ģȯ°æ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ »ý»ê ½Ã½ºÅÛ °³¹ß
Çѱ¹°úÇбâ¼ú¿ø ÀÌ»ó¿± ±³¼ö
Yang JE, Park SJ, Kim WJ, Kim HJ, Kim BJ, Lee H, Shin J, & Lee SY (2018). One-step fermentative production of aromatic polyesters from glucose by metabolically engineered Escherichia coli strains. Nature Communications 2018 January DOI: 10.1038/s41467-017-02498-w
1. ¿¬±¸¹è°æ
¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£´Â °µµ ¹× ¿¾ÈÁ¤¼ºÀÌ ¿ì¼öÇÏ¿© º´, ½Ä·áÇ° Æ÷ÀåÀç µî¿¡ ´Ù¾çÇÏ°Ô »ç¿ëµÇ°í ÀÖ´Â Áß¿äÇÑ ¿ø·áÀÌ´Ù. ´ëÇ¥ÀûÀÎ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£·Î´Â PET(Æú¸®¿¡Æ¿·»Å×·¹ÇÁÅ»·¹ÀÌÆ®: PETº´ ¿ø·á)°¡ ÀÖ´Ù. ÇöÀç ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£´Â Ã˸ŠµîÀ» »ç¿ëÇÏ´Â º¹ÀâÇÑ °øÁ¤À» ÅëÇØ »ý»êµÇ±â ¶§¹®¿¡ ºñÈ¿À²ÀûÀÏ »Ó¸¸ ¾Æ´Ï¶ó ģȯ°æÀûÀÌÁö ¸øÇÑ ´ÜÁ¡À» °¡Áö°í ÀÖ¾ú´Ù. µû¶ó¼ ȯ°æ¿¡ ºÎ´ãÀ» ÁÖÁö ¾Ê´Â Áö¼Ó°¡´ÉÇÑ Ä£È¯°æ »ý»ê ½Ã½ºÅÛÀÇ °³¹ßÀÌ ÇÊ¿ä·Î ÇÏ¿´´Ù.
2. ¿¬±¸³»¿ë
º» ¿¬±¸ÁøÀº ºñ½Ä¿ë ¹ÙÀÌ¿À¸Å½º¸¦ ÀÌ¿ëÇÑ È¯°æ Ä£ÈÀû ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ »ý»ê ±â¼úÀ» °³¹ßÇϱâ À§ÇÏ¿©, ¹Ì»ý¹° À¯·¡ °íºÐÀÚÀÎ Æú¸®ÇÏÀ̵å·Ï½Ã¾ËÄ«³ë¿¡ÀÌÆ®ÀÇ »ýÇÕ¼º ½Ã½ºÅÛÀ» ±â¹ÝÀ¸·Î, °íºÐÀÚ »ý»ê¿¡ ÇÙ½ÉÀÌ µÇ´Â ÄÚ¿¡ÀÌ-ÀüÀÌÈ¿¼Ò (CoA-transferase)ÀÇ ±âÁ¸¿¡ ¹àÇôÁöÁö ¾ÊÀº ½Å±Ô È°¼ºÀ» ±Ô¸íÇÏ°í À̸¦ È°¿ëÇÏ¿©¼ ´Ù¾çÇÑ Á¾·ùÀÇ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£¸¦ »ý»êÇÏ¿´´Ù (±×¸² 1).

