KR20240017427A - Recombinant microorganism for producing 3'-fucosyllactose and methods using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase) 유전자; GDP-D-만노스-디하이드라타아제(GDP-D-mannose-dehydratase) 유전자; GDP-L-푸코스 신타제(GDP-L-fucose synthase) 유전자; 및 락토스 퍼미아제(lactose permease) 유전자;가 도입되고, 상기 각 유전자는 발현 조절 서열과 작동 가능하게 연결된 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물 및 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래인 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자가 도입된 숙주 세포를 제공한다.
본 발명은 비 병원성 세균 유래로 원핵생물 및 진핵생물 모두에서 발현되고 활성을 나타낼 수 있는 신규한 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제를 개시한다. 또한, 본 발명에 따른 상기 미생물은 효율적으로 3-푸코실락토스를 낮은 비용에 생산할 수 있으며, 특히 상기 미생물이 GRAS 인증을 통해 식품에 안전한 것으로 인정된 효모(Saccharomyces cerevisiae)인 경우 안정적으로 3-푸코실락토스를 높은 수율로 안전하게 생산할 수 있다. The present invention relates to an α-1,3-fucosyltransferase gene; GDP-D-mannose-dehydratase gene; GDP-L-fucose synthase gene; and a lactose permease gene; are introduced, and each of the genes is operably linked to an expression control sequence. A microorganism for producing 3-fucosyllactose and a microorganism derived from Parabacteroides johnsonii . Provided is a host cell into which an α-1,3-fucosyltransferase gene has been introduced.
The present invention discloses a novel α-1,3-fucosyltransferase derived from non-pathogenic bacteria that can be expressed and active in both prokaryotes and eukaryotes. In addition, the microorganism according to the present invention can efficiently produce 3-Foucault room lactose at a low cost, and especially when the microorganism is yeast ( Saccharomyces cerevisiae ) recognized as safe for food through GRAS certification, it stably produces 3-Foucault room lactose. Silactose can be safely produced with high yield.
Description
본 발명은 3-푸코실락토스 생산용 유전자 조작 미생물 및 이를 이용한 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase) 유전자; GDP-D-만노스-디하이드라타아제(GDP-D-mannose-dehydratase) 유전자; GDP-L-푸코스 신타제(GDP-L-fucose synthase) 유전자; 및 락토스 퍼미아제(lactose permease) 유전자;가 도입된 3-푸코실락토스 생산용 미생물에 관한 것이다.The present invention relates to a genetically modified microorganism for producing 3-fucosyllactose and a method of using the same, and more specifically, to an α-1,3-fucosyltransferase gene; GDP-D-mannose-dehydratase gene; GDP-L-fucose synthase gene; and a lactose permease gene; relates to a microorganism for producing 3-fucosyllactose.
세계보건기구는 생후 6개월 동안 다른 식품을 배제한 독점적 모유수유를 권장하고 있다. 이는 모유가 분유에 비해 면역력 향상, 항염/면역조절, 프리바이오틱 효과, 점막의 장벽기능 강화, 장과 뇌의 발달 촉진 등 아기의 건강에 미치는 효과 측면에서 우월한 것으로 밝혀졌기 때문이다(Ray et al., Int J Pediatr. (2019), 2019:2390240). 이러한 다양한 생물학적 활성에 관여하는 유효성분으로 포유류 중 인간의 모유에 특히 다량 포함되어 있는 독특한 구조의 올리고당인 모유올리고당(human milk oligosaccharides, HMO)이 최근 주목받고 있다.The World Health Organization recommends exclusive breastfeeding, excluding other foods, for the first six months of life. This is because breast milk has been found to be superior to powdered milk in terms of effects on the baby's health, such as improving immunity, anti-inflammatory/immune regulation, prebiotic effect, strengthening the barrier function of the mucous membrane, and promoting the development of the intestines and brain (Ray et al ., Int J Pediatr. (2019), 2019:2390240). As an active ingredient involved in these various biological activities, human milk oligosaccharides (HMO), which are oligosaccharides with a unique structure that are contained in particularly large amounts in human breast milk among mammals, have recently been attracting attention.
HMO는 지금까지 200여 종이 보고되었는데, 이들은 기본적으로 D-글루코스(D-glucose, Glc), D-갈락토스(D-galactose, Gal), N-아세틸글루코사민(N-acetylglucosamine, GlcNAc), L-푸코스(L-fucose, Fuc) 및 시알산(sialic acid 또는 N-acetylneuraminic acid, Neu5Ac)의 다섯가지 단당류(monosaccharides) 중 둘 이상의 조합으로 구성된다. 이들 단당류들은 다양한 글리코실 결합(glycosidic bond) 및 중합도(DP 3-20)로 연결되어 다양한 올리고당을 형성하게 되나, 공통적으로 환원말단부위(reducing end)에 락토스(Galβ1-4Glc)를 가지고, lacto-N-biose 또는 N-acetyllactosamine이 추가로 연장되면서 사슬 구조를 가질 수 있고, 대부분 사슬의 말단이나 중간이 푸코실화(fucosylation, 200여 HMO 중 50-80%) 또는 시알릴화(sialylation, 200여 HMO 중 10-20%)되어 있는 것이 특징이다. 대표적으로 2-푸코실락토스(2'-fucosyllactose, 2-FL), 3-푸코실락토스(3'-fucosyllactose, 3-FL), 3-시알릴락토스(3'-sialyllactose), 6-시알릴락토스(6'-sialyllactose), 락토다이푸코테트라오스(lactodifucotetraose), 락토-N-푸코펜타오스(lacto-N-fucopentaose), 락토-N-네오테트라오스(lacto-N-neotetraose), 락토-N-테트라오스(lacto-N-tetraose), 락토-N-다이푸코헥사오스(lacto-N-difucohexaose) 등이 있으며, 이들 중 모유에 5-15 g/L 함유된 HMO 중 가장 함량이 높은 것은 1-2 g/L를 차지하는 2-FL 및 3-FL로 보고된 바 있다(Smilowitz et al., J Nutr. (2013), 143(11):1709-1718).More than 200 types of HMO have been reported so far, and they basically include D-glucose (Glc), D-galactose (Gal), N-acetylglucosamine (N-acetylglucosamine (GlcNAc), and L-fu. It consists of a combination of two or more of the five monosaccharides: cos (L-fucose, Fuc) and sialic acid (N-acetylneuraminic acid, Neu5Ac). These monosaccharides are linked by various glycosidic bonds and degrees of polymerization (DP 3-20) to form various oligosaccharides, but they have lactose (Galβ1-4Glc) at the reducing end in common, and lacto- N-biose or N-acetyllactosamine can be further extended to form a chain structure, and most of the ends or middle of the chain are fucosylated (50-80% of over 200 HMOs) or sialylation (out of over 200 HMOs). It is characteristic that it is 10-20%). Representative examples include 2-fucosyllactose (2-FL), 3-fucosyllactose (3-FL), 3-sialyllactose, and 6-sialyl. Lactose (6'-sialyllactose), lactodifucotetraose, lacto-N-fucopentaose, lacto-N-neotetraose, lacto-N -Tetraose (lacto-N-tetraose), lacto-N-difucohexaose, etc. Among them, the HMO with the highest content of 5-15 g/L in breast milk is 1. It has been reported that 2-FL and 3-FL account for -2 g/L (Smilowitz et al., J Nutr . (2013), 143(11):1709-1718).
HMO가 가지는 다양한 기능성에 따라, HMO는 유아용 이유식, 노인용 건강기능식품 및 의약품 소재로의 이용가능성이 모색되고 있다. 특히 푸코실화된 HMO 중 3-FL은 면역반응을 조절하고, 종양의 전이를 억제하며, 다양한 병원균에 대한 정균 및 항균 효과를 나타내는 등의 효과를 낸다는 것이 알려지기 시작했다. 다만, 이러한 효능에도 불구하고 3-FL의 산업적 대량생산은 어려워 연구 또한 쉽지 않은 실정이다. 예컨대, 모유 추출의 경우 원료수급에 한계가 있고 생산성이 낮으며, 화학적 합성법은 고가의 기질, 낮은 이성체 선택성(stereo-selectivity)와 생산수율의 문제가 있으며, 당전이효소(glycosyltransferase)를 이용하는 효소적 합성법은 시알산 또는 푸코스의 활성형 핵산당 형태인 GDP-L-푸코스(GDP-L-fucose)를 기질로 사용하는데, 이들 물질이 고가이며 당전이효소를 정제하는데 드는 비용도 있어 경제성이 낮은 문제점이 있다. 이에 반해 미생물을 이용할 경우 저렴한 기질로 높은 농도로 대량생산이 가능하나, HMO를 천연적으로 생산하는 미생물은 아직 밝혀진 바 없어 미생물 내에 대사효소를 도입하는 대사공학(metabolic engineering) 방법으로 제작한 재조합 미생물을 이용하게 된다(진영욱, 축산식품과학과 산업(2018), 7(1):34-41).According to the various functions of HMO, the possibility of using HMO as baby food, health functional food for the elderly, and pharmaceutical material is being explored. In particular, it has begun to be known that among fucosylated HMOs, 3-FL regulates immune responses, inhibits tumor metastasis, and exhibits bacteriostatic and antibacterial effects against various pathogens. However, despite these efficacy, industrial mass production of 3-FL is difficult and research is not easy. For example, in the case of breast milk extraction, there are limitations in the supply of raw materials and low productivity, chemical synthesis has problems with expensive substrates, low isomer selectivity and production yield, and enzymatic synthesis using glycosyltransferase The synthesis method uses GDP-L-fucose, the active nucleic acid sugar form of sialic acid or fucose, as a substrate, but these substances are expensive and the cost of purifying the glycosyltransferase is also high, so it is not economically feasible. There are low problems. On the other hand, when using microorganisms, mass production at high concentrations is possible with inexpensive substrates, but no microorganisms that naturally produce HMO have yet been identified, so recombinant microorganisms are produced using metabolic engineering methods that introduce metabolic enzymes into microorganisms. (Jin Young-wook, Livestock and Food Science and Industry (2018), 7(1):34-41).
