$\require{mediawiki-texvc}$

연합인증

연합인증 가입 기관의 연구자들은 소속기관의 인증정보(ID와 암호)를 이용해 다른 대학, 연구기관, 서비스 공급자의 다양한 온라인 자원과 연구 데이터를 이용할 수 있습니다.

이는 여행자가 자국에서 발행 받은 여권으로 세계 각국을 자유롭게 여행할 수 있는 것과 같습니다.

연합인증으로 이용이 가능한 서비스는 NTIS, DataON, Edison, Kafe, Webinar 등이 있습니다.

한번의 인증절차만으로 연합인증 가입 서비스에 추가 로그인 없이 이용이 가능합니다.

다만, 연합인증을 위해서는 최초 1회만 인증 절차가 필요합니다. (회원이 아닐 경우 회원 가입이 필요합니다.)

연합인증 절차는 다음과 같습니다.

최초이용시에는
ScienceON에 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 로그인 (본인 확인 또는 회원가입) → 서비스 이용

그 이후에는
ScienceON 로그인 → 연합인증 서비스 접속 → 서비스 이용

연합인증을 활용하시면 KISTI가 제공하는 다양한 서비스를 편리하게 이용하실 수 있습니다.

박테리아에 의한 카로티노이드 생산; 카로티노이드 생산성 및 활용 가능성
Production of Carotenoids by Bacteria; Carotenoid Productivity and Availability 원문보기

생명과학회지 = Journal of life science, v.32 no.5, 2022년, pp.411 - 419  

최성석 (부경대학교 기초과학연구소) ,  김군도 (부경대학교 미생물학과)

초록
AI-Helper 아이콘AI-Helper

카로티노이드는 자연계에 존재하는 붉은색, 주황색, 황색의 지용성 색소이며, provitamin A, 항산화, 항염증, 항암 등 다양한 기능성을 가지는 생리활성물질로 알려져 있다. 생리 활성과 색소 활용성 때문에 카로티노이드는 식품, 화장품, 양식 산업 등에 널리 이용되고 있다. 현재 산업적으로 활용되는 카로티노이드는 대부분 생산 단가가 저렴한 합성 색소를 이용하고 있지만, 안전성과 생리활성효과 때문에 천연 카로티노이드가 각광받고 있다. 하지만 식물과 동물의 카로티노이드 생산은 경제적인 원인으로 생산에 제한이 있다. 박테리아에서 생산되는 카로티노이드는 화합 합성으로 생산되는 카로티노이드를 대체하기 위한 좋은 장점을 가지고 있다. 박테리아에서 생산되는 카로티노이드는 낮은 생산성 때문에 산업적 활용에 제한이 있으며, 지속적으로 박테리아로부터 카로티노이드의 생산성을 증가시키기 위한 연구가 이루어져 왔다. 박테리아로부터 카로티노이드 생산량을 증가시키기 위해 진행된 연구로는 박테리아의 카로티노이드 생합성 경로와 각 효소들의 활성, 돌연변이를 이용한 균주 개발, 유전공학을 통한 카로티노이드 생산성 증가 균주 구축, 스트레스 유도를 통한 카로티노이드 축적, 발효 배지의 조성과 배양 조건, 다른 균주와의 공배양 등을 포함하고 있다. 이 논문의 목적은 박테리아로부터 카로티노이드의 생산성을 증가시키기 위해 진행된 연구들을 검토하는 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Carotenoids are red, orange, and yellow fat-soluble pigments that exist in nature, and are known as physiologically active substances with various functions, such as provitamin A, antioxidant, anti-inflammatory, and anticancer. Because of their physiological activity and color availability, caroteno...

주제어

표/그림 (3)

AI 본문요약
AI-Helper 아이콘 AI-Helper

문제 정의

  • 따라서, 본 논문에서는 산업적으로 유용한 카로티노이드의 생산에서 박테리아의 중요성 및 박테리아에서 카로티노이드의 생산성을 증가시키기 위해 시도된 연구들을설명하고자 한다.
본문요약 정보가 도움이 되었나요?

참고문헌 (63)

  1. Asker, D., Beppu, T. and Ueda, K. 2007. Mesoflavibacter zeaxanthinifaciens gen. nov., sp. nov., a novel zeaxanthin-producing marine bacterium of the family Flavobacteriaceae. Syst. Appl. Microbiol. 30, 291-296. 

