토양으로부터 생물고분자의 생산균주로 분리한 알칼리 내성 Bacillus sp.의 생물고분자 생산을 위한 최적 배양조건을 검토하였고, 반응 표면분석법에 의한 생산 최적화를 수행하였다. 최대의 생물고분자 생산은 soluble starch 8%, yeast extract 0.75%, $NaNO_3$ 0.1%, $MgSO_4\;7H_2O$ 0.05% 및 $Na_2CO_3$ 1%(pH 10)의 조성배지에서 배양온도 $30^{\circ}C$로 36시간 이상 진탕배양하였을 때 얻어졌으며, 이때의 생물고분자 생산량은 약 44g/l(대당수율로는 약 55%)이었다. C/N비, 온도 및 pH를 독립변수로 한 반응 표면분석에 의한 생물고분자 생산의 최적조건은 C/N비 15.16, 배양온도 $34.62^{\circ}C$ 및 pH 9.50의 정상점에서 얻어졌으며, 이 조건에서 생물고분자의 생산량은 66.84g/l로 추정 되었다.
지금까지의 Phanerochaete chrysosporium을 이용한 Lignin Peroxidase(LiP) 의 생산은 최적화 되지 못한 배양 조건으로 인해 매우 낮은 활성만을 얻을수 있었으며. 그 배양조건 또한 100% 산소의 주입을 요하는 일반적으로는 재현하기 어려운 조건이었다. 본 연구에서는 Phanerochaete chrysosporium PSBL-1 균줄르 이용, 다양한 배양조건의 변화를 통해 LiP의 과량생산과 그에 따른 isozyme 조성의 변화를 확인하고자 하였다. 최종적으로 $Mn^{2+}$를 제거한 배지에 질소 원인 diammonium을 48mM 로 첨가하고, 안정제로서 veratryI alcohol을 2 mM로 첨가하여, sponge에 의한 고착배양을 실시한 결과 1,800 units/l의 LiP가 생산되었다. 이러한 활성의 증가는 기존에 보고된 PSBL-1 균주의 LiP 최대 생산량인 700units/l와 비교 , 약 2.57배의 생산량 증대를 나타낸다. 생산된 LiP isozyme 분석결과 $Mn^{2+}$(2.73 mM)와 diammonium(48 mM)을 첨가하였을 경우 H1 isozyme의 과량 생산이 확인되었다. 생산된 LiP(0.4 units)를 이용하여 각각의 아조계 염료(acid yellow 9, congo red, orange II; each 50$\mu$M)에 대한 탈생능을 확인한 결과, 2분 이내에 이들 염료에 대한 탈색이 이루어지는 것을 확인할 수 있었고 분해 산물이 축적되는 것을 확인할 수 있었다.
본 연구는 고해상도 위성영상을 딥러닝 알고리즘에 적용하여 토지피복을 분류하고 공간객체별 알고리즘의 성능 검증에 대한 연구이다. 이를 Fully Convolutional Network계열의 알고리즘을 선정하였으며, Kompasat-3 위성영상, 토지피복지도 및 임상도를 활용하여 데이터셋을 구축하였다. 구축된 데이터셋을 알고리즘에 적용하여 각각 최적 하이퍼파라미터를 산출하였다. 하이퍼파라미터 최적화 이후 최종 분류를 시행하였으며, 전체 정확도는 DeeplabV3+가 81.7%로 가장 높게 산정되었다. 그러나 분류 항목별로 정확도를 살펴보면, 도로 및 건물에서 SegNet이 가장 우수한 성능을 나타내었으며, 활엽수, 논의 항목에서 U-Net이 가장 높은 정확도를 보였다. DeeplabV3+의 경우 밭과 시설재배지, 초지 등에서 다른 두 모델보다 우수한 성능을 나타내었다. 결과를 통해 토지피복 분류를 위해 하나의 알고리즘 적용에 대한 한계점을 확인하였으며, 향후 공간객체별로 적합한 알고리즘을 적용한다면, 높은 품질의 토지피복분류 결과를 산출할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구의 결과를 바탕으로 중요한 양앵두 왜성대목의 하나인 'Gisela 5'의 미세번식을 위한 일련의 체계적 과정을 제안한다. 봄철 새롭게 생장한 신초로부터 절취한 정단조직을 IBA 0.5 mg/L와 BA 0.5 또는 1.0 mg/L가 첨가된 1/2MS배지에 치상하였을 때 hyperhydricity가 없고 왕성한 생장을 하는 정상 신초의 획득율이 90%에 달하였다. 다음단계로, 기내에서 유지된 모식물체로부터 채취한 신초를 IBA 0.5 mg/L와 BA 0.5 mg/L가 첨가된 전MS배지에 이식하면 약 9배에 이르는 수준으로 신초가 증식되었다. 증식된 신초는 IBA 2.0 mg/L가 첨가된 1/2MS배지로 이식하면 지상부의 정상생장과 함께 왕성하게 발근하였다. 발근한 유식물체는 비교적 손쉽게 최종적으로 기외 순화시킬 수 있었는데, 기외 이식 상토로는 버미큘라이트, 펄라이트 및 피트모스의 혼합비율을 1:1:1로 하는 것이 가장 적합하였다. 본 연구의 결과가 양앵두 재배와 양앵두 대목의 생산에 유용하게 활용되기를 기대한다.
