KR0129117B1 - A bacillus sp. which produce polyhydroxyalkanates - Google Patents

A bacillus sp. which produce polyhydroxyalkanates

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KR0129117B1 KR1019940014344A KR19940014344A KR0129117B1 KR 0129117 B1 KR0129117 B1 KR 0129117B1 KR 1019940014344 A KR1019940014344 A KR 1019940014344A KR 19940014344 A KR19940014344 A KR 19940014344A KR 0129117 B1 KR0129117 B1 KR 0129117B1
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Abstract

Bacillus sp. KCTC8552P2 (Bacillus thuringenesis H0079) capable of biosynthesizing polyhydroxybutyrate(PHB)-polyhydroxyvalerate(PHV) copolymer including about 90 mol% of 3-hydroxyvalerate(HV) unit is clamed. PHB-PHV copolymer is synthesizd in the medium containg glucose as main substrate and propionate as cosubstrate by the single step batch culture. When the concentration of propionate in the medium become 1.0%, maximum yield of dry cell weight and polyhydroxyalkanate biomass indicate 7.3 g/l and 43.9% respectively. Copolymer obtained is used for the material of biothermoplastics.

Description

폴리히드록시알카이네트를 합성하는 바씨러스속 미생물Bacillus microorganism to synthesize polyhydroxyalkynet

제1도는 본 발명의 균주의 생장에 대하여 프로피오네이트가 미치는 효과에 관한 그래프이다.1 is a graph of the effect of propionate on the growth of strains of the present invention.

제2도의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 균주의 회분배양중 프로피오네이트가 poly (3HB-co-3HV)의 합성 및 조성에 미치는 영향을 나타낸 그래프로서, ○은 0.1%의 프로피오네이트, ●은 0.3%의 프로피오네이트 및 ▽은 0.1%의 프로피오네이트를 대수기중 첨가한 경우이다.(A) to (d) of Figure 2 is a graph showing the effect of propionate on the synthesis and composition of poly (3HB-co-3HV) in the batch culture of the strain of the present invention, ○ is 0.1% propio Nate, 은 is 0.3% propionate, and ▽ are 0.1% propionate added in logarithmic groups.

제3도는 바씨러스 쑤링기엔시스(KCTC1033)의 세포내에 존재하는 지방산소성을 나타낸 가스 크로마토그래피(gas chromatography)이다.3 is a gas chromatography showing fatty acid plasticity present in cells of Bacillus thuringiensis (KCTC1033).

제4도는 본 발명에 따른 균주의 세포내에 존재하는 지방산조성을 나타낸 가스 크로마토그래피이다.4 is a gas chromatography showing the fatty acid composition present in the cells of the strain according to the present invention.

제5도는 본 발명의 균주에 의해 합성된 PHA의 성분 분석 가스 크로마토그래피이다.5 is a component analysis gas chromatography of PHA synthesized by the strain of the present invention.

본 발명은 폴리히드록시알카네이트(polyhydroxyalkanates : 이하 PHA라함)를 합성하는 바씨러스(Bacillus)속 미생물에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 글루코오스를 주기질로 하고 프로피오네이트를 보조기질로 하는 배지에서 1단계의 회분배양에 의해 90mol%까지의 3HV(hydroxyvalerate) 단위체를 함유하는 PHB (polyhydroxybutyrate)/PHV 중중합체를 생산하는 바씨러스속 미생물에 관한 것이다.The present invention relates to a bacterium of the genus Bacillus, which synthesizes polyhydroxyalkanates (hereinafter referred to as PHA), and more particularly, to a step 1 in a medium containing glucose as a main substance and propionate as an auxiliary substrate. The present invention relates to a bacterium of the genus Bacillus, which produces a polyhydroxybutyrate (PHB) / PHV copolymer containing up to 90 mol% of 3HV (hydroxyvalerate) units by batch culture of.

종래로부터 내구성이 뛰어나다는 장점때문에 일상생활에 널리 사용되어왔던 합성플라스틱 및 합성섬유 제품들은 사용후 폐기되어 수십년이 지난뒤에도 자연계에서 분해되지 않은 채, 토양과 하천을 오염시키고 식물의 성장을 저해하는 등 심각한 환경오염 문제를 일으키고 있다. 이와 같은 플라스틱에 의한 환경오염의 원인은 플라스틱이 미생물의 분해작용에 잘 견디는 뛰어난 내구성에 기인하고 있다.Synthetic plastic and synthetic fiber products, which have been widely used in daily life because of its durability, are contaminated with soil and rivers and inhibit plant growth without being degraded in nature even after decades of use. It is causing serious environmental pollution problems. The cause of environmental pollution by plastic is due to the excellent durability of plastics to withstand the decomposition of microorganisms.

