Monascus anka albidus 균사를 쌀가루 7%, $NH_4NO_3$ 0.15%, $KH_2PO_4$ 0.05% 및 $MnSO_4$ 0.1%, 조성의 초기 pH 6.0으로 조절한 배지에 접종하여 $30^{\circ}C$에서 5일간 진탕 배양 하였을 때 가장 높은 색소 생산을 보였다. 특히 탄소원으로써 찹쌀가루가 제일 좋았으며 동시에 질소원으로써 $NH_4NO_3$, 인산염으로는 $KH_2PO_4$가 가장 우수하였으며 최적 C : N율은 18 : 1로 나타났다. 상기 조건에서 색소 생산은 플라스크에서 2.6mg/ml을, 그러나 5l 발효조에서 약 70%인 1.8mg/ml을 생산하였다.
균주 JH232가 생성한 bacterial cellulose (BC)는 이온교환 막 생산을 위한 환경친화적 재료로서 잠재능이 있다는 것이 전 연구(J. of Chem. Technol. Biotechnol. 2004, 79, 79-84)를 통해 보고되었다. 본 연구를 통해 JH232를 동정하였으며 BC 생성 특성을 조사하였다. 16S rRNA 유전자의 비교분석을 통해 JH232는 Gluconacetobacter sp.인 것을 밝혀냈다. 플라스크실험 결과 이 균주는 초기 pH 5.5로 조절된 CSL 배지에서 온도가 $30^{\circ}C$인 조건하에 배양하였을 때 BC 생성량이 최대를 나타내었다. 발효조 실험을 통해서 회분식 배양보다 유가배양에 의해 JH232의 BC 생성량이 1.56배 더 높게 나타났다.
대사공학을 이용하여 N-아세틸글루코사민(GlcNAc)을 생산하는 재조합 Corynebacterium glutamicum을 개발하였다. 먼저 GlcNAc를 생산하는 기반균주를 제작하기 위하여, N-acetylglucosamine-6-phosphate deacetylase와 glucosamine-6-phosphate deaminase를 암호화하는 nagAB와 N-acetylmannosamine-6-phosphate epimerase를 암호화하는 nanE를 C. glutamicum ATCC 13032에서 순차적으로 결손하여, 최종적으로 KG208 균주를 제작하였다. 또한, glucosamine-6-phosphate synthase를 암호화하는 C. glutamicum 유래의 glmS와 glucosamine-6-phosphate N-acetyltransferase를 암호화하는 Saccharomyces cerevisiae 유래의 gna1을 각각 여러 발현벡터에 클로닝하였다. 여러 발현 조합의 플라스미드들 중에서 pCXI40-glmS와 pCEI40-gna1을 함유한 제조합균주 KG440은 삼각플라스크 발효에서 1.77 g/l의 GlcNAc와 0.63 g/l의 글루코사민을 생산하였다.
A. pullulan ATCC 42023를 사용하여 고분자량의 pullulan을 대량생산하기 위한 연구로써, 탄소원의 농도, 용존산소량과 pH가 균체 성장 및 pullulan 생산에 미치는 영향에 대하여 연구하였다. Glucose의 당 농도에 따른 실험결과에서 glucose 농도가 0.3M (54g/1)일 때 최대의 pullulan 생산률을 나타내었고, 0.3M (54g/1)이상에서는 productivity가 급격하게 감소하는 기질 저해현상을 나타내었다. 삼각플라스크를 이용한 초기 pH의 영향에 대한 실험결과, 초기 pH 6.5는 $11.98g/{\ell}$의 pullulan을 생산하였고, pH 4.5로 일정하게 조절한 결과, pullulan 생산은 $13.31g/{\ell}$의 최대값을 나타내었다. 그러나 균체성장은 pH 6.5에서 가장 높았다. 그리고 용존산소량의 증가로 pullulan productivity를 증가시킬 수 있었다. 또한 산업적으로 유용한 고분자량의 pullulan을 생산하기 위한 탄소원으로 아미노당인 glucosamine을 사용하여 pullulan의 생성 및 분자구조 변형에 대하여 실험하였다. 탄소원 농도 50g/1 기준에서, glucose와 glucosamine을 40 : 60의 비율로 혼합하여 공급 하였을 때 분자량 20만 이상의 mediun size 및 200만 이상의 high molecular weight의 productivity가 가장 높았으며, A. pullulans의 specific growth rate도 가장 높았다.
