KR20240058000A - Novel variant of Qin prophage; protein YnfQ and method for producing L-aromatic amino acid using the same - Google Patents

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KR20240058000A
KR20240058000A KR1020230136991A KR20230136991A KR20240058000A KR 20240058000 A KR20240058000 A KR 20240058000A KR 1020230136991 A KR1020230136991 A KR 1020230136991A KR 20230136991 A KR20230136991 A KR 20230136991A KR 20240058000 A KR20240058000 A KR 20240058000A
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Abstract

본 발명은 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 신규 변이체 및 이를 이용한 L-방향족 아미노산의 생산 방법에 관한 것으로, 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체는 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ을 구성하는 아미노산 서열 중 하나 이상의 아미노산이 치환됨으로써 단백질 활성이 변화되어, 상기 변이체를 포함하는 재조합 미생물로부터 L-트립토판, L-페닐알라닌 또는 L-티로신을 효율적으로 생산할 수 있다.The present invention relates to Qin prophage; It relates to a new variant of the protein YnfQ and a method for producing L-aromatic amino acids using the same, including the Qin prophage; Protein YnfQ variants are Qin prophages; Protein activity is changed by substituting one or more amino acids in the amino acid sequence constituting the protein YnfQ, allowing efficient production of L-tryptophan, L-phenylalanine, or L-tyrosine from recombinant microorganisms containing the mutant.

Description

Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 신규 변이체 및 이를 이용한 L-방향족 아미노산의 생산 방법{Novel variant of Qin prophage; protein YnfQ and method for producing L-aromatic amino acid using the same}Qin prophage; New variant of protein YnfQ and method for producing L-aromatic amino acid using the same {Novel variant of Qin prophage; protein YnfQ and method for producing L-aromatic amino acid using the same}

본 발명은 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 신규 변이체 및 이를 이용한 L-방향족 아미노산의 생산 방법에 관한 것이다.The present invention relates to Qin prophage; It relates to a new variant of the protein YnfQ and a method for producing L-aromatic amino acids using the same.

아미노산은 곁사슬의 성질에 따라 소수성, 친수성, 염기성 및 산성 아미노산으로 구분되며, 이들 중 벤젠 고리를 갖는 아미노산을 방향족 아미노산이라 한다. 방향족 아미노산에는 페닐알라닌, 티로신 및 트립토판이 있으며, 페닐알라닌과 트립토판은 생체 내에서 합성되지 않는 필수 아미노산으로 전세계적으로 연간 3000억 달러 규모의 시장을 형성하고 있는 고부가가치 산업에 해당한다.Amino acids are classified into hydrophobic, hydrophilic, basic, and acidic amino acids depending on the nature of the side chain, and among these, amino acids with a benzene ring are called aromatic amino acids. Aromatic amino acids include phenylalanine, tyrosine, and tryptophan. Phenylalanine and tryptophan are essential amino acids that cannot be synthesized in the living body, and are a high value-added industry with a global market worth $300 billion annually.

방향족 아미노산의 생산은 자연상태에서 수득된 야생형 균주나 이의 아미노산 생산능이 향상되도록 변형된 변이주를 이용할 수 있다. 최근에는 방향족 아미노산의 생산 효율을 개선시키기 위해 L-아미노산과 같은 유용물질 생산에 많이 이용되는 대장균, 코리네박테리움 등의 미생물을 대상으로 유전자 재조합 기술을 적용하여 우수한 L-방향족 아미노산 생산능을 갖는 다양한 재조합 균주 또는 변이주 및 이를 이용한 L-방향족 아미노산 생산 방법이 개발되고 있다. 특히 L-방향족 아미노산의 생합성 경로에 관여하는 효소, 전사인자, 수송 단백질 등의 유전자를 대상으로 하거나, 또는 이들의 발현을 조절하는 프로모터에 변이를 유도하여 해당 아미노산의 생산량을 증대시키려는 시도가 있었다. 그러나 L-방향족 아미노산 생산에 직간접적으로 연관된 효소, 전사인자, 수송 단백질 등 단백질의 종류가 수십여 종에 이르기 때문에 이러한 단백질의 활성 변화에 따른 L-방향족 아미노산 생산능 증가 여부에 관해 여전히 많은 연구가 필요한 실정이다.For the production of aromatic amino acids, wild-type strains obtained in nature or mutant strains modified to improve their amino acid production ability can be used. Recently, in order to improve the production efficiency of aromatic amino acids, genetic recombination technology has been applied to microorganisms such as Escherichia coli and Corynebacterium, which are widely used in the production of useful substances such as L-amino acids, to produce excellent L-aromatic amino acid production capabilities. Various recombinant strains or mutant strains and methods for producing L-aromatic amino acids using them are being developed. In particular, there have been attempts to increase the production of the corresponding amino acid by targeting genes such as enzymes, transcription factors, and transport proteins involved in the biosynthetic pathway of L-aromatic amino acids, or by inducing mutations in promoters that control their expression. However, since there are dozens of types of proteins, such as enzymes, transcription factors, and transport proteins, that are directly or indirectly related to the production of L-aromatic amino acids, there is still much research on whether changes in the activity of these proteins increase the ability to produce L-aromatic amino acids. It is necessary.

한국 등록특허 제10-1830002호Korean Patent No. 10-1830002

본 발명은 신규한 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention relates to a novel Qin prophage; The purpose is to provide protein YnfQ variants.

또한, 본 발명은 상기 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the present invention aims to provide a polynucleotide encoding the above variant.

또한, 본 발명은 상기 변이체 또는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 형질전환체를 제공하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the present invention aims to provide a transformant containing the above variant or polynucleotide.

또한, 본 발명은 상기 형질전환체를 이용한 L-방향족 아미노산의 생산 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Additionally, the present invention aims to provide a method for producing L-aromatic amino acids using the above transformant.

본 발명의 일 양상은 서열번호 2의 아미노산 서열에서 26번째 아스파트산(Asp)이 발린(Val)으로 치환된, 서열번호 4의 아미노산 서열로 구성된 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체를 제공한다.One aspect of the present invention is a Qin prophage consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, in which aspartic acid (Asp) at position 26 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is replaced with valine (Val); Protein YnfQ variants are provided.

본 발명에서 사용된 “Qin 프로파지; 단백질 YnfQ(Qin prophage; protein YnfQ)”는 Qin 프로파지의 일부분으로, 저온충격(cold shock)에 의해 발현이 유도되어 발현된다. 본 발명에서의 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ는 ynfQ 유전자에 의해 암호화되어 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 활성을 가지는 폴리펩티드일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.“Qin prophage” used in the present invention; Protein YnfQ (Qin prophage; protein YnfQ) is a part of the Qin prophage, and its expression is induced by cold shock. Qin prophage in the present invention; Protein YnfQ is encoded by the ynfQ gene and is encoded by the Qin prophage; It may be a polypeptide having protein YnfQ activity, but is not limited thereto.

상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ에 대한 핵산 및 단백질 서열 정보는 공지된 서열 데이터베이스 (예컨대, GenBank, UniProt)를 통해 얻을 수 있다.The Qin prophage; Nucleic acid and protein sequence information for the protein YnfQ can be obtained through known sequence databases (eg, GenBank, UniProt).

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ은 서열번호 1의 염기서열에 의해 암호화된 것일 수 있으며, 서열번호 2의 아미노산 서열로 구성된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the Qin prophage; Protein YnfQ may be encoded by the base sequence of SEQ ID NO: 1 and may be composed of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

본 발명에 따른 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 아미노산 서열 또는 이를 암호화하는 염기서열은 각 서열과 비교하여 적어도 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 100%의 상동성 또는 동일성을 가지는 염기서열 또는 아미노산 서열을 포함할 수 있다. 여기서 “상동성” 또는 “동일성”이란 기준이 되는 염기서열 또는 아미노산 서열과 임의의 다른 염기서열 또는 아미노산 서열을 최대한 대응되도록 정렬하여 분석하였을 때 두 서열 간의 일치율(%)을 의미한다.Qin prophage according to the present invention; The amino acid sequence of the protein YnfQ or the base sequence encoding it is at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or 100% compared to each sequence. It may include a base sequence or amino acid sequence having homology or identity. Here, “homology” or “identity” means the percent identity between the two sequences when the reference base sequence or amino acid sequence and any other base sequence or amino acid sequence are aligned and analyzed to correspond as much as possible.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 또는 이를 암호화하는 유전자는 야생형 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli)에서 유래한 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the Qin prophage; Protein YnfQ or the gene encoding it may be derived from wild-type Escherichia coli.