  2. Asker, D., Beppu, T. and Ueda, K. 2007. Zeaxanthinibacter enoshimensis gen. nov., sp. nov., a novel zeaxanthin-producing marine bacterium of the family Flavobacteriaceae, isolated from seawater off Enoshima Island, Japan. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 57, 837-843. 

  3. Bohutskyia, P., Kuceka, L. A., Hill, E., Pinchuk, G. E., Mundree, S. G. and Beliaev, A. S. 2018. Conversion of stranded waste-stream carbon and nutrients into value-added products via metabolically coupled binary heterotroph-photoautotroph system. Bioresour. Technol. 260, 68-75. 

  4. Buzzini, P. 2001. Batch and fed-batch carotenoid production by Rhodotorula glutinis-Debaryomyces castellii co-cultures in corn syrup. J. Appl. Microbiol. 90, 843-847. 

  5. Chattopadhyay, M. K., Jagannadham, M. V., Vairamani, M. and Shivaji, S. 1997. Carotenoid pigments of an antarctic psychrotrophic bacterium Micrococcus roseus: temperature dependent biosynthesis, structure, and interaction with synthetic membranes. Biochem. Biophys. Res. Commun. 239, 85-90. 

  6. Chen, D., Han, Y. and Gu, Z. 2006. Application of statistical methodology to the optimization of fermentative medium for carotenoids production by Rhodobacter sphaeroides. Process Biochem. 41, 1773-1778. 

  7. Choi, S. S., Seo, Y. B., Nam, S. W. and Kim, G. D. 2021. Enhanced production of astaxanthin by co-culture of Paracoccus haeundaensis and lactic acid bacteria. Front. Mar. Sci. 7, 597553. 

  8. Das, A., Yoon, S. H., Lee, S. H., Kim, J. Y., Oh, D. K. and Kim, S. W. 2007. An update on microbial carotenoid production: application of recent metabolic engineering tools. Appl. Microbiol. Biotechnol. 77, 505-512. 

  9. De Miguel, T., Sieiro, C., Poza, M. and Villa, T. G. 2000. Isolation and taxonomic study of a new canthaxanthin-containing bacterium, Gordonia jacobaea MV-1 sp. nov. Int. Microbiol. 3, 107-111. 

  10. De Neve, J., Goswami, G., Dutta, A., Surabhi, C. and Dutta, D. 2014. A statistically motivated choice of process parameters for the improvement of canthaxanthin production by Dietzia maris NIT-D (accession number: HM151403). Rev. Mex. Ing. Quim. 13, 595-603. 

  11. Domonkos, I., Kis, M., Gombos, Z. and Ughy, B. 2013. Carotenoids, versatile components of oxygenic photosynthesis. Prog. Lipid Res. 52, 539-561. 

  12. Eisenreich, W., Bacher, A., Arigoni, D. and Rohdich, F. 2004. Biosynthesis of isoprenoids via the non-mevalonate pathway. Cell. Mol. Life Sci. 61, 1401-1426. 

  13. Fassett, R. G. and Coombes, J. S. 2011. Astaxanthin: a potential therapeutic agent in cardiovascular disease. Mar. Drugs 9, 447-465. 

  14. Fernandes, A. S., do Nascimento, T. C., Jacob-Lopes, E., De Rosso, V. V. and Zepka, L. Q. 2018. Progress in carotenoid research. pp. 1-15. BoD-Books on Demand : GmbH, Norderstedt, Germany. 

  15. Fraser, P. D., Miura, Y. and Misawa, N. 1997. In vitro characterization of astaxanthin biosynthetic enzymes. J. Biol. Chem. 272, 6128-6135. 

  16. Gong, M. and Bassi, A. 2016. Carotenoids from micro- algae: A review of recent developments. Biotechnol. Adv. 34, 1396-1412. 

  17. Goodwin, T. W. 1980. Nature and distribution of carotenoids. Food Chem. 5, 3-13. 

  18. Guo, J. Y., Hu, K. L., Bi, C. H., Li, Q. Y. and Zhang, X. L. 2018. Construction of an alternative glycerol-utilization pathway for improved β-carotene production in Escherichia coli. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 45, 697-705. 