한국 전통발효식초로부터 분리된 Acetobacter sp. V6에 의한 bacterial cellulose (BC) 생산을 위한 최적 배지조성을 정치배양을 이용하여 조사한 후, 생성된 BC의 구조적 특성을 검토하였다. 탄소원으로 glucose 3%, 질소원으로 soytone 3%가 선정되었다. 또한 인산염은 $K_2HPO_4$ 0.8%였으며, 추가로 첨가한 $NaH_2PO_4$와 $KH_2PO_4$는 BC 생산 증가를 나타내지 못하였다. 보조탄소원으로 ethanol 0.4%에서 가장 높은 BC 생산성을 나타내었다. 최적 배지조성하에서 배양 8일만에 최대 44.7 g/$m^2$의 BC가 생산되었으며, 배양 8일경, BC pellicle의 두께는 약 1 cm였다. BC의 구조는 Fourier-transform infrared spectroscopy 및 X-ray diffractometer를 이용하여 조사하였다. 최적배지에서 생성된 BC는 전형적인 cellulose type I임을 알 수 있었으며, 식물성 셀룰로오스와 성분의 차이가 없었다. 또한 독특한 미세망상구조로 이루어져 있었고, 높은 결정성을 나타내어 식물유래 셀룰로오스와 다른 독특한 물성을 나타내는 것으로 추정되었다.
본 연구에서는 Corynebacterium glutamicum I 균주에 salt tolerance를 도입하여 L-lysine 생산량을 증가시키고자 하였다. I 균주를 이용하여 mutagenesis를 수행한 후 모균주가 생장하는 못하는 9%의 NaCl이 포함된 배지에서 빠르게 생장하는 C14-49-3-15-7-3-20 균주를 선별하였다. flask 배양으로 L-lysine 생산을 조사한 결과 모균주 I의 경우 L-lysine 농도가 53.3 g/L, 수율이 51.6%인 반면 변이주 C14-49-3-15-7-3-20의 경우에는 L-lysine 농도 61.2 g/L, 수율 61.0%로 나타났다. 그리고 5 L 발효조에서 유가식 배양법으로 배양하여 L-lysine 생산량을 조사하였다. 그 결과 모균주는 113.0 g/L의 L-lysine을 생산하였고 수율은 41.8%이었다. 하지만 변이주의 경우에는 $33^{\circ}C$로 유지하여 배양한 후 PCV가 7.5%가 되는 시점에 배양 온도를 $35^{\circ}C$로 올려주고 배양하였을 때 L-lysine 생산량이 130.6 g/L, 수율이 48.6%로 모균주보다 많은 양의 L-lysine을 생산하였다. L-lysine 생산과 균주의 생장에 대한 osmotic pressure의 영향을 조사하기 위해 변이주 C14-49-3-15-7-3-20을 고농도의 NaCl과 당이 포함되어 있는 배지에 각각 배양하여 균체 생장 및 L-lysine 생산량을 조사하였다. 그 결과 모균주는 균체 생장이 느리고 생산량도 낮은 반면 변이주 C14-49-3-15-7-3-20의 경우에는 균체 생장 정도가 높고 생산량도 모균주보다 높았다. 그리고 2%의 NaCl이 포함되어 있는 배지에 osmoprotectant 를 첨가하였을 경우 모균주는 균체 생장 및 L-lysine 생산량이 높아졌다. 하지만 C14-49-3-15-7-3-20 균주의 경우에는 proline의 영향을 받지 않았다. 이러한 결과로 Corynebacterium glutamicum 균주에 salt tolerance를 도입하면 L-lysine 생산성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
아가리쿠스(Agaricus blazei)버섯의 균사체 배양조건을 최적화하여 유효성분인 $\beta$-glucan의 생성을 극대화시키고자 하였다. 아가리쿠스 균사체 배양시 탄소원과 질소원의 농도 및 종류별 배지를 검토한 결과 배지조성은 glucose 5% (w/v), yeast extract 0.5% (w/v), malt extract 0.5% (w/v), $KH_2PO_4$ 0.1% (w/v), $MgSO_4{\cdot}7H_2O$ 0.05% (w/v)가 최적이었다. 30L 발효조에서의 배양 조건은 pH 5.0, $28^{\circ}C$, 1 vvm, 300 rpm에서 균사체의 생육과 $\beta$-glucan의 생성이 가장 효과적이었다. 위 조건 중에서 세포 외 $\beta$-glucan의 생성을 증가시 키기 위해 초기 glucose의 첨가량을 4%로 낮추어 glucose에 의한 균사체 성장 저해작용을 최소화하는 한편, 배양 70시간 시점에 glucose 3%, yeast extract 0.1%, malt extract 0.1%의 추가 배지를 첨가하여 배양함으로써 batch 배양에 의한 2.8 g/L에 비해 2배 정도 증가한 5.2 g/L의 세포 외 $\beta$-glucan을 얻을 수 있었다. 또한 균사체 내의 세포벽 $\beta$-glucan을 효과적으로 추출하기 위해 세포벽분해효소인 lytic enzyme과 단백분해효소인 bromelain의 연속적인 효소반응으로 추출량이 3.5 g/L로 증가하여 균사체의 단순 열수추출에 비해 약 4배의 추출 수율이 향상되었다.
