WO2012087038A2 - 신규 ｏ-아세틸호모세린 설피드릴라아제 또는 이의 변이체 및 이를 이용한 메치오닌 전환 방법 - Google Patents

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amino acid
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서창일
손성광
허인경
이한진
김주은
김현아
배지연
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    • C12N9/10—Transferases (2.)
    • C12N9/1085—Transferases (2.) transferring alkyl or aryl groups other than methyl groups (2.5)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
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    • C12P7/54—Acetic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12Y205/00—Transferases transferring alkyl or aryl groups, other than methyl groups (2.5)
    • C12Y205/01—Transferases transferring alkyl or aryl groups, other than methyl groups (2.5) transferring alkyl or aryl groups, other than methyl groups (2.5.1)
    • C12Y205/01049—O-acetylhomoserine aminocarboxypropyltransferase (2.5.1.49)

Definitions

  • the present invention provides a novel protein having the activity of O-acetylhomoserine sulfhydrylase, a variant protein thereof, a polynucleotide encoding them, a recombinant vector comprising the polynucleotide, and a transformation with the recombinant vector.
  • Microorganisms, and methods for producing methionine or acetic acid using the protein are known in the art.
  • L-methionine is one of the essential amino acids in the body and is contained in most proteins, and the seasoning, soy sauce, is contained in the free state. Widely used as feed and food additives, it is also used as a synthetic raw material for fluids and medicines for medicine. Methionine is an important amino acid involved in the methyl transfer reaction in vivo. First, it reacts with ATP to become ⁇ -adenosylmethionine, which gives methyl groups to various receptors, and then homocysteine and cystathionine. (cystathionine) to become a cysteine (cysteine). Red bread fungus synthesizes methionine from cysteine. The aroma of fermented foods such as soy sauce and cheese is often due to aldehydes, alcohols, and / or esters derived from methionine.
  • methionine acts as a precursor of compounds such as choline (lecithin, lecithin) and creatine, and is also used as a synthetic material of cysteine and taurine, and serves to provide sulfur.
  • Methionine is also involved in the synthesis of various neurotransmitters in the brain.
  • Methionine and / or S-adenosyl-L-methionine (SAM) play a variety of roles in vivo, such as inhibiting fat accumulation in the liver and arteries, alleviating depression, inflammation, liver disease, myalgia, and the like.
  • Methionine and / or S-adenosyl-L-methionine also inhibit fat deposition in the liver and arteries that promote fat metabolism, promote blood flow to the brain, heart and kidneys, promote digestion, detoxification and excretion of toxic substances To promote the excretion of heavy metals such as lead.
  • Methionine has a superior antidepressant effect when administered 800-1,600 mg per day, liver function in liver disease, especially useful for liver disease caused by alcohol, excellent anti-inflammatory effect on bone joint disease, and promoting joint recovery. It has been reported, and also in vivo role as an essential nutrient for hair to nourish well broken hair and prevent hair loss has been reported.
  • the chemical synthesis of methionine utilizes a method of producing L-methionine through the reaction of hydrolyzing 5- ( ⁇ -methylmercaptoethyl) hydantoin (5- ( ⁇ -methylmercaptoethyl) -hydantoin).
  • methionine produced through such chemical synthesis has a disadvantage of being produced in a mixed form of L-form and D-form. Therefore, a patent for a technique for selectively producing L-methionine using a biological method is disclosed (WO2008 / 013432).
  • This method is simply named as a two-stage method, and consists of a process for producing L-methionine precursor by fermentation and a process for converting the L-methionine precursor to L-methionine by an enzyme.
  • the L-methionine precursor preferably includes O-acetylhomoserine and O-succinyl homoserine.
  • cystathionine gamma synthase In the two-step enzyme conversion process, cystathionine gamma synthase, O-succinylhomoserine sulfhydrylase or O-acetylhomoserine sulfhydrylase
  • An enzyme having an activity of L-methionine is used to produce L-methionine and an organic acid by causing an enzyme reaction by mixing O-acetyl homoserine or O-succinyl homoserine, which is a precursor of L-methionine, with methylmercaptan.
  • O-acetylhomoserine sulfidylase from various microorganisms can be used in the enzyme conversion reaction for producing L-methionine from O-acetyl homoserine, a precursor of L-methionine.
  • it should have high activity, high conversion rate and overexpression in E. coli.
  • the reaction using purified enzyme requires high activity of the enzyme, reaction rate, and affinity for the substrate.
  • the enzyme lysate is directly added to the reaction, it is required to have high activity. If possible, the reaction can proceed even with the addition of a small amount of crushed liquid.
  • the present inventors obtained the O-acetylhomoserine sulfidylase gene from various microbial sources and through the experiment finally Rhodobacter spheroid ( Rhodobacter sphaeroides ) origin As a result of selecting and using O-acetylhomoserine sulfidylase in the conversion reaction, it was confirmed that it is a economically useful conversion enzyme for the application of the methionine two-stage process, as well as further improving the enzyme through additional mutagenesis experiments. It was confirmed that it was possible to complete the present invention.
  • One object of the present invention is to provide a novel protein having the activity of O-acetylhomoserine sulfhydrylase.
  • Another object of the present invention is to provide a polynucleotide encoding the protein.
  • Yet another object of the present invention is to provide a polynucleotide encoding the variant protein.
  • Yet another object of the present invention is to provide a recombinant vector comprising the polynucleotide.
  • Another object of the present invention is to provide a microorganism transformed with the recombinant vector.
  • Yet another object of the present invention is to provide a method for producing methionine or acetic acid from O-acetylhomoserine and methylmercaptan precursors using the protein or microorganism producing the same.
  • the present invention provides a protein having O-acetylhomoserine sulfidylase activity derived from Rhodobacter spheroid, which is essential for producing L-methionine and acetic acid using methylmercaptan (CH 3 SH) as a substrate.
  • a protein having O-acetylhomoserine sulfidylase activity derived from Rhodobacter spheroid which is essential for producing L-methionine and acetic acid using methylmercaptan (CH 3 SH) as a substrate.
  • CH 3 SH methylmercaptan
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of the pCL-P CJ1 -MetZhne vector.
  • Figure 2a and 2b is the reaction by adding 5 ⁇ 10% (relative to the reaction volume) of the microorganism crushing solution containing the protein to the O-acetyl homoserine fermentation broth and 15% Na- methylmercaptan at pH 6-8 conditions 2 hours later, the fermentation broth was recovered, cells were removed, and methionine was generated through HPLC.
  • FIG. 3 shows 10 ⁇ l and 5 ⁇ l of cell disruption solution of O-acetylhomoserine sulfidylase (MetZ-hne) derived from Hypomonas genus and O-acetylhomoserine sulfidylase (MetZ-rsp) derived from Rhodobacter spp. The result of comparing the expression level of the conversion enzyme in 2.5 microliters is shown.
  • MetalZ-hne O-acetylhomoserine sulfidylase
  • MethodZ-rsp O-acetylhomoserine sulfidylase
  • Figure 4 shows the pH change pattern during the conversion reaction using a 30L batch reactor.
  • FIG. 5 is a graph showing changes in O-acetylhomoserine concentration (OAHS) and L-methionine concentration (Met) during the conversion reaction using a 30 L batch reactor, and the total amount of methylmercaptan required at 100%. It is a graph showing the ratio of methylmercaptan (MeSH) and the conversion of methionine (Conversion) for each time.
  • the present invention provides a novel protein having the activity of O-Acetylhomoserine sulfhydrylase.
  • the protein having O-acetyl homoserine sulfidylase activity is a novel protein having the activity of synthesizing L-methionine using O-acetyl homoserine and methylmercaptan, precursors of L-methionine. to be.
  • the novel protein is preferably a protein having O-acetylhomoserine sulfidylase activity derived from Rhodobacter sphaeroides , and for the purpose of the present invention, the novel protein has O-acetylhomoserine sulfidylase activity.
  • the protein is included without limitation, but may preferably be a protein of SEQ ID NO: 13.
  • O-acetylhomoserine has a molecular weight of 161.16 and is the first specific intermediate in methionine biosynthesis seen in microorganisms, and in the intestinal bacteria O-succinyl homo instead of O-acetylhomoserine.
  • Serine is a substance in which O-phosphohomoserine is an intermediate in higher plants, and is produced by catalyzing by homoserine acetyltransferase in L-homoserine and acetylCoA at the branching point of threonine biosynthesis.
  • Patent Publication WO2008 / 013432 discloses a process for producing L-methionine using a two-stage process, in which O-Acylhomoserine, a precursor used in producing L-methionine, is O There are two types of succinylhomoserine (O-Succinylhomoserine) and O-acetylhomoserine (O-Acetylhomoserine).
  • the term "precursor" refers to a substance corresponding to the previous stage of the final product in any metabolism or biosynthesis reaction, and for the purposes of the present invention metabolism is part of the methionine-specific metabolic pathway produced by the L-methionine precursor producing strain Refers to a substance or a substance derived from this metabolite.
  • L-methionine precursor means O-succinyl homoserine or O-acetylhomoserine.
  • enzymes capable of producing methionine by enzymatic conversion using O-succinyl homoserine include cystathionine gamma synthase and O-succinyl homoserine sulfidylase.
  • cystathionine gamma synthase genes encoding cystathionine gamma synthase are collectively referred to as metB and genes encoding O-succinyl homoserine sulfidylase are collectively referred to as metZ.
  • metB genes encoding cystathionine gamma synthase
  • metZ genes encoding O-succinyl homoserine sulfidylase
  • O-acetylhomoserine sulfidylase An enzyme capable of producing L-methionine using another precursor of O-acetylhomoserine is O-acetylhomoserine sulfidylase.
  • the gene encoding O-acetylhomoserine sulfidylase is commonly referred to as metY.
  • metY the gene encoding O-acetylhomoserine sulfidylase
  • the metZ gene derived from Rhodobacter sphaeroides having O-succinyl homoserine sulfidylase activity but having O-acetylhomoserine sulfidylase activity was tested by testing the activity of various metZ genes. Screening was also confirmed that there was no feedback inhibition by L-methionine.
  • the obtained protein having O-acetylhomoserine sulfidylase activity may be the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13.
  • the protein having O-acetyl homoserine sulfidylase derived from the genus Hypomonas and O-acetyl homoserine sulfidylase activity derived from Rhodobacter genus the specificity of the substrate specificity, expression of the conversion enzyme and As a result of comparing the activity of the converting enzyme, when producing L-methionine using the O-acetyl homoserine sulfidylase variant derived from Rhodobacter spp.,
  • the substrate was higher for O-acetyl homoserine than O-succinyl homoserine.
  • the protein having O-acetylhomoserine sulfidylase activity of the present invention has high activity, high conversion rate, overexpression in Escherichia coli, low activity inhibition and thermal stability at the time of accumulation of the final product for use as an industrial conversion enzyme. With all the requirements in place, it can be used to produce L-methionine and acetic acid quickly and with high efficiency.
  • the present invention provides a variant protein wherein the O-acetylhomoserine sulfidylase activity is enhanced than the wild type.
  • the term “variant” or “variant” refers to a culture or individual that exhibits one stable phenotypic change, genetically or non-genetically, and preferably in the present invention, Rhodobacter spheroid-derived O-acetylhomoserine sulfi
  • Rhodobacter spheroid-derived O-acetylhomoserine sulfi One or more genes of drillase (O-Acetylhomoserine sulfhydrylase) is mutated to mean a variant whose activity can be increased efficiently compared to the wild type.
  • the sequence of such variants may comprise a protein having at least 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% homology to the wild type sequence.
  • the protein is an amino acid other than isoleucine
  • the third amino acid from the N-terminal end of the protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 the 65th amino acid other than phenylalanine
  • a variant substituted with another amino acid or one or more of the three amino acid variants may be combined to enhance the O-acetylhomoserine sulfidylase activity. More preferably, two or more kinds, and even more preferably three kinds of variations may be combined.
