KR102532079B1 - 전체 세포 생체변환을 통한 스테비올 글리코시드의 생산 - Google Patents
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Abstract
Description
도 2. 스테비올 및 스테비올 글리코시드 중간체에 대한 UGT 효소의 작용에 의해 생성된 글리코실화 생성물.
도 3. 람노스를 함유하는 스테비올 글리코시드 중간체에 대한 UGT 효소의 작용에 의해 생성된 글리코실화 생성물.
도 4. 스테비올비오시드의 RebM으로의 전환. RebM 경로의 5개의 주요 화합물에 대해, UGT 효소가 결여된 대조군 균주에서 이들 화합물의 총 농도에 비하여 화합물 농도를 나타낸다. 균주는 0.2 mM 스테비올비오시드를 공급하고 추출 전 48시간 동안 기질과 함께 배양하였다. 균주 3 및 4는 스테비올비오시드의 전환을 나타내지 않는 반면, 균주 5는 RebD 및 RebM로의 실질적인 전환을 나타낸다.
도 5. 스테비오시드 및 RebA의 RebM로의 전환. 잎 추출물에서 발견되는 2개의 시판 중간체, 스테비오시드 및 RebA의 RebM로의 생물전환을 균주 1 내지 5를 사용하여 나타내고 있다. 또한 스테비올 코어의 생물전환을 나타낸다. 값은 총 스테비올 글리코시드 조성물의 백분율로 보고된다. 모든 균주에 의한 스테비올의 RebM로의 전환은 모든 균주가 RebM을 형성함 수 있음을 나타낸다. 스테비올비오시드의 경우에서와 같이, 스테비오시드 및 RebA 모두 RebM으로 전환되지만, 오직 균주 5에서만이다. 스테비오시드 및 RebA로부터의 전환의 경우, RebD:RebM의 비율은 강하게 RebM을 선호한다 (1:20).
도 6. 96-웰 플레이트에서 스테비올 글리코시드의 생물전환. RebM 경로의 5개의 주요 화합물에 대해, UGT 효소가 발현되거나 발현되지 않은 화합물 농도를 나타낸다. 균주는 0.5 g/L의 스테비오시드/RebA 잎 추출물을 공급하고 샘플링 전에 48시간 동안 기질과 함께 배양하였다.
도 7. 생물반응기 규모에서 스테비오시드/RebA 잎 추출물의 생물전환. RebM 경로의 5개의 주요 화합물에 대해, 배지의 화합물 농도를 발효 전반에 걸쳐 다양한 시점에서 샘플링하였다. 균주는 2 g/L의 스테비오시드/RebA 잎 추출물을 공급하고 총 30시간 동안 기질과 함께 배양하였다.
도 8. UDP-글루코스로의 천연 대장균 유동을 증가시키기 위한 유전적 변형. 대사산물: G6P, 글루코스-6-인산염; G1P, 글루코스-1-인산염; 6PGL, 6-포스포글루코노-1,5-락톤; 6PG, 6-포스포글루코네이트; R5P, 리보스-5-인산염; PRPP, 5-포스포리보실-1-피로인산염; UMP, 우리딘 일인산염; UDP, 우리딘 이인산염; UTP, 우리딘 삼인산염; UDP-Glu, UDP-글루코스; UDP-Gal, UDP-갈락토스; UDP-GlcNAc, UDP-N-아세틸글루코사민; CTP, 시티딘 삼인산염; dUDP, 디옥시우리딘-이인산염; RebA, 레바우디오시드 A; RebM, 레바우디오시드 M. 효소: 1. glk, 글루코키나제; 2. pgi, 글루코스-6-인산염 이소메라제; 3. zwf, 글루코스-6-인산염-1-탈수소효소; 4. pgl, 6-포스포글루코노락토나아제; 5. edd, 포스포글루코네이트 탈수효소; 6. gnd, 6-포스포글루코네이트 탈수소효소; 7. rpiA, 리보스-5-인산염 이소메라제 또는 rpe, 리불로오스-인산염 3-에피머라제; 8. prs, 리보스-인산염 디포스포키나제; 9. pyrEF, 오로테이트 포스포리보실트랜스퍼라제 및 오로티딘-5'인산염-탈탄산효소; 10. pyrK, 우리딜레이트 키나제; 11. ndk, UDP 키나제; 12. murG, N-아세틸글루코사미닐 트랜스퍼라제; 13. nrdABEF, 리보뉴클레오시드-이인산염 환원효소; 14. pyrG, CTP 합성효소; 15. pgm, 포스포글루코무타제; 16. galU, UDP-글루코스 피로포스포릴라제; 17. galETKM, UDP-글루코스-4-에피머라제 / 갈락토스-1-인산염 우리딜릴트랜스퍼라제 / 갈락토키나제 / 갈락토스-1-에피머라제; 18. ushA, 5'-뉴클레오티드분해효소 / UDP- 당 가수분해효소; 19. UGT, UDP-글리코실트랜스퍼라제. 도식은 균주 1에서 균주 5로 이어지는 순차적 게놈 변형을 예시한다. 균주 1은 기본 대장균 균주이다. 균주 2는 17의 결실을 가지며, 균주 3은 18의 추가 결실을 갖는다. 균주 4는 균주 3으로부터 2를 결실시켜 만들었다. 균주 5는 15 및 16을 과발현하여 균주 4로부터 만들었다.
