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반응 표면 분석법을 사용한 Rhodobacter sphaeroides PS-24 유래 carotenoid 생산 배지 최적화
Optimization of Medium for the Carotenoid Production by Rhodobacter sphaeroides PS-24 Using Response Surface Methodology 원문보기

韓國有機農業學會誌 = Korean journal of organic agriculture, v.25 no.1, 2017년, pp.135 - 148  

봉기문 (전남생물산업진흥원 생물방제연구센터) ,  김공민 (전남생물산업진흥원 생물방제연구센터) ,  서민경 (전남생물산업진흥원 생물방제연구센터) ,  한지희 (국립농업과학원 농업생물부 농업미생물과) ,  박인철 (국립농업과학원 농업생물부 농업미생물과) ,  이철원 (전남대학교 자연과학대학 화학과) ,  김평일 (전남생물산업진흥원 생물방제연구센터)

초록
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본 연구를 통해 논, 시설재배 밭 토양, 쓰레기장, 하천 및 호수의 퇴적 토양 등 22개소에서 분리한 총 6종의 광합성세균 중 호기 암 배양이 가능한 Rhodobacter sphaeroides PS-24를 분리하였다. 형태학적 특징으로는 그람음성의 막대모양으로, 운동성이 있었다. 분리균주의 16S rRNA 염기서열을 분석한 결과 Rhodobacter sphaeroides ATH2.4.1과 99%의 상동성을 나타내었으며, 본 연구에서 Rhodobacter spharoides PS-24로 명명하여 연구를 수행하였다. 선별균주를 modifed Van niel's yeast 배지에서 배양 후 생성된 carotenoid를 추출한 결과 $12.03{\pm}0.15mg/L$의 함량이 측정되었으며, 반응표면분석법 중 Plackett burman 분석방법과 Box-Behnken 분석방법을 통해 carotenoid 생산에 영향을 미치는 요인을 분석하고 농도를 최적화하였다. 분석결과 각각의 독립변수 yeast extract -0.4144 (1.23 g/L), $Na_2CO_3$ 0.8541 (3.71 g/L)와 $MgSO_4$ 1.00 (1.00 g/L)의 농도를 선정하였으며, 이를 바탕으로 배지 조성을 최적화한 결과 yeast extract 1.23 g, sodium acetate 1 g, $NH_4Cl$ 1.75 g, NaCl 2.5 g, $K_2HPO_4$ 2 g, $MgSO_4$ 1.0 g, mono-sodium glutamate 7.5 g, $Na_2CO_3$ 3.71 g, $NH_4Cl$ 3.5 g, $CaCl_2$ 0.01 g/ liter로 선정하였다. 최적배지를 대상으로 5 L, 50 L, 500 L scale-up을 진행한 결과 최종 carotenoid는 각각 17.98 mg/L, 18.03 mg/L, 18.11 mg/L로 조사되었다. 최적배지의 경우 modified Van niel's yeast 배지보다 약 1.5배 많은 carotenoid를 생산하였으며, 대량배양을 통한 scale-up 과정 시 carotenoid의 생산량은 크게 변화하지 않는 것으로 조사되었다. 따라서 본 연구를 바탕으로 산업적으로 다양하게 사용되고 있는 carotenoid를 생산하는 광합성세균 Rhodobacter spharoides PS-24를 개발하였으며, 본 연구를 바탕으로 유기농축산에 사용이 가능한 기능성 미생물제제를 개발하고자 한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Response Surface Methodology (RSM), which is combining with Plackett-Burman design and Box-Behnken experimental design, was applied to optimize the ratios of the nutrient components for carotenoid production by Rhodobacter sphaeroides PS-24 in liquid state fermentation. Nine nutrient ingredients con...

주제어

#carotenoid   #response surface methodology   #Rhodoabacter sphaeroides   #optimal medium constituent  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 carotenoid를 생합성하는 광합성세균을 최적배양하기 위해 배지 조성 간 변수들의 상호 관계를 분석하고, 반응표면분석법을 이용하여 carotenoid를 생합성하는 배지조건의 최적화를 수행하였다. 유기농축산업 분야에 유용한 천연 carotenoid를 생산하는 광합성세균의 대량배양(500 L 발효조 이용) 후 다양한 생리 기능을 가지고 있는 carotenoid를 추출하여 함량을 분석한 뒤 유기농축산업에 활용이 가능한 미생물제제로의 가능성을 탐색하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
반응표면분석법의 장점은? 반응표면분석법은 요인실험을 통하여 반응표면식을 구하고 최대 반응치를 나타내는 요인들의 조합을 구하는 방법으로서 전통적인 최적화 방법인 one factor at a time method의 단점을 보완하는 방법이다. 즉, 각 요인들간의 시너지 효과를 찾아낼 수 있고, 두 가지 이상의 결과를 동시에 예측할 수 있으며, 실험에 소요되는 시간과 경비를 절약할 수 있는 장점이 있다. 반응표면분석법은 여러 개의 인자가 상호작용을 하는 경우, 원인보다는 최적화를 통해 얻고자 하는 결과에 근거하여 최적점을 찾는 통계학적 방법의 하나이다(Oasim et al.
Carotenoid를 생합성 하는 대표적인 생물 종은? 자연계에 매우 다양하게 분포되어 있는 carotenoid는 다양한 구조를 갖는 천연 색소 화합물로서 강력한 항산화 기능을 가지고 있다. Carotenoid를 생합성 하는 대표적인 생물 종은 광합성세균과 같은 원핵생물, 미세조류(microalgae)와 같은 진핵생물이 있다(Armstrong, 1997). 천연 carotenoid의 경우 대부분 생합성 과정의 중간산물로 세포 내에 매우 소량 존재하기 때문에 충분한 양을 순수분리하기가 어렵다.
본 연구에서 광합성세균이 생산하는 carotenoid를 추출하기 위해 어떻게 진행하였는가? 광합성세균이 생산하는 carotenoid를 추출하기 위해 modified Van niel’s yeast 배지에서 호기 • 암 조건으로 120 rpm, 30℃, 48시간 동안 100 ml (V2) 배양하였으며, 염산 추출법 (HClassisted extraction)으로 추출하였다(Gu et al., 2008).
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참고문헌 (18)

  1. Armstrong, G. A., M. Alberti, F. Leach, and J. E. Hearst. 1989. Nucleotide sequence, organization, and nature of the protein products of the carotenoid biosynthesis gene cluster of Rhodobacter capsulatus. Mol. Gen Genet. 216: 254-68. 

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  2. Armstrong, G. A. 1997. Genetics of eubacterial carotenoid biosynthesis: a colorfultale. Annu Rev. Microbiol. 51: 29-59. 

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