  • the protein may be a variant in which the third amino acid isoleucine is asparagine, the 65th amino acid phenylalanine is tyrosine, and the 104th amino acid valine is alanine.
  • the amino acid sequence of the variant may preferably be a variant protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15, 16, 17 or 18.
  • mutant protein represented by the amino acid of SEQ ID NO: 15 is a mutant of isoleucine, the third amino acid, from the N-terminus of the protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13 to asparagine.
  • the variant protein represented by the amino acid of SEQ ID NO: 16 is a phenylalanine, which is the 65th amino acid from the N-terminus of the protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13, into a tyrosine.
  • the variant protein represented by the amino acid of SEQ ID NO: 17 is a variant of valine, which is the 104th amino acid from the N-terminus of the protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13, into alanine.
  • mutant protein represented by the amino acid of SEQ ID NO: 18 is asparagine as the third amino acid, isparagine from the N-terminus of the protein represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13, and phenylalanine is tyrosine as the 65th amino acid, 104
  • the first amino acid, valine, has been mutated to alanine.
  • the present invention provides a novel protein having the activity of the O-acetylhomoserine sulfidylase or a polynucleotide encoding the variant protein whose activity is stronger than the wild type.
  • polynucleotide refers to a polymer of nucleotides in which nucleotide monomers are long chained by covalent bonds, and generally have a length of DNA (deoxyribonucleic acid) or RNA (ribonucleic acid) or more. It may mean a polynucleotide fragment encoding the protein for the purpose of the present invention. Such polynucleotide fragments are polys having at least 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, or 99% homology to the sequence of the polynucleotide fragment having the activity of O-acetylhomoserine sulfidylase. Nucleotide fragments.
  • the polynucleotide may be a polynucleotide preferably represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14.
  • the polynucleotide represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 14 is a polynucleotide encoding a wild-type protein having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 13.
  • polynucleotide encoding the variant protein may have a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 19, 20, 21 or 22.
  • the polynucleotide having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 19, 20, 21 and 22 is a polynucleotide encoding a protein having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 15, 16, 17 and 18, respectively.
  • homology refers to the percent identity between two polynucleotide moieties. Correspondence between sequences from one moiety to another may be determined by known techniques. For example, homology can be determined by aligning sequence information and directly aligning sequence information between two polynucleotide molecules using readily available computer programs. Homology can also be determined by hybridizing polynucleotides under conditions of stable double-stranding between homologous regions followed by digestion with single-strand-specific nucleases to determine the size of the digested fragments.
  • homologous refers to any grammatical or spelling variant that includes a superfamily-derived protein (e.g., an immunoglobulin superfamily) and a homologous protein from another species (e.g., myosin light chain, etc.) and has a "common evolutionary origin” Say the relationship between. Such proteins (and their coding genes) have sequence homology reflected by a high degree of sequence similarity. However, in general use and in the present invention, “homology” refers to sequence similarity when modified by an adjective such as "very high” and does not mean a common evolutionary origin.
  • a superfamily-derived protein e.g., an immunoglobulin superfamily
  • homologous protein from another species e.g., myosin light chain, etc.
  • sequence similarity refers to the degree of identity or correspondence between the base sequence and amino acid sequence of a protein that may or may not share a common evolutionary origin.
  • two amino acid sequences have a polypeptide match of at least 21% (preferably at least about 50%, most preferably about 75%, 90%, 95%, 96%, 97) for a given length of amino acid sequence. % Or 99%), are "substantially homologous” or “substantially similar.”
  • Substantially homologous sequences can be identified by using standard software used in data banks or by comparing sequences by, for example, Southern hybridization experiments under stringent conditions defined for a particular system. Appropriate hybridization conditions to be defined are within the technical scope (see for example Sambrook et al., 1989, infra).
  • the present invention provides a recombinant vector comprising a polynucleotide encoding the wild type or variant O-acetylhomoserine sulfidylase.
  • the term "vector” refers to any medium for cloning and / or transferring bases to a host cell.
  • the vector may be a replica that other DNA fragments can bind to and result in replication of the bound fragments.
  • a "replicating unit” refers to any genetic unit (e.g., plasmid, phage, cosmid, chromosome, virus) that functions as a self-unit of DNA replication in vivo, i.e., is replicable by its own regulation.
  • the vector may include viral and non-viral mediators for introducing bases into host cells in vitro, ex vivo or in vivo, and may also include minispherical DNA.
  • the vector may be a plasmid that does not have a bacterial DNA sequence. Removal of bacterial DNA sequences enriched in the CpG region has been done to reduce transgene expression silencing and to bring more sustained expression from plasmid DNA vectors (Ehrhardt, A. et al. (2003) Hum Gene Ther 10: 215-25 Yet, NS (2002) MoI Ther 5: 731-38; Chen, ZY et al. (2004) Gene Ther 11: 856-64).
  • the vector may include a transposon (Izsvak et al. J. MoI. Biol. 302: 93-102 (2000)), such as Sleeping Beauty, or an artificial chromosome.
  • pACYC177, pACYC184, pCL1920, pECCG117, pUC19, pBR322, and pMW118 vectors may be used, and more preferably, pCL_P CJ1 having a CJ1 promoter (Patent KR20060068505) inserted into the pCL1920 vector may be used.
  • the polynucleotide may be operably linked to a recombinant vector.
  • operably linked generally means that the base expression control sequence and the base sequence encoding the desired protein are operably linked to affect the expression of the base sequence encoding to perform the function.
  • Operable linkage with recombinant vectors can be made using genetic recombination techniques known in the art, and site-specific DNA cleavage and linkage can be made using cleavage and linking enzymes, and the like, in the art.
  • the recombinant vector further comprises at least one antibiotic resistance gene selected from the group consisting of ampicillin resistance gene, kanamycin resistance gene and chloramphenicol acetyl transferase gene. It may be a recombinant vector.
  • antibiotic resistance gene is a gene having resistance to antibiotics, and since the cells having the cells survive in the environment treated with the antibiotic, they are useful as a selection marker in the process of obtaining a large amount of plasmid from Escherichia coli. do.
  • antibiotic resistance genes generally used as selection markers can be used without limitation.
  • resistance genes for ampicillin, tetratracyclin, kanamycin, kanamycin, chloroamphenicol, streptomycin, or neomycin may be used. It may be a spectinomycin resistance gene.
  • the present invention provides a microorganism for producing O-acetylhomoserine sulfidylase, transformed with the recombinant vector.
  • transformation means that the gene can be expressed after introduction into the host cell.
  • Methods for transforming a vector of the present invention into such cells include any method of introducing a base into a cell, and can be carried out by selecting a suitable standard technique as known in the art. Electroporation, calcium phosphate co-precipitation, retroviral infection, microinjection, DEAE-dextran, cationic liposome Law, and the like.
  • the transformed gene includes both the form inserted into the chromosome of the host cell and the form located outside the chromosome as long as it can be expressed in the host cell.
  • the gene may include DNA and RNA as a polynucleotide capable of encoding a polypeptide, and may be used without limitation as long as it can be introduced into and expressed in a host cell.
  • the gene may be introduced into a host cell in the form of an expression cassette, which is a polynucleotide construct containing all the elements necessary for self expression.
  • the expression cassette typically includes a promoter, transcription termination signal, ribosomal binding site, and translation termination signal operably linked to the gene.
  • the expression cassette may be in the form of an expression vector capable of self replication.
  • the gene may be introduced into the host cell in its own form or in the form of a polynucleotide structure, and may be operably linked to a sequence required for expression in the host cell.
  • microorganism transformed with a recombinant vector refers to a cell transfected with a vector having a gene encoding at least one target protein.
  • the recombinant vector is transformed into O-acetylhomo.
  • Microbes including wild-type or mutant proteins capable of producing serine sulfidylase, include both prokaryotic and eukaryotic microorganisms, for example Escherichia sp., Erwinia sp. Serratia sp., Providencia sp., Corynebacterium sp., Pseudomonas sp., Leptospira, Salmonella sp.
  • Microorganism strains belonging to the genus may be included, Preferably, may be a microbial strain of the genus Escherichia, Corynebacterium, Leptospira and yeast, more preferably may be a microbial strain of the genus Escherichia Most preferably, it may be E. coli.
  • the invention provides a method for producing methionine or acetic acid comprising the step of reacting the wild-type or mutant protein, or microorganisms that produce it to a mixture of O-acetylhomoserine and methylmercaptan Provide a method.
  • the above O-acetylhomoserine means a microorganism fermentation broth containing purified form or O-acetylhomoserine.
  • the methylmercaptan is a dimethyl sulfide in the form of liquid sodium methyl mercaptan (CH3S-Na), gas or liquefied methylmercaptan (CH3SH) as well as in the form mentioned in the publication WO2010 / 098629. Means all methylmercaptans, including (DMS, Dimethylsulfide).
  • the present invention provides the use of said protein as O-acetylhomoserine sulfidylase.
  • the protein may be wild-type and variant proteins having O-acetylhomoserine sulfidylase activity derived from Rhodobacter spheroid, preferably amino acids of SEQ ID NOs: 13 and 15 to 18, respectively. It may be a protein having a sequence. Since the protein of the present invention has high substrate specificity to O-acetylhomoserine, it can be used for the production of methionine or acetic acid by having or enhancing the activity of O-acetylhomoserine sulfidylase.
  • Chromosomes of Hypomonas neptunium were purchased from ATCC (USA) and used.
  • the denaturation step using primers of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 is 30 seconds at 94 ° C
  • the annealing step is 30 seconds at 55 ° C
  • extension step Was performed at 72 ° C. for 2 minutes
  • a PCR reaction was performed 30 times.
  • the PCR reaction was performed using a HL PCR premix kit of Bioneer (Korea).
  • DNA fragments obtained by the PCR reaction were digested with NcoI / HindIII and cloned into the same cleaved pCL-P CJ1 vector.
  • the final produced vector was named pCL-P CJ1 -MetZhne, and the schematic diagram was as shown in FIG. 1.
  • the cloned vector was transformed into Escherichia coli K12 cells, and colonies were selected after incubation in LB plate medium containing 50 ⁇ g / L of spectinomycin. Selected colonies were inoculated in 3 ml of LB medium containing 50 ⁇ g / L of spectinomycin and incubated at 37 ° C. and 200 rpm for 16 hours.
  • the crushed cell lysate was taken to quantify the total protein using a Bio-Rad protein quantitative solution (BIO-Rad, USA). In addition, the expression of the protein was confirmed using the SDS-PAGE method. Thereafter, the recovered cell disruption liquid was used for the enzyme conversion reaction.
  • the metZ gene encoding O-acetylhomoserine sulfidylase from Rhodobacter sphaeroides converting methionine precursor O-acetylhomoserine to methionine was cloned.
  • the denaturation step was 30 seconds at 94 ° C.
  • the annealing step was 30 seconds at 55 ° C.
  • an primer of SEQ ID NO: 3 and SEQ ID NO: 4 extension) step was carried out at 72 ° C. for 2 minutes, and a PCR reaction was performed 30 times.
  • DNA fragments obtained by the PCR reaction were digested with BamHII / HindIII, and cloned into the same cleaved pCL-P CJ1 vector (CJ, Korea).
  • the cloned vector was recovered using the same method as described above in 1-1, and the cell disruption solution was used for the enzyme conversion reaction.
  • Example 1-1 BIO-Rad company using a protein quantitative solution, but when used in a mixed form with E. coli proteins such as enzyme lysate solution to compare the expression of specific enzymes by protein quantification method Is difficult. Therefore, SDS-PAGE was used to compare the expression levels of the conversion enzymes in the cell lysate obtained in Examples 1-1 and 1-2. 10-L, 5-L, and 2.5-L of two cell lysates were used for O-acetylhomoserine sulfidylase (MetZ-hne) derived from Hypomonas genus and O-acetylhomoserine sulfidylase (MetZ) derived from Rhodobacter spp. -rsp) was compared, it was found that MetZ-rsp is more than four times the expression amount compared to metZ-hne (Fig. 3).