본 발명에서 사용된 "변이체"는 특정 유전자의 아미노산 서열 중 N-말단, C-말단 및/또는 내부에서 하나 이상의 아미노산이 보존적 치환(conservative substitution), 결실(deletion), 변형(modification) 또는 부가되어 변이 전 아미노산 서열과 상이하나, 기능(functions) 또는 특성(properties)이 유지되는 폴리펩티드를 의미한다. 여기서 "보존적 치환"이란 하나의 아미노산을 구조적 및/또는 화학적 성질이 유사한 다른 아미노산으로 치환시키는 것을 의미하며, 단백질 또는 폴리펩티드의 활성에 거의 영향을 미치지 않거나, 또는 전혀 영향을 미치지 않을 수 있다. 상기 아미노산으로는 알라닌(Ala), 이소루신(Ile), 발린(Val), 루신(Leu), 메티오닌(Met), 아스파라긴(Asn), 시스테인(Cys), 글루타민(Gln), 세린(Ser), 트레오닌(Thr), 페닐알라닌(Phe), 트립토판(Trp), 티로신(Tyr), 아스파트산(Asp), 글루탐산(Glu), 아르기닌(Arg), 히스티딘(His), 라이신(Lys), 글리신(Gly) 및 프롤린(Pro)으로부터 선택된 것이다.As used in the present invention, “variant” refers to a conservative substitution, deletion, modification or addition of one or more amino acids at the N-terminus, C-terminus and/or inside the amino acid sequence of a specific gene. refers to a polypeptide that is different from the amino acid sequence before mutation, but maintains its functions or properties. Here, “conservative substitution” means replacing one amino acid with another amino acid with similar structural and/or chemical properties, and may have little or no effect on the activity of the protein or polypeptide. The amino acids include alanine (Ala), isoleucine (Ile), valine (Val), leucine (Leu), methionine (Met), asparagine (Asn), cysteine (Cys), glutamine (Gln), serine (Ser), Threonine (Thr), phenylalanine (Phe), tryptophan (Trp), tyrosine (Tyr), aspartic acid (Asp), glutamic acid (Glu), arginine (Arg), histidine (His), lysine (Lys), glycine (Gly) ) and proline (Pro).

또한, 변이체는 N-말단 리더 서열 또는 막전이 도메인(transmembrane domain)과 같은 하나 이상의 부분이 제거되거나, 또는 성숙 단백질(mature protein)의 N- 및/또는 C-말단으로부터 일부분이 제거된 것을 포함한다.Additionally, variants include those in which one or more portions, such as the N-terminal leader sequence or transmembrane domain, are removed, or portions are removed from the N- and/or C-terminus of the mature protein. .

이러한 변이체는 그 능력이 변이 전 단백질에 비하여 증가 (강화)되거나, 변하지 않거나, 또는 감소 (약화)될 수 있다. 여기서 "증가 또는 강화"는 단백질 자체의 활성이 변이 전 단백질에 비하여 증가한 경우, 단백질을 암호화하는 유전자의 발현 증가 또는 번역 증가 등으로 세포 내에서 전체적인 효소 활성 정도가 야생형 균주 또는 변이 전 단백질을 발현하는 균주에 비하여 높은 경우, 및 이들의 조합을 포함한다. 또한 "감소 또는 약화"는 단백질 자체의 활성이 변이 전 단백질에 비해 감소한 경우, 단백질을 암호화하는 유전자의 발현 저해 또는 번역 저해 등으로 세포 내에서 전체적인 효소 활성 정도가 야생형 균주 또는 변이 전 단백질을 발현하는 균주에 비하여 낮은 경우, 및 이들의 조합을 포함한다. 본 발명에서는 변이체가 변이형, 변형, 변이형 폴리펩티드, 변이된 단백질, 변이 등과 혼용될 수 있다.These variants may have their abilities increased (enhanced), unchanged, or decreased (weakened) compared to the protein before the mutation. Here, “increase or enhancement” means that when the activity of the protein itself increases compared to the protein before the mutation, the overall degree of enzyme activity within the cell increases due to increased expression or increased translation of the gene encoding the protein, etc. in the wild-type strain or the protein expressing the protein before the mutation. Including cases where it is high compared to the strain, and combinations thereof. In addition, “reduction or weakening” refers to when the activity of the protein itself is reduced compared to the protein before the mutation, and the overall degree of enzyme activity within the cell is reduced due to inhibition of expression or translation of the gene encoding the protein, such as in the wild-type strain or the protein expressing the mutation before the mutation. It includes cases where it is low compared to the strain, and combinations thereof. In the present invention, variant may be used interchangeably with variant type, modification, variant polypeptide, mutated protein, mutation, etc.

본 발명에 따른 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체는 서열번호 4의 아미노산 서열과 비교하여 적어도 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% 또는 100%의 상동성 또는 동일성을 가지는 아미노산 서열을 포함할 수 있다. 이러한 단백질 변이체는 각 단백질 변이체의 기능 또는 특성을 유지하는 아미노산 서열이라면 제한 없이 포함할 수 있으며, 상기 변이체의 기능 또는 특성을 유지하는 아미노산 서열이라면 제한 없이 포함할 수 있다.Qin prophage according to the present invention; Protein YnfQ variants have at least 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% or 100% homology or It may contain an amino acid sequence having identity. These protein variants may include without limitation any amino acid sequence that maintains the function or characteristics of each protein variant, and may include without limitation any amino acid sequence that maintains the function or characteristics of the variant.

본 발명의 다른 양상은 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다.Another aspect of the present invention is the Qin prophage; Polynucleotides encoding variants of the protein YnfQ are provided.

본 발명에서 사용된 "폴리뉴클레오티드(polynucleotide)"는 뉴클레오티드 단위체(monomer)가 공유결합에 의해 길게 사슬모양으로 이어진 뉴클레오티드의 중합체(polymer)로 일정한 길이 이상의 DNA 또는 RNA 가닥으로서, 보다 구체적으로는 상기 단백질 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오티드 단편을 의미한다.“Polynucleotide” used in the present invention is a strand of DNA or RNA of a certain length or more, which is a polymer of nucleotides in which nucleotide monomers are connected in a long chain by covalent bonds. More specifically, the protein It refers to a polynucleotide fragment encoding a variant.

상기 폴리뉴클레오티드는 서열번호 4의 아미노산 서열을 암호화하는 염기서열을 포함하는 것으로, 예를 들면, 서열번호 3의 염기서열을 포함하는 것일 수 있다.The polynucleotide contains a base sequence encoding the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, for example, may include the base sequence of SEQ ID NO: 3.

본 발명의 다른 양상은 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터를 제공한다.Another aspect of the present invention is the Qin prophage; A vector containing a polynucleotide encoding a variant of the protein YnfQ is provided.

또한, 본 발명의 다른 양상은 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체 또는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 형질전환체를 제공한다.In addition, another aspect of the present invention is the Qin prophage; A transformant comprising a protein YnfQ variant or polynucleotide is provided.

본 발명에서 사용된 "벡터(vector)"는 숙주세포에 목적 유전자를 전달하여 발현시키기 위한 수단으로 사용되는 모든 유형의 핵산 서열 운반 구조체를 의미한다. 상기 벡터는 특별한 언급이 없는 한, 담지된 핵산 서열이 숙주세포 유전체 내 삽입되어 발현되도록 하는 것 및/또는 독자적으로 발현되도록 하는 것을 의미할 수 있다. 이러한 벡터는 유전자 삽입물이 발현되도록 작동가능하게 연결된 필수적인 조절요소를 포함하며, “작동가능하게 연결된(operably linked)"이란 목적 유전자와 이의 조절 서열이 서로 기능적으로 결합되어 유전자 발현을 가능케 하는 방식으로 연결된 것을 의미하고, "조절요소"는 전사를 수행하기 위한 프로모터, 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합 부위를 암호화하는 서열, 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함한다.As used in the present invention, “vector” refers to any type of nucleic acid sequence delivery structure used as a means to deliver and express a gene of interest in a host cell. Unless otherwise specified, the vector may mean that the carried nucleic acid sequence is inserted into the host cell genome and expressed and/or allowed to be expressed independently. These vectors contain essential regulatory elements that are operably linked to enable expression of the gene insert, and “operably linked” means that the target gene and its regulatory sequences are functionally linked to each other to enable gene expression. means, “regulatory elements” include promoters for performing transcription, optional operator sequences for regulating transcription, sequences encoding suitable mRNA ribosome binding sites, and sequences regulating termination of transcription and translation.

