보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 Seoul National University |
연구책임자 |
유영제
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참여연구자 |
연영주
,
이희석
,
강성혁
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보고서유형 | 3단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2015-12 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700009338 |
과제고유번호 |
1711015482 |
사업명 |
기후변화대응기술개발 |
DB 구축일자 |
2017-10-28
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키워드 |
바이오에너지.효소공학.셀룰레이즈.자일라네이즈.라이페이즈.효소안정성.효소 활성.바이오매스.Bioenergy.enzyme engineering.cellulase.xylanase.lipase.enzyme stability.enzyme activity.biomass.
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초록
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바이오에너지 생산에 필요한 세 가지 효소 cellulase, xylanase, lipase의 개량을 위한 설계 기법을 개발하고 실제 적용하는 연구를 위하여 (1) 효소 설계기법을 개발하고, (2)효소 성능을 향상시켰으며, (3) 이를 바이오에너지 생산에 적용하였음.
효소 설계기법 개발을 위하여 (1) 열안정성 향상 전략 – Cavity design, packing (2) 유기용매 안정성 향상 전략 – Solvent stripping out (3) 활성 향상 전략 – Docking simulation, spring mod
바이오에너지 생산에 필요한 세 가지 효소 cellulase, xylanase, lipase의 개량을 위한 설계 기법을 개발하고 실제 적용하는 연구를 위하여 (1) 효소 설계기법을 개발하고, (2)효소 성능을 향상시켰으며, (3) 이를 바이오에너지 생산에 적용하였음.
효소 설계기법 개발을 위하여 (1) 열안정성 향상 전략 – Cavity design, packing (2) 유기용매 안정성 향상 전략 – Solvent stripping out (3) 활성 향상 전략 – Docking simulation, spring model을 개발하였음.
효소 성능을 향상시키기 위하여 (1) Cellulase의 활성 1.5배, 안정성 2배 향상된 변이주 개발하였음, (2) Xylanase의 활성 1.5배, 안정성 2배 향상된 변이주 개발하였음, (3) Lipase의 활성 1.5배, 안정성 2배 향상된 변이주 개발하였음.
이를 바이오 디젤 생산 공정에 적용하기 위하여, (1) 고활성 및 고안정성의 통합형 변이주 lipase 설계 및 생산하였고, (2)lipase의 효율적인 고정화 방법을 제안하였으며 상용화 효소와 효율을 비교 하였음.
(출처: 보고서 요약서 3p)
Abstract
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Bioenergy is in the spotlight to prepare for climate change for the future. However, production of bioenergy is not cost effective nowadays due to lack of efficient technology. For economical bioenergy production, it is imperative that the activity and the thermostability of biomass-hydrolysing enzy
Bioenergy is in the spotlight to prepare for climate change for the future. However, production of bioenergy is not cost effective nowadays due to lack of efficient technology. For economical bioenergy production, it is imperative that the activity and the thermostability of biomass-hydrolysing enzymes are to be improved, which in turn reduce the cost for the enzymes. Cellulase, xylanase and lipase are the key enzymes of bioenergy production but the attempts to improve functions such as thermostability and activity by molecular modeling are rarely successful, which hampers the industrial application of enzymes. In this research, novel computational enzyme design methods were employed to functionally improve the industrial hydrolases such as cellulase, xylanase and lipase. For the development of a core technology in the enzyme design, the following researches were carried out.
-First, the development of a novel computational design method for engineering the stability and the activity of industrial enzymes, via combined uses of bioinformatics, molecular modelling and enzyme engineering.
-Second, the development of highly thermostable and active cellulase, xylanase, and lipase based on the structural analysis and design.
-Third, the deveolpment of a bioprocess platform technology with high efficiency for the utilization of the newly designed industrial hydrolases.
Enzyme packing- and cavity-based structural analysis were done to improve thermostability and as a result a thermostable-enzyme designing strategies were developed. Moreover, flexibility-based model equations was developed for the prediction of enzyme-substrate complex interactions and these models was utilized to enhance the enzyme activity. Using these strategies, the mutants of cellulase, xylanase andlipase were designed to improve the stability and the activity. Moreover, the expression systems were constructed for real procheation of these enzymes. For 2nd-stage research, the designed enzymes were produced and the strategies were validated by the analysis of these mutants. For 3rd-stage research, the designed enzymes were applied to bioenergy production.
The high-stability, high-activity cellulase, xylanase and lipase can be applied in the real-case biomass utilization to develop an enzymatic reaction process for a low-cost bioenergy production. The computational design strategies developed for the enzyme thermostability and activity enhancement in this research are applicable in the improvement of numerous other industrial enzymes, thus rising as a leading technology in biochemical industry. Curtailment of the production cost through a high-efficiency process could advance the propagation of bioenergy, followed by ripple effects in the growths of many kinds of bioenergy-utilizing technologies.
(출처: Summary 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1제출문 ... 2보고서 요약서 ... 3요약문 ... 4SUMMARY ... 5CONTENTS ... 6목차 ... 7제1장 연구개발과제의 개요 ... 8 제1절 연구개발의 필요성 ... 8제2장 국내외 기술개발 현황 ... 12 제1절 세계적 수준 ... 12 제2절 국내 수준 ... 12 제3절 연구결과의 수준 ... 12제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 14 제1절 연구 추진 전략 ... 14 제2절 효소 선정 및 발현 시스템 구축 ... 15 제3절 효소 설계 기법 개발 ... 21 제4절 설계 기법을 적용한 효소의 design ... 26 제5절 성질이 향상된 효소 획득 ... 37 제6절 효율적인 고정화 방법 설계 및 실제 바이오디젤 생산 ... 41 제7절 연구 성과 ... 43제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 46제5장 연구개발성과의 활용계획 ... 49제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 50제7장 연구시설ㆍ장비 현황 ... 50제8장 참고문헌 ... 51끝페이지 ... 52
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