KR20110032376A - Mutant microorganisms and methods for producing the same, which can prevent the ability of the target substance to decrease due to the deletion of the giant plasmid - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 반복적인 계대 배양 및 연속 발효 과정에서 목적물질의 생성능이 저하되지 않는 변이 미생물 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a mutant microorganism capable of preventing degradation of the target substance by the deletion of the giant plasmid in the microorganism having a large plasmid and a method for producing the same, and more specifically, repeated passage culture and continuous fermentation process The present invention relates to a mutant microorganism and a method for producing the same, which do not decrease the ability to produce a target substance.
클로스트리듐(Clostridium) 속(genus, 屬) 미생물은 그람 양성 간균(Gram-positive rod bacteria)이고 완전 혐기성이며, 염색체 DNA의 GC 함량이 낮고, 내생포자(endospore)를 형성하는 특성을 가진다. 또한 이 미생물군은 스트렙토마이세스(Streptomyces) 속 미생물 다음으로 가장 큰 분류군을 형성하는 속중의 하나이다 (Durre, Handbook on Clostridia, Taylor & Francis, 2005). 클로스트리듐 속은 병 원균, 부티르산 발효균, 부탄올 발효균, 에탄올 발효균 등 다양한 특성을 가진 미생물을 포함하고 있어, 의학 및 생물공학 분야에서의 관심이 높다. Clostridium genus microorganisms are Gram-positive rod bacteria, fully anaerobic, have low GC content of chromosomal DNA, and have endogenous spores. This microorganism is also one of the largest taxa after Streptomyces genus (Durre, Handbook on Clostridia, Taylor & Francis, 2005). The genus Clostridium contains microorganisms having various characteristics such as pathogens, butyric acid fermentation bacteria, butanol fermentation bacteria, and ethanol fermentation bacteria, and thus are of high interest in medicine and biotechnology.
부탄올은 대표적인 옥소 알코올(oxo alcohol) 중 하나로, 플라스틱이나 페인트 도료 등의 용제로 주로 사용되어 왔다. 일반적으로 이들 옥소 알코올은 올레핀(olefin)에 수소와 일산화탄소를 첨가하여 알데하이드(aldehyde)를 얻는 과정과 이렇게 얻은 알데하이드에 수소를 첨가하는 과정을 통하여 얻게 된다. 이 두 과정을 통틀어 우리는 옥소 합성법(oxo syntheis)라고 부른다. 부탄올의 경우 프로필렌(propylene)을 원료로 하여 부티르알데히드(butyraldehyde)를 얻게 되고, 수소 첨가 반응을 거쳐 얻어진다.Butanol is one of typical oxo alcohols, and has been mainly used as a solvent for plastics and paints. Generally, these oxo alcohols are obtained by adding hydrogen and carbon monoxide to olefins to obtain aldehydes and adding hydrogen to aldehydes. Throughout these two processes, we call it oxo syntheis. In the case of butanol, butyraldehyde is obtained using propylene as a raw material, and is obtained through a hydrogenation reaction.
최근 고유가와 관련하여 부탄올을 생산하는 미생물에 대한 관심이 늘어나고 있다. 부탄올은 연료로서 가솔린과 비슷한 물성 및 에탄올이 가지고 있는 흡습성(hygroscopy)을 나타내지 않는 장점을 가지고 있다 (Durre, Biotechnol. J., 2:1525-1534, 2007). 또한 부탄올의 합성경로에서는 비 재생적인 석유화학적 산물을 원료 물질로서 필요로 하며, 상대적으로 다중 단계(multi step), 다중 반응기 설계(muti-reactor design) 뿐만 아니라, 값비싼 촉매시스템과 관련한 높은 온도와 압력이 필요하다. 게다가 매우 강한 독성과 가연성이 있는 반응물이기 때문에 기존의 화학합성 경로는 환경적인 측면에서 좋지 않다. 이에, 상기 화학생산공정의 대안으로 재생가능한 바이오매스 유래 탄소원으로부터 부탄올의 생산이 필요한 실정이다.Recently, interest in microorganisms producing butanol has been increasing in relation to high oil prices. Butanol has the advantages of being similar to gasoline as a fuel and not exhibiting the hygroscopy of ethanol (Durre, Biotechnol. J., 2: 1525-1534, 2007). In addition, butanol synthesis requires non-renewable petrochemical products as raw materials and relatively high temperatures associated with expensive catalyst systems as well as multi-step and muti-reactor designs. Pressure is required. In addition, existing chemical synthesis pathways are not good for the environment because they are very toxic and flammable. Thus, as an alternative to the chemical production process, the production of butanol from renewable biomass-derived carbon source is required.
부탄올을 생산하는 미생물로 널리 알려진 것들은 클로스트리듐 속에 속해 있 다 (Jones and Woods, Microbiol. Rev., 50:484-524, 1986). 이들 미생물의 부탄올 발효는 크게 2가지 기(phase)로 나뉘어진다. 생장 초반에는 아세트산, 부티르산 등의 유기산을 생산하면서 자라게 되고, 생장 후반기 들어 이들 산의 농도가 어느 정도 이상이 되는 경우, 부탄올과 에탄올이 생산되기 시작한다. 이 때, 아세트산과 부티르산은 세포 내로 흡수되어 에탄올 부탄올을 만드는 데 사용되고, 유기산이 재사용되는 과정에서 아세톤이 생성된다.The most widely known butanol-producing microorganisms belong to the genus Clostridium (Jones and Woods, Microbiol. Rev., 50: 484-524, 1986). Butanol fermentation of these microorganisms is largely divided into two phases (phase). In the early stage of growth, it grows while producing organic acids such as acetic acid and butyric acid, and when the concentration of these acids becomes more than a certain level in the latter stage of growth, butanol and ethanol begin to be produced. At this time, acetic acid and butyric acid are absorbed into the cell and used to make ethanol butanol, and acetone is produced in the process of reusing the organic acid.
전통적으로 클로스트리듐 속 미생물을 이용한 부탄올 발효는 반복적인 계대 배양 또는 연속 발효 등의 장기간 배양시 부탄올을 포함한 용매의 생성능이 저하되어 나중에는 유기산만을 생성한다는 것이 단점으로 지적되어 왔다 (McCoy and Fred., J. Bacteriol., 41:90-91, 1941). 이렇게 장기간 배양으로 인하여 용매 생성능이 감소한 균주를 퇴화(degeneration)되었다고 한다.Traditionally, butanol fermentation using Clostridium spp. Microorganisms has been pointed out as a disadvantage in that solvents, including butanol, are degraded during long-term culturing such as repeated passages or continuous fermentations, and only later, produce organic acids (McCoy and Fred. , J. Bacteriol., 41: 90-91, 1941). Strains with reduced solvent generation ability due to long-term culture are said to be degeneration.
클로스트리듐 속 미생물의 퇴화를 방지하기 위해서는 미생물을 내생포자화(sporulation)한 뒤 이를 가열하여 생장형 세포를 사멸시킨 후 접종하여야 함이 알려져 있다 (Cornillot et al., J. Bacteriol., 179:5442-5447, 1997). 상업적인 목적의 발효에서는 부탄올 생성능의 감소는 치명적이므로 퇴화된 세포를 찾아내기 위한 연구가 이루어져 왔다. 이 중에는 고체 배지에서 군체의(colony) 외양으로 판단하는 방법(Adler and Crow, Appl. Environ. Microbiol., 53:2496-2499, 1987), 특정 유전자의 유무를 확인하여 판단하는 방법(Sabathㅹ et al., FEMS Microbiol. Lett., 210:93-98, 2002) 등이 있다. It is known that in order to prevent the degeneration of Clostridium spp., Microorganisms must be inoculated with spores and then heated to kill growth-type cells (Cornillot et al., J. Bacteriol., 179: 5442-5447, 1997). In commercial fermentation, butanol production is fatal, so studies have been made to identify degenerated cells. Among them, a method of judging colony appearance in a solid medium (Adler and Crow, Appl. Environ. Microbiol., 53: 2496-2499, 1987), and a method of determining the presence or absence of a specific gene (Sabath ㅹ et. al., FEMS Microbiol. Lett., 210: 93-98, 2002).
최근 들어 부탄올에 대한 관심이 높아지면서 이러한 부탄올 생성능 저하의 원인을 생화학적, 분자생물학적으로 밝혀내기 위한 연구가 지속되어 왔다. 부탄올을 생산하는 미생물 중 가장 널리 알려진 클로스트리듐 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum)의 경우 염색체 DNA 외에도 거대 플라스미드인 pSOL1을 가지고 있으며, 장기간 배양시 pSOL1을 가지고 있는 세포의 비율이 줄어들어 용매 생성능이 감소한다고 알려져 있다(Cornillot et al., J. Bacteriol., 179:5442-5447, 1997). 추후 게놈 서열 분석 결과에 따르면 pSOL1에는 아세톤과 부탄올의 생성에 관여하는 유전자들이 포함되어 있음이 밝혀진 바 있다(Nolling et al., J. Bacteriol., 183:4823-4838, 2001).Recently, with increasing interest in butanol, studies have been continued to discover the causes of such deterioration in butanol production biochemically and molecularly. Clostridium acetobutylicum , the most widely known butanol-producing microorganism, has a large plasmid pSOL1 in addition to chromosomal DNA, and the percentage of cells with pSOL1 decreases over a long period of time, resulting in reduced solvent production. Known (Cornillot et al., J. Bacteriol., 179: 5442-5447, 1997). Subsequent genome sequencing has revealed that pSOL1 contains genes involved in the production of acetone and butanol (Nolling et al., J. Bacteriol., 183: 4823-4838, 2001).