  • MethodZ-hne O-acetylhomoserine sulfidylase
  • MetZ O-acet
  • O-acylhomoserine O-acylhomoserine
  • 0.1M potassium phosphate buffer pH7.5
  • pyridoxal phosphate pyridoxal 5'-phosphate, Sigma, USA
  • Methyl mercaptan Japanese Tokyo Chemical Co., Ltd.
  • each enzyme extract was added to 10 ⁇ l of protein at a concentration of 5 mg / ml.
  • 100 ⁇ l of the reaction solution was recovered and added to 900 ⁇ l of 4 mg / ml DTNB (5,5-dithiobis (2-nitro-benzoic acid, sigma, USA) solution, and then at 415 nm. It confirmed by measuring the absorbance of.
  • DTNB reacts with the -SH group of methylmercaptan remaining in the reaction solution to synthesize a yellow substance. Therefore, the progress of the reaction can be confirmed by the disappearance of the yellow color of the reaction solution as the methylmercaptan of the reaction solution is converted to methionine by the reaction. In addition, it can be seen that the large value ( ⁇ OD415) of the DTNB absorbance before and after the reaction has a strong activity.
  • both O-acetylhomoserine sulfidylase derived from Hypomonas neptunium and O-acetylhomoserine sulfidylase derived from Rhodobacter spheroid were O-succinate. It showed higher substrate specificity for O-acetylhomoserine than nilhomoserine.
  • the substrate specificity of each enzyme substrate is briefly expressed by the number of '+' in Table 1. As a result, it was confirmed that both strains had higher substrate specificity for O-acetylhomoserine compared to O-succinyl homoserine.
  • O-acetylhomoserine sulfidodylase MetalZ-hne
  • Rhodobacter spheroid-derived O-acetylhomoserine sulfidilla from Hypomonas neptunium upon enzymatic conversion of 80 g / L of O-acetylhomoserine on a 1 ml tube scale
  • Methionine production by the azetase (MetZ-rsp) was compared over time.
  • the reaction rate of O-acetylhomoserine sulfidylase can be compared by the concentration of the reaction product methionine.
  • the conditions of the enzyme conversion reaction is 0.01 ml of sodium methylmercaptan (15%, w / v), O, another substrate required to produce methionine in 1 ml of 80 g / L of O-acetylhomoserine.
  • 0.01 ml of acetylhomoserine sulfidylase and an enzyme co-factor pyridoxal 5'-phosphate were added at a concentration of 0.1 mM, and the reaction was performed at 33 ° C. under 800 rpm stirring.
  • Enzyme extract was added to adjust the protein concentration of 5mg / ml each.
  • HPLC analysis was used for concentration analysis of methionine and O-acetylhomoserine.
  • Methionine conversion was calculated from the number of moles of methionine produced from 1 mole of methylmercaptan added to the reaction.
  • O-acetylhomoserine sulfidylase derived from Rhodobacter spheroid was higher in O-acetylhomoserine at a higher concentration than O-acetylhomoserine sulfidylase derived from hypomonas neptunium. Reaction rate and conversion were shown.
  • L-methionine and acetic acid are produced. High concentrations of L-methionine reduce enzyme reaction rate, and acetic acid is known to inhibit enzyme activity by protein modification.
  • the enzyme In order to industrially convert high concentrations of O-acetylhomoserine to L-methionine and acetic acid, the enzyme must have high activity even in the above-described inhibition of enzyme activity.
  • the activity of two enzymes MetZ-hne and MetZ-rsp in the presence of high concentrations of L-methionine, acetic acid was compared. Specifically, the activity was compared by the DTNB method mentioned in Example 2 in the presence of 0.3 M L-methionine (about 45 g / L) and 0.3 M acetic acid.
  • the amount of cell disruption liquid used in the reaction was 25 ⁇ l in 5 mg / ml concentration solution.
  • each cell lysate obtained by the method of Examples 1-1 and 1-2 was heat treated at 50 ° C. for 10, 30, 60, 120, and 240 minutes, followed by the DTNB method of Example 2. The enzyme residual activity was compared using.
  • a 1 L batch reactor was used for the purpose of evaluating the conversion activity of O-acetylhomoserine sulfidylase of metZ-rsp on the tube scale in the reactor system.
  • O-acetylhomoserine a substrate required for the enzymatic conversion reaction, was produced by fermenting the microbial strains specified in the existing patent. The cells were removed from the cultured fermentation broth using a centrifuge, and 500 mL of the culture medium having a concentration of about 70 g / L was used. (WO2008 / 013432).
  • a 30 L batch reactor (Korea Fermenter, Korea) was used to scale-up and evaluate a methionine enzyme conversion reactor system using the conversion activity of O-acetylhomoserine sulfidylase of metZ-rsp identified in a 1 L batch reactor. Methionine conversion was performed.
  • O-acetylhomoserine a substrate required for the enzymatic conversion reaction, was produced by fermenting the microbial strains specified in the existing patent (WO2008 / 013432) as in Example 6, and microbial cells were collected from the fermentation broth using a centrifuge. Removed. The supernatant was diluted by adding water so that the concentration of O-acetylhomoserine was 66 g / L and used for the reaction.
  • Methyl mercaptan was used as a methyl mercaptan (CH 3 SH, 99.5%, UK, intergas) in the form of a gas.
  • the gas flow meter was controlled directly to the reaction liquid while using a gas flow controller. It was. Since methylmercaptan was partially evaporated in the reaction solution to increase the pressure inside the reactor, the methylmercaptan feed rate was adjusted to maintain the pressure range below 0.5 bar. The methylmercaptan feed rate was adjusted to 3-5 L / min for the first 30 minutes during which the reaction proceeded rapidly, and then adjusted to 2-1 L / min for 90 minutes after the reaction rate drop occurred, with a total of about 220 L (470 g) for 120 minutes. Input.
  • the reaction time was carried out for 6 hours with methylmercaptan.
  • the time-dependent concentration change of O-acetylhomoserine and L-methionine is shown in FIG. 5, and the analysis was performed using HPLC.
  • an error-prone PCR was performed for a random mutagenesis in wild-type metZ-rsp, and a diversify PCR random mutagenesis kit (US CLONTECH) was used when performing an error-prone PCR.
  • error-prone PCR was performed under the following two conditions according to the concentration of MnSO 4 and dGTP.
  • DNA template to introduce the mutation was carried out on the pCL-P CJ1 : metZ-rsp cloned in Example 1-2.
  • Condition 1 ( ⁇ l) Condition 2 ( ⁇ l) 10 ⁇ Titaniun taq Buffer 5 5 MnSO 4 (8mM) 2 4 dGTP (2 mM) One 2 50 ⁇ dNTP Mix One One Titanium Taq Polymerase One One Forward primer 2 2 Reverse primer 2 2 Template DNA One One dH20 35 32 Total 50 50 Error-prone PCR condition 94 ° C: 30 seconds 25 cycles 94 ° C: 30 seconds 55 ° C: 30 seconds 68 ° C: 60 seconds 68 ° C: 60 seconds
  • the error-prone PCR product performed under the conditions of Table 7 was cleaved with NcoI / HindIII and cloned into the same cleaved pCL-P CJ1 vector.
  • the cloned mutant library was transformed into Escherichia coli K12 cells, cultured in LB plate medium containing 50 ⁇ g / L of spectinomycin, and 50 colonies were selected to select mutations. Sequencing was performed to determine the rate and the presence of mutations at various positions. As a result of sequencing, the mutation incidence ratio of Condition 1 was 2.4 kb -1 , and Condition 2 was 2.9 kb -1 . Both conditions 1 and 2 were determined to meet the ratio of mutations suitable for securing a mutant library, and effective mutation screening was performed using the library prepared under the above conditions.
  • Candidate mutants showing effective increase in activity were selected by the above screening method. Subsequently, the sequences were sorted to select the effective variants of the candidate mutants. Finally, the mutants including four variants of I3N (SEQ ID NO: 15), F65Y (SEQ ID NO: 16), V104A (SEQ ID NO: 17), and E182G were selected. It was. As candidate mutations, the candidate mutations were individually introduced into the pCL-P CJ1 : metZ-rsp base vector, and the efficacy of the activity was increased.
  • I3N mutations were primers of SEQ ID NOs: 5 and 6
  • F65Y mutations were primers of SEQ ID NOs: 7, 8
  • V104A mutations were primers of SEQ ID NOs: 9 and 10
  • E182G mutations were SEQ ID NOs:
  • a metZ-rsp expression vector into which mutations were individually introduced was prepared, and whether mutations were introduced was confirmed by sequencing (macrogen, Korea).
  • the produced mutant vectors were transformed into Escherichia coli K12, cultured in a flask with LB medium at 33 ° C., 200 rpm, and 15 hours, and then sampled and evaluated for individual efficacy of each candidate mutant. The results are shown in Table 9.
  • I3N SEQ ID NO: 15
  • F65Y SEQ ID NO: 16
  • V104A SEQ ID NO: 17

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Abstract

본 발명은 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(O-acetylhomoserine sulfhydrylase)의 활성을 가지는 신규 단백질, 이의 변이형 단백질, 이들을 암호화하는 폴리뉴클레오티드, 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 미생물, 및 상기 단백질을 이용하여 메치오닌 또는 아세트산을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 생산방법은 기존의 방법보다 높은 전환율 및 반응시간 단축을 통하여 경제적으로 L-메치오닌 및 아세트산을 생산할 수 있는 이점이 있으며, 상기 변이형 단백질을 이용하는 경우 효소 파쇄액의 투입량을 최소화하여 L-메치오닌 및 아세트산을 고수율로 용이하게 생산할 수 있다.

Description

신규 Ｏ-아세틸호모세린 설피드릴라아제 또는 이의 변이체 및 이를 이용한 메치오닌 전환 방법
본 발명은 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(O-acetylhomoserine sulfhydrylase)의 활성을 가지는 신규 단백질, 이의 변이형 단백질, 이들을 암호화하는 폴리뉴클레오티드, 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터, 상기 재조합 벡터로 형질전환된 미생물, 및 상기 단백질을 이용하여 메치오닌 또는 아세트산을 생산하는 방법에 관한 것이다.
L-메치오닌(methionine)은 생체내의 필수 아미노산의 한 종류로 대부분의 단백질 속에 함유되어 있으며, 조미료인 간장에는 유리상태로 함유되어 있다. 사료 및 식품 첨가제로 널리 사용되고 있으며 의약용으로 수액제, 의약품의 합성 원료로도 사용된다. 메치오닌은 생체 내에서 메틸기 전이반응에 관여하는 중요한 아미노산으로, 먼저 ATP와 반응하여 δ-아데노실메치오닌(δ-adenosylmethionine)이 되고, 이것이 각종 수용체에 메틸기를 준 다음, 호모시스테인(homocysteine) 및 시스타티오닌(cystathionine)을 거쳐 시스테인(cysteine)이 된다. 붉은빵 곰팡이는 시스테인에서 메치오닌을 합성한다. 간장이나 치즈 등 발효식품의 향기는 메치오닌에서 유도된 알데히드, 알코올, 및/또는 에스테르 등에 의한 것이 많다.
