KR20220089528A - E.coli strain with increased 3-hydroxypropionic acid production and method for producing 3-hydroxypropionic acid using the same - Google Patents

E.coli strain with increased 3-hydroxypropionic acid production and method for producing 3-hydroxypropionic acid using the same Download PDF

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Abstract

3-히드록시프로피온산(3-HP)의 생산을 향상시킨 미생물 및 이를 이용한 3-HP 생산 방법에 관한 것이다.It relates to a microorganism having improved production of 3-hydroxypropionic acid (3-HP) and a method for producing 3-HP using the same.

Description

3-히드록시프로피온산의 생산량이 증가된 대장균 균주 및 이를 이용한 3-히드록시프로피온산의 생산 방법 {E.coli strain with increased 3-hydroxypropionic acid production and method for producing 3-hydroxypropionic acid using the same}E. coli strain with increased production of 3-hydroxypropionic acid and production method of 3-hydroxypropionic acid using the same {E.coli strain with increased 3-hydroxypropionic acid production and method for producing 3-hydroxypropionic acid using the same}

3-히드록시프로피온산(3-HP)의 생산을 향상시킨 대장균 균주 및 이를 이용한 3-HP 생산 방법에 관한 것이다.It relates to an E. coli strain having improved production of 3-hydroxypropionic acid (3-HP) and a method for producing 3-HP using the same.

3-히드록시프로피온산(3-HP)은 젖산(2-히드록시프로피온산)의 이성질체로서 고분자 코팅제의 가교제, 금속 윤활제, 섬유의 정전기 방지제 등으로 사용되고, 아크릴산, 1,3-프로판디올, 메틸아크릴레이트, 에틸 3-히드록시프로피온산, 말로닉산, 프로피온락톤, 아크로니트릴, 또는 아크릴아마이드 등 상업적으로 중요한 여러 화학물질로 전환될 수 있는 플랫폼 화합물이다.3-Hydroxypropionic acid (3-HP) is an isomer of lactic acid (2-hydroxypropionic acid) and is used as a crosslinking agent for polymer coatings, metal lubricants, and antistatic agents for fibers. Acrylic acid, 1,3-propanediol, methyl acrylate , ethyl 3-hydroxypropionic acid, malonic acid, propionlactone, acronitrile, or acrylamide, are platform compounds that can be converted into several commercially important chemicals.

3-HP는 에틸렌 사이아노하이드린, 베타-아이도프로피온산, 베타-브로모프로피온산, 베타-클로로프로피온산, 베타-프로피오락톤, 아크릴산 등을 중간체로 하여 화학적 공정을 통해 생산될 수 있고, 글리세롤로부터 생물학적 공정을 통해 생산될 수도 있다. 그러나 이러한 화학물질 대부분이 유독하며 발암성을 띠고, 높은 온도와 압력의 조건으로 대량의 에너지를 소모하며 다량으로 공해 물질을 배출하는 문제가 있다.3-HP can be produced through a chemical process using ethylene cyanohydrin, beta-idopropionic acid, beta-bromopropionic acid, beta-chloropropionic acid, beta-propiolactone, acrylic acid, etc. as intermediates, and from glycerol It can also be produced through biological processes. However, most of these chemicals are toxic and carcinogenic, consume a large amount of energy under conditions of high temperature and pressure, and discharge large amounts of pollutants.

3-HP는 또한 미생물 발효를 통해 생산될 수 있다. 현재까지 대장균이나 크렙시엘라 뉴모니아 등을 이용한 3-HP 생산 공정이 연구되었으나, 생산성, 수율, 배지의 경제성 등의 측면에서 아직 상업적 수준에 이르지 못하고 있다.3-HP can also be produced through microbial fermentation. Although the 3-HP production process using E. coli or Krebsiella pneumoniae has been studied so far, it has not yet reached a commercial level in terms of productivity, yield, economic feasibility, etc. of the medium.

따라서, 미생물로부터 3-HP 의 생산을 증가시키기 위한 기술의 개발이 요구된다.Therefore, there is a need to develop a technique for increasing the production of 3-HP from microorganisms.

국내특허등록 10-1048485 (2011.07.05)Domestic patent registration 10-1048485 (2011.07.05)

일예는, 사이클로프로페인 지방산 합성효소 (cyclopropane fatty acid synthetase)의 활성이 내재적 활성보다 증가된, 3-히드록시프로피온산(3-HP)을 생산능이 향상된 대장균 균주를 제공한다.In one example, the activity of cyclopropane fatty acid synthetase is increased than the intrinsic activity, and provides an E. coli strain with improved ability to produce 3-hydroxypropionic acid (3-HP).

다른 일예는, 상기 균주을 배양하는 단계를 포함하는, 3-히드록시프로피온산(3-HP)의 생산 방법을 제공한다.Another example provides a method for producing 3-hydroxypropionic acid (3-HP), comprising culturing the strain.

본 발명의 한 측면에 따라, 사이클로프로페인 지방산 합성효소 (cyclopropane fatty acid synthetase)의 활성이 내재적 활성보다 증가된, 3-히드록시프로피온산(3-HP)을 생산능이 향상된 대장균 균주가 제공된다.According to one aspect of the present invention, the activity of cyclopropane fatty acid synthetase (cyclopropane fatty acid synthetase) is increased than the intrinsic activity, there is provided an E. coli strain with improved ability to produce 3-hydroxypropionic acid (3-HP).

일 구체예에서, 상기 균주는 사이클로프로페인 지방산 합성효소를 코딩하는 cfa 유전자의 발현량 증가에 의해 활성이 증가된 것일 수 있다.In one embodiment, the strain may have increased activity by increasing the expression level of the cfa gene encoding cyclopropane fatty acid synthase.

다른 구체예에서, 상기 유전자의 발현량 증가는 대장균 쥰주의 내인성 유전자 외에 cfa 유전자 1카피 이상이 도입되어 이루어진 것일 수 있다.In another embodiment, the increase in the expression level of the gene may be made by introducing one or more copies of the cfa gene in addition to the endogenous gene of the Escherichia coli strain.

다른 구체예에서, 상기 도입된 유전자는 대장균 염색체 내에 삽입될 수 있다.In another embodiment, the introduced gene may be inserted into an E. coli chromosome.

다른 구체예에서, 상기 대장균 균주는 글리세롤 디하이드라타제 (glycerol dehydratase)를 코딩하는 유전자, 알데히드 디하이드로게나제(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 유전자, 및 글리세롤 디하이드라타제 리액티바제 (glycerol dehydratase reactivase)를 코딩하는 유전자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있다.In another embodiment, the E. coli strain is a gene encoding glycerol dehydratase, a gene encoding aldehyde dehydrogenase, and glycerol dehydratase reactivase ) may include one or more selected from the group consisting of a gene encoding.

본 발명의 다른 측면에 따라, 상기 대장균 균주을 배양하는 단계를 포함하는, 3-히드록시프로피온산(3-HP)의 생산 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing 3-hydroxypropionic acid (3-HP), comprising the step of culturing the E. coli strain.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

용어 "사이클로프로페인 지방산 합성효소 (cyclopropane fatty acid synthetase)"는 S-아데노실-L-메티오닌(S-adenosyl-L-methionine)과 포스포리피드 올레핀성 지방산(phospholipid olefinic fatty acid)을, S-아데노실-L-호모시스테인(S-adenosyl-L-homocysteine)과 포스포리피드 사이클로프로페인 지방산(phospholipid cyclopropane fatty acid)으로 변환하는 반응을 촉매하는 효소를 말한다. 상기 효소는, 그 유래에 관계없이, 사이클로프로페인 지방산 합성효소 활성을 가지는 효소라면 본원의 범주에 포함되며, 이를 코딩하는 유전자로는 cfa 를 예시할 수 있다. 본원의 일 실시예에서는 대장균 (E. coli) 유래의 cfa 유전자를 사용하였고, 그 서열정보는 GenBank 등록번호 VWQ02623.1 에서 확인할 수 있다. 본원에서는 그 아미노산 서열을 서열번호 1에 나타내고, 이를 코딩하는 핵산의 염기 서열을 서열번호 2에 나타내었다. 그러나, 이는 본원의 대표적인 구현예에 해당할 뿐, 본원 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. The term "cyclopropane fatty acid synthetase" refers to S-adenosyl-L-methionine and phospholipid olefinic fatty acid, S- It refers to an enzyme that catalyzes the conversion of adenosyl-L-homocysteine into S-adenosyl-L-homocysteine and phospholipid cyclopropane fatty acid. The enzyme, regardless of its origin, is included in the scope of the present application as long as it is an enzyme having cyclopropane fatty acid synthase activity, and cfa may be exemplified as a gene encoding it. In one example of the present application, the cfa gene derived from E. coli was used, and its sequence information can be confirmed in GenBank registration number VWQ02623.1. In the present application, the amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 1, and the nucleotide sequence of the nucleic acid encoding it is shown in SEQ ID NO: 2. However, this corresponds only to a representative embodiment of the present application, and the present invention is not limited thereto.