또 다른 부탄올 생성 미생물인 클로스트리듐 바이예링키아이(Clostridium beijerinckii)의 경우에는 배지 내의 아세트산이 첨가되지 않으면 계대 배양 시 매우 빠르게 퇴화되는 것이 알려져 있다 (Chen and Blaschek, Appl. Environ. Microbiol. 65:499-505, 1999). 클로스트리듐 사카로퍼부틸아세토니쿰(Clostridium saccobroperbutylacetonicum)의 경우에는 퇴화된 균주에 퇴화되지 않은 균주 배양액의 상등액을 취하여 넣어주우에는 퇴화에서 회복되는 것으로 알려져 있다(Kosaka et al., Biosci. Bioteconol. Biochem., 71:58-68., 2007). 이 두 균주의 경우 클로스트리듐 아세토부틸리쿰과는 달리 용매 생성에 관련된 유전자가 퇴화된 균주에도 정상적으로 존재하며, 퇴화된 균주에서는 이 유전자들이 용매 생성기에서 제대로 발현되지 않기 때문인 것으로 보이며, 정확한 기작은 알려지지 않은 상태이다.Another butanol producing microorganism, Clostridium beijerinckii , is known to degrade very rapidly during subculture without the addition of acetic acid in the medium (Chen and Blaschek, Appl. Environ. Microbiol. 65: 499-505, 1999). In the case of Clostridium saccobroperbutylacetonicum , it is known that the supernatant of a non-degenerated strain culture solution is taken into a degenerated strain and recovered from degeneration (Kosaka et al., Biosci. Bioteconol. , 71: 58-68., 2007). Unlike the Clostridium acetobutylicum in these two strains, genes related to solvent generation are normally present in the degenerate strains, and in the degenerate strains, these genes may not be properly expressed in the solvent generator. It is unknown.
이러한 오랜 연구 결과에도 불구하고 퇴화가 일어나지 않는 균주를 제조한 사례는 많지 않다. 미국특허 5210032에서는 클로스트리듐 바이예링키아이 NCIMB 8052를 트랜스포존(transposon)을 이용한 돌연변이 방법으로 퇴화가 일어나지 않는 균주를 제조하였다. 그러나 이러한 경우 어느 부위에 정확히 변이가 일어났는지 확인하기 어려운 단점이 있다. Despite these long studies, few strains have been produced that do not cause degeneration. In US Patent 5210032, Clostridium biyeringkiai NCIMB 8052 was prepared by a mutation method using a transposon did not degenerate. However, in this case, there is a disadvantage that it is difficult to determine exactly where the mutation occurred.
이에, 본 발명자들은 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물을 제조하기 위하여 예의 노력한 결과, (1) 거대 플라스미드에 미생물 생장에 필수적인 염색체 DNA의 일부와 상동적인 부위를 삽입한 후, 염색체 DNA의 일부를 결실시키는 과정; (2) 거대 플라스미드에 선택적 마커를 삽입하는 과정; 또는 (3) 상기 거대 플라스미드 전체를 상기 미생물의 염색체에 삽입하거나, 상기 거대 플라스미드에서 목적물질의 생성에 필수적인 DNA와 동일하거나 유사한 기능을 가지는 DNA를 상기 미생물에 도입하는 과정에 의해, 거대 플라스미드가 미생물에서 유실되지 않고, 이에 따라 장기 배양에서도 목적물질 생성능이 저하되지 않는 변이 미생물을 제조하고, 본 발명을 완성하였다.Accordingly, the present inventors have made diligent efforts to produce mutant microorganisms capable of preventing the ability of the target substance to decrease due to the deletion of the giant plasmid. As a result, (1) the homologous to a part of the chromosomal DNA essential for microbial growth in the giant plasmid Inserting the site and then deleting a portion of the chromosomal DNA; (2) inserting a selective marker into the macroplasmid; Or (3) inserting the entire macroplasmid into the chromosome of the microorganism or introducing a DNA having the same or similar function as the DNA essential for the production of the target substance in the macroplasmid to the microorganism. The present invention provides a mutant microorganism that is not lost, and thus does not degrade the ability to produce a target substance even in long-term culture, thereby completing the present invention.
본 발명의 목적은 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.It is an object of the present invention to provide a mutant microorganism and a method for producing the same, which can prevent the ability of producing a target substance to be lowered by the deletion of the giant plasmid in the microorganism having the macroplasmid.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 상기 거대 플라스미드에 상기 미생물의 생장에 필수적인 염색체 DNA의 일부와 상동적인 부위를 삽입한 다음, 염색체에서 상기 DNA의 일부를 결실시키는 것을 특징으로 하는 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물의 제조방법을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention is characterized by inserting a region homologous to a part of chromosomal DNA essential for the growth of the microorganism in the microplasma having a large plasmid, and then deleting a portion of the DNA from the chromosome. Provided is a method for producing a mutant microorganism, which can prevent the production ability of a target substance from being lowered due to deletion of a giant plasmid.
본 발명은 또한, 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 상기 거대 플라스미드에 상기 미생물의 생장에 필수적인 염색체 DNA의 일부와 상동적인 부위가 삽입되어 있고, 염색체에서 상기 DNA의 일부가 결실되어 있는 것을 특징으로 하는 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물을 제공한다.The present invention also relates to a macroplasmic plasmid characterized in that, in a microorganism having a large plasmid, a portion homologous to a portion of the chromosomal DNA essential for the growth of the microorganism is inserted in the large plasmid, and a portion of the DNA is deleted from the chromosome. It provides a mutant microorganism that can prevent the ability of the target material to decrease by the deletion of.
본 발명은 또한, 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 상기 거대 플라스미드에 선택적 마커를 삽입하는 것을 특징으로 하는 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a method for producing a mutant microorganism capable of preventing the production of a target substance from being lowered by deletion of a giant plasmid, wherein a selective marker is inserted into the giant plasmid in a microorganism having a giant plasmid. .
본 발명은 또한, 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 상기 거대 플라스미드에 선택적 마커가 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물을 제공한다.The present invention also provides a mutant microorganism capable of preventing degradation of the ability to produce a target substance by deletion of a giant plasmid, wherein a selective marker is inserted into the giant plasmid in a microorganism having a giant plasmid.
본 발명은 또한, 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 상기 거대 플라스미드 전체를 상기 미생물의 염색체에 삽입하거나, 상기 거대 플라스미드에서 목적물질의 생성에 필수적인 DNA와 동일하거나 유사한 기능을 가지는 DNA가 상기 미생물 에 도입하는 것을 특징으로 하는 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물의 제조방법을 제공한다. The present invention also provides a microorganism having a large plasmid inserting the entire large plasmid into the chromosome of the microorganism, or the DNA having the same or similar function as the DNA essential for the production of the target substance in the large plasmid is introduced into the microorganism. Provided is a method for producing a mutant microorganism, which can prevent the ability to produce a target substance from being lowered due to deletion of a giant plasmid.
본 발명은 또한, 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 상기 거대 플라스미드 전체가 상기 미생물의 염색체에 삽입되어 있거나, 상기 거대 플라스미드에서 목적물질의 생성에 필수적인 DNA와 동일하거나 유사한 기능을 가지는 DNA가 상기 미생물에 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물을 제공한다.The present invention also relates to a microorganism having a large plasmid, wherein the entire plasmid is inserted into the chromosome of the microorganism, or DNA having the same or similar function as the DNA essential for the production of a target substance in the large plasmid is introduced into the microorganism. The present invention provides a mutant microorganism capable of preventing the production of a target substance from being lowered due to the deletion of a giant plasmid.
본 발명에 따르면, 배지나 발효 조건에 관계없이 퇴화되지 않고, 반복적인 계대 배양 및 연속 발효 과정에서 목적물질의 생성능이 저하되지 않는 변이 미생물을 제조할 수 있다.According to the present invention, it is possible to produce a mutant microorganism that does not degrade, regardless of the medium or fermentation conditions, and does not decrease the ability to produce a target substance in repeated passage and continuous fermentation.
본 발명에서 '퇴화'란 부탄올을 생산하는 미생물이 장기간 배양될 때, 어떠한 요인으로 인하여 부탄올 생성능이 점차적으로 감소하는 현상을 일컫는다.In the present invention, 'degeneration' refers to a phenomenon in which butanol producing ability gradually decreases due to certain factors when the microorganism producing butanol is cultured for a long time.
본 발명에서 '결실'이란 해당 유전자의 일부 또는 전체 염기를 변이, 치환, 또는 삭제시키거나, 일부 염기를 도입시켜 해당 유전자가 발현되지 않도록 하거나 발현되더라도 효소활성을 나타내지 못하도록 하는 것을 포괄하는 개념으로, 해당 유전자의 효소가 관여하는 생합성 경로를 차단하는 모든 것을 포함한다. In the present invention, the term 'deletion' is a concept encompassing a mutation, substitution, or deletion of part or all of the bases of the gene, or introduction of some bases so that the gene is not expressed or does not exhibit enzymatic activity even when expressed. It includes everything that blocks the biosynthetic pathways involved in the enzymes of the gene.
본 발명에서 '상동적 부위'와 '재조합 부위'는 서로 같은 의미로 사용될 수 있으며, 같은 뉴클레오타이드 서열을 가지고 있는 다른 영역의 DNA와 상동적 재조합을 일으킬 수 있는 뉴클레오타이드 서열을 의미한다.In the present invention, 'homologous site' and 'recombination site' may be used in the same sense, and mean a nucleotide sequence capable of causing homologous recombination with DNA of another region having the same nucleotide sequence.
