- 바이오 연료를 상용화 하는데 있어서 가장 중요한 것은 우수한 미세조류의 선정이며, 미세조류의 선정에서 가장 문제가 되는 점은 높은 지질함량을 가지는 미세조류는 배양에 오랜 시간이 걸리고, 성장속도가 빠른 미세조류는 지질을 거의 축적하지 않기 때문에 전체적인 바이오 연료 생산량 감소의 원인이 됨. 따라서 형질전환을 통한 지질함량과 성장속도가 모두 우수한 균주를 개발하려는 연구가 필요함.
- Functional genomics 정보에 기반, 지질 대사 재분배 기술을 통해 지질분비가 가능한 고지질/고생장 미세조류 균주 개
- 바이오 연료를 상용화 하는데 있어서 가장 중요한 것은 우수한 미세조류의 선정이며, 미세조류의 선정에서 가장 문제가 되는 점은 높은 지질함량을 가지는 미세조류는 배양에 오랜 시간이 걸리고, 성장속도가 빠른 미세조류는 지질을 거의 축적하지 않기 때문에 전체적인 바이오 연료 생산량 감소의 원인이 됨. 따라서 형질전환을 통한 지질함량과 성장속도가 모두 우수한 균주를 개발하려는 연구가 필요함.
- Functional genomics 정보에 기반, 지질 대사 재분배 기술을 통해 지질분비가 가능한 고지질/고생장 미세조류 균주 개발을 위하여 미세조류 지질 대사와 관련된 신호전달 메커니즘을 규명. Nontarget mutagenesis 접근으로써 glass bead method를 통하여 약2배 가량의 더 높은 지질함량을 가지는 pHYG3-12를 획득하여 지질 증대 균주를 확보하였고, 이들의 FAME 조성에서 바이오디젤의 품질에 중요한 올레산의 함량이 높음을 확인. 또한 proteome 분석을 통하여 획득한 유전자의 정보를 바탕으로 목표 유전자를 정하여 역으로 미세조류를 형질전환시킴으로써 고지질 균주를 얻음. 향후 개량균주의 scale-up과 배양조건의 최적화를 통하여 바이오 디젤의 생산성 향상을 도모할 수 있는 기초로 활용. 일반적으로, cAMP 및 MAP kinase는 환경변화에 따라 세포의 증식/분화의 조절에 작용하고 있으며, 이는 곧 지질대사에 영향을 미칠 수 있음을 감안, 이들의 저해인자(3-isobutyl-1-methylxanthine 및 MAP 등)들의 처리에 따른 효과 및 RNA interference를 통한 MAP kinase의 발현억제/미세조류의 표현형 사이의 관계를 관찰함으로써, 밝혀지지 않은 MAP kinase의 지질/신호전달체계의 연계성 확립하였으며, 더 나아가 미세조류내 carotenoid/astaxanthin/지질대사 사이의 관계를 명확히 파악하고, 고지질 균주를 획득할 수 있었음 (특히 Chlamydomonas reinhardtii. Chlorella vulgaris 및 Haematococcus pluvialis). 더욱이 ethylmethane sulfonate 변이 (#91)에서도 지질함량-성장속도 상충문제가 해결되었고, 여기에 nitrogen-starvation 조건의 추가로 지질축적량의 시너지 효과 확인.
- 바이오 연료 상용화를 위한 제반기술을 성공적으로 확립, 1단계_ 2년차 과제로서 제안한 목표를 모두 달성함 (100%). 더 나아가 2단계 일정의 부분적 초과달성으로 능동적인 결과가 기대됨. 향후 2단계/1-3년차의 소과제인 지질대사 재설계 기술을 확립하여 지질 생산성이 크게 조절/증대된 미세조류를 얻을 수 있을 것으로 기대됨. 이른바 세포내에서 생성되는 미세조류의 지질을 세포 밖으로 유도/분비한다면, 현재의 바이오디젤 공정에서 가장 값비싼 수확/추출 단계를 간소화할 수 있을 것으로 매우 고무적임.
(출처 : 보고서 요약서 3p)
Abstract▼
A report by researchers in Oxford University recently predicted that peak oil will occur before year 2015, meaning that there will be an irreversible decline in future oil production and inevitable rise in crude oil prices due to the ever increasing world’s energy demands. The effect of peak oil on
A report by researchers in Oxford University recently predicted that peak oil will occur before year 2015, meaning that there will be an irreversible decline in future oil production and inevitable rise in crude oil prices due to the ever increasing world’s energy demands. The effect of peak oil on South Korean economy and the standards of living will be beyond catastrophic, unless an alternative form of transportation fuel is fully commercialized. Despite the microalgae’s potential to meet all of world’s demands for transportation fuels, there are several barriers that prevent mass production and economic feasibility based on current technology. Primary obstacle behind commercialization of microalgae biofuel is its high cost; Solix biofuels once estimated that they could produce biodiesel at a cost of $32.81 per gallon (or $8.67/L) using current technology, which is far from being competitive with conventional fossil fuels. As a result, research in alternative energy sources has been receiving much attention. In particular, microalgae-derived biodiesel is extensively studied due to the microalgae’s largest potential lipid productivity per area compared to any other land plant. However, the inherent characteristic of microalgae in which lipid-rich strains exhibit slow growth and fast-growing strains store little lipids is problematic, and therefore genetic engineering has been proposed as the best solution to this dilemma. We aim to develop highly efficient microalgal strain for biomass and lipid production via enhancement of lipid biosynthesis based on functional genomics approach.
Our research team has worked on improving lipid contents and growth rate simultaneously through random mutagenesis of wild type microalgae. After screening thousands of mutants that were generated, we have succeeded in obtaining a lipid-rich, fast-growing strain of Chlamydomonas reinhardtii. The mutant we created through mutagenesis tools not only accumulate more intracellular lipid but also grows more rapidly compared to the wild-type Chlamydomonas.
In order to understand signaling pathways associated with microalgal lipid biosynthesis, we elucidated microalgal cAMP and MAP kinase signaling pathways using their specific signaling inhibitors (especially MAP and 3-isobutyl-1-methylxanthine) based on RNA interference technology. We also predicted that these pathway can be manipulate microalgal lipid and carotenoid/astaxanthin biosynthetic pathway in Chlorella vulgaris and Haematococcus p lu vialis as well as C. reinhardtii. Furthermore, we analyzed the differences in protein expression profiles between the wild-type and mutants. We observed a 2-fold increase in lipid accumulation in mutants pHYG3-12 and #91, which were generated via glass bead method and ethyl methane sulfonate treatment, respectively. Fatty acid methyl ester analysis showed that pHYG3-12 contains high proportions of stearic acid (C16:0) and linoleic acid (C18:3,n=3) which are typical in C. reinhardtii, in addition to high level of oleic acid (C18:1 ,n=9) which are important for production of high quality biodiesel. Lipid content in the mutants was further increased in stress conditions such as under nitrogen-starvation.
In the future, we plan on genetic transformation of target genes in order to develop microalgal strains suitable for lipid secretion as well as increasing lipid contents by the reconstruction of metabolic pathways identified in this study. The fundamental technologies obtained by this study are also expected to have enormous international impacts in industrial and economical aspects.
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