±×¸² 1. ÀçÁ¶ÇÕ ´ëÀå±ÕÀ» ÅëÇÑ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ »ý»ê Àü·« ¿ä¾à
¡à ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ »ý»êÀ» À§ÇÑ ½Ã½ºÅÛ ¼öÁØÀÇ ´ë»çȸ·Î Àç¼³°è
¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£¸¦ »ýÇÕ¼ºÇϱâ À§ÇØ Æ÷µµ´çÀ¸·ÎºÎÅÍ D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ®¸¦ »ý»êÇÏ´Â ´ëÀå±Õ ±ÕÁÖ¸¦ Á¦ÀÛÇÏ¿´´Ù. ¹æÇâÁ· ÈÇÕ¹°ÀÇ »ýÇÕ¼ºÀº 3-µ¥¿Á½Ã-D-¾Æ¶óºñ³ë-ÇñÅø·Î¼Ò³×ÀÌÆ®-7-Àλê (DAHP)ÀÇ ÇÕ¼º¿¡¼ ½ÃÀ۵Ǹç, DAHP´Â DAHP ÇÕ¼ºÈ¿¼Ò¿¡ ÀÇÇÑ Æ÷½ºÆ÷¿¡³îÇǷ纣ÀÌÆ® (PEP)¿Í ¿¡¸®¾²·ÎÁî-4-Àλê (E4P)ÀÇ ÃàÇÕÀ¸·Î »ý¼ºµÈ´Ù. »ý¼ºµÈ DAHP´Â Æä´ÒÇǷ纣ÀÌÆ® (PPA)·Î ÀüȯµÈ ÈÄ, D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ® µðÇÏÀ̵å·Î°Ô³×ÀÌÁî (FldH)¿¡ ÀÇÇØ D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ®·Î ÀüȯµÈ´Ù (±×¸² 2). ¹æÇâÁ· ÈÇÕ¹° »ýÇÕ¼ºÀ» À§ÇÑ ´ë»ç°æ·Î´Â ´Ù¾çÇÑ ÀúÇØÀÛ¿ë¿¡ ÀÇÇØ º¹ÀâÇÏ°Ô Á¦¾îµÇ´Â °ÍÀ¸·Î ¾Ë·ÁÁ® ÀÖ´Ù. aroG À¯ÀüÀÚ¿¡ ÀÇÇØ ÄÚµùµÇ´Â DAHP ÇÕ¼ºÈ¿¼Ò¿Í pheA À¯ÀüÀÚ¿¡ ÀÇÇÏ¿© ÄÚµùµÇ´Â ÄÚ¸®½º¸ÞÀÌÆ® ¹ÂŸ¾ÆÁ¦/ÇÁ·¹Æä³×ÀÌÆ® µðÇÏÀ̵å·Î°Ô³×ÀÌÁîÀÇ ¹ßÇöÀº L-Æä´Ò¾Ë¶ó´Ñ¿¡ ÀÇÇÏ¿© ÀúÇصȴÙ. º» ¿¬±¸¿¡¼´Â L-Æä´Ò¾Ë¶ó´Ñ¿¡ ÀÇÇÑ Çǵå¹é ÀúÇظ¦ ÇØÁ¦Çϱâ À§ÇØ Çǵå¹é ÀúÇØ ³»¼º µ¹¿¬º¯ÀÌ AroGfbr [AroG (D146N)] ¹× PheAfbr [PheA (T326P)]¸¦ Á¦ÀÛÇÏ¿´´Ù. AroGfbr, PheAfbr ¹× C. botulinum A str. ATCC 3502 À¯·¡ÀÇ FldH¸¦ ¹ßÇöÇÏ´Â ÀçÁ¶ÇÕ ´ëÀå±ÕÀ» Á¦ÀÛÇÏ¿´´Ù. ¶ÇÇÑ, ÀÌ °úÁ¤¿¡¼ º» ¿¬±¸ÁøÀº ¿Ü·¡ ´ë»ç°æ·ÎÀÇ µµÀÔ°ú Á¶ÀÛ¸¸À¸·Î´Â ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ý»êÀÌ È¿À²ÀûÀÌÁö ¾Ê¾Ò±â ¶§¹®¿¡ ½Ã½ºÅÛ ¼öÁØÀÇ ´ë»çÈ帧 Áõ´ë±â¼úÀ» ÇÊ¿ä·Î ÇÏ¿´´Ù. ÀÌ¿¡ ÄÄÇ»ÅÍ ±â¹Ý ÀνǸ®ÄÚ ½Ã¹Ä·¹À̼ÇÀ» ÀÌ¿ëÇÑ ´ëÀå±Õ ±ÕÁÖÀÇ ´ë»çÈ帧ºÐ¼® ±â¹ýÀ» È°¿ëÇÏ¿© ½Ã½ºÅÛ ¼öÁØÀÇ ´ë»çȸ·Î Àç¼³°è¸¦ ÁøÇàÇÏ¿´´Ù (±×¸² 2). Á¦ÀÛµÈ ±ÕÁÖ¸¦ 20 g/L Æ÷µµ´ç ¹× 1 g/LÀÇ sodium 3-hydroxybutyrate (¼Òµã 3HB)¸¦ ÇÔÀ¯ÇÏ´Â ¹èÁö¿¡¼ ¹è¾çÇÏ¿© Æú¸®(52.1 mol% 3HB-co-47.9 mol% D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ®)¸¦ °ÇÁ¶ ¼¼Æ÷ ¹«°ÔÀÇ 15.8 Áß·®% ÇÔ·®À¸·Î »ý»êÇϴµ¥ ¼º°øÇÏ¿´´Ù. ¶ÇÇÑ, À¯°¡½Ä ¹ßÈ¿ (fed-batch)¸¦ ÅëÇØ Æú¸®(52.3mol% 3HB-co-47.7mol% D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ®)¸¦ °ÇÁ¶ ¼¼Æ÷ ¹«°ÔÀÇ 24.3 Áß·®% ÇÔ·®À¸·Î »ý»êÇÏ¿´´Ù.

