Brevibacterium lactofermentum에서 ddh 유전자의 Overexpression이 $_L-Lysine$ 생산에 미치는 영향

Influence on Lysine Production by Overexpression of the ddh Gene in a Lysine-producing Brevibacterium lactofermentum

$_L-Lysine$ 발효산업에 이용되고 있는 B. lactofermentum의 L-lysine 생합성은 succinylase 경로와 dehydrogenase 경로를 통하여 일어난다. 특히 lysine 생산 균주에 부가적으로 존재하는 dehydrogenase 경로는 lysine 생합성에 있어서 필수적인 경로로 작용하며 이때 meso-DAP-dehydrogenase (DDH)를 암호화하는 ddh gene이 관여한다. 그러므로 B. lactofermentum의 lysine 발효에 있어서 ddh gene의 over expression에 의한 lysine 생성량을 비교 조사하기 위하여, shuttle vector pEB1 및 pJC1으로 ddh gene을 삽입하여 재조합 plasmid pRK1 및 pRK31을 구축하였고 이를 B. lactofermentum으로 도입시켜 DDH 활성을 측정한 결과 pRK1을 함유한 균주는 대조균주보다 7배 정도, pRK31을 함유한 균주는 14배 정도 증가하였다. 또한 Shuttle vector를 함유한 대조균주와 재조합 plasmid를 함유한 균주간의 성장 비교에서는 서로 비슷한 수준을 나타내었으며 플라스크 배양에서 lysine 생성량의 비교 분석에서는 재조합 plasmid를 함유한 균주의 경우 48시간 이후부터 대조균주보다 lysine 생성량이 증가하기 시작하여 72시간때에는 최대치를 나타내었으며 그 이후는 오히려 감소하였다. 최대치를 나타낸 72시간 때의 lysine 생성량은 대조균주가 4.38g/L를 나타내었으며 pRK1 및 pRK31을 함유한 균주는 각각 5.34g/L 및 5.21 g/L이었다. 이상의 결과로 미루어 볼 때 B. lactofermentum내에서 ddh gene의 증폭에 의한 lysine 생성량은 pRK1 및 pRK31에서 대조균주보다 각각 20% 및 19% 증가하였다. 또한 발효조 배양에서의 lysine 생성량도 재조합 균주가 대조균주보다 23% 정도 증가를 나타내어 B. lactofermentum에서 ddh gene의 증폭으로 lysine 생성량이 증가하였음을 확인하였다.

The ddh gene encoding meso-DAP-dehydrogenase (DDH) involved in the dehydrogenase pathway is essential for high-level lysine production in Brevibacterium lactofermentum. To investigate its influence on lysine production by overexpression of the ddh gene in a lysine-producing B. lactofermentum, recombinant plasmid pRK1 and pRK31 containing the ddh gene of B. lactofermentum were constructed and they were introduced into B. lactofermentum by electroporation. Multiple copies of pRK1 and pRK31 caused 7-fold and 14-fold increase of DDH activity in B. lactofermentum cell extracts, respectively. As determined in shake flask fermentation, lysine production of B. lactofermentum harboring pRK1 or pRK31 was 22% or 19% higher than that of the control, respectively.