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KR100567120B1 - Microbiological preparation of materials derived from aromatic metabolism / III - Google Patents

Microbiological preparation of materials derived from aromatic metabolism / III Download PDF

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KR100567120B1
KR100567120B1 KR1020007011806A KR20007011806A KR100567120B1 KR 100567120 B1 KR100567120 B1 KR 100567120B1 KR 1020007011806 A KR1020007011806 A KR 1020007011806A KR 20007011806 A KR20007011806 A KR 20007011806A KR 100567120 B1 KR100567120 B1 KR 100567120B1
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홀란드 스위트너 캄파니 브이. 오. 에프.
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Abstract

본 발명은 방향족 대사, 특히 방향족 아미노산 대사에서 물질을 제조하는 미생물에 의한 방법 및 유전자 구조물 및 형질전환 세포에 관한 것으로서,The present invention relates to methods and gene constructs and transformed cells by microorganisms for producing substances in aromatic metabolism, in particular aromatic amino acid metabolism,

본 발명에 따르면, 물질 생성의 증가, 특히 방향족 아미노산의 증가는 글루코스 탈수소효소의 활성을 도입 또는 증가시킴에 의해서 관찰되고, 글루코스-산화 효소의 활성을 증가시킴에 의해서 글루코스-함유 기질에서 글루코노락톤 및 글루콘산의 세포내 형성을 유도하며, 바람직한 구체예에서, 글루코스 탈수소효소가 바실러스 메가테리움에서 유도되며, 본 발명에 따른 방법은 물질의 더 넓은 스펙트럼을 제공하는데 사용되는 것을 특징으로 한다.According to the invention, an increase in substance production, in particular an increase in aromatic amino acids, is observed by introducing or increasing the activity of glucose dehydrogenase, and by increasing the activity of glucose-oxidase, in the glucose-containing substrate gluconolactone And inducing intracellular formation of gluconic acid, in a preferred embodiment, glucose dehydrogenase is derived from Bacillus megaterium and the method according to the invention is characterized in that it is used to provide a broader spectrum of substances.

Description

방향족 대사/Ⅲ으로부터 유래한 물질을 미생물학적으로 제조하는 방법{MICROBIAL PREPARATION OF SUBSTANCES FROM AROMATIC METABOLISM/Ⅲ}Method for microbiological preparation of substance derived from aromatic metabolism / III {MICROBIAL PREPARATION OF SUBSTANCES FROM AROMATIC METABOLISM / Ⅲ}

본 발명은 청구항 1 내지 19 및 29에 따른 물질, 특히 방향족 아미노산을 미생물에 의해 제조하는 방법, 청구항 20 내지 22에 따른 유전자 구조물과, 청구항 23 내지 28에 따른 형질전환 세포에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing by a microorganism a substance according to claims 1 to 19 and 29, in particular an aromatic amino acid, a genetic construct according to claims 20 to 22 and a transformed cell according to claims 23 to 28.

미생물학적으로 제조된 물질, 특히 방향족 아미노산은 예컨대 아미노산에 대한 수요가 계속 증가되고 있기 때문에 경제적으로 관심의 대상이 되고 있다.Microbiologically produced materials, especially aromatic amino acids, are of economic interest, for example, because the demand for amino acids continues to increase.

그러므로, 예컨대 L-페닐알라닌은 약제를 제조하는데 사용되고, 특히 감미제인 아스파탐(α-L-아스파틸-L-페닐알라닌 메틸 에스테르)의 제조에 사용된다. L-트립토판은 약제 및 사료용 첨가제로서 요구되고; 마찬가지로 L-티로신은 약제 및 제약산업에서 원료로서 요구된다. 천연물질에서 분리되는 것 뿐만아니라, 경제적으로 유익한 조건하에서 소망하는 광학적 활성형태의 아미노산을 수득하는 생물공학적 제조방법은 매우 유용하다. 생물공학적 제조방법은 효소적으로 또는 미생물을 사용하여 실시된다.Thus, for example, L-phenylalanine is used for the preparation of medicaments, in particular for the preparation of the sweetening agent aspartame (α-L-aspartyl-L-phenylalanine methyl ester). L-tryptophan is required as an additive for pharmaceuticals and feed; L-tyrosine is likewise required as a raw material in the pharmaceutical and pharmaceutical industries. In addition to being isolated from natural substances, biotechnological preparations which yield amino acids in the desired optically active form under economically beneficial conditions are very useful. Biotechnological preparation is carried out enzymatically or using microorganisms.

후자인 미생물을 사용하는 제조방법은 간단하고, 저렴한 원료가 사용된다는 잇점이 있다. 그러나 아미노산의 생합성은 세포내에서 매우 다양한 방법으로 제어되기때문에, 생성물의 형성을 증가시키기위해서 이미 많은 다른 시도가 있었다. 그러므로 예컨대 아미노산 동족체는 생합성 조절을 차단(switch off)시키는데 사용된다. 예컨대 페닐알라닌 동족체에 대한 저항을 선택함에 의해서, 에스체리치아 콜라이(Escherichia coli)의 변이체가 수득되고, L-페닐알라닌의 제조를 증가시킬 수 있다(GB-2,053,906). 유사한 방법으로 코리네박테리움(Corynebacterium, JP-19037/1976 및 JP-39517/1978) 및 바실러스(Bacillus, EP-0,138,526) 균주의 과잉생산을 유도한다.The manufacturing method using the latter microorganism has the advantage that a simple and inexpensive raw material is used. However, since biosynthesis of amino acids is controlled in a wide variety of ways in cells, many other attempts have already been made to increase the formation of products. Thus, for example, amino acid homologues are used to switch off biosynthesis regulation. By selecting resistance to, for example, phenylalanine homologues, variants of Escherichia coli can be obtained and the production of L-phenylalanine can be increased (GB-2,053,906). Induces Corynebacterium (Corynebacterium, JP-19037/1976 and JP-39517/1978) and Bacillus (Bacillus, EP-0,138,526) over-production of the strains in a similar manner.

또한, 재조합 DNA 기술에 의해서 제조되는 미생물이 알려져 있으며, 더이상 피드백 저해되지 않는 중요한 효소를 암호화하는 유전자의 발현 및 클로닝에 의해서 생합성의 제어가 마찬가지로 소멸된다. 예로서, EP-0,077,196에서는 더이상 피드백 저해되지 않는 3-데옥시-D-아라비노헵툴로소네이트-7-포스페이트 신타제(DAHP synthase)가 에스체리치아 콜라이에서 과잉발현되어 방향족 아미노산을 제조하는 방법이 기술되어 있다. EP-0,145,156에서는 L-페닐알라닌을 제조하기 위해서 코리스메이트 뮤타제/프레페네이트 탈수효소가 추가로 과잉발현되는 에스체리치아 콜라이 균주를 기술하고 있다.In addition, microorganisms produced by recombinant DNA techniques are known and control of biosynthesis is likewise destroyed by expression and cloning of genes encoding important enzymes that are no longer feedback inhibited. For example, in EP-0,077,196, 3-deoxy-D-arabinoheptulsonate-7-phosphate synthase, which is no longer feedback inhibited, is overexpressed in Escherichia coli to produce aromatic amino acids. This is described. EP-0,145,156 describes Escherichia coli strains in which over-expression of corismate mutase / prephenate dehydratase is further overexpressed to produce L-phenylalanine.

언급된 방법은 생산성을 개선시키기위한 조정은 방향족 아미노산에 대해 특이적인 생합성 경로에 한정되는 공통의 특징을 공유한다. 그러나 추가로 생산성을 증가시키기위해서, 방향족 아미노산을 제조하는데 요구되는 1차 대사물인, 포스포에놀피루베이트(PEP) 및 에리트로스-4-포스페이트(Ery4P)의 공급을 향상시키기위한 노력이 요구된다.The mentioned method shares a common feature that adjustments to improve productivity are limited to biosynthetic pathways specific for aromatic amino acids. However, to further increase productivity, efforts are needed to improve the supply of phosphoenolpyruvate (PEP) and erythrose-4-phosphate (Ery4P), the primary metabolites required to prepare aromatic amino acids. .

PEP는 해당으로부터의 산물인 피루베이트(피루브산)의 활성화 전구체이고; Ery4P는 펜토스 포스페이트 경로의 중간체이다.PEP is the activating precursor of pyruvate (pyruvic acid), a product from the glycolysis; Ery4P is an intermediate of the pentose phosphate pathway.

생산성을 증가시키기위한 많은 다른 시도가 아미노산의 세포질내 합성에 한정되는 것을 극복하는 것에 관심이 있다. 방향족 아미노산의 제조에 있어서, 1차 대사물인 포스포에놀피루베이트(PEP) 및 Ery4P가 축합반응하여 3-데옥시-D-아라비노헵툴로소네이트-7-포스페이트(DAHP)를 형성한다.Many other attempts to increase productivity are of interest in overcoming limitations to intracellular synthesis of amino acids. In the preparation of aromatic amino acids, the primary metabolites, phosphoenolpyruvate (PEP) and Ery4P, are condensed to form 3-deoxy-D-arabinoheptulsonate-7-phosphate (DAHP).

Ery4P의 이용성을 증가시키기위한 몇가지 방법이 문헌에 기술되어 있으며, 예컨대 L-트립토판, L-티로신 또는 L-페닐알라닌 생성물의 형성을 향상시키도록 Ery4P 공급의 증가는 트랜스케톨라제의 과잉발현에 의해서 가능해진다(EP 특허출원 제0 600 463; Frost & Draths, Ann. Rev. Microbiol. 49(1995) 557-579). 에스체리치아 콜라이의 PTS-음성 변이체의 자발적 글루코스-양성 복귀 변이체는 GalP 시스템에 의해서 세포중에 글루코스를 집중시켜, 글루코스상에서 성장할 수 있다는 것이 최근 주장되었다(Flores et al., Nature Biotechnology 14(1996) 620-623). 트랜스케톨라제 유전자 tktA의 추가적인 발현은 중간체 DAHP의 형성이 증가되는 것이 관찰되었다(Flores et al., Nature Biotechnology 14 (1996) 620-623).Several methods for increasing the availability of Ery4P have been described in the literature, for example, an increase in Ery4P supply to enhance the formation of L-tryptophan, L-tyrosine or L-phenylalanine products is made possible by overexpression of transketolase. (EP Patent Application 0 600 463; Frost & Draths, Ann. Rev. Microbiol. 49 (1995) 557-579). It has recently been suggested that spontaneous glucose-positive return variants of PTS-negative variants of Escherichia coli can grow on glucose by concentrating glucose in cells by the GalP system (Flores et al., Nature Biotechnology 14 (1996) 620). -623). Further expression of the transketolase gene tktA was observed to increase the formation of intermediate DAHP (Flores et al., Nature Biotechnology 14 (1996) 620-623).

참고번호 독일 제196 44 566.3호 및 독일 196 44 567.1호의 두개의 독일특허 출원은 아직 공고되진 않았지만, 상기 출원인들은 예컨대 에스체리치아 콜라이에서 트랜스알돌라제 또는 트랜스알돌라제 및 트랜스케톨라제의 효소 활성을 증가시킴에 의해서 또는 에스체리치아 콜라이에서 글루코키나제와 에스체리치아 콜라이에서 글루코키나제와 당에 대한 PEP-비의존성 전달 시스템의 활성을 증가시킴에 의해서 또는 인용된 효소와 전달 시스템을 조합시킴에 의해서 페닐알라닌의 양을 증가시킬 수 있다는 것을 입증하였다.Although two German patent applications of the reference numbers 196 44 566.3 and 196 44 567.1 have not been published, the applicants have for example enzymatic activities of transaldolase or transaldolase and transketolase in Escherichia coli. By increasing the activity or by increasing the activity of the PEP-independent delivery system for glucokinase and sugars in Escherichia coli and glucose in Escherichia coli or by combining the cited enzymes and delivery system. It has been demonstrated that it can increase the amount of phenylalanine.

본 발명의 목적은 방향족 화합물 대사에서 미생물을 이용하여 물질, 특히 방향족 아미노산의 합성을 개선시키는 추가의 공정을 이용할 수 있다.It is an object of the present invention to utilize additional processes to improve the synthesis of substances, in particular aromatic amino acids, using microorganisms in aromatic compound metabolism.

방향족 화합물 대사에서 물질의 형성을 증가시키는 미생물이 제조될 수 있다.Microorganisms can be produced that increase the formation of substances in aromatic compound metabolism.

놀랍게도, 본 목적은 글루코스-산화 효소의 활성을 증가시키는 선택적 대사경로에 의하여 방향족 대사물질을 생성하는 미생물 중에서 글루코스 또는 글루코스-함유 물질이 형질전환됨에 의해서 이루어질 수 있다. 상기 경로는 유리 글루코스를 글루코노락톤/글루코네이트로 산화시키고, 글루코네이트를 인산화함에 의해서 6-포스포글루코네이트를 형성하는 것으로 이루어진다.Surprisingly, this object can be achieved by the transformation of glucose or glucose-containing substances in microorganisms that produce aromatic metabolites by selective metabolic pathways that increase the activity of glucose-oxidase. The pathway consists of oxidizing free glucose to gluconolactone / gluconate and forming 6-phosphogluconate by phosphorylating the gluconate.

상기의 결과는 글루코스-산화 효소의 활성을 간단히 증가시킴에 의해서 방향족 화합물 대사에서 물질을 생성하는데 중요한 역할을 하기때문에 매우 놀라운 것이다.The results are surprising because they play an important role in producing substances in aromatic metabolism by simply increasing the activity of glucose-oxidase.

본 발명의 의미안에서, 물질(substance)은 정제된 물질(fine chemicals)로 가령, 방향족 아미노산, 인디고, 인돌아세트산, 아디프산, 멜라민, 퀴논과 벤조산, 및 이들의 가능한 유도체 및 2차 산물인 것으로 이해된다. 본 발명의 내용안에서, 모든 상기 물질은 또한 방향족 화합물의 대사에서 나온 물질인 것으로 간주된다. 이로인해 상기는 그의 생화학적 합성이 Ery4P 또는 Ery4P와 PEP의 공급을 증가시키는 모든 화합물을 포함한다.In the sense of the present invention, substances are fine chemicals such as aromatic amino acids, indigo, indoleacetic acid, adipic acid, melamine, quinone and benzoic acid, and possible derivatives and secondary products thereof. I understand. In the context of the present invention, all such substances are also considered to be substances derived from the metabolism of aromatic compounds. This includes all compounds whose biochemical synthesis increases the supply of Ery4P or Ery4P and PEP.

상기에서, 본 발명에 따른 조절 뿐만아니라 물질을 생성하는 미생물에 대한 유전적인 선택성은 인디고, 아디프산 및 다른 비천연의 2차 산물을 제조하는데 요구된다(Frost & Draths, Ann. Rev. Microbiol. 49(1995) 557-579).
상기의 신규한 방법은 이의 제조된 Ery4P가 포함된 물질을 제조하는데 적당하다.
In the above, the genetic selectivity for microorganisms producing substances as well as the control according to the invention is required to prepare indigo, adipic acid and other non-natural secondary products (Frost & Draths, Ann. Rev. Microbiol. 49 (1995) 557-579).
The novel method described above is suitable for preparing a material comprising its produced Ery4P.

