KR102703236B1 - Enantioselectivity Improved Candida antarctica Lipase B Variants - Google Patents
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Abstract
종래의 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B)는 작은 치환기를 가진 2차 알코올에 대해 입체 선택성이 낮아 생체 활성 화합물등 다양한 화합물을 합성하는데 사용되는 빌딩블록(building block)인 광화학적으로 순수한 2차 알코올의 생산 효율이 낮은 문제점이 있었다. 본 발명에서는 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 개발하고 상기 변이체가 작은 치환기를 가진 2차 알코올에 대한 높은 입체 선택성을 가져 광화학적으로 순수한 2차 알코올을 효율적으로 대량 생산 할 수 있다는 것을 실험적으로 증명하였다. 따라서 본 발명의 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체는 크기가 큰 치환체를 지닌 2차 알코올 뿐만 아니라 작은 치환기를 가진 2차 알코올의 순수거울상 이성질체를 효율적으로 생산할 수 있는 장점이 있다. Conventional Candida antarctica lipase B has a problem in that it has low stereoselectivity for secondary alcohols having small substituents, thereby lowering the efficiency of producing photochemically pure secondary alcohols, which are building blocks used for synthesizing various compounds such as bioactive compounds. In the present invention, a mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) was developed, and it was experimentally demonstrated that the mutant has high stereoselectivity for secondary alcohols having small substituents, and thus can efficiently mass-produce photochemically pure secondary alcohols. Therefore, the mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) of the present invention has an advantage in that it can efficiently produce not only secondary alcohols having large substituents but also pure enantiomers of secondary alcohols having small substituents.
Description
본 발명은 입체 선택성이 향상된 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B 변이체에 관한 것으로 상세하게는 작은 치환체를 가진 알코올에 대한 입체 선택성이 향상된 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B 변이체에 관한 것이다.The present invention relates to a Candida antarctica lipolytic enzyme B variant having improved stereoselectivity, and more particularly, to a Candida antarctica lipolytic enzyme B variant having improved stereoselectivity for alcohols having small substituents.
칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)는 슈도지마 안타르티카 지방분해효소 B(Pseudozyma antarctica lipase B) 또는 모에지오미시스 안타티쿠스 지방분해효소 B(Moesziomyces antarcticus lipase B) 라고도 알려져 있으며, 2차 알코올의 순수거울상 이성질체 (enantiopure sec-alcohol) 제조용 생체촉매(biocatalyst) 중 가장 많이 사용된다. 상기 CAL-B는 탁월한 입체 선택성(enantioselectivity), 높은 화학내성(chemotolerance) 및 열적 안정성(thermo-stability)을 가져 생체촉매로서 그 장점이 우수하다. Candida antarctica lipase B (CAL-B), also known as Pseudozyma antarctica lipase B or Moesziomyces antarcticus lipase B, is the most widely used biocatalyst for the production of enantiopure sec -alcohols. CAL-B has excellent enantioselectivity, high chemotolerance, and thermostability, and thus has excellent advantages as a biocatalyst.
CAL-B는 메틸기(methyl group)와 에틸기(ethyl group)보다 큰 치환기의 크기 차이를 효율적으로 구별 할 수 있어, 광범위한 2차 알코올에 대해 입체선택비율(enantiomeric ratio, E)이 200을 초과하는 높은 입체 선택성을 보이는 것으로 확인되었다. 그러나 CAL-B가 모든 2차 알코올에 대해 높은 입체 선택성을 나타내는 것은 아니며 특히, 프로필기(propyl group)보다 작은 치환기를 갖는 2차 알코올의 경우 낮은 입체 선택성을 보이는 것으로 알려져 있다. 예를 들어 CAL-B의 거울상 이성질체 비율은 (±)-펜탄-2-올((±)-pentan-2-ol)에 대하여 E>200인 반면 (±)-부탄-2-올((±)-butan-2-ol) 및 (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol)에 대한 거울상 이성질체 비율은 각각 E=7과 E=4이다.CAL-B can efficiently distinguish the difference in the size of substituents larger than methyl and ethyl groups, and was confirmed to exhibit high stereoselectivity with an enantiomeric ratio (E) exceeding 200 for a wide range of secondary alcohols. However, CAL-B does not exhibit high stereoselectivity for all secondary alcohols, and in particular, it is known to exhibit low stereoselectivity for secondary alcohols having substituents smaller than a propyl group. For example, the enantiomeric ratio of CAL-B is E > 200 for (±)-pentan-2-ol, whereas the enantiomeric ratios for (±)-butan-2-ol and (±)-but-3-yn-2-ol are E = 7 and E = 4, respectively.
현재까지 작은 치환기를 갖는 2차 알코올에 대한 CAL-B의 입체 선택성을 향상시키는 방법은 보고된바 없으며 이러한 작은 치환기를 가지는 2차 알코올에 대한 입체 선택성을 개선하는 것은 여전히 어려운 과제로 남아 있다.To date, no method has been reported to improve the stereoselectivity of CAL-B for secondary alcohols having small substituents, and improving the stereoselectivity for such secondary alcohols having small substituents still remains a challenging task.
거울상 부트-3-인-2-올(but-3-yn-2-ol)은 세포독성 부테놀리드(-)-아코락톤(butenolide(-)-akolactone), (-)-에니그마졸A((-)-Enigmazole A), 펜루톤(Fenleuton), 프론도신B(Frondosin B), HIV 프로테아제 억제제(HIV protease inhibitor), 요오도알린(+)-판크라티스타틴(iodoalynes(+)-pancratistatin), 메야마이신(Meayamycin) 및 테트라하이드로 나프티리딘(tetrahydronaphtyridine)과 같은 생체 활성 화합물등 다양한 화합물을 합성하는데 유용한 빌딩블록(building block)으로 사용된다. 따라서 산업적으로 이용가치가 매우 높은 거울상 부트-3-인-2-올(but-3-yn-2-ol)을 제조하기 위한 (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol) 가수 분해 효소에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있는 실정이다.The mirror image but-3-yn-2-ol is used as a useful building block for the synthesis of various bioactive compounds such as the cytotoxic butenolide (-)-akolactone, (-)-Enigmazole A, Fenleuton, Frondosin B, HIV protease inhibitors, iodoalynes (+)-pancratistatin, Meayamycin and tetrahydronaphtyridine. Accordingly, research and development on (±)-but-3-yn-2-ol hydrolyzing enzymes for producing but-3-yn-2-ol, a mirror image of which has very high industrial utility, is actively underway.
그럼에도 불구하고 대부분의 (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol) 가수 분해 효소는 CAL-B과 유사하게 E=1.0 수준의 낮은 입체 선택성을 보이거나 E=26 수준의 중간 입체 선택성을 보이는 것으로 확인된다.Nonetheless, most (±)-but-3-yn-2-ol hydrolases are found to exhibit low stereoselectivity at the level of E=1.0 or intermediate stereoselectivity at the level of E=26, similar to CAL-B.
Bornscheuer등은 (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol) 가수 분해 효소의 입체 선택성을 향상시키기 위해 슈도모나스 플루오레센스 에스테라제(Pseudomonas fluorescens esterase, PFE)을 기반으로 유도진화(directed evolution) 및 위치 지정 돌연변이(site-direct mutagenesis)가 결합된 방법을 활용하여 입체 선택성을 향상시키기 위한 실험을 수행한 바 있다. Bornscheuer등은 상기 PFE로부터 파생된 7000 클론을 제조하고 이에 대하여 스크리닝을 수행한 결과 PFE의 입체 선택성이 E=3 수준에서 E=96 수준으로 향상된 클론을 확인하였으나 E=200 수준에는 미치지 못한다는 한계를 확인한 바 있다.Bornscheuer et al. used directed evolution and site-directed mutagenesis to improve the stereoselectivity of (±)-but-3-yn-2-ol hydrolase, using Pseudomonas fluorescens esterase (PFE). Bornscheuer et al. produced 7,000 clones derived from the PFE and performed a screening process. As a result, they identified a clone in which the stereoselectivity of PFE was improved from E=3 to E=96, but it did not reach E=200.
따라서 작은 치환기를 가진 2차 알코올에 높은 입체 선택성을 가진 가수분해효소가 개발된다면 생체 활성 화합물등 다양한 화합물을 합성하는데 사용되는 빌딩블록(building block)인 순수거울상 이성질체 2차 알코올을 효율적으로 대량 생산 할 수 있으므로 산업적으로 이용성이 향상될 것으로 기대된다.Therefore, if a hydrolase with high stereoselectivity for secondary alcohols with small substituents is developed, it is expected that industrial utilization will be improved because it will be possible to efficiently mass-produce pure enantiomeric secondary alcohols, which are building blocks used to synthesize various compounds such as bioactive compounds.
본 명세서에서 언급된 특허문헌 및 참고문헌은 각각의 문헌이 참조에 의해 개별적이고 명확하게 특정된 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조로 삽입된다. The patent documents and references mentioned in this specification are incorporated by reference into this specification to the same extent as if each document was individually and specifically designated by reference.
본 발명의 목적은 작은 치환체를 가지는 알코올에 대한 입체 선택성이 향상된 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 제공하는데 있다. The purpose of the present invention is to provide a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) having improved stereoselectivity for alcohols having small substituents.
본 발명의 다른 목적 및 기술적 특징은 이하의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 구체적으로 제시된다. Other objects and technical features of the present invention are more specifically presented in the detailed description of the invention, the claims and the drawings below.
본 발명은 서열번호 1(칸디다 안타르티카 지방분해효소 B의 아미노산 서열)의 아미노산 서열에서 47번째 아미노산인 세린(Serine, S)이 아스파라긴(Asparagine, N), 글루타민(Glutamine, Q), 루신(Leucine, L), 이소루신(Isoleucine, I), 페닐알라닌(Phenylalanine, F), 티로신(Tyrosine, Y), 또는 메티오닌(Methionine, M)으로 치환된 것을 특징으로 하는 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체; 서열번호 1의 아미노산 서열에서 42번째 아미노산인 트레오닌(Threonine, T)이 발린(Valine, V)으로 치환되고 47번째 아미노산인 세린(Serine, S)이 아스파라긴(Asparagine, N), 글루타민(Glutamine, Q), 루신(Leucine, L), 이소루신(Isoleucine, I), 페닐알라닌(Phenylalanine, F), 티로신(Tyrosine, Y), 또는 메티오닌(Methionine, M)으로 치환된 것을 특징으로 하는 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체; 서열번호 1의 아미노산 서열에서 42번째 아미노산인 트레오닌(Threonine, T), 43번째 아미노산인 트레오닌(Threonine, T), 45번째 아미노산인 프롤린(proline, P), 및 47번째 아미노산인 세린(Serine, S)이 각각 발린(Valine, V), 아스파라진산(Aspartic acid, D), 아르기닌(Arginine, R), 및 아스파라긴(Asparagine, N)으로 치환된 것을 특징으로 하는 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체; 를 제공한다.The present invention relates to a mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), characterized in that the 47th amino acid, serine (S), in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 (amino acid sequence of Candida antarctica lipase B) is substituted with asparagine (N), glutamine (Q), leucine (L), isoleucine (I), phenylalanine (F), tyrosine (Y), or methionine (M); A mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), characterized in that the 42nd amino acid, threonine (T), in the amino acid sequence of sequence number 1 is substituted with valine (V), and the 47th amino acid, serine (S), is substituted with asparagine (N), glutamine (Q), leucine (L), isoleucine (I), phenylalanine (F), tyrosine (Y), or methionine (M); A mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), characterized in that the 42nd amino acid, threonine (T), the 43rd amino acid, proline (P), and the 47th amino acid, serine (S), in the amino acid sequence of sequence number 1 are substituted with valine (V), aspartic acid (D), arginine (R), and asparagine (N), respectively.
상기 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체는 (±)-부탄-2-올((±)-butan-2-ol) 대한 입체 선택성(Enantioselectivity, E)이 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B에 대비하여 2 내지 5배 향상되었으며, (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol) 대한 입체 선택성(Enantioselectivity, E)이 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B에 대비하여 35배 이상 향상된 것을 특징으로 한다.The above variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) is characterized in that the enantioselectivity (E) for (±)-butan-2-ol is improved 2 to 5 times compared to Candida antarctica lipase B, and the enantioselectivity (E) for (±)-but-3-yn-2-ol is improved 35 times or more compared to Candida antarctica lipase B.
