올레산으로부터 9-(nonanoyloxy)nonanoic acid 생산을 위한 Baeyer-Villiger monooxygenase 효소의 스크리닝, 발현, 특성화

Abstract

Baeyer-Villiger monooxygenases (BVMOs)는 인접한 carbonyl group에 산소를 도입하여 ketone을 ester로 전환하는 BV oxidation 반응을 일으키는 생물학적 촉매이다. BVMO는 미생물 내에서 soluble한 형태로 발현시키기 어렵기 때문에 반응 조건을 최적화하고 BVMO engineering을 통해 안정성을 높이고 soluble하고 active하게 발현될 수 있도록 하였다. Escherichia coli에서 다양한 BVMO를 screening하고 functional expression을 하였고 chaperones 혹은 fusion tags를 이용한 연구를 하였다. 단백질 시퀀스 분석을 통해 BVMO를 채택하고 oleic acid를 기질로 사용하여 9-(nonanoyloxy)nonanoic acid를 생성하는 연구를 진행하였으며 이때 BVMO가 soluble과 active한 형태로 발현될 수 있는지를 평가하였다. Oleic acid의 whole cell biotransformation반응은 OhyA(hydratase), ADH (Alcohol dehydrogenase), 그리고 BVMO효소를 통해 연속적으로 진행되었다. 반응의 최적화를 하기 위해 inducer의 농도를 조절하고, 분자 샤페론을 동시에 발현하거나 media 조건을 사용하였다. 9개의 BVMO를 screen하였고 그 중 3개의 BVMO가 target product를 생성하였고 Di_BVMO3 from Dietzia sp. D5가 가장 좋은 기질 전환 수율을 보였다. Di_BVMO3는 phosphoglycerate kinase를 N-terminal fusion tag로 도입하여 soluble한 발현이 증진되었다. Fusion enzyme을 통한 whole cell biotransformation은 기존 반응보다 3배에서 5배까지 target product의 생성을 증가시켰고 최종 productivity는 105.3 mgL-1 까지 달성되었다. Rh_BVMO4 from Rhodococcus sp. RHA1과 AFL838 from Aspergillus flavus NRRL3357도 이 반응을 위해 screen하였고 다른 long chain ketones의 whole cell biotransformation 반응에 사용될 수 있다.