KR101152761B1 - New beta-carotene producing strain and method for producing beta-carotene using the strain - Google Patents

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Abstract

본 발명은 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina)의 새로운 변이 주에 관한 것 및 이를 이용한 베타-카로틴 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 신규 균주를 이용하면 적은 에너지 소모에 의하여 다량의 베타-카로틴을 축적하는 것이 가능하여 산업 수준에서 효율적으로 베타-카로틴을 제조할 수 있다.The present invention relates to a new variant strain of Dunaliella salina and to a method for producing beta-carotene using the same. Using the novel strain according to the present invention, it is possible to accumulate a large amount of beta-carotene by low energy consumption, so that beta-carotene can be efficiently produced at an industrial level.

두날리엘라, 베타-카로틴 Dunaliella, Beta-Carotene

Description

신규한 베타-카로틴 생산 균주 및 이를 이용한 베타-카로틴 제조방법{NEW BETA-CAROTENE PRODUCING STRAIN AND METHOD FOR PRODUCING BETA-CAROTENE USING THE STRAIN}New beta-carotene producing strain and method for producing beta-carotene using the same {NEW BETA-CAROTENE PRODUCING STRAIN AND METHOD FOR PRODUCING BETA-CAROTENE USING THE STRAIN}

본 발명은 신규한 베타-카로틴 생산 균주 및 이를 이용한 베타-카로틴 제조방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 카로틴 생산 효율이 높은 신규한 베타-카로틴 생산 균주, 즉 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina)의 새로운 변이 주에 관한 것이며, 더 나아가 이 균주를 이용한 효율적 베타-카로틴 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a novel beta-carotene producing strain and a method for producing beta-carotene using the same. More specifically, the present invention relates to a novel variant strain of a novel beta-carotene producing strain, ie Dunaliella salina , which has high carotene production efficiency, and furthermore, to an efficient method for producing beta-carotene using the strain. It is about.

두날리엘라(Dunaliella)는 광합성을 하는 녹조류에 속하는 진핵생물로서, 해수의 1/10 정도에 해당하는 염농도로부터 포화용액에 가까운 5M에 이르는 범위의 염농도에서도 생존할 수 있는 염 적응 범위가 높은 특성을 나타낸다. 두날리엘라(Dunaliella)의 분류상 위치는 클로로파이타(Chlorophyta) 문의 클로로파이케(Chlrophyceae) 강에 속하는 볼보칼레스(Volvocales) 목의 두날리엘라세(Dunaliellaceae) 과이며, 세포 부피 50~100 ㎣에 이르는 단세포 녹조류이다. 이들의 세포는 탄성이 있는 얇은 점막질로 둘러싸여 있고 일반 식물과 같은 단단한 다당류 세포벽을 갖고 있지는 않다 (Ben-Amotz 등, Trends in Biotechnology, 8, 121-126, 1990). Dunaliella is a eukaryotes belonging to photosynthetic green algae, and has a high salt adaptation range capable of surviving salt concentrations ranging from about 1/10 of seawater to 5M close to saturated solution. Indicates. Two analytic classification of the position of Elah (Dunaliella) chloro pie and the other (Chlorophyta) Contact chloro Pai Kane (Chlrophyceae) Volvo Carl Les belonging to the river (Volvocales) two analytic Ella three (Dunaliellaceae) of the neck, cell volume from 50 to 100 It is a single-cell green algae up to. Their cells are surrounded by elastic thin mucosa and do not have the same rigid polysaccharide cell walls as normal plants (Ben-Amotz et al., Trends in Biotechnology , 8, 121-126, 1990).

대체로 두날리엘라(Dunaliella) 속들의 미세조류들은 질소 함량이 낮고, 햇빛이 강하고, 염농도가 높은 곳에서 발견되며, 이들은 이런 강한 환경적 스트레스 조건에 노출되는 경우, 세포 내에 베타-카로틴을 축적하여 황록색에서 오랜지색을 띠는 것이 발견된다. 이들 베타-카로틴은 엽록체 내의 틸라코이드 막간 공간에 유성 과립구와 함께 축적되는 것으로 보고되었으며(Ben-Amotz 등, J. Phycol. 18: 529-537), 이렇게 축적된 베타-카로틴은 강한 빛으로부터 광합성계를 보호하기 위한 것으로 추측하고 있다.Usually Dunaliella The microalgae of the genus are found in places with low nitrogen content, strong sunlight and high salt concentrations, and they are found to have beta-carotene in the cells from yellowish green to orange when exposed to such strong environmental stress conditions. do. These beta-carotenes have been reported to accumulate with oily granulocytes in the thylakoid interstitial spaces in the chloroplasts (Ben-Amotz et al., J. Phycol. 18: 529-537). It is supposed to protect.

카로티노이드는 당근, 늙은 호박, 피망, 깻잎, 상추, 부추, 시금치와 같은 녹황색 채소와 과일의 껍질에 주로 존재하는 오랜지색 계열(황색부터 밝은 적색)을 나타내는 색소이다. 그 중 베타-카로틴은 거의 모든 카로티노이드들의 전구체로서, 체내에서 필수영양소인 비타민 A로 전환된다. 비타민 A는 지용성 비타민으로 수용성 비타민과는 달리 간과 같은 조직에서 일정 기간 저장된다. 비타민 A 자체는 다량 섭취하는 경우 독성을 나타낼 수 있지만 베타-카로틴은 필요한 만큼만 체내에서 전환되기 때문에 다량 섭취하여도 독성을 나타내지 않는 비타민 A의 공급원으로 알려져 있다. 베타-카로틴은 동물조직에서 산화로 인한 손상을 방지할 수 있는 항산화 효과, 높은 영양가 및 특유의 색으로 인해 식품 첨가제로 널리 사용되고 있을 뿐만 아니라 항암제, 피부 노화와 관련된 산화 방지제 등으로도 유용하게 사용되고 있다. 그러나 녹황색 채소나 과일에 존재하는 베타-카로틴의 양은 그리 많지 않아 그 생산이 수요를 충족시키지 못하고 있다.Carotenoids are orange-based pigments (yellow to bright red) that are mainly present in the peels of green and yellow vegetables such as carrots, old pumpkins, green peppers, sesame leaves, lettuce, leeks, and spinach. Among them, beta-carotene is a precursor of almost all carotenoids, which are converted into vitamin A, an essential nutrient in the body. Vitamin A is a fat-soluble vitamin that, unlike water-soluble vitamins, is stored for a period of time in tissues such as the liver. Vitamin A itself may be toxic in large amounts, but beta-carotene is known to be a source of vitamin A, which is not toxic even when consumed in large amounts because it is converted into the body only as needed. Beta-carotene is not only widely used as a food additive due to its antioxidant effect, high nutritional value and unique color to prevent oxidation damage in animal tissues, but also as an anticancer agent and antioxidant for skin aging. . However, the amount of beta-carotene present in green and yellow vegetables and fruits is not so high that its production does not meet demand.

베타-카로틴의 이와 같은 유용성에도 불구하고, 천연 베타-카로틴은 대량생산이 용이하지 못한 실정이다. 베타-카로틴의 대표적 생산 방법은 녹황색 채소로부터 베타-카로틴의 직접 추출 방법이다. 그러나, 이 방법은 계절과 기후 변동에 영향을 받으며, 장기간이 소요되며, 수율 또한 저조한 문제점이 있다. Despite the usefulness of beta-carotene, natural beta-carotene is not easy to mass production. A typical production method of beta-carotene is the direct extraction of beta-carotene from green yellow vegetables. However, this method is affected by seasonal and climatic fluctuations, takes a long time, and has a low yield.

