초록 ▼

• 바이오매스 맞춤형 친환경 전처리 공정개발: 바이오매스의 종류 및 후속 Biofuel 생산공정에 적합한 맞춤형 전처리기술개발
• 합성생물학 기반 신규 섬유소분해효소 개발 및 HTS를 통한 활성 증진: 섬유소분해효소 맞춤형 유전자회로(GESS)기술 개발 및 HTS 프로토콜 구축
• 맞춤형 효소칵테일 생산기술 개발 및 재조합 균주를 이용한 CBP 균주 개발: 재조합 섬유소분해효소 분비 CBP균주를 이용하여 섬유소 바이오매스(볏짚, EFB)를 이용한 동시당화 바이오에탄올 발효 생산성을 30% 이상 개선 C5자일로스 대사경로

• 바이오매스 맞춤형 친환경 전처리 공정개발: 바이오매스의 종류 및 후속 Biofuel 생산공정에 적합한 맞춤형 전처리기술개발
• 합성생물학 기반 신규 섬유소분해효소 개발 및 HTS를 통한 활성 증진: 섬유소분해효소 맞춤형 유전자회로(GESS)기술 개발 및 HTS 프로토콜 구축
• 맞춤형 효소칵테일 생산기술 개발 및 재조합 균주를 이용한 CBP 균주 개발: 재조합 섬유소분해효소 분비 CBP균주를 이용하여 섬유소 바이오매스(볏짚, EFB)를 이용한 동시당화 바이오에탄올 발효 생산성을 30% 이상 개선 C5자일로스 대사경로 최적화 및 cellobiose 세포유입단백질을 도입한 C5/C6 동시 발효 균주 플랫폼구축: Cellobiose/xylose 동시발효 에탄올 생산(전환수율 80% 도달) 시스템 개발
• Fatty acid elongation loop 조절을 통한 지방산 계통 바이오 에너지 생산 균주 개발: 지방산 계통 바이오에너지 고효율 대량생산 균주 개발(지방산 7g/L 이상) 및 생산 공정 최적화
• 차세대 바이오연료 이소프레놀 생산균주 개발 및 생산효율 향상: 이소프레놀 과량 생산 균주 구축(1 g/L 이상)

Abstract ▼

Ⅳ. Result
○ Development of environment-friendly biomass pretreatment system
• Pretreatment gramineae (rice straw, miscanthus and reed) and EFB
• Mechanical, chemical and biological pretreatment
• Development of customized pretreatments for upstream biomass and downstream biofuel processe

