• 대한환경공학회지
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• 제35권2호
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• pp.109-114
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• 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.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.665-670
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• 2016

본 연구에서는 톨루엔 분해 균주인 Pseudomonas putida와 아세트산 분해 균주인 Cupriavidus necator에 무세포 효소 시스템(cell-free enzyme system)을 적용하여 톨루엔과 아세트산에 대한 분해 가능성을 확인하는 실험을 수행하였다. P. putida는 톨루엔 존재 하에서만 toluene dioxygenase를 생성하여 톨루엔을 cis-toluene dihydrodiol로 분해하며, C. necator는 acetyl coenzyme A synthetase-1을 생성하여 아세트산을 acetyl CoA로 전환시켜 생존에 필요한 ATP나 생분해성(biodegradable) 고분자인 Polyhydroxyalkanoate (PHA)를 합성한다. P. putida의 톨루엔 분해 효소인 toluene dioxygenase는 유도효소이기 때문에 toluene dioxygenase 생성 전과 후로 나누어 실험을 진행하였다. P. putida의 톨루엔 분해능력 확인을 위한 gas chromatography (GC) 분석 결과, 대조군과 toluene dioxygenase 생성 전인 실험군 1에서는 검출된 톨루엔의 양이 거의 유사하였으나, toluene dioxygenase 생성 후인 실험군 2에서는 검출된 톨루엔의 양이 대조군 및 실험군 1에 비해 감소하였다. 또한 C. necator의 아세트산 분해능력 확인을 위한 gas chromatography-mass spectrometer (GC-MS) 분석 결과, 무세포 효소 시스템을 적용한 실험군에서는 아세트산에 대한 피크가 검출되지 않았다. 따라서 P. putida와 C. necator는 무세포 효소 시스템 적용 후에도 톨루엔 및 아세트산 분해 능력이 유지되었으나, P. putida는 무세포 효소 시스템을 적용하기 전에 유도 효소를 생성하는 과정이 필요하다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제25권11호
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• pp.1936-1943
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• 2015

The present study developed an efficient and environmentally friendly method for recovering polyhydroxybutyrate (PHB) from Cupriavidus necator. Several non-halogenated solvents were tested and it was found that butyl acetate and ethyl acetate are powerful solvents for the biopolymer. Testing was performed to examine the effects of temperature (25℃ until temperature below solvent boiling points) and heating incubation time (0-60 min) on the two solvents. Butyl acetate had a higher recovery level (96%) and product purity (up to 99%) than ethyl acetate at 103℃ and a heating incubation time of 30 min. Under these conditions, PHB recorded the highest molecular weight of 1.4 × 10⁶ compared with the standard procedure (i.e., recovery using chloroform). The proposed strategy showed that butyl acetate is a good alternative to halogenated solvents such as chloroform for recovery of PHB.

• Environmental Engineering Research
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• 제20권3호
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• pp.246-253
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• 2015

The effects of carbon-to-nitrogen (C/N) ratio in simulated rice straw hydrolysates using glucose and ammonium chloride on polyhydroxyalkanoates (PHA) accumulation by Cupriavidus necator was investigated. In general, PHA accumulation rate was higher under higher degrees of N-deficient conditions (e.g., C/N ratio of 360:1) than lower degrees of N-deficient conditions (e.g., C/N ratio of 3.6:1 and 36:1). Also, the most PHA accumulation was observed during the first 12 h after the PHA accumulation initiation. This study showed that the similar PHA accumulation could be achieved by using different accumulation periods depending on C/N ratios. N source presence was important for new cell production, supported by approximately ten times greater PHA accumulation under the N-deficient condition ($NH_4Cl$ 0.01 g/L) than the N-free (without $NH_4Cl$) condition after 96 h. C/N ratio of the rice straw hydrolysate was approximately 160:1, based on the glucose content, and this accumulated $0.36{\pm}0.0033g/L$ PHA with PHA content of $21{\pm}3.1%$ after 12 h. Since external C or N source addition for C/N ratio adjustment increases production cost, an appropriate accumulation period may be used for PHA accumulation from organic wastes, based on the PHA accumulation patterns observed at various C/N ratios and C and N concentrations.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권3호
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• pp.382-391
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• 2019

Many poultry eggs are discarded worldwide because of infection (i.e., avian flu) or presence of high levels of pesticides. The possibility of adopting egg yolk as a source material to produce polyhydroxyalkanoate (PHA) biopolymer was examined in this study. Cupriavidus necator Re2133/pCB81 was used for the production of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) or poly(3HHx), a polymer that would normally require long-chain fatty acids as carbon feedstocks for the incorporation of 3HHx monomers. The optimal medium contained 5% egg yolk oil and ammonium nitrate as a nitrogen source, with a carbon/nitrogen (C/N) ratio of 20. Time course monitoring using the optimized medium was conducted for 5 days. Biomass production was 13.1 g/l, with 43.7% co-polymer content. Comparison with other studies using plant oils and the current study using egg yolk oil revealed similar polymer yields. Thus, discarded egg yolks could be a potential source of PHA.