좀더 안정적인 생산과 높은 수율을 달성하기 위하여 베타-카로틴의 화학적 합성도 시도되었으나, 화학적 합성 생산물의 안전성이 아직 인정되지 못하여 식용으로 사용하기에는 부적합하다.Chemical synthesis of beta-carotene has also been attempted to achieve more stable production and higher yields, but the safety of chemical synthesis products has not yet been recognized, making them unsuitable for food use.

부족하고 안정적이지 못한 생산량 및 인체사용 안전성에 관련된 문제 때문에 카로티노이드를 많이 합성하는 녹조류인 두날리엘라(Dunaliella)의 이용에 관한 연구가 많이 진행되어 왔다(Packo 등, 2008). 몇몇 산업적 이용에서 두날리엘라(Dunaliella)를 베타-카로틴 생산에 이용하고 있지만, 이들 조류의 베타-카로틴 합성기작의 특성상 만족할 만한 수율을 얻지 못하고 있어 고효율?저비용의 생산을 위한 우수한 균주 개발의 필요성이 있다.Due to insufficient and unstable production and problems related to the safety of human use, much research has been conducted on the use of Dunaliella , a green alga that synthesizes carotenoids (Packo et al., 2008). Dunaliella is used for beta-carotene production in some industrial applications, but due to the nature of the beta-carotene synthesis of these algae, satisfactory yields have not been achieved. have.

본 발명자들은 신규 돌연변이주를 개발하여 종래에 사용되는 균주를 이용한 생산방법보다 효과적인 천연 베타-카로틴의 생산 방법을 개발하고자 하였다.The present inventors have developed a novel mutant strain to develop a method for producing natural beta-carotene more effective than the production method using a conventionally used strain.

이에 본 발명은 베타-카로틴 합성 능력이 우수한 신규 돌연변이주를 개발하고, 이를 이용한 효과적인 베타-카로틴 제조방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention is to develop a novel mutant strain having excellent beta-carotene synthesis ability, to provide an effective beta-carotene manufacturing method using the same.

따라서, 한 양태에서 본 발명은 신규한 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) 변이주를 제공한다.Thus, in one aspect, the present invention provides novel Dunaliella salina mutants.

본 발명자들은 베타-카로틴 함량이 비교적 높아서 현재 산업적 이용이 이루어지고 있는 CCAP(Culture Collection of Algae and Protozoa)에 등록된 균주인 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18에 돌연변이유발물질인 EMS를 처리하여 베타카로틴 함량이 원균주인 CCAP19/18보다 유의하게 높은 돌연변이주를 제조?선별하였다. 이와 같이 제조?선별된 균주의 생장 및 베타-카로틴 합성 특성등의 형태적, 생리적 특성을 분석하여 종래에 보고된 균주들보다 우수한 신규 베타-카로틴 합성 균주임을 확인하고 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) LS202 균주로 명명하였다. 상기 균주는 대전시 유성구 어은동 52번지에 위치한 한국생명공학연구원 내 생물자원센터(KCTC)에 2008년 12월 15일자로 기탁하고 KCTC 11442BP의 기탁번호를 부여받았다(이하 상기 균주를 '두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP'로 지칭함).The present inventors treated EMS, a mutagenic substance, in Dunaliella salina CCAP19 / 18, a strain registered in Culture Collection of Algae and Protozoa (CCAP), which has a relatively high beta-carotene content. Mutant strains with significantly higher beta-carotene content than the original strain CCAP19 / 18 were prepared and selected. Analysis of morphological and physiological characteristics such as growth and beta-carotene synthesis characteristics of the prepared and selected strains to confirm that it is a novel beta-carotene synthesis strain superior to the previously reported strains and Dunaliella salina ( Dunaliella salina ) It was named LS202 strain. The strain was deposited on December 15, 2008 by the KCTC in the Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, 52 Eun-dong, Yuseong-gu, Daejeon, Korea, and was given a deposit number of KCTC 11442BP (hereinafter referred to as' Dunaellia Salina ( Dunaliella salina ) referred to as KCTC 11442BP '.

본 발명에 따르는 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 의 형태적 특징과 관련하여, 원래 종인 두날리에나 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18과 본 발명에 따른 돌연변이주의 현미경 사진을 도1 에 제시하였으며, 도4 에는 두날리에나(Dunaliella) 각 균주들의 프로파일 색소 프로파일을 나타내었는데, 동일한 조건의 광도 하에서 두날리엘라 바르다빌(D.bardawil), 두날리엘라 살리나(D.salina) CCAP19/18, 두날리엘라 살리나(D.salina) LS202의 세 종류 균주들은 서로 상이한 모습으로 자란 것을 확인 할 수 있었으며, 원래 종인 두날리엘라 살리나(D.salina) CCAP19/18은 갸름한 모습인데 비해, 변이주와 두날리엘라 바르다빌(D.bardawil)은 비교적 둥근 모양을 하고 있고, 특히 변이주는 베타-카로틴의 축적으로 진한 주황색인 것을 확인할 수 있었다. 세포의 갸름한 쪽에 두 개의 편모가 희미하게 관찰되었으나, 두날리엘라 바르다빌(D.bardawil)에서는 편모가 관찰되지 않았다(도4b 참조). 세개의 균주들은 모두 동일한 배양 조건 하(1.5M의 NaCl이 포함된 배지, 100μM photons/㎡s 의 광도)에서 접종 2일부터 약 1주일간 대수 성장기를 거치며, 이후 안정기에 접어든다는 유사한 생장 패턴을 나타내었으며(도3 참조), 변이주는 세포수의 증가폭이 적은 대신에 세포 자체의 크기가 크다는 사실을 확인할 수 있었다.Regarding the morphological features of Dunaliella salina KCTC 11442BP according to the present invention, micrographs of the original species Dunaliella salina CCAP19 / 18 and the mutant strain according to the present invention are shown in FIG. Figure 4 shows the profile pigment profile of each of the Dunaliella strain, Dunaliella Bardawil ( D.bardawil ), Dunaliella Salina ( D.salina ) CCAP19 / 18, two under the same light intensity The three strains of D. salina LS202 were grown in different shapes, and the original species, D. salina CCAP19 / 18, was thin and mutant strains and dunaliella. Bardabil ( D. bardawil ) has a relatively round shape, especially the mutant strain was found to be dark orange with the accumulation of beta-carotene. Two flagellas were faintly observed on the thin side of the cell, but no flagella was observed in Dunalella bardawil (see FIG. 4b). All three strains show a similar growth pattern under the same culture conditions (medium containing 1.5 M NaCl, luminous intensity of 100 μM photons / m²s) during the logarithmic growth period from 2 days of inoculation to about 1 week, and then enter the stable phase. (See FIG. 3), the mutant strain was confirmed that the cell itself is large in size, instead of a small increase in the number of cells.

한편 본 발명에 따르는 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 의 분자적 특징과 관련하여, 도7 에 ITS 프라이머를 사용하여 증폭한 PCR 산물의 전기영동 결과를 각각, 두날리엘라 살리나(D.salina) CCAP19/18의 ITS 1 및 2, 변이주 LS202의 ITS 1 및 2로 나타내었다. 또한, 도8 의 계통도에서 확인할 수 있는 바와 같이 변이주는 원래 종인 CCAP19/18과 가장 가까워, 타 균주 등의 오염 등을 오인한 것이 아니라 CCAP19/18에서 유래한 변이주임을 확인할 수 있었다.On the other hand, in relation to the molecular characteristics of Dunaliella salina KCTC 11442BP according to the present invention, the electrophoresis results of PCR products amplified using ITS primers in Figure 7, respectively, Dunaliella salina ( D.salina ) ITS 1 and 2 of CCAP19 / 18 and ITS 1 and 2 of variant strain LS202. In addition, as can be seen in the schematic diagram of FIG. 8, the mutant strain was the closest to the original species CCAP19 / 18, and it was confirmed that the strain was derived from CCAP19 / 18 rather than mistaken contamination of other strains.