기존의 대사공학을 이용한 3-푸코실락토스 생산방법은 대부분 박테리아, 특히 대장균(Escherichia coli)을 이용한다. 예컨대, 대한민국 등록특허 제10-1794971호는 헬리코박터 파일로리(Helicobacter pylori) ATCC 26695 유래의 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase)와, GDP-D-만노스-4,6-디하이드라타아제 (GDP-D-mannose-4,6-dehydratase), GDP-L-푸코스 신타아제(GDP-L-fucose synthase) 및 만노스-1-포스페이트 구아닐 트랜스퍼라아제(Mannose-1-phoaphate guanyltransferase)가 도입되고 UDP-글루코스 지질 캐리어 전이효소(UDP-glucose lipid carrier transferase)가 제거된 3-푸코실락토스 생산용 재조합 대장균을 기재하고 있다. 그러나 상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제는 병원성 세균 유래의 것으로 이러한 효소를 사용하여 생산된 산물은 허가가 어렵거나 소비자에 의해 선호되지 않을 수 있으며, 대장균은 천연적으로 내독소(endotoxin)를 생성하므로 최종산물에 내독소가 포함될 수 있는 위험이 있다.Most existing methods for producing 3-fucosyllactose using metabolic engineering use bacteria, especially Escherichia coli . For example, Republic of Korea Patent No. 10-1794971 includes α-1,3-fucosyltransferase derived from Helicobacter pylori ATCC 26695 and GDP-D-mannose-4. ,6-dehydratase (GDP-D-mannose-4,6-dehydratase), GDP-L-fucose synthase and mannose-1-phosphate guanyl transferase ( A recombinant Escherichia coli for the production of 3-fucosyllactose in which mannose-1-phoaphate guanyltransferase was introduced and UDP-glucose lipid carrier transferase was removed is described. However, the α-1,3-fucosyltransferase is derived from pathogenic bacteria, and products produced using this enzyme may be difficult to obtain approval or may not be preferred by consumers, and E. coli naturally produces endotoxin. ), so there is a risk that the final product may contain endotoxin.
따라서 저렴하며 수율이 높고 안전한 3-푸코실락토스 생산방법에 대한 요구가 존재한다. 본 발명의 발명자들은 3-푸코실락토스의 생산을 위해 비 병원성 세균인 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래의 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제를 선별하고, 해당 효소가 원핵생물 및 진핵생물 모두에서 발현 및 활성을 나타낼 수 있다는 것을 확인하였다. 또한, GRAS 인증을 통해 식품에 안전한 것으로 인정된 효모(Saccharomyces cerevisiae)의 대사과정을, 상기와 같이 신규하게 발굴된 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase)를 도입하는 등 재조합을 통해 변화시킴으로써 3-푸코실락토스를 효과적으로 생산할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다.Therefore, there is a need for a low-cost, high-yield, and safe 3-fucosyllactose production method. The inventors of the present invention selected α-1,3-fucosyltransferase from the non-pathogenic bacterium Parabacteroides johnsonii for the production of 3-fucosyllactose, and the enzyme was used in prokaryotes. It was confirmed that expression and activity can be shown in both eukaryotes and eukaryotes. In addition, the metabolic process of yeast ( Saccharomyces cerevisiae ), which has been recognized as safe for food through GRAS certification, has been analyzed using the newly discovered α-1,3-fucosyltransferase as described above. The present invention was completed by confirming that 3-fucosyllactose can be effectively produced by changing it through recombination, such as introduction.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 3-푸코실락토스를 저비용으로 효과적이고 안전하게 생산할 수 있는 재조합 미생물 및 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래인 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자가 도입된 숙주 세포를 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to develop a recombinant microorganism that can effectively and safely produce 3-fucosyllactose at low cost and an α-1,3-fucosyltransferase gene derived from Parabacteroides johnsonii . The introduced host cells are provided.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the technical problem mentioned above, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase) 유전자; GDP-D-만노스-디하이드라타아제(GDP-D-mannose-dehydratase) 유전자; GDP-L-푸코스 신타제(GDP-L-fucose synthase) 유전자; 및 락토스 퍼미아제(lactose permease) 유전자;가 도입되고, 상기 각 유전자는 발현 조절 서열과 작동 가능하게 연결된 것인, 3-푸코실락토스 생산용 미생물을 제공한다.In order to achieve the above technical problem, an embodiment of the present invention provides an α-1,3-fucosyltransferase gene; GDP-D-mannose-dehydratase gene; GDP-L-fucose synthase gene; and a lactose permease gene; are introduced, and each of the genes is operably linked to an expression control sequence.
여기서, 상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자, 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자는 하나 이상의 비통합적(non-integrating) 벡터 상에 포함되어 도입된 것을 특징으로 할 수 있다.Here, the α-1,3-fucosyltransferase gene, the GDP-D-mannose-dehydratase gene, the GDP-L-fucose synthase gene, and the lactose permease gene are one or more It may be characterized as being introduced and included on a non-integrating vector.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자와 다른 벡터 상에 포함되고, 상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자를 포함하는 벡터는 고 카피 수(high copy number) 벡터이고, 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자를 포함하는 벡터는 하나 이상의 저 카피 수(low copy number) 벡터인 것을 특징으로 할 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene is on a vector different from the GDP-D-mannose-dehydratase gene, the GDP-L-fucose synthase gene, and the lactose permease gene. Included, the vector containing the α-1,3-fucosyltransferase gene is a high copy number vector, the GDP-D-mannose-dehydratase gene, the GDP-L -The vector containing the fucose synthase gene and the lactose permease gene may be characterized as one or more low copy number vectors.
상기 저 카피 수 벡터는 센트로미어 벡터인 것을 특징으로 할 수 있다.The low copy number vector may be characterized as a centromere vector.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래인 것을 특징으로 할 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene may be derived from Parabacteroides johnsonii .
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 서열번호 1의 아미노산 서열을 인코딩하는 염기 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene may be characterized as comprising a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 서열번호 2의 염기 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene may be characterized as comprising the base sequence of SEQ ID NO: 2.
상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 및 GDP-L-푸코스 신타제 유전자는 대장균 유래인 것을 특징으로 할 수 있다.The GDP-D-mannose-dehydratase and GDP-L-fucose synthase genes may be derived from E. coli.
상기 락토스 퍼미아제 유전자는 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 유래인 것을 특징으로 할 수 있다.The lactose permease gene may be derived from Kluyveromyces lactis .
상기 미생물은 효모인 것을 특징으로 할 수 있다.The microorganism may be characterized as yeast.
본 발명의 다른 일 실시예는 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래인 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자가 도입된 숙주 세포를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides a host cell into which an α-1,3-fucosyltransferase gene derived from Parabacteroides johnsonii has been introduced.
본 발명의 또 다른 일 실시예는 전술한 미생물을 이용하여 생산된 3-푸코실락토스를 제공한다.Another embodiment of the present invention provides 3-fucosyllactose produced using the above-mentioned microorganism.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면과 발명의 상세한 설명에 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.The above-described means for solving the problem are merely illustrative and should not be construed as limiting the present invention. In addition to the exemplary embodiments described above, additional embodiments may be present in the drawings and detailed description of the invention.
본 발명에서 발굴한 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제는 원핵생물 및 진핵생물 모두에서 발현되고 활성을 나타낼 수 있다. 이러한 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제는 비병원성 세균인 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래의 것으로, 이를 이용하여 제조한 3-푸코실락토스는 기존의 병원성 미생물 유래의 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제를 이용한 경우에 비해 추가적인 인허가 및 소비자의 거부감 등의 문제없이 식품용 또는 의약용 원료로 이용될 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase discovered in the present invention can be expressed and active in both prokaryotes and eukaryotes. This α-1,3-fucosyltransferase is derived from the non-pathogenic bacterium Parabacteroides johnsonii , and 3-fucosyllactose prepared using it is α-1 derived from existing pathogenic microorganisms. , Compared to the case of using 3-fucosyltransferase, it can be used as a food or pharmaceutical raw material without problems such as additional licensing or consumer resistance.
