KR20220164007A - Methods and compositions for producing xylitol from xylose using dynamic metabolic control - Google Patents

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슈아이 리
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Abstract

본 발명은 유전자 조작된 미생물 균주 및 자일리톨을 생산하기 위한 관련 생물 공정에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 특정 효소의 활성을 낮추기 위한 동적으로 조절된 합성 대사 밸브를 이용하여 2-단계 공정으로 자일리톨 생산을 증가시킨다.The present invention relates to genetically engineered microbial strains and related biological processes for producing xylitol. More specifically, xylitol production is increased in a two-step process using dynamically regulated synthetic metabolic valves to lower the activity of certain enzymes.

Description

동적 대사 조절을 이용한 자일로스로부터 자일리톨을 생산하기 위한 방법 및 조성물Methods and compositions for producing xylitol from xylose using dynamic metabolic control

관련 출원에 대한 교차-참조 Cross-reference to related applications

본 출원은 2020년 4월 3일자 미국 가출원 번호 63/004,740 및 2020년 7월 24일자 미국 가출원 번호 63/056,085에 대해 우선권을 주장하며, 이들 문헌 모두 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.This application claims priority to U.S. Provisional Application No. 63/004,740, dated April 3, 2020, and U.S. Provisional Application No. 63/056,085, dated July 24, 2020, both of which are incorporated herein by reference in their entirety.

발명의 기술 분야 technical field of invention

본 발명은 박테리아 균주와 같은 대사 조작된 미생물 및 이러한 균주를 이용한 생물공정에 관한 것이다. 이들 균주는 자일로스로부터 자일리톨의 생산을 달성하는 대사 경로의 동적 조절을 제공한다.The present invention relates to metabolically engineered microorganisms such as bacterial strains and bioprocesses using such strains. These strains provide dynamic regulation of the metabolic pathway that achieves the production of xylitol from xylose.

서열목록 sequence listing

본 출원은 2021년 3월 29일자로 생성된 17051 바이트 크기의 49196-46_ST25로서 ASCII 형식으로 전자 제출된 서열목록을 포함하며, 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.This application contains the electronically submitted sequence listing in ASCII format as 49196-46_ST25, 17051 bytes in size, created on March 29, 2021, which is incorporated herein by reference in its entirety.

연방 지원 연구 또는 개발 Federally funded research or development

본 발명은 에너지부에 의해 부여된 연방 승인 번호 EE0007563; 미국 국방성에 의해 부여된 연방 계약 번호 HR0011-14-C-0075; 미국 국방성에 의해 부여된 연방 승인 번호 ONR YIP 12043956; DARPA# HR0011-14-C-0075; ONR YIP #N00014-16-1-2558; DOE EERE 승인 #EE0007563; NAVY/ONR에 의해 부여된 N00014-16-1-2558 및 NIH 생물공학 연수 승인 (T32GM008555) 하에 정부 지원으로 이루어졌다. 정부가 본 발명에 대해 일정한 권리를 가진다.This invention is disclosed under Federal Grant No. EE0007563 awarded by the Department of Energy; Federal Contract No. HR0011-14-C-0075 awarded by the US Department of Defense; Federal Authorization No. ONR YIP 12043956 granted by the US Department of Defense; DARPA# HR0011-14-C-0075; ONR YIP #N00014-16-1-2558; DOE EERE approved #EE0007563; Made with government support under N00014-16-1-2558 awarded by NAVY/ONR and NIH Biotechnology Training Grant (T32GM008555). The government has certain rights in this invention.

자일리톨은 감미제로서 주로 사용되는 공업용 당 알코올로서, 슈크로스와 단맛이 비슷하지만 열량이 더 낮다. 자일리톨의 연간 생산량은 ~125,000톤이며, 자일로스의 환원을 통해 생산된다. 자일로스는 (글루코스 다음으로) 2번째로 가장 풍부한 천연 당이며, 그래서 매력적인 공급원료이다. 많은 연구들에서 생물 연료 (에탄올)에서부터 젖산, 숙신산, 자일로네이트, 1,2,4-부탄트리올 및 자일리톨을 비롯한 화학제에 이르는 수많은 제품을 생합성하기 위한 공급원료로서 자일로스의 이용이 입증되었다.Xylitol is an industrial sugar alcohol used primarily as a sweetener. It tastes similar to sucrose but has lower calories. The annual production of xylitol is ~125,000 tonnes and is produced through the reduction of xylose. Xylose is the second most abundant natural sugar (after glucose) and therefore an attractive feedstock. Many studies demonstrate the use of xylose as a feedstock for the biosynthesis of numerous products ranging from biofuels (ethanol) to chemicals including lactic acid, succinic acid, xylonates, 1,2,4-butanetriol and xylitol. It became.

자일리톨의 공업적인 생산은 전통 화학을 기반으로 하며, 수십년간 공정은 비교적 변동 없이 유지되고 있다. 이러한 전환 방식에는 값비싼 촉매를 필요로 하며, 공급원료로서 비교적 순수한 자일로스가 요구된다. 생합성 공정의 개발을 비롯해 더 저렴한 셀룰로스 당 스트림으로부터 자일리톨을 생산하기 위한 보다 경제적인 방법을 찾고자 하는 시도들이 행해져 왔다. 생합성 생산은 비용을 절감하고, 저 품질의 공급원료를 이용하고, 유기 용매의 사용을 회피하고, 값비싼 환원 촉매의 필요성을 제거할 가능성이 있다. 그러나, 자일로스로부터 자일리톨을 생산하는 대부분의 기존 생합성 연구들은 전자 공여체로서 추가의 당 (통상 글루코스)을 필요로 하는 생물전환에 의존한다. 글루코스의 산화 (부산물로 글루콘산 생성)는 NAD(P)H를 생성하는데, 이것이 자일로스 환원에 활용된다. 이 공정은 단순히 자일로스만 고려한다면 자일리톨을 높은 역가, 그리고 우수한 수율로 제공할 수 있지만, 자일로스와 등가의 몰 수준의 글루코스를 필요로 하므로 상당히 비효율적이다.The industrial production of xylitol is based on traditional chemistry, and the process has remained relatively unchanged for decades. This conversion requires expensive catalysts and requires relatively pure xylose as a feedstock. Attempts have been made to find more economical ways to produce xylitol from cheaper cellulosic sugar streams, including the development of biosynthetic processes. Biosynthetic production has the potential to reduce costs, utilize low-quality feedstocks, avoid the use of organic solvents, and eliminate the need for expensive reduction catalysts. However, most existing biosynthetic studies to produce xylitol from xylose rely on bioconversion that requires an additional sugar (usually glucose) as an electron donor. Oxidation of glucose (with gluconic acid as a by-product) produces NAD(P)H, which is utilized for xylose reduction. Although this process can provide xylitol in high titer and excellent yield if only xylose is considered, it is quite inefficient because it requires a molar level of glucose equal to that of xylose.

아마도 가장 간단한 전환 방식은 효소 단 1종, 즉 자일로스 리덕타제만 사용하여 자일로스를 자일리톨로 전환하는 것이다. 자일리톨의 생합성 생산은, 화학적 전환에 비해, 유기 용매의 사용을 회피하고, 값비싼 환원 촉매가 필요하지 않으며, 생산물 순도를 개선하면서, 동시에 비용을 절감할 가능성을 가진다.Perhaps the simplest conversion is to convert xylose to xylitol using just one enzyme, xylose reductase. Biosynthetic production of xylitol, compared to chemical conversion, avoids the use of organic solvents, does not require expensive reduction catalysts, and has the potential to improve product purity, while simultaneously reducing costs.

본 발명자들은 2 단계 동적 대사 조절을 이용하여 자일로스로부터 자일리톨의 생산을 최적화하기 위한 유전자 변형된 미생물 균주를 합리적으로 설계하였다. 도 1에 예시된 바와 같이, 이러한 설계는 자일로스 리덕타제의 과다 발현과, 자일리톨 생산과 경쟁하는 자일로스 대사를 줄이기 위한 자일로스 이소머라제 (xylA) 활성의 동적 저하를 포함한다. 이를 위해, 본 발명자들은 포스페이트 고갈시, 또는 유전자 침묵, XylA 단백질 분해 또는 이들 2가지 작용의 조합을 통한 기타 원인 현상의 발생시, XylA 활성의 동적 감소 및 xyrA의 동적 유도를 가능하게 하는 균주 및 플라스미드를 구축하였다. 본 발명은 합성 대사 밸브 (synthetic metabolic valve, SMV)들을 이용해 증식과 생산물 형성을 분리한 확장가능한 생물발효 공정을 위한 미생물 균주를 제공한다. 언급된 균주는, 변형시, 특정 유도성 조건에서 미생물 증식에 부정적으로 작용하는 경로를 비롯한 대사 경로의 동적 조절을 제공한다.The present inventors have rationally designed genetically modified microbial strains to optimize the production of xylitol from xylose using two-step dynamic metabolic control. As illustrated in FIG. 1 , this design involves overexpression of xylose reductase and dynamic lowering of xylose isomerase ( xylA ) activity to reduce xylose metabolism competing with xylitol production. To this end, the present inventors have developed strains and plasmids that allow dynamic reduction of XylA activity and dynamic induction of xyrA upon phosphate depletion or upon occurrence of gene silencing, XylA proteolysis or other causative events through a combination of the two actions. built. The present invention provides a microbial strain for a scalable biofermentation process in which proliferation and product formation are separated using synthetic metabolic valves (SMVs). The mentioned strains, upon transformation, provide dynamic regulation of metabolic pathways, including pathways that negatively affect microbial growth under certain inducible conditions.

또한, 본 발명자들은 조작된 E. coli에서 자일리톨 생합성에 상응하는 개선된 NADPH 플럭스를 충분히 기술한다. 자일리톨은 자일로스로부터 NADPH 의존적인 리덕타제에 의해 만들어진다. 본 발명자들은 자일리톨 생합성을 최적화하기 위해 2가지 방식, 즉 경쟁적인 플럭스를 감소시키는 화학량론적 방식과 주요 조절성 대사산물의 수준을 감소시키는 조절성 방식을 비교하기 위해, 2-단계 동적 대사 조절을 이용한다. 화학량론적 방식과 조절성 방식은 자일리톨 생산을 각각 16배 및 100배 개선한다. 에노일-ACP 리덕타제 및 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제의 수준이 저하된 균주는, 막 결합형 트랜스하이드로게나제의 활성화, 및 NADPH 풀 감소에도 불구하고, NADPH 플럭스 증가로 이어지는, 새로운 NADPH 생성 경로, 즉, NADPH 의존적인 페레독신리덕타제와 커플링된 피루베이트 페레독신옥시도리덕타제의 활성화가 이루어지는, 변형된 대사산물 풀을 유발한다. 이러한 균주는 자일로스로부터 자일리톨을 200 g/L의 역가로, 생물반응기 장치에서의 이론적인 수율의 86%로 생산한다. 에노일-ACP 리덕타제 및 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제에 대한 동적 조절은 광범위하게 NADPH 의존적인 생물전환 개선을 달성할 수 있을 것이다.In addition, we fully describe an improved NADPH flux corresponding to xylitol biosynthesis in engineered E. coli . Xylitol is made from xylose by a NADPH-dependent reductase. We use two-step dynamic metabolic control to compare two ways to optimize xylitol biosynthesis: a stoichiometric way to reduce competing fluxes and a modulatory way to reduce levels of key regulatory metabolites. . The stoichiometric and controllable modes improve xylitol production 16-fold and 100-fold, respectively. Strains with reduced levels of enoyl-ACP reductase and glucose-6-phosphate dehydrogenase develop new NADPH, leading to increased NADPH flux, despite activation of membrane-bound transhydrogenase and reduced NADPH pool. Activation of the generative pathway, i.e., the pyruvate ferredoxin oxidoreductase coupled with the NADPH-dependent ferredoxin reductase, results in an altered metabolite pool. This strain produces xylitol from xylose at a titer of 200 g/L, 86% of the theoretical yield in the bioreactor unit. Dynamic modulation of enoyl-ACP reductase and glucose-6-phosphate dehydrogenase could achieve broadly NADPH dependent biotransformation improvements.

또한, 본 발명은 동적 플럭스 조절을 제공하며 자일리톨 생산 개선을 달성하는, 하나 이상의 합성 대사 밸브를 가진 언급된 유전자 변형된 미생물을 이용한, 다단계 자일리톨 생산 생물공정을 제공한다. 특정 구현예에서, 탄소 공급원료는 자일로스이거나, 또는 자일로스와, 글루코스, 아라비노스, 만노스, 락토스, 또는 대안적으로 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄, 메탄올, 포름알데하이드 또는 오일의 조합을 포함할 수 있다. 자일리톨을 부가적인 화학적 또는 연료 제품으로의 추가적인 전환을 제공하기 위해, 미생물에 부가적인 유전자 변형이 추가될 수도 있다.In addition, the present invention provides a multi-step xylitol production bioprocess using the mentioned genetically modified microorganisms having one or more synthetic metabolic valves, which provides dynamic flux control and achieves improved xylitol production. In certain embodiments, the carbon feedstock is xylose or may include a combination of xylose and glucose, arabinose, mannose, lactose, or alternatively carbon dioxide, carbon monoxide, methane, methanol, formaldehyde or oil. . Additional genetic modifications may be added to the microorganisms to provide additional conversion of xylitol into additional chemical or fuel products.

다른 방법, 특징 및/또는 이점들은 아래 도면과 상세한 설명을 검토할 경우 명확하거나 또는 명확하게 될 것이다. 이러한 추가적인 방법, 특징 및 이점들 모두 본 설명에 포함되며, 첨부된 청구항에 의해 보호되는 것으로, 의도된다.Other methods, features and/or advantages are or will become apparent upon review of the following drawings and detailed description. All of these additional methods, features and advantages are intended to be included in this description and protected by the appended claims.

본 발명의 신규한 특징들이 청구항에 구체적으로 기술되어 있다. 본 발명의 원리가 적용된 예시적인 구현예들을 기술한 아래 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참조함으로써 본 발명의 특징 및 이점에 대해 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 자일리톨을 생물생산하기 위한 대사 밸브의 설계를 도시한 것이다. E. coli에서 자일로스 리덕타제 (XyrA) 및 보조인자로서 NADPH (진한 화살 표시)에 의한 자일리톨의 생합성 공정. 자일로스를 소비하는 주요 경쟁적 경로는 자일로스 이소머라제 (XylA, 밸브)에 의한 자일로스 소비이다.
도 2A-C는 자일로스 리덕타제 발현과 효소 카이네틱스를 나타낸 것이다. 도 2A, SM10++ (증식 용도) 및 SM10-No phos (발현 용도)의 배지 조합을 이용한 BL21에서의 XyrA 발현. 발현 후, 생산 후 세포 (postproduction cell)는 냉동-해동 사이클을 통해 세포 용해 처리한다. 그런 후, XyrA 상의 His-태그가 플라스미드 서열에 설계되어 있어, xyrA 단백질을 N-N 수지로 추출한다. 도 2B, 보조인자로서 NADPH를 이용한 xyrA 활성. 반응 속도를 자일로스 농도에 따른 그래프로 작성한다. 이들 분석에서, NADPH는 50 μM의 일정한 초기 수준에서 유지된다. 도 2C, 본 실험 및 비교로서 다른 연구 자료로부터 입수한 XyrA에 대한 카이네틱 매개변수.
도 3은 여러가지 xylA 침묵 및 xylA 단백질 분해 조합을 이용하여 측정한 자일리톨 역가/OD (g/L-OD)를 나타낸 것이다. 여러가지 균주들의 특이적인 생산성은 대조군 균주 DLF-0025-EV와 현저한 차이를 나타낸다. 밸브 3종을 모두 조합한 경우 DLF25-EV 대조군에 비해 통계학적으로 유의하게 높은 수준이 달성되지만, xylA 침묵 또는 단백질 분해 단독이 이 조합보다 더 우수하였다.
도 4는 2-단계 동적 조절을 이용하는 E. coli에서의 자일리톨 생산을 도시한 것이다. 균주 대사 네트워크 설계. 주요 대사 경로는 지방산 생합성, 구연산 회로 (TCA), NADPH 공급, 펜토스 포스페이트 경로 트랜스하이드로게나제 및 당분해를 포함한다. 대사 시스템에서 '스위치 오프'될 수 있는 밸브는 자일로스 이소머라제 (xylA-X), 용해성 트랜스하이드로게나제 (udhA-U) 에노일-ACP 리덕타제 (fabI-F), 사이트레이트 신타제 (gltA-G) 및 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf-Z)를 포함한다. 이들 밸브는 적색 밸브로 모두 강조 표시된다. 자일로스 리덕타제 (xyrA)는 보조인자로서 NADPH를 이용한 자일리톨을 생산하기 위해 동적으로 '스위치 온'될 수 있다.
도 5A-B는 (5A) 2-단계 마이크로 발효에서 조사한 모든 밸브 균주들의 평균 자일리톨 역가 및 표준편차에 대한 순위 차수 도표 (Rank order plot)를 도시한다. 대조군 균주에서 자일리톨 생산은 적색으로 표시한다. 사후 듀넷 검정에서 이들 조합이 DLF025-빈 벡터 대조군과 p <0.05에서 유의한 차이가 있는 것으로 확인되며, 이는 단위 OD 플롯 당 분류한 역가에서 (비-유의성을 의미하는 회색 막대 대신) 음영으로 표시한다. (5B) 여러가지 단백질 분해 및 침묵의 조합에 따른 2-단계 생산에서 자일리톨 역가, 0 g/L (백색)에서 12 g/L (음영)를 나타낸, 히트맵. x 축은 여러가지 단백질 분해 밸브를 나타낸 것이고, y 축은 여러가지 pCASCADE 침묵을 나타낸 것이다. DLF_25 빈 밸브 조절은 적색 원으로 표시한다. 회색 점은 전체 레플리케이트에서 분석하지 않거나 또는 적절하게 세포 증식하지 못한 조합들을 표시한다. 히트맵 결과에 따라, 역가/OD >3인 조합들의 경우, 위 양성 결과를 회피하기 위해 레플리케이션을 6회 수행한다.
도 6은 도 5의 마이크로-발현 결과를 p-값 맵으로 도시한 것이다.
도 7A-B는 (7A) 예시적인 생산 균주 Z-FZ (zwf("Z") 침묵, fabI 및 zwf ("FZ")의 단백질 분해) 및 (7B) 대조군 균주 (DLF-0025-EV)의 1L 생물반응조에서의 장치 발효 그래프를 도시한 것이다. 청색 선은 OD600 값을 나타내고, 오렌지색 선은 다양한 시점에 자일리톨 역가를 나타낸다. Z-FZ 조합은 160시간 생산 후 역가 104+/- 11.31g/L이 달성되는 반면, 대조군 균주 (DLF_0025-EV)는 동일한 생산 시점에 -3 g/L만 생산한다. 본 발명자들은, 동일한 종균 및 발효 조건을 이용한 Z-FZ 탱크 발효를 재현하였으며, 그 결과는 레플리케이트 탱크 2개의 평균이며, 표준편차는 그래프의 샘플 포인트에 표시한다.
도 8은 본 발명의 조작 시스템에서 2-단계 NADPH 생산의 개념 모델을 도시한 것이다. (zwf 유전자에 의해 암호화되는) 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제는 보통 NADPH 대부분의 생합성을 담당한다. 이러한 비가역적인 반응은 SoxRS 산화 스트레스 반응을 중단시키는 (회색 영역) NADPH 설정값을 인가한다. Zwf 수준의 동적 감소는 SoxRS 반응을 활성화하여 NADPH 풀을 감소시키며, 이후 피루베이트 페레독신옥시도리덕타제 (Pfo, ydbK 유전자에 의해 암호화됨) 및 NADPH 의존적인 페레독신리덕타제 (Fpr)의 발현이 활성화된다. Pfo와 Fpr (역방향으로 작동)은 함께, NADPH를 생성하기 위해, 아울러 계속적인 피루베이트 산화 및 트리카르복시산 회로 (TCA 회로)로 진입하기 위한 아세틸-CoA의 생성을 허용하기 위해, 새로운 경로를 구성한다. NADPH 플럭스는 생산물이 (pntAB 유전자에 의해 암호화된) 막 결합형 트랜스하이드로게나제를 저해하는 지방산 생합성을 낮춤으로써 추가로 강화된다. 활성화된 PntAB는 양성자 동력을 이용해, TCA 회로로부터 유래한 NADH를 NADPH로 변환한다. NADPH는 자일리톨 생산에서와 같은 생물전환에 이용될 수 있다.
도 9A-B는 포스페이트 고갈된 정체기에 유도성 단백질 분해 및/또는 유전자 침묵에 대한 반응으로 9A) XylA 및 9B) UdhA의 효소 수준을 나타낸 것이다. ev -빈 벡터, x- xylA 프로모터, u-udhA 프로모터.
도 10 A-C: 10A) 자일로스 이소머라제 (XylA), 10B) 용해성 트랜스하이드로게나제 (UdhA), 및 10C) 자일로스 이소머라제와 용해성 트랜스하이드로게나제의 조합의 수준을 동적 조절하기 위해 조작된 균주에서의 특이적인 자일리톨 생산. ev -빈 벡터, x-xylA 프로모터, u-udhA 프로모터. 모든 결과는 마이크로 발효물로부터 입수하였다.
도 11: BL21(DE3)에서의 XyrA 발현 및 정제. 좌측: 포스페이트 고갈 후 경시적인 발현, 전체 세포 용해물이 XyrA 발현성을 보인다. 밀도측정에서 발현 수준이 ~20%인 것으로 확인된다. 중앙: IMAC에 의한 (N-말단 6X 히스티딘 태그를 함유한) XyrA 정제. 우측: 정제된 XyrA에 대한 카이네틱 분석. 초기 속도 (μM/s)는 기질 (자일로스) 농도에 따른 그래프로 작성한다.
도 12 A-D: 12A) 자일리톨 생산 및 중심 대사에서 대사 밸브 위치에 대한 개괄. 자일리톨은 자일로스로부터 자일로스 리덕타제 (xyrA)에 의해 생산된다. 밸브는 효소 5종에 대한 유도성 단백질 분해 및/또는 침묵을 포함한다: 사이트레이트 신타제 (gltA), 자일로스 이소머라제 (xylA), 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf), 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 및 용해성 트랜스하이드로게나제 (udhA). 막 결합형 트랜스하이드로게나제 (pntAB) 역시 표시한다. 12B) 침묵 및/또는 단백질 분해에 따른 마이크로 발효물에서의 특이적인 자일리톨 생산 (g/L-OD600nm). 12C) 웰치스 t-검정을 이용하여 각 균주를 비-밸브 대조군과 비교한, 12B의 데이터에 대한 p-값. 12D) 패널 데이터의 순위 차수 도표. 막대는 p-값 < 0.05를 표시한다. 약어: xylE: 자일로스 퍼미아제, xylFGH: 자일로스 ABC 트랜스포터, PPP: 펜토스 포스페이트 경로, PDH: 피루베이트 데하이드로게나제 다효소 복합체, TCA: 트리카르복시산, G6P: 글루코스-6-포스페이트, 6-PGL: 6-포스포글루코노락톤, 6PG: 6-포스포글루코네이트, GA3P: 글리세르알데하이드-3-포스페이트, PEP: 포스포에놀피루베이트, OAA: 옥살로아세트산, X5P: 자일룰로스-5-포스페이트, Fd: 페레독신. 침묵: ev: 빈 벡터, g2: gltAp2 프로모터, z: zwf 프로모터, x: xylA 프로모터, u: udhA 프로모터. 단백질 분해: F: fabI-DAS+4, G: gltA-DAS+4, Z: zwf-DAS+4, U: udha_DAS+4, X: xylA-DAS+4. 모든 결과는 마이크로 발효물에서 입수하였다.
도 13 A-D: gRNA 어레이 안정성에 대한 아가로스 겔 전기영동 분석. 동적 대사 조절을 위해 조작된 숙주 균주에 형질전환한 후 클론 8개로부터 gRNA 어레이를 콜로니 PCR을 이용해 증폭하였다. "가이드"는 PCR 산물이 gRNA 0, 1개 또는 2개를 함유한 서열 검증된 gRNA 어레이로부터 취해진 것임을 나타낸 것이다. 13A) 균주 DLF_Z0025, 백색 표시: pCASCADE-ev, 노란색 표시: pCASCADE-g2, 13B) 균주 DLF_Z0025, 백색 표시: pCASCADE-z, 노란색 표시: pCASCADE-fg2, 13C) 백색 표시: 균주 DLF_Z0044, pCASCADE-fg2, 노란색 표시: DLF_Z0025, pCASCADE-fg2, 13D) 백색 표시: 균주 DLF_Z0046 , pCASCADE-g2, 회색 표시: DLF_Z1002 pCASCADE-fg2.
도 14: DAS+4 데그론 태그를 이용한 유도성 단백질 분해로 인한 FabI (에노일-ACP 리덕타제) 수준에 대한 동적 조절. 염색체 fabI 유전자에 C-말단 sfGFP 태그를 부착하였다. 마이크로 발효에서 포스페이트 고갈 유도 후 24시간 경과시 ELISA에 의해 단백질 수준을 측정하였다.
도 15 A-D: "FZ" 밸브 균주에서 NADPH 및 자일리톨 생산을 담당하는 경로 식별. 15A) 특이적인 자일리톨 생산에서 ydbK 및 fpr의 결손 효과, 15B) 자일리톨 생산에 대한 pntAB 과다 발현 효과. (15C-D) 15C) GltA 수준 및 15D) UdhA 수준에 대한 동적 조절을 위해 추가로 변형한 "FZ" 밸브 균주. ev -빈 벡터, z- zwf 프로모터, g2-gltAp2 프로모터, u-udhA 프로모터. 모든 결과는 마이크로 발효로부터 수득하였다.
도 16 A-B: "FZ" 밸브 균주에서 16A) 세포 증식 및 16B) 정체기 자일리톨 생산에 대한 화학량론적 플럭스 모델. 경로 플럭스는 자일로스 흡수율에 대해 상대적이다. 증식하는 동안, 플럭스의 대부분은 펜토스 포스페이트 경로 (PPP), 피루베이트 데하이드로게나제 다효소 복합체 (PDH)를 통해 이루어지고, 펜토스 막 결합형 트랜스하이드로게나제를 통해 최소의 플럭스가 이루어진다. 동절 조절시, 막 결합형 트랜스하이드로게나제 플럭스의 4배 증가는 Pfo (ydbK) 및 FPr을 통한 플럭스 증가를 수반한다. 약어: G6P: 글루코스-6-포스페이트, 6-PGL: 6-포스포글루코노락톤, 6PG: 6-포스포글루코네이트, GA3P: 글리세르알데하이드-3-포스페이트, OAA: 옥살로아세트산.
도 17 A-B 여러가지 생산 균주에서 NADPH 생산 반응 모델링 및 자일리톨 생산 경로. 17A) 자일리톨 생산 중의 특이적인 반응 플럭스. 17B) 자일리톨 생산에서의 경로 플럭스 %.
도 18 A-C: 18A) 자일로스 리덕타제 (DLF_Z0025, pCASCADE-ev, pHCKan-xyrA)를 발현하는 대조군 균주, 18B) "FZ" 밸브 균주 (DLF_Z0025-fabI-DAS+4-zwf-DAS+4, pCASCADE-z, pHCKan-xyrA), 18C) 막 결합형 트랜스하이드로게나제 pntAB (DLF_Z0025-fabI-DAS+4-zwf-DAS+4, pCASCADE-z, pHCKan-xyrA, pCDF-pntAB)를 또한 과다 발현하는 "FZ" 밸브 균주에 의한, 생물반응조 장치에서의 최소 배지 피드 배치 발효를 통한 자일리톨 생산. 바이오매스 (검정) 및 자일리톨 (청색)을 시간에 대한 함수로 나타낸다. 도 18B 및 18C에서, x 및 삼각형은 두플레이케이트로 2회 실시한 실험의 측정 값을 나타낸다.
도 19는 조작된 균주에서 정체기 NADPH 풀을 도시한 것이다. 풀은 포스페이트 고갈 후 24시간 경과시 측정하였다.
The novel features of the invention are specifically pointed out in the claims. A better understanding of the features and advantages of the present invention will be obtained by reference to the following detailed description and accompanying drawings, which set forth exemplary embodiments in which the principles of the present invention are applied:
1 shows the design of a metabolic valve for bioproducing xylitol. Biosynthetic process of xylitol in E. coli by xylose reductase (XyrA) and NADPH as cofactor (solid arrow). A major competitive pathway for consuming xylose is xylose consumption by xylose isomerase (XylA, valve).
2A-C show xylose reductase expression and enzyme kinetics. Figure 2A, XyrA expression in BL21 using media combinations of SM10++ (for propagation) and SM10-No phos (for expression). After expression, postproduction cells are subjected to cell lysis through a freeze-thaw cycle. Then, a His-tag on XyrA was designed into the plasmid sequence to extract the xyrA protein with NN resin. 2B, xyrA activity using NADPH as a cofactor. Graph the reaction rate as a function of xylose concentration. In these assays, NADPH is maintained at a constant initial level of 50 μM. Figure 2C, Kinetic parameters for XyrA obtained from this experiment and other studies as a comparison.
3 shows xylitol titer/OD (g/L-OD) measured using different combinations of xylA silencing and xylA proteolysis. The specific productivity of the different strains shows significant differences from the control strain DLF-0025-EV. Statistically significantly higher levels were achieved when all three valves were combined compared to the DLF25-EV control, but xylA silencing or proteolysis alone was superior to this combination.
4 depicts xylitol production in E. coli using two-step dynamic regulation. Strain metabolic network design. Major metabolic pathways include fatty acid biosynthesis, citric acid cycle (TCA), NADPH supply, pentose phosphate pathway transhydrogenase and glycolysis. Valves that can be 'switched off' in the metabolic system are xylose isomerase (xylA-X), soluble transhydrogenase (udhA-U) enoyl-ACP reductase (fabI-F), citrate synthase ( gltA-G) and glucose-6-phosphate dehydrogenase (zwf-Z). These valves are all highlighted with red valves. Xylose reductase (xyrA) can be dynamically 'switched on' to produce xylitol with NADPH as a cofactor.
Figures 5A-B show (5A) Rank order plots for the average xylitol titer and standard deviation of all valve strains investigated in two-stage micro-fermentation. Xylitol production in the control strain is shown in red. A post hoc Dunnett's test confirms that these combinations are significantly different from the DLF025-empty vector control at p < 0.05, which is indicated by shading (instead of gray bars indicating non-significance) in titers sorted per unit OD plot . (5B) Heatmap showing xylitol titers, from 0 g/L (white) to 12 g/L (shaded) in two-step production following different combinations of proteolysis and silencing. The x-axis shows different proteolytic valves, and the y-axis shows different pCASCADE silencing. A DLF_25 empty valve adjustment is indicated by a red circle. Gray dots indicate combinations that did not analyze or did not adequately propagate cells in the entire replicate. According to the heatmap results, for combinations with titer/OD >3, replication is performed 6 times to avoid false positive results.
FIG. 6 shows the micro-expression results of FIG. 5 as a p-value map.
Figures 7A-B show (7A) exemplary production strain Z-FZ (zwf("Z") silenced, fabI and proteolysis of zwf ("FZ")) and (7B) control strain (DLF-0025-EV). A graph of device fermentation in a 1 L bioreactor is shown. Blue lines represent OD600 values and orange lines represent xylitol titers at various time points. The Z-FZ combination achieves a titer of 104+/- 11.31 g/L after 160 hours of production, whereas the control strain (DLF_0025-EV) produces only -3 g/L at the same production time point. The present inventors reproduced the Z-FZ tank fermentation using the same spawn and fermentation conditions, and the result is the average of two replicate tanks, and the standard deviation is indicated at the sample point of the graph.
8 depicts a conceptual model of two-step NADPH production in the operating system of the present invention. Glucose-6-phosphate dehydrogenase (encoded by the zwf gene) is usually responsible for the biosynthesis of most of NADPH. This irreversible response imposes a NADPH setpoint that stops the SoxRS oxidative stress response (gray area). A dynamic decrease in Zwf levels activates the SoxRS response to reduce the NADPH pool, followed by expression of pyruvate ferredoxin oxidoreductase (Pfo, encoded by the ydbK gene) and NADPH-dependent ferredoxin reductase (Fpr). Activated. Pfo and Fpr (working in reverse) together constitute a new pathway to produce NADPH, but also to allow continued pyruvate oxidation and production of acetyl-CoA to enter the tricarboxylic acid cycle (TCA cycle) . NADPH flux is further enhanced by lowering fatty acid biosynthesis, the product of which inhibits membrane-bound transhydrogenase (encoded by the pntAB gene). Activated PntAB uses proton drive to convert NADH from the TCA cycle into NADPH. NADPH can be used for bioconversion, such as in xylitol production.
Figures 9A-B show enzyme levels of 9A) XylA and 9B) UdhA in response to inducible proteolysis and/or gene silencing during phosphate depleted plateau phases. ev - empty vector, x- xylA promoter, u-udhA promoter.
Figure 10 AC : Engineered to dynamically control the levels of 10A) xylose isomerase (XylA), 10B) soluble transhydrogenase (UdhA), and 10C) a combination of xylose isomerase and soluble transhydrogenase. Specific xylitol production in strains. ev - empty vector, x-xylA promoter, u-udhA promoter. All results were obtained from micro ferments.
Figure 11: XyrA expression and purification in BL21 (DE3). Left: expression over time after phosphate depletion, whole cell lysates show XyrA expression. Densitometry confirms the expression level to be -20%. Middle: XyrA purification (containing an N-terminal 6X histidine tag) by IMAC. Right: Kinetic analysis of purified XyrA. Initial velocity (μM/s) is plotted as a function of substrate (xylose) concentration.
12 AD : 12A) Overview of xylitol production and metabolic valve location in central metabolism. Xylitol is produced from xylose by xylose reductase (xyrA). The valve contains inducible proteolysis and/or silencing of five enzymes: citrate synthase (gltA), xylose isomerase (xylA), glucose-6-phosphate dehydrogenase (zwf), eno yl-ACP reductase (fabI) and soluble transhydrogenase (udhA). Membrane-bound transhydrogenase (pntAB) is also indicated. 12B) Specific xylitol production (g/L-OD600 nm) in micro-fermentation following silencing and/or proteolysis. 12C) p-value for data in 12B comparing each strain to non-valve control using Welch's t-test. 12D) Rank-order plots of panel data. Bars indicate p-value < 0.05. Abbreviations: xylE: xylose permease, xylFGH: xylose ABC transporter, PPP: pentose phosphate pathway, PDH: pyruvate dehydrogenase multienzyme complex, TCA: tricarboxylic acid, G6P: glucose-6-phosphate, 6-PGL: 6-phosphogluconolactone, 6PG: 6-phosphogluconate, GA3P: glyceraldehyde-3-phosphate, PEP: phosphoenolpyruvate, OAA: oxaloacetic acid, X5P: xylul Ros-5-phosphate, Fd: ferredoxin. Silence: ev: empty vector, g2: gltAp2 promoter, z: zwf promoter, x: xylA promoter, u: udhA promoter. Protein degradation: F: fabI-DAS+4, G: gltA-DAS+4, Z: zwf-DAS+4, U: udha_DAS+4, X: xylA-DAS+4. All results were obtained from micro-fermentation.
13 AD : Agarose gel electrophoretic analysis of gRNA array stability. After transformation into host strains engineered for dynamic metabolic regulation, gRNA arrays from 8 clones were amplified using colony PCR. "Guide" indicates that PCR products were taken from sequence-verified gRNA arrays containing 0, 1 or 2 gRNAs. 13A) strain DLF_Z0025, white marking: pCASCADE-ev, yellow marking: pCASCADE-g2, 13B) strain DLF_Z0025, white marking: pCASCADE-z, yellow marking: pCASCADE-fg2, 13C) white marking: strain DLF_Z0044, pCASCADE-fg2, Yellow mark: DLF_Z0025, pCASCADE-fg2, 13D) White mark: strain DLF_Z0046 , pCASCADE-g2, gray mark: DLF_Z1002 pCASCADE-fg2.
Figure 14: Dynamic regulation of FabI (enoyl-ACP reductase) levels due to inducible proteolysis with the DAS+4 degron tag. A C-terminal sfGFP tag was attached to the chromosomal fabI gene. Protein levels were measured by ELISA 24 hours after induction of phosphate depletion in micro-fermentation.
Figure 15 AD: Identification of pathways responsible for NADPH and xylitol production in the "FZ" valve strain. 15A) Effect of deletion of ydbK and fpr on specific xylitol production, 15B) Effect of pntAB overexpression on xylitol production. (15C-D) "FZ" valve strain further modified for dynamic regulation of 15C) GltA levels and 15D) UdhA levels. ev-empty vector, z-zwf promoter, g2-gltAp2 promoter, u-udhA promoter. All results were obtained from micro-fermentation.
Figure 16 AB : Stoichiometric flux model for 16A) cell proliferation and 16B) stationary phase xylitol production in the "FZ" valve strain. Path flux is relative to xylose uptake rate. During proliferation, most of the flux is through the pentose phosphate pathway (PPP), pyruvate dehydrogenase polyenzyme complex (PDH), and minimal flux is through the pentose membrane-bound transhydrogenase. Upon winter regulation, a 4-fold increase in membrane-bound transhydrogenase flux is accompanied by an increase in flux through Pfo (ydbK) and FPr. Abbreviations: G6P: glucose-6-phosphate, 6-PGL: 6-phosphogluconolactone, 6PG: 6-phosphogluconate, GA3P: glyceraldehyde-3-phosphate, OAA: oxaloacetic acid.
Figure 17 AB NADPH production reaction modeling and xylitol production pathway in various production strains. 17A) Specific reaction fluxes during xylitol production. 17B) % pathway flux in xylitol production.
Figure 18 AC: 18A) Control strain expressing xylose reductase (DLF_Z0025, pCASCADE-ev, pHCKan-xyrA), 18B) "FZ" valve strain (DLF_Z0025-fabI-DAS+4-zwf-DAS+4, pCASCADE -z, pHCKan-xyrA), 18C) also overexpressing membrane-bound transhydrogenase pntAB (DLF_Z0025-fabI-DAS+4-zwf-DAS+4, pCASCADE-z, pHCKan-xyrA, pCDF-pntAB) Xylitol production via minimal medium feed batch fermentation in a bioreactor apparatus by the "FZ" valve strain. Biomass (black) and xylitol (blue) are shown as a function of time. In Figures 18B and 18C, x and triangles represent the measured values of experiments performed in duplicate with two plates.
19 depicts plateau phase NADPH pools in engineered strains. Pools were measured 24 hours after phosphate depletion.

