WO2013019051A9 - Method for producing retinoid from microorganism - Google Patents

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WO2013019051A9
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장희정
윤상활
하보경
류희경
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경상대학교산학협력단
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    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/11DNA or RNA fragments; Modified forms thereof; Non-coding nucleic acids having a biological activity
    • C12N15/52Genes encoding for enzymes or proenzymes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P23/00Preparation of compounds containing a cyclohexene ring having an unsaturated side chain containing at least ten carbon atoms bound by conjugated double bonds, e.g. carotenes

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a retinoid from a microorganism having a retinoid producing ability.
  • Retinoids are a class of lipophilic isoprenoid molecules chemically associated with vitamin A.
  • the retinoid may be combined with an alcohol (eg, retinol), aldehyde (eg, retinal), carboxylic acid (eg, retinoic acid), or ester (eg, retinyl acetate) functional group to form ⁇ - It consists of inon rings and polyunsaturated side chains. They are known to play an essential role in human health, such as vision protection, bone development and regeneration, antioxidant effects, and skin aging prevention and reduce the risk of certain cancers.
  • Retinoids have received great attention in recent years as effective cosmetic and pharmaceutical ingredients for wrinkle improvement and skin disease treatment.
  • the retinoid market is estimated to be around $ 16 billion worldwide.
  • Chemically synthesized retinoids are representative commercial raw materials.
  • Retinol is produced from acidification or hydrolysis of retinal chemically synthesized by reduction of pentadiene derivatives.
  • this chemical process has disadvantages such as complicated purification steps and formation of unwanted byproducts.
  • Animals produce retinoids from carotenoids obtained from fruits and vegetables, while plants cannot synthesize retinoids.
  • the entire route of retinoid synthesis is only possible in microorganisms comprising bacteriododocin or proteorodosin with retinal as a prosthetic group.
  • microorganisms produce a protein-binding form of retinal and are therefore not suitable for mass production of free retinoids.
  • enzymes for biological production, but no successful results.
  • biotechnological methods for retinoid production using metabolically transformed microorganisms there is a need for the development of biotechnological methods for retinoid production using metabolically transformed microorganisms.
  • Retinoids are chemically very unstable due to their reactive conjugated double bonds and are easily oxidized and isomerized by heat, oxygen and light. Retinoids are also readily degraded biologically through retinoic acid. Therefore, there is a need for a method of producing retinoids more efficiently.
  • One aspect provides a method for efficiently producing retinoids from microorganisms.
  • One aspect includes the steps of culturing a microorganism having a retinoid production capacity in a medium containing a lipophilic substance; And separating the retinoid from the lipophilic substance. It provides a method for producing a retinoid from a microorganism.
  • the method includes culturing the microorganism having the retinoid production capacity in a medium containing a lipophilic substance.
  • microorganism can be a cell that can be cultured in a liquid medium.
  • the microorganism may be one that can be cultured in a liquid medium as prokaryotic cells, eukaryotic cells, or isolated animal cells.
  • the microorganism may be, for example, a bacterium, fungus, or a combination thereof.
  • the bacteria may be Gram positive bacteria, Gram negative bacteria, or a combination thereof.
  • Gram-negative bacteria can be of the genus Escherichia .
  • Gram-positive bacteria can be of the genus Bacillus, Corynebacterium, lactic acid bacteria or combinations thereof.
  • the fungus may be yeast, cloberomyces, or a combination thereof.
  • the microorganism may be a natural or foreign gene is introduced.
  • the foreign gene can be a gene involved in retinoid production, such as one or more genes of the MEP or MVA pathway.
  • Animal cells may be those used for recombinant protein production. For example, it can be CHO cells, BHK cells, or a combination thereof.
  • the Escherichia genus microorganism having the retinoid producing ability may be a native Escherichia microorganism or a transformed Escherichia genus microorganism.
  • Natural microorganisms of the genus Escherichia are known to have a MEP pathway as an intrinsic retinoid synthesis pathway.
  • the transformed Escherichia genus microorganism may be introduced with a gene associated with the intrinsic MEP pathway of retinoid synthesis, a gene associated with the foreign MVA pathway, or a combination thereof.
  • the MVA pathway gene may be a gene encoding an enzyme of the foreign mevalonate pathway involved in producing IPP from acetyl-CoA.
  • Fig. 1 is a diagram schematically showing the MEP pathway of retinal biosynthesis and foreign MVA pathway.
  • the natural Escherichia genus microorganism can be, for example, Escherichia coli.
  • the E. coli may be DH5 ⁇ , MG1655, BL21 (DE), S17-1, XL1-Blue, BW25113, or a combination thereof.
  • Transformed Escherichia microorganisms encode, for example, acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl (HMG) -CoA reductase from Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 1
  • SEQ ID NO: 4 Gene encoding a phosphomevalonate kinase derived from Streptococcus pneumoniae, gene encoding the mevalonate diphosphate decarboxylase derived from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 5, iso derived from E.
  • IPP coli Fenthenyl diphosphate
  • Pantoea agglomerans gene of SEQ ID NO: 7 Gene encoding the geranyl geranyl pyrophosphate (GGPP) synthase, gene encoding the phytoene synthase derived from Pantoea agglomerans of SEQ ID NO: 8, Pantoea agglomer of SEQ ID NO: 9 And a gene encoding a phytoene dehydrogenase derived from Lance, and a gene encoding a lycopene- ⁇ -cyclase derived from Pantoea ananatis of SEQ ID NO: 10.
  • the transformed Escherichia genus microorganism is transformed with the genes of SEQ ID NOs: 1 to 10, and also encodes the ⁇ -carotene monooxygenase from uncultured marine bacterium 66A03 of SEQ ID NO: 13 , A gene encoding ⁇ -carotene 15,15'-monooxygenase from the musculus mouse of SEQ ID NO: 14, brp-like protein 2 from Natronomonas pharaonis ATCC35678 of SEQ ID NO: 15 (brp-like protein 2: brp2) and a gene encoding ⁇ -carotene monooxygenase from Halobacterium salinarum ATCC700922 of SEQ ID NO: 16 or 17 It may be further transformed with one or more genes.
  • the microorganism may be to produce a retinoid, which is further transformed with a gene encoding IPP isomerase from Haematococcus pluvialis of SEQ ID NO: 12.
  • the microorganism having a retinoid production ability may be transformed with a gene encoding E. coli derived 1-deoxyxylulose-5-phosphate (DXP) synthase (dxs). Since DXP is an enzyme that corresponds to the rate determining step in the intrinsic MEP pathway, the additional gene encoding the DXP synthase allows microorganisms to produce high concentrations of ⁇ -carotene.
  • DXP E. coli derived 1-deoxyxylulose-5-phosphate synthase
  • E. coli DH5 ⁇ / pTDHB / pSNA of Accession No. KCTC 11254BP (deposited KOREAN COLLECTION FOR TYPE CULTURE, January 2. 2008) or Accession No. KCTC 11255BP E. coli DH5 ⁇ / pTDHBSR / pSNA (KOREAN COLLECTION FOR TYPE CULTURE, deposited on Jan. 2, 2008).
  • E. coli DH5 ⁇ / pTDHBSR / pSNA can produce high productivity of retinoids from carbon sources in the medium.
  • the microorganism is Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 1 ( Enterococcus faecalis Gene encoding the acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl (HMG) -CoA reductase derived from c), HMG-CoA synthase from Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 2, sequence Streptococcus pneumoniae (number 3 Streptococcus pneumoniae Gene encoding the mevalonate kinase derived from), phosphomevalonate kinase derived from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 4, mevalonate diphosphate dekar from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 5 Gene encoding a carboxylase, isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase derived from Escherichia coli of SEQ ID NO: 6, panto
  • Uncultured marine bacterium 66A03 of SEQ ID NO: 13 Gene encoding the derived ⁇ -carotene monooxygenase may be one having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 32 optimized codon use in E. coli.
  • retinoids refers to a class of chemicals chemically related to vitamin A.
  • the structure of the retinoid consists of cyclic end groups, polyene side chains and polar end groups.
  • Many retinoids are chromophores.
  • Various retinoids can be produced by changing side chains and end groups.
  • the retinoid may be retinal, retinol, retinoic acid, retinyl acetate, or a combination thereof.
  • the retinoid may be an in vivo degradation product of retinal, retinol, retinoic acid, retinyl acetate, or a combination thereof.
  • the retinoid is a substance having a basic carbon number of 20, and the final carbon number may vary depending on the fatty acid auxiliary group to be bonded.
  • the final carbon number may be 22 for acetate bonding and 38 for oleic acid bonding.
  • the lipophilic substance may be one having lipophilic as an organic compound having 8 to 50 carbon atoms.
  • the lipophilic material may be an alkane compound having 8 to 50 carbon atoms, a compound of Formula 1; A compound of Formula 2; Or combinations thereof:
  • R 2 Each independently represent alkyl having 8 to 50 carbon atoms, and CO represents a carbonyl group
  • R 3 , R 4 and R 5 each independently represent alkyl having 8 to 50 carbon atoms, and CO represents a carbonyl group).
  • Alkanes having 8 to 50 carbon atoms may be linear alkanes, branched alkanes, cyclic alkanes, or combinations thereof.
  • the alkane compound is, for example, 8 to 46, 8 to 40, 8 to 36, 8 to 30, 8 to 26, 8 to 20, 8 to 16, 8 to 12, 8 to 10, 10 to 50, 10 to 46, 10 to 40, 10 to 36, 10 to 30, 10 to 26, 10 to 20, 10 to 16, 10 to 12, 10 to 50, 10 to 46, 12 to 50, 12 to 46, 12 to 36, It may be 12 to 30, 12 to 26, 12 to 20, or 12 to 16 alkane compound.
  • Straight alkanes contain 8 (octane), 10 (decane), 12 (dodecane), 14 (tetradecane), 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 alkanes, or a combination thereof.
  • Branched alkanes have 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 alkanes, Or combinations thereof.
  • Branched alkanes may be saturated analogs of terpene compounds. For example, it may be phytoscualan.
  • the combination of straight alkanes, branched alkanes, and cyclic alkanes may be mineral oil.
  • the mineral oil may be a mixture of alkanes having 15 to 40 carbon atoms from non-vegetable raw materials (minerals).
  • Alkanes having 15 to 40 carbon atoms include 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, It may be a mixture of two or more of alkanes of 36, 37, 38, 39, 40.
  • the mineral oil may be light mineral oil or heavy mineral oil.
  • Light mineral oils generally have a density of 880-920kg / m 3 and a specific gravity of 820-860 kg / m 3 at 20 ° C and a fluid viscosity of 14-18cst at 40 ° C.
  • By weight mineral oil (heavy mineral oil) is of generally a density of 920kg / m 3 and a specific gravity of 860 ⁇ 900 kg / m 3, liquid viscosity of 85cst at 65 ⁇ 40 °C at 20 °C material.
  • One And R 2 are each independently straight, branched or cyclic alkyl having 8 to 50 carbon atoms.
  • R One And R 2 are each independently alkyl having 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 or 50 Can be.
  • R 1 and R 2 each have 8 to 50 carbon atoms, for example, 8 to 46, 8 to 40, 8 to 36, 8 to 30, 8 to 26, 8 to 20, 8 to 16, 8 to 12, 8 carbon atoms.
  • R 1 may be straight alkyl having 13 carbon atoms and R 2 may be isopropyl.
  • R 1 may be an ethylpentyl group and R 2 may be cetyl.
  • R 3 , R 4 and R 5 are each independently straight, branched or cyclic alkyl having 8 to 50 carbon atoms.
  • R 3 , R 4 , and R 5 are each having 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 or 50 alkyl.
  • the compound may have R 3 , R 4 , and R 5 , each having 8 to 50 carbon atoms, for example, 8 to 46, 8 to 40, 8 to 36, 8 to 30, 8 to 26, 8 to 8 carbon atoms.
  • the lipophilic material may be octane, decane, dodecane, tetradecane, phytoscualan, mineral oil, isopropyl myristate, cetyl ethylhexanoate, dioctanoyl decanoyl glycerol, squalane, or a combination thereof.
  • lipophilic substances can increase the productivity of retinoids by microorganisms.
  • the lipophilic substance may be one that does not affect or grows little in the growth of microorganisms.
  • Cultivation may be in synthetic, semisynthetic, or complex culture media.
  • a culture medium a medium consisting of a carbon source, a nitrogen source, vitamins and minerals can be used.
  • a Man-Rogosa-Sharp (MRS) liquid medium or a liquid medium added with milk can be used.
  • Starch glucose, sucrose, galactose, fructose, glycerol, glucose or mixtures thereof may be used as the carbon source of the medium.
  • glycerol can be used as the carbon source.
  • nitrogen source ammonium sulfate, ammonium nitrate, sodium nitrate, glutamic acid, casamino acid, yeast extract, peptone, tryptone, soybean meal or mixtures thereof may be used.
  • the mineral may be sodium chloride, dipotassium phosphate, magnesium sulfate or mixtures thereof.
  • the culture is in a fermentor, it is preferable to use glucose as the carbon source of the medium.
  • glucose is preferable to use in the case of in vitro culture.
  • glycerol is preferably used as the carbon source of the medium.
  • Each of the carbon source, nitrogen source, and mineral in the microbial culture medium may use, for example, 10 to 100 g, 5 to 40 g, and 0.5 to 4 g per liter.
  • the vitamin added to the conventional culture medium may be vitamin A, vitamin B, vitamin C, vitamin D, vitamin E or mixtures thereof.
  • the vitamin may be added to the conventional culture medium with the above-mentioned carbon source, nitrogen source, minerals, etc., or separately added to the medium prepared by sterilization.
  • Cultivation may be carried out under conventional E. coli culture conditions. Incubation is for example about 15-45 °C, for example 15-44 °C, 15-43 °C, 15-42 °C, 15-41 °C, 15-40 °C, 15-39 °C, 15-38 °C, 15-37 ° C, 15-36 ° C, 15-35 ° C, 15-34 ° C, 15-33 ° C, 15-32 ° C, 15-31 ° C, 15-30 ° C, 20-45 ° C, 20-44 ° C, 20-43 ° C, 20-42 ° C, 20-41 ° C, 20-40 ° C, 20-39 ° C, 20-38 ° C, 20-37 ° C, 20-36 ° C, 20-35 ° C, 20-34 ° C, 20-33 ° C, 20-32 ° C, 20-31 ° C, 20-30 ° C, 25-45 ° C, 20
  • Centrifugation or filtration may be performed to remove the culture medium in the culture and recover or remove only the concentrated cells, and this step may be performed according to the needs of those skilled in the art.
  • the concentrated cells can be preserved so as not to lose their activity by freezing or lyophilizing according to a conventional method.
  • the culture may be in a medium containing glycerol as a carbon source.
  • Glycerol may be the only carbon source in the medium.
  • 0.5-5.0% (w / v), e.g. 0.5-4.5% (w / v), 0.5-4.0% (w / v), 0.5-3.5% (w / v), 0.5-3.0% (w / v), 0.5-2.5% (w / v), 0.5-2.0% (w / v), 1-5.0% (w / v), 1-4.5% (w / v), 1-4.0% (w / v), 1-3.5% (w / v), 1-3.0% (w / v) or 1-2.5% (w / v) may be made in a medium containing glycerol.
  • the medium may be YT medium added with glycerol and arabinose.
  • YT medium may comprise 1.6 wt% tryptone, 1 wt% yeast
  • Cultivation may be performed in a culture medium in the presence of a lipophilic substance, for example, with a dodecane phase of a lipophilic substance placed on the surface of the medium. Cultivation can be carried out while being agitated.
  • 100 to 300 rpm for example, 100 to 280 rpm, 100 to 260 rpm, 100 to 240 rpm, 100 to 220 rpm, 100 to 200 rpm, 100 to 180 rpm, 100 to 160 rpm, 100 to 140 rpm, 100 to 120 rpm, 120 to 120 300 rpm, 120 to 280 rpm, 120 to 260 rpm, 120 to 240 rpm, 120 to 220 rpm, 120 to 200 rpm, 120 to 180 rpm, 120 to 160 rpm, 120 to 140 rpm, 150 to 300 rpm, 150 to 280 rpm, 150 to 260 rpm, 150 to 240 rpm, It may be stirred at 150 to 220 rpm, 150 to 200 rpm, 150 to 180 rpm, 140 to 160 rpm, 200 to 300 rpm, 200 to 280 rpm, 200 to 260 rpm, 200 to 240 rpm, 200 to 220 rpm, or
  • the lipophilic material such as dodecane
  • the lipophilic substance may be dispersed in a medium to increase the area in contact with the microorganisms, thereby allowing the retinoid to be efficiently separated from the cells during the cultivation, thereby stabilizing and / or lysing.
  • the retinoid production may peak at some point and then decrease. This may be because additional retinoid synthesis is stopped during the stagnant state of microbial growth, while its oxidative degradation occurs in the cell.
  • the produced retinoid may be absorbed onto the lipophilic substance such as dodecane before being degraded in the cell, thereby improving retinoid production.
  • the lipophilic material such as the dodecane phase, may be one that is hydrophobic and has low volatility for extraction of hydrophobic retinoids without affecting the cell growth of Escherichia microorganisms.
  • 2 shows the conversion of ⁇ -carotene to retinoids including retinal, retinol, retinoic acid, and retinyl esters.
  • the volume ratio of the medium to the lipophilic material is not limited to a specific range of ratios, for example, the volume ratio of the medium to the lipophilic material is 1: 0.1-3.0, 1: 0.2-3.0, 1: 0.5-3.0, 1: 1.0-3.0, 1: 1.5-3.0, 1: 2.0-3.0, 1: 2.5-3.0, 1: 0.2-2.5, 1: 0.2-2.0, 1: 0.2-1.5, 1: 0.2-1.0, 1: 0.2-0.5, 1: 0.5-2.5, 1: 0.5-2.0, 1: 0.5-1.5, 1: 0.5-1.0, 1: 0.8-2.5, 1: 0.8-2.0, 1: 0.8-1.5, 1: 0.8-1.2, 1: 0.8- 1.0 and the like are possible.
  • the medium comprises a concentration of about 2.0% glycerol, the genus Escherichia microorganism is E. coli DH5 ⁇ or MG1655, the culturing step is a culture medium of about 7 ml, about 29 °C It may be to.
  • the method also includes the step of separating the retinoid from the lipophilic phase. It is well known in the art to separate such retinoids such as retinal, retinol, retinoic acid, retinyl esters, or combinations thereof. For example, it can be separated by ion exchange chromatography, HPLC, or the like. Specifically, in order to obtain a high-purity product after extraction with a solvent such as acetone after recovering the cells may be separated and purified through HPLC or crystallization operation.
  • a solvent such as acetone
  • One embodiment comprises the steps of culturing the Escherichia genus microorganism having a retinoid production capacity in a medium containing a lipophilic substance; And separating the retinoid from the lipophilic substance, wherein the lipophilic substance is an alkane compound having 8 to 50 carbon atoms, a compound of Formula 1, a compound of Formula 2, or a combination thereof. It may be a method for producing a retinoid from.
  • retinol can be produced with high efficiency.
  • Fig. 1 is a diagram schematically showing the MEP pathway of retinal biosynthesis and the foreign MVA pathway.
  • retinoids including retinal, retinol, retinoic acid, and retinyl esters.
  • Figure 3 shows retinal production, ⁇ -carotene production and cell growth of E. coli, including pT-HB, pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBCMO1, and pT-HBSR.
  • E. coli including pT-HB, pT-HBSR, pT-DHB, and pT-DHBSR, and pT-DHB, or E. coli, including pT-DHBSR, with pS-NA, the MVA pathway plasmid. Carotene production and cell growth.
  • 5 shows retinoid production and cell growth of various E. coli strains with pT-DHBSR and pS-NA.
  • FIG. 6 shows retinoid production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHBSR and pS-NA according to the culture test volume.
  • FIG. 7 shows the retinoid production and cell growth of E. coli with pT-DHBSR and pS-NA at different culture temperatures.
  • 9 and 10 show retinoid production and cell growth according to the concentration of glycerol, the carbon source of E. coli, including pT-DHBSR and pS-NA.
  • 11 and 12 show the results of retinoid production and cell growth of various E. coli strains in the presence of dodecane.
  • FIG. 13 shows the retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) according to the concentration of glycerol as a carbon source in a two-phase culture comprising 1 mL dodecane on 5 ml culture medium.
  • FIG. 14 shows retinoid production and cell growth according to dodecane volume of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in two-phase culture.
  • FIG. 15 shows the distribution of retinoids according to the incubation time and dodecane volume of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in two-phase culture as a percentage of each component relative to the total retinoid.
  • FIG. 16 shows the effect of dodecane addition on beta-carotene production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHB and pS-NA.
  • 17 and 18 are diagrams showing the results of retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in the presence of various alkanes.
  • 19, 20 and 21 is a diagram showing the results of the retinoid production, cell growth, cell specific retinoids (cell specific retinoids productivity) of E. coli (pT-DHBSR / pS-NA) in the presence of various volumes of light mineral oil.
  • 22 and 23 are diagrams showing the results of retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in the presence of heavy mineral oil.
  • 24 and 25 are diagrams showing the results of retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) when cultured by tilting the test tube in the presence of heavy mineral oil.
  • FIG. 26 shows the cell growth and pH of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in the presence of a skin-friendly lipophilic substance.
  • FIG. 27 and FIG. 28 are diagrams showing the results of retinoid production of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) according to various kinds and amounts of skin-friendly lipophilic substances.
  • E. coli DH5 ⁇ was used for gene cloning and retinoid production.
  • E. coli MG1655, BL21 (DE3), XL1-Blue, S17-1 and BW25113 were used to find the optimal strain for retinol production.
  • Cultivation for retinoid production was performed using a stirred incubator at 29 ° C. and 250 rpm in 2YT medium (16 g tryptone per liter, 10 g yeast extract, and 5 g NaCl). Glycerol and arabinose as primary and secondary carbon feedstocks, respectively, were added at concentrations of 0.5% to 2% (w / v) and 0.2% (w / v), respectively.
  • Glucose, galactose, xylose and maltose were compared with glycerol as the carbon feedstock for retinoid production.
  • Empicillin 100 ⁇ g / mL
  • chlorampeticol 50 ⁇ g / mL
  • Cultivation was performed in test tubes containing 7 mL medium. Cell growth was determined by measuring optical density at 600 nm (OD 600 ).
  • OD 600 optical density at 600 nm
  • ⁇ -carotene and retinoids were extracted from bacterial cell pellets with acetone.
  • the dodecane phase with retinoids was collected and centrifuged at 14,000 rpm for 10 minutes to remove all cell debris.
  • Acetone extract and dodecane phase were analyzed by HPLC (LC-20A, Shimadzu, Kyoto, Japan) at detection wavelengths of 370 nm (retinal), 340 nm (retinol and retinyl acetate) and 454 nm ( ⁇ -carotene).
  • E. coli which has an MEP pathway, additionally introduces a gene encoding DXP synthase, which is an enzyme corresponding to the rate determining step, into E. coli, and simultaneously encodes a gene encoding an enzyme that participates in the mevalonate pathway. Selected from the source and introduced, ⁇ -carotene high productivity E. coli was prepared.
