• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권12호
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• pp.1542-1546
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• 2009

Zeaxanthin glucosyltransferase (CrtX) mediates the formation of zeaxanthin to zeaxanthin diglucoside. Here, we report cloning of the crtX gene responsible for zeaxanthin diglucoside biosynthesis from Paracoccus haeundaensis and the production of the corresponding carotenoids in transformed cells carrying this gene. An expression plasmid containing the crtX gene (pSTCRT-X) was constructed, and Escherichia coli cells containing this plasmid produced the recombinant protein of approximately 46 kDa. Biosynthesis of zeaxanthin diglucoside was obtained when the plasmid pSTCRT-X was co-transformed into E. coli containing the pET-44a(+)-CrtEBIYZ carrying crtE, crtB, crtI, crtY, and crtZ genes required for zeaxanthin $\beta$-D-diglucoside biosynthesis.

• Fisheries and Aquatic Sciences
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• 제12권1호
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• pp.54-59
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• 2009

Carotenoids such as $\beta$-carotene and astaxanthin are used as food colorants, animal feed supplements and for nutritional and cosmetic purposes. In a previous study, an astaxanthin biosynthesis gene cluster was isolated from the marine bacterium, Paracoccus haeundaensis. Geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) synthase (CrtE), encoded by the ortE gene, catalyzes the formation of GGPP from farnesyl pyrophosphate (FPP), which is an essential enzyme for the biosynthesis of carotenoids in early steps. In order to study the biochemical and enzymatic characteristics of this important enzyme, a large quantity of purified GGPP synthase is required. To overproduce GGPP synthase, the crtE gene was subcloned into a pET-44a(+) expression vector and transformed into the Escherichia coli BL21(DE3) codon plus cell. Transformants harboring the crtE gene were cultured and the crtE gene was over-expressed. The expressed protein was purified to homogeneity by affinity chromatography and applied to study its biochemical properties and molecular characteristics.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제46권2호
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• pp.145-153
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• 2018

Among the carotenoid biosynthesis genes, crtI gene encodes the phytoene desaturase (CrtI) enzyme, and phytoene desaturase convert phytoene to lycopene. Phytoene desaturase is involved in the dehydrogenation reaction, in which four single bonds in the phytoene are introduced into a double bond, eliminating eight hydrogen atoms in the process. Phytoene desaturase is one of the key regulating enzyme in carotenoid biosynthetic pathway of various carotenoid biosynthetic organisms. The crtI gene in genomic DNA of Paracoccus haeundaensis was amplified and cloned into a T-vector to analyze the nucleotide sequence. As a result, the crtI gene coding for phytoene desaturase from P. haeundaensis consists of 1,503 base pairs encoding 501 amino acids residues. An expression plasmid containing the crtI gene was constructed, and Escherichia coli cells containing this plasmid produced the recombinant protein of approximately 55 kDa, equivalent to the molecular weight of phytoene desaturase. The expressed protein in cell lysate showed enzymatic activity similar to phytoene desaturase. Phytoene and lycopene were analyzed by HPLC and measured at wavelength of 280 nm and 470 nm, respectively. The $K_m$ values for phytoene and NADPH were $11.1{\mu}M$ and $129.3{\mu}M$, respectively.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권2호
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• pp.144-148
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• 2013

Lycopene cyclase converts lycopene to ${\beta}$-carotene by catalyzing the formation of two beta-rings at each end of the linear carotene structure. This reaction takes place as a two-step reaction in which both sides of of the lycopene molecule are cyclized into ${\beta}$-carotene rings via the monocyclic ${\gamma}$-carotene as an intermediate. The crtY gene coding for lycopene cyclase from Paracoccus haeundaensis consists of 1,158 base pairs encoding 386 amino acids residues. An expression plasmid containing the crtY gene (pET44a-CrtY) was constructed and expressed in Escherichia coli, and produced a recombinant protein of approximately 43 kDa, corresponding to the molecular mass of lycopene cyclase. The expressed protein was purified to homogeneity by His-tag affinity chromatography and showed enzymatic activity corresponding to lycopene cyclase. We also determined the lycopene substrate specificity and NADPH cofactor requirements of the purified protein. The $K_m$ values for lycopene and NADPH were 3.5 ${\mu}M$ and 2 mM, respectively. The results obtained from this study will provide a wider base of knowledge on the enzyme characterization of lycopene cyclase at the molecular level.

