Inducible system을 이용하여 (R)-hydroxybutyric acid (R3HB)를 생산하는 재조합 대장균을 개발하였다. Ralstonia eutropha에서 유래한 PHB depolymerase 유전자를 inducible promoter에 의하여 발현되게 만들고, PHB 생합성 유전자가 있는 vector에 cloning하였다. PHB 생합성 유전자와 depolymerase 유전자를 가지고 있는 재조합 대장균을 배양하여 먼저 PHB를 축적시킨 후에 depolymerase를 발현시켜 배지 내로 분비된 R3HB를 확인하였다. 그 결과 축적된 PHB의 대부분은 발현된 depolymerase에 의하여 분해되었으며, depolymerase의 발현 이후에도 재조합 대장균은 PHB를 축적하고 분해하여 R3HB의 농도는 배양시간에 따라 증가하였다. 이러한 결과는 inducible depolymerase를 갖는 재조합 대장균을 이용하여 높은 농도의 R3IB를 얻을 수 있다는 것을 보여준다.
토양미생물인 Ralstonia eutropha JMP134는 세균의 염색체상의 페놀분해경로를 통하여 삼염화에틸렌(TCE)을 분해하는 특징이 있다. 이전의 실험에서 본 세균으로부터 분리된 페놀분해효소가 단독으로 삼염화에틸렌을 분해하는 것을 밝힌바 있다. 본 실험에서는 페놀분해효소를 생성하는 유전자를 유전자 재조합방법을 통하여 plasmid에 cloning한 유전자 재조합세균 R. eutropha AEK301을 대상으로 TCE의 분해능을 실험하였다. AEK301은 페놀에 의한 유도작용 없이도 여러 유기물의 존재하에서 TCE를 분해하는 것으로 나타났다. 본 세균은 0.05%의 에탄올이 유일한 탄소원으로 제공된 배양액에서 TCE의 농도 $200{\mu}M$ 까지 거의 분해하였으며 농도 $400{\mu}M$에서는 약 70%까지 제거하는 특성을 보여주었다.
Pi1ot plant (200 l)에서의 유가식 배양에 의한 Ralstonia eutopha KHB 8862의 고농도 배 양을 통하여 Poly(3-hydroxybutyrate) (PHB)의 대량생산을 모색하였다. 그 결과 배양 80시간 후 168 g/l의 건체량과 건체량의 74%에 달하는 PHB를 생산할 수 있었으며, 이때의 고과당 시럽으로부터의 PHB 전환수율 및 PHB 생산성은 각각 0.27 (w/w) 및 1.6 $gl^{-1}$$h^{-1}$ /이었다. 이를 토대로 본 연구에서는 미생물 발효에 의한 PHB 생산 cost 및 그 경제성을 분석하였다. 신규설비투자를 고려하지 않은 경우의 PHB의 생산 cost는 US$2.41/kg으로 산출된 반면에 신규 설비투자를 고려한 경우에는 US$3.15/kg으로 상승되었다. 탄소원의 PHB로의 전환수율과 발효 생산성 모두 PHB 생산비를 결정하는 중요요인이지만 전체 생산비의 37%를 차지하는 탄소원 원료비의 비중이 설비투자의 감가상각비 비중 (17%)에 비해 높기 때문에 생산성을 높이는 노력보다는 전환수율을 개선하는 것이 PHB 생산비용 절감의 핵심이 되는 것으로 나타났다. PHB chip으로의 제조시 PHB 생산 cost는 US$4.0/kg의 수준으로 현재로서는 범용 합성플라스틱에 비하여 경쟁력을 확보하지 못한다. 따라서 생산비 절감을 통한 범용수지로써 경쟁력 제고와 함께 바이오의약 분야 등의 고부가가치 영역에서의 새로운 용도 개발 등이 적극 요구된다.
The effects of glucose concentration on the production of PHB by fed-batch culture of Ralstonia eutropha were investigated. In the range of glucose concentration of $2.5\;{\sim}\;40\;g/l$, it was found that the high glucose concentration was not favorable for the PHB formation after the phosphate limitation. It was further confirmed by the specific PHB synthesis rates and yields. The PHB concentration decreased much with the increase of glucose concentration. But if the glucose concentration was very low, e.g. 2.5 g/l, the cell growth and PHB synthesis also could be limited because of inadequate glucose supply. Itwould be better to maintain the glucose concentration at about 9.0 g/l to obtain high DCW, PHB concentration and productivity.
Ralstonia eutrupha JMP134 is a well-known soil bacterium which can metabolite diverse aromatic compounds and xenobiotics, such as phenol, 2,4-dichlorophenoxy acetic acid (2, 4-D), and trichloroethylene (TCE), etc. Phenol is degraded through chromosomally encoded phenol degradation pathway. Phenol is first metabolized into catechol by a multicomponent phenol hydroxylase, which is further metabolized to TCA cycle intermediates via a meta-cleavage pathway. The nucleotide sequences of the genes for the phenol hydroxylase have previously been determined, and found to composed of eight genes phlKLMNOPRX in an operon structure. The phlR, whose gene product is a NtrC-like transcriptional activator, was found to be located at the internal region of the structural genes, which is not the case in most bacteria where the regulatory genes lie near the structural genes. In addition to this regulatory gene, we found other regulatory genes, the phlA and phlR2, downstream of the phlX. These genes were found to be overlapped and hence likely to be co-transcribed. The protein similarity analysis has revealed that the PhlA belongs to the GntR family, which are known to be negative regulators, whereas the PhlR2 shares high homology with the NtrC-type family of transcriptional activators like the PhlR. Disruption of the phlA by insertional mutation has led to the constitutive expression of the activity of phenol hydroxylase in JMP134, indicating that PhlA is a negative regulator. Possible regulatory mechanisms of phenol metabolism in R. eutropha JMP134 has been discussed.