본원의 대장균 균주는 사이클로프로페인 지방산 합성효소 (cyclopropane fatty acid synthetase)의 활성이, 대장균이 원래 가지고 있는 내인성 효소에 의한 내재적 활성보다 증가되어 있고, 3-히드록시프로피온산(3-HP)을 생산능이 향상됨을 특징으로 한다. In the E. coli strain of the present application, the activity of cyclopropane fatty acid synthetase is increased than the intrinsic activity of E. coli by the original endogenous enzyme, and the ability to produce 3-hydroxypropionic acid (3-HP) is characterized by improvement.

본원의 대장균 균주는 사이클로프로페인 지방산 합성효소 (cyclopropane fatty acid synthetase)의 활성이 내재적 활성보다 증가되어 있지 않은 균주에 비하여, 3-히드록시프로피온산(3-HP)을 생산능이 향상되며, 성장률이 향상됨을 특징으로 한다.In the E. coli strain of the present application, the ability to produce 3-hydroxypropionic acid (3-HP) is improved, and the growth rate is improved, compared to the strain in which the activity of cyclopropane fatty acid synthetase is not increased compared to the intrinsic activity. is characterized by

사이클로프로페인 지방산 합성효소의 증가된 활성은, 상기 효소를 코딩하는 유전자의 발현량 증가에 의한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 효소를 코딩하는 유전자의 카피 수의 증가, 고유 프로모터보다 강력한 프로모터로의 교체, 또는 5'-UTR 서열 변형을 통한 RNA 전사량 조절 등에 의하여 유전자의 발현량을 증가시킬 수 있다. 그러나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 사이클로프로페인 지방산 합성효소의 활성을 증가시킬 수 있는 임의의 수단, 예컨대 내인성 유전자의 증폭, 또는 돌연변이에 의한 효소 활성의 증가, 예를 들어, 일부 염기의 결실, 치환, 삽입, 또는 역위 등에 의한 돌연변이, 가령 점돌연변이, 프레임 이동 돌연변이(frame shift mutation), 미스센스(missense) 돌연변이, 넌센스(nonsense) 돌연변이, 돌연변이 유발원의 처리 등을 포함할 수 있다.The increased activity of cyclopropane fatty acid synthase may be due to an increase in the expression level of a gene encoding the enzyme. For example, the expression level of a gene may be increased by increasing the copy number of the gene encoding the enzyme, replacing the native promoter with a stronger promoter, or regulating the amount of RNA transcription through 5'-UTR sequence modification. However, the present invention is not limited thereto, and any means capable of increasing the activity of cyclopropane fatty acid synthase, such as amplification of an endogenous gene, or increase in enzyme activity by mutation, for example, deletion of some bases , substitution, insertion, or inversion, such as point mutation, frame shift mutation, missense mutation, nonsense mutation, treatment with a mutagen, and the like.

바람직한 일 구현예로, 사이클로프로페인 지방산 합성효소의 증가된 활성은, 상기 효소를 코딩하는 유전자의 1카피 이상이 외래로부터 균주에 도입되어 이루어질 수 있다. 일예로, 상기 유전자의 도입은 벡터를 통한 도입일 수 있고, 도입된 유전자는 대장균 염색체 외에 존재하거나 염색체 내에 삽입될 수 있다. 유전자의 염색체 내로의 삽입은 당업계에 알려진 임의의 방법, 예를 들면, 상동 재조합에 의하여 이루어질 수 있다.In a preferred embodiment, the increased activity of the cyclopropane fatty acid synthase may be achieved by introducing one or more copies of the gene encoding the enzyme into the strain from a foreign source. For example, the introduction of the gene may be through a vector, and the introduced gene may exist outside the E. coli chromosome or may be inserted into the chromosome. Insertion of a gene into a chromosome can be accomplished by any method known in the art, for example, by homologous recombination.

본원의 일예에서 대장균 균주에 도입하기 위해 사용된 cfa 유전자는 서열번호 1의 아미노산 서열 및 서열번호 2의 염기서열을 갖는다. 그러나, 본원은 상기 특정 서열의 단백질 또는 핵산에 제한되지 않고, 해당 서열에 대하여 실질적인 동일성을 나타내는 아미노산 또는 염기 서열을 포함하는 것으로 해석된다. 상기의 실질적인 동일성은 본 발명의 아미노산 또는 염기 서열과 임의의 다른 서열을 최대한 대응되도록 얼라인하고, 당업계에서 통상적으로 사용되는 알고리즘을 이용하여 얼라인된 서열을 분석한 경우에, 약 60% 이상, 61% 이상, 62% 이상, 63% 이상, 64% 이상, 65% 이상, 66% 이상, 67% 이상, 68% 이상, 69% 이상, 약 70% 이상, 71% 이상, 72% 이상, 73% 이상, 74% 이상, 75% 이상, 76% 이상, 77% 이상, 78% 이상, 79% 이상, 80% 이상, 81% 이상, 82% 이상, 83% 이상, 84% 이상, 85% 이상, 86% 이상, 87% 이상, 88% 이상, 89% 이상, 90% 이상, 91% 이상, 92% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상, 99% 이상, 99.1% 이상, 99.2% 이상, 99.3% 이상, 99.4% 이상, 99.5% 이상, 99.6% 이상, 99.7% 이상, 99.8% 이상, 또는 99.9% 이상의 동일성을 가지면서 동등한 효소 활성을 나타내도록 하는 아미노산 또는 염기 서열을 말한다.In one example of the present application, the cfa gene used for introduction into the E. coli strain has the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. However, the present application is not limited to the protein or nucleic acid of the specific sequence, and is construed to include an amino acid or nucleotide sequence showing substantial identity to the sequence. The substantial identity is about 60% or more when the amino acid or base sequence of the present invention and any other sequence are aligned so as to correspond as much as possible, and the aligned sequence is analyzed using an algorithm commonly used in the art. , 61% or more, 62% or more, 63% or more, 64% or more, 65% or more, 66% or more, 67% or more, 68% or more, 69% or more, about 70% or more, 71% or more, 72% or more, 73% or more, 74% or more, 75% or more, 76% or more, 77% or more, 78% or more, 79% or more, 80% or more, 81% or more, 82% or more, 83% or more, 84% or more, 85% or more or more, 86% or more, 87% or more, 88% or more, 89% or more, 90% or more, 91% or more, 92% or more, 93% or more, 94% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more, Enzymes that have at least 98%, at least 99%, at least 99.1%, at least 99.2%, at least 99.3%, at least 99.4%, at least 99.5%, at least 99.6%, at least 99.7%, at least 99.8%, or at least 99.9% identity Refers to an amino acid or nucleotide sequence that exhibits activity.

본원의 균주는 3-HP를 생산하기 위하여, 3-HP를 생합성하는 경로를 포함할 수 있다. 글리세롤과 같은 탄소 기질로부터 3-HP를 생합성하는 경로로는 여러 경로가 알려져 있지만, 대표적인 예시는 다음과 같다: 우선, 글리세롤 디하이드라타제에 의해 글리세롤이 탈수 반응을 통해 중간체인 3-히드록시프로피온알데히드 (3-Hydroxypropionaldehyde: 3-HPA)로 전환되며, 알데히드 디하이드로게나제(aldehyde dehydrogenase: ALDH)에 의해 3-히드록시프로피온알데히드(3-HPA)가 산화되어 3-HP가 된다. 따라서, 본원의 균주는 3-HP 생산을 증대시키기 위하여, 3-HP를 생합성하는 경로에 관여하는 효소의 유전자들, 예를 들어, 글리세롤 디하이드라타제를 코딩하는 유전자 및/또는 알데히드 디하이드로게나제를 코딩하는 유전자를 추가로 도입할 수 있다. 또한, 본원의 균주는 3-HP 생산을 더욱 증대시키기 위하여, 글리세롤 디하이드라타제를 재활성화시키기 위한 글리세롤 디하이드라타제 리액티바제를 코딩하는 유전자를 추가로 도입할 수 있다.The strain herein may include a pathway for biosynthesis of 3-HP in order to produce 3-HP. Several pathways are known as a pathway for biosynthesis of 3-HP from a carbon substrate such as glycerol, but representative examples are as follows: First, glycerol is dehydrated by glycerol dehydratase to dehydrate the intermediate 3-hydroxypropion It is converted to aldehyde (3-Hydroxypropionaldehyde: 3-HPA), and 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA) is oxidized by aldehyde dehydrogenase (ALDH) to 3-HP. Therefore, in order to increase 3-HP production, the strain of the present application contains genes of enzymes involved in the biosynthesis pathway of 3-HP, for example, a gene encoding glycerol dehydratase and/or aldehyde dehydrogenase. A gene encoding an agent may be further introduced. In addition, the strain of the present application may further introduce a gene encoding glycerol dehydratase reactivase for reactivating glycerol dehydratase in order to further increase 3-HP production.