• 한국미생물생명공학회:학술대회논문집
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• 한국미생물생명공학회 2004년도 Annual Meeting BioExibition International Symposium
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• pp.292-296
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• 2004

• 생명과학회지
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• 제27권3호
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• pp.339-345
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• 2017

Carotenoid는 천연 지용성 색소이며, 세균, 조류, 식물 등이 생산한다. 세계 시장의 대부분을 차지하는 합성 염료의 대안으로서 현재는 조류나 세균, 갑각류 등의 원료로부터 아스타잔틴의 생산, 정제, 이용이 주목 받고 있다. 이 연구는 UV와 EMS를 이용하여 P. haeundaensis의 돌연변이를 유도하고, 결과적으로 astaxanthin을 과잉 생산하는 돌연변이주를 선별하고 특성을 확인하기 위해 다양한 배양 및 영양 조건을 이용하여 astaxanthin 생산량을 확인하였다. 실험 결과 UV 조사 시간이 증가하거나, EMS 농도가 증가할수록 균주의 생존율이 감소하였다. Astaxanthin 과잉 생산 돌연변이 균주의 경우 400 mM EMS와 UV 20분을 순차적으로 처리한 방법에서 선별된 변이주가 가장 높은 astaxanthin 생산량을 보이는 것을 확인하였으며, 이 균주의 이름을 PUE로 명명하였다. PUE의 최적 배양 조건은 $25^{\circ}C$, pH 7-8, 3% NaCl이며, 1% raffinose, 3% potassium nitrate 첨가 시 astaxanthin 생산량이 증가하는 것으로 밝혀졌다. PUE에서는 wild type 균주에 비해 astaxanthin 생산량이 1.58배 증가함을 확인할 수 있었다. 본 연구의 실험 결과, 돌연변이 유도에 의해 선별된 변이주는 astaxanthin의 산업적 생산에 활용 가능한 후보가 될 수 있을 것으로 사료된다.

• 생명과학회지
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• 제25권12호
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• pp.1339-1346
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• 2015

본 연구는 카로티노이드 생합성 유전자군이 형질전환된 Escherichia coli에서 archaea chaperonin을 공발현 시킴으로 카로티노이드의 생산량을 증대시키는 것이 목표이다. 카로티노이드는 식물, 박테이라, 조류 등이 생합성하는 노란색, 오렌지색, 붉은색 계통의 색소로 이들은 식품 또는 양식 사료로 주로 이용되는 물질이다. 본 연구자들은 선행연구를 통하여 Paracoccus haeundaensis로부터 카로티노이드 유전자군을 cloning하였고 이들 유전자군의 생화학 및 효소학적 기능성을 분석하는 연구 결과와 카로티노이드 생합성 유전자군(crtE, crtB, crtI, crtY, crtZ, crtW, crtX)을 대장균에 형질전환하여 400 μg/g dry cell weight (DCW)의 아스타잔틴을 생산하는 연구 결과를 보고 하였다. 본 연구에서는 이들 유전자군과 archaea chaperonin을 공발현시켜 대장균에서 astaxanthin을 890 μg/g dry cell weight (DCW)로 생산하였으며, 이는 선행 연구된 결과 보다 약 2배 이상의 astaxanthin 생산량을 향상 시키는 연구 결과이다.

