[논문]Deinococcus radiodurans 유래 DR1558과 PprM에 의한 Corynebacterium glutamicum의 라이신 생산 향상 연구

김수미; 임상용; 박시재; 주정찬; 최종일

doi:10.4014/mbl.1708.08003

Deinococcus radiodurans 유래 DR1558과 PprM에 의한 Corynebacterium glutamicum의 라이신 생산 향상 연구
Enhancement of Lysine Production in Recombinant Corynebacterium glutamicum through Expression of Deinococcus radiodurans pprM and dr1558 Genes 원문보기

Microbiology and biotechnology letters = 한국미생물·생명공학회지, v.45 no.3, 2017년, pp.271 - 275

김수미 (전남대학교생물공학과, 바이오에너지및 바이오소재협동과정) , 임상용 (한국원자력연구원 첨단방사선연구소) , 박시재 (이화여자대학교 화학신소재공학과) , 주정찬 (한국화학연구원 바이오화학센터) , 최종일 (전남대학교생물공학과, 바이오에너지및 바이오소재협동과정)

Abstract ▼ AI-Helper

The expression of Deinococcus radiodurans dr1558 and pprM genes was examined for enhanced lysine production in recombinant Corynebacterium glutamicum. These genes are known to confer high tolerance to pH and osmotic shock in Escherichia coli. D. radiodurans dr1558 and pprM genes were expressed in C. glutamicum by using 6 synthetic promoters of different strengths, to evaluate the effect of expression efficiency on lysine production. Recombinant C. glutamicum expressing DR1558 under the L26 and I64 promoters showed higher lysine production than that expressing DR1558 under other promoters. Similarly, recombinant C. glutamicum expressing PprM under same promoters (L26 and I64) showed a higher increase in lysine production compared to that expressing PprM under other promoters. In the absence of $CaCO_3$ in the medium, the expression of DR1558 or PprM also increased lysine concentration in C. glutamicum depending on the promoter used. Together, these results suggest that genes involved in radiation tolerance in D. radiodurans can be used to enhance production of amino acids and their derivatives.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

radiodurans에서 유래한 저온자극유래 단백질 PprM과 two component regulatory transduction system의 response regulator인 DR1558 유전자를 각각 발현하여 라이신 생합성에 미치는 영향을 평가하였다. 또한, 라이신 생합성에 미치는 유전자의 영향은 유전자의 발현정도에 크게 의존하기 때문에 본 연구에서는 기존에 보고된 발현 세기가 다른 6개의 항시성 합성 프로모터(P_L10, P_L26, P_I16, P_I64, P_H30, P_H36)를 이용하여 유전자 dr1558과 pprM을 C. glutamicum에 이형발현하여 라이신 생산성을 비교하였다.

대상 데이터

항시성 프로모터(P_L10, P_L26, P_I16, P_I64, P_H30, P_H36)를 포함한 pCES208GFP 벡터들은 lysine decarboxylase의 발현을 통해 카다베린의 생산에 이용되었다[4, 5]. D.radiodurans 균주는 한국원자력연구원 첨단방사선연구소 (ARTI, Korea)에서 분양받았다. 유전자 조작을 위한 대장균은 LB 배지(1 L 당 10 g tryptone, 5 g yeast extract, 5 g NaCl)를 이용하여 37℃에서 배양하였다.
본 실험에서 사용된 C. glutamicum KCTC1857은 KCTC 생물자원센터(Korean Collection for Type Culture, Jeongeup, South Korea)에서 분양 받았으며, 라이신 생산을 위한 숙주로 사용되었다. 항시성 프로모터(P_L10, P_L26, P_I16, P_I64, P_H30, P_H36)를 포함한 pCES208GFP 벡터들은 lysine decarboxylase의 발현을 통해 카다베린의 생산에 이용되었다[4, 5].

성능/효과

본 연구에서 사용된 6개의 합성 프로모터들의 발현세기는 Corynebacterium에서 H30, H36는 상대적으로 높고, I16, I64은 중간 정도의 세기, 그리고 L10, L26는 상대적으로 낮은 프로모터의 세기는 갖는 것으로 알려져 있다[4]. 본 실험에서 확인된 가장 라이신 함량을 증가시킨 프로모터는 L26과 I64으로 보고된 프로모터 세기만으로 비교한다면 H36보다는 낮은 것으로 알려져 있다. 하지만, 프로모터 세기에 따른 단백질의 발현 정도와 단백질 발현 양에 따른 대사 산물의 생산 영향은 경우에 따라 다른 결과를 보인다.
플라스크 배양 후에 얻어진 잔여 포도당은 없는 것으로 확인되었다. 실험결과 대조군으로 사용된 I64 프로모터만을 갖는 재조합 C. glutamicum에서는 9.83 g/l의 라이신이 생산되었지만, DR1558이 발현된 재조합 C. glutamicum에서는 최대 30% 라이신 농도가 증가되었다. DR1558이 L26의 프로모터 하에서 발현된 경우에는 라이신이 12.

후속연구

glutamicum 재조합 균주를 제작하여 발현하여, 그 영향을 확인하였다. 본 연구 결과로부터 방사선 대응 또는 스트레스 관련 유전자의 발현이 생산 균주의 환경변화의 대응성을 향상시켜 라이신 등의 목적산물의 생산수율 증대에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 판단된다. 최근에 C.
glutamicumKCTC1857 균주를 이용하여 나일론 5의 모노머인 5-aminovalreric acid (5AVA)를 억새로부터 유래된 발효당을 이용하여 생산한 연구가 발표되었다[21]. 본 연구결과를 다양한 균주시스템에 활용한다면, 다양한 바이오매스로부터 유래된 발효당으로부터 바이오 유래 케미칼, 폴리머, 연료 등을 효율적으로 생산할 수 있을 것으로 기대된다[22].

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Corynebacterium glutamicum는 어떤 균인가?	Corynebacterium glutamicum은 그람 양성의 통성혐기성이며, 포자를 형성하지 않는 균으로 다양한 글루타메이트, 라이신과 같은 아미노산뿐만 아니라 비타민, 뉴클레오타이드, 유기산, 바이오 연료(에탄올, 알코올), 디아민, 중합체 등을 생산하는 산업용 균주로 알려져 있다[1−5]. 이와 같은 생태계적, 의학적, 산업적 중요성 때문에 다양한 생체 분자와 화학물질 생산을 위해 C.
	Deinococcus radiodurans는 어떤 균으로 알려져 있는가?	Deinococcus radiodurans는 고선량 전리 방사선, 장기간의 탈습, 자외선, 활성산소, 산화제를 포함한 극심한 스트레스에 저항성이 높은 균으로 잘 알려져 있다[10−13]. 다양한 효소적, 비효소적 항산화 시스템과 다수의 DNA 수선 시스템이 D.
	Corynebacterium glutamicum은 배양하는 동안 어떤 환경적 스트레스에 노출되는가?	미생물은 배양조건에서 다양한 환경적 스트레스에 노출된다. 특히, C. glutamicum와 같은 산업 균주는 배양 동안 낮은 pH, 높은 삼투압, 영양 결핍, 산화와 같은 다수의 스트레스에 직면하게 되며 이는 세포의 성장과 생산성에 영향을 미친다[3, 6]. 최근 pH, 온도, 용존 산소량, 삼투압 등 다양한 스트레스에 대한 저항성과 같은 생리적 특성을 변화시켜 미생물의 생산성을 향상시키는 연구가 많이 진행되고 있다[7−9].

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