이와 같은 플라스틱에 의한 환경오염 문제를 해결하기 위하여 미생물에 의하여 분해되는 생분해성 플라스틱이 개발되었다. 이들 생분해성 플라스틱은 폴리에틸렌 또는 폴리에스테르 등과 같은 기존의 합성 플라스틱에 전분이나 금속착물을 첨가시켜 제조함으로써, 미생물의 분해작용 및 광산화등의 작용에 의하여 쉽게 분해가 일어날 수 있다. 그러나, 이와같은 생분해성 플라스틱은 플라스틱 성분중 전분질의 분해는 쉽게 일어나지만 합성플라스틱 부분은 여전히 분해되지 않고 남아 환경을 오염시킬 뿐만 아니라, 이들 플라스틱 제조시에 사용된 금속착물 부분이 또다른 환경오염원이 될 수 있어, 플라스틱에 의한 환경오염 문제를 근본적으로 해결하는데는 한계가 있었다.In order to solve the environmental pollution problem caused by such plastics, biodegradable plastics decomposed by microorganisms have been developed. These biodegradable plastics are prepared by adding starch or metal complexes to existing synthetic plastics such as polyethylene or polyester, so that the biodegradable plastics can be easily decomposed by the action of microbial decomposition and photooxidation. However, such biodegradable plastics easily degrade starch in the plastic components, but the synthetic plastic portion still remains undecomposed to contaminate the environment, and the metal complex portion used in the manufacture of these plastics is another source of environmental pollution. As a result, there was a limit to fundamentally solving the problem of environmental pollution caused by plastics.

최근에는 이와 같은 합성플라스틱에 의한 환경오염 문제를 보다 근본적으로 해결하기 위하여, 생물자체로부터 생성되는 바이오 플라스틱에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 바이오 폴리머라고도 불리는 이들 바이오 플라스틱은 미생물, 동물, 식물로부터 직접 얻어지는 천연고분자 물질로서 기존의 합성플라스틱과 같이 우수한 기계적 내구성을 갖고 있어 일반소재, 포장재, 농업용 필름등의 재료로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 또한 매우 우수한 생분해성을 갖고 있어 자연계에서 일정한 시간이 경과하면 물과 이산화탄소로 완전히 분해되며, 인체에 무해함과 동시에 우수한 생체 적합성을 갖고 있어 생체에 사용되는 접착제, 밴드, 봉합사 등의 재료로도 사용된다. 즉, 이들 바이오플라스틱은 자연계에서 미생물에 의하여 완전히 분해되며, 생체내에 사용시 생체내에서 자연히 흡수 분해되는 등의 특성을 갖고 있어, 환경오염문제를 완전히 해결할 수 있는 생물열가소성 플라스틱(Biothermoplastics)이다.Recently, in order to solve the environmental pollution problem caused by synthetic plastics more fundamentally, researches on bioplastics generated from living organisms have been actively conducted. These bioplastics, also called biopolymers, are natural polymers obtained directly from microorganisms, animals, and plants and have excellent mechanical durability like conventional synthetic plastics, and can be used as materials for general materials, packaging materials, and agricultural films. It has very good biodegradability, and after a certain time in nature, it is completely decomposed into water and carbon dioxide.It is harmless to human body and has excellent biocompatibility.It is also used as a material for adhesives, bands, sutures, etc. . That is, these bioplastics are biothermoplastics that are completely decomposed by microorganisms in nature and naturally absorbed and decomposed in vivo when used in vivo, and can completely solve environmental pollution problems.

이와 관련된 선행특허들을 살펴보면, 고려합섬이 출원한 대한민국 공개특허 제192-19941호에서는 미생물 발효법에 의한 PHB/PHV 공중합체를 세포내에 축적할 수 있는 균주를 탄소원, 질소원, 인 및 미량원소를 함유하는 수용액상태의 세포증식용 배지를 세포증식속도에 맞추어 대수적으로 공급하는 조건하에서 배양하여 균체농도를 극대화한 후, 이어서 공중합체를 회수하는 PHB/PHV 공중합체의 제조방법을 개시하고 있다.Looking at the related patents related to this, Korea Patent Publication No. 192-19941 filed by Korea Synthetic Island contains a carbon source, a nitrogen source, phosphorus and a trace element that can accumulate PHB / PHV copolymers in cells by microbial fermentation. Disclosed is a method for producing a PHB / PHV copolymer in which an aqueous cell proliferation medium is cultured under a logarithmic supply condition at a cell growth rate to maximize cell concentration, and then a copolymer is recovered.