  • Table 2 shows the primer sequences and restriction enzymes used for cloning the genes of Table 1.
  • mvaK1, mvaK2, and mvaD existed on the chromosome as one operon, and PCR cloning of the operon was performed at once without the PCR cloning of each gene.
  • the genes of Table 1 were amplified by PCR using the primers listed in Table 3 and using the chromosomal DNA of the strain containing the gene as a template.
  • the amplified product was introduced into the pSTV28 vector (Takara Korea, Korea) (SEQ ID NO: 45) using the restriction enzymes listed in Table 2 to prepare a vector pSNA.
  • the vector pSNA contains all of the genes encoding enzymes of the mevalonate pathway that can produce IPP from acetyl-CoA.
  • the gene encoding the enzyme involved in synthesizing ⁇ -carotene from the IPP used in this section and the DXP synthase gene, which is an enzyme in the rate determining step of the MEP pathway, are shown in Table 3 below.
  • crtB and crtI exist on the chromosome as one operon, and PCR cloning of the operon was performed at once without PCR cloning of each gene.
  • the genes of Table 3 were amplified by PCR using the primers listed in Table 4 and using the chromosomal DNA of the strain containing the gene as a template.
  • the amplified product was introduced into the pTrc99A vector (Genbank License No. M22744) (SEQ ID NO: 30) using the restriction enzymes listed in Table 4 to prepare a vector pT-DHB.
  • the vector pTDHB contains both the gene encoding the enzyme involved in synthesizing ⁇ -carotene from IPP and the DXP synthase (dxs) gene, which is an enzyme in the rate determining step of the MEP pathway.
  • all genes except dxs among the genes of Table 3 were introduced into the pTrc99A vector using the restriction enzymes listed in Table 4 to prepare a vector pT-HB.
  • the vectors pT-HBSR, pT-HBBcmo1, pT-HBbrp2, pT-HBblh and pT-HBbrp are vectors in which SR, Bcmo1, brp2, blh and brp genes are introduced into the pT-HB vector, respectively. It contains all the genes that encode enzymes involved in synthesizing retinal.
  • the SR gene from pT-HBSR was cut with Spe I and inserted into the corresponding portion of pT-DHB to obtain pT-DHBSR.
  • Retinal is a recombinant that produces ⁇ -carotene E. coli can be produced by introducing a BCM (D) O gene encoding ⁇ -carotene mono (di) oxygenase.
  • BCM (D) O gene encoding ⁇ -carotene mono (di) oxygenase.
  • Halobacterium spp. Halobacterium sp
  • NRC-1 blh And brp Genes
  • Natronomymonas pharaonics Natronomonas pharaonis
  • brp2 Genes Vertebrate Moose Musculus Musculus
  • Bcmo1 BCM (D) O gene from the gene was cloned.
  • the inventors also note that uncultured marine bacteria 66A03 blh Codon-optimized BCDO gene (SR) was synthesized based on the amino acid sequence of the gene.
  • the BCM (D) O gene was used to prepare retinal synthetic plasmids pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBcmo1 and pT-HBSR, respectively.
  • Recombinant E. coli cells containing each retinal plasmid were incubated at 29 ° C. for 48 hours in 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose as the carbon source.
  • Figure 3 shows retinal production, ⁇ -carotene production and cell growth of E. coli, including pT-HB, pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBCMO1, and pT-HBSR.
  • White bars and gray bars represent the values at 24 hours and 48 hours, respectively.
  • E. coli comprising pT-HBblh, pT-HBbrp, or pT-HBSR produced 2.2, 0.8, or 1.4 mg / L of retinal at 24 hours, respectively.
  • retinal production of Escherichia coli containing pT-HBblh or pT-HBbrp decreased to 0.7 or 0.4 mg / L, respectively, at 48 hours, whereas the retinal production of Escherichia coli (pT-HBSR) was slightly increased.
  • the decrease in retinal production after 24 hours may be due to intracellular oxidative degradation of the retinal.
  • the amount of retinal obtained from the culture depends on both intracellular synthesis and degradation of the retinal.
  • E. coli containing pT-HBblh or pT-HBbrp the retinal production rate after 24 hours of incubation time will be lower than their degradation rate. Trace amounts of retinal were detected in E. coli strain cultures containing pT-HBbrp2 or pT-HBBcmo1.
  • E. coli (pT-HB) without the BCM (D) O gene produced 35 mg / L of ⁇ -carotene and no retinal. Because ⁇ -carotene is just the precursor of retinal, the ⁇ -carotene consumption by BCM (D) O would be exactly proportional to the retinal production if there was retinal degradation. Since ⁇ -carotene remained in the culture of E.
  • SR enzyme was selected for retinal production in further experiments.
  • Cell growth was not affected by overexpression of the BCM (D) O gene, except for the N. pharaonis brp gene, which showed growth retardation.
  • Retinal building blocks, IPP and DMAPP can be synthesized in E. coli via the inherent MEP pathway and the foreign MVA pathway (FIG. 1). It is reported that 1-deoxy-d-xylose-5-phosphate (DXP) synthesis is an important rate-limiting step in the MEP pathway. Thus, overexpression of D XP synthase (encoded by dxs) increased lycopene and ⁇ -carotene production in our previous invention.
  • the pT-DHBSR was prepared by introducing the dxs gene before the MEP pathway in pT-HBSR.
  • FIG. 4 shows the retinal production of pT-DHB, or E. coli, including pT-DHBSR, with pS-NA, which is E. coli, including pT-HB, pT-HBSR, pT-DHBSR, and pT-DHBSR; ⁇ -carotene production and cell growth.
  • White bars and gray bars represent the values at 24 hours and 48 hours, respectively.
  • Escherichia coli containing an additional foreign MVA pathway produced 8.7 mg / L retinal at 48 hours, which is four times higher than the production of Escherichia coli (pT-DHBSR).
  • pT-DHBSR Escherichia coli
  • retinal in addition to the biological degradation of the retinal.
  • the formation of other retinoids derived from retinal by any enzyme in E. coli is contemplated.
  • retinal can be converted to retinol, retinoic acid and retinyl esters by cellular enzymatic reactions (FIG. 2)
  • retinal derivatives in E. coli cultures were analyzed. The formation of derivatives except retinoic acid was confirmed and the production of retinal, retinol and retinyl acetate was measured in further experiments.
  • E. coli strains The effect of E. coli strains on the production of retinoids including retinal, retinol and retinyl acetate was investigated. Retinoid production was performed using five E. coli strains, MG1655, DH5 ⁇ , XL1-Blue, S17-1, and BL21 (DE3), including pT-DHBSR and pS-NA. Table 5 shows the characteristics of the six E. coli strains, including the five strains.
  • FIG. 5 shows retinoid production and cell growth of five E. coli strains with pT-DHBSR and pS-NA. Cultivation was performed at 29 ° C. for 48 hours in 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose. Retinal, retinol, and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray, and black, respectively, and in cell growth, MG1655, DH5 ⁇ , XL1-Blue, S17-1, and BL21 (DE3), respectively, ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ and ⁇ .
  • E. coli DH5 ⁇ showed the highest amount of retinoid as 40 mg / L at 36 hours, and E. coli S17-1 and XL1-Blue then produced about 22 mg / L retinoids. However, very small amounts of retinoids were obtained with E. coli MG1655 and BL21 (DE3). Therefore, E. coli DH5 ⁇ was selected as the retinoid producing strain.
  • FIG. 6 shows retinoid production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHBSR and pS-NA according to test volume.
  • retinal, retinol, and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively, and test volumes 3, 5, 7 mL, and 10 mL, respectively, in cell growth.
  • test volumes 3, 5, 7 mL, and 10 mL, respectively, in cell growth.
  • ⁇ . Cultivation was performed at 29 ° C. for 48 hours in 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose.
  • retinoid production peaked faster (corresponding to higher dissolved oxygen), and probably decreased faster due to its oxidative degradation. Both cell growth and retinoid production were delayed at a test volume of 10 mL, but small product degradation was observed. The optimal test volume for retinoid production was found to be 7 mL.
  • FIG. 7 shows the retinoid production and cell growth of E. coli with pT-DHBSR and pS-NA at different culture temperatures.
  • retinal, retinol, and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively, and in cell growth the incubation temperatures of 29 ° C, 34 ° C and 37 ° C are indicated by ⁇ , ⁇ , ⁇ , respectively.
  • Cultivation was performed for 48 hours in 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose.
  • retinoid production was affected by incubation temperature and the highest production was obtained at 29 ° C.
  • FIG. 8 shows the retinoid production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHBSR and pS-NA according to the carbon source.
  • retinal, retinol, and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively, and have no carbon source, carbon source glycerol, glucose, xylose, maltose, and galactose, respectively, in cell growth.
  • ⁇ , ⁇ , ⁇ , and ⁇ Cultivation was performed at 29 ° C. for 48 hours in 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 0.5% (w / v) glycerol, glucose, xylose, maltose, or galactose.
  • glycerol was the best carbon source for retinoid production.
  • glucose or galactose was used as the carbon source, the production of retinoids was lower than without the carbon source.
  • E. coli DH5 ⁇ (pT-DHBSR / pSNA) was grown at 29 ° C. in 2YT medium containing 0.0% to 2.0% (w / v) glycerol.
  • retinoids (retinal, retinol and retinyl acetate) of E. coli, including pT-DHBSR and pS-NA. Retinal, retinol and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively.
  • FIG. 10 shows cell growth of Escherichia coli including pT-DHBSR and pS-NA.
  • the provided glycerol concentrations of 0%, 0.5%, 1%, and 2% are indicated by ⁇ , ⁇ , ⁇ , and ⁇ , respectively.
  • strains transformed with pT-DHBSR / pSNA for the six strains of Table 7 were used, 1 ml of dodecane was added to 5 ml of medium and cultured according to the conditions described in "Bacteria strains and culture conditions".
  • a medium 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 0.5% (w / v) glycerol was used.
  • FIG. 11 is a view showing the retinoid production results according to different retinoid production strains in the presence of dodecane.
  • the most retinoids were produced in DH5 ⁇ and MG1655.
  • cell growth and retinoid production were increased compared to the case where dodecane was not added.
  • Cell growth and retinoid production rate of MG1655 was faster than that of DH5 ⁇ .
  • the BL21 (DE3) strain had high cell growth and little retinyl acetate production.
  • DH5 ⁇ and MG1655 were more suitable than the other strains among the six strains.
  • FIG. 13 is a view showing the results of retinoid production and growth according to the concentration of glycerol as a carbon source in the presence of dodecane.
  • a two-phase culture with hydrophobic solvent dodecane was performed for in-situ extraction of retinoids from the cells.
  • Dodecane was selected with low toxicity to E. coli, high hydrophobicity (log P O / W , 6.6) for the extraction of hydrophobic retinoids and no evaporation loss due to low volatility.
  • FIG. 13 shows retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in a two-phase culture comprising 1 mL dodecane on 5 mL culture medium. Retinal, retinol and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black in retinoid production, respectively. Glycerol concentrations 0.5%, 1%, and 2% provided in cell growth are indicated by ⁇ , ⁇ , and ⁇ , respectively.
  • Retinoids were extracted onto dodecane and negligible amounts of retinoids were detected in cell mass and culture (data not shown). As a result, retinoid production was measured from the dodecane phase. As shown in FIG. 13, in-drill extraction by dodecane could minimize intracellular degradation of retinoids. Retinoids in the dodecane phase appeared to be relatively stable and remained without significant oxidative degradation. Compared to the results of FIGS. 9 and 10 (without dodecane addition), the addition of 1 mL of dodecane significantly increased retinoid production even at 24 hours, and retinoid production without cell growth being affected by dodecane addition. The decrease of did not appear in the stationary state.
  • retinoid production in the culture of 2% (w / v) glycerol ranged from 1% (w / v) to 2% (w / v), even though cell growth increased significantly with increasing glycerol concentrations. / v) not higher than that obtained with glycerol. 1 mL of dodecane addition volume may be insufficient for effective retinoid in-drill extraction in culture of 2% (w / v) glycerol.
  • FIG. 14 shows retinoid production and cell growth according to dodecane volume of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in two-phase culture. Retinal, retinol and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black in retinoid production, respectively.
  • Dodecane volumes 0 mL, 1 mL, 2 mL, 3 mL, 4 mL, 5 mL, and 6 mL overlayed during cell culture are indicated by ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ , and ⁇ , respectively.
  • FIG. 15 shows the distribution of retinoids according to incubation time and dodecane volume as a percentage of each component relative to total retinoids. Retinal, retinol and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively.
  • the total retinoid production also improved as the dodecane addition volume increased.
  • the highest retinoid production of 136 mg / L was obtained at 72 hours of incubation with 5 mL dodecane, which was about 2 times higher than with 1 mL dodecane (65 mg / L). Extended cultures for more than 72 hours with 5 mL dodecane resulted in no further increase in retinoid production and maintained its peak without degradation (data not shown).
  • Dodecane addition volume was increased to 6 mL by adding 2 mL of dodecane to the culture at 0, 24, and 48 hours.
  • Figure 15 shows the distribution of retinoids obtained according to the volume of dodecane addition. There is a significant difference in retinoid distribution in the retinal and retinol ratios obtained with and without dodecane addition. At 48 hours, the ratio of retinal in retinoids is about 51% (w / w) in dodecane addition cultures and 23% in cultures without dodecane addition, while the retinol ratio is 30% to 39% in dodecane addition cultures. 59% in culture without dodecane addition. Thus, dodecane addition increases the ratio of retinal but decreases the ratio of retinol.
  • the retinal Given the reaction sequence of retinol formation from the retinal in the cell, the retinal is thought to be extracted from the cell before its conversion to retinol by dodecane.
  • the retinyl acetate ratio at 48 hours is less than 20% in both with and without dodecane addition, which is relatively low compared to retinal and retinol.
  • the retinyl acetate ratio decreases with longer incubation time, indicating that cell activity for retinyl acetate formation decreases during the culture.
  • dodecane addition prevented the reduction of retinoid production and increased retinoid production in the stagnant state of cell growth.
  • In-drill extraction of the retinoids of the present invention does not require lysozyme for cell wall degradation.
  • Retinoids C20, isoprenoid molecules
  • ⁇ -carotene In a two-phase culture of retinoid production, ⁇ -carotene must be maintained in cells because it is a direct precursor of retinoids.
  • BCD (M) O located in the cytosol.
  • ⁇ -carotene cannot be released from cells because of its molecular size and is not extracted by dodecane, it can be maintained in cells in a two-phase culture of ⁇ -carotene (FIG. 16).
  • FIG. 16 shows the effect of dodecane addition on beta-carotene production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHB and pS-NA. Cultivation was performed at 29 ° C. for 48 hours with addition of 1 mL dodecane on 5 mL of 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose. Gray bars and black bars represent 24 and 48 hours, respectively.
  • strain DH5 ⁇ (pT-DHBSR / pSNA) transformed with pT-DHBSR / pSNA to DH5 ⁇
  • 5 ml of octane, decane, dodecane and tetradecane were respectively added to 5 ml medium and subjected to "bacterial strain and culture conditions".
  • the culture was carried out according to the conditions described.
  • As a medium 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 2.0% (w / v) glycerol was used.
  • 17 shows the results of retinoid production in the presence of alkanes.
  • 18 is a diagram showing the results of growth of a retinoid producing strain in the presence of alkanes.
  • Lightweight mineral oils have the advantage of being cheaper than alkanes.
  • strain DH5 ⁇ pT-DHBSR / pSNA
  • pT-DHBSR / pSNA transformed with pT-DHBSR / pSNA to DH5 ⁇
  • adding different volumes of lightweight mineral oil to 5 ml medium, respectively, and cultivating according to the conditions described in "Bacterial strains and culture conditions" It was.
  • As a medium 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 2.0% (w / v) glycerol was used.
  • 19 shows the results of retinoid production in the presence of light mineral oil.
  • 20 is a view showing the growth results of strains in the presence of light mineral oil.
  • FIG. 21 is a diagram showing cell specific retinoids productivity per cell. As shown in FIG. 21, irrespective of the amount of mineral oil, it showed a specific productivity of about 5 mg / L / OD 600 nm.
  • Heavy mineral oils are cheaper than lightweight mineral oils.
  • strain DH5 ⁇ pT-DHBSR / pSNA
  • 2 ml of heavy mineral oil was added to 5 ml medium, respectively, and cultured according to the conditions described in "bacterial strains and culture conditions".
  • As a medium 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 2.0% (w / v) glycerol was used.
  • FIG. 22 shows the results of retinoid production in the presence of heavy mineral oil.
  • Fig. 23 shows the growth results of strains in the presence of heavy mineral oil.
  • the light mineral oil and the heavy mineral oil had less cell growth than dodecane.
  • 104.6 mg / L of retinoids were produced. This is expected to be due to the poor mixing of the medium and the mineral oil due to the viscosity of the heavy mineral oil.
  • the cells were cultured in the same manner as above except that the test tubes used were tilted and placed in the incubator. By tilting the test tube, the effect of agitation was increased, allowing the medium and mineral oil to mix better.
  • Figure 24 is a view showing the results of retinoid production when incubated with test tubes.
  • 25 is a view showing the results of strain growth when cultured by tilting the test tube. As shown in FIG. 24 and FIG. 25, the cell growth and the retinoid production increased when the culture was inclined. Specifically, when the test tube was upright, 88.2 mg / L retinoids were produced at 96 hours, but when the test tube was tilted, 173.9 mg / L was produced.
  • Retinoids were produced in media containing skin friendly lipophilic substances.
  • Skin-friendly lipophilic materials used isopropyl myristate (IPM), dioctanoyl-decanoyl glycerol (ODO), cetyl ethylhexanoate (CEH), and phytosqualane.
  • strain DH5 ⁇ (pT-DHBSR / pSNA) transformed with pT-DHBSR / pSNA to DH5 ⁇
  • 2 ml of heavy mineral oil was added to 5 ml medium, respectively, and cultured according to the conditions described in "bacterial strains and culture conditions".
  • As a medium 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 2.0% (w / v) glycerol was used.
  • the control group was added 5 ml of dodecane.
  • FIG. 26 shows cell growth and pH in the presence of skin friendly lipophilic material.
  • FIG. 27 and 28 are diagrams showing the results of retinoid production according to the amount of skin-friendly lipophilic material. As shown in FIG. 27 and FIG. 28, the amount of retinoid production was higher at 2 mL compared to 5 mL in the lipophilic substance except dodecane. That is, when about 2 mL was used with respect to 5 mL of the medium of light mineral oil, IPM, ODO, CEH, and phytoscualan, the retinoid production amount was large. Among the IPM, ODO, CEH and phytosqualane, the most retinoids were produced in IPM. In particular, when 2 mL of IPM was added, 180 mg / L retinoids were produced. In the case of IPM, considering the similar cell growth, the specific productivity per cell is expected to be high.

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Abstract

The present invention relates to a method for producing retinoid from a microorganism, and more specifically, to a method for effectively obtaining retinoid, which lacks stability, from a microorganism by cultivating the microorganism capable of producing retinoid in a medium containing a lipophilic substance, and separating retinoid from the lipophilic substance.

Description

미생물로부터 레티노이드를 생산하는 방법How to produce retinoids from microorganisms
레티노이드 생산능을 갖는 미생물로부터 레티노이드를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a retinoid from a microorganism having a retinoid producing ability.
레티노이드는 비타민 A와 화학적으로 관련된 친지질성 이소프레노이드 분자의 클래스이다. 레티노이드는 알코올 (예를 들면, 레티놀), 알데히드 (예를 들면, 레티날), 카르복실산 (예를 들면, 레티노산), 또는 에스테르 (예를 들면, 레티닐 아세테이트) 기능기와 함께, β-이논 고리 및 다불포화(polyunsaturated) 곁사슬로 구성된다. 이들은 시력보호, 골 발달 및 재생, 항산화 효과와 더불어 피부 노화 방지와 같은 인체 건강에 있어 필수적인 역할을 하고 특정 암의 위험을 감소시킨다고 알려져 있다.Retinoids are a class of lipophilic isoprenoid molecules chemically associated with vitamin A. The retinoid may be combined with an alcohol (eg, retinol), aldehyde (eg, retinal), carboxylic acid (eg, retinoic acid), or ester (eg, retinyl acetate) functional group to form β- It consists of inon rings and polyunsaturated side chains. They are known to play an essential role in human health, such as vision protection, bone development and regeneration, antioxidant effects, and skin aging prevention and reduce the risk of certain cancers.
레티노이드는 최근 수년간 주름개선 및 피부 질환 치료를 위한 효과적인 화장품 및 의약품 원료로서 큰 관심을 받아 왔다. 레티노이드 시장 규모는 세계적으로 약 160억불 정도로 추정된다. 화학적으로 합성된 레티노이드는 대표적인 상업적 원료이다. 레티놀은 펜타디엔 유도체의 환원에 의해 화학적으로 합성된 레티날의 산성화 또는 가수분해로부터 생산된다. 그러나 이러한 화학적 과정은 복잡한 정제 단계 및 원하지 않는 부산물 형성과 같은 단점을 갖는다. 동물은 과일 및 야채로부터 얻은 카로티노이드로부터 레티노이드를 생산하는 반면, 식물은 레티노이드를 합성할 수 없다. 레티노이드 합성의 전체 경로는 보조기(prosthetic group)로서 레티날을 갖는 박테리오로돕신 또는 프로테오로돕신을 포함하는 미생물에서만 가능하다. 그러나, 미생물은 레티날의 단백질 결합 형태를 생산하므로 자유 레티노이드의 대량 생산에는 적합하지 않다. 지금까지 생물학적 생산을 위해서 효소를 이용한 일부 제한적인 시도가 있었지만 성공적인 결과는 없었다. 따라서, 대사적으로 형질전환된 미생물을 사용하는, 레티노이드 생산을 위한 생명공학적 방법의 개발이 필요하다.Retinoids have received great attention in recent years as effective cosmetic and pharmaceutical ingredients for wrinkle improvement and skin disease treatment. The retinoid market is estimated to be around $ 16 billion worldwide. Chemically synthesized retinoids are representative commercial raw materials. Retinol is produced from acidification or hydrolysis of retinal chemically synthesized by reduction of pentadiene derivatives. However, this chemical process has disadvantages such as complicated purification steps and formation of unwanted byproducts. Animals produce retinoids from carotenoids obtained from fruits and vegetables, while plants cannot synthesize retinoids. The entire route of retinoid synthesis is only possible in microorganisms comprising bacteriododocin or proteorodosin with retinal as a prosthetic group. However, microorganisms produce a protein-binding form of retinal and are therefore not suitable for mass production of free retinoids. To date, there have been some limited attempts to use enzymes for biological production, but no successful results. Thus, there is a need for the development of biotechnological methods for retinoid production using metabolically transformed microorganisms.