이에, 바람직한 구현예로, 본원의 균주는 글리세롤 디하이드라타제 (glycerol dehydratase)를 코딩하는 유전자, 알데히드 디하이드로게나제(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 유전자, 및 글리세롤 디하이드라타제 리액티바제 (glycerol dehydratase reactivase)를 코딩하는 유전자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 더욱 포함할 수 있다.Accordingly, in a preferred embodiment, the strain of the present application is a gene encoding glycerol dehydratase, a gene encoding aldehyde dehydrogenase, and glycerol dehydratase reactivase (glycerol). dehydratase reactivase) may further include one or more selected from the group consisting of genes encoding.

용어, "글리세롤 디하이드라타제 (glycerol dehydratase)" 는 글리세롤에서 3-히드록시프로피온알데히드 (3-HPA)로의 전환을 촉매화하는 효소 활성을 갖는 폴리펩티드를 말한다. 글리세롤 디하이드라타제는 코엔자임 B12 의존성이거나 비의존성일 수 있다. 상기 효소는, 이에 제한되는 것은 아니나, 크렙시엘라 뉴모니아(Klebsiella pneumoniae), 시트로박터 프레운디(Citrobacter freundii), 클로스트리디움 파스튜리아늄(Clostridium pasteurianum), 살모넬라 타이티무리움(Salmonella typhimurium), 클렙시엘라 옥시토카(Klebsiella oxytoca), 또는 클로스트리디움 부티리쿰(Clostridium butyricum) 등 유래일 수 있다. 상기 효소는, 그 유래에 관계없이, 글리세롤에서 3-히드록시프로피온알데히드 (3-HPA)로의 전환을 촉매하는 효소 활성을 가지는 효소라면 본원의 범주에 포함되며, 이를 코딩하는 유전자로는 dhaB 를 예시할 수 있다. The term "glycerol dehydratase" refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of glycerol to 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA). Glycerol dehydratase may be coenzyme B12 dependent or independent. The enzyme is, but is not limited to, Klebsiella pneumoniae, Citrobacter freundii, Clostridium pasteurianum, Salmonella typhimurium ), Klebsiella oxytoca, or Clostridium butyricum, etc. may be derived. The enzyme, regardless of its origin, is included in the scope of the present application as long as it has an enzyme activity that catalyzes the conversion of glycerol to 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA), and a gene encoding it is exemplified by dhaB can do.

용어, "알데히드 디하이드로게나제(aldehyde dehydrogenase)"는 알데히드를 카르복실산으로 전환시키는 효소로서, 본원에서는 3-히드록시프로피온알데히드(3-HPA)에서 3-히드록시프로피온산(3-HP)으로의 전환을 촉매화하는 효소 활성을 갖는 폴리펩티드를 말한다. 알데히드 디하이드로게나제는 그 유래에 관계없이, 3-히드록시프로피온알데히드(3-HPA)에서 3-히드록시프로피온산(3-HP)으로의 전환을 촉매하는 효소 활성을 가지는 효소라면 본원의 범주에 포함되며, 이를 코딩하는 유전자로는 aldH, puuC 등을 예시할 수 있다. The term "aldehyde dehydrogenase" is an enzyme that converts an aldehyde to a carboxylic acid, herein 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA) to 3-hydroxypropionic acid (3-HP) refers to a polypeptide having an enzymatic activity that catalyzes the conversion of Aldehyde dehydrogenase, regardless of its origin, is within the scope of the present application as long as it has an enzyme activity that catalyzes the conversion of 3-hydroxypropionaldehyde (3-HPA) to 3-hydroxypropionic acid (3-HP). included, and the gene encoding it may be exemplified by aldH, puuC, and the like.

용어, "글리세롤 디하이드라타제 리액티바제 (glycerol dehydratase reactivase)"는 글리세롤 디하이드라타제가 작용하는 동안 비가역적으로 불활성화되는 것을 다시 활성화하여 촉매 활성을 유지시키는 작용을 하는 효소이다. 글리세롤 디하이드라타제 리액티바제로는 일반적으로 알려진 어느 것이라도 사용할 수 있으며, 예를 들어, 클랩시엘라 속(Klebsiella sp.), 시트로박터 속(Citrobacter sp.), 락토바실러스 속(Lactobacillus sp.), 살모넬라 속 (Salmonella sp.) 균주 등에서 유래할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 글리세롤 디하이드라타제 리액티바제는 DhaFG, GdrAB, DdrAB 등일 수 있으며, 이를 암호화하는 유전자는 dhaFG, gdrAB, ddrAB 등을 예시할 수 있다. As used herein, the term "glycerol dehydratase reactivase" refers to an enzyme that maintains catalytic activity by reactivating an irreversibly inactivated glycerol dehydratase during its action. As the glycerol dehydratase reactivase, any generally known may be used, for example, Klebsiella sp., Citrobacter sp., Lactobacillus sp. ), Salmonella genus (Salmonella sp.), but may be derived from a strain, but is not limited thereto. Glycerol dehydratase reactivase may be DhaFG, GdrAB, DdrAB, or the like, and the gene encoding it may be exemplified by dhaFG, gdrAB, ddrAB, or the like.

균주에의 도입은 목적 유전자를 숙주 세포로 도입하여 상기 핵산이 염색체외 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제가능하게 되는 것을 의미한다. 본원에서 상기 유전자들은 벡터 내에 클로닝되어 세포에 도입될 수 있다. 여기에서, 벡터는 개체의 세포 내에서 목적 단백질을 코딩하는 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 유전자 작제물을 말하며, 플라스미드, 바이러스 벡터, 박테리오파지 벡터, 코즈미드 벡터 등 다양한 형태의 벡터를 사용할 수 있다.Introduction into a strain means that a target gene is introduced into a host cell so that the nucleic acid becomes replicable as an extrachromosomal factor or by chromosomal integrity completion. Herein, the genes may be cloned into a vector and introduced into a cell. Herein, the vector refers to a genetic construct including essential regulatory elements operably linked so that a gene insert encoding a target protein is expressed in cells of an individual, and various forms such as plasmids, viral vectors, bacteriophage vectors, and cozmid vectors You can use a vector of

벡터는, 이에 제한되지는 않으나, 벡터 내로 삽입되어 전달된 유전자가 숙주세포의 게놈 내로 비가역적으로 융합되어 세포 내에서 유전자 발현이 장기간 안정적으로 지속되도록 하는 벡터가 바람직하다. 이러한 벡터는, 해당 유전자가 선택된 숙주 내에서 발현될 수 있도록 하는 전사 및 해독 발현 조절 서열을 포함한다. 발현 조절 서열로는, 전사를 실시하기 위한 프로모터, 그러한 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 및/또는 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함할 수 있다. 개시 코돈 및 종결 코돈은 일반적으로 목적 단백질을 코딩하는 핵산 서열의 일부로 간주되며, 유전자 작제물이 투여되었을 때 개체에서 작용을 나타내야 하며 코딩 서열과 인프레임(in frame)에 있어야 한다. 벡터의 프로모터는 구성적 또는 유도성일 수 있다. 또한 복제 가능한 발현벡터인 경우 복제 기원을 포함할 수 있다. 그 외에, 인핸서, 목적하는 유전자의 3' 말단의 비번역영역, 선별 마커(예컨대, 항생제 내성 마커), 또는 복제가능단위 등을 적절하게 포함할 수도 있다. 벡터는 자가 복제하거나 숙주 게놈 DNA에 통합될 수 있다.The vector is, but is not limited to, a vector in which the gene transferred and inserted into the vector is irreversibly fused into the genome of the host cell so that the gene expression in the cell is stably maintained for a long period of time is preferred. Such vectors contain transcriptional and translational expression control sequences that allow the gene of interest to be expressed in the host of choice. Expression control sequences may include a promoter for effecting transcription, an optional operator sequence for regulating such transcription, and/or sequences regulating the termination of transcription and translation. The start codon and stop codon are generally considered part of the nucleic acid sequence encoding the protein of interest, and must be functional in the subject when the genetic construct is administered and must be in frame with the coding sequence. The promoter of the vector may be constitutive or inducible. Also, in the case of an expression vector capable of replication, the origin of replication may be included. In addition, an enhancer, an untranslated region at the 3' end of the gene of interest, a selection marker (eg, an antibiotic resistance marker), or a replication-competent unit may be included as appropriate. Vectors may be self-replicating or integrated into host genomic DNA.

