Hydroxylation of Linoleic Acid with Recombinant Escherichia coli Expressing CYP102A2 of Bacillus subtilis

Abstract

Cytochrome P450은 heme 구조를 가진 효소로서 여러 종류의 산화반응에 관여한다. 그 중 119kDa 정도의 자족형 산화 효소인 CYP102A2는 지방산 산화반응을 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 B. subtilis 유래의 CYP102A2를 E. coli W3110과 그 세포벽 구조 변이주에 도입하고 과발현시켜 ω-hydroxy linoelic acid를 생산했다. 그 결과 이 실험에서 사용한 모든 균주에서 CYP102A2 효소가 과발현되었고, 특이 활성 정도는 1.5에서 2.0U/mg protein으로 나타났다. 또한 전세포 생물전환 반응에서는 6개가 아닌 4개의 세포막 지방산을 가진 구조 변이주에서 linoleic acid의 수산화 반응 효율이 더 높다는 것을 확인하였다. 이는 세포막 구조 변이주에서 기질의 세포막 투과성이 높아지기 때문인 것으로 사료된다. 그러므로 분자량이 200 이상인 물질을 기질로 이용해 전세포 생물전환 반응을 이끌어 낼 경우에는 수성 물질이 통과할 때 장벽 역할을 하는 세포벽에 변이를 주어야 높은 효율을 얻을 수 있을 것으로 보인다.;Cytochrome P450 oxygenases (CYPs) are heme-containg enzymes that catalyze a wide range of oxygenation reactions. Among them, CYP102A2, a 119-kDa self-sufficient monooxygenase that consists of a FMN/FAD-containing reductase domain and a heme domain, was known to catalyze hydroxylation of fatty acids. In this study, CYP102A2 of Bacillus subtilis was expressed in both E. coli W3110 and E. coli W3110 lipopolysaccharide (LPS) structural mutant strains to produce ω-hydroxy linoleic acids. The CYP102A2 gene was functionally overexpressed in the strains, resulting in a specific activity of 1.5 to 2.0 U/mg protein. The whole-cell biotransformation experiments indicated that E. coli LPS mutants, having 4 fatty acid chains in LPS unit instead of 6 fatty acid chains, would be more efficient in hydroxylation of linoleic acid as compared to the wild type strain. This could be due to greater substrate permeability in the mutant strain. It is assumed that whole cell biotransformation activity of large lipophilic molecules (M.W. > ca.200) can be improved via engineering cellular envelop, which is known to function as a barrier for transport of hydrophobic molecules.