초록 ▼

탁월한 활성산소 제거능과 강력한 항산화 작용으로 익히 알려진 라이코펜과 베타카로텐을 대량 생산함에 있어, 대사공학적인 접근방식으로 개량된 재조합 대장균을 이용하여 실험실 규모 (5 liter)에서부터 파일롯트 규모 (3 ton)에 이르는 발효 배양 스케일-업 공정 및 정제 스케일-업 공정 (300 L규모)을 완료하였으며, 이들 배양액으로 부터 라이코펜 및 베타카로텐의 효과적인 추출방법 등을 검토하였음. 본 과제를 통하여 라이코펜 및 베타카로텐의 3 ton 규모 발효수율은 각각 360 mg/L 및 890 mg/L로 확인되었으며, 30

탁월한 활성산소 제거능과 강력한 항산화 작용으로 익히 알려진 라이코펜과 베타카로텐을 대량 생산함에 있어, 대사공학적인 접근방식으로 개량된 재조합 대장균을 이용하여 실험실 규모 (5 liter)에서부터 파일롯트 규모 (3 ton)에 이르는 발효 배양 스케일-업 공정 및 정제 스케일-업 공정 (300 L규모)을 완료하였으며, 이들 배양액으로 부터 라이코펜 및 베타카로텐의 효과적인 추출방법 등을 검토하였음. 본 과제를 통하여 라이코펜 및 베타카로텐의 3 ton 규모 발효수율은 각각 360 mg/L 및 890 mg/L로 확인되었으며, 300 L 규모 라이코펜의 추출수율은 87%, 결정화 수율은 75%에 달하였음. 또한 발효미생물로부터 추출한 라이코펜 및 베타카로텐의 항산화능 및 라디컬소거능 등의 기능성에 관한 연구를 진행한 결과, 본 연구에서 확립한 방법으로 얻어진 재조합 라이코펜 및 베타카로텐이 LDL에 대한 항산화능, DPPH 라디칼소거능, 대식세포에서의 nitric oxide 와 reactive oxygene species 형성을 저해함을 확인하였음. 대사공학 방법을 이용하여 대장균으로부터 카로테노이드를 최초로 양산할 수 있는 체계를 세우고 이들의 기능성을 검증했다는 데에 의의가 있다.

Abstract ▼

1. Purpose and Necessity
Purpose of this study
- Clonging of key enzymes involved in biosynthesis of $\beta$-carotene and lycopene
- Development of E. coli-friendly expression vectors for high level production of $\beta$-carotene and lycopene
- Development of scale-

1. Purpose and Necessity
Purpose of this study
- Clonging of key enzymes involved in biosynthesis of $\beta$-carotene and lycopene
- Development of E. coli-friendly expression vectors for high level production of $\beta$-carotene and lycopene
- Development of scale-up process for large scale (up to 3 ton) fermentation and purification
- Industrialization of $\beta$-carotene and lycopene in metabolically engineered E. coli
Necessity of this study
- Increased demand for natural $\beta$-carotene and lycopene as a potent anti-oxidant which has preventive and therapeutic efficacy against cancers or various adult diseases
- All are Imported from outside
- Correction of nation`s trade imbalance and Improvement of national health by localization
2. Contents of research
- Development of $\beta$-carotene- and lycopene-producicng E. coli
- Scale-up of fermentation and purification process (fermentation: 3 ton, purification: 300 L)
- Functional tests of recombinant $\beta$-carotene and lycopene (anti-oxidation, quenching of radical)
- Preparation of $\beta$-carotene and lycopene sample
3. Results of research
- Development of metabolically engineered E. coli strain ($\beta$-carotene: 890 mg/L and lycopene: 360 mg/L in 3 ton-bioreactor)
- Successful scale-up of fermentation and purification processes (fermentation : 3 ton, purification : 300 L)
- Confirmation of anti-oxidation activity and quenching activity of radical from recombinant carotenoid
4. Utilization of research results
- Promotion of commercialization
- Scrutiny of production by OEM for ensuring price competitiveness
- Investigation of production of useful material like carotenoids (ex. CoQ10)
- Toxicity test in animal model for multi-purpose

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 6. 연구 성과 실적 및 향후 계획 ... 6
• 7. 참여연구원 현황표 ... 26
• I. 총괄연구과제 연구결과 ... 27
• 목차 ... 28
• 1. 연구개발과제의 배경 및 필요성 ... 29
• 1.1. 연구배경 ... 29
• 1.2. 연구의 필요성 ... 31
• 1.3. 연구목적 및 범위 ... 33
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 34
• 3. 연구개발과제의 추진체계 ... 35
• 3.1. 기술개발 추진전략 및 체계 ... 35
• 3.2. 기술개발팀 편성도 ... 37
• 3.3. 기술개발 수행일정 ... 38
• 4. 연구개발수행 내용 및 결과 ... 39
• 4.1. 베타카로텐 및 라이코펜의 생산을 위한 대장균용 발현벡터의 제조 ... 39
• 4.2. 카로테노이드 발현벡터의 특성연구 ... 41
• 4.3. 카로테노이드 대량생산을 위한 최적 발효배양 프로토콜 확립 ... 49
• 4.4 카로테노이드 대량생산을 위한 최적 발효배양 스케일-업 프로토콜 확립 ... 57
• 4.5. 분리.정제 및 결정화 연구 ... 60
• 4.6. 미생물로부터 생산된 라이코펜 및 발효추출물의 항산화 효능 검정(위탁과제) ... 72
• 4.7. 연구회 운영 실적 ... 88
• 5. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 89
• 5.1. 총괄연구개발과제의 목표달성도 ... 89
• 5.2. 관련분야 기여도 ... 90
• 6. 향후 연구성과 추진계획 ... 90
• 7. 연구개발결과의 파급효과 ... 91
• 7.1. 기술적 파급효과 ... 91
• 7.2. 경제.산업적 파급효과 ... 91
• 7.3. 사회적 파급효과 ... 92
• 8. 연구개발결과의 활용계획 ... 93
• 8.1. 연구개발결과의 활용계획 및 추가연구의 필요성 ... 93
• 8.2. 사업화(기업화)목표 ... 94
• 8.3. 사업화 수준 ... 98
• 9. 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 99
• 10. 참고문헌 ... 100
• II. 첨부서류 ... 103
• 1. 자체평가의견서 ... 104
• 2. 연구성과 실적 증빙서류 ... 108