A Study on the Heterologous Expression of Nonactin Biosynthetic Gene Cluster Ortholog in Streptomyces albus J1074

Abstract

방선균은 자연에 널리 존재하는 미생물로써 항생제, 항곰팡이제 그리고 항암제 같은 유용한 생리활성물질을 만든다. 최근, 해양에서 유래한 방선균에 대한 연구가 많이 이루어지고 있는데 해양생태계는 육상생태계와는 생존환경이 많이 다름으로 특이한 구조의 2차대사물질을 만든다고 알려져있다. 해양에서 유래한 방선균으로부터 새로운 2차대사물질을 찾기위해, 마이크로네시아의 해양 침적물에서 Streptomyces puniceus MBL39 라고 명명한 방선균을 분리했고, 또한 한국해양연구원으로 부터 Streptomyces puniceus Act1085 라는 방선균을 분양 받았다. 두 방선균의 16S rRNA 유전자 서열과 형태적 특징을 분석한 결과, 두 방선균은 동일한 균주라는 것이 밝혀졌다. S. puniceus Act1085 에서는 Dimeric dinactin과 Cyclo-homononactic acid 라는 두 개의 nonactin 유도체가 발견되어, S. puniceus Act1085 는 아마도 nonactin biosynthetic gene cluster 와 매우 유사하면서도 크기는 좀 작은 biosynthetic gene cluster 을 가지고 있을 것이라고 예측하였다. 따라서, S. puniceus Act1085 가 예측한대로 그러한 biosynthetic gene cluster 을 지니고 있는 지 확인하기 위하여, S. puniceus Act1085 의 genomic library 을 제조하고, 적절한 probe로 screening 을 수행하였다. S. puniceus Act1085 에서 찾아낸 biosynthetic gene cluster 의 ORF 들을 nonactin biosynthetic gene cluster 의 ORF 들과 비교한 결과 아미노산 서열의 상동성이 82%에서 96%로 매우 높았다. S. puniceus Act1085 에서 찾아낸 biosynthetic gene cluster 을 이종숙주인 Streptomyces albus J1074 에 heterologous expression을 수행하면서, 새로운 nonactin 유도체가 만들어 질 것이라는 예상을 하였으나, nocardamine 이 생산되었다. 추가적인 heterologous expression 실험을 통해, S. albus J1074 에서 nocardamine 의 생산은 S. puniceus Act1085 에서 유래한 nonG ortholog 의 작용에 의한 것이라고 판단된다.