벡터 내의 각 구성요소는 서로 작동 가능하게 연결되어야 하며, 이들 구성요소 서열의 연결은 편리한 제한 효소 부위에서 라이게이션(연결)에 의해 수행될 수 있고, 그러한 부위가 존재하지 않는 경우, 통상의 방법에 따른 합성 올리고뉴클레오티드 어댑터(oligonucleotide adaptor) 또는 링커(linker)를 사용하여 수행될 수 있다.Each element in the vector must be operably linked to each other, and ligation of these element sequences can be performed by ligation (ligation) at convenient restriction enzyme sites, and when such sites do not exist, conventional methods are used. It may be performed using a synthetic oligonucleotide adapter or linker according to the present invention.

유용한 발현 조절 서열의 예로는, 아데노바이러스의 초기 및 후기 프로모터들, 원숭이 바이러스 40(SV40), 마우스 유방 종양 바이러스(MMTV) 프로모터, HIV의 긴 말단 반복부(LTR) 프로모터, 몰로니 바이러스, 시토메갈로바이러스(CMV) 프로모터, 엡스타인 바이러스(EBV) 프로모터, 로우스 사코마 바이러스(RSV) 프로모터, RNA 폴리머라제 ±프로모터, T3 및 T7 프로모터들, 파지 람다의 주요 오퍼레이터 및 프로모터 영역, 및 유전자의 발현을 조절하는 것으로 알려진 구성과 유도의 기타 다른 서열 및 이들의 여러 조합을 포함할 수 있다.Examples of useful expression control sequences include the early and late promoters of adenovirus, simian virus 40 (SV40), the mouse mammary tumor virus (MMTV) promoter, the long terminal repeat (LTR) promoter of HIV, Moloney virus, cytomegalo. Viral (CMV) promoter, Epstein virus (EBV) promoter, Loose Sacoma virus (RSV) promoter, RNA polymerase ± promoter, T3 and T7 promoters, major operator and promoter regions of phage lambda, and regulates the expression of genes other sequences of construction and derivation known to do so, and various combinations thereof.

대장균 균주는, 예를 들어 E.coli DH5a, E.coli JM101, E.coli K12, E.coli W3110, E.coli X1776, E.coli B 또는 E.coli XL1-Blue 을 예시할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 균주에 도입되면, 벡터는 숙주 게놈과 무관하게 복제하고 기능할 수 있거나, 또는 일부 경우에 게놈 그 자체에 통합될 수 있다.E. coli strains may be exemplified by, for example, E.coli DH5a, E.coli JM101 , E.coli K12, E.coli W3110, E.coli X1776, E.coli B or E.coli XL1-Blue. not limited Once introduced into a strain, the vector can replicate and function independently of the host genome, or in some cases can be integrated into the genome itself.

유전자를 균주로 도입하는 것은, 당 분야에서 공지된 바와 같이 적합한 표준 기술, 예들 들어, 전기천공법(electroporation), 전기주입법(electroinjection), 미세주입법(microinjection), 인산칼슘공동-침전법(calcium phosphate co-precipitation), 염화캄슘/염화루비듐법, 레트로바이러스 감염(retroviral infection), DEAE-덱스트란(DEAE-dextran), 양이온 리포좀(cationic liposome)법, 폴리에틸렌 글리콜 침전법(polyethylene glycol-mediated uptake), 유전자총(gene gun) 등을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이 때 원형의 벡터를 적절한 제한효소로 절단하여 선형의 벡터 형태로 도입할 수 있다. Introduction of the gene into the strain can be accomplished by suitable standard techniques, as is known in the art, for example, electroporation, electroinjection, microinjection, calcium phosphate co-precipitation. co-precipitation), calcium chloride/rubidium chloride method, retroviral infection, DEAE-dextran, cationic liposome method, polyethylene glycol-mediated uptake, A gene gun or the like may be used, but is not limited thereto. At this time, the circular vector can be digested with an appropriate restriction enzyme and introduced in the form of a linear vector.

본 발명의 다른 한 측면에 따라, 상기 균주를 포도당 또는 글리세롤 함유 배지에서 배양하는 단계를 포함하는, 3-히드록시프로피온산(3-HP)의 생산 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for producing 3-hydroxypropionic acid (3-HP), comprising the step of culturing the strain in a medium containing glucose or glycerol.

균주의 배양에 사용되는 배지는 특정한 균주의 요구조건을 적절하게 만족시켜야 한다. 상기 배지는 다양한 탄소원, 질소원, 인원 및 미량원소 성분을 포함할 수 있다. 구체적인 배지의 종류는 LB(Luria Bertani) broth, SD(Sabouraud Dextrose) broth 또는 YM(Yeast medium) broth 와 같은 배지를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.The medium used for culturing the strain should suitably satisfy the requirements of the specific strain. The medium may include various carbon sources, nitrogen sources, phosphorus and trace elements. Specific types of the medium may use a medium such as LB (Luria Bertani) broth, SD (Sabouraud Dextrose) broth or YM (Yeast medium) broth, but is not limited thereto.

배지 내 탄소원으로는 포도당 또는 글리세롤을 포함할 수 있다. 그 외에, 단당류, 올리고당류, 다당류, 단일탄소기질, 또는 그의 혼합물을 예시할 수 있다. 예를 들어 프럭토즈와 같은 단당류; 수크로즈, 말토즈 또는 락토즈와 같은 올리고당류; 녹말 또는 셀룰로오스와 같은 다당류; 메탄올, 포름알데히드 또는 포르메이트와 같은 단일탄소기질을 예시할 수 있다. 또한, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 저급알콜류; 글리세롤 등의 다가알콜류; 아세트산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 락트산, 글루콘산 등의 유기산; 프로피온산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 데칸산, 운데칸산, 도데칸산 등의 지방산 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들 물질은 개별적으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. The carbon source in the medium may include glucose or glycerol. In addition, monosaccharides, oligosaccharides, polysaccharides, single carbon substrates, or mixtures thereof may be exemplified. monosaccharides, for example fructose; oligosaccharides such as sucrose, maltose or lactose; polysaccharides such as starch or cellulose; Monocarbon substrates such as methanol, formaldehyde or formate can be exemplified. Moreover, lower alcohols, such as ethanol, a propanol, and a butanol; polyhydric alcohols such as glycerol; organic acids such as acetic acid, citric acid, succinic acid, tartaric acid, lactic acid, and gluconic acid; Fatty acids such as propionic acid, butanoic acid, pentanoic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid, and dodecanoic acid may be exemplified, but the present invention is not limited thereto. These substances may be used individually or as a mixture.

배지 내 질소원으로는 펩톤, 효모 추출물, 육즙, 맥아 추출물, 옥수수 침지액, 대두밀 및 요소 또는 무기 화합물, 예를 들면 황산암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 탄산암모늄 및 질산암모늄을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 질소원 또한 개별적으로 또는 혼합물로서 사용할 수 있다. Nitrogen sources in the medium include peptone, yeast extract, broth, malt extract, corn steep liquor, soybean wheat and urea or inorganic compounds such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate, However, the present invention is not limited thereto. The nitrogen sources can also be used individually or as a mixture.

배지 내 인원으로는 인산이수소칼륨 또는 인산수소이칼륨 또는 상응하는 나트륨-함유 염을 예시할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 배양 배지는 성장에 필요한 황산마그네슘 또는 황산철과 같은 금속염을 포함하거나, 아미노산 및 비타민과 같은 필수 성장 물질을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기된 원료들은 배양 과정에서 배양물에 적절한 방식에 의해 회분식으로 또는 연속식으로 첨가될 수 있다.As the phosphorus in the medium, potassium dihydrogen phosphate or dipotassium hydrogen phosphate or a corresponding sodium-containing salt may be exemplified, but not limited thereto. In addition, the culture medium may contain a metal salt such as magnesium sulfate or iron sulfate necessary for growth, or may contain essential growth materials such as amino acids and vitamins, but is not limited thereto. The above-mentioned raw materials may be added batchwise or continuously by a method suitable for the culture during the culturing process.

또한, 필요에 따라, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아와 같은 기초 화합물 또는 인산 또는 황산과 같은 산 화합물을 적절한 방식으로 사용하여 배양물의 pH를 조절할 수 있다. 또한, 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있다. In addition, if necessary, a basic compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, or an acid compound such as phosphoric acid or sulfuric acid may be used in an appropriate manner to adjust the pH of the culture. In addition, an antifoaming agent such as a fatty acid polyglycol ester may be used to inhibit the formation of bubbles.