본 발명에서 '부위 특이적 재조합 효소 체계'는 특정 DNA 서열을 인식하여 재조합을 일으키는 단일 효소 또는 효소군으로 구성된 체계를 의미하며, DNA의 재배치나 결실 등을 유발할 수 있다. 대표적인 예로는 플리페이즈(flippase, FLP), Cre 재조합 효소 등이 있다.In the present invention, 'site specific recombinase system' refers to a system consisting of a single enzyme or a group of enzymes that recognizes a specific DNA sequence and causes recombination, and may cause rearrangement or deletion of DNA. Representative examples include flipppase (FLP), Cre recombinase and the like.
본 발명에서 '선택적 마커'란 특정 유전자의 산물을 말하는 것으로, 이 산물을 포함하는 미생물은 포함되지 않은 미생물에는 나타나지 않는 특별한 형질을 나타내어 쉽게 구별할 수 있게 된다.In the present invention, the "selective marker" refers to a product of a specific gene, and the microorganism including the product exhibits a special trait not appearing in a microorganism not included, and thus can be easily distinguished.
본 발명에서 '스크리닝'이란 특정한 미생물을 구별하여 선택하는 작업을 의미하며, 여기에서 특정한 미생물이란 다른 미생물에는 없는 특정한 표현형 또는 특정 DNA 서열을 가지는 것을 포함하는 개념이다.In the present invention, the 'screening' refers to the operation of distinguishing and selecting a specific microorganism, wherein the specific microorganism is a concept including having a specific phenotype or a specific DNA sequence that does not exist in other microorganisms.
본 발명에서 '상동성' 또는 '상동적'이란 재조합이 일어나는 부위에 적용되며, 두 DNA가 서로 동일하거나 거의 동일한 뉴클레오타이드 서열을 공유하고 있음을 의미한다.In the present invention, 'homologous' or 'homologous' is applied to a site where recombination occurs, and means that two DNAs share the same or nearly identical nucleotide sequences with each other.
본 발명에서 '형질전환'이란 특정 외래의 DNA 가닥을 세포 밖에서 세포 내로 도입하는 것을 의미한다. 도입된 DNA 가닥을 포함한 숙주 미생물은 '형질 전환된 미생물'이라 한다.In the present invention, 'transformation' refers to introducing a specific foreign DNA strand into the cell from outside the cell. Host microbes, including the introduced DNA strands, are referred to as 'transformed microorganisms'.
본 발명에서 '제한효소'란 특정 DNA 뉴클레오타이드에 서열에 결합하여 DNA 내부를 절단하는 효소를 통칭한다. 본 발명에서 'DNA 절단효소'란 DNA 뉴클레오타이드에 서열에 관계없이 비특이적으로 결합하여 DNA 양 말단에서 DNA를 절단하거나, DNA 내부를 절단하는 효소를 통칭한다.In the present invention, 'restriction enzyme' refers to an enzyme that binds a sequence to a specific DNA nucleotide and cleaves the DNA. In the present invention, 'DNA cleavage enzyme' refers to an enzyme that non-specifically binds to DNA nucleotides to cleave DNA at both ends of the DNA or to cut DNA inside.
본 발명에서 '셔틀벡터'란 두 이종 미생물 양쪽에서 복제 가능한 원점을 최소한 하나 이상 가지고 있거나, 각 미생물에서만 복제 가능한 원점을 모두 가지고 있어서 두 이종 미생물에서 모두 안정적으로 복제 가능한 벡터를 의미한다.In the present invention, the "shuttle vector" means a vector capable of stably replicating in both heterologous microorganisms having at least one origin that can be replicated in both heterologous microorganisms, or having both origins capable of replicating only in each microorganism.
본 발명은 거대 플라스미드를 가지는 미생물에서 거대 플라스미드의 결실에 의해 목적물질의 생성능이 저하되는 것을 방지할 수 있는 변이 미생물 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a mutant microorganism and a method for producing the same, which can prevent the production of a target substance from being lowered by the deletion of the giant plasmid in a microorganism having a macroplasmid.
일 관점에서, 본 발명에 따른 변이 미생물은 상기 거대 플라스미드에 상기 미생물의 생장에 필수적인 염색체 DNA의 일부와 상동적인 부위를 삽입한 다음, 염색체에서 상기 DNA의 일부를 결실시킴으로써 제조할 수 있다.In one aspect, the mutant microorganism according to the present invention can be prepared by inserting a region homologous to a part of the chromosomal DNA essential for the growth of the microorganism in the large plasmid, and then deleting a part of the DNA from the chromosome.
본 발명에 있어서, 상기 미생물의 생장에 필수적인 염색체 DNA의 일부는 미생물 생장에 필수 불가결한 유전자인 것을 특징으로 할 수 있다. 이 경우, 거대 플라스미드가 결실될 경우, 그 미생물은 더 이상 생장이 불가능하므로 목적물질의 생성을 위한 발효공정 등에서 자연적으로 배제되어 실질적으로 목적물질의 생성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이는 항생제 내성 유전자가 아닌, 생장에 필수적인 유전자를 선택적 마커로 사용하는 것이라 할 수 있다. 도 1은 특정 유전자를 거대 플라스미드에 삽입하고 염색체 DNA 내 동일한 기능을 수행하는 유전자를 제거함으 로써 선택적 마커의 사용 없이 퇴화되지 않는 변이 미생물의 제작방법을 설명하는 모식도이다. In the present invention, a part of the chromosomal DNA essential for the growth of the microorganism may be characterized in that the gene is indispensable for the growth of the microorganism. In this case, when the macroplasmic plasmid is deleted, the microorganisms are no longer able to grow, so that the microorganisms are naturally excluded from the fermentation process for the production of the target substance, thereby substantially preventing the production of the target substance. This is not an antibiotic resistance gene, but a gene used for growth as a selective marker. 1 is a schematic diagram illustrating a method for producing a mutant microorganism that does not degenerate without using a selective marker by inserting a specific gene into a large plasmid and removing a gene that performs the same function in chromosomal DNA.
본 발명에 있어서, 세포의 생장에 필수적인 특정유전자는 기능들에 관여하는 유전자일 수 있다:In the present invention, the specific gene essential for cell growth may be a gene involved in functions:
(1) 세포 내 DNA의 복제(1) intracellular DNA replication
(2) 세포 내 DNA로부터 RNA의 전사(transcription) (2) Transcription of RNA from Intracellular DNA
(3) 세포 내 RNA로부터 단백질의 번역(translation)(3) translation of proteins from intracellular RNA
(4) 단백질을 합성하기 위한 아미노산의 합성 경로 활성화(4) Activation of Synthetic Pathway of Amino Acids for Synthesizing Protein
(5) 세포막을 합성하기 위한 대사 경로의 활성화(5) activation of metabolic pathways for synthesizing cell membranes
(6) 세포벽을 합성하기 위한 대사 경로의 활성화(6) activation of metabolic pathways to synthesize cell walls
(7) 세포 내 기타 기능을 담당하는 조효소의 합성 경로 활성화(7) Activation of the synthetic pathway of coenzymes responsible for other functions in the cell
아울러, 특정유전자는 추후 염색체에서 특정 유전자 결실시 다른 유전자의 발현에 영향을 미치지 않게 하기 위하여 하기 조건을 충족시키는 유전자인 것이 바람직하다.In addition, the specific gene is preferably a gene that satisfies the following conditions in order not to affect the expression of other genes specific gene deletion in the chromosome later.
(a) operon으로 존재하지 않고 단독으로 발현될 것(a) not expressed as an operon but expressed alone
(b) 미생물 내부에 아미노산 상동성을 가진 다른 유전자가 없을 것(b) no other genes with amino acid homology inside the microorganism
(c) 거대 플라스미드가 아닌 염색체 DNA 상에 존재할 것(c) present on chromosomal DNA and not on macroplasmids
본 발명에 있어서, 특정 유전자는 DNA 중합 효소(DNA polymerase), RNA 중합 효소(RNA polymerase) 또는 라이보솜(ribosome)의 구성 요소를 코딩하는 유전자 인지질(phospholipid) 또는 펩티도글라이칸(peptidoglycan) 생성에 관여하는 유전자 또는 NAD, NADP, FAD, 또는 Coenzyme A 생합성에 관여하는 유전자인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.In the present invention, certain genes are used to generate gene phospholipids or peptidoglycans that encode components of DNA polymerase, RNA polymerase or ribosome. It may be characterized in that the gene involved or NAD, NADP, FAD, or gene involved in Coenzyme A biosynthesis, but is not limited thereto.
다른 관점에서, 본 발명에 따른 변이 미생물은 상기 거대 플라스미드에 선택적 마커를 삽입시킴으로써 제조할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 선택적 마커는 항생제 내성 유전자인 것을 특징으로 할 수 있고, 항생제 내성 유전자는 클로람페니콜 내성 유전자, 에리트로마이신 내성 유전자, 또는 테트라사이클린(tetracycline) 내성 유전자인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이게 국한되는 것은 아니다.In another aspect, the mutant microorganism according to the present invention can be prepared by inserting a selective marker into the large plasmid. In the present invention, the selective marker may be characterized in that the antibiotic resistance gene, the antibiotic resistance gene may be characterized in that the chloramphenicol resistance gene, erythromycin resistance gene, or tetracycline (tetracycline) resistance gene, but this It is not limited.
또 다른 관점에서, 본 발명에 따른 변이 미생물은 상기 거대 플라스미드 전체를 상기 미생물의 염색체에 삽입하거나, 상기 거대 플라스미드에서 목적물질의 생성에 필수적인 DNA와 동일하거나 유사한 기능을 가지는 DNA를 상기 미생물에 도입함으로써 제조할 수 있다.In another aspect, the mutant microorganism according to the present invention may be inserted into the microorganism by inserting the entire macroplasmid into the chromosome of the microorganism or by introducing a DNA having the same or similar function as the DNA essential for the production of a target substance in the macroplasmid. It can manufacture.