본 발명은 상기 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드; 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터; 상기 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체, 상기 폴리뉴클레오티드 및 벡터 중 어느 하나 이상을 포함하여, 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 생산하는 미생물을 제공한다.The present invention provides a polynucleotide encoding a variant of the Candida antarctica lipase B (CAL-B); a vector comprising the polynucleotide; and a microorganism producing a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), comprising at least one of the variant of the Candida antarctica lipase B (CAL-B), the polynucleotide, and the vector.
또한 본 발명은 상기 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드; 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터; 상기 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체, 상기 폴리뉴클레오티드 및 벡터 중 어느 하나 이상을 포함하여, 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 생산하는 미생물을 배지에서 배양하는 단계; 및 배양된 배지 또는 미생물에서 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 회수하는 단계를 포함하는, 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체의 생산 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), comprising: a polynucleotide encoding a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B); a vector comprising the polynucleotide; a step of culturing a microorganism producing a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), the microorganism including at least one of the variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), the polynucleotide, and the vector in a medium; and a step of recovering the variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) from the cultured medium or microorganism.
종래의 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B)는 작은 치환기를 가진 2차 알코올에 입체 선택성이 낮아 생체 활성 화합물등 다양한 화합물을 합성하는데 사용되는 빌딩블록(building block)인 순수거울상 이성질체 2차 알코올의 생산 효율이 낮은 문제점이 있었다. Conventional Candida antarctica lipase B has a low stereoselectivity for secondary alcohols with small substituents, which results in a low production efficiency of pure enantiomeric secondary alcohols, which are building blocks used to synthesize various compounds such as bioactive compounds.
본 발명에서는 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 개발하고 상기 변이체가 작은 치환기를 가진 2차 알코올에 대한 높은 입체 선택성을 가져 순수거울상 이성질체 2차 알코올을 효율적으로 대량 생산 할 수 있다는 것을 실험적으로 증명하였다. In the present invention, a mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) was developed, and it was experimentally demonstrated that the mutant has high stereoselectivity for secondary alcohols having small substituents, enabling efficient mass production of pure enantiomeric secondary alcohols.
따라서 본 발명의 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체는 작은 치환기를 가진 2차 알코올의 순수거울상 이성질체를 효율적으로 생산할 수 있는 장점이 있다. Therefore, the variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) of the present invention has the advantage of being able to efficiently produce pure enantiomers of secondary alcohols having small substituents.
도 1은 본 발명의 CAL-B, CAL-B 변이체의 정제과정을 SDS-PAGE로 보여준다. M은 단백질 크기를 확인하는 마커를 의미하고, S는 미생물을 파괴한 후 수득한 가용성 분획을 의미하고, I는 미생물을 파괴한 후 수득한 불용성 분획을 의미하고, F는 affinity 컬럼을 통과한 분획을 의미하고, W, W1, 및 W2는 affinity 컬럼을 세척한 분획을 의미하고, E는 affinity 컬럼을 용출한 분획을 의미한다.
도 2는 가스크로마토그래피를 이용하여 CAL-B 및 CAL-B 변이체의 입체 선택성을 분석한 결과를 보여준다. 패널 a)는 5D-CAL-B의 가스크로마토그래피 분석결과를 보여주며 패널의 상측 그래프는 1% 결과를 보여주며 하측 그래프는 40% 결과를 보여준다. 패널 b)는 CAL-B-S47N의 가스크로마토그래피 분석결과를 보여주며 패널의 상측 그래프는 1% 결과를 보여주며 하측 그래프는 40% 결과를 보여준다. fast enantiomer의 머무른 시간(retention time)은 3.2분이었으며; Slow enantiomer의 머무른 시간은 3.4분이었으며; vinyl butyrate의 머무른 시간은 3.7분이었으며; (R)-but-3-yn-2-yl butyrate의 머무른 시간은 10.3분이었으며; (S)-but-3-yn-2-yl butyrate의 머무른 시간은 10.8분이었으며; butanoic acid의 머무른 시간은 18분이었다.
도 3은 본 발명의 CAL-B의 아미노산 국소서열 및 결합 포켓의 3차원 구조분석 결과를 보여준다. 패널 a)는 CAL-B와 PBL의 국소서열 비교분석결과를 보여주며, 패널 b)는 중간 결합 포켓의 중요 아미노산 측쇄에 대한 분석결과를 보여준다.
도 4는 본 발명의 CAL-B와 CAL-B-S47N이 기질인 (S)-but-3-yn-2-ol과 결합한 모델구조를 보여준다. 패널 a)는 CAL-B와 (S)-but-3-yn-2-ol의 결합구조모델을 보여주며, 패널 b)는 CAL-B-S47N과 (S)-but-3-yn-2-ol의 결합구조모델을 보여준다. 붉은 실선은 세린의 Oγ 원자 또는 아스파라긴의 Oδ1 원자와 아세틸렌기의 말단 탄소원자 사이의 거리를 의미한다.Figure 1 shows the purification process of CAL-B and CAL-B variant of the present invention by SDS-PAGE. M represents a marker for confirming protein size, S represents a soluble fraction obtained after destroying microorganisms, I represents an insoluble fraction obtained after destroying microorganisms, F represents a fraction that passed through an affinity column, W, W 1 , and W 2 represent fractions that washed the affinity column, and E represents a fraction that eluted the affinity column.
Figure 2 shows the results of analyzing the stereoselectivity of CAL-B and CAL-B variants using gas chromatography. Panel a) shows the gas chromatography analysis result of 5D-CAL-B, and the upper graph of the panel shows 1% result and the lower graph shows 40% result. Panel b) shows the gas chromatography analysis result of CAL-B-S47N, and the upper graph of the panel shows 1% result and the lower graph shows 40% result. The retention time of the fast enantiomer was 3.2 minutes; the retention time of the slow enantiomer was 3.4 minutes; the retention time of vinyl butyrate was 3.7 minutes; the retention time of ( R )-but-3-yn-2-yl butyrate was 10.3 minutes; and the retention time of ( S )-but-3-yn-2-yl butyrate was 10.8 minutes. The retention time of butanoic acid was 18 minutes.
Figure 3 shows the results of a three-dimensional structural analysis of the amino acid local sequence and binding pocket of CAL-B of the present invention. Panel a) shows the results of a comparative analysis of the local sequences of CAL-B and PBL, and panel b) shows the results of an analysis of the key amino acid side chains of the middle binding pocket.
Figure 4 shows the model structures of CAL-B and CAL-B-S47N of the present invention bound to (S)-but-3-yn-2-ol as a substrate. Panel a) shows a binding structure model of CAL-B and (S)-but-3-yn-2-ol, and panel b) shows a binding structure model of CAL-B-S47N and (S)-but-3-yn-2-ol. The red solid line indicates the distance between the O γ atom of serine or the O δ1 atom of asparagine and the terminal carbon atom of the acetylene group.
본 발명은 작은 치환기를 가진 2차 알코올에 대한 높은 입체 선택성을 가진 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체에 관한 것이다. 상기 변이체(variant)는 하나 이상의 아미노산 서열이 유전자서열의 변화에 의해 다른 종류의 아미노산으로 치환된 것을 의미하며 본 명세서에서 돌연변이(mutant)와 혼용되어 사용된다.The present invention relates to a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) having high stereoselectivity for secondary alcohols having small substituents. The variant means one or more amino acid sequences are substituted with a different type of amino acid by a change in the genetic sequence, and is used interchangeably with the term mutant in the present specification.
본 발명은 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B, Blast access code: P41365)의 아미노산 서열(서열번호 1)에서 47번째 아미노산인 세린(Serine, S)이 아스파라긴(Asparagine, N), 글루타민(Glutamine, Q), 루신(Leucine, L), 이소루신(Isoleucine, I), 페닐알라닌(Phenylalanine, F), 티로신(Tyrosine, Y), 또는 메티오닌(Methionine, M)으로 치환된 것을 특징으로 하는 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 제공하며; 42번째 아미노산인 트레오닌(Threonine, T)이 발린(Valine, V)으로 치환되고 47번째 아미노산인 세린(Serine, S)이 아스파라긴(Asparagine, N), 글루타민(Glutamine, Q), 루신(Leucine, L), 이소루신(Isoleucine, I), 페닐알라닌(Phenylalanine, F), 티로신(Tyrosine, Y), 또는 메티오닌(Methionine, M)으로 치환된 것을 특징으로 하는 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 제공하며; 아미노산 서열에서 42번째 아미노산인 트레오닌(Threonine, T), 43번째 아미노산인 트레오닌(Threonine, T), 45번째 아미노산인 프롤린(proline, P), 및 47번째 아미노산인 세린(Serine, S)이 각각 발린(Valine, V), 아스파라진산(Aspartic acid, D), 아르기닌(Arginine, R), 및 아스파라긴(Asparagine, N)으로 치환된 것을 특징으로 하는 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 제공한다. 상기 47번째 아미노산인 세린(Serine, S)을 치환하는 글루타민(Glutamine, Q), 루신(Leucine, L), 이소루신(Isoleucine, I), 페닐알라닌(Phenylalanine, F), 티로신(Tyrosine, Y), 또는 메티오닌(Methionine, M)은 잔기의 크기가 아스파라긴(Asparagine, N)보다 큰 특징을 가진다. 상기 47번째 아미노산인 세린(Serine, S)을 치환하는 아미노산 중 바람직한 것은 아스파라긴(Asparagine, N)이다.The present invention provides a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B, Blast access code: P41365), characterized in that serine (S), the 47th amino acid in the amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) of Candida antarctica lipase B, is substituted with asparagine (N), glutamine (Q), leucine (L), isoleucine (I), phenylalanine (F), tyrosine (Y), or methionine (M); Provided is a mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), characterized in that the 42nd amino acid, threonine (T), is substituted with valine (V), and the 47th amino acid, serine (S), is substituted with asparagine (N), glutamine (Q), leucine (L), isoleucine (I), phenylalanine (F), tyrosine (Y), or methionine (M); A mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) is provided, characterized in that the 42nd amino acid, threonine (T), the 43rd amino acid, proline (P), and the 47th amino acid, serine (S), in the amino acid sequence are substituted with valine (V), aspartic acid (D), arginine (R), and asparagine (N), respectively. Glutamine (Q), Leucine (L), Isoleucine (I), Phenylalanine (F), Tyrosine (Y), or Methionine (M), which replace the 47th amino acid Serine (S), have the characteristic that the residue size is larger than Asparagine (N). Among the amino acids that replace the 47th amino acid Serine (S), Asparagine (N) is preferable.
상기 안타르티카 지방분해효소 B는 2차 알코올에 대해 높은 입체 선택성을 가져 순수거울상 이성질체 2차 알코올(enantiopure sec-alcohol) 제조용 생체촉매(biocatalyst) 중 가장 많이 사용된다. The above-mentioned Antartica lipolytic enzyme B has high stereoselectivity for secondary alcohols and is the most widely used biocatalyst for the production of enantiopure secondary alcohols.
본 발명의 안타르티카 지방분해효소 B(CAL-B는 서열번호 1에 개시된 아미노산 서열을 가지며 상동체인 슈도지마 브라질리언시스 리파아제 GHG001(Pseudozyma brasiliensis lipase, PBL, GHG001, Blast access code: EST06015 또는 XP_016291004)는 서열번호 2에 개시된 아미노산 서열을 가진다. 본 발명은 상동체(homolog)간의 위치 지정 돌연변이에 대하여 대량 스크리닝을 실시하고 이를 통하여 결합포켓 부위에 해당하는 잔기 42번 내지 47번의 위치 지정 돌연변이 또는 상동체간의 잔기 42번 내지 47번을 치환이 CAL-B의 입체 선택성을 향상시킨다는 것을 실험적으로 증명하였다. Antartica lipolytic enzyme B (CAL-B) of the present invention has an amino acid sequence disclosed in SEQ ID NO: 1, and its homolog Pseudozyma brasiliensis lipase GHG001 (PBL, GHG001, Blast access code: EST06015 or XP_016291004) has an amino acid sequence disclosed in SEQ ID NO: 2. The present invention experimentally demonstrated that a position-directed mutation at residues 42 to 47 corresponding to the binding pocket site or a substitution at residues 42 to 47 between homologs enhances the stereoselectivity of CAL-B by conducting a mass screening for position-directed mutations between homologs.