Poly (3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) [P(3HB-co-4HB)] 미립구를 용매증발법으로 제조하였다. 3.9 mol% 4HB 조성의 P(3HB-co-4HB)를 Ralstonia eutropha의 유가식 배양으로부터 합성하였다. 계면활성제의 농도 및 종류(Tween 80, sodium dodecylsulfate, polyvinyl alcohol), 분산안정제 (Acacia)의 첨가, 고분자 및 모델 약물 (bovine serum albumin)의 농도 등이 미립구 입자 크기에 미치는 효과 및 in vitro 약물 방출 특성을 조사하였다. 평균 입자크기는 분산 안정제 첨가시 감소하였으며, 계면활성제, 약물 및 고분자의 농도가 증가할수록 증가하였다. 약물 방출량은 입자 크기가 감소할수록 증가하였다.
Haloaliphatic hydrocarbons have been widely used as solvents and ingredients of pesticides and herbicides. However, when these compounds contaminate the environment, they can be very hazardous to animals and humans because of their potential toxicity and carcinogenicity. Therefore, lots of studies have been made for microbial degradation of those pollutant chemicals. In this study, 11 bacterial strains capable of degrading 1,2-dichloroethane (1,2-DCA), 2-chloropropionic acid (2-CPA), 2,3-dichloropropionic acid (2,3-DCPA), and 2-monochloroacetic acid (2-MCA) by hydrolytic dechlorination under aerobic conditions were isolated from wastewaters and rice paddy soil samples. Their morphological and biochemical characteristics and their degradation capabilities of haloaliphatic hydrocarbons were examined. On the basis of the 16S rDNA sequences, 8 different kinds of microbial species, including Pseudomonas plecoglossicida, Xanthobacter flavus, Ralstonia eutropha, were identified. All of the isolated strains can degrade MCA. In particular, strains UE-2 and UE-15 degraded 1,2-DCA, and strain CA-11 degraded 2,3-DCPA, which are hardly degraded by other strains.
Biosynthesis pathway of medium-chain-length (MCL) polyhydroxyalkanoates (PHA) from fatty acid ${\beta}$-oxidation pathway was constructed in recombinant Escherichia coli by introducing the Pseudomonas sp. 61-3 PHA synthase gene (phaC2) and the maoC genes from Pseudomonas putida, Sinorhizobium meliloti, and Ralstonia eutropha. The metabolic link between fatty acid ${\beta}$-oxidation pathway and PHA biosynthesis pathway was constructed by MaoC, which is homologous to P. aeruginosa (R)-specific enoyl-CoA hydratase (PhaJ1). When the E. coli W3110 strains expressing the phaC2 gene and one of the maoC genes from P. putida, Sinorhizobium meliloti, and Ralstonia eutropha were cultured in LB medium containing 2 g/L of sodium decanoate as a carbon source, MCL-PHA that mainly consists of 3-hydroxyhexanoate (3HHx), 3-hydroxyoctanoate (3HO) and 3-hydroxydecanoate (3HD), was produced. The monomer composition of PHA and PHA contents varied depending on MaoC employed for the production of PHA. The highest PHA content of 18.7 wt% was achieved in recombinant E. coli W3110 expressing the phaC2 gene and the P. putida maoC gene. These results suggest that MCL-PHA biosynthesis pathway can be constructed in recombinant E. coli strains from the b-oxidation pathway by employing MaoC able to supply (R)-3-hydroxyacyl-CoA, the substrate of PHA synthase.
The poly(3-hydroxybutyrate) (PHB) synthase of Ralstonia. eutropha, which was produced by a recombinant strain E. coli and purified in one-step with a methyl-HIC column to a purity of more than 90%, was used to polymerize 3-hydroxypropionyl-CoA (3HPCoA) and to copolymerize 3HPCoA with 3-hydroxybutyryl-CoA (3HBCoA) in vitro. A $K_m$ of $189\;{\mu}M$ and a $k_{cat}$ of $10\;sec^{-1}$ were determined for the activity of the enzyme in the polymerization reaction of 3HPCoA based on the assumption that the dimer form of PHB synthase was the active form. Free coenzyme A was found to be a very effective competitive inhibitor for the polymerization of 3HPCoA with a $K_i$ of $85\;{\mu}M$. The maximum degree of conversion of 3HPCoA to polymer was less than 40 %. In the simultaneous copolymerization reactions of these two monomers, both the turnover number for the copolymerization reaction and the maximum degree of conversion of 3HPCoA and 3HBCoA to copolymers increased with an increase in the amount of 3HBCoA in the monomer mixture. However, the maximum conversion of 3HPCoA to a copolymer was less than 35 % regardless of the ratio of 3HPCoA to 3HBCoA. Block copolymers were obtained by the sequential copolymerization of the two monomers and these copolymers had a much narrower molecular weight distribution than those obtained by the simultaneous copolymerization of the same molar ratio of 3HPCoA and 3HBCoA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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