본 발명에서 사용되는 벡터는 숙주세포 내에서 복제 가능한 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 당업계에 알려진 임의의 벡터를 이용할 수 있다. 상기 벡터의 일례로는 천연 상태이거나 재조합된 상태의 플라스미드, 코스미드, 바이러스 및 박테리오파지를 들 수 있다. 예를 들면, 파지 벡터 또는 코스미드 벡터로는 pWE15, M13, λMBL3, λMBL4, λIXII, λASHII, λAPII, λt10, λt11, Charon4A, Charon21A 등이 있으며, 플라스미드 벡터로는 pBR계, pUC계, pBluescriptII계, pGEM계, pTZ계, pCL계 및 pET계 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 않는다.The vector used in the present invention is not particularly limited as long as it can replicate within the host cell, and any vector known in the art can be used. Examples of the vectors include plasmids, cosmids, viruses, and bacteriophages in a natural or recombinant state. For example, phage vectors or cosmid vectors include pWE15, M13, λMBL3, λMBL4, λIXII, λASHII, λAPII, λt10, λt11, Charon4A, Charon21A, etc., and plasmid vectors include pBR series, pUC series, pBluescriptII series, These include, but are not limited to, pGEM-based, pTZ-based, pCL-based and pET-based.

상기 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 발현을 위한 벡터는 당업계에서 식물, 동물 또는 미생물에서 외래의 유전자 또는 단백질을 발현하는데 사용되는 통상의 것을 사용할 수 있으며, 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있다.The vector can typically be constructed as a vector for cloning or as a vector for expression. Vectors for expression can be those commonly used in the art to express foreign genes or proteins in plants, animals, or microorganisms, and can be constructed through various methods known in the art.

본 발명에서 사용된 “재조합 벡터”는 원핵세포 또는 진핵세포를 숙주로 하여 구축될 수 있다. 예를 들어, 사용되는 벡터가 발현 벡터이고 원핵세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터 (예컨대, pLλ 프로모터, CMV 프로모터, trp 프로모터, lac 프로모터, tac 프로모터, T7 프로모터), 해독의 개시를 위한 라이보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 진핵세포를 숙주로 하는 경우에는, 벡터에 포함되는 진핵세포에서 작동하는 복제원점은 f1 복제원점, SV40 복제원점, pMB1 복제원점, 아데노 복제원점, AAV 복제원점 및 BBV 복제원점 등을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 포유동물 세포의 게놈으로부터 유래된 프로모터 (예컨대, 메탈로 티오닌 프로모터) 또는 포유동물 바이러스로부터 유래된 프로모터 (예컨대, 아데노 바이러스 후기 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, SV40 프로모터, 사이토 메갈로 바이러스 프로모터, HSV의 tk 프로모터)가 이용될 수 있으며, 전사 종결 서열로서 폴리아데닐화 서열을 일반적으로 가진다.The “recombinant vector” used in the present invention can be constructed using prokaryotic cells or eukaryotic cells as hosts. For example, when the vector used is an expression vector and a prokaryotic cell is used as the host, a strong promoter capable of advancing transcription (e.g., pLλ promoter, CMV promoter, trp promoter, lac promoter, tac promoter, T7 promoter), It typically includes a ribosome binding site for initiation of translation and a transcription/translation termination sequence. In the case of using a eukaryotic cell as a host, the origin of replication operating in the eukaryotic cell included in the vector includes the f1 origin of replication, the SV40 origin of replication, the pMB1 origin of replication, the adeno origin of replication, the AAV origin of replication, and the BBV origin of replication. It is not limited. Additionally, promoters derived from the genome of mammalian cells (e.g., metallothionine promoter) or promoters derived from mammalian viruses (e.g., adenovirus late promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, SV40 promoter, cytomegalovirus promoter) , the tk promoter of HSV) can be used and usually has a polyadenylation sequence as a transcription termination sequence.

상기 재조합 벡터는 선택 마커(selection marker)를 포함할 수 있는데, 상기 선택 마커는 벡터로 형질전환된 형질전환체 (숙주세포)를 선별하기 위한 것으로 상기 선택 마커가 처리된 배지에서 선택 마커를 발현하는 세포만 생존할 수 있기 때문에, 형질전환된 세포의 선별이 가능하다. 상기 선택 마커는 대표적인 예로 암피실린, 카나마이신, 스트렙토마이신, 클로람페니콜 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The recombinant vector may include a selection marker, which is used to select transformants (host cells) transformed with the vector and expresses the selection marker in the medium treated with the selection marker. Because only cells are viable, selection of transformed cells is possible. Representative examples of the selection marker include ampicillin, kanamycin, streptomycin, and chloramphenicol, but are not limited thereto.

재조합 벡터를 숙주세포에 삽입함으로써 형질전환체를 만들 수 있으며, 상기 형질전환체는 재조합 벡터를 적절한 숙주세포에 도입시킴으로써 얻어진 것일 수 있다. 숙주세포는 상기 발현벡터를 안정되면서 연속적으로 클로닝 또는 발현시킬 수 있는 세포로서 당업계에 공지된 어떠한 숙주세포도 이용할 수 있다.A transformant can be created by inserting a recombinant vector into a host cell, and the transformant may be obtained by introducing a recombinant vector into an appropriate host cell. The host cell is a cell capable of stably and continuously cloning or expressing the expression vector, and any host cell known in the art can be used.

재조합 미생물을 제작하기 위하여 원핵세포에 형질전환시키는 경우에는 숙주세포로서 E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli X 1776, E. coli W3110, E. coli XL1-Blue와 같은 대장균 속 균주, 코리네박테리움 속 균주, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 츄린겐시스와 같은 바실러스 속 균주, 살모넬라 티피무리움, 세라티아 마르세슨스 및 슈도모나스 종과 같은 다양한 장내균과 균주 등이 이용되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.When transforming prokaryotic cells to produce recombinant microorganisms , E. coli JM109, E. coli BL21, E. coli RR1, E. coli LE392, E. coli B, E. coli coli W3110, E. coli XL1-Blue, Corynebacterium strains, Bacillus subtilis, Bacillus thuringiensis, Salmonella Typhimurium, Serratia marcescens and Pseudomonas species. The same variety of intestinal bacteria and strains may be used, but it is not limited to this.

재조합 미생물을 제작하기 위하여 진핵세포에 형질전환을 하는 경우에는 숙주세포로서 효모 (예컨대, 사카로마이세스 세레비지에), 곤충 세포, 식물 세포 및 동물 세포, 예를 들어, Sp2/0, CHO K1, CHO DG44, PER.C6, W138, BHK, COS7, 293, HepG2, Huh7, 3T3, RIN, MDCK 세포주 등이 이용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.When transforming eukaryotic cells to produce recombinant microorganisms, yeast (e.g., Saccharomyces cerevisiae), insect cells, plant cells, and animal cells, such as Sp2/0, CHO K1, are used as host cells. , CHO DG44, PER.C6, W138, BHK, COS7, 293, HepG2, Huh7, 3T3, RIN, MDCK cell lines, etc. can be used, but are not limited thereto.

본 발명에서 사용된 "형질전환(transformation)"은 외부 DNA를 숙주세포 내로 도입하여 인위적으로 유전적인 변화를 일으키는 현상을 의미하며, "형질전환체(transformant)"는 외부 DNA가 도입되어 목적 유전자의 발현을 안정적으로 유지하는 숙주세포를 의미한다.As used in the present invention, "transformation" refers to a phenomenon that artificially causes genetic changes by introducing foreign DNA into a host cell, and "transformant" refers to a phenomenon in which foreign DNA is introduced to change the target gene. It refers to a host cell that stably maintains expression.