고려합성이 출원한 대한민국 공개특허 제92-19943호에서는 PHA의 일종인 PHB 및 PHB/PHV 공중합체를 제조하는 공정에 있어서 알카리게네스 라튜스(alcaligenes latus : KFCC-10724)를 이용하여 배양온도 35-49도, pH 6.5-7.2에서 호기적으로 배양하면서 탄소원과 질소원의 C/N 비율을 15-30으로 조절한 영양배지를 배양액중에 연속적으로 공급하여 균체를 30-50g/L로 증식한 후, C/N 비율이 40-80이고 황(S), 인(P), 칼슘(Ca), 칼륨(K) 둥이 제한된 영양배지를 계속 공급하며, 용존산소를 낮게 유지시켜(10-20%) PHA 축적조건으로 유도하여 세포내에 PHB 및 3-HV 단위룰 5-20% 포함하는 PHB/PHV 공중합체를 고농도(60-80%)로 축적시키는 유가배양에 의한 PHA의 제조방법을 개시하고 있다.Korean Patent Application Publication No. 92-19943, filed with Koryo Synthesis, uses an alcaligenes latus (KFCC-10724) in the process of preparing PHB and PHB / PHV copolymers, which are a kind of PHA. After culturing aerobicly at -49 degrees and pH 6.5-7.2, the nutrient medium with the C / N ratio of carbon source and nitrogen source adjusted to 15-30 was continuously fed into the culture medium, and the cells were grown to 30-50 g / L, P / N ratio is 40-80, sulfur (S), phosphorus (P), calcium (Ca) and potassium (K) are continuously supplied with limited nutrition medium, keeping dissolved oxygen low (10-20%) Disclosed is a method for preparing PHA by oil culture, in which PHB / PHV copolymer containing 5-20% of PHB and 3-HV units in a cell is accumulated at high concentration (60-80%) by inducing accumulation conditions.

영국 ICI사가 출원한 대한민국 공개특허 제91-12251호는 증식을 제한하지 않은 조건하에 HV성분으로 구성된 기질상에서 배양시킬때 많이 증식할 수 없는 PHB축적 박테리아를 이용해 HB와 HV 단량체 단위로 구성된 공중합체를 미생물학적으로 생산하는 방법으로 박테리아의 공중합체 합성 및 축적을 돕는 증식제한 조건하에 HV성분을 함유한 수용성의 동화 가능한 탄소와 HB성분을 함유한 수용성의 동화가능한 탄소로 구성된 기질을 포함하는 구성배지내에서 배지 11L당 중량의 건조세포로 박테리아를 배양하고 그후에 공중합체를 함유하는 박테리아를 회수하는 것으로 구성되는 방법으로서, 여기서 사용된 균주는 알카리게네스 유트로퍼스(eutrophus) NCIMB 40124의 돌연변이체 또는 변종이 증식을 제한하지 않는 조건하에 기본적으로 HV 성분에 의해 제공된 수용성 탄소원을 포함한 기질에서 배양될 때 많이 증식할 수 없는 알카리게네스 유트로퓨스 NCIMB40124, 또는 이것의 돌연변이체나 변종이다.Korean Patent Application Publication No. 91-12251, filed by ICI, UK, uses a copolymer of HB and HV monomer units using PHB-accumulating bacteria that cannot proliferate when cultured on a substrate composed of HV components under conditions that do not limit proliferation. In a microbiological production process, a substrate comprising a substrate composed of water-soluble assimilable carbon containing HV and water soluble assimilable carbon containing HB under conditions of growth limitation to aid in the synthesis and accumulation of bacteria copolymers. Incubating the bacteria with dry cells weighed per 11 L of medium in a cell, and then recovering the bacteria containing the copolymer, wherein the strain used is a mutant or variant of Alkarygenes eutrophus NCIMB 40124 Water soluble basically provided by the HV component under conditions that do not limit this proliferation To alkali that can not proliferate when cultured in a lot of substrates, including a desire Ness oil Trojan pyuseu NCIMB40124, or its mutated variants chena.

영국 ICI사가 출원한 일본 공개특허 제90-299590호는 중합체 모노머가 함유하는 탄소원자의 최빈수가 N이 되는 중합체의 미생물학적인 제조방법으로 N개보다 적지 않은 탄소원자 수를 가지고 있는 자화성 탄수화합물로 형성된 기질에 세균을 배양하는 것인데 그 세균이 NCIB40135, NCIB9571, NCIB9904, NCIB8626 또는 NCIB9520이나 이 미생물군으로부터 선택된 적어도 1종의 세균 또는 상기 세균군의 적어도 1종의 특성을 가진 것으로 하는 중합체의 미생물학적 제조방법에 관한 것이다.Japanese Patent Laid-Open No. 90-299590, filed by ICI, UK, is a microbiological method for producing a polymer in which the most frequent number of carbon atoms contained in the polymer monomer is N, which is formed of a magnetizable carbohydrate compound having a carbon number of less than N. A method for microbiological production of a polymer comprising culturing a bacterium on a substrate, wherein the bacterium has at least one bacterium selected from NCIB40135, NCIB9571, NCIB9904, NCIB8626, or NCIB9520 or this microorganism group or at least one characteristic of the bacterial group. It is about.

미합중국 특허 제4786598호는 3-PHB를 제조하는 공정으로서 알카리 게네스 라튜스 또는 이 균주로부터 유래된 돌연변이 균주를 2단계 배양하여 1단계에서는 증식에 가장 적합한 조건으로 배양하면서 연속적으로 2단 발효조로 이송하면서 배양을 계속하고 균체로부터 중합체를 추출하는 방법에 관한 것이다.U.S. Patent No. 4786598 is a process for producing 3-PHB, which is cultured in two stages of Alkali genus ratus or a mutant strain derived from the strain, and is transferred to a two-stage fermenter continuously while incubating at the most suitable conditions for growth in the first stage. While continuing the culture and extracting the polymer from the cells.