±×¸² 2. ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ »ý»êÀ» À§ÇÑ ±ÕÁÖ Á¶ÀÛ Àü·«
¡à ÇÕ¼º ÇÁ·Î¸ðÅÍ ±â¹Ý Ç÷°½º Á¶ÀýÀ» ÅëÇÑ ´Ù¾çÇÑ ¸ôºÐÀ²ÀÇ ¹æÇâÁ· ´Ü·®Ã¼¸¦ ÇÔÀ¯ÇÏ´Â Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ýÇÕ¼º
¿ÜºÎ·ÎºÎÅÍ 3HB¸¦ ÷°¡ÇÏÁö ¾Ê°íµµ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£¸¦ »ý»êÇÏ´Â ±ÕÁÖ¸¦ Á¦ÀÛÇϱâ À§ÇÏ¿©, ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ »ý»ê±ÕÁÖ¿¡¼ 3-hydroxybutyryl-CoA ÇÕ¼º¿¡ °ü¿©ÇÏ´Â R. eutropha ¥â-ketothiolase (PhaA)¿Í acetoacetyl-CoA reductase (PhaB)¸¦ Ãß°¡·Î ¹ßÇö½ÃÅ°°í, 3HB º¸Ãæ¾øÀÌ Æ÷µµ´ç¿¡¼ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£¸¦ »ý»êÇÏ°íÀÚ ÇÏ¿´´Ù. ±× °á°ú, Æú¸® (86.2 mol% 3HB-co-13.8 mol% D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ®)¸¦ °ÇÁ¶¼¼Æ÷ ¹«°ÔÀÇ 18.0 Áß·®%·Î Æ÷µµ´çÀ¸·ÎºÎÅÍ »ý»êÇÒ ¼ö ÀÖ¾ú´Ù. ¶ÇÇÑ, »ê¾÷Àû ÀÀ¿ë¿¡ Áß¿äÇÑ ´Ù¾çÇÑ ´Ü·®Ã¼ ¸ôºÐÀ²À» °®´Â ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ý»êÀ» ÇÕ¼º Anderson ÇÁ·Î¸ðÅÍ(http://parts.igem.org/)¸¦ »ç¿ëÇÑ PhaABÀÇ ´ë»ç Ç÷°½º Á¶ÀýÀ» ÅëÇØ ½ÃµµÇÏ¿´´Ù. »óÀÌÇÑ °µµÀÇ 5 °¡Áö ÇÁ·Î¸ðÅÍ ÇÏ¿¡¼ PhaAB¸¦ ¹ßÇöÇÏ´Â ±ÕÁÖ¸¦ Á¦ÀÛÇÏ¿´´Ù (±×¸² 3).
