KR20210039115A - Transformed Saccharomyces cerevisiae having improved productivity of bio-ethanol and use thereof - Google Patents

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KR20210039115A
KR20210039115A KR1020190121529A KR20190121529A KR20210039115A KR 20210039115 A KR20210039115 A KR 20210039115A KR 1020190121529 A KR1020190121529 A KR 1020190121529A KR 20190121529 A KR20190121529 A KR 20190121529A KR 20210039115 A KR20210039115 A KR 20210039115A
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김연희
홍순광
이창로
남수완
이지수
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동의대학교 산학협력단
명지대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention provides a recombinant vector for building a single enzyme saccharification and fermentation system, wherein the recombination vector includes an AGAH71 gene sequence represented by SEQ ID NO: 1, an AGAG1 gene sequence represented by SEQ ID NO: 2, and an NABH558 gene represented by SEQ ID NO: 3; a transformed Saccharomyces cerevisiae strain having an improved bioethanol production ability and including the recombinant vector; and a method for producing bioethanol through a single enzyme saccharification and fermentation system using the transformed Saccharomyces cerevisiae strain. When ethanol is produced from agarose through a recombinant Saccharomyces cerevisiae strain of the present invention, biomasses (substrates) do not have to be preprocessed. Also, by unifying a saccharification and fermentation process, the unity and simplification of steps are ensured. Accordingly, the recombinant Saccharomyces cerevisiae strain can be applied to various fields of producing ethanol from biomasses.

Description

바이오에탄올 생산능이 향상된 형질전환된 사카로마이세스 세레비지애 균주 및 이의 용도 {Transformed Saccharomyces cerevisiae having improved productivity of bio-ethanol and use thereof}Transformed Saccharomyces cerevisiae having improved productivity of bio-ethanol and use thereof

본 발명은 한천(agar)의 당화와 발효를 동시에 가능하도록 함으로써 바이오에탄올 생산능이 향상된 형질전환된 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주 및 이를 이용한 한천 바이오에탄올 생산방법에 관한 것이다. The present invention relates to a transformed Saccharomyces cerevisiae strain with improved bioethanol production capability by enabling simultaneous saccharification and fermentation of agar and a method for producing agar bioethanol using the same.

현재 전 세계 에너지 수요의 약 80%를 차지하고 있는 화석연료는 화석연료의 매장량이 한정되어 있어서 에너지 안보의 문제가 있고, 화석연료를 연소할 때에 발생하는 이산화탄소 등 온실가스의 배출로 인하여 지구온난화 등 기후 변화의 위협이라는 환경적인 문제를 포함한 다양한 문제를 유발시켜, 전 세계적으로 화석연료의 사용량을 감축하기 위한 논의가 활발하게 이루어지고 있으며 대체 에너지에 대한 수요가 증가하고 있다. Fossil fuels, which currently account for about 80% of the world's energy demand, have limited reserves of fossil fuels, which pose a problem of energy security, and climate such as global warming due to emissions of greenhouse gases such as carbon dioxide generated when fossil fuels are burned. By causing various problems including environmental problems such as the threat of change, discussions are being actively conducted around the world to reduce the use of fossil fuels, and the demand for alternative energy is increasing.

이에 따라 화석연료를 대신하여 사용할 대체연료의 개발이 시급한 상황이며, 이러한 대체연로로 언급되는 것이 바이오 에너지(Bio-energy)이다.Accordingly, there is an urgent need to develop an alternative fuel to be used in place of fossil fuels, and bio-energy is referred to as such an alternative fuel.

상기 바이오 에너지는 동물, 식물 및 미생물 등 바이오매스(biomass)로부터 만들어지는 에너지원을 의미하며, 바이오매스 에너지라고도 한다. 상기 바이오매스를 에너지원으로 이용하는 방법에 있어서, 과거에는 직접 연소와 같은 방법을 주로 이용하였으나, 오늘날에는 유기물 또는 유기성 폐기물을 효소나 미생물을 이용한 생화학적 변환 공정; 광합성 미생물을 이용한 광생물학적 변환 공정; 및 열에너지와 화학적 촉매를 이용한 열화학적 변환 공정 등을 통하여 에탄올, 메탄올, 바이오 디젤, 피셔-트롭스크(Fischer-Tropsch) 디젤 등과 같은 액체 연료 및/또는 수소, 메탄 등과 같은 기체 연료를 제조하는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 최근 바이오매스로부터 얻어진 에너지원 즉, 바이오매스 에너지원은 저장 및 재생이 가능하고, 환경문제를 발생하지 않는다는 점에서 새로운 에너지원으로 그 연구의 필요성이 증대되고 있는 실정이다.The bioenergy refers to an energy source made from biomass such as animals, plants, and microorganisms, and is also referred to as biomass energy. In the method of using the biomass as an energy source, in the past, a method such as direct combustion was mainly used, but today, a biochemical conversion process using enzymes or microorganisms to convert organic matter or organic waste; Photobiological transformation process using photosynthetic microorganisms; And a method of producing a liquid fuel such as ethanol, methanol, biodiesel, Fischer-Tropsch diesel, and/or gaseous fuel such as hydrogen and methane through a thermochemical conversion process using thermal energy and a chemical catalyst. Research is in progress. In recent years, the energy source obtained from biomass, that is, the biomass energy source, can be stored and regenerated, and the necessity of the research is increasing as a new energy source in that it does not cause environmental problems.

이러한 연구의 필요성에 따라서, 최근 전 세계적으로 화석연료를 대체하기 위한 연구가 진행되고 있으며, 생체 고분자 물질인 상기 바이오매스의 효율적인 가수분해 및 연료물질로의 전환을 위해 다양한 방법이 연구되고 있다.In accordance with the necessity of such research, studies to replace fossil fuels have recently been conducted worldwide, and various methods have been studied for efficient hydrolysis of the biomass, which is a biopolymer material, and conversion to a fuel material.

기존 바이오매스 에너지원에 대한 연구는 식물류의 오일을 사용하거나 목질계 바이오매스를 바이오 에너지로 전환하는 연구가 주를 이루었으나, 이는 상업적 규모로 적용되기 어렵다는 단점이 있을 뿐만 아니라, 세계 식량 부족의 문제 등과 관련하여 식물을 대체연료로 사용되기 어렵다는 문제점이 지적되었다.Existing research on biomass energy sources mainly focused on the use of plant oils or the conversion of woody biomass to bioenergy, but this has the disadvantage of being difficult to apply on a commercial scale, as well as the problem of world food shortages. In connection with the like, a problem was pointed out that it is difficult to use plants as an alternative fuel.

이에 따라, 식량 문제와 연관된 육상 식물 또는 목질계 바이오매스를 이용하는 방법 이외에 화석연료를 대체할 수 있는 대체연료에 대한 개발이 시급한 상황이며, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 목질계 바이오매스가 아닌 해양에 존재하는 해양식물 등을 이용한 바이오 에너지원, 구체적으로 미생물을 이용하여 해양식물로부터 수소나 메탄 등과 같은 바이오가스나 바이오에탄올과 같은 바이오 에너지를 제조하기 위한 연구에 대한 관심이 고조되고 있다.Accordingly, there is an urgent need to develop alternative fuels that can replace fossil fuels other than using land plants or woody biomass related to food problems. Interest in research for producing bio-energy such as hydrogen or methane or bio-energy such as bioethanol from marine plants using a bio-energy source using existing marine plants, and specifically microorganisms is increasing.

이와 관련하여 최근 관심이 집중되고 있는 분야 중에 하나가 에탄올 발효를 이용한 바이오 에탄올의 생성에 관한 연구이며, 바이오 에탄올은 연료용, 음료용으로 사용될 뿐만 아니라, 의약품, 화장품 및 공업용 원료 등의 많은 용도로 사용되고 있어, 해마다 그 생산량이 증가되고 있다. 이 때문에 보다 값싸고 생산성이 높은 에탄올 제조 기술의 개발이 요구되고 있다. 값싸고 생산성이 높은 에탄올을 제조하기 위하여 발효 조건을 최대한 좋게 만드는 방향으로 많은 연구가 진행되고 있으며, 비용을 감소시키고 공정을 가속화하기 위한 연구가 시도되고 있다(Kadar et al., 2004; Won et al., 2012).In this regard, one of the fields of interest in recent years is research on the production of bioethanol using ethanol fermentation, and bioethanol is not only used for fuels and beverages, but also for many uses such as pharmaceuticals, cosmetics, and industrial raw materials. It is used, and its production is increasing year by year. For this reason, there is a need to develop a technology for producing ethanol that is cheaper and more productive. In order to manufacture inexpensive and highly productive ethanol, many studies are being conducted in the direction of making the fermentation conditions as good as possible, and studies to reduce cost and accelerate the process are being attempted (Kadar et al., 2004; Won et al. ., 2012).

한편, 곡물로부터 바이오연료를 생산하려는 프로그램은 최근 식품 가격의 상승과 곡물 제조과정에서 투자되는 에너지 및 토지 사용의 측면에서 덜 환경 친화적이라는 점에서 비난을 받고 있다.Meanwhile, programs to produce biofuels from grain have recently been criticized for being less environmentally friendly in terms of rising food prices and energy and land use invested in the grain manufacturing process.

조류(Algae)는 옥수수와 같은 다른 바이오매스 원료보다 보다 환경 친화적인 몇 가지 장점을 가지는 것으로 알려졌다. 조류는 옥수수 등과 비교하여 경작되는 토지 면적 당 더 많은 연료를 생산하거나 염분 때문에 통상적인 농업에 적합하지 않은 토지에서도 성장할 수 있다. 뉴 헴프셔 대학의 마이클 브릭(Michael Briggs)의 주장에 의하면, 북 아메리카 사막은 미국 운송 연료의 모든 수요를 충족시킬 수 있는 조류 지(algae pond)에 대한 충분한 토지 이상을 제공할 수 있다고 한다. 최근 고유가와 중국 및 인도 등 신흥개발국에서의 에너지 요구의 증대 등으로 대체 에너지에 대한 관심이 다시 증가하기 시작하고 있다. Algae are known to have several advantages over other biomass sources such as corn, which are more environmentally friendly. Algae can produce more fuel per area of land cultivated compared to corn or the like, or can grow on land that is not suitable for conventional agriculture due to salinity. According to Michael Briggs of the University of New Hampshire, the North American desert could provide more than enough land for algae ponds to meet all the demands for US transportation fuel. Recently, interest in alternative energy is starting to increase again due to high oil prices and increasing energy demands in emerging countries such as China and India.