배양(발효)는 재조합 균주에 따라 배치, 유가식, 또는 연속식 방식을 선택할 수 있다. 발효 조건은 호기, 마이크로 호기, 혐기 조건에서 배양할 수 있으며 바람직하게는 마이크로 혐기 조건에서 배치 방식으로 수행할 수 있다. 배양 온도 및 배양 시간은 사용하는 숙주세포의 특성을 고려하여 적절히 선택하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 호기 상태를 유지하기 위해 배양물 내로 산소 또는 산소-함유 기체 (예, 공기)를 주입할 수 있으며, 배양물의 온도는 보통 20℃내지 45℃, 바람직하게는 25℃ 내지 40℃일 수 있다. 배양은 원하는 글리세롤 또는 3-HP 의 생산량이 최대로 얻어질 때까지 계속될 수 있다.Cultivation (fermentation) may be performed in a batch, fed-batch, or continuous mode depending on the recombinant strain. Fermentation conditions can be cultured in aerobic, micro-aerobic, or anaerobic conditions, and preferably, it can be performed in a batch manner under micro-anaerobic conditions. The incubation temperature and incubation time may be appropriately selected in consideration of the characteristics of the host cell to be used. For example, oxygen or oxygen-containing gas (eg air) may be injected into the culture to maintain aerobic conditions, and the temperature of the culture is usually 20°C to 45°C, preferably 25°C to 40°C. can Cultivation can be continued until the desired production of glycerol or 3-HP is maximally obtained.

배양 pH 는, pH 7.0 미만, 예를 들어 pH4.0 내지 pH 7.0 미만, pH4.0 내지 pH6.0, pH4.0 내지 pH5.0, pH 4.4 내지 pH6.0, pH4.4 내지 pH5.0 등을 예시할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.Culture pH is less than pH 7.0, for example, pH4.0 to less than pH 7.0, pH4.0 to pH6.0, pH4.0 to pH5.0, pH4.4 to pH6.0, pH4.4 to pH5.0, etc. can be exemplified, but is not limited thereto.

발효 배지로부터 3-HP 을 회수하는 방법은 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 3-HP 는 원심분리, 크로마토그래피, 추출, 여과, 침전, 또는 이들의 조합을 수행함으로써 세포 배지로부터 얻을 수 있다.Methods for recovering 3-HP from fermentation medium are known in the art. For example, 3-HP can be obtained from a cell medium by performing centrifugation, chromatography, extraction, filtration, precipitation, or a combination thereof.

본원의 균주를 이용함으로써 종국적으로 3-히드록시프로피온산(3-HP) 의 생산량이 증가될 수 있다.Ultimately, the production of 3-hydroxypropionic acid (3-HP) can be increased by using the strain of the present application.

도 1은 본원의 일실시예에 따라 제조된 대장균 균주의 성장능력 향상을 확인한 그래프이다.
도 2는 본원의 일실시예에 따라 제조된 대장균 균주의 3-HP 생산능력 향상을 확인한 그래프이다.
1 is a graph confirming the improvement of the growth ability of the E. coli strain prepared according to an embodiment of the present application.
Figure 2 is a graph confirming the improvement in 3-HP production capacity of the E. coli strain prepared according to an embodiment of the present application.

이하 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, these are only for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.

실시예 1. cfa 유전자 도입에 따른 3-HP 생산 증대 효과 확인Example 1. Confirmation of the effect of increasing 3-HP production according to the introduction of the cfa gene

1-1. 벡터의 제조1-1. Preparation of vectors

cfa유전자를 과발현시키기 위해 cfa를 포함하는 플라스미드를 제조하였다. cfa 유전자(서열번호 2)는 대장균 W3110 균주 (KCCM 40219)의 유전체로부터, 서열번호 3 및 서열번호 4의 핵산 서열로 이루어지는 프라이머쌍을 사용하여 증폭하였다 (95도에서 2분 예비변성; 95도에서 1분 변성, 55도에서 30초 어닐링, 및 72도에서 1분 신장을 30회 반복; 72도에서 2분 최종신장; 4도로 유지하여 보관; 최종 산물 size 1.2 kb):To overexpress the cfa gene, a plasmid containing cfa was prepared. The cfa gene (SEQ ID NO: 2) was amplified from the genome of E. coli W3110 strain (KCCM 40219) using a primer pair consisting of the nucleic acid sequences of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 (2 minutes predenaturation at 95 degrees; 30 repetitions of 1 min denaturation, 30 sec annealing at 55 °C, and 1 min elongation at 72 °C; 2 min final elongation at 72 °C; storage at 4 °C; final product size 1.2 kb):

- cfa-F 프라이머: tactagcgcagcttaatgagttcatcgtgtatagaagaag (서열번호 3)- cfa-F primer: tactagcgcagcttaatgagttcatcgtgtatagaagaag (SEQ ID NO: 3)

- cfa-R 프라이머: cagcagcctaggttaattagcgagccactcgaaggccg (서열번호 4)- cfa-R primer: cagcagcctaggttaattagcgagccactcgaaggccg (SEQ ID NO: 4)

상기 준비된 cfa 유전자를 3HP 생산용 pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH 플라스미드에 클로닝하였다.The prepared cfa gene was cloned into the pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH plasmid for 3HP production.

pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH 플라스미드는 pCDFDuet-1 벡터의 프로모터 부분을 J23101과 J23100 프로모터로 치환하고 크렙시엘라 뉴모니아의 dhaB (dhaB1, dhaB2, dhaB3) 및 gdrAB 유전자 (gdrA, gdrB)와 E. coli K12 MG1655 유래의 aldH 유전자를 클로닝한 벡터이다. 구체적으로, dhaB (약 2.7 kb; dhaB1, dhaB2, dhaB3)와 gdrAB 유전자 (약 2.2 kb; gdrA, gdrB)는 크렙시엘라 뉴모니아의 염색체에서 아래의 프라이머 및 NEB Q5 DNA 폴리머라제를 이용해 NEB에서 제공하는 조건을 사용하여 증폭하였다:The pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH plasmid replaced the promoter portion of the pCDFDuet-1 vector with promoters J23101 and J23100, and dhaB (dhaB1, dhaB2, dhaB3) and gdrAB genes (gdrA) from Krebsiella pneumoniae (gdrA). , gdrB) and E. coli K12 MG1655-derived aldH gene cloned vector. Specifically, dhaB (about 2.7 kb; dhaB1, dhaB2, dhaB3) and gdrAB genes (about 2.2 kb; gdrA, gdrB) were synthesized from the chromosome of Krebsiella pneumoniae in NEB using the following primers and NEB Q5 DNA polymerase. Amplification was performed using the conditions provided:

- dhaB-gdrA-F 프라이머: GAATTCATGAAAAGATCAAAACGATTTGCAGTCCT (서열번호 5)-dhaB-gdrA-F primer: GAATTCATGAAAAGATCAAAACGATTGCAGTCCT (SEQ ID NO: 5)

- dhaB-gdrA-R 프라이머: AAGCTTGATCTCCCACTGACCAAAGCTGG (서열번호 6)-dhaB-gdrA-R primer: AAGCTTGATCTCCCACTGACCAAAGCTGG (SEQ ID NO: 6)

- gdrB-F 프라이머: AAGCTTAGAGGGGGCCGTCATGTCGCTTTCACCGCCAG (서열번호 7)- gdrB-F primer: AAGCTTAGAGGGGGCCGTCATGTCGCTTTCACCGCCAG (SEQ ID NO: 7)

- gdrB-R 프라이머: CTTAAGTCAGTTTCTCTCACTTAACGGC (서열번호 8)- gdrB-R primer: CTTAAGTCAGTTTCTCTCACTTAACGGC (SEQ ID NO: 8)

크렙시엘라 뉴모니아의 염색체 상에 dhaB123와 gdrA 유전자가 나란히 위치해 있어 같이 증폭하였고, gdrB는 dhaB123, gdrA와 반대 방향으로 위치해 있기 때문에 gdrB만 따로 증폭하였으며, 이 때 NEB Q5 DNA 폴리머라제를 이용하였으며, 조건은 NEB에서 제공하는 조건을 사용하였다. 그 후 dhaB123, gdrA 유전자는 제한 효소 EcoRI과 HindIII을, gdrB 유전자는 제한 효소 HindIII과 AflII을 이용하여 J23101 프로모터 아래에 클로닝하였다. aldH는 아래의 프로모터를 이용하여 E. coli K12 MG1655 염색체로부터 증폭하였고, 이 때 아래의 프라이머 및 NEB Q5 DNA 폴리머라제를 이용하였으며, 조건은 NEB에서 제공하는 조건을 사용하였다.Since the dhaB123 and gdrA genes were located side by side on the chromosome of Krebsiella pneumoniae, they were amplified together. Since gdrB was located in the opposite direction to dhaB123 and gdrA, only gdrB was amplified separately. At this time, NEB Q5 DNA polymerase was used. , the conditions provided by NEB were used. Thereafter, the dhaB123 and gdrA genes were cloned under the J23101 promoter using restriction enzymes EcoRI and HindIII, and the gdrB gene using restriction enzymes HindIII and AflII. aldH was amplified from the E. coli K12 MG1655 chromosome using the following promoter, and the following primers and NEB Q5 DNA polymerase were used, and the conditions provided by NEB were used.

