Yeast cells of a fusant strain constructed by protoplast fusion of Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces frugilis were immobilized on calcium alginate beads. The increment of the ethanol tolerance of this strain to 8.0%, when compared with the parent K, fragilis, was confirmed. Based on the results from jar fermentation, a packed-bed reactor of theh immobilized yeast cells was operated. The optimal performance of the immobilized yeast reactor for ethanol production was achieved when supplying 10% lactose (suplemented 1.0% yeast extract) at a temperature of 30.deg.C. The maximal ethanol productivity was obtained as 13.3 g/I/hr at a dilution rate of $0.76 hr^{-1}$.
The fermentative characteristics in ethanol production from lactose, with increased ethanol tolerance, of a fusant yeast strain constructed by protoplast fusion of Saccharomyces cerevisiae and Kluyveromyces fragilis were studied. The ethanol tolerance of this strain was increased to 8.0%, compared with the parent K. fragilis. During batch ethanol fermentation the optimal cultivation conditions for this fusant yeast were an initial pH of 4.5, a culture temperature $30^\circ{C}$. stirring at 100 rpm without aeration in 10% lactose medium (supplied with 1.0% yeast extract). Using this fusant strain in whey fermentation to ethanol, maximum ethanol production reached 3.41% (w/v) (theoretical yield; 66.7%) after a 48 hour cultivation period.
$30^{\circ}C$에서 에탄올 발효력이 우수한 Saccharomyces carlsbergensis와 $42^{\circ}C$에서 성장력이 우수한 Kluyveromyces maxianus를 원형질체 융합을 통하여 고온에서도 발효력이 우수한 효모 균주를 개발하고자 하였다. 원형질체 융합을 위해 원형질체 형성율의 최적 조건을 조사하였는데, 두 균주 모 두 삼투안정제는 1.2M KCl, 세포벽 분해 효소의 농도와 처리 시간은 각각 200 (unit/ml)와 90분으로 동일하였고, 전처리용액으로서 EDTA와 mercaptoethanol의 농도, 그리고 최적 pH는 두 균주가 차이를 보여 S. carlsbergensis가 각각 10-20 mM/ml, $4.0\mu$l/ml, 그리고 7.0이었고, K. marxianus의 경우 20mM/ml, 2.5-4 $\mu$l/ml, 그리고 8.0이었다. 원형질체 형성을 위한 최적 조건하에서 원형질체 형성을 S. carlsbergensis의 경우 92.94%, K marxianus는 98%였으며, 두 균주의 원형질체 융합율은 $1.4\times10^{-6}-4.8$\times10^{-7}$으로 나타났다. 두 균주를 융합시킨 결과 SG배지$ 30^{\circ}C$에서 6-8일 배양 후에 27주의 융합주들을 획득하였고, 이 중에서$ 42^{\circ}C$에서 성장을 보인 융합주는 6주이었다. $42^{\circ}C$ 그리고 16%(w/v) 포도당이 함유된ㄴ 배지에서 3일 발효 후 모균주들이 3.2-3.4%(w/v)의 에탄올을 생산하였는데 비해 융합주 SK41-4와 SK53-22는 같은 조건에서 모두 5.2%(w/v)의 에탄올을 생산하였다. 고온내성에 대한 안정성을 조사한 결과, SK53-22 경우 세포 분열이 거듭됨에 따라 안정성이 감소하였으나, SK41-4는 30세대 세포분열 후 100.0%로서 안정성이 매우 높았다.
