KR101198882B1 - Method for improving organic selenium production - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유기태 셀레늄 생산성 향상을 위한 방법으로 더욱 상세하게는 효모를 이용한 유기태 셀레늄 생산 방법에 있어서, 해당 균주로 S. cerevisiae 6M(KACC93114P) 돌연변이 균주를 사용하고 생산성 향상을 위한 탄소원이나 질소원 등의 최적화 조건과 관련된 발명이다.The present invention is a method for improving organic selenium productivity, more specifically in organic selenium production method using yeast, using the S. cerevisiae 6M (KACC93114P) mutant strain as the strain and optimization of carbon source or nitrogen source for productivity improvement It is an invention related to a condition.
Description
본 발명은 유기태 셀레늄 생산성 향상을 위한 방법으로 더욱 상세하게는 효모를 이용한 유기태 셀레늄 생산 방법에 있어서, 해당 균주로 S. cerevisiae 6M(KACC93114P) 돌연변이 균주를 사용하고 생산성 향상을 위한 탄소원이나 질소원 등의 최적화 조건과 관련된 발명이다.The present invention is a method for improving organic selenium productivity, more specifically in organic selenium production method using yeast, using the S. cerevisiae 6M (KACC93114P) mutant strain as the strain and optimization of carbon source or nitrogen source for productivity improvement It is an invention related to a condition.
농업이 집약적으로 전개됨에 따라 토양내 이용 가능한 양질의 미량 광물질들이 해를 거듭할수록 감소되고 있는 실정이다. 그에 따라 토양에서 생산된 농작물에 있어서도 미량광물질들이 부족한 형편이다. 따라서 일반적으로 사료용 곡물 및 조사료 등에서 미량광물질의 결핍을 보충하기 위하여 사료 배합시에 무기태 미량광물질의 첨가가 필요하다.As agriculture develops intensively, the quantity of fine minerals available in the soil is decreasing year after year. As a result, trace minerals are scarce in crops produced in soil. Therefore, in general, in order to supplement the deficiency of trace minerals in feed grains and forages, it is necessary to add inorganic trace minerals in the feed formulation.
가축에게 중요한 미량광물질 중의 하나인 selenium은 원자번호 34, 분자량이 78.96인 6b족 원소로 황(S)과 화학적 특성이 매우 비슷한 준금속(semi-metal)이며, 환원되면 selenide (Se-2), 산화되면 selenite (Se+4) 또는 selenate (Se+6)로 존재할 수 있다. 일반적인 토양에는 selenium의 함량이 매우 낮지만(1 ppm), 지역에 따라 토양 중 함량이 매우 높아서 토양 중 selenium이 식물에 전이되고 그 식물을 먹은 동물이나 인체에서 selenosis를 유발하기도 한다(Kim Y. Y. 2000. J. Anim. Sci. & Technol. (Kor.) 42(6):835-848).Selenium, one of the important trace minerals for livestock, is a semi-metal with chemical properties similar to sulfur (S), a group 6b element with
Selenium은 1817년 스웨덴의 화학자 J. J. Berzelius가 금속 제련과정 중에 생긴 황산의 잔류물에서 발견하여 붙인 이름으로 50여년 전까지는 중독광물질로 여겨져 왔었다. 그러나 Schwarz와 Foltz에 의해 selenium은 쥐의 간 손상을 예방할 수 있는 물질로 알려지면서, 생리적으로 세포질에서 항산화 역할을 하는 glutathione peroxidase (GSH-Px)의 구성 성분이라는 것이 뒤늦게 밝혀진 후부터(Rotruck J. T., 등. 1973. Science. 179:588-590) selenium은 필수 미량광물질로 인식되고 있다. Selenium 결핍은 GSH-Px의 활성을 떨어뜨려 대사과정 중에 생기는 과산화물(H2O2)를 효과적으로 제거하지 못하므로 세포의 기능장애 또는 세포의 파괴를 유발한다(Eklow L., 등. 1981. FEBS Lett. 127:125-128).Selenium was named by the Swedish chemist JJ Berzelius in 1817 in the residues of sulfuric acid produced during the metal smelting process. However, by Schwarz and Foltz, selenium is known to be a substance that can prevent liver damage in rats, and it was later discovered that it was a component of glutathione peroxidase (GSH-Px), which physiologically plays an antioxidant role in the cytoplasm (Rotruck JT, et al. 1973. Science. 179: 588-590) Selenium is recognized as an essential trace mineral. Selenium deficiency decreases the activity of GSH-Px and does not effectively remove peroxides (H 2 O 2 ) during metabolism, causing cell dysfunction or cell destruction (Eklow L., et al. 1981. FEBS Lett 127: 125-128).
동물이나 사람에게서 selenium의 결핍은 여러 가지 대사성 질병을 유발하는데, 생리적인 주요 변화에는 성장지연, 피부병, 탈모, 시각장애, 번식장애, 간이나 근육의 괴사가 일어난다(Kohrl J., 등. 2000. Biol Chem 381(9-10):849-864). 면양과 축우에서 발생하는 백근증(white muscle disease)은 근육조직의 괴사로 인하여 유발되는데, selenium의 결핍으로 체내에서 형성된 H2O2와 같은 산화물질들에 의해 근육내 myogloblin이 파괴되어 근육 특유의 홍적색을 띄지 못하고 전체적으로 근육의 색깔이 엷어져서 흰색에 가까워 도살된 가축의 selenium 결핍 여부를 쉽게 판단할 수 있는 좋은 수단이 될 수 있다(Schwarz K. 1976. Essentiality and metabolic functions of selenium. Med. Clin. North America. 60:745-757). The deficiency of selenium in animals and humans causes a variety of metabolic diseases. Major physiological changes include growth retardation, skin disease, hair loss, blindness, reproduction, and liver or muscle necrosis (Kohrl J., et al. 2000. Biol Chem 381 (9-10): 849-864). White muscle disease in sheep and cattle is caused by necrosis of muscle tissue, and muscle-specific myogloblin is destroyed by oxides such as H 2 O 2 formed in the body due to deficiency of selenium. The redness of the muscles and the thinning of the muscle as a whole make it a good way to easily determine whether slaughtered animals have selenium deficiency (Schwarz K. 1976. Essentiality and metabolic functions of selenium.Med.Clin North America. 60: 745-757.
전 세계적으로 selenium의 결핍증은 방목을 위주로 하는 반추 동물들에서 자주 일어나며 특히 selenium 결핍상태인 어미로부터 태어난 어린 동물에서는 자주 발생하고 있으나, 비육후기의 동물들에서는 외관상으로 결핍증을 판별하기는 어렵다(Ammerman C. B. and S. M. Miller. 1975. Selenium in ruminant nutrition : A review. J. Dairy Sci. 58:1561-1577).The selenium deficiency is common in grazing ruminants around the world, especially in young animals born to mothers with selenium deficiency, but it is difficult to visually identify deficiencies in late-stage animals (Ammerman CB). and SM Miller. 1975. Selenium in ruminant nutrition: A review.J. Dairy Sci. 58: 1561-1577).
