• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제10권4호
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• pp.564-567
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• 2000

A recombinant Saccharomyces cerevisiae, transformed with the genes encoding xylose reductase (XYL1) and xylitol dehydrogenase (XYL2) orginated from Pichia stipitis CBS 5776, was developed to directly convert xylose to ethanol. A fed-batch fermentation with the recombinant yeast produced 8.7 g ethanol/l with a yield of 0.13 g ethanol/g xylose consumed.

• 생명과학회지
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• 제27권12호
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• pp.1403-1409
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• 2017

본 연구에서는 lignocellulosic biomass (xylose)의 부가가치를 높이고 효율적인 활용을 위해 xylitol dehydrogenase를 Saccharomyces cerevisiae 숙주세포에서 분비 생산하고자 하였다. 먼저 S. cerevisiae와 Pichia stipitis유래 XYL2 유전자(S.XYL2 and P.XYL2 gene)의 발현 시스템을 구축하기 위하여 GAL10 promoter와 ADH1 promoter 하류에 각각 mating factor ${\alpha}$ ($MF{\alpha}$) signal sequence와 XYL2유전자를 가진 $pGMF{\alpha}-S.XYL2$, $pGMF{\alpha}-P.XYL2$, $pAMF{\alpha}-S.XYL2$와 $pAMF{\alpha}-P.XYL2$ plasmid를 구축하였다. 각각의 plasmid는 S. cerevisiae $SEY2102{\Delta}trp1$ 균주에 형질전환되었고, 생산된 xylitol dehydrogenase의 활성을 조사해 본 결과, GAL10 promoter가 ADH1 promoter보다 XYL2유전자의 발현에 더욱 적합함을 확인 할 수 있었다. 또한 P. stipitis 유래의 xylitol dehydrogenase 효소 활성이 S. cerevisiae 유래의 효소 활성보다 2배 이상 더 높았으며, 활성의 증가를 위해 두 유전자 모두 cofactor로 $NAD^+$에 의존한다는 것을 확인하였다. 재조합 유전자가 가지는 분비서열에 의해 $SEY2102{\Delta}trp1/pGMF{\alpha}-P.XYL2$ 균주에서 xylitol dehydrogenase의 약 77%는 periplasmic space로 분비 발현되었음을 알 수 있었다. 또한 재조합 xylitol dehydrogenase의 효율적인 생산을 위해 탄소원의 영향을 조사해본 결과, glucose 단독보다 glucose와 xylose를 혼합 배양한 경우에서 효소활성이 최대 41% 정도 증가되었음을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 최적화한 발현 시스템 및 배양 조건은 xylose 뿐만 아니라 다양한 biomass를 이용한 유용물질 생산을 위한 관련 단백질의 발현 분비시스템 구축 및 대량생산에도 응용될 수 있을 것이라 생각된다.

• 한국식품과학회지
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• 제28권6호
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• pp.1151-1156
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• 1996

Candida parapsilosis KFCC-10875를 사용하여 xylose와 glucose가 xylitol 생산에 미치는 영향을 조사하였다. Xylose만 50 g/l 함유하는 배지에서 배양하면 xylitol만 생성되었고 xylose에 glucose를 첨가하여 배양하면 부산물로 ethanol과 glycerol이 생성되었다. Glucose 함량이 높을수록 xylitol 생성량은 감소하였지만 ethanol과 glycerol의 양은 증가하여 xylose 10 g/l와 glucose 40/l일 때 최대값 각각 21.5 /l, 3.6 g/l의 최대값을 나타내었다. Glucose에서는 xylitol이 생성되지 못하기 때문에 glucose만 존재하는 배지에서는 xylitol이 전혀 생성되지 않았다. Xylose에 대한 glucose의 비율을 증가시키며 배양한 결과 glucose 비율이 높을수록 이용된 xylose에 대한 생성된 xylitol의 수율이 감소하였다. 첨가하는 ethanol의 농도를 변화시키면서 배양한 결과 첨가된 ethanol의 농도가 증가할수록 xylose에 대한 생성된 xylitol의 생산이 감소하였고 부산물을 제거한 후 배양할 경우 xylitol생산이 저해되지 않았다. 이것은 xylose에 대한 생성된 xylitol의 수율이 ethanol가 같은 부산물에 의한 것이라는 것을 의미한다. Xylose 또는 glucose에서 성장한 균체를 약 20 g/l로 농축하여 xylose 50g/l가 포함된 발효배지에 접종하여 배양하였다. Glucose에서 성장한 균체를 사용한 xylitol 생산에서 xylose reductase와 xylitol dehydrogenase의 총역가는 농축균체를 사용하지 않는 일반 배양의 그것과 거의 비슷하였다. 그러나, xylose에서 성장한 농축균체를 사용한 발효에서의 xylose reductase의 역가와 xylitol dehydrogenase의 역가는 비교적 높게 나타나 일반배양의 역가와 비슷하였다. 그러므로 xylitol 생산성은 균체농도를 증가시킬수록 비례적으로 증가하여 xylose에서 성장한 농축균체로 발효시간 18시간에 50 g/l의 xylose로부터 40 g/l의 xylitol을 얻을 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제11권4호
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• pp.564-569
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• 2001