섬유성 당화액에서의 ethanol 생산에 적합한 균류를 개발할 목적으로 Candida sp. KM-09-135와 Saccharomyces cerevisiae SM-07의 이속간의 원형질체 융합을 행하여 우수한 융합체로 인정된 KMS-23 균주를 얻었다. 융합주 KMS-23은 37'C에서 생육 및 ethanol 생성능이 가장 좋았고, 발효당으로 xylose, cellobiose, maltose 및 raffinose도 이용하였다. 세포의 크기는 KM-09-135 및 SM-07에 비해 각각 1.2배, 1.5배 증가하였으나 DNA 함량은 약간의 증가만 보여 완전한 2배체의 융합주가 아닌 것으로 나타났다. 환원당으로서 6.44(w/v)의 당을 함유한 밀기울 당화액에서 융합주 KMS-23은 동일조건하에서 KM-09-135보다 약 1.3배 높은 2.57(v/v)의 ethanol을 생산하였다.
전분 분해능이 있는 담자균성 효모, Filohasidium capsuligenum의 종내 및 Saccharomyces cerevisiae와의 속간 원형질체융합을 시도하였다. F capsuligenum CBS 6122-2의 종내 융합율은 각각 $2.9\times10^{-3}$ (ade+mel trp), $8.5\times10^{-3}$(ade+met)이고, F. capsuligemum CBS 4381 (cys his)과 S.cerevisiae 262-12-1 (hom3 thr1), X2180-1A (ade thr)와의 속간 융합율은 각각 $8.8\times10^{-6}$, $9.5\times10^{-4}$이었다. DNA 정량, 핵 염색, 자외선 조사에 따른 생존력 비교 그리고 형질 분리 분석 결과 등을 통해 종내와 속간에서 핵 융합이 일어난 것을 알 수 있었다. 또한, 종내 융합체의 경우 세포당 $\alpha$-amylase와 glucoamylase 생성능이 양천형에 비해 1.6-2.1배의 증진 효과가 있었다.
새로운 alcohol발효성 효모 균주 개발을 목적으로 S. diastaticus 와 C. tropicalis간의 세포 융합을 하여 얻은 fusant의 성질에 대해서는 제3보$^{(10)}$에서 발표한 바이다. 본 보에서 는 fusant의 glucoamylase와 pullulanase activity와 glucoamylase의 성질 및 발효력을 조사하였다. glucoamylase activity는 parent보다 fusant가 1.5배 높은 활성을 나타내었고 pullulanase activity 역시 두배의 높은 활성을 나타내었다. glucoamylase의 성질을 조사한 바 온도, pH에서 비슷한 경향을 나타내었으며 발효력을 조사하기 위하여 정치법에서는 기질을 soluble starch로 한 것 보다 liquefied potato starch에서 alcohol 생성력이 2배 증가되었으며 발효력 또한 더 나았다. 15% 액화한 potato starch를 기질로하여 jar-fermenter에서 발효시켰을 때 당화율 94%에서 생성된 alcohol이 7.8% (v/v)이고 소비된 당에 대한 발효율은 78%였다.
원형질체 융합을 통하여 육성한 killer 효모 융합주 FWKS 260 의 killer toxin 을 ammonium sulfate fractionation, Amicon PM 10 concentration, Sephadex G-200 및 Sephadex G-75 column chromatography 를 행하여 정제한 결과 단일 단백질 band 를 보여 순수하게 정제되었음을 알 수 있었고, 단백질 분해효소를 처리한 결과 killer 활성이 소실되어 killer toxin 의 단백질 부분이 killer 활성을 나타냄을 알 수 있었다. 그리고 이 toxin 은 20.deg.C 에서는 거의 안정하였으나, 온도가 증가함에 따라 점차 활성이 소실되었고, pH 2.0-5.0 에서 비교적 안정하였다. 한편, SDS-polyacrylamide gel electrophoresis 결과 분자량은 약 13.000 임을 알 수 있었고, SDS polyacrylamide gel electrophoresis 를 행한 후 Schiffs reagent 로 염색한 결과 붉은 단일 band 를 보여 정제된 killer toxin 은 glycoprotein 임을 확인 할 수 있었다.
