Acetobacter xylinum A TCC 23769에 의한 미생물 생룰로오스의 생산을 위한 최적배지가 개발되었다. 미생물생룰로오스의 생산을 위한 각 영양성분의 최 척농도는 리터당 10 g peptone, 20 g yeast extract, 5g glucose, 1.56 g $Na_2HPO_4$, 1.8 g$KH_2PO_4$, 0.05 g $MaSO_4$, 0.002g $FeCl_3$, 5 g citric acid 그리고 10 mL ethanol로 결정되었다. 개발된 배지에서 수득한 생룰로오스의 생산성은 구연산과 에탄융의 상승효과 로 정치배양시 보고된 결과보다 매우 높은 포도당 단위그람당 0.446 그람이었다. 개발된 배지에서 정치배양시 세포성장 빛 셀룰로오스의 생산 또한 조사 되었다.
수산식품에서 문제가 되는 식중독 균인 V. parahaemolyticus를 대상으로 온도, pH 및 초기균수에 따른 균의 성장 실험 결과를 데이터베이스화하여 이를 바탕으로 균의 성장을 정량적으로 평가할 수 있는 수학적 모델을 개발하였다. $1.0{\times}10^{2},\;1.0{\times}10^{3},\;1.0{\times}10^{4}\;CFU/mL$의 각 초기균수 조건에서 실험치와 예측치의 상관계수는 각각 0.966, 0.979, 0.965으로 나타났다. 또한, 초기균수를 고려하지 않은 모델식은 상관계수가 0.966으로 다음과 같이 나타났다. Polynomial model: $$k=1.10{\cdot}\exp(-0.5(((T-34.14)/9.09)^{2}+((pH-6.59)/4.68)^{2}))$$ 균의 증식 지표치인 최대증식속도상수 k는 온도에 지배적인 영향을 받았으며, pH 및 초기균수에 따른 유의적인 차이는 없었으므로 (P>0.05), k와 온도와의 관계식인 square root model로 나타내었다. Square root model: $${\sqrt{k}\;0.06(T-9.55)[1-\exp(0.07(T-49.98))]$$ V. parahaemolyticus의 경우, square root model에 의한 실험치와 예측치의 상관계수는 0.977로 polynomial model보다 높은 적용성을 나타내었다.
복분자 와인의 제조를 위하여 복분자 과실 및 엑기스로부터 야생효모 Saccharomyces cerevisiae BA29를 분리 및 동정하였으며, 생화학적 특성 및 biogenic amine 생성 여부, 배양학적 특성 및 알코올 발효능과 알코올, 당, 아황산 저항성을 조사하였다. 또한 S. cerevisiae BA29의 산업적 공정 적용을 위한 균체량 증가를 위하여 통계학적 방법인 반응표면분석법을 사용하여 배양 배지 조성의 최적화를 수행하였다. 실험계획법은 중심합성계획을 사용하여 모델을 설정하였고, 산업적 공정 적용 시 비용 대비 효율성이 높은 molasses를 대체 탄소원으로 사용하여 실험을 수행하였다. 통계프로그램을 이용하여 분석한 결과 최대 균체 성장을 위한 배지 조성으로는 molasses 200 g/L, peptone 30 g/L, yeast extract 40 g/L로 예측되었으며, 이때의 최대 균체량은 20.6565 g/L로 예측되었다. 모델의 검증실험 결과 기본 배양 배지와 비교하였을 때 6.39 g/L에서 $20.9167{\pm}0.7925g/L$로 약 3.27배 증가하였다. 최종적으로 S. cerevisiae BA29를 사용하여 복분자 와인을 제조한 결과 20.33%의 알코올 생성능을 나타냈다. 이로써 복분자 과실로부터 분리한 효모 S. cerevisiae BA29를 이용한 우수한 복분자 와인 제조의 가능성을 확인하였다.