본 발명에 있어서, 상기 DNA를 미생물에 도입하는 것은, 상기 DNA를 상기 미생물의 염색체에 삽입하거나, 재조합벡터 형태로 상기 미생물을 형질전환시켜 수행할 수 있다. 본 발명에 있어서, 상기 목적물질의 생성에 필수적인 DNA는 유전자인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 유전자는 거대 플라스미드 유래 또는 다른 미생물 유래인 것을 포두 포괄한다.In the present invention, introducing the DNA into the microorganism may be performed by inserting the DNA into the chromosome of the microorganism or transforming the microorganism in the form of a recombinant vector. In the present invention, the DNA essential for the production of the target substance may be characterized by a gene, and the gene encompasses a gene derived from a large plasmid or from another microorganism.
본 발명에 있어서, 상기 목적물질은 부탄올이고, 상기 미생물은 클로스트리듐 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum), 클로스트리듐 바이예링키아이(Clostridium beijerinckii), 클로스트리듐 사카로부틸리쿰(Clostridium saccharobutylicum), 클로스트리듐 사카로퍼부틸아세토니쿰(Clostridium saccharoperbutylacetonicum), 클로스트리듐 퍼프린겐스(Clostridium perfringens), 클로스트리듐 테타니(Clostridium tetani), 클로스트리듐 디피실리(Clostridium difficile), 클로스트리듐 부티리쿰(Clostridium butyricum), 클로스트리듐 부틸리쿰(Clostridium butylicum), 클로스트리듐 클루이베리(Clostridium kluyveri), 클로스트리듐 타이로부틸리쿰(Clostridium tyrobutylicum), 및 클로스트리듐 타이로부티리쿰(Clostridium tyrobutyricum)로 구성된 군에서 선택되는 부탄올 생성 미생물인 것을 특징으로 할 수 있으나, 이에 국한되는 것은 아니다.In the present invention, the target material is butanol, the microorganism is Clostridium acetobutylicum (Clostridium acetobutylicum), Clostridium beijerinckii, Clostridium saccharobutylicum (Clostridium saccharobutylicum ), Clostridium saccharoperbutylacetonicum, Clostridium perfringens, Clostridium tetani, Clostridium difficile, Clostridium buty Clostridium butyricum, Clostridium butylicum, Clostridium kluyveri, Clostridium tyrobutylicum, and Clostridium tyrobutyricum tyrobutyricum) but may be characterized in that the butanol-producing microorganism selected from the group consisting of, but is not limited to no.
본 발명의 일 실시예에서는 거대 플라스미드인 pSOL1을 가지고 있고, 장기간 배양시 pSOL1 함유 세포의 비율이 감소하여 용매 생성능이 감소한다고 알려져 있는 클로스트리듐 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum)을 이용하여, 장기간 배양시 pSOL1 함유 세포의 비율이 감소하지 않아 부탄올 생성능이 저하되지 않는 변이 미생물을 제조하였다. In one embodiment of the present invention, long-term cultivation using Clostridium acetobutylicum , which has a large plasmid pSOL1 and is known to reduce the rate of solvent production by decreasing the proportion of pSOL1-containing cells during long-term culture, Mutant microorganisms were produced in which the proportion of pSOL1-containing cells did not decrease, so that butanol production was not reduced.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실 시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are intended to illustrate the present invention more specifically, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments.
특히, 하기 실시예에서는 클로스트리듐 아세토부틸리쿰(Clostridium acetobutylicum)의 거대 플라스미드를 이용하여 부탄올 생성 변이 미생물을 제조하는 방법만 예시하였으나, 거대 플라스미드를 가지는 다른 미생물을 사용하는 것과, 목적물질로 부탄올 이외의 다른 물질의 생성능을 가지는 미생물에 적용하는 것 역시 당업자에게 자명한 사항이라 할 것이다.Particularly, in the following examples, only a method for preparing butanol-producing mutant microorganisms using a macroplasmid of Clostridium acetobutylicum was used, but using other microorganisms having a macroplasmid plasmid, butanol as a target substance It will also be apparent to those skilled in the art to apply to microorganisms having the ability to produce other substances.
실시예 1: 클로스트리듐 아세토부틸리쿰의 유전자 중 생장에 필수적인 유전자 탐색Example 1 Search for Genes Essential for Growth in the Genes of Clostridium Acetobutylicum
항생제 내성 유전자 외의 유전자를 선택적 마커로 사용하기 위해 생장에 필수적인 유전자를 탐색하였다. 세포의 생장을 위해서는 다음과 같은 기능들이 모두 정상적으로 이루어져야 한다.In order to use genes other than antibiotic resistance genes as selective markers, genes essential for growth were searched. In order to grow cells, all of the following functions should be performed normally.
(1) 세포 내 DNA의 복제(1) intracellular DNA replication
(2) 세포 내 DNA로부터 RNA의 전사(transcription)(2) Transcription of RNA from Intracellular DNA
(3) 세포 내 RNA로부터 단백질의 번역(translation)(3) translation of proteins from intracellular RNA
(4) 단백질을 합성하기 위한 아미노산의 합성 경로 활성화(4) Activation of Synthetic Pathway of Amino Acids for Synthesizing Protein
(5) 세포막을 합성하기 위한 대사 경로의 활성화(5) activation of metabolic pathways for synthesizing cell membranes
(6) 세포벽을 합성하기 위한 대사 경로의 활성화(6) activation of metabolic pathways to synthesize cell walls
(7) 세포 내 기타 기능을 담당하는 조효소의 합성 경로 활성화(7) Activation of the synthetic pathway of coenzymes responsible for other functions in the cell
본 발명에서는 세포의 형질을 광범위하게 변화시키지 않으면서 배지의 조성에 크게 영향을 받지 않는 항목인 (5), (6) 및 (7)에 초점을 맞추어 유전자를 탐색 하였다. 그러나 (1), (2), (3), 및 (4)에 해당하는 항목으로도 퇴화되지 않는 균주를 제작할 수 있음은 당업자에게 있어서 자명하다 할 것이다.In the present invention, the genes were searched by focusing on the items (5), (6) and (7) which are not significantly influenced by the composition of the medium without changing the cell traits extensively. However, it will be apparent to those skilled in the art that a strain which is not degraded even by the items corresponding to (1), (2), (3), and (4) can be produced.
아울러, 추후 특정유전자 결실시 다른 유전자의 발현에 영향을 미치지 않게 하기 위하여 하기 조건을 충족시키는지 확인하였다.In addition, it was confirmed that the following conditions were met in order not to affect the expression of other genes in the specific gene deletion in the future.
(a) operon으로 존재하지 않고 단독으로 발현될 것(a) not expressed as an operon but expressed alone
(b) Clostridium acetobutylicum 내부에 아미노산 상동성을 가진 다른 유전자가 없을 것(b) no other genes with amino acid homology within Clostridium acetobutylicum
(c) 거대 플라스미드가 아닌 염색체 DNA 상에 존재할 것(c) present on chromosomal DNA and not on macroplasmids
유전자 탐색은 KEGG(http://www.genome.jp)를 이용하였으며, 탐색된 유전자가 상기 조건을 만족시키는지를 확인하는 것도 KEGG 내에 있는 'Genome Map' 기능과 BLAST 기능을 이용하여 수행하였다. 유전자 탐색에 사용된 DNA 서열은 GenBank ID NC_003030 및 NC_001988이다.Gene search was performed using KEGG ( http://www.genome.jp ), and checking whether the searched gene satisfies the above conditions was also performed using the 'Genome Map' function and the BLAST function in KEGG. DNA sequences used for gene searching are GenBank ID NC_003030 and NC_001988.
이러한 방법으로 탐색된 유전자는 하기 목록과 같다. Genes searched in this way are listed below.
1. CAC2937 (ketopantoate reductase PanE/ApbA; NCBI GeneID: 1119120)CAC2937 (ketopantoate reductase PanE / ApbA; NCBI GeneID: 1119120)
2. CAC2895 (D-alanine-D-alanine ligase; NCBI GeneID: 1119078)CAC2895 (D-alanine-D-alanine ligase; NCBI GeneID: 1119078)
3. CAC3225 (UDP-N-acetylmuramate--L-alanine ligase; NCBI GeneID: 1119407)CAC3225 (UDP-N-acetylmuramate--L-alanine ligase; NCBI GeneID: 1119407)
실시예 2: pSOL1에 유전자를 삽입하기 위한 벡터 제작Example 2 Construction of a Vector for Inserting a Gene into pSOL1
본 실시예에서 사용된 pSOL1는 클로스트리듐 아세토부틸리쿰 ATCC 824 균주 에 존재하는 거대 플라스미드를 지칭한다(GenBank ID: NC_001988). 실시예 1에서 탐색된 유전자를 거대 플라스미드에 삽입하기 위하여, 상동 재조합(homologous recombination)을 이용하였다. 본 실시예에서는 부탄올 생성능은 유지하면서 아세톤 생성능만 감소시키기 위하여, 아세토아세트산 탈탄산 효소(acetoacetate decarboxylase)를 코딩하는 유전자인 adc(NCBI GeneID: 1116170)의 ORF 내부를 삽입 위치로 결정하였다. 그러나 거대 플라스미드의 다른 부위도 삽입 부위로 정할 수 있음은 당업자에게 있어서 자명하다 할 것이다.PSOL1 used in this example refers to a large plasmid present in Clostridium acetobutylicum ATCC 824 strain (GenBank ID: NC_001988). In order to insert the gene searched in Example 1 into the large plasmid, homologous recombination was used. In the present embodiment, in order to reduce acetone production while maintaining butanol production ability, an ORF inside of adc (NCBI GeneID: 1116170), which is a gene encoding acetoacetate decarboxylase, was determined as an insertion position. However, it will be apparent to those skilled in the art that other sites of the macroplasmid can also be designated as insertion sites.