Mevinolin을 생산하기 위하여 Penicillium citrinum Thorn (KCTC 6990)을 이용하여 배양시간에 따른 세포성장, pH 변화, g glucose 농도, mevinolin 생성량, 온도 변화, 초기 pH 변화, 탄소원 효과, 질소원 효과, mineral 효과, glucose 농도변화, 회분배 양 에 따른 mevinolin 생성의 발효결과는 다음과 같다. 플라스크에서 배양시간에 따른 glucose 농도와 mevinolin 생성 을 검토한 결과 glucose가 배양 5일 후에 거의 소비되었으며, mevinolin 생성은 배양 7일에서 최대 생성을 나타내었다. mevinolin 생성을 위한 최적 pH는 3.9이며, 최적 온도는 $24^{\circ}C$였다. 탄소원들 중 glucose가 3.5 mg/L로 mevinolin 생성이 가장 좋았으며, 다음은 glycerol, maltose, galactose 등의 순서로 양호 함을 보였다. 여러 질소원 중에서 가장 효과적인 질소원은 peptone이었으며, 최대 mevinolin 생생량은 3.5 mg/L이었다. 다음은 soybean meal, $NaN0_3$, com steep liquior 등의 순서로 양호함 을 보였다. Mineral 종류의 효과로서는 $K_2HP0_4$가 3.8 mg/L로 mevinolin 생성이 가장 많았으며, 다음은 $MgS0_4.7H_2O$가 3.5 mg/L으로 비교적 양호함을 보였다 계면활성제의 효과로서는 비 아온계인 Tween 20이 4.5 mg/L로 mevinolin 생성량이 가장 높 았으며, 다음은 Tween 80, Tween 40, Span 80의 순서로 양호함 을 보였다. Glucose 농도변화에 따른 결과는 100 g/L일 때 4.0 mg/L로 mevinolin 생산량이 가장 높았다. 회분배양일 때는 최대 mevinolin 생산은 배양 8일에 10.3 mg/L로 최대치였다. glucose 초기농도 100 g/L일 때 최대 세포수율은 0.288 g/g이었고 최대 n mevinolin 수율은 0.103 mg/g이었다. 또한, 세포 최대 비생성속 도는 0.052 밍g-hr이었고, mevinolin 최대 비생성속도는 0.016 mg/g-hr이 었다. Mevinolin의 생산성을 보다 높이기 위해 회분식 배양에서 pH, 온도, 배지농도 등의 연관성을 밝히고, 부산물인 오일의 해결방안을 모색해야 할 것이며, 나아가서 유가배양을 통홰 생산선을 높이는 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
Coenzyme Q10 (CoQ10)은 전자전달계에 필수적인 요소로 질병치료 및 완화에 도움이 되어 산업 의학적으로 그 활용도가 넓어지고 있다. 본 연구에서는 새로운 CoQ10 생산균주를 선별하기 위하여 quinone 분석 결과 CoQ10을 함유하는 것으로 확인된 8종 미생물의 생장특성과 CoQ10 생산능을 1차 조사하여, 세균류인 Paracoccus denitrificans KCTC 2530과 Asaia siamensis KCTC 12914를 대량배양을 통한 CoQ10 생산에 유리한 특성을 갖는 균주로 선별하였다. 이들 세균류의 생장 및 CoQ10 생산의 최적조건을 플라스크배양으로 조사한 결과, M81 배지를 기반으로 하여 탄소원으로는 4% fructose, 질소원으로는 2% yeast extract가 가장 좋은 것으로 조사되었으며, 배양온도는 $30^{\circ}C$, 배지의 최적 pH는 P. denitrificans KCTC 2530의 경우 pH 6.0, A. siamensis KCTC 12914의 경우 pH 8.0으로 조사되었다. 이를 바탕으로 2 L fed-batch culture를 수행한 결과, P. denitrificans KCTC 2530은 1 L 당 $14.34{\pm}0.473$ mg, A. siamensis KCTC 12914는 $12.53{\pm}0.231$ mg의 CoQ10을 생산하였다.