또한, 본 발명의 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase) 유전자; GDP-D-만노스-디하이드라타아제(GDP-D-mannose-dehydratase) 유전자; GDP-L-푸코스 신타제(GDP-L-fucose synthase) 유전자; 및 락토스 퍼미아제(lactose permease) 유전자;가 도입된 미생물은 효율적으로 3-푸코실락토스를 낮은 비용에 생산할 수 있으며, 특히 이러한 유전자를 GRAS 인증을 통해 식품에 안전한 것으로 인정된 효모(Saccharomyces cerevisiae)에 도입할 경우 안정적으로 높은 수율의 3-푸코실락토스를 안전하게 생산할 수 있다. In addition, the α-1,3-fucosyltransferase gene of the present invention; GDP-D-mannose-dehydratase gene; GDP-L-fucose synthase gene; and lactose permease genes; can efficiently produce 3-fucosyllactose at low cost. In particular, these genes are used in yeast ( Saccharomyces cerevisiae ), which is recognized as safe for food through GRAS certification. When introduced, 3-fucosyllactose can be safely produced in a stable and high yield.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the effects described above, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the description or claims of the present invention.
도 1은 futA 또는 Pj3ft 발현 대장균 세포 파쇄물의 3-FL 생성 결과이다.
도2는 S. cerevisiae에 존재하는 3-FL관련 당 대사 경로(검정색) 및 본 발명에서 도입한 경로(빨강색)를 표시한 모식도이다.
도3은 S. cerevisiae Y2805 또는 BY4741에서 pGAL10 또는 pGAPDH를 이용하여 Pj3ft 또는 futA를 발현시킨 웨스턴 블롯 결과이다.
도 4는 Pj3ft, gmd, gmer 및 lac12를 도입한 S. cerevisiae Y2805 또는 CEN.PK2-1C 균주의 세포생장 및 3-FL 생산량을 비교한 결과이다.
도 5는 Pj3ft, gmd, gmer 및 lac12를 서로 다른 프로모터로 발현시켰을 때의 3-FL 생산량을 비교한 결과이다.
도 6은 배양 시간에 따른 에피솜 유사 플라스미드 상 gmd 및 gmer 유전자 부분을 PCR로 확인한 결과이다.
도 7은 효모에서의 2-벡터 발현 시스템을 위해 도입한 에피솜 유사 플라스미드 및 센트로미어 벡터의 모식도이다.
도 8은 효모에서의 3-벡터 발현 시스템을 위해 도입한 에피솜 유사 플라스미드 및 2개 센트로미어 벡터의 모식도이다.
도 9는 에피솜 유사 플라스미드만으로, 또는 센트로미어 벡터를 포함한 2-벡터 또는 3-벡터로 Pj3ft, gmd, gmer 및 lac12를 도입한 효모에서의 3-FL 생산량을 각각 확인한 결과이다.
도 10은 에피솜 유사 플라스미드 및 센트로미어 벡터를 모두 포함하는 2-벡터 또는 3-벡터로 Pj3ft, gmd, gmer 및 lac12를 도입한 효모의 세포 생장 및 세포 내/외 3-FL 생산량을 각각 확인한 결과이다.
도 11은 S. cerevisiae FCCL-3에서 스케일 업하여 수득한 3-FL 생산량을 확인한 결과이다.Figure 1 shows the results of 3-FL production from E. coli cell lysate expressing futA or Pj3ft .
Figure 2 is a schematic diagram showing the 3-FL-related sugar metabolism pathway (black) existing in S. cerevisiae and the pathway (red) introduced in the present invention.
Figure 3 shows pGAL10 in S. cerevisiae Y2805 or BY4741. Alternatively, this is the Western blot result of expressing Pj3ft or futA using pGAPDH.
Figure 4 shows the results of comparing cell growth and 3-FL production of S. cerevisiae Y2805 or CEN.PK2-1C strains into which Pj3ft , gmd , gmer , and lac12 were introduced.
Figure 5 shows the results of comparing 3-FL production when Pj3ft , gmd , gmer , and lac12 were expressed with different promoters.
Figure 6 shows the results of PCR confirmation of the gmd and gmer gene portions on the episome-like plasmid according to culture time.
Figure 7 is a schematic diagram of the episome-like plasmid and centromere vector introduced for the two-vector expression system in yeast.
Figure 8 is a schematic diagram of an episome-like plasmid and two centromere vectors introduced for a 3-vector expression system in yeast.
Figure 9 shows the results of confirming the 3-FL production in yeast into which Pj3ft , gmd , gmer , and lac12 were introduced using only an episome-like plasmid or a 2-vector or 3-vector including a centromere vector.
Figure 10 shows the results of confirming the cell growth and intra/extracellular 3-FL production of yeast into which Pj3ft , gmd , gmer , and lac12 were introduced using a 2-vector or 3-vector containing both an episome-like plasmid and a centromere vector. am.
Figure 11 shows the results of confirming the 3-FL production volume obtained by scaling up in S. cerevisiae FCCL-3 .
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this means not only "directly connected" but also "indirectly connected" with another member in between. "Includes cases where it is. Additionally, when a part is said to “include” a certain component, this does not mean that other components are excluded, but that other components can be added, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “comprise” or “have” are intended to indicate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of elements, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
본 명세서 상에 포함된 아미노산 서열은 본 발명에 따른 각 도메인의 특성을 유지하면서 서열 차이가 나타나도록 하는 변화가 이루어지는 경우, 해당 서열과 80% 이상, 바람직하게 90% 이상, 더욱 바람직하게 95% 이상, 가장 바람직하게 99% 이상의 상동성을 가지는 서열을 포괄할 수 있다. 상기 변화는 일부 아미노산 잔기의 부가, 치환 또는 결실 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.When a change is made that causes a sequence difference while maintaining the characteristics of each domain according to the present invention, the amino acid sequence included in the present specification is at least 80%, preferably at least 90%, and more preferably at least 95% of the sequence. , most preferably can encompass sequences having more than 99% homology. The change may be one or more selected from addition, substitution, or deletion of some amino acid residues.
본 발명의 일측면에 따른 3-푸코실락토스 생산용 미생물은 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase) 유전자; GDP-D-만노스-디하이드라타아제(GDP-D-mannose-dehydratase) 유전자; GDP-L-푸코스 신타제(GDP-L-fucose synthase) 유전자; 및 락토스 퍼미아제(lactose permease) 유전자;가 도입되고, 상기 각 유전자는 발현 조절 서열과 작동 가능하게 연결된 것이다.Microorganisms for producing 3-fucosyllactose according to one aspect of the present invention include an α-1,3-fucosyltransferase gene; GDP-D-mannose-dehydratase gene; GDP-L-fucose synthase gene; and a lactose permease gene; are introduced, and each of the genes is operably linked to an expression control sequence.
3-푸코실락토스(3'-fucosyllactose, 3-FL)는 하기 화학구조 1과 같은 구조를 가지는 물질로, 인간 모유 올리고당 중 가장 큰 비중을 차지하는 두 푸코실락토스 중 하나이다. 3-FL은 항균, 정균, 장내 유익균 생장 촉진, 항염증 작용 등 다양한 생리활성을 나타낸다는 것이 보고된 바 있다.3-Fucosyllactose (3-FL) is a substance with the same structure as chemical structure 1 below, and is one of the two fucosyllactoses that account for the largest proportion of human breast milk oligosaccharides. It has been reported that 3-FL exhibits various physiological activities such as antibacterial, bacteriostatic, promoting the growth of beneficial intestinal bacteria, and anti-inflammatory effects.
[화학구조 1][Chemical structure 1]
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase)는 효소번호 EC 2.4.1.152로 분류되는 효소로, 구아노신 다이포스포푸코즈-글루코사이드 알파1->3-푸코실트랜스퍼라아제(guanosine diphosphofucose-glucoside alpha1->3-fucosyltransferase), 갈락토사이드 3-푸코실트랜스퍼라아제(galactoside 3-fucosyltransferase) 등으로도 불리며, GDP-β-L-푸코스(GDP-β-L-fucose)와 갈락토스의 α 1->3 결합을 촉매할 수 있는 효소이다.The α-1,3-fucosyltransferase (α-1,3-fucosyltransferase) is an enzyme classified with enzyme number EC 2.4.1.152, and guanosine diphosphofucose-glucoside alpha1->3-fucose. It is also called guanosine diphosphofucose-glucoside alpha1->3-fucosyltransferase, galactoside 3-fucosyltransferase, etc., and GDP-β-L-fucose (GDP-β) It is an enzyme that can catalyze the α 1->3 bond of -L-fucose) and galactose.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 P. johnsonii 유래의 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 원핵 미생물뿐만 아니라 진핵 미생물에서도 발현되어 활성을 나타낼 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene may be derived from Parabacteroides johnsonii . The α-1,3-fucosyltransferase gene derived from P. johnsonii can be expressed and active not only in prokaryotic microorganisms but also in eukaryotic microorganisms.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 서열번호 1의 아미노산 서열을 인코딩하는 염기 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene may be characterized as comprising a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 서열번호 2의 염기 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene may be characterized as comprising the base sequence of SEQ ID NO: 2.