Claims (106)
- 스테비올 글리코시드 중간체로부터 스테비올 글리코시드 생성물을 생산하는 방법으로서, 하기 단계를 포함하는 방법:
세포 내에서 하나 이상의 UDP-의존성 글리코실 트랜스퍼라제 효소 (UGT 효소)를 발현하는 박테리아 세포를 제공하는 단계로서, 여기서 UGT 효소는 스테비올 및 스테비올 글리코시드 기질을 글리코실화하고, 박테리아 세포는 하기의 유전적 변형을 포함하는 단계:
UDP-당 가수 분해 효소 및 하나 이상의 UDP-갈락토스 생합성 효소의 결실, 불활성화, 또는 감소된 활성 또는 발현;
글루코스-6-인산염 이소메라제의 결실, 불활성화, 또는 감소된 활성 또는 발현; 및
포스포글루코무타제 및 UTP-글루코스-1-인산염 우리딜릴트랜스퍼라제의 과발현;
박테리아 세포를 스테비올 글리코시드 중간체를 포함하는 스테비아 잎 추출물 또는 이의 분획과 함께 배양하여 UDP-글루코스 보조인자로부터의 하나 이상의 글리코실 기의 효소 전달에 의해 스테비올 글리코시드 중간체를 스테비올 글리코시드 생성물로 글리코실화하는 단계; 및
스테비올 글리코시드 생성물을 회수하는 단계. - 제1항에 있어서, 상기 스테비올 글리코시드 중간체는 스테비오시드, 스테비올비오시드, 레바우디오시드 A, 둘코시드 A, 둘코시드 B, 레바우디오시드 C, 및 레바우디오시드 F 중 하나 이상을 포함하는 것인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 추출물은 주요 구성성분으로서 스테비오시드, 스테비올비오시드, 및 레바우디오시드 A를 포함하는 것인 방법.
- 제3항에 있어서, 상기 스테비올 글리코시드 생성물은 RebM을 포함하는 것인 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 스테비올 글리코시드 생성물은 RebK, RebC+1, 및/또는 RebC+2를 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 에스케리치아 속, 바실러스 속, 로도박터 속, 자이모모나스 속, 또는 슈도모나스 속인 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 대장균, 바실러스 서브틸리스, 로도박터 캡술라투스, 로도박터 스페로이드스, 자이모모나스 모빌리스, 또는 슈도모나스 푸티다인 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 대장균인 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 ushA 및 galETKM이 결실되고; pgi가 결실되고; 그리고 pgm 및 galU가 과발현되는 유전적 변형을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 1-3' 글리코실화 UGT 효소를 발현하는 것인 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 1-3' 글리코실화 UGT 효소는 서열 번호 15, 서열 번호 16, 또는 서열 번호 17의 아미노산 서열에 대해 적어도 90% 동일한 아미노산 서열을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 1-2' 글리코실화 UGT 효소를 발현하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 기질의 C13 히드록실을 글리코실화하는 UGT 효소를 발현하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 스테비올 또는 스테비올 글리코시드 기질의 C19 히드록실을 글리코실화하는 UGT 효소를 발현하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 1-3' 글리코실화 UGT 효소 및 1-2' 글리코실화 UGT 효소를 발현하는 것인 방법.