또한, 메치오닌은 콜린(choline)(레시틴, lecithin) 및 크레아틴과 같은 화합물의 전구체로 작용하고, 시스테인과 타우린의 합성원료로도 쓰이며, 황을 제공하는 역할을 한다. 또한, 메치오닌은 뇌의 다양한 신경전달물질(neurotransmitter) 합성에 관련되어 있다. 메치오닌 및/또는 S-아데노실-L-메치오닌(SAM)은 생체 내에서 간 및 동맥에서 지방축적을 억제하고, 우울, 염증, 간질환, 근육통을 완화하는 등의 다양한 역할을 한다. 또한 메치오닌 및/또는 S-아데노실-L-메치오닌은 지방대사를 촉진하는 간과 동맥에서 지방 침착을 억제하며, 뇌, 심장, 신장의 혈류를 증진시키고, 소화를 촉진시키며, 독성물질의 해독과 배설을 촉진, 납과 같은 중금속의 배설을 촉진시키는 역할을 한다. 메치오닌을 하루 매일 800-1,600 mg 투여시 뛰어난 항우울 효과, 간질환에서 간기능 향상 작용, 특히 알코올에 의한 간질환에 유용한 효과, 골 관절질환에 뛰어난 항염증 효과 및 관절회복의 촉진효과를 가지고 있음이 보고되었고, 또한 머리카락에 필수영양소로서 잘 부서지는 머리카락에 영양을 공급하고 탈모를 방지하는 효과 등의 생체 내 역할이 보고되어 있다.
메치오닌의 화학합성은 주로 5-(β-메틸머캅토에틸)하이단토인(5-(β-methylmercaptoethyl)-hydantoin)을 가수분해시키는 반응을 통하여 L-메치오닌을 생산하는 방법을 이용한다. 그러나 이런 화학합성을 통하여 생산된 메치오닌은 L-형과 D-형이 혼합된 형태로 생산된다는 단점이 있다. 이에 생물학적 방법을 이용하여 L-메치오닌을 선택적으로 생산할 수 있는 기술에 대한 특허가 개시되어 있다(WO2008/013432). 이 방법은 간편하게 2단계 공법으로 명명하며, 발효에 의한 L-메치오닌 전구체 생산 공정 및 상기 L-메치오닌 전구체를 효소에 의하여 L-메치오닌으로 전환하는 공정으로 구성되어 있다. 상기의 L-메치오닌 전구체는 바람직하게 O-아세틸호모세린과 O-숙시닐 호모세린을 포함한다. 이러한 2단계 공법을 개발함으로써 기존에 문제가 되었던 황화물 특유의 기질 독성 문제, 메치오닌과 SAM에 의한 균주의 피드백 조절 문제, 시스타치오닌 감마 신타아제(cystathionine gamma synthase), O-숙시닐호모세린 설피드릴라아제(O-succinylhomoserine sulfhydrylase) 및 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(O-acetylhomoserine sulfhydrylase) 특유의 중간 산물 분해 활성 문제를 모두 해결할 수 있었다. 또한 L-메치오닌만을 선택적으로 생산할 수 있어 DL-메치오닌을 동시에 생산하는 기존의 화학 합성 공정에 비하여 우수한 공정이며, 추가적으로 동일한 반응을 통하여 부산물로서 유기산, 보다 구체적으로는 숙신산, 아세트산을 동시에 생산할 수 있는 우수한 공정이다.
2단계 공정의 효소 전환 공정에서는 시스타치오닌 감마 신타아제(cystathionine gamma synthase), O-숙시닐호모세린 설피드릴라아제(O-succinylhomoserine sulfhydrylase) 또는 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(O-acetylhomoserine sulfhydrylase)의 활성을 가진 효소를 이용하며, L-메치오닌의 전구체인 O-아세틸 호모세린 혹은 O-숙시닐 호모세린을 메칠머캅탄과 혼합하면서 효소 반응을 일으킴으로써 L-메치오닌과 유기산을 생산한다.
L-메치오닌의 전구체인 O-아세틸 호모세린(O-acetyl homoserine)으로부터 L-메치오닌을 생산하기 위한 효소 전환 반응에 다양한 미생물 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제를 사용할 수 있다. 하지만 산업적인 전환효소로 사용하기 위해서는 몇 가지 특성을 만족해야 경제적 가치를 최대화할 수 있다. 첫째, 높은 활성, 높은 전환율 그리고 대장균에서 과발현이 가능한 특성을 가져야 한다. 일반적인 정제된 효소를 이용한 반응에서는 효소의 활성, 반응 속도, 기질에 대한 높은 친화도가 필요하지만 효소 파쇄액을 반응에 직접 투입하는 경우는 높은 활성을 가져야 하는 것은 물론이고 단위 세포당 효소의 과발현이 가능하여야 소량의 파쇄액 첨가로도 반응을 진행시킬 수 있다. 둘째, 고농도의 O-아세틸호모세린에서의 높은 반응 속도를 유지해야 하고, 최종산물인 L-메치오닌과 아세트산이 고농도로 축적되는 시점에서 활성 저해가 낮아야 한다. 마지막으로 1~5시간 동안 반응이 진행되는 동안 활성을 잃지 않기 위해서 열안정성을 지녀야 한다. 상기의 특성을 고려할 때 기공지된 하이포모나스 넵튜니움 유래 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제도 효소적 관점에서는 우수하지만 메치오닌 2단계 공법의 경제적 가치를 최대화하기 위해서는 상기 3가지 특성이 더욱 강화된 효소 탐색이 필요하였다.
본 발명자들은 다양한 미생물 소스로부터 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 유전자를 획득하여 실험을 통해 최종적으로 로도박터 스페로이드(Rhodobacter sphaeroides) 유래 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제를 선별하여 전환반응에 이용한 결과, 메치오닌 2단계 공법에 적용하기에 경제적으로 유용한 전환 효소임을 확인하고, 뿐만 아니라 추가적인 변이도입 실험을 통해서 효소를 개량하여 경제성을 더욱 확고히 할 수 있음을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 하나의 목적은 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(O-acetylhomoserine sulfhydrylase)의 활성을 가지는 신규 단백질을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 할성이 강화된 변이형 단백질을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 변이형 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 재조합 벡터로 형질전환된 미생물을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 단백질 또는 이를 생산하는 미생물을 이용하여 O-아세틸호모세린 및 메칠머캅탄 전구체로부터 메치오닌 또는 아세트산을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 메칠머캅탄(CH3SH)을 기질로 하여 L-메치오닌 및 아세트산을 생산하는데 필수적인 로도박터 스페로이드 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 단백질을 제공하는바, 상기 단백질을 이용하면 기존의 하이포모나스 넵튜니움 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 단백질을 이용한 방법보다 높은 전환율 및 반응시간 단축을 통하여 경제적으로 L-메치오닌 및 아세트산을 생산할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 효소의 활성이 증가된 변이체를 이용하는 경우 효소파쇄액의 투입량을 최소화하여 L-메치오닌 및 아세트산을 고수율로 용이하게 생산할 수 있다.
도 1은 pCL-PCJ1-MetZhne 벡터의 모식도를 나타낸다.
도 2a 및 2b는 O-아세틸 호모세린 발효액에 상기의 단백질을 포함한 미생물의 파쇄액 5~10%(반응 부피대비)를 첨가하고 pH 6~8 조건에 15% Na-메칠머캅탄을 첨가하여 반응을 개시하고, 2시간 경과 후 발효액을 회수하여 세포를 제거한 후 HPLC를 통하여 메치오닌 생성을 나타내는 결과이다.
도 3은 하이포모나스속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(MetZ-hne)와 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(MetZ-rsp)의 세포파쇄액 10㎕, 5㎕, 2.5㎕에서 전환효소의 발현량을 비교한 결과를 나타낸다.
도4는 30L 회분식반응기를 이용한 전환 반응 중의 pH 변화 양상을 나타낸다.
도5 는 30L 회분식반응기를 이용한 전환 반응 중의 O-아세틸호모세린 농도 (OAHS), L-메치오닌의 농도(Met)의 변화 양상과, 필요한 총 메칠머캅탄 양을 100% 로 계산하였을때 시간별로 투입된 메칠머캅탄의 비율(MeSH), 그리고 각 시간별로의 메치오닌 전환율 (Conversion)을 나타낸 그래프이다. 메치오닌 전환율은, 각 시간까지 생성된 메치오닌 총양을 투입된 O-아세틸 호모세린 총 양으로 나누어준 후 산정한 (g/g)% 이다(* 메치오닌 전환율 92.59%= 메치오닌 몰전환율 100%).
하나의 양태로서, 본 발명은 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(O-Acetylhomoserine sulfhydrylase)의 활성을 가지는 신규 단백질을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 단백질은 L-메치오닌의 전구체인 O-아세틸호모세린과 메칠머캅탄을 이용하여 L-메치오닌을 합성할 수 있는 활성을 가지는 신규 단백질이다. 상기 신규 단백질은 로도박터 스페로이드(Rhodobacter sphaeroides) 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 단백질이 바람직하며, 본 발명의 목적상 상기 신규 단백질은 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 단백질은 제한없이 포함되나, 바람직하게는 서열번호 13의 단백질일 수 있다.
본 발명에서 용어, "O-아세틸호모세린"은 161.16의 분자량을 갖으며, 미생물에서 볼 수 있는 메치오닌 생합성에서 최초의 특이적 중간체이고, 장내박테리아에서는 O-아세틸호모세린 대신에 O-숙시닐호모세린이, 고등식물에서는 O-포스포호모세린이 중간체가 되는 물질로, 트레오닌 생합성과의 분기점에서 L-호모세린과 아세틸CoA에서 호모세린아세틸전달효소에 의해 촉매되어 생성된다.
공개특허 WO2008/013432에서는 2단계 공법을 이용하여 L-메치오닌을 생산하는 과정을 개시하고 있으며, 이 과정에서 L-메치오닌을 생산함에 있어 사용되는 전구체인 O-아실호모세린(O-Acylhomoserine)은 O-숙시닐호모세린(O-Succinylhomoserine)과 O-아세틸호모세린(O-Acetylhomoserine) 두 가지가 있다.
본 발명에서 용어, "전구체"는 어떤 물질대사나 생합성 반응에서 최종 산물의 전단계에 해당하는 물질를 의미하며, 본 발명의 목적상 L-메치오닌 전구체 생산 균주에 의해 생산되는 메치오닌 특화 대사 경로의 일부분인 대사물질 또는 이 대사물질에서 파생된 물질을 말한다. 특히 본 발명에서 L-메치오닌 전구체는 O-숙시닐호모세린 또는 O-아세틸호모세린을 의미한다.
상기 L-메치오닌의 전구체 중 O-숙시닐호모세린을 이용하여 효소전환으로 메치오닌을 생성할 수 있는 효소는 시스타치오닌 감마 신타아제와 O-숙시닐호모세린 설피드릴라아제가 있다. 통상적으로 시스타치오닌 감마 신타아제(cystathionine gamma synthase)를 암호화하는 유전자를 통칭 metB, O-숙시닐호모세린 설피드릴라아제를 암호화하는 유전자를 통칭 metZ라고 표기한다. 이 효소가 가지는 활성은 다음 3가지이다.
L-시스테인 + O-숙시닐호모세린 => 숙신산 + 시스타치오닌
설파이드(HS-) + O-숙시닐호모세린 => 숙신산+ 호모시스테인
메칠머캅탄 + O-숙시닐호모세린 => 숙신산 + L-메치오닌
상기의 또 다른 전구체인 O-아세틸호모세린을 이용하여 L-메치오닌을 생성할 수 있는 효소는 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제가 있다. 통상적으로 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제를 암호화하는 유전자를 통칭 metY라고 표기한다. 이 효소가 가지는 활성은 다음 3가지이다.
L-시스테인 + O-아세틸호모세린 => 아세트산 + 시스타치오닌
설파이드(HS-) + O-아세틸호모세린 => 아세트산 + 호모시스테인
메칠머캅탄 + O-아세틸호모세린 => 아세트산 + L-메치오닌
두 가지 L-메치오닌 전구체를 생산함에 있어 포도당, 원당과 같은 탄소 소스를 덜 필요로 하는 O-아세틸호모세린을 이용하여 L-메치오닌을 생산하는 것이 비용적인 면에서 유리하다. 하지만 O-숙시닐호모세린 설피드릴라아제인 metZ 효소는 산물인 L-메치오닌에 의해서 피드백저해를 받지 않는 반면 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제인 metY 효소는 산물인 L-메치오닌에 의한 활성저해 현상이 있어서 효소 반응적인 측면에서는 이용이 어렵다.
