Escherichia coli has been the most widely used host for the production of many industrially important compounds. But it has some drawbacks such as ill-defined cellular processes, use of too much energy, and production of many unnecessary compounds. In order to direct more metabolic energy into the production of useful materials and to decrease the production of unnecessary compounds, development of a new E. coli strain, which contains only the functional genes, was explored by deletion of large genomic segments using Cre/loxP site-specific recombination system. As a preliminary experiment we selected a target region between argF and hemB, which is 100kb apart, because this region contains a lac operon for the easy detection of the deletion. Two loxP recognition sequences for a site-specific recombinase Cre, were inserted into the E. coli chromosome at the pre-determined sites by homologous recombination and P1 transduction. The Cre, which is transiently expressed upon induction, deleted the targeted genomic segment flanked by two loxP sites. The new E. coli strain with the engineered chromosome showed normal growth pattern on rich-media. The feasibility of minimizing E. coli genome for a metabolic engineering was successfully demonstrated here by deleting the 100kb argF-hemB region of the E. coli MG1655 genome.
대장균은 다양한 산업적으로 유용한 물질의 생산을 위해 일반적으로 많이 이용되어 왔으나 정확히 밝혀지지 않은 세포 기작, 많은 에너지의 소모, 그리고 많은 불필요한 물질의 생성과 같은 여러 단점을 가지고 있다. 이에 유용한 물질의 생산에 대사적 에너지를 모으고 불필요한 물질의 생산을 줄이기 위하여, Cre/loxP site-specific recombination system을 이용한 염색체 커다란 부분 제거를 통해, 기능을 지닌 유전자만을 가지고 있는 새로운 대장균 균주를 개발하고자 하였다. 우선 염색체 제거의 쉬운 검출을 위해 lac operon을 지니고 있으며 약 100kb 떨어진 argF와 hemB 사이의 염색체 부분을 제거하는 예비실험을 하였다. Site-specific recombinase, Cre의 인식 부위인 두 loxP site를 Homologous recombination과 P1 transduction을 이용해 미리 정해진 염색체 내로 삽입하였다. 이후 유도 발현된 Cre에 의해 목표로 삼은 두 loxP 사이의 염색체가 제거되었다. 염색체의 일부 제거를 통해 우리가 예상한 특징을 지닌 새로운 대장균 균주는 영양이 풍부한 배지에서 일반적인 성장 경향을 보였다. 염색체 최소화를 통한 새로운 대사공학용 균주 개발의 가능성을 대장균 균주 MG1655의 염색체에서 약 100kb 정도의 argF-hemB부분을 제거함으로써 확인하였다.
