초록 ▼

1. 최종목표
(1) poly-γ-glutamate(PGA) 생산균주 분리 및 대량생산 조건 확립
(2) 초고온성 원시균 유래 Chaperonin의 대량생산 및 생화학적 특징 조사
(3) poly-γ-glutamate 합성효소의 재활성화 공정개발 및 시제품 개발
2. 개발내용 및 결과
(1) poly-γ-glutamate(PGA) 생산균주 분리 및 대량생산 조건 확립
폴리감마글루탐산(PGA)을 대량생산하는 균주를 퇴비에서 분리하고 생리·생화학적 특징 및 16s rRNA 염기서열을 분석한 결과, Bac

1. 최종목표
(1) poly-γ-glutamate(PGA) 생산균주 분리 및 대량생산 조건 확립
(2) 초고온성 원시균 유래 Chaperonin의 대량생산 및 생화학적 특징 조사
(3) poly-γ-glutamate 합성효소의 재활성화 공정개발 및 시제품 개발
2. 개발내용 및 결과
(1) poly-γ-glutamate(PGA) 생산균주 분리 및 대량생산 조건 확립
폴리감마글루탐산(PGA)을 대량생산하는 균주를 퇴비에서 분리하고 생리·생화학적 특징 및 16s rRNA 염기서열을 분석한 결과, Bacillus subtilis로 동정하고 strain CH-10으로 명명하였다. PGA 생산을 위한 배지의 최적 온도와 pH는 각각 37℃, 7.5 이였다. 또한 배지성분 중에서 PGA 생산에 최적인 탄소원과 질소원은 각각 5% sucrose와 3% L-glutamate인 것으로 나타났다. 또한, 청국장에서 PGA를 대량 생산하는 세균을 분리하였다. 이 세균의 16s rRNA 서열을 분석한 결과, Bacillus sp.로 동정하고 Bacillus sp. YN-1로 명명하였다. PGA대량을 위해 생산 조건을 검토한 결과 3% glutamic acid, 4% fructose를 탄소원으로 첨가하였을 때 최대량의 PGA를 생산하는 것을 알 수 있었다. 또한 PGA 최대 생산량은 최적 배양 조건에서 27g/L의 양으로 생산되어 본 균주는 PGA 대량 생산에 적합한 세균임을 확인할 수 있었다.
(2) 초고온성 원시균 유래 Chaperonin의 대량생산 및 생화학적 특징 조사
초고온성 원시균 Aeropyrum pernix K1 유래 Chaperonin 유전자를 cloning 하고 대장균에서 대량발현 생산하였다. 생산된 대장균의 세포 추출물을 85℃, 30분간 열처리에 의해 변성하여 약 80%의 정제수율을 확보할 수 있었다. 정제된 chaperonin을 이용하여 외래 단백질인 Bovine rhodanese와 yeast alcohol dehydrogenase(ADH)을 대상으로 chaperonin 활성을 조사한 결과, chaperonin은 이들 단백질의 열변성을 방지하는 것으로 나타났다. chaperonin은 변성된 기질 단백질의 접힘을 대장균의 GroEL 샤페론보다 높은 온도에서 더 잘 도와주었고, 온도가 높아질수록 chaperonin에 의한 변성단백질의 aggregation 억제에 더 큰 효과가 있는 것으로 나타났다. 또한, chaperonin은 기질단백질의 aggregation 억제활성을 위해 금속이온 Mn(II)이 필요한 것을 확인하였다.
(3) poly-γ-glutamate 합성효소의 재활성화 공정개발 및 시제품 개발
PGA를 대량생산하기 위하여 optimal fine chemical medium과 industrial medium (Molassess 10%, CSL 20%)을 사용하여 fermenter culture를 해본결과, optimal fine chemical medium을 사용하였을 때 5배 이상의 PGA생산량 증가를 나타내었다. 또한, Fermentor와 flask 배양을 비교 분석한 결과, 생산량 자체를 비교하면 fermenter 배양은 41.6g/L, flask 배양인 경우에는 27g/L의 PGA를 생산하였다. 생산된 PGA를 이용하여 미용팩에 첨가한 후 피부보습효과를 시험한 결과 대조군에 비해 높은 수분도를 유지하였다.
3. 기대효과
(1) In vitro에서 chaperonin을 이용한 단백질의 열안정화에 응용
(2) poly-γ-glutamate를 이용한 생분해성·수분 흡수성 biopolymer 생산
(3) 생분해성·수분흡수성 biopolymer의 상품화 → 보습 화장품, 기저귀, 여성 생리용품 등에 활용
4. 적용분야
(1) 미네랄의 불용성을 막아 이온상태로 유지시킴으로서 미네랄의 흡수를 촉진하므로 의료분야에서의 사용이 가능하다.
(2) 현재 보습용 소재로 이용되고 있는 히알론산 보다 뛰어난 흡수력과 보습력을 가지고 있어, 히알론산 대체 바이오 신소재로서 주목을 받고 있다
(3) 생분해가 가능한 폴리감마글루탐산은 친환경 소재로서 주목받음
(4) 사업화가 가능한 제품명
→ moisture 비누, moisture 화장수, 파워흡수 기저귀, 신선도 유지 gel, 미용마스크, 화상 연고, 칼슘이나 철분 흡수 촉진제

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 지역산업기술개발사업 보고서 초록 ... 2
• 목차 ... 4
• 제 1 장 서론 ... 6
• 제 1 절 연구 배경 ... 6
• 제 2 절 연구개발의 중요성 ... 13
• 제 3 절 연구 목표 ... 15
• 제 4 절 연구내용 및 범위 ... 16
• 제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 18
• 제 1 절 PGA 생산균주 분리 ... 18
• 제 2 절 PGA 대량생산조건 ... 19
• 제 3 절 Chaperonin의 대량발현생산 ... 21
• 제 4 절 Chaperonin의 생화학적 특성분석 ... 24
• 제 3 장 기술개발 결과 ... 31
• 제 1 절 PGA 생산균주 Bacillus sp. YN-1의 분리·동정 및 생화학적 특성분석 ... 31
• 제 2 절 PGA 생산균주 B. subtilis CH-10의 분리·동정 및 생화학적 특성분석 ... 48
• 제 3 절 대장균 샤페로닌의 생화학적 특성분석 ... 60
• 제 4 절 초고온성 고세균 유래 chaperonin의 생화학적 특성분석 ... 83
• 제 5 절 발효법에 의한 PGA의 대량생산 ... 115
• 제 6 절 PGA 함유 시제품 생산 시험 ... 119
• 제 7 절 PGA합성 효소 유전자 클로닝 ... 128
• 제 8 절 PGA 시제품 생산공정 및 경제성 분석 ... 150
• 제 4 장 결론 ... 153
• 제 5 장 참고문헌 ... 156