상기 특허들에 있어서, 미생물을 이용하여 PHB/PHV 공중합체의 합성시 3HV의 함량은 3HV의 전구물질로 사용되는 보조기질의 농도에 의존한다. 그러나 3HV 단위체의 전구물질로 이용되는 프로피오네이트(propionate) 또는 펜타노에이트(pentanoate)가 세포에 매우 독성이 있기 때문에 3HV의 함량을 높이기 위해 전구물질의 농도를 높일 경우 균체의 생장이 크게 저해를 받는다. 따라서, 높은 함량의 3HV를 함유하는 PHB/PHV를 생산하기 위해서는 1단계로 보통의 발효배지(프로피오네이트와 같은 전구물질이 첨가되지 않은 배지)에서 균체를 증식시기고, 2단계로 이 균체를 전구물질로 첨가된 배지에서 배양하는 2단계의 회분배양법이 이용되고 있다.In these patents, the content of 3HV in the synthesis of PHB / PHV copolymer using microorganisms depends on the concentration of auxiliary substrate used as precursor of 3HV. However, since propionate or pentanoate, which is used as a precursor of 3HV monomers, is very toxic to cells, increasing the concentration of precursors to increase the content of 3HV greatly inhibits the growth of the cells. Receive. Therefore, in order to produce PHB / PHV containing a high content of 3HV, the cells are grown in a normal fermentation medium (medium without a precursor such as propionate added) in one step, and the cells are grown in two steps. A two-step batch culture method incubated in a medium added as a precursor is used.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 주된 목적은 프로피오네이트에 대한 내성이 비교적 높고, PHA를 합성하는 신규의 바씨러스속 세균을 제공하는데 있다.The present invention has been made to solve this problem, and a main object of the present invention is to provide a novel bacterium bacterium that has relatively high resistance to propionate and synthesizes PHA.

본 발명의 다른 목적은 글루코오스를 주기질로 하고 프로피오네이트를 보조기질로 하는 배지에서 1단계의 회분배양에 의해 95mol%까지의 3HV 단위체를 함유하는 PHB/PHV 공중합체를 합성하는 상기 미생물의 배양방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is a method of culturing the microorganism for synthesizing PHB / PHV copolymer containing up to 95 mol% of 3HV monomer in a single stage batch culture in a medium containing glucose as a main substance and propionate as an auxiliary substrate. To provide.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 미생물을 배양하여 PHA를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for producing PHA by culturing the microorganism.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미생물은 PHA를 합성하는 미생물로서 1994년 2월 14일자에 한국과학기술연구원 유전공학센터 유전자 은행에 제 KCTC 8552P호로 기탁된 바씨러스속 균주인 바씨러스 쑤링기엔시스(thuringiensis) H0079이다.The microorganism of the present invention for achieving the above object is a bacterium strain of Bacillus thuringiensis, which was deposited as No. KCTC 8552P to the Genetic Bank of Korea Institute of Science and Technology on February 14, 1994 as a microorganism for synthesizing PHA. (thuringiensis) H0079.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 균주는 본 발명자들의 PHA 생산 균주에 관한 연구시 오염균주로서 빈번하게 출연하던 것으로, 본 발명자들에 의해 분리된 그람양성의 호기성 세균이며 내생포자(아포)를 갖는 바씨러스 속의 신규한 균주이다.The strain of the present invention frequently appeared as a contaminating strain in the study of the PHA producing strains of the present inventors, a novel strain of the genus Bacillus, which is a gram-positive aerobic bacterium isolated by the present inventors and has endogenous spores (apos). to be.

일반적으로 Poly(3HB-co-3HV) 공중합체의 생합성을 위하여 사용되는 3HV 단위체의 전구물질(보조기질)은 프로피오네이트 또는 발레네이트이다. 그러나 이러한 전구물질들은 세포의 막구조에 심각한 영향을 주기 때문에 극히 낮은 농도에서도 세포의 생장과 PHA생합성에 큰 영향을 준다(Byrom, 1987, Ramsay등, 1990). 따라서 본 발명에서는 먼지 프로피오네이트가 본 발명에 따른 균주의 생장에 미치는 영향을 조사하였다. 제1도에서 보는 바와 같이 보조기질인 프로피오네이트를 첨가하지 않았을때 보다도 0.1%의 프로피오네이트가 첨가되었을때 좀더 많은 균체생성량이 얻어졌는데, 이는 주 탄소원인 글루코스가 고갈된 이후에 프로피오네이트가 탄소원으로 이용되었기 때문인 것으로 보인다. 그러나, 프로피오네이트의 농도가 0.3%일 때에는 균체생장에 큰 영향을 받았으며, 프로피오네이트의 농도가 높아질수록 유도기(lagphase)가 길어지는 양상이 관찰되었다. 따라서, 본 발명의 균주는 글루코스와 0∼1.0%, 바람직하게 0.1∼0.3%의 프로피오네이트를 탄소원으로 한 발효배지에서 PHB의 단일중합체 또는 3HV 단위체를 함유하는 PHB/PHV 공중합체를 고농도로 합성할 수 있다.In general, the precursor (auxiliary substrate) of the 3HV monomers used for the biosynthesis of Poly (3HB-co-3HV) copolymers is propionate or valenate. However, these precursors have a significant effect on the cell structure of the cell, so even at very low concentrations, they significantly affect cell growth and PHA biosynthesis (Byrom, 1987, Ramsay et al., 1990). Therefore, in the present invention, the effect of dust propionate on the growth of the strain according to the present invention was investigated. As shown in FIG. 1, more cell production was obtained when 0.1% propionate was added than without supplementary propionate, which was found after the depletion of glucose, the main carbon source. Seems to be used as a carbon source. However, when the concentration of propionate was 0.3%, it was greatly influenced by cell growth, and the higher the concentration of propionate, the longer the lagphase was observed. Thus, the strains of the present invention synthesize high concentrations of PHB / PHV copolymers containing homopolymers or 3HV monomers of PHB in fermentation broths based on glucose and 0-1.0%, preferably 0.1-0.3% propionate, as a carbon source. can do.

