여 그 상대값을 비교하였다.In order to confirm the effect of the presence and concentration of pyridoxal-5-phosphate on the enzymatic activity of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the amino acid of SEQ ID NO: 1 purified and isolated in Example [1-2] Glycine was added in 50 mM CHES buffer (pH 9.0) containing 0.01 mg / ml of the sequence-containing protein, 100 mM acetaldehyde, 10 μM of pyridoxal-5-phosphate and Mn 2 + 1 mM, 50 mM, 75 mM, 100 mM, 125 mM, 250 mM, 500 mM, 750 mM, 1000 mM and 1250 mM, respectively, were added to react at 35 ° C. for 10 minutes, followed by bathing at 100 ° C. for 10 minutes to complete the reaction. In the same manner as in Example 2, the concentrations of D-threonine and D-allo-threonine were measured in the buffer solution in which the reaction was completed as described above, and their relative values were compared.

그 결과, 서열번호 1의 아미노산 서열을 갖는 단백질의 D-트레오닌 특이적 합성은 글리신과 아세트알데히드의 비율이 10:1인 경우에 가장 우수한 것으로 확인되었다(도 7).As a result, D-threonine specific synthesis of the protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 was found to be the best when the ratio of glycine and acetaldehyde is 10: 1 (Fig. 7).

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 상기와 같은 특정 실시예에만 한정되지 아니하며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경이 가능할 것이다.In the above described exemplary embodiments of the present invention by way of example, the scope of the present invention is not limited only to the specific embodiments as described above, those skilled in the art to the scope described in the claims of the present invention It will be possible to change accordingly.

<110> KOREA RESEARCH INSTITUTE OF BIOSCIENCE AND BIOTECHNOLOGY <120> A Novel Enzyme for Production of D-threonine, and A Method for Preparing D-threonine Using The Same <130> 2018-DPA-2626 <160> 6 <170> KopatentIn 3.0 <210> 1 <211> 376 <212> PRT <213> Filomicrobium marinum <400> 1 Met Arg Ala Pro Ala Arg Leu Gly Ile Pro Leu Ala Asp Val Asp Thr 1 5 10 15 Pro Ala Leu Ile Leu Asp Leu Asp Ala Phe Glu Arg Asn Leu Gln Thr 20 25 30 Met Ala Asp Trp Ala Lys Ser Lys Asn Val Arg Leu Arg Pro His Ala 35 40 45 Lys Ser His Lys Cys Pro Ala Ile Ala His Arg Gln Met Ala Leu Gly 50 55 60 Ala Val Gly Val Cys Cys Gln Lys Val Ser Glu Ala Glu Val Met Val 65 70 75 80 Asp Ala Gly Ile Thr Asn Val Leu Ile Ser Asn Glu Val Val Gly Arg 85 90 95 Thr Lys Leu Glu Ala Leu Ala Gln Leu Ala Leu Arg Ala Arg Met Gly 100 105 110 Val Cys Val Asp Asp Ile Arg Gln Ile Arg Asp Leu Ser Glu Ala Met 115 120 125 His Ala Ala Gly Ala Thr Ile Asp Val Leu Val Glu Ile Asn Ile Gly 130 135 140 Gly Asn Arg Cys Gly Val Glu Pro Gly Asp Pro Ala Val Arg Leu Gly 145 150 155 160 Ala Ala Val Ala Gln Ala Asp Gly Leu Arg Phe Ala Gly Leu Gln Ser 165 170 175 Tyr Asp Gly Ile Thr Gln His Val Arg Asp Pro Asp Glu Arg Lys Ala 180 185 190 Arg Ala Ala Arg Ala Gly Asp Val Thr Ala Gln Thr Ile Ala Ala Leu 195 200 205 Arg Asp Ile Gly Leu Glu Cys Glu Thr Val Gly Gly Ala Gly Thr Gly 210 215 220 Ser Phe Ala Phe Asp Gly Met Ser Gly Val Trp Asn Glu Leu Gln Pro 225 230 235 240 Gly Ser Tyr Ala Phe Met Asp Ala Asp Tyr Ala Arg Asn Thr Pro Ala 245 250 255 Gly Gly Asp Val Pro Lys Phe Glu His Ala Met Phe Val Trp Ala Ile 260 265 270 Val Met Ser Arg Thr Ser Val Gly Gln Ala Val Val Asp Ala Gly His 275 280 285 Lys Val Leu Pro Ile Asp Ser Gly Met Pro Val Pro Phe Asp Arg Pro 290 295 300 Gly Val Arg Tyr Glu Arg Pro Ser Asp Glu His Gly