방향족 화합물 대사에서 나온 물질을 생성하는 미생물은 글루코스 또는 글루코스-함유 물질, 예컨대 글루코스-함유 디사카라이드 또는 올리고사카라이드를 다양한 방법으로 대사시킬 수 있다: 이와같이 글루코스가 ATP-의존성 키나제(헥소키나제 및 글루코키나제)에 의해서 인산화되어, 해당화시킨다. 또한, 많은 박테리아가 글루코스를 얻고, 이를 인산화시키기위해 PEP-의존성 시스템을 이용할 수 있다.Microorganisms that produce substances derived from aromatic compound metabolism can metabolize glucose or glucose-containing substances such as glucose-containing disaccharides or oligosaccharides in various ways: Glucose may be ATP-dependent kinases (hexokinase and glucose). Kinase) and phosphorylation. In addition, many bacteria can use PEP-dependent systems to obtain glucose and phosphorylate it.

글루코스가 다양한 용해성 또는 막-결합 효소(글루코노락톤에 의해서 글루콘산으로)에 의해서 산화될 수 있다. 상기 효소는 글루코스 산화 효소 또는 글루코스 탈수소효소를 포함한다. 글루코스 산화 효소는 분자성 산소를 환원시킴에 의해서 글루코스를 글루코노락톤으로 산화시킨다. 또한 글루코스 탈수소효소가 글루코스를 글루코노락톤으로 산화시키는 한편, 이들은 피롤로퀴놀린 퀴논(PQQ)과 같은 다른 전자 수용체 또는 니코틴 아데닌 디누클레오티드(NAD) 또는 NADP와 같은 다른 보조인자를 사용한다. 막-결합 글루코스 탈수소효소는 보조인자인 피롤로퀴놀론 퀴논(PQQ)를 사용하여 글루코스를 산화시키고, 상기 반응은 막의 외부측에서 일어난다고 알려져 있다. 생성물(글루코노락톤 또는 글루콘산)을 세포로 모이도록하기위해서, 특정의 운반시스템이 요구되고, 이는 van Schie 등의, Journal of Bacteriology 163(1985) 493-499; Isturiz 등의 Journal of General Microbiology 132(1986) 3209-3219; Izu 등의 Journal of Molecular Biology 267(1997) 778-793에 나타나 있고, 글루코스의 존재에 의해서 억제되는 그의 발현은 대체로(예컨대 에스체리치아 콜라이) Izu 등의 Journal of Molecular Biology 267(1997) 778-793 및 Conway. FEMS Microbiology Reviews 103 (1992) 1-27에 기술되어 있다.Glucose can be oxidized by various soluble or membrane-binding enzymes (gluconolactone to gluconic acid). Such enzymes include glucose oxidase or glucose dehydrogenase. Glucose oxidase oxidizes glucose to gluconolactone by reducing molecular oxygen. While glucose dehydrogenase oxidizes glucose to gluconolactone, they use other electron acceptors such as pyrroloquinoline quinone (PQQ) or other cofactors such as nicotine adenine dinucleotide (NAD) or NADP. Membrane-bound glucose dehydrogenase oxidizes glucose using a cofactor, pyrroloquinolone quinone (PQQ), and the reaction is known to occur on the outer side of the membrane. In order to collect the product (gluconolactone or gluconic acid) into cells, a specific delivery system is required, which is described in van Schie et al., Journal of Bacteriology 163 (1985) 493-499; Journal of General Microbiology 132 (1986) 3209-3219; Isturiz et al .; Izu et al., Journal of Molecular Biology 267 (1997) 778-793, whose expression suppressed by the presence of glucose is largely (eg, Escherichia coli). Journal of Molecular Biology 267 (1997) 778-793 And Conway. FEMS Microbiology Reviews 103 (1992) 1-27.

보조인자 NAD 또는 NADP를 사용하는 글루코스 탈수소효소는 세포내에서 발견되는 가용성 효소이다. 공지된 제조자는 바실러스 균주, 글루코스 탈수소효소의 몇가지 이소효소를 포함한다(예컨대 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium)의 경우에 글루코스 탈수소효소 I 내지 IV; Mitamura 등의 1990, Journal of Fermentation and Bioengineering 70, 363-369). 글루코스 탈수소효소의 발현은 엄격하게 조절되고, 예컨대 바실러스종에 의해서 내생포자를 형성하는 동안 선포자 단계에서만 발생한다고 알려져 있다; 글루코스상에서 성장과 관련된 글루코스 탈수소효소의 생리학적 역할은 불명확하며, Lampel 등의 Journal of Bacteriology 166(1986) 238-243 및 최근에 Steinmetz 또는 Fortnagel("바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)와 다른 그람-양성 박테리아"(Sonenshein, Hoch and Losick, eds), M.Steinmetz pp. 157-170과 P.Fortnagel pp. 171-180; ISBN 1-55581-053-5; ASM Press, Washington, D.C.,1993)에 기술되어 있다.Glucose dehydrogenase using cofactor NAD or NADP is a soluble enzyme found in cells. Known manufacturers include several isoenzymes of Bacillus strains, glucose dehydrogenases (eg, glucose dehydrogenases I to IV in the case of Bacillus megaterium ; 1990, Journal of Fermentation and Bioengineering 70, 363). -369). Expression of glucose dehydrogenase is strictly regulated and is known to occur only at the progenitor stage during endogenous spore formation, eg by Bacillus spp .; The physiological role of glucose dehydrogenase in relation to growth on glucose is unclear, and Lampel et al. Journal of Bacteriology 166 (1986) 238-243 and recently Steinmetz or Fortnagel (" Bacillus subtilis " and other Gram-positives) Bacteria "(Sonenshein, Hoch and Losick, eds), M. Steinmetz pp. 157-170 and P. Fortnagel pp. 171-180; ISBN 1-55581-053-5; ASM Press, Washington, DC, 1993 It is.

NAD(P)-의존성 글루코스 탈수소효소가 특히 에스체리치아, 코리네박테리아(Corynebacteria) 또는 브레비박테리아(Brevibacteria)에는 기술되어 있지 않다. 글루코스 탈수소효소에 대해서 바실러스 균주-유도된 유전자는 에스체리치아로 클로닝되고, 상기 박테리아에서 발현된다(Hilt등의 Biochimica et Biophysica Acta 1076 (1991) 298-304). 특히 본 발명의 목적은 재조합 글루코스 탈수소효소를 수득하는 것이며, 글루코스 또는 보조인자를 재생하기위한 검출시스템으로 사용될 수 있다(Hilt등의 Biochimica et Biophysica Acta 1076(1991) 298-304; DE 특허출원 제3 711 881호). 반대로, 상기 유전자는 방향족 화합물 대사에서 물질로 가령 방향족 아미노산을 수득하기위한 기질로서 글루코스를 사용하는 방법이 기술되어 있지 않다.NAD (P) -dependent glucose dehydrogenases are not described in particular in Escherichia, Corynebacteria or Brevibacteria . Bacillus strain-derived genes for glucose dehydrogenase are cloned into Escherichia and expressed in the bacteria (Hilt et al. Biochimica et Biophysica Acta 1076 (1991) 298-304). In particular, it is an object of the present invention to obtain recombinant glucose dehydrogenase, which can be used as a detection system for regenerating glucose or cofactors (Bilchi et al. Biochimica et Biophysica Acta 1076 (1991) 298-304; DE Patent Application No. 3 711 881). In contrast, the gene is not described using glucose as a substrate for obtaining aromatic amino acids as substances in aromatic compound metabolism.

본 발명에 따르면, 글루코스 탈수소효소의 활성을 도입 및 증가시킴에 의해서 물질이 형성되는 것을 발견하였다. 글루코스-산화 효소의 활성을 증가시킴에 의해서 글루코스-함유 기질에서 글루코노락톤 및 글루콘산의 세포내 형성을 유도한다. 바람직한 실시예에서, 글루코스 탈수소효소는 바실러스 메가테리움, 특히 바실러스 메가테리움 글루코스 탈수소효소 IV에서 유도되며, Mitamura 등의 Journal of Fermentation and Bioengineering 70(1990) 363-369 및 Nagao 등의 Journal of Bacteriology 15(1992) 5013-5020에 기술되어 있다.According to the present invention, it has been found that substances are formed by introducing and increasing the activity of glucose dehydrogenase. Increasing the activity of glucose-oxidase leads to the intracellular formation of gluconolactone and gluconic acid in the glucose-containing substrate. In a preferred embodiment, glucose dehydrogenase is derived from Bacillus megaterium, in particular Bacillus megaterium glucose dehydrogenase IV, according to the Journal of Fermentation and Bioengineering 70 (1990) 363-369 by Mitamura et al., Journal of Bacteriology 15 by Nagao et al. (1992) 5013-5020.

글루콘산은 그의 활성에 있어서 글루콘산-인산화 효소에 의존한다. 예컨대 상기 효소는 글루콘산에 특이성을 갖는 포스포에놀-피루베이트-의존성 효소 II 또는 글루콘산에 특이성을 갖는 ATP-의존성 키나제일 수 있다고 알려져 있다. 예컨대 Izu등의 FEBS Letters 394(1996) 14-16; Izu 등의 Journal of Molecular Biology 267(1997) 778-793, 및 Tong등의 Journal of Bacteriology 178(1996) 3260-3269에 기술되어 있는 에스체리치아 콜라이 ATP-의존성 글루코네이트 키나제 GntK가 알려져 있다.Gluconic acid relies on gluconic acid-phosphatase in its activity. For example, it is known that the enzyme may be phosphoenol-pyruvate-dependent enzyme II having specificity to gluconic acid or ATP-dependent kinase having specificity to gluconic acid. See, eg, FEBS Letters 394 (1996) 14-16 by Izu et al .; Escherichia coli ATP-dependent gluconate kinase GntK described in Journal of Molecular Biology 267 (1997) 778-793 in Izu et al. And Journal of Bacteriology 178 (1996) 3260-3269 in Tong et al. Are known.

에스체리치아 콜라이에서, 생성물인 6-포스포글루코네이트는 펜토스 인산경로 및 엔트너-도우데로프(Entner-Douderoff) 경로의 산화의 중간물이고, 이는 Fraenkel, pp 189-198의 "Escherichia coli and Salmonella". 2판(Neidhardt et al., Eds.), ASM Press, Washington, USA, ISBN-1-55581-084-5, 1996에 기술되어 있다.In Escherichia coli, the product 6-phosphogluconate is an intermediate of oxidation of the pentose phosphate pathway and the Entner-Douderoff pathway, which is described in Fraenkel, pp 189-198, "Escherichia coli". and Salmonella ". 2nd edition (Neidhardt et al., Eds.), ASM Press, Washington, USA, ISBN-1-55581-084-5, 1996.

물질의 생성은 글루콘산 (글루코네이트)-인산화 효소의 활성을 추가로 증가시킴에 의해서 향상될 수 있다. 글루콘산-인산화 효소가 사용되는 경우, 예컨대 다양한 미생물에서 글루콘산-인산화 효소가 적당하며, 이는 방향족 화합물의 대사에서 생성된 물질이 미생물에서 기능적으로 발현할 수 있어야 한다. ATP-의존성 글루코네이트 키나제, 바람직하게는 에스체리치아 콜라이 글루코네이트 키나제, 특히 에스체리치아 콜라이 K-12에서 글루코네이트 키나제(GntK)를 사용하다. 그의 유전자 생성물 인산화 글루콘산에 있어서 글루콘산-인산화 효소에 대한 다른 유전자가 본 발명에 따른 방법에 적당하다. 다른 엔테로박테리아, 지모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis), 바실러스 서브틸리스 및 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)이 실시예에 언급되어 있다.The production of the substance can be enhanced by further increasing the activity of gluconic acid (gluconate) -phosphatase. When gluconic acid-phosphatase is used, for example, gluconic acid-phosphatase is suitable in various microorganisms, which should be able to functionally express in microorganisms the substances produced in metabolism of aromatic compounds. ATP-dependent gluconate kinase, preferably Escherichia coli gluconate kinase, in particular gluconate kinase (GntK) in Escherichia coli K-12 is used. Other genes for the gluconic acid-phosphatase in its gene product phosphorylated gluconic acid are suitable for the method according to the invention. Other enterobacteria, Zymomonas mobilis , Bacillus subtilis and Corynebacterium glutamicum are mentioned in the examples.

글루코네이트 키나제의 효과가 글루콘산/글루코네이트를 활성화시키는데 한정되지만, 그러나 예컨대 글루코스의 존재하에서 에스체리치아 콜라이 또는 다른 박테리아에 의해서 대사되지는 않는다. 예컨대 에스체리치아 콜라이에서, 글루코네이트 키나제 GntK는 생물체가 글루콘산에서 성장하는 경우에 중요하며, 글루코스의 대사에 기여하지는 않으며; 실제로 그의 형성은 글루코스의 존재에서 실제로 억제되며, Izu 등의 Journal of Molecular Biology 267(1997) 778-793 과 Tong 등의 Journal of Bacteriology 178(1996)3260-3269에 기술되어 있으며, 글루코스의 존재하에서 일어나지 않는다.The effect of gluconate kinase is limited to activating gluconic acid / gluconate, but is not metabolized by Escherichia coli or other bacteria, for example in the presence of glucose. For example in Escherichia coli, the gluconate kinase GntK is important when the organism grows in gluconic acid and does not contribute to the metabolism of glucose; Indeed its formation is actually inhibited in the presence of glucose and is described in the Journal of Molecular Biology 267 (1997) 778-793 in Izu et al. And the Journal of Bacteriology 178 (1996) 3326-3269 in Tong et al. Do not.

그러므로 상기 특정의 구체예에서, 글루콘산-인산화 효소, 특히 글루코네이트 키나제, 특히 모든 에스체리치아 콜라이 글루코네이트 키나제 및 특히 에스체리치아 콜라이 K-12에서 글루코네이트 키나제 GntK의 활성을 증가시켜서, 세포외의 글루코네이트가 없거나 또는 글루코스의 존재에서 물질-생성 미생물에서 이용할 수 있도록 글루콘산-인산화 효소인 효소를 제공한다. 선택적 대사경로에 의해서 물질의 흐름을 증가시키는 잇점이 있다. 상기는 글루코스의 존재에서도 증가되도록 글루콘산을 6-포스포글루코네이트로 전환시킬 수 있다. 상기는 6-포스포글루코네이트의 세포내 비율을 증가시켜서, 공지된 대사서열에 의해서 상기 물질로 전환될 수 있다.Therefore, in this particular embodiment, the activity of gluconate kinase GntK is increased by increasing the activity of gluconate-phosphorylation enzymes, in particular gluconate kinase, in particular all eschericia coli gluconate kinase and in particular escheria coli K-12, Provided are enzymes that are gluconic acid-phosphorylating enzymes for use in substance-producing microorganisms in the absence of gluconate or in the presence of glucose. Selective metabolic pathways have the advantage of increasing material flow. This can convert gluconic acid to 6-phosphogluconate to increase even in the presence of glucose. This increases the intracellular ratio of 6-phosphogluconate and can be converted to the substance by known metabolic sequences.