본 발명의 일 실시예에서는 다양한 metZ 유전자의 활성을 테스트하여 O-숙시닐호모세린 설피드릴라제로 추정되었지만 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 로도박터 스페로이드(Rhodobacter sphaeroides) 유래의 metZ 유전자를 선별하였고 L-메치오닌에 의한 피드백저해 현상 역시 없음을 확인하였다. 획득한 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 단백질은 서열번호 13의 아미노산 서열일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 하이포모나스속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 및 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 단백질을 이용하여 기질특이성, 전환효소의 발현량 및 전환효소의 활성을 비교한 결과, 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 변이체를 이용하여 L-메치오닌을 생산하는 경우, O-숙시닐호모세린보다 O-아세틸호모세린에 대하여 높은 기질특이성을 보였고(표 1), 반응 초기 효소 활성, 효소 반응 속도 및 L-메치오닌 전환율이 향상된 것을 확인하였다(표 2). 또한, 상기 두 균주 유래의 재조합 변이체를 이용하여 반응산물에 의한 저해 정도를 비교한 결과, 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제를 이용하여 L-메치오닌을 생산하는 경우 생성물에 의한 저해현상에도 높은 활성을 갖는 것을 확인하였다(표 3). 반응 온도에 따른 효소의 열안정성을 비교한 결과에서도 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 변이체가 하이포모나스속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 변이체보다 열안정성이 우수한 것을 확인할 수 있었다(표 4).
따라서 본 발명의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 단백질은 산업적인 전환효소로 사용하기 위한 높은 활성, 높은 전환률, 대장균에서의 과발현, 최종산물이 축적되는 시점에서 낮은 활성저해 및 열안정성 유지 요건을 모두 갖추었으므로 이를 이용하여 빠르고 높은 효율로 L-메치오닌 및 아세트산을 생산할 수 있다.
다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성이 야생형보다 강화된 변이형 단백질을 제공한다.
본 발명에서 용어, "변이" 또는 "변이체"는 유전적 또는 비유전적으로 하나의 안정적인 표현형적 변화를 나타내는 배양물이나 개체를 의미하며, 바람직하게 본 발명에서는 로도박터 스페로이드 유래 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(O-Acetylhomoserine sulfhydrylase)의 유전자 하나 또는 그 이상이 변이되어 그 활성이 야생형과 비교하여 효율적으로 증가될 수 있는 변이체를 의미한다. 이러한 변이체의 서열은 야생형 서열에 적어도 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99% 상동성을 가지는 단백질을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 단백질은 서열번호 13의 아미노산 서열로 표기되는 단백질의 N-말단으로부터 3번째 아미노산이 이소루신 이외의 다른 아미노산으로, 65번째 아미노산이 페닐알라닌 이외의 다른 아미노산으로, 104번째 아미노산이 발린 이외의 다른 아미노산으로 치환된 변이 또는 상기 3종의 아미노산 변이 중 1종 이상의 변이가 복합되어 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성이 강화된 변이체일 수 있다. 보다 바람직하게는 2종 이상, 보다 더 바람직하게는 3종의 변이가 복합된 것일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 상기 단백질은 N-말단으로부터 3번째 아미노산인 이소루신이 아스파라진으로, 65번째 아미노산인 페닐알라닌이 타이로신으로, 104번째 아미노산인 발린이 알라닌으로 변이된 변이체일 수 있다. 상기 변이체의 아미노산 서열은 바람직하게 서열번호 15, 16, 17 또는 18의 아미노산 서열을 가지는 변이형 단백질일 수 있다.
구체적으로, 서열번호 15의 아미노산으로 표기되는 변이형 단백질은 서열번호 13의 아미노산 서열로 표기되는 단백질의 N-말단으로부터 3번째 아미노산인 이소루신이 아스파라진으로 변이된 것이다.
서열번호 16의 아미노산으로 표기되는 변이형 단백질은 서열번호 13의 아미노산 서열로 표기되는 단백질의 N-말단으로부터 65번째 아미노산인 페닐알라닌이 타이로신으로 변이된 것이다.
서열번호 17의 아미노산으로 표기되는 변이형 단백질은 서열번호 13의 아미노산 서열로 표기되는 단백질의 N-말단으로부터 104번째 아미노산인 발린이 알라닌으로 변이된 것이다.
또한, 서열번호 18의 아미노산으로 표기되는 변이형 단백질은 서열번호 13의 아미노산 서열로 표기되는 단백질의 N-말단으로부터 3번째 아미노산인 이소루신이 아스파라진으로, 65번째 아미노산인 페닐알라닌이 타이로신으로, 104번째 아미노산인 발린이 알라닌으로 변이된 것이다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기에서 확인한 결과를 토대로 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 변이체의 효소활성이 개량된 I3N, F65Y, V104A 및 E182G의 4가지 변이주를 제작하였고, 상기 변이주의 활성을 측정하여 I3N, F65Y 및 V104A의 3가지 유효한 변이주를 선정하였다(표 9). 상기 유효 변이주 3종을 복합하여 이를 포함하는 벡터를 제작하고 대장균을 이용하여 형질전환한 후 각각의 활성을 측정한 결과, O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 야생형의 활성에 비해 1.75배 정도 증가된 활성을 갖는 것을 확인할 수 있었다(표 10).
또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제의 활성을 가지는 신규 단백질 또는 상기 활성이 야생형보다 강화된 변이형 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다.
본 발명에서 용어, "폴리뉴클레오티드"란 뉴클레오티드 단위체(monomer)가 공유결합에 의해 길게 사슬모양으로 이어진 뉴클레오티드의 중합체(polymer)로 일반적으로 일정한 길이 이상의 DNA(deoxyribonucleic acid)나 RNA(ribonucleic acid) 가닥을 의미하며, 본 발명의 목적상 상기 단백질을 암호화한 폴리뉴클레오티드 단편일 수 있다. 이러한 폴리뉴클레오티드 단편은 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제의 활성을 갖는 폴리뉴클레오티드 단편의 서열에 적어도 80%, 90%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99% 상동성을 가지는 폴리뉴클레오티드 단편을 포함한다.
상기 폴리뉴클레오티드는 바람직하게는 서열번호 14의 염기서열로 표기되는 폴리뉴클레오티드일 수 있다. 상기 서열번호 14의 염기서열로 표기되는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 13의 아미노산 서열을 가지는 야생형 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드이다.
또한, 상기 변이형 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드는 서열번호 19, 20, 21 또는 22의 염기서열을 가지는 것일 수 있다. 상기 서열번호 19, 20, 21 및 22의 염기서열을 가지는 폴리뉴클레오티드는 각각 서열번호 15, 16, 17 및 18의 아미노산 서열을 가지는 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드이다.
본 발명에서 용어, "상동성"은 두 개의 폴리뉴클레오티드 모이티 사이의 동일성의 퍼센트를 말한다. 하나의 모이티로부터 다른 하나의 모이티까지의 서열 간 상응성은 알려진 당해 기술에 의해 결정될 수 있다. 예를 들면, 상동성을 서열 정보를 정렬하고 용이하게 입수 가능한 컴퓨터 프로그램을 이용하여 두 개의 폴리뉴클레오티드 분자 간의 서열 정보를 직접 정렬하여 결정될 수 있다. 또한, 상동성은 상동 영역 간의 안정된 이중가닥을 이루는 조건하에서 폴리뉴클레오티드의 혼성화한 후, 단일-가닥-특이적 뉴클레아제로 분해시켜 분해된 단편의 크기를 결정함으로써 결정할 수 있다.
본 발명에서 용어. "상동"은 모든 문법적 형태나 스펠링 변이 형태는 슈퍼패밀리 유래 단백질(예, 면역글로불린 슈퍼패밀리) 및 다른 종 유래의 상동 단백질(예, 미오신 경쇄 등)을 포함하며, "공통 진화 기원"을 갖는 단백질 간의 관계를 말한다. 그러한 단백질(및 그들의 코딩 유전자)은 높은 정도의 서열 유사성에 의해 반영되는 서열 상동성을 갖는다. 그러나, 일반적 사용과 본 발명에서 "상동"은 "매우 높은"과 같은 형용상에 의해 수식될 경우에는 서열 유사성을 말하는 것이고 공통 진화 기원을 의미하는 것은 아니다.
본 발명에서 용어, "서열 유사성"은 공통 진화 기원을 공유하거나 하지 않을 수 있는 단백질의 염기 서열이나 아미노산 서열 간의 동일성이나 상응성 정도를 말한다. 하나의 구체예에서, 두 개의 아미노산 서열이 아미노산 서열의 소정의 길이에 대해 폴리펩티드 매치가 적어도 21%(바람직하게 적어도 약 50%, 가장 바람직하게 약 75%, 90%, 95%, 96%, 97% 또는 99%)일 때, "실질적으로 상동" 또는 "실질적으로 유사"하다. 실질적으로 상동인 서열은 데이터 은행에서 사용되는 표준 소프트웨어를 사용하거나, 예를 들면 특정한 시스템을 위해 정의된 엄격한 조건하에서 써던 혼성화 실험에 의해 서열을 비교함으로써 확인할 수 있다. 정의되는 적절한 혼성화 조건은 해당 기술 범위 내이다(예. Sambrook et al., 1989, infra 참고).
또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 야생형 또는 변이형 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터를 제공한다.
본 발명에서 용어, "벡터"는 숙주 세포로 염기의 클로닝 및/또는 전이를 위한 임의의 매개물을 말한다. 벡터는 다른 DNA 단편이 결합하여 결합된 단편의 복제를 가져올 수 있는 복제단위(replicon)일 수 있다. "복제단위"란 생체 내에서 DNA 복제의 자가 유닛으로서 기능하는, 즉, 스스로의 조절에 의해 복제가능한, 임의의 유전적 단위 (예를 들면, 플라스미드, 파지, 코스미드, 염색체, 바이러스)를 말한다. 상기 벡터는 시험관 내, 생체 외 또는 생체 내에서 숙주 세포로 염기를 도입하기 위한 바이러스 및 비 바이러스 매개물을 포함할 수 있으며, 또한 미니구형 DNA를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 벡터는 박테리아 DNA 서열을 갖지 않는 플라스미드일 수 있다. CpG 영역에서 풍부한 박테리아 DNA 서열의 제거는 전이유전자 발현 사일런싱을 감소시키고 플라스미드 DNA 벡터로부터 보다 지속적인 발현을 가져오기 위해 행해지고 있다(Ehrhardt, A. et al. (2003) Hum Gene Ther 10: 215-25; Yet, N. S. (2002) MoI Ther 5: 731-38; Chen, Z. Y. et al. (2004) Gene Ther 11 : 856-64). 또한, 상기 벡터는 슬리핑 뷰티(Sleeping Beauty)같은 트랜스포존(Izsvak et al. J. MoI. Biol. 302:93-102 (2000)), 또는 인공 염색체를 포함할 수 있다. 바람직하게는 pACYC177, pACYC184, pCL1920, pECCG117, pUC19, pBR322 및 pMW118 벡터 등을 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 pCL1920 벡터에 CJ1 promoter(공개특허 KR20060068505)를 삽입한 pCL_PCJ1 를 사용할 수 있다.
본 발명에서 상기 폴리뉴클레오티드는 재조합 벡터에 작동 가능하게 연결된 것일 수 있다. 용어, "작동 가능하게 연결된"이란 일반적으로 기능을 수행하도록 염기 발현 조절 서열과 목적하는 단백질을 코딩하는 염기서열이 작동 가능하게 연결되어 코딩하는 염기서열의 발현에 영향을 미치는 것을 의미한다. 재조합 벡터와의 작동가능한 연결은 당업계의 공지된 유전자 재조합 기술을 이용하여 제조할 수 있으며, 부위-특이적 DNA 절단 및 연결은 당업계의 절단 및 연결 효소 등을 사용하여 제작할 수 있다.
