• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권1호
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• pp.46-51
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• 2006

광합성 미생물을 이용하여 $CO_2$를 항산화성 카로티노이드를 다량 함유하고 있는 바이오매스로 전환하는 새로운 방법의 생물학적 $CO_2$ 저감 기술이 제시되었다. 본 연구에서 담수 녹색 미세 조류인 Haematococcus pluvialis가 광합성 미생물로 사용되었으며, 이 균주는 녹색의 성장 세포에서 적색의 포낭 세포로 전환될 때 2차 카로티노이드인 astaxanthin을 세포 내에 다량 축적하는 것으로 알려졌다. 균주의 이러한 특성을 이용하여 $CO_2$가 연속적으로 공급되는 광 반응기에서 자가 영양 배양 방식으로 $CO_2$ 고정화 및 그것을 통한 astaxanthin 생산 연구가 수행되었다. 녹색 성장 세포의 성장은 5％ $CO_2$ 공급 환경 및 기본 NIES-C 배지에서 최대로 이루어졌다. 적색 포낭 세포로 효과적인 전환을 위해 5％ $CO_2$ 주입과 강한 빛 조사로 이루어진 자가 영양 유도법을 적용하였으며, 이 공정을 통해 $9.6mg/L{\cdot}day$의 astaxanthin 생산성을 획득하였다. 이때 astaxanthin으로 전환되는 $CO_2$의 균주 내 고정화 속도는 $27.8mg/L{\cdot}day$로 나타났다. 본 연구를 통해 제시된 H. pluvialis를 이용한 자가 영양 배양, 유도 공정은 $CO_2$ 고정화뿐만 아니라 고부가 생리 물질 생산기능을 겸비하여 새로운 $CO_2$ 저감기술로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권1호
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• pp.194-199
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• 2009

우수한 항산화제로 알려진 astaxanthin을 함유한 H. pluvialis 균체로부터 작용기작이 상이한 exe형과 endo형의 단백질 분해 효소와 복합 다당류 분해 효소를 이용하여 식품용 haematococcus추출물을 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 조사하였다. 상업용 단백질 분해 효소로는 Alcalase (endo형)와 Flavourzyme (exe형)을 복합 다당류 분해효소로는 Viscozyme을 사용하였다. 단백질 분해 효소는 endo형과 exe형을 병용하는 것이 추출물의 astaxanthin 함량을 증가시켰다. Viscozyme과 함께 2종류의 단백질 분해 효소를 사용하는 경우에는 Alcalase와 Flavourzyme을 병용하여 1차로 처리한 후 Viscozyme을 2차로 사용하는 2단계 가수분해 방법이 적절하였다. 이 조건에서 astaxanthin 함량은 효소를 사용하지 않은 대조구에 비하여 320% ($529{\mu}g/g{\rightarrow}2,256{\mu}g/g$) 이상 향상되었다. 또한 DPPH법으로 조사한 항산화 활성은 astaxanthin 함량에 비례하여 증가하였으며, 1차로 Alcalase와 Flavourzyme을 병용하여 처리한 후 2차로 Viscozyme을 사용하는 조건에서 가장 우수하였다.

• ALGAE
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• 제28권2호
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• pp.193-202
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• 2013

Nitrogen availability and cell density each affects growth and cellular astaxanthin content of Haematococcus pluvialis, but possible combined effects of these two factors on the content and productivity of astaxanthin, especially under outdoor culture conditions, is less understood. In this study, the effects of the initial biomass densities IBDs of 0.1, 0.5, 0.8, 1.5, 2.7, 3.5, and 5.0 g $L^{-1}$ DW and initial nitrogen concentrations of 0, 4.4, 8.8, and 17.6 mM nitrate on growth and cellular astaxanthin content of H. pluvialis Flotow K-0084 were investigated in outdoor glass column photobioreactors in a batch culture mode. A low IBD of 0.1 g $L^{-1}$ DW led to photo-bleaching of the culture within 1-2 days. When the IBD was 0.5 g $L^{-1}$ and above, the rate at which the increase in biomass density and the astaxanthin content on a per cell basis was higher at lower IBD. When the IBD was optimal (i.e., 0.8 g $L^{-1}$), the maximum astaxanthin content of 3.8% of DW was obtained in the absence of nitrogen, whereas the maximum astaxanthin productivity of 16.0 mg $L^{-1}\;d^{-1}$ was obtained in the same IBD culture containing 4.4 mM nitrogen. The strategies for achieving maximum Haematococcus biomass productivity and for maximum cellular astaxanthin content are discussed.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제34권2호
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• pp.136-142
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• 2006