글루코노락톤은 글루코스-산화 효소의 반응 생성물이다. 글루코노락톤은 글루콘산으로 자발적으로 전환될 수 있고, 효소는 상기 전환을 촉매적으로 가속화시킨다고 기술되어 있다(지모모나스 모빌리스(Zymomonas mobilis) 글루코노락토나제, 예컨대 Kanagasundaram and Scopes, Biochimica et Biophysica Acta 1171(1992) 198-200에 기술됨). 그러므로 다른 구체예에서, 글루코노락토나제에 대한 유전자(예컨대 지모모나스 모빌리스)가 발현되고, 추가로 글루코스-산화 효소 또는 글루코스-산화 효소 및 글루콘산-인산화 효소가 발현되어 글루코노락톤을 글루콘산(또는 6-P-글루코네이트, 각각)으로의 전환을 촉진시킨다.Gluconolactone is the reaction product of glucose-oxidase. Gluconolactone can be spontaneously converted to gluconic acid, and enzymes have been described that catalyze the conversion catalytically ( Zymomonas mobilis gluconolactonases such as Kanagasundaram and Scopes, Biochimica et Biophysica Acta) 1171 (1992) 198-200). Therefore, in another embodiment, the gene for gluconolactonase (such as Zimomonas mobilis) is expressed, and further glucose-oxidase or glucose-oxidase and gluconic acid-phosphatase are expressed to convert gluconolactone to gluconic acid. (Or 6-P-gluconate, respectively).

글루코스 탈수소효소 및 글루코네이트 키나제에 대한 유전자가 몇가지의 바실러스종에서 자연적으로 발생할 수 있다고 알려져 있다; 그러나 상기 효소에 대한 유전자가 다른 오페론으로 배열되고, 글루코스를 대사하는데 함께 사용되지는 않으며, 이는 Steinmetz 또는 Fortnagel("바실러스 서브틸리스 및 다른 그람-양성 박테 리아"(Sonenshein, Hoch and Losick, Eds), Steinmetz pp. 157-170 및 Fortnagel pp.171-180; ISBN 1-55581-053-5; ASM Press, Washington, D.C., 1993)에 기술되어 있다. 또한 포자형성 조건하에서 글루코스 탈수소효소의 특이적인 유도때문에, 상기 두개의 효소는 물질의 형성에 함께 기여할 것으로 기대되진 않는다.Genes for glucose dehydrogenase and gluconate kinase are known to occur naturally in several Bacillus species; However, the genes for these enzymes are arranged in different operons and are not used together to metabolize glucose, which is Steinmetz or Fortnagel ("Bacillus subtilis and other Gram-positive bacteria" (Sonenshein, Hoch and Losick, Eds) , Steinmetz pp. 157-170 and Fortnagel pp. 171-180; ISBN 1-55581-053-5; ASM Press, Washington, DC, 1993). Also, due to the specific induction of glucose dehydrogenase under sporulation conditions, the two enzymes are not expected to contribute together to the formation of the substance.

결과적으로, 본 발명에서 상기 기술되는 글루코스 또는 글루코스-함유 기질에서 성장과 조합하여 방향족 화합물, 특히 방향족 아미노산의 대사에서 물질을 생성하기위해서 글루코스-산화 효소, 또는 글루코스-산화 효소 및 글루콘산-인산화 효소의 각각의 증가된 활성의 효과는 완전히 기대할 수 없다.As a result, glucose-oxidases, or glucose-oxidases and gluconic acid-phosphatases, to produce substances in metabolism of aromatic compounds, in particular aromatic amino acids, in combination with growth in the glucose or glucose-containing substrates described above in the present invention. The effect of each increased activity of is not entirely expected.

본 발명의 다른 바람직한 구체예에서, 당의 PEP-비의존성 흡수에 대한 운반 단백질의 활성이 증가되고, 또한 글루코스-산화 효소 또는 글루코스-산화 효소 및 글루콘산-인산화 효소가 증가된다.In another preferred embodiment of the invention, the activity of the carrier protein for PEP-independent absorption of sugars is increased, and also glucose-oxidase or glucose-oxidase and gluconic acid-phosphatase are increased.

또한 상기 구체예는 PEP-의존성 운반 시스템에 의해서 당을 흡수할 수 있는 방향족 화합물의 대사에서 나오는 물질을 생성하는 미생물에서 글루코스-함유 물질 또는 글루코스의 PEP-비의존성 흡수를 위한 운반 단백질의 활성을 증가시키는 것을 포함한다. 상기 PEP-비의존성 운반 시스템의 추가적인 통합은 상기 물질을 생성하는 미생물에서 당의 공급을 증가시킬 수 있다. 본 발명에 따르면, 상기 당은 글루코노락톤으로 세포내 글루코스-산화 효소에 의해서 전환되어, 연속적으로 글루콘산이 된다. 그리고 글루콘산은 글루콘산-인산화 효소에 대한 물질이다. 대개 PEP는 상기 반응에 있어서 에너지 주개로서 요구되지 않으며, 그러므로 해당작용에서 물질의 일정한 흐름에 근거하여 이용할 수 있고, 펜토스 인산 경로, 다량의 Ery4P의 축합물에 대해서 이용할 수 있으며, 방향족 화합물의 일반적인 생합성 경로의 1차 대사물질인, 3-데옥시-D-아라비노-헵툴로소네이트-7-포스페이트(DAHP)를 형성하고, 방향족 화합물 대사에서 물질을 생성할 수 있다.This embodiment also increases the activity of a glucose-containing substance or carrier protein for PEP-independent absorption of glucose in a microorganism that produces a substance derived from metabolism of an aromatic compound capable of absorbing sugar by a PEP-dependent delivery system. It involves making. Further integration of the PEP-independent delivery system may increase the supply of sugars in the microorganisms producing the substance. According to the present invention, the sugar is converted to gluconolactone by intracellular glucose-oxidase, which subsequently becomes gluconic acid. And gluconic acid is a substance for gluconic acid-phosphatase. Usually PEP is not required as an energy donor in the reaction, and therefore can be used based on a constant flow of material in glycolysis, for the pentose phosphate pathway, for the condensation of large amounts of Ery4P, and for general aromatic compounds. 3-deoxy-D-arabino-heptulsonate-7-phosphate (DAHP), which is the primary metabolite of the biosynthetic pathway, can be formed and produce substances in aromatic compound metabolism.

운반 단백질의 경우에, 활성은 단백질-매개 흡수율을 의미한다.In the case of carrier proteins, activity means protein-mediated uptake.

글루코스 또는 글루코스-함유 기질의 PEP-비의존성 흡수를 위한 운반 단백질에 있어서, 단백질-매개를 이용한 분산의 원리에 따라 작용하는 운반 단백질인 운반 단백질, 특히 촉진자를 사용하는 것이 유익하다. 지모모나스 모빌리스에서 글루코스 촉진자 단백질(Glf)의 사용이 특히 적당하다. 후자를 사용하는 경우에, 단백질을 암호화하는 유전자로 예컨대 glf가 지모모나스 모빌리스에서 유도되고, 특히 촉진자 유전자 glf가 지모모나스 모빌리스 ATCC 31821에서 분리되며, Parker 등의(1995) Molecular Microbiology 15(1995) 795-802 및 Weisser등의(1995) Journal of Bacteriology 177(1995) 3351-3354에 기술되어 있다. 그러나, 다른 박테리아에서 유도된 당 운반 유전자, 그의 유전자 생성물은 글루코스를 운반하며, 이때 특정의 PEP를 사용하지 않으며, 예컨대 에스체리치아 콜라이 GalP 시스템은 본 발명에 따른 방법에서 적당하다. 또한, 진핵 미생물인 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae), 피치아 스티피티스(Pichia stipitis) 및 클루이베로마이세스 락티스(Kluyveromyces lactis)에서 유도되는 당 운반 시스템에 대한 유전자로, 가령 HXT1 내지 HXT7, 또는 미생물에서 기능적으로 발현할 수 있는 다른 미생물에서 유도되는 당 운반 유전자를 사용할 수 있으며, 동시에, 상기 유전자 생성물은 글루코스를 인산화 및/또는 운반하는데 PEP 없이 작동할 수 있다. 특히, 당운반 유전자가 아미노산 생산자에서 발현될 수 있는 것이 유익하다.For carrier proteins for PEP-independent absorption of glucose or glucose-containing substrates, it is advantageous to use carrier proteins, particularly promoters, which are carrier proteins that act on the principle of protein-mediated dispersion. Particularly suitable is the use of glucose promoter protein (Glf) in Zimomonas mobilis. In the latter case, a gene encoding a protein, such as glf, is derived from Zimomonas mobilis, in particular the promoter gene glf is isolated from Zimomonas mobilis ATCC 31821, Parker et al. (1995) Molecular Microbiology 15 (1995). 795-802 and Weisser et al. (1995) Journal of Bacteriology 177 (1995) 3351-3354. However, sugar transport genes derived from other bacteria, gene products thereof, carry glucose, with no specific PEP, such as the Escherichia coli GalP system being suitable in the method according to the invention. In addition, the gene for the sugar transport system derived from eukaryotic microorganisms Saccharomyces cerevisiae , Pichia stipitis and Kluyveromyces lactis , such as HXT1 Sugar transport genes derived from HXT7, or other microorganisms that can be functionally expressed in microorganisms, can be used, while the gene product can operate without PEP to phosphorylate and / or transport glucose. In particular, it is advantageous that the sugar transport gene can be expressed in amino acid producers.

본 발명의 의미안에서, 활성을 증가시키는 방법은 글루코스-산화 효소의 활성 또는 글루코스-산화 효소의 활성을 증가 및 또한, 글루콘산 인산화 효소, 글루코노락토나제 및 당의 PEP-비의존성 흡수를 위한 운반 단백질에서 적어도 하나의 활성을 증가시킬 수 있는 적당한 모든 방법을 의미한다. 하기는 상기 목적에 특히 적당하다:In the sense of the present invention, a method of increasing activity increases the activity of glucose-oxidase or glucose-oxidase activity and also a carrier protein for PEP-independent absorption of gluconate phosphatase, gluconolactonase and sugars. Means any suitable way to increase at least one activity. The following are particularly suitable for this purpose:

-예컨대 벡터 또는 용원 파아지를 사용하여 유전자를 도입하고;Introducing the gene using, for example, a vector or a source phage;

-예컨대 플라스미드를 사용하여 본 발명에 따른 유전자를 증가된 복제수로, 약간(예컨대 2 내지 5배)에서 크게 증대된 복제수(예컨대 15 내지 50배)로 미생물로 도입시키기위해서 유전자 복제수를 증가시키고;Increase the number of gene copies to introduce the gene according to the invention into the microorganism with an increased number of copies, such as a slightly increased number (e.g. 2 to 5 times) and a significantly increased number of copies (e.g. 15 to 50 times) To;

-예컨대 Ptac, Ptet 또는 다른 조절 누클레오티드 서열과 같은 촉진자(facilitator)를 사용함에 의해서 예컨대 전사율을 증가시킴에 의하거나 및/또는 예컨대 컨센서스 리보솜 결합자리를 사용함에 의해서 해독율을 증가시킴에 의해서 유전자 발현을 증가시키며;Gene expression by, for example, by using a facilitator such as Ptac, Ptet or other regulatory nucleotide sequence, for example by increasing the rate of transcription and / or by increasing the rate of translation by eg using consensus ribosomal binding sites. Increases;

-예컨대 종래의 방법에 따라 방향성이 없는 방법으로 생성되는, 예컨대 UV조사 또는 돌연변이-생성 화학약품에 의한 돌연변이화에 의해서, 또는 결실, 삽입 및/또는 누클레오티드 교환과 같은 재조합 DNA 기술에 의해서 특이적으로 발생되는 돌연변이화에 의해서 존재하는 효소의 내인성 활성을 증가시키며; For example by mutagenesis, eg by UV irradiation or by mutation-producing chemicals, or by recombinant DNA techniques such as deletion, insertion and / or nucleotide exchange, which are produced in a non-aromatic manner according to conventional methods. Increase the endogenous activity of the enzymes present by the mutations that occur;

-예컨대 물리적, 화학적, 분자 생물학적 또는 다른 미생물학적 방법을 사용하여 돌연변이화 시킴에 의해서 효소의 구조를 변경하여 효소의 활성을 증가시키며;Altering the structure of the enzyme to increase the activity of the enzyme, for example by mutagenesis using physical, chemical, molecular biological or other microbiological methods;

-예컨대 더이상 피드백-억제가 일어나지 않는 효소인 탈조절된 효소(deregulated enzyme)를 사용하고;Use a deregulated enzyme, eg, an enzyme that no longer feedback-suppression occurs;

-탈조절된 효소를 암호화하는 상응하는 유전자를 도입한다.Introduce the corresponding gene encoding a deregulated enzyme.

또한 활성을 증가시키기위해서 인용된 방법 및 다른 유사한 방법을 조합하여 사용할 수 있다. 운반 단백질의 경우에, 예컨대 내인성 활성이 상기의 방법을 사용하여 유전자를 클로닝함에 의해서 또는 기질 운반의 증가를 나타내는 변이체를 선택함에 의해서 증가시킬 수 있다.It is also possible to use a combination of the cited methods and other similar methods to increase activity. In the case of carrier proteins, for example, endogenous activity can be increased by cloning the gene using the above methods or by selecting variants that exhibit an increase in substrate transport.

바람직하게, 활성에 있어서의 증가는 유전자 또는 유전자 구조물 또는 몇개의 유전자 구조물로 통합된 유전자에 의해서 실시되며, 유전자 또는 유전자들은 단일 복제 또는 증가된 복제수로 유전자 구조물로 도입된다.Preferably, the increase in activity is effected by the gene or gene construct or by a gene integrated into several gene constructs, the gene or genes being introduced into the gene construct in a single copy or increased copy number.

본 발명의 의미안에서, 유전자 구조물은 유전자 또는 본 발명에 따른 유전자를 운반하는 특정의 누클레오티드 서열인 것으로 이해된다. 예컨대 적당한 누클레오티드 서열은 플라스미드, 벡터, 염색체, 파아지 또는 원형 방법으로 닫히지 않는 다른 누클레오티드 서열일 수 있다.In the sense of the present invention, a genetic construct is understood to be a gene or a specific nucleotide sequence carrying a gene according to the invention. For example, a suitable nucleotide sequence can be a plasmid, vector, chromosome, phage or other nucleotide sequence that is not closed by the circular method.

