Abstract
New strain development strategy using kinetic models and metabolic control analysis was investigated. In this study, previously reported mathematical models describing the enzyme kinetics of intracellular threonine synthesis were modified for mutant threonine producer Escherichia coli TF5015. Using the modified models, metabolic control analysis was carried out to identify the rate limiting step by evaluating the flux control coefficient on the overall threonine synthesis flux exerted by individual enzymatic reactions. The result suggested the production of threonine could be enhanced most efficiently by increasing aspartate semialdehyde dehydrogenase (asd) activity of this strain. Amplification of asd gene in recombinant strain TF5015 (pCL-$P_{aroF}$-asd) increased the threonine production up to 23%, which is much higher than 14% obtained by amplifying aspartate kinse (thrA), other gene in threonine biosynthesis pathway.
대사 공학을 이용한 생산 균주 개발의 핵심 기술은 원하는 대사산물을 과량으로 얻기 위하여 기존의 대사회로에서 제거, 증폭, 변경을 시켜야 할 유전자를 선정하는 것이다. 대사조절 분석 기법은 대사 흐름이 특정 효소의 활성에 따라 어떻게 변하는지를 예측하는 기술이다. 본 논문에서는 대장균의 threonine 생합성 효소 반응 kinetic model과 대사조절 분석 기법을 이용하여 threonine 생합성 flux를 가장 효과적으로 증가시키기 위하여 활성 증가가 필요한 효소가 aspartate semialdehyde dehyogenase라는 것을 밝혔다. 이러한 결과를 확인하기 위하여 asd가 과발현된 vector와 threonine 생합성 경로의 다른 효소인 aspartate kinase를 coding하는 thrA를 과발현 시키는 vector를 제작하여 threonine 생산 균주인 TF5015에 형질전환하여 threonine 농도를 측정하였다. Flask 배양결과 대사조절 분석 기법으로 확인된 유전자 asd를 과발현시킬 경우가 생합성 경로의 다른 유전자를 과발현시킨 경우보다 더 높은 threonine 농도의 증가를 보였다. 이러한 연구 결과들은 효소 반응 kinetic model과 대사조절 분석 기법을 이용하여 원하는 product를 효율적으로 생산할 수 있는 생산 균주를 제작할 수 있게 할 것이다.