레티노이드는 그의 반응성 있는 콘쥬게이트된 이중 결합으로 인해 화학적으로 매우 불안정하고, 열, 산소 및 빛에 의해 쉽게 산화되고 이성체화된다. 또한 레티노이드는 생물학적으로 레티노산을 통해 쉽게 분해된다. 따라서, 레티노이드를 보다 효율적으로 생산하는 방법이 요구되고 있다.Retinoids are chemically very unstable due to their reactive conjugated double bonds and are easily oxidized and isomerized by heat, oxygen and light. Retinoids are also readily degraded biologically through retinoic acid. Therefore, there is a need for a method of producing retinoids more efficiently.
일 양상은 미생물로부터 레티노이드를 효율적으로 생산하는 방법을 제공한다. One aspect provides a method for efficiently producing retinoids from microorganisms.
일 양상은 레티노이드 생산능을 가진 미생물을 친유성 물질을 포함하는 배지 중에서 배양하는 단계; 및 상기 친유성 물질 상으로부터 레티노이드를 분리하는 단계;를 포함하는, 미생물로부터 레티노이드를 생산하는 방법을 제공한다.One aspect includes the steps of culturing a microorganism having a retinoid production capacity in a medium containing a lipophilic substance; And separating the retinoid from the lipophilic substance. It provides a method for producing a retinoid from a microorganism.
상기 방법은 레티노이드 생산능을 가진 미생물을 친유성 물질을 포함하는 배지 중에서 배양하는 단계를 포함한다. The method includes culturing the microorganism having the retinoid production capacity in a medium containing a lipophilic substance.
용어 "미생물"은 액체 배지 중에서 배양될 수 있는 세포일 수 있다. 상기 미생물은 원핵 세포, 진핵 세포, 또는 분리된 동물세포로 액체 배지에서 배양될 수 있는 것일 수 있다. 상기 미생물은 예를 들면, 박테리아, 곰팡이, 또는 이들의 조합일 수 있다. 박테리아는 그람 양성 박테리아, 그람 음성 박테리아, 또는 이들의 조합일 수 있다. 그람 음성 박테리아는 에세리키아 (Escherichia) 속일 수 있다. 그람 양성 박테리아는 바실러스 속, 코리네박테리움 속, 유산균 또는 이들의 조합일 수 있다. 곰팡이는 효모, 클루베로마이세스, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 미생물은 천연 또는 외래 유전자가 도입된 것일 수 있다. 외래 유전자는 MEP 또는 MVA 경로의 하나 이상의 유전자와 같은 레티노이드 생산에 관련된 유전자일 수 있다. 동물세포는 재조합 단백질 생산에 사용되는 것일 수 있다. 예를 들면, CHO 세포, BHK 세포, 또는 이들의 조합일 수 있다. The term “microorganism” can be a cell that can be cultured in a liquid medium. The microorganism may be one that can be cultured in a liquid medium as prokaryotic cells, eukaryotic cells, or isolated animal cells. The microorganism may be, for example, a bacterium, fungus, or a combination thereof. The bacteria may be Gram positive bacteria, Gram negative bacteria, or a combination thereof. Gram-negative bacteria can be of the genus Escherichia . Gram-positive bacteria can be of the genus Bacillus, Corynebacterium, lactic acid bacteria or combinations thereof. The fungus may be yeast, cloberomyces, or a combination thereof. The microorganism may be a natural or foreign gene is introduced. The foreign gene can be a gene involved in retinoid production, such as one or more genes of the MEP or MVA pathway. Animal cells may be those used for recombinant protein production. For example, it can be CHO cells, BHK cells, or a combination thereof.
상기 레티노이드 생산능을 가진 에세리키아 (Escherichia) 속 미생물은 천연 에세리키아 속 미생물 또는 형질전환된 에세리키아 속 미생물일 수 있다. 천연 에세리키아 속 미생물은 내재적 레티노이드 합성의 경로로서 MEP 경로를 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 형질전환된 에세리키아 속 미생물은 레티노이드 합성의 내재적 MEP 경로에 연관된 유전자, 외래 MVA 경로에 연관된 유전자, 또는 이들의 조합이 도입된 것일 수 있다. MVA 경로 유전자는 아세틸-CoA로부터 IPP를 생산하는데 관여하는 외래 메발로네이트 경로의 효소를 코딩하는 유전자일 수 있다. 또한, 상기 IPP로부터 β-카로틴을 합성하는데 관여하는 효소를 코딩하는 유전자가 도입된 균주일 수 있다. 두 카피 이상의 IPP 이소머라제가 도입되어 IPP로부터 DMAPP로의 전환이 촉진된 것일 수 있다. 따라서, 상기 미생물은 레티노이드를 고농도로 생산할 수 있다. 도 1은 레티날 생합성의 MEP 경로 및 외래의 MVA 경로를 도식적으로 나타낸 도면이다.The Escherichia genus microorganism having the retinoid producing ability may be a native Escherichia microorganism or a transformed Escherichia genus microorganism. Natural microorganisms of the genus Escherichia are known to have a MEP pathway as an intrinsic retinoid synthesis pathway. The transformed Escherichia genus microorganism may be introduced with a gene associated with the intrinsic MEP pathway of retinoid synthesis, a gene associated with the foreign MVA pathway, or a combination thereof. The MVA pathway gene may be a gene encoding an enzyme of the foreign mevalonate pathway involved in producing IPP from acetyl-CoA. In addition, it may be a strain introduced with a gene encoding an enzyme involved in synthesizing β-carotene from the IPP. Two or more copies of IPP isomerase may have been introduced to facilitate the conversion from IPP to DMAPP. Thus, the microorganism can produce a high concentration of retinoids. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram schematically showing the MEP pathway of retinal biosynthesis and foreign MVA pathway.
천연 에세리키아 속 미생물은 예를 들면, 대장균일 수 있다. 상기 대장균은 DH5α, MG1655, BL21(DE), S17-1, XL1-Blue, BW25113 또는 이들의 조합일 수 있다.The natural Escherichia genus microorganism can be, for example, Escherichia coli. The E. coli may be DH5α, MG1655, BL21 (DE), S17-1, XL1-Blue, BW25113, or a combination thereof.
형질전환된 에세리키아 속 미생물은 예를 들면, 서열번호 1의 엔테로코커스 패칼리스 (Enterococcus faecalis) 유래의 아세틸-CoA 아세틸트란스퍼라제/하이드록시메틸글루타릴 (HMG)-CoA 리덕타제를 코딩하는 유전자, 서열번호 2의 엔테로코커스 패칼리스 유래의 HMG-CoA 신타제를 코딩하는 유전자, 서열번호 3의 스트렙토코커스 뉴모니애 (Streptococcus pneumoniae) 유래의 메발로네이트 키나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 4의 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 포스포메발로네이트 키나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 5의 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 메발로네이트 디포스페이트 데카르복실라제를 코딩하는 유전자, 서열번호 6의 대장균 유래의 이소펜테닐 디포스페이트 (IPP) 이소머라제를 코딩하는 유전자, 서열번호 7의 판토에아 아글루메란스 (Pantoea agglomerans) 유래의 제라닐제라닐 피로포스페이트 (GGPP) 신타제를 코딩하는 유전자, 서열번호 8의 판토에아 아글루메란스 유래의 피토엔 신타제를 코딩하는 유전자, 서열번호 9의 판토에아 아글루메란스 유래의 피토엔 데히드로게나제를 코딩하는 유전자, 및 서열번호 10의 판토에아 아나나티스 (Pantoea ananatis) 유래의 라이코펜-β-시클라제를 코딩하는 유전자로 형질전환된 것일 수 있다.Transformed Escherichia microorganisms encode, for example, acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl (HMG) -CoA reductase from Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 1 A gene encoding the HMG-CoA synthase derived from Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 2, a gene encoding the mevalonate kinase derived from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 3, SEQ ID NO: 4 Gene encoding a phosphomevalonate kinase derived from Streptococcus pneumoniae, gene encoding the mevalonate diphosphate decarboxylase derived from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 5, iso derived from E. coli Fenthenyl diphosphate (IPP) isomerase gene, Pantoea agglomerans gene of SEQ ID NO: 7 Gene encoding the geranyl geranyl pyrophosphate (GGPP) synthase, gene encoding the phytoene synthase derived from Pantoea agglomerans of SEQ ID NO: 8, Pantoea agglomer of SEQ ID NO: 9 And a gene encoding a phytoene dehydrogenase derived from Lance, and a gene encoding a lycopene-β-cyclase derived from Pantoea ananatis of SEQ ID NO: 10.
형질전환된 에세리키아 속 미생물은 서열번호 1 내지 10의 유전자로 형질전환되고, 또한 서열번호 13의 배양되지 않은 해양 박테리아 (uncultured marine bacterium) 66A03 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 14의 생쥐 (Mus musculus) 유래의 β-카로틴 15,15'-모노옥시게나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 15의 나트로노모나스 파라오니스 (Natronomonas pharaonis) ATCC35678 유래의 brp 유사 단백질 2 (brp-like protein 2: brp2)을 코딩하는 유전자, 및 서열번호 16 또는 17의 할로박테리움 살리나룸 (Halobacterium salinarum) ATCC700922 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제를 코딩하는 유전자로 이루어진 군으로 선택되는 하나 이상의 유전자로 더 형질전환된 것일 수 있다.The transformed Escherichia genus microorganism is transformed with the genes of SEQ ID NOs: 1 to 10, and also encodes the β-carotene monooxygenase from uncultured marine bacterium 66A03 of SEQ ID NO: 13 , A gene encoding β-carotene 15,15'-monooxygenase from the musculus mouse of SEQ ID NO: 14, brp-like protein 2 from Natronomonas pharaonis ATCC35678 of SEQ ID NO: 15 (brp-like protein 2: brp2) and a gene encoding β-carotene monooxygenase from Halobacterium salinarum ATCC700922 of SEQ ID NO: 16 or 17 It may be further transformed with one or more genes.
상기 미생물은 서열번호 12의 헤마토코커스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis) 유래의 IPP 이소머라제를 코딩하는 유전자로 더 형질전환된, 레티노이드를 생산하는 것일 수 있다. The microorganism may be to produce a retinoid, which is further transformed with a gene encoding IPP isomerase from Haematococcus pluvialis of SEQ ID NO: 12.
레티노이드 생산능을 가진 미생물은 서열번호 11의 대장균 유래 1-데옥시자일룰로즈-5-포스페이트 (DXP) 신타제(dxs)를 코딩하는 유전자로 형질전환된 것일 수 있다. DXP는 내재적 MEP 경로에서 속도 결정 단계에 해당하는 효소이므로 DXP 신타제를 코딩하는 유전자가 추가적으로 도입됨으로써 미생물은 β-카로틴을 고농도로 생산할 수 있게 된다.The microorganism having a retinoid production ability may be transformed with a gene encoding E. coli derived 1-deoxyxylulose-5-phosphate (DXP) synthase (dxs). Since DXP is an enzyme that corresponds to the rate determining step in the intrinsic MEP pathway, the additional gene encoding the DXP synthase allows microorganisms to produce high concentrations of β-carotene.
본 발명의 레티노이드 생산능을 가진 미생물이 에세리키아 속에 해당되는 경우 예컨대 기탁번호 KCTC 11254BP의 대장균 DH5α/pTDHB/pSNA (KOREAN COLLECTION FOR TYPE CULTURE, 2008. 1. 2. 기탁) 또는 기탁번호 KCTC 11255BP의 대장균 DH5α/pTDHBSR/pSNA (KOREAN COLLECTION FOR TYPE CULTURE, 2008. 1. 2. 기탁)일 수 있다. 특히, 대장균 DH5α/pTDHBSR/pSNA는 배지 중의 탄소원으로부터 레티노이드를 높은 생산성으로 생산할 수 있다.When the microorganism having the retinoid production capacity of the present invention belongs to the genus Escherichia, for example, E. coli DH5α / pTDHB / pSNA of Accession No. KCTC 11254BP (deposited KOREAN COLLECTION FOR TYPE CULTURE, January 2. 2008) or Accession No. KCTC 11255BP E. coli DH5α / pTDHBSR / pSNA (KOREAN COLLECTION FOR TYPE CULTURE, deposited on Jan. 2, 2008). In particular, E. coli DH5α / pTDHBSR / pSNA can produce high productivity of retinoids from carbon sources in the medium.
일 구체예에서, 상기 미생물은 서열번호 1의 엔테로코커스 패칼리스 (Enterococcus faecalis) 유래의 아세틸-CoA 아세틸트란스퍼라제/하이드록시메틸글루타릴 (HMG)-CoA 리덕타제를 코딩하는 유전자, 서열번호 2의 엔테로코커스 패칼리스 유래의 HMG-CoA 신타제를 코딩하는 유전자, 서열번호 3의 스트렙토코커스 뉴모니애 (Streptococcus pneumoniae) 유래의 메발로네이트 키나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 4의 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 포스포메발로네이트 키나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 5의 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 메발로네이트 디포스페이트 데카르복실라제를 코딩하는 유전자, 서열번호 6의 대장균 유래의 이소펜테닐 디포스페이트 (IPP) 이소머라제를 코딩하는 유전자, 서열번호 7의 판토에아 아글루메란스 (Pantoea agglomerans) 유래의 제라닐제라닐 피로포스페이트 (GGPP) 신타제를 코딩하는 유전자, 서열번호 8의 판토에아 아글루메란스 유래의 피토엔 신타제를 코딩하는 유전자, 서열번호 9의 판토에아 아글루메란스 유래의 피토엔 데히드로게나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 10의 판토에아 아나나티스 (Pantoea ananatis) 유래의 라이코펜-β-시클라제를 코딩하는 유전자, 서열번호 11의 대장균 유래 1-데옥시자일룰로즈-5-포스페이트 (DXP) 신타제를 코딩하는 유전자 및 서열번호 12의 헤마토코커스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis) 유래의 IPP 이소머라제를 코딩하는 유전자로 형질전환된 에세리키아 속 미생물로서, 서열번호 13의 배양되지 않은 해양 박테리아 (uncultured marine bacterium) 66A03 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 14의 생쥐 (Mus musculus) 유래의 β-카로틴 15,15'-모노옥시게나제를 코딩하는 유전자, 서열번호 15의 나트로노모나스 파라오니스 (Natronomonas pharaonis) ATCC35678 유래의 brp 유사 단백질 2 (brp-like protein 2)을 코딩하는 유전자, 및 서열번호 16 또는 17의 할로박테리움 살리나룸 (Halobacterium salinarum) ATCC700922 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제를 코딩하는 유전자로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 유전자로 더 형질전환된 에세리키아 속 미생물일 수 있다. 서열번호 13의 배양되지 않은 해양 박테리아 (uncultured marine bacterium) 66A03 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제를 코딩하는 유전자는 대장균에서 코돈 사용 최적화된 서열번호 32의 염기서열을 갖는 것일 수 있다.In one embodiment, the microorganism is Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 1 (Enterococcus faecalisGene encoding the acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl (HMG) -CoA reductase derived from c), HMG-CoA synthase from Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 2, sequence Streptococcus pneumoniae (number 3Streptococcus pneumoniaeGene encoding the mevalonate kinase derived from), phosphomevalonate kinase derived from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 4, mevalonate diphosphate dekar from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 5 Gene encoding a carboxylase, isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase derived from Escherichia coli of SEQ ID NO: 6, pantoea agglomerans of SEQ ID NO: 7 (Pantoea agglomeransGene encoding geranyl geranyl pyrophosphate (GGPP) synthase, gene encoding phytoene synthase derived from Pantoea agglomerans of SEQ ID NO: 8, pantoea aglu of SEQ ID NO: 9 Pantoea ananatis (SEQ ID NO: 10), a gene encoding a phytoene dehydrogenase derived from Merans (Pantoea ananatisGene encoding lycopene-β-cyclase, gene encoding 1-deoxyxylulose-5-phosphate (DXP) synthase derived from E. coli of SEQ ID NO: 11 and hematococcus fluvi of SEQ ID NO: 12 Alis (Haematococcus pluvialis), An uncultured marine bacterium of SEQ ID NO: 13, which is transformed with a gene encoding IPP isomerase from A gene encoding β-carotene monooxygenase derived from mouse of SEQ ID NO: 14 (MusculusGene encoding β-carotene 15,15'-monooxygenase from Natronomonas pharaonics (SEQ ID NO: 15)Natronomonas pharaonis) A gene encoding brp-like protein 2 derived from ATCC35678, and Halobacterium salinarum of SEQ ID NO: 16 or 17 (Halobacterium salinarumA) a microorganism of the genus Escherichia that is further transformed with one or more genes selected from the group consisting of genes encoding β-carotene monooxygenase from ATCC700922. Uncultured marine bacterium 66A03 of SEQ ID NO: 13 Gene encoding the derived β-carotene monooxygenase may be one having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 32 optimized codon use in E. coli.
본 명세서에 있어서, 용어 "레티노이드 (retinoids)"는 비타민 A에 화학적으로 관련된 화학물질의 부류를 나타낸다. 레티노이드의 구조는 시클릭 말단기, 폴리엔 측쇄 및 극성 말단기로 구성된다. 상기 폴리엔 측쇄의 C=C 이중결합이 교대로 되어 형성된 공액 시스템 (conjugated system)은 레티노이드의 색 (보통 노란색, 오렌지 또는 적색)을 띄게 한다. 많은 레티노이드는 발색소(chromophore)이다. 측쇄 및 말단기를 변화시킴으로써 다양한 레티노이드가 생성될 수 있다. 상기 레티노이드는 레티날, 레티놀, 레티노산, 레티닐 아세테이트, 또는 이들의 조합일 수 있다. 또한, 상기 레티노이드는 레티날, 레티놀, 레티노산, 레티닐 아세테이트, 또는 이들의 조합의 생체 내 분해 산물일 수 있다.As used herein, the term "retinoids" refers to a class of chemicals chemically related to vitamin A. The structure of the retinoid consists of cyclic end groups, polyene side chains and polar end groups. A conjugated system formed by alternating C = C double bonds of the polyene side chains gives the color of the retinoid (usually yellow, orange or red). Many retinoids are chromophores. Various retinoids can be produced by changing side chains and end groups. The retinoid may be retinal, retinol, retinoic acid, retinyl acetate, or a combination thereof. In addition, the retinoid may be an in vivo degradation product of retinal, retinol, retinoic acid, retinyl acetate, or a combination thereof.
레티노이드는 기본 탄소수가 20인 물질로서, 결합하는 지방산 보조기에 따라 최종 탄소수가 달라질 수 있는데, 예컨대 아세테이트 결합시에는 최종 탄소수가 22이고 올레산 결합시에는 탄소수가 38일 수 있다.The retinoid is a substance having a basic carbon number of 20, and the final carbon number may vary depending on the fatty acid auxiliary group to be bonded. For example, the final carbon number may be 22 for acetate bonding and 38 for oleic acid bonding.
상기 친유성 물질은 탄소수 8 내지 50의 유기 화합물로서 친유성을 갖는 것일 수 있다.The lipophilic substance may be one having lipophilic as an organic compound having 8 to 50 carbon atoms.
상기 친유성 물질은 탄소수 8 내지 50의 알칸 화합물, 하기 화학식 1의 화합물; 하기 화학식 2의 화합물; 또는 이들의 조합일 수 있다:The lipophilic material may be an alkane compound having 8 to 50 carbon atoms, a compound of Formula 1; A compound of Formula 2; Or combinations thereof:
[화학식 1][Formula 1]
R1(CO)OR2 R 1 (CO) OR 2
(식 중, R1 R2는 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 50의 알킬을 나타내고, CO는 카르보닐기를 나타냄),(WhereinOneAnd R2Each independently represent alkyl having 8 to 50 carbon atoms, and CO represents a carbonyl group),
[화학식 2][Formula 2]
Figure PCTKR2012006071-appb-I000001
Figure PCTKR2012006071-appb-I000001
(식 중, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 50의 알킬을 나타내고, CO는 카르보닐기를 나타냄).(Wherein R 3 , R 4 and R 5 each independently represent alkyl having 8 to 50 carbon atoms, and CO represents a carbonyl group).
탄소수 8 내지 50의 알칸 화합물은 직쇄 알칸, 분지 알칸, 시클릭 알칸, 또는 이들의 조합일 수 있다. 알칸 화합물은 예를 들면, 탄소수 8 내지 46, 8 내지 40, 8 내지 36, 8 내지 30, 8 내지 26, 8 내지 20, 8 내지 16, 8 내지 12, 8 내지 10, 10 내지 50, 10 내지 46, 10 내지 40, 10 내지 36, 10 내지 30, 10 내지 26, 10 내지 20, 10 내지 16, 10 내지 12, 10 내지 50, 10 내지 46, 12 내지 50, 12 내지 46, 12 내지 36, 12 내지 30, 12 내지 26, 12 내지 20, 또는 12 내지 16의 알칸 화합물일 수 있다.Alkanes having 8 to 50 carbon atoms may be linear alkanes, branched alkanes, cyclic alkanes, or combinations thereof. The alkane compound is, for example, 8 to 46, 8 to 40, 8 to 36, 8 to 30, 8 to 26, 8 to 20, 8 to 16, 8 to 12, 8 to 10, 10 to 50, 10 to 46, 10 to 40, 10 to 36, 10 to 30, 10 to 26, 10 to 20, 10 to 16, 10 to 12, 10 to 50, 10 to 46, 12 to 50, 12 to 46, 12 to 36, It may be 12 to 30, 12 to 26, 12 to 20, or 12 to 16 alkane compound.
직쇄 알칸은 탄소수 8 (옥탄), 10 (데칸), 12 (도데칸), 14 (테트라데칸), 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50의 알칸, 또는 이들의 조합일 수 있다.Straight alkanes contain 8 (octane), 10 (decane), 12 (dodecane), 14 (tetradecane), 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 alkanes, or a combination thereof.
분지 알칸은 탄소수 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50의 알칸, 또는 이들의 조합일 수 있다. 분지 알칸은 테르펜 화합물의 포화된 유사체(analogue)일 수 있다. 예를 들면, 파이토스쿠알란일 수 있다.Branched alkanes have 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50 alkanes, Or combinations thereof. Branched alkanes may be saturated analogs of terpene compounds. For example, it may be phytoscualan.
직쇄 알칸, 분지 알칸, 및 시클릭 알칸의 조합은 미네랄 오일일 수 있다. 미네랄 오일은 비식물성 원료 (미네랄) 유래의 탄소 수 15 내지 40의 알칸의 혼합물일 수 있다. 탄소수 15 내지 40의 알칸은 탄소수 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40의 알칸의 2 이상의 혼합물일 수 있다.The combination of straight alkanes, branched alkanes, and cyclic alkanes may be mineral oil. The mineral oil may be a mixture of alkanes having 15 to 40 carbon atoms from non-vegetable raw materials (minerals). Alkanes having 15 to 40 carbon atoms include 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, It may be a mixture of two or more of alkanes of 36, 37, 38, 39, 40.