본 발명은 자일리톨 또는 관련 화학적 생산물을 생산하는데 유용성을 가진 다양한 유전자 변형된 미생물, 및 이러한 미생물을 이용한 상기한 화학적 생산물의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a variety of genetically modified microorganisms having utility in producing xylitol or related chemical products, and to methods for preparing the above chemical products using such microorganisms.

정의Justice

본 명세서 및 청구항에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태 ("a", "an" 및 "the")는 명확하게 달리 지시되지 않은 한 복수의 참조를 포함한다. 즉, 예를 들어, "발현 벡터"에 대한 언급은 하나의 발현 벡터뿐 아니라 동일한 (예를 들어, 동일한 오페론) 또는 상이한, 복수의 발현 벡터를 망라하며; "미생물"에 대한 언급은 하나의 미생물뿐 아니라 복수의 미생물을 망라하며; 그외도 이와 같다.As used in this specification and claims, the singular forms “a”, “an” and “the” include plural references unless the context clearly dictates otherwise. That is, for example, reference to “an expression vector” encompasses not only one expression vector but also a plurality of expression vectors, either the same (eg, the same operon) or different; Reference to “a microorganism” encompasses a plurality of microorganisms as well as a single microorganism; Others are like this.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "이종의 DNA", "이종의 핵산 서열" 등은 다음 중 하나 이상에 해당하는 핵산 서열을 의미한다: (a) 핵산의 서열이 주어진 숙주 미생물에 외래의 것이거나 (즉, 주어진 숙주 미생물에서 천연적으로 발견되지 않음); (b) 서열이 주어진 숙주 미생물에서 천연적으로 발견될 수 있지만, 비-천연적인 (예를 들어, 예상되는 것보다 더 많은) 양으로 존재할 수 있거나; 또는 (c) 핵산 서열이 자연계에서 동일한 상호 관계로 발견되지 않는 2 이상의 부분 서열을 포함한다. 예를 들어, (c) 경우와 관련하여, 재조합에 의해 생성된 이종의 핵산 서열은 비-천연적인 프로모터 구동성 유전자 발현과 같이 새로운 기능성 핵산을 만들기 위해 정렬된 비-관련 유전자들로부터 유래하는 2 이상의 서열을 가질 것이다. 용어 "이종의"는 당해 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 용어로서 "외인성"을 포괄하는 것으로 의도된다. 이종의 핵산 서열을 도입하기 전 숙주 미생물의 게놈에 대해, 효소 암호화 핵산 서열은 (이종의 핵산 서열이 게놈에 도입되거나 또는 도입되지 않든 간에) 이종적이다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 염색체 및 천연 및 내인성은 숙주 미생물의 유전 물질을 지칭한다.As used herein, the terms "heterologous DNA", "heterologous nucleic acid sequence" and the like refer to a nucleic acid sequence that is one or more of the following: (a) the sequence of the nucleic acid is foreign to a given host microorganism, or (ie, not found naturally in a given host microorganism); (b) the sequence may be found naturally in a given host microorganism, but may be present in non-natural (eg, higher than expected) amounts; or (c) the nucleic acid sequence comprises two or more subsequences that are not found in nature in the same interrelationship. For example, with respect to case (c), the heterologous nucleic acid sequence produced by recombination is derived from non-related genes aligned to create a new functional nucleic acid, such as non-natural promoter driven gene expression. will have more than one sequence. The term "heterologous" is a term commonly used in the art and is intended to encompass "exogenous". An enzyme-encoding nucleic acid sequence is heterologous (whether or not the heterologous nucleic acid sequence has been introduced into the genome) relative to the host microorganism's genome prior to introduction of the heterologous nucleic acid sequence. As used herein, chromosomes and natural and endogenous refer to the genetic material of a host microorganism.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "합성 대사 밸브" 등은 단백질 분해, 유전자 침묵 또는 단백질 분해와 유전자 침묵의 조합의 조절을 통해 대사 플럭스를 바꾸는 것을 의미한다.As used herein, the term "synthetic metabolic valve" and the like means altering metabolic flux through the regulation of proteolysis, gene silencing or a combination of proteolysis and gene silencing.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "유전자 파괴" 또는 이의 문법상 동등한 표현 ("효소 기능을 파괴하기 위한", "효소 기능의 파괴" 등)은, 암호화된 유전자 산물이 변형되지 않은 미생물 세포에서 또는 이 미생물로부터 유래한 폴리펩타이드 활성과 비교해 폴리펩타이드 활성이 감소되도록, 미생물의 유전자 변형을 의미하는 것으로 의도된다. 유전자 변형은, 예를 들어, 전체 유전자의 결손, 전사 또는 번역에 필요한 조절 서열의 결손 또는 기타 변형, 말단 절단된 유전자 산물 (예를 들어, 효소)을 만들게 되는 유전자의 일부 결손, 또는 암호화된 유전자 산물의 활성을 (검출불가한 활성 수준까지를 비롯하여) 낮추는 다양한 임의의 돌연변이 전략에 의한 것일 수 있다. 파괴는 광의적으로 이 효소를 암호화하는 핵산 서열 전체 또는 일부의 결손을 포함할 수 있으며, 또한 다른 유형의 유전자 변형, 예를 들어, 정지 코돈의 도입, 프레임 쉬프트 돌연변이, 유전자의 일부의 도입 또는 제거, 및 분해 신호의 도입을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니며, 이러한 유전자 변형은 mRNA 전사 수준 및/또는 안정성에 영향을 미치며, 효소를 암호화하는 유전자의 상류 프로모터 또는 억제인자에 변화를 유발한다.As used herein, the term "gene disruption" or its grammatical equivalents ("to disrupt enzymatic function", "disruption of enzymatic function", etc.) refers to a microbial cell in which the encoded gene product is not modified, or It is intended to mean the genetic modification of a microorganism such that the polypeptide activity is reduced compared to the polypeptide activity derived from that microorganism. Genetic alterations include, for example, deletion of an entire gene, deletion or other alteration of a regulatory sequence necessary for transcription or translation, deletion of a portion of a gene that results in a truncated gene product (eg, enzyme), or a gene that is encoded It can be by any of a variety of mutagenesis strategies that lower the activity of the product (including to undetectable levels of activity). Disruption broadly includes deletion of all or part of the nucleic acid sequence encoding this enzyme, and may also include other types of genetic alterations, such as introduction of stop codons, frameshift mutations, introduction or removal of portions of genes. , and the introduction of degradation signals, but are not limited to, such genetic modifications affect mRNA transcription levels and/or stability, and cause changes in promoters or repressors upstream of genes encoding enzymes.

생물-생산, 마이크로-발효 (마이크로 발효) 또는 발효는 본원에서 사용되는 바와 같이 호기성, 미세호기성 또는 혐기성일 수 있다.Bio-production, micro-fermentation (micro-fermentation) or fermentation as used herein may be aerobic, microaerobic or anaerobic.

유전자 산물, 즉 효소의 유전자 변형이 청구항 등의 본원에 언급되는 경우, 유전자 변형은 언급된 유전자 산물, 즉 효소를 통상 암호화하는 유전자와 같은 또는 이를 비롯한, 핵산 서열에 대한 유전자 변형인 것으로 이해된다.Where genetic modification of a gene product, ie enzyme, is recited herein, such as in a claim, genetic modification is understood to be a genetic modification to a nucleic acid sequence, such as or including a gene that normally encodes the referenced gene product, ie enzyme.

본원에서 사용되는 바와 같이, 용어 "대사 플럭스" 등은 주어진 물질로부터 생산 속도, 생산 역가 및 생산 수율을 비롯하여 산물 및/또는 부산물 생성에 변화를 야기하는 대사에서의 변화를 지칭한다.As used herein, the term "metabolic flux" and the like refers to a change in metabolism that results in a change in product and/or by-product production, including production rate, production titer, and production yield from a given substance.

종 및 기타 계통발생학적 동정은 미생물학 분야의 당업자에게 공지된 분류를 준수한다.Species and other phylogenetic identifications conform to classifications known to those skilled in the art of microbiology.

효소는 당해 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 UniProt 식별 번호로, 본원에 기술된다. UniProt 데이터베이스는 http://www.UniProt.org/에서 접근할 수 있다. 유전자 산물, 즉 효소의 유전자 변형이 청구항을 비롯하여 본원에 언급되는 경우, 유전자 변형은 언급된 유전자 산물, 즉 효소를 통상 암호화하는 유전자와 같은 또는 이를 비롯한, 핵산 서열에 대한 유전자 변형인 것으로 이해된다.Enzymes are described herein by UniProt identification numbers well known to those skilled in the art. The UniProt database can be accessed at http://www.UniProt.org/. Where genetic modification of a gene product, ie enzyme, is recited herein, including in the claims, genetic modification is understood to be a genetic modification to a nucleic acid sequence, such as or including a gene that normally encodes the referenced gene product, ie enzyme.

본원에 언급된 방법 및 단계가 특정 순서로 이루어진 특정 사례를 기술하는 경우, 당해 기술 분야의 당업자는 특정 단계들의 순서를 바꿀 수 있으며, 이러한 수정이 본 발명의 변경에 따른 것임을 알 것이다. 아울러, 특정 단계들이 가능할 경우 병렬 공정으로 동시에 수행할 수 있을 뿐 아니라 순차적으로도 수행될 수 있다.Where methods and steps recited herein describe specific instances in which a particular order is performed, it will be appreciated by those skilled in the art that the order of the specific steps may be changed and such modifications are in accordance with variations of the present invention. In addition, certain steps may be performed sequentially as well as concurrently in a parallel process where possible.

약어들의 의미는 다음과 같다: "C"는 이의 사용에서 명확한 바와 같이 섭씨 또는 섭씨 온도를 의미하고, DCW는 건조 세포 중량을 의미하고, "s"는 초(들)를 의미하고, "min"은 분(들)을 의미하고, "h", "hr" 또는 "hrs"는 시간(들)을 의미하고, "psi"는 평방 인치당 파운드를 의미하고, "nm"은 나노미터를 의미하고, "d"는 일(들)을 의미하고, "μL" 또는 "㎕" 또는 "ul"은 마이크로리터(들)를 의미하고, "mL"은 밀리리터(들)를 의미하고, "L"는 리터(들)를 의미하고, "mm"은 밀리미터(들)를 의미하고, "nm"은 나노미터를 의미하고, "mM"은 밀리몰 농도를 의미하고, "uM" 또는 "μM"은 마이크로몰을 의미하고, "M"은 몰 농도를 의미하고, "mmol"은 밀리몰(들)을 의미하고, "μmol" 또는 "μMol"은 마이크로몰(들)을 의미하고, "g" 은 그램(들)을 의미하고, "㎍" 또는 "ug"은 마이크로그램(들)을 의미하고, "ng"은 나노그램(들)을 의미하고, "PCR"은 중합효소 연쇄 반응을 의미하고, "OD"는 광학 밀도를 의미하고, "OD600"은 광 파장 600 nm에서 측정한 광학 밀도를 의미하고, "kDa"은 킬로달톤을 의미하고, "g"은 중력 상수를 의미하고, "bp"는 염기 쌍(들)을 의미하고, "kbp"는 킬로 염기 쌍(들)을 의미하고, "% w/v"는 중량/부피 %를 의미하고, "% v/v"는 부피/부피 %를 의미하고, "IPTG"는 이소프로필-μ-D-티오갈락토피라노시드를 의미하고, "aTc"는 무수테트라사이클린을 의미하고, "RBS"는 리보솜 결합부를 의미하고, "rpm"은 분당 회전수를 의미하고, "HPLC"는 고 성능 액체 크로마토그래피를 의미하고, "GC"는 기체 크로마토그래피를 의미한다.The meanings of the abbreviations are as follows: "C" means degrees Celsius or degrees Celsius, DCW means dry cell weight, "s" means second(s), and "min" means minute(s), “h”, “hr” or “hrs” means hour(s), “psi” means pounds per square inch, “nm” means nanometers, “d” means one(s), “μL” or “μL” or “ul” means microliter(s), “mL” means milliliter(s), and “L” means liter(s) means (s), “mm” means millimeter(s), “nm” means nanometer, “mM” means millimolar concentration, “uM” or “μM” means micromolar "M" means molar concentration, "mmol" means millimole(s), "μmol" or "μMol" means micromole(s), and "g" means gram(s) , "μg" or "ug" means microgram(s), "ng" means nanogram(s), "PCR" means polymerase chain reaction, and "OD" means means optical density, “OD 600 ” means optical density measured at a light wavelength of 600 nm, “kDa” means kilodalton, “g” means gravitational constant, and “bp” means base pair means (s), "kbp" means kilo base pair(s), "% w/v" means weight/volume %, "% v/v" means volume/volume % , "IPTG" means isopropyl-μ-D-thiogalactopyranoside, "aTc" means anhydrous tetracycline, "RBS" means ribosome binding site, and "rpm" means revolutions per minute , "HPLC" means high performance liquid chromatography, and "GC" means gas chromatography.

I. 탄소원I. Carbon Source

재조합 미생물을 이용해 본 발명에서 이용되는 생물-생산 배지는 증식 단계와 생산 단계 양쪽에 적합한 탄소원 또는 탄소 물질을 함유하여야 한다. 적절한 물질로는 자일로스, 또는 자일로스와, 글루코스, 슈크로스, 자일로스, 만노스, 아라비노스, 오일, 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄, 메탄올, 포름알데하이드 또는 글리세롤의 조합을 포함할 수 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 전술한 탄소 물질 및 이들의 혼합물들 모두 탄소원(들)으로서 본 발명에서 적합한 것으로 고려된다.A bio-production medium used in the present invention using a recombinant microorganism must contain a carbon source or carbon material suitable for both the growth and production stages. Suitable substances may include, but are not limited to, xylose or a combination of xylose and glucose, sucrose, xylose, mannose, arabinose, oil, carbon dioxide, carbon monoxide, methane, methanol, formaldehyde, or glycerol. it is not going to be All of the aforementioned carbon materials and mixtures thereof are considered suitable in the present invention as carbon source(s).

II. 미생물II. microbe

본원에 기술되고 청구되는 특징들은 본원에 열거된 것으로부터 선택되는 미생물, 또는 다른 적절한 미생물에 제공될 수 있으며, 이는 또한 하나 이상의 천연적인, 도입된 또는 강화된 생산물 바이오-생산 경로를 포함한다. 따라서, 일부 구현예에서, 이러한 미생물(들)은 내인성 생산물 생산 경로 (이는, 일부 이러한 구현예에서, 강화될 수 있음)를 포함하고, 다른 구현예에서는 내인성 생산물 생산 경로를 포함하지 않는다.The features described and claimed herein may be provided to a microorganism selected from those listed herein, or other suitable microorganisms, which also include one or more natural, introduced or enhanced product bio-production pathways. Thus, in some embodiments, such microorganism(s) comprise an endogenous product production pathway (which, in some such embodiments, may be enriched), and in other embodiments do not comprise an endogenous product production pathway.

보다 구체적으로, 본원에 언급된 다양한 기준에 기초하여, 화학적 생산물을 생물-생산하는데 적합한 미생물 숙주는 방법 단락에서 언급되는 유기체들을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.More specifically, based on the various criteria mentioned herein, microbial hosts suitable for bio-producing chemical products include, but are not limited to, the organisms mentioned in the methods section.

본원에 언급된 임의의 유전자 또는 단백질에 대한 숙주 미생물 또는 원료 미생물은 다음과 같은 미생물 목록으로부터 선택할 수 있다: 시트로박터 (Citrobacter), 엔테로박터 (Enterobacter), 클로스트리디움 (Clostridium), 클렙시엘라 (Klebsiella), 에어로박터 (Aerobacter), 락토바실러스 (Lactobacillus), 아스퍼질러스 (Aspergillus), 사카로마이세스 (Saccharomyces), 스키조사카로마이세스 (Schizosaccharomyces), 자이고사카로마이세스 (Zygosaccharomyces), 피키아 (Pichia), 클루이베로마이세스 (Kluyveromyces), 칸디다 (Candida), 한세눌라 (Hansenula), 데바리오마이세스 (Debaryomyces), 뮤코 (Mucor), 토룰롭시스 (Torulopsis), 메틸로박터 (Methylobacter), 에세리키아 (Escherichia), 살모넬라 (Salmonella), 바실러스 (Bacillus), 스트렙토마이세스 (Streptomyces) 및 슈도모나스 (Pseudomonas). 일부 측면에서, 숙주 미생물은 E. coli 미생물이다. The host microorganism or source microorganism for any gene or protein mentioned herein may be selected from the following list of microorganisms: Citrobacter , Enterobacter , Clostridium , Klebsiella ( Klebsiella ), Aerobacter ( Aerobacter ), Lactobacillus ( Lactobacillus ), Aspergillus ( Aspergillus ), Saccharomyces ( Saccharomyces ), Schizosaccharomyces ( Schizosaccharomyces ), Zygosaccharomyces ( Zygosaccharomyces ), blood Kia ( Pichia ), Kluyveromyces ( Kluyveromyces ), Candida ( Candida ), Hansenula ( Hansenula ), Devariomyces ( Debaryomyces ), Mucor ( Mucor ), Torulopsis ( Torulopsis ), Methylobacter ( Methylobacter ), Escherichia , Salmonella , Bacillus , Streptomyces and Pseudomonas . In some aspects, the host microorganism is an E. coli microorganism.

III. 배지 및 배양 조건III. Media and culture conditions

본원에 기술된 유형들 중 하나로부터 선택되는 것 등의 적절한 탄소원과 더불어, 생물-생산 배지는, 본 발명에서 배양물의 증식 및 화학적 생산물의 생물-생산을 촉진하는데 적합한, 당해 기술 분야의 당업자들에게 공지된, 적절한 미네랄, 염, 보조인자, 완충제 및 기타 구성성분을 함유하여야 한다.In addition to a suitable carbon source, such as one selected from one of the types described herein, a bio-production medium suitable for facilitating growth of cultures and bio-production of chemical products in the present invention is known to those skilled in the art. It should contain known and suitable minerals, salts, cofactors, buffers and other ingredients.

본 발명의 다른 측면은 본 발명의 유전자 변형된 미생물, 및 선택적으로 보충제를 포함하는 배지 및 배양 조건에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a medium and culture conditions comprising the genetically modified microorganism of the present invention, and optionally a supplement.

전형적으로, 세포는 적절한 배지에서 약 25℃ 내지 약 40℃ 범위의 온도에서, 아울러 호열성 미생물의 경우에는 최대 70℃의 온도에서 증식한다. 적절한 배양 배지는 당해 기술 분야에서 잘 특정화되어 있으며, 공지되어 있다. 생물-생산에 적합한 pH 범위는 pH 2.0 내지 pH 10.0이며, 초기 조건에서는 pH 6.0 내지 pH 8.0이 전형적인 pH 범위이다. 그러나, 특정 구현예에서 실제 배양 조건은 이들 pH 범위로 제한되는 것으로 의도되는 것은 아니다. 생물-생산은 호기성, 미세호기성 또는 혐기성 조건 하에 교반하면서 또는 교반 없이, 수행할 수 있다.Typically, the cells grow in a suitable medium at temperatures ranging from about 25° C. to about 40° C., as well as up to 70° C. for thermophilic microorganisms. Suitable culture media are well characterized and known in the art. A suitable pH range for bio-production is pH 2.0 to pH 10.0, and pH 6.0 to pH 8.0 in initial conditions is a typical pH range. However, actual culture conditions in certain embodiments are not intended to be limited to these pH ranges. Bio-production can be carried out with or without agitation under aerobic, microaerobic or anaerobic conditions.

IV. 생물-생산 반응조 및 생산IV. Bio-production reactors and production

본 발명에 따른 방법 및/또는 조성물을 이용한 발효 시스템 역시 본 발명에 범위에 포함된다. 본원에 기술 및/또는 참조되는 임의의 재조합 미생물은 미생물이상업적으로 실현가능한 조작에서 탄소원을 생산물로 변환하는, 공업적인 생물-생산 시스템에 도입할 수 있다. 생물-생산 시스템은 이러한 재조합 미생물을 생물반응조 용기에, 재조합 미생물을 증식시키고 생물-생산 시스템을 기질 분자 중 일부를 선택 화학적 생산물으로 전환하는 요망한 전환을 달성하는데 적합한 시간 동안 적절한 온도 범위에서 (그리고 반응이 호기성 또는 미세호기성인 경우에는 용존 산소 범위에서) 유지시키기에 적합한, 탄소원 기질과 생물-생산 배지와 함께 투입하는 것을 포함한다. 생물-생산은 호기성, 미세호기성 또는 혐기성 조건 하에, 교반하면서 또는 교반 없이, 수행할 수 있다. 공업적인 생물-생산 시스템 및 이의 운영은 화학 공학 및 생물공정 공학 분야의 당업자들에게 잘 알려져 있다.Fermentation systems using methods and/or compositions according to the present invention are also within the scope of the present invention. Any of the recombinant microorganisms described and/or referenced herein can be introduced into an industrial bio-production system where the microorganism converts a carbon source into a product in a commercially feasible operation. The bio-production system may place such recombinant microorganisms in a bioreactor vessel at an appropriate temperature range for a time suitable to grow the recombinant microorganisms and achieve the desired conversion of the bio-production system to convert some of the substrate molecules into selected chemical products (and in the range of dissolved oxygen if the reaction is aerobic or microaerobic) with a carbon source substrate and a bio-production medium suitable for maintenance. Bio-production can be carried out under aerobic, microaerobic or anaerobic conditions, with or without agitation. Industrial bio-production systems and their operation are well known to those skilled in the art of chemical engineering and bioprocess engineering.

생물-생산 배지에서 생산되는 생산물의 양은 일반적으로 당해 기술 분야에 공지된 다수의 방법들을 이용해, 예를 들어 고 성능 액체 크로마토 그래피 (HPLC), 기체 크로마토 그래피 (GC) 또는 GC/질량 분광측정법 (MS)을 이용해, 결정할 수 있다.The amount of product produced in the bio-production medium is generally measured using a number of methods known in the art, for example high performance liquid chromatography (HPLC), gas chromatography (GC) or GC/mass spectrometry (MS). ) can be used to determine

V. 유전자 변형, 뉴클레오티드 서열 및 아미노산 서열V. Genetic Modifications, Nucleotide Sequences and Amino Acid Sequences

본 발명의 구현예들은 숙주 미생물에서 보통 발견되거나 또는 발견되지 않는 효소를 암호화하는 핵산 서열을 함유하는 발현 벡터를 숙주 미생물에 도입함으로써 비롯할 수 있다.Embodiments of the invention may result from introducing into the host microorganism an expression vector containing a nucleic acid sequence encoding an enzyme that is or is not normally found in the host microorganism.

숙주 세포의 유전자 변형 능력은 임의의 유전자 변형된 (재조합) 미생물을 생산하는데 필연적이다. 유전자 전달 기법의 방식은 전기천공, 접합, 형질도입 또는 자연 형질전환에 의한 것일 수 있다. 광범위한 범위의 숙주 접합 플라스미드 및 약물 내성 마커들을 이용할 수 있다. 클로닝 벡터는 숙주 세포에서 기능할 수 있는 항생제 내성 마커의 특성에 기반하여 숙주 유기체에 맞게 조정된다. 또한, 본원에 기술된 바와 같이, 유전자 변형된 (재조합) 미생물은 플라스미드 도입을 통한 방식 이외의, 미생물 게놈 DNA에의 변형 등의 다른 변형을 포함할 수도 있다.The ability of a host cell to genetically modify is essential to producing any genetically modified (recombinant) microorganism. The mode of gene transfer technique can be by electroporation, conjugation, transduction or natural transformation. A wide range of host conjugation plasmids and drug resistance markers are available. Cloning vectors are tailored to the host organism based on the properties of antibiotic resistance markers capable of functioning in the host cell. Also, as described herein, genetically modified (recombinant) microorganisms may include other modifications, such as modifications to the microbial genomic DNA, other than through introduction of a plasmid.

보다 일반적으로, 핵산 구조체는, 조절 서열과 양립가능한 조건 하에, E. coli와 같은 미생물에서 암호화 서열의 발현을 지시하는, 하나 이상의 (수개의) 조절 서열과 작동가능하게 연결된 효소 활성을 갖는 폴리펩타이드를 암호화하는 단리된 폴리뉴클레오티드를 포함시켜, 제조할 수 있다. 단리된 폴리뉴클레오티드는 폴리펩타이드의 발현을 제공하도록 조작될 수 있다. 폴리뉴클레오티드 서열을 벡터에 삽입하기 전 조작하는 것이 발현 벡터에 따라 바람직하거나 또는 필수적일 수 있다. 재조합 DNA 방법을 이용하여 폴리뉴클레오티드 서열을 변형하는 기법들이 당해 기술 분야에서 잘 확립되어 있다.More generally, a nucleic acid construct is a polypeptide having an enzymatic activity operably linked with one or more (several) regulatory sequences that directs expression of a coding sequence in a microorganism, such as E. coli , under conditions compatible with the regulatory sequences. It can be prepared by including an isolated polynucleotide encoding a. An isolated polynucleotide can be engineered to provide expression of the polypeptide. Depending on the expression vector, it may be desirable or necessary to manipulate the polynucleotide sequence prior to insertion into the vector. Techniques for modifying polynucleotide sequences using recombinant DNA methods are well established in the art.

조절 서열은, 적절한 프로모터 서열, 즉, 본 발명의 폴리펩타이드를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 발현시키기 위한 숙주 세포에 의해 인지되는 핵산 서열일 수 있다. 프로모터 서열은 폴리펩타이드의 발현을 매개하는 전사 조절 서열을 포함할 수 있다. 프로모터 서열은 돌연변이, 말단 절단 및 하이브리드 프로모터를 비롯하여, 선택 숙주 세포에서 전사 활성을 나타내는 임의의 뉴클레오티드 서열일 수 있으며, 이는 숙주 세포에 상동적인 또는 이종적인 세포외 또는 세포내 폴리펩타이드를 암호화하는 유전자로부터 수득될 수 있다. 재조합 DNA 프로모터 서열을 변형 및 이용하기 위한 기법들은 당해 기술 분야에서 잘 확립되어 있다.The regulatory sequence may be a suitable promoter sequence, ie, a nucleic acid sequence recognized by a host cell for expressing a polynucleotide encoding a polypeptide of the present invention. Promoter sequences may include transcriptional regulatory sequences that mediate expression of the polypeptide. A promoter sequence can be any nucleotide sequence that exhibits transcriptional activity in the host cell of choice, including mutant, truncated and hybrid promoters, which can be derived from genes encoding extracellular or intracellular polypeptides homologous or heterologous to the host cell. can be obtained. Techniques for modifying and using recombinant DNA promoter sequences are well established in the art.

본 발명에 대한 다양한 구현예들에서, 유전자 조작 (genetic manipulations)은 임의의 해당 경로에서 식별된 효소 또는 효소의 효소학적 활성에 대한 제어를, 즉 궁극적인 활성을 변경하기 위해 지시된 조작을 포함할 수 있다. 이러한 유전자 변형은 선택된 배양 조건에서 효소 활성 및/또는 선택성에 변화를 야기하는, 전사 변형, 번역 변형 및 변역 후 변형에 대한 것일 수 있다. 핵산 서열에 대한 유전자 조작은 카피 수 증가일 수 있거나, 및/또는 생산물 생산과 관련있는 효소의 돌연변이의 이용을 포함할 수 있다. 이러한 유전적 변형을 달성하기 위한 구체적인 방법론 및 접근법들은 당해 기술 분야의 당업자들에게 잘 알려져 있다.In various embodiments of the present invention, genetic manipulations may include directed manipulations to alter the control, i.e., the ultimate activity, of an enzyme identified in any given pathway or the enzymatic activity of an enzyme. can Such genetic modifications may be for transcriptional modifications, translational modifications and post-translational modifications, resulting in changes in enzyme activity and/or selectivity under selected culture conditions. Genetic manipulation of nucleic acid sequences may be copy number increase, and/or may involve the use of mutations of enzymes involved in product production. Specific methodologies and approaches for achieving such genetic modifications are well known to those skilled in the art.

다양한 구현예들에서, 미생물은 보다 효율적으로 작동하기 위해, 하나 이상의 유전자 결손을 포함할 수 있다. 예를 들어, E. coli에서, 락테이트 데하이드로게나제 (ldhA), 포스페이트 아세틸트랜스퍼라제 (pta), 피루베이트 옥시다제 (poxB), 피루베이트-포르메이트 리아제 (pflB), 메틸글리옥살 신타제 (mgsA), 아세테이트 키나제 (ackA), 알코올 데하이드로게나제 (adhE), clpXP 프로테아제 특이성 강화 인자 (sspB), ATP-의존적인 Lon 프로테아제 (lon), 외막 프로테아제 (ompT), arcA 전사 듀얼 조절인자 (arcA) 및 iclR 전사 조절인자 (iclR)를 암호화하는 유전자들이, 결손을 비롯하여, 파괴될 수 있다. 이러한 결손 등의 유전자 파괴는 제한되는 것으로 의미하는 것은 아니며, 다양한 구현예들에서, 다양한 조합으로 구현될 수도 있다. 유전자 결손은 숙주 염색체에 외래 DNA를 병합하기 위한 방법과 같이, 당해 기술 분야에서 잘 알려진 다수의 전략들에 의해 달성될 수 있다.In various embodiments, a microorganism may contain one or more genetic deletions in order to function more efficiently. For example, in E. coli , lactate dehydrogenase (ldhA), phosphate acetyltransferase (pta), pyruvate oxidase (poxB), pyruvate-formate lyase (pflB), methylglyoxal synthase (mgsA), acetate kinase (ackA), alcohol dehydrogenase (adhE), clpXP protease specificity enhancer (sspB), ATP-dependent Lon protease (lon), outer membrane protease (ompT), arcA transcriptional dual regulator ( arcA) and the genes encoding the iclR transcriptional regulator (iclR) can be disrupted, including deletion. Genetic disruptions such as deletions are not meant to be limited, and may be implemented in various combinations in various embodiments. Gene deletion can be achieved by a number of strategies well known in the art, such as methods for integrating foreign DNA into the host chromosome.

다양한 구현예들에서, 미생물은, 보다 효율적으로 작동하기 위해, 조절된 단백질 분해, 발현 침묵 또는 조절된 단백질 분해와 발현 침묵의 조합을 표적화하는 효소들로 구성된, 하나 이상의 합성 대사 밸브를 포함할 수 있다. 예를 들어, E. coli에서 유전자 하나에 의해 암호화된 효소 하나 또는 여러가지 유전자들에 의해 암호화된 여러가지 효소들의 조합이 대사에 변화를 유발하여 생산물의 형성을 개선하기 위한 합성 대사 밸브로서 설계될 수 있다. E. coli에서 대표적인 유전자로는 fabI, zwf, gltA, ppc, udhA, lpd, sucD, aceA, pfkA, lon, rpoS, pykA, pykF, tktA 또는 tktB 등이 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 부가적인 미생물 종에서 이들 유전자 및/또는 기타 유전자의 상동체를 동정하는 방법들은 당해 기술 분야의 당업자에게 잘 알려져 있는 것으로 이해된다.In various embodiments, a microorganism may contain one or more synthetic metabolic valves composed of enzymes that target regulated proteolysis, expression silencing or a combination of regulated proteolysis and expression silencing in order to operate more efficiently. have. For example, in E. coli one enzyme encoded by one gene or a combination of several enzymes encoded by several genes can be designed as a synthetic metabolic valve to induce a change in metabolism to improve product formation. . Representative genes in E. coli include fabI, zwf, gltA, ppc, udhA, lpd, sucD, aceA, pfkA, lon, rpoS, pykA, pykF, tktA or tktB , but are not limited thereto. It is understood that methods for identifying homologues of these genes and/or other genes in additional microbial species are well known to those skilled in the art.