Cys Leu Val Ala 305 310 315 320 Glu Leu Asp Ser Ala Leu Pro Asp Leu Gly Glu Lys Ile Leu Ile Val 325 330 335 Pro Ser His Val Asp Pro Thr Ala Asn Gln His Asp Phe Phe Ile Gly 340 345 350 Val Arg Gly Met Ala Glu Gly Asp Gly Thr Val Gln Glu Ile Trp Pro 355 360 365 Val Thr Ala Arg Gly Cys Val Phe 370 375 <210> 2 <211> 1131 <212> DNA <213> Filomicrobium marinum <400> 2 atgcgcgcac cagcacggct tggtattccg cttgcagacg tcgatacccc tgctttgatc 60 ctcgatctcg atgcgtttga gcgcaatctc cagacgatgg cggattgggc caaaagcaag 120 aacgtgcgat tgcgcccaca tgcaaaatct cacaaatgcc ccgcgatcgc gcatcgacaa 180 atggcgctcg gagccgtcgg tgtctgctgc cagaaggtct cggaagccga ggtgatggtg 240 gatgctggca taactaatgt gctgatcagc aacgaggtcg tcgggcgcac gaaactagag 300 gcgctggcgc aattggcgct acgagcgcgt atgggtgtgt gtgtcgacga tatccggcaa 360 atcagagatt tgtctgaggc gatgcatgct gctggcgcaa caatagatgt gcttgttgaa 420 atcaatatcg gcgggaaccg ttgcggtgtt gagccgggcg accctgcagt tcggctgggt 480 gcagctgttg cgcaggcgga tggcctgcgt tttgcgggct tacagtctta tgacggaatt 540 acgcagcatg tccgcgatcc ggatgaacgc aaggcgcgtg cggcgcgtgc gggtgatgtt 600 accgcgcaga ccattgcggc gcttcgcgat attgggcttg agtgcgaaac tgtcgggggc 660 gccggaacgg gttccttcgc attcgacggt atgagcggcg tgtggaatga gctgcaaccg 720 gggtcctacg cttttatgga tgccgactat gctcgcaata ccccggcggg tggcgatgtt 780 cccaaatttg agcacgccat gtttgtttgg gcgatcgtca tgagccgtac cagcgttggt 840 caggctgtgg tggatgccgg gcataaagtg ctgcctatcg actcgggtat gccggtcccg 900 tttgatcgtc cgggtgttcg ctatgagcgg ccttcagacg agcacggttg cctggttgcg 960 gaactggact cggcccttcc tgacctaggt gagaaaattc tgatcgtgcc cagtcatgtc 1020 gatccaacgg ccaaccagca cgactttttt atcggtgtgc gtgggatggc cgagggcgat 1080 ggcacagttc aagagatctg gccagttacg gcgcgaggtt gtgtgttcta g 1131 <210> 3 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for SEQ ID No. 2 <400> 3 tggtgccgcg cggcagccat atgcgcgcac cagcacggct 40 <210> 4 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for SEQ ID No. 2 <400> 4 ggtggtggtg gtgctcgagc tagaacacac aacctcgcgc 40 <210> 5 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for pET28a(+) <400> 5 gcgcgaggtt gtgtgttcta gctcgagcac caccaccacc 40 <210> 6 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Reverse primer for pET28a(+) <400> 6 agccgtgctg gtgcgcgcat atggctgccg cgcggcacca 40 <110> KOREA RESEARCH INSTITUTE OF BIOSCIENCE AND BIOTECHNOLOGY <120> A Novel Enzyme for Production of D-threonine, and A Method for          Preparing D-threonine Using The Same <130> 2018-DPA-2626 <160> 6 <170> KopatentIn 3.0 <210> 1 <211> 376 <212> PRT <213> Filomicrobium marinum <400> 1 Met Arg Ala Pro Ala Arg Leu Gly Ile Pro Leu Ala Asp Val Asp Thr   1 5 10 15 Pro Ala Leu Ile Leu Asp Leu Asp Ala Phe Glu Arg Asn Leu Gln Thr              20 25 30 Met Ala Asp Trp Ala Lys Ser Lys Asn Val Arg Leu Arg Pro His Ala          35 40 45 Lys Ser His Lys Cys Pro Ala Ile Ala His Arg Gln Met Ala Leu Gly      50 55 60 Ala Val Gly Val Cys Cys Gln Lys Val Ser Glu Ala Glu Val Met Val  65 70 75 80 Asp Ala Gly Ile Thr Asn Val Leu Ile Ser Asn Glu Val Val Gly Arg                  85 90 95 Thr Lys Leu Glu Ala Leu Ala Gln Leu Ala Leu Arg Ala Arg Met Gly             100 105 110 Val Cys Val Asp Asp Ile Arg Gln Ile Arg Asp Leu Ser Glu Ala Met         115 120 125 His Ala Ala Gly Ala Thr Ile Asp Val Leu Val Glu Ile Asn Ile Gly     130 135 140 Gly Asn Arg Cys Gly Val Glu Pro Gly Asp Pro Ala Val Arg Leu Gly 145 150 155 160 Ala Ala Val Ala Gln Ala Asp Gly Leu Arg Phe Ala Gly