This study was carried out in order to investigate the characteristics of xylitol fermentation by a xylitol dehydrogenase defective mutant PXM-4 of P stipitis CBS 5776 and to determime optimum conditions for the high yield ofxylitol production from xylose. Gluconic acid was selected as a co substrate for the xylitol fermentation, since gluconic acid neither blocked xylose transport nor repressed xylose reductase expression. An increase of gluconic acid concentration reduced the rates of xylitol production and cell growth by decreasing medium pH, and the optimal concentration of gluconic acid was determined to be 20 gll with approximately 100% xylitol conversion yield. A fed-batch cell culture resulted in a 44.8 g/l xylitol concentration with 100% yield, based on the amount of xylose consumed.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제13권4호
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• pp.501-508
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• 2003

Artificial coupling of one enzyme with another can provide an efficient means for the production of industrially important chemicals. Xylose reductase has been recently discovered to be useful in the reductive production of xylitol. However, a limitation of its in vitro or in vivo use is the regeneration of the cofactor NAD(P)H in the enzyme activity. In the present study, an efficient process for the production of xylitol from D-xylose was established by coupling two enzymes. A NADH-dependent xylose reductase (XR) from Pichia stipitis catalyzed the reduction of xylose with a stoichiometric consumption of NADH, and the resulting cofactor $NAD^+$ was continuously re-reduced by formate dehydrogenase (FDH) for regeneration. Using simple kinetic analyses as tools for process optimization, suitable conditions for the performance and yield of the coupled reaction were established. The optimal reaction temperature and pH were determined to be about $30^{\circ}C$ and 7.0, respectively. Formate, as a substrate of FDH, affected the yield and cofactor regeneration, and was, therefore, adjusted to a concentration of 20 mM. When the total activity of FDH was about 1.8-fold higher than that of XR, the performance was better than that by any other activity ratios. As expected, there were no distinct differences in the conversion yields of reactions, when supplied with the oxidized form $NAD^+$ instead of the reduced form NADH, as a starting cofactor for regeneration. Under these conditions, a complete conversion (>99%) could be readily obtained from a small-scale batch reaction.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제25권5호
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• pp.495-500
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• 1997

Xylitol production from xylose and glucose was investigated using Candida tropicalis KFCC-10960. As glucose concentration in xylose medium was increased, ethanol production increased. However, xylitol production was maximum at glucose concentration of 10 g/l. The concentrated cells grown on xylose or glucose were inoculated in xylose medium. The specific activities of xylose reductase and xylitol dehydrogenase, and xylitol production in concentrated cells grown on glucose were the same as those in concentrated cells grown on xylose. The results suggested that cells grown on glucose had the same xylitol producing activity as those grown on xylose. By feeding glucose in xylose medium, cell growth was achieved from glucose and xylitol production was obtained from xylose. By using this technique, a final xylitol concentration of 261 g/l was achieved from 300 g/l xylose in 41 hours which corresponded to a xylitol yield from xylose of 87% and a xylitol productivity of 6.37 g/1-h.

• Current Research on Agriculture and Life Sciences
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• 제5권
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• pp.68-74
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• 1987

A. calcoaceticus C10은 CL 배지에서 ${\varepsilon}$-caprolactone 및 succinate에 의해 생육에 아무 영향도 받지 않았으나 adipate와 xylose에 의해서 균의 생육도가 증가하였다. 특히 이 균이 탄소원으로 이용할 수 없는 포도당에 의해서도 생육도가 증가하였으며 6시간 배양 후 0.2%의 포도당을 첨가한 경우에는 16시간 후 CL 배지에서 생육한 것보다 약 2배의 생육도를 냐타내었다. A. calcoacelicus C10이 생산하는 cyclohexanol dehydrogenase(CDH)는 ${\varepsilon}$-caprolactone, succinate, xylose 및 포도당에 의해 이화물 억제를 받지 않았으나 사이클로헥사놀 대사경로의 최종생산물인 adipate에 의하여 생합성 억제를 받았다. CL 배지에 0.1%의 adipate를 첨가한 배지에서는 CDH가 다소 유도되었으나 0.2%의 adipate를 첨가한 배지에서는 CDH가 거의 유도되지 않아 0.5%의 adipate를 첨가한 것과 비슷한 억제효과를 나타내었다.

