• KSBB Journal
• /
• 제29권6호
• /
• pp.443-447
• /
• 2014

Biosynthesis of lactate-containing polyhydroxyalkanoates (PHAs) was examined in recombinant Escherichia coli W strain from sucrose. The Pseudomonas sp. MBEL 6-19 phaC1437 gene and the Clostridium propionicum pct540 gene, which encode engineered Pseudomonas sp. MBEL 6-19 PHA synthase 1 ($PhaC1_{Ps6-19}$) and engineered C. propionicum propionyl-CoA transferase ($Pct_{Cp}$), respectively, were expressed in E. coli W to construct key metabolic pathway to produce poly(3-hydroxybutyrate-co-lactate) [P(3HB-co-LA)]. The recombinant E. coli W expressing the phaC1437 gene and the pct540 gene could synthesize P(3HB-co-13mol%LA) up to the polymer content of 31.3 wt% when it was cultured in chemically defined MR medium containing 20 g/L of sucrose and 2 g/L of sodium 3-hydroxybutyrate. When Ralstonia eutropha phaAB genes were additionally expressed to provide 3-hydroxybutyrate-CoA (3HB-CoA) from sucrose, P(3HB-co-16mol%LA) could be synthesized from sucrose as a sole carbon source without supplement of sodium 3-hydroxybutyrate in culture medium, but the PHA content was decreased to 12.2 wt%. The molecular weight of P(3HB-co-16 mol%LA) synthesized in E. coli W using sucrose as carbon source were $1.53{\times}10^4$ ($M_n$) and $2.78{\times}10^4$ ($M_w$), respectively, which are not different from those that have previously been reported by other recombinant E. coli strains. Engineered E. coli strains developed in this study should be useful for the production of lactate-containing PHAs from sucrose, one of the most abundant and least expensive carbon sources.

• 미생물학회지
• /
• 제48권3호
• /
• pp.200-206
• /
• 2012

활성슬러지로부터 특이한 조성의 polyhydroxyalkanoates (PHAs)를 생합성하는 Pseudomonas aeruginosa P-5를 분리하였다. 이 균주는 nonanoic acid나 heptanoic acid와 같은 홀수개의 탄소수를 가지는 지방산을 단일 탄소원으로 공급해주었을 경우, 3-hydroxyvalerate (3HV)와 medium-chain-length (MCL) 3-hydroxyalkanoates 단위체로 이루어진 공중합체를 생산하였다. 공중합체 내 3HV의 함량은 valeric acid와 같은 보조기질을 공급함으로써 증가시킬 수 있었으며, 2 g/L nonanoic acid와 1 g/L valeric acid로 이루어진 혼합기질로부터 3HV의 함량이 26 mol%에 달하는 공중합체를 얻을 수 있었다. 이러한 공중합체는 결정성이 매우 낮아 점착성 고분자로서의 성질을 보였다. P. aeruginosa P-5 균주는 MCL-PHA synthase 유전자(phaC1, phaC2)를 가지고 있는 반면에 SCL-PHA synthase 유전자는 결여되어 있는 것으로 나타났다. 따라서 P. aeruginosa P-5 균주의 MCL-PHA synthase는 MCL(R)-3-hydroxyacyl-CoAs 뿐만 아니라 (R)-3-hydroxyvaleryl-CoA를 기질로 인지하는 특이한 기질특이성을 갖는 것으로 사료된다.