Ⅳ. Result
○ Development of environment-friendly biomass pretreatment system
• Pretreatment gramineae (rice straw, miscanthus and reed) and EFB
• Mechanical, chemical and biological pretreatment
• Development of customized pretreatments for upstream biomass and downstream biofuel processes
○ Development of synthetic biology-based genetic circuits for improving cellulase screening system with high throughput
• Development of genetic circuit for high throughput cellulase screening systems (overall capacity: 106 per run).
• Construction of genetic circuit for crystalline cellulose degrading enzymes
• Development of solid phase GESS (Genetic Enzyme Screening System) method via microcolony (<0.05mm)
• Analysis and quantification of cellulase activity using flow cytometry
• Screening novel cellulase and cellulase producing strains via GESS
• Engineering cellulase for exo-glucanase activity with Fn3 domain
○ Development of customized enzyme cocktails and recombinant strains for CBP
• Expression of the 60 bacterial cellulase (exo/endo-cellulase, β-glucosidase, hemicellulase) in yeast
• Expressed the 5 new fungal cellulase in yeast
• Customization of cellulase cocktails
• Production of secreted cellulase using TFP system (5 g/L)
• Construction of recombinant yeast excreting hemicellulase
• Production of bio-ethanol from biomass (rice straw, EFB) in CBP yeasts expressing cellulase
• Construction of yeast surface expression system with AGA1 and AGA2
○ Optimization of C5/C6 mixed sugar fermentation via adpoting new xylose and cellobiose metabolic pathways
• Construction of ethanol production strains using cellobiose as a carbon source by co-expression of cellobiose transporter and β-glucosidase
• Examination of various cellobiose transporters; K. lactis lactose permease (LACP), T. reesei sugar transporter (TST)，P. chrysogenum　sugar transporter（PST), and　T. terrestris sugar transporter (TTST)
• Increase of ethanol production via coexpression of P. chrysogenum sugar transporter and T. terrestris β-glucosidase
• Development of xylose utilizing yeast with P. stipitis XYL1(xylose reductase, XR), XYL2(xylitol dehydrogenase, XDH), XYL3(xylulose kinase, XK)
• C5/C6 mixed sugar fermentation (80 % conversion)
○ Development of fatty acid production strains using the regulation of fatty acid elongation loop
• Regulation of fatty acid elongation loop
• Analysis of metabolites, yield, productivity, final concentration and characterization of fermented broth of fatty acid production strain
• Characterization of fatty acid production strain’s production titer, yield and productivity.
• Strain improvement and production process optimization to enhance the productivity of fatty acid
○ Development of future biofuel, isoprenol producing strain and improvement of its production titer
• Increase of isoprenol biosynthesis, and improvement of strain’s production titer through suppressing target gene and controlling gene expression
• Formation of metabolosome using CBD (cellulose binding domain) and Ty1 (yeast originated transposon) as a base for multi-step enzymatic reaction
• Total production titer of 1.82 g/L (farnesene 0.93 g/L and farnesol 0.89 g/L) was achieved using the developed isoprenol production strain.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 14
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 16
• 1절 연구개발의 필요성 ... 16
• 1. 녹색 기술의 국가.사회적 중요성 ... 16
• 2. 섬유소기반 바이오에너지(cellulose bioethanol)의 개발 필요성 ... 17
• 3. Biomass 전처리 기술 개발의 필요성 ... 19
• 4. 고효율 섬유소 가수분해 효소 개발의 필요성 ... 20
• 5. 고효율 바이오에너지용 균주 개발의 필요성 ... 21
• 6. 바이오매스 기반 합성생물학 기술의 개발필요성 ... 22
• 7. 차세대 BioFuel (이소프레놀, 탄화수소)의 개발 필요성 ... 23
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 25
• 1절 국외 기술개발 현황 ... 25
• 1. 산업계 동향 ... 25
• 2절 국내 기술개발 현황 ... 31
• 1. 기술현황 ... 31
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 34
• 1절 바이오매스 맞춤형 친환경 전처리 공정개발 ... 34
• 1. 섬유소 바이오매스 전처리 기술 개발 ... 34
• 2절 합성생물학 기반 신규 섬유소 분해효소 효율향상 및 초고속 탐색기술(HTS) 개발 ... 49
• 1. 섬유소 분해효소 맞춤형 유전자회로 개발 및 최적화 ... 51
• 2. 섬유소 결합도메인 고속탐색 기술 개발 ... 100
• 3. 합성생물학 기반 섬유소 분해효소의 활성 개량 ... 106
• 4. 곰팡이 유래 섬유소 분해효소 유전자 확보 ... 113
• 3절 맞춤형 효소칵테일 생산기술 개발 및 재조합 균주를 이용한 CBP 균주 개발 ... 122
• 1. 섬유소(cellulose 및 hemicellulose) 분해 필수 효소의 재조합 생산 ... 122
• 2. 효모표면단백질 발현시스템 개발 ... 145
• 3. 중온성 cellulase 효모발현시스템 개발 ... 148
• 4절 C5자일로스 대사경로 최적화 및 cellobiose 세포유입단백질을 도입한 C5/C6 동시 발효 균주 플랫폼 구축 ... 154
• 1. cellobiose 이용 효모 균주 개발 ... 154
• 2. C5, C6 복합당 발효 시스템 개발 ... 170
• 5절 fatty acid elongation loop 조절을 통한 지방산 계통 바이오에너지 생산균주개발 ... 178
• 1. fatty acid elongation loop 조절 경로 확립 ... 178
• 2. 지방산 계통 바이오 에너지 생산 공정 최적화 ... 187
• 6절 차세대 바이오연료 이소프레놀 생산균주 개발 및 생산 효율 향상 ... 200
• 1. 이소프레놀 생합성 유전자 회로 구축 ... 200
• 2. 이소프레놀 생합성 유전자 발현 조절 ... 211
• 3. 이소프레놀 과생산 균주 구축 ... 221
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 231
• 제 5 장 연구결과의 활용계획 ... 235
• 제 6 장 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 236
• 제 7 장 참고문헌 ... 240
• [부 록] 연구성과 집계(최종보고서 부록) ... 243
• 끝페이지 ... 249