또한, 상기 재조합 벡터는 암피실린(ampicillin) 저항성 유전자, 가나마이신(kanamycin) 저항성 유전자 및 클로람페니콜 아세틸 트랜스퍼라아제(chloramphenicol acetyl transferase) 유전자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 항생제 저항성 유전자를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 재조합 벡터일 수 있다.
본 발명에서 용어, "항생제 저항성 유전자"란 항생제에 대하여 저항성을 가지는 유전자로서, 이것을 가지고 있는 세포는 해당 항생제를 처리한 환경에서도 생존하므로, 대장균에서 대량으로 플라스미드를 얻는 과정에 선별 마커로서 유용하게 사용된다. 본 발명에서 항생제 저항성 유전자는 본 발명의 핵심적 기술인 벡터의 최적의 조합에 따른 발현 효율에 크게 영향을 미치는 요소가 아니므로, 선별 마커로서 일반적으로 사용되는 항생제 저항성 유전자를 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적인 예로는, 암피실린(ampicilin), 테트라사이클린(tetracyclin), 카나마이신(kanamycin), 클로람페니콜(chloroamphenicol), 스트렙토마이신 (streptomycin), 또는 네오마이신(neomycin)에 대한 저항 유전자 등을 사용할 수 있고, 바람직하게는 스펙티노마이신 저항 유전자일 수 있다.
또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 재조합 벡터로 형질전환된, O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 생산용 미생물을 제공한다.
본 발명에서 용어, "형질전환"은 유전자를 숙주세포 내에 도입 후 발현시킬 수 있도록 하는 것을 의미한다. 상기 세포 내로 본 발명의 벡터를 형질전환시키는 방법은 염기를 세포 내로 도입하는 어떤 방법도 포함되며, 당 분야에서 공지된 바와 같이 적합한 표준 기술을 선택하여 수행할 수 있다. 일렉트로포레이션(electroporation), 칼슘 포스페이트 공동-침전(calcium phosphate co-precipitation), 레트로바이러스 감염(retroviral infection), 미세주입법(microinjection), DEAE-덱스트란(DEAE-dextran), 양이온 리포좀(cationic liposome) 법 등이 있고, 이로 제한되지 않는다.
형질전환된 유전자는 숙주세포 내에 발현될 수 있기만 한다면, 숙주세포의 염색체 내에 삽입된 형태 및 염색체 외에 위치하고 있는 형태 모두를 포함한다. 또한, 상기 유전자는 폴리펩티드를 코딩할 수 있는 폴리뉴클레오티드로 DNA 및 RNA를 포함하며, 숙주세포내로 도입되어 발현될 수 있는 것이면 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 상기 유전자는, 자체적으로 발현되는데 필요한 모든 요소를 포함하는 폴리뉴클레오티드 구조체인 발현 카세트(expression cassette)의 형태로 숙주세포에 도입될 수 있다. 상기 발현 카세트는 통상 상기 유전자에 작동 가능하게 연결되어 있는 프로모터(promoter), 전사 종결 신호, 리보좀 결합부위 및 번역 종결신호를 포함한다. 상기 발현 카세트는 자체 복제가 가능한 발현 벡터 형태일 수 있다. 또한, 상기 유전자는 그 자체 또는 폴리뉴클레오티드 구조체의 형태로 숙주세포에 도입되어, 숙주세포에서 발현에 필요한 서열과 작동 가능하게 연결되어 있는 것일 수도 있다.
본 발명에서 용어, “재조합 벡터로 형질전환된 미생물"은 하나 이상의 목적 단백질을 암호화하는 유전자를 갖는 벡터로 형질감염된 세포를 말하며, 본 발명에 있어서, 상기의 재조합 벡터를 형질 전환하여 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제을 생산할 수 있는 야생형 또는 변이형 단백질을 포함한 미생물이라면, 원핵 미생물 및 진핵 미생물 어느 것이나 포함된다. 예를 들면 에스케리키아 속(Escherichia sp.), 어위니아 속(Erwinia sp.), 세라티아 속(Serratia sp.), 프로비덴시아 속(Providencia sp.), 코리네박테리움 속(Corynebacteria sp.), 슈도모나스 속(Pseudomonas sp.), 렙토스피라 속(Leptospira), 살모넬라 속(Salmonellar sp.), 브레비박테리아 속(Brevibacteria sp.), 하이포모나스 속(Hypomononas sp.), 크로모박테리움 속(Chromobacterium sp.) 및 노카디아 속(Norcardia) 또는 곰팡이류(fungi) 또는 효모류(yeast)에 속하는 미생물 균주가 포함될 수 있다. 바람직하게는, 에스케리치아 속, 코리네박테리움 속, 렙토스피라 속의 미생물 균주와 효모일 수 있으며, 보다 바람직하게는 에스케리치아 속의 미생물 균주일 수 있으며, 가장 바람직하게는 대장균(E.coli)일 수 있다.
또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 야생형 또는 변이형 단백질, 또는 이를 생산하는 미생물을 O-아세틸호모세린 및 메칠머캅탄의 혼합물에 첨가하여 반응시키는 단계를 포함하는, 메치오닌 또는 아세트산을 생산하는 방법을 제공한다.
상기의 O-아세틸호모세린은 정제된 형태 또는 O-아세틸호모세린을 함유한 미생물 발효액을 의미한다. 또한 상기의 메칠머캅탄은 액상의 소디움메칠머캅탄(sodium methyl mercaptan, CH3S-Na) 형태, 가스 또는 액화 상태의 메칠머캅탄(CH3SH) 뿐만 아니라 공개특허 WO2010/098629에 언급된 형태로 디메칠설파이드(DMS, Dimethylsulfide)를 포함한 메칠머캅탄 모두를 의미한다. 본 발명의 일실시예에서는 L-메치오닌 전환반응을 위하여 O-아세틸 호모세린 발효액에 상기의 폴리펩티드를 포함한 미생물의 파쇄액 5~10%(반응 부피대비)을 첨가하고 pH 6~8 조건에 15% Na-메칠머캅탄을 첨가하여 반응을 개시하고, 2시간 경과 후 발효액을 회수하여 세포를 제거한 후 HPLC를 통하여 메치오닌 생성을 확인하였다. 도 2b에 나타난 바와 같이 본 발명의 변이체를 이용하여 메치오닌을 생산하는 경우, 기존의 생산 균주에 비해 효소 전환 반응 및 활성이 우수하며, 반응 산물에 의한 반응 저해 현상이 최소화되고, 변이체의 열안정성이 우수하므로 산업적으로 유용하게 이용될 수 있다.
또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 단백질의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제로서의 용도를 제공한다.
본 발명에서 상기 단백질은 전술한 바와 같이, 로도박터 스페로이드 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성을 가지는 야생형 및 변이형 단백질일 수 있으며, 바람직하게는 각각 서열번호 13 및 15 내지 18의 아미노산 서열을 가지는 단백질일 수 있다. 본 발명의 단백질은 O-아세틸호모세린에 높은 기질 특이성을 가짐으로써, O-아세틸호모세린 설피드릴라아제의 활성을 갖거나 그 활성이 강화되어 메치오닌 또는 아세트산의 생산에 이용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1: 메치오닌 전환효소의 생산
1-1. 하이포모나스속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제
메치오닌 전구체인 O-아세틸호모세린을 메치오닌으로 전환하는 하이포모나스 넵튜니움(Hyphomonas Neptunium) 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 유전자 서열은 KEGG website(www.kegg.com)로부터 획득하여 프라이머를 제작하였고, 하이포모나스 넵튜니움의 크로모좀은 ATCC (미국)으로부터 구매하여 사용하였다. 상기의 크로모좀을 주형으로 하고, 서열번호 1과 서열번호2의 프라이머를 이용하여 변성(denaturation) 단계는 94℃에서 30초, 어닐링(annealing) 단계는 55℃에서 30초, 연장(extension) 단계는 72℃에서 2분 동안 실시하고, 이를 30회 수행하는 PCR 반응을 수행하였다. PCR 반응은 바이오니아 (한국) 사의 HL PCR premix kit를 이용하였다.
상기 PCR 반응으로 획득한 DNA 절편을 NcoI/HindIII로 절단하고, 동일하게 절단한 pCL-PCJ1 벡터에 클로닝하였다. 최종 제작된 벡터를 pCL-PCJ1-MetZhne이라 명명하였으며, 모식도는 도 1과 같았다. 클로닝된 벡터를 대장균(Escherichia coli) K12 세포에 형질전환시키고, 50 ㎍/L의 스펙티노마이신이 포함된 LB 평판배지에서 배양한 후 콜로니를 선별하였다. 선별된 콜로니를 50 ㎍/L의 스펙티노마이신이 포함된 LB 배지 3ml에 접종하여 37℃, 200rpm 조건으로 16시간 배양하였다. 이를 다시 새로운 25ml LB 액체배지(250ml 용량의 플라스크)에 재접종하여 OD600 이 0.5~0.6 되도록(2~3시간) 동일 배양 조건에서 키운 직후, 포도당 4%가 첨가된 LB 배지 500ml(1L jar)를 포도당이 고갈되는 시점까지 배양하였다. 효소균 배양액 1ml을 회수하고 원심분리기를 이용하여 상등액을 제거한 후 획득한 세포를 0.1M 포타슘포스페이트 완충액(potassium phosphate, pH7.5)으로 세척하였다. 이를 다시 1ml의 포타슘포스페이트 완충액에 현탁하고, 초음파를 이용하여 30초 간격으로 세포를 5회 파쇄하였다. 파쇄된 세포파쇄액을 취하여 Bio-Rad 단백질 정량액(미국 BIO-Rad 사)을 이용하여 단백질 총량을 정량하였다. 또한 SDS-PAGE법을 이용하여 단백질의 발현을 확인하였다. 이후, 회수된 세포파쇄액을 효소 전환 반응에 사용하였다.
1-2. 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제
메치오닌 전구체인 O-아세틸호모세린을 메치오닌으로 전환하는 로도박터 스페로이드(Rhodobacter sphaeroides) 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제를 암호화하는 metZ 유전자를 클로닝하였다.
로도박터 스페로이드의 크로모좀을 주형으로 하고, 서열번호 3 및 서열번호 4의 프라이머를 이용하여 변성(denaturation) 단계는 94℃에서 30초, 어닐링(annealing) 단계는 55℃에서 30초, 연장(extension) 단계는 72℃에서 2분 동안 실시하고, 이를 30 회 수행하는 PCR 반응을 수행하였다.
상기 PCR 반응으로 획득한 DNA 절편을 BamHII/HindIII으로 절단하고, 동일하게 절단한 pCL-PCJ1 벡터 (한국, CJ사)에 클로닝하였다. 클로닝된 벡터를 상기 1-1 과 동일한 방법을 사용하여 세포파쇄액을 회수하고, 이를 효소 전환반응에 사용하였다.
실시예 2: 전환효소의 발현량 비교, 기질특이성 및 전환효소의 활성 비교
상기 실시예 1-1 및 1-2의 방법으로 획득한 각각의 세포파쇄액을 이용하여 하이포모나스속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 및 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제의 발현량 및 활성을 비교하였다.
일반적으로 단백질양은 실시예 1-1에서 언급한 것과 같이 BIO-Rad사 단백질 정량액을 이용하지만 효소파쇄액과 같은 대장균 단백질들과 혼합형태로 사용하는 경우는 단백질 정량법으로 특정효소들의 발현 비교를 하기는 어렵다. 따라서 상기 실시예 1-1 및 1-2에서 얻은 세포파쇄액에서 전환효소의 발현양을 비교하기 위하여 SDS-PAGE를 이용하였다. 두 세포파쇄액을 10㎕, 5㎕, 2.5㎕를 사용하여 하이포모나스속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(MetZ-hne)와 로도박터속 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(MetZ-rsp)를 비교한 결과, metZ-hne에 비해서 MetZ-rsp가 4배 내외로 발현량이 많은 것을 알 수 있었다(도 3).
