KR20230120591A - A method of UGT enzyme of thermostability or high efficiency for producing rebaudioside - Google Patents

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고성령
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Abstract

The present invention relates to a UGT enzyme (UDP-glycosyltransferase) variant with improved stability or conversion activity and a method for producing a UGT enzyme using the same. The UGT enzyme variant of the present invention stably can produce rebaudioside or significantly improve the production efficiency of rebaudioside A, to be able to effectively produce rebaudioside with excellent characteristics, and to be expected to have a wide range of industrial applications including food, feed, and medicine utilizing rebaudioside.

Description

레바우디오사이드 생산 내열성 또는 고효율의 UGT 효소 제조방법 {A method of UGT enzyme of thermostability or high efficiency for producing rebaudioside}Method for producing rebaudioside heat resistance or high efficiency UGT enzyme {A method of UGT enzyme of thermostability or high efficiency for producing rebaudioside}

본 발명은 안정성 또는 전환 활성이 향상된 UGT 효소 (UDP-glycosyltransferase) 변이체 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a UGT enzyme (UDP-glycosyltransferase) mutant having improved stability or conversion activity and a method for preparing the same.

세계보건기구(WHO)의 당 섭취에 따른 질병(비만) 우려에 따라 일일 당 섭취량을 낮출 것을 권고함에 따라, 선진국을 중심으로 정부 주도하에 다양한 당류 섭취량을 줄이기 위한 정책이 활발히 논의 중이다. 이에 시장에서는 설탕 및 고과당을 대신할 다양한 대체감미료소재에 대한 니즈가 증가하고 있어, 대체감미료 소재가 지속적으로 개발, 상용화 되고 있다.As the World Health Organization (WHO) recommends lowering the daily sugar intake according to concerns about disease (obesity) caused by sugar intake, policies to reduce the intake of various sugars are actively discussed under the leadership of governments in developed countries. Accordingly, there is an increasing need for various alternative sweetener materials to replace sugar and high fructose in the market, and alternative sweetener materials are continuously being developed and commercialized.

대체감미료로는 합성고감미료(Saccharin, Aspartame, Sucralose 등), 합성당알콜류(Maltitol, Xylitol), 고감미료(레바우디오사이드 A, Liquorice)으로 지속적으로 변화되고 있다. 그러나 지속적인 합성감미료의 안전성에 대한 우려로 천연감미료에 대한 고객의 니즈가 지속적으로 커지고 있으나, 천연감미료 특유의 이미ㆍ이취의 맛 속성 한계로 기존의 합성감미료 중심의 저칼로리ㆍ제로칼로리제품을 본격적으로 대체하지 못하고 있는 실정이다. Alternative sweeteners are continuously changing to synthetic high sweeteners (Saccharin, Aspartame, Sucralose, etc.), synthetic sugar alcohols (Maltitol, Xylitol), and high sweeteners (Rebaudioside A, Liquorice). However, customer needs for natural sweeteners continue to grow due to concerns over the safety of synthetic sweeteners. It is currently unable to do so.

이와 관련하여, 최근 상당한 주목을 받고 있는 천연의 고감미료는 스테비아의 잎에서 추출한 스테비아 감미료이다. 스테비아 감미료는 열량을 내지 않고 혈중 포도당과 인슐린 수준에 긍정적이며, 인체에 부작용이 없는 것으로 보고되어 대체감미료로서의 잠재력이 높으나, 쓴맛이 강하게 발현되는 단점으로 설탕 저감 사용에 한계가 있다.In this regard, a natural high sweetener that has recently received considerable attention is a stevia sweetener extracted from the leaves of stevia. Stevia sweetener has high potential as an alternative sweetener as it is reported to have no calories, is positive for blood glucose and insulin levels, and has no side effects on the human body.

한편, 스테비아는 남미 파라과이를 원산지로 하는 국화과 다년생 식물로, 학명은 스테비아 레바우디아나 베르토니(Stevia rebaudiana Bertoni)이다. 스테비아 잎에는 설탕의 200-300배 이상의 감미를 갖는 성분이 존재하기 때문에, 이 감미 성분을 추출하여 천연 감미료로서 이용한다. 스테비아 추출물의 감미성분에는 스테비오사이드, 레바우디오사이드 A, 레바우디오사이드 C, 레바우디오사이드 D, 레바우디오사이드 M, 레바우디오사이드 I, 레바우디오사이드 E 등의 다양한 스테비올 배당체가 포함되어 있다.Meanwhile, stevia is an Asteraceae perennial plant native to Paraguay, South America, and its scientific name is Stevia rebaudiana Bertoni. Since stevia leaves contain components that are 200 to 300 times sweeter than sugar, these sweet components are extracted and used as natural sweeteners. The sweetening components of stevia extract include various steviol glycosides such as stevioside, rebaudioside A, rebaudioside C, rebaudioside D, rebaudioside M, rebaudioside I, and rebaudioside E. is included.

스테비오사이드(stevioside)는 단맛이 강하고 칼로리가 거의 없어 다양한 스테비오사이드 제조방법(KR 10-1995-0005996)이 존재하지만, 뒷맛이 깔끔하지 않고 쓴맛을 느낄 수 있다는 단점이 존재한다. 레바우디오사이드 A(rebaudioside A)는 분자식 C44H70O23, 분자량 967.01을 가지는 디테르페노이드(diterpenoid) 계열의 화합물로서, 레바우디오사이드 A(rebaudioside A) 또는 (4α)-13-[(2-O-β-D-glucopyranosyl-3-O-β-D-glucopyranosyl-β-D-glucopyranosyl)-oxy]kaur-6-en-8-oic acid β-D-glucopyranosyl ester로 명명된다. 스테비아(Stevia rebaudiana Bertoni.)의 잎으로부터 분리할 수 있으며, 피리딘, 메탄올, 에탄올 등의 용매에 녹는 것으로 알려져 있다.Stevioside has a strong sweet taste and almost no calories, so there are various methods for producing stevioside (KR 10-1995-0005996), but there is a disadvantage that the aftertaste is not clear and a bitter taste can be felt. Rebaudioside A is a diterpenoid-based compound having a molecular formula of C44H70O23 and a molecular weight of 967.01. Rebaudioside A or (4α)-13-[(2-O) It is named as -β-D-glucopyranosyl-3-O-β-D-glucopyranosyl-β-D-glucopyranosyl)-oxy]kaur-6-en-8-oic acid β-D-glucopyranosyl ester. It can be isolated from the leaves of Stevia (Stevia rebaudiana Bertoni.) and is known to be soluble in solvents such as pyridine, methanol, and ethanol.

UDP(Uridine diphosphate)-당전이효소 (UGT, UDP-glycosyltransferase) 는 UDP-당으로부터 호르몬 및 2차 대사물질과 같은 다양한 대사물질로 당을 전달하는 효소이다. 내열성이 높은 UGT 효소는 공정 반응 중 높은 열에 안정성, 화학적 변성제에 대한 내성, 높은 저장 안정성, 반응 속도 및 촉매 활성 증가, 반응 혼합물의 낮은 점도, 반응 중 물질 전달 개선, 미생물 효소 생산에 있어 오염 위험 감소 및 유기 용매에 대한 내성 효과를 가질 수 있으나, 이에 대한 연구는 미비한 실정이다. Uridine diphosphate (UDP)-glycosyltransferase (UGT) is an enzyme that transfers sugar from UDP-sugar to various metabolites such as hormones and secondary metabolites. UGT enzymes with high heat resistance have stability to high heat during processing reactions, resistance to chemical denaturants, high storage stability, increased reaction rate and catalytic activity, low viscosity of reaction mixtures, improved mass transfer during reactions, reduced risk of contamination in microbial enzyme production And it may have a resistance effect on organic solvents, but research on this is insufficient.

이러한 배경 하에, 본 발명자들은 내열성이 우수하거나, 레바우디오사이드 Ⅰ 합성은 감소시키고 레바우디오사이드 A의 생산 효율을 높인 효소 변이체를 완성하였다.Under this background, the present inventors have completed enzyme variants with excellent heat resistance, reduced synthesis of Rebaudioside I and increased production efficiency of Rebaudioside A.

본 발명의 하나의 목적은 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열을 포함하는, UGT 효소 (UDP-glycosyltransferase) 변이체를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a UGT enzyme (UDP-glycosyltransferase) mutant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4.

본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 UGT 효소 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드; 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는, 발현벡터; 및 상기 발현벡터가 도입된 형질전환체를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is a polynucleotide encoding the UGT enzyme variant; an expression vector comprising the polynucleotide; and to provide a transformant into which the expression vector is introduced.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 UGT 효소 변이체를 유효성분으로 포함하는, 레바우디오사이드 생산용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a composition for producing rebaudioside, comprising the UGT enzyme variant as an active ingredient.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 (a) 상기 형질전환체를 배양하는 단계; 및 (b) 상기 형질전환체의 배양물로부터 UGT 효소 변이체를 분리하는 단계를 포함하는 UGT 효소 변이체 생산방법을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is (a) culturing the transformant; and (b) isolating the UGT enzyme variant from the culture of the transformant.

이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 발명에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 발명의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 발명의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.A detailed description of this is as follows. Meanwhile, each description and embodiment disclosed in the present invention may also be applied to each other description and embodiment. That is, all combinations of the various elements disclosed herein fall within the scope of the present invention. In addition, it cannot be seen that the scope of the present invention is limited by the specific descriptions described below.

본 발명의 하나의 양태는 서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열을 포함하는, UGT 효소 (UDP-glycosyltransferase) 변이체를 제공한다.One aspect of the present invention provides a UGT enzyme (UDP-glycosyltransferase) mutant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4.

본 발명의 용어, "UGT (UDP(Uridine diphosphate)-당전이효소, UDP-glycosyltransferase)"는 글리코실 공여자(glycosyl donor)로부터 글리코실 수용분자(glycosyl acceptor molecule)로 단당류 모이어티를 전달(transfer)하는 활성을 지닌 효소를 의미한다. The term of the present invention, "UGT (UDP (Uridine diphosphate)-glycosyltransferase)" refers to transfer of a monosaccharide moiety from a glycosyl donor to a glycosyl acceptor molecule means an enzyme that has the activity of

본 발명에서 UGT효소는 스테비오사이드를 기질로 레바우디오사이드 A, 레바우디오사이드 A를 기질로 레바우디오사이드 Ⅰ로 전환하는 당전이 활성(β-1,3 당전이) 또는 레바우디오사이드 D에서 레바우디오사이드 M으로 전환하는 당전이 활성을 가질 수 있다. In the present invention, the UGT enzyme has a glycosyltransfer activity (β-1,3 glycosyltransfer) or rebaudioside that converts stevioside to rebaudioside A as a substrate and rebaudioside A to rebaudioside I as a substrate. It may have glycotransfer activity to convert D to Rebaudioside M.

본 발명의 일 실시예에서는 서열번호 2 아미노산 서열로 정의되는 UGT 효소 변이체를'76_7', 서열번호 4의 아미노산 서열로 정의되는 UGT 효소 변이체를 '76_4'로 명명하였다.In one embodiment of the present invention, the UGT enzyme variant defined by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 was named '76_7', and the UGT enzyme variant defined by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 was named '76_4'.

이와 같이 UGT 효소 변이체는 서열번호 2 또는 4로 기재한 아미노산 서열뿐만 아니라, 상기 서열과 70% 이상, 구체적으로는 80% 이상, 더욱 구체적으로는 90% 이상, 보다 더욱 구체적으로는 95% 이상, 더욱더 구체적으로는 98% 이상, 가장 구체적으로는 99% 이상의 유사성을 나타내는 아미노산 서열로서 실질적으로 당전이 활성을 갖는 단백질이라면, 제한 없이 포함하며, 또한 실질적으로 UGT 효소 변이체와 동일하거나 상응하는 생물학적 활성을 갖는 아미노산 서열이라면, 상기 서열번호 2 또는 4에 기재한 아미노산 서열에서 일부 서열이 결실, 변형, 치환 또는 부가된 아미노산 서열을 갖는 단백질 변이체도 본 발명의 범위 내에 포함됨은 자명하다.As such, the UGT enzyme variant is not only the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 or 4, but also 70% or more, specifically 80% or more, more specifically 90% or more, more specifically 95% or more, More specifically, amino acid sequences exhibiting a similarity of 98% or more, most specifically, 99% or more, including without limitation, any protein having substantially glycosyltransfer activity, and also having substantially the same or corresponding biological activity as the UGT enzyme variant. If it is an amino acid sequence having, it is obvious that a protein variant having an amino acid sequence in which a part of the sequence is deleted, modified, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2 or 4 is also included within the scope of the present invention.