- aldH-F 프라이머: ggtaccatgaattttc atcatctggc (서열번호 9)- aldH-F primer: ggtaccatgaattttc atcatctggc (SEQ ID NO: 9)

- aldH-R 프라이머: catatgtcaggcctccaggcttat (서열번호 10)- aldH-R primer: catatgtcaggcctccaggcttat (SEQ ID NO: 10)

aldH는 제한효소 KpnI과 NdeI을 이용하여 J23100 프로모터 아래에 클로닝하였다.aldH was cloned under the J23100 promoter using restriction enzymes KpnI and NdeI.

이와 같이 제조된 pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH 플라스미드에, 상기 준비된 cfa 유전자를 PacI 제한효소를 이용하여 In-Fusion 반응에 의하여 클로닝함으로써,최종적으로 재조합 벡터 pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH-cfa를 제조하였다.Cloning the prepared cfa gene into the thus-prepared pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH plasmid by In-Fusion reaction using PacI restriction enzyme, finally the recombinant vector pCDF-dhaB1,2, 3-gdrA,b-aldH-cfa was prepared.

1-2. 형질전환 균주의 제조 및 배양1-2. Preparation and culture of transformant strains

균주는 Escherichia coli W3110 Δ (glpK, yqhD, ackA-pta, ldhA 및 gldA 유전자 결실 균주; Gene bridges 사의 Quick&easy e. coli gene deletion kit 사용)를 사용하였다. 상기 균주를 LB 플레이트 (1 리터당 10g tryptone, 5g yeast extract, 10g NaCl, 15g agar 포함)상에 평판도말하고 37℃ 에서 밤새 배양하였다. 배양한 단일 콜로니를 3-5 mL LB 액체배지 (배지조성은 위와 동일하되 agar 를 포함하지 않음)에 접종하고 교반하면서 37℃ 에서 밤새 배양하였다. 다음날 아침 배양액을 LB 액체배지 5 mL에 1:100 으로 희석하고 OD ~0.5 가 될 때까지 3-6시간 배양하였다. 10-15분간 얼음 위에서 식힌 후 4℃에서 4000rpm 으로 10분간 원심분리하여 세포를 수집하였다. 세포를 얼음으로 식힌 멸균 DI water 1 mL에 재현탁하여 세척하고 다시 4℃에서 4000rpm 으로 10분간 원심분리하여 세포를 수집하였다. 수집한 세포는 다시 DI water 1 mL에 재현탁하여 세척하고 다시 4℃에서 4000rpm 으로 10분간 원심분리하여 세포를 수집하였다. 수집한 세포는 DI water 0.3 mL에 재현탁하고, 개별 pre-chilled microfuge tube에 세포 분취량(aliquots)을 넣었다(90 ul per transformation in a 0.1 cm gap electroporation cuvette). 상기 제작한 플라스미드 DNA (1-5 uL)를 피펫팅하여 첨가한 후 혼합물을 전처리된 전기천공용 큐벳(pre-chilled electroporation cuvette)에 옮겼다. 1.8kV 에서 전기천공하고 펄스 직후 상온의 LB 액체배지 1 mL 를 세포에 첨가하고 37℃에서 1시간 배양하였다. 배양액은 스트렙토마이신이 포함된 LB 플레이트 상에 도말하고 과량의 액체가 건조/플레이트 내로 흡수되게 하였다. 플레이트를 거꾸로 하여 37℃에서 배양하였다. 대조군으로는 cfa가 도입되지 않은 pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH 벡터가 포함되어 있는 균주를 사용하였다. Escherichia coli W3110 Δ (glpK, yqhD, ackA-pta, ldhA and gldA gene deletion strains; Gene bridges' Quick&easy e. coli gene deletion kit was used) as the strain. The strain was plated on an LB plate (including 10 g tryptone, 5 g yeast extract, 10 g NaCl, 15 g agar per liter) and cultured overnight at 37°C. The cultured single colonies were inoculated in 3-5 mL LB liquid medium (the medium composition was the same as above, but not including agar) and incubated overnight at 37°C with stirring. The next morning, the culture medium was diluted 1:100 in 5 mL of LB broth and incubated for 3-6 hours until OD of ~0.5. After cooling on ice for 10-15 minutes, the cells were collected by centrifugation at 4° C. at 4000 rpm for 10 minutes. The cells were resuspended in 1 mL of ice-cold sterile DI water, washed, and again centrifuged at 4° C. at 4000 rpm for 10 minutes to collect the cells. The collected cells were again resuspended in 1 mL of DI water, washed, and again centrifuged at 4° C. at 4000 rpm for 10 minutes to collect the cells. The collected cells were resuspended in 0.3 mL of DI water, and aliquots were placed in individual pre-chilled microfuge tubes (90 ul per transformation in a 0.1 cm gap electroporation cuvette). After pipetting the prepared plasmid DNA (1-5 uL) was added, the mixture was transferred to a pre-chilled electroporation cuvette. After electroporation at 1.8 kV, 1 mL of LB broth at room temperature was added to the cells immediately after the pulse, and incubated at 37° C. for 1 hour. Cultures were spread on LB plates with streptomycin and excess liquid was allowed to dry/absorb into plates. The plate was inverted and incubated at 37°C. As a control, a strain containing the pCDF-dhaB1,2,3-gdrA,b-aldH vector into which cfa was not introduced was used.

실시예 2. 균주의 성장률 분석Example 2. Growth rate analysis of strains

성장률 분석을 위해 먼저 단일 콜로니를 액체 LB 배지 3 mL에 접종하고, 37℃, 250 rpm 조건에서 20시간 전배양 (seed culture) 하였다. 그후 염산으로 pH 4.4, pH 4.7, pH 5.0 로 각각 조정된 M9 최소 배지 5 mL에 1% 농도로 접종해 24시간 배양한 후 OD 를 측정한 결과, 대조군에 비하여 3배 (pH4.4), 1.7배 (pH4.7) 및 1.3배 (pH 5.0) 향상된 성장률을 나타내었다 (도 1 참조). For the growth rate analysis, a single colony was first inoculated into 3 mL of liquid LB medium, and pre-cultured at 37°C and 250 rpm for 20 hours (seed culture). After that After inoculating at a concentration of 1% in 5 mL of M9 minimal medium adjusted to pH 4.4, pH 4.7, and pH 5.0 with hydrochloric acid, respectively, and culturing for 24 hours, the OD was measured, 3 times (pH4.4), 1.7 times compared to the control. (pH4.7) and 1.3 times (pH 5.0) showed improved growth rates (see FIG. 1 ).

M9 배지는 1L당 Na2HPO4 60 g, KH2PO4 30 g, NaCl 5 g, NH4Cl 10 g로 조성된 10X M9 salts (pH 7.4)와 1 M MgSO4, 1 M CaCl2 용액을 따로 멸균하여 준비하고, 본 배양 시에 배지 1L 당 10X M9 salts 100mL, 1 M MgSO4 2 mL, 1 M CaCl2 0.1 mL로 조성되도록 하였다.M9 medium is prepared by separately sterilizing 10X M9 salts (pH 7.4) and 1 M MgSO4, 1 M CaCl2 solution composed of 60 g of Na2HPO4, 30 g of KH2PO4, 5 g of NaCl, and 10 g of NH4Cl per 1 L. Per 1 L of medium, 100 mL of 10X M9 salts, 2 mL of 1 M MgSO4, and 0.1 mL of 1 M CaCl2 were prepared.