방향족 아미노산 대사의 제1 중간물을 제조하는데 PEP의 이용성은 Ery4P로 물질이 흐르는 것이 증가된 미생물에 한정되는 것이다. 상기 경우에, 대사에서 다른 PEP-소비 반응, 존재한다면 가령 PEP:당 포스포트란스퍼라제 시스템(PTS)의 반응을 감소 또는 차단에 유익하며, PEP-의존성 당 흡수율을 활성화시킨다.The availability of PEP to prepare the first intermediate of aromatic amino acid metabolism is limited to microorganisms with increased flow of material into Ery4P. In this case, other PEP-consuming responses in metabolism, if present, are beneficial for reducing or blocking the response of the PEP: sugar phosphotransferase system (PTS), and activate the PEP-dependent sugar uptake rate.

본 발명에 따르면, PTS 활성의 천연적인 수준을 나타내는 생물체를 사용하고; 그러나 상기 방법을 추가로 향상시키기위한 방법으로, PTS의 활성이 감소되어진 PTS 변이체를 사용한다. 상기 성질의 감소는 효소의 수준에서 또는 유전자 방법에 의해서 실시될 수 있으며, 예컨대 pts 유전자를 발현시키는 선택적으로 강한 억제 촉진자를 사용하거나, 또는 염색체으로 및 특히 ptsI 유전자의 유전자 좌위로 glf 유전자를 삽입함에 의하며, 동시에 염색체에서 재조합 DNA의 안정화(분리 안정성)를 포함하며, 결과적으로 벡터를 사용하지 않는다. 또한, 조절 촉진자와의 결합에서, PTS의 활성은 배양하는 동안 상대 촉진자의 유발인자 또는 억제인자를 첨가함에 의해서 영향을 줄 수 있다.According to the present invention, organisms exhibiting natural levels of PTS activity are used; However, as a method for further improving the method, PTS variants having reduced activity of PTS are used. Reduction of this property can be effected at the level of enzymes or by genetic methods, such as by using a selectively strong inhibitory promoter that expresses the pts gene, or by inserting the glf gene into the chromosome and especially into the locus of the ptsI gene. And at the same time stabilization (separation stability) of the recombinant DNA on the chromosome and consequently no vector is used. In addition, in combination with regulatory promoters, the activity of PTS can be influenced by adding the trigger or inhibitor of the relative promoter during culture.

방향족 대사 물질을 제조하는 본 발명에 따른 방법에 있어서, 상기 물질의 합성에서 추가로 포함되는 하나 이상의 효소를 탈조절시키고/탈조절시키거나, 그들의 활성을 증가시킨 미생물을 사용하는 것이 바람직하다.In the process according to the invention for preparing aromatic metabolites, it is preferred to use microorganisms which deregulate and / or deregulate one or more enzymes further included in the synthesis of said substances.

특히 상기 효소는 방향족 아미노산 대사 및 특히 DAHP 신타아제, 시키메이트 키나제 및 코리스메이트 뮤타제/프레페네이트 탈수소효소 및 또한 모든 다른 효소, 특히 트랜스알돌라제, 트랜스케톨라제 및 글루코키나제의 효소이고, 방향족 화합물 합성에서 대사 중간물 및 2차 산물이 포함된다.In particular the enzymes are aromatic amino acid metabolism and in particular DAHP synthase, schimate kinases and corismate mutases / prephenate dehydrogenases and also all other enzymes, in particular transaldolases, transketolases and glucokinases, aromatic Metabolic intermediates and secondary products are included in compound synthesis.

본 발명에 따른 효소와는 달리, 특히 아디프산, 빌산 및 퀴논 화합물과 그들의 유도체와 같은 물질의 제조에 중요한 DAHP 신타아제를 탈조절 및 과잉발현시킨다. 또한, 시키메이트 키나제는 탈조절되어야 하고, 예컨대 L-트립토판, L-티로신, 인디고 및 히드록시- 및 아미노벤조산의 유도체 및 나프토- 및 안트라퀴논 및 그들의 2차 생성물의 과잉 합성되도록 그의 활성을 증가시킨다. 탈조절되고 및 과잉 발현된 코리스메이트 뮤타제/프레페네이트 탈수효소는 페닐알라닌 및 페닐피루브산 및 그의 유도체를 효과적으로 제조하는데 특히 중요하다. 그러나 상기는 Ery4P 또는 Ery4P 및 PEP의 공급에 의해서 생성이 촉진되는 화합물인, 모든 다른 효소들의 활성이 물질의 생화학적 합성에 기여되는 모든 다른 효소를 포함하는 것이다.Unlike the enzymes according to the invention, it deregulates and overexpresses DAHP synthase, which is particularly important for the preparation of substances such as adipic acid, bilic acid and quinone compounds and their derivatives. In addition, sikimate kinases must be deregulated, such as to increase their activity to oversynthesize the derivatives of L-tryptophan, L-tyrosine, indigo and hydroxy- and aminobenzoic acids and naphtho- and anthraquinones and their secondary products. Let's do it. Deregulated and overexpressed corismate mutase / prephenate dehydratase is particularly important for the efficient preparation of phenylalanine and phenylpyruvic acid and derivatives thereof. However, this includes Ery4P or all other enzymes whose activity is contributed to the biochemical synthesis of the substance by the activity of all other enzymes, compounds which are promoted by the supply of Ery4P and PEP.

본 발명의 조정과는 달리, 물질을 생성하는 미생물에 대한 추가의 유전적 선택예가 인디고, 아디프산 및 다른 비천연의 제2 생성물을 제조하기위해서 요구된다. 상기 방법은 당분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있다(Frost & Draths, Ann. Rev. Microbiol. 49 (1995) 557-579).Contrary to the inventive adjustments, additional genetic choices for the microorganisms producing the material are required to produce indigo, adipic acid and other non-natural second products. Such methods are known to those of ordinary skill in the art (Frost & Draths, Ann. Rev. Microbiol. 49 (1995) 557-579).

본 발명에 따른 방법은 방향족 아미노산, 특히 L-페닐알라닌을 제조하는데 적당하다. L-페닐알라닌의 경우에, 탈조절된 DAHP 신타제(예컨대 에스체리치아 콜라이 AroF 또는 AroH) 및/또는 마찬가지로 탈조절된 코리스메이트 뮤타제/프레페네이트 탈수효소(PheA)의 유전자 발현 및/또는 효소 활성을 증가시킨다.The process according to the invention is suitable for preparing aromatic amino acids, in particular L-phenylalanine. In the case of L-phenylalanine, gene expression and / or enzymes of deregulated DAHP synthase (such as Escherichia coli AroF or AroH) and / or likewise deregulated corismate mutase / prefenate dehydratase (PheA) Increase activity.

적당한 제조 생물체는 에스체리치아 콜라이 및 세라티아속(Serratia), 바실러스, 코리네박테리움 또는 브레비박테리움 및 종래의 아미노산방법에서 공지되어 있는 다른 균주가 있다. 또한, 박테리아는 노카디아세애(Nocardiaceae) 및 악티노마이세탈(Actinomycetales)에서 유도된다. 에스체리치아 콜라이이 특히 적당하다.Suitable preparation organisms include Escherichia coli and Serratia , Bacillus, Corynebacterium or Brevibacterium and other strains known from conventional amino acid methods. In addition, the bacteria are derived from Nocardiaceae and Actinomycetales. Escherichia coli is particularly suitable.

본 발명은 또한 상기 유전자 구조물을 운반하고, 특히 성공적으로 본 발명을 수행할 수 있는 적당한 유전자 구조물 및 형질전환 세포의 공급에 관한 것이다.The present invention also relates to the supply of suitable genetic constructs and transformed cells which can carry such gene constructs and in particular can successfully carry out the invention.

본 발명의 문맥안에서, 새로운 유전자 구조물이 사용될 수 있으며, 재조합 형태의 유전자 구조물은 (a)글루콘산-인산화 효소를 암호화하는 유전자와 함께 또는 (b)당의 PEP-비의존성 흡수에 대한 운반 단백질을 암호화하는 유전자와 함께, 또는 (c)글루콘산-인산화 효소, 글루코노락토나제를 암호화하는 유전자 또는 당의 PEP-비의존성 흡수에 대한 운반 단백질을 암호화하는 세개의 유전자 중 2개 이상의 유전자와 함께 글루코스-산화 효소를 암호화하는 유전자를 포함하는 것이 사용된다.In the context of the present invention, new genetic constructs can be used, and recombinant forms of the gene constructs encode carrier proteins for (a) a gene encoding gluconic acid-phosphatase or (b) for PEP-independent uptake of sugars. Or (c) glucose-oxidation together with at least two of three genes encoding a gluconic acid-phosphatase, a gene encoding gluconolactonase, or a carrier protein for PEP-independent uptake of sugars. One containing a gene encoding an enzyme is used.

특히, 글루코스-산화 효소의 유전자는 글루코스 탈수소효소를 암호화하고, 글루콘산-인산화 효소의 유전자는 글루코네이트 키나제를 암호화한다.In particular, the gene of glucose-oxidase encodes glucose dehydrogenase and the gene of gluconate-phosphatase encodes gluconate kinase.

글루코스 탈수소효소에 대한 유전자가 바람직하게 바실러스 메가테리움에서 유도되고, 글루코네이트 키나제에 대한 유전자는 바람직하게 에스체리치아 콜라이에서 유도되고, 글루코노락토나제에 대한 유전자 및 운반 단백질은 바람직하게 지모모나스 모빌리스에서 유도되는 것이 바람직하다. 글루코스 탈수소효소에 대한 유전자는 바실러스 메가테리움에서 글루코스 탈수소효소 IV(gdhIV)이고, 글루코네이트 키나제에 대한 gntK 유전자는 에스체리치아 콜라이에서 유도되는 GntK 이고, 운반 단백질 및 글루코노락토나제에 대한 유전자는 지모모나스 모빌리스에서 유도되는 glf 및 gnl인 것이 특히 유익하다. 관련 유전자의 분리 및 세포의 형질전환은 현 방법에 따라서 실시되며; 예컨대 에스체리치아 콜라이 글루코네이트 키나제 유전자 gntK를, 바실러스 메가테리움 글루코스 탈수소효소 IV(gdh IV) 유전자, 또는 지모모나스 모빌리스 글루코노락토나제(gnl) 유전자 또는 운반 유전자(glf)를 클로닝하는 경우에, 유전자를 특이적으로 증폭시키기위해서 폴리머라아제 연쇄 반응(PCR) 방법이 에스체리치아 콜라이 K-12(gntK), 바실러스 메가테리움(gdhIV) 및 지모모나스 모빌리스 균주 ATCC 29191 또는 ATCC 31821(gnl, glf)에서 각각 유도된 염색체 DNA를 사용하는 것이 적당하다.Genes for glucose dehydrogenase are preferably derived from Bacillus megaterium, genes for gluconate kinase are preferably derived from Escherichia coli, and genes and carrier proteins for gluconolactonase are preferably Zimomonas mobil. It is preferred to derive from the lease. The gene for glucose dehydrogenase is glucose dehydrogenase IV ( gdhIV ) in Bacillus megaterium , the gntK gene for gluconate kinase is GntK derived from Escherichia coli, and the genes for the carrier protein and the gluconanolactonase are Particularly beneficial are glf and gnl derived from Zimomonas mobilis. Isolation of related genes and cell transformation are carried out according to the current method; For example, when cloning the Escherichia coli gluconate kinase gene gntK , the Bacillus megaterium glucose dehydrogenase IV ( gdh IV ) gene, or the Zimomonas mobilis gluconolactonase (gnl) gene or the carrier gene ( glf ) In order to specifically amplify genes, polymerase chain reaction (PCR) methods were used for E. coli K-12 (gntK), Bacillus megaterium (gdhIV), and Jimonas mobilis strain ATCC 29191 or ATCC 31821 ( gnl). It is appropriate to use chromosomal DNA derived from glf ).

DNA를 증폭시키고 및 이를 실험관내에서 공지된 벡터(pGEM7, pUCBM20, pUC19 또는 다른 것)로 재조합시킨 후에, 숙주세포가 화학적방법, 전기영동, 형질도입 또는 접합에 의해서 형질전환된다.After amplifying the DNA and recombining it with known vectors (pGEM7, pUCBM20, pUC19 or others) in vitro, the host cells are transformed by chemical methods, electrophoresis, transduction or conjugation.

3개의 공여자 생물체에서 gntK, gdhIV, gnlglf 유전자의 완전한 누클레오티드 서열은 공지되어 있고, 하이델베르그의 기탁번호 D 84362(gntK), D 10626(gdhIV), X 67189(gnl) 및 M 60615(glf)로 EMBL/HUSAR과 같은 데이타베이스에 기탁된 것으로부터 수득할 수 있다. 에스체리치아 콜라이 K-12 균주로부터 염색체 DNA를 사용한 유전자 및 Izu등의 Journal of Molecular Biology 267(1997) 778-793 및 Tong등의 Journal of Bacteriology 178(1996) 3260-3269에 기술된 유전자 서열을 특이적으로 증폭시키기위한 PCR은 에스체리치아 콜라이 gntK 유전자를 클로닝하는데 적당하다. 예컨대 바실러스 메가테리움에서 유도된 염색체 DNA는 바실러스 메가테리움 gdhIV 유전자를 클로닝하는데 적당하다(Nagao 등의 Journal of Bacteriology 174(1992) 5013-5020).The complete nucleotide sequence of the gntK , gdhIV , gnl and glf genes in three donor organisms is known and is known as Heidelberg's Accession Numbers D 84362 ( gntK ), D 10626 ( gdhIV ), X 67189 ( gnl ) and M 60615 ( glf ). It can be obtained from those deposited in a database such as EMBL / HUSAR. Genes using chromosomal DNA from Escherichia coli K-12 strains and the gene sequences described in Journal of Molecular Biology 267 (1997) 778-793 and Iong et al. Journal of Bacteriology 178 (1996) 3260-3269 PCR for amplifying the target is suitable for cloning the Escherichia coli gntK gene. Chromosomal DNA derived from, for example, Bacillus megaterium , is suitable for cloning the Bacillus megaterium gdhIV gene (Nagao et al. Journal of Bacteriology 174 (1992) 5013-5020).

분리된 글루코스 탈수소효소 IV 유전자가 본 발명에서 기술된 하나 이상의 유전자와 함께 특정의 조합으로 유전자 구조물 또는 몇개의 유전자 구조물로 통합될 수 있다. 유전자 구조물로 정확하게 분배되었는지를 고려하지 않고, 상기는 gdhIV + gntK, gdhIV + glf, gdhIV + gntK + glf; gdhIV + gntK + gnl; gdhIV + gnl + glf; gdhIV + gntK + gnl + glf와 같은 조합을 이룬다. An isolated glucose dehydrogenase IV gene may be integrated into a gene construct or several gene constructs in certain combinations with one or more genes described herein. Regardless of whether it was correctly distributed into the gene constructs, these include gdhIV + gntK , gdhIV + glf , gdhIV + gntK + glf ; gdhIV + gntK + gnl ; gdhIV + gnl + glf ; This is a combination of gdhIV + gntK + gnl + glf .