±×¸² 3. ÇÕ¼º ÇÁ·Î¸ðÅÍ ±â¹Ý Ç÷°½º Á¶ÀýÀ» ÅëÇÑ ´Ù¾çÇÑ ¸ôºÐÀ²ÀÇ D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ® ÇÔÀ¯ Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ýÇÕ¼º
±×¸² 3. ÇÕ¼º ÇÁ·Î¸ðÅÍ ±â¹Ý Ç÷°½º Á¶ÀýÀ» ÅëÇÑ ´Ù¾çÇÑ ¸ôºÐÀ²ÀÇ D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ® ÇÔÀ¯ Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ýÇÕ¼º
PhaAB ¹ßÇöÀÌ °¨¼ÒÇÔ¿¡ µû¶ó D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ® ´Ü·®Ã¼ ¸ôºÐÀ²Àº Áõ°¡ÇÏ¿´°í, °¢°¢ 11.0 mol%, 15.8 mol%, 20.0 mol%, 70.8 mol% ¹× 84.5 mol%ÀÇ D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ®¸¦ ÇÔÀ¯ÇÏ´Â °øÁßÇÕü¸¦ »ý»êÇÏ¿´´Ù (¾Æ·¡ Ç¥). ÀÌ·¯ÇÑ °á°ú´Â ´ë»ç Ç÷°½º¸¦ Á¶ÀýÇÔÀ¸·Î½á ´Ù¾çÇÑ ¸ôºÐÀ²ÀÇ ¹æÇâÁ· ´Ü·®Ã¼¸¦ ÇÔÀ¯ÇÏ´Â ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£¸¦ »ýÇÕ¼º ÇÒ ¼ö ÀÖÀ½À» ½Ã»çÇÑ´Ù.
Ç¥. ´Ù¾çÇÑ ¸ôºÐÀ²ÀÇ D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ®¸¦ ÇÔÀ¯ÇÏ´Â Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ ÇÕ¼º

¡à À¯°¡½Ä ¹ßÈ¿¸¦ ÅëÇÑ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ýÇÕ¼º
´ÙÀ½À¸·Î BBa_J23114 ÇÁ·Î¸ðÅÍ ÇÏ¿¡¼ PhaAB¸¦ ¹ßÇöÇÏ´Â ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ »ý»ê±ÕÁÖÀÇ pH-stat ¹è¾çÀ» 3HBÀÇ °ø±Þ¾øÀÌ ¼öÇàÇÏ¿´´Ù. ¹è¾ç 96 ½Ã°£ ÈÄ ÁßÇÕü ÇÔ·®ÀÌ °ÇÁ¶¼¼Æ÷ ¹«°ÔÀÇ 43.8 Áß·®%ÀÎ Æú¸® (67.6 mol% 3HB-co-32.4 mol % D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ®)¸¦ 2.5 g/L·Î »ý»êÇÏ¿´´Ù (±×¸² 4). ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ý»êÀ» ´õ¿í Çâ»ó½ÃÅ°±â À§ÇØ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ »ý»ê±ÕÁÖ ¿°»öü ³»ÀÇ ldhA À¯ÀüÀÚ¸¦ fldH À¯ÀüÀÚ·Î ´ëüÇÏ¿© À¯ÀüÀÚ ¹ßÇö ½Ã½ºÅÛÀ» ÃÖÀûÈÇß´Ù. ¶ÇÇÑ, ldhA À¯ÀüÀÚÀÇ Ãµ¿¬ ÇÁ·Î¸ðÅ͸¦ °ÇÑ trc ÇÁ·Î¸ðÅÍ·Î ´ëüÇÏ¿© fldH À¯ÀüÀÚÀÇ ¹ßÇöÀ» Áõ°¡½ÃÄ×´Ù. ³ª¾Æ°¡ À¯°¡½Ä ¹ßÈ¿°øÁ¤À» ÃÖÀûÈÇÏ¿© 13.9 g/LÀÇ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£¸¦ »ý»êÇÏ¿´´Ù (±×¸² 4). À̸¦ ÅëÇØ »ýÈÇÐ ½Ã½ºÅÛÀ» »ç¿ëÇÏ¿© ºñõ¿¬ °íºÐÀÚÀÎ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£¸¦ °íÈ¿À²·Î »ý»êÇϴµ¥ ÃÖÃÊ·Î ¼º°øÇÏ¿´´Ù. ÇØ´ç ½Ã½ºÅÛÀ» »ç¿ëÇÏ¸é ¹è¾ç¾× 1L´ç 13.9 gÀÇ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ý»êÀÌ °¡´ÉÇÏ´Ù. ¶ÇÇÑ, ÇØ´ç ½Ã½ºÅÛÀ» ÅëÇØ ´Ù¾çÇÑ Á¾·ùÀÇ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ýÇÕ¼º¿¡µµ ¼º°øÇÔÀ¸·Î½á, À̹ø ¿¬±¸¿¡¼ °³¹ßµÈ ȯ°æÄ£ÈÀû »ýÇÕ¼º ½Ã½ºÅÛÀÇ ±â¼úÀû ¿ì¼ö¼ºÀ» Áõ¸íÇÏ¿´´Ù.