• KSBB Journal
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• 제15권2호
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• pp.113-119
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• 2000

본 연구에서는 높은 수율로 xylitol을 생산하기 위하여 P. stipitis CBS 5776으로부터 xylitol dehydrogenase (XDH)의 활성이 결여된 변이균주의 개발과 xylitol 발효 특성에 관한 실험을 수행하였다. EMS를 처리하여 XDH defective 변이균주인 PXM-4를 최종적으로 선별하였고, 변이균주 PXM-4의 XDH 활성을 측정하여 XDH 활성이 완전히 제거된 변이균주임을 확인하였다. 변이균주 PXM-4의 xylitol 발효에서 가장 적합한 cosubstrate로서 galactose를 선정하였다. Galactose와 xylose의 혼합당 배지에서 xylitol 생산이 오히려 낮아졌고, 20 g/L 이상에서는 xylitol 생산이 호히려 낮아졌고, 20 g/L의 xylose를 이용한 xylitol 발효에서 가장 적합한 galactose의 농도는 20 g/L 이었으며, 생산된 xylitol의 농도는 14.4 g/L 이었고, 수율은 97% 이었다. 또한 잔존하는 xylose를 완전히 xylitol로 전환시키기 위하여 xylitol 농도가 증가되지 않는 시기에 glalactose를 첨가함으로써 최종 xylotil 농도를 25 g/L 까지 향상시켰다. 옥수수 속의 산 가수분해 용액을 이용한 xylitol 발효에서 배지 내 존재하는 xylose는 모두 xylitol로 전환됨으로 확인하였다. 이와 같은 결과에 따라 XDH defective 변이균주를 개발함으로써 높은 수율의 xylitol 생산이 가능함을 확인하였다.

• 미생물학회지
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• 제37권2호
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• pp.170-175
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• 2001

본 연구에서는 높은 수율로 xylitol을 생산하기 위하여 P. stipitis CBS 5776으로부터 xylitol dehydrogenase(XDH)의 활성이 결여된 변이균주의 개발과 xylitol 발효특성에 관한 실험을 수행하였다. EMS(ethylmethane sulfonate)를 처리하여 XDH defective 변이균주인 PXM-4를 최종적으로 선별하였고, 변이균주 PXM-4의 XDH 활성을 측정함으로써 XDH 활서이 완전히 제거된 변이균주임을 확인하였다. 변이균주 PXM-4의 xylitol 발효에서 가장 적합한 cosubstrate로서 galactose를 선정하였다. Galactose와 xylose의 혼합당 배지에서 xylitol 발효를 수행한 결과 galactose의 농도가 20g/ι 이상에서는 xylitol 생산이 오히려 낮아졌고, 20g/ι의 xylose를 이용한 xylitol 발효에서 가장 적합한 galactose의 농도는 20g/ι이었으며, 생산된 xylitol의 농도는 14.4 g/ι이었고, 수율은 97%이었다. 또한 잔존하는 xylose로 완전히 xylitol로 전환시키기 위해 xylitol 농도가 증가되지 않는 시기에 galactose를 첨가함으로써 최종 xylitol의 농도는 25g/ι로 향상되었다. 이와 같은 결과에 따라 XDH defective 변이균주의 개발과 배양 조건을 최적화함으로써 높은 수율의 xylitol 생산이 가능함을 확인하였다.

• KSBB Journal
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• 제13권1호
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• pp.6-12
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• 1998

In order to produce xylitol from hemicellulose hydrolysate which is widely used as a substrate, the development of strain such as catabolite derepressed mutant is required. After treatment of Candida sp. with EMS, GM-17 and PM-34 as catabolite derepressed mutant were isolated from Candida guilliermondii and Candida parapsilosis, respectively. Mutant GM-17 and PM-34 simultaneously assimilated xylose and glucose during the fermentation. The specific xylose reductase and xylitol dehydrogenase activities of mutant strains were also higher than those of wild strains in glucose medium and mixed medium of glucose and xylose. The xylitol productivity and yield of mutant GM-17 and PM-34 were improved as compared to the wild types in the mixed medium. The xylitol productivity and yield of mutant GM-17 were 0.09 g/L·hr and 0.56 g-xylitol/g-xylose, and those of mutant PM-34 were 0.21 g/L·hr and 0.52 g-xylitol/g-xylose in the mixed medium, respectively.