먼저 첫 번째 상동적 서열을 증폭하기 위해 클로스트리듐 아세토부틸리쿰의 게놈 DNA(여기에는 염색체 DNA와 pSOL1도 포함한다)를 주형으로 하고 서열번호 1과 2의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였다.First, in order to amplify the first homologous sequence, genomic DNA of Clostridium acetobutylicum (including chromosomal DNA and pSOL1) was used as a template, and PCR was performed using primers of SEQ ID NOs: 1 and 2.
서열번호 1: 5'-ATATAAGCTTTATTTATGGAGCTTGTAAGGGC-3'SEQ ID NO: 5'-ATATAAGCTTTATTTATGGAGCTTGTAAGGGC-3 '
서열번호 2: 5'-ATATGCATGCCGTATCATGCATTGCCATAA-3'SEQ ID NO: 5'-ATATGCATGCCGTATCATGCATTGCCATAA-3 '
이렇게 증폭된 DNA 가닥(574bp)과 pUC18(대장균에서 복제 가능한 high-copy 플라스미드 GenBank ID: L08752)을 제한효소 HindIII/SphI로 절단한 후, T4 DNA ligase를 이용하여 접합하여 pUC18-adcRH1을 제작하였다.The amplified DNA strand (574bp) and pUC18 (high-copy plasmid GenBank ID: L08752 that can be replicated in Escherichia coli) were digested with restriction enzyme HindIII / SphI, and then conjugated using T4 DNA ligase to prepare pUC18-adcRH1.
그리고 실시예 1에서 탐색된 유전자를 삽입하기 위해, 클로스트리듐 바이예링키아이 NCIMB 8052에서 상기 유전자와 동일한 기능을 수행하는 유전자를 증폭하여 삽입하였다. 이때, 해당 유전자도 클로스트리듐 아세토부틸리쿰의 상동 유전자와 같이 오페론으로 구성되어 있지 않음을 확인한 후, 프로모터 부위까지 증폭하였 다. 즉, CAC2937과 동일한 기능을 하는 유전자는 Cbei_1960(NCBI GeneID: 5293174)이며, 이는 서열번호 3과 4의프라이머를 이용하여 증폭하였다. CAC2895와 동일한 기능을 하는 유전자는 Cbei_0581(NCBI GeneID: 5291812)이며, 이는 서열번호 5와 6의 프라이머를 이용하여 증폭하였다. 마지막으로 CAC3225와 동일한 기능을 하는 유전자는 Cbei_0078(NCBI GeneID: 5291312)이며, 이는 서열번호 7과 8의 프라이머를 이용하여 증폭하였다.In order to insert the gene searched for in Example 1, a gene that performs the same function as that of the gene was amplified and inserted in Clostridium bieringkiai NCIMB 8052. At this time, after confirming that the gene is not composed of the operon like the homologous gene of Clostridium acetobutylicum, it was amplified to the promoter region. That is, the gene having the same function as CAC2937 is Cbei_1960 (NCBI GeneID: 5293174), which was amplified using the primers of SEQ ID NOs: 3 and 4. The gene having the same function as CAC2895 is Cbei_0581 (NCBI GeneID: 5291812), which was amplified using primers SEQ ID NOs: 5 and 6. Finally, the gene having the same function as CAC3225 is Cbei_0078 (NCBI GeneID: 5291312), which was amplified using primers SEQ ID NOs: 7 and 8.
서열번호 3: 5'-ATATCTGCAGTGGACACTGTGAGAAAGACTTT-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCTGCAGTGGACACTGTGAGAAAGACTTT-3 '
서열번호 4: 5'-ATATCTGCAGTGTGTTTCAGAATATCTTACACAGG-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCTGCAGTGTGTTTCAGAATATCTTACACAGG-3 '
서열번호 5: 5'-ATATCTGCAGTGTGGGGAATGTCCAATAAA-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCTGCAGTGTGGGGAATGTCCAATAAA-3 '
서열번호 6: 5'-ATATCTGCAGCTATCTGCTTATTTTCAATGAATCC-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCTGCAGCTATCTGCTTATTTTCAATGAATCC-3 '
서열번호 7: 5'-ATATCTGCAGCACACGAATTTTTTTTATATTAAATC-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCTGCAGCACACGAATTTTTTTTATATTAAATC-3 '
서열번호 8: 5'-ATATCTGCAGAATTAAGTATTTAGGCTTTTAGGTATTT-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCTGCAGAATTAAGTATTTAGGCTTTTAGGTATTT-3 '
상기 증폭된 DNA 가닥과 pUC18-adcRH1을 PstI으로 절단하였다. 그 후 pUC18-adcRH1는 Calf intestine alkaline phosphatase를 사용하여 벡터가 자가 접합되는 것을 방지하고, T4 DNA ligase를 이용함으로써 각각 pJLa1-1960, pJLa1-0581 및 cpJLa1-0078을 제작하였다.The amplified DNA strand and pUC18-adcRH1 were digested with Pst I. Then, pUC18-adcRH1 prevented the self-conjugation of the vector using Calf intestine alkaline phosphatase, and prepared pJLa1-1960, pJLa1-0581 and cpJLa1-0078, respectively, by using T4 DNA ligase.
여기에 두 번째 상동적 서열을 삽입하기 위해 C. acetobutylicum ATCC 824의 게놈 DNA를 주형으로 하고 서열번호 9와 10의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였다.To insert a second homologous sequence, genomic DNA of C. acetobutylicum ATCC 824 was used as a template, and PCR was performed using primers of SEQ ID NOs: 9 and 10.
서열번호 9: 5'-ATATCCCGGGCTATGGAAAACTTAGAGTTGCG-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCCCGGGCTATGGAAAACTTAGAGTTGCG-3 '
서열번호 10: 5'-ATATGAGCTCGGCAAAGTCTCAAGCAAATCTA-3'SEQ ID NO: 10'-ATATGAGCTCGGCAAAGTCTCAAGCAAATCTA-3 '
이렇게 증폭된 DNA 가닥(588bp)과pJLa1-1960, pJLa1-0581 및 pJLa1-0078을 제한효소 XmaI/SacI으로 절단한 후, T4 DNA ligase를 이용하여 접합하여pJLa12-1960, pJLa12-0581 및 pJLa12-0078을 제작하였다.The amplified DNA strands (588 bp) and pJLa1-1960, pJLa1-0581 and pJLa1-0078 were digested with restriction enzymes Xma I / Sac I, and then conjugated using T4 DNA ligase to pJLa12-1960, pJLa12-0581 and pJLa12. -0078 was produced.
그 후 chloramphenicol 마커를 삽입하기 위하여, loxP site를 포함하고 C. acetobutylicum의 thiolase 프로모터로 클로람페니콜 내성 유전자인 cat gene을 발현하는 modified pECmulox (Kim et al., FEMS Microbiol. Lett., 278: 78-85, 2008)를 주형으로 하고 서열번호 11과 12의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였다.Then, to insert a chloramphenicol marker, modified pECmulox (Kim et al., FEMS Microbiol. Lett., 278: 78-85, containing a loxP site and expressing the cat gene, chloramphenicol resistance gene, with the thiolase promoter of C. acetobutylicum) 2008) as a template and PCR was performed using the primers of SEQ ID NOs: 11 and 12.
서열번호 11: 5'-ATATTCTAGACACGACGTTGTAAAACGACG-3'SEQ ID NO: 5'-ATATTCTAGACACGACGTTGTAAAACGACG-3 '
서열번호 12: 5'-ATATCCCGGGCACACAGGAAACAGCTATGACC-3'SEQ ID NO: 12'-ATATCCCGGGCACACAGGAAACAGCTATGACC-3 '
이렇게 증폭된 DNA 가닥(1298bp)과 pJLa12-1960 및 pJLa12-0078을 제한효소 XbaI/XmaI으로 절단한 후, T4 DNA ligase를 이용하여 접합하여 pJLadcI-1960 및 pJLadcI-0078을 제작하였다.The amplified DNA strands (1298bp), pJLa12-1960 and pJLa12-0078 were digested with restriction enzymes Xba I / Xma I, and then conjugated using T4 DNA ligase to prepare pJLadcI-1960 and pJLadcI-0078.
pJLa12-0581의 경우, Cbei_0581 유전자 내부에 XbaI site가 있어 XbaI의 이용이 어려우므로, 서열번호 13과 12의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였다.In the case of pJLa12-0581, since there is an Xba I site inside the Cbei_0581 gene, it is difficult to use Xba I, and PCR was performed using primers of SEQ ID NOs: 13 and 12.
서열번호 13: 5'-ATATCCCGGGCACGACGTTGTAAAACGACG-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCCCGGGCACGACGTTGTAAAACGACG-3 '
이렇게 증폭된 DNA 가닥(1298bp)과 pJLa12-0581을 제한효소 XmaI으로 절단하고 벡터는 자가 접합을 방지하기 위해 Calf Intestine Alkaline Phosphatase로 처리한 뒤 T4 DNA ligase를 이용하여 접합하여 pJLadcI-0581을 제작하였다.The amplified DNA strand (1298bp) and pJLa12-0581 were digested with restriction enzyme Xma I and the vector was treated with Calf Intestine Alkaline Phosphatase to prevent autoconjugation, and then conjugated with T4 DNA ligase to prepare pJLadcI-0581. .