본 발명에서 용어, "유사성"은 두 개의 폴리뉴클레오티드 또는 폴리펩타이드 모이티 사이의 동일성의 퍼센트를 말한다. 하나의 모이티로부터 다른 하나의 모이티까지의 서열 간 상동성은 알려진 당해 기술에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 상동성은 서열정보를 정렬하고 용이하게 입수 가능한 컴퓨터 프로그램을 이용하여 두 개의 폴리뉴클레오티드 분자 또는 두 개의 폴리펩티드 분자 간의 서열 정보를 직접 정렬하여 결정될 수 있다. 상기 컴퓨터 프로그램은 BLAST(NCBI), CLC Main Workbench(CLC bio), MegAlignTM(DNASTAR Inc) 등일 수 있으나, 상동성을 결정할 수 있는 프로그램이라면 제한 없이 이용할 수 있다. 또한, 폴리뉴클레오티드 간 상동성은 상동 영역 간의 안정된 이중가닥을 이루는 조건하에서 폴리뉴클레오티드를 혼성화한 후, 단일-가닥-특이적 뉴클레아제로 분해시켜 분해된 단편의 크기를 결정함으로써 결정할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.As used herein, the term "similarity" refers to the percentage of identity between two polynucleotide or polypeptide moieties. Homology between sequences from one moiety to another can be determined by known art techniques. For example, homology can be determined by aligning the sequence information and directly aligning the sequence information between two polynucleotide molecules or two polypeptide molecules using a readily available computer program. The computer program may be BLAST (NCBI), CLC Main Workbench (CLC bio), MegAlignTM (DNASTAR Inc), etc., but any program capable of determining homology may be used without limitation. In addition, homology between polynucleotides can be determined by hybridizing polynucleotides under the condition of forming stable duplexes between homologous regions, then digesting the polynucleotides with a single-strand-specific nuclease to determine the size of the digested fragments, but is not limited thereto. no.

본 발명에서 상기 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 효소 변이체는 40 - 65°C, 구체적으로 45 - 55°C 에서 내열성을 갖는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.In the present invention, the enzyme variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 may have heat resistance at 40 - 65°C, specifically 45 - 55°C, but is not limited thereto.

본 발명에서, "내열성"은 고온 환경에서도 효소의 활성을 잃지 않고 본래의 활성을 나타낼 수 있는 성질을 의미하며, 효소의 내열성은 목적 산물을 생산하는 공정에서 다양한 이점을 갖는다. 구체적으로 유기 용매에 대한 내성, 반응 시 향상된 열적 안정성, 화학적 저해제에 대한 내성, 높은 저장 안정성, 반응 속도와 효소 활성 증가, 반응물의 낮은 점성, 반응 시 향상된 물질 이동, 미생물 효소 생산 시 오염 위험 감소 등 이점을 가질 수 있다. In the present invention, "heat resistance" refers to the property of exhibiting original activity without losing activity of an enzyme even in a high temperature environment, and the heat resistance of an enzyme has various advantages in the process of producing a target product. Specifically, resistance to organic solvents, improved thermal stability during reaction, resistance to chemical inhibitors, high storage stability, increased reaction rate and enzyme activity, low viscosity of reactants, improved mass transfer during reaction, reduced risk of contamination during microbial enzyme production, etc. can have an advantage.

본 발명에서 상기 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 변이체는 레바우디오사이드 D (Rebaudioside D)에서 레바우디오사이드 M (Rebaudioside M)으로의 전환율이 야생형에 비해 높은 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, the variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 may have a higher conversion rate from Rebaudioside D to Rebaudioside M than that of the wild type, but is not limited thereto. .

본 발명의 일 실시예에서는 76_7 효소 모델은 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로 전환 비율이 대조군 대비 약 50배 이상 높은 것을 확인하였고 (도 7, 도 9), 레바우디오사이드 D에서 레바우디오사이드 M으로 전환 비율 또한 대조군 대비 우수함을 확인하였다 (도 10).In one embodiment of the present invention, the 76_7 enzyme model confirmed that the conversion rate from stevioside to rebaudioside A was about 50 times higher than that of the control group (FIG. 7, FIG. 9), and rebaudioside D to rebaudioside. It was also confirmed that the conversion rate to Side M was superior to that of the control group (FIG. 10).

본 발명에서 상기 서열번호 4 아미노산 서열을 포함하는 효소 변이체는 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로의 전환율을 갖는 것일 수 있으며, 구체적으로 야생형 대비 전환율이 높은 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. In the present invention, the enzyme variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 may have a conversion rate from stevioside to rebaudioside A, and specifically may have a higher conversion rate than the wild type, but is not limited thereto.

본 발명의 용어 "스테비오사이드 (Stevioside)"는 Stevia Rebaudiana Bertoni 잎에 함유되어 있는 천연감미료로 주 감미성분이 스테비올 배당체의 형태를 하고 있다. 감미도가 설탕의 200배에 달하여 저칼로리 감미료로 사용되며 설탕에 비하여 안정성이 우수한 것으로 알려져 있다. 혈당을 증가시키지 않는 특징이 존재하여, 당뇨나 비만 질환을 가진 사람들에게 설탕 대체재가 될 수 있으나, 쓴맛이 있으며 뒷맛(후미)이 깔끔하지 못한 단점이 존재한다. The term "Stevioside" of the present invention is a natural sweetener contained in the leaves of Stevia Rebaudiana Bertoni, and the main sweetening component is in the form of steviol glycosides. It is used as a low-calorie sweetener because its sweetness reaches 200 times that of sugar, and is known to have excellent stability compared to sugar. It has a feature that does not increase blood sugar, so it can be a sugar substitute for people with diabetes or obesity, but it has a bitter taste and an unpleasant aftertaste (aftertaste).

본 발명의 용어, "레바우디오사이드(Rebaudioside, Reb)"는 스테비올 배당체 중 단 맛이 가장 강하고, 스테비아의 감미성분 중 가장 감미도가 높고 감미질이 우수한 성분으로 맛에 청량감이 있으며 쓴 맛이 덜 한 것으로 알려져 있으며, 이 성분을 선택적으로 분리 사용하는 경우도 있으나 원료에 함유된 레바우디오사이드의 양이 적어 경제적이지 못하다. The term of the present invention, "Rebaudioside (Reb)" has the strongest sweet taste among steviol glycosides, the highest sweetness among the sweetness components of stevia, and excellent sweetness, and has a refreshing taste and less bitter taste. However, it is not economical because the amount of rebaudioside contained in the raw material is small.

스테비오사이드에 당을 전이시키면 레바우디오사이드 A가 생성될 수 있으며, 레바우디오사이드 A에 당을 전이시키면 레바우디오사이드 I가 생성될 수 있다. 또한, 레바우디오사이드 D에 당을 전이시키면 레바우디오사이드 M이 생성될 수 있다. 본 발명에서 서열번호 2또는 서열번호 4 아미노산 서열을 포함하는 효소 변이체는 당전이 활성(Glycosyltransferase)을 가질 수 있다.Rebaudioside A can be produced by transferring sugar to stevioside, and rebaudioside I can be produced by transferring sugar to rebaudioside A. In addition, when a sugar is transferred to Rebaudioside D, Rebaudioside M can be produced. In the present invention, an enzyme variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 may have a glycosyltransferase activity.

상기 서열번호 4 아미노산 서열을 포함하는UGT효소 변이체 활성은 기질인 스테비오사이드로부터 레바우디오사이드 A로의 전환율 (RebA의 AUC / 반응 전 ST의 AUC)이 약 50% 이상, 구체적으로 55% 이상, 더욱 구체적으로 60% 이상인 것일 수 있다. 보다 구체적으로 전환율은 50% 내지 100%의 범위, 55% 내지 80%의 범위일 수 있다.The activity of the UGT enzyme mutant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 has a conversion rate (AUC of RebA / AUC of ST before reaction) from stevioside, which is a substrate, to rebaudioside A is about 50% or more, specifically 55% or more, more Specifically, it may be 60% or more. More specifically, the conversion rate may be in the range of 50% to 100% and in the range of 55% to 80%.

본 발명의 일 실시예에서는 76_4효소 변이체를 처리한 경우 스테비오사이로부터 레바우디오사이드 A로 전환되는 비율은 약 60% 이상임을 확인하였다 (도 12). 스테비오사이드로부터 I로의 전환율 및 레바우디오사이드 A로부터 레바우디오사이드 I로의 전환율이 현저히 감소함을 통해 스테비오사이드로부터 레바우디오사이드 A를 고효율로 생산할 수 있음을 알 수 있었다 (도 13, 도 14).In one embodiment of the present invention, when the 76_4 enzyme variant was treated, it was confirmed that the conversion rate from stevioci to rebaudioside A was about 60% or more (FIG. 12). It was found that the conversion rate from stevioside to I and the conversion rate from rebaudioside A to rebaudioside I were significantly reduced, indicating that rebaudioside A could be produced from stevioside with high efficiency (FIGS. 13 and 14). ).

본 발명의 다른 하나의 양태는 상기 UGT 효소 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드; 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는, 발현벡터; 및 상기 발현벡터가 도입된 형질전환체를 제공한다. Another aspect of the present invention is a polynucleotide encoding the UGT enzyme variant; an expression vector comprising the polynucleotide; and a transformant into which the expression vector is introduced.

상기 "UGT"는 전술한 바와 같다. The "UGT" is as described above.

UGT 효소 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 3 또는 서열번호 5의 뉴클레오티드 서열에서 선택된 어느 하나의 염기서열로 이루어진 것 일수 있으나, 서열번호 3 또는 서열번호 5로 기재한 뉴클레오티드 서열뿐만 아니라 상기 서열과 80 % 이상, 구체적으로는 90 % 이상, 보다 구체적으로는 95 % 이상, 더욱 구체적으로는 97 % 이상의 상동성을 가지는 뉴클레오티드 서열로서 실질적으로 당전이 효소 활성을 갖는 단백질을 코딩할 수 있는 뉴클레오티드 서열이라면 제한 없이 포함될 수 있다.The polynucleotide encoding the UGT enzyme variant may consist of any one nucleotide sequence selected from the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 5, but not only the nucleotide sequence described in SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 5, but also the sequence and 80 % or more, specifically 90% or more, more specifically 95% or more, more specifically 97% or more homology, as long as it is a nucleotide sequence capable of encoding a protein having substantially glycosyltransferase activity may be included without

본 발명의 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현 벡터는 적당한 숙주 세포에서 목적 단백질을 발현할 수 있는 발현 벡터로서, 핵산 삽입물이 발현되도록 작동 가능하게 연결된 필수적인 조절 요소를 포함하는 핵산 작제물을 말한다. 상기 제조된 재조합 벡터를 숙주 세포에 형질전환 (transformation) 또는 형질감염 (transfection) 시킴으로써, 목적하는 단백질들을 수득할 수 있게 된다. An expression vector containing the polynucleotide of the present invention is an expression vector capable of expressing a target protein in a suitable host cell, and refers to a nucleic acid construct comprising essential regulatory elements operably linked to express a nucleic acid insert. Target proteins can be obtained by transforming or transfecting the prepared recombinant vector into a host cell.