  19. Hameed, A., Shahina, M., Lin, S. Y., Lai, W. A., Hsu, Y. H., Liu, Y. C. and Young, C. C. 2014. Aquibacter zeaxanthinifaciens gen. nov., sp. nov., a zeaxanthin-producing bacterium of the family Flavobacteriaceae isolated from surface seawater, and emended descriptions of the genera Aestuariibaculum and Gaetbulibacter. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 64, 138-145. 

  20. Harker, M., Hirschberg, J. and Oren, A. 1998. Paracoccus marcusii sp. nov., an orange gram-negative coccus. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 48, 543-548. 

  21. Huang, Z., Liu, Y., Qi, G., Brand, D. and Zheng, S. G. 2018. Role of vitamin A in the immune system. J. Clin. Med. 7, 258. 

  22. Ishida, B. K. and Chapman, M. H. 2009. Carotenoid extraction from plants using a novel, environmentally friendly solvent. J. Agric. Food Chem. 57, 1051-1059. 

  23. Jeong, T. H., Cho, Y. S., Choi, S. S., Kim, G. D. and Lim, H. K. 2018. Enhanced production of astaxanthin by metabolically engineered non-mevalonate pathway in Escherichia coli. Kor. J. Microbiol. Biotechnol. 46, 114-119. 

  24. Joshi, C. and Singhal R. S. 2016. Modelling and optimization of zeaxanthin production by Paracoccus zeaxanthinifaciens ATCC 21588 using hybrid genetic algorithm techniques. Biocatal. Agric. Biotechnol. 8, 228-235. 

  25. Kaulmann, A. and Bohn, T. 2014. Carotenoids, inflammation, and oxidative stress-implications of cellular signaling pathways and relation to chronic disease prevention. Nutr. Res. 34, 907-929. 

  26. Kharangate-Lad, A. and Bhosle, S. 2016. Studies on siderophore and pigment produced by an adhered bacterial strain Halobacillus trueperi MXM-16 from the mangrove ecosystem of Goa, India. Indian J. Microbiol. 56, 461-466. 

  27. Khodaiyan, K., Faramarz, F., Razavi, S. H., Emam-Djomeh, Z., Mousavi, S. M. A. and Hejazi, M. A. 2007. Effect of culture conditions on canthaxanthin production by Dietzia natronolimnaea HS-1. J. Microbiol. Biotechnol. 17, 195-201. 

  28. Kovacs, G., Burghardt, J., Pradella, S., Schumann, P., Stackebrandt, E. and Marialigeti, K. 1999. Kocuria palustris sp. nov. and Kocuria rhizophila sp. nov., isolated from the rhizoplane of the narrow-leaved cattail (Typha angustifolia). Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 49, 167-173. 

  29. Kumar, S. R., Hosokawa, M. and Miyashita, K. 2013. Fucoxanthin: A marine carotenoid exerting anti-cancer effects by affecting multiple mechanisms. Mar. Drugs 11, 5130-5147. 

  30. Lee, J. H., Hwang, Y. M., Baik, K. S., Choi, K. S., Ka, J. O. and Seong, C. N. 2014. Mesoflavibacter aestuarii sp. nov., a zeaxanthin-producing marine bacterium isolated from seawater. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 64, 1932-1937. 

  31. Lee, J. H., Kim, Y. S., Choi, T. J., Lee, W. J. and Kim, Y. T. 2004. Paracoccus haeundaensis sp. nov., a Gramnegative, halophilic, astaxanthin-producing bacterium. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 54, 1699-1702. 

  32. Li, C., Li, B., Zhang, N., Wei, N., Wang, Q., Wang, W., Xie, T. and Zou, H. 2019. Salt stress increases carotenoid production of Sporidiobolus pararoseus NGR via torulene biosynthetic pathway. J. Gen. Appl. Microbiol. 65, 111-120. 

  33. Li, C., Swofford, C. A. and Sinskey, A. J. 2020. Modular engineering for microbial production of carotenoids. Metab. Eng. Commun. 10, e00118. 

  34. Li, F., Murillo, C. and Wurtzel, E. T. 2007. Maize Y9 encodes a product essential for 15-cis-zeta-carotene isomerization. Plant Physiol. 144, 1181-1189. 