유전자를 분배하는 경우에, glf는 바람직하게 유전자 구조물 또는 유전자 구조물들로 낮은 복제수(X)(가령 X=1 내지 10)로 도입되어 막 단백질을 과잉발현시키는 가능한 나쁜 결과를 피해야 한다.In distributing genes, glf should preferably be introduced into the gene construct or gene constructs at low copy numbers (X) (eg X = 1 to 10) to avoid possible adverse consequences of overexpressing the membrane protein.

유전자 중 하나로 확인될 수 있는 적어도 하나의 조절 유전자 서열을 포함하는 유전자 구조물이 유익하다.Genetic constructs comprising at least one regulatory gene sequence that can be identified as one of the genes are advantageous.

이와 같이, 조절인자는 바람직하게 전사단계에서 강화될 수 있고, 특히 전사신호를 강하게 할 수 있다. 예컨대 상기는 구조 유전자의 업스트림에 위치한 촉진자 서열을 변경함에 의해서 촉진자 또는 촉진자들의 활성을 증가시키거나 또는 많은 활성 촉진자로 촉진자를 완전히 대체시킴에 의해서 실시될 수 있다. 또한 전사는 유전자로 확인되는 조절 유전자를 적당하게 영향을 줌에 의해서 강화될 수 있으며; 그러나 또한 전령 RNA(mRNA)의 안정성을 향상시킴에 의해서 해독을 강화할 수 있다.As such, the modulator may preferably be enhanced in the transfer step, in particular to enhance the transfer signal. This can be done, for example, by increasing the activity of the promoter or promoters by altering the promoter sequence located upstream of the structural gene or by completely replacing the promoter with many active promoters. Transcription can also be enhanced by appropriately affecting regulatory genes identified as genes; However, it can also enhance translation by improving the stability of messenger RNA (mRNA).

또한, 본 발명의 구성안에서, 복제가능한 형태로 본 발명에 따른 유전자 구조물을 포함하는 형질전환 세포가 또한 이용할 수 있다. 본 발명의 의미안에서, 형질전환 세포는 방향족 화합물 대사에서 물질의 세포내에서 형성을 증가시킬 수 있는 본 발명에 따른 유전자 구조물을 운반하는 특정의 미생물로서 이해된다. 상기 숙주세포가 화학적인 방법(Hanahan J. Mol. Biol. 166(1983)557-580) 및 또한 전기영동, 접합 또는 형질도입에 의해서 형질전환될 수 있다.In addition, in the constitution of the present invention, transformed cells comprising the gene construct according to the present invention in replicable form may also be used. In the sense of the present invention, a transformed cell is understood as a particular microorganism carrying the genetic construct according to the invention which can increase the intracellular formation of a substance in aromatic compound metabolism. The host cell can be transformed by chemical methods (Hanahan J. Mol. Biol. 166 (1983) 557-580) and also by electrophoresis, conjugation or transduction.

형질전환에 있어서, 물질의 합성에서 추가로 포함되는 하나 이상의 효소를 탈조절시키고/탈조절시키거나, 그들의 증가된 활성을 갖는 숙주세포를 사용하는 것이 유익하다. 방향족 화합물 대사에서 방향족 아미노산 또는 다른 물질을 생성하는 본 발명에 따른 미생물 균주, 특히 에스체리치아 콜라이 관련 유전자를 포함하는 유전자 구조물로 형질전환된다.In the transformation, it is advantageous to use a host cell with deregulated and / or deregulated one or more enzymes further included in the synthesis of the substance, or with their increased activity. A microbial strain according to the invention, in particular producing an aromatic amino acid or other substance in aromatic compound metabolism, is transformed into a gene construct comprising an E. coli related gene.

유전자 구조물로 형질전환에 있어서, 또한 존재한다면 PEP-의존성 당 흡수 시스템은 그의 활성이 감소되거나 또는 차단된 숙주세포를 사용하는 것이 유익하다.In transformation with the gene construct, it is also advantageous to use host cells in which the PEP-dependent sugar uptake system, if present, has reduced or blocked its activity.

특히, 형질전환 세포가 방향족 아미노산을 제조할 수 있는 것이 사용되고, 방향족 아미노산은 L-페닐알라닌이 바람직하다.In particular, it is used that the transformed cell can produce an aromatic amino acid, and the aromatic amino acid is preferably L-phenylalanine.

방향족 대사에 있어서 미생물로 물질을 제조하는 방법이 결론적으로 사용될 수 있으며, 상기에 기술된 것과 같은 유전자 구조물을 갖는 상기에 기술된 형질전환 세포를 사용한다.Methods for producing substances with microorganisms in aromatic metabolism can be used conclusively, using the transformed cells described above having the genetic construct as described above.

본 발명에 따른 방법의 특히 바람직한 구체예에서, Ery4P 이외의 증가된 이용성으로 중심 대사의 다른 대사물질을 포함하는 형질전환 세포를 사용할 수 있다. 상기 대사물질의 예로는 세포내 합성방법에서 기인되는 α-옥소글루타레이트 또는 옥살로아세테이트이고, 또는 시트르산 사이클의 대사물질로서 상응하는 물질, 또는 그들의 전구체로 가령 푸마레이트 또는 말레이트에서 공급함에 의해서 세포를 성장시킨다.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, transformed cells comprising other metabolites of central metabolism can be used with increased availability other than Ery4P. Examples of such metabolites are α-oxoglutarate or oxaloacetate resulting from the intracellular synthesis method, or as a metabolite of the citric acid cycle, or corresponding precursors thereof, or their precursors such as by feeding from fumarate or malate Grow the cells.

에스체리치아 콜라이 균주 AT2471/pGEM7gntKgdhIV가 부다페스트 조약에 의거하여 1998년 4월 15일에 기탁번호 DSM 12118로 DSMZ(German Collection of Microorganisms and Cell Cultures)에 기탁되었다.Escherichia coli strain AT2471 / pGEM7gntKgdhIV was deposited in the German Collection of Microorganisms and Cell Cultures (SMZ) under accession number DSM 12118 on April 15, 1998 under the Budapest Treaty.

사용된 숙주 생물체로, 예컨대 AT2471이 Taylor 및 Trotter(Bacteriol. Rev. 13(1967) 332-53)에 의해서 CGSC에 제4510호로 기탁되었으며, 무상으로 얻을 수 있다.As host organisms used, for example AT2471 has been deposited with CGSC as heading 4510 by Taylor and Trotter (Bacteriol. Rev. 13 (1967) 332-53) and can be obtained free of charge.

사용된 물질 및 방법이 하기에 기술될 것이며, 본 발명은 실험 실시예 및 비교 실시예에 의해서 지지될 것이다:The materials and methods used will be described below and the invention will be supported by experimental and comparative examples:

일반적인 방법Common way

유전자 연구에서, 에스체리치아 콜라이 균주는 언급하지 않는 한 Difco Bacto 트립톤(10g·ℓ-1), Difco 효모 추출물(5g·ℓ-1) 및 NaCl(10g·ℓ-1)로 이루어진 LB 배지에서 배양되었다. 사용되는 균주의 내성에 따라서, 암피실린(100㎎·ℓ-1) 및 클로람페니콜(17-34㎎·ℓ-1)이 필요하다면 배지로 첨가된다. 상기에서, 암피실린은 미리 물에 용해되었고, 클로람페니콜은 미리 에탄올에 용해되었으며, 그리고 여과에 의해서 멸균되어진 후에 미리 오토클레이브된 배지로 첨가된다. Difco Bacto 아가(1.5%)가 아가 플레이트를 제조하기위해서 LB 배지로 첨가된다.In genetic studies, Escherichia coli strains were identified in LB medium consisting of Difco Bacto tryptone (10 g · l −1 ), Difco yeast extract (5 g · l −1 ) and NaCl (10 g · l −1 ) Incubated. Therefore, the resistance of the strain to be used, ampicillin (100㎎ · ℓ -1) and chloramphenicol (17-34㎎ · ℓ -1), if the need is added to the culture medium. In the above, ampicillin was previously dissolved in water, chloramphenicol was previously dissolved in ethanol, and then sterilized by filtration and then added to a pre-autoclaved medium. Difco Bacto agar (1.5%) is added to LB medium to prepare agar plates.

에스체리치아 콜라이에서 플라스미드 DNA가 상업적으로 이용가능한 시스템(Qiagen, Hilden)을 사용하여 알카리 분해에 의해서 분리된다. 염색체 DNA가 Chen 및 Kuo(Nucl. Acid Res. 21(1993) 2260)의 방법을 사용하여 에스체리치아 콜라이 및 바실러스 메가테리움 DSM 319에서 분리된다. 제한 효소, Taq DNA 중합효소, DNA 중합효소 I, 알카리 인산화 효소, RNase 및 T4 DNA 리가제가 제조자의 지시에 따라서 사용된다(Boehringer, Mannheim, Germany or Promega, Heidelberg, Germany). 제한 분석에 있어서, DNA 절편이 아가로스 겔(0.8%)에서 분획화되고, 상업적으로 이용하는 시스템(QuiaExII, Hilden, Germany)을 사용하는 추출에 의해서 아가로스에서 분리된다.Plasmid DNA in Escherichia coli is isolated by alkaline digestion using a commercially available system (Qiagen, Hilden). Chromosome DNA is isolated from Escherichia coli and Bacillus megaterium DSM 319 using the method of Chen and Kuo (Nucl. Acid Res. 21 (1993) 2260). Restriction enzymes, Taq DNA polymerase, DNA polymerase I, alkaline kinase, RNase and T4 DNA ligase are used according to the manufacturer's instructions (Boehringer, Mannheim, Germany or Promega, Heidelberg, Germany). In restriction analysis, DNA fragments are fractionated on agarose gel (0.8%) and separated from agarose by extraction using a commercially available system (QuiaExII, Hilden, Germany).

형질전환되기 전에, 상기 세포가 LB 배지에서 2.5-3시간동안 200rpm 및 37℃에서 배양된다(5㎖ 튜브). 대략 0.4의 광학밀도(620nm)에서, 세포가 원심분리되고, TSS(10%(w/v) PEG 8000, 5% (v/v) DMSO 및 50mM MgCl2을 함유하는 LB배지)의 부피의 1/10이 얻어진다. 4℃에서 30분동안 0.1 내지 100ng의 DNA를 배양하고, 연속적으로 1시간동안 37℃에서 배양시킨후에, 상기 세포가 적당한 항생제를 함유하는 LB 배지에 도말된다.Prior to transformation, the cells are incubated at 200 rpm and 37 ° C. for 2.5-3 hours in LB medium (5 ml tubes). At an optical density of approximately 0.4 (620 nm), the cells are centrifuged and 1 volume of TSS (LB medium containing 10% (w / v) PEG 8000, 5% (v / v) DMSO and 50 mM MgCl 2 ) / 10 is obtained. After incubating 0.1-100 ng of DNA for 30 min at 4 ° C., followed by continuous incubation at 37 ° C. for 1 hour, the cells are plated in LB medium containing the appropriate antibiotic.

실시예 1Example 1

본 발명에 따른 플라스미드-계 유전자 구조물의 모델로서 pGEM7gntKgdhIV의 제조Preparation of pGEM7gntKgdhIV as a Model of Plasmid-Based Gene Constructs According to the Present Invention

글루코스 탈수소효소 IV를 암호화하는 바실러스 메가테리움 DSM 319 gdhIV 유전자를 클로닝한 후, Nagao 등의 문헌[Journal Bacteriology 15(1992) 5013-5020]에 기술되어 있는 유전자의 공지된 DNA 서열에 근거하여 중합효소 연쇄 반응(PCR)에 의해서 바실러스 메가테리움 DSM 319의 염색체 DNA를 특이적으로 증폭시ㅋ킨다. PCR 올리고누클레오티드 프라이머(primer)에 제한효소 BamHI(5' 말단) 및 SacI(3' 말단)에 대한 절단 부위(cleavage site)를 제공하였다. 프라이머 1(BamHI)은 5' ATG GAT CCA TGA AAA CAC TAG GAG GAT TTT 3'로 이루어진다. 프라이머 2(SacI)는 5' GCC AGA GCT CTT TTT TCC ACA TCG ATT AAA AAC TAT 3'로 이루어지며, gdhIV 유전자의 3' 말단에 상보적이다. 대략 800 염기쌍의 생성된 DNA 증폭 생성물이 BamHI + SacI으로 제한되고, 벡터 pGEM7에 연결되어 같은 방법으로 처리된다(표 1 참조) 형질전환이 X-Gal 및 암피실린을 포함하는 LB 아가 플레이트에 대한 선택성으로 JM109DE3 균주로 실시된다. 클론된 gdhIV 유전자의 DNA 서열을 측정함에 의해서 클로닝이 성공적인지 검사한다. 상기 벡터(pGEM7gdhIV)는 T7 중합효소 시스템(균주 JM109DE3) 없이도 발현되는 글루코스 탈수소효소 IV를 활성화 시킨다. 에스체리치아 콜라이 K-12 글루코네이트 키나제에 대한 gntK 유전자가 염색체 주형으로 에스체리치아 콜라이 K-12 W3110을 사용하여 특이적으로 DNA를 증폭시킴에 의해서 클로닝된다. gntK 유전자의 서열이 Tong등의 Journal of Bacteriology 178 (1966) 3260-3269에 기술되어 있다. PCR에 의한 증폭에 있어서, 올리고누클레오티드 프라이머가 EcoRI(5') 및 BamHI(3')에 대한 제한 절단 부위로 추가로 제공되는 것이 선택된다. 프라이머 1은 5' CCG AAT TCT TGT ATT GTG GGG GCA C 3'로 이루어지고, gntK 유전자의 5' 업스트림에 결합되고; 프라이머 2는 5' CCG GAT CCG TTA ATG TAG TCA CTA CTT A 3'로 이루어지고, gntK 유전자의 3' 말단에 대해 상보적이다. 대략 600염기쌍의 증폭 생성물이 정제되고, EcoRI + BamHI로 절단되어, 벡터 pGEM7로 결찰되며, 이는 또한 오픈된다. 형질전환이 X-Gal 및 암피실린을 함유하는 LB 아가 플레이트에 대해 선택성을 갖는 JM109DE3 균주에서 실시된다. 클론된 gntK 유전자의 DNA 서열을 측정함에 의해서 클로닝이 성공적인지 검사한다. 상기 벡터(pGEM7gntK)가 T7 중합효소 시스템(JM109DE3) 없이도 발현되는 글루코네이트키나제가 활성화된다(표 2 참조).After cloning the Bacillus megaterium DSM 319 gdhIV gene encoding glucose dehydrogenase IV, the polymerase was based on the known DNA sequence of the gene described in Nagao et al., Journal Bacteriology 15 (1992) 5013-5020. Amplification of the chromosomal DNA of Bacillus megaterium DSM 319 is specifically amplified by chain reaction (PCR). PCR oligonucleotide primers were provided with cleavage sites for restriction enzymes BamHI (5 'terminus) and SacI (3' terminus). Primer 1 (BamHI) consists of 5 'ATG GAT CCA TGA AAA CAC TAG GAG GAT TTT 3'. Primer 2 (SacI) consists of 5 ′ GCC AGA GCT CTT TTT TCC ACA TCG ATT AAA AAC TAT 3 ′ and is complementary to the 3 ′ end of the gdhIV gene. The resulting DNA amplification product of approximately 800 base pairs is limited to BamHI + SacI and linked to the vector pGEM7 and treated in the same way (see Table 1). The transformation is selective for LB agar plates containing X-Gal and ampicillin. It is carried out with JM109DE3 strain. Test for cloning is successful by measuring the DNA sequence of the cloned gdhIV gene. The vector (pGEM7gdhIV) activates glucose dehydrogenase IV expressed without the T7 polymerase system (strain JM109DE3). The gntK gene for Escherichia coli K-12 gluconate kinase is cloned by specifically amplifying DNA using Escherichia coli K-12 W3110 as a chromosome template. The sequence of the gntK gene is described in Tong et al. Journal of Bacteriology 178 (1966) 3260-3269. For amplification by PCR, it is selected that the oligonucleotide primer is further provided as a restriction cleavage site for EcoRI (5 ') and BamHI (3'). Primer 1 consists of 5 ′ CCG AAT TCT TGT ATT GTG GGG GCA C 3 ′ and binds 5 ′ upstream of the gntK gene; Primer 2 consists of 5 ′ CCG GAT CCG TTA ATG TAG TCA CTA CTT A 3 ′ and is complementary to the 3 ′ end of the gntK gene. Approximately 600 base pairs of amplification products are purified, digested with EcoRI + BamHI and ligated into vector pGEM7, which is also open. Transformation is carried out in JM109DE3 strain that is selective for LB agar plates containing X-Gal and ampicillin. Test for cloning is successful by measuring the DNA sequence of the cloned gntK gene. The gluconate kinase in which the vector (pGEM7gntK) is expressed without the T7 polymerase system (JM109DE3) is activated (see Table 2).