닭에서 selenium 결핍은 간괴사, 근육위축, 삼출성질병, 췌장 섬유증, 빈약한 깃털, 면역결핍, 생식능력의 감소, 그밖에도 많은 증상들이 있다(Shamberger R. J. 1983. Selenium deficiency diseases in animals. Pages 31-58. In: Biochemistry of Selenium. Plenum press, New York, NY 10013). 한편, selenium 함량이 낮은 사료를 급여한 산란계에서의 산란율은 54~58%였으나, selenium을 첨가하면 산란율이 75~80%로 유의하게 산란 성적이 개선되었다(Latshaw J. D. and Osman. 1974. A selenium and vitamin E responsive condition in the laying hen. Poultry Sci. 53:1704-1708).In chickens, selenium deficiency has hepatic necrosis, muscle atrophy, exudative disease, pancreatic fibrosis, poor plumage, immunodeficiency, decreased fertility, and many other symptoms (Shamberger RJ 1983. Selenium deficiency diseases in animals. Pages 31-58 In: Biochemistry of Selenium.Plenum press, New York, NY 10013). On the other hand, laying hens fed low-energy selenium diets were 54-58%, but the addition of selenium significantly improved egg laying rates (75-80%) (Latshaw JD and Osman. 1974. A selenium and vitamin E responsive condition in the laying hen.Poultry Sci. 53: 1704-1708).
Selenium이 동물 체내에서 항산화작용을 하는 GSH-Px의 구성성분이라는 것이 밝혀지면서 1974년 미국 FDA에서 모든 돼지사료에 0.1 ppm의 무기태 selenium첨가를 허용하기에 이르렀다. 또한 1987년 FDA는 모든 돼지사료에 무기태 selenium 0.3 ppm 수준으로 첨가할 수 있도록 개정하였다. 한편 2000년 6월 6일부터 미국 FDA는 selenium yeast형태의 유기태 selenium의 사용을 가금 사료에 처음으로 허가하였다. 현재 우리나라 사료관리법 시행령에 따르면 배합사료에 첨가할 수 있는 selenium의 허용범위를 돼지와 가금류는 4 ppm, 비육우와 축우를 비롯한 다른 가축들의 경우는 2 ppm으로 제시하고 있다.The discovery of selenium as an antioxidant component of GSH-Px in the body of animals led the US FDA in 1974 to allow the addition of 0.1 ppm of inorganic selenium to all pig feeds. Also, in 1987, the FDA revised the addition of 0.3 ppm mineral selenium to all pig feeds. On June 6, 2000, the US FDA approved the use of selenium yeast in the form of organic selenium for the first time in poultry feed. Currently, the Enforcement Decree of the Korean Feed Control Act suggests that the allowable range of selenium that can be added to blended feed is 4 ppm for pigs and poultry, and 2 ppm for other livestock, including beef and cattle.
무기태 selenium (selenite 또는 selenate)은 단순 확산에 의해 흡수되므로 일반적으로 외관상 소화율이 80% 정도로 능동수송에 의해 운송되는 유기태 selenium보다 높다(Kim Y. Y. and D. C Mahan. 2001. Asian-Aus. J. Animal. Sci. 14(2):243-249). 그러나 흡수된 무기태 selenium의 대부분은 뇨를 통해서 체외로 다시 배출되고, 실제적으로 체내에 축적되는 selenium의 양은 체외로 배설되는 양이 상대적으로 적은 유기태 selenium 첨가시에 더 높게 나타난다(Kim Y. Y. and D. C. mahan. 2001. J. Anim. Sci).Since inorganic selenium (selenite or selenate) is absorbed by simple diffusion, its apparent digestibility is generally higher than organic selenium transported by active transport (Kim YY and D. C Mahan. 2001. Asian-Aus. J.). Sci. 14 (2): 243-249). However, most of the mineral selenium absorbed is excreted again through the urine, and the amount of selenium actually accumulated in the body is higher when the organic selenium is added to the body, which is less excreted in vitro (Kim YY and DC mahan). 2001. J. Anim. Sci).
흡수된 selenium은 혈액을 통하여 체내 여러 조직으로 운송되어 축적되는데 간과 신장에서 가장 높은 농도를 보인다. 동물의 혈액 중 selenium은 짧은 기간 동안의 영양상태를 나타내지만, selenium이 조직 중에 축적되는 데는 상당한 시간이 소요되므로 조직중의 selenium 농도는 장기간의 selenium 영양상태를 나타낸다고 할 수 있다. 동물조직 중 간에서의 selenium 농도는 동물에서 selenium 결핍 여부를 결정하는 좋은 지표로 사용될 수 있다(Ammerman C. B. and S. M. Miller. 1975. A review. J. Dairy Sci. 58:1561-1577). 체내조직에 따라서도 축적되는 양이 달라지는데, 일반적으로 유기태가 무기태 selenium보다 체내축적이 더 많이 된다(Kim Y. Y. and D. C Mahan. 2001. Asian-Aus. J. Animal. Sci. 14(2):243-249).The absorbed selenium is transported and accumulated through the blood to various tissues in the body, with the highest concentrations in the liver and kidney. In animal blood, selenium shows short-term nutrition, but since selenium takes a long time to accumulate in tissue, selenium concentration in tissues shows long-term selenium nutrition. The selenium concentration in the liver of animal tissue can be used as a good indicator of selenium deficiency in animals (Ammerman C. B. and S. M. Miller. 1975. A review. J. Dairy Sci. 58: 1561-1577). The amount of accumulation also varies depending on the tissues in which the organic form is generally higher than the inorganic selenium (Kim YY and D. C Mahan. 2001. Asian-Aus. J. Animal. Sci. 14 (2)). : 243-249).
사람이나 동물과는 달리 식물은 sodium selenite를 selenomethionine으로 전환할 수 있는 능력이 있다. 대두박, 밀, 그리고 옥수수에 함유되어 있는 총 selenium의 80% 이상은 이와 같은 유기태 형태이다. 이것을 가축에게 급여하면 근육과 간 등의 조직에 축적되어 이용된다. 따라서 selenomethionine은 번식과 질병 예방 등에 있어서 필요한 양을 체내 단백질에 축적 시킴으로써 그 역할이 매우 중요하다.Unlike humans and animals, plants have the ability to convert sodium selenite to selenomethionine. More than 80% of the total selenium in soybean meal, wheat and corn is in this organic form. When it is fed to livestock, it is accumulated and used in tissues such as muscles and liver. Therefore, the role of selenomethionine is very important by accumulating the necessary amount of protein in the body for reproduction and disease prevention.
한편, Saccharomyces cerevisiae의 자가소화(autolysis)에 의해 생산된 yeast extract는 미생물 발효 배지, 조미료, 건강식품 등의 원료로서 많이 이용되고 있다(Choi S. J. and Chung B. H. 1998. Korean J. Biotechnol. Bioeng. 13:308-311). 금속 흡수를 위해 생물적 흡수체(biosorbent)로서 S. cerevisiae의 잇점으로는 S. cerevisiae는 복잡하지 않는 발효 기술을 이용하여 쉽게 대량 생산할 수 있고 성장 배지가 비싸지 않으며 균체량 또한 높다. S. cerevisiae는 다양한 식품과 산업적 음료로부터 얻을 수 있으며, waste residuals에 S. cerevisiae의 공급은 기본적으로 안전하다고 평가되었다. 일반적으로 S. cerevisiae는 실제 적용했을 때 대중적으로 받아들이기 쉬울 뿐만아니라 금속이온 제거에 있어, 특히 분자수준에 있어 금속과 미생물의 상호작용의 흡수 메카니즘을 규명하기 위한 이상적 model organism이다.