미네랄 오일은 경량 미네랄 오일 또는 중량 미네랄 오일일 수 있다. 경량 미네랄 오일(light mineral oil)은 일반적으로 밀도가 880~920kg/m3이며 20℃에서 비중이 820~860 kg/m3, 40℃에서 유동성 점도가 14~18cst를 가지는 물질이다. 중량 미네랄 오일(heavy mineral oil)은 일반적으로 밀도가 920kg/m3이며 20℃에서 비중이 860~900 kg/m3, 40℃에서 유동성 점도가 65~85cst인 물질이다.The mineral oil may be light mineral oil or heavy mineral oil. Light mineral oils generally have a density of 880-920kg / m 3 and a specific gravity of 820-860 kg / m 3 at 20 ° C and a fluid viscosity of 14-18cst at 40 ° C. By weight mineral oil (heavy mineral oil) is of generally a density of 920kg / m 3 and a specific gravity of 860 ~ 900 kg / m 3, liquid viscosity of 85cst at 65 ~ 40 ℃ at 20 ℃ material.
화학식 1의 화합물에서 R1 R2는 각각 독립적으로 직쇄, 분지쇄 또는 고리형의 탄소수 8 내지 50의 알킬이다. R1과 R2는 각각 독립적으로 탄소수 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 또는 50의 알킬일 수 있다.R in the compound of Formula 1OneAnd R2Are each independently straight, branched or cyclic alkyl having 8 to 50 carbon atoms. ROneAnd R2Are each independently alkyl having 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 or 50 Can be.
R1과 R2는 각각 탄소수 8 내지 50, 예를 들면, 탄소수 8 내지 46, 8 내지 40, 8 내지 36, 8 내지 30, 8 내지 26, 8 내지 20, 8 내지 16, 8 내지 12, 8 내지 10, 10 내지 50, 10 내지 46, 10 내지 40, 10 내지 36, 10 내지 30, 10 내지 26, 10 내지 20, 10 내지 16, 10 내지 12, 10 내지 50, 10 내지 46, 12 내지 50, 12 내지 46, 12 내지 36, 12 내지 30, 12 내지 26, 12 내지 20, 또는 12 내지 16의 알킬일 수 있다. R1이 탄소수 13의 직쇄 알킬이고 R2가 이소프로필일 수 있다. 또한, R1이 에틸펜틸기이고 R2가 세틸일 수 있다.R 1 and R 2 each have 8 to 50 carbon atoms, for example, 8 to 46, 8 to 40, 8 to 36, 8 to 30, 8 to 26, 8 to 20, 8 to 16, 8 to 12, 8 carbon atoms. To 10, 10 to 50, 10 to 46, 10 to 40, 10 to 36, 10 to 30, 10 to 26, 10 to 20, 10 to 16, 10 to 12, 10 to 50, 10 to 46, 12 to 50 , 12 to 46, 12 to 36, 12 to 30, 12 to 26, 12 to 20, or 12 to 16 alkyl. R 1 may be straight alkyl having 13 carbon atoms and R 2 may be isopropyl. In addition, R 1 may be an ethylpentyl group and R 2 may be cetyl.
화학식 2의 화합물에서, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 직쇄, 분지쇄 또는 고리형의 탄소수 8 내지 50의 알킬이다. In the compound of formula 2, R 3 , R 4 and R 5 are each independently straight, branched or cyclic alkyl having 8 to 50 carbon atoms.
R3, R4, 및 R5는 각각 탄소수 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 또는 50의 알킬일 수 있다. 상기 화합물은 예를 들면, R3, R4, 및 R5가 각각 탄소수 8 내지 50, 예를 들면, 탄소수 8 내지 46, 8 내지 40, 8 내지 36, 8 내지 30, 8 내지 26, 8 내지 20, 8 내지 16, 8 내지 12, 8 내지 10, 10 내지 50, 10 내지 46, 10 내지 40, 10 내지 36, 10 내지 30, 10 내지 26, 10 내지 20, 10 내지 16, 10 내지 12, 10 내지 50, 10 내지 46, 12 내지 50, 12 내지 46, 12 내지 36, 12 내지 30, 12 내지 26, 12 내지 20, 또는 12 내지 16의 알킬일 수 있다.R 3 , R 4 , and R 5 are each having 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48 or 50 alkyl. For example, the compound may have R 3 , R 4 , and R 5 , each having 8 to 50 carbon atoms, for example, 8 to 46, 8 to 40, 8 to 36, 8 to 30, 8 to 26, 8 to 8 carbon atoms. 20, 8 to 16, 8 to 12, 8 to 10, 10 to 50, 10 to 46, 10 to 40, 10 to 36, 10 to 30, 10 to 26, 10 to 20, 10 to 16, 10 to 12, 10 to 50, 10 to 46, 12 to 50, 12 to 46, 12 to 36, 12 to 30, 12 to 26, 12 to 20, or 12 to 16 alkyl.
친유성 물질은 옥탄, 데칸, 도데칸, 테트라데칸, 파이토스쿠알란, 미네랄 오일, 이소프로필 미리스테이트, 세틸 에틸헥사노에이트, 디옥타노일 데카노일 글리세롤, 스쿠알란, 또는 이들의 조합일 수 있다.The lipophilic material may be octane, decane, dodecane, tetradecane, phytoscualan, mineral oil, isopropyl myristate, cetyl ethylhexanoate, dioctanoyl decanoyl glycerol, squalane, or a combination thereof.
친유성 물질은 생산되는 레티노이드를 안정화시키는 것뿐만 아니라, 미생물에 의한 레티노이드의 생산성을 증가시킬 수 있다. 친유성 물질은 미생물의 생장에 영향을 미치지 않거나 적게 영향을 미치는 것일 수 있다.In addition to stabilizing the retinoids produced, lipophilic substances can increase the productivity of retinoids by microorganisms. The lipophilic substance may be one that does not affect or grows little in the growth of microorganisms.
배양은 합성, 반합성, 또는 복합 배양 배지에서 이루어질 수 있다. 배양 배지로는 탄소원, 질소원, 비타민 및 미네랄로 구성된 배지를 사용할 수 있다. 예를 들어, MRS (Man-Rogosa-Sharp) 액체 배지 또는 우유가 첨가된 액체 배지를 사용할 수 있다.Cultivation may be in synthetic, semisynthetic, or complex culture media. As the culture medium, a medium consisting of a carbon source, a nitrogen source, vitamins and minerals can be used. For example, a Man-Rogosa-Sharp (MRS) liquid medium or a liquid medium added with milk can be used.
배지의 탄소원으로는 전분, 포도당, 자당, 갈락토스, 과당, 글리세롤, 글루코스 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 예를 들면, 글리세롤이 탄소원으로 사용될 수 있다. 질소원으로는 황산암모늄, 질산암모늄, 질산나트륨, 글루탐산, 카사미노산, 효모추출물, 펩톤, 트립톤, 대두박 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다. 미네랄은 염화나트륨, 인산제이칼륨, 황산마그네슘 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.Starch, glucose, sucrose, galactose, fructose, glycerol, glucose or mixtures thereof may be used as the carbon source of the medium. For example, glycerol can be used as the carbon source. As the nitrogen source, ammonium sulfate, ammonium nitrate, sodium nitrate, glutamic acid, casamino acid, yeast extract, peptone, tryptone, soybean meal or mixtures thereof may be used. The mineral may be sodium chloride, dipotassium phosphate, magnesium sulfate or mixtures thereof.
배양이 발효조에서 이루어지는 경우 글루코스를 배지의 탄소원으로 사용하는 것이 좋다. 시험관 배양의 경우에는 글리세롤을 배지의 탄소원으로 사용하는 것이 좋다.If the culture is in a fermentor, it is preferable to use glucose as the carbon source of the medium. In the case of in vitro culture, glycerol is preferably used as the carbon source of the medium.
미생물 배양 배지 내 상기 탄소원, 질소원 및 미네랄 각각은 예를 들면, 리터당 10 내지 100 g, 5 내지 40 g 및 0.5 내지 4 g 을 이용할 수 있다.Each of the carbon source, nitrogen source, and mineral in the microbial culture medium may use, for example, 10 to 100 g, 5 to 40 g, and 0.5 to 4 g per liter.
상기의 통상의 배양 배지에 첨가되는 비타민은 비타민 A, 비타민 B, 비타민 C, 비타민 D, 비타민 E 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 비타민은 통상의 배양 배지에 상기에서 언급된 탄소원, 질소원, 미네랄 등과 함께 첨가되거나, 멸균하여 준비된 배지에 별도로 첨가될 수 있다.The vitamin added to the conventional culture medium may be vitamin A, vitamin B, vitamin C, vitamin D, vitamin E or mixtures thereof. The vitamin may be added to the conventional culture medium with the above-mentioned carbon source, nitrogen source, minerals, etc., or separately added to the medium prepared by sterilization.
배양은 통상의 대장균 배양 조건으로 수행될 수 있다. 배양은 예를 들어 약 15-45℃, 예를 들면, 15-44℃, 15-43℃, 15-42℃, 15-41℃, 15-40℃, 15-39℃, 15-38℃, 15-37℃, 15-36℃, 15-35℃, 15-34℃, 15-33℃, 15-32℃, 15-31℃, 15-30℃, 20-45℃, 20-44℃, 20-43℃, 20-42℃, 20-41℃, 20-40℃, 20-39℃, 20-38℃, 20-37℃, 20-36℃, 20-35℃, 20-34℃, 20-33℃, 20-32℃, 20-31℃, 20-30℃, 25-45℃, 25-44℃, 25-43℃, 25-42℃, 25-41℃, 25-40℃, 25-39℃, 25-38℃, 25-37℃, 25-36℃, 25-35℃, 25-34℃, 25-33℃, 25-32℃, 25-31℃, 25-30℃, 27-45℃, 27-44℃, 27-43℃, 27-42℃, 27-41℃, 27-40℃, 27-39℃, 27-38℃, 27-37℃, 27-36℃, 27-35℃, 27-34℃, 27-33℃, 27-32℃, 27-31℃ 또는 27-30℃에서 수행될 수 있다.Cultivation may be carried out under conventional E. coli culture conditions. Incubation is for example about 15-45 ℃, for example 15-44 ℃, 15-43 ℃, 15-42 ℃, 15-41 ℃, 15-40 ℃, 15-39 ℃, 15-38 ℃, 15-37 ° C, 15-36 ° C, 15-35 ° C, 15-34 ° C, 15-33 ° C, 15-32 ° C, 15-31 ° C, 15-30 ° C, 20-45 ° C, 20-44 ° C, 20-43 ° C, 20-42 ° C, 20-41 ° C, 20-40 ° C, 20-39 ° C, 20-38 ° C, 20-37 ° C, 20-36 ° C, 20-35 ° C, 20-34 ° C, 20-33 ° C, 20-32 ° C, 20-31 ° C, 20-30 ° C, 25-45 ° C, 25-44 ° C, 25-43 ° C, 25-42 ° C, 25-41 ° C, 25-40 ° C, 25-39 ° C, 25-38 ° C, 25-37 ° C, 25-36 ° C, 25-35 ° C, 25-34 ° C, 25-33 ° C, 25-32 ° C, 25-31 ° C, 25-30 ° C, 27-45 ° C, 27-44 ° C, 27-43 ° C, 27-42 ° C, 27-41 ° C, 27-40 ° C, 27-39 ° C, 27-38 ° C, 27-37 ° C, 27-36 ° C, It may be carried out at 27-35 ℃, 27-34 ℃, 27-33 ℃, 27-32 ℃, 27-31 ℃ or 27-30 ℃.
배양액 중의 배양 배지를 제거하고 농축된 균체만을 회수하거나 제거하기 위해 원심분리 또는 여과과정을 거칠 수 있으며 이러한 단계는 당업자의 필요에 따라 수행할 수 있다. 농축된 균체는 통상적인 방법에 따라 냉동하거나 냉동건조하여 그 활성을 잃지 않도록 보존할 수 있다.Centrifugation or filtration may be performed to remove the culture medium in the culture and recover or remove only the concentrated cells, and this step may be performed according to the needs of those skilled in the art. The concentrated cells can be preserved so as not to lose their activity by freezing or lyophilizing according to a conventional method.
배양의 일 예에 있어서, 배양은 탄소원으로서 글리세롤을 포함하는 배지에서 이루어지는 것일 수 있다. 글리세롤은 배지 중의 유일한 탄소원일 수 있다. 0.5-5.0%(w/v), 예를 들면, 0.5-4.5%(w/v), 0.5-4.0%(w/v), 0.5-3.5%(w/v), 0.5-3.0%(w/v), 0.5-2.5%(w/v), 0.5-2.0%(w/v), 1-5.0%(w/v), 1-4.5%(w/v), 1-4.0%(w/v), 1-3.5%(w/v), 1-3.0%(w/v) 또는 1-2.5%(w/v)의 글리세롤을 포함하는 배지에서 이루어지는 것일 수 있다. 상기 배지는 글리세롤 및 아라비노스가 첨가된 YT 배지일 수 있다. YT 배지는 1.6중량% 트립톤, 1중량% 효모 추출물 및 0.5 중량% NaCl을 포함할 수 있다.In one example of the culture, the culture may be in a medium containing glycerol as a carbon source. Glycerol may be the only carbon source in the medium. 0.5-5.0% (w / v), e.g. 0.5-4.5% (w / v), 0.5-4.0% (w / v), 0.5-3.5% (w / v), 0.5-3.0% (w / v), 0.5-2.5% (w / v), 0.5-2.0% (w / v), 1-5.0% (w / v), 1-4.5% (w / v), 1-4.0% (w / v), 1-3.5% (w / v), 1-3.0% (w / v) or 1-2.5% (w / v) may be made in a medium containing glycerol. The medium may be YT medium added with glycerol and arabinose. YT medium may comprise 1.6 wt% tryptone, 1 wt% yeast extract, and 0.5 wt% NaCl.
배양은 친유성 물질 존재 하의 배양 배지에서, 예를 들면 배지 표면에 친유성 물질인 도데칸 상(dodecane phase)을 위치시킨 상태로 수행될 수 있다. 배양은 교반되는 상태에서 수행될 수 있다.Cultivation may be performed in a culture medium in the presence of a lipophilic substance, for example, with a dodecane phase of a lipophilic substance placed on the surface of the medium. Cultivation can be carried out while being agitated.
교반되는 경우, 100 내지 300rpm, 예를 들면, 100 내지 280rpm, 100 내지 260rpm, 100 내지 240rpm, 100 내지 220rpm, 100 내지 200rpm, 100 내지 180rpm, 100 내지 160rpm, 100 내지 140rpm, 100 내지 120rpm, 120 내지 300rpm, 120 내지 280rpm, 120 내지 260rpm, 120 내지 240rpm, 120 내지 220rpm, 120 내지 200rpm, 120 내지 180rpm, 120 내지 160rpm, 120 내지 140rpm, 150 내지 300rpm, 150 내지 280rpm, 150 내지 260rpm, 150 내지 240rpm, 150 내지 220rpm, 150 내지 200rpm, 150 내지 180rpm, 140 내지 160rpm, 200 내지 300rpm, 200 내지 280rpm, 200 내지 260rpm, 200 내지 240rpm, 200 내지 220rpm, 또는 150 rpm으로 교반될 수 있다.When stirred, 100 to 300 rpm, for example, 100 to 280 rpm, 100 to 260 rpm, 100 to 240 rpm, 100 to 220 rpm, 100 to 200 rpm, 100 to 180 rpm, 100 to 160 rpm, 100 to 140 rpm, 100 to 120 rpm, 120 to 120 300 rpm, 120 to 280 rpm, 120 to 260 rpm, 120 to 240 rpm, 120 to 220 rpm, 120 to 200 rpm, 120 to 180 rpm, 120 to 160 rpm, 120 to 140 rpm, 150 to 300 rpm, 150 to 280 rpm, 150 to 260 rpm, 150 to 240 rpm, It may be stirred at 150 to 220 rpm, 150 to 200 rpm, 150 to 180 rpm, 140 to 160 rpm, 200 to 300 rpm, 200 to 280 rpm, 200 to 260 rpm, 200 to 240 rpm, 200 to 220 rpm, or 150 rpm.
교반되는 경우, 상기 친유성 물질, 예컨대 도데칸은 배지 중에서 분산되어 세포와 접촉된다. 친유성 물질은 배지 중에 분산됨으로써 미생물과 접촉하는 면적이 넓어져 배양 중 레티노이드를 효율적으로 세포로부터 분리되게 하여 안정화 및/또는 용해시킬 수 있다.When agitated, the lipophilic material, such as dodecane, is dispersed in medium and contacted with the cells. The lipophilic substance may be dispersed in a medium to increase the area in contact with the microorganisms, thereby allowing the retinoid to be efficiently separated from the cells during the cultivation, thereby stabilizing and / or lysing.
친유성 물질, 예컨대 도데칸 상 없이 상기 기술한 레티노이드를 생산하는 미생물을 배양시켰을 때, 레티노이드 생산은 일정 시점에서 최고치를 나타내고 그 이후에 감소할 수 있다. 이는 미생물 성장의 정체 상태 동안 추가적인 레티노이드 합성이 중단되는 반면, 세포 내에서 그의 산화적 분해가 일어나기 때문일 수 있다.When culturing microorganisms producing the retinoids described above without a lipophilic substance such as the dodecane phase, the retinoid production may peak at some point and then decrease. This may be because additional retinoid synthesis is stopped during the stagnant state of microbial growth, while its oxidative degradation occurs in the cell.
친유성 물질, 예컨대 도데칸 상의 존재 하에 배양 배지에서 상기 미생물을 배양시키게 되면 생산된 레티노이드가 세포 내에서 분해되기 전에 친유성 물질, 예컨대 도데칸 상에 흡수되게 되어 레티노이드 생산량을 향상시킬 수 있다.When the microorganism is cultured in the culture medium in the presence of a lipophilic substance such as dodecane, the produced retinoid may be absorbed onto the lipophilic substance such as dodecane before being degraded in the cell, thereby improving retinoid production.
상기 친유성 물질, 예컨대 도데칸 상은 에세리키아 속 미생물의 세포 성장에 영향을 미치지 않고, 소수성 레티노이드의 추출을 위해 소수성이고, 낮은 휘발성을 갖는 것일 수 있다. 도 2는 β-카로틴의 레티날, 레티놀, 레티노산, 및 레티닐 에스테르를 포함하는 레티노이드로의 변환을 나타낸다.The lipophilic material, such as the dodecane phase, may be one that is hydrophobic and has low volatility for extraction of hydrophobic retinoids without affecting the cell growth of Escherichia microorganisms. 2 shows the conversion of β-carotene to retinoids including retinal, retinol, retinoic acid, and retinyl esters.
배지 대 친유성 물질의 부피비는 특정 범위의 비로 한정되지 않고, 예컨대, 배지 대 친유성 물질의 부피비가 1:0.1-3.0, 1:0.2-3.0, 1:0.5-3.0, 1:1.0-3.0, 1:1.5-3.0, 1:2.0-3.0, 1:2.5-3.0, 1:0.2-2.5, 1:0.2-2.0, 1:0.2-1.5, 1:0.2-1.0, 1:0.2-0.5, 1:0.5-2.5, 1:0.5-2.0, 1:0.5-1.5, 1:0.5-1.0, 1:0.8-2.5, 1:0.8-2.0, 1:0.8-1.5, 1:0.8-1.2, 1:0.8-1.0 등이 가능하다.The volume ratio of the medium to the lipophilic material is not limited to a specific range of ratios, for example, the volume ratio of the medium to the lipophilic material is 1: 0.1-3.0, 1: 0.2-3.0, 1: 0.5-3.0, 1: 1.0-3.0, 1: 1.5-3.0, 1: 2.0-3.0, 1: 2.5-3.0, 1: 0.2-2.5, 1: 0.2-2.0, 1: 0.2-1.5, 1: 0.2-1.0, 1: 0.2-0.5, 1: 0.5-2.5, 1: 0.5-2.0, 1: 0.5-1.5, 1: 0.5-1.0, 1: 0.8-2.5, 1: 0.8-2.0, 1: 0.8-1.5, 1: 0.8-1.2, 1: 0.8- 1.0 and the like are possible.
일 구체예에 따르면 상기 배양하는 단계에서 상기 배지는 약 2.0% 농도의 글리세롤를 포함하고, 상기 에세리키아 속 미생물은 대장균 DH5α 또는 MG1655이고, 상기 배양하는 단계는 배양액 약 7 ml, 약 29℃에서 배양시키는 것일 수 있다.According to one embodiment the culturing step the medium comprises a concentration of about 2.0% glycerol, the genus Escherichia microorganism is E. coli DH5α or MG1655, the culturing step is a culture medium of about 7 ml, about 29 ℃ It may be to.
상기 방법은 또한, 친유성 물질 상으로부터 레티노이드를 분리하는 단계를 포함한다. 상기 레티노이드, 예를 들면, 레티날, 레티놀, 레티노산, 레티닐 에스테르, 또는 이들의 조합을 분리하는 것은 당업계에 잘 알려져 있다. 예를 들면, 이온교환 크로마토그래피, HPLC 등의 방법에 의하여 분리될 수 있다. 구체적으로, 균체를 회수한 후에 아세톤 등의 용매를 이용한 추출 후에 고순도의 제품을 얻기 위해서는 HPLC 또는 결정화 작업등을 통한 분리정제가 진행될 수 있다. The method also includes the step of separating the retinoid from the lipophilic phase. It is well known in the art to separate such retinoids such as retinal, retinol, retinoic acid, retinyl esters, or combinations thereof. For example, it can be separated by ion exchange chromatography, HPLC, or the like. Specifically, in order to obtain a high-purity product after extraction with a solvent such as acetone after recovering the cells may be separated and purified through HPLC or crystallization operation.
일 구체예는 레티노이드 생산능을 가진 에세리키아 속 미생물을 친유성 물질을 포함하는 배지 중에서 배양하는 단계; 및 상기 친유성 물질 상으로부터 레티노이드를 분리하는 단계;를 포함하고, 상기 친유성 물질은 탄소수 8 내지 50의 알칸 화합물, 화학식 1의 화합물, 화학식 2의 화합물 또는 이들의 조합인, 에세리키아 속 미생물로부터 레티노이드를 생산하는 방법일 수 있다.One embodiment comprises the steps of culturing the Escherichia genus microorganism having a retinoid production capacity in a medium containing a lipophilic substance; And separating the retinoid from the lipophilic substance, wherein the lipophilic substance is an alkane compound having 8 to 50 carbon atoms, a compound of Formula 1, a compound of Formula 2, or a combination thereof. It may be a method for producing a retinoid from.
본 발명의 레티노이드를 생산하는 방법에 의하면 레티놀을 높은 효율로 생산할 수 있다.According to the method for producing the retinoid of the present invention, retinol can be produced with high efficiency.
도 1은 레티날 생합성의 MEP 경로 및 외래의 MVA 경로를 도식적으로 나타낸 도면이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a diagram schematically showing the MEP pathway of retinal biosynthesis and the foreign MVA pathway.
도 2는 β-카로틴의 레티날, 레티놀, 레티노산, 및 레티닐 에스테르를 포함하는 레티노이드로의 변환을 나타낸다.2 shows the conversion of β-carotene to retinoids including retinal, retinol, retinoic acid, and retinyl esters.
도 3은 pT-HB, pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBCMO1, 및 pT-HBSR를 포함하는 대장균의 레티날 생산, β-카로틴 생산 및 세포 성장을 나타낸다. Figure 3 shows retinal production, β-carotene production and cell growth of E. coli, including pT-HB, pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBCMO1, and pT-HBSR.
