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Kafe 바로가기주관연구기관 | 한국해양과학기술원 Korea Institute of Ocean Science & Technology |
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연구책임자 | 권개경 |
참여연구자 | 김태완 , Zoysa , 정원교 |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 | 한국어 |
발행년월 | 2022-11 |
과제시작연도 | 2022 |
주관부처 | 해양수산부 Ministry of Oceans and Fisheries |
등록번호 | TRKO202300006527 |
과제고유번호 | 1525013615 |
사업명 | 한국해양과학기술원운영지원(주요사업비) |
DB 구축일자 | 2023-09-13 |
키워드 | 해양생물자원.대량 배양.가스 전환.고염 생물.수층 공간 이용기술.Marine Bioresources.Mass culture.gas fermentation.Halophile.Water layer. |
연구개발 목표 및 내용
최종 목표
○ 해양ㆍ극한 생물자원을 활용한 산업소재 대량생산 플랫폼 구축 및 활용
- 비광합성 해양·극한 미생물 기반 가스전환 플랫폼 구축활용기술 개발
- 농축 고염분수 활용 기능성 해양생물원료 대량생산/산업소재 개발
- 수층별 서식범위에 따른 복합생물자원생산 및 이를 이용한 레저/관광 자원화 기반기술개발
연구 내용
1. 산업적 활용 가능한 해양·극한 환경 유래 해양생물자원 확보 및 특성 규명
○ 우수균주 확보: 가스전환/유기산 활용/고염 적응 균주 등
○ 균
연구개발 목표 및 내용
최종 목표
○ 해양ㆍ극한 생물자원을 활용한 산업소재 대량생산 플랫폼 구축 및 활용
- 비광합성 해양·극한 미생물 기반 가스전환 플랫폼 구축활용기술 개발
- 농축 고염분수 활용 기능성 해양생물원료 대량생산/산업소재 개발
- 수층별 서식범위에 따른 복합생물자원생산 및 이를 이용한 레저/관광 자원화 기반기술개발
연구 내용
1. 산업적 활용 가능한 해양·극한 환경 유래 해양생물자원 확보 및 특성 규명
○ 우수균주 확보: 가스전환/유기산 활용/고염 적응 균주 등
○ 균주 특성분석: 최적배양조건 확립, 오믹스해석, 대사산물/대사경로 분석 등
○ 우수 균주 대사특성 이해를 통한 성능 개량 : 적응 진화, 대사경로 편집 등
○ 고염 적응 생물자원의 유용 성분 연구
- 추출물/가공물 제작, 기능성 평가를 통한 유효성분 발굴, 작용 기전 연구
- 세포독성 평가, 동물모델을 이용한 단기/장기 독성 평가 등
○ 물리·생물학적 모니터링을 통한 수층별 미세조류 자원량 파악 및 분리
2. 해양생물자원의 기능 심층 분석을 통한 대량생산 공정 구축
○ 모델균주를 이용한 가스전환 기술 고도화: 고농도 배양 기술 확립
○ 고염성 생물의 대량생산 조건 : 배양시스템 제작, 시스템별 배양 특성 분석
○ 고염성 해양생물원료의 성분 안정화 대량생산 공정 확립 : 생산시설 스케일업, batch별 성분변화 분석, 지표성분 설정/분석을 통한 원재료 표준화공정 확립 등
○ 해수 가공 미네랄 생산 및 이를 활용한 해양 미세조류 대량 배양 기술 확립
○ 미세조류를 먹이생물로 한 해양무척추동물 양식 기술 확립
3. 산업적 소재 생산 및 활용 플랫폼 기반 기술 구축
○ 가스전환 해양·극한미생물 플랫폼 확립 및 활용
- 균주, gas fermenation기술, 소재 생산 연동 시스템 확립
- 산물 다변화, 혼합영양조건, 유기산 전환기술 등
○ 고염생물의 기능성 물질 실용화 기반 구축
- 유효성분 함량 증진 기술, 유효성분 최적 추출 공정 개발 및 기준 시험법
- 유해물질에 대한 규격/시험방법 관련 자료, 안전성 자료, 기능성 자료 등
○ 해양무척추동물 생산력 평가 : 병원체 검출 기술, 무척추생물 대량생산을 위한 자원관리, 시설 유지/관리 시스템 확립
4. 수층공간이용 냉수성생물자원 생산 기술 개발
○ 양식자원 위해 환경 및 먹이생물 모니터링
○ 부착생물 저감방안 연구
○ 양식자원 복합단지 조성기술 개발
○ 해양공원 모델개발
1년차
(2019)
목표
산업적 활용 가능한 해양·극한 환경 해양생물자원 확보
내용
- 해양․극한 환경 시료확보/미생물 다양성 분석
- 해양ㆍ극한 환경 시료로부터 생명자원 확보 및 특성 분석
- 모델 균주 기반 gas fermentation 기술개발