본원에 제공된 모든 핵산 및 아미노산 서열들의 경우, 이들 서열의 보존적으로 변형된 변이체들이 포함되며, 이의 다양한 구현예들에서 본 발명의 범위 내인 것으로 이해된다. 보존적으로 변형된 변이체뿐 아니라 광범위하게 변화된 서열을 함유할 수 있는 기능적으로 동등한 핵산 및 아미노산 서열 (기능성 변이체)은 당해 기술 분야의 당업자의 기술 내에서 충분하며, 이를 포함하는 미생물 역시 이러한 서열 및/또는 미생물을 포함하는 방법 및 시스템이 그러한 바와 같이 본 발명의 다양한 구현예들의 범위에 포함된다.For all nucleic acid and amino acid sequences provided herein, it is understood that conservatively modified variants of these sequences are included and, in their various embodiments, are within the scope of the present invention. Conservatively modified variants as well as functionally equivalent nucleic acid and amino acid sequences (functional variants) that may contain extensively altered sequences are well within the skill of the person skilled in the art, and microorganisms comprising such sequences and/or or methods and systems involving microorganisms are as such included within the scope of various embodiments of the present invention.

이에, 전술한 다양한 부분들에 기술된 바와 같이, 본 발명의 일부 조성물, 방법 및 시스템은 플럭스를 재분배하기 위한 합성 대사 밸브와 조합하여 중심적인 중간간물로부터 원하는 생산물을 제조하기 위한 생산 경로를 둘다 포함하는, 유전자 변형된 미생물을 제공하는 것을 포함한다.Thus, as described in various sections above, some compositions, methods and systems of the present invention include both production pathways for producing desired products from central intermediates in combination with synthetic metabolic valves for redistributing flux. It includes providing a genetically modified microorganism that does.

본 발명의 측면들은 또한 선택 탄소원을 선택 생산물로 전환하는데 있어 전반적인 미생물 효율을 개선하기 위해 복수의 유전자 변형을 제공하는 것에 관한 것이다. 특정한 조합들은, 실시예에서와 같이, 특이적인 생산성, 대규모 생산성, 역가 및 수율을 보다 기본적인 유전자 변형 조합에 비해 실질적으로 높이는 것으로 확인된다.Aspects of the present invention also relate to providing a plurality of genetic modifications to improve overall microbial efficiency in converting a select carbon source to a select product. Certain combinations, as in the examples, are found to substantially increase specific productivity, large-scale productivity, titer and yield compared to more basic genetically modified combinations.

전술한 유전자 변형과 더불어, 다양한 구현예들에서, 합성 대사 밸브를 비롯한 유전자 변형은 또한 생산물을 제조하는데 소모될 수 있는 보조인자 NADPH 및/또는 NADH의 풀 (pool) 및 이용성을 높이기 위해, 제공된다.In addition to the genetic modification described above, in various embodiments, genetic modification, including synthetic metabolic valves, is also provided to increase the pool and availability of the cofactors NADPH and/or NADH that can be consumed to make a product. .

VI. 합성 대사 밸브VI. synthetic metabolic valve

합성 대사 밸브의 이용은 증식 중인 세포를 정체기 생물촉매로 전환하는 생산 단계에서 대사 플럭스 및 생리학적 요구성에 대한 보다 간단한 모델을 가능하게 해준다. 이러한 합성 대사 밸브를 이용해 다단계 발효 공정에서 필수 유전자는 중단시키고, 탄소, 전자 및 에너지 플럭스를 생산물 형성 쪽으로 인가할 수 있다. 다음 중 하나 이상이 언급된 합성 밸브를 제공한다: 1) 전사적 유전자 침묵 또는 억제 기법과 조합되는 2) 유도성 및 선택적인 효소 분해 및 3) 세포의 정체기 또는 비-증식 상태를 유도하기 위한 영양분 제한. SMV는 임의의 경로 및 미생물 숙주들에서 일반화 가능하다. 이러한 합성 대사 밸브들은 재생가능한 화학제 및 연료와 전체 세포 촉매에 의해 생산가능한 임의의 생산물을 생산하는데 유용한 새롭고 신속한 대사 조작 전략을 가능하게 해준다.The use of synthetic metabolic valves allows for simpler models of metabolic fluxes and physiological requirements during the production phase that converts proliferating cells to stationary phase biocatalysts. These synthetic metabolic valves can be used to shut down essential genes in a multi-step fermentation process and direct carbon, electron and energy fluxes towards product formation. One or more of the following synthetic valves are provided: 1) 2) inducible and selective enzymatic degradation in combination with transcriptional gene silencing or suppression techniques and 3) nutrient restriction to induce a stationary or non-proliferative state of the cell. . SMV is generalizable in any pathway and microbial hosts. These synthetic metabolic valves enable novel and rapid metabolic engineering strategies useful for producing renewable chemicals and fuels and any product producible by whole-cell catalysis.

특히, 본 발명은 조절된 유전자 침묵 및 조절된 단백질 분해 중 하나 이상 또는 이들의 조합을 포함하는 합성 대사 밸브의 구축을 기술한다. 당해 기술 분야의 당업자라면 유전자 침묵 및 조절된 단백질 분해에 대한 몇가지 방법들을 알고 있을 것으로 이해된다.In particular, the present invention describes the construction of a synthetic metabolic valve comprising one or more of, or a combination of, regulated gene silencing and regulated proteolysis. It is understood that one skilled in the art will be aware of several methods for gene silencing and controlled protein degradation.

VI.A 유전자 침묵VI.A gene silencing

구체적으로, 본 발명은 조절된 다단계 발효 공정을 통해 대사 플럭스를 조절하기 위한 조절된 유전자 침묵의 용도를 기술한다. 당해 기술 분야에서, mRNA 침묵 또는 RNA 간섭, 전사 억제인자에 의한 침묵 및 CRISPR 간섭 등의 조절성 유전자 침묵화 방법들이 수종 알려져 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. RNA 간섭의 방법 및 기전은 Agrawal et al. "RNA Interference: Biology, Mechanism, and Applications" Microbiology and Molecular Biology Reviews, December 2003; 67(4) p657-685. DOI: 10.1128/MMBR.67.657-685.2003에 교시되어 있다. CRISRPR 간섭 방법 및 기전은 Qi et al. "Repurposing CRISPR as an RNA-guided platform for sequence-specific control of gene expression" Cell February 2013; 152(5) p1173-1183. DOI: 10.1016/j.cell.2013.02.022에 교시되어 있다. 아울러, 천연적인 E. coli 캐스케이드 시스템을 이용한 CRISRPR 간섭 방법 및 기전은 Luo et al. "Repurposing endogenous type I CRISPR-Cas systems for programmable gene repression" NAR. October 2014; DOI: 10.1093에 교시되어 있다. 아울러, 당해 기술 분야에서 다수의 전사적 억제인자 시스템들이 잘 알려져 있으며, 이를 이용해 유전자 발현을 정지시킬 수 있다.Specifically, the present invention describes the use of controlled gene silencing to modulate metabolic flux through a controlled multi-stage fermentation process. Several methods are known in the art for modulatory gene silencing, such as mRNA silencing or RNA interference, transcriptional repressor silencing and CRISPR interference, but are not limited thereto. Methods and mechanisms of RNA interference are described in Agrawal et al. "RNA Interference: Biology, Mechanism, and Applications" Microbiology and Molecular Biology Reviews, December 2003; 67(4) p657-685. DOI: 10.1128/MMBR.67.657-685.2003. CRISRPR interference methods and mechanisms are described in Qi et al. "Repurposing CRISPR as an RNA-guided platform for sequence-specific control of gene expression" Cell February 2013; 152(5) p1173-1183. DOI: 10.1016/j.cell.2013.02.022. In addition, the CRISRPR interference method and mechanism using the natural E. coli cascade system were described by Luo et al. "Repurposing endogenous type I CRISPR-Cas systems for programmable gene repression" NAR. October 2014; DOI: 10.1093. In addition, a number of transcriptional repressor systems are well known in the art and can be used to shut down gene expression.

VI.B 조절된 단백질 분해VI.B Regulated protein degradation

구체적으로, 본 발명은 조절된 다단계 발효 공정으로 대사 플럭스를 조절하기 위한 조절성 단백질 변성 (protein degradation) 또는 단백질 분해 (proteolysis)의 용도를 기술한다. 당해 기술 분야에서, 특이적인 프로테아제에 의한 단백질 표적 절단 및 특이적인 펩타이드 태그에 의한 단백질의 조절성 표적 변성 등의 조절성 단백질 변성에 대한 방법들이 수종 알려져 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 단백질 변성 조절에 E. coli clpXP 프로테아제를 이용하는 시스템은 McGinness et al, "Engineering controllable protein degradation", Mol Cell. June 2006; 22(5) p701-707에 교시되어 있다. 이 방법은 DAS4 (또는 DAS+4) 태그와 같은 특이적인 C-말단 펩타이드 태그를 부가하는 것을 토대로 한다. 이 태그가 달린 단백질은 특이성을 강화하는 샤페론 sspB가 발현될 때까지 clpXP 프로테아제에 의해 분해되지 않는다. sspB는 DAS4가 달린 단백질의 clpXP 프로테아제에 의해 분해를 유도한다. 아울러, 여러가지 부위 특이적인 프로테아제 시스템들이 당해 기술 분야에 잘 공지되어 있다. 단백질은 주어진 프로테아제의 특이적인 표적 부위를 함유하도록 조작한 다음, 프로테아제의 조절 발현 후 절단할 수 있다. 일부 구현예에서, 절단은 단백질의 불활화 또는 변성을 유발할 것으로 예상될 수 있다. 예를 들어, Schmidt et al ("ClpS is the recognition component for Escherichia coli substrates of the N-end rule degradation pathway" Molecular Microbiology March 2009. 72(2), 506-517. doi:10.1111)에서는, clpS 의존적인 clpAP 변성을 제공하기 위해 N-말단 서열을 대상 단백질에 부가할 수 있는 것을, 교시하고 있다. 아울러, 이 서열은 또한 ULP 하이드롤라제에 의해서와 같이 제어가능하게 절단할 수 있는 부가적인 N-말단 서열에 의해 추가적으로 은폐될 수 있다. 이로써 하이드롤라제 발현에 의존적인 제어된 N-규칙 변성 (rule degradation)이 가능하다. 따라서, N-말단 또는 C-말단에서 단백질 분해를 제어하기 위해 단백질을 태깅하는 것이 가능하다. N-말단 태그 대비 C-말단 태그의 이용 선호성은 어느 쪽 태그가 제어된 변성 개시 전 단백질의 기능에 영향을 미치는지에 따라 크게 좌우될 것이다.Specifically, the present invention describes the use of controlled protein degradation or proteolysis to modulate metabolic flux in a controlled multi-stage fermentation process. In the art, several methods are known for regulatory protein denaturation, such as cleavage of a protein target by a specific protease and targeted denaturation of a protein by a specific peptide tag, but are not limited thereto. A system using the E. coli clpXP protease to control protein denaturation is described in McGinness et al, "Engineering controllable protein degradation", Mol Cell. June 2006; 22(5) p701-707. This method is based on adding a specific C-terminal peptide tag, such as a DAS4 (or DAS+4) tag. This tagged protein is not degraded by the clpXP protease until the specificity enhancing chaperone sspB is expressed. sspB induces degradation of DAS4-bound proteins by the clpXP protease. In addition, several site-specific protease systems are well known in the art. A protein can be engineered to contain the specific target site of a given protease and then cleaved after regulated expression of the protease. In some embodiments, cleavage can be expected to result in inactivation or denaturation of the protein. For example, in Schmidt et al ("ClpS is the recognition component for Escherichia coli substrates of the N-end rule degradation pathway" Molecular Microbiology March 2009. 72(2), 506-517. doi:10.1111), clpS-dependent It teaches that an N-terminal sequence can be added to a protein of interest to provide clpAP denaturation. In addition, this sequence can also be additionally masked by an additional N-terminal sequence that can be controllably cleaved, such as by ULP hydrolase. This allows controlled N-rule degradation dependent on hydrolase expression. Thus, it is possible to tag proteins at the N-terminus or C-terminus to control protein degradation. The preference for using a C-terminal tag versus an N-terminal tag will largely depend on which tag affects the function of the protein prior to the onset of controlled denaturation.

본 발명은 E. coli에서 조절된 다단계 발효 공정에서 대사 플럭스를 조절하기 위한 조절성 단백질 변성 또는 단백질 분해의 용도를 기술한다. 매우 다양한 그람 음성 박테리아 및 그람 양성 박테리아, 효소 및 심지어 고세균 등의 다른 미생물 숙주에서 단백질 변성을 조절하기 위한 몇가지 방법들이 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 구체적으로, 단백질 분해를 조절하기 위한 시스템은 천연적인 미생물 숙주로부터 전달될 수 있으며, 비-천연 숙주에서 이용될 수 있다. 예를 들어, Grilly et al, "A synthetic gene network for tuning protein degradation in Saccharomyces cerevisiae" Molecular Systems Biology 3, Article 127. doi:10.1038은, E. coli clpXP 프로테아제의 발현과, 효모 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae)에서의 이용을 교시하고 있다. 이러한 방식을 이용해, 합성 대사 밸브의 방법을 임의의 유전자 조작가능한 (tractable) 숙주에 전달할 수 있다.The present invention describes the use of modulatory protein denaturation or proteolysis to control metabolic flux in a controlled multi-stage fermentation process in E. coli . Several methods are known in the art for controlling protein denaturation in different microbial hosts, including a wide variety of gram-negative and gram-positive bacteria, enzymes and even archaea. Specifically, systems for controlling protein degradation can be delivered from natural microbial hosts and can be used in non-natural hosts. For example, Grilly et al, "A synthetic gene network for tuning protein degradation in Saccharomyces cerevisiae" Molecular Systems Biology 3, Article 127. doi: 10.1038 describes the expression of the E. coli clpXP protease and the yeast Saccharomyces cerevisiae. It teaches use in Saccharomyces cerevisiae . Using this approach, methods of synthetic metabolic valves can be delivered to any tractable host.

VI.C 합성 대사 밸브의 조절Regulation of VI.C synthetic metabolic valves

구체적으로, 본 발명은 다단계 발효 공정에서 대사 플럭스를 조절하기 위한 합성 대사 밸브의 용도를 기술한다. 다단계 발효에서 단계들 간의 전이에 이용될 수 있는 발현을 유도하기 위한 다수의 방법들이 당해 기술 분야에 공지되어 있다. 이러한 것으로는, 테트라사이클린, 무수테트라사이클린, 락토스, IPTG (이소프로필-β-D-1-티오갈락토피라노시드), 아라비노스, 라피토스, 트립토판 및 다수의 기타 물질 등의, 인공적인 화학 유도 물질들이 있으나, 이들로 제한되는 것은 아니다. 이들 잘 알려진 유도 물질의 이용을 유전자 발현 침묵의 조절 및/또는 조절된 단백질 분해와 연계하는 시스템들을 유전자 변형된 미생물 시스템에 통합하여, 다단계 발효 공정으로 증식기 (growth phase)와 생산기 (production phase) 간의 전이를 조절할 수 있다.Specifically, the present invention describes the use of synthetic metabolic valves to regulate metabolic flux in multi-stage fermentation processes. A number of methods are known in the art for inducing expression that can be used to transition between stages in a multistage fermentation. These include man-made chemicals such as tetracycline, anhydrous tetracycline, lactose, IPTG (isopropyl-β-D-1-thiogalactopyranoside), arabinose, rapitose, tryptophan, and many others. Inducing substances include, but are not limited to. Systems that link the use of these well-known inducers with modulated gene expression silencing and/or regulated proteolysis can be integrated into genetically modified microbial systems, enabling a multi-stage fermentation process to establish a transition between growth and production phases. transition can be controlled.

아울러, 증식시 소모되는 하나 이상의 제한성 영양분을 고갈시킴으로써 다단계 발효에서 증식기와 생산기 간의 전이를 조절하는 것이 바람직할 수 있다. 제한성 영양분으로는 포스페이트, 질소, 황 및 마그네슘을 포함할 수 있지만, 이들로 한정되는 것은 아니다. 이러한 영양분 제한에 반응하는 천연적인 유전자 발현 시스템을 이용해, 유전자 발현 침묵의 조절 및/또는 조절된 단백질 분해를 다단계 공정에서 증식기와 생산기 간의 전이와 작동가능하게 연계시킬 수 있다.In addition, it may be desirable to control the transition between the growth phase and the production phase in a multistage fermentation by depleting one or more limiting nutrients consumed during growth. Limiting nutrients may include, but are not limited to, phosphate, nitrogen, sulfur and magnesium. Using these natural gene expression systems in response to nutrient limitation, regulation of gene expression silencing and/or regulated proteolysis can be operatively linked to the transition between the proliferative and productive phases in a multi-step process.

본 발명의 범위 내에서, 유전자 변형된 미생물은 자일리톨을 0.05 g/g DCW-hr보다 높은, 0.08 g/g DCW-hr보다 높은, 0.1 g/g DCW-hr보다 높은, 0.13 g/g DCW-hr보다 높은, 0.15 g/g DCW-hr보다 높은, 0.175 g/g DCW-hr보다 높은, 0.2 g/g DCW-hr보다 높은, 0.25 g/g DCW-hr보다 높은, 0.3 g/g DCW-hr보다 높은, 0.35 g/g DCW-hr보다 높은, 0.4 g/g DCW-hr보다 높은, 0.45 g/g DCW-hr보다 높은, 또는 0.5 g/g DCW-hr보다 높은, 속도들로부터 선택되는 비속도 (specific rate)로 생산할 수 있는 미생물이다.Within the scope of the present invention, genetically modified microorganisms may contain xylitol greater than 0.05 g/g DCW-hr, greater than 0.08 g/g DCW-hr, greater than 0.1 g/g DCW-hr, greater than 0.13 g/g DCW-hr. greater than hr, greater than 0.15 g/g DCW-hr, greater than 0.175 g/g DCW-hr, greater than 0.2 g/g DCW-hr, greater than 0.25 g/g DCW-hr, 0.3 g/g DCW-hr higher than hr, higher than 0.35 g/g DCW-hr, higher than 0.4 g/g DCW-hr, higher than 0.45 g/g DCW-hr, or higher than 0.5 g/g DCW-hr. A microorganism that can produce at a specific rate.

본 발명의 범위 내에서, 유전자 변형된 미생물은 자일로스 또는 다른 당 원료로부터 자일리톨을 0.5 g 생산물/g 자일로스 초과로, 0.6 g 생산물/g 자일로스 초과로, 0.7 g 생산물/g 자일로스 초과로, 0.8 g 생산물/g 자일로스 초과로, 0.9 g 생산물/g 자일로스 초과로, 0.95 g 생산물/g 자일로스 초과로, 0.98 g 생산물/g 자일로스 초과의, 수율로 생산할 수 있는 미생물이다.Within the scope of the present invention, genetically modified microorganisms can convert xylitol from xylose or other sugar sources to greater than 0.5 g product/g xylose, greater than 0.6 g product/g xylose, greater than 0.7 g product/g xylose. , is a microorganism capable of producing yields greater than 0.8 g product/g xylose, greater than 0.9 g product/g xylose, greater than 0.95 g product/g xylose, and greater than 0.98 g product/g xylose.

다양한 구현예들에서, 본 발명은 본원의 청구항들 중 어느 하나에 따른 유전자 변형된 미생물과 수성 매질 중의 탄소원을 포함하되, 유전자 변형된 유기체가, 예를 들어, 수성 매질의 부피가 5 mL 초과로, 100 mL 초과로, 0.5 L 초과로, 1 L 초과로, 2 L 초과로, 10 L 초과로, 250 L 초과로, 1000 L 초과로, 10,000 L 초과로, 50,000 L 초과로, 100,000 L 초과로, 또는 200,000 L 초과로 선택되는 경우에, 예를 들어 수성 매질의 부피가 250 L 초과이고 스틸 용기 (steel vessel)에 수용된 경우에, 0.05 gDCW/L 초과의, 0.1 g DCW/L 초과의, 1 g DCW/L 초과의, 5 g DCW/L 초과의, 10 g DCW/L 초과의, 15 gDCW/L 초과의, 또는 20 gDCW/L 초과의 양으로 존재하는, 배양 시스템을 포함한다.In various embodiments, the present invention provides a genetically modified microorganism according to any one of the claims herein and a carbon source in an aqueous medium, wherein the genetically modified organism has a volume of aqueous medium greater than 5 mL, for example. , greater than 100 mL, greater than 0.5 L, greater than 1 L, greater than 2 L, greater than 10 L, greater than 250 L, greater than 1000 L, greater than 10,000 L, greater than 50,000 L, greater than 100,000 L ; present in an amount greater than g DCW/L, greater than 5 g DCW/L, greater than 10 g DCW/L, greater than 15 gDCW/L, or greater than 20 gDCW/L.

본 발명의 측면들에 대한 개괄Overview of Aspects of the Invention

일 측면에서, 자일리톨을 생산하는 위한 유전자 변형된 미생물을 제공한다. 자일로스 리덕타제 (xyrA)의 발현에 대한 유도성 변형 및 유도성 합성 대사 밸브를 특징으로 하는 유전자 변형된 미생물을 제공한다. 합성 대사 밸브는 하나 이상의 효소를 암호화하는 하나 이상의 유전자의 유전자 발현의 침묵을 특징으로 하는 유전자 발현-침묵 합성 대사 밸브; 또는 하나 이상의 효소의 효소적 변성의 유도를 특징으로 하는 효소적 변성 합성 대사 밸브, 또는 이들의 조합을 특징으로 한다.In one aspect, a genetically modified microorganism for producing xylitol is provided. A genetically modified microorganism characterized by an inducible modification of the expression of xylose reductase (xyrA) and an inducible synthetic metabolic valve is provided. Synthetic metabolic valves include gene expression-silencing synthetic metabolic valves characterized by silencing of gene expression of one or more genes encoding one or more enzymes; or an enzymatically modified synthetic metabolic valve characterized by induction of enzymatic modification of one or more enzymes, or a combination thereof.

일 측면에서, 유전자 변형된 미생물의 자일로스 리덕타제는 NADPH 의존적인 자일로스 리덕타제 또는 잠재적으로 아스퍼질러스 나이거 (A. niger)의 xyrA 유전자인 자일로스 리덕타제이다.In one aspect, the xylose reductase of the genetically modified microorganism is a NADPH dependent xylose reductase or potentially the xyrA gene of Aspergillus niger ( A. niger ) xylose reductase.

일 측면에서, 유전자 변형된 미생물은 자일로스 공급원료로부터 자일리톨을 생산한다. 물론, 유전자 변형된 미생물은 자일로스와 제2 당이 임의 비율로 혼합된 공급원료를 이용할 수도 있다.In one aspect, the genetically modified microorganism produces xylitol from a xylose feedstock. Of course, the genetically modified microorganism may use a feedstock in which xylose and a second sugar are mixed in any ratio.

일 측면에서, 유전자 변형된 미생물의 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 효소 변성 합성 대사 밸브는 자일로스 이소머라제 또는 자일로스 이소머라제 효소를 암호화하는 유전자; 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소를 암호화하는 유전자의 조절을 지시할 수 있다.In one aspect, the gene-silent synthetic metabolic valve or enzyme-modified synthetic metabolic valve of a genetically modified microorganism comprises xylose isomerase or a gene encoding a xylose isomerase enzyme; or the regulation of a gene encoding a glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) or glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) enzyme.

일 측면에서, 유전자 변형된 미생물의 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 효소 변성 합성 대사 밸브는 유전자 2종 이상, 예를 들어 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소를 암호화하는 유전자; 및 자일로스 이소머라제 또는 자일로스 이소머라제 효소를 암호화하는 유전자의 조절을 지시할 수 있다.In one aspect, the gene-silent synthetic metabolic valve or enzyme-modified synthetic metabolic valve of the genetically modified microorganism is two or more genes, such as glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) or glucose-6-phosphate dehydrogenase the gene encoding the genase ( zwf ) enzyme; and regulation of xylose isomerase or a gene encoding a xylose isomerase enzyme.

또 다른 측면에서, 일 측면에서, 유전자 변형된 미생물의 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 효소 변성 합성 대사 밸브는 유전자 2종 이상, 예를 들어, 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소를 암호화하는 유전자; 및 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 또는 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 효소를 암호화하는 유전자의 조절을 지시할 수 있다.In another aspect, in one aspect, the gene-silent synthetic metabolic valve or enzyme-modified synthetic metabolic valve of the genetically modified microorganism is two or more genes, for example, glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) or glucose -6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) gene encoding enzyme; and regulation of genes encoding enoyl-ACP reductase ( fabI ) or enoyl-ACP reductase ( fabI ) enzymes.

또 다른 측면에서, 일 측면에서, 유전자 변형된 미생물의 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 효소 변성 합성 대사 밸브는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf)를 암호화하는 유전자의 침묵, 및 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소; 및 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 효소의 효소 변성의 조절을 지시할 수 있다.In another aspect, in one aspect, the gene-silenced synthetic metabolic valve or enzyme-modified synthetic metabolic valve of the genetically modified microorganism is silencing the gene encoding glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ), and glucose-6 -phosphate dehydrogenase ( zwf ) enzyme; and regulation of enzymatic denaturation of the enoyl-ACP reductase ( fabI ) enzyme.

다른 측면에서, 자일로스 리덕타제의 발현, 유전자 발현-침묵 합성 대사 밸브, 및 효소 변성 합성 대사 밸브는 다단계 생물발효 공정의 전이 상태 (transition phrase)의 조건 하에 유도된다. 유도는 영양분 고갈 또는 포스페이트 고갈에 의해 발생할 수 있다.In another aspect, expression of xylose reductase, gene expression-silenced synthetic metabolic valve, and enzymatically modified synthetic metabolic valve are induced under conditions of a transition phrase of a multi-step biofermentation process. Induction can occur by nutrient depletion or phosphate depletion.

일 측면에서, 유전자 변형된 미생물은 염색체 결손을 추가로 포함할 수 있다.In one aspect, the genetically modified microorganism may further comprise a chromosomal defect.

일 측면에서, 유전자 발현의 침묵은 CRISPR 간섭을 포함하고, 유전자 변형된 미생물은 또한 캐스케이드 가이드 어레이를 발현하며, 어레이는 복수의 유전자들의 동시 침묵화를 위해 여러가지 유전자들을 표적화하는데 특이적인 각각의 소형 가이드 RNA를 암호화하는 유전자를 2 이상 포함한다.In one aspect, the silencing of gene expression comprises CRISPR interference, and the genetically modified microorganism also expresses a cascade guide array, wherein the array has each small guide specific for targeting different genes for simultaneous silencing of multiple genes. It contains two or more genes encoding RNA.

일 측면에서, 유전자 변형된 미생물은 생물발효 공정에서 24시간에 자일리톨을 0.08 g/L보다 높은 역가로 생산한다.In one aspect, the genetically modified microorganism produces xylitol at a titer greater than 0.08 g/L in 24 hours in a biofermentation process.

일 측면에서, 본 발명은, (a) 유전자 변형된 미생물을 제공하는 단계를 포함하는, 유전자 변형된 미생물로부터 자일리톨을 생산하는 다단계 발효 생물공정을 제공한다. 유전자 변형된 미생물은 자일로스 리덕타제의 발현 변형 및 합성 대사 밸브를 특징으로 하며, 합성 대사 밸브는 하나 이상의 효소를 암호화하는 하나 이상의 유전자의 발현 침묵을 특징으로 하는 유전자 발현-침묵 합성 대사 밸브; 또는 하나 이상의 효소의 효소적 변성의 유도를 특징으로 하는 효소적 변성 합성 대사 밸브, 또는 이들의 조합을 포함한다. 각 합성 대사 밸브의 하나 이상의 효소는 동일하거나 또는 상이하다. 방법은 유전자 변형된 미생물을 자일로스 공급원료를 함유한 배지에서 증식시키는 단계, 및 증식기로부터 자일리톨 생산기로 전이하는 단계를 추가로 포함한다. 전이 단계는 미생물의 증식을 늦추거나 또는 중단하도록 합성 대사 밸브(들)를 유도하고; 자일로스 리덕타제의 발현을 유도하여, 자일리톨을 생산하는 것을 포함한다.In one aspect, the present invention provides a multi-step fermentation bioprocess for producing xylitol from a genetically modified microorganism comprising the step of (a) providing a genetically modified microorganism. Genetically modified microorganisms are characterized by altered expression of xylose reductase and synthetic metabolic valves, which include gene expression-silenced synthetic metabolic valves characterized by silencing of expression of one or more genes encoding one or more enzymes; or an enzymatically modified synthetic metabolic valve characterized by induction of enzymatic modification of one or more enzymes, or a combination thereof. One or more enzymes of each synthetic metabolic valve may be the same or different. The method further comprises growing the genetically modified microorganism in a medium containing the xylose feedstock, and transitioning from the growing phase to the xylitol producing phase. The transition phase induces the synthetic metabolic valve(s) to slow or stop the growth of the microbe; and inducing expression of xylose reductase to produce xylitol.

일부 측면에서, 다단계 발효 생물공정은 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 효소 변성 합성 대사 밸브가 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소를 암호화하는 유전자; 및 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 또는 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 효소를 암호화하는 유전자 등의 2 이상의 유전자의 조절을 지시하는 것을 특징으로 하는, 유전자 변형된 미생물을 이용할 수 있다.In some aspects, the multi-step fermentation bioprocess comprises a gene-silent synthetic metabolic valve or an enzyme-modified synthetic metabolic valve encoding a glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) or glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) enzyme. a gene that does; and enoyl-ACP reductase ( fabI ) or a gene encoding an enoyl-ACP reductase ( fabI ) enzyme, characterized by directing the regulation of two or more genes, genetically modified microorganisms can be used.

일부 측면에서, 다단계 발효 생물 공정은 생물발효 공정에서 24시간에 자일리톨을 0.08 g/L보다 높은 역가로 생산할 것이다.In some aspects, a multi-stage fermentation bioprocess will produce titers greater than 0.08 g/L of xylitol at 24 hours in the biofermentation process.

일부 측면에서, 다단계 발효 생물공정의 전이 단계는 배양 배지의 포스페이트 고갈에 의해 발생한다. 일부 측면에서, 다단계 발효 생물공정의 유전자 변형된 미생물은 염색체 결손을 추가로 특징으로 한다.In some aspects, the transition phase of a multi-stage fermentation bioprocess is caused by phosphate depletion of the culture medium. In some aspects, the genetically modified microorganisms of the multi-step fermentation bioprocess are further characterized by chromosomal deletions.

일 측면에서, 자일리톨을 생산하기 위한 유전자 변형된 미생물은, 미생물이 유도되면 공급원료 자일로스로부터 자일리톨을 생산하도록, 자일로스 이소머라제의 유도성 감소; 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 활성의 유도성 감소를 포함한다. 다른 측면에서, 미생물은 E.coli 미생물이다. 일 측면에서, 미생물의 유도는 영양분 고갈에 의해 발생한다. 일 측면에서, 미생물의 유도는 포스페이트 고갈에 의해 발생한다.In one aspect, a microorganism genetically modified to produce xylitol is such that, when the microorganism is induced, xylitol is produced from feedstock xylose by reducing the inducibility of xylose isomerase; inducible reduction of glucose-6-phosphate dehydrogenase activity. In another aspect, the microorganism is an E. coli microorganism. In one aspect, induction of microorganisms occurs by nutrient depletion. In one aspect, induction of microorganisms occurs by phosphate depletion.

일 측면에서, 본 발명은 자일로스 이소머라제의 유도성 감소 및 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 활성의 유도성 감소를 포함하는 유전자 변형된 미생물로부터 자일리톨을 생산하기 위한 다단계 발효 생물 공정을 제공한다. 생물공정은 (a) 유전자 변형된 미생물을 제공하는 단계, (b) 유전자 변형된 미생물을 자일로스 공급원료가 함유된 배지에서 증식시키는 단계; (c) 미생물의 증식을 늦추거나 또는 중단하도록 합성 대사 밸브(들)를 유도함으로써 증식기에서 자일리톨 생산기로 전이하는 단계; 및 자일로스 이소머라제의 발현을 유도하여 (d) 자일리톨을 생산하는 단계를 포함한다.In one aspect, the present invention provides a multi-step fermentation biological process for producing xylitol from a genetically modified microorganism comprising inducible reduction of xylose isomerase and inducible reduction of glucose-6-phosphate dehydrogenase activity. do. The bioprocess includes (a) providing a genetically modified microorganism, (b) growing the genetically modified microorganism in a medium containing a xylose feedstock; (c) transitioning from the proliferative phase to the xylitol producing phase by inducing the synthetic metabolic valve(s) to slow or stop the growth of the microorganism; and inducing expression of xylose isomerase to (d) produce xylitol.

일 측면에서, 자일리톨을 생산하는 위한 유전자 변형된 미생물은 자일로스 리덕타제의 유도성 감소; 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 활성의 유도성 감소; 에노일-ACP 리덕타제의 유도성 감소를 포함하며; 여기서, 균주는 유도시 공급원료 자일로스로부터 자일리톨을 생산한다. 일 측면에서, 미생물은 E.coli 미생물이다. 일부 측면에서, 미생물의 유도는 영양분 고갈 또는 포스페이트 고갈에 의해 발생한다.In one aspect, a microorganism genetically modified for producing xylitol has reduced inducibility of xylose reductase; an inducible decrease in glucose-6-phosphate dehydrogenase activity; including inducible reduction of enoyl-ACP reductase; Here, the strain produces xylitol from feedstock xylose upon induction. In one aspect, the microorganism is an E. coli microorganism. In some aspects, induction of microorganisms occurs by nutrient depletion or phosphate depletion.

일 측면에서, 본 발명은 자일로스 리덕타제의 유도성 감소; 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 활성의 유도성 감소; 에노일-ACP 리덕타제의 유도성 감소를 포함하는 유전자 변형된 미생물로부터 자일리톨을 생산하기 위한 다단계 발효 생물공정을 제공한다. 생물공정은 (a) 유전자 변형된 미생물을 제공하는 단계; (b) 유전자 변형된 미생물을 자일로스 공급원료가 함유된 배지에서 증식시키는 단계; (c) 미생물의 증식을 늦추거나 또는 중단하도록 합성 대사 밸브(들)를 유도함으로써 증식기에서 자일리톨 생산기로 전이하는 단계; 및 자일로스 리덕타제의 발현을 유도하여 (d) 자일리톨을 생산하는 단계를 포함한다.In one aspect, the present invention reduces the inducibility of xylose reductase; an inducible decrease in glucose-6-phosphate dehydrogenase activity; A multi-step fermentation bioprocess for producing xylitol from genetically modified microorganisms comprising inducible reduction of enoyl-ACP reductase is provided. The bioprocess includes (a) providing a genetically modified microorganism; (b) growing the genetically modified microorganism in a medium containing a xylose feedstock; (c) transitioning from the proliferative phase to the xylitol producing phase by inducing the synthetic metabolic valve(s) to slow or stop the growth of the microorganism; and (d) producing xylitol by inducing expression of xylose reductase.