다른 양태에서 본 발명은 베타-카로틴을 생산하는 것을 특징으로 하는 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 균주를 제공한다.In another aspect the invention provides Dunaliella salina KCTC 11442BP strain, characterized by producing beta-carotene.

본 발명의 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP은 원균주 뿐 아니라 두날리엘레 바르다빌에 비하여도 생물량 증가량이 뛰어나다는 장점이 있으며(표 2 참조), 종래 베타-카로틴 생합성에서 주로 사용되는 광도 수준보다 훨씬 낮은 광도 하에서도 풍부하게 베타-카로틴을 축적한다(도 1, 도 4 참조). Dunaliella salina KCTC 11442BP of the present invention has the advantage that the biomass increase is superior to the original strain as well as Dunaliella Bardabil (see Table 2), the brightness mainly used in conventional beta-carotene biosynthesis The beta-carotene accumulates abundantly at luminosity far below the level (see FIGS. 1 and 4).

또 다른 양태에서 본 발명은 50 내지 200 μmol photons/㎡s 범위의 낮은 광도 하에서도 7일 이내에 엽록소 a 1 mg당 2 mg 이상의 양, 바람직하게는 4 mg 이상, 더 바람직하게는 8mg 이상으로 베타-카로틴을 축적하는 것을 특징으로 하는 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 균주를 제공한다. In another embodiment the invention provides beta- in an amount of at least 2 mg, preferably at least 4 mg , more preferably at least 8 mg per 7 mg of chlorophyll a within 7 days, even under low luminosity in the range from 50 to 200 μmol photons / m 2 s. Dunaliella salina KCTC 11442BP strain is characterized by accumulating carotene.

이에 반하여, 본 발명에 따르는 신규 변이주가 유래한 원균주는 400 μmol photons/㎡s 정도의 광도에서 수일간 배양하여도 베타-카로틴 축적이 거의 검출되지 않는다. 이와 같은 본 발명의 변이주의 특성은, 두날리엘라를 생합성에 이용하는 경우 베타-카로틴 축적을 위하여 강한 광선을 조사하여야 하는 종래의 방법에 비하여 에너지 효율적이어서 생산 비용을 절감할 수 있다. 또한, 동일한 양의 배지를 사용하여도 다량의 생물량 및 고농도의 베타-카로틴 생산이 가능하여 수율 개선의 효과가 있다.In contrast, the original strain derived from the novel mutant strain according to the present invention hardly detects beta-carotene accumulation even after culturing for several days at a light intensity of about 400 μmol photons / m 2. Such characteristics of the mutant strain of the present invention are energy efficient compared to the conventional method of irradiating strong light for beta-carotene accumulation when Dunaliella is used for biosynthesis, thereby reducing production costs. In addition, even using the same amount of medium, it is possible to produce a large amount of biomass and high concentration of beta-carotene, thereby improving the yield.

따라서, 다른 양태에서 본 발명은 본 발명에 따르는 신규 두날리엘라 살리 나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 균주의 배양을 포함하는 베타-카로틴 제조방법을 제공한다.Therefore, in another aspect the present invention provides a method for producing beta-carotene comprising culturing a novel Dunaliella salina KCTC 11442BP strain according to the present invention.

전기한 바와 같은 특성을 가진 본 발명의 균주를 사용하면 적은 에너지, 즉 낮은 광도에서도 효율적으로 베타-카로틴을 생합성하므로, 경제적으로 베타-카로틴을 제조할 수 있다. By using the strain of the present invention having the characteristics as described above, since beta-carotene is efficiently biosynthesized at low energy, that is, low brightness, beta-carotene can be economically produced.

베타-카로틴 생산을 위한 본 발명의 균주의 배양은 인공 배지나 천연 해수에서 이루어질 수 있다. 본 발명의 두날리엘라 살리나 균주의 생장 및 베타-카로틴 생산을 위한 인공 배지는 NaCl을 0.1 내지 5.0 M, 바람직하게는 0.5 내지 4.5 M, Mg2+을 0.05 내지 500 mM, 바람직하게는 0.1 내지 10 mM, K+을 0.1 내지 10 mM, 바람직하게는 0.3 mM 내지 5 mM, Ca2+을 0.1 내지 20 mM, 바람직하게는 0.2 내지 5 mM를 포함하는 pH 7.0 내지 9.0의 완충용액이다. 상기의 인공배지에 또한 FeCl3와 같은 철 공급원을 0.5 내지 50mM, 바람직하게는 4 내지 10 mM, SO4 2- 이온은 0.1 내지 10 mM, 바람직하게는 0.3 내지 7 mM, 질소원으로서 NO3 - 이온은 1 내지 20 mM, 바람직하게는 3 내지 7 mM 또는 NH4 + 이온을 0.5 내지 2.5 mM, 바람직하게는 1 내지 2 mM, 인산을 0.1 내지 50 mM, 바람직하게는 0.2 내지 10 mM을 추가로 첨가할 수 있다. 탄소원으로서는 25 mM의 NaHCO3을 첨가하거나 CO2, CaCO3 등을 공급할 수 있다. 또한, H3BO3, MnCl2, ZnCl2, CuCl2, Na2MoO4, NaVO3, CoCl2 등의 미량원소를 첨가하여 균주의 생육을 촉진시킬 수 있다. 배지 조성의 구체적 한 예는 실시예 중의 표 1에 기재되어 있다. 본 발명 균주의 배양 및 베타-카로틴 생산을 위하여 해수를 부분증발하여 농축시키거나 해수에 상기 인공배지와 같은 농도범위가 되도록 성분들을 첨가한 것을 배지로 사용할 수 있다.Cultivation of the strain of the present invention for beta-carotene production can be done in artificial medium or natural seawater. Artificial medium for the growth and beta-carotene production of Dunaliella salina strain of the present invention is 0.1 to 5.0 M, preferably 0.5 to 4.5 M, Mg 2+ 0.05 to 500 mM, preferably 0.1 to 10 NaCl mM, 0.1 to 10 mM of K +, preferably from 0.1 to 20 mM, preferably of 0.3 mM to 5 mM, Ca 2+ is a buffer solution of pH 7.0 to 9.0 containing from 0.2 to 5 mM. The artificial medium also contains a source of iron such as FeCl 3 from 0.5 to 50 mM, preferably from 4 to 10 mM, SO 4 2- ions from 0.1 to 10 mM, preferably from 0.3 to 7 mM, NO 3 ions as a nitrogen source. It is further added 1 to 20 mM, preferably from 3 to 7 mM, or NH 4 + ions in an amount of 0.5 to 2.5 mM, preferably 1 to 2 mM, the phosphate 0.1 to 50 mM, preferably 0.2 to 10 mM can do. As the carbon source, 25 mM NaHCO 3 may be added or CO 2 , CaCO 3, or the like may be supplied. In addition, trace elements such as H 3 BO 3 , MnCl 2 , ZnCl 2 , CuCl 2 , Na 2 MoO 4 , NaVO 3 , and CoCl 2 may be added to promote growth of the strain. Specific examples of media compositions are listed in Table 1 in the Examples. For cultivation of the strain of the present invention and beta-carotene production can be used as a medium to concentrate the seawater by partially evaporating or to add the components to the same concentration range as the artificial medium in the seawater.