전술한 바와 같이, 상기 균주는 프로피오네이트에 대한 내성이 강하며, 0∼1.0%의 프로피오네이트가 첨가된 1단계의 회분배양에 의해 3HV의 함량이 70-90mol%에 달하는 PHB/PHV 공중합체를 합성할 수 있다. 또한 0.1%의 프로피오네이트를 첨가한 회분배양에서 전체량의 최고 43.9%에 달하는 PHA를 합성함으로써 지금까지 알려진 그람양성의 미생물중에서는 PHA 축척률이 매우 높은 특징을 갖는다.As described above, the strain is resistant to propionate and PHB / PHV air containing 70-90 mol% of 3HV by one-step batch culture with 0-1.0% propionate added. The coalescence can be synthesized. In addition, by synthesizing PHA up to 43.9% of the total amount in batch culture with 0.1% propionate, PHA accumulation rate is very high among Gram-positive microorganisms known to date.

한편, 회분배양에 의한 본 발명의 균주의 공중합체 생성을 자퍼멘터에서 조사한 결과는 제2도에서와 같다. 제2도에서 알 수 있는 바와 같이, 클라스크 배양에서와 마찬가지로 0.1%의 보조기질 첨가시 가장 많은 균체량과 공중합체의 생성이 이루어졌으며,3HV의 함량도 배양시간중 50-80mol%의 수준을 보였다. 그러나 미생물 생장의 대수기중에 동일량(0.1%)의 보조기질을 첨가하였을 때에는 균체생장과 공중합체 생성에 큰 저해가 나타남으로써, 생장 및 대사작용이 활발한 세포에서는 프로피오네이트의 독성효과가 보다 크게 이루어짐을 보여주었다.On the other hand, the results of the copolymerization of the copolymer production of the strain of the present invention by batch culture is as shown in FIG. As can be seen in FIG. 2, as in the case of the clasque culture, the addition of 0.1% of the auxiliary substrate resulted in the highest cell mass and copolymer formation, and the content of 3HV was 50-80mol% during the incubation time. . However, when the same amount (0.1%) of auxiliary substrate was added in the logarithmic phase of microbial growth, propionate showed greater inhibition in cell growth and copolymer production. Showed done.

이러한 본 발명의 균주의 동정결과를 바씨러스 쑤링기엔시스(KCTC1033)를 참조 균주로 하여 하기표1에 기재하였다.The identification results of the strains of the present invention are shown in Table 1 below with reference to Bacillus thuringiensis (KCTC1033).

[표 1]TABLE 1

* NT : 측정하지 않음.NT: Not measured.

상기 측정결과로부터 본 발명의 균주는 바씨러스 쑤링기엔시스의 일종으로 판단되나, 통상적인 바씨러스 쑤링기엔시스는 PHA를 소량 합성하며, δ-toxin을 주로 합성하는 것으로 알려져 있다(Bergy's manual of determinative bacteriology, 8판). 따라서 본 발명의 균주는 바씨러스 쑤링기엔시스의 아속에 속하는 신규의 미생물로 판단된다. 이를 좀 더 구체적으로 설명하기 위하여 하기 표6에 기재된 배지조성에서 배양한 본 발명의 균주와 바씨러스 쑤링기엔시스(KCTC 1033)의 PHA 생산능을 측정하여 하기 표2에 기재하였고, 하기 표3에 제3도 및 제4도의 가스크로마토그래피를 기초로 하여 세포내에 존재하는 지방산조성을 기재하였다.From the above measurement results, the strain of the present invention is judged to be a kind of Bacillus thuringiensis, but the typical Bacillus thuringiensis synthesizes a small amount of PHA and is known to mainly synthesize δ-toxin (Bergy's manual of determinative bacteriology , 8th edition). Therefore, the strain of the present invention is considered to be a novel microorganism belonging to the subgenus of Bacillus thuringiensis. In order to explain this in more detail, the PHA production capacity of the strain of the present invention and Bacillus thuringiensis (KCTC 1033) cultured in the medium composition shown in Table 6 was measured and described in Table 2 below. The fatty acid composition present in the cells was described based on the gas chromatography of FIGS. 3 and 4.