도 4는 pT-HB, pT-HBSR, pT-DHB 및 pT-DHBSR을 포함하는 대장균 및 MVA 경로 플라스미드인 pS-NA와 함께 pT-DHB, 또는 pT-DHBSR을 포함하는 대장균의 레티날 생산, β-카로틴 생산 및 세포 성장을 나타낸다. 4 shows retinal production of E. coli, including pT-HB, pT-HBSR, pT-DHB, and pT-DHBSR, and pT-DHB, or E. coli, including pT-DHBSR, with pS-NA, the MVA pathway plasmid. Carotene production and cell growth.
도 5는 pT-DHBSR 및 pS-NA를 갖는 다양한 대장균 균주의 레티노이드 생산과 세포 성장을 나타낸다. 5 shows retinoid production and cell growth of various E. coli strains with pT-DHBSR and pS-NA.
도 6은 배양액 시험 부피에 따른 pT-DHBSR 및 pS-NA를 갖는 대장균의 레티노이드 생산 및 세포 성장을 나타낸다.6 shows retinoid production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHBSR and pS-NA according to the culture test volume.
도 7은 배양 온도에 따른 pT-DHBSR 및 pS-NA를 갖는 대장균의 레티노이드 생산 및 세포 성장을 나타낸다.7 shows the retinoid production and cell growth of E. coli with pT-DHBSR and pS-NA at different culture temperatures.
도 8은 탄소원에 따른 pT-DHBSR 및 pS-NA를 갖는 대장균의 레티노이드 생산과 세포 성장을 나타낸다.8 shows the retinoid production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHBSR and pS-NA according to the carbon source.
도 9 및 도 10은 pT-DHBSR 및 pS-NA를 포함하는 대장균의 탄소원인 글리세롤의 농도에 따른 레티노이드 생산 및 세포성장을 나타낸다.9 and 10 show retinoid production and cell growth according to the concentration of glycerol, the carbon source of E. coli, including pT-DHBSR and pS-NA.
도 11 및 도 12는 도데칸 존재 하에서 다양한 대장균 균주의 레티노이드 생산과 세포성장의 결과를 나타낸 도면이다.11 and 12 show the results of retinoid production and cell growth of various E. coli strains in the presence of dodecane.
도 13은 5 ml 배양 배지 상에 1 mL 도데칸을 포함하는 2-상 배양에서 탄소원인 글리세롤의 농도에 따른 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 레티노이드 생산 및 세포 성장을 나타낸다.FIG. 13 shows the retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) according to the concentration of glycerol as a carbon source in a two-phase culture comprising 1 mL dodecane on 5 ml culture medium.
도 14는 2-상 배양에서의 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 도데칸 부피에 따른 레티노이드 생산 및 세포 성장을 나타낸다. FIG. 14 shows retinoid production and cell growth according to dodecane volume of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in two-phase culture.
도 15는 2-상 배양에서의 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 배양 시간 및 도데칸 부피에 따른 레티노이드의 분포가 총 레티노이드에 대한 각 구성성분의 백분율로 나타낸 도면이다.FIG. 15 shows the distribution of retinoids according to the incubation time and dodecane volume of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in two-phase culture as a percentage of each component relative to the total retinoid.
도 16은 pT-DHB 및 pS-NA를 갖는 대장균의 베타-카로틴 생산과 세포 성장에 있어 도데칸 첨가의 효과를 나타낸다.FIG. 16 shows the effect of dodecane addition on beta-carotene production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHB and pS-NA.
도 17 및 도 18은 다양한 알칸 존재하에서 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 레티노이드 생산 및 세포성장 결과를 나타낸 도면이다.17 and 18 are diagrams showing the results of retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in the presence of various alkanes.
도 19, 도 20 및 도 21은 다양한 부피의 경량 미네랄 오일 존재 하에서 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 레티노이드 생산, 세포성장, 균체당 레티노이드 생산량(cell specific retinoids productivity) 결과를 나타낸 도면이다.19, 20 and 21 is a diagram showing the results of the retinoid production, cell growth, cell specific retinoids (cell specific retinoids productivity) of E. coli (pT-DHBSR / pS-NA) in the presence of various volumes of light mineral oil.
도 22 및 도 23은 중량 미네랄 오일 존재 하에서 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 레티노이드 생산 및 세포성장 결과를 나타낸 도면이다.22 and 23 are diagrams showing the results of retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in the presence of heavy mineral oil.
도 24 및 도 25는 중량 미네랄 오일 존재 하에서 시험관을 기울여 배양한 경우 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 레티노이드 생산 및 세포성장 결과를 나타낸 도면이다.24 and 25 are diagrams showing the results of retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) when cultured by tilting the test tube in the presence of heavy mineral oil.
도 26은 피부 친화적 친유성 물질 존재 하에서 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 세포 성장 및 pH를 나타낸 도면이다.FIG. 26 shows the cell growth and pH of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in the presence of a skin-friendly lipophilic substance.
도 27 및 도 28은 피부 친화적 친유성 물질의 다양한 종류와 양에 따른 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 레티노이드 생산결과를 나타낸 도면이다.FIG. 27 and FIG. 28 are diagrams showing the results of retinoid production of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) according to various kinds and amounts of skin-friendly lipophilic substances.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 이하의 실시예에서 다음의 실험 재료 및 방법을 사용하였다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, these examples are for illustrative purposes only and the scope of the present invention is not limited to these examples. The following experimental materials and methods were used in the examples below.
박테리아 균주 및 배양 조건Bacteria Strains and Culture Conditions
대장균 DH5α는 유전자 클로닝 및 레티노이드 생산에 사용하였다. 대장균 MG1655, BL21 (DE3), XL1-Blue, S17-1 및 BW25113을 레티놀 생산에 최적인 균주를 찾기 위해 사용하였다. 레티노이드 생산을 위한 배양은 2YT 배지(리터 당 16g 트립톤, 10g 이스트 추출물, 및 5g NaCl)에서, 29℃ 및 250rpm의 교반 배양기를 사용하여 수행하였다. 각각 주 및 보조 탄소 원료로서 글리세롤 및 아라비노오스를 각각 0.5% 내지 2% (w/v) 및 0.2% (w/v)의 농도로 첨가하였다. 글루코오스, 갈락토오스, 자일로오스 및 말토오스를 레티노이드 생산을 위한 탄소 원료로서 글리세롤과 비교하였다. 엠피실린 (100 ㎍/mL) 및 클로람페티콜 (50 ㎍/mL)을 필요한 배양물에 첨가하였다. 배양을 7 mL 배지를 포함하는 시험관 중에서 수행하였다. 세포 성장은 600nm (OD600)에서 광학 밀도를 측정하여 결정하였다. 레티노이드 생산의 2-상 배양에서, 1 mL의 도데칸 (Cat. No. 297879, Sigma, USA)을 배양 배지 5 mL 위에 위치시켰다. E. coli DH5α was used for gene cloning and retinoid production. E. coli MG1655, BL21 (DE3), XL1-Blue, S17-1 and BW25113 were used to find the optimal strain for retinol production. Cultivation for retinoid production was performed using a stirred incubator at 29 ° C. and 250 rpm in 2YT medium (16 g tryptone per liter, 10 g yeast extract, and 5 g NaCl). Glycerol and arabinose as primary and secondary carbon feedstocks, respectively, were added at concentrations of 0.5% to 2% (w / v) and 0.2% (w / v), respectively. Glucose, galactose, xylose and maltose were compared with glycerol as the carbon feedstock for retinoid production. Empicillin (100 μg / mL) and chlorampeticol (50 μg / mL) were added to the required cultures. Cultivation was performed in test tubes containing 7 mL medium. Cell growth was determined by measuring optical density at 600 nm (OD 600 ). In a two-phase culture of retinoid production, 1 mL of dodecane (Cat. No. 297879, Sigma, USA) was placed over 5 mL of culture medium.
β-카로틴 및 레티노이드의 분석 조건Analytical Conditions for β-carotene and Retinoids
β-카로틴 및 레티노이드를 아세톤으로 박테리아 세포 펠렛으로부터 추출하였다. 도데칸 씌움을 갖는 2-상 배양에서, 레티노이드를 포함하는 도데칸 상을 수집하여 14,000 rpm에서 10분 동안 원심분리시켜 모든 세포 파편들을 제거하였다. 아세톤 추출물 및 도데칸 상을 검출 파장 370 nm (레티날), 340 nm (레티놀 및 레티닐 아세테이트) 및 454 nm (β-카로틴)에서 HPLC(LC-20A, Shimadzu, Kyoto, Japan)로 분석하였다. 분석은 Sentry Guard C18 (15 mm×4.6 mm, 5 m)을 갖는 Symmetry C18 (250 mm×4.6 mm, 5 m)의 HPLC 컬럼을 사용하여 수행하였다. 이동상은 레티노이드 및 β-카로틴 분석을 위한 각각 95:5 및 70:30의 메탄올 및 아세토니트릴이었다. HPLC 분석에 1.5 ml/min의 유동속도(flow rate) 및 40℃의 컬럼 온도가 적용되었다. 레티날 (Cat. No. R2500), 레티놀 (Cat. No. R7632), 레티닐 아세테이트 (Cat. No. R4632) 및 β-카로틴 (Cat. No. C4582)을 Sigma(USA)로부터 구매하고 아세톤 중에 용해시켜 표준 화합물로서 사용하였다. 결과는 세 개의 독립적인 실험으로부터 평균±SD으로 나타내었다. β-carotene and retinoids were extracted from bacterial cell pellets with acetone. In a two-phase culture with dodecane capping, the dodecane phase with retinoids was collected and centrifuged at 14,000 rpm for 10 minutes to remove all cell debris. Acetone extract and dodecane phase were analyzed by HPLC (LC-20A, Shimadzu, Kyoto, Japan) at detection wavelengths of 370 nm (retinal), 340 nm (retinol and retinyl acetate) and 454 nm (β-carotene). Analysis was performed using an HPLC column of Symmetry C18 (250 mm × 4.6 mm, 5 m) with Sentry Guard C18 (15 mm × 4.6 mm, 5 m). Mobile phases were 95: 5 and 70:30 methanol and acetonitrile, respectively, for retinoid and β-carotene analysis. HPLC analysis was applied with a flow rate of 1.5 ml / min and a column temperature of 40 ° C. Retinal (Cat. No. R2500), Retinol (Cat. No. R7632), Retinyl Acetate (Cat. No. R4632) and β-carotene (Cat. No. C4582) were purchased from Sigma (USA) and in acetone It was dissolved and used as a standard compound. Results are expressed as mean ± SD from three independent experiments.
실시예 1 : β-카로틴 및 레티날 고생산성 대장균의 제조용 벡터의 제조Example 1 Preparation of Vectors for the Preparation of β-carotene and Retinal High Productivity E. Coli
게놈 DNA 제조, 제한효소 절단, 형질전환 및 표준 분자 생물학 기술을 포함하는 통상적인 과정은 문헌에 기재된 대로 수행하였다(Sambrook and Russell 2001). PCR은 그의 표준 프로토콜에 의해 pfu DNA 폴리머라제 (Solgent Co., Korea)를 사용하여 수행하였다. 배양되지 않은 해양 박테리아 66A03의 blh 유전자 (Genbank 허가 번호 AAY68319)를 그의 대장균에서의 발현을 위해 Gene Designer 소프트웨어 (DNA 2.0, Menlo Park, USA)에 의한 코돈-최적화에 따라 Genofocus (대전, 한국)로 합성하였다.Conventional procedures involving genomic DNA preparation, restriction enzyme cleavage, transformation and standard molecular biology techniques were performed as described in the literature (Sambrook and Russell 2001). PCR was performed using pfu DNA polymerase (Solgent Co., Korea) by its standard protocol. The blh gene of uncultured marine bacteria 66A03 (Genbank Permit No. AAY68319) was synthesized with Genofocus (Daejeon, Korea) following codon-optimization by Gene Designer software (DNA 2.0, Menlo Park, USA) for expression in E. coli. It was.
본 실시예에서는 MEP 경로를 가지고 있는 대장균에, 속도 결정 단계에 해당하는 효소인 DXP 신타제를 코딩하는 유전자를 대장균에 추가적으로 도입하는 동시에, 메발로네이트 경로에 관여하는 효소를 코딩하는 유전자를 다양한 유전자원으로부터 선별하여 도입하여, β-카로틴 고생산성 대장균을 제조하였다.In this embodiment, E. coli, which has an MEP pathway, additionally introduces a gene encoding DXP synthase, which is an enzyme corresponding to the rate determining step, into E. coli, and simultaneously encodes a gene encoding an enzyme that participates in the mevalonate pathway. Selected from the source and introduced, β-carotene high productivity E. coli was prepared.
(1) 탄소원으로부터 IPP를 합성하는데 관여하는 메발로네이트 경로의 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 pSNA 벡터의 제조(1) Preparation of pSNA vector containing gene encoding enzyme of mevalonate pathway involved in synthesizing IPP from carbon source
본 절에서 사용된 탄소원으로부터 IPP를 합성하는데 관여하는 메발로네이트 경로의 효소를 코딩하는 유전자는 다음 표 1과 같다.The gene encoding the enzyme of the mevalonate pathway involved in synthesizing IPP from the carbon source used in this section is shown in Table 1 below.
표 1
효소명 유전자 유전자 서열(Genbank 허가번호)
엔테로코커스 패칼리스 (Enterococcus faecalis) 유래의 아세틸-CoA 아세틸트란스퍼라제/하이드록시메틸글루타릴 (HMG)-CoA 리덕타제 mvaE 서열번호 18(AF290092)
엔테로코커스 패칼리스 유래의 HMG-CoA 신타제 mvaS 서열번호 19(AF290092)
스트렙토코커스 뉴모니애 (Streptococcus pneumoniae) 유래의 메발로네이트 키나제 mvaK1 서열번호 20(AF290099)
스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 포스포메발로네이트 키나제 mvaK2 서열번호 21(AF290099)
스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 메발로네이트 디포스페이트 데카르복실라제 mvaD 서열번호 22 (AF290099)
대장균 유래의 이소펜테닐 디포스페이트(IPP) 이소머라제 idi 서열번호 23 (U00096)
Table 1
Enzyme Name gene Gene sequence (Genbank authorization number)
Acetyl-CoA Acetyltransferase / Hydroxymethylglutaryl (HMG) -CoA Reductase from Enterococcus faecalis mvaE SEQ ID NO: 18 (AF290092)
HMG-CoA Synthase from Enterococcus faecalis mvaS SEQ ID NO: 19 (AF290092)
Mevalonate kinase from Streptococcus pneumoniae mvaK1 SEQ ID NO: 20 (AF290099)
Phosphomevalonate Kinase from Streptococcus pneumoniae mvaK2 SEQ ID NO: 21 (AF290099)
Mevalonate diphosphate decarboxylase from Streptococcus pneumoniae mvaD SEQ ID NO: 22 (AF290099)
Isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase from E. coli idi SEQ ID NO: 23 (U00096)
표 1의 유전자를 증폭하기 위한 프라이머 및 제한 효소Primers and Restriction Enzymes for Amplifying the Genes of Table 1
표 2
유전자 프라이머 서열 제한 효소
mvaE F 서열번호 37 SacI
R 서열번호 38 SmaI
mvaS F 서열번호 39 SmaI
R 서열번호 40 BamHI
mvaK1, mvaK2, mvaD F 서열번호 41 KpnI
R 서열번호 42 XbaI
idi F 서열번호 43 SmaI
R 서열번호 44 SphI
TABLE 2
gene Primer sequence Restriction enzymes
mvaE F SEQ ID NO: 37 SacI
R SEQ ID NO: 38 SmaI
mvaS F SEQ ID NO: 39 SmaI
R SEQ ID NO: 40 BamHI
mvaK1, mvaK2, mvaD F SEQ ID NO: 41 KpnI
R SEQ ID NO: 42 XbaI
idi F SEQ ID NO: 43 SmaI
R SEQ ID NO: 44 Sph
표 2에 표 1의 유전자 클로닝에 사용된 프라이머 서열 및 제한효소를 나타내었다. mvaK1, mvaK2, mvaD는 하나의 오페론으로 염색체상에 존재해서 각각의 유전자를 PCR 클로닝하지 않고 오페론을 통째로 한번에 PCR 클로닝을 하였다. Table 2 shows the primer sequences and restriction enzymes used for cloning the genes of Table 1. mvaK1, mvaK2, and mvaD existed on the chromosome as one operon, and PCR cloning of the operon was performed at once without the PCR cloning of each gene.
표 1의 유전자들은 표 3에 열거된 프라이머를 사용하고, 해당 유전자를 포함하고 있는 균주의 염색체 DNA를 주형으로 한, PCR을 통하여 증폭하였다. 증폭된 산물을 표 2에 열거된 제한 효소를 이용하여 pSTV28 벡터 (Takara Korea, 한국) (서열번호 45)에 도입하여, 벡터 pSNA를 제조하였다. 벡터 pSNA는 아세틸-CoA로부터 IPP를 생산할 수 있는 메발로네이트 경로의 효소를 코딩하는 유전자를 모두 포함하고 있다. The genes of Table 1 were amplified by PCR using the primers listed in Table 3 and using the chromosomal DNA of the strain containing the gene as a template. The amplified product was introduced into the pSTV28 vector (Takara Korea, Korea) (SEQ ID NO: 45) using the restriction enzymes listed in Table 2 to prepare a vector pSNA. The vector pSNA contains all of the genes encoding enzymes of the mevalonate pathway that can produce IPP from acetyl-CoA.
(2) IPP로부터 β-카로틴을 합성하는데 관여하는 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 벡터 pT-HB 및 pT-DHB의 제조(2) Preparation of vectors pT-HB and pT-DHB comprising genes encoding enzymes involved in synthesizing β-carotene from IPP
본 절에서 사용된 IPP로부터 β-카로틴을 합성하는데 관여하는 효소를 코딩하는 유전자 및 MEP 경로의 속도결정 단계의 효소인 DXP 신타제 유전자는 다음 표 3과 같다. The gene encoding the enzyme involved in synthesizing β-carotene from the IPP used in this section and the DXP synthase gene, which is an enzyme in the rate determining step of the MEP pathway, are shown in Table 3 below.
표 3
효소명 유전자 유전자 서열 (Genbank 허가번호)
헤마토코커스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis) 유래의 IPP 이소포머레제 ipiHp1 서열번호 24(AF082325)
대장균 유래 1-데옥시자일룰로즈-5-포스페이트 (DXP) 신타제 dxs 서열번호 25(U00096)
판토에아 아글루메란스 (pantoea agglomerans) 유래의 제라닐제라닐 피로포스페이트 (GGPP) 신타제 crtE 서열번호 26(M87280)
판토에아 아글루메란스 유래의 피토엔 신타제 crtB 서열번호 27(M87280)
판토에아 아글루메란스 유래의 피토엔 데히드로게나제 crtI 서열번호 28M87280
판토에아 아나나티스 (pantoea ananatis) 유래의 라이코펜-β-시클라제 crtY 서열번호 29(D90087)
TABLE 3
Enzyme Name gene Gene sequence (Genbank authorization number)
IPP Isoformerase from Haematococcus pluvialis ipiHp1 SEQ ID NO: 24 (AF082325)
Escherichia coli-derived 1-deoxyxylulose-5-phosphate (DXP) synthase dxs SEQ ID NO: 25 (U00096)
Geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) synthase from pantoea agglomerans crtE SEQ ID NO: 26 (M87280)
Phytoene synthase from Pantoea agglomerans crtB SEQ ID NO: 27 (M87280)
Phytoen dehydrogenase from Pantoea agglomerans crtI SEQ ID NO: 28M87280
Lycopene-β-cyclase from Pantoea ananatis crtY SEQ ID NO: 29 (D90087)
표 4
유전자 프라이머 제한 효소
ipiHp1 F 서열번호 46 SmaI SphI
R 서열번호 47
dxs F 서열번호 48 EcoRISnaBI
R 서열번호 49
crtE F 서열번호 50 BspHIEcoRI
R 서열번호 51
crtB,crtI F 서열번호 52 EcoRI SacI
R 서열번호 53
crtY F 서열번호 54 SalI PstI
R 서열번호 55
Table 4
gene primer Restriction enzymes
ipiHp1 F SEQ ID NO: 46 SmaI SphI
R SEQ ID NO: 47
dxs F SEQ ID NO: 48 Eco RI Sna BI
R SEQ ID NO: 49
crtE F SEQ ID NO: 50 Bsp HI Eco RI
R SEQ ID NO: 51
crtB, crtI F SEQ ID NO: 52 EcoRI SacI
R SEQ ID NO: 53
crtY F SEQ ID NO: 54 SalI PstI
R SEQ ID NO: 55
표 3의 유전자 클로닝에 사용된 프라이머 서열 및 제한효소는 표 4와 같다. crtB, crtI는 하나의 오페론으로 염색체상에 존재해서 각각의 유전자를 PCR 클로닝하지 않고 오페론을 통째로 한번에 PCR 클로닝을 하였다.Primer sequences and restriction enzymes used for gene cloning in Table 3 are shown in Table 4. crtB and crtI exist on the chromosome as one operon, and PCR cloning of the operon was performed at once without PCR cloning of each gene.
표 3의 유전자들은 표 4에 열거된 프라이머를 사용하고, 해당 유전자를 포함하고 있는 균주의 염색체 DNA를 주형으로 한, PCR을 통하여 증폭하였다. 증폭된 산물을 표 4에 열거된 제한 효소를 이용하여 pTrc99A 벡터 (Genbank 허가 번호 M22744) (서열번호 30)에 도입하여, 벡터 pT-DHB를 제조하였다. 벡터 pTDHB는 IPP로부터 β-카로틴을 합성하는데 관여하는 효소를 코딩하는 유전자 및 MEP 경로의 속도결정 단계의 효소인 DXP 신타제 (dxs) 유전자를 모두 포함하고 있다. 또한 상기 표 3의 유전자들 중 dxs만을 제외한 모든 유전자를 상기 표 4에 열거된 제한효소를 사용하여 pTrc99A 벡터에 도입하여 벡터 pT-HB를 제조하였다.The genes of Table 3 were amplified by PCR using the primers listed in Table 4 and using the chromosomal DNA of the strain containing the gene as a template. The amplified product was introduced into the pTrc99A vector (Genbank License No. M22744) (SEQ ID NO: 30) using the restriction enzymes listed in Table 4 to prepare a vector pT-DHB. The vector pTDHB contains both the gene encoding the enzyme involved in synthesizing β-carotene from IPP and the DXP synthase (dxs) gene, which is an enzyme in the rate determining step of the MEP pathway. In addition, all genes except dxs among the genes of Table 3 were introduced into the pTrc99A vector using the restriction enzymes listed in Table 4 to prepare a vector pT-HB.
