Pseudomonas sp. HJ-2는 heptanoinc acid를 단일탄소원으로 이용하여 3-hydroxybutyrate (3HB),3-hydroxy-velerate (3HV) 및 3-hydroxybutyrate (3HHp)를 구성 단위체로 하는 고무탄성 polyhydroxyalkanoate (PHA)를 생합성한다. 이 미생물 고분자는 poly(3HB-co-3HV)공중합체와 poly(3HHp) 단일중합체로 이루어진 혼합물임이 밝혀졌다. 본 연구에서는 PHA가 고무탄성체로서의 성질을 유지하는데 필용한 단위체 조성과 HJ-2의 배양조건이 PHA의 생산 및 단위체 조성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 생합성된 PHA의 탄성률은 poly(3HHp)의 존재로 크게 감소되었으나, 3HV의 함량이 높은 poly(3HB-co-3HV) 자체도 최대변형률 740%로서 고무탄성체로서의 성질을 보였다. HJ-2의 생장 및 PHA 생합성은 탄소원인 heptanoic acid의 초기농도가 40mMdlfEo 가장 높았으나, 50mM의 농도에서는 큰 저해를 받았다. PHA 생합성은 질소와 인이 결핍된 조건에서 크게 증가되었다. 배양액의 pH 및 통기는 HJ-2로부터 생합성되는 PHA의 단위체 조성에 큰 영향을 주는 것으로 나타났다. pH 7.5에서 생합성되는 고분자는 poly(3HB-co-38% 3HV)인 반면에 pH8.0에서의 고분자는 3HHp가 95%를 차지하였다. 발효조의 교반속도를 달리한 실험의 결과 고분자 내 3HHp의 함량은 산소전달 속도가 높아질수록 증가하였다.
Alcaligenes sp. SH-69에서 탄소원의 고갈 또는 새로운 탄소원의 첨가시 포도당을 단일탄소원으로 하여 생합성된 poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) [poly(3HB-co-3HV)] 공중합체의 물질대사 변화 양상을 조사하였다. 회분배양 과정 중 탄소원이 고갈된 후에는 세포 내에 축척되었던 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 분해가 일어나 고분자 함량의 감소와 함께 무게평균 분자량도 감소하였다. 분해 과정 중에는 저분자량의 PHA에 비하여 상대적으로 고분자량의 PHA양이 크게 감소하여 평균 분자량 분포가 보다 낮은 방향으로 이동되는 양상을 보였다. 이에 반하여 1차 탄소원(기질)으로 사용된 포도당의 고갈 직후 2차 기질로서 포도당과 함께 3HV의 전구물질인 levulinic acid를 혼합기질로 첨가해 주었을 경우, 세포 건체량의 지속적인 증가와 아울러 3HV 함량이 높은 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 합성이 이루어졌다. 그러나 아세톤을 이용한 고분자의 분획 실험 결과, 2차 기질로부터의 poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 생합성과 1차 기질로부터 생합성된 공중합체의 분해가 동시에 일어나며, 또한 각 기질로부터 생합성된 고분자가 단지 3HV의 함량이 다른 poly(3HB-co-3HV) 공중합체임에도 불구하고 혼합물 형태로 존재하고 있음을 확인하였다.
For the production of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)(P(3HB-co-3HV)) from butyric acid and valeric acid, 10 strains of bacteria capable of producing P(3HB-co-3HV) were isolated from soil. Among them, the strain HJ-067 showed the best ability of producing P(3HB-co-3HV), and was indentified as a Azotobacter sp. For the production of P(3HB-co-3HV), the optimum concentrations of butyric and valeric acid were 3.0g/l, respectively. The most effective nitrogen source was $(NH_4)_{2}SO_4$ at an optimum concentration of 0.75g/l, which was equivalent to 21.36 in C/N ratio. Deficiency of the cationic metal ions ($Zn^{2+},\;Co^{2+},\;Mn^{2+}$) in the proguction medium had stimulating effect on P(3HB-co-3HV) accumulation, especially in the manganese. deficient medium. The optimum temperature for P(3HB-co-3HV) production was 27$^{\circ}C$ and the optimum initial pH was 7.0. Under the optimum conditions, 1.82g/l of P(3HB-co-3HV) and 3.00g/l of dry biomass were produced after 36 hour cultivation, and the P(3HB-co-3HV) yield and HV% were 60.60% (w/w), 15.92%, respectively.