상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제(GDP-D-mannose-dehydratase)는 효소 번호 EC 4.2.1.47로 분류되는 효소로, GDP-D-만노스 4,6-디하이드라타아제(GDP-D-mannose 4,6-dehydratase), 구아노신 5'-다이포스페이트-D-만노스 옥시도리덕타제(Guanosine 5'-diphosphate-D-mannose oxidoreductase), 구아노신 다이포스포만노스 4,6-디하이드라타아제(Guanosine diphosphomannose 4,6-dehydratase) 또는 구아노신 다이포스포만노스 옥시도리덕타제(Guanosine diphosphomannose oxidoreductase)로도 불리며, GDP-α-만노스(GDP-α-mannose)와 GDP-4-케토-6-데옥시만노스(GDP-4-keto-6-deoxymannose)간 전환을 촉매하는 활성을 가지는 효소이다. The GDP-D-mannose-dehydratase (GDP-D-mannose-dehydratase) is an enzyme classified as enzyme number EC 4.2.1.47, GDP-D-mannose 4,6-dehydratase (GDP -D-mannose 4,6-dehydratase), guanosine 5'-diphosphate-D-mannose oxidoreductase (Guanosine 5'-diphosphate-D-mannose oxidoreductase), guanosine diphosphomannose 4,6-di Also called hydratase (Guanosine diphosphomannose 4,6-dehydratase) or guanosine diphosphomannose oxidoreductase, GDP-α-mannose and GDP-4-keto It is an enzyme that has the activity of catalyzing the conversion between -6-deoxymannose (GDP-4-keto-6-deoxymannose).
상기 GDP-L-푸코스 신타제(GDP-L-fucose synthase)는 효소 번호 EC 1.1.1.271로 분류되는 효소로, GDP-4-케토-6-데옥시-D-만노스-3,5-에피머라제-4-리덕타제(GDP-4-keto-6-deoxy-D-mannose-3,5-epimerase-4-reductase)로도 불리며, GDP-4-디하이드로-α-D-람노스(GDP-4-dehydro-α-D-rhamnose)와 GDP-L-푸코스(GDP-L-fucose) 간 전환을 NADPH/NADP(+)를 매개로 촉매하는 활성을 가지는 효소이다.The GDP-L-fucose synthase is an enzyme classified with enzyme number EC 1.1.1.271, GDP-4-keto-6-deoxy-D-mannose-3,5-epi. Also called merase-4-reductase (GDP-4-keto-6-deoxy-D-mannose-3,5-epimerase-4-reductase), GDP-4-dehydro-α-D-rhamnose (GDP-4-dehydro-α-D-rhamnose) It is an enzyme that catalyzes the conversion between -4-dehydro-α-D-rhamnose) and GDP-L-fucose through NADPH/NADP(+).
상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 및 GDP-L-푸코스 신타제 유전자는 대장균 유래인 것을 특징으로 할 수 있다. 상기 대장균 유래의 GDP-D-만노스-디하이드라타아제(gmd) 및 GDP-L-푸코스 신타제(gmer) 유전자는 원핵 미생물뿐만 아니라 진핵 미생물에서도 발현되어 활성을 나타낼 수 있다.The GDP-D-mannose-dehydratase and GDP-L-fucose synthase genes may be derived from E. coli. The GDP-D-mannose-dehydratase ( gmd ) and GDP-L-fucose synthase ( gmer ) genes derived from E. coli can be expressed and active in not only prokaryotic microorganisms but also eukaryotic microorganisms.
락토스 퍼미아제(lactose permease)는 세포막을 가로질러 락토스의 이동시킬 수 있는 막단백질이다. 상기 락토스 퍼미아제 유전자는 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 유래인 것을 특징으로 할 수 있다. 본 발명의 미생물 내 푸코실락토스 생합성의 기질로 유당(lactose)이 필수적이며, 이의 흡수를 위해 락토스 퍼미아제가 필요한데, K. lactis는 유당 이용능이 매우 우수한 효모로서, 이로부터 유래한 락토스 퍼미아제, 바람직하게 lac12는 높은 효율로 배지 내의 유당 흡수를 유도할 수 있다.Lactose permease is a membrane protein that can transport lactose across cell membranes. The lactose permease gene may be derived from Kluyveromyces lactis . Lactose is essential as a substrate for fucosyllactose biosynthesis in the microorganism of the present invention, and lactose permease is required for its absorption. K. lactis is a yeast with an excellent ability to utilize lactose, and lactose permease derived therefrom , preferably lac12 , can induce lactose absorption in the medium with high efficiency.
벡터는 크게 통합적 벡터(integrating vector)와 비통합적 벡터(non-integrating vector)로 나눌 수 있다. 통합적 벡터는 숙주 세포의 게놈에 삽입되는 것으로, 숙주 세포의 증폭과 더불어 안정적으로 딸세포로 전달된다는 장점을 가지나, 삽입 위치에 따라 숙주 세포의 정상적인 기능을 저해하는 등 의도치 않은 효과를 낼 수 있다. 비통합적 벡터는 숙주 세포의 게놈에 삽입되지 않고 별개로, 즉 에피솜(episome) 형태로 존재하는 벡터로, 통합적 벡터의 전술한 부작용이 나타나지 않으나, 일반적으로 통합적 벡터에 비해 안정성이 떨어질 수 있다.Vectors can be broadly divided into integrating vectors and non-integrating vectors. Integrative vectors are inserted into the genome of a host cell and have the advantage of amplifying the host cell and stably passing it to daughter cells. However, depending on the insertion location, they may have unintended effects such as inhibiting the normal function of the host cell. Non-integrative vectors are vectors that are not inserted into the genome of a host cell and exist separately, that is, in the form of an episome. They do not exhibit the above-mentioned side effects of integrative vectors, but may generally be less stable than integrative vectors.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자, 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자는 하나 이상의 비통합적(non-integrating) 벡터 상에 포함되어 도입된 것을 특징으로 할 수 있다. The α-1,3-fucosyltransferase gene, the GDP-D-mannose-dehydratase gene, the GDP-L-fucose synthase gene and the lactose permease gene are one or more non-integral It may be characterized as being introduced and included on a (non-integrating) vector.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자와 다른 벡터 상에 포함되고, 상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자를 포함하는 벡터는 고 카피 수(high copy number) 벡터이고, 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자를 포함하는 벡터는 하나 이상의 저 카피 수(low copy number) 벡터인 것을 특징으로 할 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene is on a vector different from the GDP-D-mannose-dehydratase gene, the GDP-L-fucose synthase gene, and the lactose permease gene. Included, the vector containing the α-1,3-fucosyltransferase gene is a high copy number vector, the GDP-D-mannose-dehydratase gene, the GDP-L -The vector containing the fucose synthase gene and the lactose permease gene may be characterized as one or more low copy number vectors.
상기 저 카피 수 벡터는 센트로미어 벡터(centromere vector)인 것을 특징으로 할 수 있다. 센트로미어 벡터는 센트로미어(centromere)를 포함하여 추가적인 염색체처럼 숙주 세포의 게놈 복제와 함께(synchronized) 증폭될 수 있으며, 일반적으로 비통합적 벡터들에 비해 유사분열 안정성(mitotic stability)이 높은 것으로 알려져 있다.The low copy number vector may be characterized as a centromere vector. Centromere vectors can be amplified synchronized with the host cell's genome replication like additional chromosomes, including centromere, and are generally known to have higher mitotic stability than non-integrative vectors. .
발현 조절 서열은 유전자의 발현을 전사, mRNA 역학(kinetics) 및/또는 번역 수준에서 조절할 수 있는 기능적인 단위의 핵산 서열을 의미한다. 이러한 발현 조절 서열은 프로모터(promoter), 인핸서(enhancer), 인슐레이터(insulator), 사일런서(silencer), 5' 비번역 부위(5' untranslated region), 3' 비번역 부위(3' untranslated region), 폴리아데닐레이션 신호 (polyadenylation signal), 내부 리보솜 유입점(internal ribosome entry site, IRES), 스플라이싱 조절서열(splicing regulatory element) 등이 알려져 있다. An expression control sequence refers to a nucleic acid sequence of a functional unit that can regulate gene expression at the level of transcription, mRNA kinetics, and/or translation. These expression control sequences include promoter, enhancer, insulator, silencer, 5' untranslated region, 3' untranslated region, polyA The polyadenylation signal, internal ribosome entry site (IRES), and splicing regulatory element are known.