상기 gntK 및 gdhIV 유전자가 BamHI + SacI로 이중으로 절단시킴으로서 벡터 pGEM7gntK를 개환시킴에 의해서 조합된다. 벡터 pGEM7gdhIV로 제한시킨 후에 수득되어지고, gdhIV 유전자를 포함하는 800염기쌍 절편이 상기 방법으로 개환되어진 상기 벡터로 결찰된다. 형질전환이 암피실린에 대한 선택성으로 다시 실시된다. 본 발명에 따른 새로운 유전자 구조물 pGEM7gntKgdhIV가 글루코스 탈수소효소 IV 및 글루코네이트 키나제 GntK에 대한 효소 활성의 T7 중합효소-비의존성 발현을 매개한다(표 2 참조).The gntK and gdhIV genes are combined by opening the vector pGEM7gntK by double cleavage with BamHI + SacI. Obtained after restriction with the vector pGEM7gdhIV, an 800 base pair fragment comprising the gdhIV gene is ligated into the vector which has been ring-opened by this method. Transformation is again carried out with selectivity for ampicillin. The new gene construct pGEM7gntKgdhIV according to the present invention mediates T7 polymerase-independent expression of enzyme activity against glucose dehydrogenase IV and gluconate kinase GntK (see Table 2).

수득되어진 형질전환체가 -80℃에서 글리세롤 배양액(30%)의 형태로 LB 배지에서 저장된다. 필요한 경우, 글리세롤 배양액이 사용 직전에 해동된다.The resulting transformants are stored in LB medium in the form of glycerol culture (30%) at -80 ° C. If necessary, the glycerol culture is thawed immediately before use.

실시예 2Example 2

글루코스 탈수소효소 및 글루코네이트 키나제의 효소 활성의 측정Determination of Enzyme Activity of Glucose Dehydrogenase and Gluconate Kinase

미정제의 박테리아 추출물에서 효소 활성을 측정하기위해서, 에스체리치아 콜라이 세포 및 플라스미드를 갖는 변이체의 세포가 미네랄 배지에서 배양된다. 상기 배지는 시트르산나트륨·3H2O(1.0g·ℓ-1), MgSO4·7H2O(0.3g·ℓ-1), KH2PO4(3.0g·ℓ-1), K2HPO4(12.0g·ℓ-1), NaCl(0.1g·ℓ-1), (NH4)2SO4(5.0g·ℓ-1), CaCl2·2H2O(15.0㎎·ℓ-1), FeSO4·7H2O(0.075g·ℓ-1) 및 L-티로신(0.04g·ℓ-1)로 이루어진다. 또한 미네랄이 Al2(SO4)3·18H2O(2.0g·ℓ-1), CoSO4·6H2O(0.7g·ℓ-1), CuSO4·5H2O(2.5g·ℓ-1), H3BO3(0.5㎎·ℓ-1), MnCl2·4H2O(20.0g·ℓ-1), Na2MoO4·2H2O(3.0g·ℓ-1), NiSO4·3H2O(2.0g·ℓ-1) 및 ZnSO4·7H2O(15.0g·ℓ-1)로 이루어진 미량원소용액(1㎖·ℓ-1)의 형태로 첨가된다. 비타민 B1(5.0㎎·ℓ-1)이 물에 용해되고, 여과에 의해서 멸균된 후에 오토클레이브된 배지로 첨가되고, 필요한 경우 암피실린 및/또는 암피실린 및 클로람페니콜이 첨가된다. 글루코스(30g·ℓ-1)가 각각 오토클레이브되고, 마찬가지로 오토클레이브된 배지로 첨가된다.To measure enzyme activity in crude bacterial extracts, cells of E. coli cells and variants with plasmids are cultured in mineral medium. The medium was sodium citrate.3H 2 O (1.0 g.l -1 ), MgSO 4 .7H 2 O (0.3 g.l -1 ), KH 2 PO 4 (3.0 g.l -1 ), K 2 HPO 4 (12.0 g · l −1 ), NaCl (0.1 g · l −1 ), (NH 4 ) 2 SO 4 (5.0 g · l −1 ), CaCl 2 · 2H 2 O (15.0 mg · L −1 ), FeSO 4 .7H 2 O (0.075 g · l −1 ) and L-tyrosine (0.04 g · l −1 ). In addition, minerals Al 2 (SO 4) 3 · 18H 2 O (2.0g · ℓ -1), CoSO 4 · 6H 2 O (0.7g · ℓ -1), CuSO 4 · 5H 2 O (2.5g · ℓ - 1 ), H 3 BO 3 (0.5 mg · L −1 ), MnCl 2 · 4H 2 O (20.0 g · L −1 ), Na 2 MoO 4 · 2H 2 O (3.0 g · L −1 ), NiSO 4 It is added in the form of a trace element solution (1 ml·l −1 ) consisting of 3H 2 O (2.0 g · l −1 ) and ZnSO 4 · 7H 2 O (15.0 g · l −1 ). Vitamin B1 (5.0 mg · L −1 ) is dissolved in water, sterilized by filtration and then added to the autoclaved medium, and ampicillin and / or ampicillin and chloramphenicol are added if necessary. Glucose (30 g · L −1 ) is autoclaved, respectively, and is added to the autoclaved medium as well.

수득된 세포가 100mM 트리스/HCl 완충액(pH 8.0)에서 세척된다. 상기 침전된 세포가 세포 현탁액의 ㎖당 4분동안 40와트 세기의 25%의 초음파 사이클로 초음파에 의해서 분해된다(마이크로팁을 갖춘 Branson sonifier 250). 18,000g 및 4℃에서 30분동안 원심분리한 후에, 상청액(미정제의 추출물)이 글루코스 탈수소효소 및/또는 글루코네이트 키나제의 활성을 측정하는데 사용된다.The cells obtained are washed in 100 mM Tris / HCl buffer, pH 8.0. The precipitated cells are degraded by ultrasound in a 25% ultrasonic cycle of 40 watts intensity for 4 minutes per ml of cell suspension (Branson sonifier 250 with microtips). After centrifugation at 18,000 g and 4 ° C. for 30 minutes, the supernatant (crude extract) is used to measure the activity of glucose dehydrogenase and / or gluconate kinase.

글루코스 탈수소효소의 활성이 Harwood & Cutting, Molecular Biological Methods for Bacillus, John Wiley & Sons에 따라 측정된다. 글루코스 탈수소효소 가 글루코스를 글루코노락톤으로의 산화를 활성화한다. 효소의 활성이 감소된 보조인자 NADH + H+의 농도에서 증가에 의해서 340nm의 파장에서 광학적으로 측정된다. 상기 측정은 1㎖의 전체 부피를 갖는 석영 큐벳에서 실시된다. 상기 반응 혼합물은 트리스 HCl(최종농도 250mM, pH 8.0), 2.5mM EDTA 나트륨, 100mM KCl 및 2mM NAD로 이루어진다. 미정제의 추출물이 완충액내 5분동안 25℃에서 예비배양된다. 글루코스(최종농도, 100mM)가 검출반응을 개시하기위해서 첨가된다. 흡광도에 있어서의 증가가 340nm에서 모니터된다. 글루코스를 포함하지 않는 혼합물이 각 경우에 대조군으로 제공된다. 특정의 글루코스 탈수소효소 활성은 U/㎎으로 표시되며, 분당 및 단백질의 ㎎당 NADH 1μmol의 형성으로 정의되며, 분당 및 단백질의 ㎎당 글루코스의 1μmol의 전환에 상응하도록 설정된다.Glucose dehydrogenase activity is measured according to Harwood & Cutting, Molecular Biological Methods for Bacillus, John Wiley & Sons. Glucose dehydrogenase activates the oxidation of glucose to gluconolactone. Enzyme activity is measured optically at a wavelength of 340 nm by increasing the concentration of reduced cofactor NADH + H + . The measurement is carried out in a quartz cuvette with a total volume of 1 ml. The reaction mixture consists of Tris HCl (final concentration 250 mM, pH 8.0), 2.5 mM EDTA sodium, 100 mM KCl and 2 mM NAD. The crude extract is preincubated at 25 ° C. for 5 minutes in buffer. Glucose (final concentration, 100 mM) is added to initiate the detection reaction. The increase in absorbance is monitored at 340 nm. A mixture that does not contain glucose serves as a control in each case. Specific glucose dehydrogenase activity is expressed in U / mg and is defined as the formation of 1 μmol of NADH per minute and per mg of protein and is set to correspond to a conversion of 1 μmol of glucose per minute and per mg of protein.

글루코네이트 키나제가 Izu등의 FEBS Letters 394 (1996) 14-16에서 기술된 것과 같은 미정제의 추출물에서 측정된다.Gluconate kinase is measured in crude extracts such as those described in FEBS Letters 394 (1996) 14-16 by Izu et al.

글루코네이트 키나제는 글루코네이트를 6-포스포글루코네이트로 ATP-의존성 인산화를 활성화시킨다. 효소 시험에서, 형성된 6-포스포글루코네이트가 NADP-의존성 보조효소 6-포스포글루코네이트 탈수소효소를 사용하는 경우 NADPH 농도를 증가시킴에 의해서 340nm의 파장에서 광학적으로 측정된다(Boehringer Mannheim, No. 108 405). 상기에서, NADPH 1μmol의 형성은 글루코네이트 1μmol의 인산화에 상응하는 것이다. 상기 효소의 검출은 1㎖의 전체부피를 갖는 석영 큐벳 25℃에서 실시된다. 반응 혼합물은 50mM 트리스 HCl, pH 8.0, 100mM ATP, 0.25mM NADP, 보 조효소 6-포스포글루코네이트 탈수소효소의 1.2단위 및 미정제의 추출물 다양한 양을 포함한다. 상기 혼합물은 5분동안 25℃에서 예비배양되고, 반응은 글루콘산(pH 6.8; 혼합물내 최종 농도, 10mM)을 첨가함에 의해서 개시된다. 글루콘산이 첨가되지 않은 혼합물은 대조군으로 사용된다.Gluconate kinase activates ATP-dependent phosphorylation of gluconate with 6-phosphogluconate. In enzymatic testing, the 6-phosphogluconate formed is optically measured at a wavelength of 340 nm by increasing the NADPH concentration when using NADP-dependent coenzyme 6-phosphogluconate dehydrogenase (Boehringer Mannheim, No. 108 405). In the above, the formation of 1 μmol of NADPH corresponds to the phosphorylation of 1 μmol of gluconate. Detection of the enzyme is carried out at 25 ° C. of quartz cuvette with a total volume of 1 ml. The reaction mixture contains 50 mM Tris HCl, pH 8.0, 100 mM ATP, 0.25 mM NADP, 1.2 units of coenzyme 6-phosphogluconate dehydrogenase and various amounts of crude extract. The mixture is preincubated at 25 ° C. for 5 minutes and the reaction is initiated by adding gluconic acid (pH 6.8; final concentration in the mixture, 10 mM). The mixture without addition of gluconic acid is used as a control.

미정제 추출물내 단백질 농도가 상업적으로 입수할 수 있는 유색 시약을 사용함에 의해서 Bradford M.M.에 따라 측정된다(Anal. Biochem. 72 (1976) 248-254). 소의 혈청 알부민이 표준으로 사용된다.Protein concentrations in crude extracts are measured according to Bradford M.M. by using commercially available colored reagents (Anal. Biochem. 72 (1976) 248-254). Bovine serum albumin is used as standard.

표 2는 숙주균주 에스체리치아 콜라이 W3110 및 플라스미드 pGEM7gdhIV, pGEM7gntK 또는 pGEM7gntKgdhIV를 갖는 그의 변이체를 사용하는 경우 효소 측정의 결과를 보여준다. 본 발명에 따른 유전자 구조물이 사용되는 경우, 본 발명에 따른 세포에서 기능적인 방법으로 효소를 발현시킬 수 있다는 것을 알았다.Table 2 shows the results of enzyme measurements when using the host strain Escherichia coli W3110 and its variants with plasmids pGEM7gdhIV, pGEM7gntK or pGEM7gntKgdhIV. When the gene construct according to the invention is used, it has been found that the enzyme can be expressed in a functional way in the cells according to the invention.