• KSBB Journal
• /
• 제31권1호
• /
• pp.27-32
• /
• 2016

Several CoA transferases from Clostridium beijerinckii, C. perfringens and Klebsiella pneumoniae were examined for biosynthesis of lactate-containing polyhydroxyalkanoates (PHAs) in recombinant Escherichia coli XL1-Blue strain. The CB3819 gene and the CB4543 gene from C. beijerinckii, the pct gene from C. perfringens and the pct gene from K. pneumoniae, which encodes putative CoA transferase gene, respectively, was co-expressed with the Pseudomonas sp. MBEL 6-19 phaC1437 gene encoding engineered Pseudomonas sp. MBEL 6-19 PHA synthase 1 ($PhaC1_{Ps6-19}$) to examine its activity for the construction of key metabolic pathway to produce poly(3-hydroxybutyrate-co-lactate) [P(3HB-co-LA)]. The recombinant E. coli XL1-Blue expressing the phaC1437 gene and CB3819 gene synthesized poly(3-hydroxybutyrate) [P(3HB)] homopolymer to the P(3HB) content of 60.5 wt% when it was cultured in a chemically defined medium containing 20 g/L of glucose and 2 g/L of sodium 3-hydroxybutyrate. Expression of the phaC1437 gene and CB4543 gene in recombinant E. coli XL1-Blue also produced P(3HB) homopolymer to the P(3HB) content of 51.2 wt% in the same culture condition. Expression of the phaC1437 gene and the K. pneumoniae pct gene in recombinant E. coli XL1-Blue could not result in the production of PHAs in the same culture condition. However, the recombinant E. coli XL1-Blue expressing the phaC1437 gene and the C. perfringens gene could produce poly(3-hydroxybutyrate-co-lactate [P(86.4mol%3HB-co-13.7 mol%LA) up to the PHA content of 10.6 wt% in the same culture condition. Newly examined CoA transfereases in this study may be useful for the construction of engineered E. coli strains to produce PHA containing novel monomer such lactate.

• KSBB Journal
• /
• 제22권6호
• /
• pp.371-377
• /
• 2007

나노기술과 바이오기술의 융합연구에 의해 나노바이오기술이 발전되고 있다. 나노바이오기술의 중요한 응용연구 중의 하나로서, 진단이나 바이오센서 분야에서 단백질-단백질 및 단백질-바이오물질간의 상호작용을 연구하기 위한 단백질 센서 칩이 개발되어 왔다. 본 논문에서는 단백질의 선택적 고정화를 위한 새로운 생체고분자 기질로 PHA를 이용하는 첫 번째 예로서, 단백질-단백질 및 항원-항체 반응의 구현을 나타내고자 하였다. 본 시스템은 PHA 표면 위에서 PHA depolymerase의 SBD와의 선택적 결합에 기반한 것으로, PHA depolymerase의 SBD와 융합된 단백질이 PHA가 코팅된 표면 위에 spotting 될 수 있고 미세접촉인쇄방법에 의해 PHA 위에 미세패턴이 제조되어지는 것을 알 수 있었다(52, 53). 이러한 새로운 전략이 PHA depolymerase의 SBD와 다른 단백질을 융합함으로서 미세 spotting과 미세패터닝이 가능하게 되었고 항원-항체의 생물학적 반응을 통해 많은 바이오센서 칩 연구에 응용될 수 있음을 확인하였다. 또한, PHA 마이크로 비드에도 PHA depolymerase의 SBD와 융합된 단백질을 고정시킴으로서 항원-항체 반응을 유도할 수 있음을 확인하였다(54). PHA의 구조를 변경하여 PHA 기판, PHA 필름, PHA 미세패턴, PHA 마이크로 비드 등을 이용할 수 있으며 multiplex assay를 동시에 진행할 수 있는 다양한 융합 단백질을 사용할 수 있을 것이다. 생분해성 플라스틱으로서 성공적으로 개발된 PHA를 이용한 새로운 플랫폼 기술이 PHA depolymerase의 SBD를 이용함으로서 특이적이고 선택적인 단백질의 고정화에 이용될 수 있음을 확인하였다. 본 전략이 다양한 단백질-단백질 및 단백질-바이오물질 반응을 이용한 바이오칩 및 바이오센서의 응용연구에 유용하게 사용될 것이다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제35권2호
• /
• pp.109-114
• /
• 2013