Leu Gln Ser                 165 170 175 Tyr Asp Gly Ile Thr Gln His Val Arg Asp Pro Asp Glu Arg Lys Ala             180 185 190 Arg Ala Ala Arg Ala Gly Asp Val Thr Ala Gln Thr Ile Ala Ala Leu         195 200 205 Arg Asp Ile Gly Leu Glu Cys Glu Thr Val Gly Gly Ala Gly Thr Gly     210 215 220 Ser Phe Ala Phe Asp Gly Met Ser Gly Val Trp Asn Glu Leu Gln Pro 225 230 235 240 Gly Ser Tyr Ala Phe Met Asp Ala Asp Tyr Ala Arg Asn Thr Pro Ala                 245 250 255 Gly Gly Asp Val Pro Lys Phe Glu His Ala Met Phe Val Trp Ala Ile             260 265 270 Val Met Ser Arg Thr Ser Val Gly Gln Ala Val Val Asp Ala Gly His         275 280 285 Lys Val Leu Pro Ile Asp Ser Gly Met Pro Val Pro Phe Asp Arg Pro     290 295 300 Gly Val Arg Tyr Glu Arg Pro Ser Asp Glu His Gly Cys Leu Val Ala 305 310 315 320 Glu Leu Asp Ser Ala Leu Pro Asp Leu Gly Glu Lys Ile Leu Ile Val                 325 330 335 Pro Ser His Val Asp Pro Thr Ala Asn Gln His Asp Phe Phe Ile Gly             340 345 350 Val Arg Gly Met Ala Glu Gly Asp Gly Thr Val Gln Glu Ile Trp Pro         355 360 365 Val Thr Ala Arg Gly Cys Val Phe     370 375 <210> 2 <211> 1131 <212> DNA <213> Filomicrobium marinum <400> 2 atgcgcgcac cagcacggct tggtattccg cttgcagacg tcgatacccc tgctttgatc 60 ctcgatctcg atgcgtttga gcgcaatctc cagacgatgg cggattgggc caaaagcaag 120 aacgtgcgat tgcgcccaca tgcaaaatct cacaaatgcc ccgcgatcgc gcatcgacaa 180 atggcgctcg gagccgtcgg tgtctgctgc cagaaggtct cggaagccga ggtgatggtg 240 gatgctggca taactaatgt gctgatcagc aacgaggtcg tcgggcgcac gaaactagag 300 gcgctggcgc aattggcgct acgagcgcgt atgggtgtgt gtgtcgacga tatccggcaa 360 atcagagatt tgtctgaggc gatgcatgct gctggcgcaa caatagatgt gcttgttgaa 420 atcaatatcg gcgggaaccg ttgcggtgtt gagccgggcg accctgcagt tcggctgggt 480 gcagctgttg cgcaggcgga tggcctgcgt tttgcgggct tacagtctta tgacggaatt 540 acgcagcatg tccgcgatcc ggatgaacgc aaggcgcgtg cggcgcgtgc gggtgatgtt 600 accgcgcaga ccattgcggc gcttcgcgat attgggcttg agtgcgaaac tgtcgggggc 660 gccggaacgg gttccttcgc attcgacggt atgagcggcg tgtggaatga gctgcaaccg 720 gggtcctacg cttttatgga tgccgactat gctcgcaata ccccggcggg tggcgatgtt 780 cccaaatttg agcacgccat gtttgtttgg gcgatcgtca tgagccgtac cagcgttggt 840 caggctgtgg tggatgccgg gcataaagtg ctgcctatcg actcgggtat gccggtcccg 900 tttgatcgtc cgggtgttcg ctatgagcgg ccttcagacg agcacggttg cctggttgcg 960 gaactggact cggcccttcc tgacctaggt gagaaaattc tgatcgtgcc cagtcatgtc 1020 gatccaacgg ccaaccagca cgactttttt atcggtgtgc gtgggatggc cgagggcgat 1080 ggcacagttc aagagatctg gccagttacg gcgcgaggtt gtgtgttcta g 1131 <210> 3 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for SEQ ID No. 2 <400> 3 tggtgccgcg cggcagccat atgcgcgcac cagcacggct 40 <210> 4 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> Reverse primer for SEQ ID No. 2 <400> 4 ggtggtggtg gtgctcgagc tagaacacac aacctcgcgc 40 <210> 5 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Forward primer for pET28a (+) <400> 5 gcgcgaggtt gtgtgttcta gctcgagcac caccaccacc 40 <210> 6 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> Reverse primer for pET28a (+) <400> 6 agccgtgctg gtgcgcgcat atggctgccg cgcggcacca 40

Claims (14)

서열번호 1의 아미노산 서열, 또는 서열번호 1과 90% 이상의 상동성을 가지는 아미노산 서열을 포함하는 D-트레오닌(D-threonine) 생산 효소.A D-threonine producing enzyme comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or an amino acid sequence having 90% or more homology with SEQ ID NO: 1. 청구항 1에 있어서,
상기 D-트레오닌 생산 효소는 글리신 및 아세트알데히드를 기질로 하는 것인 D-트레오닌 생산 효소.
