• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권4호
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• pp.596-606
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• 2019

N-acyl-homoserine lactone quorum sensing (AHL-QS) has been shown to regulate many physiological behaviors in Serratia marcescens MG1. In the current study, the effects of AHL-QS on the biosynthesis of acid and neutral products by S. marcescens MG1 and its isogenic ${\Delta}swrI$ with or without supplementing exogenous N-hexanoyl-L-homoserine lactone ($C_6-HSL$) were systematically investigated. The results showed that swrI disruption resulted in rapid pH drops from 7.0 to 4.8, which could be restored to wild type by supplementing $C_6-HSL$. Furthermore, fermentation product analysis indicated that ${\Delta}swrI$ could lead to obvious accumulation for acidogenesis products such as lactic acid and succinic acid, especially excess acetic acid (2.27 g/l) produced at the early stage of fermentation, whereas solventogenesis products by ${\Delta}swrI$ appeared to noticeably decrease by an approximate 30% for acetoin during 32-48 h and by an approximate 20% for 2,3-butanediol during 24-40 h, when compared to those by wild type. Interestingly, the excess acetic acid produced could be removed in an AHL-QS-independent manner. Subsequently, quantitative real-time PCR was used to determine the mRNA expression levels of genes responsible for acidogenesis and solventogenesis and showed consistent results with those of product synthesis. Finally, by close examination of promoter regions of the analyzed genes, four putative luxI box-like motifs were found upstream of genes encoding acetyl-CoA synthase, lactate dehydrogenase, ${\alpha}$-acetolactate decarboxylase, and Lys-like regulator. The information from this study provides a novel insight into the roles played by AHL-QS in switching from acidogenesis to solventogenesis in S. marcescens MG1.

• KSBB Journal
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• 제5권1호
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• pp.9-17
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• 1990

Clostridium acetobutyloicum KCTC 1037의 용매 생성조건을 알기 위하여 pH변화와 인산제한의 조건 하에서 회분 배양과 연속 배양을 실시하였다. C. acetobut-ylicum KCTC 1037은 pH5.5나 6.5에서 보다 pH 4.5에서 잘 자라는 호산성이었으며, pH4.5의 진리되지 않은 부티르산이 약 20mM인 조건에서 용매 발효로 전환되었으나, pH5.5의 전리되지 않은 부티트산이 17mM인 조건에서는 용매 발효가 일어나지 않았다. 인산 제한 조건에서 배지에 인산이 KH$_2PO_4$나 $K_2HPO_4$0.1g/l이하인 경우 용매 생성량이 증가하였으나, 생육 속도에는 영향을 미치지 않았다. 인산제한 이단 연속배양에서 pH5.5인 stage1에서는 산생성기가 유지 되었고 한편 pH4.5인 stage2에서는 초기에는 용매가 생성 되었으나 150시간 이후에는 용매의 양이 감소되었으며 산생성기로 전환되는 등 불규칙한 발효 양상을 보였다. 또 pH5.0, 희석율 $0.05h^{-1}$인 stage2에서 전리되지 않은 유기산이 36mM인 조건에서도 용매 발효가 일어나지 않았다. 이러한 결과로서 C.acelobutylicumd의 용매 생성 조건은 산성 pH나 인산 제한 조건외에 균의 최대 에너지 생성을 유지하려는 대사와 관련 되었을 것으로 추측하였다.

• 미생물학회지
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• 제26권3호
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• pp.278-282
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• 1988

볏짚을 이용하여 acetone-butanol을 생산하기 위해 전처리한 볏짚을 C. acetobutylicum KCTC 1037(ATCC 4259)과 Trichoderma viride로부터 얻은 섬유소 분해효소를 이용하여 동시당화 발효법 (SSF)으로 발효하였다. Ball-mill로 처리한 볏짚을 SSF로 발효한 결과 acetate와 butyrate안을 생산하였으나, alkali로 전처리한 기질은 230 mM 이상의 solvent를 생산하였다. 이와 같은 발효의 차이는 볏짚에는 alkali 처리로 분해되는 물질이 있으며, 이 물질이 solvent 생산을 저해하기 때문인 것으로 판단된다. 이러한 solvent 생산 저해물질은 물이나 유기용매에 불용성으로 lignin 유도체 혹은 잔류농약으로 추측된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제2권4호
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• pp.248-254
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• 1992

The initial growth of Clostridium acetobutylicum was not inhibited by 1 atm of H$_2$ while H$_2$ reduced glucose consumption in a solventogenic culture of a phosphate limited 2-stage chemostat. Under 1 atm of H$_2$, a solventogenic culture consumed hydrogen, but an acidogenic culture produced hydrogen. H$_2$ consumption by the solventogenic culture was enhanced by the addition of 5 mM neutral red, an artificial electron carrier with a redox potential of -325 mV. Hydrogenase activity, measured in both directions of production and consumption, showed that activity coupled with methyl viologen is higher in an acidogenic culture than in a solventogenic culture, and that the two cultures have similar activities for methylene blue reduction. The solventogenic culture showed a higher activity coupled with neutral red than the acidogenic culture. From these results, it is hypothesized that hydrogen producing hydrogenase activity is high during the acidogenic phase, and decreases as solventogenesis starts, and that the solventogenic culture produces a second hydrogenase which uses an electron carrier other than ferredoxin. This hypothesis was supported by the fact that enzyme activities involved in electron flow can be coupled to neutral red, indepedent of ferredoxin, and that neutral red addition to the fermentation system increased butanol yield, with a decrease in production of less reduced fermentation products, and $H^2$.