Poly(3-Hydroxybutyrate-co3-Hydroxyvalerate), poly(3HB-co-3HV), copolyesters with a variety of 3HV contents (ranging from 17 to $60\;mol\%$) were produced by Alcaligenes sp. MT-16 grown on a medium containing glucose and levulinic acid in various ratios, and the effects of hydrophilicity and crystallinity on the degradability of the copolyesters were evaluated. Measurements of thermo-mechanical properties and Fourier-transform infrared spectroscopy in the attenuated total reflectance revealed that the hydrophilicity and crystallinity of poly(3HB-co-3HV) copolyesters decreased as 3HV content in the copolyester increased. When the prepared copolyester film samples were non-enzymatically hydrolysed in 0.01 N NaOH solution, the weights of all samples were found to have undergone no changes over a period of 20 weeks. In contrast, the copolyester film samples were degraded by the action of extracellular polyhydroxybutyrate depolymerase from Emericellopsis minima W2. The overall rate of weight loss was higher in the films containing higher amounts of 3HV, suggesting that the enzymatic degradation of the copolyester is more dependent on the crystallinity of the copolyester than on its hydrophilicity. Our results suggest that the degradability characteristics of poly(3HB-co-3HV) copolyesters, as well as their thermo-mechanical properties, are greatly influenced by the 3HV content in the copolyesters.
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.
R. eutropha 의 PHA 생합성 유전자를 포함하는 플라스미드 pSYLl07을 가진 재조합 대장균 GCSC6576 과 A. latus PHA 생합성 유전자를 포함하는 플라스미드 pJC4 한 가진 fadR atoC 돌연변이주 재조합 대장균 LS5218 의 유청으로부터 P(3HB- co -3HV) 합성을 비교하였다. 재조합 대장균 LS5218의 pH-stat 유가식 배양결괴 39 시간에 균체농도 31.8 g/L. P(3HB-co-3HV) 농도 10.6 g/L. P(3HB-co-3HV) 함량 33.4 wt%. 3HV 함량 6.26 mol%를 얻을 수 있었다.
Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate), poly(3HB-co-3HV), copolyesters, with 3-hydroxyvalerate (3HV) contents ranging from 17 to 60 mol%, were produced by Alcaligenes sp. MT-16, and their biocompatibility evaluated by the growth of Chinese hamster ovary (CHO) cells and the adsorption of blood proteins and platelets onto their film surfaces. The number of CHO cells that adhered to and grew on these films was higher with increasing 3HV content. In contrast, the tendency for blood proteins and platelets to adhere to the copolyester surfaces significantly decreased with increasing 3HV content. Examination of the surface morphology using atomic force microscopy revealed that the surface roughness was an important factor in determining the biocompatibility of theses copolyesters. The results obtained in this study suggest that poly(3HB-co-3HV) copolyesters, with >30 mol% 3HV, may be useful in biocompatible biomedical applications.
Since the enzymatic degradation of microbial poly[(R)-3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate] (P(3HB-co-3HV)) initially occurs by a surface erosion process, a degradation behavior could be controlled by the change of surface property. In order to control the rate of enzymatic degradation, plasma gas discharge and blending techniques were used to modify the surface of microbial P(3HB-co-3HV). The surface hydrophobic property of P(3HB-co-3HV) film was introduced by CF$_3$H plasma exposure. Also, the addition of small amount of polystyrene as a non-degradable polymer with lower surface energy to P(3HB-co-3HV) has been studied. The enzymatic degradation was carried out at 37 $^{\circ}C$ in 0.1 M potassium phosphate buffer (pH 7.4) in the presence of an extracellular PHB depolymerase purified from Alcaligenes facalis T1. Both results showed the significant retardation of enzymatic erosion due to the hydrophobicity and the enzyme inactivity of the fluorinated- and PS-enriched surface layers.
Five microorganisms capable of degrading an aromatic medium-chain-length polyhydroxyalkanoate ($PHA_{MCL}$), poly(3-hydroxy-5-phenylvalerate) (PHPV), were isolated from wastewater-treatment sludge. Among the isolates, JS02 showed degrading activity consistantly during several transfers. The isolate JS02 could hydrolyze another aromatic MCL copolyester, poly(3-hydroxy-5-phenoxyvalerate-co-3-hydroxy-7-phenoxyheptanoate), [P(5POHV-co-7POHH)], and other short-chain-length PHAs ($PHA_{SCL}) such as poly(3-hydroxybutyrate) [P3(HB)], poly(3-hydroxybutyrate-co-4-hydroxybutyrate) [P(3 HB-co-4 HB)], and poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) [P(3HB-co-3HV)] with relatively low activity. The culture supernatant of JS02 showed hydrolyzing activity for the p-nitrophenyl esters of fatty acids.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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