또한, 한국은 삼면이 바다로 이루어져 있어 해조류를 쉽게 구할 수 있다. 해조류 중 특히 홍조류(red algae)에는 천연 다당체인 아가(agar, 한천)가 다량 존재하며 이것은 식품, 제약, 화장품, 기타 여러 산업에 폭넓게 이용할 수 있다. 해조류의 연간 생산량은 10년 기준 914,715 M/T (우뭇가사리 : 3,716 M/T)으로서 비교적 쉽게 구할 수 있으나 활용률에서는 저조한 실정이다.(fs.fips.go.kr, 2010, 통계청 사회통계국 농어업생산통계과)In addition, since Korea is made up of sea on three sides, seaweed can be easily obtained. Among seaweeds, especially red algae, there is a large amount of agar (agar), a natural polysaccharide, which can be widely used in food, pharmaceutical, cosmetics, and other industries. The annual output of seaweed is 914,715 M/T (Agar: 3,716 M/T) for 10 years, which can be obtained relatively easily, but the utilization rate is low. (fs.fips.go.kr, 2010, Agricultural and Fishery Production Statistics Division, Social Statistics Bureau, National Statistical Office)

해조류는 생육이 빠르고, 바다의 깊이에 따라 상층에 녹조류, 중층에 갈조류, 하층에 홍조류가 주로 자라기 때문에 복합 배양을 통해 육상 바이오매스에 비해 낮은 토지이용률과 높은 생산성을 가진다. 또한 해조류는 목질계 바이오매스에서 가지는 난분해성 리그닌이 없기 때문에 탈 리그닌(delignification) 과정이 필요하지 않고 분해하기 쉬운 장점이 있다.Algae grows rapidly, and green algae in the upper layer, brown algae in the middle layer, and red algae in the lower layer mainly grow according to the depth of the sea, so through complex culture, it has a lower land use rate and higher productivity than terrestrial biomass. In addition, seaweeds do not require a de-lignin (delignification) process and are easy to decompose because there is no hardly degradable lignin in lignocellulosic biomass.

그러나 종래에는 한천으로부터 바이오에탄올을 생산하기 위해 바이오매스 전처리 과정을 거쳐야 하며 이를 위해 산가수분해 및 효소를 이용하여 바이오매스(다당류)를 발효가 가능하도록 발효당으로 당화과정을 거친 후, 효모 균주를 이용한 발효과정을 거쳐야 했다. However, conventionally, in order to produce bioethanol from agar, biomass pretreatment has to be carried out, and for this purpose, the yeast strain is subjected to saccharification with fermented sugar so that biomass (polysaccharide) can be fermented using acid hydrolysis and enzymes. It had to go through the fermentation process used.

이에 본 발명자들은 한천 바이오에탄올 생산능 향상을 위하여 당화와 발효과정을 동시에 가능하도록 유전자 재조합된 효모 균주를 제공하고, 이를 이용한 바이오에탄올 생산방법을 제공한다. Accordingly, the present inventors provide a genetically recombined yeast strain capable of simultaneous saccharification and fermentation in order to improve agar bioethanol production capacity, and provide a bioethanol production method using the same.

본 발명의 목적은 단일 효소 당화 및 발효 시스템 구축을 위한, 서열번호 1로 표시되는 AGAH71 유전자 서열, 서열번호 2로 표시되는 AGAG1 유전자 서열 및 서열번호 3으로 표시되는 NABH558 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. An object of the present invention provides a recombinant vector comprising a NABH558 gene represented by AGAG1 gene sequence and SEQ ID NO: 3 shown in AGAH71 gene sequence, SEQ ID NO: 2 as shown in SEQ ID NO: 1, for building a single enzyme saccharification and fermentation systems do.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 재조합 벡터를 포함하는 바이오에탄올 생산능이 향상된, 형질전환된 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a transformed Saccharomyces cerevisiae strain with improved bioethanol production capability comprising the recombinant vector.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 본 발명의 사카로마이세스 세레비지애 균주를 이용하여 단일 효소 당화 및 발효 시스템을 통한 바이오 에탄올의 제조 방법을 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is to provide a method for producing bioethanol through a single enzyme saccharification and fermentation system using the Saccharomyces cerevisiae strain of the present invention.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 단일 효소 당화 및 발효 시스템 구축을 위한, 서열번호 1로 표시되는 AGAH71 유전자 서열, 서열번호 2로 표시되는 AGAG1 유전자 서열 및 서열번호 3으로 표시되는 NABH558 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. The present invention for achieving the above object includes a NABH558 gene represented by AGAG1 gene sequence and SEQ ID NO: 3 shown in AGAH71 gene sequence, SEQ ID NO: 2 as shown in SEQ ID NO: 1, for building a single enzyme saccharification and fermentation systems It provides a recombinant vector.

또한 본 발명은 상기 재조합 벡터를 포함하는 바이오에탄올 생산능이 향상된, 형질전환된 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 제공한다. In addition, the present invention provides a transformed Saccharomyces cerevisiae strain with improved bioethanol production capability including the recombinant vector.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 사카로마이세스 세레비지애 균주를 이용하여 단일 효소 당화 및 발효 시스템을 통한 바이오 에탄올의 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for producing bioethanol through a single enzyme saccharification and fermentation system using the Saccharomyces cerevisiae strain of the present invention.

본 발명은 단일 효소 당화 및 발효 시스템 구축을 위한, 서열번호 1로 표시되는 AGAH71 유전자 서열, 서열번호 2로 표시되는 AGAG1 유전자 서열 및 서열번호 3으로 표시되는 NABH558 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. 또한 본 발명은 상기 재조합 벡터를 포함하는 바이오에탄올 생산능이 향상된, 형질전환된 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 제공하며 상기 균주를 통하여 아가로오스(agarose)에서 에탄올을 생산하는 경우, 바이오매스 (기질)의 전처리가 필요하지 않으며 당화 및 발효 공정을 단일화하여 과정의 통일성과 단순화 가능성을 제시함으로써, 바이오매스로부터 에탄올을 생산하는 여러 분야에 적용이 가능하다. The present invention provides a recombinant vector comprising a NABH558 gene represented by AGAG1 gene sequence and SEQ ID NO: 3 shown in AGAH71 gene sequence, SEQ ID NO: 2 as shown in SEQ ID NO: 1, for building a single enzyme saccharification and fermentation system. In addition, the present invention provides a transformed Saccharomyces cerevisiae strain with improved bioethanol production capability including the recombinant vector, and when producing ethanol from agarose through the strain , Biomass (substrate) pretreatment is not required, and by unifying the saccharification and fermentation process, it can be applied to various fields of producing ethanol from biomass by presenting the possibility of uniformity and simplification of the process.

도 1A는 아가레이즈에 의해 아가로오스가 분해되는 과정을 도식화한 도이다.
도 1B는 아가레이즈 유전자를 발현시키기 위한 재조합 플라스미드의 유전자 발현 카세트 (expression cassettes, EC)의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 및 pGMFα-NABH 플라스미드를 포함한 host strain의 아가레이즈 활성을 비교한 도이다.
도 3은 RT-PCR을 통한 아가레이즈 유전자의 전사 정도를 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 4는 아가로오스로부터 분해된 가수분해 생성물을 TLC 크로마토그램을 통해 나타낸 도이다.
lane 1 : 갈락토오스
lane 2 : AHG (3,6-anhydro-L-galactose), NA2 (neoagarobiose), NA4 (neoagarotetraose)
lane 3 : 아가로오스 + AgaH71
lane 4 : 아가로오스 + AgaG1
lane 5 : 아가로오스 + HGN (AgaH71-AgaG1-NABH)
도 5는 2805/pGMFα-HGN 균주를 이용해 아가로오스로부터 에탄올 생산능을 비교한 결과를 나타낸 도이다. (Close circles과 open circles는 각각 2805/pGMFα-HGN 균주의 배양용액(C.S) 및 배양세포(C.C)를 나타낸다)
1A is a diagram illustrating a process in which agarose is decomposed by agarase.
1B is a diagram showing the structure of gene expression cassettes (EC) of a recombinant plasmid for expressing an agarase gene.
2 is a diagram comparing agarase activity of host strains including pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 and pGMFα-NABH plasmids.
3 is a diagram showing the results of analyzing the degree of transcription of the agarase gene through RT-PCR.
4 is a diagram showing a hydrolysis product decomposed from agarose through a TLC chromatogram.
lane 1: galactose
lane 2: AHG (3,6-anhydro-L-galactose), NA2 (neoagarobiose), NA4 (neoagarotetraose)
lane 3: Agarose + AgaH71
lane 4: Agarose + AgaG1
lane 5: Agarose + HGN (AgaH71-AgaG1-NABH)
5 is a diagram showing the result of comparing the ethanol production ability from agarose using the 2805/pGMFα-HGN strain. (Close circles and open circles represent culture solutions (CS) and culture cells (CC) of the 2805/pGMFα-HGN strain, respectively)

본 발명은 단일 효소 당화 및 발효 시스템 구축을 위한, 서열번호 1로 표시되는 AGAH71 유전자 서열, 서열번호 2로 표시되는 AGAG1 유전자 서열 및 서열번호 3으로 표시되는 NABH558 유전자를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다. The present invention provides a recombinant vector comprising a NABH558 gene represented by AGAG1 gene sequence and SEQ ID NO: 3 shown in AGAH71 gene sequence, SEQ ID NO: 2 as shown in SEQ ID NO: 1, for building a single enzyme saccharification and fermentation system.

본 발명의 일 구현예로서 본 발명은 서열번호 1로 표시되는 Pseudoalteromonas hodoensis H7로부터 유래된 AGAH71 유전자를 포함하는 재조합 벡터 pGMFα-AgaH71, 서열번호 2로 표시되는 Alteromomas sp. GNUM-1부터 유래된 AGAG1 유전자를 포함하는 재조합 벡터 pGMFα-AgaG1, 서열번호 3으로 표시되는 Gayadomonas joobiniege G7로부터 유래된 NABH558 유전자를 포함하는 재조합 벡터 pGMFα-NABH 및 상기 서열번호 1 내지 3으로 표시되는 유전자를 모두 포함하는 재조합 벡터 pGMFα-HGN을 제공한다. As an embodiment of the present invention, the present invention is a recombinant vector pGMFα-AgaH71 comprising the AGAH71 gene derived from Pseudoalteromonas hodoensis H7 represented by SEQ ID NO: 1, Alteromomas sp. Recombinant vector pGMFα-AgaG1 comprising AGAG1 gene derived from GNUM-1, recombinant vector pGMFα-NABH comprising NABH558 gene derived from Gayadomonas joobiniege G7 represented by SEQ ID NO: 3 and genes represented by SEQ ID NOs 1 to 3 It provides a recombinant vector pGMFα-HGN containing all of.