일 측면에서, 자일리톨을 생산하기 위한 유전자 변형된 미생물은, 막 결합형 트랜스하이드로게나제의 활성 증가; 피루베이트 페레독신옥시도리덕타제의 활성 증가; NADPH 의존적인 페레독신리덕타제의 활성 증가를 포함하며, 여기서 미생물은 생합성에 NADPH를 필요로 하는 하나 이상의 화학적 생산물을 생산한다.In one aspect, a microorganism genetically modified to produce xylitol includes increased activity of membrane-bound transhydrogenase; Increased activity of pyruvate ferredoxin oxidoreductase; NADPH-dependent increase in the activity of ferredoxin reductase, wherein the microorganism produces one or more chemical products that require NADPH for biosynthesis.

개시된 구현예들은 비-제한적이다.The disclosed embodiments are non-limiting.

본 발명의 다양한 구현예들이 본원에 도시 및 언급되었지만, 이러한 구현예들은 단순 예로서 제공됨을 강조한다. 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 여러가지 변형, 변화 및 치환을 다양한 구현예들에서 행할 수 있다. 구체적으로, 어떤 이유로, 목록, 표 또는 기타 군 (예, 도 1 4에 나타낸 대사 경로 효소)에서 본원에 언급 또는 달리 제시된 화합물, 핵산 서열, 기능성 효소, 대사 경로 효소 또는 중간산물을 비롯한 특정 단백질 등의 폴리펩타이드, 인자 또는 기타 조성물, 또는 농도에 대한 임의 군에서, 달리 명시적으로 언급되지 않은 한, 이러한 각각의 군은 각각의 언급된 군의 하나 이상의 구성원 (또는 서브세트)을 제외함으로써 이러한 군의 모든 서브세트를 포함하는 가장 광의적인 범위에서 다양한 서브세트 실시예들에 대한 토대를 제공하며 이를 식별하기 위해 제공되는 것으로 의도된다. 아울러, 임의의 범위가 본원에 기술된 경우, 달리 명시적으로 언급되지 않은 한, 범위는 이에 포함된 모든 수치 및 모든 하위 범위를 포괄한다.Although various embodiments of the present invention have been shown and mentioned herein, it is emphasized that these embodiments are provided as simplistic examples. Numerous modifications, changes and substitutions may be made in various embodiments without departing from the invention. Specifically, for any reason, a particular protein, including a compound, nucleic acid sequence, functional enzyme, metabolic pathway enzyme or intermediate, mentioned or otherwise presented herein in a list, table or other grouping (eg, metabolic pathway enzymes shown in FIGS . 1 and 4 ). In any group for a polypeptide, factor or other composition, or concentration, unless expressly stated otherwise, each such group is defined by excluding one or more members (or subsets) of each recited group. It is intended to serve to identify and provide a basis for various subset embodiments in the broadest sense, including all subsets of the group. In addition, where any range is set forth herein, the range encompasses all numbers and all subranges subsumed therein, unless expressly stated otherwise.

또한, 보다 통상적으로, 본원의 기술 내용, 논의, 예 및 구현예에 있어서, 당해 기술 분야의 기술내 통례적인 분자 생물학, 세포 생물학, 미생물학 및 재조합 DNA 기법을 채택할 수 있다. 이러한 기법들은 문헌에 충분히 설명되어 있다. 예를 들어, Sambrook 및 Russell, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Third Edition 2001 (volumes 1 - 3), Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.; Animal Cell Culture, R. I. Freshney, ed., 1986을 참조한다. 이들 공개된 자료들은 본원에 원용에 의해 포함된다.Also, more generally, conventional molecular biology, cell biology, microbiology and recombinant DNA techniques within the skill of the art may be employed in the description, discussion, examples and embodiments herein. These techniques are fully described in the literature. See, eg, Sambrook and Russell, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Third Edition 2001 (volumes 1 - 3), Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y.; See Animal Cell Culture, R. I. Freshney, ed., 1986. These published materials are incorporated herein by reference.

아래 공개된 자료들은 본원에 기술된 본 발명, 예를 들어, 당 원료로부터 화학적 생산물(들)의 산업적인 생물-생산 방법 및 이러한 전환을 달성하기 위해 이용할 수 있는 산업용 시스템과 연계하여 이용가능한 내용에 대해 본원에 원용에 의해 포함된다 (Biochemical Engineering Fundamentals, 2nd Ed. J. E. Bailey and D. F. Ollis, McGraw Hill, New York, 1986, 예를 들어 생물학적 반응조 설계에 대해, Chapter 9, pages 533-657; Unit Operations of Chemical Engineering, 5th Ed., W. L. McCabe et al., McGraw Hill, New York 1993, 예를 들어, 공정 및 분리 기법 분석에 대해; Equilibrium Staged Separations, P. C. Wankat, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ USA, 1988, 예를 들어, 분리 기법 교시 내용에 대해).The material published below is based on the content available in connection with the invention described herein, e.g., industrial bio-production methods of chemical product(s) from sugar sources and industrial systems available to achieve this conversion. (Biochemical Engineering Fundamentals, 2 nd Ed. JE Bailey and DF Ollis, McGraw Hill, New York, 1986, e.g. on biological reactor design, Chapter 9, pages 533-657; Unit Operations of Chemical Engineering, 5 th Ed., WL McCabe et al., McGraw Hill, New York 1993, eg for analysis of process and separation techniques; Equilibrium Staged Separations, PC Wankat, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ USA, 1988, eg, for teachings on separation techniques).

본 명세서에 언급된 모든 간행물, 특허 및 특허 출원은 2014년 6월 11일자 미국 가출원 번호 62/010,574, 2017년 2월 21일자 미국 가출원 번호 62/461,436, 2015년 6월 11일자 PCT/US2015/035306 및 2018년 2월 21일자 PCT/US2018/019040을 비롯하여, 그 전체가 원용에 의해 본 명세서에 포함된다.All publications, patents and patent applications mentioned herein are U.S. Provisional Application No. 62/010,574, filed June 11, 2014, U.S. Provisional Application No. 62/461,436, filed February 21, 2017, and PCT/US2015/035306, filed June 11, 2015. and PCT/US2018/019040, dated Feb. 21, 2018, the entirety of which is incorporated herein by reference.

실시예Example

본 실시예는 일부 예들을 제공하나, 제한되는 것을 의미하는 것은 아니다. 달리 언급되지 않은 한 모든 시약들은 상업적으로 구입한다. 종 및 기타 계통발생학적 식별은 미생물학, 분자 생물학 및 생화학 분야의 당업자들에게 공지된 분류에 따른다.This embodiment provides some examples, but is not meant to be limiting. All reagents are purchased commercially unless otherwise noted. Species and other phylogenetic identifications follow classifications known to those skilled in the microbiology, molecular biology, and biochemistry arts.

공통 방법common method

시약 및 배지reagents and media

모든 시약 및 화학제는 달리 언급되지 않은 한 Sigma Aldrich (St. Louis, MO)에서 구입하였다. MOPS (3-(N-모르폴리노)프로판설폰산)은 BioBasic, Inc. (Amherst, NY)에서 입수하였다. 결정질 자일로스는 Profood International (Naperville, IL)에서 입수하였다. 모든 배지: SM10++, SM10 No 포스페이트, 및 FGM25는, 모든 배지 제형에서 자일로스로 글루코스를 치환 (글루코스 1 g -> 자일로스 1 g)하는 것을 제외하고는, 기존에 발표된 바와 같이 준비하였다 (Menacho-Melgar, R. et al. Scalable, two-stage, autoinduction of recombinant protein expression in E. coli utilizing phosphate depletion. Biotechnol. Bioeng. 26, 44 (2020)). LB, Lennox formulation은 일상적인 균주 증식에 이용하였다. 작동 항생제 농도는 다음과 같다: 카나마이신: 35 ㎍/mL, 클로람페니콜: 35 ㎍/mL, 겐타마이신: 10 ㎍/mL, 10 제옥신: 100 ㎍/mL, 블라스티시딘: 100 ㎍/mL, 스펙티노마이신n: 25 ㎍/mL, 테트라사이클린: 5 ㎍/mL.All reagents and chemicals were purchased from Sigma Aldrich (St. Louis, Mo.) unless otherwise noted. MOPS (3-(N-morpholino)propanesulfonic acid) is manufactured by BioBasic, Inc. (Amherst, NY). Crystalline xylose was obtained from Profood International (Naperville, IL). All media: SM10++, SM10 No Phosphate, and FGM25 were prepared as previously published (Menacho -Melgar, R. et al. Scalable, two-stage, autoinduction of recombinant protein expression in E. coli utilizing phosphate depletion. Biotechnol. Bioeng. 26 , 44 (2020)). LB, Lennox formulation was used for routine strain growth. Working antibiotic concentrations were as follows: kanamycin: 35 μg/mL, chloramphenicol: 35 μg/mL, gentamicin: 10 μg/mL, 10 zeoxin: 100 μg/mL, blasticidin: 100 μg/mL, specifications Actinomycin: 25 μg/mL, Tetracycline: 5 μg/mL.

균주 & 플라스미드 구축Strains & Plasmid Construction

본 실험에 사용된 균주 및 플라스미드 목록에 대해 부록 표 S1을 참조한다. 본 실험에 사용한 합성 DNA 서열은 부록 표 S2에 제시된다. 염색체 변형은 표준 재조합 조작 방법을 이용해 구축하였다 (Liochev, S. I.et al Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 91, 1328-1331 (1994)). 재조합 조작용 플라스미드 pSIM5는 Donald Court (NCI, https://redrecombineering.ncifcrf.gov/court-lab.html)53,54로부터 친절하게 선물받았다. 기존에 개시된 바와 같이, C-말단 DAS+4 태그는 직접 통합에 의해 부가하고, 항생제 내성 카세트 3'에 유전자의 통합을 통해 선별하였다. 모든 균주는 PCR, 아가로스 겔 전기영동에 의해 검증하고, 서열분석으로 검증하였다. 균주 검증 및 서열분석에 사용된 올리고는 표 S3을 참조한다.See Appendix Table S1 for a list of strains and plasmids used in this experiment. The synthetic DNA sequences used in this experiment are presented in Appendix Table S2. Chromosomal alterations were constructed using standard recombination engineering methods (Liochev, SI et al Proc. Natl. Acad. Sci. USA 91 , 1328-1331 (1994)). Plasmid pSIM5 for recombination engineering was kindly gifted from Donald Court (NCI, https://redrecombineering.ncifcrf.gov/court-lab.html) 53,54. As previously described, the C-terminal DAS+4 tag was added by direct integration and selected through integration of genes into the antibiotic resistance cassette 3'. All strains were verified by PCR, agarose gel electrophoresis, and verified by sequencing. Oligos used for strain validation and sequencing see Table S3.

아스퍼질러스 나이거의 xyrA 유전자를 E. coli에서 발현하도록 코돈 최적화하였으며, 자일로스 리덕타제를 낮은 농도의 포스페이트로 유도할 수 있는 플라스미드, pHCKan-xyrA (Addgene #58613)를 TWIST Biosciences (San Francisco, CA)에서 구축하였다. 낮은 농도의 포스페이트에 의한 유도성 ugpBp 프로모터로부터 pntAB 오페론의 발현을 구동시키기 위해, PCR 및 깁슨 어셈블리를 이용해 pCDF-ev 30으로부터 pCDF-pntAB (Addgene # 158609)를 구축하였다 (Moreb, E. A. et al. Media Robustness and scalability of phosphate regulated promoters useful for two-stage autoinduction in E. coli. ACS Synthetic Biology (2020) doi:10.1021/acssynbio.0c00182). pCASCADE 가이드 RNA 어레이 플라스미드는 PCR 및 깁슨 어셈블리 조합에 의해 기존에 기술된 바와 같이 제조하였다. pCASCADE 플라스미드 구축에 사용된 올리고는 표 S4를 참조한다.The xyrA gene of Aspergillus niger was codon-optimized to be expressed in E. coli , and a plasmid capable of inducing xylose reductase with a low concentration of phosphate, pHCKan-xyrA (Addgene #58613), was developed by TWIST Biosciences (San Francisco, CA). ) was built from. pCDF-pntAB (Addgene # 158609) was constructed from pCDF-ev 30 using PCR and Gibson assembly to drive expression of the pntAB operon from the ugpBp promoter inducible by low concentrations of phosphate (Moreb, EA et al. Media Robustness and scalability of phosphate regulated promoters useful for two-stage autoinduction in E. coli.ACS Synthetic Biology (2020) doi:10.1021/acssynbio.0c00182). The pCASCADE guide RNA array plasmid was prepared as previously described by a combination of PCR and Gibson assembly. See Table S4 for the oligos used to construct the pCASCADE plasmid.

표 1: 실시예들에 사용된 플라스미드들:Table 1: Plasmids used in the examples:

플라스미드plasmid 프로모터promoter OriOri ResRes Addgene Addgene
번호number
출처source
pSMART-HC-KanpSMART-HC-Kan NoneNone colE1colE1 KanKan NANA LucigenLucigen pHC-Kan-yibDp-xyrApHC-Kan-yibDp-xyrA yibDpyibDp colE1colE1 KanKan TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-EVpCASCADE-EV ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-gltA1pCASCADE-gltA1 ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-gltA2pCASCADE-gltA2 ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm 6581765817 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-zwfpCASCADE-zwf ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm 6582565825 기존 실험 연구Existing experimental studies pCA케이드-udhApCAcade-udhA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm 6581865818 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-xylApCASCADE-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-gltA1-zwfpCASCADE-gltA1-zwf ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-gltA2-zwfpCASCADE-gltA2-zwf ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-gltA1-udhApCASCADE-gltA1-udhA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCA케이드-gltA2-udhApCAcade-gltA2-udhA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm 6581965819 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-gltA1-gltA2pCASCADE-gltA1-gltA2 ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-gltA1-gltA2-zwfpCASCADE-gltA1-gltA2-zwf ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-gltA1-gltA2-udhApCASCADE-gltA1-gltA2-udhA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-zwf-xylApCASCADE-zwf-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-udhA-xylApCASCADE-udhA-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-gltA1-xylApCASCADE-gltA1-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-gltA2-xylApCASCADE-gltA2-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-gltA1-zwf-xylApCASCADE-gltA1-zwf-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-gltA2-zwf-xylApCASCADE-gltA2-zwf-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-gltA1-udhA-xylApCASCADE-gltA1-udhA-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCA케이드-gltA2-udhA-xylApCAcade-gltA2-udhA-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-gltA1-gltA2-xylApCASCADE-gltA1-gltA2-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-gltA1-gltA2-zwf-xylApCASCADE-gltA1-gltA2-zwf-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment pCASCADE-gltA1-gltA2-udhA-xylApCASCADE-gltA1-gltA2-udhA-xylA ugpBpugpBp p15Ap15A Cmcm TBDTBD 본 실험this experiment

표 S1: 실시예에 사용된 부가적인 플라스미드들: Table S1: Additional plasmids used in the examples :

플라스미드plasmid 삽입물insertion 프로모터promoter OriOri ResRes Addgene Addgene 출처source pSMART-HC-KanpSMART-HC-Kan 없음doesn't exist 없음doesn't exist colE1colE1 KanKan NANA LucigenLucigen pCDF-evpCDF-ev 없음doesn't exist 없음doesn't exist cloDF13cloDF13 SmSM 8959689596 기존 실험 연구 Existing experimental studies pHCKan-xyrApHCKan-xyrA xyrAxyrA yibDp2 yibDp 2 colE1colE1 KanKan 158610158610 본 실험this experiment pCDF-pntABpCDF-pntAB pntABpntAB ugpBp2 ugpBp 2 cloDF13cloDF13 SmSM 158609158609 본 실험this experiment pCASCADE-evpCASCADE-ev 없음doesn't exist ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 6582165821 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-g2pCASCADE-g2 gltAp2 gRNAgltAp2 gRNAs ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 6581765817 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-fpCASCADE-f fabIp gRNAfabIp gRNA ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 6663566635 본 실험this experiment pCASCADE-zpCASCADE-z zwfp gRNAzwfp gRNAs ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 6582565825 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-upCASCADE-u udhAp gRNAudhAp gRNAs ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 6581865818 본 실험this experiment pCASCADE-xpCASCADE-x xylAp gRNAxylAp gRNAs ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 158611158611 본 실험this experiment pCASCADE-g2zpCASCADE-g2z gltAp2 , zwfp gRNA 어레이gltAp2, zwfp gRNA array ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 7133871338 기존 실험 연구Existing experimental studies pCASCADE-g2upCASCADE-g2u gltAp2 udhAp gRNA 어레이gltAp2 udhAp gRNA array ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 6581965819 본 실험this experiment pCASCADE-g2xpCASCADE-g2x gltAp2, xylAp gRNA 어레이gltAp2, xylAp gRNA array ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 158613158613 본 실험this experiment pCASCADE-zxpCASCADE-zx zwfp xylAp gRNA 어레이zwfp xylAp gRNA array ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 158614158614 본 실험this experiment pCASCADE-uxpCASCADE-ux udhAp , xylAp gRNA 어레이udhAp, xylAp gRNA array ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 158612158612 본 실험this experiment pCASCADE-fg2pCASCADE-fg2 fabIp, gltAp2 gRNA 어레이fabIp, gltAp2 gRNA array ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 7134171341 본 실험this experiment pCASCADE-fzpCASCADE-fz fabIp, zwf gRNA 어레이fabIp, zwf gRNA array ugpBp2 ugpBp 2 p15p15 Cmcm 7133571335 본 실험this experiment

표 2: 실시예에 사용된 숙주 균주:Table 2: Host strains used in the examples:

균주strain 단백질 분해 약칭Abbreviation for proteolysis 유전자형genotype 출처source DLF_0025DLF_0025 대조군/없음control/none F-, λ-, Δ(araD-araB)567, lacZ4787(del)(::rrnB-3) , rph-1, Δ(rhaD-rhaB)568, hsdR514, ΔackA-pta, ΔpoxB, ΔpflB, ΔldhA, ΔadhE, ΔsspB, ΔiclR, ΔarcA, Δcas3::tm-ugpb-sspB-pro [casA*]F-, λ-, Δ(araD-araB)567, lacZ4787(del)(::rrnB-3), rph-1, Δ(rhaD-rhaB)568, hsdR514, ΔackA-pta, ΔpoxB, ΔpflB, ΔldhA, ΔadhE, ΔsspB, ΔiclR, ΔarcA, Δcas3::tm-ugpb-sspB-pro [casA*] 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-XDLF_0025-X XX DLF_0025, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment DLF_0025-FDLF_0025-F FF DLF_0025, fabI-DAS+4-gentRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-GDLF_0025-G GG DLF_0025, gltA-DAS+4-zeoRDLF_0025, gltA-DAS+4-zeoR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-ZDLF_0025-Z ZZ F_0025, zwf-DAS+4-bsdRF_0025, zwf-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-UDLF_0025-U UU DLF_0025, udhA-DAS+4-bsdRDLF_0025, udhA-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-GUDLF_0025-GU GUGU DLF_0025, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdRDLF_0025, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-GZDLF_0025-GZ GZGZ DLF_0025, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdRDLF_0025, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-FGDLF_0025-FG FGFG DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-FZDLF_0025-FZ FZFZ DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-FUDLF_0025-FU FUFU DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, udhA-DAS+4-bsdRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, udhA-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-FGUDLF_0025-FGU FGUFGU DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-FGZDLF_0025-FGZ FGZFGZ DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_0025-FXDLF_0025-FX FXFX DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment DLF_0025-FGXDLF_0025-FGX FGXFGX DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment DLF_0025-FZXDLF_0025-FZX FZXFZX DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment DLF_0025-FUXDLF_0025-FUX FUXFUX DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, udhA-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, udhA-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment DLF_0025-FGUXDLF_0025-FGUX FGUXFGUX DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment DLF_0025-FGZXDLF_0025-FGZX FGZXFGZX DLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment DLF_0025-UXDLF_0025-UX UXUX DLF_0025, udhA-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, udhA-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment DLF_0025-ZXDLF_0025-ZX ZXZX DLF_0025, zwf-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampRDLF_0025, zwf-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment

표 S2: 실시예에 사용된 부가적인 균주:Table S2: Additional Strains Used in Examples:

균주strain 유전자형genotype 출처source DLF_Z0025DLF_Z0025 F-, λ-, Δ(araD-araB)567, lacZ4787(del)(::rrnB-3) , rph-1, Δ(rhaD-rhaB)568, hsdR514, ΔackA-pta, ΔpoxB, ΔpflB, ΔldhA, ΔadhE, ΔiclR, ΔarcA, ΔsspB,
Δcas3::tm-ugpb-sspB-pro-casA.
F-, λ-, Δ(araD-araB)567, lacZ4787(del)(::rrnB-3), rph-1, Δ(rhaD-rhaB)568, hsdR514, ΔackA-pta, ΔpoxB, ΔpflB, ΔldhA, ΔadhE, ΔiclR, ΔarcA, ΔsspB,
Δcas3::tm-ugpb-sspB-pro-casA.
기존 실험 연구Existing experimental studies
DLF_Z0043DLF_Z0043 DLF_Z0025, gltA-DAS+4-zeoRDLF_Z0025, gltA-DAS+4-zeoR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_Z1002DLF_Z1002 DLF_Z0025, zwf-DAS+4-bsdRDLF_Z0025, zwf-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_Z0044DLF_Z0044 DLF_Z0025, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdRDLF_Z0025, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdR 기존 실험 연구Existing experimental studies DLF_Z0028DLF_Z0028 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR 본 실험this experiment DLF_Z0028GDLF_Z0028G DLF_Z0025, fabI-sfGFP-gentRDLF_Z0025, fabI-sfGFP-gentR 본 실험this experiment DLF_Z0028GDDLF_Z0028GD DLF_Z0025, fabI-sfGFP-DAS+4-gentRDLF_Z0025, fabI-sfGFP-DAS+4-gentR 본 실험this experiment DLF_Z0763DLF_Z0763 DLF_Z0025, udhA-DAS+4-bsdRDLF_Z0025, udhA-DAS+4-bsdR 본 실험this experiment DLF_Z0039DLF_Z0039 fDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoRfDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR 본 실험this experiment DLF_Z0040DLF_Z0040 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR 본 실험this experiment DLFZ_0045DLFZ_0045 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, udhA-DAS+4-bsdRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, udhA-DAS+4-bsdR 본 실험this experiment DLFZ_0046DLFZ_0046 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdR 본 실험this experiment DLFZ_0047DLFZ_0047 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdR 본 실험this experiment SL_0001SL_0001 DLF_Z0025, xylA-DAS+4-ampRDLF_Z0025, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment SL_0002SL_0002 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, xylA -DAS+4-ampRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment SL_0003SL_0003 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, xylA -DAS+4-ampRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment SL_0004SL_0004 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR, xylA -DAS+4-ampRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment SL_0005SL_0005 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, udhA-DAS+4-bsdR, xylA -DAS+4-ampRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, udhA-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment SL_0006SL_0006 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR,udhA-DAS+4-bsdR, xylA -DAS+4-ampRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR,udhA-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment SL_0007SL_0007 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdR, xylA -DAS+4-ampRDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, gltA-DAS+4-zeoR, zwf-DAS+4-bsdR, xylA-DAS+4-ampR 본 실험this experiment SL_0008SL_0008 DLF_Z0025, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdRDLF_Z0025, gltA-DAS+4-zeoR, udhA-DAS+4-bsdR 본 실험this experiment SL_0009SL_0009 DLF_Z0025, zwf-DAS+4,-bsdR xylA -DAS+4-ampRDLF_Z0025, zwf-DAS+4,-bsdR xylA -DAS+4-ampR 본 실험this experiment SL_0010SL_0010 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR, ΔydbKDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR, ΔydbK 본 실험this experiment SL_0011SL_0011 DLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR, ΔfprDLF_Z0025, fabI-DAS+4-gentR, zwf-DAS+4-bsdR, Δfpr 본 실험this experiment Ori-복제 오리진, Res - 내성 마커, Sm -스펙티노마이신, Cm-클로람페니콜, Kan-카나마이신, Amp-암피실린Ori - origin of replication, Res - resistance marker, Sm - spectinomycin, Cm - chloramphenicol, Kan - kanamycin, Amp - ampicillin

염색체 변형은 표준 재조합 조작 방법을 이용해 구축하였다. xylA 유전자 상의 C-말단 DAS+4 태그를 직접 통합에 의해 부가하고, 유전자의 3'에 항생제 내성 카세트를 통합하여 선별하였다. 모든 균주는 PCR, 아가로스 겔 전기영동 및 서열분석에 의해 검증하였다.Chromosomal alterations were constructed using standard recombination engineering methods. A C-terminal DAS+4 tag on the xylA gene was added by direct integration and selection was made by integrating an antibiotic resistance cassette 3' of the gene. All strains were verified by PCR, agarose gel electrophoresis and sequencing.

표 3: 합성 DNA 서열:Table 3: Synthetic DNA Sequences:

xylA-DAS4-ampRxylA-DAS4-ampR GATACGATGGCACTGGCGCTGAAAATTGCAGCGCGCATGATTGAAGATGGCGAGCTGGATAAACGCATCGCGCAGCGTTATTCCGGCTGGAATAGCGAATTGGGCCAGCAAATCCTGAAAGGCCAAATGTCACTGGCAGATTTAGCCAAATATGCTCAGGAACATCATTTGTCTCCGGTGCATCAGAGTGGTCGCCAGGAACAACTGGAAAATCTGGTAAACCATTATCTGTTCGACAAAGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATGATAAGGACCGTGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACAAGGTGAGGAACTAAACCATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCGCCCTTATTCCCTTTTTTGCGGCATTTTGCCTTCCTGTTTTTGCTCACCCAGAAACGCTGGTGAAAGTAAAAGATGCTGAAGATCAGTTGGGTGCACGAGTGGGTTACATCGAACTGGATCTCAACAGCGGTAAGATCCTTGAGAGTTTACGCCCCGAAGAACGTTTTCCAATGATGAGCACTTTTAAAGTTCTGCTATGTGGCGCGGTATTATCCCGTATTGACGCCGGGCAAGAGCAACTCGGTCGCCGCATACACTATTCTCAGAATGACTTGGTTGAGTACTCACCAGTCACAGAAAAGCATCTCACGGATGGCATGACAGTAAGAGAATTATGCAGTGCTGCCATAACCATGAGTGATAACACTGCGGCCAACTTACTTCTGGCAACGATCGGAGGACCGAAGGAGCTAACCGCTTTTTTGCACAACATGGGGGATCATGTAACTCGCCTTGATCGTTGGGAACCGGAGCTGAATGAAGCCATACCAAACGACGAGCGTGACACCACGATGCCTGTAGCAATGGCAACAACGTTGCGCAAACTATTAACTGGCGAACTACTTACTCTAGCTTCCCGGCAACAATTAATAGACTGGATGGAGGCGGATAAAGTTGCAGGATCACTTCTGCGCTCGGCCCTCCCGGCTGGCTGGTTTATTGCTGATAAATCTGGAGCCGGTGAGCGTGGGTCTCGCGGTATCATTGCAGCACTGGGGCCAGATGGTAAGCCCTCCCGCATCGTAGTTATCTACACGACGGGGAGTCAGGCAACTATGGATGAACGAAATAGACAGATCGCTGAGATAGGTGCCTCACTGATTAAGCATTGGTAGTAAGTAGGGATAACAGGGTAATCGGCTAACTGTGCAGTCCGTTGGCCCGGTTATCGGTAGCGATACCGGGCATTTTTTTAAGGAACGATCGATATGTATATCGGGATAGATCTTGGCACCTCGGGCGTAAAAGTTATTTTGCTCAACGAGCAGGGTGAGGTGGTTGCTGCGCAAACGGAAAAGCTGACCGTTTCGCGCCCGCATCCACTCTGGTCGGAACAAGACCCGGAACAGTGGTGGCAGGCAACTGATCGCGCAA (서열번호 1)GATACGATGGCACTGGCGCTGAAAATTGCAGCGCGCATGATTGAAGATGGCGAGCTGGATAAACGCATCGCGCAGCGTTATTCCGGCTGGAATAGCGAATTGGGCCAGCAAATCCTGAAAGGCCAAATGTCACTGGCAGATTTAGCCAAATATGCTCAGGAACATCATTTGTCTCCGGTGCATCAGAGTGGTCGCCAGGAACAACTGGAAAATCTGGTAAACCATTATCTGTTCGACAAAGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATGATAAGGACCGTGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACAAGGTGAGGAACTAAACCATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCGCCCTTATTCCCTTTTTTGCGGCATTTTGCCTTCCTGTTTTTGCTCACCCAGAAACGCTGGTGAAAGTAAAAGATGCTGAAGATCAGTTGGGTGCACGAGTGGGTTACATCGAACTGGATCTCAACAGCGGTAAGATCCTTGAGAGTTTACGCCCCGAAGAACGTTTTCCAATGATGAGCACTTTTAAAGTTCTGCTATGTGGCGCGGTATTATCCCGTATTGACGCCGGGCAAGAGCAACTCGGTCGCCGCATACACTATTCTCAGAATGACTTGGTTGAGTACTCACCAGTCACAGAAAAGCATCTCACGGATGGCATGACAGTAAGAGAATTATGCAGTGCTGCCATAACCATGAGTGATAACACTGCGGCCAACTTACTTCTGGCAACGATCGGAGGACCGAAGGAGCTAACCGCTTTTTTGCACAACATGGGGGATCATGTAACTCGCCTTGATCGTTGGGAACCGGAGCTGAATGAAGCCATACCAAACGACGAGCGTGACACCACGATGCCTGTAGCAATGGCAACAACGTTGCGCAAACTATTAACTGGCGAACTACTTACTCTAGCTTCCCGGCAACAATTAATAGACTGGATGGAGGCG GATAAAGTTGCAGGATCACTTCTGCGCTCGGCCCTCCCGGCTGGCTGGTTTATTGCTGATAAATCTGGAGCCGGTGAGCGTGGGTCTCGCGGTATCATTGCAGCACTGGGGCCAGATGGTAAGCCCTCCCGCATCGTAGTTATCTACACGACGGGGAGTCAGGCAACTATGGATGAACGAAATAGACAGATCGCTGAGATAGGTGCCTCACTGATTAAGCATTGGTAGTAAGTAGGGATAACAGGGTAATCGGCTAACTGTGCAGTCCGTTGGCCCGGTTATCGGTAGCGATACCGGGCATTTTTTTAAGGAACGATCGATATGTATATCGGGATAGATCTTGGCACCTCGGGCGTAAAAGTTATTTTGCTCAACGAGCAGGGTGAGGTGGTTGCTGCGCAAACGGAAAAGCTGACCGTTTCGCGCCCGCATCCACTCTGGTCGGAACAAGACCCGGAACAGTGGTGGCAGGCAACTGATCGCGCAA (서열번호 1) fabI-DAS+4-gentRfabI-DAS+4-gentR CTATTGAAGATGTGGGTAACTCTGCGGCATTCCTGTGCTCCGATCTCTCTGCCGGTATCTCCGGTGAAGTGGTCCACGTTGACGGCGGTTTCAGCATTGCTGCAATGAACGAACTCGAACTGAAAGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCCGAATCCATGTGGGAGTTTATTCTTGACACAGATATTTATGATATAATAACTGAGTAAGCTTAACATAAGGAGGAAAAACATATGTTACGCAGCAGCAACGATGTTACGCAGCAGGGCAGTCGCCCTAAAACAAAGTTAGGTGGCTCAAGTATGGGCATCATTCGCACATGTAGGCTCGGCCCTGACCAAGTCAAATCCATGCGGGCTGCTCTTGATCTTTTCGGTCGTGAGTTCGGAGACGTAGCCACCTACTCCCAACATCAGCCGGACTCCGATTACCTCGGGAACTTGCTCCGTAGTAAGACATTCATCGCGCTTGCTGCCTTCGACCAAGAAGCGGTTGTTGGCGCTCTCGCGGCTTACGTTCTGCCCAAGTTTGAGCAGCCGCGTAGTGAGATCTATATCTATGATCTCGCAGTCTCCGGCGAGCACCGGAGGCAGGGCATTGCCACCGCGCTCATCAATCTCCTCAAGCATGAGGCCAACGCGCTTGGTGCTTATGTGATCTACGTGCAAGCAGATTACGGTGACGATCCCGCAGTGGCTCTCTATACAAAGTTGGGCATACGGGAAGAAGTGATGCACTTTGATATCGACCCAAGTACCGCCACCTAAGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCCGTTCTGTTGGTAAAGATGGGCGGCGTTCTGCCGCCCGTTATCTCTGTTATACCTTTCTGATATTTGTTATCGCCGATCCGTCTTTCTCCCCTTCCCGCCTTGCGTCAGG(서열번호 2)CTATTGAAGATGTGGGTAACTCTGCGGCATTCCTGTGCTCCGATCTCTCTGCCGGTATCTCCGGTGAAGTGGTCCACGTTGACGGCGGTTTCAGCATTGCTGCAATGAACGAACTCGAACTGAAAGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCCGAATCCATGTGGGAGTTTATTCTTGACACAGATATTTATGATATAATAACTGAGTAAGCTTAACATAAGGAGGAAAAACATATGTTACGCAGCAGCAACGATGTTACGCAGCAGGGCAGTCGCCCTAAAACAAAGTTAGGTGGCTCAAGTATGGGCATCATTCGCACATGTAGGCTCGGCCCTGACCAAGTCAAATCCATGCGGGCTGCTCTTGATCTTTTCGGTCGTGAGTTCGGAGACGTAGCCACCTACTCCCAACATCAGCCGGACTCCGATTACCTCGGGAACTTGCTCCGTAGTAAGACATTCATCGCGCTTGCTGCCTTCGACCAAGAAGCGGTTGTTGGCGCTCTCGCGGCTTACGTTCTGCCCAAGTTTGAGCAGCCGCGTAGTGAGATCTATATCTATGATCTCGCAGTCTCCGGCGAGCACCGGAGGCAGGGCATTGCCACCGCGCTCATCAATCTCCTCAAGCATGAGGCCAACGCGCTTGGTGCTTATGTGATCTACGTGCAAGCAGATTACGGTGACGATCCCGCAGTGGCTCTCTATACAAAGTTGGGCATACGGGAAGAAGTGATGCACTTTGATATCGACCCAAGTACCGCCACCTAAGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCCGTTCTGTTGGTAAAGATGGGCGGCGTTCTGCCGCCCGTTATCTCTGTTATACCTTTCTGATATTTGTTATCGCCGATCCGTCTTTCTCCCCTTCCCGCCTTGCGTCAGG(서열번호 2) gltA-DAS+4-zeoRgltA-DAS+4-zeoR GTATTCCGTCTTCCATGTTCACCGTCATTTTCGCAATGGCACGTACCGTTGGCTGGATCGCCCACTGGAGCGAAATGCACAGTGACGGTATGAAGATTGCCCGTCCGCGTCAGCTGTATACAGGATATGAAAAACGCGACTTTAAAAGCGATATCAAGCGTGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACTCACTATAGGAGGGCCATCATGGCCAAGTTGACCAGTGCCGTTCCGGTGCTCACCGCGCGCGACGTCGCCGGAGCGGTCGAGTTCTGGACCGACCGGCTCGGGTTCTCCCGGGACTTCGTGGAGGACGACTTCGCCGGTGTGGTCCGGGACGACGTGACCCTGTTCATCAGCGCGGTCCAGGACCAGGTGGTGCCGGACAACACCCTGGCCTGGGTGTGGGTGCGCGGCCTGGACGAGCTGTACGCCGAGTGGTCGGAGGTCGTGTCCACGAACTTCCGGGACGCCTCCGGGCCGGCCATGACCGAGATCGGCGAGCAGCCGTGGGGGCGGGAGTTCGCCCTGCGCGACCCGGCCGGCAACTGCGTGCACTTTGTGGCAGAGGAGCAGGACTGAGGATAAGTAATGGTTGATTGCTAAGTTGTAAATATTTTAACCCGCCGTTCATATGGCGGGTTGATTTTTATATGCCTAAACACAAAAAATTGTAAAAATAAAATCCATTAACAGACCTATATAGATATTTAAAAAGAATAGAACAGCTCAAATTATCAGCAACCCAATACTTTCAATTAAAAACTTCATGGTAGTCGCATTTATAACCCTATGAAA(서열번호 3)GTATTCCGTCTTCCATGTTCACCGTCATTTTCGCAATGGCACGTACCGTTGGCTGGATCGCCCACTGGAGCGAAATGCACAGTGACGGTATGAAGATTGCCCGTCCGCGTCAGCTGTATACAGGATATGAAAAACGCGACTTTAAAAGCGATATCAAGCGTGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACTCACTATAGGAGGGCCATCATGGCCAAGTTGACCAGTGCCGTTCCGGTGCTCACCGCGCGCGACGTCGCCGGAGCGGTCGAGTTCTGGACCGACCGGCTCGGGTTCTCCCGGGACTTCGTGGAGGACGACTTCGCCGGTGTGGTCCGGGACGACGTGACCCTGTTCATCAGCGCGGTCCAGGACCAGGTGGTGCCGGACAACACCCTGGCCTGGGTGTGGGTGCGCGGCCTGGACGAGCTGTACGCCGAGTGGTCGGAGGTCGTGTCCACGAACTTCCGGGACGCCTCCGGGCCGGCCATGACCGAGATCGGCGAGCAGCCGTGGGGGCGGGAGTTCGCCCTGCGCGACCCGGCCGGCAACTGCGTGCACTTTGTGGCAGAGGAGCAGGACTGAGGATAAGTAATGGTTGATTGCTAAGTTGTAAATATTTTAACCCGCCGTTCATATGGCGGGTTGATTTTTATATGCCTAAACACAAAAAATTGTAAAAATAAAATCCATTAACAGACCTATATAGATATTTAAAAAGAATAGAACAGCTCAAATTATCAGCAACCCAATACTTTCAATTAAAAACTTCATGGTAGTCGCATTTATAACCCTATGAAA(서열번호 3) udhA-DAS+4-bsdRudhA-DAS+4-bsdR TCTGGGTATTCACTGCTTTGGCGAGCGCGCTGCCGAAATTATTCATATCGGTCAGGCGATTATGGAACAGAAAGGTGGCGGCAACACTATTGAGTACTTCGTCAACACCACCTTTAACTACCCGACGATGGCGGAAGCCTATCGGGTAGCTGCGTTAAACGGTTTAAACCGCCTGTTTGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACTCACTATAGGAGGGCCATCATGAAGACCTTCAACATCTCTCAGCAGGATCTGGAGCTGGTGGAGGTCGCCACTGAGAAGATCACCATGCTCTATGAGGACAACAAGCACCATGTCGGGGCGGCCATCAGGACCAAGACTGGGGAGATCATCTCTGCTGTCCACATTGAGGCCTACATTGGCAGGGTCACTGTCTGTGCTGAAGCCATTGCCATTGGGTCTGCTGTGAGCAACGGGCAGAAGGACTTTGACACCATTGTGGCTGTCAGGCACCCCTACTCTGATGAGGTGGACAGATCCATCAGGGTGGTCAGCCCCTGTGGCATGTGCAGAGAGCTCATCTCTGACTATGCTCCTGACTGCTTTGTGCTCATTGAGATGAATGGCAAGCTGGTCAAAACCACCATTGAGGAACTCATCCCCCTCAAGTACACCAGGAACTAAAGTAAAACTTTATCGAAATGGCCATCCATTCTTGCGCGGATGGCCTCTGCCAGCTGCTCATAGCGGCTGCGCAGCGGTGAGCCAGGACGATAAACCAGGCCAATAGTGCGGCGTGGTTCCGGCTTAATGCACGG(서열번호 4)TCTGGGTATTCACTGCTTTGGCGAGCGCGCTGCCGAAATTATTCATATCGGTCAGGCGATTATGGAACAGAAAGGTGGCGGCAACACTATTGAGTACTTCGTCAACACCACCTTTAACTACCCGACGATGGCGGAAGCCTATCGGGTAGCTGCGTTAAACGGTTTAAACCGCCTGTTTGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACTCACTATAGGAGGGCCATCATGAAGACCTTCAACATCTCTCAGCAGGATCTGGAGCTGGTGGAGGTCGCCACTGAGAAGATCACCATGCTCTATGAGGACAACAAGCACCATGTCGGGGCGGCCATCAGGACCAAGACTGGGGAGATCATCTCTGCTGTCCACATTGAGGCCTACATTGGCAGGGTCACTGTCTGTGCTGAAGCCATTGCCATTGGGTCTGCTGTGAGCAACGGGCAGAAGGACTTTGACACCATTGTGGCTGTCAGGCACCCCTACTCTGATGAGGTGGACAGATCCATCAGGGTGGTCAGCCCCTGTGGCATGTGCAGAGAGCTCATCTCTGACTATGCTCCTGACTGCTTTGTGCTCATTGAGATGAATGGCAAGCTGGTCAAAACCACCATTGAGGAACTCATCCCCCTCAAGTACACCAGGAACTAAAGTAAAACTTTATCGAAATGGCCATCCATTCTTGCGCGGATGGCCTCTGCCAGCTGCTCATAGCGGCTGCGCAGCGGTGAGCCAGGACGATAAACCAGGCCAATAGTGCGGCGTGGTTCCGGCTTAATGCACGG(서열번호 4) zwf-DAS+4-bsdRzwf-DAS+4-bsdR GAAGTGGAAGAAGCCTGGAAATGGGTAGACTCCATTACTGAGGCGTGGGCGATGGACAATGATGCGCCGAAACCGTATCAGGCCGGAACCTGGGGACCCGTTGCCTCGGTGGCGATGATTACCCGTGATGGTCGTTCCTGGAATGAGTTTGAGGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACTCACTATAGGAGGGCCATCATGAAGACCTTCAACATCTCTCAGCAGGATCTGGAGCTGGTGGAGGTCGCCACTGAGAAGATCACCATGCTCTATGAGGACAACAAGCACCATGTCGGGGCGGCCATCAGGACCAAGACTGGGGAGATCATCTCTGCTGTCCACATTGAGGCCTACATTGGCAGGGTCACTGTCTGTGCTGAAGCCATTGCCATTGGGTCTGCTGTGAGCAACGGGCAGAAGGACTTTGACACCATTGTGGCTGTCAGGCACCCCTACTCTGATGAGGTGGACAGATCCATCAGGGTGGTCAGCCCCTGTGGCATGTGCAGAGAGCTCATCTCTGACTATGCTCCTGACTGCTTTGTGCTCATTGAGATGAATGGCAAGCTGGTCAAAACCACCATTGAGGAACTCATCCCCCTCAAGTACACCAGGAACTAAAGTAATATCTGCGCTTATCCTTTATGGTTATTTTACCGGTAACATGATCTTGCGCAGATTGTAGAACAATTTTTACACTTTCAGGCCTCGTGCGGATTCACCCACGAGGCTTTTTTTATTACACTGACTGAAACGTTTTTGCCCTATGAGCTCCGGTTACAGGCGTTTCAGTCATAAATCCTCTGAATGAAACGCGTTGTGAATC(서열번호 5)GAAGTGGAAGAAGCCTGGAAATGGGTAGACTCCATTACTGAGGCGTGGGCGATGGACAATGATGCGCCGAAACCGTATCAGGCCGGAACCTGGGGACCCGTTGCCTCGGTGGCGATGATTACCCGTGATGGTCGTTCCTGGAATGAGTTTGAGGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACTCACTATAGGAGGGCCATCATGAAGACCTTCAACATCTCTCAGCAGGATCTGGAGCTGGTGGAGGTCGCCACTGAGAAGATCACCATGCTCTATGAGGACAACAAGCACCATGTCGGGGCGGCCATCAGGACCAAGACTGGGGAGATCATCTCTGCTGTCCACATTGAGGCCTACATTGGCAGGGTCACTGTCTGTGCTGAAGCCATTGCCATTGGGTCTGCTGTGAGCAACGGGCAGAAGGACTTTGACACCATTGTGGCTGTCAGGCACCCCTACTCTGATGAGGTGGACAGATCCATCAGGGTGGTCAGCCCCTGTGGCATGTGCAGAGAGCTCATCTCTGACTATGCTCCTGACTGCTTTGTGCTCATTGAGATGAATGGCAAGCTGGTCAAAACCACCATTGAGGAACTCATCCCCCTCAAGTACACCAGGAACTAAAGTAATATCTGCGCTTATCCTTTATGGTTATTTTACCGGTAACATGATCTTGCGCAGATTGTAGAACAATTTTTACACTTTCAGGCCTCGTGCGGATTCACCCACGAGGCTTTTTTTATTACACTGACTGAAACGTTTTTGCCCTATGAGCTCCGGTTACAGGCGTTTCAGTCATAAATCCTCTGAATGAAACGCGTTGTGAATC(서열번호 5)

