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Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the production of L-ornithine and putrescine = 코리네박테리움에서의 L-오르니틴과 퓨트레신 생산을 위한 대사공학적 연구
서명 / 저자 Metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum for the production of L-ornithine and putrescine = 코리네박테리움에서의 L-오르니틴과 퓨트레신 생산을 위한 대사공학적 연구 / Seo Yun Kim.
저자명 Kim, Seo Yun ; 김서윤
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2014].
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L-ornithine is a non-essential amino acid which is important precursor of urea cycle. It can be used many applications. Many natural and engineered microorganisms for the L-ornithine production were reported. Among them, Corynebacterium glutamicum was employed for the production of L-ornithine under aerobic condition. For the production of L-ornithine, the proB gene was deleted to block the branching competitive pathway and the argF gene was deleted to block the conversion of L-ornithine into L-citrulline. In addition, the argR gene was also deleted to eliminate regulatory repressor of the L-arginine operon. The resulting strain was able to produce 230 mg/L of L-ornithine in flask culture. This strain was further engineered by plasmid-born (pEK0) overexpression of the argC, argJ, argB, argD genes under the native promoter, which resulted in the production of 7.19 g/L of L-ornithine. Additionally, the start codon of pgi and zwf genes was changed to GTG and ATG, respectively. To en-hance NADPH pool, the native promoter of tkt operon was replaced with the strong sod promoter. The final strain (YW04 (pSY223)) was able to produce 51.5 g/L of L-ornithine in 40 h by fed-batch fermentation with the overall yield and productiviy of 0.12 g/g glucose and 1.28 g/L/h. Putrescine (1,4-diaminobutane) is four carbon linear chain with two amino groups. It has been used to produce nylon-4,6 because of its high melting point and mechanical strength. In this study, C. glutamicum was metabolically engineered for the production of putrescine. Similar strategy was employed to produce putrescine using the base strain under aerobic condition. Therefore, we further deleted the speE gene encoding spermidine synthase to block the conversion of putrescine. We further deleted monoamine oxidase gene (cgl0223) which could convert putrescine into 4-Aminobyryraldehyde. However, there was no accumulation of putrescine because C. glutamicum hasn’t ornithine decarboxylase(speC) which convert L-ornithine into putrescine. Thus, this strain was further engineered by plasmid-born (pEK0) overexpression of the speC gene under the eftu promoter, which resulted in the production of 36.1 g/L of putrescine in fed-batch fermentation. This study demonstrates the possibility for the industrial production of L-ornithine and putrescine in C. glutamicum.

L-오르니틴은 비필수 아미노산중 하나이며, 중요한 전구체이다. L-오르니틴은 많은 활용분야를 가지는 물질이다. 많은 자연계 그리고 개량된 미생물에의한 L-오르니틴의 생산이 보고되었다. 그 중, 코리네박테리움 글루타미쿰 균주는 오르니틴생산에 사용되어왔다. 오르니틴 생산을 위해서, 경쟁대사경로를 차단하기위해 proB유전자를 결실하고, 생산된 L-오르니틴이 L-시트룰린으로 분해되는것을 막기위해 argF유전자를 결실하였다. 또한 L-알지닌 오페론의 조절인자를 제거하기위해 argR유전자를 결실하였다. 이 균주는 플라스크 배양을 통해 230mg/L의 오르니틴을 생산하였다. 또한 이 균주는 pEK0 플라스미드를 이용한 argC, argJ, argB, argD 유전자들을 과발현하였다. 이 균주는 플라스크 배양을 통해 7.19 g/L의 오르니틴을 생산하였다. 추가적으로, pgi 유전자와 zwf 유전자의 개시코돈을 각각 GTG와 ATG로 변경하였습니다. 또한 NADPH 수준을 늘려주기위해 tkt 오페론의 프로모터를 강력한 sod 프로모터로 변경하였다. YW04(pSY223) 균주는 최종적으로 40시간의 fed-batch 발효를 통해서 51.5 g/L의 농도와 0.12 g/g 의 yield와 1.28 g/L/h의 생산성을 보였다. 퓨트레신은 두개의 아미노 그룹을 가진 네개의 탄소사슬을 가지는 물질이다. 이 물질은 높은 녹는점과 높은 강도를 가지기 때문에 나일론 생산에 사용되어 왔다. 본 연구에서 퓨트레신 생산을 위해 코리네박테리움 글루타미쿰을 대사공학적으로 개량되었다. L-오르니틴의 연구와 비슷한 전략이 사용되었다. 그러므로 퓨트레신이 분해되는 경로를 막기 위해서 speE 유전자와 cgl0223 유전자를 결실하였다. 하지만 L-오르니틴에서 퓨트레신으로 전환시키는 speC 유전자를 코리네박테리움 글루타미쿰이 가지고 있지 않기 때문에 퓨트레신이 생산되지 않았다. 따라서 pEK0 플라스미드를 통해 eftu 프로모터하에 speC 유전자, 그리고 argC, argJ, argB, argD 유전자들을 과발현하였다. 그 결과 fed-batch 발효를 통해서 36.1 g/L 농도로 퓨트레신을 생산하였다. 본 연구는 L-오르니틴과 퓨트레신의 생산의 가능성을 제시하였다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {MCBE 14040
형태사항 v, 39 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 김서윤
지도교수의 영문표기 : Sang Yup Lee
지도교수의 한글표기 : 이상엽
학위논문 학위논문(석사) - 한국과학기술원 : 생명화학공학과,
서지주기 References : p. 33-35
주제 Corynebacterium glutamicum
L-ornithine
putrescine
Metabolic engineering
코리네박테리움 글루타미쿰
L-오르니틴
퓨트레신
대사공학
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