실시예 3Example 3

증가된 글루코스 탈수소효소 활성을 나타내는 균주를 사용한 물질의 제조Preparation of Substances Using Strains Showing Increased Glucose Dehydrogenase Activity

에스체리치아 콜라이 AT2471 및 에스체리치아 콜라이 AT2471/pGEM7ghdIV의 합성 효율성이 실시예 2에 기술된 미네랄 배지에서 측정되었다. 상기에 있어서, 플라스크를 진탕시키면서(100㎖의 배지를 함유하는 1000㎖) 글리세롤 배양액의 2㎖를 접종하고, 72시간 동안 150rpm 및 37℃의 오비탈 진탕기에서 배양한다. 배양액의 pH가 대략 12시간 간격으로 측정되고, 필요하다면 KOH(45%)를 첨가함에 의해서 7.2의 개시값으로 저장한다. 또한 시료는 글루코스와 L-페닐알라닌의 광학 밀도 및 농도를 측정하기 위해서 24시간 및 48시간 후에 취한다.The synthetic efficiency of Escherichia coli AT2471 and Escherichia coli AT2471 / pGEM7ghdIV was measured in the mineral medium described in Example 2. In the above, 2 ml of glycerol culture was inoculated while shaking the flask (1000 ml containing 100 ml of medium) and incubated in an orbital shaker at 150 rpm and 37 ° C. for 72 hours. The pH of the culture is measured at approximately 12 hour intervals and stored at a starting value of 7.2 by adding KOH (45%) if necessary. Samples are also taken after 24 and 48 hours to determine the optical density and concentration of glucose and L-phenylalanine.

페닐알라닌의 농도는 형광(흡광 335nm, 방출 570nm)에 의해서 검출되는 것과 조합하여 고압액체 크로마토그래피(HPLC, Hewlett Packard, Munich, Germany)에 의해서 조사하고, 누클레오실-120-8 C18 컬럼(250·4.6mm)이 고체상으로 사용되며; 구배(용리액 A: 90% 50mM 인산, 10% 메탄올, pH 2.5; 용리액 B: 20% 50mM 인산, 80% 메탄올, pH 2.5; 구배: 0-8분, 100% A, 8-13분, 0% A, 13-19분, 100%A)를 사용하여 용리가 실시된다. 상기 용리율은 1.0㎖·분-1 및 40℃의 컬럼 온도에서 설정된다. 후-컬럼 유도화가 실내온도에서 반응 모세관(14m·0.35㎜)내 o-프탈디알데히드를 사용하여 실시된다. 기술된 조건하에서, L-페닐알라닌이 6.7분의 유지시간을 갖는 것을 발견하였다.The concentration of phenylalanine was investigated by high pressure liquid chromatography (HPLC, Hewlett Packard, Munich, Germany) in combination with that detected by fluorescence (absorption 335 nm, emission 570 nm), and nucleosyl-120-8 C18 column (250. 4.6 mm) is used as the solid phase; Gradient (eluent A: 90% 50mM phosphoric acid, 10% methanol, pH 2.5; eluent B: 20% 50mM phosphoric acid, 80% methanol, pH 2.5; gradient: 0-8 minutes, 100% A, 8-13 minutes, 0% Elution is carried out using A, 13-19 min, 100% A). The elution rate is set at a column temperature of 1.0 ml · min −1 and 40 ° C. Post-column derivatization is carried out using o-phthaldialdehyde in a reaction capillary (14 m · 0.35 mm) at room temperature. Under the conditions described, it was found that L-phenylalanine had a retention time of 6.7 minutes.

효소적 시험 스트립을 사용하여 글루코스 농도를 측정함에 의해서(Diabur, Boehringer Mannheim, Germany) 및 농축된 글루코스 용액(500g·ℓ-1) 2㎖로 측정된 결과, 글루코스는 실험적 혼합물에서 한정되지 않는 것이 확인되었다.By measuring the glucose concentration using an enzymatic test strip (Diabur, Boehringer Mannheim, Germany) and 2 ml of concentrated glucose solution (500 g · l −1 ), it was confirmed that glucose was not limited in the experimental mixture. It became.

플라스미드 pGEM7gdhIV를 간단히 도입하고, 48시간의 배양 후 페닐알라닌 농도를 기술하는 지수값은 145로 숙주 균주 에스체리치아 콜라이 AT2471에 대한 100의 지수값(페닐알라닌)과 비교된다. 상기 결과는 연속적으로 제조되는 미생물에서 글루코스 탈수소효소의 활성을 증가시키는 본 발명에 따른 방향족 화합물 합성-증가 효과를 입증하였다.The plasmid pGEM7gdhIV is briefly introduced and the index value describing the phenylalanine concentration after 48 hours of incubation is 145 compared to the index value of 100 (phenylalanine) for the host strain Escherichia coli AT2471. The results demonstrated the aromatic compound synthesis-increasing effect according to the present invention to increase the activity of glucose dehydrogenase in continuously produced microorganisms.

실시예 4Example 4

글루코스 탈수소효소의 활성이 증가될 뿐만아니라 PEP-비의존성 당 흡수 시 스템이 발현되는 균주를 사용한 물질의 제조Preparation of Substances Using Strains That Not Only Increase Glucose Dehydrogenase Activity, but Express a PEP-Independent Sugar Absorption System

지모모나스 모빌리스 glf 유전자가 주형으로서 플라스미드 pZY600을 사용하여 증폭된다(Weisser등의 J.Bacteriol 177 (1995) 3351-3345). 동시에, 프라이머의 선택으로 BamHI 절단 부위 및 KpnI 절단 부위가 도입된다. 상기의 유일한 절단 부위를 사용하여, 벡터 pUCBM20(Boehringer Mannheim)으로 유전자가 삽입되어 BamHI 및 KpnI으로 오픈된다. 1.5kb 크기의 DNA 절편이 BamHI 및 HindIII로 잘라 상기 벡터(pBM20glf)에서 분리되고, 벡터 플라스미드 pZY507로 결찰되고(Weisser등의, J. Bacteriol 177(1995) 3351-3345), 제한효소 BamHI 및 HindIII로 오픈된다. 상기 재조합 플라스미드 pZY507glf가 에스체리치아 콜라이를 형질전환하고, 형질전환체를 클로닝함에 의해서 수득된다. 상기 벡터는 클로람페니콜에 대한 내성을 갖고, lacIq-tac 촉진자 시스템을 포함하며, 낮은 복제수를 갖는다.The Zimomonas mobilis glf gene is amplified using plasmid pZY600 as a template (J. Bacteriol 177 (1995) 3351-3345 by Weisser et al.). At the same time, the selection of primers introduces the BamHI cleavage site and the KpnI cleavage site. Using this unique cleavage site, the gene is inserted into the vector pUCBM20 (Boehringer Mannheim) and opened to BamHI and KpnI. A 1.5 kb DNA fragment was cut with BamHI and HindIII and isolated from the vector (pBM20glf), ligated with vector plasmid pZY507 (J. Bacteriol 177 (1995) 3351-3345, Weisser et al.) And restriction enzymes BamHI and HindIII Open. The recombinant plasmid pZY507glf is obtained by transforming Escherichia coli and cloning the transformant. The vector is resistant to chloramphenicol, comprises a lacI q -tac promoter system and has a low copy number.

벡터 pZY507glf가 실시예 1에서 기술된 것과 같이 수득된 본 발명의 유전자 구조물과 함께 숙주 AT2471 균주로 형질전환된다.The vector pZY507glf is transformed into a host AT2471 strain with the gene construct of the invention obtained as described in Example 1.

실시예 3에서 기술된 실험 조건에 의해서, 변이체 에스체리치아 콜라이 AT2471glf, 에스체리치아 콜라이 AT2471glf/pGEM7, 에스체리치아 콜라이 AT2471glf/pGEM7gntK 및 에스체리치아 콜라이 AT2471glf/pGEM7gntKgdhIV가 각 경우에 두개의 병렬의 혼합물에서 배양된다. 48시간후에, 배지내 L-페닐알라닌의 농도가 측정된다.According to the experimental conditions described in Example 3, a mixture of two parallel variants, Escherichia coli AT2471glf, Escherichia coli AT2471glf / pGEM7, Escherichia coli AT2471glf / pGEM7gntK and Escherichia coli AT2471glf / pGEM7gntKgdhIV in each case Are incubated. After 48 hours, the concentration of L-phenylalanine in the medium is measured.

100의 지수값에 상응하는 L-페닐알라닌 농도가 되도록 개시 균주 에스체리치아 콜라이 AT2471glf와 비교하기위해서, 벡터 pGEM7의 존재는 96의 지수값이고, 결론적으로 실제로 동일한 농도가 얻어진다. 반면에, 에스체리치아 콜라이 AT247glf/pGEM7gntK의 사용은 이전에 공지되어 있는 균주와 비교하여 179의 지수값에 해당하는 L-페닐알라닌 농도가 얻어진다. 에스체리치아 콜라이 AT2471glf/pGEMgntKgdhIV에서 선택적인 대사 유전자들로, 예컨대 글루코스 탈수소효소 및 글루코네이트 키나제의 발현은 195의 페닐알라닌 농도-를 나타내는 지수값이 추가로 증가될 수 있다.In order to compare with the starting strain Escherichia coli AT2471glf such that there is an L-phenylalanine concentration corresponding to an index value of 100, the presence of the vector pGEM7 is an index value of 96 and consequently in fact the same concentration is obtained. On the other hand, the use of Escherichia coli AT247glf / pGEM7gntK yields an L-phenylalanine concentration corresponding to an index value of 179 compared to previously known strains. Expression of selective metabolic genes, such as glucose dehydrogenase and gluconate kinase, in Escherichia coli AT2471glf / pGEMgntKgdhIV can be further increased with an index value indicating a phenylalanine concentration of 195.

상기 결과는 글루코스 탈수소효소의 활성을 도입하고, 글루코네이트 키나제의 활성을 증가시킴에 의해서 선택적 대사경로의 발현은 미생물에서 L-페닐알라닌 합성에 긍정적인 영향을 줄 뿐만아니라 동시에 PEP-비의존성 당 흡수 시스템이 형질전환되고, 발현된다.The results suggest that expression of selective metabolic pathways by introducing glucose dehydrogenase activity and increasing gluconate kinase activity not only positively affects L-phenylalanine synthesis in microorganisms, but at the same time PEP-independent sugar uptake system. Is transformed and expressed.

실시예 5Example 5

글루코스 탈수소효소 활성을 증가시킬 뿐만아니라 PEP-비의존성 당 흡수 시스템이 발현되는 PTS- 변이체를 사용한 물질의 제조Preparation of substances using PTS - variants that not only increase glucose dehydrogenase activity but also express a PEP-independent sugar uptake system

에스체리치아 콜라이 PTS 시스템의 성분을 암호화하는 유전자로 glf 유전자를 통합시키기위해서, 플라스미드 pPTS1이 BglII로 분해되고, 클레노우 단편으로 처리된다. 유일한 절단 부위는 ptsI 유전자에 있다. 상기 glf 유전자가 플라스미드 pBM20glfglk에서 BamHI/KpnI 절편으로서 분리되고, 마찬가지로 클레노우 절편으로 처리된다. ptsHI 유전자와 같은 방향성으로 glf유전자를 운반하는 클론이 블런트 말단 결찰에 의해서 수득된다. 통합된 glf 및 crr를 갖는 ptsH 유전자 및 ptsI의 3' 영역을 운반하는 PstI 절편 4.6kb가 생성되는 플라스미드 pPTSglf에서 수득된다. 상기 절편이 벡터 pGP704의 EcoRV 절단 부위로 결찰된다. 상기 벡터가 λpir 균주내 복제될 수 있기 때문에, 상기 파아지를 갖지 않는 형질전환체가 카베니실린에서 성장할 수 있다면 벡터를 염색체으로 통합시킨다. 상기 통합이 서던 분석에 의해서 확인된다(Miller V.L.등의 J.Bacteriol. 170 (1988) 2575-83). glf 유전자 뿐만아니라, 생성된 형질전환체가 또한 완전한 PTS 유전자를 포함한다.To integrate the glf gene into a gene encoding components of the Escherichia coli PTS system, the plasmid pPTS1 is digested with BglII and treated with a Klenow fragment. The only cleavage site is in the ptsI gene. The glf gene is isolated from the plasmid pBM20glfglk as a BamHI / KpnI fragment, and likewise treated with cleno fragments. Clones carrying the glf gene in the same orientation as the ptsHI gene are obtained by blunt end ligation. The ptsH gene with integrated glf and crr and 4.6 kb of PstI fragment carrying the 3 'region of ptsI are obtained in plasmid pPTSglf. The fragment is ligated to the EcoRV cleavage site of the vector pGP704. Since the vector can be replicated in a λpir strain, the vector is incorporated into the chromosome if the transformant without the phage can grow in carbenicillin. This integration is confirmed by Southern analysis (J. Bacteriol. 170 (1988) 2575-83 by Miller V.L. et al.). In addition to the glf gene, the resulting transformants also include the complete PTS gene.

상기 벡터 성분이 제2 상동적 교차에서 재조합될 수 있고, 카베니실린에 대한 저항성을 손실시킨다. pts 유전자가 상기 경우에 glf 유전자의 삽입에 의해서 방해되기 때문에 상기 PTS가 상기 변이체에서 기능적으로 발현되지 않는다. 상기 소망하는 PTS- 변이체가 하기와 같이 선택된다: 항생제없이 LB 배지상에 PTS+ 형질전환체을 반복적으로 서브접종한 후에, 세포 현탁액의 분획량이 100㎍·ℓ-1 포스포마이신을 함유하는 LB 플레이트에 도포한다. PTS- 변이체가 상기 플레이트에서 성장할 수 있다. 클론을 성장시켜서 포스포마이신 또는 20㎍·ℓ-1 카베니실린을 함유하는 LB배지상에 도말한다. 염색체 DNA가 포스포마이신 플레이트상에서 새롭게 성장하지만 카베니실린 플레이트에서 성장하지 않는 클론으로부터 분리된다. PTS 시스템을 암호화하는 유전자로 glf 유전자의 통합이 서든 분석에 의해서 확인된다. 상응하는 변이체가 표현형 PTS-결핍에서와 같다.The vector component can be recombined at the second homologous crossover and loses resistance to carbenicillin. The PTS is not functionally expressed in the variant because the pts gene is interrupted by the insertion of the glf gene in this case. The desired PTS - variant is selected as follows: after repeated subinoculation of PTS + transformant on LB medium without antibiotic, LB plate containing 100 μg · l −1 phosphomycin in fractions of the cell suspension Apply to PTS - variants can be grown on the plate. The clones are grown and plated on LB medium containing fosfomycin or 20 μg · l −1 carbenicillin. Chromosomal DNA is isolated from clones that grow fresh on phosphomycin plates but do not grow on carbenicillin plates. The integration of the glf gene into the gene encoding the PTS system is confirmed by sudden analysis. Corresponding variants are as in phenotypic PTS-deficient.

하나의 클론이 숙주 생물체 에스체리치아 콜라이 AT2471glfintPTS-으로 선택되고, 플라스미드 pGEM7gntKgdhIV로 형질전환(상기를 참조할 것)에 사용된다.One clone is selected from the host organism Escherichia coli AT2471glfintPTS and used for transformation with plasmid pGEM7gntKgdhIV (see above).