본 발명에서 제공하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현 벡터는 특별히 이에 제한되지 않으나, 대장균 유래 플라스미드 (pMAL, pYG601BR322, pBR325, pUC118 및 PUC119), 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis) 유래 플라스미드 (pUB110 및 pTP5), 효모 유래 플라스미드 (YEp13, YEp24 및 YCp50) 및 아그로박테리움 매개 형질전환에 사용할 수 있는 Ti-플라스미드를 포함한다. 파아지 DNA의 구체적인 예로는 λ-파아지 (Charon4A, Charon21A, EMBL3, EMBL4, λgt10, λgt11 및 λZAP)가 있다. 또한, 레트로바이러스 (retrovirus), 아데노바이러스 (adenovirus) 또는 백시니아 바이러스 (vaccinia virus)와 같은 동물 바이러스, 배큘로바이러스 (baculovirus)와 같은 곤충 바이러스, 이중 가닥 식물 바이러스 (예, CaMV), 단일가닥 바이러스 또는 게미니 바이러스로부터 유래된 바이러스 벡터가 또한 사용될 수 있다. Expression vectors containing the polynucleotides provided in the present invention are not particularly limited thereto, but E. coli-derived plasmids (pMAL, pYG601BR322, pBR325, pUC118 and PUC119), Bacillus subtilis-derived plasmids (pUB110 and pTP5), Yeast-derived plasmids (YEp13, YEp24 and YCp50) and Ti-plasmids usable for Agrobacterium mediated transformation. Specific examples of phage DNA include λ-phages (Charon4A, Charon21A, EMBL3, EMBL4, λgt10, λgt11 and λZAP). In addition, animal viruses such as retrovirus, adenovirus or vaccinia virus, insect viruses such as baculovirus, double-stranded plant viruses (eg CaMV), single-stranded viruses Alternatively, viral vectors derived from gemini viruses may also be used.

아울러 본 발명의 벡터로서, 핵산 발현 활성화 단백질 (예를 들어, B42)이 연결된 융합 플라스미드 (fusion plasmid, 예를 들어, pJG4-5)가 사용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 회수되는 목적 단백질의 정제를 용이하게 하기 위하여, 플라스미드 벡터는 필요에 따라 다른 서열을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 융합 플라스미드에는 MBP, GST, GFP, His-tag, Myc-tag 등을 태그 (tag)로 포함할 수 있으나, 상기 예들에 의해 제한되지 않는다. In addition, as the vector of the present invention, a fusion plasmid (eg, pJG4-5) to which a nucleic acid expression activating protein (eg, B42) is linked may be used. In addition, in order to facilitate the purification of the target protein recovered in the present invention, the plasmid vector may additionally include other sequences, if necessary. The fusion plasmid may include MBP, GST, GFP, His-tag, Myc-tag, etc. as a tag, but is not limited by the above examples.

또한, 상기 융합 서열이 포함되어 있는 벡터에 의해 발현된 융합 단백질의 경우, 친화성 크로마토그래피에 의해 정제될 수 있다. 예컨대, MBP (maltose-binding protein)가 이용된 경우에는 아밀로스 수지 컬럼을 이용할 수 있고, 헥사히스티딘이 이용된 경우에는 Ni-NTA His-결합 레진 컬럼을 이용하여 원하는 목적 단백질을 용이하게 회수할 수 있다. In addition, in the case of a fusion protein expressed by a vector containing the fusion sequence, it can be purified by affinity chromatography. For example, when MBP (maltose-binding protein) is used, an amylose resin column can be used, and when hexahistidine is used, a desired target protein can be easily recovered using a Ni-NTA His-binding resin column. .

본 발명의 폴리뉴클레오티드를 벡터로 삽입하기 위해, 정제된 DNA를 적당한 제한효소로 절단하여 적당한 벡터 DNA의 제한 부위 또는 클로닝 부위에 삽입하는 방법이 사용될 수 있다. In order to insert the polynucleotide of the present invention into a vector, a method of cutting the purified DNA with an appropriate restriction enzyme and inserting it into an appropriate restriction site or cloning site of the vector DNA can be used.

본 발명에서 용어 "형질전환체"는, 목적 단백질을 코딩하는 폴리뉴클레오티드가 발현벡터를 이용하여 숙주세포의 내부로 도입된 후, 상기 목적 단백질을 발현시키도록 변이된 세포, 미생물을 의미한다. 구체적으로, 상기 형질전환체는 UGT 효소를 발현하는 재조합 대장균일 수 있다. In the present invention, the term "transformant" refers to a cell or microorganism that is mutated to express a target protein after a polynucleotide encoding a target protein is introduced into a host cell using an expression vector. Specifically, the transformant may be a recombinant E. coli expressing the UGT enzyme.

본 발명의 형질전환 방법은 임의의 형질전환 방법이 사용될 수 있으며, 당업계의 통상적인 방법에 따라 용이하게 수행할 수 있다. 일반적으로 형질전환 방법에는 CaCl2 침전법, CaCl2 방법에 DMSO (dimethyl sulfoxide)라는 환원물질을 사용함으로써 효율을 높인 Hanahan 방법, 전기천공법 (electroporation), 인산칼슘 침전법, 원형질 융합법, 실리콘 카바이드 섬유를 이용한 교반법, 아그로박테리아 매개된 형질전환법, PEG를 이용한 형질전환법, 덱스트란 설페이트, 리포펙타민 및 건조/억제 매개된 형질전환 방법 등이 있다. 본 발명의 UGT 효소 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터를 형질전환시키기 위한 방법은 상기 예들에 국한되지 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 형질전환 또는 형질감염 방법이 제한 없이 사용될 수 있다. Any transformation method can be used for the transformation method of the present invention, and can be easily performed according to a conventional method in the art. In general, transformation methods include the CaCl2 precipitation method, the Hanahan method with increased efficiency by using a reducing material called DMSO (dimethyl sulfoxide) in the CaCl2 method, the electroporation method, the calcium phosphate precipitation method, the protoplast fusion method, and the silicon carbide fiber. agitation method using agitation method, agrobacteria-mediated transformation method, transformation method using PEG, dextran sulfate, lipofectamine, and desiccation/inhibition-mediated transformation method. Methods for transforming a vector containing a polynucleotide encoding a UGT enzyme variant of the present invention are not limited to the above examples, and transformation or transfection methods commonly used in the art may be used without limitation.

본 발명의 다른 하나의 양태는 상기 UGT 효소 변이체를 포함하는 레바우디오사이드 생산용 조성물을 제공한다. Another aspect of the present invention provides a composition for producing rebaudioside comprising the UGT enzyme variant.

상기 "UGT", "레바우디오사이드"는 전술한 바와 같다.The "UGT" and "rebaudioside" are as described above.

상기 레바우디오사이드는 레바우디오사이드 A, 레바우디오사이드 I, 레바우디오사이드 M일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The rebaudioside may be rebaudioside A, rebaudioside I, or rebaudioside M, but is not limited thereto.

또한, 본 발명의 레바우디오사이드 생산용 조성물은 당해 레바우디오사이드 생산용 조성물에 통상 사용되는 임의의 적합한 부형제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 부형제로는, 예를 들어, 보존제, 습윤제, 분산제, 현탁화제, 완충제, 안정화제 또는 등장화제 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, the composition for producing rebaudioside of the present invention may further include any suitable excipient commonly used in the composition for producing rebaudioside. Such an excipient may be, for example, a preservative, a wetting agent, a dispersing agent, a suspending agent, a buffer, a stabilizer, or an isotonic agent, but is not limited thereto.

상기 조성물은 기질로서 스테비오사이드, 레바우디오사이드 A 또는 레바우디오사이드 D를 추가로 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. The composition may further include stevioside, rebaudioside A or rebaudioside D as a substrate, but is not limited thereto.

본 발명의 다른 하나의 양태는 (a) 상기 형질전환체를 배양하는 단계; 및 (b) 상기 형질전환체의 배양물로부터 UGT 효소 변이체를 분리하는 단계를 포함하는 UGT 효소 변이체 생산방법을 제공한다. Another aspect of the present invention is (a) culturing the transformant; and (b) isolating the UGT enzyme variant from the culture of the transformant.

상기 "UGT", "형질전환체" 는 전술한 바와 같다.The "UGT" and "transformant" are as described above.

본 발명에서 용어, "배양물"은 균주의 배양 결과 얻어지는 물질로, 배지, 배양되는 균주, 및 배양되는 미생물로부터 분비되는 물질을 모두 포함하는 것일 수 있다. 예를 들어 균체를 배양하기 위해 필요한 영양 공급원, 예를 들어 탄소원, 질소원 등 이외에 무기염 성분, 아미노산, 비타민, 핵산 및/또는 기타 일반적으로 배양 배지에 함유될 수 있는 성분들이 포함되어 있을 수 있다.In the present invention, the term "culture" is a material obtained as a result of culturing a strain, and may include all substances secreted from a medium, a cultured strain, and a cultured microorganism. For example, inorganic salt components, amino acids, vitamins, nucleic acids and / or other components that can be generally contained in a culture medium may be included in addition to nutrient sources necessary for culturing cells, such as carbon sources and nitrogen sources.

본 발명의 다른 하나의 양태는 UGT 효소 변이체 또는 이를 발현하는 형질전환체를 스테비오사이드, 레바우디오사이드 A 또는 레바우디오사이드 D와 반응시키는 단계를 포함하는 단계;를 포함하는, 레바우디오사이드 생산방법을 제공한다. Another aspect of the present invention is a step comprising reacting a UGT enzyme variant or a transformant expressing the same with stevioside, rebaudioside A or rebaudioside D; including, rebaudioside production methods are provided.

상기 UGT 효소와 스테비오사이드, 레바우디오사이드 A 또는 레바우디오사이드 D 의 반응 생산물로부터 레바우디오사이드를 회수하는 단계;를 추가로 포함할 수 있다.Recovering rebaudioside from the reaction product of the UGT enzyme and stevioside, rebaudioside A or rebaudioside D; may be further included.

상기 "UGT", "스테비오사이드", "레바우디오사이드"는 전술한 바와 같다.The "UGT", "stevioside", and "rebaudioside" are as described above.

본 발명에 있어서, 상기 반응은 UGT 효소 변이체 또는 이를 발현하는 형질전환체에 의해 일어날 수 있다. In the present invention, the reaction may be caused by a UGT enzyme mutant or a transformant expressing the same.

상기 UGT 효소 변이체의 당전이 반응은 pH 6 내지 9, 구체적으로 pH 6.5 내지 8.5, 보다 구체적으로 pH 7 내지 pH 8에서 10시간 내지 25시간, 구체적으로 13시간 내지 22시간, 보다 구체적으로 15시간 내지 20시간 반응시켜 수행되는 것일 수 있다. The glycosyltransfer reaction of the UGT enzyme variant is carried out at pH 6 to 9, specifically at pH 6.5 to 8.5, more specifically at pH 7 to pH 8 for 10 hours to 25 hours, specifically 13 hours to 22 hours, more specifically 15 hours to 25 hours. It may be carried out by reacting for 20 hours.

본 발명은 UGT 효소 변이체는 높은 온도에서도 안정성 있게 레바우디오사이드가 생산하거나, 레바우디오사이드 A 생산 효율을 현저히 향상시킬 수 있으므로, 특성이 우수한 레바우디오사이드를 효과적으로 생산할 수 있고, 레바우디오사이드를 활용하는 식품, 사료 및 의약 등 광범위한 산업적 활용을 기대할 수 있다. In the present invention, since the UGT enzyme variant can stably produce rebaudioside even at high temperature or significantly improve the efficiency of rebaudioside A production, it can effectively produce rebaudioside with excellent properties, It can be expected to be used in a wide range of industries such as food, feed, and medicine that utilize side.