상기의 배지에 균주를 접종하여 20 내지 35℃ 바람직하게는, 22 내지 30℃에서 4 내지 8일간 약 150rpm의 속도로 진탕배양할 수 있으며 배양 기간 중 계속하여 50 내지 200μmol photon/㎡s 바람직하게는, 약 100 μmol photon/㎡s의 빛을 조사하고 배양액에 CO2, 염산, 질산을 첨가하여 pH를 7.0 내지 9.0로 조절하는 바람직하다.By inoculating the strain in the medium, the culture may be shaken at 20 to 35 ° C., preferably at 22 to 30 ° C. at a rate of about 150 rpm for 4 to 8 days, and during the incubation period, 50 to 200 μmol photon / m 2 s preferably It is preferable to adjust the pH to 7.0 to 9.0 by irradiating with light of about 100 μmol photon / m 2 and adding CO 2 , hydrochloric acid and nitric acid to the culture.

베타-카로틴의 생산을 최대화하기 위하여 배양 초기에는 균주의 생장을 최대화 한 후 배양 후기에 배지의 조성 및 배양 조건 예를 들어, 염농도, 질소원의 농도 또는 조도를 변화시켜 베타-카로틴을 생산을 촉진시킬 수 있다. 이와 같은 농도 조절은 당업자에게 잘 알려진 방법에 의하여 수행할 수 있다.In order to maximize the production of beta-carotene, maximizing the growth of the strain at the beginning of cultivation and then promoting the production of beta-carotene by changing the composition and culture conditions of the medium, such as salt concentration, nitrogen source or roughness, in the late culture. Can be. Such concentration adjustment can be carried out by methods well known to those skilled in the art.

두날리엘라 원균주의 경우는 50 내지 200 μmol photon/㎡s과 같은 낮은 광도에서 배양한 후에 베타-카로틴의 합성을 유도하기 위하여 인공적으로 빛의 조도를 400 내지 2000 μmol photon/㎡s 로 높여 배양하는 방법이 알려져 있고, 상기와 같이 조도를 변화시켜 배양하면 낮은 광도에서 계속 배양하는 경우에 비해 10배 이상의 베타-카로틴을 생산할 수 있다. In the case of Dunalella strains, after incubating at low luminosity, such as 50 to 200 μmol photon / m 2s, artificially increasing the light intensity to 400 to 2000 μmol photon / m 2s to induce beta-carotene synthesis. The method is known, and cultured by changing the illumination as described above, it is possible to produce beta-carotene more than 10 times compared to the case of continuing to culture at low light.

한편, 본 발명의 새로운 균주는 두날리엘라 원균주에 비하여 현저하게 낮은 조도 하에서도 다량의 베타-카로틴을 축적할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 추가적 에너지 인풋 없이도 상응하는 효과를 나타내는 장점이 있다. 그러나, 베타-카로틴의 생산을 최대화하기 위해서 배양시 균주 생장에 최적인 조도 이상의 빛을 공급할 수 있다. 두날리엘라는 천연의 베타-카로틴을 함유하고 있는데, 강한 빛의 조사와 같이 배양 환경이 악화되면 광합성에 중요한 엽록소인 엽록소 a(chlorophyll a)를 보호하기 위하여 베타-카로틴을 대량 합성하여 세포벽 아래에 베타-카로틴 막을 형성하는 것으로 알려져 있다. On the other hand, the new strain of the present invention is capable of accumulating a large amount of beta-carotene even under significantly lower illuminance than Dunaliella strains. Thus, there is an advantage that a corresponding effect can be achieved without such additional energy input. However, in order to maximize the production of beta-carotene can be supplied with light beyond the optimal illumination for strain growth in culture. Dunaliella contains natural beta-carotene, and under the cell wall, a large amount of beta-carotene is synthesized to protect chlorophyll a, a chlorophyll important for photosynthesis when the culture environment deteriorates, such as strong light irradiation. It is known to form a beta-carotene membrane.

배양 종료 후, 미세조류는 배양액을 자연 침전시키거나 원심분리를 통하여 세포를 회수할 수 있다. 세포 내 생산된 베타-카로틴은 본 발명의 방법에 따라, 회수된 세포에서 90% 아세톤을 혼합하여 추출한 후 원심분리하여 상층액을 HPLC를 이용하여 445 nm에서 베타-카로틴을 검출하여 베타-카로틴의 함량을 측정할 수 있다. After the end of the culture, the microalgae may recover the cells through spontaneous precipitation of the culture or centrifugation. The intracellular beta-carotene was extracted by mixing 90% acetone in the recovered cells and centrifuged according to the method of the present invention to detect the beta-carotene at 445 nm using HPLC for supernatant. The content can be measured.

또는 세포를 DMSO 및 비드(bead)로 처리한 후 메탄올로 추출하여 추출액을 얻고, 상기 추출액을 사포닌화 시킨 후 헵탄 용매로 베타-카로틴을 추출하여 436nm에서 그 흡수도를 측정할 수도 있다. 이 경우 베타-카로틴의 양은 다음과 같이 계산할 수 있다.Alternatively, the cells may be treated with DMSO and beads, followed by extraction with methanol to obtain an extract. The extract may be saponinized, and beta-carotene is extracted with a heptane solvent to measure absorbance at 436 nm. In this case, the amount of beta-carotene can be calculated as follows.

베타-카로틴(%)= Abs436/{196×(질량(g)×건조 질량(g))}×25ml×1.25×100×0.84Beta-carotene (%) = Abs 436 / {196 x (mass (g) x dry mass (g))} x 25 ml x 1.25 x 100 x 0.84

본 발명의 변이주는 광합성 효율이 높기 때문에 생물량의 증가가 다른 균주 보다 뛰어나며, 낮은 광도에서도 광 에너지를 효율적으로 이용하여 높은 생물량의 증가를 보이므로 본 발명의 변이주는 베타-카로틴의 제조 분야 외에도 다른 여러 산업 분야에서 응용 가능성이 높다. 최근 온실가스 (CO2)증가로 인한 환경문제가 대두되면서 CO2 저감을 위한 미세조류의 활용이 활발히 연구되고 있다(Konstantine 및 Colman, Brian, 30L 745-752, 2007). 이러한 시스템에서 본 변이주는 CO2를 탄소원으로 하여 그다지 높지 않은 광도 하에서 효율적으로 바이오매스(biomass: 생물량)를 증가시킬 수 있으며, 이렇게 생산된 바이오매스는 이후 바이오연료로 사용될 수 있다. Since the mutant strain of the present invention has high photosynthetic efficiency, the biomass increase is superior to other strains, and the mutant strain of the present invention exhibits a high biomass increase using light energy efficiently even at low luminous intensity. It is highly applicable in the industrial field. Recently, the use of microalgae for CO 2 reduction has been actively studied due to the environmental problem caused by the increase of greenhouse gas (CO 2 ) (Konstantine and Colman, Brian, 30L 745-752, 2007). In this system, the mutant strain can efficiently increase the biomass under a very low light intensity using CO 2 as a carbon source, and the biomass thus produced can be used as a biofuel.

특히, 베타-카로틴은 세포 내 지질과립과 결합하고 있는 것이 발견되고 있다(Lers등, 1990). 이것은 베타-카로틴을 높은 농도로 축적하는 이 변이주가 지질과립 역시 과량으로 축적함을 의미하며, 이 지질과립은 바이오디젤의 원료로 사용 가능할 것이다. 식물에서 생산된 지질을 바이오디젤의 원료로 이용하는 연구 또한 세계적으로 광범위하게 진행되고 있는데, 본 변이주는 이러한 신기술 적용의 대상이 될 수 있다.In particular, it has been found that beta-carotene binds to intracellular lipid granules (Lers et al., 1990). This means that the mutant, which accumulates high concentrations of beta-carotene, also accumulates excess lipid granules, which could be used as a source of biodiesel. Research into the use of plant-derived lipids as a source of biodiesel has also been widely conducted worldwide. The mutant strains could be the target of this new technology.