(3) β-카로틴으로부터 레티날을 합성하는데 관여하는 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 벡터의 제조(3) Preparation of a vector comprising a gene encoding an enzyme involved in synthesizing retinal from β-carotene
본 발명에서 사용된 β-카로틴으로부터 레티날을 합성하는데 관여하는 효소를 코딩하는 유전자는 다음 표 5와 같다. 표 5에서 배양되지 않은 해양 박테리아 (uncultured marine bacterium) 66A03 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제를 코딩하는 유전자는 blh의 대장균 코돈 최적화 서열인 SR 유전자를 사용하였다. Genes encoding enzymes involved in synthesizing retinal from β-carotene used in the present invention are shown in Table 5 below. In Table 5, the gene encoding β-carotene monooxygenase from uncultured marine bacterium 66A03 was used as SR gene, the coli codon optimization sequence of blh .
표 5
효소명 유전자 유전자 서열 (Genbank 허가번호)
배양되지 않은 해양 박테리아 (uncultured marine bacterium) 66A03 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제 blh 서열번호 31(DQ065755)
배양되지 않은 해양 박테리아 (uncultured marine bacterium) 66A03 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제 SR (blh의대장균 코돈최적화 서열) 서열번호 32
생쥐 (Mus musculus) 유래의 β-카로틴 15,15'-모노옥시게나제 bcmo1 서열번호 33(NM_021486)
나트로노모나스 파라오니스 (Natronomonas pharaonis) ATCC35678 유래의 brp 유사 단백질 2 (brp-like protein 2) brp2 서열번호 34 (CR936257)
할로박테리움 살리나룸 (Halobacterium salinarum) ATCC700922 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제 blh 서열번호 35(AE004437)
할로박테리움 살리나룸 (Halobacterium salinarum) ATCC700922 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제 brp 서열번호 36(AE004437)
Table 5
Enzyme Name gene Gene sequence (Genbank authorization number)
Uncultured marine bacterium 66A03 Β-carotene monooxygenase derived from blh SEQ ID NO: 31 (DQ065755)
Uncultured marine bacterium 66A03 Β-carotene monooxygenase derived from SR(blhE. coli codon optimization sequence) SEQ ID NO: 32
mouse (MusculusΒ-carotene 15,15'-monooxygenase derived from bcmo1 SEQ ID NO: 33 (NM_021486)
Natronomonas Pharaohs (Natronomonas pharaonis) Brp-like protein 2 derived from ATCC35678 brp2 SEQ ID NO: 34 (CR936257)
Halobacterium Salinarum (Halobacterium salinarumΒ-carotene monooxygenase from ATCC700922 blh SEQ ID NO: 35 (AE004437)
Halobacterium Salinarum (Halobacterium salinarumΒ-carotene monooxygenase from ATCC700922 brp SEQ ID NO: 36 (AE004437)
            
표 6
유전자 프라이머 서열 제한 효소
SR F 서열번호 56 EcoR1 SpeI
R 서열번호 57
bcmo1 F 서열번호 58 EcoR1 SpeI
R 서열번호 59
brp2 F 서열번호 60 EcoR1 SpeI
R 서열번호 61
blh F 서열번호 62 EcoR1 SpeI
R 서열번호 63
brp F 서열번호 64 EcoR1 SpeI
R 서열번호 65
Table 6
gene Primer sequence Restriction enzymes
SR F SEQ ID NO: 56 EcoR1 SpeI
R SEQ ID NO: 57
bcmo1 F SEQ ID NO: 58 EcoR1 SpeI
R SEQ ID NO: 59
brp2 F SEQ ID NO: 60 EcoR1 SpeI
R SEQ ID NO: 61
blh F SEQ ID NO: 62 EcoR1 SpeI
R SEQ ID NO: 63
brp F SEQ ID NO: 64 EcoR1 SpeI
R SEQ ID NO: 65
표 5의 유전자 클로닝에 사용된 프라이머 서열 및 제한효소는 표 6과 같다. 표 5의 유전자들은 표 6에 열거된 프라이머를 사용하고, 해당 유전자를 포함하고 있는 균주의 염색체 DNA와 생쥐의 cDNA 라이브러리를 주형으로 한, PCR을 통하여 증폭하였다. 증폭된 산물을 표 6에 열거된 제한 효소를 이용하여 벡터 pT-HB에 각각 도입하여, 벡터 pT-HBSR, pT-HBBcmo1, pT-HBbrp2, pT-HBblh, pT-HBbrp를 제조하였다. 벡터 pT-HBSR, pT-HBBcmo1, pT-HBbrp2, pT-HBblh 및 pT-HBbrp는 각각 pT-HB 벡터에 SR, Bcmo1, brp2, blh, brp 유전자가 도입된 벡터로서, IPP로부터 β-카로틴을 거쳐 레티날을 합성하는데 관여하는 효소를 코딩하는 유전자를 모두 포함하고 있다. pT-HBSR로부터 SR 유전자를 SpeI으로 절단하여 pT-DHB의 상응하는 부분에 삽입하여 pT-DHBSR을 얻었다. Primer sequences and restriction enzymes used for gene cloning in Table 5 are shown in Table 6. The genes of Table 5 were amplified by PCR using the primers listed in Table 6 as a template of the chromosomal DNA of the strain containing the gene and the cDNA library of the mouse. The amplified products were introduced into the vectors pT-HB using the restriction enzymes listed in Table 6, respectively, to prepare vectors pT-HBSR, pT-HBBcmo1, pT-HBbrp2, pT-HBblh, pT-HBbrp. The vectors pT-HBSR, pT-HBBcmo1, pT-HBbrp2, pT-HBblh and pT-HBbrp are vectors in which SR, Bcmo1, brp2, blh and brp genes are introduced into the pT-HB vector, respectively. It contains all the genes that encode enzymes involved in synthesizing retinal. The SR gene from pT-HBSR was cut with Spe I and inserted into the corresponding portion of pT-DHB to obtain pT-DHBSR.
실시예 2: 레티날 생산에 대한 다양한 BCM(D)O 유전자의 비교Example 2: Comparison of Various BCM (D) O Genes for Retinal Production
레티날은 β-카로틴을 생산하는 재조합 대장균으로 β-카로틴 모노(디)옥시게나제를 인코딩하는 BCM(D)O 유전자를 도입하는 것에 의해 생산될 수 있다. 본 발명자들은 두 개의 박테리아, 할로박테리움 종 (Halobacterium sp) NRC-1 (blhbrp 유전자) 및 나트로노모나스 파라오니스 (Natronomonas pharaonis) (brp2 유전자) 및 척추동물 무스 무스쿨루스 (Mus musculus) (Bcmo1 유전자)로부터의 BCM(D)O 유전자를 클로닝하였다. 본 발명자들은 또한 배양되지 않은 해양 박테리아 66A03 blh 유전자의 아미노산 서열에 기초하여 코돈-최적화된 BCDO 유전자(SR)을 합성하였다. BCM(D)O 유전자를 레티날 합성 플라스미드 pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBcmo1 및 pT-HBSR 각각을 제조하는데 사용하였다. 각 레티날 플라스미드를 포함하는 재조합 대장균 세포를 탄소 원료로서 0.5% (w/v) 글리세롤 및 0.2% (w/v) 아라비노오스를 포함하는 2YT 배지에서 48시간 동안 29℃에서 배양하였다.Retinal is a recombinant that produces β-carotene E. coli can be produced by introducing a BCM (D) O gene encoding β-carotene mono (di) oxygenase. We found two bacteria, Halobacterium spp. (Halobacteriumsp) NRC-1 (blh AndbrpGenes) and Natronomymonas pharaonics (Natronomonas pharaonis) (brp2 Genes) and Vertebrate Moose MusculusMusculus) (Bcmo1BCM (D) O gene from the gene) was cloned. The inventors also note that uncultured marine bacteria 66A03blhCodon-optimized BCDO gene (SR) was synthesized based on the amino acid sequence of the gene. The BCM (D) O gene was used to prepare retinal synthetic plasmids pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBcmo1 and pT-HBSR, respectively. Recombinant E. coli cells containing each retinal plasmid were incubated at 29 ° C. for 48 hours in 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose as the carbon source.
도 3은 pT-HB, pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBCMO1, 및 pT-HBSR를 포함하는 대장균의 레티날 생산, β-카로틴 생산 및 세포 성장을 나타낸다. 흰 막대 및 회색 막대는 각각 24시간, 48시간에서의 수치를 나타낸다. Figure 3 shows retinal production, β-carotene production and cell growth of E. coli, including pT-HB, pT-HBblh, pT-HBbrp, pT-HBbrp2, pT-HBBCMO1, and pT-HBSR. White bars and gray bars represent the values at 24 hours and 48 hours, respectively.
도 3에 나타낸 바와 같이, pT-HBblh, pT-HBbrp, 또는 pT-HBSR을 포함하는 재조합 대장균은 각각 24시간에서 2.2, 0.8, 또는 1.4 mg/L의 레티날을 생산하였다. 그러나, pT-HBblh 또는 pT-HBbrp을 포함하는 대장균의 레티날 생산은 48시간에서 각각 0.7 또는 0.4 mg/L로 감소한 반면, 대장균(pT-HBSR)의 레티날 생산은 약간 증가하였다. 24시간 후의 레티날 생산 감소는 레티날의 세포 내 산화 분해로 인한 것일 수 있다. 배양물로부터 얻은 레티날 양은 세포 내 합성 및 레티날의 분해 모두에 의존한다. As shown in FIG. 3, recombinant E. coli comprising pT-HBblh, pT-HBbrp, or pT-HBSR produced 2.2, 0.8, or 1.4 mg / L of retinal at 24 hours, respectively. However, retinal production of Escherichia coli containing pT-HBblh or pT-HBbrp decreased to 0.7 or 0.4 mg / L, respectively, at 48 hours, whereas the retinal production of Escherichia coli (pT-HBSR) was slightly increased. The decrease in retinal production after 24 hours may be due to intracellular oxidative degradation of the retinal. The amount of retinal obtained from the culture depends on both intracellular synthesis and degradation of the retinal.
pT-HBblh 또는 pT-HBbrp를 포함하는 대장균에 있어 배양 시간 24시간 이후의 레티날 생산율은 그들의 분해율에 비해 낮을 것이다. pT-HBbrp2 또는 pT-HBBcmo1을 포함하는 대장균 균주 배양에서 레티날의 소량(trace amount)을 검출하였다. BCM(D)O 유전자를 갖지 않는 대장균(pT-HB)은 35 mg/L의 β-카로틴을 생산하고, 레티날은 생산하지 않았다. β-카로틴은 레티날의 바로 전 전구체이기 때문에, 만약 레티날 분해가 있었다면 BCM(D)O에 의한 β-카로틴 소비량이 레티날 생산량에 정확하게 비례할 것이다. SR을 제외한 BCM(D)O를 포함하는 대장균의 배양물에 β-카로틴이 잔존하였기 때문에, SR의 β-카로틴 절단 활성은 시험된 BCM(D)O 중에서 가장 높을 것으로 추정되었다. 따라서, SR 효소를 추가적인 실험에서 레티날 생산을 위해 선택하였다. 세포 성장은 성장 지연을 보인 N. pharaonis brp 유전자를 제외하고는, BCM(D)O 유전자의 과발현에 의해 영향받지 않았다. For E. coli containing pT-HBblh or pT-HBbrp, the retinal production rate after 24 hours of incubation time will be lower than their degradation rate. Trace amounts of retinal were detected in E. coli strain cultures containing pT-HBbrp2 or pT-HBBcmo1. E. coli (pT-HB) without the BCM (D) O gene produced 35 mg / L of β-carotene and no retinal. Because β-carotene is just the precursor of retinal, the β-carotene consumption by BCM (D) O would be exactly proportional to the retinal production if there was retinal degradation. Since β-carotene remained in the culture of E. coli containing BCM (D) O except SR, the β-carotene cleavage activity of SR was estimated to be the highest among the tested BCM (D) O. Thus, SR enzyme was selected for retinal production in further experiments. Cell growth was not affected by overexpression of the BCM (D) O gene, except for the N. pharaonis brp gene, which showed growth retardation.
실시예 3: 빌딩 블럭 공급을 위한 MEP 및 MVA 경로로의 유전자 조작Example 3: Genetic Engineering with MEP and MVA Pathways for Building Block Supply
레티날 빌딩 블럭인 IPP 및 DMAPP는 내재된 MEP 경로 및 외래의 MVA 경로를 통해 대장균에서 합성될 수 있다 (도 1). 1-데옥시-d-자일로오스-5-포스페이트 (DXP) 합성이 MEP 경로에서 중요한 속도-제한 단계라고 보고된다. 따라서, (dxs에 의해 인코딩되는)D XP 신타제의 과발현은 본 발명자들의 이전 발명에서 라이코펜 및 β-카로틴 생산을 증가시켰다. dxs 유전자를 pT-HBSR 중의 MEP 경로 앞에 도입하여 pT-DHBSR를 제조하였다. Retinal building blocks, IPP and DMAPP, can be synthesized in E. coli via the inherent MEP pathway and the foreign MVA pathway (FIG. 1). It is reported that 1-deoxy-d-xylose-5-phosphate (DXP) synthesis is an important rate-limiting step in the MEP pathway. Thus, overexpression of D XP synthase (encoded by dxs) increased lycopene and β-carotene production in our previous invention. The pT-DHBSR was prepared by introducing the dxs gene before the MEP pathway in pT-HBSR.
도 4는 pT-HB, pT-HBSR, pT-DHB, 및 pT-DHBSR을 포함하는 대장균 및 MVA 경로 플라스미드인 pS-NA와 함께 pT-DHB, 또는 pT-DHBSR을 포함하는 대장균의 레티날 생산, β-카로틴 생산 및 세포 성장을 나타낸다. 흰 막대 및 회색 막대는 각각 24시간, 48시간에서의 수치를 나타낸다. 4 shows the retinal production of pT-DHB, or E. coli, including pT-DHBSR, with pS-NA, which is E. coli, including pT-HB, pT-HBSR, pT-DHBSR, and pT-DHBSR; β-carotene production and cell growth. White bars and gray bars represent the values at 24 hours and 48 hours, respectively.
도 4에 나타낸 바와 같이, 24 시간에서 대장균(pT-DHBSR)의 레티날 생산은 대장균 (pT-HBSR)의 것보다 조금 높았으나, 48 시간에서는 차이가 없었다. 대장균(pT-DHB)으로부터의 β-카로틴 생산은 dxs 과발현에 의해 대장균(pT-HB)과 비교하여 1.5 배 증가하였다. 대장균에서의 외래 MVA 경로는 IPP 및 DMAPP 빌딩 블럭의 충분한 양을 제공하는 것에 의해 이소프레노이드 생산을 크게 증가시키는 것으로 알려져 있다. 추가적인 외래 MVA 경로를 포함하는 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)은 48 시간에 8.7 mg/L의 레티날을 생산하였고, 이는 대장균(pT-DHBSR)의 생산량보다 4배 더 높은 것이다. SR 유전자를 포함하는 대장균 균주에서, 세포 중에 β-카로틴이 없거나 소량 잔존하였는데, 이는 SR에 의한 효과적인 β-카로틴 절단 반응으로 인한 것으로 추정된다. 소비된 β-카로틴(기질) 양과 생산된 레티날(생산물) 양 사이에 큰 차이가 있었다. 이는 레티날의 생물학적 분해 외에 대장균 내에서 레티날을 대사하는 세포 반응의 존재로 인한 것일 수 있다. 따라서, 대장균 내의 임의의 효소에 의한 레티날로부터 유래된 다른 레티노이드의 형성이 고려된다. 레티날은 세포 효소 반응에 의해 레티놀, 레티노산 및 레티닐 에스테르로 변환될 수 있기 때문에 (도 2), 대장균 배양물 중의 레티날 유도체들을 분석하였다. 레티노산을 제외한 유도체들의 형성이 확인되었고 레티날, 레티놀 및 레티닐 아세테이트의 생산이 추가적인 실험에서 측정되었다.As shown in Figure 4, retinal production of Escherichia coli (pT-DHBSR) was slightly higher than that of Escherichia coli (pT-HBSR) at 24 hours, but there was no difference at 48 hours. Β-carotene production from Escherichia coli (pT-DHB) increased 1.5 fold compared to Escherichia coli (pT-HB) by dxs overexpression. Exogenous MVA pathways in E. coli are known to significantly increase isoprenoid production by providing sufficient amounts of IPP and DMAPP building blocks. Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) containing an additional foreign MVA pathway produced 8.7 mg / L retinal at 48 hours, which is four times higher than the production of Escherichia coli (pT-DHBSR). In E. coli strains containing the SR gene, there was no or a small amount of β-carotene remaining in the cells, presumably due to an effective β-carotene cleavage reaction by SR. There was a big difference between the amount of β-carotene (substrate) consumed and the amount of retinal (product) produced. This may be due to the presence of a cellular response that metabolizes the retinal in E. coli in addition to the biological degradation of the retinal. Thus, the formation of other retinoids derived from retinal by any enzyme in E. coli is contemplated. Because retinal can be converted to retinol, retinoic acid and retinyl esters by cellular enzymatic reactions (FIG. 2), retinal derivatives in E. coli cultures were analyzed. The formation of derivatives except retinoic acid was confirmed and the production of retinal, retinol and retinyl acetate was measured in further experiments.
실시예 4: 레티노이드 생산에 있어 대장균 균주, 배양 조건 및 탄소 원료의 효과Example 4 Effect of Escherichia Coli Strains, Culture Conditions and Carbon Raw Materials on Retinoid Production
(1) 균주(1) strain
레티날, 레티놀 및 레티닐 아세테이트를 포함하는 레티노이드의 생산에 있어 대장균 균주의 효과를 조사하였다. pT-DHBSR 및 pS-NA를 포함하는 5개의 대장균 균주인 MG1655, DH5α, XL1-Blue, S17-1, 및 BL21 (DE3)를 사용하여 레티노이드 생산을 수행하였다. 표 5는 상기 5 개 균주를 포함한 6개 대장균 균주의 특성을 나타낸 것이다. The effect of E. coli strains on the production of retinoids including retinal, retinol and retinyl acetate was investigated. Retinoid production was performed using five E. coli strains, MG1655, DH5α, XL1-Blue, S17-1, and BL21 (DE3), including pT-DHBSR and pS-NA. Table 5 shows the characteristics of the six E. coli strains, including the five strains.
표 7
대장균 균주 설명
MG1655 K12, 야생형
DH5α F-, φf80dlacZ△M15, △(lacZYA-argF)U169, deoR, recA1endA1, hsdR17(rK -mK +), phoA, supE44, λ-, thi-1, gyrA96, relA1
XL1-Blue hsdR17,supE44,recA1,endA1,gyrA46,thi,relA1,lac/F'[proAB +,lacI q,lacZ△M15::Tn10(tetr)]
S17-1 recA pro hsdR RP4-2-Tc::Mu-Km::Tn7
BL21(DE3) F-,ompT,hsdS B(rB -mB -),gal(lcI857,ind1,Sam7,nin5,lacUV5-T7gene1),dcm(DE3)
BW25113 △(araD-araB)567, △lacZ4787(::rrnB-3), lambda-, rph-1, △(rhaD-rhaB)568, hsdR514
TABLE 7
Escherichia coli strain Explanation
MG1655 K12, wild type
DH5α F -, φ f 80d lac Z △ M15, △ (lacZYA - argF) U169, deoR, recA1endA1, hsdR 17 (r K - m K +), phoA, supE 44, λ-, thi -1, gyrA 96, relA One
XL1-Blue hsdR 17, supE 44, recA 1, endA 1, gyrA 46, thi , relA 1, lac / F '[ proAB + , lacI q , lacZ ΔM15 :: Tn10 (tet r )]
S17-1 recA pro hsdR RP4-2-Tc :: Mu-Km :: Tn7
BL21 (DE3) F -, ompT, hsdS B ( r B - m B -), gal (lc I 857, ind 1, Sam 7, nin 5, lac UV5-T7 gene 1), dcm (DE3)
BW25113 △ (araD - araB) 567, △ lacZ4787 (:: rrnB-3), lambda -, rph-1, △ (rhaD-rhaB) 568, hsdR 514
도 5는 pT-DHBSR 및 pS-NA를 갖는 5개 대장균 균주의 레티노이드 생산과 세포 성장을 나타낸다. 배양은 0.5%(w/v) 글리세롤 및 0.2%(w/v) 아라비노오스를 포함하는 2YT 배지에서 48시간 동안 29℃에서 수행되었다. 레티날, 레티놀, 및 레티닐 아세테이트는 밝은 회색, 어두운 회색 및 검은색으로 각각 나타내고, 세포 성장에서 MG1655, DH5α, XL1-Blue, S17-1, 및 BL21(DE3)을 각각 ■, ●, ▲, ▼, ◆로 나타내었다. 5 shows retinoid production and cell growth of five E. coli strains with pT-DHBSR and pS-NA. Cultivation was performed at 29 ° C. for 48 hours in 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose. Retinal, retinol, and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray, and black, respectively, and in cell growth, MG1655, DH5α, XL1-Blue, S17-1, and BL21 (DE3), respectively, ■, ●, ▲, ▼ and ◆.
도 5에 나타낸 바와 같이, 대장균 DH5α가 36 시간에서 40 mg/L로서 가장 높은 양의 레티노이드를 나타내고, 대장균 S17-1 및 XL1-Blue가 그 다음으로 22 mg/L 정도의 레티노이드를 생산하였다. 그러나, 대장균 MG1655 및 BL21 (DE3)에서는 아주 작은 양의 레티노이드를 얻었다. 따라서 대장균 DH5α가 레티노이드 생산 균주로 선택되었다.As shown in FIG. 5, E. coli DH5α showed the highest amount of retinoid as 40 mg / L at 36 hours, and E. coli S17-1 and XL1-Blue then produced about 22 mg / L retinoids. However, very small amounts of retinoids were obtained with E. coli MG1655 and BL21 (DE3). Therefore, E. coli DH5α was selected as the retinoid producing strain.
(2) 배양 조건(2) culture conditions
레티노이드 생산에 있어 용존 산소의 효과를 30 mm 지름 시험관에서 상이한 시험 부피로 시험하였다.The effect of dissolved oxygen on retinoid production was tested in different test volumes in a 30 mm diameter test tube.
도 6은 시험 부피에 따른 pT-DHBSR 및 pS-NA를 갖는 대장균의 레티노이드 생산 및 세포 성장을 나타낸다. 도 6에서, 레티날, 레티놀, 및 레티닐 아세테이트는 밝은 회색, 어두운 회색 및 검은색으로 각각 나타내고, 세포 성장에서 시험 부피 3 mL, 5 mL, 7 mL, 및 10 mL를 각각 ■, ●, ▲, ▼로 나타내었다. 배양은 0.5%(w/v) 글리세롤 및 0.2%(w/v) 아라비노오스를 포함하는 2YT 배지에서 48시간 동안 29℃에서 수행되었다.6 shows retinoid production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHBSR and pS-NA according to test volume. In FIG. 6, retinal, retinol, and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively, and test volumes 3, 5, 7 mL, and 10 mL, respectively, in cell growth. , ▼. Cultivation was performed at 29 ° C. for 48 hours in 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose.