본 발명자는 선행연구를 통하여 아미노산 서열이 60%이상 동일한 상동체 효소들을 탐색하고 4-nitrophenyl acetate와 4-nitrophenyl butyrate를 반응기질로 하여 가수분해반응성을 확인한바 있다(Seongsoon Park, 2015 및 Young-Hyun Kim et al., 2017). 상기 60% 이상의 아미노산 서열 일치도를 지닌 상동체들의 경우 PBL을 제외하고는 47번에 해당하는 자리에 모두 세린(S)이 위치하고 있으며 CAL-B의 선택성과 유사한 것이 확인되었다. 따라서 서열번호 1의 아미노산 서열과 아미노산 서열이 60%이상 동일한 상동체 효소들에서 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 47번째 아미노산에 구조적으로 대응되는 아미노산이 아스파라긴(Asparagine, N), 글루타민(Glutamine, Q), 루신(Leucine, L), 이소루신(Isoleucine, I), 페닐알라닌(Phenylalanine, F), 티로신(Tyrosine, Y), 또는 메티오닌(Methionine, M)으로 치환되어도 본 발명의 CAL-B 변이체와같은 효과를 보일 것으로 판단된다. 상기 아미노산 서열이 60%이상 동일한 상동체 효소들은 하기 표 1과 같다.The inventors of the present invention have searched for homologous enzymes with more than 60% identical amino acid sequences through previous studies and confirmed hydrolysis reactivity using 4-nitrophenyl acetate and 4-nitrophenyl butyrate as reaction substrates (Seongsoon Park, 2015 and Young-Hyun Kim et al., 2017). In the case of homologs with more than 60% amino acid sequence identity, all of them, except for PBL, had serine (S) located at position 47, and it was confirmed that the selectivity was similar to that of CAL-B. Therefore, it is judged that even if the amino acid structurally corresponding to the 47th amino acid of Candida antarctica lipase B (CAL-B) in the homologous enzymes having an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and an amino acid sequence identical by more than 60% is substituted with Asparagine (N), Glutamine (Q), Leucine (L), Isoleucine (I), Phenylalanine (F), Tyrosine (Y), or Methionine (M), the same effect as the CAL-B variant of the present invention will be exhibited. The homologous enzymes having an amino acid sequence identical by more than 60% are as shown in Table 1 below.
본 발명의 실시예에 따르면, 본 발명의 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체는 기질인 (±)-부탄-2-올((±)-butan-2-ol) 대한 거울상 이성질 선택성(Enantioselectivity, E)이 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B에 대비하여 2 내지 5배 향상되었으며, 기질인 (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol) 대한 거울상 이성질 선택성(Enantioselectivity, E)이 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B에 대비하여 35배 이상 향상된 것이 확인되었다. 따라서 본 발명의 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 사용하면 종래의 CAL-B에 대비하여 향상된 입체 선택성을 가지므로 다양한 유기합성물의 출발물질로 사용되는 광화학적으로 순수한 2차 알코올을 효율적으로 생산할 수 있게 된다.According to an embodiment of the present invention, the variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) of the present invention has an enantioselectivity (E) for the substrate (±)-butan-2-ol that is improved by 2 to 5 times compared to Candida antarctica lipase B, and has an enantioselectivity (E) for the substrate (±)-but-3-yn-2-ol that is improved by 35 times or more compared to Candida antarctica lipase B. Therefore, the use of the mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) of the present invention has improved stereoselectivity compared to conventional CAL-B, and thus enables efficient production of photochemically pure secondary alcohols used as starting materials for various organic synthetic products.
본 발명은 상기 설명한 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다. 상기 폴리뉴클레오티드는 뉴클레오티드 단위체(monomer)가 공유결합에 의해 길게 사슬모양으로 이어진 뉴클레오티드의 중합체(polymer)로 일정한 길이 이상의 DNA 또는 RNA 가닥으로서, 보다 구체적으로는 상기 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드 단편을 의미한다.The present invention provides a polynucleotide encoding a variant of the Candida antarctica lipase B (CAL-B) described above. The polynucleotide is a polymer of nucleotides in which nucleotide units (monomers) are covalently bonded to form a long chain, and is a DNA or RNA strand of a certain length or longer, and more specifically, refers to a polynucleotide fragment encoding the variant.
본 발명은 상기 설명한 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터를 제공한다. 상기 벡터(vector)는 적합한 숙주 내에서 목적 폴리펩티드를 발현시킬 수 있도록 적합한 조절 서열에 작동 가능하게 연결된 상기 목적 폴리펩티드를 코딩하는 폴리뉴클레오티드의 염기서열을 함유하는 DNA 제조물을 의미한다. 상기 조절 서열은 전사를 개시할 수 있는 프로모터, 그러한 전사를 조절하기 위한 임의의 오퍼레이터 서열, 적합한 mRNA 리보좀 결합부위를 코딩하는 서열, 및 전사 및 해독의 종결을 조절하는 서열을 포함할 수 있다. 벡터는 적당한 숙주세포 내로 형질 전환된 후, 숙주 게놈과 무관하게 복제되거나 기능할 수 있으며, 게놈 그 자체에 통합될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 벡터는 특별히 한정되지 않으며, 당업계에 알려진 임의의 벡터를 이용할 수 있다.The present invention provides a vector comprising a polynucleotide encoding a variant of the Candida antarctica lipase B (CAL-B) described above. The vector refers to a DNA preparation containing a base sequence of a polynucleotide encoding a target polypeptide operably linked to a suitable regulatory sequence so as to enable expression of the target polypeptide in a suitable host. The regulatory sequence may include a promoter capable of initiating transcription, an optional operator sequence for regulating such transcription, a sequence encoding a suitable mRNA ribosome binding site, and a sequence regulating the termination of transcription and translation. The vector may be replicated or function independently of the host genome after being transformed into a suitable host cell, and may be integrated into the genome itself. The vector used in the present invention is not particularly limited, and any vector known in the art may be used.
본 발명은 상기 설명한 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체, 이의 폴리뉴클레오티드 및 벡터 중 어느 하나 이상을 포함하여, 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 생산하는 미생물을 제공한다.The present invention provides a microorganism producing a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), comprising at least one of the variants of Candida antarctica lipase B (CAL-B), a polynucleotide thereof, and a vector thereof as described above.
상기 변이체를 생산하는 미생물은 CAL-B의 변이체 생산능이 없거나 약한 모균주에 CAL-B의 변이체 생산능이 부여된 미생물을 의미한다. 구체적으로, 상기 미생물은 본 발명의 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 발현하는 미생물일 수 있다. 상기 CAL-B의 변이체를 생산하는 미생물은 CAL-B 또는 CAL-B의 변이체를 생산할 수 있다면 그 종류가 특별히 제한되지 않으나, E. coli와 같은 재조합 단백질 생산에 많이 사용되는 재조합 미생물일 수 있으며 효모인 경우 구체적으로 피치아 파스토리스 (Pichia pastoris), 사카로마이세스 세레비지에 (Saccharomyces cerevisiae), 쉬조사카로마세스 (Schizosaccharomyces), 뉴로스포라 크라사(Neurospora crassa) 등일 수 있다.The microorganism producing the above mutant refers to a microorganism in which the ability to produce a CAL-B mutant is imparted to a parent strain that has no or weak ability to produce a CAL-B mutant. Specifically, the microorganism may be a microorganism expressing a mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) of the present invention. The type of the microorganism producing the CAL-B mutant is not particularly limited as long as it can produce CAL-B or a mutant of CAL-B, but may be a recombinant microorganism widely used in recombinant protein production, such as E. coli, and in case of yeast, specifically, may be Pichia pastoris , Saccharomyces cerevisiae , Schizosaccharomyces , Neurospora crassa , etc.
본 발명은 상기 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체, 이의 폴리뉴클레오티드 및 상기 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터 중 어느 하나 이상을 포함하여, 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 생산하는 미생물을 배지에서 배양하는 단계; 및 배양된 배지 또는 미생물에서 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 회수하는 단계를 포함하는, 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체의 생산 방법을 제공한다.The present invention provides a method for producing a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), comprising the steps of: culturing a microorganism producing a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) in a medium, wherein the microorganism comprises at least one of a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), a polynucleotide thereof, and a vector comprising the polynucleotide; and recovering the variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) from the cultured medium or microorganism.
상기 배양은 상기 미생물을 적당히 조절된 환경 조건에서 생육시키는 것을 의미하며 당업계에 알려진 적당한 배지와 배양조건에 따라 이루어질 수 있다. 배양 과정은 선택되는 균주에 따라 당업자가 용이하게 조정하여 사용할 수 있다. The above cultivation means growing the microorganism under appropriately controlled environmental conditions, and can be performed according to appropriate media and cultivation conditions known in the art. The cultivation process can be easily adjusted and used by those skilled in the art according to the selected strain.
상기 배지는 상기 미생물을 배양하기 위해 필요로 하는 영양물질을 주성분으로 혼합한 물질을 의미하며, 생존 및 발육에 불가결한 물을 비롯하여 영양물질 및 발육인자 등을 공급한다. 상기 배지는 미생물을 적당한 탄소원(carbon source), 질소원(nitrate source), 인원(phosphorous source), 무기화합물, 아미노산 및/또는 비타민 등을 함유한 통상의 배지 내에서 호기성 조건 하에서 온도, pH 등을 조절하면서 배양할 수 있다. 상기 탄소원으로는 글루코오스, 프룩토오스, 수크로오스, 말토오스 등과 같은 탄수화물; 만니톨, 소르비톨 등과 같은 당 알콜, 피루브산, 락트산, 시트르산 등과 같은 유기산; 글루탐산, 메티오닌, 리신 등과 같은 아미노산 등이 포함될 수 있다. 또한, 전분 가수분해물, 당밀, 블랙스트랩 당밀, 쌀겨울, 카사버, 사탕수수 찌꺼기 및 옥수수 침지액 같은 천연의 유기 영양원을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 글루코오스 및 살균된 전처리 당밀(즉, 환원당으로 전환된 당밀) 등과 같은 탄수화물이 사용될 수 있다. 상기 질소원으로는 암모니아, 황산암모늄, 염화암모늄, 초산암모늄, 인산암모늄, 탄산안모늄, 질산암모늄 등과 같은 무기질소원; 글루탐산, 메티오닌, 글루타민 등과 같은 아미노산, 펩톤, NZ-아민, 육류 추출물, 효모 추출물, 맥아 추출물, 옥수수 침지액, 카세인 가수분해물, 어류 또는 그의 분해생성물, 탈지 대두 케이크 또는 그의 분해 생성물 등과 같은 유기 질소원이 사용될 수 있다. 상기 인원(phosphorous source)으로는 인산 제1칼륨, 인산 제2칼륨, 또는 이에 대응되는 소디움-함유 염 등이 포함될 수 있다. 무기화합물로는 염화나트륨, 염화칼슘, 염화철, 황산마그네슘, 황산철, 황산망간, 탄산칼슘 등이 사용될 수 있으며, 그 외에 아미노산, 비타민 및/또는 적절한 전구체 등이 포함될 수 있다. 미생물의 배양 중에는 수산화암모늄, 수산화칼륨, 암모니아, 인산, 황산 등과 같은 화합물을 배지에 적절한 방식으로 첨가하여, 배지의 pH를 조정할 수 있으며 지방산 폴리글리콜 에스테르와 같은 소포제를 사용하여 기포 생성을 억제할 수 있다. 또한, 배지의 호기 상태를 유지하기 위하여, 배지 내로 산소 또는 산소 함유 기체를 주입하거나 혐기 및 미호기 상태를 유지하기 위해 기체의 주입 없이 혹은 질소, 수소 또는 이산화탄소 가스를 주입할 수 있다. 배지의 온도는 20 ℃ 내지 50 ℃, 구체적으로는 30 ℃ 내지 37 ℃일 수 있으며 배양 기간은 유용 물질의 원하는 생성량이 수득될 때까지 계속될 수 있다.The above medium refers to a material containing nutrients necessary for culturing the microorganism as a main component, and supplies nutrients and growth factors, including water essential for survival and growth. The medium can be used to culture microorganisms in a general medium containing an appropriate carbon source, a nitrate source, a phosphorous source, inorganic compounds, amino acids, and/or vitamins, while controlling temperature, pH, etc. under aerobic conditions. The carbon source may include carbohydrates such as glucose, fructose, sucrose, and maltose; sugar alcohols such as mannitol and sorbitol; organic acids such as pyruvic acid, lactic acid, and citric acid; and amino acids such as glutamic acid, methionine, and lysine. In addition, natural organic nutrients such as starch hydrolysate, molasses, blackstrap molasses, rice winter, cassava, sugarcane residue and corn steep liquor can be used, and specifically, carbohydrates such as glucose and sterilized pretreated molasses (i.e., molasses converted into reducing sugar) can be used. As the nitrogen source, inorganic nitrogen sources such as ammonia, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium acetate, ammonium phosphate, ammonium carbonate, ammonium nitrate, and the like; amino acids such as glutamic acid, methionine, and glutamine, peptone, NZ-amine, meat extract, yeast extract, malt extract, corn steep liquor, casein hydrolysate, fish or its decomposition product, defatted soybean cake or its decomposition product, and the like can be used. The phosphorous source can include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, or their corresponding sodium-containing salts. Inorganic compounds that can be used include sodium chloride, calcium chloride, iron chloride, magnesium sulfate, iron sulfate, manganese sulfate, calcium carbonate, etc., and in addition, amino acids, vitamins, and/or appropriate precursors, etc., can be included. During the cultivation of microorganisms, compounds such as ammonium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, phosphoric acid, sulfuric acid, etc. can be added to the medium in an appropriate manner to adjust the pH of the medium, and an antifoaming agent such as fatty acid polyglycol ester can be used to suppress bubble production. In addition, in order to maintain the aerobic state of the medium, oxygen or an oxygen-containing gas can be injected into the medium, or in order to maintain anaerobic and microaerophilic states, no gas can be injected, or nitrogen, hydrogen, or carbon dioxide gas can be injected. The temperature of the medium can be 20°C to 50°C, specifically 30°C to 37°C, and the cultivation period can be continued until the desired amount of useful substances produced is obtained.