  35. Linnewiel-Hermoni, K., Khanin, M., Danilenko, M., Zango, G., Amosi, Y., Levy, J. and Sharoni, Y. 2015. The anti- cancer effects of carotenoids and other phytonutrients re- sides in their combined activity. Arch. Biochem. Biophys. 572, 28-35. 

  36. Lopez, G. D., Alvarez-Rivera, G., Carazzone, C., Ibanez, E., Leidy, C. and Cifuentes, A. 2021. Bacterial carote- noids: extraction, characterization, and applications. Crit. Rev. Anal. Chem. 16, 1-24. 

  37. Matsumoto, M., Iwama, D., Arakaki, A., Tanaka, A., Tanaka, T., Miyashita, H. and Matsunaga, T. 2011. Altererythrobacter ishigakiensis sp. nov., an astaxanthin-producing bacterium isolated from a marine sediment. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 61, 2956-2961. 

  38. Misawa, N. and Shimada, H. 1998. Metabolic engineering for the production of carotenoids in non-carotenogenic bacteria and yeasts. J. Biotechnol. 59, 169-181. 

  39. Misawa, N., Satomi, Y., Kondo, K., Yokoyama, A., Kajiwara, S., Saito, T., Ohtani, T, and Miki, W. 1995. Structure and functional analysis of a marine bacterial carotenoid biosynthesis gene cluster and astaxanthin biosynthetic pathway proposed at the gene level. J. Bacteriol. 177, 6575-6584. 

  40. Netzer, R., Stafsnes, M. H., Andreassen, T., Goksoyr, A., Bruheim, P. and Brautaset, T. 2010. Biosynthetic pathway for γ-cyclic sarcinaxanthin in Micrococcus luteus: Heterologous expression and evidence for diverse and multiple catalytic functions of C50 carotenoid cyclases. J. Bacteriol. 192, 5688-5699. 

  41. Olson, J. A. 1989. Provitamin A function of carotenoids: the conversion of β-carotene into vitamin A. J. Nutr. 119, 105-108. 

  42. Paniagua-Michel, J., Olmos-Soto, J. and Ruiz, M. A. 2012. Microbial carotenoids from bacteria and microalgae. pp. 1-12. Methods and Protocols; Humana Press: New York, NY, USA 

  43. Phadwal, K. 2005. Carotenoid biosynthetic pathway: molecular phylogenies and evolutionary behavior of crt genes in eubacteria. Gene 345, 35-43. 

  44. Rohdich, F., Kis, K., Bacher, A. and Eisenreich, W. 2001. The non-mevalonate pathway of isoprenoids: genes, enzymes and intermediates. Curr. Opin. Chem. Biol. 5, 535-540. 

  45. Saejung, C. and Salasook, P. 2018. Recycling of sugar industry wastewater for single-cell protein production with supplemental carotenoids. Environ. Technol. 41, 1-35. 

  46. Sasidharan, P., Raja, R., Karthik, C., Ranandkumar, S. and Indra Arulselvi, P. 2013. Isolation and characterization of yellow pigment producing Exiguobacterium Sps. J. Bio- chem. Technol. 4, 632-635. 

  47. Schaub, P., Yu, Q., Gemmecker, S., Poussin-Courmontagne, P., Mailliot, J., McEwen, A. G. Ghisla, S., AlBabili, S., Cavarelli, J. and Beyer, P. 2012. On the structure and function of the phytoene desaturase CRTI from Pantoea ananatis, a membrane-peripheral and FAD-dependent oxidase/isomerase. PLoS One 7, e39550. 

  48. Seo, Y. B., Jeong, T. H., Choi, S. S., Lim, H. K. and Kim, G. D. 2017. Enhanced production of astaxanthin in Paracoccus haeundaensis strain by physical and chemical mutagenesis. J. Life Sci. 27, 339-345. 

  49. Seo, Y. B., Kim, D. E., Kim, G. D., Kim, H. W., Nam, S. W., Kim, Y. T. and Lee, J. H. 2009. Kocuria gwangalliensis sp. nov., an actinobacterium isolated from seawater. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 59, 2769-2772. 