±×¸² 4. À¯°¡½Ä ¹ßÈ¿¸¦ ÅëÇÑ ¹æÇâÁ· Æú¸®¿¡½ºÅ׸£ÀÇ »ý»ê. AroGfbr, PheAfbr, FldH, PhaC1437 ¹× HadA¸¦ ¹ßÇöÇÏ´Â ´ëÀå±Õ XB201TBALÀÇ À¯°¡½Ä ¹ßÈ¿¸¦ ÅëÇÑ ¼¼Æ÷ ¼ºÀå ¹× D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ® »ý»ê (a) ¹× °íºÐÀÚ ÇÔ·® ¹× Á¶¼º (b), AroGfbr, PheAfbr, FldH, HadA, PhaC1437 ¹× BBa_J23114 ÇÁ·Î¸ðÅÍ ÇÏ¿¡¼ PhaAB¸¦ ¹ßÇöÇÏ´Â ´ëÀå±Õ XB201TBALÀÇ À¯°¡½Ä ¹ßÈ¿¸¦ ÅëÇÑ ¼¼Æ÷ ¼ºÀå ¹× D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ® »ý»ê (c) ¹× °íºÐÀÚ ÇÔ·® ¹× Á¶¼º (d), AroGfbr, PheAfbr, FldH, HadA, PhaC1437 ¹× BBa_J23114 ÇÁ·Î¸ðÅÍ ÇÏ¿¡¼ PhaAB¸¦ ¹ßÇöÇÏ´Â ´ëÀå±Õ XB201TBALFÀÇ À¯°¡½Ä ¹ßÈ¿¸¦ ÅëÇÑ ¼¼Æ÷ ¼ºÀå ¹× D-Æä´Ò¶ôÅ×ÀÌÆ® »ý»ê (e) ¹× °íºÐÀÚ ÇÔ·® ¹× Á¶¼º (f)
3. ±â´ëÈ¿°ú
º» ¿¬±¸¸¦ ÅëÇØ °³¹ßµÈ ¹æÇâÁ· °íºÐÀÚ »ý»ê ±â¼úÀº ´Ù¾çÇÑ ºñõ¿¬ °íºÐÀÚµéÀÇ »ý»êÀÌ °¡´ÉÇÑ Ç÷§Æû ±â¼úÀÌ´Ù. µû¶ó¼ ÇØ´ç ±â¼úÀ» È°¿ëÇÏ¿© ¼®À¯ ±â¹ÝÀÇ °íºÐÀÚ¸¦ ´ëüÇÒ °í°¡ÀÇ ÀÇÇÐ¿ë °íºÐÀÚ, ģȯ°æ ¼ÒÀç µî ´Ù¾çÇÑ Àç·áµéÀ» º¸´Ù ģȯ°æÀûÀ¸·Î »ý»êÇÏ¿© ¹ÙÀÌ¿À Çöó½ºÆ½ »ê¾÷ÀÇ È®Àå¿¡ ±â¿©ÇÒ °ÍÀ¸·Î ±â´ëÇÑ´Ù.
Âü°í¹®Çå
1. Yang JE, Kim JW, Oh YH, Choi SY, Lee H, Park A-R, Shin J, Park SJ, and Lee SY (2016). Biosynthesis of poly(2-hydroxyisovalerate-co-lactate) by metabolically engineered Escherichia coli, Biotechnol. J. 11(12): 1572-1585.
2. Luengo JM1, García JL, Olivera ER (2001). The phenylacetyl-CoA catabolon: a complex catabolic unit with broad biotechnological applications. Mol Microbiol. 39(6): 1434-1442.