• Environmental Engineering Research
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• 제10권4호
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• pp.181-190
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• 2005

Severe loss or hydrogen occurred in most anaerobic hydrogen fermentation reactors. Several selected methods were applied to suppress the consumption of hydrogen and increase the potential of production. As the first trial, pH shock was applied. The pH of reactor was dropped nearly to 3.0 by stopping alkalinity supply and on]y feeding glucose (5 g/L-d). As the pH was increase to $4.8{\pm}0.2,$ the degradation pathway was derived to solventogenesis resulting in disappearance of hydrogen in the headspace. In the aspect of bacterial community, methanogens weren't detected after 22 and 35 day, respectively. Even though, however, there was no methanogenic bacterium detected with fluorescence in-situ hybridization (FISH) method, hydrogen loss still occurred in the reactor showing a continuous increase of acetate when the pH was increased to $5.5{\pm}0.2$. This result was suggesting the possibility of the survival of spore fanning acetogenic bacteria enduring the severely acidic pH. As an alternative and additive method, nitrate was added in a batch experiment. It resulted in the increase of maximum hydrogen fraction from 29 (blank) to 61 % $(500\;mg\;NO_3/L)$. However, unfortunately, the loss of hydrogen occurred right after the depletion of nitrate by denitrification. In order to prevent the loss entangled with acetate formation, $CO_2$ scavenging in the headspace was applied to the hydrogen fermentation with heat-treated sludge since it was the primer of acetogenesis. As the $CO_2$ scavenging was applied, the maximum fraction of hydrogen was enhanced from 68 % to 87 %. And the loss of hydrogen could be protected effectively.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제16권3호
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• pp.213-218
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• 1988

섬유소 폐기물인 볏짚으로부터 butanol를 생산하기 위하여 Clostridium acetobutylicum KCTC1037 와 cellulase(from Trichoderma viride)을 발효액에 동시에 첨가하여 발효시키는 동시당화 발효법(Simultaneous saccharification and fermentation, SSF)을 수행하였다. Alkali 처리한 볏짚을 발효기질로 사용한 결과 그 농도를 25%로 사용하였을 때 최고 150mM의 butanol이 생산되었고, 15% 볏짚을 사용하였을 때는 97mM의 butanol이 생산되었다. 그러나 ball milled 볏짚의 경우 발효산물 중 대부분이 acetate와 butyrate로 주로 산이 생산되었으며 따라서 solventogenesis는 거의 일어나지 않았다. 또한 그 농도별 실험에서 보면 8%의 ball milled 볏짚 사용시 66mM의 butanol이 생산된 반면 그 이상의 농도에서는 butanol 생산량이 점차 감소하는 추세를 보였으며 acetate, butyrate 같은 산은 계속 증가 추세를 보였다. 이것으로 보아 ball milled 볏짚에는 butanol 발효 과정 중 acidogenesis에 서 solventogenesis로의 전이 (shift)를 방해하는 어떤 인자가 있으리라고 추측되었으며 alkali 처리방법에 의해서 이 방해자는 제거될 수 있는 것으로 관찰되었다.

• KSBB Journal
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• 제20권6호
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• pp.408-412
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• 2005

Headspace의 이산화탄소 제거는 수소의 수율을 올릴 수 있는 효과적인 방법이지만, 증가된 수소의 분압(최대 91.2%)과 이산화탄소의 부재에 의해 글루코즈의 발효 경향에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이산화탄소의 제거는 homoacetogenesis에 의한 수소의 소모를 효과적으로 억제하였지만, 주요발효 부산물인 ethanol 및 기타 발효 부산물의 분해 또한 억제하는 결과를 나타내었다. 또한 소량으로 발생한 부산물들의 분석결과에서 이산화탄소가 제거된 반응에서 반응 후반부에 butyrate의 증가하는 현상이 관찰되었다. 하지만, 기존의 연구결과들처럼 증가된 수소의 분압에 의한 과다한 solvent의 생성은 관찰되지 않았으며, acetate의 과도한 발생을 방지할 수 있어 acetate에 의한 저해현상을 다소 억제할 수 있을 것으로 사료된다. 이산화탄소가 제거될 경우 최종 산물이 수소와 ethanol이므로 목적 반응이 hydrogen-ethanol fermentation이라면 이상적인 방향을 제시할 수 있을 것이다.