Meanwhile, Saccharomyces Yeast extract produced by autolysis of cerevisiae is widely used as a raw material for microbial fermentation medium, seasoning, and health food (Choi SJ and Chung BH 1998. Korean J. Biotechnol. Bioeng. 13: 308-311 ). The advantage of S. cerevisiae as a biosorbent for metal absorption is that S. cerevisiae can be easily mass-produced using uncomplicated fermentation techniques, the growth medium is inexpensive and the cell mass is high. S. cerevisiae can be obtained from a variety of foods and industrial beverages, and the supply of S. cerevisiae to waste residuals is considered to be fundamentally safe. In general, S. cerevisiae is not only widely accepted in practical applications, but also an ideal model organism for elucidating the mechanism of absorption of metal-microbial interactions in metal ion removal, particularly at the molecular level.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 상기의 필요성에 의하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 유기태 selenium 생산효율이 높은 효모 돌연변이체 균주를 제공하는 것이다.The present invention solves the above problems and the object of the present invention is to provide a yeast mutant strain with high organic selenium production efficiency.
본 발명의 다른 목적은 유기태 selenium의 생산성을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for improving the productivity of organic selenium.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 효모를 이용한 유기태 셀레늄 생산 방법에 있어서, 해당 균주로 S. cerevisiae 6M(KACC93114P) 돌연변이 균주를 사용하는 것을 특징으로 하는 효모를 이용한 유기태 셀레늄 생산 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an organic selenium production method using yeast, characterized in that S. cerevisiae 6M (KACC93114P) mutant strain is used as the strain in the organic selenium production method using yeast.
본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 방법은 S. cerevisiae 6M(KACC93114P) 돌연변이 균주 배양시에 탄소원으로 갈락토스를 첨가하는 것이 바람직하고, S. cerevisiae 6M(KACC93114P) 돌연변이 균주 배양시에 질소원으로 펩톤을 첨가하는 것이 바람직하며, S. cerevisiae 6M(KACC93114P) 돌연변이 균주 배양시에 미네랄로 황산마그네슘 또는 염화칼륨을 첨가하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the invention, the method is
이하 본 발명을 서술한다.The present invention is described below.
본 발명에서는 wild type 균주 중 유기태 selenium 생산효율이 우수한 균주를 탐색하고, UV 돌연변이를 실시하여 생산성이 더욱 증진된 균주를 개발한 후, 유기태 selenium 생산성 향상을 위하여 배양성분 및 배양조건을 최적화하였다.In the present invention, the strains having excellent organic selenium production efficiency among wild type strains were searched, and after the UV mutation was performed to develop a further improved strain, the culture components and culture conditions were optimized to improve organic selenium productivity.
먼저 본 발명에서는 유기태 selenium 생산성이 우수한 wild type S. cerevisiae와 S. cerevisiae의 UV mutant를 선별하였다. First, in the present invention, UV type mutants of wild type S. cerevisiae and S. cerevisiae with excellent organic selenium productivity were selected.
S. cerevisiae wild type 균주 13종 중 S. cerevisiae KCCM 12635이 selenium uptake 효율이 가장 높아 UV mutagenesis를 위한 wild type strain으로 선별하였다. 이 S. cerevisiae KCCM 12635에 5 분간의 UV 조사를 통하여 UV mutagenesis를 실시하였으며, selenium 농도 2000 ppm에서 생존하는 돌연변이균주를 선발하여 selenium uptake 효율을 비교하였다. 돌연변이에 의해 생성된 균주 중 S. cerevisiae 6M 균주에서 가장 높은 selenium uptake를 나타내었다. UV 돌연변이 S. cerevisiae 6M은 wild type S. cerevisiae KCCM 12635보다 selenium 생산효율이 1.23 배 증가하였다.Among 13 S. cerevisiae wild type strains,
본 발명의 S. cerevisiae 6M 균주는 2010년 12월21일 대한민국 수원시 서둔동 소재 국립농업과학원 농업유전자원센터에 KACC93114P로 기탁하였다. S. cerevisiae of the present invention The 6M strain was deposited as KACC93114P at the National Institute of Agricultural Science, National Institute of Agricultural Science, Seodun-dong, Suwon-si, Korea, on December 21, 2010.
다음으로, 본 발명에서는 UV 돌연변이에 의해 selenium uptake 효율이 증진된 S. cerevisiae 6M의 배양조건 최적화를 실시하였다. Next, in the present invention, the culture conditions of
S. cerevisiae 6M의 fed-batch culture시 selenium 농도를 0, 31, 63, 125, 250, 500 및 1000 ppm의 수준으로 다양하게 배치하고, 배양 0 시간에 selenium을 농도별로 첨가하여 30℃, 180 rpm으로 24 시간동안 배양하였다. 배양액 내 selenium 농도가 125 ppm일 때 selenium uptake가 가장 높게 나타났다. Selenium 첨가시간을 0, 3 및 9 시간으로 하였을 때, selenium을 0 시간에 첨가시 유기태 selenium 생산량이 가장 높았다. Selenium을 0 시간에 첨가 후 24 시간까지 배양하며 selenium 생산량을 조사한 결과, 배양 9 시간때에 가장 높은 selenium 생산량을 나타내었다. 또한 초기 pH를 3에서 7까지 조사하였을때 초기 pH 6으로 조정시 selenium 생산량은 10.87 mg/L로 가장 높게 나타났다. S. cerevisiae In 6M fed-batch culture, various concentrations of selenium were arranged at levels of 0, 31, 63, 125, 250, 500, and 1000 ppm, and selenium was added at concentrations of 0 hours for culture for 24 hours at 30 ° C and 180 rpm. Incubated for The highest selenium uptake was observed when the concentration of selenium in the culture was 125 ppm. When selenium was added at 0, 3 and 9 hours, organic selenium production was highest when selenium was added at 0 hours. Selenium was incubated for 24 hours after adding 0 hours of selenium, and the highest selenium yield was obtained at 9 hours of culture. In addition, when the initial pH was investigated from 3 to 7, the selenium production was the highest at 10.87 mg / L when the initial pH was adjusted to 6.