- 유용 해양생물 추출물/가공물 제작 및 기초 기능성 평가
- 병원체 검출기술, 먹이생물 및 부착생물 분포
- 심층 어장 설계/유지/관리/생산 및 대상품종 선정
- 복합해양공원 모델 연구
2년차
(2020)
목표
해양·극한 해양생물자원 및 산업적 소재의 생산성 향상 기술 확립
내용
- 해양․극한 환경 시료로부터 생명자원 확보
- 우수 균주 선별 및 특성 분석- 모델 균주 기반 gas fermentation기술 고도화- 고염 해양생물원료 대량생산 필요조건 연구
- 고염 해양생물자원 추출물/가공물로부터 유효성분 발굴- 병원체 모니터링, 먹이생물 및 부착생물 특성
- 심층 어장 시설 구축 및 대상품종 양성기술
- 복합해양공원 모델 연구
3년차
(2021)
목표
해양생물자원의 기능 심층 분석을 통한 대량생산/표준화 공정 구축
내용
- 국내외 해양․극한 환경 유래 생명․유전자원 확보 및 특성분석
- 우수 균주 선정 및 특성분석
- 해양미생물이용 gas fermenation기술 최적화
- 고염 해양생물자원 추출물/가공물로부터 유효성분 규명
- 해양생물원료성분 안정화 생산 프로토콜 구축
- 병원체 진단기술, 먹이생물 및 부착생물 특성
- 계절별 대상생물의 수층공간 이용기술
- 복합해양공원 모델 연구
4년차
(2022)
목표
산업적 소재 생산 및 활용 플랫폼 기반 기술 구축
내용
- 개량 균주특성분석
- 플랫폼 확립, 소재생산 활용 및 산물 다양화
- 고염분수 배양 해양생물원료의 성분 안정화 대량생산 공정 확립 (±20% 이내)
- 고염분수 배양 해양생물 원료/유효성분의 안전성 및 안정성 평가
- 병원체 모니터링, 먹이생물-양식생물 먹이특성 분석
- 부착생물 제어, 양식생물 양성기술 매뉴얼
- 복합 해중공원 모델 연구
연구개발성과
○ 신규 미생물자원 확보
- 지속적 자가영양미생물 탐색을 통해 아세토젠 7종 10주, 메타노젠 2종 3주, 황산화 및 환원 5종 5주 등 신규 미생물 23종 27주 확보
- 확보 미생물로부터 3종의 신종 보고 및 1종 신속 발표 준비
- 자가영양미생물 4종 등 10종 12주의 유전체 해독을 통한 대사과정 이해
- 기 확보 미생물 2종의 C1 화합물 대사특성 규명 및 배지조성 최적화
○ 가스발효 OD 10<
- AWRP 균주의 개량과 배지 최적화 등을 통해 acetate 생산성 12 g/L/d 달성
- acetate 첨가를 통한 CO 발효 개선 : ethanol 232 mM, 2,3-BDO 23 mM 등 각각 2.9, 2.3배 증가 효과
- Hydrogenovibrio속 미생물의 배양조건 최적화를 통해 최대 OD 16.8 도달
- Clostridium sp. AWRP의 대사공학을 통해 가스로부터 신규 C3 화합물 생산 성공
- 가스 전환 미생물의 CRISPR/Cas12 유전체 편집 시스템 구축
○ 미세조류 배양 및 효능 연구
- 최대 30톤 규모 배양조에서 Dunaliella salina 58.0 ± 1.5 g/m2/d, Tetraselmis sp. 57.0 ± 1.2 g/m2/d의 생산성 달성
- 200L급 미세조류-미생물 하이브리드 배양조 제작 및 실용화 연구 수행 (미세조류 생산성 향상, 미생물 바이오에탄올 생산, 미생물 이산화탄소 저감 모델)
- Tetraselmis sp.으로부터 lutein을 주성분으로 하는 carotenoids 추출물을 제작하였고, 제작된 추출물은 항염증 효능이 우수하였으며 작용기전을 확인함
- Dunaliella salina의 polysaccharides 추출물은 galactose 및 glucose 함량이 높고 항산화 효능(IC50=4.3mg/ml)이 높게 나타났으며 작용기전을 확인함
- D. salina의 추출물은 피부 보호, 조골세포 분화기능도 보유함을 확인하고 이의 활용을 위한 창상치료 피복제 제작 평가
- 두 종류의 미세조류 추출물의 성분 분석, 독성 평가, 기능 평가 등 식약처 인증을 위한 자료 획득
○ 해조류 배양 및 효능 연구
- 1톤 규모 구멍갈파래 배양조 및 5톤 규모 우뭇가사리 배양조 각 2기 제작-배양
- 구멍갈파래 추출물, 원물 발효물, 추출물 발효물을 각각 제작하여 보습활성 측정결과 구멍갈파래 추출물 및 원물 발효물에서 보습활성이 높게 나타났으나 활성을 갖는 농도가 높아 추가실험 필요
- 구멍갈파래 발효물은 유방암 억제효과를 보임
