• 미생물학회지
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• 제36권4호
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• pp.299-305
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• 2000

생분해성 플라스틱으로 현재 상업화에 가장 근접해 있는 poly-3-hydroxybutyrate (PHB), $Sky-Green^R$(SG) 및 $Mater-Bi^R$(MB)를 활성오니토 및 경작토에 매립하여 PHB 분해세균 3주, SG 분해세균 3주 및 MB 분해세균 1주를 분리하였다. PHB 분해세균은 Flavimonas oryzihabitans, Corynebacterium pseudodiphtheriticum 및 Micrococcus diversus로, SG 분해세균은 Pseudomonas vesicuraris, Pasteurlla multocida 및 Flavobacterium odoratum으로, MB 분해세균은 Pseudomonas vesicuraris로 동정되었다. 각 플라스틱 film을 함유한 무기염 액체배지에서 28일 간의 생분해성 실험 결과 평균 중량감소는 PHB와 SG은 각각 44~69% 및 25~32%, MB는 29%를 나타내어 PHB의 생분해성이 가장 우수하였다. 각 플라스틱 film의 활성오니토 매립 전과 후의 표면 변화를 조사한 결과 미생물이 다공성의 film 표면에 많은 colony를 형성하는 것이 SEM으로 관찰되었다. PHB, SG 및 MB의 무생물적 분해와 F. oryzihabitans에 의한 미생물학적 생분해를 TOC와 pH 변화로 측정하여 비교 분석하였을 때, SG과 MB는 분해 정도가 서로 유사하였으나 PHB는 SG는 MB에 비하여 dir 3배 더 빠르게 무생물적 분해가 일어났다. Yeast extract를 포함한 배지에서 PHB, GS 및 MB의 분해는 yeast extract를 포함하지 않은 배지에서 보다 훨씬 빠르게 안정되었으며, 두 경우 모두 PHB의 분해는 SG 및 MB에 비하여 더 빠르게 일어졌다.

• 생명과학회지
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• 제20권5호
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• pp.662-669
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• 2010

폐식용유에서 지방분해효소를 생산하는 세균을 분리하였고, PIBWIN 세균동정 방법으로 생리 생화학적 특성을 조사하여 확인한 결과 Pseudomonas sp. OME로 동정하였다. 여러 기질로 지방분해효소 생산을 조사한 결과 올리브유에서 6.1 U/ml의 생산력을 나타내었다. 물리적 인자인 배양시간, 온도. pH 및 올리브유와 효모 추출액의 영양인자에 의한 지방분해효소 생산 조건을 조사 하였다. 효소의 분비는 배양시간. 올리브유 와 효모 추출액의 농도에 강한 영향을 받았으며, RSM을 이용한 최적화는 이들 인자를 가지고 조사하였다. RSM을 이용한 지방분해효소 생산은 배양시간. 올리브유와 효모 추출액의 농도가 48 hr, 0.3 g, 및 0.9 ml에서 최적 생산조건을 나타냈다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제48권4호
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• pp.425-430
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• 2005

[${\beta}-sitosterol$]은 식물 스테롤로서 인간의 전립선암과 대장암 세포의 성장을 억제하고 생체내 콜레스테롤 농도를 감소시킨다. 본 연구에서는 쑥갓세포 배양에서 ${\beta}-sitosterol$ 생산의 최적화 연구를 수행하였다. 그래서 쑥갓(Chrysanthemum coronarium L.)으로부터 캘러스 유도는 NAA와 BAP의 농도가 각각 1 mg/l의 조합에서 최적이었으며 이들 캘러스로부터 현탁배양 세포주를 확립하였다. 현탁 배양시 초기 세포농도 2 g DCW/l에서 조성이 각각 1배인 탄소원(30 mg/l), 질소원(1900 mg/l $KNO_3$, 1650mg/l $NH_4NO_3$), 무기인산원(170 mg/l)을 포함하는 MS 배지에서 ${\beta}-sitosterol$ 생산이 최적으로 나타났다. Shake-flask를 이용한 현탁배양에서 ${\beta}-sitosterol$의 최대 생산량은 $150{\mu}g/g$ DCW이었다. 그리고 공기부유식 생물반응기의 배양에서는 100 cc/ml의 통기량에서 ${\beta}-sitosterol$의 생산이 $142.8{\mu}g/g$ DCW으로 나타났다.

