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[국내논문] 전자빔 조사에 의해 지질 함량이 증대된 Arthrospira platensis 변이주 분리 및 지방산 분석
Arthrospira platensis Mutants Containing High Lipid Content by Electron Beam Irradiation and Analysis of Its Fatty Acid Composition 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.24 no.6, 2013년, pp.628 - 632  

최수정 (신라대학교 의생명과학대학 생명공학과) ,  김영화 (신라대학교 의생명과학대학 제약공학과) ,  김안드레 (신라대학교 의생명과학대학 제약공학과) ,  이재화 (신라대학교 의생명과학대학 생명공학과)

초록
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미세조류 Arthrospira platensis (A. platensis)는 탄수화물, 지질, 단백질, 파이토케미컬 등을 함유하고 있어 경제적으로 가치가 있으며, 바이오디젤이나 기능성 식품 생산에 중요한 자원이다. 균주 개량을 위해 A. platensis에 240 kGy의 선량으로 전자빔을 조사하여 무작위적 돌연변이를 유도하였다. 여러 변이주를 획득하였고, 스크리닝을 거쳐 지질 함량이 높은 변이주, EB29를 선별하였다. EB29의 세포 생장은 야생균주와 유사하였고, 클로로필 함량도 큰 차이를 보이지 않았다. 하지만, nile red로 염색하여 형광 강도로 측정했을 때, EB29의 지질 함량은 야생균주에 비해 7배 증가하였다. 표준 지질 triolein의 표준곡선을 이용한 지질의 반정량 결과, EB29는 $78.6{\mu}g/mL$로 야생균주($41.4{\mu}g/mL$)보다 약 2배 증가하였다. EB29의 지방산 성분도 분석하였는데, gamma-linolenic acid (GLA)와 같은 PUFA가 약 6배 증가하였고 바이오디젤의 질에 영향을 미치는 지방산들도 야생균주에 비해 증가하였다. 따라서 전자빔은 미세조류의 세포 내 PUFA를 축적시키거나, 바이오디젤에 적합한 지방산 성분을 변화시키는데 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Arthrospira platensis (A. platensis) is an economically important microalgae because it has carbohydrates, lipids, proteins and a number of phytochemicals. It is also a valuable source used in the production of biodiesel and functional foods. In this study, A. platensis was exposed to electron beam ...

Keyword

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제안 방법

  • Triolein의 농도를 5, 15, 20, 25, 37.5, 50 µg/mL로 nile red로 염색하여 형광값을 측정하였다.
  • 전자빔은 주로 오염물질을 산화시키거나 파괴하고, 미생물을 멸균시키는 용도로 많이 이용되어 왔으나[12], 미세조류의 균주 개량에 전자빔을 적용함으로써 전자빔의 새로운 적용 범위 확대에 기여할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 전자빔을 A. platensis에 조사하여 돌연변이 균주를 유도하였고, 확보된 변이주에 대한 특성과 지방산 성분을 분석하였다.
  • 균체량은 520 nm에서 UV/Vis 분광기(Optizen 2120 UV, Mecasys Ltd, Korea)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 건조 균체량(Dry cell weight, DCW)은 항량된 종이필터(Whatman filter)를 이용하여 여과된 균체를 건조기에서 105 ℃로 3 h 동안 건조시켜 무게를 측정하였다[15].
  • 균체량은 520 nm에서 UV/Vis 분광기(Optizen 2120 UV, Mecasys Ltd, Korea)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 건조 균체량(Dry cell weight, DCW)은 항량된 종이필터(Whatman filter)를 이용하여 여과된 균체를 건조기에서 105 ℃로 3 h 동안 건조시켜 무게를 측정하였다[15].
  • 광합성을 통해 증가된 색소 함량 분석을 위해 12일간 배양한 미세 조류 균주의 클로로필 함량을 분석하였다. 클로로필 측정은 세포 1 mL을 13000 rpm에서 3 min간 원심분리 한 뒤 상등액을 제거하고 methanol 1 mL을 첨가하였다.
  • 5로 조정한 후 세포 10 µL와 증류수 138 µL, nile red 2 µL 그리고 DMSO 50 µL를 혼합하고 40 ℃ 배양기에서 10 min간 반응하였다. 형광광도계(Infinite F 200 pro, Tecan, Austria)를 이용하여 excitation 495 nm, emission 620 nm에서 형광값(fluorescence intensity)을 측정하였다. nile red로 염색된 세포의 형광값과 미세조류 자체의 형광값을 빼서 나타내었다[10].
  • 5, 50 µg/mL로 nile red로 염색하여 형광값을 측정하였다. 각 농도에 따른 형광 강도를 이용하여 표준 검량선을 작성 한 후 세포 내 중성지질 함량을 결정하였다.
  • 1 mL의 NaCl을 이용하여 세포 내 염을 제거하고 1 mL의 멸균수를 이용하여 세척하였다. 추출하여 얻은 상등액에 무수 황산 나트륨을 이용하여 건조시킨 후 gas chromatography (GC)를 이용하여 분석하였다. GC 조건으로는 이동상을 helium으로 이용하고 sample 주입온도는 250 ℃, 초기온도는 110 ℃로 1 min간 유지하였다.
  • 미세조류 내의 지질 함량을 nile red를 이용한 형광의 강도를 이용하여 측정하였다. EB29의 지질 함량은 야생균주에 비해 약 4배 증가하였다(Figure 2).
  • 하지만, 스크리닝 목적으로 형광 강도를 이용한 방법은 그 지질함량을 정확히 알 수 없으므로 중성지질을 정량하기 위해 표준 곡선을 이용하여 시료의 형광 강도와 지질의 함량을 연관시켰다[18]. 지질 표준용액으로 triolein을 이용하여 농도별로 nile red 염색 후 형광 강도를 측정하였다. Triolein의 표준 검량선 작성 결과, triolein 과 형광 강도 사이에 좋은 직선성(R2 = 0.
  • EM29 균주의 지방산 함량을 GC를 이용해 분석하였으며, 야생균주와 지방산 함량을 비교하였다(Table 1, Figure 4). A.
  • 지질 함량은 세포를 nile red로 염색하여 형광 강도를 측정하였고, 야생균주에 비해 7배 이상 증가하였다. 세포 내 중성지질 정량을 위해 표준 물질로 이용되는 triolein으로 검량선을 작성하였으며 야생균주와 변이주의 지질 함량을 정량하였다. 정량한 결과 야생균주는 41.
  • EB29를 12일 동안 배양하면서 3일 간격으로 세포 생장을 측정하였고, 생장률은 야생균주와 거의 비슷하였다(Figure 1