본 발명에서, 용어 “벡터(vector)”는 적합한 숙주, 특히 재조합 효모 내에서 DNA를 발현시킬 수 있는 적합한 조절 서열에 작동가능하게 연결된 DNA 서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미한다. 벡터는 플라스미드, 파지 입자, 또는 간단하게 잠재적 게놈 삽입물일 수 있다. 적당한 숙주로 형질전환되면, 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 플라스미드가 현재 벡터의 가장 통상적으로 사용되는 형태이므로, 본 발명의 명세서에서 “플라스미드(plasmid)” 및 “벡터(vector)”는 때로 상호 교환적으로 사용된다. 그러나, 본 발명은 당업계에 알려진 또는 알려지게 되는 바와 동등한 기능을 갖는 벡터의 다른 형태를 포함한다.In the present invention, the term “vector” refers to a DNA preparation containing a DNA sequence operably linked to a suitable regulatory sequence capable of expressing DNA in a suitable host, in particular recombinant yeast. The vector can be a plasmid, a phage particle, or simply a potential genomic insert. Once transformed into a suitable host, the vector can replicate and function independently of the host genome, or in some cases can be integrated into the genome itself. Since plasmids are currently the most commonly used form of vectors, in the specification of the present invention “plasmid” and “vector” are sometimes used interchangeably. However, the present invention includes other forms of vectors that have functions equivalent to those known or become known in the art.

본 발명에서 "재조합 벡터"는 목적하는 클로닝된 유전자(들)를 함유하는 임의의 클로닝 또는 발현벡터를 포함한다. In the present invention, the "recombinant vector" includes any cloning or expression vector containing the cloned gene(s) of interest.

본 발명에서 "발현"은 폴리펩타이드가 구조 유전자로부터 생산되는 과정을 지칭한다. 상기 과정은 유전자의 mRNA로의 전사, 및 이러한 mRNA의 폴리펩타이드(들)로의 해독을 포함한다.In the present invention, "expression" refers to a process by which a polypeptide is produced from a structural gene. The process includes transcription of the gene into mRNA, and translation of such mRNA into the polypeptide(s).

또한 본 발명은 본 발명의 발현벡터로 형질전환된 형질전환체를 제공한다. In addition, the present invention provides a transformant transformed with the expression vector of the present invention.

본 발명은 AGAH71, AGAG1NABH558 유전자를 포함하는 한천 바이오에탄올 생산능이 향상된, 형질전환된 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 제공한다. The present invention provides a transformed Saccharomyces cerevisiae strain with improved agar bioethanol production capacity including AGAH71, AGAG1 and NABH558 genes.

본 발명의 미생물은 육안으로 확인할 수 없는 0.1mm 이하의 크기인 미세한 생물로서 바이오매스로부터 에탄올을 생산할 수 있는 미생물을 제한 없이 포함할 수 있으나, 바람직하게는 효모(Saccharomyces cerevisiae)일 수 있다. 효모는 다른 미생물에 비해 세포분리가 쉽고 인체 안정성이 보장되는 장점이 있다.The microorganisms of the present invention are microscopic organisms with a size of 0.1 mm or less that cannot be seen with the naked eye, and may include microorganisms capable of producing ethanol from biomass without limitation, but may be preferably yeast ( Saccharomyces cerevisiae ). Yeast has the advantage of being easy to separate cells and ensuring human stability compared to other microorganisms.

본 발명에서 “형질전환된 사카로마이세스 세레비지애” 균주는 아가로오스(agarose)로부터 에탄올을 생성하기 위하여 2종의 베타-아가라아제와 1종의 네오아가로바이오스 가수분해 효소(NABH)를 포함하며, 상기 효소는 당업계에 공지된 효소를 제한 없이 포함하나, 바람직하게는 2종의 베타-아가라아제는 Pseudoalteromonas hodoensis H7로부터 유래된 AGAH71Alteromomas sp. GNUM-1부터 유래된 AGAG1이며, 1종의 네오아가로바이오스 가수분해 효소는 Gayadomonas joobiniege G7로부터 유래된 NABH558이다. In the present invention, the "transformed Saccharomyces cerevisiae" strain is two kinds of beta-agarose and one kind of neo-agarobiose hydrolase (NABH) to produce ethanol from agarose. ), and the enzyme includes, without limitation, enzymes known in the art, preferably two kinds of beta- agalases are AGAH71 derived from Pseudoalteromonas hodoensis H7 and Alteromomas sp. It is derived from AGAG1 GNUM-1, Bios hydrolase agar in neo one species is derived from NABH558 Gayadomonas joobiniege G7.

본 발명에서 상기 효모는 당업자에게 공지된 효모 균주를 제한 없이 포함할 수 있으나, 바람직하게는 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 2805 균주일 수 있다.In the present invention, the yeast may include, without limitation, yeast strains known to those skilled in the art, preferably, Saccharomyces cerevisiae 2805 strain.

본 발명에서 “형질전환”은 DNA를 숙주로 도입하여 DNA가 염색체외 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제가능하게 되는 것을 의미한다.In the present invention, "transformation" means that DNA is introduced into a host so that DNA can be replicated as an extrachromosomal factor or by completion of chromosomal integration.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 본 발명은 2종의 베타-아가라아제를 인코딩하는 유전자 AGAH71AGAG1, 1종의 네오아가로바이오스 가수분해 효소를 인코딩하는 유전자 NABH558를 도입하여 제조된 상기 벡터를 도입하여 형질전환된 효모 균주를 제공한다. 상기 효소 유전자는 당업계에 공지된 효소를 제한 없이 포함하나, 바람직하게는 2종의 베타-아가라아제는 Pseudoalteromonas hodoensis H7로부터 유래된 AGAH71Alteromomas sp. GNUM-1부터 유래된 AGAG1이며, 1종의 네오아가로바이오스 가수분해 효소는 Gayadomonas joobiniege G7로부터 유래된 NABH558이다. In one embodiment, the present invention provides two types of beta-Niagara gene encoding a dehydratase AGAH71 and AGAG1, said vector prepared by introducing the gene NABH558 to encode the BIOS hydrolase as neo agar one kind of To provide a transformed yeast strain. The enzyme gene includes, without limitation, enzymes known in the art, preferably two kinds of beta- agalases are AGAH71 derived from Pseudoalteromonas hodoensis H7 and Alteromomas sp. It is derived from AGAG1 GNUM-1, Bios hydrolase agar in neo one species is derived from NABH558 Gayadomonas joobiniege G7.

상기 재조합 벡터를 갖는 재조합 효모는 형질전환, 형질도입, 접합교배(conjugal mating) 또는 전기천공(electroporation)을 포함하지만 이에 국한되지 않는 다양한 유전자 전달 방법이 사용될 수 있으며, 이들 방법은 분자생물학 분야에 잘 공지되어 있다.Recombinant yeast having the recombinant vector may use a variety of gene delivery methods including, but not limited to, transformation, transduction, conjugal mating, or electroporation, and these methods are well suited in the field of molecular biology. It is known.

또한 본 발명은 상기 본 발명의 사카로마이세스 세레비지애 균주를 이용하여 단일 효소 당화 및 발효 시스템을 통한 바이오 에탄올의 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention provides a method for producing bioethanol through a single enzyme saccharification and fermentation system using the Saccharomyces cerevisiae strain of the present invention.

보다 구체적으로, 본 발명에 따른 바이오 에탄올의 제조 방법은 More specifically, the method for producing bioethanol according to the present invention is

(a) AGAH71, AGAG1NABH558 유전자를 포함하는 pGMFα-HGN 플라스미드 유전자 발현 카세트를 구축하는 단계;(a) constructing a pGMFα-HGN plasmid gene expression cassette containing the AGAH71, AGAG1 and NABH558 genes;

(b) 상기 (a)단계에서 구축한 유전자 발현 카세트를 포함한 플라스미드를 고효율 형질전환법을 이용하여 사카로마이시스 세레비지애 균주에 형질전환 시키는 단계; 및(b) transforming the plasmid containing the gene expression cassette constructed in step (a) into the Saccharomyces cerevisiae strain using a high-efficiency transformation method; And

(c) 상기 (b)단계에서 형질전환된 사카로마이시스 세레비지애 균주를 아가로오스를 포함하는 배지에서 배양하는 단계; 를 포함할 수 있다. (c) culturing the Saccharomyces cerevisiae strain transformed in step (b) in a medium containing agarose; It may include.

본 발명은 또한 전술한 형질전환된 사카로마이시스 세레비지애 균주를 배양하는 단계를 포함하는 에탄올 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing ethanol comprising the step of culturing the transformed Saccharomyces cerevisiae strain described above.

배지와 배양조건은 숙주 세포에 따라 관용되는 것을 적당히 선택하여 이용할 수 있다. 에탄올 제조를 위한 배양 시 세포의 생육과 단백질의 대량 생산에 적합하도록 온도, 배지의 pH 및 배양시간 등의 조건들을 적절하게 조절할 수 있다. 배양 조건은 바람직하게는 상기 세포를 30℃ 조건에서 48 시간 배양하여 각 유전자를 먼저 발현 시킨 후, 아가로오스가 함유된 배지에 옮겨 40℃에서 48 시간 동안 배양하여 아가로스를 발효 가능한 당으로 가수 분해하도록 유도하고, 30℃ 조건에서 72 시간 더 배양하여 에탄올 발효를 유도한다.The medium and culture conditions can be appropriately selected and used according to the host cell. When culturing for ethanol production, conditions such as temperature, pH of the medium, and culture time can be appropriately adjusted to suit the growth of cells and mass production of proteins. Culture conditions are preferably the cells are cultured at 30°C for 48 hours to express each gene first, and then transferred to a medium containing agarose and cultured at 40°C for 48 hours to add agarose to fermentable sugars. Induce decomposition, and incubate for 72 hours at 30° C. to induce ethanol fermentation.