• KSBB Journal
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• 제23권6호
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• pp.463-469
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• 2008

본 연구에서는 홍국균 (Monascus pilosus)을 이용하여 이차대사 산물인 monacolin-K를 대량생산하기 위하여 탄소원 또는 질소원으로 콩 분말을 기질로 하여 배지를 최적화하고자 하였다. 생산 배지에서 탄소원으로 콩 분말을 적용한 실험에서는 soluble starch 대신에 콩 분말을 전량 또는 50% 대체하였을 경우 전 실험구간에서 monacolin-K 생산량이 대조구의 50% 미만으로 생산되거나 전혀 생산되지 않았다. Soluble starch 대신에 sucrose를 사용한 실험의 경우 monacolin-K와 건조균체량은 각각 262 mg/L, 31.6 g/L로 대조구의 218 mg/L, 30.2 g/L보다 생산량이 증가하였다. 따라서 생산배지의 탄소원으로 sucrose를 변경하였다. 생산배지의 질소원으로 사용하는 yeast extract (15 g/L), malt extract (40 g/L), beef extract (30 g/L) 대신에 3종류의 콩 분말로 대체 실험을 한 결과, 대조구에서 monacolin-K는 262 mg/L를 생산되었고, yeast extract 50% 대신에 DSM 콩 분말을 사용한 실험구에서는 monacolin-K를 215 mg/L을 생산되어 가장 좋은 결과를 냈다. 따라서 생산배지에 yeast extract 50% 대신에 DSM 콩 분말을 적용하기로 하였다. Plackett-Burman Design 실험계획법에 의한 실험결과 monacolin-K의 생산에 영향을 미치는 인자는 yeast extract, beef extract, (NH4)2SO4 순으로 영향을 주는 것으로 나타났다. Monacolin-K 생산에 영향을 미치는 주요인자 3가지로 중심합성계획에 의한 반응표면분석을 수행한 결과 최적배지 조성은 sucrose 96 g/L, DSM 7.5 g/L, yeast extract 8.4 g/L, $(NH_4)_2SO_4$ 12.0 g/L, malt extract 40 g/L, beef extract 26.7 g/L, $Na_2HPO_4$ 0.5 g/L, L-Histidine 3.0 g/L, $KHSO_4$ 1.25 g/L 이고, monacolin-K 생산 예상량은 369.9 mg/L 이었다. 최적배지를 이용하여 홍국균을 $27^{\circ}C$, 200 rpm 조건에서 플라스크 배양 한 결과 monacolin-K 생산량과 건조균체량은 각각 418 mg/L, 27.1 g/L이었다. 결과적으로 monacolin-K 생산과 균체량의 감소 없이 콩 분말을 이용한 배지성분의 변화는 어느 정도 가능함을 알 수 있었다. 현재 알려진 고가의 질소원을 대체하기 위해서는 초기부터 균의 형태구조에 영향을 미치는 배지와 발효환경을 고려하여야 할 것으로 판단되었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제48권3호
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• pp.344-357
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• 2020

