Production of Unnatural Amino Acids from the Corresponding α-Keto Acids by the Recombinant Corynebacterium glutamicum Expressing the Branched Chain Aminotransferase Gene of Escherichia coli

Abstract

비천연 아미노산은 아미노기전이효소를 이용한 반응공정으로 생산이 가능하다. 이때 기질로서 알파-키토산과 아미노그룹 공여체가 사용된다. 이 반응공정은 부산물인 알파-키토 글루타민산에 의해 저해된다. 이 부산물의 농도를 줄이기 위해 기존에 소개된 방법은 아미노기 전이효소와 아미노기 공여체를 반응공정에 추가적으로 공급하는 것이었다. 이번 연구에서는 코리네박테리움 글루타미쿰을 기반으로 한 새로운 생촉매를 구축하여 부산물의 저해를 약화시키고, 고농도의 반응 산물을 생산하는 것이 가능하게 하였다. 2-(3-수산화-1-아다만틸)-(2S)-옥소에탄산과 트리메틸 피루베이트는 브랜드 체인 아미노트랜스퍼라제가 코팅된 재조합 코리네박테리움 글루타미쿰에 의해 2-(3-수산화-1-아다만틸)-(2S)-아미노 에탄산 과 L-tert-루이신으로 효율적으로 전환된다. 2-(3-수산화-1-아다만틸)-(2S)-아미노 에탄산은 60시간에서 72시간 동안 약 30 mM가 생산이 되고, L-tert-루이신은 30시간에서 45시간 동안 약 33 mM가 생산된다. 부산물에 의해 저해되는 효소는 대사 효소들에 의해 효율적으로 약화되는 것으로 보인다. 게다가, 코리네박테리움 글루타미쿰을 기반으로 한 과정은 아미노기 공여체인 글루탐산을 필요로 하지 않는다. 아미노기 공여체는 대사 효소들에 의해 글루코스와 암모니아로부터 생산된다. 그러므로, 재조합 코리네박테리움 글루타미쿰은 알파-키토산으로부터 비천연 아미노산을 생산하기 위한 유망한 생촉매이다.;The unnatural amino acids can be produced by aminotransferases with the corresponding α-keto acids and amino donors. The reactions are often limited by inhibition from byproducts (i.e., the α-keto acids converted from the amino donors). To reduce the byproduct concentration, additional aminotransferases and amino donors were provided into the reaction system. In this study, a new biocatalyst based on Corynebacterium glutamicum was constructed to enable to attenuate the byproduct inhibition in situ and to allow high product concentration. 2-(3-Hydroxy-1-adamantyl)-2-oxoethanoic acid and trimethyl pyruvate were efficiently transformed into 2-(3-Hydroxy-1-adamantyl)-(2S)-amino ethanoic acid and L-tert-leucine by the recombinant C. glutamicum expressing a branched chain aminotransferase of Escherichia coli. 2-(3-hydroxy-1-adamantyl)-2-oxoethanoic acid concentration reached over 30 mM during 60 to 72 h fermentation and L-tert-leucine concentration reached over 33 mM during 30 to 45 h fermentation. The enzyme inhibition of the byproduct (i.e., α-ketoglutarate) appeared somehow attenuated by the metabolic enzymes. Furthermore, the C. glutamicum-based process did not require an amino donor, glutamate. The amino donor was in situ produced from glucose and ammonia by the metabolic enzymes. Therefore, the recombinant C. glutamicum is a promising biocatalyst for the production of unnatural amino acids from the corresponding α-keto acids.