본 발명에 따른 재조합 효모는 바이오매스(기질)의 전처리가 필요하지 않으며 당화 및 발효 공정을 단일화하여 과정의 통일성과 단순화 가능성을 제시함으로써, 바이오매스로부터 에탄올을 생산하는 여러 분야에 적용이 가능하다.Recombinant yeast according to the present invention does not require pretreatment of biomass (substrate), and by unifying the saccharification and fermentation process to present the possibility of uniformity and simplification of the process, it can be applied to various fields of producing ethanol from biomass.

본 명세서에서 달리 정의되지 않은 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 사용되는 의미를 갖는 것이다.Terms that are not otherwise defined in the present specification have the meanings commonly used in the technical field to which the present invention pertains.

이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the following examples are only illustrative of the present invention, and the contents of the present invention are not limited to the following examples.

실시예 1. 발현 플라스미드의 구축Example 1. Construction of expression plasmid

아가레이즈 유전자의 발현 및 생산을 위한 출발 균주로서 사카로마이시스 세레비지애 BY4742, 2805 및 FY834 균주를 Yeast Genetic Resource Center (YGRC)에서 분양받아 실험에 이용하였고, 아가레이즈 생산을 위하여 AGAH71, AGAG1, NABH558 유전자를 사용하였으며, 상기 유전자는 각각 Pseudoalteromonas hodoensis H7, Alteromomas sp. GNUM-1, Gayadomonas joobiniege G7에서 유래되었다. 도 1A에 나타낸 바와 같이 아가로오스는 각 아가레이즈에 의해 네오아가로헥소오스, 네오아가로테트라오스, 네오아가로바이오스, 디-갈락토오스(D-galactose)와 3,6-무수-L-갈락토오스(3,6-anhydro-L-galactose)로 순차적으로 분해된다. 따라서 사카로마이시스 세레비지애 균주에서 AGAH71, AGAG1, NABH558 유전자가 효과적으로 발현되도록 하기 위해, pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 및 pGMFα-NABH 플라스미드를 각각 제작 하였다. 상기 아가레이즈 유전자는 각각 pGEX-AgaH71, pGEX-AgaG1 및 pET-NABH558 플라스미드에 의해 제공되며, 각각의 아가레이즈 유전자를 서브 클로닝 하기 위한 벡터로 pGMFα-XYLP 플라스미드를 사용하였다. pGMFα-XYLP는 아가레이즈의 효율적인 분비 생산을 위한 갈락토오스 유도 프로모터인 GAL10 프로모터 및 교배 인자 신호 서열(mating factor α signal sequence, MFαs.s)을 포함하며, 선택 마커로서 URA3 유전자를 포함한다. 사용 균주 및 재조합 플라스미드의 제작에 사용한 플라스미드(벡터)는 하기 표 1에 나타내었으며 각 플라스미드를 증폭시키고 아가레이즈(agarase) 유전자를 서브 클로닝 하기 위해 Escherichia coli DH5α 균주를 사용하였다. As starting strains for the expression and production of agarase gene, Saccharomyces cerevisiae BY4742, 2805 and FY834 strains were sold in Yeast Genetic Resource Center (YGRC) and used for experiments, and for the production of agarase, AGAH71, AGAG1, NABH558 Genes were used, and the genes were Pseudoalteromonas hodoensis H7, Alteromomas sp. GNUM-1, derived from Gayadomonas joobiniege G7. As shown in Fig. 1A, agarose is neo-agarohexose, neo-agarotetraose, neo-agarobiose, di-galactose and 3,6-anhydrous-L-galactose by each agarase. It is decomposed sequentially into (3,6-anhydro-L-galactose). Therefore, in order to effectively express the AGAH71, AGAG1, and NABH558 genes in the Saccharomyces cerevisiae strain, pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 and pGMFα-NABH plasmids were constructed, respectively. The agarase gene is provided by the pGEX-AgaH71, pGEX-AgaG1 and pET-NABH558 plasmids, respectively, and pGMFα-XYLP plasmid was used as a vector for subcloning each agarase gene. pGMFα-XYLP comprises a galactose induction promoter GAL10 promoter, and a mating factor signal sequence (mating factor α signal sequence, MFαs.s) for efficient secretion production of the agarase, a URA3 gene as a selection marker. The strains used and the plasmids (vectors) used for the construction of the recombinant plasmid are shown in Table 1 below, and Escherichia coli DH5α strain was used to amplify each plasmid and sub-cloning the agarase gene.

[표 1] [Table 1]

Figure pat00001
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각 유전자는 유도성 효모 GAL10 프로모터의 조절하에 연결되며 사카로마이시스 세레비지애 교배 인자 신호 서열(MFαs.s) 에 융합하였다. 각각의 플라스미드를 구축하기 위해, In-Fusion HD cloning kit (Clontech Laboratories, Inc. Takara)를 사용하여 클로닝을 하였다. Each gene was linked under the control of the inducible yeast GAL10 promoter and fused to the Saccharomyces cerevisiae mating factor signal sequence (MFαs.s). To construct each plasmid, it was cloned using In-Fusion HD cloning kit (Clontech Laboratories, Inc. Takara).

먼저 pGMFα-AgaH71 플라스미드를 구축하기 위하여 pGMFα-XYLP 플라스미드의 SalI-XbaI 부위에 824 bp의 AGAH71 유전자를 함유하는 PCR 산물을 삽입함으로써, AGAH71 유전자의 유도성 발현을 조절하는 성분을 포함하는 pGMFα-AgaH71 플라스미드를 구축하였다(도 1B). SalI-XbaI 제한효소 사이트를 갖는 AGAH71 유전자를 함유하는 PCR 생성물은 pGEX-AgaH71 플라스미드를 주형으로 사용하고 AgaH71-F 및 AgaH71-R을 각각 정방향 프라이머(forward primer) 및 역방향 프라이머(reverse primer)로 사용하여 생산하였다. 사용한 올리고뉴클레오타이드는 하기 표 2에 나타내었다. First, in order to construct the pGMFα-AgaH71 plasmid, pGMFα-AgaH71 plasmid containing a component that regulates the inducible expression of the AGAH71 gene by inserting a PCR product containing the 824 bp AGAH71 gene into the SalI-XbaI site of the pGMFα-XYLP plasmid Was constructed (Fig. 1B). The PCR product containing the AGAH71 gene with the SalI-XbaI restriction site uses the pGEX-AgaH71 plasmid as a template and AgaH71-F and AgaH71-R as a forward primer and a reverse primer, respectively. Produced. The oligonucleotides used are shown in Table 2 below.

[표 2][Table 2]

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AGAG1 유전자(906 bp) 및 NABH558 유전자(1080 bp)를 각각 포함하며 SalI-XbaI 제한효소 사이트를 갖는 PCR 산물은 pGEX-AgaG1 및 pET-NABH558 플라스미드를 주형으로 하고AgaH71-F/AgaH71-R 및 NABH-F/NABH-R을 프라이머 세트를 사용하여 각각 증폭하였다. 상기 생성된 AGAG1NABH558 유전자 생성물을 pGMFα-XYLP 플라스미드의 XbaI-SalI 부위에 각각 연결하여 pGMFα-AgaG1 및 pGMFα-NABH 플라스미드를 제작하였다. The PCR products containing the AGAG1 gene (906 bp) and the NABH558 gene (1080 bp), respectively, and having a SalI-XbaI restriction site were pGEX-AgaG1 and pET-NABH558 plasmids as templates, and AgaH71-F/AgaH71-R and NABH- F/NABH-R was each amplified using a primer set. The resulting AGAG1 and NABH558 gene products were ligated to the XbaI-SalI site of the pGMFα-XYLP plasmid, respectively, to prepare pGMFα-AgaG1 and pGMFα-NABH plasmids.

또한 AGAH71, AGAG1NABH558 유전자의 동시 발현을 위한 pGMFα-HGN 플라스미드를 구축하기 위하여 pGMFα-NABH 플라스미드를 출발 플라스미드로 이용하였다. In addition , in order to construct a pGMFα-HGN plasmid for simultaneous expression of AGAH71, AGAG1 and NABH558 genes, the pGMFα-NABH plasmid was used as a starting plasmid.

AGAG1 유전자 발현 카세트(GAL10p-MFαs.s-AGAG1-GAL7t)는 pGMFα-AgaG1 플라스미드를 주형으로 하고, In-Gal10p-F/In-Gal7t-R 프라이머 세트를 이용하여 증폭시켰으며, pGMFα-NABH 플라스미드의 SacI 제한효소 부위에 클로닝하여 pGMFα-GN 플라스미드(9.3 kb)를 구축하였다. 또한 AGAH71 유전자 발현 카세트(GAL10p-MFαs.s-AGAH71-GAL7t)는 pGMFα-AgaH71 플라스미드를 주형으로 동일한 프라이머 세트를 사용하여 증폭시켰으며, 상기 증폭산물을 pGMFα-GN 플라스미드에 클로닝 하였다. 상기와 같은 과정으로 AGAH71, AGAG1NABH558 유전자 발현 카세트(expression cassette, E.C)를 모두 포함하는 pGMFα-HGN 플라스미드(11.2kb)를 구축하였다.(도 1B). AGAG1 gene expression cassette ( GAL10p-MFαs.s-AGAG1-GAL7t ) was amplified using the pGMFα-AgaG1 plasmid as a template, In-Gal10p-F/In-Gal7t-R primer set, and the pGMFα-NABH plasmid By cloning into the SacI restriction enzyme site, pGMFα-GN plasmid (9.3 kb) was constructed. In addition, the AGAH71 gene expression cassette ( GAL10p-MFαs.s-AGAH71-GAL7t ) was amplified using the same primer set as a template for the pGMFα-AgaH71 plasmid, and the amplified product was cloned into the pGMFα-GN plasmid. A pGMFα-HGN plasmid (11.2 kb) containing all of the AGAH71, AGAG1 and NABH558 gene expression cassettes (EC) was constructed in the same manner as described above (Fig. 1B).

pGMFα-HGN 플라스미드의 유전자의 순서는 도 1A에 나타낸 각 효소의 한천 분해순서에 의해 정하였다.The sequence of genes in the pGMFα-HGN plasmid was determined by the agar digestion sequence of each enzyme shown in Fig. 1A.