실시예 3 및 4에 기술된 실험 조건에 따라서, PTS-음성 변이체 에스체리치아 콜라이 AT2471glfintPTS-/pGEM7gntKgdhIV 및 상응하는 숙주 균주 AT2471glfintPTS-가 각 경우에 두개의 병렬의 혼합물에서 배양된다. 48시간동안 배양한 후에, 통합 생물량-특이적 생산성이 결과로부터 계산된다.According to the experimental conditions described in Examples 3 and 4, the PTS - negative variant Escherichia coli AT2471glfintPTS-/ pGEM7gntKgdhIV and the corresponding host strain AT2471glfintPTS - in each case are incubated in a mixture of two parallels. After incubation for 48 hours, integrated biomass-specific productivity is calculated from the results.

통합 생물량-특이성 생산성이 100의 지수값으로 나타내는 숙주 균주 에스체리치아 콜라이 AT2471glfintPTS-와 비교하여, 변이체 AT2471glfintPTS-/pGEM7gntKgdhIV는 133의 지수값을 갖는 통합 생물량-특이 생산성을 이룬다.Integrated biomass-compared and variants AT2471glfintPTS - - specific productivity is host strain S. Cherry Escherichia coli AT2471glfintPTS represented by the index value of 100 / pGEM7gntKgdhIV integrates biomass having an exponent value of a 133-form the specific productivity.

상기 결과는 글루코스 탈수소효소의 활성을 도입하고, 글루코네이트 키나제의 활성을 증가시키는 것은 동시에 PEP-비의존성 당 흡수 시스템이 통합되어 효소 활성을 감소시키거나 또는 완전히 차단시킨 PTS 시스템에 의해 특징화되는 미생물에서 특이적으로 페닐알라닌 합성 생성물에 긍정적인 영향을 주는 것이 입증되었다.The result is a microorganism characterized by a PTS system that introduces glucose dehydrogenase activity and increases the activity of gluconate kinase while simultaneously integrating a PEP-independent sugar uptake system to reduce or completely block enzymatic activity. Has been shown to positively affect phenylalanine synthesis products.

균주Strain 유전자형/특징Genotype / Features 공급원 및 참고문Sources and References 바실러스 메가테리움 DSM 319Bacillus Megaterium DSM 319 gdhIV 유전자에 대한 공여체Donor for gdhIV Gene Nagao 등의 J. Bacteriol. 174, 5013-5020J. Bacteriol, Nagao et al. 174, 5013-5020 에스체리치아 콜라이 AT2471Escherichia coli AT2471 tyrA4,relA1,spoT1,thi-1 tyr A4, rel A1, spo T1, thi -1 Taylor and Trotter, Bacteriol. Rev. 13(1967) 332-53Taylor and Trotter, Bacteriol. Rev. 13 (1967) 332-53 JM109DE3JM109DE3 Δ(pro-lac)/F'pro + lacZΔM15; T7 RNA 중합효소에 대한 유전자를 운반Δ ( pro-lac ) / F ′ pro + lacZΔM 15; Carry genes for T7 RNA polymerase Promega Co.Promega Co. 에스체리치아 콜라이 K-12 W3110Escherichia coli K-12 W3110 F-, 프로토트로픽 야생형 균주,thi-1;gntK 유전자에 대한 공여체F-, prototropic wild type strain, thi- 1; Donor for gnt K Gene Coli Genetic Stock Center, Yale University, New Haven, CT, U.S.A.Coli Genetic Stock Center, Yale University, New Haven, CT, U.S.A. 플라스미드 pZY507Plasmid pZY507 Cm2 Cm 2 Weisser 등의 J. Bacteriol 177(1995) 3351-4J. Bacteriol 177 (1995) 3351-4 by Weisser et al. pZY507glf pZY507 glf pZY507내 지모모나스 모빌리스glf-유전자pZY507 My Zimomonas mobilis glf -gene Weisser 등의 J. Bacteriol 177(1995) 3351-4J. Bacteriol 177 (1995) 3351-4 by Weisser et al. PGEM7PGEM7 ApR; T7 및 SP6 촉진자ApR; T7 and SP6 Promoter Promega Co.Promega Co. PGEM7gntKPGEM7 gnt K 에스체리치아 콜라이gntK 유전자를 포함하는 pGEM7PGEM7 containing Escherichia coli gnt K gene 본 출원This application PGEM7gdhIV PGEM7 gdhIV 바실러스 메가테리움gdhIV 유전자를 포함하는 pGEM7 PGEM7 containing the Bacillus megaterium gdh IV gene 본 출원This application pGEM7gntKgdhIV pGEM7 gnt Kg dhIV gntK 및gdhIV 유전자를 포함하는 pGEM7 pGEM7 containing the gnt K and gdh IV genes 본 출원This application

다양한 유전자 구조물을 갖는 에스체리치아 콜라이의 미정제 추출물에서 글루코스 탈수소효소 및 글루코네이트 키나제 활성의 측정Determination of Glucose Dehydrogenase and Gluconate Kinase Activity in Crude Extracts of Escherichia coli with Various Genetic Structures 균주Strain 글루코스 탈수소효소의 특이적 활성Specific Activity of Glucose Dehydrogenase 글루코네이트 키나제의 특이적 활성Specific Activity of Gluconate Kinase W3110/pGEM7W3110 / pGEM7 n.d.a.n.d.a. n.d.a.n.d.a. W3110/pGEM7gdhIVW3110 / pGEM7 gdh IV 0.4U/㎎0.4U / mg n.d.n.d. W3110/pGEM7gntKW3110 / pGEM7 gnt K n.d.a.n.d.a. 0.9U/㎎0.9U / mg W3110/pGEM7gntKgdhIVW3110 / pGEM7 gnt K gdh IV 1.0U/㎎1.0U / mg 0.9U/㎎0.9U / mg

n.d.a.= 검출이 불가능한 활성; n.d.= 측정되지 않음n.d.a. = undetectable activity; n.d. = not measured

Claims (29)

페닐알라닌, 트립토판, 티로신, 인디고, 인돌아세트산, 아디프산, 멜라닌, 시킴산(shikimic acid), 코리슴산(chorismic acid), 퀴논, 벤조산 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질을 미생물학적으로 제조하는 방법으로서, One or more substances selected from the group consisting of phenylalanine, tryptophan, tyrosine, indigo, indole acetic acid, adipic acid, melanin, shikimic acid, chorismic acid, quinone, benzoic acid and derivatives thereof are microbiological As a method of manufacturing 에스체리치아(Escherichia) 속, 세라티아(Serratia) 속, 바실러스(Bacillus) 속, 코리네박테리움(Corynebacterium) 속 및 브레비박테리움(Brevibacterium) 속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미생물[미생물은 바실러스 종들(Bacillus species)로부터 유래한 글루코스 탈수소효소(glucose dehydrogenase)의 증가된 활성을 갖도록 제조됨]내에서 글루코스 또는 글루코스-함유 기질을 글루코노락톤 또는 글루콘산으로 전환시키는 대사 경로 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. Microorganisms selected from the group consisting of the genus Esccherichia, Serratia, Bacillus, Corynebacterium, and Brevibacterium [microorganisms are Bacillus species Formulated to have an increased activity of glucose dehydrogenase derived from Bacillus species; and a metabolic pathway step of converting the glucose or glucose-containing substrate to gluconolactone or gluconic acid. How to. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium) 글루코스 탈수소효소의 활성이 에스체리치아(Escherichia) 속, 세라티아(Serratia) 속, 바실러스(Bacillus) 속, 코리네박테리움(Corynebacterium) 속 및 브레비박테리움(Brevibacterium) 속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미생물내에 도입되고/도입되거나 상기 미생물내에서 증가되는 것을 특징으로 하는 방법. Bacillus megaterium Glucose Dehydrogenase Activity is Escherichia, Serratia, Bacillus, Corynebacterium, and Brevibacterium ) Is introduced into and / or increased in the microorganism selected from the group consisting of 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 바실러스 메가테리움 글루코스 탈수소효소 IV의 활성이 에스체리치아(Escherichia) 속, 세라티아(Serratia) 속, 바실러스(Bacillus) 속, 코리네박테리움(Corynebacterium) 속 및 브레비박테리움(Brevibacterium) 속으로 이루어진 군으로부터 선택되는 미생물내에 도입되고/도입되거나 상기 미생물내에서 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.Activity of Bacillus megaterium glucose dehydrogenase IV into Escherichia genus, Serratia genus, Bacillus genus, Corynebacterium genus and Brevibacterium genus Introduced into and / or increased in the microorganism selected from the group consisting of: 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 에스체리치아 콜라이 글루코네이트 키나제(Escherichia coli gluconate kinase)의 활성이 부가적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.A method characterized by an additional increase in the activity of Escherichia coli gluconate kinase. 삭제delete 삭제delete 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 글루코노락토나제(gluconolactonase)의 활성이 부가적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.A method in which the activity of gluconolactonase is additionally increased. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 지모모나스 모빌리스 글루코스 촉진자 단백질(Glf)의 활성이 부가적으로 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.A method characterized by an additional increase in the activity of Zimomonas mobilis glucose promoter protein (Glf). 삭제delete 삭제delete 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, (a) 바실러스 종들로부터 유래한 글루코스 탈수소효소를 암호화하거나, 바실러스 종들로부터 유래한 글루코스 탈수소효소와 함께 에스체리치아 콜라이 글루코네이트 키나제(Escherichia coli gluconate kinase), 글루코노락토나제 및 지모모나스 모빌리스 글루코스 촉진자 단백질(Glf)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 효소를 암호화하는 유전자(들)을 도입시키고/도입시키거나, (a) Escherichia coli gluconate kinase, Glunolactonase and Zimomonas mobilis glucose promoters encoding glucose dehydrogenases derived from Bacillus species or together with glucose dehydrogenases derived from Bacillus species Introducing and / or introducing gene (s) encoding one or more enzymes selected from the group consisting of Protein (Glf), (b) 상기 효소(들)의 유전자 복제수를 증가시키고/증가시키거나, (b) increase and / or increase the number of gene copies of said enzyme (s), (c) 상기 효소(들)을 암호화하는 유전자(들)의 유전자 발현을 증가시키고/증가시키거나, (c) increase and / or increase gene expression of the gene (s) encoding said enzyme (s), (d) 상기 효소(들)의 내인성 활성을 증가시키고/증가시키거나, (d) increase / increase the endogenous activity of the enzyme (s), (e) 상기 효소(들)의 구조를 변경시키고/변경시키거나, (e) alter the structure of the enzyme (s) and / or (f) 탈조절된 효소(들)(deregulated enzyme(s))로서 상기 효소(들)을 사용하고/사용하거나, (f) use the enzyme (s) as deregulated enzyme (s), and / or (g) 탈조절된 효소(들)로서 상기 효소(들)를 암호화하는 유전자를 도입시킴으로써, (g) introducing a gene encoding said enzyme (s) as deregulated enzyme (s), 바실러스 종들로부터 유래한 글루코스 탈수소효소의 활성이 증가되거나, 또는 바실러스 종들로부터 유래한 글루코스 탈수소효소의 활성과 함께 에스체리치아 콜라이 글루코네이트 키나제(Escherichia coli gluconate kinase), 글루코노락토나제 및 지모모나스 모빌리스 글루코스 촉진자 단백질(Glf)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 이상의 효소의 활성이 증가되는 것을 특징으로 하는 방법.Escherichia coli gluconate kinase, Glunolactonase and Zimomonas mobilase with increased activity of glucose dehydrogenase derived from Bacillus species or with activity of glucose dehydrogenase derived from Bacillus species A method of increasing activity of at least one enzyme selected from the group consisting of glucose promoter proteins (Glf). 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 활성의 증가는 유전자 또는 유전자들을 단일의 유전자 구조물 또는 수 개의 유전자 구조물로 통합시킴으로써 달성되고, 유전자 또는 유전자들은 단일 복제로서의 유전자 구조물 또는 증가된 복제수의 유전자 구조물 중에 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.The increase in activity is achieved by incorporating the gene or genes into a single gene construct or several gene constructs, wherein the gene or genes are introduced into the gene construct as a single copy or the genetic construct of increased copy number. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 글루코스 또는 글루코스-함유 기질에 대한 PEP-의존성 흡수계의 활성(존재하는 경우에 한함)이 부가적으로 감소되거나 또는 차단(switch off)되는 것을 특징으로 하는 방법.Wherein the activity of the PEP-dependent uptake system (if any) on the glucose or glucose-containing substrate is additionally reduced or switched off. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, DAHP 신타제(synthase), 시키메이트 키나제(shikimate kinase), 코리스메이트 뮤타제(chorismate mutase)/프레페네이트 탈수효소(prephenate dehydratase), 트랜스알돌라제(transaldolase), 트랜스케톨라제(transketolase) 및 글루코키나제(glucokinase)로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 효소가 탈조절되고/탈조절되거나 증가된 활성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.DAHP synthase, shikimate kinase, chorismate mutase / prephenate dehydratase, transaldolase, transketolase and glucose At least one enzyme selected from the group consisting of glucokinase has deregulated and / or increased activity. 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 제조된 물질이 페닐알라닌, 트립토판 또는 티로신인 것을 특징으로 하는 방법.Method wherein the material produced is phenylalanine, tryptophan or tyrosine. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 제조된 물질이 L-페닐알라닌인 것을 특징으로 하는 방법.Method wherein the material produced is L-phenylalanine. 삭제delete 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 에스체리치아 콜라이(Escherichia coli)가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.Escherichia coli is used. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항, 제 3 항 및 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,The method according to any one of claims 1, 3 and 4, 에스체리아아 콜라이 글루코네이트 키나제를 암호화하는 유전자와 함께 글루코스 탈수소효소를 암호화하는 유전자를 재조합 형태로 함유하거나, 지모모나스 모빌리스 글루코스 촉진자 단백질(Glf)를 암호화하는 유전자와 함께 글루코스 탈수소효소를 암호화하는 유전자를 재조합 형태로 함유하거나, 또는 에스체리치아 콜라이 글루코네이트 키나제를 암호화하는 유전자, 글루코노락토나제를 암호화하는 유전자 및 지모모나스 모빌리스 글루코스 촉진자 단백질(Glf)를 암호화하는 유전자로 이루어진 군으로부터 선택되는 2개 이상의 유전자와 함께 글루코스 탈수소효소를 암호화하는 유전자를 재조합 형태로 함유하는 유전자 구조물을 복제가능한 형태로 보유하는 형질전환 세포가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법. Gene containing a gene encoding glucose dehydrogenase together with a gene encoding Escherichia coli gluconate kinase, or a gene encoding glucose dehydrogenase together with a gene encoding a geomonas mobilis glucose promoter protein (Glf) In a recombinant form, or selected from the group consisting of a gene encoding Escherichia coli gluconate kinase, a gene encoding glucononolactonase, and a gene encoding Jimmonas mobilis glucose promoter protein (Glf). A transgenic cell is used which retains in a replicable form a gene construct containing in recombinant form a gene encoding a glucose dehydrogenase with more than one gene.
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