대상 데이터

  • 본 연구는 Arthrospira platensis NIES 39 (KCTC AG30033)를 한국생명공학연구원 생물자원센터로부터 분양받아 사용하였다. 알칼리성 무기배지인 SOT배지로 균주를 배양하였다.
  • 본 연구는 Arthrospira platensis NIES 39 (KCTC AG30033)를 한국생명공학연구원 생물자원센터로부터 분양받아 사용하였다. 알칼리성 무기배지인 SOT배지로 균주를 배양하였다. SOT 배지는 SOT-1과 -2를 각각 121 ℃에서 15 min간 멸균 및 냉각시켜 혼합 후 10 N NaOH를 이용해 pH 9로 조절하였다[13].
  • 0으로 조정하였다. 300 mL의 세포 희석액을 전자빔 가속 장치의 전자빔 조사 챔버에 넣어 조사하였다(한국 원자력연구원, 대전). 0.
  • [17]의 방법을 변형하여 측정하였다. 중성지질의 검량선으로는 triolein (Sigma)를 이용하였다. Triolein의 농도를 5, 15, 20, 25, 37.
  • 본 연구에서는 미세조류인 A. platensis에 240 kGy의 전자빔을 조사하여 돌연변이를 유도하였고, 지질 함량이 높은 변이주 EB29를 선별하였다. EB29의 생장속도, 세포 건조 중량, 클로로필 함량은 야생균주와 큰 차이를 보이지 않았다.

이론/모형

  • 지방산 분석을 위하여 이 등[18]의 방법을 이용하여 분석하였다. 야생균주와 변이주의 동결건조 시료 10 mg을 5 : 100의 비율로 혼합된 acetyl chloride와 methanol 용액 2 mL와 혼합하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
대사산물의 생산성을 높이기 위한 간단하고 유용한 방법은 무엇인가? 대사산물의 생산성을 높이기 위한 간단하고 유용한 방법인 무작위 돌연변이법(random mutagenesis)을 이용하여 균주를 개량하는데, 돌연변이를 유발하는 화학적 돌연변이원은 ethyl methane sulphonate (EMS), methyl methane sulphonate (MMS), N-methyl-N'-nitrosoguanidine (MNNG) 등이 있으며, 물리적 돌연변이원은 자외선 조사 등이 있다. 이 등(8)은 Haematococcus pluvialis에 자외선과 EMS를 이용해 돌연변이를 유도하였고, astaxanthin 생산성이 약 7.
무작위 돌연변이법을 이용한 변이주 유도의 단점은 무엇인가? 이처럼, 무작위 돌연변이법을 이용한 변이주 유도는 비교적 단순하며 미세조류의 유용물질 함량을 증가시키는 한 방법으로 간주된다. 하지만, 효율이 낮아 돌연변이주를 선별하는데 많은 노동력과 비용이 소모되므로 개발 과정 단축에 어려움을 가진다[11]. 따라서 돌연변이 효율이 높은 새로운 방법으로 균주 개량이 필요하며 전자빔을 이용한 미세조류의 돌연변이 연구는 거의 보고되지 않았다.
전자빔을 이용한 균주 개량 방법의 장점은 무엇인가? 따라서 돌연변이 효율이 높은 새로운 방법으로 균주 개량이 필요하며 전자빔을 이용한 미세조류의 돌연변이 연구는 거의 보고되지 않았다. 전자빔은 짧은 시간 내에 고밀도의 radical을 생성하여 인위적으로 돌연변이를 유발하는데, 이러한 균주 개량 방법은 적용방법이 비교적 단순하고, 조사 설비를 갖추고 있으면 표준화된 과정에 의해 대량 시료의 적용이 가능하다는 장점이 있어 미세조류의 돌연변이를 유도하는 고효율적인 방법이라고 여겨진다. 전자빔은 주로 오염물질을 산화시키거나 파괴하고, 미생물을 멸균시키는 용도로 많이 이용되어 왔으나[12], 미세조류의 균주 개량에 전자빔을 적용함으로써 전자빔의 새로운 적용 범위 확대에 기여할 수 있을 것이다.
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참고문헌 (21)

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  19. S. H. Oh, J. G. Han, N. Y. Kim, J. S. Cho, T. B. Yim, S. Y. Lee, and H. Y. Lee, Cell growth and lipid production from fed-batch cultivation of chlorella minutissima according to culture conditions, J. KSBB., 24, 377 (2009). 

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  21. G. Mahajan and M. Kamat, Linolenic acid production from Spirulina platensis, Appl. Microbiol. Biotechnol., 43, 466 (1995). 

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