Polyhydroxyalkanoates (PHAs)는 다양한 미생물이 세포 내에 저장하는 에너지 저장물질로 생체적합성 플라스틱의 원료 물질이다. 본 연구에서는 Cupriavidus necator를 사용하여 독립영양배양조건으로 poly(3-hydroxybutyrate) (P(3HB))를 생산함에 있어서 $CO_2$ 농도가 미생물의 성장과 P(3HB)의 축적에 미치는 영향을 확인하였다. 첫 번째 질소원을 포함한 배지에서의 6일 간의 배양 단계에서 C. necator의 균체수는 $CO_2$ 농도와 관계없이 증가했지만, 균체 내에 축적된 P(3HB)의 양은 $CO_2$ 농도가 1-20%로 증가함에 따라 감소하였다. 두 번째 질소원이 제거된 배지에서의 4일 간의 배양 단계에서 P(3HB)의 축적량은 3% $CO_2$에서 가장 많았다. 하지만 전체 10일 간의 배양기간 동안 합성된 총 P(3HB)의 양은 1, 3, 10, 20% 순으로 나타났다. 따라서 본 연구에서는 $CO_2$를 사용하여 P(3HB)를 축적할 때 1-20% $CO_2$ 중에서 1% $CO_2$가 가장 효율적임을 확인하였다.

• 한국포장학회지
• /
• 제30권1호
• /
• pp.1-14
• /
• 2024

환경문제에 대한 관심이 증가함에 따라 지속가능한 소재에 대한 요구가 증가하고 있다. 전 세계적으로 커피는 가장 많이 소비되는 음료이며, 커피음료의 가공 및 소비로 발생하는 커피 부산물에는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 지질 및 생리활성물질 등이 풍부하지만 대부분 폐기되는 실정이다. 따라서, 많은 연구자들이 커피 부산물을 고부가가치 소재로 개발하기 위하여 노력하고 있다. 본 총설에서는 고분자/커피 은피 복합화 연구, 커피 은피로부터 셀룰로오스 추출 및 응용연구, 고분자/커피찌꺼기 복합화 연구, 커피찌꺼기로부터 셀룰로오스 추출 및 이를 활용한 연구, 커피찌꺼기로부터 지질 추출 및 이를 활용한 PHAs합성, 가소제로써 커피찌꺼기로부터 추출한 지질의 응용가능성 연구 등에 대하여 조사하였다. 선행 연구에서는 커피 부산물인 커피 은피 및 커피찌꺼기 자체를 고분자와 혼합하여 복합소재를 제조하고 물성을 평가하는 연구는 광범위하게 수행되고 있는 것으로 확인되었다. 하지만, 커피 은피 및 커피찌꺼기로부터 나노셀룰로오스를 추출하거나, 상대적으로 친수성인 커피 부산물과 소수성인 석유계 고분자 또는 생분해성 고분자와 복합화 시 상용성 개선과 관련된 커피 부산물의 표면 개질 및 상용화제 도입 등의 연구는 부족함을 확인하였다. 또한 커피 부산물로부터 추출한 지질을 활용하여 PHAs를 합성하는 연구가 일부 진행되고 있지만 합성된 PHAs를 활용하여 포장소재로의 제조 및 응용에 관한 추가적인 연구가 필요하다고 사료된다. 또한, 커피찌꺼기의 발생량 대비 국내외 관리방안 마련 및 제품 적용 시 안전성 평가방법에 관한 연구는 거의 실시되지 않아 이에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제3권2호
• /
• pp.115-122
• /
• 1993

Poly(3-hydroxybutyrate)(P(3HB)) accumulation under nutrient-rich condition with various amounts of $(NH_4)_2 SO_4$ was systematically investigated. The results of the electron-microscopy and the solvent extraction showed that the P(3HB) accumulation is unavoidable even under nutrient-rich condition. This indicates that in a two-step culture of Alcaligenes eutrophus H16, the researches should be careful in interpreting the data of polyhydroxyalkanoates(PHAs) accumulation in terms of the carbon-source fed in the second step because the two-step culture product contains the P(3HB) produced under nutrient-rich condition. The polyester production capability in a two-step batch culture of A. eutrophus H16(ATCC 17699) was also investigated using various saccharides and their derivatives such as glucose, fructose, gluconic acid, glucaric acid, sorbitol, lactose, galactose, and mannose. The polyesters synthesized were characterized by 500 MHz$^{1}H-NMR$ spectroscopy, intrinsic viscosity$[\eta]$ measurement in chloroform and differential scanning calorimetry(DSC). 500 MHz $^{1}H-NMR$ analysis showed that all polyesters synthesized generally contained 1~2 mol% of 3HV. Another finding is that the glucose utilization can be increased by changing the autoclaving procedure of the substrate to enhance the P(3HB) production yield up to 46 wt% of P(3HB) in dry cells.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제15권5호
• /
• pp.1120-1124
• /
• 2005