Streptococcus zooepidemicus 유래의 세포외 고분자물질인 히알루론산(hyaluronic acid) (HA)을 대량 생산하기 위해, 균주 개량, 생산배지 및 배양공정 개발에 관한 연구를 수행하였다. HA 고생산성 변이주를 선별하기 위해 약 99%의 사멸률을 보이는 ethylmethane sulfonate (EMS) 처리조건을 적용해서, 지속적인 random screening 방법으로 고생산성, 고안정성의 변이주들을 선별할 수 있었다. HA를 고농도로 생산하기 위해서는, 이 균주의 생화학 및 배양생리적 특성에 기반한 최적 배지개발이 필수적이라고 판단하여, one-factor-at-a-time (OFAT), full factorial design (FFD), steepest ascent method (SAM) 및 response surface method (RSM) (반응표면분석법)을 순차적으로 적용하여 통계적 배지 최적화 실험을 수행하였다. 최적 배지조성에서 플라스크 배양에 의한 HA 생산성은 5.38 g/l로서, 이전 배지(3.54 g/l)에 비해 약 52% 향상된 생산량을 얻을 수 있었다. 또한 선별된 우량균주와 최적화된 생산배지를 이용하여 5 L 발효조에서 배양공정 최적화 연구를 수행하였다. 이 균주의 생리학적 특성을 고려할 때, HA 생산성을 높이기 위해서는 (배양 중 HA 축적으로 인해 고점도를 띠는) 배양액으로의 충분한 용존산소 공급이 매우 중요한 요인인 것으로 판단되었다. 따라서 용존산소 공급과 밀접하게 관련있는 발효조의 교반시스템(교반 날개 종류, 크기 및 배치 등) 및 교반속도에 대한 최적화 연구를 수행하였다. 그 결과, 교반축 하부에는 Rushton turbine-type, 상부에는 marine-type의 확장된 교반날개(기존 대비 직경 1.3배 확장)가 설치된 경우, 450 rpm에서 강화된 혼합력과 충분한 용존산소 공급으로 인해 HA 생산성이 기존 플라스크 배양 대비 약 1.8배(9.79 vs. 5.38 g/l) 더 높은 것으로 확인되었다. 최종적으로 HA 배양공정의 scale-up 가능성을 확인하기 위해, pilot 규모의 50 L 발효조 배양을 최대 300 rpm의 교반속도에서 수행하였다. 처음으로 시도한 50 L 배양임에도 불구하고, HA 최대 생산성 면에서 볼 때, 5 L 발효조 결과와 거의 동일한 수준(98.5%) (9.11 vs 9.25 g/l)의 생산량을 얻을 수 있었다. 반면 지수기 성장단계인 배양 15시간까지의 50 L 배양의 HA 평균생산속도(r_p)는 0.46 g/l/hr로서 0.62 g/l/hr인 5 L 배양 대비 약 74% 정도에 머무는 것으로 나타났다. 따라서 생산 발효조의 scale-up 시, 생산균주의 전단응력 민감성(shear damage)을 함께 고려하면서, 산소전달계수(k_La)를 기반으로 하는 교반시스템에 대한 체계적인 연구가 진행된다면, HA 생산속도도 증가될 수 있는 긍정적인 결과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.

• 생명과학회지
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• 제12권3호
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• pp.242-249
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• 2002

본 연구는 채소류 모잘록병균인 R. solani AG4에 길항하는 미생물 B. ehimensis YJ-37의 500$m\ell$ 플라스크 배양, 5 $\ell$ jar fermentor 배양, 2,000 $\ell$ 대형탱크의 배양 조건 및 길항물질 생성능을 조사하였다. 500$m\ell$ 플라스크 배양에서의 길항물질 최적생산조건은 1.5% starch, 0.6% peptone, 0.3% $Na_2$HP $O_4$, 0.15% MgC1$_2$, pH 8.0, 배양온도 32$^{\circ}C$, 배양시간 54시간으로 나타났고, 이때 미생물의 수는 1.42$\times$$10^{ 8}$ cfu/$m\ell$21g-DCW/$\ell$), 항진균 활성은 13.9mm로 나타났다. 5$\ell$ jar fermenter 배양에서의 길항물질 최적생산조건은 플라스크배양에서의 최적 생산조건에서 공기주입량과 교반속도를 변화시켜 조사한 결과, 공기주입량 2 vvm, 교반속도 200 rpm, 배양시간 48시간 이후 미생물의 수와 균체의 량은 2.06 $\times$ $10^{8}$ cfu/$m\ell$ 및 30g-DCW/$\ell$, 항진균 활성은 13.4 mm로 나타났다. 2,000 $\ell$ 대형탱크 배양에서는 교반속도 200 rpm, 산소주입량 30 vvm으로 고정하고 10일간 배양하여 미생물의 생육 및 길항물질 생성능을 조사한 결과는 미생물의 수와 균체의 량은 0.81 $\times$ $10^{8}$ cfu/$m\ell$와 12g-DCW/$\ell$, 항진균 활성은 8.6mm로 나타나 5$\ell$ jar fermenter 배양에 배해 균의 수는 1/10로 줄었으며 항진균 활성도 64%로 낮게 나타났다.다.