도 1은 UGT (UDP-glycosyltransferases) 효소 모델 선정 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 선발된 UGT 효소 변이체의 최종 순도를 확인한 결과이다.
도 3은 WT과 선택된 9가지 효소 모델의 반응물 변화량, 생성물 변화량 레바우디오사이드 A 생산량, 레바우디오사이드 I 생산량을 확인한 결과이다.
도 4는 WT과 선택된 9가지 효소 모델의 스테비오사이드로부터 레바우디오사이드 A로의 전환 비율, WT 대비 효소 모델의 글리코실트랜스퍼라제 활성(B)을 확인한 결과이다.
도 5는 WT과 선택된 9가지 효소 모델의 스테비오사이드로부터 레바우디오사이드 A로, 레바우디오사이드 A에서 다시 레바우디오사이드 I로의 전환 비율, WT 대비 효소 모델의 글리코실트랜스퍼라제 활성을 확인한 결과이다.
도 6은 변성 중간점(Tm) 비교(A), WT UGT 대비 Tm 변화량 비교(B)한 결과이다.
도 7은 온도별 스테비오사이드에서 레바우디오사이드A로의 전환되는 비율을 확인한 결과이다.
도 8는 온도별 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로, 레바우디오사이드 A에서 다시 레바우디오사이드 I로의 전환되는 비율(전체 글리코실트랜스퍼라제 활성)을 확인한 결과이다.
도 9는 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로 전환되는 비율을 확인한 결과이다.
도 10은 레바우디오사이드 D에서 레바우디오사이드 M 로 전환되는 비율을 확인한 결과이다.
도 11은 본 발명에서 자체 제작한 파이썬 스크립트를 나타낸 그림이다.
도 12는 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로 전환되는 비율을 확인한 결과이다.
도 13는 레바우디오사이드 A에서 레바우디오사이드 I로 전환되는 비율을 확인한 결과이다.
도 14은 레바우디오사이드 A에서 레바우디오사이드 I로 단독 반응 시 전환되는 비율을 확인한 결과이다.
도 15는 레바우디오사이드 A에서 레바우디오사이드 I로 단독 반응 시 전환되는 비율을 확인한 결과이다.
도 16는 반응속도론 그래프와 Kcat/Km 수치(Assay kit)를 나타낸 결과이다.
1 shows a UGT (UDP-glycosyltransferases) enzyme model selection process.
Figure 2 is the result of confirming the final purity of the selected UGT enzyme variant.
Figure 3 is the result of confirming the amount of reactant change, product change amount, Rebaudioside A production amount, and Rebaudioside I production amount of WT and the selected 9 enzyme models.
Figure 4 is the result of confirming the conversion ratio from stevioside to rebaudioside A of the WT and the selected 9 enzyme models, and the glycosyltransferase activity (B) of the enzyme model compared to the WT.
Figure 5 is the result of confirming the conversion ratio from stevioside to rebaudioside A, from rebaudioside A to rebaudioside I, and the glycosyltransferase activity of the enzyme model compared to WT in the WT and nine selected enzyme models. am.
6 shows the results of comparison of modified midpoint (Tm) (A) and comparison of Tm change compared to WT UGT (B).
7 is a result of confirming the conversion rate from stevioside to rebaudioside A at each temperature.
8 is a result of confirming the conversion rate (total glycosyltransferase activity) from stevioside to rebaudioside A and from rebaudioside A to rebaudioside I at different temperatures.
9 is a result of confirming the conversion rate from stevioside to rebaudioside A.
10 is a result of confirming the conversion rate from Rebaudioside D to Rebaudioside M.
11 is a picture showing a self-produced Python script in the present invention.
12 is a result of confirming the conversion rate from stevioside to rebaudioside A.
13 is a result of confirming the conversion rate from Rebaudioside A to Rebaudioside I.
14 is a result of confirming the conversion ratio from Rebaudioside A to Rebaudioside I in a single reaction.
15 is a result of confirming the conversion ratio from Rebaudioside A to Rebaudioside I in a single reaction.
16 is a result showing a reaction kinetics graph and Kcat/Km values (Assay kit).

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예 등을 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples and the like will be described in detail to aid understanding of the present invention. However, the embodiments according to the present invention can be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following examples. Embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

실험예 1. UGT (UDP-glycosyltransferases) 효소 모델 디자인Experimental Example 1. UGT (UDP-glycosyltransferases) enzyme model design

Phyre2를 이용하여 UGT76G1 상동성을 갖는 30가지 동족체 구조를 찾은 후, 돌연변이 서열을 나열한 후 다중 서열 비교 및 서열 일치 돌연변이를 확인하였고, 그 후 41개의 constraints 잔기(제한 잔기)를 선택하였다. 그 후, 로제타(Rosetta)로 모델링하기 위해 잔기 정보 파일과 제한값 파일을 코딩하여 잔기를 선정하였다. 그 다음, 로제타 스크립트 코딩을 이용하여 UGT76G1 구조를 Re-packing하고 최소화하는 과정과 재설계한 잔기를 무작위 선택 과정을 반복함으로써, 재결합 돌연변이 조합 계산 및, 필터링하였다. 그 중 점수가 제일 높은 10개의 모델을 선택한 후, 재설계한 구조에서 돌연변이 부위를 확인하였다 (도 1, 표 1). 76_10은 불용성으로서, 정제가 가능한 9종을 선정한 뒤 정제를 수행하였다. After finding 30 homologous structures with UGT76G1 homology using Phyre2, the mutant sequences were listed, multiple sequence comparisons and sequence matching mutations were identified, and then 41 constraint residues (restriction residues) were selected. After that, residues were selected by coding a residue information file and a limit value file for modeling with Rosetta. Then, by repeating the process of re-packing and minimizing the UGT76G1 structure using Rosetta script coding and randomly selecting the redesigned residues, recombination mutation combinations were calculated and filtered. After selecting 10 models with the highest scores among them, mutation sites were identified in the redesigned structure (FIG. 1, Table 1). 76_10 is insoluble, and after selecting 9 types that can be purified, purification was performed.

실험예 2. 재조합 발현 벡터 제작 및 UGT 효소 정제Experimental Example 2. Recombinant expression vector construction and UGT enzyme purification

단백질 발현 벡터로 pMal_c2 벡터를 변형하여 만든 pMal_Tev_LL 벡터를 사용하였고, pMal_Tev_LL 벡터는 프로모터 뒤에N 말단부터 10x His tag, MBP tag, Long linker, Tev 단백질 분해효소의 인식 및 절단 부위, 다중 제한위치(Multiple cloning site)로 이루어진 벡터이다. 구체적으로, pMal_Tev_LL 벡터를 선형의 벡터로 만들기 위해 EcoRI/SalI 제한효소로 절단 한 뒤, 1% 아가로스 젤로 전기 영동 후 gel extraction kit으로 정제하였다. 그 다음, 백본 벡터(pMal_Tev_LL)에 삽입할 DNA를 제작하기 위해 자연형의 UGT 효소와 디자인된 76_1부터 76_10번까지 단백질 서열을 E. coli의 codon에 최적화시켰다. 최적화시킨 서열의 5'과 3'말단에 백본 벡터에 존재하는EcoRI/SalI제한효소 서열과 15개의 추가 서열을 포함하도록 설계한 뒤 DNA 올리고머 합성 서비스로 합성하였다. 그 후, 준비된 백본 벡터와 삽입 DNA 를 Infusion 기반 서브 클로닝 키트로 재조합시킨 뒤 대장균에 형질전환, 콜로니 분리 및 시퀀싱을 통해 서브 클로닝 하였고, 시퀀싱 시에는 MalEF 프라이머를 사용하였다. 서브 클로닝이 완료된 벡터는 10x His tag - MBP tag - Long linker - Tev cleavage site (ENYLQG) - (EcoRI) - insert DNA Construct - (SalI) 를 발현하게 된다.The pMal_Tev_LL vector made by modifying the pMal_c2 vector was used as a protein expression vector, and the pMal_Tev_LL vector had 10x His tag, MBP tag, Long linker, Tev protease recognition and cleavage site from the N-terminus behind the promoter, and multiple restriction sites (Multiple cloning). site) is a vector. Specifically, pMal_Tev_LL vector was digested with EcoRI/SalI restriction enzyme to make a linear vector, electrophoresed with 1% agarose gel, and then purified with a gel extraction kit. Then, to construct DNA to be inserted into the backbone vector (pMal_Tev_LL), the natural UGT enzyme and the designed protein sequences from 76_1 to 76_10 were optimized for E. coli codons. It was designed to include the EcoRI/SalI restriction enzyme sequence present in the backbone vector and 15 additional sequences at the 5' and 3' ends of the optimized sequence, and then synthesized by DNA oligomer synthesis service. Then, the prepared backbone vector and insert DNA were recombined with an Infusion-based subcloning kit, and then subcloned through transformation, colony isolation, and sequencing in E. coli, and MalEF primers were used for sequencing. The subcloned vector expresses 10x His tag - MBP tag - Long linker - Tev cleavage site (ENYLQG) - (EcoRI) - insert DNA Construct - (SalI).

제조된 단백질 발현 벡터를 E.Coli에 형질전환 시켜, 3L LB, 37℃에서 O.D 값이 0.8이 될 때까지 배양한 후, 1Mm IPTG를 넣어주고, 18℃에서 밤새 배양하였다. 그 후, E.coli를 원심분리한 후 용해(lysis) 버퍼로 재부유시키고, 초음파 분쇄를 진행하였으며, 분쇄 후 초고속원심분리를 이용하여 상등액과 불용성 펠렛을 분리하였다. 수득한 상등액을 친화성 크로마토그래피를 수행하기 위하여 FPLC에 연결된 Histrap HP 5ml컬럼을 이용해 1차 정제하였다. 이 때, 타켓 단백질은 His tag이 존재하기에 효과적으로 분리할 수 있다. 그 다음, 이온교환 크로마토 그래피(Resource Q 6ml, Anion exchange)을 이용하여 추가 분리 정제를 진행하였다. 정제된 UGT 효소 변이체를 농축한 후 Tris-HCl pH 7.5, 100mM NaCl 버퍼로 버퍼를 교환하였고, 0.2 um 주사기 필터로 여과 후, 1 mg/ml로 농도를 조정한 뒤, SDS-PAGE 후 Coomassie blue 염색 및 탈색하여 아크릴아마이드 젤 상의 단백질 밴드를 비교하여 정제된 UGT의 최종 순도를 확인하였다. The prepared protein expression vector was transformed into E.Coli, cultured in 3L LB, 37°C until the O.D. Thereafter, E.coli was centrifuged, resuspended in a lysis buffer, ultrasonically pulverized, and supernatant and insoluble pellets were separated by ultra-high-speed centrifugation after pulverization. The obtained supernatant was first purified using a Histrap HP 5ml column connected to FPLC to perform affinity chromatography. At this time, the target protein can be effectively separated because the His tag is present. Then, further separation and purification were performed using ion exchange chromatography (Resource Q 6ml, Anion exchange). After concentrating the purified UGT enzyme variant, the buffer was exchanged with Tris-HCl pH 7.5, 100 mM NaCl buffer, filtered through a 0.2 um syringe filter, the concentration was adjusted to 1 mg/ml, and Coomassie blue staining was performed after SDS-PAGE. and bleaching, and comparing the protein bands on the acrylamide gel to confirm the final purity of the purified UGT.

실험예 3. 효소 반응 조건 및 샘플 준비Experimental Example 3. Enzyme Reaction Conditions and Sample Preparation

효소 반응에 사용할 시료인 스테비오사이드와 레바우디오사이드 A모두 HPLC grade의 100% DMSO에 녹여 각각 30mM이 되도록, UDP-Glucose는 3차수에 녹여 100mM로 준비하였다. 이 때, 30mM 스테비오사이드 : 100mM UDP-Glucose : 3차수 = 1:1:8로 혼합하여 10x Substrate mix(3mM 스테비오사이드, 10mM UDP-Glucose)를 만들었다. 4x Salt mix는 400mM NaCl, 80mM Tris-HCl pH 7.5를 사용하여 최종적으로 반응 시 100mM NaCl, 20mM Tris-HCl pH 7.5가 되도록 하였다.Both stevioside and rebaudioside A, samples to be used for the enzyme reaction, were dissolved in 100% DMSO of HPLC grade to be 30mM, respectively, and UDP-Glucose was dissolved in 3rd water to prepare 100mM. At this time, 30mM Stevioside: 100mM UDP-Glucose: 3 order = 1: 1: 8 to make a 10x Substrate mix (3mM Stevioside, 10mM UDP-Glucose). The 4x Salt mix was made to have 100 mM NaCl and 20 mM Tris-HCl pH 7.5 at the time of final reaction using 400 mM NaCl and 80 mM Tris-HCl pH 7.5.

UGT 효소 반응은 10x substrate mix 10ul, 10uM UGT 10ul, 4x Salt mix 25ul, DDW 55ul를 혼합하여 최종 부피가 100ul가 되도록 하여 0.3ml PCR tube에 넣은 뒤 37도, 45도, 55도로 설정된 배양기에서 18시간 동안 반응시켰다(4배의 양을 만든 뒤 100ul씩 분배). 효소 반응을 종결시키기 위해 반응액과 동일한 부피의 Water-saturated n-butanol 100ul을 혼합한 뒤 원심분리하여 상부의 부탄올층과 하부의 수층으로 나뉘도록 만들었다. 하부의 수층을 파이펫팅으로 제거한 뒤, 부탄올층을 취하여 0.2um 주사기 필터로 여과한 후, HPLC용 500ul유리병에 옮긴 뒤 크림프씰(crimp seal)로 입구를 밀봉하였다. For the UGT enzyme reaction, mix 10x substrate mix 10ul, 10uM UGT 10ul, 4x Salt mix 25ul, and DDW 55ul to make the final volume 100ul, put it in a 0.3ml PCR tube, and incubate in an incubator set at 37 degrees, 45 degrees, and 55 degrees for 18 hours. It was reacted for a while (after making 4 times the amount, it was distributed by 100ul). To terminate the enzyme reaction, 100 ul of water-saturated n-butanol of the same volume as the reaction solution was mixed and centrifuged to separate the upper butanol layer and the lower aqueous layer. After removing the lower aqueous layer by pipetting, the butanol layer was taken and filtered through a 0.2um syringe filter, transferred to a 500ul glass bottle for HPLC, and the inlet was sealed with a crimp seal.