실시예 3: 거대 플라스미드에 pJLadcI-1960을 도입하여 유전자 삽입 Example 3: Gene insertion by introducing pJLadcI-1960 into a large plasmid
본 실시예에서는 실시예 2에서 제작된 pJLadcI-1960을 클로스트리듐 아세토부틸리쿰에 형질전환하여 거대 플라스미드에 해당 유전자가 삽입된 균주를 제작하였다. 본 실시예에서는 pJLadcI-1960만 설명하고 있지만 나머지 벡터의 형질전환에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 당업자에게는 자명하다 할 것이다.In the present Example, pJLadcI-1960 prepared in Example 2 was transformed into Clostridium acetobutylicum to prepare a strain in which the gene was inserted into a large plasmid. Although only pJLadcI-1960 is described in this embodiment, it will be apparent to those skilled in the art that the same can be applied to transformation of the remaining vectors.
먼저, 클로스트리듐 아세토부틸리쿰에는 제한효소인 Cac824I이 포함되어 있다. Cac824I의 절단 부위(5'-GCNGC-3')가 메틸화되면 절단이 일어나지 않으므로, pJL-adcI-1을 5'-GCNGC-3' 부위를 메틸화하는 메틸기 전달 효소를 발현하는 pAN3 벡터가 들어있는 대장균 TOP10 균주에 형질전환하였다. 이 균주를 배양하여 대량으로 플라스미드 DNA를 정제하고 이를 클로스트리듐 아세토부틸리쿰의 형질전환에 사용하였다. 본 발명에서 사용된 pAN3는 대장균에서만 복제 가능한 플라스미드로 고초균(Bacillus subtilis) 파지(phage)의 f3TI 메틸 전달 효소를 발현하는 플라스미드 'pAN1'(Mermelstein and Papoutsakis, Appl. Environ. Microbiol. 59:1077-1081, 1993)에서 클로람페니콜(chloramphenicol) 내성 유전자를 카나마이신(kanamycin) 내성 유전자 교체한 벡터이다. pAN3는 대장균 내에서 수가 적게 유 지되는 low copy 플라스미드이고 클로스트리듐 아세토부틸리쿰에서 복제되지 않으므로 클로스트리듐 아세토부틸리쿰의 형질전환에 큰 영향을 미치지 않는다.First, Clostridium acetobutylicum contains the restriction enzyme Cac 824I. Since cleavage does not occur when the cleavage site (5'-GCNGC-3 ') of Cac 824I is methylated, it contains a pAN3 vector that expresses a methyl transfer enzyme that methylates pJL-adcI-1 to the 5'-GCNGC-3' site. E. coli TOP10 strain was transformed. The strain was cultured to purify plasmid DNA in large quantities and used for transformation of Clostridium acetobutylicum. PAN3 used in the present invention is a plasmid capable of replicating only in Escherichia coli, a plasmid 'pAN1' expressing the f3TI methyl transferase of Bacillus subtilis phage phage (Mermelstein and Papoutsakis, Appl. Environ.Microbiol. 59: 1077-1081. , 1993) is a vector of a kanamycin resistance gene replacement of the chloramphenicol resistance gene. pAN3 is a low copy plasmid that is small in Escherichia coli and does not replicate in Clostridium acetobutylicum and therefore does not significantly affect the transformation of Clostridium acetobutylicum.
클로스트리듐 아세토부틸리쿰을 형질전환하기 위해서 먼저 내생포자 현탁액을 10 mL CGM 배지(Sillers et al., Biotechnol. Bioeng., 102:38-49, 2009)가 든 tube에 접종하고 내생포자 외의 세포들을 제거하기 위해 80℃로 10분간 가열 후 식힌 뒤 37℃에서 혐기 배양하였다. 이 과정 이후 원심분리 외의 모든 과정은 혐기 챔버 안에서 수행되었다. 600 nm에서의 광학밀도가 0.6이 되었을 때, 혐기 챔버 안에서 하루 이상 보관한 200 mL 2x YTG(16 g/L Bacto Tryptone, 10 g/L Bacto Yeast Extract, 4 g/L NaCl, 5 g/L glucose, pH 5.2) 배지가 든 플라스크에 배양액 10 mL을 접종하였다. 이 때, 플라스크는 접종 전에 37℃가 되도록 미리 혐기 챔버 내 항온기에서 보관되었다. 이를 37℃에서 600 nm에서의 광학밀도가 1.1이 될 때까지 배양하였다. 그 뒤, 플라스크를 얼음에 넣고 30분간 냉각시킨 후, 3000g로 원심분리하였다. 원심분리 후 상등액은 버리고 미리 얼음에 보관한 electroporation buffer 50 mL (270mM sucrose, 5mM NaH2PO4, pH 7.4)에 남은 세포 덩어리를 현탁하였다. 이 현탁액을 다시 3000g로 원심분리한 뒤, 2.3mL의 electroporation buffer에 세포 덩어리를 현탁한다. 이를 0.4 mm gap electroporation cuvette에 0.5 mL씩 담고, 여기에 정제된 pTHL2-LR/pAN1 DNA를 20 ㎍ 정량하여 넣는다. 이를 2.5 kV, 25 λF, 8O의 조건으로 electroporation하였다. Electroporation 직후 0.75 mL의 2x YTG 배지를 cuvette에 넣어주고 잘 섞어준 뒤, 이를 2 mL Eppendorf tube에 옮겨 담고 이 를 37℃에서 배양하였다. 5시간 후 배양액 0.2 mL을 클로람페니콜이 30 ㎍/mL 함유된 2x YTG 고체 배지 (pH 5.8)에 도말하였다. pJL-adcI-1은 클로스트리듐아세토부틸리쿰에서 정상적으로 복제되지 않으므로 클로람페니콜 내성을 가진 군체(colony)는 거대 플라스미드에 해당 유전자가 상동 재조합을 통하여 삽입되었을 가능성이 매우 높다. 해당 군체는 colony PCR을 통하여 정상적으로 삽입되었는지 확인하였다. PCR에 사용된 프라이머는 서열번호 4와 14이다. 최종 확인된 균주는 C. acetobutylicum Δadc::Cbei_1960-Cm으로 명명하였다.To transform Clostridium acetobutylicum, first endocrine spore suspension was inoculated into a tube containing 10 mL CGM medium (Sillers et al., Biotechnol. Bioeng., 102: 38-49, 2009) To remove them, the mixture was heated to 80 ° C. for 10 minutes, cooled, and then anaerobicly cultured at 37 ° C. After this process, everything except centrifugation was performed in the anaerobic chamber. At an optical density of 0.6 at 600 nm, 200 mL 2x YTG (16 g / L Bacto Tryptone, 10 g / L Bacto Yeast Extract, 4 g / L NaCl, 5 g / L glucose) stored for one day in an anaerobic chamber , pH 5.2) 10 mL of the culture was inoculated into the flask containing the medium. At this time, the flask was stored in an incubator in an anaerobic chamber beforehand to 37 ° C. It was incubated at 37 ° C. until the optical density at 600 nm was 1.1. The flask was then placed on ice and cooled for 30 minutes, then centrifuged at 3000 g. After centrifugation, the supernatant was discarded and the remaining cell mass was suspended in 50 mL of electroporation buffer (270 mM sucrose, 5 mM NaH 2 PO 4 , pH 7.4) previously stored on ice. Centrifuge this suspension again at 3000 g and suspend the cell mass in 2.3 mL of electroporation buffer. 0.5 mL of each was added to a 0.4 mm gap electroporation cuvette, and 20 μg of the purified pTHL2-LR / pAN1 DNA was added thereto. It was electroporated under the conditions of 2.5 kV, 25 λF, and 8O. Immediately after electroporation, 0.75 mL of 2x YTG medium was added to the cuvette, mixed well, and then transferred to a 2 mL Eppendorf tube and incubated at 37 ° C. After 5 hours, 0.2 mL of the culture was plated in 2 × YTG solid medium (pH 5.8) containing 30 μg / mL of chloramphenicol. Since pJL-adcI-1 does not normally replicate in Clostridium acetobutylicum, the colony with chloramphenicol resistance is very likely to have the gene inserted into a large plasmid through homologous recombination. The colonies were inserted through colony PCR. Primers used for PCR are SEQ ID NOs: 4 and 14. The final identified strain was named C. acetobutylicum Δ adc :: Cbei_1960-Cm.
서열번호 14: 5'-TCTTGTCTAAACTGGTTAAGGC-3'SEQ ID NO: 14'-TCTTGTCTAAACTGGTTAAGGC-3 '
실시예 4: Cre recombinase 발현벡터의 제작 및 이를 이용한 Cm marker의 제거Example 4 Preparation of Cre recombinase Expression Vector and Removal of Cm Marker Using the Same
추가적인 균주 조작을 위해서 C. acetobutylicum Δadc::Cbei_1960-Cm에서 Cm 내성 마커를 제거하는 것이 필요하다. Cm 내성 마커 양쪽에는 mutant loxP site가 포함되어 있어 Cre recombinase를 발현함으로써 Cm 내성마커만을 선택적으로 제거할 수 있다.For further strain manipulation it is necessary to remove Cm resistance markers from C. acetobutylicum Δ adc :: Cbei_1960-Cm. Mutant loxP sites are included on both sides of the Cm-resistant markers, so that only Cm-resistant markers can be selectively removed by expressing Cre recombinase.
Cre recombinase를 발현하기 위해, pIMP1 (대장균-클로스트리듐 아세토부틸리쿰 셔틀벡터 Mermelstein et al., Biotechnology, 10:190-195, 1992)에 클로스트리듐 아세토부틸리쿰의 thiolase 프로모터와 NcoI site를 삽입하여 제작한 셔틀벡터 pTHL2를 사용하였다. Cre recombinase의 증폭은 pJW168(Palmeros et al., Gene, 247:255-264, 2000)을 주형으로 하고, 서열번호 15와 16의 프라이머를 사용하였다.To express Cre recombinase, the thiolase promoter of Clostridium acetobutylicum and the Nco I site in pIMP1 (E. coli- Clostridium acetobutylicum shuttle vector Mermelstein et al., Biotechnology, 10: 190-195, 1992) The shuttle vector pTHL2 prepared by inserting was used. Amplification of Cre recombinase was based on pJW168 (Palmeros et al., Gene, 247: 255-264, 2000) as a template, and primers of SEQ ID NOs: 15 and 16 were used.