실시예 3. 3-HP 생산 분석Example 3. 3-HP Production Analysis

250 mL 삼각 플라스크에 20 g/L의 글리세롤과 25 mg/L 스트렙토마이신이 포함된 100 mL의 변형된 M9 배지(MgSO4ㆍ7H2O 0.6 g/L, NaCl 1.5 g/L, Na2HPO4ㆍ7H2O 12.8 g/L, K2HPO4 17.4 g/L, NH4Cl 2 g/L, 효모 추출물 0.5 g/L, KH2PO4 3 g/L 및 CaCl2 0.11 g/L 함유)를 제조하였다. 이때 Ca(OH)2를 이용하여 pH를 6.0로 유지해주었다. 상기 제작한 대조군과 실험군 Seed culture 1 mL을 플라스크에 접종하고, 33℃, 250 rpm 진탕배양기에서 배양하였다. In a 250 mL Erlenmeyer flask, 100 mL of modified M9 medium containing 20 g/L of glycerol and 25 mg/L streptomycin (MgSO 4 ㆍ7H 2 O 0.6 g/L, NaCl 1.5 g/L, Na 2 HPO 4 ㆍ7H 2 O 12.8 g/L, K 2 HPO 4 17.4 g/L, NH 4 Cl 2 g/L, yeast extract 0.5 g/L, KH 2 PO 4 3 g/L and CaCl 2 0.11 g/L) was prepared. At this time, the pH was maintained at 6.0 using Ca(OH) 2 . 1 mL of the prepared control and experimental group seed culture was inoculated in a flask, and cultured at 33° C., 250 rpm in a shaker incubator.

HPLC를 이용하여 다음과 같은 분석 조건에서 3-HP 농도를 확인하였다. 배양액 1 mL을 원심분리 (4000rpm, 1분) 후, 상등액을 0.45 ㎛ 크기의 필터를 사용하여 준비하였다. HPLC는 Aminex HPX-87H ion exclusion column (7.8 * 300 mm, 9㎛)을 사용하여 0.5 mM sulfuric acid (H2SO4)를 flow rate 0.4 mL/min 속도로 흘려주었고, column의 온도는 50℃로 맞추었다. Using HPLC, 3-HP concentration was confirmed under the following analysis conditions. After centrifugation (4000 rpm, 1 minute) of 1 mL of the culture solution, the supernatant was prepared using a filter having a size of 0.45 μm. For HPLC, 0.5 mM sulfuric acid (H 2 SO 4 ) was flowed at a flow rate of 0.4 mL/min using an Aminex HPX-87H ion exclusion column (7.8 * 300 mm, 9 μm), and the temperature of the column was 50 ° C. fit

그 결과, 실험균 균주가 생산한 최종 3-HP 농도는 4.6 g/L로 나타났음에 반하여, 대조군 균주가 생산한 최종 3-HP 농도는 3.8 g/L로 나타났다. 이는 대조군 균주에 비하여 약 21%의 3-HP 생산 향상된 결과이며 3-HP 생산에 있어 cfa의 효과를 의미한다 (표 1 및 도 2 참조).As a result, the final 3-HP concentration produced by the experimental strain was 4.6 g/L, whereas the final 3-HP concentration produced by the control strain was 3.8 g/L. This is a result of about 21% improvement in 3-HP production compared to the control strain, indicating the effect of cfa on 3-HP production (see Table 1 and FIG. 2).

3-HP (g/L)3-HP (g/L) 대조군 균주 (-cfa)Control strain (-cfa) 3.83.8 cfa 형질전환 균주(+cfa)cfa transformed strain (+cfa) 4.64.6

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential characteristics thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention, rather than the above detailed description, all changes or modifications derived from the meaning and scope of the following claims and their equivalents.