상기와 같은 과정으로 제작된 발현 플라스미드는 재조합 아가레이즈 유전자에 의한 생산물 분비를 위한 MFα 신호 서열(MFα = 사카로마이세스 세레비시아애 α-메이팅 인자)을 가지며, 상기 신호 서열은 아가레이즈 유전자와 결합되도록 하였다(도 1B). 각 신호 서열과 아가레이즈 유전자의 예상 교차점은 pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 및 pGMFα-NABH 플라스미드의 DNA 시퀀싱을 사용하여 확인하였다. The expression plasmid produced by the above process has an MFα signal sequence (MFα = Saccharomyces cerevisiae α-Mating factor) for product secretion by the recombinant agarase gene, and the signal sequence is bound to the agarase gene. It was made to be (Fig. 1B). The predicted intersection of each signal sequence and the agarase gene was confirmed using DNA sequencing of the pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 and pGMFα-NABH plasmids.

MFα 프로펩타이드 제거를 위한 원래 표적 시퀀스는 KREAEAEA이며, 효모 KEX2 엔도펩티다아제(endopeptidase)는 이염기성 펩타이드 K-R를 인식해서 KR 다음의 펩타이드를 절단한다. 따라서 구축된 pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 및 pGMFα-NABH 발현 플라스미드에서도 KEX2 엔도펩티다아제에 의한 이염기성 잔기 Lys-Arg 뒤의 펩타이드가 절단되어 성숙한 형태의 아가레이즈가 분비되게 된다.The original target sequence for MFα propeptide removal is KREAEAEA, and yeast KEX2 endopeptidase recognizes the dibasic peptide K-R and cleaves the peptide following KR. Therefore, even in the constructed pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 and pGMFα-NABH expression plasmids, the peptide behind the dibasic residue Lys-Arg by KEX2 endopeptidase is cleaved to secrete mature agarase.

실시예 2. 한천 바이오에탄올 생산능이 향상된 사카로마이세스 세레비지애(Example 2. Saccharomyces cerevisiae with improved agar bioethanol production ability ( Saccharomyces cerevisiaeSaccharomyces cerevisiae ) 2805/pGMFα-HGN 균주 구축을 위한 전략) Strategy for constructing 2805/pGMFα-HGN strain

한천 바이오매스를 이용하여 바이오매스의 당화 전처리 없이 당화와 발효과정을 동시에 가능하도록 유전자가 재조합된 효모균주인 사카로마이세스 세레비지애 2805/pGMFα-HGN 균주를 구축하였다. Using agar biomass, Saccharomyces cerevisiae 2805/pGMFα-HGN strain, a yeast strain in which genes were recombined, was constructed so that saccharification and fermentation processes can be simultaneously performed without saccharification of biomass.

먼저 아가레이즈 유전자 발현을 위한 host strain을 선발하기 위하여 우라실 영양요구인자이며 내열성을 가지는 사카로마이세스 세레비지애 BY4742, 2805 및 FY834 균주를 사용하였다. First, Saccharomyces cerevisiae BY4742, 2805 and FY834 strains, which are uracil nutrient requirements and heat-resistant, were used to select host strains for expression of agarase genes.

아가레이즈 생산을 위하여 AGAH71, AGAG1, NABH558 유전자를 사용하였으며, 상기 아가레이즈 유전자는 각각 pGEX-AgaH71, pGEX-AgaG1 및 pET-NABH558 플라스미드에 의해 제공되며, 각각의 아가레이즈 유전자를 서브 클로닝 하기 위한 벡터로 pGMFα-XYLP 플라스미드를 사용하였다. pGMFα-XYLP는 아가레이즈의 효율적인 분비 생산을 위한 갈락토오스 유도 프로모터인 GAL10 프로모터 및 분비 신호 서열인 mating factor alpha signal sequence (MFα s.s)를 포함하며, 선택 마커로서 URA3 유전자를 포함한다. AGAH71, AGAG1, and NABH558 genes were used for the agarase production, and the agarase genes are provided by the pGEX-AgaH71, pGEX-AgaG1 and pET-NABH558 plasmids, respectively, as a vector for subcloning each agarase gene. The pGMFα-XYLP plasmid was used. pGMFα-XYLP comprises an agar mating factor alpha signal sequence (MFα ss ) Efficient secretion of galactose induction promoter GAL10 promoter and the secretion signal sequence for the production of a raise, and a URA3 gene as a selection marker.

아가레이즈 발현을 위한 적절한 host strain을 선택하기 위해, pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 및 pGMFα-NABH 플라스미드를 갈락토오스로부터 에탄올 생산능이 우수한 사카로마이세스 세레비지애 BY4742, 2805 및 FY834 균주에 각각 형질전환 시켰다. 이후 SC-Ura 배지에 배양하여 각 균주에서 10 개의 클론을 무작위로 선발하고, 이들 클론의 아가레이즈 활성을 요오드 용액을 이용한 직접 염색법으로 분석 하였다. 상기의 클론 중 한천 분해능이 높은 클론을 선별하여, 10 ml의 YPDG 배지에서 48 시간 동안 배양하였으며 베타-아가레이즈 및 NABH의 효소 반응은 각각 45℃와 40℃에서 수행하였다. 이후 아가레이즈 활성을 DNA assay를 통해 비교하였다. In order to select an appropriate host strain for agarase expression, pGMFα-AgaH71, pGMFα-AgaG1 and pGMFα-NABH plasmids were transformed from galactose into Saccharomyces cerevisiae BY4742, 2805 and FY834 strains, respectively, having excellent ethanol production ability. . Thereafter, 10 clones were randomly selected from each strain by culturing in SC-Ura medium, and the agarase activity of these clones was analyzed by direct staining using an iodine solution. Among the above clones, clones with high agar resolution were selected and cultured in 10 ml of YPDG medium for 48 hours, and enzymatic reactions of beta-agarase and NABH were performed at 45° C. and 40° C., respectively. After that, the agarase activity was compared through DNA assay.

그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 사카로마이세스 세레비지애 2805 균주를 host strain으로 사용한 경우 다른 host strain에 비해 1.2 내지 2.8배 우수한 아가레이즈 활성을 나타냈으며, 베타-아가레이즈 활성이 NABH 활성보다 더 높게 나타났다. 이에 따라 사카로마이세스 세레비지애 2805 균주를 아가레이즈 유전자 발현을 위한 host strain으로 선별하였다. As a result, as shown in FIG. 2, when the Saccharomyces cerevisiae 2805 strain was used as the host strain, the agarase activity was 1.2 to 2.8 times superior to other host strains, and the beta-agarase activity was NABH activity. Appeared higher than. Accordingly, Saccharomyces cerevisiae 2805 strain was selected as a host strain for expression of the agarase gene.

선별된 사카로마이세스 세레비지애 2805 균주에 pGMFα-HGN 플라스미드를 형질전환한 균주를 사카로마이세스 세레비지애 2805/pGMFα-HGN라 명명하였으며, 상기 균주는 한천분해효소 3종 (2종의 베타-아가레이즈(beta-agarase)와 1종의 네오아가로바이오스 가수분해효소(neoagarobiose hydrolyase, NABH))을 세포외로 분비 및 생산한다. The strain transformed with the pGMFα-HGN plasmid into the selected Saccharomyces cerevisiae 2805 strain was named Saccharomyces cerevisiae 2805/pGMFα-HGN, and the strain was 3 agar-degrading enzymes (2 types It secretes and produces beta-agarase and one kind of neoagarobiose hydrolyase (NABH) extracellularly.

실시예 3. 형질전환된 효모의 배양배지 및 배양조건 Example 3. Culture medium and culture conditions of transformed yeast

실시예 1.에서 제작된 플라스미드를 고효율 형질전환법을 이용하여 사카로마이시스 세레비지애 BY4742, 2805 및 FY834에 형질전환 시킨 후, SC (synthetic complete) 배지에서 선별하였다. 아가레이즈 유전자의 발현 유도를 위하여 효모 형질전환체를 10 ml (시험관 튜브 배양) 또는 50 ml (플라스크 배양) YPDG [효모추출물 10 g, 펩톤 20g, 덱스트로스 10g 및 갈락토오스 10g / 리터]의 갈락토오스 유도 유전자 발현을 위한 배지에서 48 시간 동안 30 ℃에서 조건에서 배양하였다. The plasmid prepared in Example 1 was transformed into Saccharomyces cerevisiae BY4742, 2805 and FY834 using a high-efficiency transformation method, and then selected in SC (synthetic complete) medium. In order to induce expression of the agarase gene, the yeast transformant is 10 ml (in vitro tube culture) or 50 ml (flask culture) YPDG [yeast extract 10 g, peptone 20 g, dextrose 10 g and galactose 10 g / liter] galactose inducing gene Incubated at 30° C. for 48 hours in a medium for expression.

아가로스로부터 에탄올을 수득하기 위하여 효모 형질전환체를 30 ℃에서 10 ml YPG [효모 추출물 10 g, 펩톤 20 g 및 갈락토오스 20g/리터] 배지에서 배양하였다. 이후 48 시간 배양한 상기 효모 형질전환체를 배양액(C.S, 세포 + 배지) 또는 배양된 세포(C.C, 세포 펠렛)를 50 ml의 YPA [효모 추출물 10 g, 펩톤 20 g 및 아가로오스 10 g/ 리터] 배지에 접종 하였다. In order to obtain ethanol from agarose, yeast transformants were cultured at 30° C. in 10 ml YPG [yeast extract 10 g, peptone 20 g and galactose 20 g/liter] medium. Then, the yeast transformant cultured for 48 hours was cultured (CS, cell + medium) or cultured cells (CC, cell pellet) in 50 ml of YPA [yeast extract 10 g, peptone 20 g and agarose 10 g/ L] was inoculated in the medium.

당화 공정 진행을 위해 40℃에서 48 시간 동안 배양하였으며 이후 발효 공정 진행을 위하여 30℃로 전환 후 72 시간 동안 배양하였다. In order to proceed with the saccharification process, it was cultured at 40°C for 48 hours, and then converted to 30°C to proceed with the fermentation process and cultured for 72 hours.

효모 형질 전환체의 광학 밀도(OD)는 600 nm에서 분광 광도계를 사용하여 주기적으로 측정하였으며, 건조 세포 중량(DCW)은 전환 계수, 0.31 DCW (g/l) / OD에 의해 환산하였다. The optical density (OD) of the yeast transformant was periodically measured using a spectrophotometer at 600 nm, and the dry cell weight (DCW) was converted by the conversion factor, 0.31 DCW (g/l) / OD.

실시예 4. 아가레이즈 활성 측정 Example 4. Measurement of agarase activity

아가로오스에 대한 아가레이즈의 분해 활성은 DNS 환원당 정량법(3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) method)을 사용하여 측정하였다. The decomposition activity of agarase against agarose was measured using the DNS reducing sugar quantification method (3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) method).