다음으로 본 발명에서는 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M의 fed-batch 배양시 유기태 selenium 생산 효율을 높이기 위한 배지의 최적화를 실시하였다. Next, in the present invention, optimization of the medium for increasing the organic selenium production efficiency in fed-batch culture of the mutant
탄소원으로 glucose, fructose, sucrose, galactose, maltose 및 lactose를 첨가하여 실험한 결과, galactose 첨가시 selenium uptake가 가장 높게 나타났으며, 질소원으로 yeast extract, malt extract, peptone, urea, ammonium sulfate 및 ammonium phosphate를 첨가하여 조사한 결과 peptone 첨가시 selenium uptake가 가장 높게 나타났다. 탄소원으로 glucose와 galactose, 질소원으로 peptone을 이용하여 C/N 비율을 1, 3, 5, 7 및 9 의 다섯 수준으로 하여 배양하였을 때 glucose와 peptone의 C/N 비율이 7일 때 selenium uptake가 가장 많았다. 미네랄 첨가가 selenium uptake에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 미네랄 총 12 종(MgSO4, KCl, K2HPO4, KH2PO4, NaCl, CaCl2, FeSO4, ZnSO4, MnSO4, MgCl2, CuSO4, FeCl3)을 각각 0.05%씩 첨가하여 조사한 결과 MgSO4와 KCl 첨가시 selenium uptake가 가장 높았다. 반응표면모델(Response surface model)에 의해 배지를 최적화하기 위하여 glucose와 peptone 그리고 MgSO4와 KCl의 최적 농도를 탐색하였다. 각각의 배지 성분들을 3가지 수준으로 하여 Box-Behnken design으로 실험을 설계하였고 총 27개의 실험을 수행하였다. 그 결과 glucose, peptone, MgSO4 및 KCl의 최적 농도는 27.73, 11.40, 0.30, 0.81 g/L으로 나타났으며, 이때 총 selenium 생산량의 반응 기대치는 31.57 mg/L으로 나타났다.As a carbon source, glucose, fructose, sucrose, galactose, maltose and lactose were added, and selenium uptake was the highest when galactose was added, and yeast extract, malt extract, peptone, urea, ammonium sulfate and ammonium phosphate as nitrogen sources. In addition, selenium uptake was the highest when peptone was added. When glucose and galactose were used as the carbon source, and peptone was used as the nitrogen source, the C / N ratio was 1, 3, 5, 7, and 9. When the C / N ratio of glucose and peptone was 7, the selenium uptake was the most. Many. To investigate the effect of mineral addition on selenium uptake, a total of 12 minerals (MgSO 4 , KCl, K 2 HPO 4 , KH 2 PO 4 , NaCl, CaCl 2 , FeSO 4 , ZnSO 4 , MnSO 4 , MgCl 2 , CuSO 4 and FeCl 3 ) were added 0.05% each, and the highest selenium uptake was observed when MgSO 4 and KCl were added. The optimum concentrations of glucose, peptone, MgSO 4 and KCl were investigated to optimize the medium by Response surface model. The experiments were designed with Box-Behnken design with three levels of each media component, and a total of 27 experiments were performed. As a result, the optimal concentrations of glucose, peptone, MgSO 4 and KCl were 27.73, 11.40, 0.30, 0.81 g / L, and the expected response of total selenium production was 31.57 mg / L.
본 발명에서 유기태 selenium의 생산효율을 증진시키기 위하여 다양한 wild type S. cerevisiae로부터 선별한 균주를 UV조사를 통하여 분리한 돌연변이주 6M은 fed-batch에서의 최적 배양조건은 배양 0 시간에 selenium을 첨가하고, 9 시간에 배양을 완료하며, 배양액 내 selenium농도를 125 ppm으로 하고, 배양 초기 pH를 6으로 하는 것으로 조사되었다.In order to enhance the production efficiency of organic selenium in the present invention, 6M mutant strain isolated from various wild type S. cerevisiae isolates by UV irradiation was added to the optimal culture conditions in fed-batch, and the addition of selenium at 0 hours of culture. The culture was completed at 9 hours, the concentration of selenium in the culture medium was 125 ppm, and the initial pH of the culture was 6.
또한 탄소원으로는 galactose, 질소원으로는 peptone이 가장 효율이 좋았으며, glucose와 peptone의 C/N 비율은 7로 하며, 미네랄 공급원으로 magnesium sulfate와 potassium chloride를 첨가하였을 때 유기태 selenium의 생산 효율을 가장 높일 수 있을 것이라 사료되었다.In addition, galactose was the most efficient carbon source and peptone was the most efficient carbon source. The C / N ratio of glucose and peptone was 7, and when magnesium sulfate and potassium chloride were added as mineral sources, the production efficiency of organic selenium was the highest. It was supposed to be possible.
본 발명을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M의 selenium yeast 생산을 위한 최적 배양 조건을 맞추는 실험을 실시하였다. 배양액 내 selenium농도 125 ppm일 때 selenium uptake가 가장 높게 나타났으며, 배양 0 시간에 selenium을 첨가한 후, 9 시간 배양 시 selenium uptake가 가장 높게 나타났다. 또한 배양 초기 pH가 6일 때 selenium uptake가 가장 높게 나타났다.As can be seen through the present invention, experiments were performed to match the optimal culture conditions for the production of selenium yeast of the mutant
또한 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M의 selenium yeast 생산 효율을 높이기 위한 배지의 최적화를 실시하였다. 탄소원 중 galactose 첨가 시 selenium uptake가 가장 높게 나타났으며, 질소원으로는 peptone 첨가 시 selenium uptake가 가장 높게 나타났다. 또한 탄소공급원에 따른 C/N의 비율은 glucose와 peptone에 있어 C/N 비율이 7일 때 가장 높게 나타났다. 미네랄 공급원 중 MgSO4과 KCl을 각각 첨가시 selenium uptake가 가장 높았다. 반응표면모델(Response surface model)에 의해 glucose, peptone, MgSO4 및 KCl의 농도를 27.73, 11.40, 0.30 그리고 0.81 g/L로 하였을 때 총 selenium 생산량의 반응 기대치는 31.57 mg/L로 높게 나타났다.In addition, the medium was optimized to increase the production efficiency of selenium yeast of mutant
상기의 결과로부터, S. cerevisiae 6M의 fed-batch 배양시 배양 0 시간에 selenium을 첨가한 후, 9 시간에 배양을 완료하고, 배양액 내 selenium농도를 125 ppm으로 하며, 배양 초기 pH는 6으로 조절하였을 때 생산효율이 가장 높게 나타는 것을 알 수 있으며, 탄소원으로는 galactose, 질소원으로는 peptone 가장 효율이 좋았으며, glucose와 peptone의 비율을 7로 하고 미네랄 공급원으로 magnesium sulfate와 potassium chloride를 첨가하였을 때, 유기태 selenium 생산 효율을 가장 높일 수 있는 효과를 나타내었다.
