Abstract
When both fructose and galactose were added to a production medium as carbon sources, the productivity of PAFS (Psedomonas Antifungal Substance) biosynthesized by Pseudomonas aeruginosa was observed to be reduced significantly due to the well-known phenomenon of catabolite repression. In order to overcome this phenomenon by use of fermentation bioprocess, fed-batch cultivation method was examined. In addition, a high producer mutant strain, AP-20 obtained by a rational screening method was tested for its productivity of PAFS in both batch and fed-batch fermentation processes. Notably fed-batch operation showed approximately 4 fold higher PAFS productivity than traditional batch operation process. It was appeared that galactose was utilized principally for the cell growth of Pseudomonas aeruginosa whereas large portion of fructose was used for the biosynthesis of PAFS. Furthermore it was observed that composition and feeding rate of production media should be optimized even in the fed-batch fermentation bioprocess. As an example, very slow feeding of carbon sources gave rather negative effect on the production of PAFS due to significant limitation of carbon and energy sources available for the producer microorganism.
Fructose와 galactose를 배지에 동시에 사용하였을 때 catabolite repression에 의한 PAFS생산성 저해 현상을 극복하기 위해서 본 연구에서는 두 가지 탄소원의 공급량과 유속을 달리하는 유가식 배양으로 PAFS 생산성을 향상시키고자 하였다. 또한 통계적으로 성공률이 매우 높다고 밝혀진 실험방법에 의해 모균주로부터 고생산변이주를 선별하여 생산성이 가장 우수한 것으로 판명된 AP-20 균주를 생물반응기를 이용한 회분식 배양 및 유가식 배양 실험에 이용하였다. 생물반응기에서의 유가식 배양이 회분식 배양에서보다 PAFS생산성이 약 4배 이상 향상되었음을 확인할 수 있었다. 또한 생산균주의 배양생리학적 특성으로서 Pseudomonas aeruginosa는 galactose를 이용해서 세포성장과 이차대사산물 생합성과 관련된 유전자의 발현을 하고 fructose를 이용하여 PAFS를 생합성하는 것으로 추론되며, 너무 느린 탄소원의 공급은 세포성장에 제한요소로 작용하여 이차대사산물의 생합성을 저해하는 것으로 판단되었다. 한편 유가식 배양일지라도 배양 조건에 따라 그 생산성이 뚜렷이 차이가 나는 것으로 관찰되었다 즉 galactos의 초기량이 20g/L이고 fructose 30g/L를 0.032 mL/min의 속도로 공급했을 경우의 PAFS생산량을 100%로 정의했을 때, 초기부터 40 g/L의 galactose가 존재하고 20 g/L의 fructose를 0.032 mL/min의 속도로 공급한 경우에 PAFS생산성이 약 580%향상된 것으로 나타났다.