상기 배양에 의하여 생산된 본 발명의 CAL-B의 변이체는 배지 중으로 배출되거나 미처 배출되지 못하고 세포 내에 잔류할 수 있다. 상기 CAL-B의 변이체 생산 방법은 배양된 미생물 또는 배지에서 CAL-B의 변이체를 회수하는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 상기 배양 단계에서 생산된 CAL-B의 변이체를 회수하는 방법은 배양방법에 따라 당해 분야에 공지된 적합한 방법을 이용할 수 있으며 예를 들어 원심분리, 여과, 음이온 교환 크로마토그래피, 결정화 및 HPLC 등 당해 분야에 공지된 적합한 방법을 이용하여 배지 또는 미생물로부터 CAL-B의 변이체를 회수할 수 있다.The CAL-B variant of the present invention produced by the above-mentioned culture may be released into the medium or may remain in the cell without being released. The method for producing the CAL-B variant may include a step of recovering the CAL-B variant from the cultured microorganism or medium. The method for recovering the CAL-B variant produced in the above-mentioned culturing step of the present invention may utilize a suitable method known in the art depending on the culturing method, and for example, the CAL-B variant may be recovered from the medium or microorganism by using a suitable method known in the art such as centrifugation, filtration, anion exchange chromatography, crystallization, and HPLC.
또한, 상기 회수 단계는 정제 공정을 포함할 수 있으며, 당해 분야에 공지된 적합한 방법, 예를 들어 막을 이용한 여과 등을 이용하여 수행될 수 있다. Additionally, the recovery step may include a purification process and may be performed using a suitable method known in the art, such as filtration using a membrane.
참고로 본 발명의 방법에 따라 생산된 CAL-B의 변이체는 효소 그 자체로 반응에 직접 사용될 수 있지만, 불용성 담체(matrix)에 물리적 또는 화학적 방법으로 고정시켜 고정화 효소(immobilized enzyme)의 형태로 제조하여 사용할 수 있다. 상기 고정화 효소(immobilized enzyme)는 효소반응이 완료된 후에 반응물과 효소의 분리가 용이하므로 반복 사용이 가능하고, 반응조건)에 대한 효소의 안정성을 증대시킬 수 있다는 장점이 있다. 본 발명의 CAL-B와 같은 리파제 효소를 아크릴수지(아크릴레진), 직물 막, 폴리프로필렌, 셀라이트, 규조토 등의 담체에 고정시키는 기술이 널리 알려져 있으며, 본 발명의 CAL-B의 변이체를 고정화하는 방법 및 담체 선택 등은 특별한 제한을 두지 않으나 효소반응속도를 증가시켜 짧은 시간내에 전환율을 높이기 위한 방법으로 고정화 효소를 나노미터(nm) 내지 마이크로미터(㎛) 크기로 미세 분말화하여 사용하는 것이 바람직하다.For reference, the variant of CAL-B produced according to the method of the present invention can be directly used in the reaction as an enzyme itself, but can be manufactured in the form of an immobilized enzyme by physically or chemically immobilizing it on an insoluble carrier (matrix) and using it. The immobilized enzyme has the advantage of being able to be used repeatedly since the reactants and enzymes can be easily separated after the enzymatic reaction is completed, and the stability of the enzyme with respect to reaction conditions can be increased. The technology for immobilizing a lipase enzyme such as the CAL-B of the present invention on a carrier such as an acrylic resin (acrylic resin), a fabric membrane, polypropylene, celite, diatomaceous earth, etc. is widely known, and the method for immobilizing the variant of CAL-B of the present invention and the selection of the carrier are not particularly limited, but it is preferable to use the immobilized enzyme by pulverizing it into a fine powder having a size of nanometers (nm) to micrometers (㎛) in order to increase the enzyme reaction speed and thus the conversion rate in a short period of time.
하기에서 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명한다.The present invention is described in detail below through examples.
실시예 Example
1. 실험방법1. Experimental method
1) 실험재료1) Experimental materials
실험에 사용한 시약은 TCI 또는 Thermo Fisher Scientific에서 구입하였다. 벡터(pBADgⅢa)는 Invitrogen Korea(서울, 한국)에서 구입하였다. Poly-Prep 크로마토그래피 컬럼 및 단백질 에세이 용액은 Bio-Rad에서 구입하였다. Ni-NTA agarose resin은 QIAGEN에서 구입하였다. CIRCLEGROWⓡ 배지는 MO Biomedicals에서 구입하였다. DNA 시퀸싱은 Solgent Co.(대전, 한국)에 의뢰하여 수행하였으며 기체크로마토그래피(Gas chromatography)는 키랄 모세관 컬럼(chiral capillary column, Cyclosil-B 30 m × 0.25 mm)이 장착된 Agilent 6890N을 이용하여 수행하였다.Reagents used in the experiment were purchased from TCI or Thermo Fisher Scientific. Vector (pBADgⅢa) was purchased from Invitrogen Korea (Seoul, Korea). Poly-Prep chromatography column and protein assay solution were purchased from Bio-Rad. Ni-NTA agarose resin was purchased from QIAGEN. CIRCLEGROW® medium was purchased from MO Biomedicals. DNA sequencing was performed by Solgent Co. (Daejeon, Korea), and gas chromatography was performed using an Agilent 6890N equipped with a chiral capillary column (Cyclosil-B 30 m × 0.25 mm).
2) 위치 지정 돌연변이2) Position-directed mutation
CAL-B 유전자(5D-CAL-B)를 주형(template)로 사용하고 돌연변이용 프라이머를 이용하여 중첩-확장 PCR을 수행하였다. 상기 돌연변이용 프라이머는 하기 표 2와 같다.Overlap-extension PCR was performed using the CAL-B gene (5D-CAL-B) as a template and primers for mutation. The primers for mutation are as shown in Table 2 below.
상기 표 2에 있어서, 상기 F1은 정방향(forward) 프라이머를 의미하며 상기 R1은 역방향(backward) 프라이머를 의미한다. 또한 상기 5DCALB_T42V는 CAL-B의 잔기 42번 트레오닌(Threonine, T)이 발린(Valine, V)으로 치환된 돌연변이를 의미하고, 상기 5DCALB_S47N은 CAL-B의 잔기 47번 세린(Serine, S)이 아스파라긴(Asparagine, N)으로 치환된 돌연변이를 의미하고, 상기 5DCALB_T42V/S47N은 CAL-B의 잔기 42번 트레오닌(threonine, T)이 발린(Valine, V)으로 치환되는 동시에 잔기 47번 세린(Serine, S)이 아스파라긴(Asparagine, N)으로 치환된 돌연변이를 의미하고, 상기 5DCALB_42-47은 잔기 42 내지 47번이 슈도지마 브라질리언시스 리파아제 GHG001(Pseudozyma brasiliensis lipase, PBL, GHG001)의 잔기 42 내지 47로 치환된 돌연변이를 의미한다.In the above Table 2, the F1 refers to a forward primer and the R1 refers to a backward primer. In addition, the above 5DCALB_T42V refers to a mutation in which threonine (T) at residue 42 of CAL-B is substituted with valine (V), the above 5DCALB_S47N refers to a mutation in which serine (S) at residue 47 of CAL-B is substituted with asparagine (N), the above 5DCALB_T42V/S47N refers to a mutation in which threonine (T) at residue 42 of CAL-B is substituted with valine (V) and serine (S) at residue 47 is substituted with asparagine (N), and the above 5DCALB_42-47 refers to a mutation in which residues 42 to 47 are substituted with Pseudozyma brasiliensis lipase GHG001 (Pseudozyma brasiliensis lipase). brasiliensis lipase, PBL, GHG001) refers to a mutation in which residues 42 to 47 are substituted.
상기 돌연변이 유전자는 합성한 후 제한효소인 NcoⅠ 및 SalⅠ으로 처리(digestion)하였고 동일한 제한 효소로 처리한 pBADgⅢa 벡터에 삽입하고 결합(ligation)시켜 플라스미드(plasmid)를 제조하였다. 상시 플라스미드는 E. coli 균주(Top 10)에서 형질전환 하였다. The above mutant gene was synthesized, digested with restriction enzymes NcoI and SalI, and inserted into the pBADgⅢa vector treated with the same restriction enzymes, followed by ligation to produce a plasmid. The constant plasmid was transformed into an E. coli strain (Top 10).