그리고 두 효소의 기질특이성을 파악하기 위해서 O-아실호모세린(O-acylhomoserine)을 3 mM의 농도로 0.1M 포타슘포스페이트 완충액(pH7.5)에 용해하였다. 또한 상기 반응액에 보조인자(cofactor)로 사용되는 피리독살포스페이트 (pyridoxal 5'-phosphate, 미국 Sigma 사)를 최종농도 10 μM이 되도록 첨가하였다. 반응액에 또 다른 기질로서 사용되는 메칠머캅탄(Methyl mercaptan, 일본 동경 화성공업주식회사)을 최종농도 2mM로 첨가하였다. 상기 반응액 1ml을 37℃에 위치한 후, 각 효소추출액을 단백질 농도 5mg/ml로 맞추어서 10㎕씩 첨가하였다. 반응의 진행 여부는 반응 시작 후 100㎕의 반응액을 회수하여 4mg/ml의 DTNB (5,5-dithiobis(2-nitro-benzoic acid, 미국 sigma사) 용액 900㎕에 첨가한 후, 415 nm에서의 흡광도를 측정함으로써 확인하였다.
DTNB는 반응액 중에 잔존하는 메칠머캅탄의 -SH 그룹과 반응하여 노란색의 물질을 합성한다. 따라서, 반응액상의 메칠머캅탄이 반응에 의해 메치오닌으로 전환됨에 따라 반응액의 노란색이 사라지는 것으로써 반응의 진행을 확인할 수 있다. 그리고 반응전후의 DTNB 흡광도의 차이값(ΔOD415)이 크면 강한 활성을 가짐을 알 수 있다.
O-아실호모세린 반응액 및 효소액을 이용하여 반응시킨 결과, 하이포모나스 넵튜니움 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제와 로도박터 스페로이드 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 모두 O-숙시닐호모세린보다 O-아세틸호모세린에 대하여 높은 기질특이성을 보였다. 그리고 각 효소의 기질에 대한 기질특이성을 표 1에서 '+'의 개수로 간략히 표현하였다. 그 결과, 상기 두 균주 모두 O-숙시닐호모세린과 비교하여 O-아세틸호모세린에 더 높은 기질 특이성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
표 1
균주 유전자명 기질특이성
O-숙시닐호모세린(OSH) O-아세틸호모세린(OAH)
하이포모나스 넵튜니움 (Hyphomonas Neptunium) metZ + +++
로도박터 스페로이드 (Rhodobacter sphaeroides) metZ + +++++
실시예 3: 고농도 O-아세틸호모세린 배양액에서 MetZ-hne와 MetZ-rsp 반응 초기활성 비교
고농도의 O-아세틸호모세린에서 MetZ-hne 및 MetZ-rsp 효소의 전환율 특성을 비교하기 위하여 80 g/L의 O-아세틸호모세린 농도에서 메치오닌 전환 실험을 진행하였다. 1 ml 튜브 스케일에서 O-아세틸호모세린 80 g/L의 효소전환 시 하이포모나스 넵튜니움 유래 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(MetZ-hne)와 로도박터 스페로이드 유래 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(MetZ-rsp)에 의한 메치오닌 생성을 시간 경과에 따라 상대적으로 비교하였다. O-아세틸호모세린 설피드릴라아제의 반응속도는 반응 생성물인 메치오닌의 농도로 비교할 수 있다. 보다 구체적으로, 효소 전환반응의 조건은 80 g/L의 O-아세틸호모세린 1 ml에 메치오닌을 생성하기 위해 필요한 다른 하나의 기질인 소디움메칠머캅탄(15%, w/v) 0.01 ml, O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 0.01 ml, 효소보조인자인 피리독살포스페이트(pyridoxal 5'-phosphate)을 0.1 mM 농도로 투입하여 800 rpm 교반 하에 33℃에서 반응을 수행하였다. 효소 추출액은 각각 5mg/ml의 단백질 농도가 되도록 조절하여 투입하였다. 메치오닌 및 O-아세틸호모세린의 농도 분석은 HPLC를 이용하였다. 메치오닌 전환율은 반응에 투입한 메칠머캅탄 1 몰에서 생성된 메치오닌의 몰수로 계산하였다.
그 결과, 표 2에 나타난 것과 같이, 로도박터 스페로이드 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제가 하이포모나스 넵튜니움 유래 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 보다 고농도의 O-아세틸호모세린에서도 높은 초기 반응속도 및 전환율을 보였다.
표 2
시간(분)
2 4 6 8 10
MetZ-hne 메치오닌(g/L) 1.8 2.6 3.4 4.1 4.6
전환율(%) 25.71 37.14 48.57 58.57 65.71
MetZ-rsp 메치오닌(g/L) 3.7 5.0 5.2 5.5 5.8
전환율(%) 52.4 71.0 73.3 78.1 81.9
실시예 4: 반응 산물인 메치오닌과 아세트산의 의한 반응 저해정도 비교
2단계 공법에서 효소반응이 진행되면 L-메치오닌과 아세트산이 생성되는데 고농도의 L-메치오닌은 효소 반응속도를 저하시키고, 아세트산은 단백질변형으로 효소의 활성을 저해하는 것으로 알려져 있다.
산업적으로 고농도의 O-아세틸호모세린을 L-메치오닌과 아세트산으로 효소전환하기 위해서는 상기에서 설명한 효소활성 저해현상에서도 효소는 높은 활성을 가져야 한다. 고농도의 L-메치오닌, 아세트산 존재하에서 MetZ-hne 및 MetZ-rsp 두 효소의 활성을 비교하였다. 구체적으로, 0.3M의 L-메치오닌(약 45g/L) 및 0.3M 아세트산 존재하에, 실시예 2에 언급한 DTNB 방법으로 활성을 비교하였다. 반응에 사용된 세포파쇄액량은 5 mg/ml 농도액으로 25 ㎕을 사용하였다. 그 결과 잔존 활성은 MetZ-hne는 42%였고 MetZ-rsp는 50%을 보임으로써 MetZ-rsp는 고농도의 L-메치오닌, 아세트산이 존재하여도 효소 활성 저해정도가 낮음을 확인할 수 있었다(표 3).
표 3
시간(분) △OD415
0 1
Met/Acetate0 M MetZ-hne 0.69 0.46 0.23
MetZ-rsp 0.69 0.48 0.21
Met/Acetate0.3 M MetZ-hne 0.69 0.58 0.11
MetZ-rsp 0.69 0.60 0.09
또한 각각 0.3M L-메치오닌과 아세트산에서 두 효소의 전환 반응을 확인한 결과, 표 4와 같은 결과가 나왔다.
표 4
시간(분)
0 5 10 15
OD415 MetZ-hne 0.69 0.55 0.39 0.25
MetZ-rsp 0.69 0.49 0.31 0.12
실시예 5 : MetZ-hne와 MetZ-rsp 효소의 열 안정성 비교
산업적으로 효소를 이용한 전환공정에서는 33~37℃의 온도로 1~6시간 내외로 반응이 진행되게 된다. 반응산물에 의한 저해현상뿐만 아니라 열안정성이 낮은 효소는 전환 반응이 진행됨에 따라서 효소의 활성 역시 낮아진다. 효소의 열안정성은 산업적, 경제적 측면에서 중요한 사항이다. 이러한 효소의 열안정성 비교를 위해서 실시예 1-1 및 1-2의 방법으로 획득한 각각의 세포파쇄액을 50℃에서 10, 30, 60, 120, 240분 열처리한 후 실시예 2의 DTNB 방법을 이용하여 효소잔존활성을 비교하였다.
그 결과, 표 5에 나타난 것과 같이, 로도박터 스페로이드 유래의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제의 경우는 45℃로 열처리한 후 240분이 경과한 시점에서 열처리 전과 활성비교를 했을 때 95%의 잔존활성을 보였다. 반면, MetZ-hne는 75%의 잔존활성을 보여, MetZ-rsp의 열안정성이 더 우수한 것을 확인하였다.
표 5
45℃ 열처리 시간(분)
0 10 30 60 120 240
상대적 활성(%) MetZ-hne 100 98 95 91 84 75
MetZ-rsp 100 100 100 99 97 95
실시예 6 : metZ-rsp를 이용한 회분식 반응기에서의 O-아세틸호모세린 배양액으로부터 L-메치오닌으로의 효소전환반응
본 실시예에서는 튜브스케일에서 확인한 metZ-rsp의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제의 전환활성을 반응기 시스템에서 평가할 목적으로 최적이 1L인 회분식 반응기를 이용하였다. 효소전환 반응시 필요한 기질인 O-아세틸호모세린은 기존의 특허에 명기된 미생물 균주를 발효하여 생산하였으며, 배양한 발효액으로부터 원심분리기를 이용하여 세포를 제거하고, 약 70g/L 농도의 배양액을 500mL 사용하였다(WO2008/013432). 메칠머캅탄은 상온에서 기체상으로 존재하기 때문에 가성소다액에 메칠머캅탄을 첨가하여 액상으로 존재하는 소디움메칠머캅탄(sodium methyl mercaptan, CH3S-Na, 4.7M, 33%, 프랑스 Arkema) 용액을 이용하여 실험을 진행하였다. 소디움메칠머캅탄은 효소전환반응시 약 50mL가 사용되었다. 효소액의 경우 실시예 1에서 설명한 방법으로 생산된 metZ-rsp 세포파쇄액 50mL을 투입하였으며 보조인자인 피리독살포스페이트(pyridoxal 5'-phosphate, 미국 Sigma)는 0.1mM 농도로 투입하였다. 효소전환반응은 pH7.0, 33℃, 교반은 700 rpm으로 설정하였다. 반응시간은 소디움메칠머캅탄을 공급하며 3시간 동안 수행하였다. O-아세틸호모세린과 L-메치오닌의 시간별 농도는 표 6과 같으며 분석은 HPLC를 이용하여 수행하였다.
표 6
시간(분) O-아세틸호모세린(g/L) L-메치오닌(g/L)
0 66.1 0
30 20.6 34.1
90 9.5 42.0
120 3.1 47.2
180 0 49.5
결과적으로 1L 회분식 반응기에서 O-아세틸호모세린 배양액으로부터 metZ-rsp 효소액을 이용한 L-메치오닌 효소전환반응은 반응이 빠르고, 전환율(97% mol전환율)이 높음을 확인하였다.
실시예 7 : metZ-rsp를 이용한 회분식 반응기에서의 O-아세틸호모세린 배양액으로부터 L-메치오닌으로의 효소전환반응 scale-up
본 실시예에서는 1L 회분식 반응기에서 확인한 metZ-rsp의 O-아세틸호모세린 설피드릴라아제의 전환활성을 이용한 메치오닌 효소전환반응기 시스템을 scale-up 하여 평가할 목적으로 30L인 회분식 반응기 (한국발효기, 한국)를 이용하여 메치오닌 전환반응을 수행하였다. 효소전환반응시 필요한 기질인 O-아세틸호모세린은 실시예 6에서와 같이 기존의 특허(WO2008/013432)에 명기된 미생물 균주를 발효하여 생산하였으며, 배양한 발효액으로부터 원심분리기를 이용하여 미생물 균체를 제거하였다. 상등액은 O-아세틸호모세린 농도가 66g/L 농도가 되도록 물을 첨가하여 희석하여 반응에 사용하였다.