효소 용액을 0.2 % 아가로오스를 함유한 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) 버퍼에서 40 ℃ 또는 45 ℃에서 10 분간 반응하였다. DNS를 추가 한 후, 효소 혼합물을 10 분 동안 냉각시키고, 540 nm에서 분광 광도계 활성 측정을 수행한 후 갈락토오스를 기준으로 유리된 환원당의 양을 측정 하였다. 이 분석 조건에서 효소 1 유닛의 활성은 1분 동안 1 μmol의 환원당을 생산하는 효소의 양으로 정의하였다. 또한 요오드용액(0.12 M의 KI에 0.05 M의 I2 포함)으로 직접 염색한 후 아가레이즈를 발현하는 세포를 측정하여 아가레이즈 분해 활성을 측정하였다. The enzyme solution was reacted for 10 minutes at 40°C or 45°C in 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer containing 0.2% agarose. After DNS was added, the enzyme mixture was cooled for 10 minutes, and after performing spectrophotometric activity measurement at 540 nm, the amount of free reducing sugar was measured based on galactose. In this assay condition, the activity of 1 unit of enzyme was defined as the amount of enzyme that produced 1 μmol of reducing sugar in 1 minute. In addition, after direct staining with an iodine solution (0.12 M of KI and 0.05 M of I 2 included), agarase-expressing cells were measured to measure agarase-decomposing activity.

2 개의 베타-아가레이즈 및 NABH의 분비 생산을 위해 신호 서열(MFαs.s)을 AGAH71, AGAG1NABH558 발현 플라스미드에 결합하였으며, 사카로마이시스 세레비지애 2805/pGMFα-AgaH71, 2805/pGMFα-AgaG1 및 2805/pGMFα-NABH 형질전환체의 재조합 베타-아가레이즈 및 NABH의 활성 및 분비 효율을 분석하였다. The signal sequence (MFαs.s) was bound to the expression plasmids of AGAH71, AGAG1 and NABH558 for secretory production of two beta-agarases and NABH, and Saccharomyces cerevisiae 2805/pGMFα-AgaH71, 2805/pGMFα-AgaG1 and The activity and secretion efficiency of the recombinant beta-agarase and NABH of the 2805/pGMFα-NABH transformant were analyzed.

아가레이즈 활성 분석 비교를 위하여, 시험관 배양에서의 발현 수준이 가장 높은 클론을 선별한 후 각 형질전환체의 베타-아가레이즈 및 NABH의 발현율(활성) 및 분비효율을 하기 표 3에 나타내었다. In order to compare the agarase activity analysis, the clones having the highest expression level in the in vitro culture were selected, and then the expression rates (activity) and secretion efficiency of beta-agarase and NABH of each transformant are shown in Table 3 below.

그 결과, 표 3에 나타낸 바와 같이 대부분의 베타-아가레이즈 및 NABH 활성이 extracellular medium (상등액)에서 발견되었으며 분비 효율은 87 % 내지 96 %였다. NABH 활성은 베타-아가레이즈 활성보다 낮았으나 세포 외 분획(96 %)에서 효율적으로 분비되는 것으로 확인되었다. As a result, as shown in Table 3, most of the beta-agarase and NABH activities were found in the extracellular medium (supernatant), and the secretion efficiency was 87% to 96%. NABH activity was lower than that of beta-agarase activity, but it was found to be efficiently secreted from the extracellular fraction (96%).

아가로오스에서 에탄올을 직접 생산하기 위한 효소적 당화 과정에 있어 3가지 유전자의 협력이 필요한 바 AGAH71, AGAG1NABH558 유전자 발현 카세트를 모두 가지는 pGMFα-HGN 플라스미드를 제작하고, 상기 플라스미드를 사카로마이시스 세레비지애 2805 균주에 형질전환 시켰다. 사카로마이시스 세레비지애 2805/pGMFα-HGN 형질 전환체를 YPDG 배지에서 48 시간 동안 배양하여 베타-아가레이즈 및 NABH를 유도하였다. In the enzymatic glycosylation process for direct production of ethanol from agarose, the cooperation of three genes was required.A pGMFα-HGN plasmid having all of the AGAH71, AGAG1 and NABH558 gene expression cassettes was prepared, and the plasmid was used as saccharomyces. Levisiae 2805 strain was transformed. Saccharomyces cerevisiae 2805/pGMFα-HGN transformants were incubated in YPDG medium for 48 hours to induce beta-agarase and NABH.

그 결과, 하기 표 3에 나타낸 것과 같이 베타-아가레이즈 및 NABH를 포함하는 아가레이즈의 총 활성은 1.47 unit/ml로 나타났으며, 전체 아가레이즈의 90 %가 상등액에서 성공적으로 분비되는 것으로 확인되었다.As a result, as shown in Table 3 below, the total activity of agarase including beta-agarase and NABH was 1.47 unit/ml, and it was confirmed that 90% of the total agarase was successfully secreted from the supernatant. .

[표 3][Table 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

실시예 5. 형질전환된 사카로마이시스 세레비지애 균주의 유전자 전사 정도 측정을 위한 Reverse Transcription PCR (RT-PCR)Example 5. Reverse Transcription PCR (RT-PCR) for measuring the degree of gene transcription of the transformed Saccharomyces cerevisiae strain

형질전환 된 사카로마이시스 세레비지애 균주의 AGAH71, AGAG1NABH558 유전자 전사 정도를 측정하기 위하여 RT-PCR을 수행하였다. RT-PCR was performed to measure the degree of transcription of AGAH71, AGAG1 and NABH558 genes of the transformed Saccharomyces cerevisiae strain.

각 형질전환체의 총 RNA는 사카로마이시스 세레비지애 2805/pGMFα-AgaH71, 2805/pGMFα-AgaG1, 2805/pGMFα-NABH 및 2805/pGMFα-HGN 균주에서 얻었으며 각 균주의 총 RNA를 Chomczynski와 Sacchi 의 방법으로 추출한 후 올리고 dT를 프라이머로 하여, 총 RNA 1 μg을 HyperScript First-Strand Synthesis Kit (GeneAll)를 이용하여 20 μl 반응 시스템에서 cDNA를 합성하였다. cDNA 합성은 30 ℃에서 10 분, 42 ℃에서 60 분 72℃에서 15 분 조건에서 수행하였다. 합성된 cDNA를 PCR을 위한 주형으로 사용 하였으며, AGAH71, AGAG1, NABH558 ACT1 유전자를 증폭시키기 위하여 AgaH71-F/R, AgaG1-F/R, NABH-F/R 및 ACT1-F/R 프라이머 세트를 각각 사용하였으며 ACT1 유전자를 대조군으로 사용하였다. Total RNA of each transformant was obtained from Saccharomyces cerevisiae 2805/pGMFα-AgaH71, 2805/pGMFα-AgaG1, 2805/pGMFα-NABH and 2805/pGMFα-HGN strains, and total RNA of each strain was obtained from Chomczynski and Sacchi. After extraction by the method of, oligo dT was used as a primer, and 1 μg of total RNA was synthesized in a 20 μl reaction system using HyperScript First-Strand Synthesis Kit (GeneAll). The cDNA synthesis was performed under the conditions of 30°C for 10 minutes, 42°C for 60 minutes and 72°C for 15 minutes. The synthesized cDNA was used as a template for PCR, and AgaH71-F/R, AgaG1-F/R, NABH-F/R and ACT1-F/R primer sets were used to amplify the AGAH71, AGAG1, NABH558 and ACT1 genes. Each was used, and the ACT1 gene was used as a control.

그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이, AGAH71AGAG1 유전자가 성공적으로 증폭됨을 확인 할 수 있었으며, AGAH71 유전자의 전사 수준은 AGAG1 유전자와 별 차이점이 없음을 확인하였다. 그러나, 2805/pGMFα-NABH 및 2805/pGMFα-HGN 균주에서 NABH558 유전자의 전사 수준은 다른 유전자의 전사 수준보다 낮음을 확인하였다. 따라서 2805/pGMFα-NABH 및 2805/pGMFα-HGN 균주에서 NABH 활성이 낮았던 것은 NABH558 유전자의 전사 수준이 감소된 결과에서 야기된 것이라 판단되며, 이에 대한 이유 또는 메커니즘은 아직 명확히 밝혀지지 않았으나 프로모터의 최적화, 코돈 변경 및 유전자 재배열로 극복 가능할 것이다. As a result, as shown in FIG. 3, was able to verify that the AGAH71 and AGAG1 gene was successfully amplified, the level of transcription AGAH71 gene was confirmed that there are no differences between the AGAG1 gene. However, it was confirmed that the transcription level of the NABH558 gene in the 2805/pGMFα-NABH and 2805/pGMFα-HGN strains was lower than that of other genes. Therefore, the low NABH activity in the 2805/pGMFα-NABH and 2805/pGMFα-HGN strains is thought to be caused by the decrease in the transcription level of the NABH558 gene, and the reason or mechanism for this is not yet clearly identified, but optimization of the promoter, It will be overcome by codon changes and gene rearrangements.

실시예 6. 가수 분해 생성물 측정을 위한 TLC 분석Example 6. TLC analysis for measurement of hydrolysis products

재조합 균주에 의한 한천 분해능을 측정하기 위하여, 재조합 아가레이즈에 의한 아가로스의 가수 분해 생성물을 실리카겔 60 플레이트를 이용한 박층 크로마토그래피(thin layer chromatography, TLC)로 검출하여 측정하였다. In order to measure the resolution of agar by the recombinant strain, the hydrolysis product of agarose by recombinant agarase was detected and measured by thin layer chromatography (TLC) using a silica gel 60 plate.

0.3 % 아가로오스 기질을 포함한 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) 완충액과 아가레이즈 효소를 이용하여 반응 혼합물을 준비하였으며 반응은 40 내지 45℃조건에서 24시간 진행하였다. 이후 반응 혼합물을 6 μl씩 실리카 겔 60 플레이트에 분주하고, 용매로 n-부탄올/에탄올/물(5 : 3 : 2, v / v / v)을 사용하여 두 번 전개하였다. 상기 분리된 생성물은 황산(에탄올에 용해, 10 % w/v)을 분무한 후 판을 110℃로 가열하여 확인하였다. A reaction mixture was prepared using 20 mM Tris-HCl (pH 7.0) buffer containing 0.3% agarose substrate and an agarase enzyme, and the reaction was carried out at 40 to 45°C for 24 hours. Thereafter, the reaction mixture was dispensed on a silica gel 60 plate by 6 μl, and developed twice using n-butanol/ethanol/water (5:3:2, v/v/v) as a solvent. The separated product was confirmed by spraying sulfuric acid (dissolved in ethanol, 10% w/v) and heating the plate to 110°C.

