보고서 정보
주관연구기관 |
서울대학교 Seoul National University |
연구책임자 |
서진호
|
참여연구자 |
박용철
,
김진우
,
김수정
,
정상민
,
진영욱
,
김선기
,
김지나
,
박경혜
,
허웅
,
이예지
,
이혜진
,
이정은
|
보고서유형 | 2단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2015-05 |
과제시작연도 |
2014 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201800009251 |
과제고유번호 |
1711015490 |
사업명 |
글로벌프론티어사업 |
DB 구축일자 |
2018-05-26
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키워드 |
자일리톨.2.3-부탄다이올.효모.대사공학.바이오화학소재.Xylitol.2.3-butanediol.Saccharomyces cerevisiae.Metabolic engineering.Biochemicals.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201800009251 |
초록
▼
·재조합 효모 균주가 효율적으로 자일로스를 자일리톨로 전환할 수 있도록 두 가지의 cofactor를 사용하는 XR을 발현시키는 isozyme 시스템을 구축함.
·XR-기반 isozyme 시스템이 도입된 재조합 효모를 포도당 및 자일로스 혼합당으로부터 자일리톨을 생산함. 이후 발효 조건 최적화를 통해 수율 100%, 자일리톨 생산성 4.27 g/L/h를 달성함.
·Pyruvate의 과량 생산이 가능한 Pdc-결여 효모 균주를 제작하였고, evolutionary engineering 및 whole genome sequenci
·재조합 효모 균주가 효율적으로 자일로스를 자일리톨로 전환할 수 있도록 두 가지의 cofactor를 사용하는 XR을 발현시키는 isozyme 시스템을 구축함.
·XR-기반 isozyme 시스템이 도입된 재조합 효모를 포도당 및 자일로스 혼합당으로부터 자일리톨을 생산함. 이후 발효 조건 최적화를 통해 수율 100%, 자일리톨 생산성 4.27 g/L/h를 달성함.
·Pyruvate의 과량 생산이 가능한 Pdc-결여 효모 균주를 제작하였고, evolutionary engineering 및 whole genome sequencing을 통하여 포도당 대사에 중요한 역할을 하는 변이 유전자를 규명함.
·2,3-부탄다이올 생합성 경로의 도입을 통해 고농도의 2,3-부탄다이올 생산 효모 균주를 구축함.
·NADH oxidase 효소 발현을 통해 부산물 글리세롤의 생산을 억제하여 최종 161 g/L의 2,3-부탄다이올, 이론수율의 82.6% 수율, 1.37 g/L/h의 생산성을 달성함.
(출처 : 보고서 요약서 3p)
Abstract
▼
4. Results
- The enzymatic activities of the strain expressing two different XR’s in the isozyme system were determined.
- The utilization of sugars was improved by 1.8 folds in the engineered yeast strain containing the XR-based isozyme system. Thus, the isozyme system is found to be
4. Results
- The enzymatic activities of the strain expressing two different XR’s in the isozyme system were determined.
- The utilization of sugars was improved by 1.8 folds in the engineered yeast strain containing the XR-based isozyme system. Thus, the isozyme system is found to be an efficient way for improving the fermentation ability of S. cerevisiae on a mixture of glucose and xylose.
- The xylose consumption rate and xylitol productivity increased in the engineered yeast strain containing the XR-based isozyme system by 1.7 folds.
- The fed-batch fermentation processes with the engineered strain were optimized. Fermentation experiments were achieved 4.27 g/L/h of xylitol productivity and 100% of xylitol yield, which are higher than the original goals of 95% of xylitol yield and 3.5 g/L/h of xylitol productivity.
- The Pdc-deficient yeast strain that could grow in glucose medium was constructed by deleting pyruvate decarboxylase and applying evolutionary engineering.
- The Pdc-deficient yeast strain could accumulate pyruvate which is a precursor for 2,3-butanediol synthesis.
- Through genome sequencing of the Pdc-deficient yeast strain evolved in glucose medium, the mutant MTH1 gene which is important role in glucose metabolism was identified.
- The 2,3-butanediol production biosynthetic pathway was introduced into the Pdc-deficient yeast strain and a high titer of 2,3-butanediol was produced.
- The fermentation conditions were optimized for efficient production of 2,3-butanediol, and as a result, the optimized culture condition was 0.25 vvm and 300 rpm.
- To produce 2,3-butanediol from xylose which is a typical C5 sugar in cellulosic hydrolysates, the genes for xylose reductase (XYL1), xylitol dehydrogenase (XYL2), and xylulose kinase (XYL3) from Scheffersomyces stipites were introduced into the 2,3-butanediol producing strain. Through fed-batch cultivation of this strain, 43.6 g/L of 2,3-butanediol was produced with 0.25 g/g of 2,3-butanediol yield.
- NADH oxidase was introduced to reduce glycerol production which is a by-product of 2,3-butanediol fermentation. As a result, 2,3-butanediol production increased and glycerol production decreased by solving cofactor imbalance.
- From the batch fermentation, glycerol yield was reduced from 0.199 g/g to 0.069 g/g and 2,3-butanediol yield increased from 0.290 to 0.359 g/g by expression of NADH oxidase in the 2,3-butanediol producing strain.
- Finally, through fed-batch cultivation with the recombinant Pdc-deficient yeast strain harboring the 2,3-butanediol biosynthetic pathway, 161 g/L of 2,3-butanediol, 1.37 g/L/h of 2,3-butanediol productivity, and 83.6% of theoretical yield were achieved. Therefore, the goal of this reasearch (2,3-butanediol concentration 150 g/L, the yield of 80%, the productivity of 1.0 g/L/h) has been achieved.
(출처 : SUMMARY 9p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 3
- 요 약 문 ... 4
- SUMMARY ... 8
- CONTENTS ... 11
- 목차 ... 12
- 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 13
- 1절 바이오화학소재 생산의 중요성 및 필요성 ... 13
- 2절 바이오화학소재로 2,3-부탄다이올의 중요성 및 특성 ... 13
- 3절 바이오화학소재로 자일리톨의 중요성 및 특성 ... 14
- 4절 생물학적 바이오화학소재 생산을 위한 Saccharomyces cerevisiae 균주의 특징 ... 15
- 5절 C6/C5 바이오매스의 통합전환의 필요성 ... 15
- 6절 2,3-부탄다이올의 국내외 관련분야의 환경변화 ... 15
- 7절 자일리톨의 국내외 관련분야의 환경변화 ... 16
- 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 17
- 1절 바이오화학물질 생산 관련 국내외 연구 현황 ... 17
- 2절 야생형 2,3-부탄다이올 생산 균주의 발효 공정 최적화를 통한 2,3-부탄다이올 생산성 향상 ... 17
- 3절 유전자 조작을 통한 2,3-부탄다이올 생산균주 개발 및 대사 회로설계 ... 18
- 4절 자일리톨의 발효공정 최적화 및 재조합 균주를 통한 자일리톨 생산 연구 ... 19
- 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 20
- 1절 재조합 S. cerevisiae 효모 균주를 이용한 고생산성 자일리톨 생산연구 ... 20
- 2절 재조합 S. cerevisiae 효모 균주를 이용한 2,3-부탄다이올 생산연구 ... 53
- 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 81
- 1절 연구 개발 목표 ... 81
- 2절 연구개발목표의 달성도 ... 82
- 3절 관련분야의 기술 발전에의 기여도 ... 83
- 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 84
- 1절 추가연구의 필요성 ... 84
- 2절 타연구에의 응용 및 기업화 추진방안 ... 84
- 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 85
- 제 7 장 참고문헌 ... 87
- 끝페이지 ... 92
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