From the above results, in the fed-batch culture of
도 1은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 여러 야생형 S. cerevisiae 균주의 건조 세포 중량을 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 2는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 여러 야생형 S. cerevisiae 균주의 셀레늄 농도를 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 3은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 여러 야생형 S. cerevisiae 균주의 전체 셀레늄 생성을 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 4는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 돌연변이형 S. cerevisiae 균주의 건조 세포 중량을 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 5는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 돌연변이형 S. cerevisiae 균주의 셀레늄 농도를 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 6은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 돌연변이형 S. cerevisiae 균주의 전체 셀레늄 생성을 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 7은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 S. cerevisiae 야생형(KCCM 12635) 및 돌연변이 균주(6M)의 건조 세포 중량을 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 8은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 S. cerevisiae 야생형(KCCM 12635) 및 돌연변이 균주(6M)의 셀레늄 농도를 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 9는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 S. cerevisiae 야생형(KCCM 12635) 및 돌연변이 균주(6M)의 전체 셀레늄 생성을 나타낸 그래프이다. 에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 10은 여러 셀레늄 농도를 포함하는 YM배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M에서 건조 세포 중량을 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 11은 여러 셀레늄 농도를 포함하는 YM배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M에서 셀레늄 농도를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 12는 여러 셀레늄 농도를 포함하는 YM배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M에서 총 셀레늄 생산을 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 13은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포 중량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 14는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 흡광도의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 15는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M 의 건조 세포중량에 대한 셀레늄 급여의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 16은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M 의 셀레늄 농도에 대한 셀레늄 급여 시간의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 17은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M 의 전체 셀레늄 생성률에 대한 셀레늄 급여의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 18은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M 의 건조 세포중량에 대한 수집 시간의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 19는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 셀레늄 농도에 대한 수집 시간의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 20은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 전체 셀레늄 생산에 대한 수집 시간의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 21은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 S. cerevisiae KCCM 12635(a) 및 돌연변이 S. cerevisiae 6M(b)의 건조 세포중량에 대한 초기 pH의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 22는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 S. cerevisiae KCCM 12635(a) 및 돌연변이 S. cerevisiae 6M(b)의 셀레늄 농도에 대한 초기 pH의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 23은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 S. cerevisiae KCCM 12635(a) 및 돌연변이 S. cerevisiae 6M(b)의 총 셀레늄 생성에 대한 초기 pH의 효과를 나타낸 그래프이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 24는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량에 대한 여러 탄소원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 25는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 셀레늄 농도에 대한 여러 탄소원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 26은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 전체 셀레늄 생성에 대한 여러 탄소원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 27은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량에 대한 여러 질소원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 28은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 셀레늄 농도에 대한 여러 질소원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 29는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 전체 셀레늄 생성에 대한 여러 질소원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 30은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포 중량에 대한 탄소원 및 C/N 비율의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.(a) Glucose/peptone, (b) Galactose/peptone.
도 31은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 셀레늄 농도에 대한 탄소원 및 C/N 비율의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.(a) Glucose/peptone, (b) Galactose/peptone.
도 32는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 전체 셀레늄 생산에 대한 탄소원 및 C/N 비율의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.(a) Glucose/peptone, (b) Galactose/peptone.
도 33은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포 중량에 대한 여러 광물원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 34는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 셀레늄 농도에 대한 여러 광물원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 35는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 전체 셀레늄 생산에 대한 여러 광물원의 효과를 나타낸 그림이다.에러바는 3회 반복의 표준 편차를 나타낸다.
도 36은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량의 반응에 대한 이차 다중 회귀 모델을 나타낸다.Y는 건조 세포 중량(g/l)의 예측된 반응을 의미하고, X1, X2, X3 및 X4는 각각 포도당, 펩톤, MgSO4 및 KCl에 대한 변수의 비코드된 값(g/l)이다.
도 37은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량의 관찰 값과 예측값을 나타낸 그림이다.
도 38은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량에 대한 영양분의 효과를 나타내는 3차원 플롯. (A) MgSO4 및 KCl의 중앙 지점에서 포도당 및 펩톤의 효과; (B) 펩톤 및 KCl의 중앙 지점에서 포도당 및 MgSO4 의 효과; (C) 펩톤 및 MgSO4의 중앙 지점에서 포도당 및 KCl의 효과; (D) 포도당 및 KCl의 중앙 지점에서 펩톤 및 MgSO4의 효과; (E) 포도당 및 MgSO4의 중앙 지점에서 펩톤 및 KCl의 효과;(F) 포도당 및 펩톤의 중앙 지점에서 MgSO4 및 KCl의 효과.
도 39는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 세포 셀레늄에 대한 이차 다중 회귀 모델을 나타낸다.Y는 세포 셀레늄의 예측된 반응(ug/g)의 예측된 반응을 의미하고, X1, X2, X3 및 X4는 각각 포도당, 펩톤, MgSO4 및 KCl에 대한 변수의 비코드된 값(g/l)이다.
도 40은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 셀레늄 농도의 관찰 값과 예측값을 나타낸 그림이다.
도 41은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 셀레늄 농도에 대한 영양분의 효과를 나타내는 3차원 플롯. (A) MgSO4 및 KCl의 중앙 지점에서 포도당 및 펩톤의 효과; (B) 펩톤 및 KCl의 중앙 지점에서 포도당 및 MgSO4의 효과; (C) 펩톤 및 MgSO4의 중앙 지점에서 포도당 및 KCl의 효과; (D) 포도당 및 KCl의 중앙 지점에서 펩톤 및 MgSO4의 효과; (E) 포도당 및 MgSO4의 중앙 지점에서 펩톤 및 KCl의 효과;(F) 포도당 및 펩톤의 중앙 지점에서 MgSO4 및 KCl의 효과.
도 42는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 총 셀레늄 생산의 반응에 대한 이차 다중 회귀 모델을 나타낸다.Y는 총 셀레늄 생산률의 예측된 반응(mg/l)의 예측된 반응을 의미하고, X1, X2, X3 및 X4는 각각 포도당, 펩톤, MgSO4 및 KCl에 대한 변수의 비코드된 값(g/l)이다.
도 43은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 전체 셀레늄 생산의 관찰 값과 예측값을 나타낸 그림이다.
도 44는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 전체 셀레늄 생산에 대한 영양분의 효과를 나타내는 3차원 플롯. (A) MgSO4 및 KCl의 중앙 지점에서 포도당 및 펩톤의 효과; (B) 펩톤 및 KCl의 중앙 지점에서 포도당 및 MgSO4의 효과; (C) 펩톤 및 MgSO4의 중앙 지점에서 포도당 및 KCl의 효과; (D) 포도당 및 KCl의 중앙 지점에서 펩톤 및 MgSO4의 효과; (E) 포도당 및 MgSO4의 중앙 지점에서 펩톤 및 KCl의 효과;(F) 포도당 및 펩톤의 중앙 지점에서 MgSO4 및 KCl의 효과.
도 45는 이차 모델을 사용한 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포 중량에 대한 반응 결과 프로파일을 나타낸 그림이다.
도 46은 이차 모델을 사용한 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 셀레늄 농도에 대한 반응 결과 프로파일을 나타낸 그림이다.
도 47은 이차 모델을 사용한 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 총 셀레늄 생산에 대한 반응 결과 프로파일을 나타낸 그림이다.1 is a graph showing the dry cell weight of several wild type S. cerevisiae strains cultured in YM medium containing 125 ppm selenium. Error bars represent standard deviation of three iterations.
Figure 2 is a graph showing the selenium concentration of several wild type S. cerevisiae strains cultured in YM medium containing 125ppm selenium. Error bars represent standard deviation of three iterations.
Figure 3 is a graph showing the total selenium production of several wild-type S. cerevisiae strains cultured in YM medium containing 125ppm selenium. Error bars represent standard deviation of three iterations.
Figure 4 is a graph showing the dry cell weight of mutant S. cerevisiae strains cultured in YM medium containing 125 ppm selenium. Error bars represent standard deviation of three iterations.