본 발명에 따르는 신규 균주를 이용하면 적은 에너지 소모에 의하여 다량의 베타-카로틴을 축적하는 것이 가능하여 산업 수준에서 효율적으로 베타-카로틴을 제조할 수 있다. Using the novel strain according to the present invention, it is possible to accumulate a large amount of beta-carotene by low energy consumption, so that beta-carotene can be efficiently produced at an industrial level.

이하의 실시예를 통하여 본 발명의 특정 구체예를 설명한다. Specific embodiments of the present invention will be described through the following examples.

본 명세서에서 사용된 용어는 일반적, 사전적 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며 본 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 특정 용어의 개념을 적절한 범위 내에서 정의할 수 있다. 본 명세서 또는 당업계 종래 기술을 고려하면 여기에서 개시하는 본 발명의 범위 내에 있는 다양한 균등 또는 변형된 구체예들 또한 당업자에게 자명하다. 이하에 기재하는 구체예는 예시적인 목적으로 기술된 것일 뿐이며, 본 발명의 범위는 오직 특허청구범위에 의하여만 한정된다.The terminology used herein is not to be construed as being limited to a general and dictionary meaning, and the concept of a specific term may be defined within an appropriate range in order to explain the present invention in the best manner. Various equivalent or modified embodiments that are within the scope of the invention disclosed herein are also apparent to those skilled in the art in view of the present specification or the prior art in the art. The embodiments described below are only described for illustrative purposes, and the scope of the present invention is limited only by the claims.

<실시예><Examples>

실시예 1: 돌연변이 유도 및 배양Example 1 Mutation Induction and Culture

두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP 19/18 균주(이하, '원균주'라고도 지칭한다)를 CCAP(Culture Collection of Algae and Protozoa)로부터 분양받아, 하기 표 1에 표기한 조성의 액체 배지(이하 '액체 배지'라 지칭함)에서 배양하였다. 배양 조건은 광도는 약 100μmol photons/㎡s, 온도는 25-26℃로 하였고, 정치배양하면서 하루 두 번 정도 흔들어 섞어주었다. Dunaliella salina CCAP 19/18 strain (hereinafter also referred to as `` progeny strain '') was distributed from Culture Collection of Algae and Protozoa (Liquid), and the liquid medium of the composition shown in Table 1 below Incubated in 'liquid medium'. Culture conditions were about 100μmol photons / ㎡s of light intensity, the temperature was 25-26 ℃, and shaken twice a day while stationary culture.

두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP 19/18을 대수기에 이를 때까지 배양한 후 원심분리하여 세포를 수확하고, 2 × 108 세포/mL의 세포 밀도가 되도록 다시 현탁하여 돌연변이 유도물질인 EMS(Ethylmethane sulphonate)를 최종 농도 0.2μM이 되도록 처리하였다. 두 시간동안 그대로 인큐베이션한 후, 처리에 사용한 EMS를 액체배지로 세척하고 원심분리하여 세포만 수확하고, 다시 액체배지로 재현 탁하여 하루 동안 암(暗)상태로 배양한 후, 액체배지와 동일한 조성에 한천만 더 첨가된 고체배지로 옮겨 도말하였다. 1주일 후, 고체배지 상에 생겨난 콜로니들을 분리하여 액체배지에 옮겨 액내 배양하였다.Incubate Dunaliella salina CCAP 19/18 until log phase, harvest the cells by centrifugation, resuspend them to a cell density of 2 × 10 8 cells / mL, and use EMS as a mutant inducer. (Ethylmethane sulphonate) was treated to a final concentration of 0.2 μM. After incubation for 2 hours, the EMS used for the treatment was washed with liquid medium, centrifuged to harvest only cells, resuspended in liquid medium, cultured in dark for one day, and then the same composition as liquid medium. The plate was transferred to a solid medium to which only agar was added. After one week, colonies formed on a solid medium were separated, transferred to a liquid medium, and cultured in a liquid.

Figure 112009000437120-pat00001
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실시예 2: 분리한 변이주의 세포밀도 및 생장량 비교Example 2: Comparison of Cell Density and Growth of Isolated Mutant strains

야생 균주과 변이 균주의 세포 증식 속도 및 최종 생장량을 비교하기 위해 표 1에 제시된 성분의 배지에 세포 밀도 5×105 세포/mL로 접종한 후, 각각 20, 90, 200μmol photons/㎡s의 서로 다른 광도에서 배양하였다. 배양 개시 후 제 1, 2, 4, 6, 7, 8, 9, 10, 14일 각각에 배양액을 채취하여 혈구계수기를 이용하여 현미경하에서 밀리리터당 세포수를 계수하였다 (도 3). In order to compare the cell growth rate and the final growth of the wild and mutant strains inoculated at a cell density of 5 × 10 5 cells / mL in the medium of the components shown in Table 1, and then 20, 90, 200μmol photons / ㎡s respectively Incubated at light intensity. After the start of the culture, the culture solution was taken on each of the first, second, fourth, sixth, eighth, nineth, tenth, and fourteenth days, and the number of cells per milliliter was counted under a microscope using a hemocytometer (FIG. 3).

또한, 이들 각각의 최종 생물량(바이오매스)을 비교하기 위해 배양 중인 현탁액 400mL를 원심분리하여 세포만 수확한 후 80℃의 드라이오븐(dry oven)에서 24 시간 동안 건조한 후 각각의 건조 중량을 비교하였다 (표 2 참조).In addition, to compare their respective final biomass (biomass), 400 mL of the incubating suspension was centrifuged to harvest only the cells, followed by drying in a dry oven at 80 ° C. for 24 hours, and then comparing the respective dry weights. (See Table 2).

Figure 112009000437120-pat00002
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변이주는 베타-카로틴 함량이 우수하나, 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 배양기간이 경과함에 따라 야생 균주에 비해 세포수의 증가폭은 작았다. 그러나 도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이 변이주는 세포 하나하나의 크기가 원균주보다 크기 때문에 세포수만으로는 바이오매스의 객관적 비교가 될 수 없다. 따라서 이들의 최종 바이오매스를 비교하기 위해 건조중량을 측정하였다. 위의 표 2에 나타난 바와 같이, 적은 세포수에도 불구하고 각각의 세포의 부피가 크기 때문에 건조중량 측면에서 최종 생물량은 변이주가 유의하게 우수하다는 것을 확인할 수 있다. The mutant strain was excellent in beta-carotene content, but as can be seen in Figure 3, as the incubation period elapsed, the increase in cell number was small compared to wild strains. However, as can be seen in Figure 1, the mutant strain is not the objective comparison of biomass only by the number of cells because the size of each cell larger than the original strain. Therefore, dry weights were measured to compare their final biomass. As shown in Table 2 above, the final biomass in terms of dry weight because of the large volume of each cell despite the small number of cells can be confirmed that the mutant is significantly superior.

실시예 3. 분리한 변이주의 색소 분석Example 3. Pigment Analysis of Isolated Mutant Wine

돌연변이 물질 처리 이후 생겨난 콜로니들은 단일 콜로니를 분리, 계속 배양한 후 HPLC를 이용한 색소분석을 수행하였다. 실시예 1에서 기재하는 배양조건에서 성장한 균주들을 수확하여 80% 아세톤을 사용하여 색소를 추출하고 원심분리한 상층액을 다시 나일론 필터를 이용하여 여과한 후 HPLC에 주입하여 분석하였다. Colonies generated after mutant treatment were isolated and continued incubation of a single colony was performed by HPLC analysis using HPLC. Strains grown in the culture conditions described in Example 1 were harvested and the pigment was extracted using 80% acetone, and the supernatant was centrifuged again, filtered through a nylon filter, and then injected into HPLC for analysis.