- 구멍갈파래로부터 펙틴 추출공정을 확립하고 추출된 펙틴을 장 건강 활성측정을 위한 동물실험 진행결과 장 내 수분 흡수에 도움을 주어, 분변 중 수분함유량 증대 및 소화관 이동을 활발하게 함으로써 변비 증상을 예방효능 확인. 염증을 촉진 시키는 인자인 TNF-α, IL-1β 및 NF-κB의 과발현을 구멍갈파래 펙틴이 개선시키는 효과를 확인
- 우뭇가사리로부터 효소발효물 제조 대량공정을 확립하고 획득된 산물의 기능성을 평가한 결과 보습활성이 저농도에서 높게 나타났고(IC50=0.5mg/ml) 미백에도 효능을 나타냄
○ 해양미생물 배양 및 효능연구
- 고염에서 성장하는 미생물 3종에 대한 배양
- Pseudoalteromonas rubra 주정추출물은 섬유아세포에 대해 성장을 1.5배 증가시키고 콜라겐 합성능력을 1.8배 증가시킴
- Brevibacterium epidermidis 물추출물은 골세포 분화능력을 2.4배 증가시키고 골조직의 미네랄화 활성이 매우 높음
- Pseudoalteromonas xiamenensis는 생균 상태로 지브라피쉬 유생에 노출시 고온 및 질병저항력이 높아짐
- Zebra fish를 이용하여 위 미생물의 장내세균군집 안정화, 면역조절 등 기작 확인
○ 수층공간별 수질 환경 및 먹이생물 분포 특성
- 계절에 따른 기초 해양환경 변화 (수온, 염분, 먹이생물 등)에 따라 대상종의 양식 환경에 적합한 수층에 양식시설의 설치를 위한 연속 자료 확보
- 차세대염기서열 분석을 실시하여 월별 수층공간별 식물플랑크톤 분포 특성 파악
- 연승식 심층 양식시설 설계 및 가리비 등의 양식에 시험 적용하여 심층 양식의 우수성을 확인
○ 병원체 진단기술 확립
- 차세대염기서열 분석을 실시하여 월별 병원성 바이러스 분포 특성 및 출현 종 목록 작성하였으며 가리비를 대상으로도 감염 바이러스 목록 작성
- 양식장 인근 해역의 미생물 군집 변화 모니터링
- PCR 기반 바이러스 진단기술 개발
○ 양식어장 부착생물 관리방안- 양식장 주변 유생 발생 및 부착생물 출현 양상 파악
- 환경 조건, 수심 등에 따른 부착생물 강비 특성 파악
- 부착생물에 영향을 미치는 저서동물 및 유생 분포 파악
○ 통영해역에서 활용 가능한 해중공원 모델 개념 설계 완료
○ 종합 성과 정리
- C1 가스 기반 연료, 산업 원료 생산과 관련하여 다수의 신규 자가영양미생물을 확보하였으며 연구팀 내 모델미생물로 Clostridium sp. AWRP의 적응진화 및 유전자 편집을 통한 개량, 배지 최적화, 배양기술 고도화 등을 통해 산물 다변화 및 조절, 최대 12 g/L/d의 아세트산 생산성 도달
- 고염해수를 이용한 대규모 미세조류 배양기술 확립과 추출물 제조 및 바이오매스의 발효 등을 통해 항염, 항산화, 항암 기능성 물질의 발굴 및 활용에 필요한 제반 정보를 준비함
- 관련 미생물의 조골세포 분화기능, 섬유아세포 성장 촉진, 모델 어류의 질병 저항 및 온도 내성 증가 등의 활용성 확인
- 해조류 펙틴의 창상 치료제로의 기능 검증 및 제형 개발
- 해양환경의 장기 모니터링, 먹이생물 및 부착생물 변동 등을 고려하여 연승식 양식시설 설계, 설치, 시험평가 결과 가리비 양식에서 우수한 결과 확인
- 병원체 검출기술 확립 및 해중공간 활용을 위한 해중공원 개념도 작성
연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 비광합성 탄소고정 및 탄소대사 능 해양유래 우수 균주 확보로 응용기술 개발에 필요한 원천자원 및 기술 제공
○ 대사공학/합성생물학 기술을 이용하여 재조합 균주-유용물질 생산 시스템에 응용
○ 유용물질 생산 산업용 균주를 확보하여 국내 해양바이오기술 선진화
○ C1가스, 해양바이오매스로부터 유용물질생산 기술 개발에 적용
○ 농축 고염분수 기반 유용 해양생물자원의 안정적 대량생산 통한 산업화 기반 마련
○ 연안, 근해 해양생물자원증대 및 자원조성기술 사업에 활용
(출처 : 요약문 3p)
과제명(ProjectTitle) : | - |
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연구책임자(Manager) : | - |
과제기간(DetailSeriesProject) : | - |
총연구비 (DetailSeriesProject) : | - |
키워드(keyword) : | - |
과제수행기간(LeadAgency) : | - |
연구목표(Goal) : | - |
연구내용(Abstract) : | - |
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