실험예 4. HPLC를 이용한 효소 반응 생성물 분석Experimental Example 4. Analysis of enzyme reaction products using HPLC

HPLC에서 사용할 이동상(Mobile phase)를 준비하기 위해 HPLC grade의 100% 아세토니트릴(ACN)과 10mM 인산나트륨 pH 2.7을 준비하였다. 이동상은 100% ACN : 10mM 인산나트륨 pH 2.7 = 50:50으로, 500g의 인산나트륨 버퍼에 396.2g의 ACN을 혼합한 뒤, 초음파로 잔여 공기를 제거함으로써 만들어졌다.To prepare a mobile phase to be used in HPLC, HPLC grade 100% acetonitrile (ACN) and 10 mM sodium phosphate pH 2.7 were prepared. The mobile phase was 100% ACN: 10 mM sodium phosphate pH 2.7 = 50:50, which was prepared by mixing 396.2 g of ACN in 500 g of sodium phosphate buffer and then removing residual air by ultrasonic waves.

구체적으로, HPLC 분석을 위해 시마즈(Shimadzu)사의 UPLC (Nexera XR)가 사용되었으며, 컬럼으로는 C18의 역상 크로마토그래피에 약한 친수성이 있는 아미노기(NCH3CH3)가 더해진 형태인 Sigma-Aldrich의 Acclaim® Mixed-Mode WAX-1 Columns (4.6mmx150mm, 5μm)를 사용하였다. 시료 분석 전, 분석 간, 분석 후 이동상을 15ml 이상 흘려주어 baseline이 안정화된 상태에서 분석하였다. 총 분석시간은 25분, 유속 1.0 ml/min, 오븐 온도 40도, 탐지 파장 210 nm, 주입 부피 5ul로 분석하였다 (표 2). 반응물 시료 분석 전, 스테비오사이드와 레바우디오사이드 A, 효소를 넣지 않은 반응물(Control)을 각각 분석하여 각 화합물 피크의 머무름 시간(Retention time)과 피크의 곡선하면적(Area Under Curve, AUC)을 측정하였다. Specifically, Shimadzu's UPLC (Nexera XR) was used for HPLC analysis, and Sigma-Aldrich's Acclaim® Mixed- Mode WAX-1 Columns (4.6mmx150mm, 5μm) were used. Before, between, and after sample analysis, more than 15 ml of the mobile phase was flowed, and the baseline was analyzed in a stabilized state. The total analysis time was 25 minutes, the flow rate was 1.0 ml/min, the oven temperature was 40 degrees, the detection wavelength was 210 nm, and the injection volume was 5ul (Table 2). Before analyzing the reaction sample, stevioside, rebaudioside A, and the reaction product without enzyme (Control) were analyzed, and the retention time of each compound peak and the area under the curve (AUC) of the peak were determined. measured.

실험예 5. 당전이 활성 분석 키트를 이용한 효소 반응 생성물 분석Experimental Example 5. Analysis of enzyme reaction products using a glycosyltransfer activity assay kit

글리코실트랜스퍼라제 기능 확인 (Glycosyltransferase assay)을 위하여 Promega사의 UDP-Glo™ Glycosyltransferase assay kit을 사용하였다. 해당 키트는 당전이 반응 측정에 특화된 키트로, 샘플 내에 존재하는 UDP의 양에 따라 발광 세기가 증가해 생성물을 정량적으로 분석할 수 있는 키트이다. 샘플 내에 존재하는 UDP를 ATP로 전환시킨 뒤 발광 효소(luciferase)가 ATP를 소모하면서 발광(luminescence) 신호를 발생시키기 때문에 키트 사용 시 모든 증류수(water)는 ATP-Free water를 사용하였다. 96 well의 white plate에 UDP의 농도에 따라 발광 반응을 일으키는 시약(UDP Detection Reagent, UDR)을 20ul씩 넣어 준비한 뒤, 측정할 반응 샘플을 20ul넣고 플레이트를 상온에서 1시간 동안 두어 발광반응이 안정된 상태에서 VICTOR™ X3 multiplate reader (Perkin Elmer)로 2회 반복 측정하였다. UDP를 25uM~0uM로 넣었을 때 발광 정도에 따른 UDP의 standard curve를 계산하였고 선형 회귀를 통해 샘플의 발광 세기에 대응하는 UDP의 양을 정량적으로 계산하였다.For glycosyltransferase function confirmation (Glycosyltransferase assay), Promega's UDP-Glo™ Glycosyltransferase assay kit was used. This kit is specialized for measuring glycosyltransfer reactions and can quantitatively analyze the product by increasing the luminescence intensity according to the amount of UDP present in the sample. After converting UDP present in the sample to ATP, luciferase consumes ATP and generates a luminescence signal, so ATP-free water was used for all distilled water when using the kit. After preparing by putting 20ul of the reagent (UDP Detection Reagent, UDR) that causes a luminescence reaction according to the concentration of UDP in a 96-well white plate, put 20ul of the reaction sample to be measured and leave the plate at room temperature for 1 hour to stabilize the luminescence reaction. was repeated twice with a VICTOR™ X3 multiplate reader (Perkin Elmer). When UDP was added at 25uM to 0uM, a standard curve of UDP was calculated according to the degree of luminescence, and the amount of UDP corresponding to the luminescence intensity of the sample was quantitatively calculated through linear regression.

실험예 6. 효소 반응 속도론 측정Experimental Example 6. Measurement of enzyme reaction kinetics

효소반응 속도론으로 자연형의 UGT와 효소 모델의 활성을 비교하기 위해 UDP-Glo™ Glycosyltransferase assay kit을 사용하였다. 50mg의 스테비오사이드 수화물을 200ul의 DMSO에 녹여 30mM로 준비하였고, 61.03mg의 UDP-Glucose를 1ml의 ATP-Free water에 녹여 100mM로 준비하였다. 이 때, UDP-Glucose는 반응 시 모든 조건에서 1mM이 되도록 하였고, 스테비오사이드의 최종 농도를 300uM, 200uM, 100uM, 50uM, 20uM, 10uM, 0uM로 하여 스테비오사이드의 농도에 따른 자연형의 UGT와 76_4의 반응 속도를 측정하였다. 각 well에 UDP의 농도에 따라 UDR을 20ul씩 넣어 준비한 뒤, 반응 시작 후 30초 마다(30초, 1분, 1분 30초, 2분) 20ul의 효소 반응물을 취하여 UDR과 혼합하였다. 실험 오차를 줄이기 위해 3반복 측정하였다. UDR과 혼합 후, 플레이트를 상온에서 1시간 동안 두어 발광반응이 안정된 상태에서 VICTOR™ X3 multiplate reader (Perkin Elmer)로 2회 반복 측정하였다. UGT76G1의 반응은 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로 전환하는 당전이 반응 후에 레바우디오사이드 A에서 레바우디오사이드 I를 생성하는 반응이 이어지므로 반응시간을 짧게 하여 측정하였다 (표 3). 마지막 행에는 25uM~0uM의 UDP-Glucose를 넣어 발광 정도에 따른 UDP의 standard curve를 계산하였으며, UDP 농도에 따른 standard curve에 근거하여 각 well의 발광량을 UDP의 양으로 환산 후 미카엘리스-멘텐 방정식(Vo = (Vmax*[S])/(Km + [S]))에 따라 Kcat/Km을 계산하였다. UDP-Glo™ Glycosyltransferase assay kit was used to compare the activity of natural UGT and enzyme model based on enzyme reaction kinetics. 50mg of stevioside hydrate was dissolved in 200ul of DMSO to prepare 30mM, and 61.03mg of UDP-Glucose was dissolved in 1ml of ATP-Free water to prepare 100mM. At this time, UDP-Glucose was set to 1 mM in all conditions during the reaction, and the final concentration of stevioside was 300uM, 200uM, 100uM, 50uM, 20uM, 10uM, 0uM, and natural UGT and 76_4 The reaction rate of was measured. After preparing by putting 20ul of UDR according to the concentration of UDP in each well, 20ul of the enzyme reaction was taken and mixed with UDR every 30 seconds after the start of the reaction (30 seconds, 1 minute, 1 minute 30 seconds, 2 minutes). In order to reduce the experimental error, the measurement was repeated 3 times. After mixing with UDR, the plate was left at room temperature for 1 hour and the luminescence reaction was measured twice with a VICTOR™ X3 multiplate reader (Perkin Elmer) in a stable state. The reaction of UGT76G1 was measured by shortening the reaction time since the sugar transfer reaction of converting stevioside to rebaudioside A was followed by the reaction of generating rebaudioside I from rebaudioside A (Table 3). In the last row, 25uM~0uM UDP-Glucose was put in to calculate the standard curve of UDP according to the degree of light emission. Based on the standard curve according to the concentration of UDP, the amount of light emitted in each well was converted into the amount of UDP, and then the Michaelis-Menten equation ( Kcat/Km was calculated according to Vo = (Vmax*[S])/(Km + [S])).

실시예 1. 효소 변이체의 레바우디오사이드 (Rebaudioside) 생산 효율 확인Example 1. Confirmation of Rebaudioside Production Efficiency of Enzyme Variants

실시예 1-1. 효소 변이체의 레바우디오사이드 생산 효율 확인Example 1-1. Confirmation of rebaudioside production efficiency of enzyme variants

WT (대조군)과 선택된 9가지 효소 모델의 반응물 변화량, 생성물 변화량, 레바우디오사이드 A (RebA) 생산량, 레바우디오사이드 I (RebI) 생산량을 실험예 4.의 HPLC 방법을 사용하여 측정하였다. 기질로 1uM UGT, 0.3mM 스테비오사이드(ST) 및 1mM UDPG (UDP-glucose), 37°C에 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. 반응물 변화량(ΔST/STo)은 반응 후ST의 AUC(곡선하면적)/ 반응 전 ST의 AUC, 생성물 변화량(ΔProduct/STo)은 (Reb A의 AUC + Reb I의 AUC/ 초기 ST의 AUC), RebA 생산량은 생성된 RebA의 AUC / 반응 전 ST의 AUC, RebI 생산량은 생성된 RebI의 AUC / 반응 전 ST의 AUC로 계산하였다 (도 3).The amount of reactant change, product change amount, rebaudioside A (RebA) production amount, and rebaudioside I (RebI) production amount of the WT (control group) and the selected 9 enzyme models were measured using the HPLC method of Experimental Example 4. 1uM UGT, 0.3mM Stevioside (ST) and 1mM UDPG (UDP-glucose) were reacted at 37°C for 18 hours as substrates, and 100mM NaCl and 20mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. The reactant change (ΔST/STo) is the AUC (area under the curve) of ST after the reaction/ AUC of ST before the reaction, the product change (ΔProduct/STo) is (AUC of Reb A + AUC of Reb I/AUC of initial ST), RebA production was calculated as AUC of the produced RebA/AUC of ST before reaction, and RebI production was calculated as AUC of produced RebI/AUC of ST before reaction (FIG. 3).

그 결과, 9가지 효소 모델 중 3가지 효소 모델이 대조군 대비 반응물 변화량 및 생성물 변화량이 높음을 확인하였고, 그 중 76_4, 76_7이 생산 효율이 우수함을 알 수 있었다. As a result, it was confirmed that 3 of the 9 enzyme models showed high changes in reactants and products compared to the control group, and among them, 76_4 and 76_7 showed excellent production efficiency.