색소를 분리하기 위해 용매의 총 유속은 분당 1.2mL로 하였고, 제 0 분 내지 제 15 분까지 pH8.0의 Tris는 14 %, 아세토니트릴은 84 %로부터 0%까지 각각 균일하게 감소시키고, 메탄올과 에틸아세테이트는 2%로 시작하여 제 15 분까지 각각 68%, 32%까지 증가시킨다. 이후 3 분간(제 15 분 내지 제 18 분) 이 용매 비율을 그대로 유지시킨 다음, 1 분동안(제 18 분 내지 제 19 분) 각 용매의 비율을 시작할 때의 비율로 되돌린 다음 나머지 6분간 그대로 유지하며 포스트-런(post-run)을 하였다. 펌프는 Shimadzu사의 LC-20A Prominence를, 컬럼은 Waters Spherisorb™ S5 ODS1 4.6 × 250 mm, 5μm Cartridge Column (Maple St. Milford, Massachusetts, USA)을 사용하였고, 컬럼의 온도는 40℃로 유지하였다. 검출기는 포토다이오드 어레이 검출기(photodiode array detector: SPD-M20A, Shimadzu)를 사용하여 데이터를 분석하였고 베타-카로틴을 비롯한 카로티노이드 색소들은 445nm에서, 엽록소 a는 670nm에서 검출된 결과를 DHL(Agern Alle, Hørsholm, Denmark)에서 구입한 베타-카로틴과 엽록소 a를 정량한 표준곡선을 스탠다드로 사용하여 농도를 구하였다. In order to separate the pigment, the total flow rate of the solvent was 1.2 mL / min, and uniformly decreased Tris of pH 8.0 to 14% and acetonitrile to 84% to 0%, respectively, from 0 to 15 minutes. Ethyl acetate starts at 2% and increases by 68% and 32%, respectively, by the 15th minute. Then keep this solvent ratio for 3 minutes (15th to 18th minute), then return to the rate when starting each solvent for 1 minute (18th to 19th minute) and then remain for 6 minutes It was kept post-run. The pump used a LC-20A Prominence from Shimadzu, a column using Waters Spherisorb ™ S5 ODS1 4.6 × 250 mm, 5 μm Cartridge Column (Maple St. Milford, Massachusetts, USA) and the column temperature was maintained at 40 ° C. The detector analyzed the data using a photodiode array detector (SPD-M20A, Shimadzu) and carotenoid pigments including beta-carotene at 445 nm and chlorophyll a at 670 nm. , Denmark) was used as a standard to determine the concentration of beta-carotene and chlorophyll a purchased from the standard.

도 4는 200μmol photons /㎡s에서 5일간 자란 각 균주들의 색소 프로파일로서, 실시예 3에 기재한 방법에 따라 HPLC (High Performance Liquid Chromatography)를 이용해 분석한 색소 분석 크로마토그램을 도시한 것이다. 본 크로마토그램에서 볼 수 있는 바와 같이, 변이주는 원균주보다 훨씬 높은 베타-카로틴을 축적하며(피크 번호 8, 9번), 상업적으로 이용되고 있는 두날리엘라 바르다빌(D. bardawil)보다도 우수한 것을 확인할 수 있다.Figure 4 is a pigment profile of each strain grown at 200μmol photons / ㎡s for 5 days, showing a pigment analysis chromatogram analyzed using HPLC (High Performance Liquid Chromatography) according to the method described in Example 3. As can be seen in this chromatogram, the mutant strain accumulates much higher beta-carotene (peak numbers 8 and 9) than the original strain, and is superior to commercially available D. bardawil . You can check it.

도 5는 상기 크로마토그램을 이용해 여러 광도(20, 100, 200, 400μmol photons /㎡s) 하에서 자란 각 균주들의 색소 함량을 정량적으로 분석한 그래프이다. 그래프 (A)는 배양 현탁액 1 mL에 들어있는 베타-카로틴의 양(mg)을 엽록소 a(mg)의 양으로 나눈 것으로, 단위 엽록소 당 베타-카로틴의 비율을 나타낸다. 그래프 (B)는 배양 현탁액 1mL에 들어있는 베타-카로틴의 양을 같은 양의 배양 현탁액에 들어있는 세포수로 나눈 것으로, 세포 하나에 들어있는 베타-카로틴의 양을 나타낸다. 두 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 변이주는 나머지 두 균주보다 높은 농도의 베타-카로틴을 축적하고 있었다.Figure 5 is a graph quantitatively analyzing the pigment content of each strain grown under various light intensity (20, 100, 200, 400μmol photons / ㎡s) using the chromatogram. Graph (A) shows the ratio of beta-carotene per unit chlorophyll divided by the amount of beta-carotene (mg) in 1 mL of the culture suspension divided by the amount of chlorophyll a (mg). Graph (B) shows the amount of beta-carotene in one cell divided by the amount of beta-carotene in 1 mL of the culture suspension divided by the number of cells in the same amount of culture suspension. As can be seen in both graphs, the mutant strain was accumulating higher concentrations of beta-carotene than the other two strains.

실시예 4: 분리한 변이주에서의 베타-카로틴의 생산Example 4 Production of Beta-Carotene in Isolated Variants

육안 관찰 및 상기 HPLC에 의한 정량분석에 의하여 분리한 변이주에서 축적되는 베타-카로틴의 양을 원균주 및 두날리엘라 바르다빌(D. bardawil)에서 축적되는 양과 비교하였다.The amount of beta-carotene accumulated in the mutant strain isolated by visual observation and quantitative analysis by HPLC was compared with the amount accumulated in the original strain and Dunalella bardawil ( D. bardawil ).

도 1에서 보는 바와 같이 서로 같은 광도 조건 하(100μmol photons/m2 s)에서 자란 변이주는 원균주에 비해 세포 자체의 크기가 커지며 다량의 베타-카로틴 함량으로 인해 오랜지색으로 변하는 것을 볼 수 있다. 광도에 따르는 베타-카로틴의 축적 정도를 알아보기 위하여, 서로 다른 광도 (20, 100, 200, 400μmol photons/㎡s)에서 7일간 배양하며 관찰한 결과, 육안 관찰만으로도 이 변이주는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 배양액의 색 차이를 뚜렷하게 분간할 수 있을 정도로 우수한 베타-카로틴 합성 능력을 갖는 것으로 확인되었다. HPLC를 통해 정량 분석을 했을 때에는 종래 이미 상업적으로 이용하고 있는 두날리엘라 바르다빌 (D. bardawil)보다도 월등히 우수한 것이 증명되었다.As shown in FIG. 1, the mutant strains grown under the same luminous conditions (100 μmol photons / m 2 s) are larger in size than the original strain and turn orange due to the large amount of beta-carotene. In order to determine the degree of accumulation of beta-carotene according to the light intensity, the result of culturing for 7 days at different light intensity (20, 100, 200, 400μmol photons / ㎡s) was observed. As can be seen it has been found to have a good beta-carotene synthesis ability to be able to distinguish the color difference of the culture. When quantitatively analyzed by HPLC, it was proved to be much superior to Dunaliella Bardawil , which is already commercially available.

본 발명의 변이주는 100 μmol photons /㎡s의 비교적 낮은 광도에서, 종래 베타-카로틴 합성이 우수한 종으로 알려진 바르다빌 (D. bardawil)보다 높은 양의 베타-카로틴을 축적한다는 것을 육안으로도 쉽게 비교할 수 있었다. 이 광도 조건은 종래에 보고된 베타-카로틴 축적을 촉진하는 광도보다 훨씬 낮은 광도조건으로서, 적은 에너지를 들여 고효율로 목적하는 산물을 얻을 수 있는 이점이 있다는 것을 시사한다. Variants of the present invention can easily be compared visually, at a relatively low luminous intensity of 100 μmol photons / m 2, that beta-carotene synthesis accumulates higher amounts of beta-carotene than D. bardawil , a known species. Could. This luminosity condition is much lower than the luminosity that promotes beta-carotene accumulation as reported previously, suggesting that there is an advantage that a desired product can be obtained with high energy and high efficiency.