서열번호 15: 5'-ATATCCATGGATGTCCAATTTACTGACCGTACA-3'SEQ ID NO: 15'-ATATCCATGGATGTCCAATTTACTGACCGTACA-3 '
서열번호 16: 5'-ATATCCCGGGCTAATCGCCATCTTCCAGCAGG-3'SEQ ID NO: 5'-ATATCCCGGGCTAATCGCCATCTTCCAGCAGG-3 '
이렇게 증폭된 DNA 가닥(1052bp)과 pTHL2를 NcoI/XmaI 제한효소로 절단한 뒤, T4 DNA ligase로 접합하여 pTHL2-Cre를 완성하였다. pTHL2-Cre는 실시예 3에서와 동일하게 pAN3 벡터로 메틸화하고 C. acetobutylicum Δadc::Cbei_1960-Cm에 형질전환되었다. 형질전환된 균주는 에리트로마이신(erythromycin)이 40 ㎍/mL 함유된 2x YTG 고체 배지 (pH 5.8)에서 선택되었다. 각각의 군체는 서열번호 11과 12의 프라이머를 사용한 colony PCR로 Cm 내성 마커가 제거되었는지를 확인하였다. 최종 확인된 균주는 2x YTGS 배지(16 g/L Bacto Tryptone, 10 g/L Bacto Yeast Extract, 4 g/L NaCl, 2 g/L Glucose, 15 g/L Soluble starch, pH 6.8)에서 30회 이상 계대 배양하여 pTHL2-Cre가 제거되었는지를 확인하였다. pTHL2-Cre가 제거된 군체는 degeneration test를 통하여 용매 생성에 관여하는 pSOL1이 유실되지 않았음을 확인하였다(Scotcher and Bennett, J. Bacteriol., 187(6):1930-1936, 2005). 최종 확인된 균주는 C. acetobutylicum Δadc::Cbei_1960으로 명명하였다.The amplified DNA strand (1052bp) and pTHL2 were digested with Nco I / Xma I restriction enzymes, and then conjugated with T4 DNA ligase to complete pTHL2-Cre. pTHL2-Cre was methylated with pAN3 vector and transformed into C. acetobutylicum Δ adc :: Cbei_1960-Cm as in Example 3. Transformed strains were selected in 2 × YTG solid medium (pH 5.8) containing 40 μg / mL of erythromycin. Each colony was identified by colony PCR using primers of SEQ ID NOs: 11 and 12 to remove Cm resistance markers. The final identified strain was at least 30 times in 2x YTGS medium (16 g / L Bacto Tryptone, 10 g / L Bacto Yeast Extract, 4 g / L NaCl, 2 g / L Glucose, 15 g / L Soluble starch, pH 6.8) Subculture was confirmed whether pTHL2-Cre was removed. The colonies from which pTHL2-Cre was removed were confirmed to have not lost pSOL1 involved in solvent generation through degeneration tests (Scotcher and Bennett, J. Bacteriol., 187 (6): 1930-1936, 2005). The final identified strain was named C. acetobutylicum Δ adc :: Cbei_1960.
실시예 5: 유전자 삽입 후 염색체 내에 있는 CAC2937 결실Example 5: CAC2937 deletion in chromosome after gene insertion
본 실시예에서는 실시예 4에서 제작한 C. acetobutylicum Δadc::Cbei_1960 균주에서 CAC2937을 결실시킴으로써 삽입된 Cbei_1960 유전자가 생장에 필수적으로 작용하도록 함으로써 pSOL1이 유실되지 않도록 하는 균주를 제작하였다. 본 실시예에서는 C. acetobutylicum Δadc::Cbei_1960 균주만 설명하고 있지만 상기 일련의 실시예와 동일한 과정을 거쳐 제작된 균주에 대해서도 동일하게 적용될 수 있음은 당업자에게는 자명하다 할 것이다.In this example, the strain C. acetobutylicum Δ adc :: Cbei_1960 produced in Example 4 was deleted so that pSOL1 is not lost by deleting the CAC2937 so that the inserted Cbei_1960 gene plays an essential role in growth. In the present embodiment, only the strain of C. acetobutylicum Δ adc :: Cbei_1960 is described, but it will be apparent to those skilled in the art that the same applies to strains prepared through the same process as the above-described examples.
CAC2937에 Cm 내성 마커를 삽입하기 위해 Cm 내성 마커 양쪽에 CAC2937과 상동적인 서열이 결합된 DNA 가닥을 overlapping PCR로 제조하였다. 먼저 첫 번째 상동적인 서열은 서열번호 17과 18, 두 번째 상동적인 서열은 서열번호 19와 20의 프라이머를 이용하였고, 클로스트리듐 아세토부틸리쿰 게놈 DNA를 주형으로 하여 PCR로 증폭하였다. 한편, Cm 내성 마커는 modified pECmulox를 주형으로 하고 서열번호 21과 22의 프라이머를 이용하여 증폭하였다.In order to insert a Cm resistance marker in CAC2937, DNA strands having a sequence homologous to CAC2937 on both Cm resistance markers were prepared by overlapping PCR. First, the first homologous sequence was SEQ ID NO: 17 and 18, the second homologous sequence using the primers of SEQ ID NO: 19 and 20, and amplified by PCR using Clostridium acetobutylicum genomic DNA as a template. On the other hand, Cm resistance marker was amplified using the primers of SEQ ID NO: 21 and 22 as a template with modified pECmulox.
서열번호 17: 5'-ATATCCCGGGTATTGTATGATCCACAGAATAGCCG-3'SEQ ID NO: 17'-ATATCCCGGGTATTGTATGATCCACAGAATAGCCG-3 '
서열번호 18: 5'-TTTTACAACGTCGTGGTGTGGAATCGCTGAATAAGTTTAG-3'SEQ ID NO: 18'-TTTTACAACGTCGTGGTGTGGAATCGCTGAATAAGTTTAG-3 '
서열번호 19: 5'-GCTGTTTCCTGTGTG GTTTAAAGCTTGCTCCTTAAAGACC-3'SEQ ID NO: 19'5'-GCTGTTTCCTGTGTG GTTTAAAGCTTGCTCCTTAAAGACC-3 '
서열번호 20: 5'-ATATCCCGGGGCCAAGGTATAGAGTTTGATTATGG-3'SEQ ID NO: 20'-ATATCCCGGGGCCAAGGTATAGAGTTTGATTATGG-3 '
서열번호 21: 5'-TCAGCGATTCCACAC CACGACGTTGTAAAACGACG-3'SEQ ID NO: 21'-TCAGCGATTCCACAC CACGACGTTGTAAAACGACG-3 '
서열번호 22: 5'-GAGCAAGCTTTAAAC CACACAGGAAACAGCTATGACC-3'SEQ ID NO: 22'-GAGCAAGCTTTAAAC CACACAGGAAACAGCTATGACC-3 '
상기 증폭된 3개의 DNA 산물을 같이 섞고 서열번호 17과 20의 프라이머를 이용하여 overlap PCR을 함으로써 Cm 내성 마커 양쪽으로 CAC2937에 상동적인 서열이 결합된 DNA 가닥을 얻을 수 있다. 이 DNA 가닥과 pUC18을 XmaI으로 절단하고, 벡터는 자가 접합을 방지하기 위하여 Calf Intestine Alkaline Phosphatase로 처리한 후, T4 DNA ligase로 처리하였다. 제작된 벡터는 상기 실시예 3과 같은 과정을 거 쳐 CAC2937이 결실되었는지확인한 뒤, 실시예 4와 같은 과정을 거쳐 삽입된 Cm 내성 마커를 제거하였다. Cm 내성 마커가 제거된 후의 CAC2937의 단백질 코딩 서열은 손상된 상태이므로 정상적으로 기능을 할 수 없게 된다.By amplifying the three amplified DNA products together and performing overlap PCR using primers of SEQ ID NOs: 17 and 20, DNA strands having homologous sequences bound to CAC2937 can be obtained with both Cm resistance markers. The DNA strand and pUC18 were digested with Xma I, and the vector was treated with Calf Intestine Alkaline Phosphatase to prevent self-conjugation, followed by T4 DNA ligase. The prepared vector was subjected to the same procedure as in Example 3 to confirm that CAC2937 was deleted, and then the inserted Cm resistance marker was removed through the same procedure as in Example 4. After the Cm resistance marker is removed, the protein coding sequence of CAC2937 is damaged and cannot function normally.
실시예 6: 클로스트리듐 아세토부틸리쿰 염색체 DNA에 Example 6: Clostridium Acetobutylicum Chromosome DNA adhE1adhE1 유전자 삽입 Gene insertion
본 실시예에서는 클로스트리듐 아세토부틸리쿰 ATCC 824의 거대 플라스미드에 존재하는 adhE1(NCBI GeneID: 1116167) 유전자를 염색체에 삽입하는 과정을 나타내었다. 본 실시예에서는 삽입 부위를 buk (NCBI GeneID: 1119258) 유전자의 ORF 내부, adhE1은 고유의 프로모터를 포함시켜 삽입하였지만 다른 염색체의 부위나 다른 프로모터를 사용하여 발현시키는 것 역시 동일하게 적용될 수 있음은 당 업자에게 있어서 자명하다 할 것이다.In this embodiment, adhE1 present in the claw cast large plasmids of lithium acetoacetate portion Tilikum ATCC 824: shows the step of inserting (NCBI GeneID 1116167) gene on the chromosome. In this embodiment, buk the insertion site Yes (NCBI GeneID 1119258) an internal ORF of the gene, adhE1 is however inserted by including the native promoter can also equally be applied that to express by using the site or other promoters of different chromosomes per It will be obvious to the supplier.