표 S3: 부가적인 합성 DNA:Table S3: Additional synthetic DNA:

xylA-DAS4-ampRxylA-DAS4-ampR GATACGATGGCACTGGCGCTGAAAATTGCAGCGCGCATGATTGAAGATGGCGAGCTGGATAAACGCATCGCGCAGCGTTATTCCGGCTGGAATAGCGAATTGGGCCAGCAAATCCTGAAAGGCCAAATGTCACTGGCAGATTTAGCCAAATATGCTCAGGAACATCATTTGTCTCCGGTGCATCAGAGTGGTCGCCAGGAACAACTGGAAAATCTGGTAAACCATTATCTGTTCGACAAAGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATGATAAGGACCGTGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACAAGGTGAGGAACTAAACCATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCGCCCTTATTCCCTTTTTTGCGGCATTTTGCCTTCCTGTTTTTGCTCACCCAGAAACGCTGGTGAAAGTAAAAGATGCTGAAGATCAGTTGGGTGCACGAGTGGGTTACATCGAACTGGATCTCAACAGCGGTAAGATCCTTGAGAGTTTACGCCCCGAAGAACGTTTTCCAATGATGAGCACTTTTAAAGTTCTGCTATGTGGCGCGGTATTATCCCGTATTGACGCCGGGCAAGAGCAACTCGGTCGCCGCATACACTATTCTCAGAATGACTTGGTTGAGTACTCACCAGTCACAGAAAAGCATCTCACGGATGGCATGACAGTAAGAGAATTATGCAGTGCTGCCATAACCATGAGTGATAACACTGCGGCCAACTTACTTCTGGCAACGATCGGAGGACCGAAGGAGCTAACCGCTTTTTTGCACAACATGGGGGATCATGTAACTCGCCTTGATCGTTGGGAACCGGAGCTGAATGAAGCCATACCAAACGACGAGCGTGACACCACGATGCCTGTAGCAATGGCAACAACGTTGCGCAAACTATTAACTGGCGAACTACTTACTCTAGCTTCCCGGCAACAATTAATAGACTGGATGGAGGCGGATAAAGTTGCAGGATCACTTCTGCGCTCGGCCCTCCCGGCTGGCTGGTTTATTGCTGATAAATCTGGAGCCGGTGAGCGTGGGTCTCGCGGTATCATTGCAGCACTGGGGCCAGATGGTAAGCCCTCCCGCATCGTAGTTATCTACACGACGGGGAGTCAGGCAACTATGGATGAACGAAATAGACAGATCGCTGAGATAGGTGCCTCACTGATTAAGCATTGGTAGTAAGTAGGGATAACAGGGTAATCGGCTAACTGTGCAGTCCGTTGGCCCGGTTATCGGTAGCGATACCGGGCATTTTTTTAAGGAACGATCGATATGTATATCGGGATAGATCTTGGCACCTCGGGCGTAAAAGTTATTTTGCTCAACGAGCAGGGTGAGGTGGTTGCTGCGCAAACGGAAAAGCTGACCGTTTCGCGCCCGCATCCACTCTGGTCGGAACAAGACCCGGAACAGTGGTGGCAGGCAACTGATCGCGCAA (서열번호 1)GATACGATGGCACTGGCGCTGAAAATTGCAGCGCGCATGATTGAAGATGGCGAGCTGGATAAACGCATCGCGCAGCGTTATTCCGGCTGGAATAGCGAATTGGGCCAGCAAATCCTGAAAGGCCAAATGTCACTGGCAGATTTAGCCAAATATGCTCAGGAACATCATTTGTCTCCGGTGCATCAGAGTGGTCGCCAGGAACAACTGGAAAATCTGGTAAACCATTATCTGTTCGACAAAGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATGATAAGGACCGTGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACAAGGTGAGGAACTAAACCATGAGTATTCAACATTTCCGTGTCGCCCTTATTCCCTTTTTTGCGGCATTTTGCCTTCCTGTTTTTGCTCACCCAGAAACGCTGGTGAAAGTAAAAGATGCTGAAGATCAGTTGGGTGCACGAGTGGGTTACATCGAACTGGATCTCAACAGCGGTAAGATCCTTGAGAGTTTACGCCCCGAAGAACGTTTTCCAATGATGAGCACTTTTAAAGTTCTGCTATGTGGCGCGGTATTATCCCGTATTGACGCCGGGCAAGAGCAACTCGGTCGCCGCATACACTATTCTCAGAATGACTTGGTTGAGTACTCACCAGTCACAGAAAAGCATCTCACGGATGGCATGACAGTAAGAGAATTATGCAGTGCTGCCATAACCATGAGTGATAACACTGCGGCCAACTTACTTCTGGCAACGATCGGAGGACCGAAGGAGCTAACCGCTTTTTTGCACAACATGGGGGATCATGTAACTCGCCTTGATCGTTGGGAACCGGAGCTGAATGAAGCCATACCAAACGACGAGCGTGACACCACGATGCCTGTAGCAATGGCAACAACGTTGCGCAAACTATTAACTGGCGAACTACTTACTCTAGCTTCCCGGCAACAATTAATAGACTGGATGGAGGCG GATAAAGTTGCAGGATCACTTCTGCGCTCGGCCCTCCCGGCTGGCTGGTTTATTGCTGATAAATCTGGAGCCGGTGAGCGTGGGTCTCGCGGTATCATTGCAGCACTGGGGCCAGATGGTAAGCCCTCCCGCATCGTAGTTATCTACACGACGGGGAGTCAGGCAACTATGGATGAACGAAATAGACAGATCGCTGAGATAGGTGCCTCACTGATTAAGCATTGGTAGTAAGTAGGGATAACAGGGTAATCGGCTAACTGTGCAGTCCGTTGGCCCGGTTATCGGTAGCGATACCGGGCATTTTTTTAAGGAACGATCGATATGTATATCGGGATAGATCTTGGCACCTCGGGCGTAAAAGTTATTTTGCTCAACGAGCAGGGTGAGGTGGTTGCTGCGCAAACGGAAAAGCTGACCGTTTCGCGCCCGCATCCACTCTGGTCGGAACAAGACCCGGAACAGTGGTGGCAGGCAACTGATCGCGCAA (서열번호 1) fabI-DAS+4-gentRfabI-DAS+4-gentR CTATTGAAGATGTGGGTAACTCTGCGGCATTCCTGTGCTCCGATCTCTCTGCCGGTATCTCCGGTGAAGTGGTCCACGTTGACGGCGGTTTCAGCATTGCTGCAATGAACGAACTCGAACTGAAAGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCCGAATCCATGTGGGAGTTTATTCTTGACACAGATATTTATGATATAATAACTGAGTAAGCTTAACATAAGGAGGAAAAACATATGTTACGCAGCAGCAACGATGTTACGCAGCAGGGCAGTCGCCCTAAAACAAAGTTAGGTGGCTCAAGTATGGGCATCATTCGCACATGTAGGCTCGGCCCTGACCAAGTCAAATCCATGCGGGCTGCTCTTGATCTTTTCGGTCGTGAGTTCGGAGACGTAGCCACCTACTCCCAACATCAGCCGGACTCCGATTACCTCGGGAACTTGCTCCGTAGTAAGACATTCATCGCGCTTGCTGCCTTCGACCAAGAAGCGGTTGTTGGCGCTCTCGCGGCTTACGTTCTGCCCAAGTTTGAGCAGCCGCGTAGTGAGATCTATATCTATGATCTCGCAGTCTCCGGCGAGCACCGGAGGCAGGGCATTGCCACCGC
GCTCATCAATCTCCTCAAGCATGAGGCCAACGCGCTTGGTGCTTATGTGATCTACGTGCAAGCAGATTACGGTGACGATCCCGCAGTGGCTCTCTATACAAAGTTGGGCATACGGGAAGAAGTGATGCACTTTGATATCGACCCAAGTACCGCCACCTAAGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCCGTTCTGTTGGTAAAGATGGGCGGCGTTCTGCCGCCCGTTATCTCTGTTATACCTTTCTGATATTTGTTATCGCCGATCCGTCTTTCTCCCCTTCCCGCCTTGCGTCAGG(서열번호 2)

GCTCATCAATCTCCTCAAGCATGAGGCCAACGCGCTTGGTGCTTATGTGATCTACGTGCAAGCAGATTACGGTGACGATCCCGCAGTGGCTCTCTATACAAAGTTGGGCATACGGGAAGAAGTGATGCACTTTGATATCGACCCAAGTACCGCCACCTAAGAAGTTCCTATTCTCTAGAAAGTATAGGAACTTCCGTTCTGTTGGTAAAGATGGGCGGCGTTCTGCCGCCCGTTATCTCTGTTATACCTTTCTGATATTTGTTATCGCCGATCCGTCTTTCTCCCCTTCCCGCCTTGCGTCAGG(서열번호 2)
fabI-sfGFP-gentRfabI-sfGFP-gentR AAAGACTTCCGCAAAATGCTGGCTCATTGCGAAGCCGTTACCCCGATTCGCCGTACCGTTACTATTGAAGATGTGGGTAACTCTGCGGCATTCCTGTGCTCCGATCTCTCTGCCGGTATCTCCGGTGAAGTGGTCCACGTTGACGGCGGTTTCAGCATTGCTGCAATGAACGAACTCGAACTGAAAGGGGGTTCAGGCGGGTCGGGTGGCgtgagcaagggcgaggagctgttcaccggggtggtgcccatcctggtcgagctggacggcgacgtaaacggccacaagttcagcgtgcgcggcgagggcgagggcgatgccaccaacggcaagctgaccctgaagttcatctgcaccaccggcaagctgcccgtgccctggcccaccctcgtgaccaccctgacctacggcgtgcagtgcttcagccgctaccccgaccacatgaagcgccacgacttcttcaagtccgccatgcccgaaggctacgtccaggagcgcaccatcagcttcaaggacgacggcacctacaagacccgcgccgaggtgaagttcgagggcgacaccctggtgaaccgcatcgagctgaagggcatcgacttcaaggaggacggcaacatcctggggcacaagctggagtacaacttcaacagccacaacgtctatatcaccgccgacaagcagaagaacggcatcaaggccaacttcaagatccgccacaacgtggaggacggcagcgtgcagctcgccgaccactaccagcagaacacccccatcggcgacggccccgtgctgctgcccgacaaccactacctgagcacccagtccgtgctgagcaaagaccccaacgagaagcgcgatcacatggtcctgctggagttcgtgaccgccgccgggatcactcacggcatggacgagctgtacaagTAATGACGAATCCATGTGGGAGTTTATTCTTGACACAGATATTTATGATATAATAACTGAGTAAGCTTAACATAAGGAGGAAAAACATATGTTGCGTAGCTCTAACGATGTGACGCAACAAGGTTCGCGTCCAAAGACAAAATTGGGAGGCAGTAGCATGGGGATCATTCGCACTTGTCGCCTGGGGCCAGACCAGGTGAAGTCAATGCGTGCGGCTCTGGACTTATTCGGGCGCGAATTTGGAGATGTAGCCACTTACTCACAGCACCAACCGGACAGTGATTACTTGGGGAATTTACTTCGCAGTAAAACTTTTATCGCTTTGGCCGCTTTCGACCAGGAGGCTGTAGTAGGTGCGTTGGCAGCCTATGTTCTTCCTAAATTCGAGCAACCGCGTAGCGAAATTTACATCTATGATCTTGCAGTCTCCGGCGAACATCGCCGTCAGGGGATCGCCACAGCTTTAATCAACCTTTTGAAGCATGAGGCTAATGCACTTGGAGCGTACGTGATTTATGTGCAGGCTGACTACGGTGATGATCCTGCAGTCGCTCTGTACACCAAACTGGGTATCCGCGAGGAGGTCATGCACTTTGATATTGACCCGTCGACGGCTACCTAAGTTCTGTTGGTAAAGATGGGCGGCGTTCTGCCGCCCGTTATCTCTGTTATACCTTTCTGATATTTGTTATCGCCGATCCGTCTTTCTCCCCTTCCCGCCTTGCGTCAGG(서열번호 21)AAAGACTTCCGCAAAATGCTGGCTCATTGCGAAGCCGTTACCCCGATTCGCCGTACCGTTACTATTGAAGATGTGGGTAACTCTGCGGCATTCCTGTGCTCCGATCTCTCTGCCGGTATCTCCGGTGAAGTGGTCCACGTTGACGGCGGTTTCAGCATTGCTGCAATGAACGAACTCGAACTGAAAGGGGGTTCAGGCGGGTCGGGTGGCgtgagcaagggcgaggagctgttcaccggggtggtgcccatcctggtcgagctggacggcgacgtaaacggccacaagttcagcgtgcgcggcgagggcgagggcgatgccaccaacggcaagctgaccctgaagttcatctgcaccaccggcaagctgcccgtgccctggcccaccctcgtgaccaccctgacctacggcgtgcagtgcttcagccgctaccccgaccacatgaagcgccacgacttcttcaagtccgccatgcccgaaggctacgtccaggagcgcaccatcagcttcaaggacgacggcacctacaagacccgcgccgaggtgaagttcgagggcgacaccctggtgaaccgcatcgagctgaagggcatcgacttcaaggaggacggcaacatcctggggcacaagctggagtacaacttcaacagccacaacgtctatatcaccgccgacaagcagaagaacggcatcaaggccaacttcaagatccgccacaacgtggaggacggcagcgtgcagctcgccgaccactaccagcagaacacccccatcggcgacggccccgtgctgctgcccgacaaccactacctgagcacccagtccgtgctgagcaaagaccccaacgagaagcgcgatcacatggtcctgctggagttcgtgaccgccgccgggatcactcacggcatggacgagctgtacaagTAATGACGAATCCATGTGGGAGTTTATTCTTGACACAGATATTTATGATATAATAACTGAGTAAGCTTAACATAAG GAGGAAAAACATATGTTGCGTAGCTCTAACGATGTGACGCAACAAGGTTCGCGTCCAAAGACAAAATTGGGAGGCAGTAGCATGGGGATCATTCGCACTTGTCGCCTGGGGCCAGACCAGGTGAAGTCAATGCGTGCGGCTCTGGACTTATTCGGGCGCGAATTTGGAGATGTAGCCACTTACTCACAGCACCAACCGGACAGTGATTACTTGGGGAATTTACTTCGCAGTAAAACTTTTATCGCTTTGGCCGCTTTCGACCAGGAGGCTGTAGTAGGTGCGTTGGCAGCCTATGTTCTTCCTAAATTCGAGCAACCGCGTAGCGAAATTTACATCTATGATCTTGCAGTCTCCGGCGAACATCGCCGTCAGGGGATCGCCACAGCTTTAATCAACCTTTTGAAGCATGAGGCTAATGCACTTGGAGCGTACGTGATTTATGTGCAGGCTGACTACGGTGATGATCCTGCAGTCGCTCTGTACACCAAACTGGGTATCCGCGAGGAGGTCATGCACTTTGATATTGACCCGTCGACGGCTACCTAAGTTCTGTTGGTAAAGATGGGCGGCGTTCTGCCGCCCGTTATCTCTGTTATACCTTTCTGATATTTGTTATCGCCGATCCGTCTTTCTCCCCTTCCCGCCTTGCGTCAGG(서열번호 21) fabI-sfGFP-DAS+4- gentRfabI-sfGFP-DAS+4-gentR AAAGACTTCCGCAAAATGCTGGCTCATTGCGAAGCCGTTACCCCGATTCGCCGTACCGTTACTATTGAAGATGTGGGTAACTCTGCGGCATTCCTGTGCTCCGATCTCTCTGCCGGTATCTCCGGTGAAGTGGTCCACGTTGACGGCGGTTTCAGCATTGCTGCAATGAACGAACTCGAACTGAAAGGGGGTTCAGGCGGGTCGGGTGGCgtgagcaagggcgaggagctgttcaccggggtggtgcccatcctggtcgagctggacggcgacgtaaacggccacaagttcagcgtgcgcggcgagggcgagggcgatgccaccaacggcaagctgaccctgaagttcatctgcaccaccggcaagctgcccgtgccctggcccaccctcgtgaccaccctgacctacggcgtgcagtgcttcagccgctaccccgaccacatgaagcgccacgacttcttcaagtccgccatgcccgaaggctacgtccaggagcgcaccatcagcttcaaggacgacggcacctacaagacccgcgccgaggtgaagttcgagggcgacaccctggtgaaccgcatcgagctgaagggcatcgacttcaaggaggacggcaacatcctggggcacaagctggagtacaacttcaacagccacaacgtctatatcaccgccgacaagcagaagaacggcatcaaggccaacttcaagatccgccacaacgtggaggacggcagcgtgcagctcgccgaccactaccagcagaacacccccatcggcgacggccccgtgctgctgcccgacaaccactacctgagcacccagtccgtgctgagcaaagaccccaacgagaagcgcgatcacatggtcctgctggagttcgtgaccgccgccgggatcactcacggcatggacgagctgtacaagGGTGGGGGTGGGAGCGGCGGCGGTGGCTCCGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATGACGAATCCATGTGGGAGTTTATTCTTGACACAGATATTTATGATATAATAACTGAGTAAGCTTAACATAAGGAGGAAAAACATATGTTGCGTAGCTCTAACGATGTGACGCAACAAGGTTCGCGTCCAAAGACAAAATTGGGAGGCAGTAGCATGGGGATCATTCGCACTTGTCGCCTGGGGCCAGACCAGGTGAAGTCAATGCGTGCGGCTCTGGACTTATTCGGGCGCGAATTTGGAGATGTAGCCACTTACTCACAGCACCAACCGGACAGTGATTACTTGGGGAATTTACTTCGCAGTAAAACTTTTATCGCTTTGGCCGCTTTCGACCAGGAGGCTGTAGTAGGTGCGTTGGCAGCCTATGTTCTTCCTAAATTCGAGCAACCGCGTAGCGAAATTTACATCTATGATCTTGCAGTCTCCGGCGAACATCGCCGTCAGGGGATCGCCACAGCTTTAATCAACCTTTTGAAGCATGAGGCTAATGCACTTGGAGCGTACGTGATTTATGTGCAGGCTGACTACGGTGATGATCCTGCAGTCGCTCTGTACACCAAACTGGGTATCCGCGAGGAGGTCATGCACTTTGATATTGACCCGTCGACGGCTACCTAAGTTCTGTTGGTAAAGATGGGCGGCGTTCTGCCGCCCGTTATCTCTGTTATACCTTTCTGATATTTGTTATCGCCGATCCGTCTTTCTCCCCTTCCCGCCTTGCGTCAGG(서열번호 22)AAAGACTTCCGCAAAATGCTGGCTCATTGCGAAGCCGTTACCCCGATTCGCCGTACCGTTACTATTGAAGATGTGGGTAACTCTGCGGCATTCCTGTGCTCCGATCTCTCTGCCGGTATCTCCGGTGAAGTGGTCCACGTTGACGGCGGTTTCAGCATTGCTGCAATGAACGAACTCGAACTGAAAGGGGGTTCAGGCGGGTCGGGTGGCgtgagcaagggcgaggagctgttcaccggggtggtgcccatcctggtcgagctggacggcgacgtaaacggccacaagttcagcgtgcgcggcgagggcgagggcgatgccaccaacggcaagctgaccctgaagttcatctgcaccaccggcaagctgcccgtgccctggcccaccctcgtgaccaccctgacctacggcgtgcagtgcttcagccgctaccccgaccacatgaagcgccacgacttcttcaagtccgccatgcccgaaggctacgtccaggagcgcaccatcagcttcaaggacgacggcacctacaagacccgcgccgaggtgaagttcgagggcgacaccctggtgaaccgcatcgagctgaagggcatcgacttcaaggaggacggcaacatcctggggcacaagctggagtacaacttcaacagccacaacgtctatatcaccgccgacaagcagaagaacggcatcaaggccaacttcaagatccgccacaacgtggaggacggcagcgtgcagctcgccgaccactaccagcagaacacccccatcggcgacggccccgtgctgctgcccgacaaccactacctgagcacccagtccgtgctgagcaaagaccccaacgagaagcgcgatcacatggtcctgctggagttcgtgaccgccgccgggatcactcacggcatggacgagctgtacaagGGTGGGGGTGGGAGCGGCGGCGGTGGCTCCGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTT AATGACGAATCCATGTGGGAGTTTATTCTTGACACAGATATTTATGATATAATAACTGAGTAAGCTTAACATAAGGAGGAAAAACATATGTTGCGTAGCTCTAACGATGTGACGCAACAAGGTTCGCGTCCAAAGACAAAATTGGGAGGCAGTAGCATGGGGATCATTCGCACTTGTCGCCTGGGGCCAGACCAGGTGAAGTCAATGCGTGCGGCTCTGGACTTATTCGGGCGCGAATTTGGAGATGTAGCCACTTACTCACAGCACCAACCGGACAGTGATTACTTGGGGAATTTACTTCGCAGTAAAACTTTTATCGCTTTGGCCGCTTTCGACCAGGAGGCTGTAGTAGGTGCGTTGGCAGCCTATGTTCTTCCTAAATTCGAGCAACCGCGTAGCGAAATTTACATCTATGATCTTGCAGTCTCCGGCGAACATCGCCGTCAGGGGATCGCCACAGCTTTAATCAACCTTTTGAAGCATGAGGCTAATGCACTTGGAGCGTACGTGATTTATGTGCAGGCTGACTACGGTGATGATCCTGCAGTCGCTCTGTACACCAAACTGGGTATCCGCGAGGAGGTCATGCACTTTGATATTGACCCGTCGACGGCTACCTAAGTTCTGTTGGTAAAGATGGGCGGCGTTCTGCCGCCCGTTATCTCTGTTATACCTTTCTGATATTTGTTATCGCCGATCCGTCTTTCTCCCCTTCCCGCCTTGCGTCAGG(서열번호 22) udhA-DAS+4-bsdRudhA-DAS+4-bsdR TCTGGGTATTCACTGCTTTGGCGAGCGCGCTGCCGAAATTATTCATATCGGTCAGGCGATTATGGAACAGAAAGGTGGCGGCAACACTATTGAGTACTTCGTCAACACCACCTTTAACTACCCGACGATGGCGGAAGCCTATCGGGTAGCTGCGTTAAACGGTTTAAACCGCCTGTTTGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACTCACTATAGGAGGGCCATCATGAAGACCTTCAACATCTCTCAGCAGGATCTGGAGCTGGTGGAGGTCGCCACTGAGAAGATCACCATGCTCTATGAGGACAACAAGCACCATGTCGGGGCGGCCATCAGGACCAAGACTGGGGAGATCATCTCTGCTGTCCACATTGAGGCCTACATTGGCAGGGTCACTGTCTGTGCTGAAGCCATTGCCATTGGGTCTGCTGTGAGCAACGGGCAGAAGGACTTTGACACCATTGTGGCTGTCAGGCACCCCTACTCTGATGAGGTGGACAGATCCATCAGGGTGGTCAGCCCCTGTGGCATGTGCAGAGAGCTCATCTCTGACTATGCTCCTGACTGCTTTGTGCTCATTGAGATGAATGGCAAGCTGGTCAAAACCACCATTGAGGAACTCATCCCCCTCAAGTACACCAGGAACTAAAGTAAAACTTTATCGAAATGGCCATCCATTCTTGCGCGGATGGCCTCTGCCAGCTGCTCATAGCGGCTGCGCAGCGGTGAGCCAGGACGATAAACCAGGCCAATAGTGCGGCGTGGTTCCGGCTTAATGCACGG(서열번호 4)TCTGGGTATTCACTGCTTTGGCGAGCGCGCTGCCGAAATTATTCATATCGGTCAGGCGATTATGGAACAGAAAGGTGGCGGCAACACTATTGAGTACTTCGTCAACACCACCTTTAACTACCCGACGATGGCGGAAGCCTATCGGGTAGCTGCGTTAAACGGTTTAAACCGCCTGTTTGCGGCCAACGATGAAAACTATTCTGAAAACTATGCGGATGCGTCTTAATAGTTGACAATTAATCATCGGCATAGTATATCGGCATAGTATAATACGACTCACTATAGGAGGGCCATCATGAAGACCTTCAACATCTCTCAGCAGGATCTGGAGCTGGTGGAGGTCGCCACTGAGAAGATCACCATGCTCTATGAGGACAACAAGCACCATGTCGGGGCGGCCATCAGGACCAAGACTGGGGAGATCATCTCTGCTGTCCACATTGAGGCCTACATTGGCAGGGTCACTGTCTGTGCTGAAGCCATTGCCATTGGGTCTGCTGTGAGCAACGGGCAGAAGGACTTTGACACCATTGTGGCTGTCAGGCACCCCTACTCTGATGAGGTGGACAGATCCATCAGGGTGGTCAGCCCCTGTGGCATGTGCAGAGAGCTCATCTCTGACTATGCTCCTGACTGCTTTGTGCTCATTGAGATGAATGGCAAGCTGGTCAAAACCACCATTGAGGAACTCATCCCCCTCAAGTACACCAGGAACTAAAGTAAAACTTTATCGAAATGGCCATCCATTCTTGCGCGGATGGCCTCTGCCAGCTGCTCATAGCGGCTGCGCAGCGGTGAGCCAGGACGATAAACCAGGCCAATAGTGCGGCGTGGTTCCGGCTTAATGCACGG(서열번호 4)

아스퍼질러스 나이거의 xyrA 유전자를 E. coli에 대해 코돈 최적화하였으며, 자일로스 리덕타제를 저 농도의 포스페이트로 유도할 수 있는 플라스미드, pHCKan-INS: yibDp-6xhis-xyrA를 TWIST Biosciences에서 구축하였다. pCASCADE 가이드 RNA 어레이 플라스미드는 PCR 및 깁슨 어셈블리의 조합에 의해 기존에 언급된 바와 같이 제조하였다.The xyrA gene of Aspergillus niger was codon-optimized for E. coli , and a plasmid capable of inducing xylose reductase with a low concentration of phosphate, pHCKan-INS: yibDp-6xhis-xyrA, was constructed at TWIST Biosciences. The pCASCADE guide RNA array plasmid was prepared as previously described by a combination of PCR and Gibson assembly.