전술한 네 가지 유전자, 즉 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제, GDP-D-만노스-디하이드라타아제, GDP-L-푸코스 신타제 및 락토스 퍼미아제는 기질의 변화 또는 이동을 촉매하는 효소로서 높은 농도로 존재하는 것이 3-FL의 생산에 유리할 수 있다. 상기 발현 조절 서열은 바람직하게 고효율의 발현을 유도하는 것일 수 있다. 상기 발현 조절 서열은 프로모터일 수 있고, 상기 발현 조절 서열은 상기 유전자가 도입된 미생물에서 적절히 발현될 수 있는 것을 선택할 수 있다. 효모에서는 고발현을 유도할 수 있는 다양한 프로모터가 알려져 있으며, 상기 미생물이 효모인 경우, 예컨대 GPD(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase), TEF(Translational elongation factor), PGK(phosphoglycerate kinase) 등 하우스키핑 유전자(housekeeping gene)의 프로모터, pGAL1-10, pGAL10 등 유래의 유도발현용 프로모터 등이 사용될 수 있고, 바람직하게 pGAPDH, pGAL1-10 또는 pGAL10 중에서 선택된 것을 사용할 수 있다.The four genes described above, namely α-1,3-fucosyltransferase, GDP-D-mannose-dehydratase, GDP-L-fucose synthase, and lactose permease, are involved in the transformation or movement of substrates. As an enzyme that catalyzes, its presence at high concentrations may be advantageous for the production of 3-FL. The expression control sequence may preferably induce highly efficient expression. The expression control sequence may be a promoter, and the expression control sequence may be selected so that the gene can be appropriately expressed in the introduced microorganism. In yeast, various promoters that can induce high expression are known, and when the microorganism is yeast, housekeeping genes such as GPD (glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase), TEF (Translational elongation factor), PGK (phosphoglycerate kinase), etc. Housekeeping gene) promoters, promoters for inducible expression derived from pGAL1-10, pGAL10, etc. can be used, and preferably those selected from pGAPDH, pGAL1-10, or pGAL10 can be used.
각 유전자는 하나 이상의 발현 조절 서열과 작동 가능하게 연결될 수 있으며, 하나의 발현 조절 서열이 하나 이상의 유전자와 작동 가능하게 연결될 수 있다. Each gene may be operably linked to one or more expression control sequences, and one expression control sequence may be operably linked to one or more genes.
상기 미생물은 효모, 바람직하게 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae)일 수 있다. S. cerevisiae는 전술한 네 가지 유전자, 즉 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제, GDP-D-만노스-디하이드라타아제, GDP-L-푸코스 신타제 및 락토스 퍼미아제가 발현될 수 있도록 도입할 경우 효과적으로 3-FL을 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 3-FL 생합성을 위해 이용되는 대장균이 가지는 내독소 오염 등의 위험을 피할 수 있는 등 안전성 측면에서 강점을 가질 수 있고, GRAS(generally recognized as safe, 미 FDA에 의한 식품성분 분류) 인증을 통해 식품에 안전한 것으로 인정되어 있어 이로부터 생산된 3-FL를 식품 또는 의약품 원료로 이용하는 경우 인허가나 소비자 인식 측면에서 유리할 수 있다. 상기 효모는 바람직하게 S. cerevisiae Y2805에서 유래한 것일 수 있고, 더욱 바람직하게 S. cerevisiae FCCL-3인 것을 특징으로 할 수 있다.The microorganism may be yeast, preferably Saccharomyces cerevisiae . S. cerevisiae can express the four genes described above, namely α-1,3-fucosyltransferase, GDP-D-mannose-dehydratase, GDP-L-fucose synthase, and lactose permease. If introduced, it can not only effectively produce 3-FL, but also have advantages in terms of safety, such as avoiding risks such as endotoxin contamination of E. coli used for 3-FL biosynthesis, and is GRAS (generally It is recognized as safe for food through certification (food ingredient classification by the U.S. FDA), so if 3-FL produced from it is used as a food or pharmaceutical raw material, it may be advantageous in terms of licensing or consumer awareness. The yeast may preferably be derived from S. cerevisiae Y2805, and more preferably may be S. cerevisiae FCCL-3.
본 발명의 다른 일 측면은 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래인 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자가 도입된 숙주 세포를 제공한다. Another aspect of the present invention provides a host cell into which an α-1,3-fucosyltransferase gene derived from Parabacteroides johnsonii has been introduced.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 바람직하게 서열번호 1의 아미노산 서열을 인코딩하는 염기 서열을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene may preferably include a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
상기 숙주 세포는 예컨대 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자를 발현시키기 위한 것일 수 있고, 3-푸코실락토스를 생산하기 위한 것일 수 있으며, α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자를 포함하는 벡터를 증폭하기 위한 것일 수 있다. The host cell may be, for example, for expressing the α-1,3-fucosyltransferase gene, may be for producing 3-fucosyllactose, and may be for producing the α-1,3-fucosyltransferase gene. It may be for amplifying a vector containing.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 숙주 세포 게놈에 통합된 것일 수 있다. 상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 바람직하게 비통합적 벡터를 통해 도입된 것일 수 있으며, 상기 비통합적 벡터는 상기 숙주 세포 내에서 세포의 증식과 무관하게 또는 증식과 동시에(synchronized) 증폭될 수 있다.The α-1,3-fucosyltransferase gene may be integrated into the host cell genome. The α-1,3-fucosyltransferase gene may preferably be introduced through a non-integrating vector, and the non-integrating vector is synchronized with or independent of cell proliferation within the host cell. can be amplified.
상기 숙주 세포는 원핵생물 세포 또는 진핵생물 세포일 수 있고, 바람직하게 미생물 세포일 수 있다. 상기 숙주 세포는 바람직하게 유박테리아(Eubacteria) 또는 균류(Fungi) 중에서 선택될 수 있으며, 더욱 바람직하게 대장균(E. coli) 또는 효모(S. cerevisiae)일 수 있다.The host cell may be a prokaryotic cell or a eukaryotic cell, and preferably a microbial cell. The host cell may preferably be selected from Eubacteria or Fungi, and more preferably E. coli or S. cerevisiae .
상기 숙주 세포에서 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자를 발현시키고자 하는 경우, α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 바람직하게 해당 숙주 세포에서 발현되기 쉽도록 코돈 최적화(codon optimization)된 것일 수 있으며, 전술한 바와 같이 발현 조절 서열을 적절한 것으로 선택할 수 있다. 예컨대, 상기 숙주 세포는 효모, 예컨대 S. cerevisiae일 수 있고, 이 때 상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 서열번호 2의 염기 서열을 포함하는 것일 수 있다. When it is desired to express the α-1,3-fucosyltransferase gene in the host cell, the α-1,3-fucosyltransferase gene is preferably codon-optimized (codon) to facilitate expression in the host cell. optimization), and an appropriate expression control sequence can be selected as described above. For example, the host cell may be yeast, such as S. cerevisiae , and in this case, the α-1,3-fucosyltransferase gene may include the base sequence of SEQ ID NO: 2.
본 발명의 또 다른 일 측면은 전술한 미생물을 이용하여 생산된 3-푸코실락토스를 제공한다.Another aspect of the present invention provides 3-fucosyllactose produced using the above-mentioned microorganism.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, the following examples are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1. 3-푸코실락토스(이하 3-FL)의 생산을 위한 신규 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase, 이하 3-FT) 유전자의 발굴><Example 1. Discovery of a new α-1,3-fucosyltransferase (3-FT) gene for the production of 3-fucosyllactose (3-FL)>
1) α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제(α-1,3-fucosyltransferase, 이하 3-FT) 후보의 in silico 발굴 및 발현용 컨스트럭트 제작1) In silico discovery and expression construct for α-1,3-fucosyltransferase (α-1,3-fucosyltransferase, hereinafter referred to as 3-FT) candidate
대표적으로 알려진 3-FT는 헬리코박터 파이로리, 박테로이데스 노르디이(Bacteroides nordii) 유래의 것으로, 이들 균은 모두 BSL2 이상의 병원성 세균이며, 최근 BSL1의 Azospirillum brasilense 유래의 3-FT 효소가 발견되어 이 효소의 서열을 사용해 미국 국립생물공학정보센터(NCBI)의 데이터베이스에서 382개의 후보 서열을 1차적으로 확보하였다.Representatively known 3-FT is from Helicobacter pylori and Bacteroides nordii. These bacteria are all pathogenic bacteria of BSL2 or higher. Recently, 3-FT enzyme from Azospirillum brasilense of BSL1 was discovered, and the enzyme's Using the sequence, 382 candidate sequences were initially obtained from the database of the U.S. National Center for Biotechnology Information (NCBI).
이로부터 잠재적 분쟁위험이 있는 서열, BSL2 이상의 병원성 생물 유래 서열 등을 제외하고, 활성부위, 기질결합부위 등이 밝혀져 있는 H. pylori 유래 효소와 아미노산 서열을 비교하여 중요한 아미노산 잔기들이 보존되어 있는 서열들을 추려내고, 실험적으로 활성이 확인된 3-FT 효소들과 활성부위, 기질결합부위 등의 상동성이 높으면서 덴마크 기술 대학교의 DeepLoc 소프트웨어를 사용해 효모 세포에서 세포질에 위치할 것으로 예측되는 효소 등 여러 인자들을 종합적으로 검토하여 선별된 10개의 유전자를 효모 선호 코돈에 맞추어 합성하였고, 국내 자원은행에서 분양받을 수 있었던 균주 1종에서 1개의 유전자를 PCR로 증폭하였다.From this, excluding sequences with potential risk of conflict and sequences derived from pathogenic organisms above BSL2, the amino acid sequence was compared with the H. pylori- derived enzyme for which the active site and substrate binding site were known, and sequences in which important amino acid residues were conserved were identified. Several factors, including enzymes predicted to be located in the cytoplasm in yeast cells, were identified using the DeepLoc software of the Technical University of Denmark, with high homology in the active site and substrate binding site with 3-FT enzymes that were experimentally confirmed to be active. Ten genes selected after a comprehensive review were synthesized according to yeast preferred codons, and one gene from one strain available from a domestic resource bank was amplified by PCR.