실시예 1-2. 스테비오사이드Example 1-2. Stevioside (Stevioside)에서 레바우디오사이드 A (Rebaudioside A, RebA)로의 전환 비율 및 글리코실트랜스퍼라제 기능 확인 (Glycosyltransferase assay)(Stevioside) to Rebaudioside A (Rebaudioside A, RebA) conversion ratio and glycosyltransferase function confirmation (Glycosyltransferase assay)

WT과 선택된 9가지 효소 모델의 스테비오사이드로부터 레바우디오사이드 A (RebA)로의 전환되는 비율 및 글리코실트랜스퍼라제 (UDP-glycosyltransferases, UGTs) 기능을 확인하기 위하여, 실험예 4.의 HPLC 방법을 사용하였다. 기질로 1uM UGT, 0.3mM 스테비오사이드 및 1mM UDPG (UDP-glucose), 37°C에 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. 전환율(conversion rate)은 생성된 RebA의 AUC/ 반응 전 ST의 AUC, fold는 UGT의 RebA로 전환율/ WT의 전환율로 계산하였다 (도 4). In order to confirm the conversion rate of stevioside to rebaudioside A (RebA) and the functions of UDP-glycosyltransferases (UGTs) in the WT and the selected 9 enzyme models, the HPLC method of Experimental Example 4 was used. did 1uM UGT, 0.3mM stevioside and 1mM UDPG (UDP-glucose) were reacted at 37°C for 18 hours as substrates, and 100mM NaCl and 20mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. The conversion rate was calculated as the AUC of the generated RebA/AUC of ST before reaction, and the fold was calculated as the conversion rate of UGT to RebA/wT conversion rate (FIG. 4).

그 결과, 9가지 효소 모델 중4가지 효소 모델이 대조군 대비 전환율이 높음을 확인하였고, 그 중76_4, 76_6 및 76_7는 대조군 대비 약 2배 내지2.6배 이상 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로 전환되는 비율이 높음을 확인하였다. As a result, it was confirmed that 4 of the 9 enzyme models had a higher conversion rate than the control group, and among them, 76_4, 76_6 and 76_7 were converted from stevioside to rebaudioside A by about 2 to 2.6 times more than the control group. It was confirmed that the ratio was high.

실시예 1-3. 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A, 레바우디오사이드 I (Rebaudioside Ⅰ, RebI)로의 전환 비율 및 글리코실트랜스퍼라제 기능 확인Example 1-3. Confirmation of conversion ratio from stevioside to Rebaudioside A and Rebaudioside I (Rebaudioside Ⅰ, RebI) and function of glycosyltransferase

WT과 선택된 9가지 효소 모델의 스테비오사이드로부터 레바우디오사이드 A로, 레바우디오사이드 A에서 다시 레바우디오사이드 I로의 전환되는 비율 및 글리코실트랜스퍼라제 기능을 확인하기 위하여, 실험예 4. HPLC 방법을 사용하였다. 기질로 1uM UGT, 0.3mM 스테비오사이드 및 1mM UDPG, 37°C에 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. 전환율은 생성된 RebA의 AUC와 RebI의 AUC의 합/ 반응 전 ST의 AUC, fold는 설계된 UGT의 RebA로 전환율과 RebI로의 전환율의 합/ WT의 전환율로 계산하였다 (도 5). In order to confirm the rate of conversion from stevioside to rebaudioside A, from rebaudioside A to rebaudioside I and the glycosyltransferase function of WT and the selected 9 enzyme models, Experimental Example 4. HPLC method was used. 1uM UGT, 0.3mM Stevioside and 1mM UDPG were reacted at 37°C for 18 hours as substrates, and 100mM NaCl and 20mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. The conversion rate was calculated as the sum of the AUC of RebA and AUC of RebI/AUC of ST before reaction, and the fold was calculated as the sum of the conversion rates of the designed UGT to RebA and RebI/conversion of WT (FIG. 5).

그 결과, 9가지 효소 모델 중76_4, 76_6 및 76_7이 대조군 대비 전환율이 높음을 확인하였고, 특히, 76_4 와 76_7은 대조군 대비 약 1.9배 내지2.3배 이상 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A 및 레바우디오사이드 I로의 전환되는 비율이 높음을 확인하였다.As a result, it was confirmed that 76_4, 76_6, and 76_7 among the nine enzyme models had higher conversion rates than the control group. It was confirmed that the conversion rate to Side I was high.

하기에서는 실시예1-2.를 통하여 확인한 레바우디오사이드 A 또는 레바우디오사이드 Ⅰ로의 전환 비율 및 글리코실트랜스퍼라제 기능이 우수한 76_4, 76_6 및 76_7 효소 모델을 선별하여 고온에서의 안정성 (내열성 반응) 또는 레바우디오사이드 A 생산 효율이 우수한 효소 모델을 선발하였다. In the following, 76_4, 76_6, and 76_7 enzyme models having excellent conversion rates to Rebaudioside A or Rebaudioside I and glycosyltransferase functions confirmed through Examples 1-2 were selected for stability at high temperatures (heat-resistant reaction). ) or an enzyme model with excellent rebaudioside A production efficiency was selected.

실시예 2. 내열성 및 온도별 글리코실트랜스퍼라제 기능이 증진된 효소 변이체 선발 및 평가Example 2. Selection and evaluation of enzyme variants with enhanced glycosyltransferase function by heat resistance and temperature

실시예 2-1. 효소 변이체의 내열성 (Tm) 확인Example 2-1. Determination of thermostable (Tm) of enzyme variants

WT과 실시예 1. 실험 결과 글리코실트랜스퍼라제 기능이 우수하였던 3종의 설계된 UGT(76_4, 76_6, 76_7)의 내열성을 확인하기 위해 한국기초과학지원연구원(KBSI)에서 원편광 이색성(Circular dichroism)의 녹는점(Melting temperature, Tm) 측정 모드로 분석을 진행하였다. 구체적으로, 각 효소 모델을 0.5mg/ml의 농도로 200ul씩 준비한 뒤, JASCO J-1500 CD 측정장비를 이용해 온도를 20℃에서 95℃까지 5초마다 0.1℃씩 증가시키면서 222nm에서 효소 단백질 2차구조 변화를 측정하였다 (도 6).WT and Example 1. Circular dichroism at the Korea Basic Science Institute (KBSI) to confirm the heat resistance of the three designed UGTs (76_4, 76_6, 76_7), which were excellent in glycosyltransferase function as a result of the experiment. ) Melting temperature (Tm) analysis was performed in the measurement mode. Specifically, after preparing 200ul of each enzyme model at a concentration of 0.5mg/ml, the temperature was increased by 0.1℃ every 5 seconds from 20℃ to 95℃ using JASCO J-1500 CD measuring equipment, and the enzyme protein secondary at 222nm Structural changes were measured (FIG. 6).

그 결과, WT의 Tm은 59.9℃ 였으나, 76_4, 76_6, 76_7 효소 모델은 약 63℃~70℃로 WT 대비 약 3℃에서 최대 9.3℃까지 증가되었다.As a result, the Tm of WT was 59.9 ° C, but the 76_4, 76_6, and 76_7 enzyme models were about 63 ° C to 70 ° C, which increased by about 3 ° C to a maximum of 9.3 ° C compared to WT.

이를 통해, 76_4, 76_6, 76_7 효소 모델은 구조적 안정성이 우수하며, 높은 내열성을 가지는 것을 알 수 있었다. Through this, it was found that the 76_4, 76_6, and 76_7 enzyme models had excellent structural stability and high heat resistance.

실시예 2-2. 온도별 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로의 전환 비율 확인Example 2-2. Check the conversion rate of stevioside to rebaudioside A by temperature

37℃에서 45°C 및 55°C로 온도를 높였을 때, 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로의 전환되는 비율(글리코실트랜스퍼라제 기능)을 확인하기 위하여, 실험예 4.의 HPLC 방법을 사용하였다. 기질로 1uM UGT (76_4, 76_6, 76_7), 0.3mM 스테비오사이드 및 1mM UDPG, 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. fold는 설계된 UGT (76_4, 76_6, 76_7)의 RebA로 전환속도/ WT의 전환속도, 전환율은 생성된 RebA의 AUC/ 반응 전 ST의 AUC로 계산하였다 (도 7).When the temperature was raised from 37 ° C to 45 ° C and 55 ° C, in order to confirm the conversion rate of stevioside to rebaudioside A (glycosyltransferase function), the HPLC method of Experimental Example 4 was used. did 1 uM UGT (76_4, 76_6, 76_7), 0.3 mM stevioside and 1 mM UDPG were reacted for 18 hours as substrates, and 100 mM NaCl and 20 mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. The fold was the conversion rate to RebA/WT conversion rate of the designed UGT (76_4, 76_6, 76_7), and the conversion rate was calculated as AUC of the produced RebA/AUC of ST before reaction (FIG. 7).

그 결과, 온도가 증가함에 따라 WT, 76_4, 76_6효소 모델은 레바우디오사이드 A 생산량이 감소하는 반면, 76_7 효소 모델은 45℃ 및 55°C로 온도를 높였을 때, 레바우디오사이드 A 생산량이 증가하였으며, 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로 전환되는 비율(전체 글리코실트렌스퍼라제 활성) 또한 76_7가 WT 대비 약 52배 이상 증가함을 확인하였다. As a result, as the temperature increased, the WT, 76_4, and 76_6 enzyme models showed a decrease in rebaudioside A production, while the 76_7 enzyme model increased the temperature to 45°C and 55°C, and the production of rebaudioside A decreased. It was confirmed that 76_7 increased by about 52 times or more compared to WT.

이를 통해, 76_7 효소 모델은 고온에서도 안정성을 유지하며 당전이 활성 (glycosylation)이 우수함을 알 수 있었다. Through this, it was found that the 76_7 enzyme model maintains stability even at high temperatures and has excellent glycosylation.

실시예 2-3. 온도별 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A, 레바우디오사이드 I로 전환 비율 확인Example 2-3. Check the conversion rate from stevioside to rebaudioside A and rebaudioside I by temperature

37℃에서 45°C 및 55°C로 온도를 높였을 때, 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로, 레바우디오사이드 A에서 다시 레바우디오사이드 I로의 전환되는 비율(전체 글리코실트랜스퍼라제 활성)을 확인하기 위하여, 실험예 4.의 HPLC 방법을 사용하였다. 기질로 1uM UGT (76_4, 76_6, 76_7), 0.3mM 스테비오사이드 및 1mM UDPG, 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. fold는 설계된 UGT (76_4, 76_6, 76_7)의 전환속도/ WT의 전환속도, 전환율은 생성된 RebA의 AUC와 RebI의 AUC의 합/ 반응전 ST의 AUC로 계산하였다 (도 8).When the temperature is raised from 37 °C to 45 °C and 55 °C, the conversion rate of stevioside to rebaudioside A and rebaudioside A back to rebaudioside I (total glycosyltransferase activity ), the HPLC method of Experimental Example 4 was used. 1 uM UGT (76_4, 76_6, 76_7), 0.3 mM stevioside and 1 mM UDPG were reacted for 18 hours as substrates, and 100 mM NaCl and 20 mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. The fold was calculated as the conversion rate of the designed UGT (76_4, 76_6, 76_7) / conversion rate of WT, and the conversion rate was calculated as the sum of the AUC of RebA and AUC of RebI / AUC of ST before reaction (FIG. 8).

그 결과, 온도가 증가함에 따라 WT, 76_4, 76_6 효소 모델은 전체 글리코실트렌스퍼라제 활성(레바우디오사이드 A와 레바우디오사이드 Ⅰ 생산량) 이 감소하는 반면, 76_7 효소 모델은 45℃ 및 55°C로 온도를 높였을 때, 레바우디오사이드 Ⅰ 생산량이 증가하였고, 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A 및 레바우디오사이드 Ⅰ로 전환되는 비율(전체 글리코실트렌스퍼라제 활성) 또한 76_7가 WT 대비 약 71배 이상 증가함을 확인하였다.As a result, as the temperature increased, the total glycosyltransferase activity (rebaudioside A and rebaudioside I production) decreased in the WT, 76_4, and 76_6 enzyme models, whereas in the 76_7 enzyme model, When the temperature was raised to °C, the production of Rebaudioside I increased, and the ratio of conversion from stevioside to Rebaudioside A and Rebaudioside I (total glycosyltransferase activity) was also higher than that of 76_7 WT. It was confirmed that it increased by about 71 times or more.

이를 통해, 76_7 효소 모델은 고온에서도 안정성을 유지하며 당전이 활성이 우수함을 알 수 있었다. Through this, it was found that the 76_7 enzyme model maintains stability even at high temperatures and has excellent glycosyltransfer activity.

