[논문]CO 내성을 갖는 Clostridium sp. AWRP 돌연변이주의 분리 및 이를 이용한 합성가스로부터의 에탄올 생산 연구

권수재; 이종민; 이현숙

doi:10.4014/mbl.1906.06004

CO 내성을 갖는 Clostridium sp. AWRP 돌연변이주의 분리 및 이를 이용한 합성가스로부터의 에탄올 생산 연구
Enhanced Alcohol Production from Synthesis Gas Using a CO-resistant Mutant of Clostridium sp. AWRP 원문보기

Microbiology and biotechnology letters = 한국미생물·생명공학회지, v.47 no.4, 2019년, pp.581 - 584

권수재 (한국해양과학기술원 해양생명공학연구센터) , 이종민 (한국해양과학기술원 해양생명공학연구센터) , 이현숙 (한국해양과학기술원 해양생명공학연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the carbon monoxide (CO)-fermenting acetogen, Clostridium sp. AWRP was subjected to chemical mutagenesis with N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) to generate a CO-resistant mutant. Among the 26 colonies obtained, the highest alcohol production was observed in one isolate, named C1. Compared to the wild-type strain, the C1 strain exhibited 1.5- and 3.4-fold higher CO consumption rate and alcohol selectivity, respectively. The total CO consumption of strain C1 could be further enhanced by increasing the content of metal ions, such as nickel and iron. The highest ethanol titer (5.7 g/l) was achieved by 5-fold increase in the iron concentration.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 CO를 이용하는 아세토젠 Clostridium sp. AWRP 균주(이하 AWRP)의 N-methyl-N'-nitro-Nnitrosoguanidine (NTG) 무작위 돌연변이를 통하여 CO 내성이 증대된 균주를 선별하고, 이렇게 획득된 CO 내성이 알코올 생산성을 증가시키는지 확인하고자 하였다.

대상 데이터

실험에 사용된 AWRP 균주는 안산 갈대습지에서 분리되었으며 C. ljungdahlii, C.

성능/효과

배양 결과, Ni, Fe, Cu를 증량하였을 때 CO 소모가 약 30−50% 증가함을 확인하였으나(Fig. 2A), 에탄올 수율은 14−19 wt%로 대조군 대비(20%) 소폭 감소하였다.
배양 결과, 야생형 균주 대비 C1 균주의 초반 CO 저해가 완화되었음을 확인하였다(Fig. 1A).
본 연구를 통하여 얻어진 변이주 C1은 야생형 균주 대비 높은 CO 소모량과 에탄올 생산성을 가지고 있으며, 배지 내 특정 금속 이온의 증량을 통해 에탄올 생산성과 CO 소모량이 향상될 수 있음을 확인하였다. 이러한 CO 내성 변이주는 향후 배지 최적화를 통한 알코올 생산 및 반응기 수준에서의 합성 가스 전환 공정 연구에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
아세토젠 배양에 널리 쓰이는 PETC 배지를 이용하여 야생형 AWRP 균주를 배양시 CO 소모량과 알코올 생산량이 증가함을 확인하였다(unpublished). 따라서, C1 균주의 배양 특성을 고찰하기 위하여 PETC 배지를 이용하여 125-ml bottle (배지 20 ml)에서 배양하였다.

후속연구

본 연구를 통하여 얻어진 변이주 C1은 야생형 균주 대비 높은 CO 소모량과 에탄올 생산성을 가지고 있으며, 배지 내 특정 금속 이온의 증량을 통해 에탄올 생산성과 CO 소모량이 향상될 수 있음을 확인하였다. 이러한 CO 내성 변이주는 향후 배지 최적화를 통한 알코올 생산 및 반응기 수준에서의 합성 가스 전환 공정 연구에 유용하게 활용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Clostridium 속의 미생물이 아세토젠 중에서 연구가 활발히 이루어지는 까닭은 무엇인가?	이들 미생물은 절대혐기 조건에서 일산화탄소(CO) 또는 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 탄소원 및 에너지원으로 이용하여 생장이 가능하며, 이를 이용해, 석탄이나 폐자 원을 연소시켜 얻는 합성 가스(synthesis gas) 전환 연구가 활발히 이루어지고 있다[6−8]. 특히, Clostridium 속의 미생물은 CO로부터 알코올 생산이 가능하여 아세토젠 중에서도 연구가 활발히 진행되고 있으며, 대표적인 균주로 C. ljungdahlii, C.
	아세토젠(acetogen)은 무엇인가?	아세토젠(acetogen)은 화학무기독립영양생물에 속하는 미생물로서, 환원적 아세틸-CoA 경로로 알려진 WoodLjungdahl 경로를 사용한다[4, 5]. 이 경로는 아세트산의 메틸기를 합성하는 메틸 분기(methyl branch)와 카르복시기를 합성하는 카보닐 분기(carbonyl branch)로 구성되어 최종적으로 두 탄소 원자를 연결하여 아세틸-CoA를 합성하는 것이 특징이다.
	Clostridium 속 C1 균주의 알코올 생산성에 미치는 영향을 조사하기 위해 금속 이온을 증량하여 배양하는 근거가된 연구는 무엇인가?	Wood-Ljungdahl 경로에서 CO 탈수소화 효소(CODH), FDH 등의 효소들은 혐기성 미생물에서 전자 전달에 주로 사용되는 Fe 외에도 Ni, W, Se 등의 원소를 보조 인자로 이용한다[17]. C. autoethanogenum 및 C. ragsdalei를 이용한 선행 연구에서 이러한 보조 인자의 농도를 최적화함으로써, 에탄올 생산 수율과 CO 소모량이 향상된다는 결과가 보고된 바 있다[18−20]. 따라서 배지 내 특정 금속 이온이 C1 균주의 알코올 생산성에 미치는 영향을 조사하기 위하여 PETC 배지에서 5종의 금속 이온을 각각 증량하여 배양하였다.

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