The effect of concentration of yeast extract and NH4Cl in the mediun of alcohol fermentation of S. cerevisiae ATCC 24858 on the fermentation characteristics, specific growth rate, sugar conversion, alcohol productivity was experimentally investigated. Regardless of initial sugar concentrations, the values of the above three characteristics increased with augument of concentration of yeast extract. However, the increasing tendency ceased above a certain concentration. The concentration of NH4Cl had little effect on the change of the three characteristics. The functional relationships between the concentration of yeast extract and the characteristics were different according to the initial sugar concentrations, but those between the ratio of yeast extract concentration to initial sugar concentration and the characteristics could be expressed as same forms respectively regardless of initial sugar concentrations. Also the values of the three characteristics approached to the maximum values around 0.085 of the ratio, but did not increase any more above 0.1 of the ratio. We have come to conclusion that the optimum ratio of the yeast extract concentration to the initial sugar concentration was about 0.085 and the ratio should not be decided as greater than 0.1 in the medium of alcohol fermentation of S. cerevisiae ATCC 24858.
Lovastatin produced by Aspergillus terreus via polyketide pathway is a secondary metabolite with high anti-hypercholesterolemic activity. In this paper we are going to present effective strain development strategies for lovastatin production by comparing the productivity of the mutants obtained through traditional rational screening process and protoplast fusion method. Mutants resistant against various antibiotics and/or antimetabolites showed significantly higher lovastatin productivity than the corresponding mother strains, demonstrating that rational screening method was very efficient in selecting high yielding producers. Recombinant fusants obtained using protoplast fusion between high producers were observed to have very different morphology and physiology as represented by the production and secretion of lovastatin, as well as cell growth pattern. In parallel with the strain development, optimization process for the production medium was carried out in order to find optimal concentrations of the medium components using such a powerful statistical method as response surface method (RSM). It was concluded that not only the optimum production medium but also good morphological characteristics of the high-yielding producers led to higher lovastatin production.
해수에서 분리한 Burkholderia sp. IS-203으로부터 면역 증강물질을 생산하기 위한 최적조건을 검토한 결과는 다음과 같다. 면역증강물질을 생산하는 최적 배양조건은 인공해수에 1% glucose와 1% yeast extract 였으며, 최적 NaCl 요구성은 3%로 전형적인 해양세균의 특징을 보여주는 것으로 생각되어진다. 그리고 최적 배양조건으로 최적 초기 pH는 8.0, 최적 온도는 $30^{\circ}C$였으며, 산소를 요구하는 호기성균이었다. 면역증강물질을 생산하기 위한 배양조건은$35^{\circ}C$, pH 6.0이었으며, 최적생육 배지는 1.5% soluble starch, 1% tryptone, 0.5% yeast extract로 조성하여 500 $m\ell$의 삼각플라스크에 $50m\ell$씩 분주하여 진탕배양하였다. 이와 같은 최적조건에서 항생물질은 정지기부터 생산되는 비증식연관형으로서 포자형성이후부터 생산되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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