<110> LG CHEM, LTD. <120> E.coli strain with increased 3-hydroxypropionic acid production and method for producing 3-hydroxypropionic acid using the sames <130> DPP20203552KR <160> 10 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 382 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 1 Met Ser Ser Ser Cys Ile Glu Glu Val Ser Val Pro Asp Asp Asn Trp 1 5 10 15 Tyr Arg Ile Ala Asn Glu Leu Leu Ser Arg Ala Gly Ile Ala Ile Asn 20 25 30 Gly Ser Ala Pro Ala Asp Ile Arg Val Lys Asn Pro Asp Phe Phe Lys 35 40 45 Arg Val Leu Gln Glu Gly Ser Leu Gly Leu Gly Glu Ser Tyr Met Asp 50 55 60 Gly Trp Trp Glu Cys Asp Arg Leu Asp Met Phe Phe Ser Lys Val Leu 65 70 75 80 Arg Ala Gly Leu Glu Asn Gln Leu Pro His His Phe Lys Asp Thr Leu 85 90 95 Arg Ile Ala Gly Ala Arg Leu Phe Asn Leu Gln Ser Lys Lys Arg Ala 100 105 110 Trp Ile Val Gly Lys Glu His Tyr Asp Leu Gly Asn Asp Leu Phe Ser 115 120 125 Arg Met Leu Asp Pro Phe Met Gln Tyr Ser Cys Ala Tyr Trp Lys Asp 130 135 140 Ala Asp Asn Leu Glu Ser Ala Gln Gln Ala Lys Leu Lys Met Ile Cys 145 150 155 160 Glu Lys Leu Gln Leu Lys Pro Gly Met Arg Val Leu Asp Ile Gly Cys 165 170 175 Gly Trp Gly Gly Leu Ala His Tyr Met Ala Ser Asn Tyr Asp Val Ser 180 185 190 Val Val Gly Val Thr Ile Ser Ala Glu Gln Gln Lys Met Ala Gln Glu 195 200 205 Arg Cys Glu Gly Leu Asp Val Thr Ile Leu Leu Gln Asp Tyr Arg Asp 210 215 220 Leu Asn Asp Gln Phe Asp Arg Ile Val Ser Val Gly Met Phe Glu His 225 230 235 240 Val Gly Pro Lys Asn Tyr Asp Thr Tyr Phe Ala Val Val Asp Arg Asn 245 250 255 Leu Lys Pro Glu Gly Ile Phe Leu Leu His Thr Ile Gly Ser Lys Lys 260 265 270 Thr Asp Leu Asn Val Asp Pro Trp Ile Asn Lys Tyr Ile Phe Pro Asn 275 280 285 Gly Cys Leu Pro Ser Val Arg Gln Ile Ala Gln Ser Ser Glu Pro His 290 295 300 Phe Val Met Glu Asp Trp His Asn Phe Gly Ala Asp Tyr Asp Thr Thr 305 310 315 320 Leu Met Ala Trp Tyr Glu Arg Phe Leu Ala Ala Trp Pro Glu Ile Ala 325 330 335 Asp Asn Tyr Ser Glu Arg Phe Lys Arg Met Phe Thr Tyr Tyr Leu Asn 340 345 350 Ala Cys Ala Gly Ala Phe Arg Ala Arg Asp Ile Gln Leu Trp Gln Val 355 360 365 Val Phe Ser Arg Gly Val Glu Asn Gly Leu Arg Val Ala Arg 370 375 380 <210> 2 <211> 1149 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 2 atgagttcat cgtgtataga agaagtcagt gtaccggatg acaactggta ccgtatcgcc 60 aacgaattac ttagccgtgc cggtatagcc attaacggtt ctgccccggc ggatattcgt 120 gtgaaaaacc ccgatttttt taaacgcgtt ctgcaagaag gctctttggg gttaggcgaa 180 agttatatgg atggctggtg ggaatgtgac cgactggata tgttttttag caaagtctta 240 cgcgcaggtc tcgagaacca actcccccat catttcaaag acacgctgcg tattgccggc 300 gctcgtctct tcaatctgca gagtaaaaaa cgtgcctgga tagtcggcaa agagcattac 360 gatttgggta atgacttgtt cagccgcatg cttgatccct tcatgcaata ttcctgcgct 420 tactggaaag atgccgataa tctggaatct gcccagcagg cgaagctcaa aatgatttgt 480 gaaaaattgc agttaaaacc agggatgcgc gtactggata ttggctgcgg ctggggcgga 540 ctggcacact acatggcatc taattatgac gtaagcgtgg tgggcgtcac catttctgcc 600 gaacagcaaa aaatggctca ggaacgctgt gaaggcctgg atgtcaccat tttgctgcaa 660 gattatcgtg acctgaacga ccagtttgat cgtattgttt ctgtggggat gttcgagcac 720 gtcggaccga aaaattacga tacctatttt gcggtggtgg atcgtaattt gaaaccggaa 780 ggcatattcc tgctccatac tatcggttcg aaaaaaaccg atctgaatgt tgatccctgg 840 attaataaat atatttttcc gaacggttgc ctgccctctg tacgccagat tgctcagtcc 900 agcgaacccc actttgtgat ggaagactgg cataacttcg gtgctgatta cgatactacg 960 ttgatggcgt ggtatgaacg attcctcgcc gcatggccag aaattgcgga taactatagt 1020 gaacgcttta aacgaatgtt tacctattat ctgaatgcct gtgcaggtgc tttccgcgcc 1080 cgtgatattc agctctggca ggtcgtgttc tcacgcggtg ttgaaaacgg ccttcgagtg 1140 gctcgctaa 1149 <210> 3 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cfa-F primer <400> 3 tactagcgca gcttaatgag ttcatcgtgt atagaagaag 40 <210> 4 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cfa-R primer <400> 4 cagcagccta ggttaattag cgagccactc gaaggccg 38 <210> 5 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> dhaB-gdrA-F primer <400> 5 gaattcatga aaagatcaaa acgatttgca gtcct 35 <210> 6 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> dhaB-gdrA-R primer <400> 6 aagcttgatc tcccactgac caaagctgg 29 <210> 7 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gdrB-F primer <400> 7 aagcttagag ggggccgtca tgtcgctttc accgccag 38 <210> 8 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gdrB-R primer <400> 8 cttaagtcag tttctctcac ttaacggc 28 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aldH-F primer <400> 9 ggtaccatga attttcatca tctggc 26 <210> 10 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aldH-R primer <400> 10 catatgtcag gcctccaggc ttat 24 <110> LG CHEM, LTD. <120> E. coli strain with increased 3-hydroxypropionic acid production and method for producing 3-hydroxypropionic acid using the sames <130> DPP20203552KR <160> 10 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 382 <212> PRT <213> Escherichia coli <400> 1 Met Ser Ser Ser Cys Ile Glu Glu Val Ser Val Pro Asp Asp Asn Trp 1 5 10 15 Tyr Arg Ile Ala Asn Glu Leu Leu Ser Arg Ala Gly Ile Ala Ile Asn 20 25 30 Gly Ser Ala Pro Ala Asp Ile Arg Val Lys Asn Pro Asp Phe Phe Lys 35 40 45 Arg Val Leu Gln Glu Gly Ser Leu Gly Leu Gly Glu Ser Tyr Met Asp 50 55 60 Gly Trp Trp Glu Cys Asp Arg Leu Asp Met Phe Phe Ser Lys Val Leu 65 70 75 80 Arg Ala Gly Leu Glu Asn Gln Leu Pro His His Phe Lys Asp Thr Leu 85 90 95 Arg Ile Ala Gly Ala Arg Leu Phe Asn Leu Gln Ser Lys Lys Arg Ala 100 105 110 Trp Ile Val Gly Lys Glu His Tyr Asp Leu Gly Asn Asp Leu Phe Ser 115 120 125 Arg Met Leu Asp Pro Phe Met Gln Tyr Ser Cys Ala Tyr Trp Lys Asp 130 135 140 Ala Asp Asn Leu Glu Ser Ala Gln Gln Ala Lys Leu Lys Met Ile Cys 145 150 155 160 Glu Lys Leu Gln Leu Lys Pro Gly Met Arg Val Leu Asp Ile Gly Cys 165 170 175 Gly Trp Gly Gly Leu Ala His Tyr Met Ala Ser Asn Tyr Asp Val Ser 180 185 190 Val Val Gly Val Thr Ile Ser Ala Glu Gln Gln Lys Met Ala Gln Glu 195 200 205 Arg Cys Glu Gly Leu Asp Val Thr Ile Leu Leu Gln Asp Tyr Arg Asp 210 215 220 Leu Asn Asp Gln Phe Asp Arg Ile Val Ser Val Gly Met Phe Glu His 225 230 235 240 Val Gly Pro Lys Asn Tyr Asp Thr Tyr Phe Ala Val Val Asp Arg Asn 245 250 255 Leu Lys Pro Glu Gly Ile Phe Leu Leu His Thr Ile Gly Ser Lys Lys 260 265 270 Thr Asp Leu Asn Val Asp Pro Trp Ile Asn Lys Tyr Ile Phe Pro Asn 275 280 285 Gly Cys Leu Pro Ser Val Arg Gln Ile Ala Gln Ser Ser Glu Pro His 290 295 300 Phe Val Met Glu Asp Trp His Asn Phe Gly Ala Asp Tyr Asp Thr Thr 305 310 315 320 Leu Met Ala Trp Tyr Glu Arg Phe Leu Ala Ala Trp Pro Glu Ile Ala 325 330 335 Asp Asn Tyr Ser Glu Arg Phe Lys Arg Met Phe Thr Tyr Tyr Leu Asn 340 345 350 Ala Cys Ala Gly Ala Phe Arg Ala Arg Asp Ile Gln Leu Trp Gln Val 355 360 365 Val Phe Ser Arg Gly Val Glu Asn Gly Leu Arg Val Ala Arg 370 375 380 <210> 2 <211> 1149 <212> DNA <213> Escherichia coli <400> 2 atgagttcat cgtgtataga agaagtcagt gtaccggatg acaactggta ccgtatcgcc 60 aacgaattac ttagccgtgc cggtatagcc attaacggtt ctgccccggc ggatattcgt 120 gtgaaaaacc ccgatttttt taaacgcgtt ctgcaagaag gctctttggg gttaggcgaa 180 agttatatgg atggctggtg ggaatgtgac cgactggata tgttttttag caaagtctta 240 cgcgcaggtc tcgagaacca actcccccat catttcaaag acacgctgcg tattgccggc 300 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<210> 3 <211> 40 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cfa-F primer <400> 3 tactagcgca gcttaatgag ttcatcgtgt atagaagaag 40 <210> 4 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> cfa-R primer <400> 4 cagcagccta ggttaattag cgagccactc gaaggccg 38 <210> 5 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> dhaB-gdrA-F primer <400> 5 gaattcatga aaagatcaaa acgatttgca gtcct 35 <210> 6 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> dhaB-gdrA-R primer <400> 6 aagcttgatc tcccactgac caaagctgg 29 <210> 7 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gdrB-F primer <400> 7 aagcttagag ggggccgtca tgtcgctttc accgccag 38 <210> 8 <211> 28 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> gdrB-R primer <400> 8 cttaagtcag tttctctcac ttaacggc 28 <210> 9 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aldH-F primer <400> 9 ggtaccatga attttcatca tctggc 26 <210> 10 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aldH-R primer <400> 10 catatgtcag gcctccaggc ttat 24

Claims (6)

사이클로프로페인 지방산 합성효소 (cyclopropane fatty acid synthetase)의 활성이 내재적 활성보다 증가된, 3-히드록시프로피온산(3-HP)을 생산능이 향상된 대장균 균주.E. coli strain with improved ability to produce 3-hydroxypropionic acid (3-HP) in which the activity of cyclopropane fatty acid synthetase is increased than intrinsic activity. 제1항에 있어서,
상기 균주는 사이클로프로페인 지방산 합성효소를 코딩하는 cfa 유전자의 발현량 증가에 의해 활성이 증가된 것인, 대장균 균주.
According to claim 1,
The strain is an E. coli strain whose activity is increased by an increase in the expression level of the cfa gene encoding a cyclopropane fatty acid synthase.
제2항에 있어서,
상기 유전자의 발현량 증가는 대장균 쥰주의 내인성 유전자 외에 cfa 유전자 1카피 이상이 도입되어 이루어진 것인, 대장균 균주.
3. The method of claim 2,
The increase in the expression level of the gene is made by introducing one or more copies of the cfa gene in addition to the endogenous gene of the Escherichia coli strain, Escherichia coli strain.
제3항에 있어서,
상기 도입된 유전자가 대장균 염색체 내에 삽입된, 대장균 균주.
4. The method of claim 3,
The introduced gene is inserted into the E. coli chromosome, E. coli strain.
제1항에 있어서,
글리세롤 디하이드라타제 (glycerol dehydratase)를 코딩하는 유전자, 알데히드 디하이드로게나제(aldehyde dehydrogenase)를 코딩하는 유전자, 및 글리세롤 디하이드라타제 리액티바제 (glycerol dehydratase reactivase)를 코딩하는 유전자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는, 대장균 균주.
According to claim 1,
From the group consisting of a gene encoding glycerol dehydratase, a gene encoding aldehyde dehydrogenase, and a gene encoding glycerol dehydratase reactivase E. coli strain comprising one or more selected.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 균주을 배양하는 단계를 포함하는,
3-히드록시프로피온산(3-HP)의 생산 방법.
Claims 1 to 5 comprising the step of culturing any one of the strains,
A process for the production of 3-hydroxypropionic acid (3-HP).
KR1020200180248A 2020-12-21 2020-12-21 E.coli strain with increased 3-hydroxypropionic acid production and method for producing 3-hydroxypropionic acid using the same KR20220089528A (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101048485B1 (en) 2009-08-17 2011-07-12 부산대학교 산학협력단 Method of culturing recombinant E. coli to simultaneously produce 3-hydroxypropionic acid and 1,3-propanediol from glycerol

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101048485B1 (en) 2009-08-17 2011-07-12 부산대학교 산학협력단 Method of culturing recombinant E. coli to simultaneously produce 3-hydroxypropionic acid and 1,3-propanediol from glycerol

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