약 100년 전에 박테리아가 암을 억제한다는 보고를 바탕으로 다양한 미생물이 항암효과를 가지는 백신 개발에 이용되거나 또는 미생물의 세포 밖 독소 단백질을 찾아내고 있다. Psuedomonas aeruginosa exotoxin A(ETA)는 암세포에서 세포성장을 억제하고 세포 죽음을 유발하는 것으로 알려져 있다. 하지만 ETA가 세포 자멸사를 유도하는 정확한 기전은 아직 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 세포자멸사의 유도를 확인하기 위해 K562 cell을 이용하여 세포의 형태학적 변화, 세포독성, Annexin-V binding assay 그리고 세포주기를 분석하였으며, 그 결과로 ETA는 K-562세포에서의 세포증식과 성장을 억제하였고, 세포자멸사 기작을 통한 K-562 암세포의 사멸을 일으켰음을 관찰하였다. 또한 flow cytometric analysis에서는 ETA가 세포주기 중 특히 sub-G1 기를 정지시키는 것으로 나타났다. 본 연구는 ETA가 인간 백혈병 K-562 암세포의 세포성장을 억제하고 sub-G1 기를 정지시킴으로서 세포자멸사를 유도하고 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 합성가스를 기질로 Clostridium ljungdahlii를 생물촉매로 바이오에탄올을 생산하는 공정을 개발하고, pH가 미생물 성장 및 에탄올 생산에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 초기 pH 조건(pH 5~8)에서 pH제어 없이 발효실험을 수행한 결과, 부산물인 acetic acid의 축적에 따라 모든 조건에서 24 h 이내에 pH 4.5 이하로 감소되고 미생물의 성장과 에탄올 생산이 중단되는 것을 확인하였다. 사용된 pH 조건 중에서 가장 높은 초기 pH 8의 경우가 가장 높은 미생물 성장과 에탄올 생산량(0.53 g/L)을 보였으며, 이는 상대적으로 pH의 감소가 늦게 일어나기 때문으로 생각된다. pH를 제어할 수 있는 생물반응기를 사용하여 pH 7로 유지시키며 생물공정을 운전한 결과, 최대 미생물 농도 1.65 g/L과 최대 에탄올 농도 1.43 g/L를 24 h 이내에 얻을 수 있었으며, 이는 pH를 중성영역에서 유지할 경우 C. ljungdahlii의 성장을 최대화할 수 있고, growth-associated production의 특성을 보이는 에탄올의 생산량을 최대화할 수 있는 것을 확인시켜준다.
Plant biomass, or lignocellulose, is one of the most abundant natural resources on earth. Lignocellulosic biomass, such as agricultural and forestry residue, serves as a renewable feedstock for microbial cell factories due to its low price and abundant availability. However, the recalcitrance of lignocellulosic biomass requires a pretreatment process prior to microbial fermentation, from which fermentable sugars including xylose and glucose are generated along with various inhibitory compounds. The presence of furan derivatives, such as 5-hydroxymethyl-2-furaldehyde and 2-furaldehyde (furfural), hampers the microbial conversion of lignocellulosic biomass into value-added commodities. In this study, furfural tolerance was improved by investigating the detoxification mechanism in non-model yeast. The genes encoding aldehyde dehydrogenases were overexpressed to enhance furfural tolerance and resulted in improving cell growth and lipid production that can be converted into biofuel. Taken together, this approach contributes to the understanding of the reducing toxicity mechanism of furfural by the aldehyde dehydrogenases and provides a promising strategy that the use of microorganism as an industrial workhorse to treat efficiently lignocellulosic biomass as sustainable plant derivatives.
소목추출물을 제조하여 가축질병에 관련이 있는 균에 대한 항균활성을 조사하였다. 소목추출물은 그람양성균에 대해 높은 항균활성을 보였으며 그 중 S. epidermidis에서 가장 높은 항균활성을 보였다. 소목추출물의 최소저해농도는 MeOH추출물은 0.8∼16 mg/ml 범위였으며 EtOH츤출물은 0.8∼10 mg/ml농도에서 항균활성을 보였으며 소목 분회물의 항균활성은 EtOAc층이 가장 높은 활성을 나타냈다. 열에 의한 항균활성 변화에 있어서는 대부분의 균주에서 항균력은 안정적이며 pH에 의한 항균활성의 변화에서 S.aureus와 Sal. typhimurum에서 산 처리 시 감소하는 경향을 보였으나 대부분의 균주에서 안정적이었다. 소목 추출물의 미생물증식억제 효과를 조사하기 위해 증식배지에 0, 100, 300및 500 ppm의 추출물을 첨가하여 균주의 증식 억제효과를 조사하였다. 그람양성균인 S. aureus 와 S. epidermidis는 첨가농도에 관계없이 배양 후 72시간까지 증식이 정지된 상태를 보였으며 그람 음성균에서는 100ppm이상 첨가 시 증식이 저지되거나 억제효과가 있었다. 이런 결과를 종합하면 소목 추출물은 그람음성균에 비해 그람양성균에 더욱 효과적인 항균활성이 있다고 보여 진다.
