Improvement of L-Lysine Productivity by Using Cell Fusion and Immobilized System

세포융합과 고정화 시스템을 이용한 L-Lysine의 생산성 향상

This studies were designed to improve the productivity of L-lysine by protoplast fusion and immobilized system of fusants using strains of Brevibacterium flavum ATCC 21528, Brevibacterium lactofermentum ATCC 21086 and Corynebacterium glutamicum 820. Mutants were isolated with concentration method of $300{\mu}g/ml$ penicillin-G after treatment of $250{\mu}g/ml$ N-methyl-N-nitro-N-nitrosoguanidine. B. flavum $37-2(Hos^-,\;Kan^r,\;AEC^r)$, B. lactofermentum $6-2(Ile^-,\;Val^-,\;Str^r,\;AEC^r)$ and C. glutamicum 57-5$(Met^-,\;Thr^-,\;Rif^r,\;AEC^r)$ were isolated from mutants. Protoplasts were induced by being incubated with $500{\mu}g/ml$ lysozyme of lysis solution for 6 hr and the ratio of protoplast formation and regeneration were ranging from 97-99% and 33-37%, respectively. Fusion frequencies of fusants of BBFL 21, BCFG 37 and BCLG 59 were shown in the range from $1.25{\times}10^{-6}\;to\;5.83{\times}10^{-7}$ under the optimum conditions. The fusant BBFL 21 showed the highest productivity of $411.1\;ng/ml{\cdot}hr$ L-lysine in the lysine productivity broth at $30^{\circ}C$ for 72hr. In the immobilization systems, fusant BBFL 21 was employed in various polymer matrices such as sodium alginate, polyacrylamide, agar and ${\alpha}-carrageena$. The immobilization of sodium alginate showed the highest productivity of $413\;ng/ml{\cdot}hr$ L-lysine in the batch system. Continuous fermentation of immobilization system by using tube fermentor was produced the highest productivity $416.7\;ng/ml{\cdot}hr $ L-lysine under optimum condition.

L-Lysine 생산 균주인 B. flavum ATCC 21528, B. lactofermentum ATCC 21086 및 C. glutamicum 820을 이용하여 L-lysine 생산성이 우수한 균주를 분리할 목적으로 N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine(MNNG) $250{\mu}g/ml$ 농도로 처리한 다음 $300{\mu}g/ml$의 penicillin-G로 변이주를 농축하여 B. flavum $37-2(Hos^-,\;Kan^r,\;AEC^r)$, B. lactofermentum $6-2(Ile^-,\;Val^-,\;Str^r,\;ACE^r)$ 및 C. glutamicum $57-5(Met^-,\;Thr^-,\;Rif^r,\;AEC^r)$ 등의 변이주를 분리하였다. 분리된 변이주의 원형질체 형성은 lysozyme $500{\mu}g/ml$를 함유한 LS 용액으로 6시간 처리시 원형질체의 형성율은 97-99%였으며, 세포벽 재생율은 0.5M sodium succinate를 함유한 RCM에 0.7% osft agar를 중층하였을 때 33-37%를 나타내었다. 또 각각의 원형질체를 동량 혼합후 30% PEG 6,000에서 융합을 시킨 다음 분리된 융합주 BBFL 21, BCFG 37 및 BCLG 59는 $1.25{\times}10^{-6}{\sim}5.83{\times}10^{-7}$의 융합 빈도를 나타내었다. 분리된 융합주 BBFL 21은 LPB에서 $30^{\circ}C$, 72hr 배양하였을때 $411.1ng/ml{\cdot}hr$로 높은 L-lysine 생산성을 나타내었다. 발효 방법을 개선할 목적으로 융합주 BBFL 21를 sodium alginate, polyacrylamide, agar, x-carrageenan등으로 고정화 하여 회분식 발효를 행한 바 $413ng/ml{\cdot}hr$로 sodium alginate로 처리했을 때 가장 좋았다. 고정화 균체를 이용하여 관형 발효기를 제작하여 연속 발효를 행한 바 $416.7ng/ml{\cdot}hr$의 가장 높은 L-lysine 생산성을 나타내어 회분식 보다 높은 수율을 얻었다.