Leuconostoc mesenteroides 돌연변이체의 내산성 관련 유전자에 대한 특성 규명

Abstract

L형 또는 D형 형태를 가지며, 산업적으로 이용가치가 높은 젖산은 화장품, 제약 및 식품 산업에서 널리 사용되고 있다. Lactobacillus, Lactococcus 및 Leuconostoc을 포함한 젖산균(Lactic Acid Bacteria, LAB)은 생명 공학 산업에서 젖산 생산자로 널리 사용된다. 이러한 미생물을 이용한 젖산 생산은 기존 화학 석유기반의 젖산 생산보다 광학순도가 높은 젖산을 생산할 수 있다는 이점을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고, 미생물 발효를 이용한 젖산 생산은 세포 내의 낮은 pH로 인한 세포 성장의 억제, 핵심 효소 활성의 감소 및 막 손상과 같은 한계를 극복 할 필요가 있다. 이전 연구에서 우리는 LAB의 산-내성 기작을 규명하고, 젖산 과생산 균주를 개발하기 위해 순수 D형 유산만을 생산하는 Leuconostoc mesenteroides subsp. mesenteroides KCTC 3718에 젖산에 대한 적응진화 전략을 적용하여 돌연변이 균주를 개발하였다. 본 연구에서는 돌연변이 균주에 대한 산-내성 기작을 이해하기 위해 차세대 염기서열(Next-Generation Sequencing, NGS) 분석을 수행했다. 우리는 완전한 게놈 시퀀싱을 통해 내산성과 관련된 주요 유전자의 돌연변이를 확인하였고, 높은 젖산 농도에 저항성이 있는 돌연변이 균주는 산성 조건에 대해서 또한 내성이 강한 것으로 밝혀졌다. 돌연변이 균주의 유전적 정보를 바탕으로 우리는 산성 메커니즘과 밀접한 관련이 있을 것으로 예상되는 후보 유전자를 선정했다. 산성조건에서 돌연변이 균주의 transcriptional repressor (lexA) 유전자의 발현이 하향 조절됨에 따라 DNA repair protein (recA, uvrA, uvrD) 유전자들이 상향 조절됨을 알 수 있었고, 지방산 합성과 관련된 malonyl CoA-acyl carrier protein transacylase (fabD)의 돌연변이 유전자를 이종 과발현시켜 증가된 내산성을 입증하였다. 또한 예측 된 단백질 구조는 촉매 메커니즘에서 단백질의 역할을 이해하고 각 단백질의 내산성을 향상시키는 원인을 찾는 데 유용한 정보를 제공 할 것으로 기대된다. Malonyl기의 sulfuric acid 이온과 binding함으로써 malonyl기를 이동시키는 malonyl CoA-acyl carrier protein transacylase (fabD)의 substrate binding region 중 알파 헬릭스 구조에 해당되는 제거된 아미노산으로 인해 변형된 단백질 구조가 지방산 합성을 촉진 할 것으로 예상할 수 있다.