기본적인 벡터 제작 과정은 실시예 2와 동일하다. 단, 실시예 2에서 adc 유전자에 상동적인 부위는 buk 유전자의 상동적인 부위로 대체하였다. 첫 번째 상동적인 부위는 서열번호 23과 24의 프라이머로 PCR을 통해 증폭되었다.The basic vector production process is the same as in Example 2. However, in Example 2, a region homologous to the adc gene was replaced with a homology region of the buk gene. The first homologous region was amplified by PCR with primers SEQ ID NOs: 23 and 24.
서열번호 23: 5'-ATATAAGCTTAGTTGCTGGAAAAGCTGATATC-3'SEQ ID NO: 23'-ATATAAGCTTAGTTGCTGGAAAAGCTGATATC-3 '
서열번호 24: 5'-ATATGCATGCTTGATTTACTGCATAAGTTCCACT-3'SEQ ID NO: 24'-ATATGCATGCTTGATTTACTGCATAAGTTCCACT-3 '
이렇게 증폭된 DNA 가닥(525bp)과 pUC18을 제한 효소 HindIII/SphI로 절단한 후 T4 DNA ligase를 이용하여 접합하여 pUC18-bukRH1을 제작하였다.The amplified DNA strand (525bp) and pUC18 were digested with the restriction enzyme Hind III / Sph I, and then conjugated using T4 DNA ligase to prepare pUC18-bukRH1.
그리고 adhE1을 삽입하기 위해 클로스트리듐 아세토부틸리쿰 게놈 DNA를 주 형으로 하고 서열번호 25과 26의 프라이머로 증폭하였다.In order to insert adhE1 , Clostridium acetobutylicum genomic DNA was used as a template and amplified by primers of SEQ ID NOs: 25 and 26.
서열번호 25: 5'-ATATCTGCAGAAAGAAGCTATATCTTAATTCAAAA-3'SEQ ID NO: 25'-ATATCTGCAGAAAGAAGCTATATCTTAATTCAAAA-3 '
서열번호 26: 5'-ATATCTGCAGTTAAGGTTGTTTTTTAAAACAATTTA-3'SEQ ID NO: 26'-ATATCTGCAGTTAAGGTTGTTTTTTAAAACAATTTA-3 '
상기 서열의 프라이머를 사용하여 증폭된 DNA 가닥(3278bp)과 pUC18-bukRH1을 PstI으로 절단하였다. 그 후 pUC18-bukRH1은 Calf intestine alkaline phosphatase로 처리하여 벡터가 자가 접합되는 것을 방지하고, T4 DNA ligase를 이용함으로써 pJLb1-adhE1을 제작하였다.The amplified DNA strand (3278 bp) and pUC18-bukRH1 were cleaved with Pst I using the primers of the sequence. Then, pUC18-bukRH1 was treated with Calf intestine alkaline phosphatase to prevent the vector from self-conjugation, and pJLb1-adhE1 was produced by using T4 DNA ligase.
여기에 두 번째 상동적 서열을 삽입하기 위해 C. acetobutylicum ATCC 824의 게놈 DNA를 주형으로 하고 서열번호 27과 28의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였다.To insert a second homologous sequence, genomic DNA of C. acetobutylicum ATCC 824 was used as a template, and PCR was performed using primers of SEQ ID NOs: 27 and 28.
서열번호 27: 5'-ATATTCTAGACTATGGAAAACTTAGAGTTGCG-3'SEQ ID NO: 27'-ATATTCTAGACTATGGAAAACTTAGAGTTGCG-3 '
서열번호 28: 5'-ATATCCCGGGGGCAAAGTCTCAAGCAAATCTA-3'SEQ ID NO: 28'-ATATCCCGGGGGCAAAGTCTCAAGCAAATCTA-3 '
이렇게 증폭된 DNA 가닥(569bp)과 pJLb1-adhE1을 제한 효소 XbaI/XmaI으로 절단한 후 T4 DNA ligase로 접합하여 pJLb12-adhE1을 제작하였다.The amplified DNA strand (569 bp) and pJLb1-adhE1 were digested with restriction enzymes Xba I / Xma I and conjugated with T4 DNA ligase to prepare pJLb12-adhE1.
그 후 chloramphenicol 마커를 삽입하기 위하여 loxP site를 포함하고 C. acetobutylicum의 thiolase 프로모터로 클로람페니콜 내성 유전자인 cat gene을 발현하는 modified pECmulox(Kim et al., FEMS Microbiol. Lett., 278: 78-85, 2008)를 주형으로 하고 서열번호 29와 30의 프라이머를 이용하여 PCR을 수행하였 다.Then modified pECmulox (Kim et al., FEMS Microbiol. Lett., 278: 78-85, 2008) containing a loxP site to insert a chloramphenicol marker and expressing the cat gene, a chloramphenicol resistant gene, with the thiolase promoter of C. acetobutylicum . ) As a template and PCR was performed using primers SEQ ID NOs: 29 and 30.
서열번호 29: 5'-ATATTCTAGACACGACGTTGTAAAACGACG-3'SEQ ID NO: 29'-ATATTCTAGACACGACGTTGTAAAACGACG-3 '
서열번호 30: 5'-ATATTCTAGACACACAGGAAACAGCTATGACC-3'SEQ ID NO: 30'-ATATTCTAGACACACAGGAAACAGCTATGACC-3 '
이렇게 증폭된 DNA 가닥(1298bp)과 pJLb12-adhE1을 제한 효소 XbaI으로 절단하고 벡터는 Calf Intestine Alkaline Phosphatase를 처리한 뒤 T4 DNA ligase를 이용하여 접합하여 pJLbukI-adhE1을 제작하였다. 삽입된 부위의 방향성은 SacI을 사용하여 확인하였으며, Cm 내성 마커 단백질 코딩 서열의 5' 방향에 첫 번째 상동 부위가 위치하고 3' 방향에 두 번째 상동 부위가 위치한 것을 최종적으로 선택하였다.The amplified DNA strand (1298bp) and pJLb12-adhE1 were digested with restriction enzyme Xba I, the vector was treated with Calf Intestine Alkaline Phosphatase, and conjugated with T4 DNA ligase to prepare pJLbukI-adhE1. The orientation of the inserted site was confirmed using Sac I, and the first homologous site was located in the 5 'direction of the Cm resistance marker protein coding sequence and the second homologous site was located in the 3' direction.
pJLbukI-adhE1은 실시예 4에 예시한 바와 마찬가지 과정을 통하여 클로스트리듐 아세토부틸리쿰 ATCC 824 균주의 염색체 DNA에 삽입되었다. Cm 내성 마커의 삽입은 colony PCR로 확인하였으며 사용된 프라이머는 서열번호 31과 30이다.pJLbukI-adhE1 was inserted into the chromosomal DNA of Clostridium acetobutylicum ATCC 824 strain through the same procedure as illustrated in Example 4. Insertion of the Cm resistance marker was confirmed by colony PCR and the primers used were SEQ ID NOs: 31 and 30.
서열번호 31: 5'-CCTAAAATGCCATCAACACTTG-3'SEQ ID NO: 31'5-CCTAAAATGCCATCAACACTTG-3 '
도 1은 거대 플라스미드에 미생물 생장에 필수적인 염색체 DNA의 일부와 상동적인 부위를 삽입한 후, 염색체 DNA의 일부를 결실시켜 퇴화되지 않는 미생물의 제작 방법을 설명하는 모식도이다.1 is a schematic diagram illustrating a method for producing a microorganism which does not degenerate by inserting a portion homologous to a portion of chromosomal DNA essential for microbial growth in a large plasmid.
도 2는 거대 플라스미드에 선택적 마커를 삽입함으로써 퇴화되지 않는 미생물의 제작 방법을 설명하는 모식도이다.FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a method for producing microorganisms that are not degraded by inserting a selective marker into a large plasmid.
도 3은 거대 플라스미드 전체를 상기 미생물의 염색체에 삽입하거나, 상기 거대 플라스미드에서 목적물질의 생성에 필수적인 DNA와 동일하거나 유사한 기능을 가지는 DNA를 상기 미생물에 도입하여 퇴화되지 않는 미생물의 제작 방법을 설명하는 모식도이다.FIG. 3 illustrates a method for producing a microorganism which is not degraded by inserting the entire macroplasmid into the chromosome of the microorganism or by introducing DNA having the same or similar function as the DNA essential for the production of a target substance in the macroplasmid to the microorganism. It is a schematic diagram.
<110> Korea Advanced Institute of Science and Technology GS Caltex Corporation Biofuelchem <120> Preparing Method for non-degenerative microorganism by protecting megaplasmid lose and the microorganism thereof <130> P09-B180 <160> 31 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 atataagctt tatttatgga gcttgtaagg gc 32 <210> 2 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 atatgcatgc cgtatcatgc attgccataa 30 <210> 3 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 atatctgcag tggacactgt gagaaagact tt 32 <210> 4 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 atatctgcag tgtgtttcag aatatcttac acagg 35 <210> 5 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 atatctgcag tgtggggaat gtccaataaa 30 <210> 6 <211> 35 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 atatctgcag ctatctgctt attttcaatg aatcc 35 <210> 7 <211> 36 <212> DNA 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PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20090922 |
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PC1203 | Withdrawal of no request for examination | ||
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