상기 형질전환은 숙주세포에 따라 적합한 벡터 도입 기술이 선택되어 목적 유전자 또는 이를 포함하는 재조합 벡터를 숙주세포 내에서 발현시킬 수 있다. 예를 들면, 벡터 도입은 전기천공법(electroporation), 열 충격(heat-shock), 인산칼슘(CaPO4) 침전, 염화칼슘(CaCl2) 침전, 미세주입법(microinjection), 폴리에틸렌글리콜(PEG)법, DEAE-덱스트란법, 양이온 리포좀법, 초산 리튬-DMSO법, 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 형질전환된 유전자는 숙주세포 내에서 발현될 수 있으면 숙주세포의 염색체 내 삽입 또는 염색체 외에 위치하고 있는 것이든 제한하지 않고 포함될 수 있다.For the transformation, an appropriate vector introduction technology is selected depending on the host cell to express the target gene or a recombinant vector containing the same within the host cell. For example, vector introduction can be performed using electroporation, heat-shock, calcium phosphate (CaPO4) precipitation, calcium chloride (CaCl2) precipitation, microinjection, polyethylene glycol (PEG) method, DEAE- It may be performed by the dextran method, the cationic liposome method, the lithium acetate-DMSO method, or a combination thereof, but is not limited thereto. As long as the transformed gene can be expressed within the host cell, it can be included without limitation, whether it is inserted into the chromosome of the host cell or located outside the chromosome.

상기 형질전환체는 생체내 또는 시험관내에서 본 발명에 따른 재조합 벡터로 형질감염, 형질전환, 또는 감염된 세포를 포함하며, 재조합 숙주세포, 재조합 세포 또는 재조합 미생물과 동일한 용어로 사용될 수 있다.The transformant includes cells transfected, transformed, or infected with the recombinant vector according to the present invention in vivo or in vitro, and may be used as the same term as recombinant host cell, recombinant cell, or recombinant microorganism.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 형질전환체는 에스케리치아(Escherichia) 속 균주 또는 코리네박테리움(Corynebacterium) 속 균주인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the transformant may be a strain of the genus Escherichia or a strain of the genus Corynebacterium .

상기 에스케리치아 속 균주로는 에스케리치아 콜라이(Escherichia coli), 에스케리치아 알베르티(Escherichia albertii), 에스케리치아 블라태(Escherichia blattae), 에스케리치아 퍼구소니(Escherichia fergusonii), 에스케리치아 헤르만니(Escherichia hermannii) 또는 에스케리치아 불네리스(Escherichia vulneris)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.The Escherichia genus strains include Escherichia coli, Escherichia albertii, Escherichia blattae, Escherichia fergusonii , and Escherichia hermann. It may be Escherichia hermannii or Escherichia vulneris , but is not limited thereto.

상기 코리네박테리움 속 균주로는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 코리네박테리움 크루디락티스(Corynebacterium crudilactis), 코리네박테리움 데저티(Corynebacterium deserti), 코리네박테리움 칼루나에(Corynebacterium callunae), 코리네박테리움 수라나래에(Corynebacterium suranareeae), 코리네박테리움 루브리칸티스(Corynebacterium lubricantis), 코리네박테리움 두사넨세(Corynebacterium doosanense), 코리네박테리움 이피시엔스(Corynebacterium efficiens), 코리네박테리움 우테레키(Corynebacterium uterequi), 코리네박테리움 스테셔니스(Corynebacterium stationis), 코리네박테리움 파캔세(Corynebacterium pacaense), 코리네박테리움 싱굴라레(Corynebacterium singulare), 코리네박테리움 휴미레듀센스(Corynebacterium humireducens), 코리네박테리움 마리눔(Corynebacterium marinum), 코리네박테리움 할로톨레란스(Corynebacterium halotolerans), 코리네박테리움 스페니스코룸(Corynebacterium spheniscorum), 코리네박테리움 프레이부르겐세(Corynebacterium freiburgense), 코리네박테리움 스트리아툼(Corynebacterium striatum), 코리네박테리움 카니스(Corynebacterium canis), 코리네박테리움 암모니아게네스(Corynebacterium ammoniagenes), 코리네박테리움 레날레(Corynebacterium renale), 코리네박테리움 폴루티솔리(Corynebacterium pollutisoli), 코리네박테리움 이미탄스(Corynebacterium imitans), 코리네박테리움 카스피움(Corynebacterium caspium), 코리네박테리움 테스투디노리스(Corynebacterium testudinoris), 코리네박테리움 슈도펠라지(Corynebacaterium pseudopelargi) 또는 코리네박테리움 플라베스센스(Corynebacterium flavescens)일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.Strains of the Corynebacterium genus include Corynebacterium glutamicum , Corynebacterium crudilactis , Corynebacterium deserti , and Corynebacterium calluna. ( Corynebacterium callunae ), Corynebacterium suranareeae , Corynebacterium lubricantis , Corynebacterium doosanense , Corynebacterium ephiciens ( Corynebacterium efficiens ), Corynebacterium uterequi , Corynebacterium stationis , Corynebacterium pacaense , Corynebacterium singulare , Corynebacterium humireducens , Corynebacterium marinum , Corynebacterium halotolerans , Corynebacterium spheniscorum , Corynebacterium Bacterium freiburgense, Corynebacterium striatum , Corynebacterium canis , Corynebacterium ammoniagenes , Corynebacterium renale ( Corynebacterium renale ), Corynebacterium pollutisoli , Corynebacterium imitans, Corynebacterium caspium, Corynebacterium testudinoris ), Corynebacaterium pseudopelargi , or Corynebacterium flavescens, but is not limited thereto.

본 발명에서의 형질전환체는 전술한 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ변이체 또는 이를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 포함하거나, 또는 이를 포함하는 벡터를 포함하는 균주, 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체 또는 폴리뉴클레오티드를 발현하는 균주, 또는 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체에 대한 활성을 가지는 균주일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The transformant in the present invention includes the above-mentioned Qin prophage; A strain containing a protein YnfQ variant or a polynucleotide encoding the same, or a vector containing the same, the Qin prophage; A strain expressing the protein YnfQ variant or polynucleotide, or the Qin prophage; It may be a strain that has activity against protein YnfQ variants, but is not limited thereto.

본 발명에서의 형질전환체는 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체 외에도 다른 단백질 변이체 또는 유전자 변이를 포함할 수 있다.The transformant in the present invention includes the above Qin prophage; In addition to protein YnfQ variants, it may include other protein variants or genetic mutations.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 형질전환체는 L-방향족 아미노산 생산능을 가지는 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the transformant may have the ability to produce L-aromatic amino acids.

상기 형질전환체는 자연적으로 L-방향족 아미노산 생산능을 가지고 있거나, 또는 인위적으로 L-방향족 아미노산 생산능이 부여된 것일 수 있다.The transformant may naturally have the ability to produce L-aromatic amino acids, or may be artificially endowed with the ability to produce L-aromatic amino acids.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 형질전환체는 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 활성이 변화되어 L-방향족 아미노산 생산능이 향상된 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the transformant is a Qin prophage; The activity of the protein YnfQ may have changed, improving the ability to produce L-aromatic amino acids.

본 발명에서 사용된 "생산능이 향상된"은 모균주에 비해 L-방향족 아미노산의 생산성이 증가된 것을 의미한다. 상기 모균주는 변이의 대상이 되는 야생형 또는 변이주를 의미하며, 직접 변이의 대상이 되거나 재조합된 벡터 등으로 형질전환되는 대상을 포함한다. 본 발명에 있어서, 모균주는 야생형 에스케리치아 속 균주 또는 코리네박테리움 속 균주이거나 야생형으로부터 변이된 에스케리치아 속 균주 또는 코리네박테리움 속 균주일 수 있다.“Improved production capacity” as used in the present invention means increased productivity of L-aromatic amino acids compared to the parent strain. The parent strain refers to a wild type or mutant strain that is subject to mutation, and includes a subject that is directly subject to mutation or transformed with a recombinant vector, etc. In the present invention, the parent strain may be a wild-type Escherichia genus strain or a Corynebacterium genus strain, or an Escherichia genus strain or a Corynebacterium genus strain mutated from the wild type.

