중금속 결합 단백질인 metallothionein (MT)를 발현하는 CUP1 유전자를 다중으로 함유하는 재조합 Saccharomyces cerevisiae의 균체성장과 중금속 제거특성을 조사하였다. CUP1 유전자를 다중으로 함유하는 재조합 효모는 중금속을 포함한 배지에서의 균체성장과 중금속 흡착능이 중금속에 대하여 내성을 가지고 있는 야생효모나 숙주세포에 비하여 우수하였다. 서로 다른 플라스미드를 함유하는 중금속을 함유하는 배지에서의 균체성장과 중금속 흡착능의 차이는 중금속에 대한 내성과 중금속 흡착에 MT 단백질의 발현 수준이 중요한 영향을 미치는 것으로 추정되었다. 구리를 함유하지 않고 고농도의 아연과 망간을 함유하는 배지에서 재조합 효모는 높은 균체 농도와 중금속 제거능을 나타내었는데, 이는 MT 단백질을 발현하는 CUP1 promoter가 아연과 망간에 의해서도 발현이 유도된다는 것을 알 수 있었다. MT 단백질을 효율적으로 발현하여 재조합 효모에 의한 중금속 흡착을 최대화 할 수 있는 최적의 구리농도는 0.31 mM로 결정되었으며, 비이온계 계면활성제인 Triton X-100은 재조합 효모의 균체성장과 중금속 흡착을 증가시켰지만, 대사 저해제는 균체성장과 중금속 흡착을 모두 저해하였다.
전분이용성 세포융합 효모를 이용하여 단세포단백질 생산을 위한 기초실험을 행하였다. 전분배지에서 균체생성이 우수한 fusant12 균주의 배양조건은 최적질소원 (NH$_4$)$_2$SO$_4$ 0.1%, 최적 soluble starch 농도 7%, 최적 초기pH5.6이었다. Fusant12균체의 자기소화에 의한 가용성 단백질의 추출은 효모현탁액에 ethyl acetate를 5%(v/ v)되게 첨가하여 30min간 액화전처리과정을 행하므로 효과적으로 얻을 수 있었다. 전분이용성 효모인 fusant 12균주와 비전분이용성 효모인 Torulopsis candida의 혼합배양으로 균체생성량을 증가시킬 수 있었으며, 혼합배양시 종균접종혼합비는 6대4일 때 효과적이었다. Fusant 12균주 단독 및 Torulopsis candida와의 혼합배양시 tapioca 배지에서의 균체생성량은 soluble starch 배지에서 보다 약 2.5배 증가하였다. 건조균체의 조단백질함량은 39%, 핵산함량은 5.8%이고 균체단백질은 FAO 표준단백질과 비교하여 필수아미노산중 methionine 함량이 낮으며, Iysine 함량은 높았다.
전분질로부터 효모균체를 직접 생산하기 위하여 분리 동정된 전분이용성 효모, Sp. holsaticus FRI Y-5의 기본적인 배양조건에 대하여 검토하였다. 이 균주는 산소를 절대적으로 요구하며, 배지의 초기 pH가 6.9일 때 최대균체량 7.2 g/l, 균체수율 0.27, 비성장속도 $0.14hr^{-1}$로 가장 좋은 생육현상을 보여 주었고 배양온도는 $23^{\circ}C$가 적온이었다. 균체생육의 활성화 에너지 Ea는 17.33 kcal/mole로 산출되었다. 검토된 13종의 질소원 가운데 $(NH_2)_2CO$가 3일 배양후 균체량이 10.69 g/l로 가장 많았으며 이때 균체수율은 0.451이었다. $SO_4\;^{-2}$염으로서 $Mg^{+2},\;K^+$ 및 $Zn^{+2}$와 유기영양원으로서 yeast extract도 균체증식에 좋은 영향을 주는 것으로 판명되었다.
식품공장에서 배출되는 폐액에 효모를 배양, 폐수의 처리와 함께 생산되는 균체를 이용하고 tapioka 주정 증류폐액을 이용하여 균체생산을 위한 최적조건및 수율을 검토하였다. 그 결과 Saccharomyces 속이 나 Candida속의 단독배양에 비하여 이들 Saccharomyces 속과 Candida 속을 혼합배양 했을 때가 효모의 수율이 높음을 알았으며, 이때 얻어지는 균체의 조단백함량은 54∼60% 이었다.
값싼 전분질 원료로부터 직접 균체생산을 목적으로 화성군 반월면 근교의 퇴비 및 토양 등 전분질 시료에서 전분을 직접 자화하여 균체를 상당량 생산하는 전분 이용성 효모 1주를 분리하고 동정하였다. 이 효모의 형태적 배양적 및 생리적 특성을 구명한 결과 Sporobolomyces holsaticus로 동정되었다. 이 효모는 가용성 전분이나 이눌린 같은 다당류에서 이당류나 단당류에서보다 최대 균체량 및 비성장속도가 컸으며 균체성분은 조단백 45.2%, 조지방 15.9%, 회분 9.2%이었다.