실시예 5. 분리한 변이주의 광합성 효율Example 5. Photosynthetic efficiency of isolated mutant strains

베타-카로틴은 엽록체 내에 지질과립과 함께 존재하는 색소로, 베타-카로틴의 엽록체 내의 존재가 광합성 효율에 영향을 미칠 것을 예상하여, 광합성 효율을 비교하였다. 돌연변이주 엽록체 내의 베타-카로틴 함량이 광합성 효율에 미친 영향의 유무를 확인하기 위해 광도 증가에 따른 산소발생량 측정을 통해 광합성 효율을 비교하였다. 산소 발생량을 측정하기 위해 Hansatech Instrumnet Ltd.의 Clark-형 산소 전극을 사용하였다. 산소발생량은 2μM의 엽록소를 포함하는 세포의 양을 5mL에 맞추어 희석한 다음 2분 간격으로 그래프(도 6)에 표시된 대로 광도를 높여 가면서 발생되는 산소의 양을 측정하여 그 결과를 도 6에 나타내었다.Beta-carotene is a pigment present in the chloroplasts with lipid granules, and the photosynthetic efficiency was compared in anticipation that the presence of beta-carotene in the chloroplasts affects photosynthetic efficiency. To confirm the effect of beta-carotene content on mutant chloroplasts on photosynthetic efficiency, photosynthetic efficiency was compared by measuring oxygen production with increasing light intensity. Clark-type oxygen electrode from Hansatech Instrumnet Ltd. was used to measure the amount of oxygen generated. Oxygen generation amount is diluted to the amount of cells containing 2μM chlorophyll to 5mL and then measured the amount of oxygen generated while increasing the brightness as shown in the graph (Fig. 6) every two minutes, the results are shown in Figure 6 It was.

도 6에서 확인할 수 있듯이 베타-카로틴을 상당한 수준으로 함유하고 있는 D. 바르다빌 (D. bardawil)보다도 본 발명의 변이종의 산소발생량이 더 높은 것을 확인할 수 있었고, 높은 산소 발생량은 높은 광합성 효율을 의미한다.As can be seen in Figure 6 it was confirmed that the oxygen generation amount of the variant species of the present invention is higher than D. bardawil ( D. bardawil ) containing a significant level of beta-carotene, high oxygen production means high photosynthetic efficiency do.

실시예 6: ITC PCR 을 통한 증폭 실험Example 6: Amplification Experiment by ITC PCR

변이주와 원래 종의 계통학적인 위치를 확인하기 위하여, ITS(internal transcribed spacer) 부분을 PCR(polymerase chain reaction)을 통해 증폭하였다. 두날리엘라(Dunaliella)의 핵내 DNA는 QIAGEN사의 DNeasy 플랜트 미니 키트를 사용하여 제품에 제공된 프로토콜대로 DNA를 추출하였다. 인트론사의 iTaq DNA 폴리머레이즈, dNTP, 및 버퍼를 함께 반응액에 넣고, 두날리엘라(Dunaliella)로부터 추출한 DNA를 주형으로 하고 하기 표3의 프라이머를 이용하여 ITS부분을 증폭하였다. ITS 증폭을 위하여 반응액을 94℃ 에서 30초, 58℃ 에서 30초, 70℃ 에서 30초의 사이클을 30회 반복하였다. 그 결과 약 300-400bp 크기의 증폭된 DNA 단편을 얻었다(도7 참조).In order to identify the mutant strain and the systematic location of the original species, the internal transcribed spacer (ITS) portion was amplified by polymerase chain reaction (PCR). Dunaliella 's intranuclear DNA was extracted using the QIAGEN DNeasy Plant Mini Kit according to the protocol provided in the product. Intron's iTaq DNA polymerase, dNTP, and buffer were put together in the reaction solution, and DNA extracted from Dunaliella was used as a template, and the ITS portion was amplified using the primers of Table 3 below. For ITS amplification, the reaction solution was cycled 30 times at 94 ° C for 30 seconds, at 58 ° C for 30 seconds, and at 70 ° C for 30 seconds. As a result, an amplified DNA fragment having a size of about 300-400 bp was obtained (see FIG. 7).

Figure 112009000437120-pat00003
Figure 112009000437120-pat00003

실시예 7: 계통도를 이용한 변이주의 분자유전학적 위치 확인Example 7 Molecular Genetic Positioning of Mutant strains Using Schematic Diagram

ITS 서열을 분석하기 위하여 PCR 을 통해 증폭한 ITS의 PCR 산물을 전기영동 후(도7), 증폭된 부분을 아가로즈 겔에서 잘라내어, QIAGEN사의 겔 추출 키트를 사용하여 DNA를 분리한 뒤 바이오닉스에 염기서열 분석을 의뢰하였다. 분석된 염기서열들을 NCBI(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/)에 등록된 두날리엘라(Dunaliella) 몇몇 균주들의 ITS와 비교(align)하였다. 우선 각 균주들의 ITS 염기서열들을 clustalX 프로그램을 사용하여 비교하고, 비교된 염기서열들을 MEGA4 프로그램을 이용, 계통도(phylogenetic tree)를 그려 계통학적 관계를 비교 분석하였다. 도8 의 계통도는 최대 절약 분석(maximum parsimony)방법을 이용하여 그렸으며, 500반복의 부트스트랩 시험(bootstrap test)을 통한 신뢰수준을 가지에 수치로 나타내었다(최대 100). 그 결과 얻은 도8 의 계통수가 증명하듯이 변이주는 원래 종인 CCAP19/18과 가장 가까워, 타 균주 등의 오염 등을 오인한 것이 아니라 CCAP19/18에서 유래한 변이주임을 확인할 수 있었다.In order to analyze the ITS sequence, the PCR product of the ITS amplified by PCR was electrophoresed (Fig. 7), and then the amplified portion was cut out from the agarose gel, DNA was separated using QIAGEN's gel extraction kit, and then the base was placed on the bionics. Sequence analysis was commissioned. The analyzed sequences were aligned with the ITS of several strains of Dunaliella , registered with NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/). First, the ITS sequences of each strain were compared using the clustalX program, and the compared sequences were analyzed using the MEGA4 program to draw a phylogenetic tree to analyze the systematic relationships. The schematic diagram of FIG. 8 was drawn using the maximum parsimony method, and was represented numerically with the confidence level through 500 repeated bootstrap tests (maximum 100). As shown in the phylogenetic tree of FIG. 8 obtained as a result, the mutant strain was the closest to the original species CCAP19 / 18, and it was confirmed that the strain was derived from CCAP19 / 18 rather than mistaken contamination of other strains.

도 1은 본 발명의 변이주가 유래한 원균주인 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18과 본 발명의 변이주(KCTC 11442BP 균주)의 현미경 사진이다(배율 1,000X). (A): 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18; (B): 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP. 사진에 있는 검은 선은 10㎛ 를 나타냄.1 is a photomicrograph of Dunaliella salina CCAP19 / 18, which is the original strain derived from the mutant strain of the present invention, and the mutant strain (KCTC 11442BP strain) of the present invention (magnification 1,000 ×). (A): Dunaliella salina CCAP 19/18; (B): Dunaliella salina KCTC 11442BP. Black lines in the picture indicate 10 μm.