본 발명에 따른 형질전환체는 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체가 도입됨으로써 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 활성이 변화하여 변이 전 단백질을 포함하는 균주 (모균주)에 비해 증가된 L-방향족 아미노산 생산능을 나타낸다. 보다 구체적으로, 상기 형질전환체는 모균주에 비해 L-방향족 아미노산 생산량이 적어도 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, 또는 100% 증가하거나, 또는 1.1배, 1.5배, 2배, 2.5배, 3배, 3.5배, 4배, 4.5배, 5배, 5.5배, 6배, 6.5배, 7배, 7.5배, 8배, 8.5배, 9배, 9.5배, 또는 10배 증가된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일례로, 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체를 포함한 형질전환체는 모균주에 비해 L-방향족 생산량이 5% 이상, 구체적으로는 5 내지 50% (바람직하게는 7 내지 40%) 증가된 것일 수 있다.The transformant according to the present invention includes Qin prophage; The introduction of protein YnfQ variants results in the Qin prophage; The activity of the protein YnfQ changes, showing increased L-aromatic amino acid production ability compared to the strain (parent strain) containing the protein before mutation. More specifically, the transformant has an L-aromatic amino acid production of at least 1%, 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, compared to the parent strain. Increase by 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90%, 95%, or 100%, or by 1.1x, 1.5x, 2x, 2.5x, 3 It may be increased by 3.5 times, 4 times, 4.5 times, 5 times, 5.5 times, 6 times, 6.5 times, 7 times, 7.5 times, 8 times, 8.5 times, 9 times, 9.5 times, or 10 times. It is not limited to this. In one example, the Qin prophage; A transformant containing a protein YnfQ variant may have an L-aromatic production increased by more than 5%, specifically 5 to 50% (preferably 7 to 40%), compared to the parent strain.

본 발명에 따른 형질전환체를 포함하는 조성물은 L-방향족 아미노산 생산용 조성물로서 이용될 수 있다.The composition containing the transformant according to the present invention can be used as a composition for producing L-aromatic amino acids.

본 발명의 다른 양상은 상기 형질전환체를 배지에 배양하는 단계; 및 상기 형질전환체 또는 형질전환체가 배양된 배지로부터 L-방향족 아미노산을 회수하는 단계를 포함하는 L-방향족 아미노산의 생산 방법을 제공한다.Another aspect of the present invention includes culturing the transformant in a medium; and recovering the L-aromatic amino acid from the transformant or the medium in which the transformant was cultured.

상기 배양은 당업계에 알려진 적절한 배지와 배양 조건에 따라 이루어질 수 있으며, 통상의 기술자라면 배지 및 배양 조건을 용이하게 조정하여 사용할 수 있다. 구체적으로, 상기 배지는 액체 배지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 배양 방법은 예를 들면, 회분식 배양(batch culture), 연속식 배양(continuous culture), 유가식 배양(fed-batch culture) 또는 이들의 조합 배양을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.The culture can be carried out according to appropriate media and culture conditions known in the art, and a person skilled in the art can easily adjust the medium and culture conditions. Specifically, the medium may be a liquid medium, but is not limited thereto. Cultivation methods may include, for example, batch culture, continuous culture, fed-batch culture, or combinations thereof, but are not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 배지는 적절한 방식으로 특정 균주의 요건을 충족해야 하며, 통상의 기술자에 의해 적절하게 변형될 수 있다. 에스케리치아 속 균주 또는 코리네박테리움 속 균주에 대한 배양 배지는 공지된 문헌 (Manual of Methods for General Bacteriology. American Society for Bacteriology. Washington D.C., USA, 1981)을 참조할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the medium must meet the requirements of a specific strain in an appropriate manner and can be appropriately modified by a person skilled in the art. Culture media for strains of the Escherichia genus or Corynebacterium genus can be referred to known literature (Manual of Methods for General Bacteriology. American Society for Bacteriology. Washington D.C., USA, 1981), but are limited thereto. no.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 배지에 다양한 탄소원, 질소원 및 미량원소 성분을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 탄소원으로는 글루코스, 수크로스, 락토스, 프락토스, 말토스, 전분, 셀룰로스와 같은 당 및 탄수화물, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 코코넛유 등과 같은 오일 및 지방, 팔미트산, 스테아린산, 리놀레산과 같은 지방산, 글리세롤, 에탄올과 같은 알코올, 아세트산과 같은 유기산이 포함된다. 이들 물질은 개별적으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 사용될 수 있는 질소원으로는 펩톤, 효모 추출물, 육즙, 맥아 추출물, 옥수수 침지액, 대두밀 및 요소 또는 무기 화합물, 예를 들면 황산 암모늄, 염화암모늄, 인산암모늄, 탄산암모늄 및 질산암모늄이 포함될 수 있다. 질소원 또한 개별적으로 또는 혼합물로서 사용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 사용될 수 있는 인의 공급원으로는 인산이수소칼륨 또는 인산수소이칼륨 또는 상응하는 나트륨-함유 염이 포함될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 배양 배지는 성장에 필요한 황산마그네슘 또는 황산철과 같은 금속염을 함유할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 그 외에, 아미노산 및 비타민과 같은 필수 성장 물질이 포함될 수 있다. 또한 배양 배지에 적절한 전구체들이 사용될 수 있다. 상기 배지 또는 개별 성분은 배양과정에서 배양액에 적절한 방식에 의해 회분식으로 또는 연속식으로 첨가될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.According to one embodiment of the present invention, the medium may contain various carbon sources, nitrogen sources, and trace element components. Carbon sources that can be used include sugars and carbohydrates such as glucose, sucrose, lactose, fructose, maltose, starch, cellulose, oils and fats such as soybean oil, sunflower oil, castor oil, coconut oil, palmitic acid, stearic acid, It includes fatty acids such as linoleic acid, alcohols such as glycerol and ethanol, and organic acids such as acetic acid. These substances may be used individually or in mixtures, but are not limited thereto. Nitrogen sources that may be used include peptone, yeast extract, broth, malt extract, corn steep liquor, soybean meal and urea or inorganic compounds such as ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, ammonium carbonate and ammonium nitrate. Nitrogen sources can also be used individually or in a mixture, but are not limited thereto. Sources of phosphorus that can be used include, but are not limited to, potassium dihydrogen phosphate or dipotassium hydrogen phosphate or the corresponding sodium-containing salts. Additionally, the culture medium may contain metal salts such as magnesium sulfate or iron sulfate necessary for growth, but is not limited thereto. In addition, essential growth substances such as amino acids and vitamins may be included. Additionally, precursors appropriate for the culture medium may be used. The medium or individual components may be added to the culture medium in a batch or continuous manner in an appropriate manner during the culture process, but are not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 배양 중에 수산화암모늄, 수산화칼륨, 암모니아, 인산 및 황산과 같은 화합물을 미생물 배양액에 적절한 방식으로 첨가하여 배양액의 pH를 조정할 수 있다. 또한, 배양 중에 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있다. 추가적으로, 배양액의 호기 상태를 유지하기 위하여, 배양액 내로 산소 또는 산소-함유 기체 (예, 공기)를 주입할 수 있다. 배양액의 온도는 통상 20 내지 45℃, 예를 들면 25 내지 40℃일 수 있다. 배양기간은 유용물질이 원하는 생산량으로 수득될 때까지 계속될 수 있으며, 예를 들면 10 내지 160 시간일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the pH of the culture medium can be adjusted by adding compounds such as ammonium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, phosphoric acid, and sulfuric acid to the microbial culture medium in an appropriate manner during cultivation. Additionally, foam generation can be suppressed by using an antifoaming agent such as fatty acid polyglycol ester during culture. Additionally, in order to maintain the aerobic state of the culture medium, oxygen or oxygen-containing gas (e.g., air) can be injected into the culture medium. The temperature of the culture medium may typically be 20 to 45°C, for example, 25 to 40°C. The culturing period may continue until the desired yield of useful material is obtained, for example, 10 to 160 hours.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 배양된 형질전환체 또는 형질전환체가 배양된 배지에서 L-방향족 아미노산을 회수하는 단계는 배양 방법에 따라 당해 분야에 공지된 적합한 방법을 이용하여 배지로부터 생산된 L-방향족 아미노산을 수집 또는 회수할 수 있다. 예를 들면 원심분리, 여과, 추출, 분무, 건조, 증발, 침전, 결정화, 전기영동, 분별용해 (예를 들면, 암모늄 설페이트 침전), 크로마토그래피 (예를 들면, 이온 교환, 친화성, 소수성 및 크기배제) 등의 방법을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 않는다.According to one embodiment of the present invention, the step of recovering L-aromatic amino acids from the cultured transformant or the medium in which the transformant was cultured is produced from the medium using a suitable method known in the art according to the culture method. L-aromatic amino acids can be collected or recovered. Examples include centrifugation, filtration, extraction, nebulization, drying, evaporation, precipitation, crystallization, electrophoresis, differential dissolution (e.g. ammonium sulfate precipitation), chromatography (e.g. ion exchange, affinity, hydrophobic and Methods such as size exclusion) can be used, but are not limited to this.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 L-방향족 아미노산을 회수하는 단계는 배양 배지를 저속 원심분리하여 바이오매스를 제거하고 얻어진 상등액을 이온교환 크로마토그래피를 통하여 분리할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of recovering the L-aromatic amino acid can be performed by centrifuging the culture medium at low speed to remove biomass and separating the obtained supernatant through ion exchange chromatography.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 L-방향족 아미노산을 회수하는 단계는 L-방향족 아미노산을 정제하는 공정을 포함할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the step of recovering the L-aromatic amino acid may include a process of purifying the L-aromatic amino acid.