Haematococcus pluvialis는 astaxanthin을 많이 생산하는 미세조류로써 astaxanthin은 항산화제로 면역반응을 강화시켜주며 항암효과 등을 가지고 있다. 그런데 야생종의 낮은 생장속도와 astaxanthin의 생산에는 한계가 있기 때문에 이를 극복하기위해 돌연변이 방법을 사용하였다. 돌연변이 방법으로는 자외선 조사와 EMS와 colchicines 처리를 사용하여 야생종보다 colony가 크고 더 붉은 것은 선택하였다. 선별된 돌연변이들은 carotenoid 생합성과정을 억제하는 nicotine 과 diphenylamine을 이용하여 다시 선별하였다. 그때 생존율은 40-50%이었고 여기서 선별된 균주들을 다시 규모를 키워 배양한 결과 자외선 처리한 돌연변이인 U15-5가 야생종보다 세포당 total carotenold 생산량이 1.68배 증가하였고, colchicine 처리한 DS와 M4-3은 생장속도가 $20\sim30%$ 증가하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제19권11호
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• pp.1355-1363
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• 2009

In the present study, the neuroprotective effects of astaxanthin on $H_2O_2$-mediated apoptotic cell death, using cultured mouse neural progenitor cells (mNPCs), were investigated. To cause apoptotic cell death, mNPCs were pretreated with astaxanthin for 8 h and followed by treatment of 0.3 mM $H_2O_2$. Pretreatment of mNPCs with astaxanthin significantly inhibited $H_2O_2$-mediated apoptosis and induced cell growth in a dose-dependent manner. In Western blot analysis, astaxanthin-pretreated cells showed the activation of p-Akt, p-MEK, p-ERK, and Bcl-2, and the reduction of p-P38, p-SAPK/JNK, Bax, p-GSK3b, cytochrome c, caspase-3, and PARP. Because $H_2O_2$ triggers caspases activation, this study examined whether astaxanthin can inhibit caspases activation in $H_2O_2$-treated mNPCs. After $H_2O_2$ treatment, caspases activities were prominently increased, but astaxanthin pretreatment significantly inhibited $H_2O_2$-mediated caspases activation. Astaxanthin pretreatment also significantly recovered the ATP production ability of $H_2O_2$-treated cells. These findings indicate that astaxanthin inhibits $H_2O_2$-mediated apoptotic features in mNPCs. Inhibition assays with SB203580 ($10\;{\mu}M$, a specific inhibitor of p38) and PD98059 ($10\;{\mu}M$, a specific inhibitor of MEK) clearly showed that astaxanthin can inhibit $H_2O_2$-mediated apoptotic death via modulation of p38 and MEK signaling pathways.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제16권6호
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• pp.821-831
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• 2006

Unicellular green algae of the genus Haematococcus have been studied extensively as model organisms for secondary carotenoid accumulation. Upon environmental stress, such as strong irradiance or nitrogen deficiency, unicellular green algae of the genus Haematococcus accumulate secondary carotenoids in vesicles in the cytosol. Because secondary carotenoid accumulation occurs only upon specific environmental stimuli, there is speculation about the regulation of the biosynthetic pathway specific for secondary carotenogenesis. Because the carotenoid biosynthesis pathway is located both in the chloroplast and the cytosol, communication between both cellular compartments must be considered. Recently, the induction and regulation of astaxanthin biosynthesis in microalgae received considerable attention because of the increasing use of this secondary carotenoid as a source of pigmentation for fish aquaculture, as a component in cancer prevention, and as a free-radical quencher. This review summarizes the biosynthesis and regulation of the pathway, as well as the biotechnology of astaxanthin production in Haematococcus.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제16권8호
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• pp.1222-1228
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• 2006

Two kinds of Haematococcus pluvialis cells (green vegetative cells cultivated under optimal cell culture conditions and red cyst cells maintained under high light stress conditions to induce astaxanthin production) were used to investigate the protein expression profiles by two-dimensional electrophoresis, image analysis, and peptide mass fingerprinting. The cellular accumulation of astaxanthin was evident after exposure to high light intensity and reached the maximum cellular level after 78 h of high light stress. In a 2-D electrophoresis analysis, 22 proteins were upregulated over 2-fold in the red cyst cells when compared with the green vegetative cells and selected for further analysis by chemically assisted fragmentation (CAF)-MALDI-TOF sequencing to identify the protein functions. Among 22 different spots, several key enzymes specific to the carotenoid pathway, including isopentenyl pyrophosphate isomerase (IPP) and lycopene $\beta$-cyclase, appeared in H. pluvialis after exposure to high light intensity. Therefore, IPP and lycopene $\beta$-cyclase would appear to be involved with carotenoid accumulation in the cytoplasm, as these peptides were preferentially upregulated by high light intensity preceding an increase in carotenoid, and only these forms were detected in the red cyst cells.