3) CAL-B 및 돌연변이 CAL-B의 발현 및 정제3) Expression and purification of CAL-B and mutant CAL-B
플라스미드로 형질전환된 E.coli는 Amplcilin(15㎕, 100㎎/㎖)이 포함 된 15㎖의 CIRCLEGROWⓡ 배지에서 37℃ 및 180rpm으로 밤새 배양하였다. 상기 배양된 배지는 500㎖의 상기 CIRCLEGROWⓡ 배지로 옮겨 OD600=0.5가 될 때 까지 동일한 조건으로 더 배양하였다. 상기 OD600=0.5가 될 때 까지 배양된 CIRCLEGROWⓡ 배지에 L-(+)-arabinose (500㎕, 2% w/v)을 첨가하여 단백질 발현이 시작되도록 하였으며 그 후 20℃에서 20시간동안 더 배양하였다. 상기 20℃에서 배양된 배지는 10,000 rpm으로 4℃에서 20분 동안 원심분리하여 E.coli 세포 펠릿(pellet)을 수득하였다. 상기 수득한 세포펠릿은 BES 완충용액(5㎖ per 1 g of cell, 5mM, pH 7.2)에서 재현탁하였다. 상기 재현탁된 세포 펠릿에 대하여 초음파를 처리한 후 냉동 및 해동을 가하였다. 그 후 주사기 펌핑을 수행하여 세포를 파괴하고 10,000 rpm, 4℃에서 10분간 원심분리하여 가용성 분획(soluble fraction)과 불용성 분획(insoluble fraction)을 분리하였다. 상기 가용성 분획은 N-NTA resin과 1시간동안 혼합한 후 Poly-Prep 크로마토그래피 컬럼을 이용하여 정제하였다. 상기 컬럼은 용해 완충용액(5㎖, 50mM NaH2PO4; 300mM NaCl; 10mM imidazole, pH 8.0)으로 3회 세척한 후 용출 완충용액(5㎖, 50mM NaH2PO4; 300mM NaCl; 250mM imidazole, pH 8.0)으로 용출하였다. 용출된 분획의 완충용액은 원심분리 농축기를 이용하여 상기 BES 완충용액으로 교환하였으며 SDS-PAGE를 통해 정제된 효소 단백질을 확인하였다(도 1 참조). E. coli transformed with the plasmid was cultured overnight at 37°C and 180 rpm in 15 ml of CIRCLEGROW® medium containing Amplcilin (15 μl, 100 mg/ml). The cultured medium was transferred to 500 ml of the CIRCLEGROW® medium and further cultured under the same conditions until OD 600 = 0.5. L-(+)-arabinose (500 μl, 2% w/v) was added to the CIRCLEGROW® medium cultured until OD 600 = 0.5 to initiate protein expression, and then the medium was further cultured at 20°C for 20 hours. The medium cultured at 20°C was centrifuged at 10,000 rpm, 4°C for 20 minutes to obtain an E. coli cell pellet. The obtained cell pellet was resuspended in BES buffer (5 ml per 1 g of cells, 5 mM, pH 7.2). The resuspended cell pellet was sonicated, then frozen and thawed. Then, syringe pumping was performed to disrupt the cells, and centrifugation was performed at 10,000 rpm and 4°C for 10 minutes to separate the soluble fraction and the insoluble fraction. The soluble fraction was mixed with N-NTA resin for 1 hour and then purified using a Poly-Prep chromatography column. The column was washed three times with dissolution buffer (5 ml, 50 mM NaH 2 PO 4 ; 300 mM NaCl; 10 mM imidazole, pH 8.0) and then eluted with elution buffer (5 ml, 50 mM NaH 2 PO 4 ; 300 mM NaCl; 250 mM imidazole, pH 8.0). The buffer of the eluted fraction was exchanged with the BES buffer using a centrifugal concentrator, and the purified enzyme protein was confirmed through SDS-PAGE (see Fig. 1).
3) 단백질의 농도 측정3) Measuring protein concentration
상기 정제한 효소 단백질의 농도는 Bradford 에세이를 이용하여 측정하였다. 소혈청알부민 (BSA) 표준용액(1㎎/㎖)을 준비한 후 이를 0.05 내지 0.5㎎/㎖ 범위로 희석하였다. 상기 준비한 BSA 표준용액 10㎕ 또는 적절하게 희석된 효소 용액 10㎕를 분석 용액 200㎕와 혼합하고 5분 후 595 nm에서 흡광도를 측정하는 방법으로 BSA 검량선을 산출하여 효소의 농도를 계산하였다.The concentration of the purified enzyme protein was measured using the Bradford assay. A bovine serum albumin (BSA) standard solution (1 mg/mL) was prepared and then diluted to a range of 0.05 to 0.5 mg/mL. 10 μl of the prepared BSA standard solution or 10 μl of an appropriately diluted enzyme solution was mixed with 200 μl of the assay solution, and the absorbance was measured at 595 nm after 5 minutes to derive a BSA calibration curve and calculate the enzyme concentration.
4) 가수분해 활성 측정4) Measurement of hydrolysis activity
효소 용액 5㎕를 100㎕ 분석 용액(200mM p-니트로 페닐 아세테이트 또는 p-니트로 페닐 부티레이트 20㎕; 아세토 니트릴 870㎕; 5mM BES 완충액 11,110㎕)과 혼합하고 5 초 또는 7 초 간격으로 404nm에서 흡광도 변화를 측정하였다.Five microliters of enzyme solution was mixed with 100 microliters of assay solution (200 mM p-nitrophenyl acetate or p-nitrophenyl butyrate, 20 μl; acetonitrile, 870 μl; 5 mM BES buffer, 11,110 μl), and the absorbance change was measured at 404 nm at 5 or 7 s intervals.
5) 셀라이트 545 고정 5) Fixation of Cellite 545
효소 단백질 60㎎을 함유하는 단백질 용액(1㎖, 10㎎/㎖)을 셀라이트(Celite) 545 1g과 혼합하여 15분 동안 진탕시킨 후, 현탁액을 계량 접시에 펴 천공된 알루미늄 호일로 덮은 후 흄 후드에서 밤새 건조시켰다.A protein solution (1 mL, 10 mg/mL) containing 60 mg of enzyme protein was mixed with 1 g of Celite 545, shaken for 15 minutes, the suspension was spread onto a weighing dish, covered with perforated aluminum foil, and dried overnight in a fume hood.
6) 에스테르 교환반응에 대한 거울상 이성질체 비율 측정6) Measurement of mirror image ratio for ester exchange reaction
기질로서 0.2m㏖ 부탄-2-올(butan-2-ol) 18.3㎕또는 0.2m㏖ 부트-3-인-2-올(but-3-yn-2-ol) 15.7㎕, 및 아실 공여체(acyl donor)로서 0.6m㏖ 비닐아세테이트(vinyl acetate) 55.4㎕ 또는 0.6m㏖ 비닐부틸레이트(vinyl butyrate) 76.2㎕를 고정된 효소 단백질(CAL-B 400㎍, CAL-B-T42V 400㎍, CAL-B-S47N 400㎍, CAL-B-42-47 400㎍, 또는 CAL-B-T42V/S47N 400㎍)이 포함된 t-부틸-메틸에테르(t-butyl methyl ether, MTBE) 2㎖에 녹여 반응 혼합물을 제조하였다. 상기 반응 혼합물은 25℃ 500rpm에서 교반하며 반응시켰고 약 40%의 전환(conversion)을 보이는 수준에서 반응을 중단시켰다. 거울상 이성질체 비율은 출발 알코올과 에스테르 생성물 모두 거울상 이성질체 초과량으로 사용하는 Chen et al.의 방법을 사용하여 계산하였다. 가스크로마토그래피를 이용하여 기질(출발 알코올)과 생성물(에스테르 생성물)의 양을 분석하였다(표 3 참조).18.3 ㎕ of 0.2 mmol butan-2-ol or 15.7 ㎕ of 0.2 mmol but-3-yn-2-ol as a substrate, and 55.4 ㎕ of 0.6 mmol vinyl acetate or 76.2 ㎕ of 0.6 mmol vinyl butyrate as an acyl donor were dissolved in 2 ㎖ of t-butyl methyl ether (MTBE) containing immobilized enzyme protein (CAL-B 400 ㎍, CAL-B-T42V 400 ㎍, CAL-B-S47N 400 ㎍, CAL-B-42-47 400 ㎍, or CAL-B-T42V/S47N 400 ㎍). A reaction mixture was prepared. The reaction mixture was stirred at 25°C and 500 rpm and the reaction was stopped at a level showing about 40% conversion. The enantiomeric ratio was calculated using the method of Chen et al., which uses both the starting alcohol and the ester product in enantiomeric excess. The amounts of the substrate (starting alcohol) and the product (ester product) were analyzed using gas chromatography (see Table 3).
7) 특이 활성의 분석 7 ) Analysis of specific activity
CAL-B와 CAL-B-S47의 특이활성을 비교분석하였다. 이를 위하여 상기 기질, 상기 아실 공여체(3등분) 및 상기 고정된 효소를 상기 MTBE와 혼합하여 반응혼합물을 제조하고 이를 25℃에서 500rpm으로 혼합하며 반응시켰다. 상기 반응 혼합물은 160분간 반응시켰으며 20분 간격으로 작은 양씩 회수하였다. 효소 단백질의 반응속도가 상이한 점을 고려하여 반응량을 증가시키거나 효소 단백질의 양을 증가시키는 방법으로 반응을 수행하였다. 빠른 거울상 이성질체의 초기 속도 측정을 위하여 (R)-(+)-부트-3-인-2-올((R)-(+)-but-3-yn-2-ol), 비닐부틸레이트(3등분) 및 내부 기준물인 헥사데칸(hexadecane, 0.1등분)을 MTBE 및 25℃에서 혼합하여 반응시켰다. 상기와 동일한 조건으로 가스크로마토그래피를 수행하여 입체 선택성을 측정하였다.The specific activities of CAL-B and CAL-B-S47 were compared and analyzed. To this end, the substrate, the acyl donor (3 equal parts), and the immobilized enzyme were mixed with the MTBE to prepare a reaction mixture, which was stirred and reacted at 500 rpm at 25°C. The reaction mixture was reacted for 160 minutes and recovered in small amounts at 20-minute intervals. Considering that the reaction rates of the enzyme proteins are different, the reaction was performed by increasing the reaction amount or the amount of the enzyme protein. For the measurement of the initial rate of the fast enantiomer, (R)-(+)-but-3-yn-2-ol, vinyl butyrate (3 equal parts), and hexadecane (0.1 equal part) as an internal standard were mixed with MTBE and reacted at 25°C. Gas chromatography was performed under the same conditions as above to measure the stereoselectivity.
8) 가스크로마토그래피를 이용한 입체 선택성 측정 결과8) Results of stereoselectivity measurement using gas chromatography
실험 결과 거울상 이성질체 비율이 증가함에 따라 가스크로마토그래피 분석을 통해 생성물의 피크 차이를 더 확실히 구분할 수 있었다. 도 2는 비닐부틸레이트가 포함된 조건에서 부트-3-인-2-올에 대한 에스테르 교환반응의 가스크로마토그래피 분석 결과를 보여준다. 도 2의 패널(a)는 5D-CAL-B에 대한 결과이며, 패널(b)는 CAL-B-T42V에 대한 결과이며, 패널(c)는 CAL-B-S47N에 대한 결과이며, 패널(d)는 CAL-B-42-47에 대한 결과이며, 패널(e)는 CAL-B-T42V/S47N에 대한 결과를 보여준다. 기질에 대한 정체시간은 빠른 거울상 이성질체의 경우 3.2분이었으며 느린 거울상 이설질체의 경우 3.4분이었다. 비닐부틸레이트는 3.7분에서 검출되었다. 생성물은 빠른 거울상 이성질체의 경우 10.3분에서 확인되었고 느린 거울상 이성질체의 경우 10.8분에서 확인되었다.As the ratio of enantiomers increased in the experiments, the peak differences of the products could be distinguished more clearly through gas chromatography analysis. Figure 2 shows the results of gas chromatography analysis of the transesterification reaction for but-3-yn-2-ol under conditions containing vinyl butyrate. Panel (a) of Figure 2 shows the result for 5D-CAL-B, panel (b) for CAL-B-T42V, panel (c) for CAL-B-S47N, panel (d) for CAL-B-42-47, and panel (e) for CAL-B-T42V/S47N. The retention times for the substrate were 3.2 min for the fast enantiomer and 3.4 min for the slow enantiomer. Vinyl butyrate was detected at 3.7 min. The product was identified in 10.3 min for the fast enantiomer and in 10.8 min for the slow enantiomer.
2. 실험결과 및 토의2. Experimental results and discussion
1) CAL-B와 PBL의 국소서열비교분석1) Local sequence comparison analysis of CAL-B and PBL
본 발명은 CAL-B 잔기의 돌연변이를 통해 (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol)에 대한 입체 선택성이 향상된 결과를 보여준다. 본 발명자는 선행연구를 통하여 CAL-B의 상동체(homolog)인 슈도지마 브라질리언시스 리파아제 GHG001(Pseudozyma brasiliensis lipase, PBL, GHG001)가 본 발명의 CAL-B보다 낮은 촉매 활성을 보이나 (±)-부탄-2-올((±)-butan-2-ol) 및 (±)-부트-3-인-2-올에 대한 입체 선택성이 각각 E(enantioselectivity, 입체 선택성)>200 및 E=17 수준으로 상기 CAL-B 보다 더 우수하다는 것을 확인한 바 있다. The present invention shows the improved stereoselectivity for (±)-but-3-yn-2-ol through mutation of CAL-B residues. Through previous studies, the inventors of the present invention have confirmed that Pseudozyma brasiliensis lipase (PBL, GHG001), a homolog of CAL-B, shows lower catalytic activity than the CAL-B of the present invention, but has better stereoselectivities for (±)-butan-2-ol and (±)-but-3-yn-2-ol than CAL-B, with E (enantioselectivity) >200 and E = 17, respectively.