사탕무즙을 이용한 알콜생산에서 배출되는 증류폐액(sugar beet stillage)을 기질로 고온성 효모인 Candida rugosa, Kl. marxianus, C. utilis를 이용해 단세포단백질을 생산 할 때 균체 생산량 및 COD 감소를 연구하였다. pH가 높아짐에 따라 균체생산량은 증가했으나 단백질 함량은 오히려 감소하였다. 조단백질생산량은 3.68g/l로 C. rugosa 가 가장 높았고 이어서 C. utilis가 2.90g/l, Kl. marxianus가 2.30g/l로 나타났다. 감소한 증류폐액기질의 COD값에 대한 조단백질생산량비율도 C. rugosa가 0.35~0.39g/l를 나타내 가장 높은 값을 보여주어 사탕무우알콜증류폐액을 기질로 이용한 단세포 단백질 생산에 있어서 종균으로서 우수성을 보여주었다.
인삼의 부산물중에서 박의 활용가능성을 조사하기 위하여 박의 구성성분, ext의 DPPH 환원력, 효모생육에 미치는 영향 및 효모균체내의 amino acid함량등에 미치는 영향등을 조사한 결과를 요약하면 다음과 같다. 박내에는 총당이 43~46%, 조단백이 14~15%, n-BuOH ext함량은 0.18% 였으며 alcohol박의 물ext는 alcohol ext에 비해 약 46%정도의 DPPH환원력이 남아있었으며 박ext를 첨가하고 효모를 배양시켰을 때 효모의 생육에 필요한 영양물질이나 생육을 촉진하는 물질이 박ext내에 존재하고 있다는 것을 알았으며 알콜박의 물추출물을 첨가하여 배양한 효모균체의 amino acid함량이 다른 ext를 첨가한 효모균체보다 많았다. 박에 cellulase를 0.1%, 20분간 처리로 박ext의 수율을 250%정도 증가시킬 수 있었다.
토양으로부터 19균주의 메탄올 자화성 효모를 분리하였으며, 이들 중 높은 균체농도와 aldehyde 생산을 보인 균주를 선별 및 동정하여 Hansenula nonfermentant KYP-1으로 명명하였다. Aldehyde 생산은 메탄올 자화성 효모의 균체를 생촉매로 하는 resting cell system에서 행하였으며, 조사된 aldehyde 가운데 acetaldehyde의 생산량이 가장 높았다. 최대의 aldehyde 생산은 40시간 배양한 균체를 생촉매로 이용하였을 때 얻어졌다.
미생물을 이용한 식량자원개발의 일환으로 분리배양한 전분이용성 효모, Sporobolomyces holsaticus FRI Y-5의 균체성분에 대하여 검토하였다. 효모균체의 일반조 성분으로서 총 탄수화물이 33.08%, 조단백질이 45.63%, 조지방이 20.01%, 회분이 3.04%였으며, 그 밖에 색소수출물이 4.46%였다. 완전세포(Whole cell)의 가용성단백질함량은 cold and hot NaOH extraction 시 40.89%였으며, 이때 조단백질과 가용성단백질 함량으로부터 핵산함량이 7.6%로 추정되었다. 균체단백질의 아미노산 분석결과, 표준단백질에 비하여 필수아미노산 중 threonine, valine, isoleucine이 약간 적었으며 그때 제한아미노산인 valine의 단백가는 89.4였다. 균체지방의 지방산 조성은 $C_{16:0}$이 6.5%였고, $C_{18:0}$이 2.4%, $C_{18:1}$이 81.9%, $C_{18:2}$이 3.2%, $C_{18:3}$이 6.0%였으며, 이 때 $C_{18:1}$이 특이하게 많았다. 또한 이 효모균체는 미량원소로서 Fe나 Ca에 비하여 Mg과 K을 많이 함유하고 있었으며, 각각 365.33mg/100g, 282.75mg/100g이었고, 비타민 중 $Vit.\;B_2$는 3.7mg/100g이나 niacin은 검출되지 않았다. 색소수출물의 흡광도 실험결과, carotenoid계 색소가 확인되었으며 자외선부분에서 태양광에 파괴되지 않는 물질을 발견하였다.
동질의 유전적 배경을 가지는 1, 2, 3, 4 배체의 효모에 있어서 세포 체적, 세포 표면적, 균체농도, 건조 균체량, 자외선 저항성, 호흡결손 출현빈도. 발효력, 핵산 함량을 조사하였다. 자연 돌연변이에 의한 호흡결손 변이의 출현빈도는 2, 3, 4 배체보다 1배체에서 현저히 높게 나타났다. 세포 체적, 세포 포면적, 균체농도, 건조 균체량, 자외선 저항성, 발효력, DNA함량 등은 고차배수성에 따라 현저히 높아지는 경향을 나타냈다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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