Statistical Optimization of Culture Conditions for Enhanced Production of Trehalose by Recombinant Escherichia coli Using Crude Glycerol

폐글리세롤을 탄소원으로 트레할로스 생산을 위한 재조합 대장균 배양 조건 최적화

This study aimed to optimize the culture conditions of recombinant Escherichia coli expressing otsBA using crude glycerol for the enhanced production of trehalose. The effects of culture temperature and isopropyl ${\beta}$-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG)-induction were investigated. Trehalose production and cell growth were highest when cells were cultured at $37^{\circ}C$ and induced with IPTG. The concentrations of IPTG, validamycin A, and NaCl were optimized using Box-Behnken design. Statistical analyses of the experimental data revealed that the concentrations of IPTG and NaCl had significant effects on trehalose production, but that of validamycin A did not. Contour plot analysis and model calculation showed that the highest amount of trehalose could be produced at 298 mM NaCl and 0.1 mM IPTG. Under these optimal conditions, the optical density at 600 nm and trehalose production were $5.4{\pm}0.2$ and $304{\pm}15mg/l$, respectively.

전처리 폐글리세롤을 기질로 사용한 재조합 대장균 배양에서 트레할로스 생산성에 영향을 미치는 핵심 변수들을 도출하고 반응표면 분석법을 사용하여 트레할로스 생산을 극대화하기 위한 최적조건을 탐색하였다. $37^{\circ}C$에서 IPTG로 induction 하는 배양이 $27^{\circ}C$ 또는 induction 하지 않은 배양에 비하여 세포생장 및 트레할로스 생산성이 높았다. Box-Behnken design 실험계획법을 사용하여 배지중의 NaCl, 발리다마이신 및 IPTG의 농도를 최적화하였다. 통계분석결과 IPTG와 NaCl의 농도는 트레할로스 생산에 영향을 미쳤으나 발리다마신의 영향은 크지 않은 것으로 확인되었다. 등고선도 분석을 통해 298 mM NaCl이 첨가되고 0.1 mM의 IPTG로 induction되는 배양에서 가장 많은 양의 트레할로스가 생산되는 것으로 예측되었다. 최적화된 조건에서 생산 균주는 세포 밀도($OD_{600}$) $5.4{\pm}0.2$에서 $304{\pm}15mg/l$의 트레할로스를 생산하였다.