• KSBB Journal
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• 제22권5호
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• pp.288-296
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• 2007

콜레스테롤 저하제이자 고지혈증 치료제의 하나인 모나콜린-K (lovastatin)의 생산을 높이기 위하여 플라스크 배양에서 생산배지 최적화를 위한 실험을 수행하였다. 기본생산배지에 탄소원, 무기인산염, 아미노산원과 무기원에 대한 영향을 조사하였다. 각각의 원소에 대해 모나콜린-K를 가장 많이 생산한 순서대로 3가지를 선별하여 Graeco-Latin square design에 의해 생산배지의 종류와 농도를 결정하였다. 하지만 상기 실험은 각 배지간의 교호작용을 검출할 수 없어서 모나콜린-K 생산에 대한 재현성이 떨어졌다. 따라서 탄소원, 질소원과 질소원의 농도에 대한 실험을 보완하였다. 통계학적 실험계획법인 Plackett-Burman design에 의해 배지 중 beef extract, $(NH_4)_2HSO_4$와 $KHSO_4$가 모나콜린-K 생산에 가장 영향력 있는 인자로 분석되었으며, 영향력이 있는 3가지 배지에 대해 배지 사이의 교호작용까지 분석할 수 있는 실험계획법인 중심합성계획법과 반응표면 분석법을 이용하여 생산배지를 최적화 하였다. 모나콜린-K 고생산을 위한 배지와 최적화된 농도 (g/L)는 soluble starch 96, malt extract 44.5, beef extract 30.23, yeast extract 15, $(NH_4)_2SO_4$ 4.03, $Na_2HPO_4{\cdot}12H_2O$ 0.5, L-Histidine 3.0과 $KHSO_4$ 1.0이며, 기본생산배지에서의 생산량보다 약 3배 증가한 558.96 mg/L의 생산을 보였다. 생물반응기에서 교반속도가 모나콜린-K 생산에 미치는 영향을 조사하기 위하여 기본생산배지를 이용하여 300, 350, 400과 500 rpm에서 실험을 수행하였다. 교반속도 500 rpm에서 68 mg/L으로 가장 높은 생산을 보였으며, 이 때 균의 형태구조는 300, 350과 400 rpm에서 펠��과 균사체가 공존하는 것과는 다르게 펠�� 형태로만 자라는 것이 확인 되었으며, 생물반응기를 이용하여 발효 시 펠�� 형태가 모나콜린-K 생산에 가장 좋은 형태구조임을 알 수 있었다. 확립된 최적생산배지를 이용하여 400 rpm, 1 vvm과 3% 초기 접종량에서 pH를 6.5로 조절한 경우 185 mg/L의 가장 높은 모나콜린-K가 생산 되었으며, 이때 균체량은 32 g/L를 나타내었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권2호
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• pp.220-229
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• 2009