어셈블리에 사용한 프라이머는 표 4에 제시한다.Primers used for assembly are shown in Table 4.

표 4Table 4

플라스미드/프라이머 명Plasmid/primer name 서열order gltA1gltA1 TCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCGAAAAGCATATAATGCGTAAAAGTTATGAAGTTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (서열번호 6)(SEQ ID NO: 6) gltA1-FORgltA1-FOR CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (서열번호 7)CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (SEQ ID NO: 7) gltA1-REVgltA1-REV CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGAACTTCATAACTTTTAC (서열번호 8)CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGAACTTCATAACTTTTAC (SEQ ID NO: 8) gltA2gltA2 TATTGACCAATTCATTCGGGACAGTTATTAGTTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (서열번호 9)TATTGACCAATTCATTCGGGACAGTTATTAGTTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (SEQ ID NO: 9) gltA2-FORgltA2-FOR CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (서열번호 10)CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (SEQ ID NO: 10) gltA2-REVgltA2-REV CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGAACTAATAACTGTC (서열번호 11)CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGAACTAATAACTGTC (SEQ ID NO: 11) udhAudhA TTACCATTCTGTTGCTTTTATGTATAAGAATCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (서열번호 12)TTACCATTCTGTTGCTTTTATGTATAAGAATCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (SEQ ID NO: 12) udhA-FORudhA-FOR CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (서열번호 13)CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (SEQ ID NO: 13) udhA-REVudhA-REV CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGATTCTTATACATAAAAGC (서열번호 14)CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGATTCTTATACATAAAAGC (SEQ ID NO: 14) zwfzwf CTCGTAAAAGCAGTACAGTGCACCGTAAGATCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (서열번호 15)CTCGTAAAAGCAGTACAGTGCACCGTAAGATCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (SEQ ID NO: 15) zwf-FORzwf-FOR CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (서열번호 16)CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (SEQ ID NO: 16) zwf-REVzwf-REV CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGATCTTACGGTGCACTGTAC (서열번호 17)CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGATCTTACGGTGCACTGTAC (SEQ ID NO: 17) xylAxylA GGAGTGCCCAATATTACGACATCATCCATCTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (서열번호 18)GGAGTGCCCAATATTACGACATCATCCATCTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (SEQ ID NO: 18) xylA-FORxylA-FOR CCAGCGGGGATAAACCGGGAGTGCCCAATATTAC (서열번호 19)CCAGCGGGGATAAACCGGGAGTGCCCAATATTAC (SEQ ID NO: 19) xylA-REVxylA-REV CTTGCCCGCCTGATGAATGCTCATCCGG (서열번호 20)CTTGCCCGCCTGATGAATGCTCATCCGG (SEQ ID NO: 20)

표 S4: 부가적인 올리고뉴클레오티드:Table S4: Additional oligonucleotides:

플라스미드/프라이머 명Plasmid/primer name 서열order fabI_int_FfabI_int_F GCAAAATGCTGGCTCATTG (서열번호 23)GCAAAATGCTGGCTCATTG (SEQ ID NO: 23) gentR_intRgentR_intR GCGATGAATGTCTTACTACGGA (서열번호 24)GCGATGAATGTCTTACTACGGA (SEQ ID NO: 24) gltA_int_FgltA_int_F TATCATCCTGAAAGCGATGG (서열번호 25)TATCATCCTGAAAGCGATGG (SEQ ID NO: 25) zeo_intRzeo_intR ACTGAAGCCCAGACGATC (서열번호 26)ACTGAAGCCCAGACGATC (SEQ ID NO: 26) zwf_intFzwf_intF CTGCTGGAAACCATGCG (서열번호 27)CTGCTGGAAACCATGCG (SEQ ID NO: 27) udhA_intFudhA_intF CAAAAGAGATTCTGGGTATTCACT (서열번호 28)CAAAAGAGATTCTGGGTATTCACT (SEQ ID NO: 28) bsdR_intRbsdR_intR GAGCATGGTGATCTTCTCAGT (서열번호 29)GAGCATGGTGATCTTCTCAGT (SEQ ID NO: 29) xylA_intFxylA_intF AGATGGCGAGCTGGATA (서열번호 30)AGATGGCGAGCTGGATA (SEQ ID NO: 30) ampR_intRampR_intR AGTACTCAACCAAGTCATTCTG (서열번호 31)AGTACTCAACCAAGTCATTCTG (SEQ ID NO: 31) gltA2gltA2 TATTGACCAATTCATTCGGGACAGTTATTAGTTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (서열번호 6)TATTGACCAATTCATTCGGGACAGTTATTAGTTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (SEQ ID NO: 6) gltA2-FORgltA2-FOR CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (서열번호 7)CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (SEQ ID NO: 7) gltA2-REVgltA2-REV CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGAACTAATAACTGTC (서열번호 8)CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGAACTAATAACTGTC (SEQ ID NO: 8) udhAudhA TTACCATTCTGTTGCTTTTATGTATAAGAATCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (서열번호 12)TTACCATTCTGTTGCTTTTATGTATAAGAATCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (SEQ ID NO: 12) udhA-FORudhA-FOR CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (서열번호 13)CCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAG (SEQ ID NO: 13) udhA-REVudhA-REV CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGATTCTTATACATAAAAGC (서열번호 14)CGGTTTATCCCCGCTGGCGCGGGGAACTCGATTCTTATACATAAAAGC (SEQ ID NO: 14) xylAxylA GGAGTGCCCAATATTACGACATCATCCATCTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (서열번호 18)GGAGTGCCCAATATTACGACATCATCCATCTCGAGTTCCCCGCGCCAGCGGGGATAAACCG (SEQ ID NO: 18) xylA-FORxylA-FOR CCAGCGGGGATAAACCGGGAGTGCCCAATATTAC (서열번호 19)CCAGCGGGGATAAACCGGGAGTGCCCAATATTAC (SEQ ID NO: 19) xylA-REVxylA-REV CTTGCCCGCCTGATGAATGCTCATCCGG (서열번호 20)CTTGCCCGCCTGATGAATGCTCATCCGG (SEQ ID NO: 20)

마이크로 발효 및 1L 발효Micro fermentation and 1L fermentation

생물반응조 장치에서 마이크로-발효 및 1L 발효를 기존에 발표된 바와 같이 수행하였으며, 단 모든 배지 제형들에서 자일로스로 글루코스를 대체하였다 (글루코스 1 g -> 자일로스 1 g). pCASCADE 벡터를 형질전환한 후 PCR에 의해 가이드 어레이 안정성을 검증한 다음 96웰 플레이트 마이크로-발효로 평가하였다.Micro-fermentation and 1L fermentation in a bioreactor apparatus were performed as previously published, except that glucose was replaced with xylose in all media formulations (glucose 1 g -> xylose 1 g). After transforming the pCASCADE vector, guide array stability was verified by PCR and then evaluated by 96-well plate micro-fermentation.

자일로스 및 자일리톨 정량화Xylose and xylitol quantification

마이크로-발효에서, 자일로스 및 자일리톨을 Megazyme 사의 시판 생물분석 (Wicklow, Ireland, Catalog #K-XYLOSE 및 K-SORB)을 이용해 제조사의 지침에 따라 정량하였다. 모든 결과는 492nm에서 흡광도를 측정하여 검사하였다. 탱크 발효를 정량하기 위해, 굴절률 검출기와 연계된 HPLC 방법을 이용해 자일로스 및 자일리톨을 둘다 측정하였다. 55℃에서, Rezex ROA-유기 산 H+ (8%) 분석 HPLC 컬럼 (CAT#: #00H-0138-K0, Phenomenex, Inc., Torrance, CA, 300 x 7.8 mme;)을 화합물 분리에 이용하였다. 참조문헌에 따라, 황산을 등용매성 용리제 용매로 선택하였으며, 유속은 0.5 mL/min으로 설정하였다. Waters 2414 굴절률 (RI) 검출기 (Waters Corp., Milford, MA. USA)가 통합된 Waters Acquity H-Class UPLC를 크로마토그래피 검출에 사용하였다. 샘플 및 표준 물질의 주사 부피는 10 ㎕로 설정하였다. 샘플을 여과한 초순수 수로 20배 희석하여, 모든 샘플 포인트가 표준 선형 범위 내에 있도록 설정하였다. 표준 편차 범위는 0.01 내지 20 g/L였다. 모든 피크 적분 및 농도 분석에 MassLynx v4.1 소프트웨어를 사용하였다.In the micro-fermentation, xylose and xylitol were quantified using a commercially available bioassay from Megazyme (Wicklow, Ireland, Catalog #K-XYLOSE and K-SORB) according to the manufacturer's instructions. All results were checked by measuring the absorbance at 492 nm. To quantify the tank fermentation, both xylose and xylitol were measured using the HPLC method coupled with a refractive index detector. A Rezex ROA-Organic Acid H+ (8%) Analytical HPLC column (CAT#: #00H-0138-K0, Phenomenex, Inc., Torrance, CA, 300 x 7.8 mme;) at 55°C was used for compound separation. According to the reference literature, sulfuric acid was chosen as the isocratic eluent solvent, and the flow rate was set at 0.5 mL/min. A Waters Acquity H-Class UPLC with integrated Waters 2414 refractive index (RI) detector (Waters Corp., Milford, MA. USA) was used for chromatographic detection. The injection volume of samples and standards was set at 10 μl. Samples were diluted 20-fold with filtered ultrapure water, and all sample points were set to fall within the standard linear range. Standard deviations ranged from 0.01 to 20 g/L. MassLynx v4.1 software was used for all peak integration and concentration analyses.

발효fermentation

최소 배지 마이크로 발효는 기존에 발표된 바와 같이 수행하였으며 (Moreb, E. A. et al. Media Robustness and scalability of phosphate regulated promoters useful for two-stage autoinduction in E. coli. ACS Synthetic Biology (2020) doi:10.1021/acssynbio.0c00182 및 Menacho-Melgar, R. et al. Scalable, two-stage, autoinduction of recombinant protein expression in E. coli utilizing phosphate depletion. Biotechnol. Bioeng. 26, 44 (2020)), 단 모든 배지 제형에서 자일로스로 글루코스를 대체하였다 (글루코스 1 g -> 자일로스 1 g). pCASCADE 플라스미드를 형질전환한 후 PCR에 의해 가이드 어레이 안정성을 검증한 다음 Li et al.24에 따라 평가하였다. 피드 배치 발효는 기존에 발표된 바와 같이 수행하였으며, 재차 글루코스 대신 자일로스를 사용하였다 (Menacho-Melgar, R. et al. Scalable, two-stage, autoinduction of recombinant protein expression in E. coli utilizing phosphate depletion. Biotechnol. Bioeng. 26, 44 (2020). 자일로스 공급은 다음과 같이 수정하였다. 출발 배치 글루코스 농도는 25 g/L이었다. 세포가 중간-대수증식기로 진입하면, 농축한 멸균 여과한 자일로스 피드 (500 g/L)를 탱크에 초기 속도 10 g/h로 첨가하였다. 이 속도는 총 글루코스 40 g이 첨가될 때까지 1.083시간 (65분)마다 2배로 지수적으로 증가시켰으며, 그 이후에는 피드를 1.75 g/hr로 유지하였다. 접종 후 85시간에 자일로스 축적으로 인해 피드는 0.875 g/hr로 줄이고, 접종 후 120시간 경과시 중단하였다.Minimal medium micro-fermentation was performed as previously published (Moreb, EA et al. Media Robustness and scalability of phosphate regulated promoters useful for two-stage autoinduction in E. coli. ACS Synthetic Biology (2020) doi:10.1021/acssynbio 0c00182 and Menacho-Melgar, R. et al. Scalable, two-stage, autoinduction of recombinant protein expression in E. coli utilizing phosphate depletion. Biotechnol. Bioeng. 26 , 44 (2020)), but xylose in all medium formulations Replaced glucose with (glucose 1 g -> xylose 1 g). After transforming the pCASCADE plasmid and verifying guide array stability by PCR, Li et al. 24 was evaluated. Feed batch fermentation was performed as previously published, again using xylose instead of glucose (Menacho-Melgar, R. et al. Scalable, two-stage, autoinduction of recombinant protein expression in E. coli utilizing phosphate depletion. Biotechnol. Bioeng. 26 , 44 (2020) Xylose feed was modified as follows: Starting batch glucose concentration was 25 g/L When cells entered mid-log phase, a concentrated sterile filtered xylose feed (500 g/L) was added to the tank at an initial rate of 10 g/h, which was increased exponentially by a factor of 2 every 1.083 hours (65 minutes) until 40 g total glucose had been added, after which The feed was maintained at 1.75 g/hr, the feed was reduced to 0.875 g/hr due to xylose accumulation at 85 hours after inoculation and stopped at 120 hours after inoculation.

(XyrA) 자일로스 리덕타제 정제 및 활성 분석(XyrA) xylose reductase purification and activity assay

플라스미드 pHCKan-xyrA (6x his 태그 함유)를 가진 E. coli BL21(DE3)(New England Biolabs, Ipswich, MA)을 밤새 루리아 브로스 (Lenox formulation)에서 밤새 배양하였다. 밤새 배양물을, 적절한 항생제가 첨가된 SM10++ 배지 (탄소원으로서 글루코스 대신 자일로스 첨가)에 접종하였다. 세포를 37℃에서 16시간 배양한 다음 세포를 원심분리하고, 펠릿을 SM10 No 포스페이트 배지로 헹구었다. 그런 후, 헹군 펠릿을 다시 적절한 항생제가 첨가된 SM10 No 포스페이트 배지에 재현탁하여 배양하였다. 발현 후, 생산 후 세포를 냉동-해동 사이클에 의해 세포 용해하였다. XyrA 단백질을 Ni-NTA 수지 (G-Biosciences, Cat # 786-939)를 제조사의 지침에 따라 사용해 정제하였다. XyrA에 대한 카이네틱스 분석을 보조인자로서 NADPH와 함께 50 mM 소듐 포스페이트 (pH 7.6, 5mM MgCl2)로 구성된 반응 완충제에서 수행하였다 (Suzuki, T. et al. Expression of xyrA gene encoding for D-Xylose reductase of Candida tropicalis and production of xylitol in Escherichia coli. J. Biosci. Bioeng. 87, 280-284 (1999)). 이들 분석에서, NADPH는 일정한 초기 수준 50 μM에서 고정하였다. 분석 결과는 pectraMax Plus 384 마이크로플레이트 리더 (Molecular Devices)를 이용해 340 nm에서 NADPH 흡광도를 1.5시간 동안 모니터링하여 (15초/판독) 측정하였다. 자일로스 농도에 따른 반응 속도를 도표로 작성하였다. 이디-호프스티 식으로, 매개변수: Vmax=22.6 ± 1.01 U, kcat=13.56 ± 3.05 s-1 및 Km: 35.12 ± 3.05 mM을 구하였다. E. coli BL21(DE3) (New England Biolabs, Ipswich, Mass.) with the plasmid pHCKan-xyrA (containing a 6x his tag) was cultured overnight in Luria broth (Lenox formulation). Overnight cultures were inoculated into SM10++ medium (xylose instead of glucose as carbon source) supplemented with appropriate antibiotics. Cells were incubated for 16 hours at 37° C., then cells were centrifuged and the pellet was rinsed with SM10 No Phosphate Medium. Then, the rinsed pellet was resuspended in SM10 No Phosphate medium supplemented with appropriate antibiotics and cultured. After expression, post-production cells were lysed by freeze-thaw cycles. XyrA protein was purified using Ni-NTA resin (G-Biosciences, Cat # 786-939) according to the manufacturer's instructions. Kinetic analysis for XyrA was performed in reaction buffer consisting of 50 mM sodium phosphate (pH 7.6, 5 mM MgCl2) with NADPH as a cofactor (Suzuki, T. et al. Expression of xyrA gene encoding for D-Xylose reductase of Candida tropicalis and production of xylitol in Escherichia coli.J. Biosci.Bioeng.87 , 280-284 (1999)). In these assays, NADPH was fixed at a constant initial level of 50 μM. Assay results were measured by monitoring NADPH absorbance at 340 nm for 1.5 hours (15 seconds/reading) using a spectraMax Plus 384 microplate reader (Molecular Devices). The reaction rate according to the xylose concentration was plotted. By the Edie-Hofsty equation, the parameters: Vmax=22.6±1.01 U, kcat=13.56±3.05 s −1 and Km: 35.12±3.05 mM were obtained.

(XylA) 자일로스 이소머라제 정량(XylA) xylose isomerase quantification

세포 추출물에서 자일로스 이소머라제 활성을 기존에 언급된 방법과 마찬가지로 D-자일로스 리덕타제 커플링된 효소 분석으로 정량하였으며, 340 nm에서 NADPH의 흡광도 감소를 추적하였다 (Guamαn, L. P. et al. xylA and xylB overexpression as a successful strategy for improving xylose utilization and poly-3-hydroxybutyrate production in Burkholderia sacchari. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 45, 165-173 (2018) 및 Lee, S.-M., Jellison, T. & Alper, H. S. Directed evolution of xylose isomerase for improved xylose catabolism and fermentation in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Appl. Environ. Microbiol. 78, 5708-5716 (2012)). 배양물은 SM10++ 배지에서 진탕 플라스크에서 배양하였으며, 중간-대수증식기에 회수하여 헹군 후 SM 10 No 포스페이트 배지에 재현탁하였다. 포스페이트 고갈 16시간 후, 10분간 원심분리 (4122 RCF, 4℃)하여 세포를 펠릿화하고, BugBuster 단백질 추출 시약 (Millipore Sigma, Catalog #70584)을 제조사의 프로토콜에 따라 사용해 세포 용해하였다. 20분간 원심분리 (4122 RCF, 4℃)를 2회 수행한 다음 20분간 하드 스핀 (14000 RCF, 4℃)을 수행하여, 세포 파편을 제거하였다. 세포용해물을 Amicon 30MWCO 필터 (Millipore Sigma, Catalog #UFC8030)를 통해 제조사의 프로토콜에 따라 여과한 다음 완충제를 반응 완충제 (45mM 소듐 포스페이트, 10mM MgCl2, pH 7.6)로 교체하고 대사산물을 제거하기 위해 3회 헹구었다. 샘플은 트리플리케이트로 96웰 플레이트에서, 31.25mM 자일로스, 0.5mM NADPH 및 1ug/mL 정제한 D-자일로스 리덕타제가 수용된 웰 당 여과한 세포 추출물 100 ㎕를 첨가하여, 분석하였다 (상기 참조). 340 nm에서 흡광도를 1.5시간 동안 15초 간격으로 측정하고, 직선 영역의 기울기를 이용해 XylA 활성을 정량하였다. 각 샘플의 총 단백질 농도를 표준 브래드포드 분석으로 결정하였다. 카이네틱 매개변수는 다음과 같다: kcat: 13.56 ± 3.05 s-1, Km: 35.12 ± 3.05 mM.Xylose isomerase activity in cell extracts was quantified by the D-xylose reductase coupled enzyme assay as previously described, and the decrease in absorbance of NADPH at 340 nm was followed (Guamαn, LP et al. xylA and xylB overexpression as a successful strategy for improving xylose utilization and poly-3-hydroxybutyrate production in Burkholderia saccari.J . Ind. Microbiol.Biotechnol.45 , 165-173 (2018) and Lee, S.-M., Jellison, T & Alper, HS Directed evolution of xylose isomerase for improved xylose catabolism and fermentation in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Appl. Environ. Microbiol. 78 , 5708-5716 (2012)). Cultures were grown in shake flasks in SM10++ medium, harvested in mid-logarithmic phase, rinsed and resuspended in SM 10 No phosphate medium. After 16 hours of phosphate depletion, cells were pelleted by centrifugation (4122 RCF, 4°C) for 10 minutes, and cells were lysed using BugBuster protein extraction reagent (Millipore Sigma, Catalog #70584) according to the manufacturer's protocol. Cell debris was removed by centrifugation (4122 RCF, 4°C) for 20 minutes twice followed by hard spin (14000 RCF, 4°C) for 20 minutes. The cell lysate was filtered through an Amicon 30MWCO filter (Millipore Sigma, Catalog #UFC8030) according to the manufacturer's protocol, then the buffer was replaced with reaction buffer (45 mM sodium phosphate, 10 mM MgCl 2 , pH 7.6) to remove metabolites. Rinse 3 times. Samples were assayed in triplicate in 96-well plates by adding 100 μl of filtered cell extract per well containing 31.25 mM xylose, 0.5 mM NADPH and 1 ug/mL purified D-xylose reductase (see above). ). Absorbance at 340 nm was measured at 15 second intervals for 1.5 hours, and XylA activity was quantified using the slope of the linear region. The total protein concentration of each sample was determined by standard Bradford assay. Kinetic parameters are as follows: kcat: 13.56 ± 3.05 s -1 , Km: 35.12 ± 3.05 mM.

(UdhA) 용해성 트랜스하이드로게나제 정량(UdhA) Quantification of soluble transhydrogenase

용해성 트랜스하이드로게나제의 활성을 기존에 발표된 방법에 따라 정량하였다 (Chou, H.-H., Marx, C. J. & Sauer, U. Transhydrogenase promotes the robustness and evolvability of E. coli deficient in NADPH production. PLoS Genet. 11, e1005007 (2015) 및 Sauer, U., Canonaco, F., Heri, S., Perrenoud, A. & Fischer, E. The soluble and membrane-bound transhydrogenases UdhA and PntAB have divergent functions in NADPH metabolism of Escherichia coli. J. Biol. Chem. 279, 6613-6619 (2004)). UdhA 발현 및 세포 용해 공정은 상기 언급된 XyrA 발현과 동일한 방법을 이용해 수행하였다. 세포용해물을 15분간 원심분리 (4200 RPM, 4℃)해, 큰 파편을 제거하였다. 2차 하드 스핀을 30분간 수행하여 (14000 RPM, 4℃), 남아있는 파편을 제거하고 용해성 트랜스하이드로게나제로부터 막 분획을 추가로 분리하였다. 세포용해물을 분석 반응 완충제 (50mM Tris-HCl, 2mM MgCl, pH 7.6)로 1:5로 희석하여, Amicon Ultra 원심분리 필터 (10kDa MWCO)로 옮겼다. 샘플을 30분간 원심분리 (4200 RPM, 4℃)하였으며, 이 단계를 3번 반복 수행하여 대사산물을 제거하고, 세포용해 완충제를 분석 완충제로 교체하였다. 여과한 후, 샘플의 단백질 농도를 표준 브래드포드 분석으로 정량하였다.The activity of soluble transhydrogenase was quantified according to a previously published method (Chou, H.-H., Marx, CJ & Sauer, U. Transhydrogenase promotes the robustness and evolvability of E. coli deficient in NADPH production. PLoS Genet . Escherichia coli J. Biol. Chem. 279 , 6613-6619 (2004)). UdhA expression and cell lysis were performed using the same method as the above-mentioned XyrA expression. The cell lysate was centrifuged (4200 RPM, 4°C) for 15 minutes to remove large debris. A second hard spin was performed for 30 minutes (14000 RPM, 4° C.) to remove remaining debris and further separate the membrane fraction from soluble transhydrogenase. Cell lysates were diluted 1:5 with assay reaction buffer (50 mM Tris-HCl, 2 mM MgCl, pH 7.6) and transferred to Amicon Ultra centrifugal filters (10 kDa MWCO). Samples were centrifuged (4200 RPM, 4°C) for 30 minutes, this step was repeated 3 times to remove metabolites, and lysis buffer was replaced with assay buffer. After filtration, the protein concentration of the samples was quantified by standard Bradford assay.

그런 후, 용해성 트랜스하이드로게나제 활성을 실온에서 분석하였다. 분석은, 세포용해물과 반응 완충제를 1:1 동일 부피로, 웰 당 최종 부피 100 ㎕ 및 최종 농도 0.5mM NADPH 및 1mM 3-아세틸피리딘 아데닌 다이뉴클레오티드 (APAD+)로 혼합하여, 블랙 96웰 플레이트에서 수행하였다. APAD+ 환원 및 NADPH 산화 각각에 따른 400 nm 및 310 nm에서의 흡광도 변화를 Spectramax Plus 384 마이크로플레이트 리더로 30분간 30초 간격으로 동시에 모니터링하였다. 표준 곡선을 이용해 NADPH의 몰 흡광 계수 (3.04*103 M-1 cm-1)를 계산하였다. 이 몰 흡광 계수를 이용해 측정한 직선 영역의 기울기를 분당 농도 변화로 변환하였다. 분당 농도 변화를 단백질 농도로 나누어 비활성 (Unit/총 단백질 mg)을 구하였다.Soluble transhydrogenase activity was then assayed at room temperature. Assay, cell lysate and reaction buffer were mixed in equal volumes of 1:1, in a final volume of 100 μl per well and final concentrations of 0.5 mM NADPH and 1 mM 3-acetylpyridine adenine dinucleotide (APAD + ), mixed in a black 96-well plate. was performed in Absorbance changes at 400 nm and 310 nm following APAD + reduction and NADPH oxidation, respectively, were simultaneously monitored at 30-second intervals for 30 minutes with a Spectramax Plus 384 microplate reader. The molar extinction coefficient of NADPH (3.04*10 3 M −1 cm −1 ) was calculated using a standard curve. The slope of the straight line region measured using this molar extinction coefficient was converted into a change in concentration per minute. The specific activity (Unit/mg total protein) was obtained by dividing the concentration change per minute by the protein concentration.

FabI 정량FabI quantification

C-말단 GFP 태그를 통한 FabI 정량을 AbCam 사의 GFP 정량 키트 (Cambridge, UK, Cat # ab171581)를 제조사의 지침에 따라 사용해 수행하였다.Quantification of FabI via a C-terminal GFP tag was performed using AbCam's GFP Quantification Kit (Cambridge, UK, Cat # ab171581) according to the manufacturer's instructions.

자일로스 및 자일리톨 정량Quantification of xylose and xylitol

마이크로-발효에서, 자일로스 및 자일리톨은 Megazyme 사의 시판 생물분석 (Wicklow, Ireland, Cat # K-XYLOSE 및 K-SORB)을 제조사의 지침에 따라 사용해 정량하였다. 굴절률 검출기와 연계된 HPLC 방법을 이용해, 장치 발효물로부터 자일로스 및 자일리톨을 둘다 정량하였다. 간략하게는, Rezex ROA-유기 산 H+ (8%) 분석 HPLC 컬럼 (Cat #: #00H-0138-K0, Phenomenex, Inc., Torrance, CA, 300 x 7.8 mme;)을 자일로스 및 자일리톨 분리에 이용하였다. 5 mM 황산을 등용매성 이동상으로, 유속 0.5 mL/min 및 55℃에서 사용하였다. Waters 2414 굴절률 (RI) 검출기 (Waters Corp., Milford, MA. USA)가 통합된 Waters Acquity H-Class UPLC를 검출하기 위해 사용하였다. 샘플 및 표준 물질의 주사 부피는 10 ㎕이었다. 샘플을 물로 20배 희석하여, 직선 범위 내에 있도록 하였다 (0.01 내지 20 g/L). 모든 피크 적분 및 농도 분석에는 MassLynx v4.1 소프트웨어를 이용하였다.In the micro-fermentation, xylose and xylitol were quantified using commercially available bioassays from Megazyme (Wicklow, Ireland, Cat # K-XYLOSE and K-SORB) according to the manufacturer's instructions. Using the HPLC method coupled with a refractive index detector, both xylose and xylitol were quantified from the fermentation of the device. Briefly, a Rezex ROA-organic acid H + (8%) analytical HPLC column (Cat #: #00H-0138-K0, Phenomenex, Inc., Torrance, CA, 300 x 7.8 mme;) was used to separate xylose and xylitol. was used for 5 mM sulfuric acid was used as an isocratic mobile phase at a flow rate of 0.5 mL/min and 55°C. A Waters Acquity H-Class UPLC with integrated Waters 2414 refractive index (RI) detector (Waters Corp., Milford, MA. USA) was used for detection. The injection volume of samples and standards was 10 μl. Samples were diluted 20-fold with water to be in the linear range (0.01 to 20 g/L). MassLynx v4.1 software was used for all peak integration and concentration analysis.

NADPH 풀 정량NADPH pool quantification

NADPH 풀은 NADPH 분석 키트 (AbCam, Cambridge, UK, Cat # ab186031)를 제조사의 지침에 따라 사용해 측정하였다. 배양 및 포스페이트 고갈은 XyrA 발현에 대한 상기 기술된 바와 같이 수행하였다 (단, 세포에는 xyrA 플라스미드가 존재하지 않음). 세포는 분석 키트의 세포용해 완충제를 사용해 세포용해하였다.NADPH pools were measured using the NADPH assay kit (AbCam, Cambridge, UK, Cat # ab186031) according to the manufacturer's instructions. Cultivation and phosphate depletion were performed as described above for XyrA expression (provided that no xyrA plasmid was present in the cells). Cells were lysed using the lysis buffer of the assay kit.

대사 모델 구축Building a metabolic model

기존에 발표된 재구성을 시작점으로 하여 COBRApy Python 패키지를 사용해 개발된, E. coli에 대한 제약-기반 (COBRA) 모델을 구현하는 인 실리코 분석을 수행하였다. 이 엄선된 E. coli K-12 MG1655 재구성은 대사 반응 2,719종과 고유한 대사산물 1,192종을 포함한다. 이 모델을 다음과 같이 조정하였다. 첫째, 자일리톨 생산 및 유출에 대해 생략된 반응 및 대사산물을 표 S5에 나타낸 바와 같이 추가하였다:Using the previously published reconstruction as a starting point, an in silico analysis was performed implementing a constraint-based (COBRA) model for E. coli developed using the COBRApy Python package. This carefully selected E. coli K-12 MG1655 reconstruction contains 2,719 metabolic reactions and 1,192 unique metabolites. This model was adjusted as follows. First, the omitted reactions and metabolites for xylitol production and efflux were added as shown in Table S5:

표 S5. 대사 모델에 추가된 자일리톨 특이 반응 Table S5. Xylitol specific response added to metabolic model

명칭designation 반응reaction 식별자identifier 자일로스 리덕타제xylose reductase h_c + nadph_c + xyl__D_c ↔ nadp_c + xylt_ch_c + nadph_c + xyl__D_c ↔ nadp_c + xylt_c XYLRXYLR 자일리톨 교환xylitol exchange xylt_e ↔xylt_e ↔ EX_xylt_eEX_xylt_e 수동 확산에 의한 자일리톨 이동Xylitol transport by passive diffusion xylt_e ↔ xylt_cxylt_e ↔ xylt_c XYLTtXYLTt 플라보독신 리덕타제 (NADPH)Flavodoxin Reductase (NADPH) 2.0 flxso_c + nadph_c ↔ 2.0 flxr_c + h_c + nadp_c2.0 flxso_c + nadph_c ↔ 2.0 flxr_c + h_c + nadp_c FLDR2FLDR2

모든 반응, 대사산물 화학량론 및 식별자는 BiGG Models 데이터베이스에서 추출하였다. 구축한 모델은 COBRApy 검증 방법으로 질량 밸런스 및 대사산물 구획 식 (metabolite compartment formulas)에 대해 검증하였다. 적절한 균형에 도달하면, 증식 모델을 구축하여 분석하였다. 구체적인 평가 조건 및 바이오매스 플럭스는 표 S6에 나타낸다.All reactions, metabolite stoichiometry and identifiers were extracted from the BiGG Models database. The constructed model was verified for mass balance and metabolite compartment formulas by the COBRApy verification method. Upon reaching an appropriate balance, a proliferation model was constructed and analyzed. Specific evaluation conditions and biomass flux are shown in Table S6.

표 S6. 여러가지 탄소원 및 산소 수준을 이용한 대사 모델 검증 (모든 플럭스 수치는 nmol/gDW*hr로 표시). Table S6. Metabolic model validation using different carbon sources and oxygen levels (all flux values expressed in nmol/gDW*hr).

단독 탄소원sole carbon source C.S 플럭스C.S Flux 산소 플럭스oxygen flux 모델에서 수득한 바이오매스 플럭스Biomass flux obtained from the model 이전에 발표된 바이오매스 플럭스*Previously published biomass flux* 글루코스glucose -8.8-8.8 -30 (호기성)-30 (aerobic) 0.7719140.771914 0.70± 0.010.70 ± 0.01 글루코스glucose -8.8-8.8 0 (혐기성)0 (anaerobic) 0.2532850.253285 0.33 ± 0.020.33 ± 0.02 자일로스Xylose -9.5-9.5 -30 (호기성)-30 (aerobic) 0.6452820.645282 0.50 ± 0.020.50 ± 0.02 자일로스Xylose -9.5-9.5 0 (혐기성)0 (anaerobic) 0.1154450.115445 0.13 ± 0.020.13 ± 0.02

*(Prasad, S., Singh, A. & Joshi, H. C. Ethanol as an alternative fuel from agricultural, industrial and urban residues. Resour. Conserv. Recycl. 50, 1-39 (2007))에서 유래한 수치.* Figure derived from (Prasad, S., Singh, A. & Joshi, HC Ethanol as an alternative fuel from agricultural, industrial and urban residues. Resour. Conserv. Recycl. 50 , 1-39 (2007)).

다음으로, 자일리톨 마이크로-발효로부터 수득한 실험 데이터를 이용해 모델에 제약을 설정하였다. 구체적인 제약은 다음과 같다: i) 피루베이트 데하이드로게나제 (PDH) 및 피루베이트-플라보독신 옥시도리덕타제 (ybdk)를 통한 피루베이트 소모율을 전체 플러스의 각각 10% 및 90%로 설정, 및 ii) 페레독신/플라보독신 리덕타제를 가역적인 반응으로 설정, 및 iii) 단독 탄소원으로서 자일로스를, 최소 배지 조건에서 투입 플럭스 10 mmol/gCDW*hr로 이용. 마지막으로, 특정한 자일리톨 생산 균주 세트를 구축하였으며, 흐름 균형 분석 (Flux Balance Analysis, FBA)을 이용해 인 실리코로 평가하여 자일리톨 수율을 구하고, 보조인자 및/또는 대상 대사산물뿐 아니라 생산 플럭스 및 소모 플럭스를 분석하였다. 분석한 구체적인 현상은 표 S7에 나타낸 바와 같이 Zwf, FabI, GltA, XylA, PntAB 및 UdhA의 활성 감소 또는 증가를 포함하였다. 각 현상/조건에 대해 다음과 같은 데이터를 수득하였다: 자일리톨 수율, NADPH 생성 및 소모성 g 반응 플럭스, 및 플럭스 분포 시각화를 위한 중심 대사에 대한 에셔 맵. 마지막으로, 가장 적절한 균주들 간의 플럭스의 주요 변화를 분석하였다.Next, constraints were set on the model using experimental data obtained from xylitol micro-fermentation. Specific constraints are as follows: i) pyruvate dehydrogenase (PDH) and pyruvate-flavodoxin oxidoreductase ( ybdk ) set the pyruvate consumption rate to 10% and 90% of the total plus, respectively, and ii) setting ferredoxin/flavodoxin reductase to a reversible reaction, and iii) using xylose as the sole carbon source at an input flux of 10 mmol/gCDW*hr in minimal medium conditions. Finally, a set of specific xylitol-producing strains was constructed and evaluated in silico using Flux Balance Analysis (FBA) to determine the xylitol yield, cofactors and/or metabolites of interest, as well as produced and consumed fluxes. analyzed. Specific phenomena analyzed included decreased or increased activity of Zwf, FabI, GltA, XylA, PntAB and UdhA, as shown in Table S7. The following data were obtained for each event/condition: xylitol yield, NADPH production and consumptive g response fluxes, and Escher maps for central metabolism for flux distribution visualization. Finally, major changes in flux between the most relevant strains were analyzed.

