Biotransformation of oleic acid into 10-hydroxystearic acid and sebacic acid by recombinant Escherichia coli

Abstract

Sebacic acid (1,10-decanedioic acid) 의 생산은 현재 ricinoleic acid를 기질로 강산 조건에서 화학적 합성 방법이 이용되고 있다. 본 연구는 oleic acid 를 기질로 하여 재조합 Escherichia coli 기반으로 sebacic acid의 생산 공정을 조사하였다. Sebacic acid 합성의 전구체가 되는 10-hydroxystearic acid의 생산 또한 자세히 연구하였다. Oleate hydratase (ohyA) 를 발현시킨 E. coli BL21(DE3) 균주에서 생물 전환 조건(유도 인자의 농도 조절, 생물 전환 시작 전의 유전자 발현 기간 조절, 배양액의 혼합 조건 변경 등) 을 조사한 결과 배양액에 최종적으로 10-hydorxystearic acid 를 46 g/L 까지 축적할 수 있다는 것을 밝혔다. 또한 specific product formation rate와 product yield 는 각각 2.0 g/g CDW/h (i.e., 110U/g CDW), 91 % 를 나타내었다. 위의 반응인 oleate hydratase 다음으로 alcohol dehydrogenase, Baeyer-villiger monooxygenase 적용시키면 oleic acid 로부터 10-hydroxystearic acid, 10-ketostearic acid, ester form 을 생산하게 되고 마지막으로 esterase 를 작용시켜 ester bond 를 절단하여 sebacic acid가 생산되는 경로를 설계하였다. 또한 이 경로가 10 mM 의 oleic acid 를 기질로 생물 전환을 하였을 때, 80 % 의 수율을 보이며 우수하게 작용하는 결과를 보였다. 본 연구가 기존의 다양한 carboxyl synthon 생산공정인 위해 화학 약품을 이용하여 생산하는 공정을 대체하여 친환경적인 바이오공정의 확립에 기여할 것으로 생각된다.;Sebacic acid (1,10-decanedioic acid) is commercially produced by chemical synthesis from ricinoleic acid under rather harsh reaction conditions. This study investigated a recombinant Escherichia coli-based process to provide sebacic acid using oleic acid as starting material. Production of 10-hydroxystearic acid, which is the precursor for the synthesis of sebacic acid, was also examined in detail. Investigation of oleate hydratase (ohyA) expression in E. coli BL21 DE3 and biotransformation conditions (e.g., inducer concentration, gene expression period before initiating biotransformation, mixing condition of the reaction medium) enabled 10-hydroxystearic acid to accumulate to a final concentration of ca. 46 g/L in the culture medium. The specific product formation rate and product yield reached approximately 2.0 g/g CDW/h (i.e., 110 U/g CDW) and 91%, respectively. The further biotransformation by an alcohol dehydrogenase, a Baeyer-Villiger monooxygenase, and an esterase allowed 10-hydroxystearic acid to convert into sebacic acid. Sebacic acid was produced to a final concentration of ca. 8 mM from 10mM oleic acid using the enzyme cascade established as a one-pot process. This study will contribute to replacement of dangerous chemical processes to green bioprocesses for the production of versatile carboxyl synthons.