Enhanced Biosynthesis of Antioxidant Bilirubin in Metabolically Engineered Corynebacterium glutamicum
대사적으로 조작된 코리네박테리움 글루타미쿰에서의 항산화제 빌리루빈의 강화된 생합성
- 주제(키워드) Corynebacterium glutamicum , bilirubin , heme pathway , NADPH pool
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 한성옥
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 대학원 생명공학과
- 세부전공 의약나노바이오시스템
- 세부분야 해당없음
- 원문페이지 44 p
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/korea/000000269995
- UCI I804:11009-000000269995
- DOI 10.23186/korea.000000269995.11009.0001419
- 본문언어 영어
초록/요약
Bilirubin, a potent lipid-soluble anti-oxidant that has the ability to remove various reactive oxygen species (ROS), has received attention recently. Bilirubin is currently extracted from pig bile. However, a limited supply of the pig bile has prompted biosynthetic processes using microorganisms. In this study, an efficient bilirubin microbial producer was developed by metabolic engineering of Corynebacterium glutamicum. The overexpression of enzymes related to the heme biosynthesis pathway and replacing the inherent promoter of the heme biosynthesis operon with the sod promoter which is the strong promoter in C. glutamicum showed the 32.6-fold increase of biliverdin production. The heterologous overexpression of biliverdin reductase (BvdR) encoded by the bvdR gene and the enhancement of NADPH pool achieved the successful production of bilirubin in biliverdin-producing C. glutamicum. The final engineered strain showed a maximum bilirubin titer of 12.22 ± 0.87 mg/L at flask scale. Fed-batch fermentations in 5 L bioreactor using glucose as the only carbon source resulted in the production of 25.81 mg/L of bilirubin. This is the first report on the microbial production of bilirubin from glucose. Furthermore, biologically synthesized bilirubin showed antioxidant action similar to that of commercial bilirubin. Therefore, this study suggested an alternative microbial biosynthetic approach for bilirubin production with minimal worry for a shortage of raw materials.
more초록/요약
다양한 종류의 활성산소(ROS)를 제거하는 능력이 있는 강력한 지용성 항산화제인 빌리루빈이 최근 주목받고 있다. 빌리루빈은 현재 돼지 담즙에서 추출된다. 그러나 제한된 원료 공급으로 인해 미생물을 이용한 생합성 공정이 고안되었다. 이 연구에서 효율적인 빌리루빈 미생물 숙주는 코리네박테리움 글루타미쿰의 대사 공학에 의해 개발되었다. 헴 생합성 경로 핵심 효소의 과발현과 헴 생합성 오페론의 고유 프로모터를 강력한 sod프로모터로 교체한 것은 코리네박테리움 글루타미쿰에서 빌리베르딘 생산의 32.6배 증가를 보여주었다. bvdR 유전자에 의해 암호화된 빌리버딘 환원효소(BvdR)의 이종 과발현과 NADPH의 강화는 빌리버딘을 생산 코리네박테리움 글루타미쿰에서의 빌리루빈의 성공적인 생산을 달성했다. 최종 조작된 균주는 플라스크 배양에서 12.22 ± 0.87 mg/L의 최대 빌리루빈 역가를 보여주었다. 포도당을 유일한 탄소원으로 사용하여 5L 생물 반응기에서 수행된 유가 발효는 25.81mg/L의 빌리루빈을 축적했다. 이것은 포도당에서 빌리루빈의 미생물 생산에 대한 첫 번째 보고서이다. 또한 생물학적으로 합성된 빌리루빈은 시판되는 빌리루빈과 유사한 항산화 작용을 보였다. 결과적으로, 본 연구는 원료 부족에 대한 우려가 거의 없는 빌리루빈 생산을 위한 대안적인 미생물 생합성 공정을 제안하였다.
more목차
CHAPTER 1. INTRODUCTION 1
CHAPTER 2. MATERIALS AND METHODS 5
2.1 Construction of plasmids 5
2.2 Manipulation of C. glutamicum 11
2.3 Composition of media 14
2.4 Culture conditions 15
2.5 CRISPR-Cpf1 assisted genome editing 16
2.6 Analytical procedures 17
CHAPTER 3. RESULTS AND DISCUSSION 19
3.1 Enhancement of biliverdin production by the overexpression of genes involved in the biliverdin biosynthesis pathway in C. glutamicum 19
3.2 Enhanced production of the precursors by promoter exchange of putative heme biosynthesis operon 22
3.3 Bilirubin biosynthesis by the overexpression of biliverdin reductase (BvdR) and enhanced production of bilirubin via the enhancement of NAPDH pool in C. glutamicum 25
3.4 Bilirubin production by Psod-hemD ALQO-DEHRpntAB in fed-batch fermentation. 27
3.5 Antioxidant activity of bilirubin produced from engineered C. glutamicum 29
CHAPTER 4. CONCLUSION 31
REFERENCES 32