2) 3-FT의 대장균 및 효모에서의 발현 및 활성 확인2) Confirmation of expression and activity of 3-FT in E. coli and yeast
3-FT 후보 효소들을 대장균(E. coli BL21 Δ)에서 발현시킨 뒤 in vitro에서 lactose, GDP-fucose와 각각의 효소를 발현한 대장균 cell lysate를 반응시키고 TLC(Thin Layer Chromatography)를 이용해 기질을 3-푸코실락토스로 전환시킬 수 있는지 확인한 결과, 도 1과 같았다. 이 때, 도 1에서 녹색과 흰색은 TLC를 UV와 일반 백광으로 관찰한 것으로, GDP-fucose는 UV 파장에서 뚜렷하게 나타난다. 이를 통해 대장균 발현의 경우 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래인 Pj3ft만 양성 대조군인 futA와 같은 3-FT 활성을 보임을 확인할 수 있었다. 3-FT candidate enzymes were expressed in E. coli ( E. coli BL21Δ ), then reacted with lactose and GDP-fucose in vitro with the E. coli cell lysate expressing each enzyme, and the substrate was identified using TLC (Thin Layer Chromatography). -The result of checking whether it could be converted to Foucault room lactose was as shown in Figure 1. At this time, green and white in Figure 1 indicate TLC observed under UV and general white light, and GDP-fucose appears clearly at the UV wavelength. Through this, it was confirmed that in the case of E. coli expression, only Pj3ft, derived from Parabacteroides johnsonii, showed the same 3-FT activity as the positive control, futA .
다음으로, Centromeric vector(pRS416_EcGMD_EcGMER_Lac12)와 FT유전자가 삽입된 2μ vector로 형질전환된 효모를 50 ml, 72시간 배양하여 in vivo 실험을 진행하였으며, 이 경우 Pj3ft(표 1의 3FT-2)만 3-FT 활성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다(표 1). 이 때, 활성은 L-fucose assay kit을 이용하여 확인하였다.Next, an in vivo experiment was performed by culturing 50 ml of yeast transformed with a 2μ vector into which the centromeric vector (pRS416_EcGMD_EcGMER_Lac12) and the FT gene was inserted for 72 hours. In this case, only Pj3ft (3FT-2 in Table 1) was 3- It was confirmed that it exhibited FT activity (Table 1). At this time, the activity was confirmed using the L-fucose assay kit.
((
in vivoin vivo
))
((
in vivoin vivo
))
이 때, 도입한 Pj3ft 유전자의 아미노산 서열 및 핵산 서열은 순서대로 서열번호 1 및 서열번호 2(표 2)와 같았다.At this time, the amino acid sequence and nucleic acid sequence of the introduced Pj3ft gene were in the same order as SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 (Table 2).
<실시예 2. 3-푸코실락토스의 생산용 발현 시스템의 구축><Example 2. Construction of an expression system for production of 3-foucault room lactose>
1) GDP-fucose 합성 및 유당 흡수능이 있는 효모(1) Yeast capable of synthesizing GDP-fucose and absorbing lactose ( S. cerevisiaeS. cerevisiae )의 제조)Manufacture of
3-FL의 생산을 위한 효모(S. cerevisiae)를 제조하기 위해, 우선 3-FL의 생합성 전구물질인 GDP-fucose를 만들고, 3-FL의 또 다른 전구물질인 유당을 흡수할 수 있도록 대사경로가 조작된 재조합 효모를 제조하였다(도 2의 Pj3ft 제외). 좀더 상세하게, 효모(S. cerevisiae) GDP-mannose를 합성할 수 있으므로, 이를 GDP-4-keto-6-deoxymannose로 전환할 수 있는 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자와 이를 다시 GDP-fucose로 전환할 수 있는 GDP-L-푸코스 신타제 유전자를 도입하고, 다음으로는 유당을 효모 세포 내로 유입시킬 수 있는 락토스 퍼미아제 유전자를 도입함으로써 GDP-fucose 합성 및 유당 흡수능이 있는 효모(S. cerevisiae)를 만들고자 하였다. 이러한 과정에서 대장균 유래의 GDP-D-만노스-디하이드라타아제인 gmd, 대장균 유래의 GDP-L-푸코스 신타제인 gmer 및 유당 이용능이 매우 우수한 효모인 Kluyveromyces lactis 유래의 lac12 유전자를 해당 genome으로부터 확보하여 효모(S. cerevisiae)에 도입하였으며, 상기 도입한 세 유전자의 핵산 서열은 표 3과 같았다.To prepare yeast ( S. cerevisiae ) for the production of 3-FL, first make GDP-fucose, a biosynthetic precursor of 3-FL, and then establish a metabolic pathway to absorb lactose, another precursor of 3-FL. Engineered recombinant yeast was prepared (except Pj3ft in Figure 2). In more detail, yeast ( S. cerevisiae ) can synthesize GDP-mannose, so it has a GDP-D-mannose-dehydratase gene that can convert it into GDP-4-keto-6-deoxymannose and this again into GDP. -Yeast capable of synthesizing GDP-fucose and absorbing lactose by introducing a GDP-L-fucose synthase gene that can be converted to fucose, and then introducing a lactose permease gene that can introduce lactose into yeast cells. ( S. cerevisiae ). In this process, gmd , a GDP-D-mannose-dehydratase from E. coli, gmer, a GDP-L-fucose synthase from E. coli, and lac12 genes from Kluyveromyces lactis , a yeast with excellent lactose utilization, were obtained from the corresponding genome. It was introduced into yeast ( S. cerevisiae ), and the nucleic acid sequences of the three introduced genes are shown in Table 3.
2) 2) Pj3ftPj3ft 유전자 도입을 통한 효모에서의 3-FL 생산 확인 Confirmation of 3-FL production in yeast through gene introduction
전술한 GDP-fucose 합성 및 유당 흡수능이 있는 효모(S. cerevisiae)에 실시예 1을 통해 발굴한 Pj3ft 유전자(표 2)를 도입(도2)하여 3-FL을 생산할 수 있는지 확인하였다. 이때, 사용한 효모(S. cerevisiae) 균주는 BY4741 및 Y2805로 Centromeric Vector(pRS416_EcGMD_EcGMER_Lac12) 및 3FT를 삽입한2μ vector를 도입하여 제조하였다. Pj3ft의 발현을 위해 사용한 프로모터는 고발현을 유도하는 것으로 알려진 pGAL10 pGAL10 또는 pGAPDH였다. 대조군으로는 Pj3ft 대신 futA를 도입한 효모를 이용하였으며, 50 ml YPD 배지에서 30°C로 72시간 배양하였고, 이 때 유당공급은 배양 48시간 째에 4번에 나누어 최종 투입량이 2 g/L가 되도록 이루어졌다. The Pj3ft gene (Table 2) discovered in Example 1 was introduced (Figure 2) into yeast ( S. cerevisiae ) capable of synthesizing GDP-fucose and absorbing lactose (Figure 2) to confirm whether 3-FL could be produced. At this time, the yeast ( S. cerevisiae ) strains used were BY4741 and Y2805, which were prepared by introducing a centromeric vector (pRS416_EcGMD_EcGMER_Lac12) and a 2μ vector into which 3FT was inserted. The promoter used for the expression of Pj3ft was pGAL10 pGAL10 or pGAPDH, which are known to induce high expression. As a control, yeast into which futA was introduced instead of Pj3ft was used and cultured in 50 ml YPD medium at 30°C for 72 hours. At this time, lactose was supplied four times at 48 hours of culture, with a final dosage of 2 g/L. It was done as much as possible.
futA는 대장균에서 우수한 활성을 보였으나, 전술한 GDP-fucose 합성 및 유당 흡수능이 있는 효모(S. cerevisiae)에서 발현시켰을 때 효모 균주에 따라 발현되지 않는 경우가 있었으며, 웨스턴 블롯으로 발현이 확인된 경우를 포함하여 실험에서 사용한 균주 모두에서 목적물질인 3-FL이 검출되지 않았다(도 3 및 표 4). 반면, Parabacteroides johnsonii 유래의 Pj3ft 유전자(도 3 및 표 4의 3FT-2)는 상기 GDP-fucose를 생성할 수 있는 재조합 효모에서 발현 시 사용된 균주 모두에서 발현이 확인되고, 목적물질인 3-FL을 생성하는 것을 확인할 수 있었다. futA showed excellent activity in E. coli, but when expressed in yeast ( S. cerevisiae ), which has the ability to synthesize GDP-fucose and absorb lactose, there were cases where it was not expressed depending on the yeast strain, and expression was confirmed by Western blot. The target substance, 3-FL, was not detected in all of the strains used in the experiment, including (Figure 3 and Table 4). On the other hand, the Pj3ft gene from Parabacteroides johnsonii (3FT-2 in Figure 3 and Table 4) was confirmed to be expressed in all strains used for expression in the recombinant yeast capable of producing GDP-fucose, and was expressed in 3-FL, the target substance. It was confirmed that .