표 S7. 균주 모델 구축 Table S7. Building a strain model

개개 밸브individual valve 밸브 조합valve combination 균주strain 밸브 침묵valve silence 균주strain 밸브 침묵valve silence WTWT ---- Z-FZ-F zwf & fabIzwf & fabI ZZ zwf zwf Z-GZ-G zwf & gltAzwf & gltA FF fabIfabI Z-XZ-X zwf & xylAzwf & xylA GG gltAgltA Z-pABZ-pAB zwf & pntAB zwf & pntAB XX xylAxylA Z-F-GZ-F-G zwf, fabI & gltAzwf, fabI & gltA pABpAB pntAB pntAB Z-G-UZ-G-U zwf, gltA & udhAzwf, gltA & udhA UU udhAudhA Z-F-pABZ-F-pAB zwf, fabI & pntABzwf, fabI & pntAB

실시예 1: XyrA 자일로스 리덕타제의 특정화Example 1: Characterization of XyrA xylose reductase

이제 도 2(A), BL21에서, SM10++ (증식 배지)과 SM10-No phos (발효 배지)의 배지 조합을 이용한 XyrA 발효를 참조하여 설명한다. 발현 후, 생산 후 세포를 냉동-해동 사이클에 의해 세포 용해하였다. 그 후, 플라스미드 서열에 설계된 XyrA에 대한 His-태그를 이용해, xyrA 단백질을 N-N 수지를 통해 추출하였다. 도 2(B)에서, 보조인자로서 NADPH를 이용한 xyrA의 활성. 반응 속도를 자일로스 농도에 따라 도표로 작성하였다. 이러한 분석에서, NADPH는 일정한 초기 수준 50 μM로 고정하였다. 도 2(C) 본 실험 및 비교로서 다른 연구 출처에 따른 XyrA의 카이네틱 매개변수. XyrA의 카이네틱스를 50 mM 소듐 포스페이트, pH 7.6 (5 mM MgCl2 함유)26 50 μM NADPH를 이용해 측정하였다. 분석 결과는 340 nm에서 NADPH의 흡광도를 모니터링하여 측정하였다. 이디-호프스티 식을 이용하여, 매개변수 Vmax=22.6U, kcat=13.5s-1 및 km=35.12mM이 확립되었으며, 즉 탱크 발효 공정에서 사용될 수 있는 단백질 효소 활성이 검증되었다. Vmax를 알고 있다면, 원하는 특이적인 생산율에 도달하는데 필요한 최소 발현 수준을 확립할 수 있다.Referring now to FIG. 2(A), BL21, XyrA fermentation using a medium combination of SM10++ (growth medium) and SM10-No phos (fermentation medium) is described. After expression, post-production cells were lysed by freeze-thaw cycles. Then, using the His-tag for XyrA designed in the plasmid sequence, the xyrA protein was extracted through NN resin. In Fig. 2(B), the activity of xyrA using NADPH as a cofactor. Reaction rates were plotted as a function of xylose concentration. In this assay, NADPH was fixed at a constant initial level of 50 μM. Figure 2(C) Kinetic parameters of XyrA according to this experiment and other research sources as comparison. The kinetics of XyrA were measured using 26 50 μM NADPH in 50 mM sodium phosphate, pH 7.6 (containing 5 mM MgCl 2 ). The assay results were determined by monitoring the absorbance of NADPH at 340 nm. Using the Edie-Hofsty equation, the parameters Vmax=22.6U, kcat=13.5s −1 and km=35.12mM were established, ie protein enzyme activity that could be used in a tank fermentation process was verified. If the Vmax is known, the minimum expression level required to reach the desired specific production rate can be established.

실시예 2: 자일리톨을 생물-생산하기 위한 대사 밸브 설계Example 2: Metabolic valve design for bio-production of xylitol

포스페이트 고갈된 정체기에, 2 단계 동적 대사 제어를 이용하여, 자일로스로부터 자일리톨의 생산을 최적화하기 위해 합리적으로 설계한 균주를 개발하였다. 도 1에 예시된 바와 같이, 이 설계는 자일로스 리덕타제의 과다 발현, 및 자일리톨 생산과 경쟁하는 자일로스 대사를 줄이기 위한 자일로스 이소머라제 (xylA) 활성의 동적 감소를 포함한다. 이러한 목적으로, 본 발명자들은 유전자 침묵, XylA의 단백질 분해 또는 이의 조합을 통해 포스페이트 고갈시 XylA 활성의 동적 감소 및 xyrA의 동적 유도를 달성할 수 있는 균주 및 플라스미드를 구축하였다. 사용된 플라스미드 및 균주에 대해서는 표 1 및 2를 참조한다. 이들 균주는 Moreb 등에 의해 발표된 96웰 플레이트 마이크로-발효에서 평가하였으며, 그 결과는 도 3에 제시한다.In the plateau phase of phosphate depletion, rationally designed strains were developed to optimize the production of xylitol from xylose using two-step dynamic metabolic control. As illustrated in FIG. 1 , this design involves overexpression of xylose reductase and dynamic reduction of xylose isomerase ( xylA ) activity to reduce xylose metabolism competing with xylitol production. For this purpose, the present inventors constructed strains and plasmids capable of achieving dynamic reduction of XylA activity and dynamic induction of xyrA upon phosphate depletion through gene silencing, proteolysis of XylA, or a combination thereof. See Tables 1 and 2 for plasmids and strains used. These strains were evaluated in a 96-well plate micro-fermentation published by Moreb et al., and the results are presented in FIG. 3 .

실시예 3: 2-단계 동적 제어를 이용한 자일리톨 생산Example 3: Xylitol production using two-step dynamic control

XylA ("X") 활성에 대한 동적 조절시 자일리톨 생산에서 약간의 개선만 달성되어 (도 3), 본 발명자들은 더 큰 규모의 밸브 세트가 자일리톨 생산에 미치는 잠재적인 영향을 평가하였다. 본 발명자들은 주요 대사 경로들에서 밸브를 가진 균주 세트를 구축하였다, 도 4. 이러한 밸브로는 트리카르복시산 회로, 펜토스 포스페이트 경로, 지방산 생합성 및 NADPH 공급 각각을 통해 플럭스를 제어하는 사이트레이트 신타제 (GltA-"G"), 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (Zwf-"Z"), 에노일-ACP 리덕타제 (FabI-"F") 및 용해성 트랜스하이드로게나제 (udhA-"U")를 포함한다. X, U, G, Z 및 F의 밸브 조합을 가진 균주를 구축해, 자일리톨 생산을 평가하였다. 전술한 바와 같이, xylA, udhA, zwf, gltAfabI 유전자에 C-말단 DAS+4 데그론을 추가하고, 이의 전사를 침묵화할 수 있는 가이드 RNA를 과다 발현시킴으로써, 동적 대사 조절을 달성하였다. 염색체 변형 및 플라스미드 구축에 대한 상세 내용은 방법 부분을 참조한다.Only a slight improvement in xylitol production was achieved upon dynamic modulation of XylA ("X") activity (FIG. 3), so we evaluated the potential impact of a larger scale valve set on xylitol production. We constructed a set of strains with valves in key metabolic pathways, Figure 4. These valves include citrate synthase, which controls flux through each of the tricarboxylic acid cycle, pentose phosphate pathway, fatty acid biosynthesis, and NADPH supply ( GltA-"G"), glucose-6-phosphate dehydrogenase (Zwf-"Z"), enoyl-ACP reductase (FabI-"F") and soluble transhydrogenase (udhA-"U") includes Strains with valve combinations of X, U, G, Z and F were constructed and xylitol production was evaluated. As described above, dynamic metabolic regulation was achieved by adding the C-terminal DAS+4 degron to the xylA, udhA, zwf, gltA and fabI genes and overexpressing a guide RNA capable of silencing its transcription. See Methods section for details on chromosome modification and plasmid construction.

패널은 X, U, G, Z 및 F의 ~370여 종의 밸브 조합으로 구성되며, 2-단계 96웰 플레이트 마이크로-발효에서 적어도 트리플리케이트로 자일리톨 생산을 평가하였다. 이들 실험 결과는 도 5A 및 5B에 나타낸다. 자일리톨 역가는 ~0g/L-OD (600 nm) 내지 ~9.35g/L-OD (600 nm) 범위였다. 침묵과 단백질 분해의 조합들 중 약 ~80%는 역가가 0.106 g/L-OD에 불과한 대조군 균주보다 성능이 우수하였다. 밸브 균주와 대조군 균주 간의 특이적인 자일리톨 생산 (자일리톨 (g/L) /unit OD600nm)에 대한 유의한 차이가 일원식 ANOVA에 의해 확인되었다 (F(414,851)=7.598, p<0.0001).αThe panel consisted of ~370 valve combinations of X, U, G, Z and F, and evaluated xylitol production at least in triplicates in a two-stage 96-well plate micro-fermentation. The results of these experiments are shown in Figures 5A and 5B. Xylitol titers ranged from -0 g/L-OD (600 nm) to -9.35 g/L-OD (600 nm). About -80% of the combinations of silencing and proteolysis outperformed the control strain with a titer of only 0.106 g/L-OD. A significant difference for specific xylitol production (xylitol (g/L)/unit OD600nm) between the valve strain and the control strain was confirmed by one-way ANOVA (F(414,851)=7.598, p<0.0001).α

P-값을 이용해 p-값 히트맵을 작성하였으며 (도 6), p-값이 0.05 미만인 조합만 강조 표시하였다. 분석하지 않거나 또는 (세포 증식 불량으로 인해) 연속적인 레플리케이트가 2개 미만인 조합은, 통계 분석에 적합하지 않으므로 회색 점으로 표시한다. X 밸브 통합은 일반적으로 자일리톨 생산 증가로 이어졌지만, 놀랍게도 가장 우수한 자일리톨 생산 균주 2종은 (NADPH 수준을 증가시켜야 하는) X 밸브 또는 U 밸브가 아니라, 오히려 F, G 및 Z 밸브 조합을 가지고 있었다. 가장 우수한 생산 균주는 F 및 Z 밸브 조합을 가지고 있었으며, 자일리톨 비생산성 9.35 g/L-OD600nm를 달성할 수 있었다. 이러한 유전자 조합의 성능은 또한 F 밸브 또는 Z 밸브 단독에 비해 상승적인 효과가 있었다. 이들 2종의 효소는 도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 자일리톨 생합성에 직접 또는 예측가능한 영향이 없었으므로, 이러한 점은 놀라운 사실이었다.A p-value heatmap was created using the P-value (FIG. 6), and only combinations with a p-value less than 0.05 were highlighted. Combinations that are not analyzed or have less than two consecutive replicates (due to poor cell proliferation) are not suitable for statistical analysis and are marked with gray dots. X-valve integration generally led to increased xylitol production, but surprisingly the two best xylitol-producing strains had neither an X-valve nor a U-valve (which should increase NADPH levels), but rather a combination of F, G, and Z valves. The best producing strain had the F and Z valve combination and was able to achieve a specific xylitol productivity of 9.35 g/L-OD600 nm. The performance of these gene combinations also had a synergistic effect compared to the F-valve or Z-valve alone. This was surprising since these two enzymes had no direct or predictable effect on xylitol biosynthesis, as can be seen in FIG. 4 .

실시예 4: 생물반응조 장치에서 자일리톨 생산Example 4: Xylitol production in a bioreactor device

마이크로-발효 결과 (도 5 및 6)를 토대로, 본 발명자들은 역가가 9.35 g/L-OD600인 "Z-FZ" 밸브 균주 (zwf "Z" 침묵 및 fabI와 zwf "FZ" 단백질 분해)를 선택하였으며, 생물반응조 장치에서 평가하기 위한 대조군으로 선정하였다. 발효는 Menacho-Melgar 등의 문헌에 따라 수행하였으며, 도 5에 예시한 바와 같이 배지에서 포스페이트를 제한하여 포스페이트 고갈 및 정체기에 자일리톨 생산을 유도하였다. 이들 발효 결과는 아래 도 6에 나타낸다. Z-FZ 균주 (도 6A)는 자일리톨을 160시간 이내에 최대 104+/-11.31 g/L로 생산할 수 있었으며, 반면 대조군 균주 DLF_0025-EV (도 6B)는 xyrA 발현으로 동일한 시간 이내에 자일리톨을 불과 ~3g/L로 유도하였다.Based on the micro-fermentation results (Figs. 5 and 6), we selected the "Z-FZ" valve strain (zwf "Z" silencing and fabI and zwf "FZ" proteolysis) with a titer of 9.35 g/L-OD600. and was selected as a control group for evaluation in the bioreactor device. Fermentation was carried out according to the literature of Menacho-Melgar et al., and as illustrated in FIG. 5 , phosphate was limited in the medium to induce phosphate depletion and xylitol production in a plateau phase. These fermentation results are shown in Figure 6 below. The Z-FZ strain (Fig. 6A) was able to produce up to 104+/-11.31 g/L of xylitol within 160 hours, whereas the control strain DLF_0025-EV (Fig. 6B) produced only ~3 g of xylitol within the same time period with xyrA expression. /L was induced.

실시예 5: NADPH 플럭스 및 자일리톨 생합성의 개선Example 5: Improvement of NADPH flux and xylitol biosynthesis

자일로스로부터 자일리톨을 생산하는 대부분의 이전 연구들은 전자 공여체로서 부가적인 당 (통상적으로 글루코스)을 필요로 하는 생물전환을 기반으로 한다 (Albuquerque, T. L. de, da Silva, I. J., de Macedo, G. R. & Rocha, M. V. P. Biotechnological production of xylitol from lignocellulosic wastes: A review. Process Biochem. 49, 1779-1789 (2014).; Cirino, P. C., Chin, J. W. & Ingram, L. O. Engineering Escherichia coli for xylitol production from glucose-xylose mixtures. Biotechnol. Bioeng. 95, 1167-1176 (2006); 및 Su, B., Wu, M., Zhang, Z., Lin, J. & Yang, L. Efficient production of xylitol from hemicellulosic hydrolysate using engineered Escherichia coli. Metab. Eng. 31, 112-122 (2015)). 글루코스의 산화 (부산물 글루콘산 생성)시 NADPH가 생성되며, 이는 이후 자일로스 환원에 활용된다 (Jin, L.-Q., Xu, W., Yang, B., Liu, Z.-Q. & Zheng, Y.-G. Efficient Biosynthesis of Xylitol from Xylose by Coexpression of Xylose Reductase and Glucose Dehydrogenase in Escherichia coli. Appl. Biochem. Biotechnol. 187, 1143-1157 (2019)). 이러한 공정은 자일로스를 고려하면 높은 자일리톨 역가 및 양호한 수율이 제공되지만, 자일로스와 동일한 몰 수준으로 글루코스를 필요로 하므로 상당히 비효율적이다. 보다 광의적으로, 다양한 대사산물의 합성뿐 아니라 세포 기반의 생물전환에서 이용가능한 NADPH 이용성 또는 플럭스 개선은 대사 조작에서 오랜 도전 과제였다.Most previous studies of producing xylitol from xylose have been based on bioconversion requiring an additional sugar (usually glucose) as an electron donor (Albuquerque, TL de, da Silva, IJ, de Macedo, GR & Rocha Cirino , PC, Chin , JW & Ingram, LO Engineering Escherichia coli for xylitol production from glucose- xylose mixtures. Bioeng . _ Eng. 31 , 112-122 (2015)). Upon oxidation of glucose (by-product gluconic acid production), NADPH is produced, which is then utilized for xylose reduction (Jin, L.-Q., Xu, W., Yang, B., Liu, Z.-Q. & Zheng, Y.-G. Efficient Biosynthesis of Xylitol from Xylose by Coexpression of Xylose Reductase and Glucose Dehydrogenase in Escherichia coli. Appl. Biochem. Biotechnol. 187 , 1143-1157 (2019)). Although this process provides high xylitol titers and good yields when considering xylose, it is quite inefficient since it requires glucose at the same molar level as xylose. More broadly, improving NADPH availability or flux in cell-based biotransformation as well as synthesis of various metabolites has long been a challenge in metabolic engineering.

본 발명자들은 단독 공급원료로서 자일로스를 이용한 NADPH 플럭스 및 자일리톨 생산을 개선하기 위해 2-단계 동적 대사 조절 (DMC)을 활용하였다 (Burg, J. M., Cooper, C. B., Ye, Z., Reed, B. R. & Moreb, E. A. Large-scale bioprocess competitiveness: the potential of dynamic metabolic control in two-stage fermentations. Current opinion in (2016)). 대사에 대한 동적 조절은 대사 공학에서 일반적인 접근법이 되었으며, 3-하이드록시프로피온산에서 미오-이노시톨 및 기타 여러 산물에 이르는 다양한 생산물을 생산하는데 이용되고 있다. 본 발명자들은 동적 대사 조절을, 대사 생산성 포스페이트가 고갈된 정체기에 생산물을 생산하는, 2-단계 생물공정으로까지 확장하는 방안을 최근 발표하였다. 이러한 접근법은 데그론 태그 및 CRISPR 간섭을 각각 이용한 제어된 단백질 분해 및 유전자 침묵의 조합 사용에 기반하여 이루어진다. 중요한 점은, 이들 초기 연구들에서, 동적 대사 조절로 인한 대사 플럭스 개선이 다른 핵심적인 대사 경로의 피드백 조절인자인 중추적인 대사산물의 수준 저하의 결과일 수 있음을 본 발명자들이 입증하였다는 것이다. 구체적으로, 본 발명자들은, 최근, 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 수준 감소가 SoxRS 레굴론을 활성화하여 피루베이트 페레독신/플라보독신 옥시도리덕타제 (Pfo)의 발현 및 활성을 증가시킨다는 것을, 입증하였다. Pfo는 정체기에 아세틸-CoA 생산 개선을 유도한다 (도 11(A) 참조). 이러한 연구에서, 본 발명자들은 자일로스로부터 자일리톨을 생산하는데 있어 합성 대사 밸브들의 조합을 평가한 결과를 기술한다. 먼저, Pfo 활성 증가는 아세틸-CoA 플럭스를 개선할 뿐 아니라 NADPH 생산을 유도한다. NADPH는 NADPH 의존적인 플라보독신/페레독신리덕타제 (Fpr)의 작용에 의해 환원된 플라보독신/페레독신으로부터 생산된다. 본 발명자들은 또한 NADPH 플럭스를 조절하는 핵심적인 조절 기전, 즉 지방산 대사산물에 의한 막 결합형 트랜스하이드로게나제 (PntAB)의 저해를 확인하였다. 본 발명자들은 지방산 생합성을 동적 교란함으로써, PntAB의 저해를 완화한다. 이 기전은 Pfo 활성화와 상승적으로 작용하여, NADPH 플럭스 및 자일리톨 생산을 크게 증가시킨다. 본 발명자들은 이러한 "조절" 접근법을, 자일리톨 생산과 경쟁적인 핵심 효소의 수준을 동적으로 낮추는 보다 직관적인 화학량론적 전략과 비교한다. 중요한 점은, 개선된 NADPH 플럭스가 부분적으로 NADPH 풀 감소의 결과라는 것이다. NADPH 풀 감소는 NADPH 플럭스 증가를 유발하는 발현 및 활성의 변화를 유도하게 되며, 추측컨대 설정값 NADPH 수준을 회복하기 위해 진화된 조절 기전일 것이다. 이러한 결과들은 풀 및 플럭스가 동등하지 않으며, 반드시 상관관계가 있는 것도 아님을 상기시켜준다.We have utilized two-step dynamic metabolic control (DMC) to improve NADPH flux and xylitol production using xylose as the sole feedstock (Burg, JM, Cooper, CB, Ye, Z., Reed, BR & Moreb, EA Large-scale bioprocess competitiveness: the potential of dynamic metabolic control in two-stage fermentations. Current opinion in (2016)). Dynamic control of metabolism has become a common approach in metabolic engineering and is used to produce a variety of products ranging from 3-hydroxypropionic acid to myo-inositol and many other products. The present inventors recently published a plan to extend dynamic metabolic control to a two-step bioprocess, producing products in a plateau phase when metabolic productivity phosphate is depleted. This approach is based on the combined use of controlled proteolysis and gene silencing using degron tags and CRISPR interference, respectively. Importantly, in these early studies, we demonstrated that improvements in metabolic flux due to dynamic metabolic regulation could be the result of reduced levels of pivotal metabolites that are feedback regulators of other key metabolic pathways. Specifically, the inventors recently found that reducing glucose-6-phosphate dehydrogenase levels activates SoxRS regulon to increase the expression and activity of pyruvate ferredoxin/flavodoxin oxidoreductase (Pfo). , proved. Pfo induces an improvement in acetyl-CoA production in the plateau phase (see FIG. 11(A)). In this study, we describe the results of evaluating combinations of synthetic metabolic valves in producing xylitol from xylose. First, increasing Pfo activity not only improves acetyl-CoA flux but also induces NADPH production. NADPH is produced from reduced flavodoxin/ferredoxin by the action of NADPH-dependent flavodoxin/ferredoxin reductase (Fpr). We also identified a key regulatory mechanism regulating NADPH flux, namely inhibition of membrane-bound transhydrogenase (PntAB) by fatty acid metabolites. We mitigate the inhibition of PntAB by dynamically perturbing fatty acid biosynthesis. This mechanism works synergistically with Pfo activation, greatly increasing NADPH flux and xylitol production. We compare this “modulation” approach to a more intuitive stoichiometric strategy that dynamically lowers the levels of key enzymes that compete with xylitol production. Importantly, the improved NADPH flux is partly the result of a reduced NADPH pool. Reducing the NADPH pool induces changes in expression and activity that result in increased NADPH flux, presumably an evolved regulatory mechanism to restore setpoint NADPH levels. These results are a reminder that pool and flux are not equivalent, nor are they necessarily correlated.

화학량론적 전략Stoichiometric strategy

본 발명자들은 처음에 핵심적인 경쟁 경로의 수준 저하에 기반한, 2-단계 동적 대사 조절을 이용해, 자일로스로부터 자일리톨 생산을 최적화하도록 균주를 합리적으로 설계하였다. 도 1에 예시된 바와 같이, 이러한 설계는 자일로스 이소머라제 (xylA) 및 용해성 트랜스하이드로게나제 (udhA) 활성의 동적 감소를 포함한다. 이러한 변형은 자일리톨 생산과 경쟁하는 자일로스 대사는 감소시키고, NADPH 공급은 높이도록 설계하였다. NADPH는 용해성 트랜스하이드로게나제에 의해 소모될 수 있다. 이를 위해, 본 발명자들은 포스페이트 고갈시 XylA 및 UdhA 수준을 동적으로 감소시킬 수 있도록 균주 및 플라스미드를 구축하였다. 본 실험에 이용된 균주 및 플라스미드에 대해서는 부록 표 S1을 참조한다. 상기에 언급되고 기존에 발표된 바와 같이, 활성의 동적 감소는 염색체 xylAudhA 유전자에 C-말단 DAS+4 데그론 태그를 부가함으로써, 아울러 발현을 침묵화하기 위한 목적으로 가이드 RNA의 과다발현에 의해 달성하였다. 이러한 변형이 2 단계 배양에서 효소 수준에 대한 미치는 영향은 도 9A-B에 나타낸다. XylA의 경우, 단백질 분해는 활성을 ~60% 감소시킨다. 놀랍게도, 침묵성 gRNA는 실제 XylA 활성 수준 증가로 이어졌다. 이의 기저 기전은 현재 알려져 있지 않으며, 추가적인 연구가 필요하다. 침묵 및 단백질 분해의 조합시, 단백질 분해 단독과 비교할 경우, 추가적인 활성 감소는 달성되지 않았다. UdhA의 경우, 단백질 분해시 활성이 ~30% 감소한 반면, 침묵화는 단백질 분해와 더불어 또는 단백질 분해 없는 경우에도 활성 수준에 검출가능한 영향을 미치지 못하였다.We initially rationally designed strains to optimize xylitol production from xylose using a two-step dynamic metabolic control, based on lowering the level of a key competitive pathway. As illustrated in FIG. 1 , this design involves dynamic reduction of xylose isomerase ( xylA ) and soluble transhydrogenase ( udhA ) activities. These modifications were designed to reduce xylose metabolism, which competes with xylitol production, and increase NADPH supply. NADPH can be consumed by soluble transhydrogenases. To this end, the present inventors constructed strains and plasmids capable of dynamically reducing XylA and UdhA levels upon phosphate depletion. See Appendix Table S1 for the strains and plasmids used in this experiment. As mentioned above and previously published, the dynamic reduction of activity can be achieved by adding a C-terminal DAS+4 degron tag to the chromosomal xylA and udhA genes, as well as overexpression of the guide RNA for the purpose of silencing expression. achieved by The effect of these modifications on enzyme levels in two-stage culture is shown in Figures 9A-B. In the case of XylA, proteolysis reduces activity by -60%. Surprisingly, silencing gRNAs actually led to increased levels of XylA activity. Its underlying mechanism is currently unknown and requires further research. Upon combination of silencing and proteolysis, no additional activity reduction was achieved when compared to proteolysis alone. In the case of UdhA, activity decreased by -30% upon proteolysis, whereas silencing had no detectable effect on the level of activity with or without proteolysis.

XylA 또는 "X 밸브"에 대한 단백질 분해 및 침묵화의 조합, 및 UdhA, "U 밸브"의 경우 단백질 분해 단독을 자일리톨 생산에 대해 평가하였다. 구체적으로, 균주가 이들 대사 밸브를 포함하고, 아울러 자일로스 리덕타제 (아스퍼질러스 나이러 유래 xyrA)를 과다 발현하도록 조작하였으며, Moreb 등에 의해 발표된 바와 같이 2-단계 최소 배지 마이크로 발효에서 평가하였다. 그 결과는 도 10A-C에 나타낸다. 아울러, XyrA 카이네틱스에 대한 확증 분석을 수행하였으며, 그 결과는 부록 도 11에 제시한다. 변형들의 조합은 대조군과 비교해 자일리톨 생산의 16배 증가를 달성하였다.Combinations of proteolysis and silencing for XylA or "X valve", and proteolysis alone for UdhA, "U valve" were evaluated for xylitol production. Specifically, strains were engineered to contain these metabolic valves, as well as to overexpress xylose reductase ( xyrA from Aspergillus nira) and evaluated in a two-stage minimal medium micro-fermentation as published by Moreb et al. . The results are shown in Figures 10A-C. In addition, a confirmatory analysis for XyrA kinetics was performed, and the results are presented in Appendix Figure 11. The combination of modifications achieved a 16-fold increase in xylitol production compared to the control.

규제 전략regulatory strategy

규제 전략의 영향을 조사하기 위해, 본 발명자들은 다음으로 도 12A에 예시한 바와 같이 자일리톨 생산에 대해 더 큰 규모의 밸브 세트가 미치는 잠재적인 영향을 평가하고자 하였다. 본 발명자들은 트리카르복시산 회로, 펜토스 포스페이트 경로 및 지방산 생합성 각각을 통해 플럭스를 제어하는 사이트레이트 신타제 (GltA), 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (Zwf) 및 에노일-ACP 리덕타제 (FabI)에 밸브를 가진 균주 세트를 구축하였다. 본 발명자들은 단백질 분해성 변성 (DAS+4 태그), 유전자 침묵 (zwf 프로모터 또는 gltAp2 프로모터) 또는 이 둘다로 구성된, GltA ("G 밸브") 및 Zwf ("Z 밸브")에서 대사 밸브들의 구축을 발표한 바 있다. FabI의 경우, 본 발명자들은 FabI 수준에서 2-단계 동적 조절을 평가하기 위해 새로운 균주와 플라스미드를 구축하였다. 이를 위해, Li 등에 의해 발표된 바와 마찬가지로, 단백질의 수준을 ELISA에 의해 정량화할 수 있도록 fabI 대립유전자의 C-말단에 superfolder GFP를 추가하였다. 공교롭게도, 예상치 못하게도, fabI 발현 침묵 플라스미드를 평가하였을 때, 가이드 RNA 트로포스페이서 소실이 관찰되었으며 (도 13A-D), 그 결과 본 발명자들은 fabI 침묵화된 결과를 안정적으로 확보하지 못하였다. FabI 단백질 분해는 FabI 수준을 ~75% 감소시켰으며 (도 14), 결과적으로 단백질 분해성 변성만 "F 밸브"로 지칭된다. "X", "U", "G", "Z" 및 "F" 밸브들의 조합을 가진 균주를 구축하였으며, 재차 최소 배지 마이크로 발효에서 자일리톨 생산에 대해 평가하였다. 그 결과는 도 12A-D에 제시한다. 놀랍게도, 가장 우수한 자일리톨 생산주는 "X" 또는 "U" 밸브를 가지고 있지 않고, 오히려 "F" 및 "Z" 밸브의 조합을 가지고 있었다. "FZ" 밸브 균주에서 자일리톨 생산은 "F" 및 "Z" 밸브 단독에 비해 상승적인 효과가 있었다 (도 12B). 이들 효소 2종은 도 12A에서 알 수 있는 바와 같이 자일리톨 생합성에 직접적인 또는 예측가능한 영향이 없다는 점에서, 놀라운 결과였다. 본 발명자들은, 최근, "Z" 밸브가 (ydbK 유전자에 의해 암호화되는) Pfo의 활성화를 유도함으로써 아세틸-CoA 플럭스 증가를 달성한다는 사실을, 발표하였다. Pfo를 통한 플럭스 증가로, 본 발명자들은, NADPH가 페레독신리덕타제 (Fpr)를 통해 환원된 페레독신/플라보독신으로부터 생성될 수 있는 것으로, 가정하였다. 도 15에 나타낸 바와 같이, ydbKfpr에서의 결손을 이용하여, 이 경로, 구체적으로 Fpr이 실제 "FZ" 밸브 균주에서 관찰된 NADPH 플럭스 및 자일리톨 생산 증가에 부분적으로 기여한다는 것을 확인하였다. 이는, 본 발명자들이 인지하는 한, Fpr이 생체내 가역적이라는 것을 최초로 검증한 것이다. 이러한 Fpr을 통한 역 플럭스는 (아래에 기술한 바와 같이) 낮은 NADPH 풀에 의존적일 수 있다. "F" 밸브의 상승적인 영향은 다소 예상하지 못하였다. 그러나, FabI (에노일-ACP 리덕타제)에 대한 동적 조절로 인한 NADPH 플럭스 증가는 지방산 대사산물, 특히 아실-CoA (및 잠재적으로 이의 전구체 아실-ACP)의 수준 저하에 기인할 수 있다. 지방 아실-CoA는 pntAB 유전자에 의해 암호화된 막 결합형 트랜스하이드로게나제에 대한 경쟁적인 저해제이다 (도 12A). 특히, 팔미토일-CoA는 보고된 Ki가 1-5 μM이다. FabI 수준 및/또는 활성에 대한 조절은 아실-ACP 풀을 감소시키고, 그 결과 아세틸-CoA 카르복실라제 및 말로닐-CoA 합성의 피드백 저해를 완화하는 것으로 이전에 확인된 바 있다. 본 발명자들이 인지하는 한, 이는 NADPH 플럭스를 조절하는데 이들 대사산물의 중요성을 입증한 첫번째 연구이다. 이전의 보고서에서 (최소 배지에서 지방산 생합성으로부터 유래한) 아실-CoA에 의한 PntAB 저해가 입증된 바 있지만, 아실-ACP가 또한 저해제로서 작용할 가능성도 남아 있으므로, 이러한 가정을 검증하기 위해 추가적인 연구가 필요하다.To investigate the impact of the regulatory strategy, the inventors next sought to evaluate the potential impact of a larger set of valves on xylitol production, as illustrated in Figure 12A. We have identified citrate synthase (GltA), glucose-6-phosphate dehydrogenase (Zwf) and enoyl-ACP reductase (FabI), which control flux through the tricarboxylic acid cycle, pentose phosphate pathway and fatty acid biosynthesis, respectively. ) to establish a set of strains with valves. We present the construction of metabolic valves in GltA (“G valve”) and Zwf (“Z valve”), consisting of proteolytic denaturation (DAS+4 tag), gene silencing (zwf promoter or gltAp2 promoter), or both. have done In the case of FabI, we constructed new strains and plasmids to evaluate the two-step dynamic regulation at the level of FabI. To this end, superfolder GFP was added to the C-terminus of the fabI allele so that the protein level could be quantified by ELISA, as reported by Li et al. Unfortunately, unexpectedly, when the fabI expression silencing plasmid was evaluated, guide RNA trophosphacer loss was observed (FIG. 13A-D), and as a result, we were unable to reliably obtain fabI silencing results. FabI proteolysis reduced FabI levels by -75% (FIG. 14), resulting in only proteolytic denaturation referred to as "F valve". Strains with combinations of "X", "U", "G", "Z" and "F" valves were constructed and again evaluated for xylitol production in minimal medium micro-fermentation. The results are presented in Figures 12A-D. Surprisingly, the best xylitol producers did not have "X" or "U" valves, but rather a combination of "F" and "Z" valves. Xylitol production in the "FZ" valve strain had a synergistic effect compared to the "F" and "Z" valves alone (FIG. 12B). This was a surprising result in that these two enzymes had no direct or predictable effect on xylitol biosynthesis, as can be seen in FIG. 12A. The inventors recently published that the "Z" valve achieves an increase in acetyl-CoA flux by inducing activation of Pfo (encoded by the ydbK gene). With the increased flux through Pfo, we hypothesized that NADPH could be generated from reduced ferredoxin/flavodoxin via ferredoxin reductase (Fpr). As shown in Figure 15, using deletions in ydbK and fpr , it was confirmed that this pathway, specifically Fpr, contributes in part to the increased NADPH flux and xylitol production observed in the actual "FZ" valve strain. This is, as far as the present inventors are aware, the first verification that Fpr is reversible in vivo. This reverse flux through Fpr may be dependent on the low NADPH pool (as described below). The synergistic effect of the "F" valve was somewhat unexpected. However, increased NADPH flux due to dynamic regulation of FabI (enoyl-ACP reductase) may be due to reduced levels of fatty acid metabolites, particularly acyl-CoA (and potentially its precursor acyl-ACP). Fatty acyl-CoA is a competitive inhibitor of the membrane-bound transhydrogenase encoded by the pntAB gene (FIG. 12A). In particular, palmitoyl-CoA has a reported Ki of 1-5 μM. Modulation of FabI levels and/or activity has previously been shown to reduce the acyl-ACP pool and consequently alleviate feedback inhibition of acetyl-CoA carboxylase and malonyl-CoA synthesis. To the best of our knowledge, this is the first study to demonstrate the importance of these metabolites in regulating NADPH flux. Although previous reports have demonstrated PntAB inhibition by acyl-CoAs (derived from fatty acid biosynthesis in minimal medium), it remains possible that acyl-ACPs also act as inhibitors, so further studies are needed to verify this hypothesis. do.