실시예 2-4. 고온에서 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로 전환 비율 확인 Example 2-4. Check the conversion rate of stevioside to rebaudioside A at high temperature

고온에서 안정성을 유지하며 당전이 활성이 가장 우수하였던 76_7 효소 모델을 55°C에서 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A 생산량(전환되는 비율, 글리코실트랜스퍼라제 기능)을 명확히 확인하기 위하여 실험예 4.의 HPLC 방법을 사용하여 실험을 진행하였다. 구체적으로 효소를 제외한 반응물(100mM NaCl, 20mM Tris-HCl pH 7.5, 0.3mM ST, 1mM UDPG, n-butanol)을 Control, 자연형의 UGT 효소를 WT UGT로 설정한 후, 기질로 1uM UGT (Control, WT UGT, 76_7), 0.3mM 스테비오사이드 및 1mM UDPG를 37℃에서 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. 당전이 활성은 생성된 RebA의 AUC/ 반응 전 ST의 AUC로 계산하였다 (도 9).In order to clearly confirm the production of Rebaudioside A (conversion rate, glycosyltransferase function) from stevioside at 55 ° C, the 76_7 enzyme model, which maintained stability at high temperature and had the best glycosyltransfer activity, was tested in Experimental Example 4. Experiments were conducted using the HPLC method of Specifically, reactants (100mM NaCl, 20mM Tris-HCl pH 7.5, 0.3mM ST, 1mM UDPG, n-butanol) excluding the enzyme were set as Control, and the native UGT enzyme was set as WT UGT, and then 1uM UGT (Control) was used as the substrate. , WT UGT, 76_7), 0.3 mM stevioside and 1 mM UDPG were reacted at 37° C. for 18 hours, and 100 mM NaCl and 20 mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. Glycotransfer activity was calculated as AUC of the produced RebA/AUC of ST before reaction (FIG. 9).

그 결과, 대조군과 WT은 레바우디오사이드 A 생산량이 저조한 반면, 본 발명의 76_7은 WT 대비 약 54배 이상 레바우디오사이드 A 생산량이 높음을 확인하였다.As a result, it was confirmed that the production of Rebaudioside A was low in the control group and WT, whereas the production of 76_7 of the present invention was about 54 times higher than that of WT.

이를 통해, 76_7 효소 모델은 고온에서도 안정성을 유지하여 레바우디오사이드 A 생산량을 현저히 증가시킨다는 점을 알 수 있었다. Through this, it was found that the 76_7 enzyme model maintains stability even at high temperatures, significantly increasing the production of Rebaudioside A.

실시예 2-5. 레바우디오사이드 D에서 레바우디오사이드 M으로 전환 비율 확인Example 2-5. Determination of conversion rate from Rebaudioside D to Rebaudioside M

레바우디오사이드 D에서 레바우디오사이드 M로(RebD→RebM)의 전환되는 반응에서 레바우디오사이드 M으로 전환되는 비율을 확인하기 위해 실험예 5.의 UDP-Glo™ Glycosyltransferase assay kit를 사용하였다. 기질로 1uM UGT (76_4, 76_7), 0.5mM 레바우디오사이드 D 및 1mM UDPG, 37°C에 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. fold는 효소 모델의 UDP 생산량/ WT의 UDP 생산량이며, UDP(uM)는 UDP Glo™ kit 으로 측정된 luminescence (RLU)를 UDP standard curve에 따라 환산한 양을 계산하였다 (도 10).UDP-Glo™ Glycosyltransferase assay kit of Experimental Example 5 was used to confirm the rate of conversion from Rebaudioside D to Rebaudioside M (RebD→RebM) in the conversion reaction to Rebaudioside M. . 1uM UGT (76_4, 76_7), 0.5mM Rebaudioside D and 1mM UDPG were reacted at 37°C for 18 hours as substrates, and 100mM NaCl and 20mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. fold is the UDP production amount of the enzyme model / UDP production amount of WT, and UDP (uM) was calculated by converting the luminescence (RLU) measured by the UDP Glo™ kit according to the UDP standard curve (FIG. 10).

그 결과, 76_7은 WT 대비 레바우디오사이드D로부터 레바우디오사이드 M으로 당전이 활성이 우수함을 확인하였다. As a result, it was confirmed that 76_7 had excellent glycosyltransfer activity from Rebaudioside D to Rebaudioside M compared to WT.

이를 통해, 76_7 효소 모델은 향상된 내열성을 통해 보다 안정적인 효소 반응을 유지하면서 레바우디오사이드 D에서 레바우디오사이드 M이 되는 반응에도 활용할 수 있음을 알 수 있었다. Through this, it was found that the 76_7 enzyme model can be used for the reaction from Rebaudioside D to Rebaudioside M while maintaining a more stable enzyme reaction through improved heat resistance.

실시예 2-6. 선발된 효소 변이체의 서열 분석Example 2-6. Sequence analysis of selected enzyme variants

선발된 76_7 효소 모델은 UGT76G1-T(UGT76G1 Thermostable)로 명명하였고, UGT76G1-T 효소 변이체의 서열을 분석하였다. The selected 76_7 enzyme model was named UGT76G1-T (UGT76G1 Thermostable), and the sequence of the UGT76G1-T enzyme variant was analyzed.

구체적으로, 1차적으로 Clustal Omega와 같은 다중서열비교 서비스를 이용해 디자인한 효소가 자연형의 효소에서 몇 퍼센트 바뀌었는지 계산하였다. 이후 도 11에 나타낸 바와 같이 본 발명에서 자체 제작한 파이썬 스크립트를 이용해 자연형에서 자연형의 아미노산, 돌연변이가 일어난 위치 바뀐 아미노산 서열을 하나의 세트로 하여 돌연변이 정보를 추출하였다 (표 4).Specifically, the percentage of the designed enzyme was first calculated using a multi-sequence comparison service such as Clustal Omega from the natural enzyme. Subsequently, as shown in FIG. 11, mutation information was extracted using the self-produced Python script of the present invention by using a natural type amino acid and a mutated amino acid sequence as a set (Table 4).

NameName Mutation ratioMutation ratio Mutation sitesMutation sites 76_7서열번호 276_7 SEQ ID NO: 2 6.33%
(11+18 residues)
6.33%
(11+18 residues)
Δ1-11(deletion), I29M / V35I / A111N / S119A / R140P / N151S / G181E / S192K / G205D / L246F / Q266S / S274N / R297W / L329P / G348E / L379G / L392W / V429CΔ1-11(deletion), I29M / V35I / A111N / S119A / R140P / N151S / G181E / S192K / G205D / L246F / Q266S / S274N / R297W / L329P / G348E / L379G / L392W / V429C

76_7의 아미노산 서열은 WT(UGT76G1, 서열번호 1)의 N-말단 아미노산 서열을 제거하고, 18개의 아미노산을 치환된 서열 (서열번호 2)임을 확인하였다. It was confirmed that the amino acid sequence of 76_7 was a sequence (SEQ ID NO: 2) in which the N-terminal amino acid sequence of WT (UGT76G1, SEQ ID NO: 1) was removed and 18 amino acids were substituted.

실시예 3. 레바우디오사이드 A 생산 효율이 증진된 효소 변이체 선발 및 평가Example 3. Selection and Evaluation of Enzyme Variants with Enhanced Rebaudioside A Production Efficiency

실시예 3-1. 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로 전환 비율 확인Example 3-1. Determination of conversion rate from stevioside to rebaudioside A

스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A 생산량(전환되는 비율, 글리코실트랜스퍼라제 기능)을 확인하기 위하여 실험예 4.의 HPLC 방법을 사용하였다. 구체적으로 기질로 1uM UGT (Control, WT UGT, 76_4), 0.3mM 스테비오사이드 및 1mM UDPG를 37℃에서 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. 당전이 활성은 생성된 RebA의 AUC/ 반응 전 ST의 AUC로 계산하였다 (도 12).The HPLC method of Experimental Example 4 was used to confirm the amount of Rebaudioside A production (converted ratio, glycosyltransferase function) in stevioside. Specifically, 1uM UGT (Control, WT UGT, 76_4), 0.3mM Stevioside, and 1mM UDPG were reacted at 37° C. for 18 hours as substrates, and 100mM NaCl and 20mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. Glycotransfer activity was calculated as AUC of the produced RebA/AUC of ST before reaction (FIG. 12).

그 결과, 76_4는 WT 대비 레바우디오사이드 A 의 생산량이 약 2.6배 이상 증가함을 확인하였다. As a result, it was confirmed that 76_4 increased the production of Rebaudioside A by about 2.6 times or more compared to WT.

실시예 3-2. 스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A, 레바우디오사이드 I로 전환 비율 확인Example 3-2. Check the conversion rate from Stevioside to Rebaudioside A and Rebaudioside I

스테비오사이드에서 레바우디오사이드 A로, 레바우디오사이드 A에서 다시 레바우디오사이드 I로(ST→ RebA→ RebI)의 전환되는 반응에서 레바우디오사이드 I로 전환되는 비율을 확인하기 위해 실험예 4.의 HPLC 방법을 사용하였다. 기질로 1uM UGT (76_4, 76_7), 0.3mM 스테비오사이드 및 1mM UDPG, 37°C에 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. fold는 UGT의 RebI의 전환율 (76_4, 76_7)/ WT의 전환율로, 전환율(ST에서 RebA를 거쳐 RebI로 전환된 비율)은 생성된 RebI의 AUC/ 반응 전 ST의 AUC로 계산하였다 (도 13).Experimental Example to confirm the rate of conversion to Rebaudioside I in the conversion reaction from Stevioside to Rebaudioside A and from Rebaudioside A to Rebaudioside I (ST → RebA → RebI) The HPLC method of 4. was used. 1uM UGT (76_4, 76_7), 0.3mM Stevioside and 1mM UDPG were reacted at 37°C for 18 hours as substrates, and 100mM NaCl and 20mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. The fold is the conversion rate of UGT to RebI (76_4, 76_7) / conversion rate of WT, and the conversion rate (the rate of conversion from ST to RebI via RebA) was calculated as AUC of RebI produced / AUC of ST before reaction (FIG. 13) .

그 결과, 76_4는 (ST→ RebA→ RebI) 반응에 대해서는 스테비오사이드로부터 생성되는 레바우디오사이드 I의 생산량은 WT 대비 72% 이상 감소하였다.As a result, in 76_4 (ST → RebA → RebI), the production of Rebaudioside I produced from stevioside decreased by more than 72% compared to WT.

실시예 3-3. 레바우디오사이드 A에서 레바우디오사이드 I로 전환 비율 확인Example 3-3. Determination of conversion rate from Rebaudioside A to Rebaudioside I

레바우디오사이드 A에서 레바우디오사이드 I로 (RebA→ RebI) 단독 반응 시 전환되는 비율을 보다 정확하게 확인하기 위하여, 실험예 4.의 HPLC 방법, 실험예 5.의 UDP Glo™ Glycosyltransferase assay kit를 사용하였다. In order to more accurately confirm the rate of conversion from Rebaudioside A to Rebaudioside I (RebA→ RebI) in a single reaction, the HPLC method of Experimental Example 4 and the UDP Glo™ Glycosyltransferase assay kit of Experimental Example 5 were used. used

구체적으로, HPLC 방법은 기질로 1uM UGT (76_4, 76_7), 0.3mM 레바우디오사이드 A 및 1mM UDPG, 37°C에 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. fold는 설계된 UGT의 RebI의 전환율 (76_4, 76_7)/ WT의 RebI의 전환율, 전환율(RebA 중 RebI로 전환된 비율)은 (RebA의 AUC-초기 RebA의 AUC)/ 초기 RebA (대조군)의 AUC로 계산하였다 (도 14).Specifically, the HPLC method was reacted with 1uM UGT (76_4, 76_7), 0.3mM Rebaudioside A and 1mM UDPG, 37 ° C as substrates for 18 hours, and used 100mM NaCl and 20mM Tris-HCl pH 7.5 as buffers. . The fold is the RebI conversion rate of the designed UGT (76_4, 76_7)/ the RebI conversion rate of WT, and the conversion rate (the ratio of RebA converted to RebI) is (RebA AUC-initial RebA AUC)/ initial RebA (control) AUC calculated (FIG. 14).