본 연구에서는 Phellinus linteus 균사체의 액상배양을 통한 면역증강 생리활성 효능의 단백다당체 생산공정을 개발하기 위한 시도로서, 우선 생산균체의 원형질체 형성을 통한 고생산성 균주를 개발하고자 하였으며, 발효기 액상배양 시 최적 배양형태의 유도를 통해 균사체와 단백다당체의 생산성을 극대화하고자 하였다. 본 연구실에서 채취한 생산 균주를 ITS rDNA sequencing 방법과 blast search 방법에 의해 조사한 결과 다양한 Phellinus linteus 종들과 99.67% 이상의 유사성 확인되어, 이 균주를 Phellinus linteus라고 최종적으로 동정할 수 있었다. 이 동정된 균주로부터 균주 개량을 시도하기 위해 Phellinus linteus 균사체로부터 대량의 원형질체 형성 및 재생에 의한 단일 콜로니 획득 방법을 개발함으로써 균주를 신속하게 개량할 수 있었다. Sorbitol을 이용한 banding filtration 방법을 이용하여 원형질체를 회수한 결과 $10^5{\sim}10^6\;protoplasts/ml$를 얻을 수 있었으며, 원형질체 재생률은 $10^{-2}{\sim}10^{-3}$로 나타났다. 균주개량을 위해 원형질체 재생배지와 고체배양배지에서 고성장성 및 고안정성을 보이는 균주들을 지속적으로 대량 선별하여, 액상 생산배양을 수행하였다. 그 결과 균사체량은 13~15 g/L로 대부분 비슷하게 자랐으며, 조단백다당체의 함량 또한 5.8~6.4%로 거의 비슷하게 분포하는 것으로 나타났는데, 이로부터 고체배양배지에서 빠른 성장속도를 보여주는 균주들이 대부분 액상 생산배양에서도 고생산성 및 고안정성을 보여주는 것을 확인할 수 있었다. 한편 Phellinus linteus 균사체의 경우 조단백다당체의 함량이 세포 무게당 거의 일정한 양을 함유하고 있는 것으로 확인되었으므로, 조단백다당체의 생산성을 증가시키기 위해서는 최종 생산배양에서의 균체량 증가가 가장 중요한 것으로 판단되어, 균사형성 고등균류의 균사체 배양 시 균체량 증가에 가장 중요한 요인 중의 하나인 생산균주의 배양형태적 특성에 대해 집중적으로 조사하였다. 균주개량 실험을 통해 고생산성 균주로 최종 결정된 AR147 균주를 이용해서 다양한 배양조건에서 발효조 배양을 수행한 결과, 최종 생산발효조로의 접종원이 고농도의 균사모양인 경우에 생산균주의 배양형태가 매우 작은 compact한 펠렛 모양(대부분 직경 0.5 mm 이하)을 유지하는, 이상적인 균사체 액상배양 공정이 이루어지는 것으로 확인되었다. 즉 생산 발효조배양에서 직경 0.5 mm 이하의 compact한 펠렛 모양의 배양형태가 유도되었을 경우, lag phase 시간의 획기적 감소와 1.5배 이상의 높은 세포비성장속도로 인해, 최종 균사체생산성이 다른 배양형태를 유도한 경우에 비해 약 3.3배 더 높은 주목할 만한 배양결과를 얻을 수 있었다. 이로부터 균사 형성 Phellinus linteus의 산업용 발효조 배양 시, 각 배양단계에서의 생산균체의 배양형태가 최종 균체생산성, 궁극적으로는 최종 단백다당체의 생산성에 심각한 영향을 미친다는 것을 알 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제23권6호
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• pp.519-524
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• 2008

Monacolin-K는 Monascus sp.로부터 polyketide pathway를 통해 생합성 되는 이차대사산물로써 강력한 콜레스테롤 저하제로 알려져 있다. 본 연구에서는 monacolin-K의 생합성 경로에 대한 이해에 근거한 지속적인 rational screening을 통해 monacolin-K의 생산성을 향상시킬 수 있었는데 그 중에서 특히 monacolin-K 생합성에 관련된 전구체를 최적화된 생산배지에 첨가함으로써 monacolin-K 생산성이 대조군에 비해 눈에 띠게 증가하는 결과를 확인하였다. 황의 동화작용에서 cysteine이 여러 단계를 거쳐 S-adenosylmethionine (SAM)으로 전환된다는 연구결과와 더불어, SAM은 다양한 세포내에서 주된 methyl donor 역할을 하므로 monacolin-K 구조에 포함되어있는 많은 methyl기 역시 SAM으로부터 유래한다고 알려져 있다. 따라서 첨가한 cysteine이 SAM을 생합성하는데 이용된 것으로 보고 SAM을 생산균주 내에서 고농도로 생산한다면 monacolin-K 생산성이 증가할 것이라 기대하였다. 따라서 여러 균주에서 보고된 SAM synthetase 유전자를 cloning하여 생산균주 내로 도입함으로써 생산균주가 cysteine의 별도첨가 없이도 세포내에서 SAM을 고농도로 생산하도록 하여 monacolin-K의 생산성 향상을 꾀하고자 하였다. 이를 위해 염기서열이 밝혀진 균사형성 곰팡이인 Aspergillus nidulans로부터 SAM synthetase를 암호화하는 metK 유전자를 cloning하고 Monascus 유래의 gpdA promoter에 의해 발현되도록 하는 재조합 발현벡터 pBMmetK를 제작하였고 이를 생산균주 내로 도입하여 형질전환체와 대조군의 monacolin-K 생산성을 확인한 결과, 대조군에 비해 형질전환체에서 Monacolin-K 생산성이 약 3.3배가량 증가한 것을 관찰하였다. 이는 metK 유전자가 생산균주의 DNA 내로 삽입되어 안정적으로 발현됨으로써 세포내에서 많은 methyl 기를 제공함으로써 monacolin-K 생산성이 향상된 것으로 판단되며, 현재는 분자적 수준에서 이러한 형질전환체 내에서 metK 유전자의 발현 정도를 확인하는 중이다.