상기 PBL은 본 발명의 CAL-B와 72%의 서열 동일성을 가진다. 따라서 상기 PBL과 CAL-B는 공통적인 구조 및 기능 그리고 입체 선택성을 공유할 것으로 예상된다. 따라서 PBL과 CAL-B의 국소서열비교분석을 실시하면 (±)-부탄-2-올 및 (±)-부트-3-인-2에 대한 CAL-B의 입체 선택성을 향상시키는 단서를 획득 할 수 있을 것으로 판단된다. The above PBL has 72% sequence identity with the CAL-B of the present invention. Therefore, the PBL and CAL-B are expected to share common structure, function, and stereoselectivity. Therefore, it is judged that by performing a local sequence comparison analysis of PBL and CAL-B, a clue can be obtained to improve the stereoselectivity of CAL-B for (±)-butan-2-ol and (±)-but-3-in-2.
2) CAL-B의 입체 선택성2) Stereoselectivity of CAL-B
일반적으로 리파아제(lipase)의 입체 선택성(enantioselectivity)은 카즐라우스카스 규칙(Kazlauskas rule)을 따르며, 이를 이용하면 키랄 2차 알코올(chiral sec-alcohol)에 대한 리파아제의 입체 선택성을 확인 할 수 있다. 카즐라우스카스 규칙은 기질 결합포켓과 관련된 리파아제의 구조적 특징에 기반하며 CAL-B 또한 상기 규칙에 따라 (R)-선택성을 보인다. In general, the enantioselectivity of lipase follows the Kazlauskas rule, which can be used to determine the enantioselectivity of lipase toward chiral secondary alcohols. The Kazlauskas rule is based on the structural features of lipases related to the substrate binding pocket, and CAL-B also shows (R)-selectivity according to the rule.
CAL-B는 2차 알코올의 키랄 탄소원자에서 두 개의 서로 다른 치환기, 큰 치환기 및 작은 치환기를 수용하는 두 개의 결합 포켓을 가지고 있다. 그 중 하나는 큰 결합포켓으로 기질이 결합하며 다른 하나는 중간 결합포켓으로 CAL-B의 내부 깊숙이 위치하고 있다. 카즐라우스카스 규칙은 상기 중간 결합포켓이 큰 치환기 보다는 작은 치환기를 수용한다는 것을 말해준다. 선행실험결과를 통해 CAL-B가 프로필기(propyl group) 보다 작은 치환기를 수용한다는 것을 확인하였으며 이는 CAL-B가 메틸기(methyl group), 에틸기(ethyl group) 또는 아세틸렌기(acetylene group) 사이의 크기 차이를 구분할 수 없다는 것을 의미한다. 그러므로 PBL과 CAL-B의 중간 결합포켓 아미노산 서열의 차이점을 분석하면 PBL과 CAL-B 사이의 입체 선택성의 차이를 설명할 수 있을 것으로 판단된다.CAL-B has two binding pockets that accommodate two different substituents, a large substituent and a small substituent, on the chiral carbon atom of the secondary alcohol. One of them is the large binding pocket where the substrate binds, and the other is the middle binding pocket located deep inside CAL-B. Kazlauskas rule states that the middle binding pocket accommodates smaller substituents than large substituents. Previous experiments have shown that CAL-B accommodates substituents smaller than a propyl group, which means that CAL-B cannot distinguish the size difference between a methyl group, an ethyl group, or an acetylene group. Therefore, it is thought that analyzing the differences in the amino acid sequences of the middle binding pockets of PBL and CAL-B may explain the difference in stereoselectivity between PBL and CAL-B.
3) 돌연변이 CAL-B3) Mutant CAL-B
CAL-B의 중간 결합포켓은 T40, T42, S47, 및 W104로 구성되며 이에 대응하는 PBL의 아미노산 잔기는 T40, V42, N47, 및 W104인 것으로 확인된다. 상기 W는 트립토판(Tryptophan, W)을 의미하며 상기 W104는 두 효소 모두에서 동일한 잔기에 해당한다. The middle binding pocket of CAL-B is composed of T40, T42, S47, and W104, and the corresponding amino acid residues in PBL are identified as T40, V42, N47, and W104. The W represents tryptophan (W), and the W104 corresponds to the same residue in both enzymes.
나머지 잔기 39번 내지 48번에 대하여 두 효소의 아미노산 서열을 비교하였다(도 3의 패널 a) 참조). 그 결과 잔기 39번(글라이신, Glycine, G), 40번(T), 41번(G), 44번(G), 46번(글루타민, Gluetamine, Q), 48번(페닐알라닌, Phenylalanine, F)은 두 효소 모두 동일한 것으로 확인되었으며 잔기 42번, 43번, 45번, 및 47번은 두 효소가 서로 다른 것으로 확인되었다. 서로 다른 잔기 중 42번과 47번은 그 측쇄(side chain)가 활성부위 방향으로 위치하고 있다. The amino acid sequences of the two enzymes were compared for the remaining residues 39 to 48 (see panel a of Fig. 3). As a result, residues 39 (Glycine, G), 40 (T), 41 (G), 44 (G), 46 (Glutetamine, Q), and 48 (Phenylalanine, F) were confirmed to be the same in both enzymes, while residues 42, 43, 45, and 47 were confirmed to be different in the two enzymes. Among the different residues, the side chains of residues 42 and 47 are located toward the active site.
CAL-B 잔기 42번 내지 47번 전체를 이에 대응하는 PBL의 잔기들로 치환한 CAL-B의 돌연변이, CAL-B-42-47을 제조하였다. 이를 위하여 상기 PBL의 잔기 42번 내지 47번에 해당하는 유전자들을 합성하고 이를 CAL-B 주형(돌연변이가 없는 원래의 CAL-B를 의미하며 이하 5D-CAL-B로 명명)에 도입시켜 CAL-B의 유전자를 변형하였다. 상기 CAL-B-42-47 단백질은 E. coli(Top10)에 주입된 CAL-B-42-47 돌연변이 유전자 벡터로부터 단백질로 발현되었으며 원래의 CAL-B 단백질과 동등한 입체 선택성 및 발현 수준을 보이도록 최적화 시켰다.A CAL-B mutant, CAL-B-42-47, was prepared in which residues 42 to 47 of CAL-B are entirely replaced with the corresponding residues of PBL. To this end, genes corresponding to residues 42 to 47 of the PBL were synthesized and introduced into a CAL-B template (original CAL-B without mutation, referred to as 5D-CAL-B hereinafter) to modify the CAL-B gene. The CAL-B-42-47 protein was expressed as a protein from the CAL-B-42-47 mutant gene vector injected into E. coli (Top10) and was optimized to exhibit the same stereoselectivity and expression level as the original CAL-B protein.
4) CAL-B-42-47의 입체 선택성 분석4) Stereoselectivity analysis of CAL-B-42-47
상기 CAL-B-42-47의 입체 선택성 분석을 위하여 상기 CAL-B-42-47을 셀라이트(celite)에 고정 시킨 후 25℃에서 비닐아세테이트(vinyl acetate) 또는 비닐부티레이트(vinyl butyrate)를 아실 공여체로 하여 (±)-부탄-2-올 및 (±)-부트-3-인-2-올의 에스테르 교환반응을 수행하였다. 분석결과 상기 CAL-B-42-47은 5D-CAL-B에 대비하여 상기 두 가지 기질, (±)-부탄-2-올 및 (±)-부트-3-인-2-올 모두에서 높은 입체 선택성을 보이는 것으로 확인되었다. 상기 CAL-B-42-47의 (±)-부탄-2-올에 대한 입체 선택성은 5D-CAL-B에 대비하여 각각 3 내지 4배(E=13 또는 26) 향상된 것으로 확인되었으며 (±)-부트-3-인-2-올에 대한 입체 선택성은 5D-CAL-B에 대비하여 40 내지 50배(E>200; 5D-CAL-B의 경우와 비교하여 (R)-4b 및 (R)-5b에 대해 각각 > 99% ee (E=6-7 및 4-5)) 향상된 것으로 확인되었다(반응식 및 표 2 참조). In order to analyze the stereoselectivity of the above CAL-B-42-47, the above CAL-B-42-47 was fixed on celite, and then the transesterification reaction of (±)-butan-2-ol and (±)-but-3-yn-2-ol was performed using vinyl acetate or vinyl butyrate as an acyl donor at 25°C. The analysis results showed that the above CAL-B-42-47 showed high stereoselectivity for both substrates, (±)-butan-2-ol and (±)-but-3-yn-2-ol, compared to 5D-CAL-B. The stereoselectivity for (±)-butan-2-ol of the above CAL-B-42-47 was confirmed to be enhanced by 3 to 4 times (E=13 or 26) compared to 5D-CAL-B, respectively, and the stereoselectivity for (±)-but-3-yn-2-ol was confirmed to be enhanced by 40 to 50 times (E>200; >99% ee for (R)-4b and (R)-5b (E=6-7 and 4-5) compared to 5D-CAL-B, respectively) compared to 5D-CAL-B (see reaction scheme and Table 2).
하기 반응식1의 반응조건은 리파아제 효소 20㎎ (1%, immobilized on Celite); rac-1a 또는 rac-1b, 0.1 m㏖; acyl donor (vinyl acetate 2 or vinyl butanoate 3), 0.3 m㏖, MTBE, 1㎖; 25℃ 조건이다. 하기 표 4의 Eb는 Sih et al에 기재된 입체 선택성을 기재한 것이며, 상기 rac-1a는 (±)-부탄-2-올을 의미하고, rac-1b는 (±)-부트-3-인-2-올을 의미하고, acyl donor 2는 vinyl acetate를 의미하고, acyl donor 3는 vinyl butanoate을 의미하고, 상기 MTBE는 t-부틸-메틸에테르(t-butyl methyl ether)를 의미한다.The reaction conditions of the following reaction scheme 1 are as follows: lipase enzyme 20 mg (1%, immobilized on Celite); rac-1a or rac-1b, 0.1 mmol; acyl donor (vinyl acetate 2 or vinyl butanoate 3), 0.3 mmol, MTBE, 1 mL; and 25°C. E b in Table 4 below describes the stereoselectivity described in Sih et al., wherein rac-1a means (±)-butan-2-ol, rac-1b means (±)-but-3-yn-2-ol, acyl donor 2 means vinyl acetate, acyl donor 3 means vinyl butanoate, and MTBE means t-butyl methyl ether.
[반응식1][Reaction Formula 1]
CAL-B-42-47의 입체 선택성은 PBL의 (±)-부탄-2-올에 대한 입체 선택성(E= 13 또는 27) 및 PBL의 (±)-부트-3-인-2-올에 대한 입체 선택성(E>200)과 유사한 수준인 것으로 확인되었다. 상기 결과는 CAL-B의 입체 선택성이 입체특이성 포켓의 변화에 의해 영향을 받았다는 것을 의미한다. 특히 본 발명에 의해 CAL-B-42-47의 (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol)에 대한 입체 선택성이 E>200 수준으로 향상된 점은 현재까지 달성할 수 없었던 극적인 변화라는 점에서 주목할 가치가 있다.The stereoselectivity of CAL-B-42-47 was confirmed to be similar to the stereoselectivity of PBL toward (±)-butan-2-ol (E = 13 or 27) and the stereoselectivity of PBL toward (±)-but-3-yn-2-ol (E > 200). The above results imply that the stereoselectivity of CAL-B was affected by the change in the stereospecific pocket. In particular, it is noteworthy that the stereoselectivity of CAL-B-42-47 toward (±)-but-3-yn-2-ol was improved to the level of E > 200 by the present invention, which is a dramatic change that could not be achieved until now.