The method according to claim 1,
The D-threonine producing enzyme is a D-threonine producing enzyme that is based on glycine and acetaldehyde.
청구항 2에 있어서,
상기 글리신 및 아세트알데히드는 0.5 : 1 내지 30 : 1의 비율인 것인 D-트레오닌 생산 효소.
The method according to claim 2,
The glycine and acetaldehyde is D-threonine production enzyme that is in the ratio of 0.5: 1 to 30: 1.
청구항 1의 D-트레오닌 생산 효소를 암호화하는 유전자.Gene encoding the D-threonine producing enzyme of claim 1. 청구항 3에 있어서,
상기 유전자는 서열번호 2의 염기 서열로 이루어진 것을 특징으로 하는 유전자.
The method according to claim 3,
The gene is characterized in that consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.
청구항 4의 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터.Recombinant expression vector comprising the gene of claim 4. 청구항 6의 재조합 발현벡터가 숙주세포에 도입된 형질전환체.A transformant wherein the recombinant expression vector of claim 6 is introduced into a host cell. 청구항 7에 있어서,
상기 숙주세포는 대장균인 것을 특징으로 하는 형질전환체.
The method according to claim 7,
The host cell is E. coli transformants.
청구항 1의 D-트레오닌 생산 효소를 유효성분으로 포함하는 D-트레오닌 생산용 조성물.D-threonine production composition comprising the D-threonine production enzyme of claim 1 as an active ingredient. 청구항 7의 형질전환체를 배양하는 단계; 및
상기 형질전환체의 배양물로부터 D-트레오닌 생산 효소를 분리하는 단계;를 포함하는 D-트레오닌 생산 효소의 생산 방법.
Culturing the transformant of claim 7; And
Separating the D-threonine producing enzyme from the culture of the transformant.
청구항 1의 D-트레오닌 생산 효소를 글리신 및 아세트알데히드와 함께 반응시키는 단계;를 포함하는 인 비트로(in vitro)에서의 D-트레오닌 생산 방법.A method of producing D-threonine in vitro comprising reacting the D-threonine producing enzyme of claim 1 with glycine and acetaldehyde. 청구항 11에 있어서,
상기 D-트레오닌 생산 효소, 글리신 및 아세트알데히드의 반응 생산물로부터 D-트레오닌을 회수하는 단계;를 더 포함하는 인 비트로(in vitro)에서의 D-트레오닌 생산 방법.
The method according to claim 11,
Recovering D-threonine from the reaction product of the D-threonine producing enzyme, glycine and acetaldehyde; D-threonine production method in vitro further comprising.
청구항 7의 형질전환체를 글리신 및 아세트알데히드의 존재 하에서 배양하는 단계;를 포함하는 인 비보(in vivo)에서의 D-트레오닌 생산 방법.A method of producing D-threonine in vivo , comprising: culturing the transformant of claim 7 in the presence of glycine and acetaldehyde. 청구항 13에 있어서,
상기 형질전환체된 배양물로부터 D-트레오닌을 회수하는 단계;를 더 포함하는 인 비보(in vivo)에서의 D-트레오닌 생산 방법.
The method according to claim 13,
Recovering D-threonine from the transformed culture; in vivo (D-threonine production method in vivo ) further comprising.
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