Clostridium butyricum Dha operon을 갖는 재조합 대장균에서의 glycerol로부터 1,3-propanediol 생산

Abstract

석유자원의 고갈에 대비한 바이오 디젤의 생산이 가속화됨에 따라 바이오 디젤 생산의 부산물인 glycerol이 상당히 많이 발생하고 있다. 때문에 본 연구는 바이오 디젤 생산으로 발생하는 glycerol을 이용하여 다양한 용도로 사용되는 화학물질인 1,3-propanediol을 생산하는 Escherichia coli 균주의 개발을 목적으로 하였다. 1,3-Propanediol은 주로 부동액, 의약품, 화장품 등의 다양한 용도로 사용되며, 특히 polytrimethylene terephthalate (PTT) polymer 합성에 사용되는 monomer로써 생물공정을 통해서 생산될 수 있는 석유 대체 물질 중의 하나이다. 1,3-propanediol 생산에 관여하는 2종류의 효소는 glycerol dehydratase와 1,3-propanediol dehydrogenase로, 순차적인 반응에 의해 1,3-propanediol 생산된다. 1,3-propanediol의 생산에 관여하는 외래 유전자를 도입한 재조합 E. coli를 개발하고자 1,3-propanediol을 생산하는 균주 중 Clostridium butyricum 균주로 부터 고가의 coenzyme B12를 필요로 하지 않는 glycerol dehydratase인 dhaB1, dhaB2 유전자를 클로닝 하고, coenzyme의 활용을 NADH 외에도 NADPH로 넓혀 3-HPA의 축적이 이뤄지지 않게 할 목적으로 E. coli JM109로부터 1,3-propanediol dehydrogenase 인 yqhD 유전자를 클로닝 하여 glycerol로부터 1,3-propanediol을 생산하기 위한 여러 종류의 재조합 E. coli를 구축하였다. 각각의 재조합 E.coli에서의 단백질 발현은 IPTG로 유도하였고, SDS-PAGE로 확인하였다. 생성물 측정을 위해 재조합 E.coli를 먼저 호기조건에서 초기 배양하고 혐기조건에서 단백질 발현을 유도하면서 배양하였다. 혐기조건에서의 E.coli의 성장을 향상시키기 위해 배지최적화 실험을 진행하였고, 질소원과 탄소원으로 각각 ammonium sulfate, fumaric acid를 추가적으로 선택할 수 있었다 결과적으로 glycerol 10g/L, ammonium sulfate 3g/L, fumaric acid 3g/L가 추가된 LB medium으로 재조합 E.coli B21rY를 배양하여 2.71g/L의 1,3-propanediol을 생산할 수 있었다.