도 6에 나타낸 바와 같이, 낮은 시험 부피를 가질 때, 레티노이드 생산이 더 빨리 최대에 이르렀고 (더 높게 용해된 산소에 상응하는), 아마도 그의 산화 분해로 인해 더 빨리 감소한 것으로 보인다. 10 mL의 시험 부피에서 세포 성장 및 레티노이드 생산 모두 지연되었으나, 작은 생산물 분해가 관찰되었다. 레티노이드 생산을 위한 최적의 시험 부피는 7 mL인 것으로 밝혀졌다.As shown in FIG. 6, when having a low test volume, retinoid production peaked faster (corresponding to higher dissolved oxygen), and probably decreased faster due to its oxidative degradation. Both cell growth and retinoid production were delayed at a test volume of 10 mL, but small product degradation was observed. The optimal test volume for retinoid production was found to be 7 mL.
또한, 온도에 따른 레티노이드 생산을 조사하였다. 도 7은 배양 온도에 따른 pT-DHBSR 및 pS-NA를 갖는 대장균의 레티노이드 생산 및 세포 성장을 나타낸다. 도 7에서, 레티날, 레티놀, 및 레티닐 아세테이트는 밝은 회색, 어두운 회색 및 검은색으로 각각 나타내고, 세포 성장에서 배양 온도 29℃, 34℃, 37℃는 각각 ■, ●, ▲로 나타내었다. 배양은 0.5%(w/v) 글리세롤 및 0.2%(w/v) 아라비노오스를 포함하는 2YT 배지에서 48시간 동안 수행되었다.In addition, retinoid production with temperature was investigated. 7 shows the retinoid production and cell growth of E. coli with pT-DHBSR and pS-NA at different culture temperatures. In Figure 7, retinal, retinol, and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively, and in cell growth the incubation temperatures of 29 ° C, 34 ° C and 37 ° C are indicated by ■, ●, ▲, respectively. Cultivation was performed for 48 hours in 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose.
도 7에 나타낸 바와 같이, 레티노이드 생산은 배양 온도에 의해 영향을 받았고 가장 높은 생산은 29℃에서 얻어졌다.As shown in FIG. 7, retinoid production was affected by incubation temperature and the highest production was obtained at 29 ° C.
(3) 탄소원(3) carbon source
상이한 탄소 원료를 레티노이드 생산에 미치는 영향을 비교하였다. The effect of different carbon feedstocks on retinoid production was compared.
도 8은 탄소원에 따른 pT-DHBSR 및 pS-NA를 갖는 대장균의 레티노이드 생산과 세포 성장을 나타낸다. 도 8에서, 레티날, 레티놀, 및 레티닐 아세테이트는 밝은 회색, 어두운 회색 및 검은색으로 각각 나타내고, 세포 성장에서 탄소원 없음, 탄소원 글리세롤, 글루코오스, 자일로오스, 말토오스, 및 갈락토오스를 각각 ■, ●, ▲, ▼, ◆, 및 ◀로 나타내었다. 배양은 0.2%(w/v) 아라비노오스 및 0.5%(w/v) 글리세롤, 글루코오스, 자일로오스, 말토오스, 또는 갈락토오스를 포함하는 2YT 배지에서 48시간 동안 29℃에서 수행되었다.8 shows the retinoid production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHBSR and pS-NA according to the carbon source. In Figure 8, retinal, retinol, and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively, and have no carbon source, carbon source glycerol, glucose, xylose, maltose, and galactose, respectively, in cell growth. , ▲, ▼, ◆, and ◀. Cultivation was performed at 29 ° C. for 48 hours in 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 0.5% (w / v) glycerol, glucose, xylose, maltose, or galactose.
도 8에 나타낸 바와 같이, 글리세롤이 레티노이드 생산에 가장 좋은 탄소 원료였다. 글루코오스 또는 갈락토즈를 탄소 원료로서 사용한 경우, 레티노이드의 생산량은 탄소 원료가 없을 경우보다 더 적었다.As shown in Figure 8, glycerol was the best carbon source for retinoid production. When glucose or galactose was used as the carbon source, the production of retinoids was lower than without the carbon source.
그 후, 레티노이드 생산 및 세포 성장에 있어 글리세롤 농도의 효과를 조사하였다. 대장균 DH5α(pT-DHBSR/pSNA)를 0.0% 내지 2.0% (w/v) 글리세롤을 포함하는 2YT 배지, 29℃에서 성장시켰다. The effect of glycerol concentration on retinoid production and cell growth was then investigated. E. coli DH5α (pT-DHBSR / pSNA) was grown at 29 ° C. in 2YT medium containing 0.0% to 2.0% (w / v) glycerol.
도 9는 pT-DHBSR 및 pS-NA를 포함하는 대장균의 레티노이드(레티날, 레티놀 및 레티닐 아세테이트) 생산을 나타낸다. 레티날, 레티놀 및 레티닐 아세테이트를 각각 밝은 회색, 어두운 회색 및 검은색으로 나타내었다. 9 shows the production of retinoids (retinal, retinol and retinyl acetate) of E. coli, including pT-DHBSR and pS-NA. Retinal, retinol and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively.
도 10은 pT-DHBSR 및 pS-NA를 포함하는 대장균의 세포 성장을 나타낸다. 제공한 글리세롤 농도 0%, 0.5%, 1%, 및 2%를 각각 ■, ●, ▲, ▼로 나타내었다. 10 shows cell growth of Escherichia coli including pT-DHBSR and pS-NA. The provided glycerol concentrations of 0%, 0.5%, 1%, and 2% are indicated by ■, ●, ▲, and ▼, respectively.
도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 세포 성장은 글리세롤 농도에 비례하여 증가하였다. 0.5, 1.0 및 2.0 (w/v)의 글리세롤 농도에서 각각 36, 48, 및 72 시간에 정체 상태에 이르렀다. 상기 시간에서 그의 최대 레티노이드 생산을 얻었고 그 후 정체 상태 동안 생산량이 현저히 감소하였다. 레티노이드 생산은 주로 24 시간 후에 증가하는 것으로 나타났다. 레티노이드 생산은 다양한 글리세롤 농도 중, 2.0% (w/v) 글리세롤에서 95 mg/L로 가장 높았고 이는 0.5% (w/v) 글리세롤의 최대 레티노이드 생산량보다 2.4배 높았다. 글리세롤 농도의 증가는 정체 상태를 지연시켰고, 레티노이드 생산의 기간을 연장시켰다. As shown in Figures 9 and 10, cell growth increased in proportion to glycerol concentrations. Stabilization reached 36, 48, and 72 hours at glycerol concentrations of 0.5, 1.0 and 2.0 (w / v), respectively. At this time its maximum retinoid production was obtained and thereafter the yield decreased significantly during stagnation. Retinoid production appeared to increase mainly after 24 hours. Retinoid production was highest among the various glycerol concentrations at 95 mg / L at 2.0% (w / v) glycerol, which was 2.4 times higher than the maximum retinoid production of 0.5% (w / v) glycerol. Increasing glycerol concentrations delayed stagnation and prolonged the period of retinoid production.
모든 배양물에서 세포 성장의 정체 상태에서 레티노이드 생산의 극심한 감소를 관찰하였고, 이는 정체 상태 동안 레티노이드 합성 중단 및 그의 세포 내 산화적 분해로 인한 것일 것이다.A significant decrease in retinoid production was observed in all cultures in the stagnant state of cell growth, likely due to disruption of retinoid synthesis and its intracellular oxidative degradation during the stagnant state.
(4) 도데칸의 존재하에서 배양(4) culturing in the presence of dodecane
표 7의 6개 균주에 pT-DHBSR/pSNA가 형질전환된 균주를 사용하고, 5ml 배지에 1ml의 도데칸을 첨가하고 "박테리아 균주 및 배양 조건"에 기재된 조건에 따라 배양하였다. 배지는 0.2%(w/v) 아라비노스와 0.5%(w/v) 글리세롤이 첨가된 2YT 배지를 사용하였다. The strains transformed with pT-DHBSR / pSNA for the six strains of Table 7 were used, 1 ml of dodecane was added to 5 ml of medium and cultured according to the conditions described in "Bacteria strains and culture conditions". As a medium, 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 0.5% (w / v) glycerol was used.
도 11은 도데칸 존재하에서 서로 다른 레티노이드 생산 균주에 따른 레티노이드 생산 결과를 나타낸 도면이다. 도 11에 나타낸 바와 같이, DH5α와 MG1655에서 가장 많은 레티노이드가 생산되었다. MG1655의 경우, 도데칸이 첨가되지 않은 경우에 비하여 균체 성장 및 레티노이드 생산량이 증가하였다. MG1655의 균체 성장 속도 및 레티노이드 생산량 증가 속도는 DH5α보다 빨랐다. BL21(DE3) 균주는 균체 성장은 여전히 높았으며, 레티닐 아세테이트 생산은 거의 되지 않았다. 그 결과, 6개 균주 중에서 DH5α와 MG1655가 다른 균주에 비하여 상대적으로 더 적합하였다.11 is a view showing the retinoid production results according to different retinoid production strains in the presence of dodecane. As shown in FIG. 11, the most retinoids were produced in DH5α and MG1655. In the case of MG1655, cell growth and retinoid production were increased compared to the case where dodecane was not added. Cell growth and retinoid production rate of MG1655 was faster than that of DH5α. The BL21 (DE3) strain had high cell growth and little retinyl acetate production. As a result, DH5α and MG1655 were more suitable than the other strains among the six strains.
도 12는 도데칸 존재하에서 레티노이드 생산 균주의 생장 결과를 나타낸 도면이다.12 shows the results of growth of retinoid producing strains in the presence of dodecane.
도 13은 도데칸 존재하에서 탄소원인 글리세롤 농도에 따른 레티노이드 생산과 생장 결과를 나타낸 도면이다.13 is a view showing the results of retinoid production and growth according to the concentration of glycerol as a carbon source in the presence of dodecane.
실시예 5: 레티노이드의 인-시추 추출을 위한 도데칸을 사용한 2-상 배양Example 5: Two-Phase Cultivation Using Dodecane for Phosphorus Extraction of Retinoids
세포 내 레티노이드 분해를 막기 위해, 소수성 용매 도데칸을 사용한 2-상 배양을 세포로부터 레티노이드의 인-시추 추출을 위해 수행하였다. 대장균에 대해 낮은 독성을 갖고, 소수성 레티노이드의 추출을 위해 높은 소수성 (log PO/W, 6.6)을 갖고, 낮은 휘발성 때문에 증발 손실이 없는 도데칸을 선택하였다.To prevent intracellular retinoid degradation, a two-phase culture with hydrophobic solvent dodecane was performed for in-situ extraction of retinoids from the cells. Dodecane was selected with low toxicity to E. coli, high hydrophobicity (log P O / W , 6.6) for the extraction of hydrophobic retinoids and no evaporation loss due to low volatility.
본 실시예에서, 1 mL의 도데칸을 5 mL의 배양액 상에 첨가하였다. 도 13은 5 mL 배양 배지 상에 1 mL 도데칸을 포함하는 2-상 배양에서 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 레티노이드 생산 및 세포 성장을 나타낸다. 레티노이드 생산에서 레티날, 레티놀 및 레티닐 아세테이트를 각각 밝은 회색, 어두운 회색 및 검은색으로 나타내었다. 세포 성장에서 제공한 글리세롤 농도 0.5%, 1%, 및 2%를 각각 ■, ●, ▲로 나타내었다. In this example, 1 mL of dodecane was added onto 5 mL of culture. FIG. 13 shows retinoid production and cell growth of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in a two-phase culture comprising 1 mL dodecane on 5 mL culture medium. Retinal, retinol and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black in retinoid production, respectively. Glycerol concentrations 0.5%, 1%, and 2% provided in cell growth are indicated by ■, ●, and ▲, respectively.
레티노이드가 도데칸 상으로 추출되고 무시할 수 있는 양의 레티노이드가 세포 질량 및 배양물에서 검출되었다(데이터는 나타내지 않음). 그 결과, 도데칸 상으로부터 레티노이드 생산을 측정하였다. 도 13에 나타낸 바와 같이, 도데칸에 의해 인-시추 추출은 레티노이드의 세포 내 분해를 최소화할 수 있었다. 도데칸 상 중에 레티노이드는 상대적으로 안정한 것으로 보였고 현저한 산화적 분해 없이 잔존하였다. 도 9 및 10의 결과(도데칸 첨가 없음)와 비교할 때, 1 mL의 도데칸을 첨가한 경우 레티노이드 생산은 24 시간에서도 현저하게 증가하였고, 세포 성장이 도데칸 첨가에 의해 영향받지 않으면서 레티노이드 생산의 감소가 정체 상태에서 나타나지 않았다. 그러나 2% (w/v) 글리세롤의 배양에서의 레티노이드 생산은 1% (w/v)에서 2% (w/v)로 글리세롤 농도의 증가에 따라 세포 성장이 현저하게 증가하였음에도, 1% (w/v) 글리세롤에서 얻은 것에 비해 높지 않았다. 1 mL의 도데칸 첨가 부피는 2% (w/v) 글리세롤의 배양에서 효과적인 레티노이드 인-시추 추출에 불충분할 수 있다.Retinoids were extracted onto dodecane and negligible amounts of retinoids were detected in cell mass and culture (data not shown). As a result, retinoid production was measured from the dodecane phase. As shown in FIG. 13, in-drill extraction by dodecane could minimize intracellular degradation of retinoids. Retinoids in the dodecane phase appeared to be relatively stable and remained without significant oxidative degradation. Compared to the results of FIGS. 9 and 10 (without dodecane addition), the addition of 1 mL of dodecane significantly increased retinoid production even at 24 hours, and retinoid production without cell growth being affected by dodecane addition. The decrease of did not appear in the stationary state. However, retinoid production in the culture of 2% (w / v) glycerol ranged from 1% (w / v) to 2% (w / v), even though cell growth increased significantly with increasing glycerol concentrations. / v) not higher than that obtained with glycerol. 1 mL of dodecane addition volume may be insufficient for effective retinoid in-drill extraction in culture of 2% (w / v) glycerol.
레티노이드 생산 및 세포 성장에 있어 도데칸 첨가 부피의 효과를 조사하기 위하여, 1 mL 내지 5 mL의 도데칸을 2% (w/v) 글리세롤을 포함하는 배양액 상에 초기에 첨가하였다.(도 14).To investigate the effect of dodecane addition volume on retinoid production and cell growth, 1 mL to 5 mL of dodecane was initially added onto a culture comprising 2% (w / v) glycerol (FIG. 14). .
도 14는 2-상 배양에서의 대장균(pT-DHBSR/pS-NA)의 도데칸 부피에 따른 레티노이드 생산 및 세포 성장을 나타낸다. 레티노이드 생산에서 레티날, 레티놀 및 레티닐 아세테이트를 각각 밝은 회색, 어두운 회색 및 검은색으로 나타내었다. 세포 배양시에 오버레이한 도데칸 부피 0 mL, 1 mL, 2 mL, 3 mL, 4 mL, 5 mL 및 6 mL를 각각 ■, ●, ▲, □, ○, △ 및 ☆로 나타내었다. FIG. 14 shows retinoid production and cell growth according to dodecane volume of Escherichia coli (pT-DHBSR / pS-NA) in two-phase culture. Retinal, retinol and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black in retinoid production, respectively. Dodecane volumes 0 mL, 1 mL, 2 mL, 3 mL, 4 mL, 5 mL, and 6 mL overlayed during cell culture are indicated by ■, ●, ▲, □, ○, Δ, and ☆, respectively.
도 15는 배양 시간 및 도데칸 부피에 따른 레티노이드의 분포가 총 레티노이드에 대한 각 구성성분의 백분율로 나타난다. 레티날, 레티놀 및 레티닐 아세테이트를 각각 밝은 회색, 어두운 회색 및 검은색으로 나타내었다. FIG. 15 shows the distribution of retinoids according to incubation time and dodecane volume as a percentage of each component relative to total retinoids. Retinal, retinol and retinyl acetate are shown in light gray, dark gray and black, respectively.
도 14 및 도 15에 나타낸 바와 같이, 도데칸 첨가 부피가 증가함에 따라 전체 레티노이드 생산도 향상되었다. 5 mL 도데칸을 갖는 배양의 72 시간에서 136 mg/L의 가장 높은 레티노이드 생산을 얻었고 이는 1 mL 도데칸으로 할 경우(65 mg/L)보다 약 2 배 높은 수치이다. 5 mL 도데칸으로 72 시간 이상 연장된 배양을 시켰을 때 추가적인 레티노이드 생산의 증가는 없었고 그의 최고치를 분해 없이 유지하였다(데이터는 나타내지 않음). 0, 24, 및 48 시간에서 2 mL의 도데칸을 배양에 추가하는 것에 의해 도데칸 첨가 부피를 6 mL까지 증가시켰다. 6 mL 도데칸 첨가 배양에서 5 mL 도데칸을 갖는 배양에 비교하였을 때 전체 레티노이드 생산의 증가는 없었다. 6 mL 도데칸을 초기에 첨가 배양에서도 레티노이드 생산의 증가는 없었다(데이터는 나타내지 않음). 도데칸을 갖는 모든 배양액에서의 세포 성장은 도데칸이 없을 때보다 약간 높았다 (도 14).As shown in Figures 14 and 15, the total retinoid production also improved as the dodecane addition volume increased. The highest retinoid production of 136 mg / L was obtained at 72 hours of incubation with 5 mL dodecane, which was about 2 times higher than with 1 mL dodecane (65 mg / L). Extended cultures for more than 72 hours with 5 mL dodecane resulted in no further increase in retinoid production and maintained its peak without degradation (data not shown). Dodecane addition volume was increased to 6 mL by adding 2 mL of dodecane to the culture at 0, 24, and 48 hours. There was no increase in total retinoid production compared to the culture with 5 mL dodecane in the 6 mL dodecane addition culture. There was no increase in retinoid production even in the initial addition of 6 mL dodecane (data not shown). Cell growth in all cultures with dodecane was slightly higher than without dodecane (FIG. 14).
도 15는 도데칸 첨가 부피에 따라 얻은 레티노이드들의 분포를 나타낸다. 도데칸 첨가가 있는 경우와 없는 경우 얻은 레티날 및 레티놀 비율에서 현저한 레티노이드 분포 차이가 나타난다. 48 시간에서 레티노이드 중 레티날의 비율은 도데칸 첨가 배양에서 약 51% (w/w)이고 도데칸 첨가가 없는 배양에서 23%인 반면, 레티놀 비율은 도데칸 첨가 배양에서 30% 내지 39%이고 도데칸 첨가 없는 배양에서 59%이다. 따라서, 도데칸 첨가는 레티날의 비율을 높이지만 레티놀의 비율을 감소시킨다. 세포에서 레티날로부터의 레티놀 형성의 반응 순서를 고려하였을 때, 레티날은 도데칸에 의해 그의 레티놀로의 전환 전에 세포로부터 추출되는 것으로 생각된다. 48 시간에서의 레티닐 아세테이트 비율은 도데칸 첨가 있는 배양 및 없는 배양 모두에서 20% 미만이고, 이는 레티날 및 레티놀에 비해 상대적으로 낮은 수치이다. 도데칸 첨가 배양에서 레티닐 아세테이트 비율은 배양 시간이 길어짐에 따라 감소하는데 이는 레티닐 아세테이트 형성을 위한 세포 활동이 배양 동안 감소함을 나타낸다. 결론적으로, 도데칸 첨가는 세포 성장의 정체 상태에서 레티노이드 생산의 감소를 방지하고 레티노이드 생산을 증가시켰다.Figure 15 shows the distribution of retinoids obtained according to the volume of dodecane addition. There is a significant difference in retinoid distribution in the retinal and retinol ratios obtained with and without dodecane addition. At 48 hours, the ratio of retinal in retinoids is about 51% (w / w) in dodecane addition cultures and 23% in cultures without dodecane addition, while the retinol ratio is 30% to 39% in dodecane addition cultures. 59% in culture without dodecane addition. Thus, dodecane addition increases the ratio of retinal but decreases the ratio of retinol. Given the reaction sequence of retinol formation from the retinal in the cell, the retinal is thought to be extracted from the cell before its conversion to retinol by dodecane. The retinyl acetate ratio at 48 hours is less than 20% in both with and without dodecane addition, which is relatively low compared to retinal and retinol. In dodecane-added cultures, the retinyl acetate ratio decreases with longer incubation time, indicating that cell activity for retinyl acetate formation decreases during the culture. In conclusion, dodecane addition prevented the reduction of retinoid production and increased retinoid production in the stagnant state of cell growth.
본 발명의 레티노이드의 인-시추 추출에는 세포벽 분해를 위한 리소자임이 필요하지 않다. 레티노이드(C20, 이소프레노이드 분자)는 세포벽의 손실 없이 세포로부터 효과적으로 방출될 수 있다. 레티노이드 생산의 2-상 배양에서, β-카로틴은 레티노이드의 직접적인 전구체이기 때문에 세포 내에 계속 유지되어야 한다. β-카로틴이 도데칸 상에서 추출되는 경우, 이는 시토졸에 위치한 BCD(M)O에 의해 절단될 수 있다.In-drill extraction of the retinoids of the present invention does not require lysozyme for cell wall degradation. Retinoids (C20, isoprenoid molecules) can be effectively released from cells without loss of cell walls. In a two-phase culture of retinoid production, β-carotene must be maintained in cells because it is a direct precursor of retinoids. When β-carotene is extracted on dodecane, it can be cleaved by BCD (M) O located in the cytosol.
β-카로틴은 분자 크기 때문에 세포로부터 방출될 수 없어 도데칸에 의해 추출되지 않으므로, β-카로틴의 2-상 배양에서 세포 내에서 계속 유지될 수 있다(도 16).Since β-carotene cannot be released from cells because of its molecular size and is not extracted by dodecane, it can be maintained in cells in a two-phase culture of β-carotene (FIG. 16).
도 16은 pT-DHB 및 pS-NA를 갖는 대장균의 베타-카로틴 생산과 세포 성장에 있어 도데칸 첨가의 효과를 나타낸다. 배양은 0.5%(w/v) 글리세롤 및 0.2%(w/v) 아라비노오스를 포함하는 2YT 배지 5 mL 상에 1 mL 도데칸 첨가와 함께 48시간 동안 29℃에서 수행되었다. 회색 막대 및 검은색 막대는 각각 24 및 48시간을 나타낸다. FIG. 16 shows the effect of dodecane addition on beta-carotene production and cell growth of Escherichia coli with pT-DHB and pS-NA. Cultivation was performed at 29 ° C. for 48 hours with addition of 1 mL dodecane on 5 mL of 2YT medium containing 0.5% (w / v) glycerol and 0.2% (w / v) arabinose. Gray bars and black bars represent 24 and 48 hours, respectively.
도 16에 나타낸 바와 같이, 무시할 만한 양의 β-카로틴이 도데칸 상에서 검출되고, 거의 모든 β-카로틴은 세포 내에 유지되었다. 도데칸 첨가가 있는 배양과 없는 배양 사이에 β-카로틴 생산 및 세포 성장의 현저한 차이는 없었다. As shown in FIG. 16, a negligible amount of β-carotene was detected on dodecane and almost all β-carotene remained in the cell. There was no significant difference in β-carotene production and cell growth between cultures with and without dodecane addition.