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 L-방향족 아미노산은 L-트립토판, L-페닐알라닌 및 L-티로신으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the L-aromatic amino acid may be one or more selected from the group consisting of L-tryptophan, L-phenylalanine, and L-tyrosine.

본 발명에 따른 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체는 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ을 구성하는 아미노산 서열 중 하나 이상의 아미노산이 치환됨으로써 단백질 활성이 변화되어, 상기 변이체를 포함하는 재조합 미생물로부터 L-트립토판, L-페닐알라닌 또는 L-티로신을 효율적으로 생산할 수 있다.Qin prophage according to the present invention; Protein YnfQ variants are Qin prophages; Protein activity is changed by substituting one or more amino acids in the amino acid sequence constituting the protein YnfQ, allowing efficient production of L-tryptophan, L-phenylalanine, or L-tyrosine from recombinant microorganisms containing the mutant.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스미드 pDSG의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스미드 pDS9의 구조를 나타낸 것이다.
Figure 1 shows the structure of plasmid pDSG according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows the structure of plasmid pDS9 according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이러한 설명은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 제시된 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이러한 예시적인 설명에 의하여 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail. However, this description is merely provided as an example to aid understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited by this example description.

실시예 1. Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체를 발현하는 균주 제작Example 1. Qin prophage; Construction of strains expressing protein YnfQ variants

Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 아미노산 서열 (서열번호 2)에서 26번째 아스파트산(Asp)이 발린(Val)으로 치환된 변이체 (서열번호 4)가 L-방향족 아미노산의 생산에 미치는 영향을 확인하기 위해, 상기 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체를 발현하는 벡터 및 상기 벡터가 도입된 균주를 제작하였다. 균주 내 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 유전자 삽입을 위해 플라스미드 pDSG 및 pDS9를 사용하여 다음과 같이 제작하였다.Qin prophage; In order to confirm the effect of a variant (SEQ ID NO: 4) in which aspartic acid (Asp) at position 26 is replaced with valine (Val) in the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) of the protein YnfQ on the production of L-aromatic amino acids, the Qin prophage; A vector expressing the protein YnfQ variant and a strain into which the vector was introduced were constructed. Qin prophage within the strain; For gene insertion of the protein YnfQ, plasmids pDSG and pDS9 were used to construct as follows.

상기 플라스미드 pDSG는 대장균에서만 작용하는 복제원점을 가지며, 암피실린(ampicillin) 내성 유전자 및 가이드 RNA(guide RNA, gRNA) 발현 기전을 가진다. 상기 플라스미드 pDS9는 대장균에서만 작용하는 복제원점을 가지며, 카나마이신(kanamycin) 내성 유전자, λ Red 유전자 (exo, betgam) 발현 시스템 및 Streptococcus pyogenes 유래 CAS9 발현 기전을 가진다.The plasmid pDSG has an origin of replication that operates only in E. coli, and has an ampicillin resistance gene and a guide RNA (gRNA) expression mechanism. The plasmid pDS9 has an origin of replication that only functions in E. coli and has a kanamycin resistance gene, a λ Red gene ( exo , bet , and gam ) expression system, and a CAS9 expression mechanism derived from Streptococcus pyogenes .

1-1. 형질전환용 벡터 pDSG-ynfQ(Asp26Val) 제작1-1. Construction of transformation vector pDSG-ynfQ (Asp26Val)

대장균(Escherichia coli) MG1655 (KCTC14419BP) gDNA를 주형으로 프라이머 7 및 프라이머 9의 프라이머 쌍과 프라이머 8 및 프라이머 10의 프라이머 쌍을 이용하여 PCR을 수행하였고, Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 아미노산 서열 중 26번째 아미노산 변이에 대한 ynfQ의 upstream 단편을 수득하였다. 그리고 대장균 MG1655 (KCTC14419BP) gDNA를 주형으로 프라이머 11 및 프라이머 13의 프라이머 쌍과 프라이머 12 및 프라이머 14의 프라이머 쌍을 이용하여 PCR을 수행하였고, Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 아미노산 서열 중 26번째 아미노산 변이에 대한 ynfQ의 downstream 단편을 수득하였다. 상기 upstream 단편 및 downstream 단편은 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 아미노산 서열 중 26번째 Asp을 Val으로 번역하는 코돈 서열이 포함되었다. 여기서 중합효소는 Takara PrimeSTAR Max DNA polymerase를 사용하였으며, PCR은 95℃에서 10초 변성 후, 57℃에서 15초 어닐링과 72℃에서 10초 중합을 30회 반복하여 수행하였다.PCR was performed using Escherichia coli MG1655 (KCTC14419BP) gDNA as a template, primer pairs of primer 7 and primer 9, and primer pairs of primer 8 and primer 10, and Qin prophage; An upstream fragment of ynfQ was obtained for the 26th amino acid mutation in the amino acid sequence of protein YnfQ. Then, PCR was performed using E. coli MG1655 (KCTC14419BP) gDNA as a template, primer pairs of primers 11 and 13, and primer pairs of primers 12 and 14, and Qin prophage; A downstream fragment of ynfQ was obtained for the 26th amino acid mutation in the amino acid sequence of protein YnfQ. The upstream fragment and downstream fragment are Qin prophage; The codon sequence that translates Asp at position 26 into Val in the amino acid sequence of protein YnfQ was included. Here, Takara PrimeSTAR Max DNA polymerase was used as the polymerase, and PCR was performed 30 times by denaturing at 95°C for 10 seconds, followed by annealing at 57°C for 15 seconds and polymerization at 72°C for 10 seconds.

플라스미드 pDSG를 주형으로 프라이머 3 및 프라이머 5의 프라이머 쌍, 프라이머 4 및 프라이머 6의 프라이머 쌍, 프라이머 15 및 프라이머 1의 프라이머 쌍, 프라이머 16 및 프라이머 2의 프라이머 쌍을 이용하여 PCR을 수행하였고, pDSG 유전자의 단편 4개를 수득하였다. 각 유전자 단편은 ynfQ의 Asp을 타겟하는 gRNA 서열이 포함되었다. gRNA는 변이를 유발하고자 하는 서열의 NGG 앞 20 mer로 선택하였다. 여기서 중합효소는 Takara PrimeSTAR Max DNA polymerase를 사용하였으며, PCR은 95℃에서 10초 변성 후, 57℃에서 15초 어닐링과 72℃에서 15초 중합을 30회 반복하여 수행하였다.PCR was performed using plasmid pDSG as a template, using the primer pair of primer 3 and primer 5, the primer pair of primer 4 and primer 6, the primer pair of primer 15 and primer 1, and the primer pair of primer 16 and primer 2, and the pDSG gene Four fragments were obtained. Each gene fragment contained a gRNA sequence targeting Asp of ynfQ. gRNA was selected as the 20 mer in front of NGG of the sequence to induce mutation. Here, Takara PrimeSTAR Max DNA polymerase was used as the polymerase, and PCR was performed by repeating denaturation at 95°C for 10 seconds, annealing at 57°C for 15 seconds, and polymerization at 72°C for 15 seconds 30 times.