[표 2] TABLE 2

[표 3] TABLE 3

* 상기 표에서 예를들어 12 : 0은 12는 탄소수가 12개이고, 0은 이중결합수가 없음을 의미한다.* In the above table, for example, 12: 0 is 12 has 12 carbon atoms, 0 means no double bond number.

상기 표2 및 3에서 양 미생물이 별개의 미생물임을 용이하게 알 수 있다. 한편, 본 발명의 균주는 PHA 공중합체에서 3HV 함량의 조절을 통하여 다양한 물성의 바이오폴리머를 획득할 수 있기 때문에 높은 함량의 3HV를 갖는 공중합체의 생산 및 이의 용도개발 폭을 넓혀줄 수 있다는 점에서 그 산업적가치가 매우 크다고 할 수 있다.In Tables 2 and 3 it can be easily seen that both microorganisms are separate microorganisms. On the other hand, since the strain of the present invention can obtain a biopolymer of various physical properties through the control of the 3HV content in the PHA copolymer, it is possible to widen the production range of the copolymer having a high content of 3HV and its use development. The industrial value is very large.

이하 실시예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.Although the configuration and effects of the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, the scope of the present invention is not limited to the following examples.

실시예 1Example 1

1) 균주 보전을 위한 배지 및 배양조건1) Medium and culture conditions for strain preservation

바씨러스 쑤링기엔시스의 일종으로 동정된 본 균주의 보존을 위해 YPB (yeast extract, 2g/L ; peptone, 5g/L ; beef extract 1g/L, NaCl, 5g/L ; agar, 20g/L) 고체배지에서 30℃로 배양하고 3∼4일 간격으로 계대하였다. 또 장기보존을 위해서는 아가(agar)가 제외된 상기의 YPB 액체배지를 이용하여 30℃에서 12시간 진탕배양한 후 동결보관용 비알(vial)에 넣어 -70℃에서 보관하였다.YPB (yeast extract, 2g / L; peptone, 5g / L; beef extract 1g / L, NaCl, 5g / L; agar, 20g / L) solids for the preservation of this strain identified as a kind of Bacillus thuringiensis Incubated at 30 ° C. in medium and passaged every 3-4 days. In addition, for long-term preservation by using the above YPB liquid medium except agar (Agar) shaking culture for 12 hours at 30 ℃ and put in a cryopreservation vial (vial) and stored at -70 ℃.

2) PHA 생산을 위한 배지 및 배양조건2) Medium and culture conditions for PHA production

먼지 50ml의 종균배지(seed medium)가 들어있는 300ml 삼각플라스크에서 30℃로 12시간 진탕배양(160rpm)한 후, 이 종균 5ml을 발효배지(fermentation medium)가 45ml씩 들어있는 300ml 삼각플라스크에 접종하고 동일조건에서 30시간 진탕배양하였다. 소듐 프로피오네이트 첨가에 의한 영향을 조사하기 위해서는 발효배지에 각각 0, 0.1, 0.3, 0.4, 0.5, 0.7, 1.0, 1.5, 2.0%의 프로피오네이트를 첨가하여 배양하였다. 종균배지 및 발효배지의 조성은 하기 표 4와 같다.In a 300 ml Erlenmeyer flask containing 50 ml of seed medium and shaken (160 rpm) for 12 hours at 30 ° C, 5 ml of this seed was inoculated into a 300 ml Erlenmeyer flask containing 45 ml of fermentation medium. Shake culture was carried out for 30 hours under the same conditions. In order to investigate the effect of sodium propionate addition, 0, 0.1, 0.3, 0.4, 0.5, 0.7, 1.0, 1.5, 2.0% propionate was added to the fermentation medium, respectively. Seed medium and fermentation medium composition is shown in Table 4 below.

종균배지 및 발효배지의 조성Composition of spawn and fermentation broth

[표 4] TABLE 4

* 미량원소* Trace element

발효조를 이용한 회분배양(batch culture)을 위해서는 멸균된 발효배지 2L를 포함하는 5L 자-퍼멘터에 종균배지에서 12시간 배양한 100ml의 종균배양액을 접종하였으며, 통기량은 1vvm, 교반속도는 400rpm으로 하였다. 배양온도 및 pH는 각각 30℃와 7.0으로 자동조절하였다. 그 결과를 하기 표5에 기재하였다.For batch culture using a fermenter, 100 ml of the spawn culture medium incubated for 12 hours in the spawn medium was inoculated into a 5L self-permator containing 2 L of sterilized fermentation broth, and the aeration rate was 1 vvm and the stirring speed was 400 rpm. It was. Culture temperature and pH were automatically adjusted to 30 ℃ and 7.0 respectively. The results are shown in Table 5 below.