• 대한환경공학회지
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• 제30권11호
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• pp.1161-1169
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• 2008

생물학적 처리방법인 biofiltration을 이용하여 1차 기질 toluene의 존재여부에 따른 TCE와 PCE의 제거율을 비교하였다. 그리고 TCE와 PCE의 제거과정에 관련된 미생물의 군집변화를 조사하였다. TCE와 PCE혼합증기 제거율을 순치시킨 슬러지를 메디아 표면에 부착한 biofilter B를 이용해서 1차 기질로서 toluene증기 공급이 없는 상태에서 TCE/PCE 혼합증기제거율을 조사하고 또한 toluene증기로 순치시킨 슬러지를 부착한 별도의 biofliter A에서 1차 기질로서 toluene증기를 공급하는 상태에서 TCE/PCE 혼합증기의 제거율을 조사한 결과 (i) biofilter운전초기에는 PCE제거율이 TCE제거율보다 현저히 높지만, biofilter운전 지속기간의 증가에 따라 두 물질의 제거율이 증가하다가 나중에는 두 가지 물질의 제거수준이 비슷해진 상태에서 정체되는 경향이 있고, 1차 기질로서 toluene증기를 공급하지 않은 경우가 공급한 경우보다 현저히 TCE/PCE 제거율이 높으며, 두 물질의 생물여과에 의한 제거율이 동등수준에 도달하는 시간이 1차 기질을 공급하는 경우에 공급하지 않는 경우보다 빠르게 도달하였다. 이 실험은 (ii)일부의 toluene 분해 미생물이 TCE와 PCE 증기 등 염소화 휘발성 유기물 증기의 분해에도 관여하고, TCE/PCE 증기의 생물학적 저감과정에서 공동대사가 반드시 필요하지는 않는 것임을 시사한다. DGGE밴드의 16S rDNA의 염기서열을 결정한 결과 (i) uncultured alpha proteobacterium, uncultured Desulfitobacterium sp., uncultured Rhodobacteraceae bacterium, Cupriavidus necator, Pseudomonas putida 등이 toluene 분해 미생물들이었고 (ii) alpha proteobacterium HTCC396이 TCE 제거미생물이고, (iii) Desulfitobacterium sp.이 PCE 분해에 관여하는 것으로 추정된다. (iv) 특히 uncultured Desulfitobacterium sp.은 toluene뿐만 아니라 다양한 염소계 화합물을 제거시킬 수 있는 미생물임이 확인되었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제32권1호
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• pp.110-116
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• 2022

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are emerging as alternatives to plastics by replacing fossil fuels with renewable raw substrates. Herein, we present the construction of engineered Escherichia coli strains to produce short-chain-length PHAs (scl-PHAs), including the monomers 4-hydroxyvalerate (4HV) and 3-hydroxyvalerate (3HV) produced from levulinic acid (LA). First, an E. coli strain expressing genes (lvaEDABC) from the LA metabolic pathway of Pseudomonas putida KT2440 was constructed to generate 4HV-CoA and 3HV-CoA. Second, both PhaAB enzymes from Cupriavidus necator H16 were expressed to supply 3-hydroxybutyrate (3HB)-CoA from acetyl-CoA. Finally, PHA synthase (PhaC_Cv) from Chromobacterium violaceum was introduced for the subsequent polymerization of these three monomers. The resulting E. coli strains produced four PHAs (w/w% of dry cell weight): 9.1 wt% P(4HV), 1.7 wt% P(3HV-co-4HV), 24.2 wt% P(3HB-co-4HV), and 35.6 wt% P(3HB-co-3HV-co-4HV).

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제34권3호
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• pp.700-709
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• 2024

Polyhydroxybutyrate (PHB) production from lignocellulosic biomass is economically beneficial. Because lignocellulosic biomass is a mixture rich in glucose and xylose, Escherichia coli, which prefers glucose, needs to overcome glucose repression for efficient biosugar use. To avoid glucose repression, here, we overexpressed a xylose regulator (xylR) in an E. coli strain expressing bktB, phaB, and phaC from Cupriavidus necator and evaluated the effect of xylR on PHB production. XylR overexpression increased xylose consumption from 0% to 46.53% and produced 4.45-fold more PHB than the control strain without xylR in a 1% sugar mixture of glucose and xylose (1:1). When the xylR-overexpressed strain was applied to sugars from lignocellulosic biomass, cell growth and PHB production of the strain showed a 4.7-fold increase from the control strain, yielding 2.58 ± 0.02 g/l PHB and 4.43 ± 0.28 g/l dry cell weight in a 1% hydrolysate mixture. XylR overexpression increased the expression of xylose operon genes by up to 1.7-fold. Moreover, the effect of xylR was substantially different in various E. coli strains. Overall, the results showed the effect of xylR overexpression on PHB production in a non-native PHB producer and the possible application of xylR for xylose utilization in E. coli.