Pseudomonas putida KCTC 1639 was newly identified as a potential producer of biodegradable medium chain length polyhydroxyalkanoates. It exhibited a carbon assimilation pattern quite different from other known P. putida strains, but a more similar pattern with P. oleovorans, which assimilates the carbon sources mainly through ${\beta}$-oxidation rather than the fatty acid biosynthesis pathway. The PHA synthesis gene cluster from P. putida KCTC1639 was composed of two gene loci; the PHA synthase gene locus and granule-associated gene locus, which were cloned and deposited in the GenBank under accession numbers AY286491 and AY750858 as a new nucleotide sequence, respectively. The molecular structure and amino acid homology of the new gene cluster were compared with those from Pseudomonas species, including other P. putida strains and P. oleovorans, and a higher than $90\%$ homology was observed.

• Journal of Microbiology
• /
• 제35권2호
• /
• pp.127-133
• /
• 1997

Biosynthesis of polyhydroxybutyrate and copolymer consisting of 3-hydroxybutyrate and 3-hydroxyvalerate [poly(3HB-co-3HV)] by Bacillus thuringiensis R-510 grown with glucose or with mixtures of glucose and propionate was investigated. n-Alkanoic acids other than propionate were not precursors of 3HV units. The fraction of 3HV unit in the copolymer increased from 0 to 84 mol% of 3HV. Polymer yield decreased as the fraction of propionate was increased but the molecular weight distribution was not affected by the composition of carbon substrate. The minimum melting temperature (around 65.deg.C) of poly (3HB-co-3HV) copolymers was observed for the polymer bearing approximately 35 mol% of 3HV. Polyhydroxyalkanoates production by this organism was not dependent on nutritional limitation, but remarkably influenced by dissolved oxygen concentration in the culture medium. Low level of dissolved oxygen concentration prevented spore formation in the cells and stimulated the synthesis of polyhydroxyalkanoate. The composition of poly (3HB-co-3HV) produced by B. thuringiensis R-510 lyhydroxyalkanoate. The composition of poly(3HB-co-3HV) propduced by B. thuringiensis R-510 varied according to the growth time. However, there was no evidence that polymers isolated from cells were mixtures of immiscible polymers.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
• /
• 제18권12호
• /
• pp.1958-1965
• /
• 2008

A denitrifying polyphosphate-accumulating bacterium (YKP-9) was isolated from activated sludge of a 5-stage biological nutrient removal process with step feed system. This organism was a Gram-negative, coccus-shaped, facultative aerobic chemoorganotroph. It had a respiratory type of metabolism with oxygen, nitrate, and nitrite as terminal electron acceptors. The 16S rRNA gene sequence of strain YKP-9 was most similar to the 16S rRNA gene sequence of Paracoccus sp. OL18 (AY312056) (similarity level, 97%). Denitrifying polyphosphate accumulation by strain YKP-9 was examined under anaerobic-anoxic and anaerobic-oxic batch conditions. It was able to use external carbon sources for polyhydroxyalkanoates(PHA) synthesis and to release phosphate under anaerobic condition. It accumulated polyphosphate and grew a little on energy provided by external carbon sources under anoxic condition, but did neither accumulate polyphosphate nor grow in the absence of external carbon sources under anoxic condition. Cells with intracellular PHA cannot accumulate polyphosphate in the absence of external carbon sources under anoxic condition. Under oxic condition, it grew but could not accumulate polyphosphate with external carbon sources. Based on the results from this study, strain YKP-9 is a new-type denitrifying polyphosphate-accumulating bacterium that accumulates polyphosphate only under anoxic condition, with nitrate and nitrite as the electron acceptors in the presence of external carbon sources.