식물성 오일 또는 glycerol로부터 Ralstonia eutropha 여섯 균주의 polyhydroxyalkanoates (PHA) 합성 특성을 조사하였다. 탄소원으로 soybean oil, olive oil, 또는 glycerol 만을 공급시 poly(3-hydroxybutyrate) homopolymer가 생성되었으며, $\gamma$-butyrolactone 또는 pentanoic acid를 함께 공급시 poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) 또는 poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) copolymer가 각각 합성되었다. 최종 균체농도 및 PHA 함량면에서 최적인 균주는 R. eutropha KCTC 2662로 결정되었으며, 최적 기질인 soybean oil 20 g/L로부터 72 h에 균체농도 1.7~9.2 g/L, PHA 함량 70~92 wt%를 얻을 수 있었다.
미생물 합성 poly[(R)3-hydroxybutyrate]](P(3HB))의 알칼리 및 효소 분해거동을 단결정과 Langmuir 단분자막을 모델시스템으로 하여 연구하였다. 단결정의 초기효소 및 알칼리 분해거동은 단결정의 장축에 대해 수직방향(b축)으로 분해가 일어났고 용융점 이하의 온도에서 열처리 또한 단결정의 b축을 따라 봉우리 형태의 형태학적 변화를 관찰하였다. 이러한 결과는 라멜라 단결정은 b축을 따라 불규칙한 영역을 가지고 있음을 의미하고 효소분해가 불규칙한 영역에서 선호적으로 일어난다고 설명할 수 있다. 한편, P(3HB), 단분자막의 효소 및 알칼리 분해경향은 분해매체와 표면압력에 크게 의존하였다. 알칼리 분해의 경우 낮은 표면압력에서도 분해를 나타내는 반면 효소 분해는 높은 표면 압력 하에서 분해거동을 나타내었다. 이러한 현상은 분자수준의 크기인 알칼리 분해매체는 P(3HB) 단분자막과 좁은 접촉면적(낮은 표면압력)에서도 활성을 보이는 반면 크기가 큰 분해효소는 보다 큰 활성 접촉면적(높은 표면압력)을 필요로 하는 것으로 판단된다.
Ralstonia eutropha NCIMB 11599 and ATCC 17699 were grown, and their productions of poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) [P(3HB-co-4HB)] compared. In flask cultures of R. eutropha NCIMB 11599, cell concentration, P(3HB-co-4HB) concentration and polymer content decreased considerably with increases in the ${\gamma}-butyrolactone$ concentration, and the 4HB fraction was also very low (maximum 1.74 mol%). In fed-batch cultures of R. eutropha NCIMB 11599, glucose and ${\gamma}-butyrolactone$ were fed as the carbon sources, under a phosphate limitation strategy. When glucose was fed as the sole carbon source, with its concentration controlled using an on-line glucose analyzer, 86% of the P(3HB) homopolymer was obtained from 201g/L of cells. In a two-stage fed-batch culture, where the cell concentration was increased to 104g/L, with glucose fed in the first step and constant feeding of ${\gamma}-butyrolactone$, at 6g/h, in the second, final cell concentration at 67h was 106g/L, with a polymer content of 82%, while the 4HB fraction was only 0.7mol%. When the same feeding strategy was applied to the fedbatch culture of R. eutropha ATCC 17699, where the cell concentration was increased to 42 g/L, by feeding fructose in the first step and ${\gamma}-butyrolactone$ (1.5g/h) in the second, the final cell concentration, polymer content and 4HB fraction at 74h were 51g/L, 35% and 32 mol%, respectively. In summary, R. eutropha ATCC 17699 was better than R. eutropha NCIMB 11599 in terms of P(3HB-co-4HB) production with various 4HB fractions.
In the bio-synthesis of poly(3-hydroxybutyrate)(PHB), which is a kind of poly(3-hydroxyalkanoate)(PHA), aimed to control the low molecular weight of PHB and obtain a telechelic PHB. As a result of incubation of R. eutropha at $30^{\circ}C$ with ethylene glycol added as a chain transfer agent, PHB content on the dry cell weight increased up to 24h, however, it decreased after that, and the molecular weight of PHB increased from 9h to 12h, and then, decreased up to 72h. The decrease of the content and the molecular weight of PHB indicates that PHB was decomposed as an energy source in bacterial cells and was incorporated into metabolic pathways. $^1H-NMR$ of the obtained PHB after incubation for 72h was measured to determine the terminal groups of the PHB during incubation. As the results of $^1H-NMR$ measurement, the peaks derived from ethylene glycol in both terminals of PHB were observed. Which indicate that the terminal reaction was caused by the addition of ethylene glycol, and that telechelic PHB having hydroxyl group at the both terminals where molecular weight was controlled was successfully synthesized.