희석한 발효 상등액 23L를 발효조에 투입한 후, 실시예 1에서 설명한 방법으로 생산된 metZ-rsp 효소파쇄액 500ml을 투입하였으며, 보조인자인 피리독살포스페이트(pyridoxal 5'-phosphate, 미국 Sigma)는 최종 0.1mM 농도가 되도록 투입하였다. 투입후 반응액의 pH는 6.5가 되도록 암모니아 가스를 투입하여 조절하였으며, 온도는 37℃, 교반은 300rpm으로 설정하였다.
메칠머캅탄은 가스 형태의 메칠머캅탄 (Methyl mercaptan, CH3SH, 99.5%, 영국, intergas사)을 사용하였으며 기체유량계(Mass flow controller)를 사용하여 가스 투입량을 조절하면서, 반응액 중으로 직접 투입하였다. 메칠머캅탄은 반응액 중에서 일부 증발되어 반응기 내부 압력을 증가시켰으므로, 압력 범위는 0.5bar 이하가 유지되도록 메칠머캅탄 공급 속도를 조절하였다. 메칠머캅탄 공급 속도는 반응이 빨리 진행되는 초기 30분간 3~5 L/min으로, 반응 속도 저하가 일어나는 그 이후 90분간 2~1 L/min으로 조절하면서, 약 220L (470g)을 총 120분간 투입하였다. 이는 효소전환반응 중 반응액 중에 존재하는 O-아세틸 호모세린 양과 동일한 몰(mol) 양으로, 반응 중에 모두 메치오닌 합성에 소요되고, 반응 종료 후 메칠머캅탄 잔존량은 0.1g/L 미만으로 확인되었다.
반응 중에 메치오닌 1몰 생성시마다, 1몰의 초산(acetic acid) 이 발생하면서 pH 가 저하되기 때문에, pH가 6.48까지 떨어질 때마다 암모니아 가스 (ammonia gas)를 투입하여 pH를 상승시키면서 반응 pH를 6.5로 유지하였다. pH 하락의 경사도에 따라 반응 속도를 확인할 수 있으며, pH 감소가 완만해지면 반응이 거의 종료되었음을 확인할 수 있다.
반응시간은 메칠머캅탄을 공급하며 6시간 동안 수행하였다. O-아세틸호모세린과 L-메치오닌의 시간별 농도 변화는 도 5와 같으며 분석은 HPLC를 이용하여 수행하였다.
반응시의 pH 변화 프로파일은 도 4와 같으며, 반응에 의한 메치오닌 전환 그래프는 도 5와 같다.
결과적으로 30L 회분식 반응기에서 O-아세틸호모세린 배양액으로부터 metZ-rsp 효소액을 이용한 L-메치오닌 효소전환반응이 30L 회분식 반응기에서 기체 형태의 메칠머캅탄을 이용할 경우에도 6시간 동안 약 98% 몰 전환율로 전환 가능하다는 것을 확인하였다.
실시예 8 : 돌연변이를 이용한 metZ-rsp 효소 활성 개량
본 실시예는 야생형 metZ-rsp에 임의돌연변이 유발시스템(random mutagenesis)를 위해 에러유발 PCR(error-prone PCR)을 수행하였으며, 에러유발 PCR 수행시 diversify PCR random mutagenesis kit(미국 CLONTECH)를 사용하였다. 변이 발생 비율(mutation rate) 조건 선정을 위해 MnSO4와 dGTP 농도에 따라 아래와 같이 두 가지 조건으로 에러유발 PCR을 수행하였다. 변이를 도입할 DNA 주형(template)은 실시예 1-2에서 클로닝된 pCL-PCJ1:metZ-rsp를 대상으로 진행하였다.
표 7
조건 1 (㎕) 조건 2(㎕)
10× Titaniun taq Buffer 5 5
MnSO4 (8mM) 2 4
dGTP (2mM) 1 2
50× dNTP Mix 1 1
Titanium Taq Polymerase 1 1
Forward primer 2 2
Reverse primer 2 2
Template DNA 1 1
dH20 35 32
Total 50 50
에러유발 PCR 조건 94℃: 30초
25 사이클(cycle) 94℃: 30초 55℃: 30초 68℃: 60초
68℃: 60초
상기 표 7의 조건으로 수행한 에러유발 PCR 산물을 NcoI/HindIII로 절단하여, 동일하게 절단한 pCL-PCJ1 벡터에 클로닝하였다. 클로닝된 변이 라이브러리(mutant library)는 대장균(Escherichia coli) K12 세포에 형질전환시키고, 50 ㎍/L의 스펙티노마이신이 포함된 LB 평판배지에서 배양한 후 50개의 콜로니를 선별하여 변이 발생 비율(mutation rate) 및 다양한 위치에 변이 발생유무를 판단하기 위해 시퀀싱(sequencing)을 진행하였다. 시퀀싱 결과 조건 1의 변이 발생 비율은 2.4 kb-1, 조건 2에서는 2.9 kb-1 이였다. 조건 1, 2 모두 돌연변이체 라이브러리(mutant library) 확보에 적합한 변이 발생 비율을 충족시킨다고 판단하여 위의 조건에서 제작된 라이브러리를 이용하여 유효변이 선별 작업을 수행하였다.
최초 96 딥-웰 플레이트(deep-well plate)에서 배양 후 세포파쇄를 위해 BugBuster(미국 MERCK) 용액을 1:1로 처리하여 세포 파쇄액를 얻었다. 이 중 50㎕를 취하여 O-아세틸호모세린 300mM, 및 L-시스테인 1mM 기질을 혼합한 반응액 50㎕와 혼합하였다. 혼합 후 상온에서 60분간 반응시키면서 시간대별로 DTNB 용액을 50uL 혼합하였고, 발색 후 OD 값을 415nm에서 읽은 후 하기 표 8과 같은 결과를 얻었다.
표 8
시간(분) 0 5 10 15 30 60
OD415 2.17 1.19 0.65 0.50 0.37 0.30
보정된 OD 2.01 1.00 0.40 0.23 0.05 0.00
backgroundsignal, 415nm 0.16 0.19 0.25 0.27 0.32 0.30
시간에 따른 DTNB 발색을 plot해보면 위와 같이 5, 10분 반응 후 잔존 L-시스테인에 의한 OD 값이 각각 1.19와 0.65로 실제 변이 선별 시 5분 효소반응 후 잔존 시스테인의 DTNB 발색 정도가 1.0 이하가 되는 변이주를 선별하기로 하였다.
위의 선별 방법으로 유효한 활성 증가를 보인 후보 변이주를 선정하였다. 이후 후보 변이주의 유효 변이를 선별하기 위해 염기서열 정렬과정을 거쳤으며 최종적으로 I3N (서열번호 15), F65Y (서열번호 16), V104A (서열번호 17) 및 E182G 4종의 변이를 포함한 변이주를 선정하였다. 최종 선정된 변이를 후보 변이로 하여 pCL-PCJ1:metZ-rsp 기본 벡터에 후보 변이를 1종씩 개별 도입하여 활성 증가에 대한 유효성을 검증하고자 하였다. 후보 변이를 개별 도입한 벡터를 제작하기 위해 I3N변이는 서열번호 5, 6의 프라이머를, F65Y변이는 서열번호 7, 8의 프라이머, V104A변이는 서열번호 9, 10의 프라이머, E182G변이는 서열번호 11, 12의 프라이머를 사용하여 개별로 변이가 도입된 metZ-rsp 발현 벡터를 제작하였으며, 변이 도입 여부는 시퀀싱(macrogen,한국)을 통해 확인하였다. 제작된 변이벡터를 대장균 K12 에 형질전환하여 플라스크에서 LB 배지로 33℃, 200 rpm, 15시간 조건에서 배양한 후 샘플링하여 각 후보 변이의 개별 유효성 여부에 대한 평가를 진행하였다. 그 결과는 표 9과 같다.
표 9
mutation OD562nm activity Unit spec. activity spec. unit
야생형 9.18 1.63 32.67 0.18 3.56
I3N 8.93 1.89 37.73 0.21 4.22
F65Y 8.83 2.00 39.93 0.23 4.52
V104A 8.60 1.88 37.67 0.22 4.38
E182G 9.53 1.43 28.60 0.15 3.00
후보 변이 개별 도입 후 플라스크평가 결과 I3N(서열번호 15), F65Y(서열번호 16) 및 V104A(서열번호 17)는 기존 대조군 metZ-rsp에 비해 활성 증가에 유효한 변이임을 확인할 수 있었다. 반면 E182G 변이는 개별로 도입 시 활성 증가에 유효하지 못한 변이로 판단하여 차후 진행 과정에서 배제하였다.
활성 증가에 대한 개별 유효성이 최종 확인된 I3N, F65Y 및 V104A 3종 유효 변이에 대해 기본 pCL-PCJ1:metZ-rsp vector에 3종 변이가 모두 도입된 벡터를 제작(pCL-PCJ1:metZ-rsp M3명명)하여 활성을 더욱 강화하고자 하였다. 3종 변이는 상기 프라이머를 이용하여 단계별로 벡터에 추가적으로 도입되는 과정을 거쳤으며 각 3종 변이 도입 발현 벡터에 대한 활성 평가는 대장균 K12 에 형질전환 후 다시 플라스크에서 배양 후 평가하였으며 결과는 하기 표 10과 같다.
표 10
mutation activity spec. activity
pCL-PCJ1:metZ-rsp 1.00 1.00
pCL-PCJ1:metZ-rsp M3 1.75 1.73
위의 결과와 같이 유효 변이 3종이 모두 도입된 pCL-PCJ1:metZ-rsp M3가 기존 pCL-PCJ1:metZ-rsp 대비 1.75배로 활성이 증가됨을 확인할 수 있었다.

Claims (12)

  1. O-아세틸호모세린 설피드릴라아제(O-acetylhomoserine sulfhydrylase)의 활성을 가지는, 서열번호 13의 아미노산 서열로 표기되는 단백질.
  2. 제1항의 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴리뉴클레오티드는 서열번호 14의 염기서열로 표기되는 것인 폴리뉴클레오티드.
  4. 서열번호 13의 아미노산 서열로 표기되는 단백질의 N-말단으로부터 3번째 아미노산이 이소루신 이외의 다른 아미노산으로, 65번째 아미노산이 페닐알라닌 이외의 다른 아미노산으로, 104번째 아미노산이 발린 이외의 다른 아미노산으로 치환된 변이 또는 상기 3종의 아미노산 변이 중 1종 이상의 변이가 일어난, O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 활성이 야생형보다 강화된 변이형 단백질.
  5. 제4항에 있어서, 상기 변이는 N-말단으로부터 3번째 아미노산이 아스파라진으로, 65번째 아미노산이 타이로신으로, 104번째 아미노산이 알라닌으로 치환된 변이인 것인 변이형 단백질.
  6. 제4항에 있어서, 상기 단백질은 서열번호 15 내지 18로 이루어진 군에서 선택된 아미노산 서열을 가지는 것인 변이형 단백질.
  7. 제4항의 단백질을 암호화하는 폴리뉴클레오티드.
  8. 제7항에 있어서, 상기 폴리뉴클레오티드는 서열번호 19 내지 22로 이루어진 군에서 선택된 염기서열을 가지는 것인 폴리뉴클레오티드.
  9. 제2항, 제3항, 제7항 및 제8항 중 어느 한 항의 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터.
  10. 제9항의 재조합 벡터로 형질전환된, O-아세틸호모세린 설피드릴라아제 생산용 미생물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 미생물은 대장균인 것인 미생물.
  12. 제1항 및 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항의 단백질, 또는 이를 생산하는 미생물을 O-아세틸호모세린 및 메칠머캅탄의 혼합물에 첨가하여 반응시키는 단계를 포함하는, 메치오닌 또는 아세트산을 생산하는 방법.
PCT/KR2011/009965 2010-12-21 2011-12-21 신규 ｏ-아세틸호모세린 설피드릴라아제 또는 이의 변이체 및 이를 이용한 메치오닌 전환 방법 WO2012087038A2 (ko)

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