- 제15항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 1-3' 글리코실화 UGT 효소, 1-2' 글리코실화 UGT 효소, C19 O-글리코실화 UGT 효소 및 C13 O-글리코실화 UGT 효소를 발현하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 UGT 효소는 박테리아 세포의 염색체로 통합되거나 또는 염색체외에서 발현되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, galETKM 유전자는 발현이 불활성화, 결실, 또는 감소되는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 트레할로스-6-인산염 합성효소의 결실, 불활성화, 또는 감소된 활성 또는 발현을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 UDP-글루코스 6-탈수소효소의 결실, 불활성화, 또는 감소된 활성 또는 발현을 갖는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 ycjU (β-포스포글루코무타제) 및 비피도박테리움 비피덤 ugpA의 과발현 또는 증가된 활성 또는 발현을 갖는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 오탄당 인산염 경로 (PPP)로의 유동을 증가시키는 하나 이상의 유전적 변형을 갖고, 이는 대장균 zwf의 과발현인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 UTP 생산 및 재순환을 증가시키는 하나 이상의 유전적 변형을 갖고, 이는 대장균 pyrH (UMP 키나제), 대장균 cmk (시티딜레이트 키나제), 대장균 adk (아데닐레이트 키나제), 또는 대장균 ndk (뉴클레오시드 이인산염 키나제)의 증가된 발현 또는 활성으로부터 선택된 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 UDP 생산을 증가시키는 하나 이상의 유전적 변형을 갖고, 이는 upp (우라실 포스포리보실트랜스퍼라제), pyrH (UMP 키나제), cmk (시티딜레이트 키나제); dctA (C4 디카르복실레이트/오로테이트:H+ 동시수송체), pyrE (오로테이트 포스포리보실트랜스퍼라제), pyrH (UMP 키나제) 및 cmk (시티딜레이트 키나제)의 과발현 또는 증가된 활성으로부터 선택된 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 글루코스 흡수의 조절을 제거하거나 감소시키는 하나 이상의 유전적 변형을 갖고, 이는 sgrS 작은 조절 RNA의 결실, 불활성화, 또는 감소된 발현을 포함하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 글루코스-1-인산염의 TDP-글루코스로의 전환을 감소시키는 하나 이상의 유전적 변형을 갖고, 이는 dTDP-글루코스 피로포스포릴라제 유전자의 결실, 불활성화, 또는 감소된 발현 또는 활성을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 박테리아 세포는 글루코스-1-인산염의 ADP-글루코스로의 전환을 감소시키는 하나 이상의 유전적 변형을 갖고, 이는 글루코스-1-인산염 아데닐릴트랜스퍼라제의 결실, 불활성화, 또는 감소된 발현 또는 활성을 포함하는 것인 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방법은 중량 기준으로 스테비올 글리코시드 중간체의 스테비올 글리코시드 생성물로의 적어도 40% 전환을 초래하는 방법.
- 제28항에 있어서, 상기 방법은 중량 기준으로 스테비올 글리코시드 중간체의 스테비올 글리코시드 생성물로의 적어도 50% 전환을 초래하는 방법.
- 제29항에 있어서, 상기 방법은 중량 기준으로 스테비올 글리코시드 중간체의 스테비올 글리코시드 생성물로의 적어도 75% 전환을 초래하는 방법.
- 제1항에 있어서, 적어도 5:1의 RebM 대 RebD 비율이 스테비올 글리코시드 생성물로서 회수되는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 방법은 배치(batch) 발효, 연속 발효, 또는 반연속 발효에 의해 수행되는 방법.
- 제32항에 있어서, 상기 방법은 공급 배치 발효에 의해 수행되는 방법.
- 제33항에 있어서, 상기 스테비올 글리코시드 중간체는 박테리아 세포와 72시간 이하 동안 배양되는 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 스테비올 글리코시드 글리코실화 생성물은 RebD, RebE, RebI, 또는 RebB를 포함하는 것인 방법.
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