5 is a graph showing the selenium concentration of the mutant S. cerevisiae strain cultured in YM medium containing 125ppm selenium. Error bars represent standard deviation of three iterations.
Figure 6 is a graph showing the total selenium production of mutant S. cerevisiae strains cultured in YM medium containing 125 ppm selenium. Error bars represent standard deviation of three iterations.
Figure 7 S. cerevisiae incubated in YM medium containing 125ppm selenium It is a graph showing the dry cell weight of wild type (KCCM 12635) and mutant strain (6M). Error bars represent standard deviation of three iterations.
8 is S. cerevisiae cultured in YM medium containing 125ppm selenium It is a graph showing the selenium concentration of wild type (KCCM 12635) and mutant strain (6M). Error bars represent standard deviation of three iterations.
9 is S. cerevisiae cultured in YM medium containing 125ppm selenium It is a graph showing the total selenium production of wild type (KCCM 12635) and mutant strain (6M). Error bars represent standard deviation of three iterations.
FIG. 10 is a graph showing dry cell weight in
FIG. 11 is a graph showing selenium concentration in
Figure 12 is a graph showing total selenium production in
Figure 13 is a graph showing the change in dry cell weight of
14 is a graph showing the change in absorbance of
FIG. 15 is a graph showing the effect of selenium supplementation on dry cell weight of
Figure 16 is a graph showing the effect of selenium feeding time on the selenium concentration of
FIG. 17 is a graph showing the effect of selenium supplementation on the overall selenium production rate of
18 is a graph showing the effect of collection time on dry cell weight of
19 is a graph showing the effect of collection time on selenium concentration of
FIG. 20 is a graph showing the effect of collection time on total selenium production of
Figure 21. S. cerevisiae incubated in YM medium containing 125ppm selenium KCCM 12635 (a) and mutant S. cerevisiae A graph showing the effect of initial pH on dry cell weight of 6M (b). Error bars represent standard deviation of three replicates.
Figure 22. S. cerevisiae cultured in YM medium containing 125ppm selenium KCCM 12635 (a) and mutant S. cerevisiae It is a graph showing the effect of the initial pH on the selenium concentration of 6M (b). The error bar shows the standard deviation of three replicates.
Figure 23. S. cerevisiae incubated in YM medium containing 125 ppm selenium KCCM 12635 (a) and mutant S. cerevisiae A graph showing the effect of initial pH on total selenium production of 6M (b). Error bars represent standard deviation of three replicates.
Figure 24 shows the effect of different carbon sources on dry cell weight of
FIG. 25 shows the effect of different carbon sources on selenium concentration of
FIG. 26 shows the effect of several carbon sources on the total selenium production of
FIG. 27 shows the effect of several nitrogen sources on dry cell weight of
FIG. 28 shows the effect of several nitrogen sources on selenium concentration of
FIG. 29 shows the effect of several nitrogen sources on the total selenium production of
Figure 30 shows the effect of carbon source and C / N ratio on dry cell weight of
FIG. 31 shows the effect of carbon source and C / N ratios on selenium concentration of
FIG. 32 shows the effect of carbon source and C / N ratios on total selenium production of
FIG. 33 shows the effect of different mineral sources on dry cell weight of
FIG. 34 shows the effect of different mineral sources on selenium concentration of
FIG. 35 shows the effect of different mineral sources on the overall selenium production of
36 shows a secondary multiple regression model for the response of dry cell weight of
Figure 37 shows the observed and predicted values of the dry cell weight of
FIG. 38 is a three-dimensional plot showing the effect of nutrients on dry cell weight of
FIG. 39 shows a secondary multiple regression model for cellular selenium of
40 is a diagram showing the observed and predicted values of the selenium concentration of the
FIG. 41 is a three-dimensional plot showing the effect of nutrients on the selenium concentration of
Figure 42 shows a secondary multiple regression model for the response of total selenium production of
FIG. 43 shows the observed and predicted values of total selenium production of
FIG. 44 is a three-dimensional plot showing the effect of nutrients on total selenium production of
Figure 45 shows mutant S. cerevisiae cultured in experimental medium containing 125 ppm selenium using the secondary model. Figure shows the response profile for 6M dry cell weight.
46 shows mutant S. cerevisiae cultured in experimental medium containing 125 ppm selenium using a secondary model. Figure shows the response profile for a selenium concentration of 6M.
47 shows mutant S. cerevisiae cultured in experimental medium containing 125 ppm selenium using a secondary model. Figure shows the reaction result profile for 6M total selenium production.
이하 비한정적인 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 서술한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 의도로 기재한 것으로서 본 발명의 범위는 하기 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되지 아니한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to non-limiting examples. However, the following examples are intended to illustrate the present invention and the scope of the present invention is not to be construed as limited by the following examples.
실시예Example 1-1: 1-1: S. S. cerevisiaecerevisiae wildwild typetype 균주 중 Among the strains seleniumselenium 저항력과 Resistance and seleniumselenium uptakeuptake 효율이 우수한 균주의 선별 Screening strains with good efficiency
1)균주1) strain
본 발명에서 사용된 13종의 S. cerevisiae 균주는 표 1과 같다. 한국 생명공학연구소 유전자은행(Korea Collection for Type Culture; KCTC)에서 제공하는 S. cerevisiae 8종의 균주(KCTC 7928, 7108, 7906, 7112, 7964, 7107, 7106, 7905)와 한국미생물보존센터(Korea Culture Center of Microorganism; KCCM)에서 제공하는 S. cerevisiae 5종의 균주(KCCM 50559, 12635, 50151, 12648, 11520)를 분양받아 사용하였다.13 S. cerevisiae strains used in the present invention are shown in Table 1. Eight strains of S. cerevisiae (
표 1은 본 발명에 사용된 Saccharomyces cerevisiae 균주를 나타낸 표이다. Table 1 shows the Saccharomyces used in the present invention. cerevisiae A table showing strains.
2) 배지 및 배양2) Medium and culture
S. cerevisiae를 배양하기 위한 기본배지로서는 YM broth (glucose 10 g/L, yeast extract 3 g/L, malt extract 3 g/L, peptone 5 g/L)를 사용하였으며. YM agar 조제를 위하여 agar를 1.5%로 첨가하였다. 모든 배지는 121℃, 1 kg/cm2으로 15 분간 멸균 후 사용하였다. 본 실험에 사용한 균주는 DMSO (dimethylsulphoxide) 10%를 첨가하여 -70℃ deep freezer에 보관하여 사용하였다. S. cerevisiae를 revive 하기위하여 YM agar에 도말한 후, 30℃에서 48 시간 배양하였다.YM broth (glucose 10 g / L, yeast extract 3 g / L, malt extract 3 g / L, peptone 5 g / L) was used as a basic medium for culturing S. cerevisiae . Agar was added at 1.5% to prepare YM agar. All media was used after sterilization at 121 ° C., 1 kg / cm 2 for 15 minutes. The strain used in this experiment was used by storing 10% DMSO (dimethylsulphoxide) in -70 ℃ deep freezer. S. cerevisiae was plated in YM agar for revive and incubated at 30 ° C. for 48 hours.
