Penicillin G Amidase생산을 위한 재조합 대장균의 유가배양에 관한 연구

Fed-batch Culture of Recombinant E.coli for the Production of Penicillin G Amidase

Penicillin G amidase(PGA, benzylpenicillinamidohydrolase, EC 3.5.1.11)는 penicillin G를 phenylacetic acid(PAA)와 6-aminopenicillanic acid(6-APA)로 분해하는 효소이다. Escherichia coli(E. coli) ATCC 11105의 PGA는 24 kDa의 small subunit과 65 kDa의 large subunit으로 구성되어 있고, precursor polypeptide에서 signal peptide와 spacer peptide가 절단되어 활성을 가진 heterodimer가 형성된다. 본 연구에서는 E. coli ATCC 11105에서 PCR(polymerase chain reaction)을 통해 증폭한 pga gene을 expression vector에 넣어 pET-pga plasmid를 제작하였고, 이것을 E. coli BL21 (DE3) 균주에 형질 전환하여 PGA를 발현하고 그 활성을 분석하였다. E. coli BL21(DE3)/pET-pga 균주의 고밀도 배양액을 SDS-PAGE로 분석 했을 때, PGA의 precursor, large subunit, 그리고 small subunit으로 보이는 protein band가 나타났으며, PGA가 soluble form의 precursor로 발현되어 processing을 거쳐서 large subunit과 small subunit으로 절단되기도 하고, 일부는 insoluble form의 precursor로 발현되기도 하는 것으로 생각된다. 유가배양시 온도변화 전략을 사용하여 고농도 배양에서 발현을 유도하였다. 온도변화 전략은 $37^{\circ}C$에서 $28^{\circ}C$를 거쳐 $22^{\circ}C$로 3단계로 변화시켰다. 이러한 전략으로 PGA활성은 19.6 U/mL이며 균체량은 600 nm에서 흡광도가 62까지 도달하였다.

Penicillin G amidase (PGA, benzylpenicillinaminohydrolase, EC 3.5.1.11) is industrially important enzyme which converts penicillin G to 6-aminopenicillanic acid (6-APA) and phenylacetic acid (PAA). The PGA in E. coli ATCC 11105 is secreted into the periplasm after removing signal sequences and becomes heterodimer which composed of two subunits, small subunit (24 kDa) and large subunit (65 kDa). In this study, the PGA gene was obtained from E. coli ATCC 11105 using PCR (polymerase chain reaction) technique. The active PGA was successfully secreated into periplasm in E. coli BL2 1(DE3) harboring pET-pga plasmid. The optimized fed-batch fermentation, consisting of a three-step shift of culture temperature from $37^{\circ}C$ to $22^{\circ}C$, gave a productivity of 19.6 U/mL with a cell growth of 62 O.D. at 600 nm.