도 2는 여러 가지 광도 조건 (20, 100, 200, 400 μmol photons /㎡s)에서 세 가지 균주(야생 균주, 변이 균주, 바르다빌 (D. bardawil))를 배양하며 비교한 결과를 나타내는 사진이다. 위로부터 아래 방향으로 배양 후 각각 제 3 일, 제 5 일 및 제 7 일; wt: 원균주, LS202: KCTC 11442BP 균주, D.bar: 두날리엘라 바르다빌(D. bardawil).FIG. 2 is a photograph showing the results of culturing three strains (wild strains, mutant strains, and D. bardawil ) under various luminous conditions (20, 100, 200, 400 μmol photons / ㎡s). . Third, fifth and seventh days after incubation from top to bottom, respectively; wt: original strain, LS202: KCTC 11442BP strain, D. bar: Dunaliella bardawil .

도 3은 원균주인 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18과 본 발명의 변이주 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP의 세포수 증가 패턴을 나타내는 그래프이다. wt: 원균주, m: 본 발명의 변이주, 숫자는 처리 광도를 나타냄.3 is a graph showing the Won Kyun own, two flying it Ella Salina (Dunaliella salina) CCAP19 / 18 and throwing away the two mutants of the present invention Ella Salina (Dunaliella salina) cells increased the number of KCTC 11442BP pattern. wt: original strain, m: mutant strain of the present invention, numbers indicate treated luminosity.

도 4a는 두날리엘라(Dunaliella) 각 균주들의 색소 프로파일을 나타내는 HPLC 분석 그래프이다. (A) wt, (B) LS202(KCTC 11442BP), (C) D.bardawil Figure 4a is a HPLC analysis graph showing the pigment profile of each Dunaliella strain. (A) wt, (B) LS202 (KCTC 11442BP), (C) D.bardawil

1: 네오잔틴(neoxanthin), 2: 비올라잔틴(violaxanthin), 4: 루테인(lutein), 5: 지아잔틴(zeaxanthin), 6: 엽록소 b(chlorophyll b) 7: 엽록소 a(chlorophyll a), 8,9: 베타-카로틴의 두 이성질체.1: neoxanthin, 2: violaxanthin, 4: lutein, 5: zeaxanthin, 6: chlorophyll b 7: chlorophyll a, 8, 9: Two isomers of beta-carotene.

도 4b는 각각의 두날리엘라(Dunaliella) 균주들을 올림푸스 BX51 현미경으로 관찰한 모습을 나타낸 사진이다(배율 1,000X). 사진에 있는 검은 선은 10㎛를 나타냄.Figure 4b is a photograph showing the observation of each Dunaliella strain with an Olympus BX51 microscope (magnification 1,000X). Black lines in the picture indicate 10 μm.

도 5는 각각 원균주인 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18, 바르다빌 (D. bardawil)과 본 발명에 따르는 변이주의 베타-카로틴 함량을 비교하는 그래프이다. 각 그래프에 표시된 광도조건에서 7일간 배양 후 HPLC를 이용하여 색소 함량을 측정한 결과이다. 5 is a graph comparing the beta-carotene content of the strains according to the present invention Dunaliella salina CCAP19 / 18, Bardawil ( D. bardawil ), respectively. After 7 days of incubation under the light conditions indicated in each graph, the pigment content was measured using HPLC.

(A) 광도에 따른 1 mg 엽록소 a당 베타-카로틴 함량 (mg); (B) 광도에 따른 세포 한 개당 베타-카로틴 함량(ng).(A) Beta-carotene content per mg of chlorophyll a according to brightness (mg); (B) Beta-carotene content per cell according to brightness (ng).

도 6은 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 변이주와 D. 바르다빌 (D. bardawil)의 광합성 효율을 비교한 그래프이다. M: 변이주, b: D. 바르다빌 (D. bardawil).Figure 6 is a graph comparing photosynthetic efficiency of Dunaliella salina KCTC 11442BP mutant and D. bardawil ( D. bardawil ). M: mutant strain, b: D. bardawil .

도 7은 ITS 프라이머를 사용하여 증폭한 PCR 산물의 전기영동 결과를 나타낸 것이다.Figure 7 shows the results of electrophoresis of the PCR product amplified using the ITS primer.

레인 1: 두날리엘라 살리나(D.salina) CCAP19/18의 ITS 1,Lane 1: Two of throwing away Ella Salina (D. salina) CCAP19 / 18 ITS 1,

레인 2: 두날리엘라 살리나(D.salina) CCAP19/18의 ITS 2,Lane 2: Dunaliella Salina (D. salina ) CITS19 / 18 ITS 2,

레인 3: 변이주 LS202의 ITS 1,Lane 3: ITS 1 of mutant LS202,

레인 4: 변이주 LS202의 ITS 2.Lane 4: ITS of Mutant LS202 2.

도 8은 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) 균주들의 계통도를 나타낸 것이다. 도8의 계통도는 하기 두날리엘라 균주들과 CCAP19/18(wt), 그리고 변이주의 ITS1과 ITS2 염기서열을 종합하여 clustalX 프로그램을 이용하여 비교(align)하고, MEGA4 프로그램에서 CNI 알고리즘(Close-Neighbor-Interchange algorithm)을 이용한 500 반복의 부트스트랩 시험(bootstrap test) 결과를 최대 절약 분석(maximum parsimony)방법을 이용하여 계통도로 나타낸 것이다.Figure 8 shows a schematic of Dunaliella salina strains. 8 is a schematic diagram of the following Dunaliella strains and CCAP19 / 18 (wt), and ITS1 and ITS2 sequences of mutant strains were combined and aligned using the clustalX program, and the CNI algorithm (Close-Neighbor) in the MEGA4 program. The results of 500 bootstrap tests using the Interchange algorithm are shown in the schematic diagram using the maximum parsimony method.

Claims (7)

50 내지 200 μmol photons/㎡s 의 저광도에서 베타-카로틴을 생산능을 가지는, 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18 유래의 두날리엘라 살리나 KCTC 11442BP 균주.Dunaliella salina KCTC 11442BP strain from Dunaliella salina CCAP19 / 18, having the ability to produce beta-carotene at low luminosity of 50 to 200 μmol photons / m 2 s. 제 1 항에 있어서, 50 내지 200 μmol photons/㎡s 의 저광도에서 베타-카로틴을 생산하는 것을 특징으로 하는 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 균주.The Dunaliella salina KCTC 11442BP strain according to claim 1, characterized in that beta-carotene is produced at a low brightness of 50 to 200 μmol photons / m 2 s. 제 2 항에 있어서, 50 내지 200 μmol photons/㎡s 광도 하에서 7일 배양 시 엽록소 a 1 mg당 2 mg 이상의 양으로 베타-카로틴을 축적하는 것을 특징으로 하는 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 균주.The Dunaliella salina KCTC 11442BP according to claim 2, characterized in that beta-carotene accumulates in an amount of 2 mg or more per 1 mg of chlorophyll a when cultured for 7 days under a light intensity of 50 to 200 μmol photons / m 2. Strain. 제1항의 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18 유래의 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 균주의 순수 배양액.The pure culture of Dunaliella salina KCTC 11442BP strain derived from Dunaliella salina CCAP19 / 18 of claim 1. 50 내지 200 μmol photons/㎡s 의 저광도에서 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) CCAP19/18 유래의 두날리엘라 살리나(Dunaliella salina) KCTC 11442BP 균주의 배양을 포함하는 베타-카로틴 제조방법.A method for producing beta-carotene comprising culturing Dunaliella salina KCTC 11442BP strain derived from Dunaliella salina CCAP19 / 18 at a low brightness of 50 to 200 μmol photons / m 2 s. 삭제delete 제 5 항에 있어서, 배양은 배지의 염도가 NaCl 농도 기준으로 0.5M 내지 5M에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 베타-카로틴 제조방법.The method of claim 5, wherein the culturing is a method for producing beta-carotene, characterized in that the salinity of the medium is made at 0.5M to 5M based on NaCl concentration.
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