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논문 상세정보

N-아세틸글루코사민 생산을 위한 코리네박테리움 글루타미컴의 대사공학

Metabolic Engineering of Corynebacterium glutamicum for N-acetylglucosamine Production

초록

대사공학을 이용하여 N-아세틸글루코사민(GlcNAc)을 생산하는 재조합 Corynebacterium glutamicum을 개발하였다. 먼저 GlcNAc를 생산하는 기반균주를 제작하기 위하여, N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase와 glucosamine-6-phosphate deaminase를 암호화하는 nagAB와 N-acetylmannosamine-6-phosphate epimerase를 암호화하는 nanE를 C. glutamicum ATCC 13032에서 순차적으로 결손하여, 최종적으로 KG208 균주를 제작하였다. 또한, glucosamine-6-phosphate synthase를 암호화하는 C. glutamicum 유래의 glmS와 glucosamine-6-phosphate N-acetyltransferase를 암호화하는 Saccharomyces cerevisiae 유래의 gna1을 각각 여러 발현벡터에 클로닝하였다. 여러 발현 조합의 플라스미드들 중에서 pCXI40-glmS와 pCEI40-gna1을 함유한 제조합균주 KG440은 삼각플라스크 발효에서 1.77 g/l의 GlcNAc와 0.63 g/l의 글루코사민을 생산하였다.

Abstract

Recombinant Corynebacterium glutamicum producing N-acetylglucosamine (GlcNAc) was constructed by metabolic engineering. To construct a basal strain producing GlcNAc, the genes nagA, nagB, and nanE encoding N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase, glucosamine-6-phosphate deaminase, and N-acetylmannosamine-6-phosphate epimerase, respectively, were sequentially deleted from C. glutamicum ATCC 13032, yielding strain KG208. In addition, the genes glmS and gna1 encoding glucosamine-6-phosphate synthase and glucosamine-6-phosphate N-acetyltransferase, which originated from C. glutamicum and Saccharomyces cerevisiae, respectively, were expressed in several expression vectors. Among several combinations of glmS and gna1 expression, recombinant cells expressing glmS and gna1 under control of the ilvC promoter produced 1.77 g/l of GlcNAc and 0.63 g/l of glucosamine in flask cultures.

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
세균, 진균류, 식물, 동물 등의 생명체에서 생합성되는 물질
세균, 진균류, 식물, 동물 등의 생명체에서 생합성되는 물질은 무엇인가?
글루코사민(glucosamine, GlcN)과 그 유도체인 N-아세틸글루코사민(N-acetyl glucosamine, GlcNAc)

글루코사민(glucosamine, GlcN)과 그 유도체인 N-아세틸글루코사민(N-acetyl glucosamine, GlcNAc)은 세균, 진균류, 식물, 동물 등의 생명체에서 생합성되는 물질이다[1, 2]. GlcNAc는 진균류의 세포벽, 갑각류의 껍질, 곤충의 외골격등에 분포하는 키틴(chitin)의 구성성분이며, 사람 관절에 분포하는 히알루론산(hyaluronic acid)과 세균 세포벽인 뮤레인(murein)의 주성분이다.

GlcN과 GlcNAc의 용도
GlcN과 GlcNAc의 용도는 무엇인가?
식품, 화장품, 의약용 등에 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 관절 및 연골 건강과 피부 보습 기능성이 뛰어나 골관절염의 치료와 연골 및 관절 건강을 유지하기 위한 목적으로 의약용 및 기능성 건강보조식품으로 많이 사용되고 있다

GlcNAc는 진균류의 세포벽, 갑각류의 껍질, 곤충의 외골격등에 분포하는 키틴(chitin)의 구성성분이며, 사람 관절에 분포하는 히알루론산(hyaluronic acid)과 세균 세포벽인 뮤레인(murein)의 주성분이다. GlcN과 GlcNAc의 용도로는 식품, 화장품, 의약용 등에 광범위하게 사용되고 있으며, 특히 관절 및 연골 건강과 피부 보습 기능성이 뛰어나 골관절염의 치료와 연골 및 관절 건강을 유지하기 위한 목적으로 의약용 및 기능성 건강보조식품으로 많이 사용되고 있다[3−5].

GlcN과 GlcNAc
GlcN과 GlcNAc을 가수분해하여 생산하는 방식의 문제점은 무엇인가?
많은 폐수를 방출하는 비 친환경적인 공법이며, 제조과정에서 소량의 Oacetylated, di-acetylated 부산물들이 만들어지며, 용매와 트리뷰틸아민(tributylamine) 등이 아주 소량 제품에 잔존되는 문제점

현재 대부분의 GlcN은 게와 새우껍질에서 추출한 키틴을 진한 염산으로 가수분해하여 생산하고 있으며, 이를 10% 메탄올에 녹인 다음 무수초산(acetic anhydride)을 가하여 N-아세틸화 반응을 일으켜 GlcNAc이 생산되고 있다[3]. 그러나 이는 많은 폐수를 방출하는 비 친환경적인 공법이며, 제조과정에서 소량의 Oacetylated, di-acetylated 부산물들이 만들어지며, 용매와 트리뷰틸아민(tributylamine) 등이 아주 소량 제품에 잔존되는 문제점이 있다. GlcN과 GlcNAc은 endochitinases,exochitinases, chitobiosidases, N-acetylglucosaminidases로 이루어진 키틴 분해효소에 의해 키틴의 가수분해에 의해 생산되는 연구 결과가 많이 보고되어 있다[5, 6].

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