(mg/gDW)(mg/gDW)
추가로, Centromeric Vector(pRS416_EcGMD_EcGMER_Lac12) 및 3FT를 삽입한2μ vector를 도입한 Y2805 및 CEN.PK2-1C 균주에 대해 유당 투입시점을 다르게 하여 생장 정도와 3-FL 생산량을 확인해보았다(표 5). 이때, 유당 투입시점은 배양 후 8시간 및 24시간 후로 나누었고, 최종적으로 80시간까지 배양하였다. 이 때, 세포 외부와 내부에 존재하는 3-FL을 나누어 분석하였는데, 배양액을 원심분리하여 상등액과 펠렛(pellet)으로 나눈 다음, 세포 외부는 상등액에 대해 L-fucose assay kit을 이용하여 분석하고, 세포 내부는 펠렛을 증류수로 재현탁하고 원심분리하는 과정을 2회 반복하는 세척 단계 후, 수득된 펠렛을 증류수에 재현탁하여 끓는 물에 10분 간 가열하여 세포를 파쇄하고 얼음물에 2분 식힌 다음, 상기 파쇄액을 원심분리하여 상등액에 대해 L-fucose assay kit을 이용하여 분석하였다.Additionally, the growth rate and 3-FL production were checked at different lactose injection times for Y2805 and CEN.PK2-1C strains introduced with centromeric vector (pRS416_EcGMD_EcGMER_Lac12) and 2μ vector inserting 3FT (Table 5). At this time, the time of lactose introduction was divided into 8 hours and 24 hours after culture, and the culture was finally continued for 80 hours. At this time, 3-FL present outside and inside the cells were analyzed separately. The culture medium was centrifuged and divided into a supernatant and a pellet, and the outside of the cells was analyzed using the L-fucose assay kit for the supernatant. Inside the cells, after a washing step of resuspending the pellet in distilled water and repeating the centrifugation process twice, the obtained pellet was resuspended in distilled water, heated in boiling water for 10 minutes to disrupt the cells, and cooled in ice water for 2 minutes. , the lysate was centrifuged and the supernatant was analyzed using an L-fucose assay kit.
그 결과, 두 균주 모두에서 3-FL을 생성할 수 있음을 확인할 수 있었다. 다만, CEN.PK2-1C 보다 Y2805에서 3-FL이 더 많이 배양액으로 배출되어 대략 38~62%의 3-FL이 배양액에 존재하며, 총 3-FL 생산량도 Y-2805가 더 높아, 두 균주는 생산성에서 차이가 있는 것으로 나타났다(도 4).As a result, it was confirmed that both strains could produce 3-FL. However, more 3-FL is released into the culture medium in Y2805 than in CEN.PK2-1C, with approximately 38 to 62% of 3-FL present in the culture medium, and the total 3-FL production is also higher in Y-2805, so the two strains It was found that there was a difference in productivity (Figure 4).
3) 3-푸코실락토스 생산용 효모 균주의 최적화3) Optimization of yeast strains for 3-fucosyllactose production
S. cerevisiae는 전통적으로 가장 많이 사용되는 효모 균주로서 유전학적 조작법이 발달되어 있어 다양한 유전자 발현 벡터/숙주세포 시스템이 활용 가능하다. 본 발명에 따른 3-푸코실락토스 생산용 S. cerevisiae 균주는 전술한 gmd, gmer, lac12 및 Pj3ft를 포함하는 최소 4종의 외래 유전자를 도입하여 얻을 수 있으며, 이러한 유전자 조작을 통해 안정적이고 높은 3-푸코실락토스 수율을 나타낼 수 있도록 제조하고자 하였다. 이를 위해 우선 적절한 고효율 발현 프로모터를 선별하고, 최소 4개 유전자를 수용하기 위해서는 적어도 2개 이상의 플라스미드가 필요하여 플라스미드의 auxotrophic selection marker로 형질전환이 가능하도록 적절한 auxotrophic mutant strain을 사용하여 유전자 발현 시스템을 구축하고자 하였다. S. cerevisiae is traditionally the most commonly used yeast strain, and genetic manipulation methods have been developed, allowing a variety of gene expression vector/host cell systems to be used. The S. cerevisiae strain for producing 3-fucosyllactose according to the present invention can be obtained by introducing at least four foreign genes, including the above-described gmd , gmer , lac12 , and Pj3ft , and through this genetic manipulation, a stable and high 3 -We attempted to manufacture it to show the yield of Foucault room lactose. To achieve this, first select an appropriate high-efficiency expression promoter, and establish a gene expression system using an appropriate auxotrophic mutant strain to enable transformation with the auxotrophic selection marker of the plasmid, as at least two or more plasmids are required to accommodate at least four genes. I wanted to do it.
효모에서의 고효율 발현 프로모터로 발현 모드에 따라 항시 발현용 구성적 프로모터(GPD, TEF, PGK 등)와 유도발현용 프로모터(GAL1-10, GAL10 등)가 알려져 있다. 우선, 이들을 이용하여 3-FT와 gmd, gmer 3개의 유전자를 1) 3-FT와 gmd 및 gmer를 모두 GAL1-10 프로모터, 2) 3-FT를 GAL1-10 프로모터, gmd 및 gmer를 GPD 프로모터, 3) 세 효소 모두 GPD 프로모터에 연결하여 효모에 도입하고, 이러한 재조합 효모의 3-푸코실락토스의 생합성량을 L-fucose assay kit (Megazyme)을 이용하여 측정, 비교하였다. 그 결과 이 두 프로모터에 의한 차이는 없는 것으로 나타났다(도 5). As highly efficient expression promoters in yeast, constitutive promoters for constitutive expression (GPD, TEF, PGK, etc.) and promoters for inducible expression (GAL1-10, GAL10, etc.) are known depending on the expression mode. First, using these, the three genes 3-FT, gmd , and gmer are 1) 3-FT, gmd , and gmer are all connected to the GAL1-10 promoter, 2) 3-FT is connected to the GAL1-10 promoter, and gmd and gmer are connected to the GPD promoter. 3) All three enzymes were linked to the GPD promoter and introduced into yeast, and the amount of 3-fucosyllactose biosynthesis of these recombinant yeasts was measured and compared using the L-fucose assay kit (Megazyme). The results showed that there was no difference between these two promoters (Figure 5).
다음으로는 발현 벡터를 선택하고자, 우선 에피솜 유사 플라스미드(episomal plasmid) 벡터인 2μ(pYEG-HIR525) 벡터만을 이용하여 모든 유전자를 발현시켜 보았다(pGPD-3FT-2 및 pGPD_Gmd_pGPD_Gmer_pGPD_Lac12). 그 결과 형질전환체 클론 간 3-FL의 생산량이 2에서 65 mg/L로 차이가 크게 나타나는 것을 발견하였는데, 한 플라스미드 상의 gmd와 gmer를 모두 포함하는 부분을 PCR로 증폭한 결과 배양 시간이 지날수록 PCR증폭 감도가 점점 약해지는 것을 확인할 수 있었으며(도 6), 위의 차이가 벡터의 안정성이 높지 않아 나타나는 것임을 알 수 있었다.Next, to select an expression vector, all genes were expressed using only the 2μ (pYEG-HIR525) vector, an episomal plasmid vector (pGPD-3FT-2 and pGPD_Gmd_pGPD_Gmer_pGPD_Lac12). As a result, it was discovered that there was a large difference in the production of 3-FL between transformant clones, ranging from 2 to 65 mg/L. As a result of amplifying the part containing both gmd and gmer on one plasmid by PCR, the production amount of 3-FL increased as culture time passed. It was confirmed that the sensitivity of PCR amplification gradually weakened (Figure 6), and it was found that the above difference was due to the low stability of the vector.
이에 따라 벡터 안정성을 증가시키기 위해 1~2 copy 수준으로 존재하여 카피 수는 2μ(pYEG-HIR525) 벡터보다 훨씬 낮지만 안정성이 높은 센트로미어 벡터(centromere vector)를 이용해 보았다. 구체적으로, 3-푸코실락토스 생합성의 병목반응으로 여겨지는 3-FT는 2μ 벡터에서 발현하고, 전구체와 기질 공급을 위한 gmd, gmer 및 lac12는 센트로미어 벡터인 pRS에서 발현하도록 하였다. 이 때, 하나의 벡터에서 안정적으로 발현시킬 수 있는 유전자 수가 제한적이므로, gmd, gmer 및 lac12가 모두 한 벡터(pRS415)에서 발현될 수 있도록 하거나(도 7), gmd와 gmer는 pRS416에서, lac12는 pRS415의 서로 다른 두 벡터에서 발현될 수 있도록 하여(도 8), 3-FT를 포함하여 총 4개의 유전자가 2개 벡터 또는 3개 벡터를 통해 도입된 효모를 각각 제조하였다. Accordingly, in order to increase vector stability, we tried using a centromere vector, which exists at the level of 1 to 2 copies and has a much lower copy number than the 2μ (pYEG-HIR525) vector, but has high stability. Specifically, 3-FT, which is considered a bottleneck reaction in 3-fucosyllactose biosynthesis, was expressed in a 2μ vector, and gmd , gmer , and lac12 for precursor and substrate supply were expressed in pRS, a centromere vector. At this time, since the number of genes that can be stably expressed in one vector is limited, gmd , gmer , and lac12 can all be expressed in one vector (pRS415) (Figure 7), or gmd and gmer are expressed in pRS416 and lac12 is expressed in pRS416. By allowing pRS415 to be expressed in two different vectors (FIG. 8), yeast were prepared in which a total of four genes, including 3-FT, were introduced through two or three vectors, respectively.