  50. Shahina, M., Hameed, A., Lin, S. Y., Hsu, Y. H., Liu, Y. C., Cheng, I. C., Lee, M. R., Lai, W. A., Lee, R. J. and Young, C. C. 2013. Sphingomicrobium astaxanthinifaciens sp. nov., an astaxanthin-producing glycolipid-rich bacterium isolated from surface seawater and emended description of the genus Sphingomicrobium. Int. J. Syst. Evol. Microbiol. 63, 3415-3422. 

  51. Simova, E. D., Frengova, G. I. and Beshkova, D. M. 2003. Effect of aeration on the production of carotenoid pigments by Rhodotorula rubra-Lactobacillus casei subsp. casei co-cultures in whey ultrafiltrate. Z. Naturforsch C. J. Biosci. 58, 225-229. 

  52. Simova, E. D., Frengova, G. I. and Beshkova, D. M. 2004. Synthesis of carotenoids by Rhodotorula rubra GED8 cocultured with yogurt starter cultures in whey ultrafiltrate. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 31, 115-121. 

  53. Stahl, W. and Sies, H. 2003. Antioxidant activity of carotenoids. Mol. Aspects Med. 24, 345-351. 

  54. Suwaleerat, T., Thanapimmetha, A., Srisaiyoot, M., Chisti, Y. and Srinophakun, P. 2018. Enhanced production of carotenoids and lipids by Rhodococcus opacus PD630. J. Chem. Technol. Biotechnol. 93, 2160-2169. 

  55. Takemura, M., Takagi, C., Aikawa, M., Araki, K., Choi, S. K., Itaya, M., Shindo, K. and Misawa, N. 2021. Heterologous production of novel and rare C30-carotenoids using Planococcus carotenoid biosynthesis genes. Microb. Cell Fact. 20, 1-12. 

  56. Taniguchi, H., Henke, N. A., Heider, S. A. and Wendisch, V. F. 2017. Overexpression of the primary sigma factor gene sigA improved carotenoid production by Corynebacterium glutamicum: application to production of β-carotene and the non-native linear C50 carotenoid bisanhydrobacterioruberin. Metab. Eng. Commun. 4, 1-11. 

  57. Tsubokura, A., Yoneda, H. and Mizuta, H. 1999. Paracoccus carotinifaciens sp. nov., a new aerobic gram-negative astaxanthin-producing bacterium. Int. J. Syst. Bacteriol. 49, 277-282. 

  58. Wang, G. S., Grammel, H., Abou-Aisha, K., Sagesser, R. and Ghosh, R. 2012. High-level production of the industrial product lycopene by the photosynthetic bacterium Rhodospirillum rubrum. Appl. Environ. Microbiol. 78, 7205-7215. 

  59. Wang, Q., Liu, D., Yang, Q. and Wang, P. 2017. Enhancing carotenoid production in Rhodotorula mucilaginosa KC8 by combining mutation and metabolic engineering. Ann. Microbiol. 67, 425-431. 

  60. Yabuzaki, J. 2017. Carotenoids Database: structures, chemical fingerprints and distribution among organisms. Database 2017, bax004 

  61. Yang, Y., Liu, B., Du, X., Li, P., Liang, B., Cheng, X., Du, L., Huang, D., Wang, L. and Wang, S. 2015. Complete genome sequence and transcriptomics analyses reveal pigment biosynthesis and regulatory mechanisms in an industrial strain, Monascus purpureus YY-1. Sci. Rep. 5, 1-9. 

  62. Zhang, Z., Pang, Z., Xu, S., Wei, T., Song, L., Wang, G., Zhang, J. and Yang, X. 2019. Improved carotenoid productivity and COD removal efficiency by co-culture of Rhodotorula glutinis and Chlorella vulgaris using starch wastewaters as raw material. Appl. Biochem. Biotechnol. 189, 193-205. 

  63. Zhou, Q., Zhang, P. and Zhang, G. 2014. Biomass and carotenoid production in photosynthetic bacteria wastewater treatment: effects of light intensity. Bioresour. Technol. 171, 330-335. 

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

오픈액세스(OA) 유형

GOLD

오픈액세스 학술지에 출판된 논문

섹션별 컨텐츠 바로가기

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

AI-Helper 아이콘
AI-Helper
안녕하세요, AI-Helper입니다. 좌측 "선택된 텍스트"에서 텍스트를 선택하여 요약, 번역, 용어설명을 실행하세요.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.

선택된 텍스트

맨위로