HPLC 분석 결과, Reb I와 노이즈 피크가 겹치기 때문에 명확한 분석을 하기 위하여 다른 실험방법을 이용하여 교차검증을 진행하였다. 구체적으로, UDP Glo™ Glycosyltransferase assay kit를 이용하여 RebA에서 RebI 로 전환되는 반응을 다시 한번 측정하였다. 이 때, 기질로 1uM UGT (76_4, 76_7), 0.3mM 레바우디오사이드 A 및 1mM UDPG, 37°C에 18시간 반응시켰고, 버퍼로 100mM NaCl 및 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. UDP(uM)는 UDP Glo kit™ 으로 측정된 luminescence (RLU)를 UDP standard curve에 따라 환산한 양을 계산하였다. (도 15).As a result of the HPLC analysis, since the Reb I and noise peaks overlap, cross-validation was performed using other experimental methods for a clear analysis. Specifically, the conversion reaction from RebA to RebI was measured again using UDP Glo™ Glycosyltransferase assay kit. At this time, 1uM UGT (76_4, 76_7), 0.3mM Rebaudioside A and 1mM UDPG were reacted at 37 °C for 18 hours as substrates, and 100mM NaCl and 20mM Tris-HCl pH 7.5 were used as buffers. UDP (uM) was calculated by converting luminescence (RLU) measured by UDP Glo kit™ according to the UDP standard curve. (FIG. 15).

그 결과, 76_7 효소 모델은 WT 대조군 대비 레바우디오사이드 A로부터 레바디오사이드Ⅰ로의 전환율이 증가함을 확인하였으나, 이와 달리76_4효소 모델은 레바우디오사이드 A로부터 전환율이 WT 대비 약 72%, UDP Glo™ kit를 사용하여 측정하였을 때 약 92% 이상 감소함을 확인하였다. 실험방법을 달리 하여 RebA에서 RebI 로 전환되는 비율을 측적하더라도 일관적인 경향성을 보였다. As a result, it was confirmed that the 76_7 enzyme model increased the conversion rate from Rebaudioside A to Rebadioside I compared to the WT control group, but in contrast, the 76_4 enzyme model showed about 72% conversion rate from Rebaudioside A compared to WT, UDP When measured using the Glo™ kit, it was confirmed that the reduction was about 92% or more. Even when the ratio of conversion from RebA to RebI was measured using different experimental methods, a consistent tendency was shown.

이를 통해, 76_4 효소 모델은 부산물인 레바우디오사이드 Ⅰ 합성은 감소시키고, 레바우디오사이드 A의 생산의 효율은 증가시킴으로써, 스테비오사이드로부터 레바우디오사이드 A를 고효율로 생산할 수 있음을 알 수 있었다. Through this, it was found that the 76_4 enzyme model can produce rebaudioside A from stevioside with high efficiency by reducing the synthesis of rebaudioside I, a byproduct, and increasing the production efficiency of rebaudioside A. .

실시예 3-4. 스테비오사이드 농도에 따른 효소의 반응 특성 분석Example 3-4. Analysis of reaction characteristics of enzymes according to stevioside concentration

76_4의 효소의 반응 특성을 분석하기 위해 효소 동역학 실험을 수행하였다. 다양한 스테비오사이드 기질의 농도별 효소 반응 속도를 실험예 6.의 UDP-Glo™ Glycosyltransferase assay kit를 이용하여 측정하였다. 기질로 0.165uM UGT, 0~300mM 스테비오사이드 및 1mM UDPG, 18°C에서 30초, 60초, 90초 120초에 3번 반복하여 반응시켰고, 버퍼로 20mM Tris-HCl pH 7.5을 사용하였다. Km과 Kcat을 계산하기 위해 미카엘리스-멘텐(Michaelis-Menten) 방정식(Vo = (Vmax*[S])/(Km + [S]))을 이용하였다 (도 16). Enzyme kinetics experiments were performed to analyze the reaction characteristics of the enzyme of 76_4. Enzyme reaction rates for each concentration of various stevioside substrates were measured using the UDP-Glo™ Glycosyltransferase assay kit of Experimental Example 6. 0.165uM UGT as a substrate, 0 to 300mM Stevioside and 1mM UDPG, 30 seconds, 60 seconds, 90 seconds and 120 seconds at 18 ° C were reacted three times, and 20 mM Tris-HCl pH 7.5 was used as a buffer. The Michaelis-Menten equation (Vo = (Vmax*[S])/(Km + [S])) was used to calculate K m and K cat (FIG. 16).

그 결과, 76_4는 스테비오사이드 농도에 따른 Kcat/Km 값이 WT 대비 5.5배이상 높음을 확인하였다. As a result, it was confirmed that the K cat /K m value of 76_4 according to the stevioside concentration was 5.5 times higher than that of WT.

이를 통해, 본 발명의 76_4 효소 모델은 쓴맛 부산물인 레바우디오사이드 I는 생산하지 않으면서 스테비오사이드에서 레바우디오사이드A를 만드는 반응 속도가 높으므로 초기 반응에 유용하게 활용할 수 있음을 알 수 있었다. Through this, it was found that the 76_4 enzyme model of the present invention can be usefully used for the initial reaction because the reaction rate of producing rebaudioside A from stevioside is high without producing rebaudioside I, a bitter byproduct. .

실시예 3-5. 선발된 효소 변이체의 서열 분석Example 3-5. Sequence analysis of selected enzyme variants

선발된 76_4 효소 모델은 UGT76G1-LRI(UGT76G1 Low Reb I)로 명명하였고, UGT76G1-LRI 효소 변이체의 서열을 분석하였다. The selected 76_4 enzyme model was named UGT76G1-LRI (UGT76G1 Low Reb I), and the sequence of the UGT76G1-LRI enzyme variant was analyzed.

구체적으로, 1차적으로 Clustal Omega와 같은 다중서열비교 서비스를 이용해 디자인한 효소가 자연형의 효소에서 몇 퍼센트 바뀌었는지 계산하였다. 이후 도 11에 나타낸 바와 같이 본 발명에서 자체 제작한 파이썬 스크립트를 이용해 자연형에서 자연형의 아미노산, 돌연변이가 일어난 위치 바뀐 아미노산 서열을 하나의 세트로 하여 돌연변이 정보를 추출하였다 (표 5).Specifically, the percentage of the designed enzyme was initially calculated using a multi-sequence comparison service such as Clustal Omega from the natural enzyme. Subsequently, as shown in FIG. 11, mutation information was extracted by using the self-produced Python script of the present invention by using a natural type amino acid and a mutated amino acid sequence as a set (Table 5).

NameName Mutation ratioMutation ratio Mutation sitesMutation sites 76_4서열번호 476_4 SEQ ID NO: 4 7.64%
(11+24 residues)
7.64%
(11+24 residues)
Δ1-11(deletion), I29M / N34W / K52A / L101F / R103D / S119A / R140P / L149A / D162E / S180F / S192C / G205A / S241F / S253T / Q270K / S274N / D291E / I295M / R297W / V300K / S305P / G348Y / V366I / Q425E Δ1-11(deletion), I29M / N34W / K52A / L101F / R103D / S119A / R140P / L149A / D162E / S180F / S192C / G205A / S241F / S253T / Q270K / S274N / D291E / I295M / R297W / V300K / S305P / G348Y / V366I / Q425E

76_4의 아미노산 서열은 WT(UGT76G1, 서열번호 1)의 N-말단 아미노산 서열을 제거하고, 24개의 아미노산을 치환된 서열 (서열번호 4)임을 확인하였다.It was confirmed that the amino acid sequence of 76_4 was a sequence (SEQ ID NO: 4) in which the N-terminal amino acid sequence of WT (UGT76G1, SEQ ID NO: 1) was removed and 24 amino acids were substituted.

이상의 설명으로부터, 본 발명이 속하는 기술분야의 다른 당 업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 이와 관련하여, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.From the above description, other people skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention can be embodied in other specific forms without changing its technical spirit or essential features. In this regard, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. The scope of the present invention should be construed as including all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims to be described later and equivalent concepts rather than the above detailed description included in the scope of the present invention.

Claims (15)

서열번호 2 또는 서열번호 4의 아미노산 서열을 포함하는, UGT 효소 (UDP-glycosyltransferase) 변이체.
A UGT enzyme (UDP-glycosyltransferase) variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4.
제1항에 있어서, 상기 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 효소 변이체는 40 - 65°C에서 내열성을 갖는 것인, UGT 효소 변이체.
The UGT enzyme variant according to claim 1, wherein the enzyme variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 has heat resistance at 40 - 65 °C.
제1항에 있어서, 상기 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 변이체는 레바우디오사이드 D (Rebaudioside D)에서 레바우디오사이드 M (Rebaudioside M)으로의 전환율을 갖는 것인, UGT 효소 변이체.
The UGT enzyme variant according to claim 1, wherein the variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 has a conversion rate from Rebaudioside D to Rebaudioside M.
제1항에 있어서, 상기 서열번호 4 아미노산 서열을 포함하는 효소 변이체는 스테비오사이드 (Stevioside)에서 레바우디오사이드 A (Rebaudioside A)로의 전환율을 갖는 것인, UGT 효소 변이체.
The UGT enzyme variant according to claim 1, wherein the enzyme variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 has a conversion rate from Stevioside to Rebaudioside A.
제1항에 있어서, 상기 서열번호 2 또는 서열번호 4 아미노산 서열을 포함하는 효소 변이체는 당전이 활성(Glycosyltransferase)을 가지는 것인, UGT 효소 변이체.
The UGT enzyme variant according to claim 1, wherein the enzyme variant comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 or SEQ ID NO: 4 has glycosyltransferase activity.
제1항의 UGT 효소 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드.
A polynucleotide encoding the UGT enzyme variant of claim 1.
제6항에 있어서, 상기 폴리뉴클레오티드는 서열번호 3 또는 서열번호 5의 뉴클레오티드 서열에서 선택된 어느 하나의 염기서열로 이루어진 것인, 폴리뉴클레오티드.
The polynucleotide according to claim 6, wherein the polynucleotide consists of any one base sequence selected from the nucleotide sequences of SEQ ID NO: 3 or SEQ ID NO: 5.
제6항의 폴리뉴클레오티드를 포함하는, 발현벡터.
An expression vector comprising the polynucleotide of claim 6.
제8항의 발현벡터가 도입된 형질전환체.
A transformant into which the expression vector of claim 8 is introduced.
제1항의 UGT 효소 변이체를 유효성분으로 포함하는, 레바우디오사이드 생산용 조성물.
A composition for producing rebaudioside, comprising the UGT enzyme variant of claim 1 as an active ingredient.
제10항에 있어서, 상기 레바우디오사이드는 레바우디오사이드 A, 레바우디오사이드 I 또는 레바우디오사이드 M인 것인, 조성물.
11. The composition according to claim 10, wherein the rebaudioside is rebaudioside A, rebaudioside I or rebaudioside M.
제10항에 있어서, 상기 조성물은 스테비오사이드, 레바우디오사이드 A 또는 레바우디오사이드 D를 추가로 포함하는 것인, 조성물.
11. The composition according to claim 10, wherein the composition further comprises stevioside, rebaudioside A or rebaudioside D.
(a) 제9항의 형질전환체를 배양하는 단계; 및
(b) 상기 형질전환체의 배양물로부터 UGT 효소 변이체를 분리하는 단계를 포함하는 UGT 효소 변이체 생산방법.
(a) culturing the transformant of claim 9; and
(b) a method for producing a UGT enzyme variant comprising the step of isolating the UGT enzyme variant from the culture of the transformant.
제1항의 UGT 효소 변이체 또는 이를 발현하는 형질전환체를 스테비오사이드, 레바우디오사이드 A 또는 레바우디오사이드 D와 반응시키는 단계를 포함하는, 레바우디오사이드 생산방법.
A method for producing rebaudioside, comprising reacting the UGT enzyme variant of claim 1 or a transformant expressing the same with stevioside, rebaudioside A or rebaudioside D.
제13항에 있어서, 상기 UGT 효소 변이체와 스테비오사이드, 레바우디오사이드 A 또는 레바우디오사이드 D의 반응 생산물로부터 레바우디오사이드를 회수하는 단계;를 추가로 포함하는 것인, 레바우디오사이드 생산방법.The method of claim 13, wherein the step of recovering rebaudioside from the reaction product of the UGT enzyme variant and stevioside, rebaudioside A or rebaudioside D; further comprising, rebaudioside production method.
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