5 mL 도데칸 첨가가 있는 배양에서 48시간에 122 mg/L의 총 레티노이드 생산을 얻은 반면, 도데칸 첨가 없는 배양에서는 동일한 시간대에 그의 절반에 해당하는 양(60 mg/L)의 생산을 얻었다. 따라서, 도데칸-첨가 2-상 배양 시스템은 친유성 작은 분자를 생산하는 다른 형질전환 시스템에 적용될 수 있을 것이다.Cultures with 5 mL dodecane addition resulted in 122 mg / L total retinoid production at 48 hours, whereas cultures without dodecane addition produced half of that amount (60 mg / L) at the same time. Thus, the dodecane-added two-phase culture system may be applied to other transformation systems that produce lipophilic small molecules.
실시예 6: 친유성 물질을 포함하는 배지에서 레티노이드의 생산Example 6: Production of Retinoids in Medium Containing Lipophilic Substances
본 실시예에서는 다양한 친유성 물질에 대하여 레티노이드 생산 증가 효과가 있는지 확인하였다. In this example, it was confirmed whether there is an effect of increasing retinoid production for various lipophilic substances.
(1) 알칸을 포함하는 배지에서 레티노이드의 생산(1) Production of Retinoids in Medium Containing Alkanes
DH5α에 pT-DHBSR/pSNA가 형질전환된 균주 DH5α(pT-DHBSR/pSNA)를 사용하고, 5ml 배지에 5ml의 옥탄, 데칸, 도데칸 및 테트라데칸을 각각 첨가하고 "박테리아 균주 및 배양 조건"에 기재된 조건에 따라 배양하였다. 배지는 0.2%(w/v) 아라비노스와 2.0%(w/v) 글리세롤이 첨가된 2YT 배지를 사용하였다.Using strain DH5α (pT-DHBSR / pSNA) transformed with pT-DHBSR / pSNA to DH5α, 5 ml of octane, decane, dodecane and tetradecane were respectively added to 5 ml medium and subjected to "bacterial strain and culture conditions". The culture was carried out according to the conditions described. As a medium, 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 2.0% (w / v) glycerol was used.
도 17은 알칸 존재하에서 레티노이드 생산 결과를 나타낸 도면이다. 도 18은 알칸 존재하에서 레티노이드 생산 균주의 생장 결과를 나타낸 도면이다. 17 shows the results of retinoid production in the presence of alkanes. 18 is a diagram showing the results of growth of a retinoid producing strain in the presence of alkanes.
도 17에 나타낸 바와 같이, 데칸을 사용한 경우에 총 108 mg/L의 레티노이드가 생산되었다. 그 외 균체 증식, pH 및 균체 내 β-카로틴의 양은 알칸에 따라 큰 차이를 보이 않았다. 그 결과 도데칸에 비해 데칸이 레티노이드 생산에 더 유리한 것으로 여겨진다. 옥탄을 사용한 경우, 레티날 및 레티놀의 생산은 다른 알칸과 유시하였으나, 레티닐 아세테이트는 거의 생산하지 않았다. 테트라데칸은 전체 레티노이드 생산량이 다른 알칸에 비하여 낮았다.As shown in FIG. 17, a total of 108 mg / L retinoids were produced when using decane. In addition, cell growth, pH and the amount of β-carotene in the cells did not show a significant difference according to the alkanes. As a result, decane seems to be more advantageous for retinoid production than dodecane. When octane was used, the production of retinal and retinol was associated with other alkanes, but little retinyl acetate. Tetradecane had lower total retinoid production than other alkanes.
(2) 미네랄 오일을 포함 배지에서 레티노이드의 생산(2) the production of retinoids in the medium containing mineral oil
(2.1) 경량 미네랄 오일(2.1) lightweight mineral oil
경량 미네랄 오일은 알칸에 비하여 가격이 싸다는 장점이 있다. DH5α에 pT-DHBSR/pSNA가 형질전환된 균주 DH5α(pT-DHBSR/pSNA)를 사용하고, 5ml 배지에 다른 부피의 경량 미네랄 오일을 각각 첨가하고 "박테리아 균주 및 배양 조건"에 기재된 조건에 따라 배양하였다. 배지는 0.2%(w/v) 아라비노스와 2.0%(w/v) 글리세롤이 첨가된 2YT 배지를 사용하였다. Lightweight mineral oils have the advantage of being cheaper than alkanes. Using strain DH5α (pT-DHBSR / pSNA) transformed with pT-DHBSR / pSNA to DH5α, adding different volumes of lightweight mineral oil to 5 ml medium, respectively, and cultivating according to the conditions described in "Bacterial strains and culture conditions" It was. As a medium, 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 2.0% (w / v) glycerol was used.
도 19는 경량 미네랄 오일 존재하에서 레티노이드 생산 결과를 나타낸 도면이다. 도 20은 경량 미네랄 오일 존재하에서 균주의 생장 결과를 나타낸 도면이다. 19 shows the results of retinoid production in the presence of light mineral oil. 20 is a view showing the growth results of strains in the presence of light mineral oil.
도 19에 나타낸 바와 같이, 도데칸 5ml에서 136.1mg/L이 생산될 때, 2ml 경량 미네랄 오일에서 158mg/L이 생산되었다. 도 20에 나타낸 바와 같이, pH는 도데칸 이외의 경우 큰 차이를 보지 않았다. 반면, 균체 성장은 경량 미네랄 오일의 양이 증가할수록 감소하였다. 이는 경량 미네랄 오일의 높은 점도와 비중으로 인하여 배지와 미네랄 오일이 충분히 혼합되지 않았기 때문인 것으로 예상된다. 균체 성장의 감소로 인해 레티노이드 생산도 감소하였다. As shown in FIG. 19, when 136.1 mg / L was produced in 5 ml of dodecane, 158 mg / L was produced in 2 ml light mineral oil. As shown in FIG. 20, the pH did not show a large difference except for dodecane. Cell growth, on the other hand, decreased as the amount of light mineral oil increased. This is expected to be due to insufficient mixing of the medium and mineral oil due to the high viscosity and specific gravity of the lightweight mineral oil. Retinoid production also decreased due to reduced cell growth.
도 21은 균체당 레티노이드 생산량 (cell specific retinoids productivity)을 나타낸 도면이다. 도 21에 나타낸 바와 같이, 미네랄 오일의 양에 상관없이 약 5mg/L/OD600nm의 비생산성을 보였다. 21 is a diagram showing cell specific retinoids productivity per cell. As shown in FIG. 21, irrespective of the amount of mineral oil, it showed a specific productivity of about 5 mg / L / OD 600 nm.
(2.2) 중량 미네랄 오일(2.2) weight mineral oil
중량 미네랄 오일은 경량 미네랄 오일에 비하여 싸다. DH5α에 pT-DHBSR/pSNA가 형질전환된 균주 DH5α(pT-DHBSR/pSNA)를 사용하고, 5ml 배지에 2ml의 중량 미네랄 오일을 각각 첨가하고 "박테리아 균주 및 배양 조건"에 기재된 조건에 따라 배양하였다. 배지는 0.2%(w/v) 아라비노스와 2.0%(w/v) 글리세롤이 첨가된 2YT 배지를 사용하였다. Heavy mineral oils are cheaper than lightweight mineral oils. Using strain DH5α (pT-DHBSR / pSNA) transformed with pT-DHBSR / pSNA to DH5α, 2 ml of heavy mineral oil was added to 5 ml medium, respectively, and cultured according to the conditions described in "bacterial strains and culture conditions". . As a medium, 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 2.0% (w / v) glycerol was used.
도 22는 중량 미네랄 오일 존재하에서 레티노이드 생산 결과를 나타낸 도면이다. 도 23은 중량 미네랄 오일 존재하에서 균주의 생장 결과를 나타낸 도면이다. 도 22 및 도 23에 나타낸 바와 같이, 경량 미네랄 오일, 및 도데칸에 비하여 중량 미네랄 오일의 경우 세포 성장이 적었다. 또한, 레티노이드 104.6mg/L을 생산하였다. 이는 중량 미네랄 오일의 점도에 의하여 배지와 미네랄 오일이 잘 혼합되지 않았기 때문인 것으로 예측된다. 22 shows the results of retinoid production in the presence of heavy mineral oil. Fig. 23 shows the growth results of strains in the presence of heavy mineral oil. As shown in FIGS. 22 and 23, the light mineral oil and the heavy mineral oil had less cell growth than dodecane. In addition, 104.6 mg / L of retinoids were produced. This is expected to be due to the poor mixing of the medium and the mineral oil due to the viscosity of the heavy mineral oil.
사용된 시험관 (test tube)를 기울여서 배양기에 배치시키는 것을 제외하고는 위와 동일하게 세포를 배양하였다. 시험관을 기울임으로써 교반의 효과가 더 증대되어 배지와 미네랄 오일이 더 잘 혼합될 수 있었다. The cells were cultured in the same manner as above except that the test tubes used were tilted and placed in the incubator. By tilting the test tube, the effect of agitation was increased, allowing the medium and mineral oil to mix better.
도 24는 시험관을 기울여 배양한 경우 레티노이드 생산 결과를 나타낸 도면이다. 도 25는 시험관을 기울여 배양한 경우 균주 생장 결과를 나타낸 도면이다. 도 24 및 도 25에 나타낸 바와 같이, 기울여 배양한 경우 세포 성장 및 레티노이드 생산이 증가하였다. 구체적으로, 시험관을 수직으로 한 경우, 96시간에서 88.2mg/L의 레티노이드가 생산되었으나, 시험관을 기울인 경우, 173.9mg/L이 생산되었다.Figure 24 is a view showing the results of retinoid production when incubated with test tubes. 25 is a view showing the results of strain growth when cultured by tilting the test tube. As shown in FIG. 24 and FIG. 25, the cell growth and the retinoid production increased when the culture was inclined. Specifically, when the test tube was upright, 88.2 mg / L retinoids were produced at 96 hours, but when the test tube was tilted, 173.9 mg / L was produced.
이는 경량 및 중량 미네랄 오일은 높은 점도로 인하여 배지와의 혼합이 레티노이드 생산에 중요한 인자라는 것을 나타낸다. 따라서, 배양 중 적절한 교반을 제공함으로써 레티노이드에 사용될 수 있다. This indicates that lightweight and heavy mineral oils are important factors for retinoid production due to their high viscosity. Thus, it can be used for retinoids by providing adequate agitation during incubation.
(3) 피부 친화적 친유성 물질을 포함 배지에서 레티노이드의 생산(3) production of retinoids in media containing skin-friendly lipophilic substances
피부 친화적 친유성 물질을 포함하는 배지에서 레티노이드를 생산하였다. 피부 친화적 친유성 물질은 이소프로필 미리스테이트 (IPM), 디옥타노일-데카노일 글리세롤(ODO), 세틸 에틸헥사노에이트 (CEH), 및 피토스쿠알란을 사용하였다. Retinoids were produced in media containing skin friendly lipophilic substances. Skin-friendly lipophilic materials used isopropyl myristate (IPM), dioctanoyl-decanoyl glycerol (ODO), cetyl ethylhexanoate (CEH), and phytosqualane.
DH5α에 pT-DHBSR/pSNA가 형질전환된 균주 DH5α(pT-DHBSR/pSNA)를 사용하고, 5ml 배지에 2ml의 중량 미네랄 오일을 각각 첨가하고 "박테리아 균주 및 배양 조건"에 기재된 조건에 따라 배양하였다. 배지는 0.2%(w/v) 아라비노스와 2.0%(w/v) 글리세롤이 첨가된 2YT 배지를 사용하였다. 대조군은 도데칸 5ml을 첨가하였다. Using strain DH5α (pT-DHBSR / pSNA) transformed with pT-DHBSR / pSNA to DH5α, 2 ml of heavy mineral oil was added to 5 ml medium, respectively, and cultured according to the conditions described in "bacterial strains and culture conditions". . As a medium, 2YT medium containing 0.2% (w / v) arabinose and 2.0% (w / v) glycerol was used. The control group was added 5 ml of dodecane.
도 26은 피부 친화적 친유성 물질 존재하에서 세포 성장 및 pH를 나타낸 도면이다. 도 27 및 도 28은 피부 친화적 친유성 물질의 양에 따른 레티노이드 생산결과를 나타낸 도면이다. 도 27 및 도 28에 나타낸 바와 같이, 도데칸을 제외한 친유성 물질에서 5mL에 비하여 2mL에서 레티노이드 생산량이 많았다. 즉, 경량 미네랄 오일, IPM, ODO, CEH, 및 피토스쿠알란의 배지 5mL에 대하여 약 2mL을 사용한 경우, 레티노이드 생산량이 많았다. IPM, ODO, CEH 및 피토스쿠알란 중 IPM에서 가장 많은 레티노이드가 생산되었다. 특히, IPM 2mL를 첨가한 경우, 180mg/L의 레티노이드가 생산되었다. IPM의 경우, 균체 성장이 비슷한 것을 고려하면, 균체당 비생산성이 높은 것으로 예측된다.FIG. 26 shows cell growth and pH in the presence of skin friendly lipophilic material. FIG. 27 and 28 are diagrams showing the results of retinoid production according to the amount of skin-friendly lipophilic material. As shown in FIG. 27 and FIG. 28, the amount of retinoid production was higher at 2 mL compared to 5 mL in the lipophilic substance except dodecane. That is, when about 2 mL was used with respect to 5 mL of the medium of light mineral oil, IPM, ODO, CEH, and phytoscualan, the retinoid production amount was large. Among the IPM, ODO, CEH and phytosqualane, the most retinoids were produced in IPM. In particular, when 2 mL of IPM was added, 180 mg / L retinoids were produced. In the case of IPM, considering the similar cell growth, the specific productivity per cell is expected to be high.
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Figure PCTKR2012006071-appb-I000003
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Claims (19)

  1. 레티노이드 생산능을 가진 미생물을 친유성 물질을 포함하는 배지 중에서 배양하는 단계; 및Culturing the microorganism having the retinoid production capacity in a medium containing a lipophilic substance; And
    상기 친유성 물질 상으로부터 레티노이드를 분리하는 단계;Separating the retinoid from the lipophilic phase;
    를 포함하는, 미생물로부터 레티노이드를 생산하는 방법.Including, the method for producing a retinoid from a microorganism.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 미생물은 박테리아, 곰팡이, 분리된 동물세포, 또는 이들의 조합인, 방법.The method of claim 1, wherein the microorganism is a bacterium, fungus, isolated animal cell, or a combination thereof.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 미생물은 에세리키아 속, 바실러스 속, 코리네박테리움 속, 효모, 클루베로마이세스 또는 이들의 조합인, 방법.The method of claim 1, wherein the microorganism is genus Escherichia, Bacillus, Corynebacterium, Yeast, Cluberomyces or a combination thereof.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 친유성 물질은 탄소수 8 내지 50의 알칸 화합물; 하기 화학식 1의 화합물; 하기 화학식 2의 화합물; 또는 이들의 조합인, 방법:The method according to claim 1, wherein the lipophilic material is an alkanes compound having 8 to 50 carbon atoms; A compound of Formula 1; A compound of Formula 2; Or a combination thereof:
    [화학식 1][Formula 1]
    R1(CO)OR2 R 1 (CO) OR 2
    (식 중, R1 R2는 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 50의 알킬을 나타내고, CO는 카르보닐기를 나타냄),(WhereinOneAnd R2Each independently represent alkyl having 8 to 50 carbon atoms, and CO represents a carbonyl group),
    [화학식 2][Formula 2]
    Figure PCTKR2012006071-appb-I000004
    Figure PCTKR2012006071-appb-I000004
    (식 중, R3, R4 및 R5는 각각 독립적으로 탄소수 8 내지 50의 알킬을 나타내고, CO는 카르보닐기를 나타냄).(Wherein R 3 , R 4 and R 5 each independently represent alkyl having 8 to 50 carbon atoms, and CO represents a carbonyl group).
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 친유성 물질은 옥탄, 데칸, 도데칸, 테트라데칸, 파이토스쿠알란, 미네랄 오일, 이소프로필 미리스테이트, 세틸 에틸헥사노에이트, 디옥타노일 데카노일 글리세롤, 스쿠알란, 또는 이들의 조합인, 방법.The method of claim 1, wherein the lipophilic material is octane, decane, dodecane, tetradecane, phytoscualan, mineral oil, isopropyl myristate, cetyl ethylhexanoate, dioctanoyl decanoyl glycerol, squalane, or a combination thereof That's how.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 배지 대 친유성 물질의 부피비는 1:0.2-3.0인, 방법.The method of claim 1, wherein the volume ratio of the medium to lipophilic material is 1: 0.2-3.0.
  7. 청구항 1에 있어서, 배양은 교반하면서 이루어지는 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the culturing is with stirring.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 배지는 글리세롤을 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the medium comprises glycerol.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 배지는 글루코스를 포함하는 것인 방법.The method of claim 1, wherein the medium comprises glucose.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 분리하는 단계는 배양물로부터 세포를 제거한 후 도데칸으로부터 레티노이드를 분리하는 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the separating comprises separating the retinoid from dodecane after removing the cells from the culture.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 레티노이드는 레티날, 레티놀, 레티닐에스테르 및 레티노산으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 방법.The method of claim 1, wherein the retinoid is at least one selected from the group consisting of retinal, retinol, retinyl ester and retinoic acid.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 미생물은 대장균인, 방법.The method of claim 1, wherein the microorganism is Escherichia coli.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 대장균은 DH5α, MG1655, BL21(DE), S17-1, XL1-Blue, BW25113 또는 이들의 조합인, 방법.The method of claim 12, wherein the E. coli is DH5α, MG1655, BL21 (DE), S17-1, XL1-Blue, BW25113, or a combination thereof.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 미생물은 서열번호 1의 엔테로코커스 패칼리스 (Enterococcus faecalis) 유래의 아세틸-CoA 아세틸트란스퍼라제/하이드록시메틸글루타릴 (HMG)-CoA 리덕타제를 코딩하는 유전자; 서열번호 2의 엔테로코커스 패칼리스 유래의 HMG-CoA 신타제를 코딩하는 유전자; 서열번호 3의 스트렙토코커스 뉴모니애 (Streptococcus pneumoniae) 유래의 메발로네이트 키나제를 코딩하는 유전자; 서열번호 4의 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 포스포메발로네이트 키나제를 코딩하는 유전자; 서열번호 5의 스트렙토코커스 뉴모니애 유래의 메발로네이트 디포스페이트 데카르복실라제를 코딩하는 유전자; 서열번호 6의 대장균 유래의 이소펜테닐 디포스페이트 (IPP) 이소머라제를 코딩하는 유전자; 서열번호 7의 판토에아 아글루메란스 (Pantoea agglomerans) 유래의 제라닐제라닐 피로포스페이트 (GGPP) 신타제를 코딩하는 유전자; 서열번호 8의 판토에아 아글루메란스 유래의 피토엔 신타제를 코딩하는 유전자; 서열번호 9의 판토에아 아글루메란스 유래의 피토엔 데히드로게나제를 코딩하는 유전자; 및 서열번호 10의 판토에아 아나나티스 (Pantoea ananatis) 유래의 라이코펜-β-시클라제를 코딩하는 유전자로 형질전환된 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the microorganism comprises: a gene encoding acetyl-CoA acetyltransferase / hydroxymethylglutaryl (HMG) -CoA reductase from Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 1; A gene encoding HMG-CoA synthase from Enterococcus faecalis of SEQ ID NO: 2; A gene encoding a mevalonate kinase from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 3; A gene encoding a phosphomevalonate kinase from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 4; A gene encoding mevalonate diphosphate decarboxylase from Streptococcus pneumoniae of SEQ ID NO: 5; A gene encoding isopentenyl diphosphate (IPP) isomerase from E. coli of SEQ ID NO: 6; A gene encoding geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) synthase from Pantoea agglomerans of SEQ ID NO: 7; A gene encoding a phytoene synthase derived from Pantoea agglomerans of SEQ ID NO: 8; A gene encoding a phytoene dehydrogenase from Pantoea agglomerans of SEQ ID NO: 9; And transformed with a gene encoding lycopene-β-cyclase from Pantoea ananatis of SEQ ID NO: 10.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 미생물은 서열번호 13의 배양되지 않은 해양 박테리아 (uncultured marine bacterium) 66A03 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제를 코딩하는 유전자; 서열번호 14의 생쥐 (Mus musculus) 유래의 β-카로틴 15,15'-모노옥시게나제를 코딩하는 유전자; 서열번호 15의 나트로노모나스 파라오니스 (Natronomonas pharaonis) ATCC35678 유래의 brp 유사 단백질 2 (brp-like protein 2)를 코딩하는 유전자; 및 서열번호 16 또는 17의 할로박테리움 살리나룸 (Halobacterium salinarum) ATCC700922 유래의 β-카로틴 모노옥시게나제를 코딩하는 유전자로 이루어진 군으로 선택되는 하나 이상의 유전자로 더 형질전환된 것인, 방법.The method of claim 14, wherein the microorganism comprises: a gene encoding β-carotene monooxygenase from uncultured marine bacterium 66A03 of SEQ ID NO: 13; A gene encoding β-carotene 15,15'-monooxygenase from a mouse of SEQ ID NO: 14 (Mus musculus); A gene encoding brp-like protein 2 derived from Natronomonas pharaonis ATCC35678 of SEQ ID NO: 15; And genes encoding β-carotene monooxygenase from Halobacterium salinarum ATCC700922 of SEQ ID NO: 16 or 17.
  16. 청구항 14에 있어서, 상기 미생물은 대장균에서 코돈 사용 최적화된 서열번호 32의 염기서열을 갖는 유전자로 더 형질전환된 것인, 방법.The method of claim 14, wherein the microorganism is further transformed with a gene having a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 32 optimized for codon use in E. coli.
  17. 청구항 1에 있어서, 상기 미생물은 서열번호 11의 대장균 유래 1-데옥시자일룰로즈-5-포스페이트 (DXP) 신타제를 코딩하는 유전자로 형질전환된 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the microorganism is transformed with a gene encoding E. coli derived 1-deoxyxylulose-5-phosphate (DXP) synthase.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 미생물은 서열번호 12의 헤마토코커스 플루비알리스 (Haematococcus pluvialis) 유래의 IPP 이소머라제를 코딩하는 유전자로 형질전환된 것인, 방법.The method of claim 1, wherein the microorganism is transformed with a gene encoding IPP isomerase from Haematococcus pluvialis of SEQ ID NO. 12.
  19. 청구항 1에 있어서, 상기 에세리키아속 미생물은 기탁번호 KCTC 11254BP의 대장균 DH5α/pTDHB/pSNA 또는 기탁번호 KCTC 11255BP의 대장균 DH5α/pTDHBSR/pSNA인, 방법.The method according to claim 1, wherein the Escherichia microorganism is Escherichia coli DH5α / pTDHB / pSNA of Accession No. KCTC 11254BP or Escherichia coli DH5α / pTDHBSR / pSNA of Accession No. KCTC 11255BP.
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