Astaxanthin을 생산하는 효모 Phaffia rhodozyma로 부터 제조된 상보적 돌연변이 균주사이의 융합체에 대한 carotenoid 함량 및 성분을 분석하였으며, 몇가지 화학첨가물에 의한 이들의 색소 증진 효과를 조사하였다. 핵 융합이 확인된 융합체들은 완전배지에서 1년 또는 그 이상 계대 후에도 매우 안정 하였다. 그리고 이들의 astaxanthin 함량은 야생형 모균주의 그것에 비해 약 $2.0{\sim}3.0$배 이었다. 또한 화학첨가물(malt extract, abscisic acid, gibberellic acid, riboflavin)에 의한 색소 증진 효과는 l% malt extract와 1 mM abscisic acid 첨가시 대조구에 비교해 총 caretenoid 함량이 35%와 11%가 각각 증진되었고, 이와 반대로 5 mM gibberellic acid와 0.1 mM riboflavin첨가시 19%와 12%가 각각 감소되었다.
교배와 원형질체 융합을 통한 배수체인 야생형 산업균주의 개발을 위하여, hybrid의 선별표지로서 우성의 선별표지인 aureobasidin A 내성이 사용될 수 있는 지를 알아보고자 하였다. 선별배지에서 aureobasidin A의 최적농도는 야생형 균주인 경우 SD와 YPD 배지에서는 0.5 ${\mu}g$/mL 이상이었고, SG와 YPG에서는 0.2-0.3 ${\mu}g$/mL 이었다. 한편 호흡결여돌연변이주는 야생형 균주보다 훨씬 높은 농도의 aureobasidin A에도 내성이 있음을 나타내었다. 우리는 K114/YIP균주의 전분분해 능력이 배수체 야생형 산업 균주에 전달 될 수 있는지를 이 방법을 통하여 관찰하였다. 반수체 영양요구성 균주 K114/YIP에 aureobasidin에 대한 내성을 부여하는 pAUR112가 도입된 균주와 야생형 균주 KL 혹은 C6와의 rare-mating 후 aureobasidin A 함유 배지에서 성장한 hybrid를 분리할 수 있었다. Hybrid는 전분분해 능력을 함유하고 있었을 뿐 아니라 두 양친의 특성을 동시에 지녔으며, 전자현미경 관찰 결과에서도 hybrid는 양친주의 특성을 모두 갖는 것으로 나타났다.
For microbial production of acetaminophen, a popular analgesic-antipyretic from aniline, we screened various fungi and bacteria. And we succeeded to some extents in acetaminophen production by successful protoplast fusion between S. lividans and S. globisporus and also between S. rimosus and S. aureofaciens. However, more fertile results might be brought via performing the cloning of acetanilide p-hydroxylation genes of Streptomyces in yeast. This study was initiated to determine whether the acetanilide p-hydroxylase of Streptomyces is cytochrome P-450 species or non-heme iron protein species. The p-hydroxylationactivity on acetanilide in S. aureofaciens ATCC 10762 was found to be unstable on exposing to the air. However, 100,000xg supernatant of the cell free extracts which were prepared in $N_2$ atmosphere showed the p-hydroxylation activity. Characteristic absorption peak of cytochrome P-450 after reduction with dithionite and addition of CO was not observed in the region of 450nm. Moreover, metyrapone and 2, 6-dichloroindophenol did not affect this enzyme activity, but sodium azide, sodium cyanide, cupric sulfate, cadmium chloride, ${\alpha}$, ${\alpha}'-dipyridyl$, and o-phenanthroline reduced p-hydroxylase activity considerably. S. fradiae NRRL 2702 was shown to have strong p-hydroxylation activity in intact cells. This activity disappeared in its cell free extracts. In its 100,000xg supernatant, however, characteristic absorption peak of cytochrome P-450 after reduction with dithionite and addition of CO was observed at 446nm. Thus, the results herein presented suggest that acetanilide p-hydroxylase of Streptomyces aureofaciens is not related to cytochrome P-450 and may include non-heme iron protein for its activity. However, it is not clear whether acetanilide p-hydroxylase in S. fradiae belongs to the same category of S. aureofaciens.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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