RNA 함량이 증가되고, 증식속도가 더 빠른 효모 변이주를 선별하기 위해, 모균주 Saccharomyces cerevisiae MTY62 세포에 화학적 돌연변이제인 ethylmethane sulfonate를 처리하여, YPD 배지에서는 잘 자라고 KCl 함유 배지에서는 자라지 않는 변이주들을 선별하였다. 이 변이주들 중 시험관 및 플라스크 배양을 통해 균체농도와 RNA 함량이 모균주 MTY62에 비해 각각 1.5배, 1.3배 증가한 M40-10 변이주를 최종적으로 선별하였다. 변이주 M40-l0을 발효조 회분배양한 결과, 최대비증식속도는 $0.38 h^{-1}$ , RNA 농도는 3210 mg-RNA/1, RNA 함량은 183mg-RNA/g-DCW 값을 보여, 모균주에 비해 각각 23%, 15%, 12%씩 증가하였다. M40-10 변이주를 간헐적 유가배양한 결과, 최대 균체농도는 35.6 g-DCW/1을, 최대 RNA 농도는 5677mg-RNA/l을, RNA함량은 160 mg-RNA/g-DCW을 나타내어 모균주보다 우수하였다. 일정속도의 유가배양에서도 M40-10 변이주의 최대 균체농도는 46.4g-DCW/1, RNA 농도는 6270mg-RNA/1, RNA 함량은 135mg-RNA/g-DCW을 보였다. 이들 유가배양에서 배양 중반기인 20시간 전후에서는 모균주에 비해 변이주의 세포농도는 30%, RNA 농도는 10% 정도 증가되었다. 또한 유가배양 말기까지도 RNA 분해는 거의 일어나지 않아, M40-10 변이주는 산성 RNase 활성이 크게 감소한 변이주임을 알 수 있었다.
본 연구에서는 P. pastoris를 이용한 유전자 재조합 HBsAg 생산에서 메탄올 유도시 여러 가지 첨가물들의 영향에 대해서 알아보았다. 회분식 배양에서 탄소원으로 글리세롤을 사용하다가 유가식 배양의 공급 탄소원으로 글리세롤이 아닌 당알콜인 sorbitol로 대체하였을 때 단백질 발현이 향상된 결과를 보였다. 또한 메탄올 유도시에 적당량의 아미노산 혼합물 첨가는 세포증식에는 영향이 없었지만 단백질 발현율은 크게 증가시켰다. 계면활성제인 Trition X-100의 첨가는 세포증식과 단백질 발현을 현저히 감소시켰지만, Pluronic F-68를 첨가했을 경우 세포증식의 저해영향 없이 단백질 발현율을 향상시켰다. 배지 부피의 0.01%(v/v)으로 oleic acid를 첨가하면 플라스크 배양에서는 단백질 발현에 긍정적인 효과를 보였으나, 5 L 발효조 배양에서는 메탄올 유도 시간이 지속되면서 첨가하지 않은 경우에 비해 발현율이 낮아지는 결과를 보였다. 마지막으로 trace salts는 첨가량에 따라 세포증식에는 영향이 없으며 단백질 발현에는 소량 trace salts 첨가로 단백질 발현에 긍정적인 효과를 보였다. 하지만 첨가량이 많아질수록 단백질 발현에는 부정적인 영향을 보임을 확인할 수 있었다.
새로운 Bacillus thuringiensis NT0423균주를 이용한 배양체계를 확립하고 대량생산을 위한 새로운 배양배지를 개발하였다 대두박과 밀기울의 다양한 성분비로 구성된 5종의 SW 배지는 기존의 인공합성배지인 GYS나 LB B. huringiensis 의 성장과 포자형성면에서 훨씬 우수한 결과를 보였고, 그중 대두박과 밀기율이 3:2의 비율로 구성된 SW32배지에서 전체 세포수가 3.9$\times$${10}^{8}$CFU/ml에 달했고, 대부분의 세포가 빠르게 포자를 형성하여 (3.7$\times$${10}^{8}$CFU/ml)가장 효율적이었다. 배양에 따른 배지의 pH는 최저 6.2에서 최고 7.3까지 변화하여 성장에 크게 영향을 미치지 않았고, 전체 배양액에서 대두박과 밀기울이 차지하는 비율이 4%일 경우, ml당 4.2$\times$${10}^{8}$CFU/ml의 포자가 형성되어 B. thuringiensis 의 성장에 가장 유리하였다. 교반플라스크와 5ι의 소규모 발효기를 이용한 B. thuringiensis 의 배양조건 확립에 의해 각각 최대 1$\times$${10}^{9}$CFU/ml과 5$\times$${10}^{10}$CFU/ml에 해당하는 많은 양의 균체를 회수할 수 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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