• 생명과학회지
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• 제18권12호
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• pp.1764-1770
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• 2008

이 연구의 목적은 생물공학적으로 이소프레노이드 생합성 유전자를 클로닝하여 이들을 형질전환시킨 대장균을 제조하여 이들을 숙주로 사용하여 아스타잔틴의 생산을 증가시키는 것이다. 본 연구진은 선행연구에서 Paracoccus haeundaensis로부터 아스타잔틴 생산에 관여하는 6개의 아스타잔틴 생합성 유전자군을 보고하였고, 이들 유전자들을 발현 벡타(pCR-XL-TOPO-Crt)에 재조합한 후 이 벡터를 대장균에 형질 전환시켜서 건조중량으로 400 ${\mu}g$/g의 아스타잔틴을 생산하였다. 아스타잔틴의 생산성을 증가시키기 위해서 대장균으로부터 이소프레노이드 생합성 경로에 관여하는 4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl diphosphate reductase (lytB), farnesyl diphosphate (FPP) synthase (ispA), isopentenyl (IPP) diphossphate isomerase (idi) 유전자들을 클로닝하였고, 이들 유전자를 (pCR-XL-TOPOCrt-full)와 같이 대장균에 각각 공발현시켰다. idi 유전자와 아스타잔틴 생산에 관여하는 아스타잔틴 생합성 유전자군이 함께 형질 전환된 BL21(DE3) Codon Plus RIL 대장균를 배양하였을때, 건조중량으로 1,200 ${\mu}g$/g의 아스타잔틴을 생산하였다. 따라서 본 연구 결과, 이소프레노이드 생합성 유전자와 아스타잔틴 생합성 유전자군을 공발현 시킬 때 아스타잔틴의 생산이 3배 증가하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제46권2호
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• pp.114-119
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• 2018

Astaxanthin is one of the major carotenoids used in pigment has a great economical value in pharmaceutical markets, feeding, nutraceutical and food industries. This study was to increase the production of astaxanthin by co-expression with transformed Escherichia coli using six genes involved in the non-mevalonate pathway. Involved in the non-mevalonate biosynthetic pathway of the strain Kocuria gwangalliensis were cloned dxs, ispC, ispD, ispE, ispF, ispG, ispH and idi genes in order to increase astaxanthin production from the transformed E. coli. And co-expression with the genes to compared the amount of astaxanthin production. This engineered E. coli, containing both the non-mevalonate pathway gene and the astaxanthin biosynthesis gene cluster, produced astaxanthin at $1,100{\mu}g/g$ DCW (dry cell weight), resulting in approximately three times the production of astaxanthin.

• 생명과학회지
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• 제22권8호
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• pp.1024-1033
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• 2012

Kocuria gwangalliensis로부터 카로티노이드 생합성 경로의 첫 번째 단계 기질인 geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP)를 생합성하는 GGPP synthase (CrtE)를 암호화하고 있는 crtE를 클로닝 하여 이를 KgGGPP로 명명하였다. 기존 세균에서 밝혀진 GGPP synthase의 아미노산 서열을 NCBI에서 검색하여 KgGGPP synthase의 아미노산 서열과 비교한 결과 Kocuria rhizophila와 59.6%의 상동성을 가지는 것을 확인하였다. crtE 유전자를 대장균에서 발현 시키기 위하여 pCcrtE 재조합 DNA를 구축하였고, 이를 대장균에서 발현시킨 결과 약 41 kDa의 재조합 단백질이 과발현 됨을 확인 할 수 있었으며, 이 단백질은 기존 세균에서 밝혀진 GGPP synthase와 유사한 분자량을 가지고 있다는 것을 알 수 있었다. CrtE 재조합 단백질의 활성을 분석하기 위하여 대장균 내에서 라이코펜의 생합성을 유도 하였다. 대장균의 경우 메발론산 경로를 통하여 FPP와 IPP를 생합성 하지만 crtE, crtB, crtI 유전자가 없기 때문에 라이코펜을 생합성 하지는 못한다. 대장균 내에서 라이코펜의 생합성을 위해서는 crtE, crtB, crtI 유전자의 발현이 필수적으로 요구되기 때문에 crtB, crtI 유전자의 경우는 P. haeundaensis에서 유래한 유전자를 이용하여 pRScrtBI 재조합 DNA를 구축하여 그 발현을 유도하였다. 상기 두 재조합 DNA를 대장균에서 공발현 시켰으며, HPLC 분석법을 이용하여 대장균 내에서 라이코펜의 생산 유무에 따른 KgGGPP synthase의 활성을 분석하였다.