이후, 수득된 ynfQ의 upstream 단편 및 downstream 단편, 그리고 pDSG의 단편 4개를 self-assembly cloning 방법 (BioTechniques 51:55-56 (July 2011))으로 클로닝하여 재조합 플스미드를 획득하였으며, 이를 pDSG- ynfQ(Asp26Val)로 명명하였다.Afterwards, the obtained upstream and downstream fragments of ynfQ, and four fragments of pDSG were cloned by self-assembly cloning method (BioTechniques 51:55-56 (July 2011)) to obtain a recombinant plasmid, which was called pDSG-ynfQ. It was named (Asp26Val).

1-2. Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체 ynfQ(Asp26Val)가 도입된1-2. Qin prophage; Protein YnfQ variant ynfQ (Asp26Val) was introduced L-트립토판 또는 L-페닐알라닌 생산 균주 제작Production of L-tryptophan or L-phenylalanine producing strains

L-트립토판 생산 균주 및 L-페닐알라닌 생산 균주를 제작하기 위해 모균주로서 대장균(Escherichia coli) KCCM13013P 및 KCCM10016을 각각 사용하였다.To produce L-tryptophan producing strains and L-phenylalanine producing strains , Escherichia coli KCCM13013P and KCCM10016 were used as parent strains, respectively.

각 모균주에 pDS9 플라스미드를 1차 형질전환하여 LB-Km (Luria Bertani broth 25 g/L 및 kanamycin 50 mg/L 함유) 고체배지에서 배양한 후 kanamycin 내성을 가지는 콜로니를 선별하였다. 선별된 형질전환체에 pDSG-ynfQ(Asp26Val) 플라스미드를 2차 형질전환하여 LB-Amp&Km (Luria Bertani broth 25 g/L, ampicillin 100 mg/L 및 kanamycin 50 mg/L 함유) 고체배지에서 배양하여 ampicillin과 kanamycin 내성을 가지는 콜로니를 선별하였고, 프라이머 17 및 프라이머 18의 프라이머 쌍을 이용한 콜로니 PCR을 통해 단편을 수득하였다. 여기서 중합효소는 Takara PrimeSTAR Max DNA polymerase를 사용하였으며, PCR은 95℃에서 10초 변성 후, 57℃에서 10초 어닐링과 72℃에서 15초 중합을 30회 반복하여 수행하였다. 수득된 단편에 대해서는 프라이머 17 및 프라이머 18의 프라이머 쌍을 이용한 시퀀싱을 통해 서열을 확인하였다.Each parent strain was first transformed with the pDS9 plasmid, cultured on LB-Km solid medium (containing 25 g/L Luria Bertani broth and 50 mg/L kanamycin), and then colonies with kanamycin resistance were selected. Selected transformants were transformed secondary with pDSG-ynfQ(Asp26Val) plasmid and cultured on LB-Amp&Km (Luria Bertani broth 25 g/L, containing ampicillin 100 mg/L and kanamycin 50 mg/L) solid medium to obtain ampicillin. Colonies with and kanamycin resistance were selected, and fragments were obtained through colony PCR using primer pairs of primer 17 and primer 18. Here, Takara PrimeSTAR Max DNA polymerase was used as the polymerase, and PCR was performed by repeating denaturation at 95°C for 10 seconds, annealing at 57°C for 10 seconds, and polymerization at 72°C for 15 seconds 30 times. The sequence of the obtained fragment was confirmed through sequencing using the primer pair of primer 17 and primer 18.

선별된 2차 형질전환체는 LB 액체배지에서 7번 계대배양하여 LB 고체배지에서 콜로니를 선별하였다. 각 콜로니를 LB, LB-Amp 및 LB-Km 고체배지에서 각각 picking 하여 배양하였다. LB 고체배지에서는 생장하면서 LB-Amp 및 LB-Km 고체배지에서는 생육하지 않는 콜로니를 선별하였다. 이렇게 선별된 균주를 각각 KCCM13013P_ynfQ(Asp26Val) 및 KCCM10016_ynfQ(Asp26Val)로 명명하였다.The selected secondary transformants were subcultured seven times in LB liquid medium and colonies were selected on LB solid medium. Each colony was picked and cultured on LB, LB-Amp, and LB-Km solid media. Colonies that grew on LB solid medium but did not grow on LB-Amp and LB-Km solid medium were selected. These selected strains were named KCCM13013P_ynfQ (Asp26Val) and KCCM10016_ynfQ (Asp26Val), respectively.

실시예 1에서 사용된 프라이머 서열은 하기 표 1과 같다.Primer sequences used in Example 1 are shown in Table 1 below.

프라이머 명칭Primer name 서열번호sequence number 프라이머 서열 (5'-3')Primer sequence (5'-3') 프라이머 1primer 1 서열번호 5SEQ ID NO: 5 caattttattatagtaattgactattataccaattttattatagtaattgactattatac 프라이머 2primer 2 서열번호 6SEQ ID NO: 6 TGACAGAAACcaattttattatagtaattgactattatacTGACAGAAAACcaattttattatagtaattgactattatac 프라이머 3primer 3 서열번호 7SEQ ID NO: 7 GTTTCTGTCATGAATCCTTTgttttagagctagaaatagcGTTTCTGTCATGAATCCTTTgttttagagctagaaatagc 프라이머 4primer 4 서열번호 8SEQ ID NO: 8 TGAATCCTTTgttttagagctagaaatagcTGAATCCTTtgttttagagctagaaatagc 프라이머 5primer 5 서열번호 9SEQ ID NO: 9 gagcctgtcggcctacctgctgagcctgtcggcctacctgct 프라이머 6primer 6 서열번호 10SEQ ID NO: 10 cggccggcatgagcctgtcgcggccggcatgagcctgtcg 프라이머 7primer 7 서열번호 11SEQ ID NO: 11 atgccggccgCGGACCATTCTGCCCAAGGGatgccggccgCGGACCATTCTGCCCAAGGG 프라이머 8primer 8 서열번호 12SEQ ID NO: 12 CGGACCATTCTGCCCAAGGGCTAATCGGACCATTCTGCCCAAGGGCTAAT 프라이머 9primer 9 서열번호 13SEQ ID NO: 13 AAAAGATGATGTTCTATACTGGGAACAAAAGATGATGTTCTATACTGGGAAC 프라이머 10primer 10 서열번호 14SEQ ID NO: 14 CAGAAACATCAAAAGATGATGTTCTCAGAAACATCAAAAGATGATGTTCT 프라이머 11primer 11 서열번호 15SEQ ID NO: 15 GATGTTTCTGACATGAATCCTTTCGGGGCAGATGTTCTGACATGAATCCTTTCGGGGCA 프라이머 12primer 12 서열번호 16SEQ ID NO: 16 ACATGAATCCTTTCGGGGCAAAATGACATGAATCCTTTCGGGGCAAAATG 프라이머 13Primer 13 서열번호 17SEQ ID NO: 17 TCTCCGGTCAGAGATGGAAACCCTGTCTCCGGTCAGAGATGGAAACCCTG 프라이머 14primer 14 서열번호 18SEQ ID NO: 18 GACTTTATGATCTCCGGTCAGAGATGACTTTATGATCTCCGGTCAGAGAT 프라이머 15primer 15 서열번호 19SEQ ID NO: 19 TCATAAAGTCgagctcctgaaaatctcgataacTCATAAAGTCgagctcctgaaaatctcgataac 프라이머 16Primer 16 서열번호 20SEQ ID NO: 20 gagctcctgaaaatctcgataacgagctcctgaaaatctcgataac 프라이머 17primer 17 서열번호 21SEQ ID NO: 21 TCTTGAGATTTCCTTGTTGGTCTTGAGATTTCCTTGTTGG 프라이머 18primer 18 서열번호 22SEQ ID NO: 22 AGAGCCTTATTGCTGCTTCCAGAGCCTTATTGCTGCTTTCC

실험예 1. Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체가 도입된 균주의 L-방향족 아미노산 생산능 평가Experimental Example 1. Qin prophage; Evaluation of L-aromatic amino acid production ability of strains introduced with protein YnfQ variant

모균주 (KCCM13013P 및 KCCM10016)와 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체가 도입된 균주 (KCCM13013P_ynfQ(Asp26Val) 및 KCCM10016_ynfQ(Asp26Val))의 L-트립토판 또는 L-페닐알라닌 생산능을 비교하였다.Parent strain (KCCM13013P and KCCM10016) and Qin prophage; The L-tryptophan or L-phenylalanine production ability of strains (KCCM13013P_ynfQ(Asp26Val) and KCCM10016_ynfQ(Asp26Val)) into which the protein YnfQ variant was introduced was compared.