그 결과, 도 4의 lane 3에 나타낸 바와 같이 2805/pGMFα-AgaH71 균주에 의해 생산된 베타-아가레이즈는 아가로오스를 네오아가로테트라오스와 네오아가로헥소오스로 분해 할 수 있음을 확인하였다.As a result, as shown in lane 3 of FIG. 4, it was confirmed that beta-agarose produced by the 2805/pGMFα-AgaH71 strain can decompose agarose into neoagarotetraose and neoagarohexose. .

또한 도 4의 lane 4에 나타낸 바와 같이 2805/pGMFα-AgaG1 균주에서 생산된 베타-아가레이즈는 아가로오스를 네오아가로테트라오스와 네오아가로바이오스로 분해하는 분해능이 우수함을 확인하였다. 그러나 2805/pGMFα-NABH 균주에서 생산된 네오아가로바이오스 가수 분해 효소는 기질로서 네오아가로바이오스를 사용하기 때문에 아가로오스를 직접 분해 할 수 없으므로 2805/pGMFα-HGN 균주에서 생산된 베타-아가레이즈 및 NABH에 의해 아가로오스의 동시 분해를 시도하였다. In addition, as shown in lane 4 of FIG. 4, it was confirmed that the beta-agarase produced in the 2805/pGMFα-AgaG1 strain has excellent resolution to decompose agarose into neoagarotetraose and neoagarobiose. However, since the neo-agarobiose hydrolase produced in the 2805/pGMFα-NABH strain cannot directly degrade agarose because it uses neo-agarobiose as a substrate, the beta-agarase produced in the 2805/pGMFα-HGN strain. And the simultaneous decomposition of agarose by NABH was attempted.

그 결과, 도 4의 lane 5에 나타낸 바와 같이, 아가로오스는 갈락토오스, 3,6-언하이드로-L- 갈락토오스(3,6-anhydro-L-galactose, AHG), 네오아가로바이오스로 분해됨을 확인하였으며 일부는 네오아가로헥소오스로 분해됨을 확인하였다. As a result, as shown in lane 5 of FIG. 4, agarose was decomposed into galactose, 3,6-anhydro-L-galactose (3,6-anhydro-L-galactose, AHG), and neo-agarobiose. It was confirmed that some of them were decomposed into neo-agarohexose.

이에 따라 2805/pGMFα-HGN 균주를 이용한 효소적 당화를 통해 아가로오스에서 갈락토오스를 직접 생산함을 확인하였다. Accordingly, it was confirmed that galactose was directly produced from agarose through enzymatic saccharification using the 2805/pGMFα-HGN strain.

실시예 7. 에탄올 생산능 측정 Example 7. Measurement of ethanol production ability

유전자 재조합 된 사카로마이시스 세레비지애 2805/pGMFα-HGN 균주의 에탄올 생산능을 하기와 같이 측정하였다. The ethanol-producing ability of the genetically recombined Saccharomyces cerevisiae 2805/pGMFα-HGN strain was measured as follows.

먼저, 아가레이즈 유전자 발현 유도를 위해 사카로마이시스 세레비지애 2805/pGMFα-HGN 균주를 YPG [YP + 2% 갈락토오스] 배지에서 48 시간 동안 예비 배양하고 배양 용액(C.S) 및 배양 세포(C.C)를 당화와 에탄올 발효를 위하여 예열된 YPA [YP + 1% 아가로오스] 배지에 접종하였다. 아가로오스는 저온에서 쉽게 중합(solidified) 되는 바, 상기 세포를 40℃에서 48 시간 동안 배양하여 아가로스를 발효 가능한 당으로 가수 분해하도록 유도하였고, 이후 에탄올 발효를 위해 30℃ 조건에서 72 시간 더 배양하였다. 아가레이즈는 48시간동안 아가로오스를 발효 가능한 당으로 가수 분해하도록 하였다. First, for induction of agarase gene expression, Saccharomyces cerevisiae 2805/pGMFα-HGN strain was pre-cultured in YPG [YP + 2% galactose] medium for 48 hours, and the culture solution (CS) and cultured cells (CC) were For saccharification and ethanol fermentation, preheated YPA [YP + 1% agarose] medium was inoculated. Agarose is easily solidified at low temperatures, and the cells were cultured at 40°C for 48 hours to induce hydrolysis of agarose into fermentable sugars, and then for ethanol fermentation at 30°C for 72 hours. Cultured. Agarase was allowed to hydrolyze agarose into fermentable sugars for 48 hours.

에탄올의 농도는 RID (refractive index detector)를 이용한 HPLC (Agilent 1100 series, Agilent. Inc., USA)로 측정하였으며 65℃ 조건에서 Aminex HPX-87H 컬럼(Biorad)을 사용하였고 이동 유속은 (5mM 황산) 0.6ml / 분 조건으로 진행하였다. The concentration of ethanol was measured by HPLC (Agilent 1100 series, Agilent. Inc., USA) using a RID (refractive index detector), and an Aminex HPX-87H column (Biorad) was used at 65°C, and the moving flow rate was (5 mM sulfuric acid). It proceeded under the condition of 0.6ml/min.

그 결과, 사카로마이시스 세레비지애 2805/pGMFα-HGN 균주가 갈락토오스를 이용하여 아가로오스를 가수 분해함에 따라 96시간 동안 세포 밀도는 점차 증가함을 확인하였다. 또한 발효가 진행됨에 따라 에탄올의 농도가 증가하였으며, C.S 및 C.C 접종 후 각각 96 시간 발효를 진행한 결과, 에탄올의 농도는 1.97 g/l 및 1.89 g/l로 증가하였다. 발효과정 말기에서 갈락토오스 농도는 약 1.2 g/l이었으며, 기타 다른 가수 분해 생성물(AHG 및 NA2)의 농도는 유지되는 것을 확인하였다. As a result, it was confirmed that the cell density gradually increased for 96 hours as the Saccharomyces cerevisiae 2805/pGMFα-HGN strain hydrolyzed agarose using galactose. In addition, as the fermentation proceeded, the concentration of ethanol increased, and as a result of performing the fermentation for 96 hours after C.S and C.C inoculation, respectively, the concentration of ethanol increased to 1.97 g/l and 1.89 g/l. At the end of the fermentation process, the galactose concentration was about 1.2 g/l, and it was confirmed that the concentration of other hydrolysis products (AHG and NA2) was maintained.

본 발명에서는 단일 재조합 효모 균주를 사용하여 아가로오스의 당화 및 에탄올 발효 공정을 단일화하였으며 10 g/l 아가로스에 대하여 단일 효소 당화 및 발효(unified enzymatic saccharification and fermentation, USF)를 시킨 결과, 에탄올 농도는 최대 1.97 g/l로 측정되었다. In the present invention, the saccharification and ethanol fermentation process of agarose was unified using a single recombinant yeast strain, and as a result of unified enzymatic saccharification and fermentation (USF) for 10 g/l agarose, ethanol concentration Was measured at a maximum of 1.97 g/l.

따라서 본 발명의 단일 효소 당화 및 발효 시스템(USF)은 아가로오스에서 에탄올을 생산하기 위해 바이오매스(기질)의 전처리가 필요하지 않으며, 이는 아가로오스에서 에탄올을 생산하는 과정에 있어 과정의 통일성과 단순화 가능성을 제시함으로써 바이오매스로부터 에탄올을 생산하는 여러 분야에 적용이 가능하다. Therefore, the single enzyme saccharification and fermentation system (USF) of the present invention does not require pretreatment of biomass (substrate) in order to produce ethanol from agarose, which is the unity of the process in the process of producing ethanol from agarose. By presenting the possibility of oversimplification, it can be applied to various fields of producing ethanol from biomass.

