초록 ▼

- 토양, 숲, 늪 등지에서 분리한 1,000여 종의 분리균 중 리그닌 분해 후보 세균을 분리하고 동정함. 그 중 신규 리그닌 분해 세균을 발굴하여 유전체를 확보함.
- NGS를 이용하여 확보한 유전체와 아미노산 배열을 분석한 결과, 리그닌 분해 효소와 관련있는 dye decoloizing peroxidase (DyP)의 유전자가 있음을 확인함.
- 확보된 리그닌 분해 세균의 배양 특성을 분석하여, 리그닌 분해 관련 효소인 peroxidase가 발현됨을 확인함. 또한, 리그닌에서 배양시 리그닌이 저분자화 됨을 GPC를 통

- 토양, 숲, 늪 등지에서 분리한 1,000여 종의 분리균 중 리그닌 분해 후보 세균을 분리하고 동정함. 그 중 신규 리그닌 분해 세균을 발굴하여 유전체를 확보함.
- NGS를 이용하여 확보한 유전체와 아미노산 배열을 분석한 결과, 리그닌 분해 효소와 관련있는 dye decoloizing peroxidase (DyP)의 유전자가 있음을 확인함.
- 확보된 리그닌 분해 세균의 배양 특성을 분석하여, 리그닌 분해 관련 효소인 peroxidase가 발현됨을 확인함. 또한, 리그닌에서 배양시 리그닌이 저분자화 됨을 GPC를 통하여 확인함.
- 확보한 세균이 리그닌 뿐만 아니라 셀룰로오스나 헤미셀룰로오스(자일란) 분해 관련 유전자가 존재하여 목질계 바이오매스의 이용 및 분해 가능성 확인함.
- 세균 유래 리그닌 분해 관련 효소인 DyP가 활성을 가질 수 있는 발현 조건을 확립하고, 리그닌 관련 기질에 따른 활성을 확인함.
- DyP의 surface oxidation 및 catalytic residue 변이 효소를 제조하여 반응메커니즘을 탐색하였고, 리그닌 관련 기질과 염료의 분해 활성이 1.5~4배 이상 높은 변이 효소를 확보함.
(출처: 보고서 요약서 3p)

Abstract ▼

II. Research objectives
- Lignocellulosic biomass, which comprises more than 95% of total vegetable biomass and non-edible resources, is considered next generation biomass.
- In general, lignin regards as just byproduct of the pretreatment process using lignocellulosic biomass (20 billion tons

II. Research objectives
- Lignocellulosic biomass, which comprises more than 95% of total vegetable biomass and non-edible resources, is considered next generation biomass.
- In general, lignin regards as just byproduct of the pretreatment process using lignocellulosic biomass (20 billion tons/year). However, the study on usage and high added-value of lignin is limited.
- Isolation of lignin degrading bacteria and development of efficient lignin degrading process through ligninase overexpressing recombinant strain systems are needed.


III. Research contents
○ Isolation of lignin-degrader candidate
- Isolation of lignin-degrader candidate by high-throughput screening (HTS)
- Measurement of lignin degrading enzyme activities
○ Security of complete genome and comparative genomics of lignin-degrader candidate
- Complete genome analysis by NGS and Sanger sequencing
- Pathway mapping of the complete genome
- Elucidating of specific genes
○ Investigation of the specific genes from the complete genome
- E. coli expression of the specific genes from lignin-degrader candidate
- Investigation and activity analysis of the specific genes
- Optimization of reaction conditions
○ Optimization of lignin degrading enzyme production and reaction
- Optimization of E. coli production
- Increase ratio of holoenzyme by in vitro reconstitution
- Optimization of reaction conditions
○ Production of low-molecular weight lignin derivatives by lignin degrading bacteria
- Degradation of lignin by lignin degrading bacteria
- Determine and identify lignin derivatives using GPC

IV. Achivements
- Isolation of characterization of lignin degrading bacteria
- Securing complete genome and pathway mapping of lignin degrading bacteria
- Expression of peroxidases from lignin degrading bacteria in E. coli
- Confirm the low-molecular weight distributions of lignin treated with lignin degrading bacteria
- Optimization of expression and reaction conditions of peroxidases.

V. Future plans
○ Research of the lignin degrading bacteria and its genome
- Transcriptome analysis
- Research on possible lignin degrading enzymes; laccase, superoxide dismutase and peroxidases
- Research on products or derivatives from lignin and application to lignocellulosic biomass utilization
- Detoxification and biological purification of recalcitrant materials
- Provide informations for efficient selection and improvement of bio-crops
○ Investigation and application of bioresources by fundamental development on utilization of lignocellulosic biomass
(출처: Summary 6p)

목차 Contents

• 표지 ... 1제출문 ... 2보고서 요약서 ... 3요약문 ... 4SUMMARY ... 6CONTENTS ... 8목차 ... 9제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 10 제 1 절 연구개발의 목적 ... 10 제 2 절 연구 개발의 필요성 ... 10 제 3 절 연구 개발의 범위 ... 16제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 19 제 1 절 리그닌 분해 가능 후보 세균, 효소 발굴 및 특성분석 방법 ... 19 제 2 절 리그닌 분해 가능 후보 세균 분리 ... 22 제 3 절 리그닌 분해세균의 유전체 및 대사경로 분석 ... 36 제 4 절 리그닌 분해 세균을 이용한 생물학적 리그닌 저분자화 ... 42 제 5 절 신규 리그닌 분해 효소 발현 및 특성 분석 ... 50 제 6 절 연구 개발 성과 ... 66제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 70 제 1 절 연구개발 목표 달성도 ... 70 제 2 절 관련 분야 기여도 ... 73제 5 장 연구개발성과의 활용계획 ... 74 제 1 절 추가 연구의 필요성 ... 74 제 2 절 연구개발 결과의 활용방안 ... 74제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 75 제 1 절 Enterobacter lignolyticus SCF1 ... 75 제 2 절 Sphingobacterium sp. T2 ... 76제 7 장 참고문헌 ... 78끝페이지 ... 79