• 생명과학회지
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• 제25권7호
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• pp.733-739
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• 2015

미세조류는 천연재생자원으로서 단순히 빛, 이산화탄소, 인 및 질소만이 존재하는 환경에서도 빠른 속도로 자라며 동시에 다양한 기본 화학물질(예를 들면 제약 및 식품산업에서 높은 부가가치를 창출 할 수 있는 비타민, 지방산, 카로티노이드 등)들을 생산한다. 본 연구에서는 생리활성물질을 생산하는 미세조류의 무균순수분리방법의 개발 및 미세조류 배양에 필요한 균체 생육도 측정법을 확립하고자 하였다. 미세조류에서 유용성분 추출을 위하여 항생제 혼합물 [ampicillin (100 ${\mu}g/ml$), streptomycin (10 ${\mu}g/ml$), chloramphenicol (10 ${\mu}g/ml$), penicillin (10 ${\mu}g/ml$), neomycin (50 ${\mu}g/ml$), gentamycin (50 ${\mu}g/ml$), kanamycin (10 ${\mu}g/ml$), nystatin (1.5 ${\mu}g/ml$)]을 이용한 결과 1-3%의 혼합 항생제의 농도범위에서 최적의 결과를 얻었으며 분광광도법을 이용한 균체생육도 측정법 또한 확립하였다. Haematococus lacustris 미세조류를 배양하여 astaxanthin을 추출하였으며, H. lacustris 배양액 1 ml로부터 얻은 astaxanthin의 농도는 $1.9{\times}10^{-3}{\mu}g/l$이었다. 따라서 개발된 무균 순수분리법을 이용하여 미세조류로부터 양질의 astaxanthin 및 유용성분들을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.

• KSBB Journal
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• 제15권2호
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• pp.125-133
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• 2000

Astaxanthin의 산업적인 생합성을 위하여 wild type인 P.rhodozyma B30 효모를 UV, NTG 등으로 돌연변이 처리하여 0.5 mM $\beta$-ionone이 포함된 선별배지에서 carotenoids 합성능력이 우수한 변이주 B76을 분리하였다. 변이주 B76은 wild type과 비교시 균체 생성능력은 큰 차이가 없었으나 carot-enoids 합성능력은 40% 이상, astaxanthin 합성능력은 50% 이상 향상되었다. 선별된 변이주 B76의 최적 발효배지 및 배양 조건 선정을 위한 플라스크 배양실험 결과 최적 탄소원으로 glucoserk, 최적 질소원은 CSL : (NH4)2SO4 : yeast extract = 6 : 2 : 0.1이 혼합된 배지가 선정되었다. C/N ratio는 1.7~2.0 범위에서 유사한 발효성능을 보았으며(산업적인 생산성을 고려하여 2.0을 최적으로 선정), 배양온도는 $22^{\circ}C$가 최적이었다. 초기 pH는 가장 높은 세포농도를 나타낸 6.0을 최적으로 하였다. 종균 접종량은 전반적으로 균체량과 carotenoids 합성능력에는 영향을 미치지 않았으며 산업적인 생산성을 고려하여 3%(v/v) 수준이 적절한 것으로 사료되었다. 이와 같이 플라스크 배양을 통해 확립된 최적 배지 및 배양조건을 기초로 5 L 발효조를 이용한 회분식 배양실험을 통해 탄소원의 최적 농도는 18%임을 확인하였다. 특히 B76 변이주는 22%(w/v)까지의 고농도 glucose 존재하에서는 catabolite rep-ression을 받지 않는 것으로 나타났다. 용존산소가 부족한 경우에는 균체성장 및 색소합성이 저해되었고, 따라서 통기속도 1.0 v/v/m, 교반속도 400 rpm 이상을 유지함이 필요하였다. B76 세포는 배양 3일차에 exponential phase에 진입한 후(최대 Yx/s = 0.37) 배양 4일차에 stationary phase에 도달하였다. Carotenoids 및 astaxanthin 생합성은 세포성장이 정지한 후인 배양 5일차에 급격하게 증가하는(최대 Yp/s = 1.08) 전형적인 mixed-growth-associated 형태를 나타냈다. 이는 exp-onential phase 동안 급격한 균체성장으로 용존산소가 부족하여 NADH balance에 의해 astaxanthin 생합성 경로 중 탈수소화 단계가 저해되기 때문으로 사료되었다. 최종 세포농도는 43.3 g/L, 단위부피당 carotenoids 함량은 149.4 mg/L, astaxanthin 함량은 110.6 mg/L로서 산업적인 생산성이 있는 것으로 나타났다. 이번 연구를 통하여 개발된 변이주 B76 및 이의 대량 발효를 위한 최종조건의 정립은 향후 astaxanthin의 산업적 생산공정에 필요한 기초자료로 이용될 것으로 기대된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제14권3호
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• pp.570-575
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• 2004

Three different strains of carotenoid accumulating XantlwphyUomyces dendrorhous mutants, JH1, JH2, and JH3, were isolated by NTG (N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine) mutagenesis, which might potentially be useful for animal feed as well as for studies on the regulation and biosynthesis of astaxanthin. Mutants were selected based on the capability of growth and carotenoid production on the YM agar plate containing chemical inhibitor, $\beta$-ionone. Astaxanthin-overproducing mutant JH1 produced 4.032 mg astaxanthinlg dry cell weight, and this value was about 15-folds higher than that of wild-type. $\beta$-Carotene-overproducing mutant JH2 produced 0.273 mg $\beta$-carotene/g dry cell weight, and this was 4-folds increase from that of wild-type. In contrast, JH3 was a white-colored mutant that was unable to produce carotenoid pigment.