메탄올자화균이란 일탄소 화합물인 메탄올을 주탄소원 및 에너지원으로 이용할 수 있는 미생물을 말한다. Methylobacterium extorquens AM1은 serine cycle을 탄소대사경로로 이용하는 메탄올자화균 중에서도 가장 많이 연구가 진행된 균주이다. M. extorquens AM1의 poly 3-hydroxybutyrate (PHB) cycle은 EMCP (ethylmalonyl-CoA pathway), glyoxylate regeneration cycle, TCA cycle과 연결되어 있으며 EMCP 유래 유기산 또는 TCA 유기산을 생산하기 위해서는 PHB cycle로 흐르는 carbon flux의 차단이 필요하다. 이를 위해서 PHB 합성과 acetyl-CoA flux의 조절유전자로 알려져 있는 PhaR 유전자를 markerless gene deletion 방법을 이용해서 M. extorquens AM1에서 knockout했다. 결과적으로, knockout 균주인 ${\Delta}phaR$에서 야생종 대비 확연히 PHB granule이 줄어든 것이 확인되었다. Lag phase가 약 12 h 늦어졌지만, ${\Delta}phaR$은 야생종과 비슷한 세포성장과 메탄올소비 경향을 보임을 확인하였다.
Park, Sang-Kyu;Lee, Kang-Tae;Kim, Young-Baek;Rhee, Young-Ha
Journal of Microbiology
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제35권2호
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pp.127-133
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1997
Biosynthesis of polyhydroxybutyrate and copolymer consisting of 3-hydroxybutyrate and 3-hydroxyvalerate [poly(3HB-co-3HV)] by Bacillus thuringiensis R-510 grown with glucose or with mixtures of glucose and propionate was investigated. n-Alkanoic acids other than propionate were not precursors of 3HV units. The fraction of 3HV unit in the copolymer increased from 0 to 84 mol% of 3HV. Polymer yield decreased as the fraction of propionate was increased but the molecular weight distribution was not affected by the composition of carbon substrate. The minimum melting temperature (around 65.deg.C) of poly (3HB-co-3HV) copolymers was observed for the polymer bearing approximately 35 mol% of 3HV. Polyhydroxyalkanoates production by this organism was not dependent on nutritional limitation, but remarkably influenced by dissolved oxygen concentration in the culture medium. Low level of dissolved oxygen concentration prevented spore formation in the cells and stimulated the synthesis of polyhydroxyalkanoate. The composition of poly (3HB-co-3HV) produced by B. thuringiensis R-510 lyhydroxyalkanoate. The composition of poly(3HB-co-3HV) propduced by B. thuringiensis R-510 varied according to the growth time. However, there was no evidence that polymers isolated from cells were mixtures of immiscible polymers.
Topological changes caused by the alkaline and enzymatic attacks of solution-grown, chain-folded lamellar crystals (SGCs) of poly[(R)-3-hydroxybutyrate] P(3HB) have been studied in order to investigate the chain-folding structure in P(3HB) crystal regions. NaOH and an extracellular PHB depolymerase purified from Alcaligenes faecalis T1 were used for alkaline and enzymatic hydrolysis, respectively. The measurements were performed on crystals attached to a substrate which is inactive to degradation mediums. Both alkaline and enzymatic attacks lead to a breakup of the lamellar crystals along the crystallographic b-axis during initial erosion. Since hydrolysis preferentially occurs in amorphous regions, this morphological result reflects relatively loosely packed chains in core parts of lamellar crystals. Additionally, it was supported by the ridge formation along the b-axis in the lamellar crystals after thermal treatment at a low temperature because of the thermally sensitive nature of the loosely packed chains in lamellar crystals. However, the alkaline hydrolysis accompanied the chain erosions or scissions in quasi-regular folded lamellar surfaces due to smaller size of alkaline ions in comparison to the enzyme, resulting in the decrease of molecular weight.
미생물 합성 고분자인 poly(hydroxylalkanoate)s (PHAs)의 초기효소분해는 표면침식의 메커니즘으로 진행하므로 이들의 분해거동은 표면특성을 개질로서 조절할 수 있다. 본 연구에서는 효소분해속도를 조절하기 위하여 플라즈마 기법을 PHAs 표면특성의 개질에 적용하였다. $CF_3H$와 $O_2$ 플라즈마를 사용하여 재료 표면에 각각 소수성 및 친수성을 부여하였다. 효소분해 실험은 pH 7.4의 0.1 M potassium phosphate 완충용액에서 Alcaligenes facalis T1에서 정제된 poly(hydroxybutyrate) 분해효소를 첨가하여 행하였다. $CF_3H$ 플라즈마 처리된 시편의 경우 표면 층의 불소화에 따른 소수성의 증가와 분해 효소에 대한 비활성으로 초기분해 속도가 상당히 지연됨을 관찰하였으나 $O_2$ 플라즈마 처리에 의한 표면 친수성은 분해속도의 촉진 등에 큰 영향을 미치지 않았다.
The community escape response of Rhodobacter sphaeroides is exerted through the action of CerR and CerI, which code for a LuxR-type regulatory protein and acylhomoserine lactone synthase, respectively. Deletion of chromosomal DNA including cerR and cerI (mutant RI) or insertional interruption of cert (mutant AP3) resulted in two-fold increase in the cellular poly-${\beta}$-hydroxybutyrate (PHB) content In comparison with the wild-type under aerobic growth conditions. The PHB synthase (PhbC) activities of the cer mutants were doubled, and the enzyme expression was regulated at the level of phbC transcription. Thus, CerR, possibly in response to autoinducer (AI), appears to modulate the PHB content of aerobically grown cells by downregulating phbC transcription.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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