5) CAL-B-T42V 또는 CAL-B-S47N 돌연변이의 입체 선택성 분석5) Stereoselectivity analysis of CAL-B-T42V or CAL-B-S47N mutations
본 발명에서는 상기 CAL-B의 향상된 입체 선택성을 위해 어떠한 잔기가 필수적으로 작용하는지 확인하였다. CAL-B의 T42 및 S47에 대응하는 PBL의 잔기는 V42 및 N47로 다른 것으로 확인된다(도 3의 패널 a) 참조). 따라서 상기 잔기의 차이가 두 효소의 입체 선택성 향상에 어떠한 영향을 미치는지 확인하였다. In the present invention, it was confirmed which residues are essential for the improved stereoselectivity of CAL-B. It was confirmed that the residues of PBL corresponding to T42 and S47 of CAL-B are different as V42 and N47 (see panel a of Fig. 3). Therefore, it was confirmed what effect the difference in the residues has on the improvement of stereoselectivity of the two enzymes.
상기 42번 및 47번 잔기의 측쇄는 두 효소 모두 활성 부위를 향하고 있는 것으로 확인된다. 따라서 상기 잔기는 효소의 입체 특이성 포켓을 형성하는 데 기여할 것으로 판단되며 상기 잔기가 다른 잔기로 치환되어 측쇄(side chain)가 달라지게 되면 기질의 결합정도 또한 변화할 것으로 예상된다. 본 발명에서는 이를 확인하기 위하여 T42를 V42로 치환하고 S47을 N47로 치환한 돌연변이 CAL-B-T42V/S47N을 제조하고 상기와 동일한 방법으로 (±)-부탄-2-올((±)-butan-2-ol) 및 (±)-부트-3-인-2-올((±)-but-3-yn-2-ol)에 대한 입체 선택성을 측정하였다(표 4 참조).The side chains of residues 42 and 47 above are confirmed to be directed toward the active site in both enzymes. Therefore, it is judged that the residues above will contribute to forming the stereospecific pocket of the enzyme, and if the residues above are substituted with other residues and the side chains change, the degree of substrate binding is also expected to change. In order to confirm this, in the present invention, a mutant CAL-B-T42V/S47N in which T42 is substituted with V42 and S47 is substituted with N47 was prepared, and the stereoselectivity for (±)-butan-2-ol and (±)-but-3-yn-2-ol was measured using the same method as above (see Table 4).
측정결과, CAL-B-T42V/S47N은 CAL-B-42-47와 유사하게 높은 입체 선택성을 보이는 것이 확인되었다. 상기 결과는 CAL-B의 T42 및 S47이 동시에 또는 각각 입체 선택성에 대해 중요한 역할을 한다는 것을 의미한다.The measurement results showed that CAL-B-T42V/S47N showed high stereoselectivity similar to CAL-B-42-47. The results imply that T42 and S47 of CAL-B play an important role in stereoselectivity simultaneously or individually.
상기 결과를 더 확인하기 위하여 T42만을 V42로 치환한 CAL-B-T42V 및 S47만을 N47로 치환한 CAL-B-S47N을 제조하고 이를 발현시켜 상기의 방법대로 입체 선택성을 측정하였다. 측정결과 CAL-B-T42V 및 CAL-B-S47N은 서로 다른 입체 선택성을 보이는 것으로 확인되었다(표 3 참조). CAL-B-T42V의 (±)-부탄-2-올 및 (±)-부트-3-인-2-올에 대한 입체 선택성의 각각 E=7 내지 8 및 E=3 내지 4인 반면 돌연변이의 CAL-B-S47N의 (±)-부탄-2-올 및 (±)-부트-3-인-2-올에 대한 입체 선택성 각각 E=14 내지 30 및 E>200인 것으로 확인된다. 상기 결과는 상기 T42 및 S47 잔기가 CAL-B의 입체 선택성에 중요한 영향을 준다는 것으로 보여준다. 특히, CAL-B의 S47을 N으로 치환하는 것은 (±)-부트-3-인-2-올에 대한 입체 선택성을 향상시키는 것으로 확인된다.To further confirm the results above, CAL-B-T42V, in which only T42 was substituted with V42, and CAL-B-S47N, in which only S47 was substituted with N47, were prepared and expressed, and their stereoselectivities were measured according to the above method. The results showed that CAL-B-T42V and CAL-B-S47N showed different stereoselectivities (see Table 3). The stereoselectivities of CAL-B-T42V for (±)-butan-2-ol and (±)-but-3-yn-2-ol were E=7 to 8 and E=3 to 4, respectively, whereas the stereoselectivities of the mutant CAL-B-S47N for (±)-butan-2-ol and (±)-but-3-yn-2-ol were E=14 to 30 and E>200, respectively. The results show that the T42 and S47 residues have a significant effect on the stereoselectivity of CAL-B. In particular, substituting S47 of CAL-B with N was found to enhance the stereoselectivity toward (±)-but-3-yn-2-ol.
상기 돌연변이 효소의 입체 선택성 향상은 원래의 효소에 대비하여 빠른 거울상 이성질체(fast enantiomer)에 대한 반응속도가 더 빨라졌을 거라는 가능성과 느린 거울상 이성질체(slow enantiomer)에 대한 반응속도가 훨씬 느려졌을 거라는 가능성으로 해석되어질 수 있다. 이에 대한 판단은 효소에 대한 두 거울상 이성질체의 동력학적 계수(kinetic parameter)를 측정함으로써 확인 가능하다. 그러나 느린 거울상 이성질체(slow enantiomer)에 대한 동력학적 계수는 느린 거울상 이성질체의 매우 느린 반응 속도 때문에 측정이 어려운 한계가 있다. 이에 따라 본 발명에서는 빠른 이성질체 및 느린 이성질체에 대한 특이 활성(specific activity)을 비교하는 방법으로 이에 대한 분석을 수행하였다 (표 5 참조). 상기 특이 활성 반응은 하기 반응식 2로 표현 가능하며 고정화된 효소의 총량 대신 사용된 단백질의 양을 기준으로 계산하였다. 특이 활성 반응은 5D-CAL-B의 경우 5D-CAL-B, 10㎎ (1%, immobilized on Celite); (R)- or (S)-but-3-yn-2-ol, 0.1 m㏖; vinyl butanoate, 0.3 m㏖, MTBE(methyl tert-butylether), 4㎖ 및 25℃의 반응조건에서 수행되었으며 CAL-B-S47N의 경우 CAL-B-S47N, 40㎎(1%, immobilized on Celite); (R)- or (S)-but-3-yn-2-ol, 0.1m㏖; vinyl butanoate, 0.3m㏖, MTBE, 4㎖ 및 25℃의 반응조건에서 수행되었다. 상기 반응은 최소 3번 반복하여 수행하였고 이들의 평균값을 구하는 방법으로 분석하였으며 표준편차를 이용하여 오차를 구하였다. The improvement in stereoselectivity of the mutant enzyme can be interpreted as the possibility that the reaction rate for the fast enantiomer became faster and the reaction rate for the slow enantiomer became much slower compared to the original enzyme. This can be confirmed by measuring the kinetic parameters of the two enantiomers for the enzyme. However, the kinetic parameter for the slow enantiomer has a limitation in that it is difficult to measure because of the very slow reaction rate of the slow enantiomer. Accordingly, in the present invention, an analysis was performed by comparing the specific activities for the fast enantiomer and the slow enantiomer (see Table 5). The specific activity reaction can be expressed by the following reaction scheme 2 and was calculated based on the amount of protein used instead of the total amount of immobilized enzyme. The specific activity reaction was as follows: 5D-CAL-B, 10 mg (1%, immobilized on Celite); (R)- or (S)-but-3-yn-2-ol, 0.1 mmol; vinyl butanoate, 0.3 mmol; MTBE (methyl tert-butylether), 4 mL, and the reaction conditions were 25°C. In the case of CAL-B-S47N, CAL-B-S47N, 40 mg (1%, immobilized on Celite); (R)- or (S)-but-3-yn-2-ol, 0.1 mmol; vinyl butanoate, 0.3 mmol, MTBE, 4 mL, and the reaction conditions were 25°C. The above reactions were performed at least three times, and the average values were analyzed, and the standard deviation was used to obtain the error.
분석결과 CAL-B-S47N은 5D-CAL-B보다 낮은 활성을 가지는 것으로 확인되었다(표 4 참조). 따라서 더 많은 양의 CAL-B-S47N을 사용하여 신뢰할 수 있는 반응 속도를 가지도록 하였다. 반응 혼합물은 시간 간격을 두어 회수하였으며 반응진행정도는 가스크로마토그래피(gas chromatography, GC) 방법으로 분석하였다.The analysis results showed that CAL-B-S47N had lower activity than 5D-CAL-B (see Table 4). Therefore, a larger amount of CAL-B-S47N was used to obtain a reliable reaction rate. The reaction mixture was recovered at time intervals, and the reaction progress was analyzed by gas chromatography (GC).
[반응식 2][Reaction Formula 2]
실험결과 5D-CAL-B의 경우 빠른 이성질체인 (R)-부트-3-인-2-올에 대비하여 느린 이성질체인 (S)-부트-3-인-2-올에서 50% 낮은 특이 활성을 보이는 반면 돌연변이 CAL-B-S47N의 경우 빠른 이성질체인 (R)-부트-3-인-2-올에 대비하여 느린 이성질체인 (S)-부트-3-인-2-올에서 120배 낮은 특이 활성을 보여 그 차이가 명확한 것이 확인되었다. 상기 결과는 S47이 N47로 치환되면 느린 이성질체에 대한 반응이 훨씬 느려진다는 것을 보여주는 결과이다. 따라서 전이 상태에 있어서 돌연변이 CAL-B-S47N과 느린 거울상 이성질체의 결합은 원래의 CAL-B의 결합보다 덜 유리할 것으로 판단된다.The experimental results showed that in the case of 5D-CAL-B, the specific activity was 50% lower in the slow enantiomer (S)-but-3-yn-2-ol than in the fast enantiomer (R)-but-3-yn-2-ol, whereas in the case of mutant CAL-B-S47N, the specific activity was 120 times lower in the slow enantiomer (S)-but-3-yn-2-ol than in the fast enantiomer (R)-but-3-yn-2-ol, confirming the difference clearly. The above results show that when S47 is substituted with N47, the reaction toward the slow enantiomer becomes much slower. Therefore, it is judged that the binding of mutant CAL-B-S47N to the slow enantiomer in the transition state is less favorable than the binding of the original CAL-B.
6) 분자모델링 분석6) Molecular modeling analysis
분자모델링을 통하여 47번 잔기의 치환이 CAL-B-S47N의 입체 선택성 향상에 어떠한 영향을 주는지 확인하였다. 이를 위하여 느린 거울상 이성질체에 대한 CAL-B 및 돌연변이 CAL-B-S47N의 사면체 중간체를 생성 한 후 그 에너지를 최소화한 분자모델을 만들었다. 아쉽게도 상기 분자 모델링 분석으로는 CAL-B-S47N의 개선된 입체 선택성에 대한 충분한 설명이 불가능한 것으로 판단되었다. Through molecular modeling, we investigated how the substitution of residue 47 affects the improved stereoselectivity of CAL-B-S47N. To this end, we created a molecular model by minimizing the energy of the tetrahedral intermediate of CAL-B and mutant CAL-B-S47N for the slow enantiomer. Unfortunately, it was determined that the molecular modeling analysis above could not sufficiently explain the improved stereoselectivity of CAL-B-S47N.