까나리 액젓 부산물의 자원화를 위한 연구의 일환으로 까나리 액젓부산물을 건조, 분쇄하여 미생물 배지로의 활용 가능성을 조사하였다. 조사 균주로는 Escherichia coli$(Gram^-)$, Bacillus subtilis$(Gram^+)$ 발광미생물인 Photobacterium phosphoreum을 이용하였으며, 기준 LB 배지와 비교 분석하였다. 일반적으로 까나리 액젓부산물 배지는 E. coli나 B. subtilis와 같은 미생물에 필요한 일부 성분이 LB 배지에 비해 부족함을 보였다. 탄소원은 까나리 부산물 자체에 충분한 것으로 나타났으며, growth factor yeast extract 0.5%를 까나리 액젓부산물배지에 첨가하거나, 단백질원인 0.5% peptone과 0.3%의 yeast extract 혼합물을 보강한 까나리 액젓 부산물배지에서는 LB 배지와 같은 세포증식을 보였으며 각 까나리 액젓부산물배지의 제조단가는 LB 배지 조성단가의 46%, 19% 정도로 매우 저렴하였다. 또한 P. phosphoreum은 까나리 부산물 배지에 염과 glycerol을 첨가한 결과 생체발광을 보였다. 따라서 폐기 처분되고 있는 까나리 액젓부산물을 미생물배지로의 자원화와 환경오염문제를 해결할 수 있는 가능성을 제시하였다.
The use of microbial extracts containing plant hormones is a promising technique to improve crop growth. Little is known about the effect of bacterial cell-free extracts on plant growth promotion. This study, based on phytohormonal analyses, aimed at exploring the potential mechanisms by which Enterococcus faecium LKE12 enhances plant growth in oriental melon. A bacterial strain, LKE12, was isolated from soil, and further identified as E. faecium by 16S rDNA sequencing and phylogenetic analysis. The plant growth-promoting ability of an LKE12 bacterial culture was tested in a gibberellin (GA)-deficient rice dwarf mutant (waito-C) and a normal GA biosynthesis rice cultivar (Hwayongbyeo). E. faecium LKE12 significantly improved the length and biomass of rice shoots in both normal and dwarf cultivars through the secretion of an array of gibberellins (GA1, GA3, GA7, GA8, GA9, GA12, GA19, GA20, GA24, and GA53), as well as indole-3-acetic acid (IAA). To the best of our knowledge, this is the first study indicating that E. faecium can produce GAs. Increases in shoot and root lengths, plant fresh weight, and chlorophyll content promoted by E. faecium LKE12 and its cell-free extract inoculated in oriental melon plants revealed a favorable interaction of E. faecium LKE12 with plants. Higher plant growth rates and nutrient contents of magnesium, calcium, sodium, iron, manganese, silicon, zinc, and nitrogen were found in cell-free extract-treated plants than in control plants. The results of the current study suggest that E. faecium LKE12 promotes plant growth by producing GAs and IAA; interestingly, the exogenous application of its cell-free culture extract can be a potential strategy to accelerate plant growth.
Cholesterol로부터 미생물전환 방법에 의한 4-androstene-3,17-dione(AD)의 생성에 대해 연구를 수행했다. 발효액중에 cholesterol의 용해도를 증가시키기 위해 ethanol을 용매로 사용하였는데, ethanol 농도가 2%(v/v)까지는 세균성장이 크게 저해되지 않았다. 미생물전환은 pH를 7.0으로 조절하고, 초기대수 증식기에 cholesterol을 첨가했을 때 효율적으로 AD가 생성되었다. AD 생성을 높이기 위해 cholesterol 첨가방법을 여러 가지로 변환시켰다. 즉, 최종 cholesterol 농도를 0.1% 하여 ethanol에 녹여 간헐적으로 첨가했을 때 가장 높은 수율을 얻었다. Cholesterol을 세번(전체 3g/$\ell$) 첨가했을 때 최종 전환수율이 65%에 도달한 반면, 같은 양의 cholesterol (3g/$\ell$)을 한번에 넣었을 때 40%의 생성수율을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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