고농도 selenium의 저항성을 보기 위한 배지는 YM agar에 sodium selenite (Na2SeO3)를 첨가하여 selenium농도를 50, 125, 250, 500, 1000, 1500, 2000 및 2500 ppm이 되도록 제조하여 멸균 후 사용하였다. The medium for viewing the resistance of high concentration selenium was prepared after sterilization by adding sodium selenite (Na 2 SeO 3 ) to YM agar so that the selenium concentration was 50, 125, 250, 500, 1000, 1500, 2000 and 2500 ppm. .
S. cerevisiae의 fed-batch 실험을 위한 배양액은 1000 mL 삼각 flask에 YM broth 500 mL를 제조 멸균 후, S. cerevisiae의 균액 3 mL를 접종하여 shaking incubator (30℃, 180 rpm) (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea)에서 24 시간 배양한다. 멸균된 250 mL 삼각 flask에 S. cerevisiae 배양액을 60 mL씩 분주하였으며, feeding medium으로는 배양액 내 selenium 농도가 125 ppm으로 조절되도록 sodium selenite (Na2SeO3)를 첨가한 YM broth 30 mL씩 첨가 하여 shaking incubator (30℃, 180 rpm)에서 24 시간 배양하였다. Culture medium for the fed-batch experiments in S. cerevisiae after production was 1000 mL sterile YM broth a 500 mL Erlenmeyer flask, inoculated with 3 mL inoculum of S. cerevisiae by shaking incubator (30 ℃, 180 rpm ) (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea) is incubated for 24 hours. 60 mL of S. cerevisiae culture was dispensed in a sterile 250 mL Erlenmeyer flask, and 30 mL of YM broth with sodium selenite (Na 2 SeO 3 ) was added to the feeding medium to adjust the concentration of selenium to 125 ppm. Incubated for 24 hours in a shaking incubator (30 ℃, 180 rpm).
실시예Example
1-2:S. 1-2:
1) 균주1) strain
상기 실시예 1-1에서 유기태 selenium 생산효율이 가장 높은 S. cerevisiae KCCM 12635를 사용하였다.In Example 1-1,
2) 배지 및 배양2) Medium and culture
UV 조사 후 저항성이 향상된 균주를 선발하기 위한 고농도 selenium배지는 YM agar에 sodium selenite (Na2SeO3)를 첨가하여 배지내 selenium 농도를 2,000 ppm으로 조정하였다. UV 조사 후 균액을 고동도 selenium 배지에서 2일 동안 30℃에서 배양 한 후 생존하는 colony를 취하여 여러 번의 계대배양 후, selenium uptake 효율을 조사하였다.The high concentration selenium medium for selecting resistance strain after UV irradiation was adjusted to 2,000 ppm by adding sodium selenite (Na 2 SeO 3 ) to YM agar. After UV irradiation, the bacterial solution was incubated at 30 ° C. for 2 days in high-strength selenium medium, and colonies were survived. After several passages, selenium uptake efficiency was examined.
S. cerevisiae의 fed-batch 실험을 위한 배양액은 1000 mL 삼각 flask에 YM broth 500 mL를 제조 멸균 후, S. cerevisiae의 균액 3 mL를 접종하여 shaking incubator (30℃, 180 rpm) (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea)에서 24 시간 배양한다. 멸균된 250 mL 삼각 flask에 S. cerevisiae 배양액을 60 mL씩 분주하였으며, feeding medium으로는 배양액 내 selenium 농도가 125 ppm으로 조절되도록 sodium selenite (Na2SeO3)를 첨가한 YM broth 30 mL씩 첨가 하여 shaking incubator (30℃, 180 rpm)에서 24 시간 배양하였다.Culture medium for the fed-batch experiments in S. cerevisiae after production was 1000 mL sterile YM broth a 500 mL Erlenmeyer flask, inoculated with 3 mL inoculum of S. cerevisiae by shaking incubator (30 ℃, 180 rpm ) (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea) is incubated for 24 hours. 60 mL of S. cerevisiae culture was dispensed in a sterile 250 mL Erlenmeyer flask, and 30 mL of YM broth with sodium selenite (Na 2 SeO 3 ) was added to the feeding medium to adjust the concentration of selenium to 125 ppm. Incubated for 24 hours in a shaking incubator (30 ℃, 180 rpm).
실시예Example 1-3: 1-3: WildWild typetype 과 and UVUV 돌연변이 균주의 Mutant strain yeastyeast seleniumselenium 생산 능력 비교 Production capacity comparison
1) 균주1) strain
실시예 1-1에서 유기태 selenium 생산효율이 가장 좋았던 S. cerevisiae KCCM 12635와 실시예 1-2에서 돌연변이를 실시하여 생산효율이 증진된 S. cerevisiae 6M을 사용하였다. In Example 1-1,
2) 배지 및 배양2) Medium and culture
S. cerevisiae의 fed-batch 실험을 위한 배양액은 1000 mL 삼각 flask에 YM broth 500 mL를 제조 멸균 후, S. cerevisiae의 균액 3 mL를 접종하여 shaking incubator (30℃, 180 rpm) (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea)에서 24 시간 배양한다. 멸균된 250 mL 삼각 flask에 S. cerevisiae 배양액을 60 mL씩 분주하였으며, feeding medium으로는 배양액 내 selenium 농도가 125 ppm으로 조절되도록 sodium selenite (Na2SeO3)를 첨가한 YM broth 30 mL씩 첨가 하여 shaking incubator (30℃, 180 rpm)에서 24 시간 배양하였다.Culture medium for the fed-batch experiments in S. cerevisiae after production was 1000 mL sterile YM broth a 500 mL Erlenmeyer flask, inoculated with 3 mL inoculum of S. cerevisiae by shaking incubator (30 ℃, 180 rpm ) (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea) is incubated for 24 hours. 60 mL of S. cerevisiae culture was dispensed in a sterile 250 mL Erlenmeyer flask, and 30 mL of YM broth with sodium selenite (Na 2 SeO 3 ) was added to the feeding medium to adjust the concentration of selenium to 125 ppm. Incubated for 24 hours in a shaking incubator (30 ℃, 180 rpm).
4) 돌연변이4) mutation
실시예1-1에서 유기태 selenium 생산 효율이 가장 우수한 균주를 선별하여 돌연변이 균주로 사용하였다. Colony를 YM broth에 접종하여 shaking incubator (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea) (30℃, 180 rpm)에서 24 시간 배양한 후, 균액과 YM broth를 1:1로 혼합 희석 하였다. 이 희석된 균액에 UV Lamp(6 W, 254 nm, Sankyo denki, Japan)를 30 cm의 높이에서 생존율이 약 20%인 5 분 동안 조사하여 돌연변이를 유발하였다.In Example 1-1, strains with the highest organic selenium production efficiency were selected and used as mutant strains. Colony was inoculated in YM broth and incubated for 24 hours in a shaking incubator (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea) (30 ° C, 180 rpm). The diluted bacteria solution was irradiated with UV Lamp (6 W, 254 nm, Sankyo denki, Japan) at a height of 30 cm for 5 minutes with a survival rate of about 20% for mutation.