다음으로, 본 발명자들은 자일리톨 생산에 영향을 미칠 가능성이 있는 "FZ" 밸브의 상위에서 몇가지 부가적인 변형들을 조사하였다 (도 15B-D). 구체적으로, 본 발명자들은 "G" 및 "U" 밸브의 추가 및 pntAB의 과다 발현을 조사하였다. (포스페이트 저 농도로 유도가능한 프로모터를 이용한) pntAB 유전자의 과다 발현에 기반한 플라스미드가 자일리톨 생산의 현저한 개선을 달성하였다 (도 15B). 이와는 대조적으로, "G" 또는 "U" 밸브를 "FZ" 조합에 추가한 경우, 자일리톨 합성은 증가하지 않았으며, 오히려 자일리톨 생산이 현저하게 저하되었다 (도 15C-D). 이는, 사이트레이트 신타제 (GltA) 활성, 및 TAC 회로를 통한 플럭스가 최적의 NADPH 플럭스에 필요하다는 것을 시사해준다.Next, we investigated several additional modifications at the top of the “FZ” valve that could potentially affect xylitol production (FIGS. 15B-D). Specifically, we investigated the addition of “G” and “U” valves and overexpression of pntAB. A plasmid based on overexpression of the pntAB gene (using a promoter inducible with low phosphate concentration) achieved significant improvement in xylitol production (FIG. 15B). In contrast, when the "G" or "U" valve was added to the "FZ" combination, xylitol synthesis did not increase, but xylitol production was significantly reduced (FIG. 15C-D). This suggests that citrate synthase (GltA) activity, and flux through the TAC cycle, are required for optimal NADPH flux.

이들 실험의 결과를 이용해, 본 발명자들은 몇가지 세포내 플럭스들에 대한 경계 조건을 추정할 수 있었다. 예를 들어, 도 15B로부터, 본 발명자들은 Pfo/Fpr 경로를 통한 플럭스가 NADPH/자일리톨 생산의 최대 ~55%를 차지하는 것으로 추정할 수 있다. 그 결과, 본 발명자들은 도 16A-B에 예시된 바와 같이, 최적 증식기와 자일리톨 생산기를 비교하는, 화학량론적 대사 모델을 구축할 수 있었다. 중요한 점은, 이 모델이 실제 TCA 플럭스가 자일리톨 생산에 중요하고 (도 17A-B), PntAB 활성의 4배 증가가 Pfo/Fpr 경로를 통한 플럭스와 더불어 NADPH 플럭스 증가 및 자일리톨 생산을 설명하는데 필요하다는 것을, 검증해준다는 것이다. 이 모델은 이러한 대사 상태에서 전체 자일리톨 최대 수율로서 자일로스 ~0.864g/g이 예측되며, 이는 후술한 바와 같이 피드 배치 발효에서 측정된 수율과 일치한다.Using the results of these experiments, we were able to estimate boundary conditions for several intracellular fluxes. For example, from Figure 15B, we can estimate that flux through the Pfo/Fpr pathway accounts for up to -55% of NADPH/xylitol production. As a result, the present inventors were able to construct a stoichiometric metabolic model comparing the optimal growth period and the xylitol production period, as illustrated in FIGS. 16A-B. Importantly, this model demonstrates that actual TCA flux is important for xylitol production (FIG. 17A-B) and that a 4-fold increase in PntAB activity is required to account for increased NADPH flux and xylitol production in addition to flux through the Pfo/Fpr pathway. that it verifies. The model predicts xylose ~0.864 g/g as the total xylitol maximum yield at this metabolic state, which is consistent with the yield measured in feed batch fermentation as described below.

생물반응조 장치에서 생산Produced in a bioreactor unit

다음으로, 본 발명자들은 pntAB 과다 발현을 동반한 및 동반하지 않은 상태에서 "FZ" 밸브 균주를 이용한 생물반응조 장치에서의 자일리톨 생산을 대조군 균주와 비교하였다. 최소 배지 피드 배치 발효를, 배지에, 포스페이트 고갈에 앞서 표적 바이오매스 수준 (~25 g CDW/L) 및 정체기에 자일리톨 생합성의 유도를 뒷받침하기에 충분한 배치 포스페이트가 함유되는, Menacho-Melgar 등에 의해 언급된 바와 같이 수행하였다. 이러한 연구 결과는 도 18에 제시한다. 본 발명의 대조군 균주 (DLF_Z0025)에서 xyrA 발현시 자일리톨은 L 당 수 g에 불과하였지만 (도 18A), "FZ" 밸브 통합시 160시간 생산으로 100 g/L 이상의 역가가 달성되었다 (도 18B). pntAB를 추가적으로 과다 발현 (도 18C)한 결과, 170시간 동안 200 g/L (185-204 g/L) 이상의 최고 역가가 달성되었다. 이러한 두플리케이트 발효에서, (정체기에) 전체 자일리톨 평균 수율은 0.935 +/- 0.011 g/g 자일로스이었다.Next, we compared the xylitol production in the bioreactor device using the "FZ" valve strain with and without pntAB overexpression to the control strain. Minimal medium feed batch fermentation is described by Menacho-Melgar et al., in which the medium contains sufficient batch phosphate to support induction of xylitol biosynthesis at the target biomass level (˜25 g CDW/L) prior to phosphate depletion and stationary phase. performed as is done. The results of this study are presented in FIG. 18 . In the control strain of the present invention (DLF_Z0025), when xyrA was expressed, xylitol was only several grams per L (Fig. 18A), but titers of over 100 g/L were achieved with 160 hours of production when integrated with the "FZ" valve (Fig. 18B). Additional overexpression of pntAB (FIG. 18C) resulted in peak titers of over 200 g/L (185-204 g/L) over 170 hours. In this duplicate fermentation, the average yield of total xylitol (stationary phase) was 0.935 +/- 0.011 g/g xylose.

NADPH 플럭스 개선은 NADPH 풀과 상관관계가 성립되지 않는다.NADPH flux improvement does not correlate with NADPH pool.

마지막으로, 본 발명자들은 본 발명의 조작된 균주 세트에서 NADPH 수준을 측정하였다. 그 결과는 도 19A에 제시한다. 흥미롭게도, 특이적인 자일리톨 생산과 NADPH 풀 간에는 상관관계가 존재하지 않았다. 이 경우, NADPH 풀 수준이 가장 높은 균주 3종은 대조군 균주 및 에노일-ACP 수준 ("F" 밸브) 또는 용해성 트랜스하이드로게나제 ("U" 밸브) 수준을 동적 조절한 균주였다. "Z" 밸브 (글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제의 수준 감소) 추가시 NADPH 풀이 감소되지만, NADPH플럭스는 증가하였다. ydbK 및/또는 fpr 결손 역시 NADPH 감소로 이어졌으며, pntAB의 과다 발현은 자일리톨 생산율 및 플럭스를 증가시켰지만, "FZ" 백그라운드에서 NADPH 풀을 개선하진 못하였다. Finally, we measured NADPH levels in our set of engineered strains. The results are presented in Figure 19A. Interestingly, there was no correlation between specific xylitol production and NADPH pools. In this case, the three strains with the highest NADPH pool levels were the control strain and strains that dynamically modulated enoyl-ACP levels ("F" valve) or soluble transhydrogenase ("U" valve) levels. Addition of a "Z" valve (reducing the level of glucose-6-phosphate dehydrogenase) reduced the NADPH pool, but increased the NADPH flux. Deletion of ydbK and/or fpr also led to a decrease in NADPH, and overexpression of pntAB increased xylitol production rate and flux, but did not improve the NADPH pool in the “FZ” background.

2-단계 동적 조절을 이용한 경우, NADPH 플럭스 강화 및 자일리톨 생산으로 이어지는 전반적인 대사 상태가 구축되었다. 본 발명자들이 인지하는 한, 이는, 조작된 E. coli에서, 특히 단독 탄소원으로서 자일로스를 이용하는 균주에서 지금까지 가장 높은 역가이자 자일리톨 생산 수율이다. 아울러, 이러한 변형으로 구축된 생산 정체기를 적어도 170시간까지 연장할 수 있다. 이러한 연구에서는 자일리톨 생산에 초점을 맞추었지만, NADPH 플럭스에 영향을 미치는 "F" 및 "Z" 밸브의 식별로 보다 복잡한 경로를 비롯한 다른 NADPH 의존적인 공정에도 이용가능하며, 일상적인 NADPH 의존적인 생물전환에 대한 손쉬운 방법이 될 수 있다. 트랜스하이드로게나제 활성에 대한 FabI 활성 및 지방산 대사산물 풀의 영향은 이전의 생화학 연구들과 일치하며, NADPH 공급과 지방산 합성 수요 간에 균형을 맞추기 위해 진화되었을 가능성이 있다. 공교롭게도, 이러한 피드백 조절 기전은 과거 수십년간 E. coli에서 대사 조작 연구에서 자취를 감췄지만, 여전히 NADPH 플럭스를 개선하기 위한 강력한 방식이다. 예측하지 못했던 "F" 및 "Z" 밸브 조합은 NADPH 플럭스에 대한 표준적인 생각과 상반되는데, Zwf는 흔히 세포에서 NADPH의 주요 공급원들 중 하나로 간주되며, Zwf 활성 감소는 NADPH 공급을 늘리도록 만들기 위한 변화 목록에서 높은 순위를 차지하지 않았다.When using a two-step dynamic regulation, an overall metabolic state leading to enhanced NADPH flux and xylitol production was established. As far as the present inventors are aware, this is the highest titer and xylitol production yield so far in engineered E. coli , especially in a strain using xylose as the sole carbon source. In addition, the production plateau established with this modification can be extended to at least 170 hours. Although these studies have focused on xylitol production, the identification of the "F" and "Z" valves that influence NADPH fluxes have made possible other NADPH-dependent processes, including more complex pathways, as well as routine NADPH-dependent biotransformation. can be an easy way to The influence of FabI activity and fatty acid metabolite pool on transhydrogenase activity is consistent with previous biochemical studies and likely evolved to balance NADPH supply with demand for fatty acid synthesis. Unfortunately, this feedback control mechanism has largely disappeared from metabolic engineering studies in E. coli in the past decades, but it is still a powerful way to improve NADPH flux. The unexpected combination of "F" and "Z" valves is contrary to standard thinking about NADPH fluxes, as Zwf is often considered one of the major sources of NADPH in cells, and reducing Zwf activity is intended to increase NADPH supply. It didn't rank high on the list of changes.

NAPHA 풀과 본 발명의 결과 간에 연관성이 없는 이유를 해명하기 위해, 본 발명자들은 도 1에 예시된 바와 같이 개념 모델을 개발하였다. "Z" 밸브는 산화제 및 NADPH 수준에 민감한 SoxRS 레굴론을 활성화하는 NADPH 풀의 감소를 야기한다. SoxRS 활성화는 피루베이트 산화를 높은 비율로 유지하는데 필요한 Pfo의 발현 증가로 이어지며, Fpr을 통해 NADPH가 생성된다. 독특하게도, 본 실험에서는 Pfo 및 Fpr을 이용하여 NADPH를 생산하기 위해 이전에 발표된 바 없는 경로들을 동정하였으며, Fpr이 생체내 가역적인 반응을 촉매한다는 것을 확인하였다. Pfo 발현은 피루베이트 산화 및 당 소모뿐 아니라 TAC 회로를 통한 NADH 생성에 필요하다. 증가된 TCA 플럭스는 최대 NADPH 플럭스를 위해 PntAB의 기질로서 요구되는 과량의 NADH를 생산한다. TCA 회로 ("G" 밸브, 도 15B) 교란은 NADH 생산 및 아세틸-CoA 소모를 정지시켜, NADPH 플럭스가 크게 감소한다. "F" 밸브로 인해 증가된 NADPH 수준은 논의된 결과들에 비추어 의미가 있으며, 막 결합형 트랜스하이드로게나제, PntAB의 활성 증가에 기인한다. 용해성 트랜스하이드로게나제 (UdhA, 도 15D) 수준 감소는 NADPH 수준 증가로 이어지며 (도 19), 이는 아마도 SoxRS 활성화 및 Pfo 발현을 떨어뜨린다. 간단히, 대사 네트워크는 감소된 NADPH 및 아실-CoA 풀을 보완하기 위해 당 소모 및 NADPH 플럭스를 증가시킴으로써 반응한다. 만일 "설정" 값 NADPH 풀이 회복되거나 또는 계속적인 당 이화작용이 중단되면, 계속적인 NADPH 플럭스는 중단된다.To elucidate the reason for the lack of association between the NAPHA pool and our results, the inventors developed a conceptual model as illustrated in FIG. 1 . The "Z" valve causes a decrease in the NADPH pool that activates SoxRS regulon, which is sensitive to oxidants and NADPH levels. SoxRS activation leads to increased expression of Pfo, which is required to maintain high rates of pyruvate oxidation, and NADPH is produced through Fpr. Uniquely, this experiment identified previously unpublished pathways for NADPH production using Pfo and Fpr, and confirmed that Fpr catalyzes a reversible reaction in vivo. Pfo expression is required for pyruvate oxidation and sugar consumption as well as NADH production through the TAC cycle. Increased TCA flux produces excess NADH required as a substrate for PntAB for maximal NADPH flux. Disruption of the TCA cycle ("G" valve, Figure 15B) halts NADH production and acetyl-CoA consumption, resulting in a large reduction in NADPH flux. The increased NADPH level due to the "F" valve is significant in light of the results discussed and is due to increased activity of the membrane-bound transhydrogenase, PntAB. Decreased soluble transhydrogenase (UdhA, FIG. 15D) levels lead to increased NADPH levels ( FIG. 19 ), which presumably reduces SoxRS activation and Pfo expression. Briefly, the metabolic network responds by increasing sugar consumption and NADPH fluxes to compensate for the reduced NADPH and acyl-CoA pools. If the "set" NADPH pool is restored or continued sugar catabolism ceases, the continued NADPH flux ceases.

마지막으로, NADPH 플럭스 강화 및 자일리톨 생산을 유도하는 대사 상태는 중심적인 대사산물로 인한 피드백 저해 조작을 기반으로 하므로, 증식 연계 공정에서 식별 및/또는 조작하기 어려울 것이다. 이러한 중심적인 대사 조절 회로는 증식을 최적화하고 환경적 및 생리학적 교란에 대해 적응하여 반응할 수 있도록 플럭스의 균형을 유지하도록 진화되었다. 동적 대사 조절, 특히 2-단계 동적 대사 조절은 세포 증식 또는 생존에는 영향을 미치지 않으면서 중심적인 대사산물의 수준을 조작하는데에 특히 적합하다. 이러한 방식은 중심적인 조절 기전의 발굴과 조작으로 이어질 수 있으며, 이는 이후 대사 플럭스를 강화하고 향후 대사 조작 전략을 촉구할 가능성이 높다.Finally, the metabolic states leading to NADPH flux enhancement and xylitol production will be difficult to identify and/or manipulate in proliferation-linked processes, as they are based on feedback inhibition manipulations due to central metabolites. These central metabolic regulatory circuits have evolved to balance fluxes to optimize proliferation and to respond adaptively to environmental and physiological perturbations. Dynamic metabolic regulation, particularly two-step dynamic metabolic regulation, is particularly suited to manipulating levels of key metabolites without affecting cell proliferation or survival. This approach may lead to the discovery and manipulation of central regulatory mechanisms, which will likely enhance metabolic flux and prompt future metabolic engineering strategies.

SEQUENCE LISTING <110> DUKE UNIVERSITY <120> METHODS AND COMPOSITIONS FOR THE PRODUCTION OF XYLITOL FROM XYLOSE UTILIZING DYNAMIC METABOLIC CONTROL <130> 49186-46 <150> 63/004,740 <151> 2020-04-03 <150> 63/056,085 <151> 2020-07-24 <160> 31 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 1487 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 1 gatacgatgg cactggcgct gaaaattgca gcgcgcatga ttgaagatgg cgagctggat 60 aaacgcatcg cgcagcgtta ttccggctgg aatagcgaat tgggccagca aatcctgaaa 120 ggccaaatgt cactggcaga tttagccaaa tatgctcagg aacatcattt gtctccggtg 180 catcagagtg gtcgccagga acaactggaa aatctggtaa accattatct gttcgacaaa 240 gcggccaacg atgaaaacta ttctgaaaac tatgcggatg cgtcttaatg ataaggaccg 300 tgttgacaat taatcatcgg catagtatat cggcatagta taatacgaca aggtgaggaa 360 ctaaaccatg agtattcaac atttccgtgt cgcccttatt cccttttttg cggcattttg 420 ccttcctgtt tttgctcacc cagaaacgct ggtgaaagta aaagatgctg aagatcagtt 480 gggtgcacga gtgggttaca tcgaactgga tctcaacagc ggtaagatcc ttgagagttt 540 acgccccgaa 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COMPOSITIONS FOR THE PRODUCTION OF XYLITOL FROM XYLOSE UTILIZING DYNAMIC METABOLIC CONTROL <130> 49186-46 <150> 63/004,740 <151> 2020-04-03 <150> 63/056,08 <151> 2020-07-24 <160> 31 <170> PatentIn version 3.5 <210> 1 <211> 1487 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Synthetic <400> 1 gatacgatgg cactggcgct gaaaattgca gcgcgcatga ttgaagatgg cgagctggat 60 aaacgcatcg cgcagcgtta ttccggctgg aatagcgaat tgggccagca aatcctgaaa 120 ggccaaatgt cactggcaga tttagccaaa tatgctcagg aacatcattt gtctccggtg 180 catcagagtg gtcgccagga acaactggaa aatctggtaa accattatct gttcgacaaa 240 gcggccaacg atgaaaacta ttctgaaaac tatgcggatg cgtcttaatg ataaggaccg 300 tgttgacaat taatcatcgg catagtatat cggcatagta taatacgaca aggtgaggaa 360 ctaaaccatg agtattcaac atttccgtgt cgcccttatt cccttttttg cggcattttg 420 ccttcctgtt tttgctcacc cagaaacgct ggtgaaagta aaagatgctg aagatcagtt 480 gggtgcacga gtgggttaca tcgaactgga tctcaacagc ggtaagatcc ttgagagttt 540 acgccccgaa gaacgttt tc caatgatgag cacttttaaa gttctgctat gtggcgcggt 600 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Claims (31)

자일로스로부터 자일리톨을 생산하기 위한 유전자 변형된 미생물로서,
자일로스 리덕타제의 발현에 대한 유도성 변형, 및
유도성 합성 대사 밸브를 포함하고,
상기 밸브는,
하나 이상의 효소를 암호화하는 하나 이상의 유전자의 유전자 발현 침묵을 특징으로 하는 유전자 발현-침묵 합성 대사 밸브, 또는
하나 이상의 효소의 효소적 변성을 유도하는 것을 특징으로 하는 효소적 변성 합성 대사 밸브, 또는
이들의 조합
을 포함하는, 유전자 변형된 미생물.
As a genetically modified microorganism for producing xylitol from xylose,
inducible modification of the expression of xylose reductase, and
Including an inducible synthetic metabolic valve,
the valve,
A gene expression-silenced synthetic metabolic valve characterized by gene expression silencing of one or more genes encoding one or more enzymes, or
An enzymatically modified synthetic metabolic valve characterized by inducing enzymatic denaturation of one or more enzymes, or
combination of these
Including, genetically modified microorganisms.
제1항에 있어서, 상기 자일로스 리덕타제가 NADPH 의존적인 자일로스 리덕타제인, 유전자 변형된 미생물.The genetically modified microorganism according to claim 1, wherein the xylose reductase is a NADPH-dependent xylose reductase. 제1항에 있어서, 상기 자일로스 리덕타제가 아스퍼질러스 나이거 (A. niger)의 xyrA 유전자인, 유전자 변형된 미생물.The genetically modified microorganism according to claim 1, wherein the xylose reductase is the xyrA gene of Aspergillus niger ( A. niger ). 제1항에 있어서, 상기 유전자 변형된 미생물이 자일로스 공급원료로부터 자일리톨을 생산하는, 유전자 변형된 미생물.The genetically modified microorganism of claim 1, wherein the genetically modified microorganism produces xylitol from a xylose feedstock. 제1항에 있어서, 상기 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 상기 효소적 변성 합성 대사 밸브가 자일로스 이소머라제를 암호화하는 유전자 또는 자일로스 이소머라제 효소에 대한 조절을 지시하는, 유전자 변형된 미생물.The genetically modified microorganism according to claim 1, wherein the gene-silenced synthetic metabolic valve or the enzymatically modified synthetic metabolic valve directs regulation of a gene encoding xylose isomerase or a xylose isomerase enzyme. 제1항에 있어서, 상기 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 상기 효소적 변성 합성 대사 밸브가 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제를 암호화하는 유전자 (zwf) 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소에 대한 조절을 지시하는, 유전자 변형된 미생물.The method of claim 1, wherein the gene-silent synthetic metabolic valve or the enzymatically modified synthetic metabolic valve is a gene encoding glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) or glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) genetically modified microorganisms that direct control over enzymes. 제1항에 있어서, 상기 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 상기 효소적 변성 합성 대사 밸브가 하기를 포함하여 2종 이상의 유전자에 대한 조절을 지시하는, 유전자 변형된 미생물:
글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제를 암호화하는 유전자 (zwf) 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소; 및
자일로스 이소머라제를 암호화하는 유전자 또는 자일로스 이소머라제 효소.
The genetically modified microorganism according to claim 1, wherein the gene-silenced synthetic metabolic valve or the enzymatically modified synthetic metabolic valve directs regulation of two or more genes, including:
a gene encoding glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) or a glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) enzyme; and
A gene encoding xylose isomerase or a xylose isomerase enzyme.
제1항에 있어서, 상기 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 상기 효소적 변성 합성 대사 밸브가 하기를 포함하여, 2종 이상의 유전자에 대한 조절을 지시하는, 유전자 변형된 미생물:
글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제를 암호화하는 유전자 (zwf) 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소; 및
에노일-ACP 리덕타제를 암호화하는 유전자 (fabI) 또는 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 효소.
The genetically modified microorganism of claim 1, wherein the gene-silenced synthetic metabolic valve or the enzymatically modified synthetic metabolic valve directs regulation of two or more genes, including:
a gene encoding glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) or a glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) enzyme; and
A gene encoding enoyl-ACP reductase ( fabI ) or an enoyl-ACP reductase ( fabI ) enzyme.
제1항에 있어서, 상기 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 상기 효소적 변성 합성 대사 밸브가 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제를 암호화하는 유전자 (zwf)의 침묵; 및 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소와 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 효소의 효소 변성으로 이루어지는, 유전자 변형된 미생물.The method according to claim 1, wherein the gene-silenced synthetic metabolic valve or the enzymatically modified synthetic metabolic valve is silencing the gene encoding glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ); and a genetically modified microorganism consisting of enzymatic modification of glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) and enoyl-ACP reductase ( fabI ) enzymes. 제1항에 있어서, 상기 자일로스 리덕타제의 발현, 상기 유전자 발현-침묵 합성 대사 밸브 및 상기 효소적 변성 합성 대사 밸브가 다단계 생물발효 공정의 전이 상태 (transition phase)의 조건 하에 유도되는, 유전자 변형된 미생물.The genetic modification according to claim 1, wherein the expression of the xylose reductase, the gene expression-silencing synthetic metabolic valve and the enzymatically modified synthetic metabolic valve are induced under conditions of a transition phase of a multi-step biofermentation process. microorganisms. 제1항에 있어서, 상기 유도가 영양분 고갈에 의해 발생되는, 유전자 변형된 미생물.The genetically modified microorganism of claim 1 , wherein the induction is caused by nutrient depletion. 제1항에 있어서, 상기 유도가 포스페이트 고갈에 의해 발생되는, 유전자 변형된 미생물.The genetically modified microorganism of claim 1 , wherein the induction is caused by phosphate depletion. 제1항에 있어서, 염색체 결손을 추가로 포함하는, 유전자 변형된 미생물.The genetically modified microorganism of claim 1 , further comprising a chromosomal defect. 제1항에 있어서, 상기 유전자 발현의 침묵이 CRISPR 간섭을 포함하고, 상기 유전자 변형된 미생물이 캐스케이스 가이드 어레이를 또한 발현하고, 상기 어레이가 복수의 유전자들의 동시적인 침묵화를 위해 여러가지 유전자를 표적화하는 각각 특이적인 소형 가이드 RNA를 암호화하는 2종 이상의 유전자를 포함하는, 유전자 변형된 미생물.The method of claim 1 , wherein the silencing of gene expression comprises CRISPR interference, and the genetically modified microorganism also expresses a cascade guide array, wherein the array targets multiple genes for simultaneous silencing of multiple genes. A genetically modified microorganism comprising two or more genes each encoding a specific small guide RNA. 제1항에 있어서 상기 미생물이 자일리톨을 생물발효 공정에서 약 24시간에 20 g/L보다 높은 생산 역가로 생산하는, 유전자 변형된 미생물.The genetically modified microorganism according to claim 1, wherein the microorganism produces xylitol at a production titer higher than 20 g/L in about 24 hours in a biofermentation process. 유전자 변형된 미생물로부터 자일리톨을 생산하기 위한 다단계 발효 생물공정으로서,
(a) 자일러스 리덕타제의 발현 변형; 및 합성 대사 밸브를 포함하는, 유전자 변형된 미생물을 제공하는 단계; 및
(b) 상기 유전자 변형된 미생물을 자일로스 공급원료가 함유된 배지에서 증식시키는 단계;
(c) 상기 미생물의 증식을 늦추거나 또는 중단시키도록 합성 대사 밸브(들)를 유도함으로써 증식기에서 자일리톨 생산기로 전이시키는 단계; 및
(d) 자일리톨을 생산하는 단계를 포함하고,
상기 합성 대사 밸브가 하나 이상의 효소를 암호화하는 하나 이상의 유전자의 유전자 발현 침묵을 특징으로 하는 유전자 발현-침묵 합성 대사 밸브, 또는 하나 이상의 효소의 효소적 변성을 유도하는 것을 특징으로 하는 효소적 변성 합성 대사 밸브, 또는 이들의 조합을 포함하고,
각각의 합성 대사 밸브에서 하나 이상의 효소가 동일하거나 또는 상이한, 다단계 발효 생물공정.
A multi-step fermentation bioprocess for producing xylitol from genetically modified microorganisms,
(a) expression modification of xylose reductase; and a synthetic metabolic valve; and
(b) growing the genetically modified microorganism in a medium containing a xylose feedstock;
(c) transitioning from the proliferative phase to the xylitol producing phase by inducing the synthetic metabolic valve(s) to slow or stop the growth of the microorganism; and
(d) producing xylitol;
Gene expression-silencing synthetic metabolic valve characterized by silencing of gene expression of one or more genes encoding one or more enzymes, or enzymatically modified synthetic metabolism, characterized in that the synthetic metabolic valve induces enzymatic denaturation of one or more enzymes a valve, or a combination thereof;
A multi-step fermentation bioprocess in which one or more enzymes in each synthetic metabolic valve are the same or different.
제16항에 있어서, 상기 유전자 변형된 미생물의 유전자-침묵 합성 대사 밸브 또는 상기 효소적 변성 합성 대사 밸브가 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제를 암호화하는 유전자 (zwf) 또는 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 (zwf) 효소; 에노일-ACP 리덕타제를 암호화하는 유전자 (fabI) 또는 에노일-ACP 리덕타제 (fabI) 효소; 및 자일로스 이소머라제를 암호화하는 유전자 또는 자일로스 이소머라제 효소로 이루어진 군으로부터 선택되는 2 이상의 유전자에 대한 조절을 지시하는, 다단계 발효 생물공정.The method of claim 16, wherein the gene-silent synthetic metabolic valve of the genetically modified microorganism or the enzymatically modified synthetic metabolic valve is a gene encoding glucose-6-phosphate dehydrogenase ( zwf ) or glucose-6-phosphate dehydrogenase hydrogenase ( zwf ) enzyme; gene encoding enoyl-ACP reductase ( fabI ) or enoyl-ACP reductase ( fabI ) enzyme; and a gene encoding xylose isomerase or a xylose isomerase enzyme. 제16항에 있어서, 상기 생물공정이 자일리톨을 생물발효 공정에서 약 24시간에 20 g/L보다 높은 생산 역가로 생산하는, 다단계 발효 생물공정.17. The multi-stage fermentation bioprocess of claim 16, wherein the bioprocess produces xylitol at a production titer greater than 20 g/L in about 24 hours in a biofermentation process. 제16항에 있어서, 전이 상태가 배양 배지의 포스페이트 고갈에 의해 발생하는, 다단계 발효 생물공정.17. The multi-stage fermentation bioprocess according to claim 16, wherein the transition state is caused by phosphate depletion of the culture medium. 제16항에 있어서, 상기 유전자 변형된 미생물이 염색체 결손을 추가로 포함하는, 다단계 발효 생물공정.17. The multi-stage fermentation bioprocess of claim 16, wherein the genetically modified microorganism further comprises a chromosomal defect. 자일리톨을 생산하기 위한 유전자 변형된 미생물로서,
상기 미생물이 자일로스 이소머라제의 유도성 감소; 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 활성의 유도성 감소를 포함하고,
상기 미생물이 유도시 공급원료 자일로스로부터 자일리톨을 생산하는, 미생물.
As a genetically modified microorganism for producing xylitol,
reducing the inducibility of xylose isomerase by the microorganism; comprising an inducible decrease in glucose-6-phosphate dehydrogenase activity;
A microorganism, wherein the microorganism produces xylitol from feedstock xylose upon induction.
제21항에 있어서, 상기 미생물이 E. coli 미생물인, 유전자 변형된 미생물.22. The genetically modified microorganism of claim 21, wherein the microorganism is an E. coli microorganism. 제21항에 있어서, 상기 유도가 영양분 고갈에 의해 발생하는, 유전자 변형된 미생물.22. The genetically modified microorganism of claim 21, wherein the induction occurs by nutrient depletion. 제21항에 있어서, 상기 유도가 포스페이트 고갈에 의해 발생하는, 유전자 변형된 미생물.22. The genetically modified microorganism of claim 21, wherein the induction occurs by phosphate depletion. 제21항의 유전자 변형된 미생물로부터 자일리톨을 생산하기 위한 다단계 발효 생물공정으로서,
(a) 유전자 변형된 미생물을 제공하는 단계;
(b) 상기 유전자 변형된 미생물을 자일로스 공급원료가 함유된 배지에서 증식시키는 단계;
(c) 상기 미생물의 증식을 늦추거나 또는 중단시키도록 합성 대사 밸브(들)를 유도함으로써 증식기에서 자일리톨 생산기로 전이하는 단계; 및
(d) 자일리톨을 생산하는 단계를 포함하는, 다단계 발효 생물공정.
A multi-step fermentation bioprocess for producing xylitol from the genetically modified microorganism of claim 21,
(a) providing a genetically modified microorganism;
(b) growing the genetically modified microorganism in a medium containing a xylose feedstock;
(c) transitioning from the proliferative phase to the xylitol producing phase by inducing the synthetic metabolic valve(s) to slow or stop the growth of the microorganism; and
(d) a multi-step fermentation bioprocess comprising producing xylitol.
자일리톨을 생산하기 위한 유전자 변형된 미생물로서,
상기 미생물이 자일로스 리덕타제의 유도성 감소; 글루코스-6-포스페이트 데하이드로게나제 활성의 유도성 감소; 에노일-ACP 리덕타제의 유도성 감소를 포함하고,
상기 미생물이 유도시 공급원료 자일로스로부터 자일리톨을 생산하는, 유전자 변형된 미생물.
As a genetically modified microorganism for producing xylitol,
Reducing the inducibility of xylose reductase by the microorganism; an inducible decrease in glucose-6-phosphate dehydrogenase activity; Including inducible reduction of enoyl-ACP reductase,
A genetically modified microorganism, wherein the microorganism produces xylitol from feedstock xylose upon induction.
제26항에 있어서, 상기 미생물이 E. coli 미생물인, 유전자 변형된 미생물.27. The genetically modified microorganism of claim 26, wherein the microorganism is an E. coli microorganism. 제26항에 있어서, 상기 유도가 영양분 고갈에 의해 발생하는, 유전자 변형된 미생물.27. The genetically modified microorganism of claim 26, wherein the induction occurs by nutrient depletion. 제26항에 있어서, 상기 유도가 포스페이트 고갈에 의해 발생하는, 유전자 변형된 미생물.27. The genetically modified microorganism of claim 26, wherein the induction occurs by phosphate depletion. 제26항의 유전자 변형된 미생물로부터 자일리톨을 생산하기 위한 다단계 발효 생물공정으로서,
(a) 유전자 변형된 미생물을 제공하는 단계;
(b) 상기 유전자 변형된 미생물을 자일로스 공급원료가 함유된 배지에서 증식시키는 단계;
(c) 상기 미생물의 증식을 늦추거나 또는 중단시키도록 합성 대사 밸브(들)를 유도함으로써 증식기에서 자일리톨 생산기로 전이하는 단계; 및
자일로스 리덕타제의 발현을 유도하여, (d) 자일리톨을 생산하는 단계를 포함하는, 다단계 발효 생물공정.
A multi-step fermentation bioprocess for producing xylitol from the genetically modified microorganism of claim 26,
(a) providing a genetically modified microorganism;
(b) growing the genetically modified microorganism in a medium containing a xylose feedstock;
(c) transitioning from the proliferative phase to the xylitol producing phase by inducing the synthetic metabolic valve(s) to slow or stop the growth of the microorganism; and
A multi-step fermentation bioprocess comprising inducing the expression of xylose reductase to (d) produce xylitol.
유전자 변형된 미생물로서,
막 결합형 트랜스하이드로게나제의 활성이 증가되고; 피루베이트 페레독신옥시도리덕타제의 활성이 증가되고; NADPH 의존적인 페레독신리덕타제의 활성이 증가되며,
상기 미생물이 생합성에 NADPH를 필요로 하는 하나 이상의 화학적 생산물을 생산하는, 유전자 변형된 미생물.
As a genetically modified microorganism,
the activity of membrane-bound transhydrogenase is increased; the activity of pyruvate ferredoxin oxidoreductase is increased; NADPH-dependent ferredoxin reductase activity is increased,
A genetically modified microorganism, wherein the microorganism produces one or more chemical products that require NADPH for biosynthesis.
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