참고로 CAL-B와 CAL-B-S47N의 에너지 최소화 구조를 비교 분석한 결과 아세틸렌기(acetylene group)의 말단 탄소원자와 S47의 Oγ 원자 또는 N47의 Oδ1 원자 사이의 거리를 제외하고는 서로 크게 다르지 않은 것이 확인되었다. 비록 N47의 Oδ1 원자와 아세틸렌기의 말단 탄소 사이의 거리(4.8Å)는 S47의 Oγ 원자와 말단 탄소 원자 사이의 거리(5.7Å)보다 짧은 것으로 확인되었으나 두 거리 모두 반데르발스 상호작용(van der Waals interaction)을 위한 최적의 거리를 벗어난 것으로 분석되었다. 상기 결과는 N47의 측쇄가 여전히 느린 거울상 이성질체와는 거리가 멀기 때문에 N47 자체가 느린 거울상 이성질체의 결합에 크게 영향을 미치지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 다만 상기 개선된 입체 선택성을 설명할 수 있는 것으로 물 분자가 N47의 측쇄에 수소 결합하여 전이상태에서 느린 거울상 이성질체의 결합을 방해 한다는 설명이 가능하다.For reference, the energy-minimized structures of CAL-B and CAL-B-S47N were compared and analyzed, and it was confirmed that they are not significantly different except for the distance between the terminal carbon atom of the acetylene group and the O γ atom of S47 or the O δ1 atom of N47. Although the distance between the O δ1 atom of N47 and the terminal carbon of the acetylene group (4.8Å) was confirmed to be shorter than the distance between the O γ atom of S47 and the terminal carbon atom (5.7Å), both distances were analyzed to be outside the optimal distance for van der Waals interaction. The above results imply that since the side chain of N47 is still far from the slow enantiomer, N47 itself may not significantly affect the binding of the slow enantiomer. However, a possible explanation for the improved stereoselectivity is that water molecules hydrogen bond to the side chain of N47 and hinder the binding of the slow enantiomer in the transition state.
본 명세서에서 설명된 구체적인 실시예는 본 발명의 바람직한 구현예 또는 예시를 대표하는 의미이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되지는 않는다. 본 발명의 변형과 다른 용도가 본 명세서 특허청구범위에 기재된 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것은 당업자에게 명백하다. The specific embodiments described in this specification are meant to represent preferred embodiments or examples of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereby. It will be apparent to those skilled in the art that modifications and other uses of the present invention do not depart from the scope of the invention described in the claims of this specification.
<110> Sungshin R&D Foundation <120> Enantioselectivity Improved Candida antarctica Lipase B Variants <130> MP21-0079 <160> 2 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 317 <212> PRT <213> Candida antarctica <400> 1 Leu Pro Ser Gly Ser Asp Pro Ala Phe Ser Gln Pro Lys Ser Val Leu 1 5 10 15 Asp Ala Gly Leu Thr Cys Gln Gly Ala Ser Pro Ser Ser Val Ser Lys 20 25 30 Pro Ile Leu Leu Val Pro Gly Thr Gly Thr Thr Gly Pro Gln Ser Phe 35 40 45 Asp Ser Asn Trp Ile Pro Leu Ser Thr Gln Leu Gly Tyr Thr Pro Cys 50 55 60 Trp Ile Ser Pro Pro Pro Phe Met Leu Asn Asp Thr Gln Val Asn Thr 65 70 75 80 Glu Tyr Met Val Asn Ala Ile Thr Ala Leu Tyr Ala Gly Ser Gly Asn 85 90 95 Asn Lys Leu Pro Val Leu Thr Trp Ser Gln Gly Gly Leu Val Ala Gln 100 105 110 Trp Gly Leu Thr Phe Phe Pro Ser Ile Arg Ser Lys Val Asp Arg Leu 115 120 125 Met Ala Phe Ala Pro Asp Tyr Lys Gly Thr Val Leu Ala Gly Pro Leu 130 135 140 Asp Ala Leu Ala Val Ser Ala Pro Ser Val Trp Gln Gln Thr Thr Gly 145 150 155 160 Ser Ala Leu Thr Thr Ala Leu Arg Asn Ala Gly Gly Leu Thr Gln Ile 165 170 175 Val Pro Thr Thr Asn Leu Tyr Ser Ala Thr Asp Glu Ile Val Gln Pro 180 185 190 Gln Val Ser Asn Ser Pro Leu Asp Ser Ser Tyr Leu Phe Asn Gly Lys 195 200 205 Asn Val Gln Ala Gln Ala Val Cys Gly Pro Leu Phe Val Ile Asp His 210 215 220 Ala Gly Ser Leu Thr Ser Gln Phe Ser Tyr Val Val Gly Arg Ser Ala 225 230 235 240 Leu Arg Ser Thr Thr Gly Gln Ala Arg Ser Ala Asp Tyr Gly Ile Thr 245 250 255 Asp Cys Asn Pro Leu Pro Ala Asn Asp Leu Thr Pro Glu Gln Lys Val 260 265 270 Ala Ala Ala Ala Leu Leu Ala Pro Ala Ala Ala Ala Ile Val Ala Gly 275 280 285 Pro Lys Gln Asn Cys Glu Pro Asp Leu Met Pro Tyr Ala Arg Pro Phe 290 295 300 Ala Val Gly Lys Arg Thr Cys Ser Gly Ile Val Thr Pro 305 310 315 <210> 2 <211> 317 <212> PRT <213> Unknown <220> <223> Kalmanozyma brasiliensis GHG001, Taxonomy ID: 1365824 (for references in articles please use NCBI:txid1365824) <400> 2 Leu Pro Ser Gly Ser Asp Pro Ala Leu Ser Thr Pro Gln Ala Val Leu 1 5 10 15 Asp Ala Gly Leu Phe Cys Gln Asn Gly Ser Pro Ser Ala Gln Asn Lys 20 25 30 Pro Ile Leu Leu Val Pro Gly Thr Gly Val Asp Gly Arg Gln Asn Phe 35 40 45 Asp Ser Asn Trp Ile Pro Leu Ser Thr Met Leu Gly Tyr Ser Pro Cys 50 55 60 Trp Val Ser Pro Pro Pro Phe Met Leu Asn Asp Ser Gln Ile Asn Ala 65 70 75 80 Glu Tyr Val Val Asn Ala Val Arg Arg Leu Tyr Ala Gly Ser Gly Ser 85 90 95 Thr Lys Leu Pro Val Leu Thr Trp Ser Gln Gly Gly Leu Val Thr Gln 100 105 110 Trp Ala Leu Thr Phe Phe Pro Ser Thr Arg Asn Gln Ile Asp Arg Leu 115 120 125 Val Ala Phe Val Pro Asp Tyr Lys Gly Thr Val Asn Ala Tyr Pro Leu 130 135 140 Thr Ala Thr Asp Thr Ala Ser Pro Ser Ile Trp Gln Gln Arg Ala Gly 145 150 155 160 Ser Ala Phe Thr Thr Ala Leu Arg Asn Ala Gly Gly Leu Asn Lys Ile 165 170 175 Val Pro Thr Thr Asn Thr Tyr Ser Ala Thr Asp Glu Ile Val Gln Pro 180 185 190 Gln Ile Thr Asn Ser Pro Ile Asp Ser Ser Phe Leu Phe Asn Ala Lys 195 200 205 Asn Ile Gln Ser Gln Ser Val Cys Gly Pro Ala Phe Val Ala Asp His 210 215 220 Ala Gln Ser Leu Val Asn Gln Phe Ala Tyr Val Val Gly Arg Ser Ala 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Ala Gly Ser Gly Asn 85 90 95 Asn Lys Leu Pro Val Leu Thr Trp Ser Gln Gly Gly Leu Val Ala Gln 100 105 110 Trp Gly Leu Thr Phe Phe Pro Ser Ile Arg Ser Lys Val Asp Arg Leu 115 120 125 Met Ala Phe Ala Pro Asp Tyr Lys Gly Thr Val Leu Ala Gly Pro Leu 130 135 140 Asp Ala Leu Ala Val Ser Ala Pro Ser Val Trp Gln Gln Thr Thr Gly 145 150 155 160 Ser Ala Leu Thr Thr Ala Leu Arg Asn Ala Gly Gly Leu Thr Gln Ile 165 170 175 Val Pro Thr Thr Asn Leu Tyr Ser Ala Thr Asp Glu Ile Val Gln Pro 180 185 190 Gln Val Ser Asn Ser Pro Leu Asp Ser Ser Tyr Leu Phe Asn Gly Lys 195 200 205 Asn Val Gln Ala Gln Ala Val Cys Gly Pro Leu Phe Val Ile Asp His 210 215 220 Ala Gly Ser Leu Thr Ser Gln Phe Ser Tyr Val Val Gly Arg Ser Ala 225 230 235 240 Leu Arg Ser Thr Thr Gly Gln Ala Arg Ser Ala Asp Tyr Gly Ile Thr 245 250 255 Asp Cys Asn Pro Leu Pro Ala Asn Asp Leu Thr Pro Glu Gln Lys Val 260 265 270 Ala Ala Ala Ala Leu Leu Ala Pro Ala Ala Ala Ala Ile Val Ala Gly 275 280 285 Pro Lys Gln Asn Cys Glu Pro Asp Leu Met Pro Tyr Ala 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150 155 160 Ser Ala Phe Thr Thr Ala Leu Arg Asn Ala Gly Gly Leu Asn Lys Ile 165 170 175 Val Pro Thr Thr Asn Thr Tyr Ser Ala Thr Asp Glu Ile Val Gln Pro 180 185 190 Gln Ile Thr Asn Ser Pro Ile Asp Ser Ser Phe Leu Phe Asn Ala Lys 195 200 205 Asn Ile Gln Ser Gln Ser Val Cys Gly Pro Ala Phe Val Ala Asp His 210 215 220 Ala Gln Ser Leu Val Asn Gln Phe Ala Tyr Val Val Gly Arg Ser Ala 225 230 235 240 Leu Arg Ser Ser Thr Gly Gln Ala Gln Ser Ser Asp Tyr Ser Ile Ala 245 250 255 Asp Cys Asn Pro Leu Pro Ala Asp Pro Leu Thr Pro Gln Gln Lys Ala 260 265 270 Glu Ser Ser Thr Leu Leu Leu Val Ala Ala Ala Asn Val Ala Ala Gly 275 280 285 Pro Lys Thr Asn Cys Glu Pro Asp Leu Lys Pro Tyr Ala Arg Pro Phe 290 295 300 Ala Pro Gly Ser Gln Thr Cys Ser Gly Phe Thr Thr Phe 305 310 315
Claims (9)
A mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), characterized in that the 47th amino acid, serine (S), in the amino acid sequence of sequence number 1 is substituted with asparagine (N).
A mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), characterized in that the 42nd amino acid, threonine (T), in the amino acid sequence of sequence number 1 is substituted with valine (V), and the 47th amino acid, serine (S), is substituted with asparagine (N).
A mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), characterized in that the 42nd amino acid, threonine (T), the 43rd amino acid, proline (P), and the 47th amino acid, serine (S), in the amino acid sequence of sequence number 1 are substituted with valine (V), aspartic acid (D), arginine (R), and asparagine (N), respectively.
In the third paragraph, the 42nd to 47th amino acid sequence (VDGRQN) of the Candida antarctica lipase B (CAL-B) mutant is characterized in that it is identical to the 42nd to 47th amino acid sequence of Pseudozyma brasiliensis lipase (PBL, GHG001).
A variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the enantioselectivity (E) for (±)-butan-2-ol is improved by 2 to 5 times compared to Candida antarctica lipase B, and the enantioselectivity (E) for (±)-but-3-yn-2-ol is improved by 35 times or more compared to Candida antarctica lipase B.
A polynucleotide encoding a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) according to any one of claims 1 to 4.
A vector comprising a polynucleotide of claim 6.
A microorganism producing a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), comprising at least one of: a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) according to any one of claims 1 to 4; a polynucleotide encoding a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) according to any one of claims 1 to 4; and a vector comprising a polynucleotide encoding a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) according to any one of claims 1 to 4.
상기 미생물이 배양된 배지 또는 상기 배양된 미생물에서 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체를 회수하는 단계를 포함하는, 칸디다 안타르티카 지방분해효소 B(Candida antarctica lipase B, CAL-B)의 변이체의 생산 방법.
A step of culturing a microorganism producing a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) in a medium, comprising at least one of: a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) according to any one of claims 1 to 4; a polynucleotide encoding a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) according to any one of claims 1 to 4; and a vector comprising a polynucleotide encoding a variant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) according to any one of claims 1 to 4; and
A method for producing a mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B), comprising a step of recovering a mutant of Candida antarctica lipase B (CAL-B) from a medium in which the microorganism is cultured or from the cultured microorganism.
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Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (3)
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|---|
| CHEMBIOCHEM, vol 2, pp766~770(2001)* |
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| KOREAN JOURNAL OF MICROBIOLOGY (2015) VOL. 51, NO. 3, P. 187_193 |
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