하기 표 2의 트립토판 생산용 배지 또는 페닐알라닌 생산용 배지 10 ml이 담긴 플라스크에 각 균주 (모균주 또는 변이주)를 부피를 기준으로 1%씩 접종하여 37℃, 200 rpm, 72시간 동안 진탕 배양하였다. 배양 종료 후 HPLC (Agilent)를 사용하여 배지 내 L-트립토판 또는 L-페닐알라닌의 농도를 측정하였고, 그 결과를 각각 하기 표 3 및 4에 나타내었다.Each strain (parent strain or mutant strain) was inoculated at 1% by volume into a flask containing 10 ml of the medium for tryptophan production or the medium for phenylalanine production shown in Table 2 below, and cultured with shaking at 37°C, 200 rpm, for 72 hours. After completion of the culture, the concentration of L-tryptophan or L-phenylalanine in the medium was measured using HPLC (Agilent), and the results are shown in Tables 3 and 4, respectively.

트립토판 생산용 배지Medium for tryptophan production 페닐알라닌 생산용 배지Medium for phenylalanine production 성분ingredient 함량content 성분ingredient 함량content GlucoseGlucose 80.0 g/L80.0g/L GlucoseGlucose 80.0 g/L80.0g/L (NH4)2SO4 (NH 4 ) 2 SO 4 20.0 g/L20.0g/L (NH4)2SO4 (NH 4 ) 2 SO 4 20.0 g/L20.0g/L K2HPO4 K2HPO4 0.8 g/L0.8g/L K2HPO4 K 2 HPO 4 1.0g/L1.0g/L K2SO4 K 2 SO 4 0.4 g/L0.4g/L KH2PO4 KH 2 PO 4 1.0 g/L1.0g/L MgCl2 MgCl 2 0.8 g/L0.8g/L K2SO4 K 2 SO 4 0.4 g/L0.4g/L Fumaric acidFumaric acid 1.0 g/L1.0g/L MgCl2 MgCl 2 1.0 g/L1.0g/L Yeast extractYeast extract 1.0 g/L1.0g/L Fumaric acidFumaric acid 0.5 g/L0.5g/L (NH4)6Mo7O24 (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 0.12 ppm0.12ppm Yeast extractYeast extract 1.0 g/L1.0g/L H3BO3 H3BO3 0.01 ppm0.01ppm Glutamic acidGlutamic acid 0.5g/L0.5g/L CuSO4 CuSO 4 0.01 ppm0.01ppm CaCl2 CaCl 2 5.00 ppm5.00ppm MnCl2 MnCl 2 2.00 ppm2.00 ppm MnCl2 MnCl 2 2.00 ppm2.00 ppm ZnSO4 ZnSO4 0.01 ppm0.01ppm ZnSO4 ZnSO4 1.00 ppm1.00ppm CoCl2 CoCl 2 0.10 ppm0.10ppm CoCl2 CoCl 2 0.10 ppm0.10ppm FeCl2 FeCl 2 10.00 ppm10.00 ppm FeCl2 FeCl 2 10.00 ppm10.00ppm Thiamine_HClThiamine_HCl 20.00 ppm20.00 ppm Thiamine_HClThiamine_HCl 20.00 ppm20.00ppm L-TyrosineL-Tyrosine 200.00 ppm200.00 ppm L-TyrosineL-Tyrosine 200.00 ppm200.00 ppm L-phenylalanineL-phenylalanine 300.00 ppm300.00 ppm CaCO3 CaCO 3 3%3% CaCO3 CaCO 3 3%3% -- -- pH 7.0 with NaOH (33%)pH 7.0 with NaOH (33%) pH 7.0 with NaOH (33%)pH 7.0 with NaOH (33%)

균주strain L-트립토판 농도
(g/L)
L-tryptophan concentration
(g/L)
L-트립토판 농도 증가율
(%)
L-tryptophan concentration increase rate
(%)
KCCM13013PKCCM13013P 4.054.05 - - KCCM13013P_ynfQ(Asp26Val) KCCM13013P_ynfQ(Asp26Val) 4.654.65 14.814.8

균주strain L-페닐알라닌 농도
(g/L)
L-phenylalanine concentration
(g/L)
L-페닐알라닌 농도 증가율
(%)
L-phenylalanine concentration increase rate
(%)
KCCM10016KCCM10016 3.113.11 - - KCCM10016_ynfQ(Asp26Val) KCCM10016_ynfQ(Asp26Val) 3.423.42 10.010.0

상기 표 3 및 4에 나타낸 바와 같이, Qin 프로파지; 단백질 YnfQ 변이체가 도입된 변이주 KCCM13013P_ynfQ(Asp26Val) 및 KCCM10016_ ynfQ(Asp26Val)는 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ의 아미노산 서열에서 26번째 아스파트산이 발린으로 치환됨으로써 모균주에 비해 L-트립토판 및 L-페일알라닌 생산량이 각각 14.8% 및 10.0% 향상된 것으로 확인되었다.As shown in Tables 3 and 4 above, Qin prophage; Mutant strains KCCM13013P_ynfQ(Asp26Val) and KCCM10016_ynfQ(Asp26Val) into which the protein YnfQ variant was introduced are Qin prophages; It was confirmed that L-tryptophan and L-pallalanine production were improved by 14.8% and 10.0%, respectively, compared to the parent strain by replacing aspartic acid at position 26 with valine in the amino acid sequence of protein YnfQ.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.So far, the present invention has been examined focusing on its preferred embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention may be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

한국생명공학연구원 생물자원센터(KCTC)Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology Biological Resources Center (KCTC) KCTC14419BPKCTC14419BP 2020122820201228 한국미생물보존센터(KCCM)Korea Center for Microbial Conservation (KCCM) KCCM13013PKCCM13013P 2016062220160622 한국미생물보존센터(KCCM)Korea Center for Microbial Conservation (KCCM) KCCM10016KCCM10016 1992102419921024

Claims (7)

서열번호 2의 아미노산 서열에서 26번째 아스파트산(Asp)이 발린(Val)으로 치환된, 서열번호 4의 아미노산 서열로 구성된 Qin 프로파지; 단백질 YnfQ(Qin prophage; protein YnfQ) 변이체.Qin prophage consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, in which aspartic acid (Asp) at position 26 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is replaced with valine (Val); Protein YnfQ (Qin prophage; protein YnfQ) variant. 청구항 1의 변이체를 암호화하는 폴리뉴클레오티드.A polynucleotide encoding the variant of claim 1. 청구항 1의 변이체 또는 청구항 2의 폴리뉴클레오티드를 포함하는 형질전환체.A transformant comprising the variant of claim 1 or the polynucleotide of claim 2. 청구항 3에 있어서,
상기 형질전환체는 에스케리치아(Escherichia) 속 균주 또는 코리네박테리움(Corynebacterium) 속 균주인 것인 형질전환체.
In claim 3,
The transformant is a strain of the genus Escherichia or a strain of the genus Corynebacterium .
청구항 3에 있어서,
상기 형질전환체는 L-방향족 아미노산 생산능을 가지는 것인 형질전환체.
In claim 3,
The transformant is a transformant having the ability to produce L-aromatic amino acids.
청구항 3의 형질전환체를 배지에 배양하는 단계; 및
상기 형질전환체 또는 형질전환체가 배양된 배지로부터 L-방향족 아미노산을 회수하는 단계를 포함하는 L-방향족 아미노산의 생산 방법.
Culturing the transformant of claim 3 in a medium; and
A method for producing L-aromatic amino acids, comprising the step of recovering L-aromatic amino acids from the transformant or the medium in which the transformants were cultured.
청구항 6에 있어서,
상기 L-방향족 아미노산은 L-트립토판, L-페닐알라닌 및 L-티로신으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것인 방법.
In claim 6,
A method wherein the L-aromatic amino acid is at least one selected from the group consisting of L-tryptophan, L-phenylalanine, and L-tyrosine.
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