<110> Dong-eui University Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Transformed Saccharomyces cerevisiae having improved productivity of bio-ethanol and use thereof <130> PN1905-244 <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 813 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AGAH71 gene derived from Pseudoalteromonas hodoensis H7 <400> 1 gcagctgatt ggagcccttt tagtattcca gcacaagcag gcgcaggtaa aagctggcag 60 ttacaaagtg tttcagatga gtttaactac attgcacaac ctaataataa accagctgct 120 tttaataatc gttggaacgc atcttatata aatgcctggc taggtcctgg cgatacagaa 180 tttagcgctg gccactcata tacaactggc ggggcgcttg gtctgcaagc aaccgaaaaa 240 gcaggtacga acaaagttct ctcaggtatt atttcttcta aagcaacctt tacttacccc 300 ctatacctag aggcgatggt aaaaccaaca aacaacacta tggcaaatgc tgtatggatg 360 cttagtgctg attctaccca agaaatcgat gctatggagt catatggtag cgaccgaatt 420 ggccaagagt ggtttgacca acgtatgcat gttagtcatc acgtatttat tcgagaccca 480 tttcaagatt accagccaaa ggacgctggc tcttgggttt acaacaacgg agaaacatac 540 cgcaataaat ttcgtagata tggagtacat tggaaggatg cgtggaattt agattactat 600 atagatggtg ttttggttcg aagtgtctct ggcccaaata ttattgatcc tgaaaactat 660 actaacggaa caggcttaaa caagcctatg cacataatac tggatatgga acatcagcca 720 tggcgagacg ttaagcctaa tgcatctgag cttgcagatc ccaataaaag tatattttgg 780 gtagattgga tacgagttta taaagcccag taa 813 <210> 2 <211> 849 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AGAG1 gene derived from Alteromomas sp. GNUM-1 <400> 2 gcgattcctt tcatcagcaa ggccactgaa aaaagttttg atgttgatga agcaagccca 60 ttaatgccat cgtttgtcgc attcgaagat acaacgcccg ccggtatgac atggcaaaaa 120 gttgaagctc tttccgatga gtttaatcag tcgtgggacg cgtctaaatg gaaaagatca 180 aattggaatt attctgacac tcctgtgaat atggttgata caaactcagg ggtggagaat 240 ggctaccttt ggattagtgc tacgctggat gattcaacag aagaaagctg gtttaaaact 300 tcacgggtac attctaaagc gaaaattagc tttcctatgt acacagaaac acgtttgaaa 360 gttgcacaca tagcggctta taacacattt tggttgaata atggtgatgc agataatcga 420 gatgaaattg atattattga gattaattct gatccaactt gtggggagaa tgatgaatat 480 ccttggcaga tgaattctca gtattttatt gttaaaaatg gagaaacaga gcgtaataaa 540 gggccttgga gcacgaaaaa attatcggat gccaacaccc gtaaaggcgt gacgtggaac 600 caggactatc atgtatttgg cgcatggtgg aaagatgaac acaatgtaca gttttacctg 660 aatggggaac cggcgggtca tgtagtgagc agtcagcctt tcacgttaca gcaggagctg 720 atttgggatc tctggacgca agacagttct tgggtttgcg gcctgccaga aaaagaagac 780 ttactagacc ataagcgcaa tacaatgaag gttgactggg ttaggacatg gaagttagtg 840 tccaaataa 849 <210> 3 <211> 813 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NABH558 gene derived from Gayadomonas joobiniege G7 <400> 3 gcagctgatt ggagcccttt tagtattcca gcacaagcag gcgcaggtaa aagctggcag 60 ttacaaagtg tttcagatga gtttaactac attgcacaac ctaataataa accagctgct 120 tttaataatc gttggaacgc atcttatata aatgcctggc taggtcctgg cgatacagaa 180 tttagcgctg gccactcata tacaactggc ggggcgcttg gtctgcaagc aaccgaaaaa 240 gcaggtacga acaaagttct ctcaggtatt atttcttcta aagcaacctt tacttacccc 300 ctatacctag aggcgatggt aaaaccaaca aacaacacta tggcaaatgc tgtatggatg 360 cttagtgctg attctaccca agaaatcgat gctatggagt catatggtag cgaccgaatt 420 ggccaagagt ggtttgacca acgtatgcat gttagtcatc acgtatttat tcgagaccca 480 tttcaagatt accagccaaa ggacgctggc tcttgggttt acaacaacgg agaaacatac 540 cgcaataaat ttcgtagata tggagtacat tggaaggatg cgtggaattt agattactat 600 atagatggtg ttttggttcg aagtgtctct ggcccaaata ttattgatcc tgaaaactat 660 actaacggaa caggcttaaa caagcctatg cacataatac tggatatgga acatcagcca 720 tggcgagacg ttaagcctaa tgcatctgag cttgcagatc ccaataaaag tatattttgg 780 gtagattgga tacgagttta taaagcccag taa 813 <110> Dong-eui University Industry-Academic Cooperation Foundation <120> Transformed Saccharomyces cerevisiae having improved productivity of bio-ethanol and use thereof <130> PN1905-244 <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 813 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AGAH71 gene derived from Pseudoalteromonas hodoensis H7 <400> 1 gcagctgatt ggagcccttt tagtattcca gcacaagcag gcgcaggtaa aagctggcag 60 ttacaaagtg tttcagatga gtttaactac attgcacaac ctaataataa accagctgct 120 tttaataatc gttggaacgc atcttatata aatgcctggc taggtcctgg cgatacagaa 180 tttagcgctg gccactcata tacaactggc ggggcgcttg gtctgcaagc aaccgaaaaa 240 gcaggtacga acaaagttct ctcaggtatt atttcttcta aagcaacctt tacttacccc 300 ctatacctag aggcgatggt aaaaccaaca aacaacacta tggcaaatgc tgtatggatg 360 cttagtgctg attctaccca agaaatcgat gctatggagt catatggtag cgaccgaatt 420 ggccaagagt ggtttgacca acgtatgcat gttagtcatc acgtatttat tcgagaccca 480 tttcaagatt accagccaaa ggacgctggc tcttgggttt acaacaacgg agaaacatac 540 cgcaataaat ttcgtagata tggagtacat tggaaggatg cgtggaattt agattactat 600 atagatggtg ttttggttcg aagtgtctct ggcccaaata ttattgatcc tgaaaactat 660 actaacggaa caggcttaaa caagcctatg cacataatac tggatatgga acatcagcca 720 tggcgagacg ttaagcctaa tgcatctgag cttgcagatc ccaataaaag tatattttgg 780 gtagattgga tacgagttta taaagcccag taa 813 <210> 2 <211> 849 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> AGAG1 gene derived from Alteromomas sp. GNUM-1 <400> 2 gcgattcctt tcatcagcaa ggccactgaa aaaagttttg atgttgatga agcaagccca 60 ttaatgccat cgtttgtcgc attcgaagat acaacgcccg ccggtatgac atggcaaaaa 120 gttgaagctc tttccgatga gtttaatcag tcgtgggacg cgtctaaatg gaaaagatca 180 aattggaatt attctgacac tcctgtgaat atggttgata caaactcagg ggtggagaat 240 ggctaccttt ggattagtgc tacgctggat gattcaacag aagaaagctg gtttaaaact 300 tcacgggtac attctaaagc gaaaattagc tttcctatgt acacagaaac acgtttgaaa 360 gttgcacaca tagcggctta taacacattt tggttgaata atggtgatgc agataatcga 420 gatgaaattg atattattga gattaattct gatccaactt gtggggagaa tgatgaatat 480 ccttggcaga tgaattctca gtattttatt gttaaaaatg gagaaacaga gcgtaataaa 540 gggccttgga gcacgaaaaa attatcggat gccaacaccc gtaaaggcgt gacgtggaac 600 caggactatc atgtatttgg cgcatggtgg aaagatgaac acaatgtaca gttttacctg 660 aatggggaac cggcgggtca tgtagtgagc agtcagcctt tcacgttaca gcaggagctg 720 atttgggatc tctggacgca agacagttct tgggtttgcg gcctgccaga aaaagaagac 780 ttactagacc ataagcgcaa tacaatgaag gttgactggg ttaggacatg gaagttagtg 840 tccaaataa 849 <210> 3 <211> 813 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> NABH558 gene derived from Gayadomonas joobiniege G7 <400> 3 gcagctgatt ggagcccttt tagtattcca gcacaagcag gcgcaggtaa aagctggcag 60 ttacaaagtg tttcagatga gtttaactac attgcacaac ctaataataa accagctgct 120 tttaataatc gttggaacgc atcttatata aatgcctggc taggtcctgg cgatacagaa 180 tttagcgctg gccactcata tacaactggc ggggcgcttg gtctgcaagc aaccgaaaaa 240 gcaggtacga acaaagttct ctcaggtatt atttcttcta aagcaacctt tacttacccc 300 ctatacctag aggcgatggt aaaaccaaca aacaacacta tggcaaatgc tgtatggatg 360 cttagtgctg attctaccca agaaatcgat gctatggagt catatggtag cgaccgaatt 420 ggccaagagt ggtttgacca acgtatgcat gttagtcatc acgtatttat tcgagaccca 480 tttcaagatt accagccaaa ggacgctggc tcttgggttt acaacaacgg agaaacatac 540 cgcaataaat ttcgtagata tggagtacat tggaaggatg cgtggaattt agattactat 600 atagatggtg ttttggttcg aagtgtctct ggcccaaata ttattgatcc tgaaaactat 660 actaacggaa caggcttaaa caagcctatg cacataatac tggatatgga acatcagcca 720 tggcgagacg ttaagcctaa tgcatctgag cttgcagatc ccaataaaag tatattttgg 780 gtagattgga tacgagttta taaagcccag taa 813

Claims (6)

서열번호 1로 표시되는 AGAH71 유전자 서열, 서열번호 2로 표시되는 AGAG1 유전자 서열 및 서열번호 3으로 표시되는 NABH558 유전자를 포함하는 재조합 벡터Recombinant containing AGAH71 gene sequence, gene NABH558 represented by AGAG1 gene sequence and SEQ ID NO: 3 as shown in SEQ ID NO: 2 as shown in SEQ ID NO: 1 vector 제 1항에 있어서,
상기 AgaH71 유전자는 Pseudoalteromonas hodoensis H7에서 유래된 것을 특징으로 하는 재조합 벡터
The method of claim 1,
The AgaH71 gene is a recombinant vector, characterized in that derived from Pseudoalteromonas hodoensis H7
제 1항에 있어서,
상기 AgaG1 유전자는 Alteromomas sp. GNUM-1에서 유래된 것을 특징으로 하는 재조합 벡터
The method of claim 1,
The AgaG1 gene is Alteromomas sp. Recombinant vector characterized by being derived from GNUM-1
제 1항에 있어서,
상기 NABH558 유전자는 Gayadomonas joobiniege G7에서 유래된 것을 특징으로 하는 재조합 벡터
The method of claim 1,
The NABH558 gene is a recombinant vector, characterized in that derived from Gayadomonas joobiniege G7
제1항의 재조합 벡터를 포함하는, 2종의 베타-아가레이즈(beta-agarase) AgaH71 및 AgaG1과 1종의 네오아가로바이오스 가수분해효소(neoagarobiose hydrolyase, NABH)를 포함함으로써 단일 효소 당화 및 발효 시스템을 통하여 아가로오스에서 에탄올을 단일 과정으로 생산하는 것을 특징으로 하는 사카로마이세스 세레비지애 균주A single enzyme glycosylation and fermentation system comprising the recombinant vector of claim 1, including two types of beta-agarase AgaH71 and AgaG1 and one type of neoagarobiose hydrolyase (NABH). Saccharomyces cerevisiae strain, characterized in that it produces ethanol from agarose through a single process (a) AGAH71, AGAG1 NABH558 유전자를 포함하는 pGMFα-HGN 플라스미드 유전자 발현 카세트를 구축하는 단계;
(b) 상기 (a)단계에서 구축한 유전자 발현 카세트를 포함한 플라스미드를 고효율 형질전환법을 이용하여 사카로마이시스 세레비지애 균주에 형질전환 시키는 단계; 및
(c) 상기 (b)단계에서 형질전환된 사카로마이시스 세레비지애 균주를 아가로오스를 포함하는 배지에서 배양하는 단계;
를 포함하는 단일 효소 당화 및 발효 시스템을 통한 바이오 에탄올의 제조 방법


(a) constructing a pGMFα-HGN plasmid gene expression cassette containing the AGAH71, AGAG1 and NABH558 genes;
(b) transforming the plasmid containing the gene expression cassette constructed in step (a) into the Saccharomyces cerevisiae strain using a high-efficiency transformation method; And
(c) culturing the Saccharomyces cerevisiae strain transformed in step (b) in a medium containing agarose;
Method for producing bioethanol through a single enzyme saccharification and fermentation system comprising


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