프로피오네이트 농도변화에 따른 PHA 축적율PHA Accumulation Rate According to Propionate Concentration

[표 5] TABLE 5

주) D.C.W(Dry Cell Weight)는 본 배지에서 세포를 30시간 배양한 후 드라이오븐(105℃)에서 24시간 건조한 후 측정한 값이다.Note) D.C.W (Dry Cell Weight) is a value measured after culturing cells in this medium for 30 hours and drying for 24 hours in a dry oven (105 ℃).

P/X : (PHA/Biomass)P / X: (PHA / Biomass)

3HB : 3-Hydroxybutyric acid, 3HV : 3-Hydroxyvaleriic acid3HB: 3-Hydroxybutyric acid, 3HV: 3-Hydroxyvaleriic acid

보조기질을 첨가해 주었을때 다른 바씨러스 균주에 의한 PHA축적율PHA Accumulation Rate by Different Bacillus Strains When Auxiliary Substrates Added

[표 6] TABLE 6

상기 표5는 프로피오네이트의 농도변화에 따른 본 발명의 균주의 PHA 축적률을 보여주고 있다. 최대균체량과 최대축적률은 공히 0.1%의 프로피오네이트가 첨가되었을 때 나타났으며, 그 측정치는 각각 7.3g/L와 43.9%이었다. 반면에 보조기질의 농도가 높아질수록 균체량은 물론이고 축적률도 크게 감소되는 경향을 보였다. 또한 보조기질이 존재하지 않는 조건에서 생합성된 PHA는 PHB단일 중합체인데 반하여 보조기질이 첨가되었을 때에는 모두 높은 함량의 3HV를 갖는 poly(3HB-co-3HV)이었으며, 0.3%의 프로피오네이트 농도에서도 3HV의 함량이 80mol%를 상회하였다. 본 발명의 균주에 따른 PHA축척률과 3HV의 함량은 바씨러스속 미생물을 대상으로 타 연구자들에 의해 보고된 결과(하기 표6)와 비교하여 볼 때 매우 높은 수준이라 할 수 있다.Table 5 shows the PHA accumulation rate of the strain of the present invention according to the concentration change of propionate. The maximum cell mass and maximum accumulation rate were found when 0.1% propionate was added, and the measurements were 7.3 g / L and 43.9%, respectively. On the other hand, as the concentration of auxiliary substrates increased, cell mass as well as accumulation rate tended to decrease significantly. In addition, PHA synthesized in the absence of an auxiliary substrate was a PHB homopolymer, whereas when the auxiliary substrate was added, all of them were poly (3HB-co-3HV) having a high content of 3HV, and 3HV even at a propionate concentration of 0.3%. The content of was over 80 mol%. The PHA accumulation rate and the content of 3HV according to the strain of the present invention can be said to be very high when compared to the results reported by other researchers of Bacillus genus microorganisms (Table 6 below).

실시예 2. PHA의 정량 및 조성분석Example 2. Quantitative and Composition Analysis of PHA

실시예 1에서 채취한 배양액을 2차례 원심분리(7,000rpm/8분)하여 균체를 수획하고, speed vac. concentrator를 이용하여 균체를 건조시켰다. 균체내 PHA의 조성 및 정량분석은 Braunegg 등(1978)의 방법에 의해 실시하였다. 즉, 건조된 균체를 곱게 파쇄한 후, 20mg의 균체를 테프론 캡튜브(tefron cap tube)에 넣고 클로로포름 2ml와 15%황산이 들어있는 메탄올 2ml를 첨가하여 100℃이상의 온도가 유지되고 있는 수조에서 140분간 반응시키고, 반응이 끝난 캡튜브에 증류수 1ml을 첨가하여 강하게 혼합한 다음 아래에 형성된 유기용매층에서 시료를 채취하여 가스크로마토그래피 분석을 행하였다. PHA 표준시료로는 13mol%의 3HV가 함유된 ICI의 바이오폴(Biopol)을 이용하였다. 그 결과는 제5도에 도시하였다.The cultures collected in Example 1 were centrifuged twice (7,000 rpm / 8 minutes) to harvest the cells, and the speed vac. The cells were dried using a concentrator. The composition and quantitative analysis of PHA in cells was carried out by the method of Braunegg et al. (1978). That is, after crushing the dried cells finely, 20mg cells were added to a Tefron cap tube and 2ml of chloroform and 2ml of methanol containing 15% sulfuric acid were added. After reacting for a minute, 1 ml of distilled water was added to the cap tube after the reaction was mixed vigorously, and a sample was taken from the organic solvent layer formed below and subjected to gas chromatography analysis. ICI Biopol containing 13 mol of 3HV was used as the PHA standard sample. The results are shown in FIG.