2μ 벡터만 이용한 경우(pYEG x pYEG)에 비하여, 센트로미어 벡터에 3-FT를 제외한 상기 세 유전자를 도입한 2-벡터(pYEG x CEN)와 3-벡터(pYEG x CEN x gLac12) 발현 시스템이 도입된 효모의 경우 도 9 및 표 6과 같이 약 3배 높은 약 180 mg/L의 3-FL이 생산되고, 상대표준편차(RSD) 값도 50%에서 1.3%로 현저히 감소한 것으로 나타났다. 이로부터 센트로미어 벡터에 gmd, gmer 및 lac12를 도입함으로써 해당 효소들의 발현 안정성이 향상된 것을 간접적으로 확인할 수 있었다.Compared to the case of using only the 2μ vector (pYEG x pYEG), the 2-vector (pYEG In the case of the introduced yeast, as shown in Figure 9 and Table 6, about 180 mg/L of 3-FL, which is about three times higher, was produced, and the relative standard deviation (RSD) value was also found to be significantly reduced from 50% to 1.3%. From this, it was indirectly confirmed that the expression stability of the corresponding enzymes was improved by introducing gmd , gmer , and lac12 into the centromere vector.
다음으로, 센트로미어 벡터에 3-FT를 제외한 상기 세 유전자를 도입한 2-벡터(pYEG x CEN)와 3-벡터(pYEG x CEN x gLac12) 시스템 간 3-FL 생산성에 차이가 있는지 확인해 보았다. 그 결과, 도 10과 같이 균주의 생장 및 3-FL 생산 모두에서 통계적으로 유의미한 차이는 없는 것으로 나타났다. Next, we checked whether there was a difference in 3-FL productivity between the 2-vector (pYEG x CEN) and 3-vector (pYEG x CEN x gLac12) systems in which the above three genes except 3-FT were introduced into the centromere vector. As a result, as shown in Figure 10, there was no statistically significant difference in both the growth and 3-FL production of the strain.
추가로, 상기 3-벡터 시스템을 도입한 효모 균주를 Saccharomyces cerevisiae FCCL-3 균주명으로 한국생물자원센터(KCTC)에 기탁하였다(KCTC14730BP). 상세하게, 이는 S. cerevisiae Y2805 Ura-/Leu-/His- 균주를 제작하고 2μ(pYEG-HIR525) 및 센트로미어 (pRS415, pRS416) 벡터를 도입하여 제조된 3-FL 생산용 균주이다.Additionally, the yeast strain into which the 3-vector system was introduced was deposited at the Korea Center for Biological Resources (KCTC) under the strain name Saccharomyces cerevisiae FCCL-3 (KCTC14730BP). In detail, this is a strain for 3-FL production prepared by constructing the S. cerevisiae Y2805 Ura-/Leu-/His- strain and introducing 2μ (pYEG-HIR525) and centromere (pRS415, pRS416) vectors.
4) 3-푸코실락토스의 대량 생산4) Mass production of 3-fucosyllactose
상기 3-벡터 시스템을 도입한 효모 균주인 Saccharomyces cerevisiae FCCL-3 균주를 이용한 3-푸코실락토스 생산을 앞서의 50 ml에서 2.5 L로 스케일 업하여 동일한 배지 및 온도 조건(YPD 배지, 30°C)에서 진행하였다. 이때, 유당 공급은 세포 생장(OD600) 60~70 시점에서 유가식 배양 방법(fed-batch culture)으로 유당의 농도를 낮게 유지(유당의 총 투입량이 10 g/L가 되도록 48시간째부터 투여하였으며, 기기를 이용하여 시간당 0.5 g/L가 들어가도록 72시간까지 투입)하며 발효의 생산성을 증가시키는 방법을 이용하였으며, 동일한 방법으로 3회 진행하였다.3-Foucault room lactose production using Saccharomyces cerevisiae FCCL-3, a yeast strain introduced with the 3-vector system, was scaled up from 50 ml to 2.5 L using the same medium and temperature conditions (YPD medium, 30°C). It was carried out in At this time, lactose supply is maintained at a low concentration by fed-batch culture at the point of cell growth (OD 600 ) 60-70 (administered from 48 hours so that the total amount of lactose added is 10 g/L). A method was used to increase the productivity of fermentation by using a device to add 0.5 g/L per hour for up to 72 hours, and the same method was used three times.
효모 균주는 총 72시간을 배양하여 최종 세포 생장은 72 - 87까지 도달하였고, 총 3-푸코실락토스의 생산량은 L-fucose assay kit를 이용한 분석법에서 1,200 - 1,650 mg/L으로 50 ml의 테스트 생산 시에 비해 약 5.7~7.8배 생산량이 증가된 것으로 나타났다(도 11).The yeast strain was cultured for a total of 72 hours, and the final cell growth reached 72 - 87, and the total production of 3-fucosyllactose was 1,200 - 1,650 mg/L in the analysis using the L-fucose assay kit, which was produced in 50 ml of test. It was found that production increased by about 5.7 to 7.8 times compared to the city (Figure 11).
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The description of the present invention described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present invention can be easily modified into other specific forms without changing the technical idea or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as unitary may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims described below, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.
Claims (12)
GDP-D-만노스-디하이드라타아제(GDP-D-mannose-dehydratase) 유전자;
GDP-L-푸코스 신타제(GDP-L-fucose synthase) 유전자; 및
락토스 퍼미아제(lactose permease) 유전자;가 도입되고,
상기 각 유전자는 발현 조절 서열과 작동 가능하게 연결된 것인, 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
α-1,3-fucosyltransferase gene;
GDP-D-mannose-dehydratase gene;
GDP-L-fucose synthase gene; and
A lactose permease gene is introduced,
A microorganism for producing 3-fucosyllactose, wherein each of the genes is operably linked to an expression control sequence.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자, 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자는 하나 이상의 비통합적(non-integrating) 벡터 상에 포함되어 도입된 것을 특징으로 하는 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 1,
The α-1,3-fucosyltransferase gene, the GDP-D-mannose-dehydratase gene, the GDP-L-fucose synthase gene and the lactose permease gene are one or more non-integral A microorganism for producing 3-fucosyllactose, characterized in that it is introduced and included on a (non-integrating) vector.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자와 다른 벡터 상에 포함되고,
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자를 포함하는 벡터는 고 카피 수(high copy number) 벡터이고, 상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 유전자, 상기 GDP-L-푸코스 신타제 유전자 및 상기 락토스 퍼미아제 유전자를 포함하는 벡터는 하나 이상의 저 카피 수(low copy number) 벡터인 것을 특징으로 하는 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 1,
The α-1,3-fucosyltransferase gene is on a vector different from the GDP-D-mannose-dehydratase gene, the GDP-L-fucose synthase gene, and the lactose permease gene. Included,
The vector containing the α-1,3-fucosyltransferase gene is a high copy number vector, and the GDP-D-mannose-dehydratase gene and the GDP-L-fucose A microorganism for producing 3-fucosyllactose, wherein the vector containing the synthase gene and the lactose permease gene is one or more low copy number vectors.
상기 저 카피 수 벡터는 센트로미어 벡터인 것을 특징으로 하는 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 3,
The microorganism for producing 3-fucosyllactose, wherein the low copy number vector is a centromere vector.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 파라박테로이데스 존소니이(Parabacteroides johnsonii) 유래인 것을 특징으로 하는 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 1,
A microorganism for producing 3-foucault lactose, wherein the α-1,3-fucosyltransferase gene is derived from Parabacteroides johnsonii .
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 서열번호 1의 아미노산 서열을 인코딩하는 염기 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 1,
The α-1,3-fucosyltransferase gene is a microorganism for producing 3-fucosyllactose, characterized in that it contains a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.
상기 α-1,3-푸코실트랜스퍼라아제 유전자는 서열번호 2의 염기 서열을 포함하는 것을 특징으로 하는 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 1,
The α-1,3-fucosyltransferase gene is a microorganism for producing 3-fucosyllactose, characterized in that it contains the base sequence of SEQ ID NO: 2.
상기 GDP-D-만노스-디하이드라타아제 및 GDP-L-푸코스 신타제 유전자는 대장균 유래인 것을 특징으로 하는 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 1,
A microorganism for producing 3-fucosyllactose, wherein the GDP-D-mannose-dehydratase and GDP-L-fucose synthase genes are derived from E. coli.
상기 락토스 퍼미아제 유전자는 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis) 유래인 것을 특징으로 하는 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 1,
A microorganism for producing 3-fucosyllactose, wherein the lactose permease gene is derived from Kluyveromyces lactis .
상기 미생물은 효모인 것인 3-푸코실락토스 생산용 미생물.
According to paragraph 1,
A microorganism for producing 3-foucault room lactose, wherein the microorganism is yeast.
A host cell into which an α-1,3-fucosyltransferase gene derived from Parabacteroides johnsonii has been introduced.
3-Foucault room lactose produced using the microorganism according to claim 1.
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