이와같은 결과들을 종합하여 볼때, 본 발명의 균주는 지금까지 알려진 그람양성 세균들에 비하여 PHA축적률이 높을뿐 아니라, 낮은 농도의 프로피오네이트 첨가에 의해 3HV함량이 매우 높은 poly(3HB-co-3HV) 공중합체를 합성할 수 있는 특징을 가지고 있다. 특히 알카리게네스속의 다른 균주들의 경우에는 높은 농도의 보조기질이 첨가된 2단계 회분배양을 통해서만이 3HV의 함량을 높일 수 있는 것으로 알려져 있으나, 본 발명의 균주는 낮은 농도의 보조기질하에서도 3HV의 함량을 제고시킬 수 있다는 점에서 효용성이 매우 크다고 생각된다.Taken together, these strains of the present invention not only have a higher PHA accumulation rate than the Gram-positive bacteria known so far, but also have a very high poly (3HB-co- 3HV content by low concentration of propionate. 3HV) copolymer has the characteristic of synthesizing. In particular, in the case of other strains of the genus Alcaligenes, it is known that the content of 3HV can be increased only through the two-step batch culture in which a high concentration of auxiliary substrate is added. It is thought that the utility is very large in that the content can be improved.

Claims (12)

폴리히드록시알카네이트를 합성하는 한국과학기술연구원 유전공학센터 유전자 은행에 제KCTC8552P호로 기탁된 바씨러스속 미생물.A bacterium of the genus Bacillus deposited as KCTC8552P at the Genetic Bank of Korea Institute of Science and Technology, which synthesizes polyhydroxyalkanate. 폴리히드록시알카네이트를 합성하는 한국과학기술연구원 유전공학센터 유전자 은행에 제KCTC8552P호로 기탁된 바씨러스속 미생물을 글루코오스를 주기질로하고 프로피오네이트를 보조기질로 한 배양배지에서 배양함을 특징으로 하는 배양방법.A bacterium of genus Bacillus deposited as KCTC8552P in the Genetic Engineering Center Genetic Bank of Korea Institute of Science and Technology for synthesizing polyhydroxyalkanate is cultured in a culture medium containing glucose as a main substance and propionate as an auxiliary substrate. Cultivation method. 제2항에 있어서, 상기 폴리히드록시알카네이트가 폴리히드록시뷰티레이트(PHB)임을 특징으로 하는 배양방법.The method according to claim 2, wherein the polyhydroxyalkanate is polyhydroxybutyrate (PHB). 제2항에 있어서, 상기 폴리히드록시알카네이트가 3HV 단위체를 함유하는 PHB/PHV 공중합체임을 특징으로 하는 배양방법.The method according to claim 2, wherein the polyhydroxyalkanate is a PHB / PHV copolymer containing 3HV units. 제2항에 있어서, 상기 프로피오네이트의 농도가 전체 배지에 대하여 0∼1.0%임을 특징으로 하는 배양방법.The culture method according to claim 2, wherein the concentration of propionate is 0 to 1.0% with respect to the whole medium. 제2항에 있어서, 상기 배양이 1단계의 회분배양임을 특징으로 하는 배양방법.The culture method according to claim 2, wherein the culture is batch culture in one step. 한국과학기술원 유전공학센터 유전자 은행에 제KCTC8552P호로 기탁된 바씨러스속 미생물을 글루코오스를 주기질로하고 프로피오네이트를 보조기질로 하는 배지에서 배양하여 폴리히드록시알카네이트를 합성시키고 정제함을 특징으로 하는 폴리히드록시알카네이트의 재조방법.It is characterized by synthesizing and purifying polyhydroxyalkanates by culturing Bacillus microorganisms deposited with KCTC8552P at the Genetic Engineering Center Gene Bank of Korea Advanced Institute of Science and Technology in a medium containing glucose as a main substance and propionate as an auxiliary substrate. Process for the preparation of polyhydroxyalkanate. 제7항에 있어서,상기 폴리히드록시알카네이트가 폴리히드록시뷰티레이트(PHB)임을 특징으로 하는 폴리히드록시알카네이트의 제조방법.The method of claim 7, wherein the polyhydroxyalkanate is polyhydroxybutyrate (PHB). 제7항에 있어서, 상기 폴리히드록시알카네이트가 3HV 단위체를 함유하는 PHB/PHV 공중합체임을 특징으로 하는 폴리히드록시알카네이트의 제조방법.8. The method of claim 7, wherein the polyhydroxyalkanate is a PHB / PHV copolymer containing 3HV units. 제7항에 있어서, 상기 프로피오네이트의 농도가 전세 배지에 대하여 0∼1.0%임을 폴리히드록시알카네이트의 제조방법.The method of claim 7, wherein the concentration of propionate is 0-1.0% with respect to the charter medium. 제9항에 있어서, 상기 3HV 단위체의 최고함량이 90몰%임을 특징으로 하는 폴리히드록시알카네이트의 제조방법.10. The method of claim 9, wherein the maximum content of the 3HV unit is 90 mol%. 제7항 또는 제10항에 있어서, 상기 폴리히드록시알카네이트가 미생물의 전체량에 최고 43.9%까지 임을 특징으로 하는 폴리히드록시알카네이트의 제조방법.The method according to claim 7 or 10, wherein the polyhydroxyalkanate is up to 43.9% of the total amount of the microorganisms.
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