5) 분석 방법5) Analysis method
건조 dry 균체량Cell weight 측정 Measure
배양액을 원심분리 tube에 담아 원심분리(3000 g x 10 min, 4℃) (SUPRA 21K, Hanil co., Korea)한 후, 상등액을 버린 균체에 증류수를 가하여 세 번에 걸쳐 씻은 후 모은 균체량은 70℃로 설정된 건조기(NDO-500, EYELA, Japan)에서 24 시간 동안 건조시킨 후 균체 무게를 측정하였다. After centrifugation (3000 gx 10 min, 4 ℃) (SUPRA 21K, Hanil co., Korea), the culture solution was placed in a centrifuge tube, and the supernatant was washed three times with distilled water. After drying for 24 hours in a dryer (NDO-500, EYELA, Japan) set to the cell weight was measured.
SeleniumSelenium 정량 dose
배양액 10 mL를 원심분리 tube에 담아 원심분리(3000 g x 10 min, 4℃) (SUPRA 21K, Hanil co., Korea)한 후, 상등액을 버린 균체에 증류수 10 mL를 가하여 두 번에 걸쳐 씻은 후 모은 균체량에 HNO3 10 mL와 H3PO4 1 mL를 넣고 Microwave (MARS, CEM corperation, USA)를 이용하여 190℃에서 15 분간 분해 후, 증류수로 희석하여 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectrometers, Varian VISTA-PRO, USA)를 이용하여 측정하였다.After centrifugation (3000 gx 10 min, 4 ℃) in a centrifuge tube (SUPRA 21K, Hanil co., Korea), 10 mL of distilled water was added to the discarded cells and washed twice. Add 10 mL of
6) 통계분석6) Statistical Analysis
본 발명에서 얻어진 실시예 1-1과 1-2의 결과는 SAS package program (2002, release 9.1 version)의 GLM (general linear model) procedure를 이용하여 처리구간 분산분석을 실시하였고, 유의성은 Duncan's multiple range test에 의해 probability 값 5% 수준에서 검정을 하였다(Steel과 Torrie, 1980). 그리고 실험 1-3에서 얻어진 결과는 두 처리구(wild type 균주 vs mutamt 균주)간의 평균값의 비교는 T-test procedure를 이용하여 분석하였다.The results of Examples 1-1 and 1-2 obtained in the present invention were analyzed by variance analysis of treatment intervals using a general linear model (GLM) procedure of the SAS package program (2002, release 9.1 version), the significance of Duncan's multiple range The test was performed at the 5% probability value (Steel and Torrie, 1980). In addition, the results obtained in Experiments 1-3 were analyzed using a T-test procedure to compare the average value between two treatment groups (wild type strain vs mutamt strain).
상기 실시예 1의 결과는 다음과 같다.The result of Example 1 is as follows.
S. cerevisiae wild type 균주 중에서 selenium에 대한 저항 능력이 높은 균주를 선별하기 위하여, KCTC에서 분양받은 8종(S. cerevisiae KCTC 7928, KCTC 7108, KCTC 7906, KCTC 7112, KCTC 7964, KCTC 7107, KCTC 7106, KCTC 7905)과 KCCM에서 분양받은 5종(S. cerevisiae KCCM 50559, KCCM 12635, KCCM 50151, KCCM 12648, KCCM 11520)의 균주에 대해 YM agar에 selenium을 농도별로 첨가하여 생존능력을 조사한 결과는 표 2에 나타내었다. S. cerevisiae Eight strains ( S. cerevisiae) that were sold by KCTC were selected to select strains with high resistance to selenium among wild type strains.
Selenium을 첨가 시 S. cerevisiae의 생존능력은 감소하는 경향을 보였다. Selenium 50 ppm 배지에서 KCCM 12648과 KCTC 7107 두 균주는 생존이 억제되어 selenium에 대한 저항 능력이 전혀 없는 것으로 사료되며, 나머지 11 균주는 125 ppm의 selenium 농도까지 생존하였다. 그러나 selenium 250 ppm의 농도에서는 KCTC 7964와 KCTC 7905 두 균주 또한 생존이 억제되었으며, 다른 9종의 균주의 CFU/mL은 다소 감소하는 경향을 보였다. Selenium 농도 500 ppm에서는 KCTC 7928, KCTC 7108, KCCM 12635 및 KCTC 7106 총 4개의 균주만 생존했으며, KCCM 12635에서 7.4x106 CFU/mL로 가장 높은 저항능력을 보였다. 또한 KCTC 7106는 4.8x103 CFU/mL으로 낮은 생존능력을 나타냈지만 selenium의 2500 ppm의 농도에서도 1.1x104 CFU/mL 생존하여 selenium에 대한 높은 저항 능력을 보였다.The addition of selenium tended to decrease the viability of S. cerevisiae . Two strains of
S. cerevisiae KCCM 12635는 배지내 selenium 500 ppm 농도에서 7.4x106 CFU/mL로 가장 높은 생존하는 능력을 보였다. 반면 S. cerevisiae KCTC 7106 1.8x103 CFU/mL로 낮은 생존능력을 보였지만 2500 ppm의 고농도에서도 생존하는 높은 저항 능력이 나타났다.
표 2는 여러 농도의 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 야생형 S. cerevisiae 균주의 생존성을 나타낸 표이다.Table 2 is a table showing the viability of wild-type S. cerevisiae strain cultured in YM medium containing various concentrations of selenium.
S. cerevisiae wild type의 균주에 대한 selenium uptake 능력을 비교한 결과, KCTC 7107의 건조균체량은 1.83 g/L으로 유의적으로 가장 높게(P<0.05) 나타났으나(표 3), 건조균체량내 selenium 함량은 2.25 mg/g으로 낮게 나타났다. S. cerevisiae KCCM 50559와 S. cerevisiae KCCM 12635 균주에서는 건조균체량내 selenium 함량은 각각 3.77과 3.98 mg/g으로 유의적으로 높게 나타났다(P<0.05). As a result of comparing selenium uptake ability against S. cerevisiae wild type strain, the dry cell weight of
앞서 진행한 selenium 농도에 대한 저항 실험에서 낮은 생존율로 고농도에서까지 생존하는 selenium에 대한 저항 능력을 보였던 S. cerevisiae KCCM 7106의 건조균체량, 균체내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량은 각각 1.30 g/L, 1.29 mg/g 및 1.68 mg/L로 모든 항목에서 가장 낮게 나타났다(P<0.05). 따라서 S. cerevisiae KCTC 7106은 selenium uptake를 하지 않음으로써 고농도에서 생존할 수 있었다고 사료된다. 배지내 selenium 농도 500 ppm에서 높은 생존율을 보이며 저항 능력이 높았던 S. cerevisiae KCCM 12635는 건조균체내 selenium 함량과 총 selenium 생산량이 각각 3.98 mg/g 과 6.69 mg/L로 가장 높게(P<0.05) 나타났다( 도 1, 2, 및 3). S. cerevisiae showed resistance to selenium that survived at high concentrations with low survival rate in the resistance test for selenium concentrations. The dry cell mass, intracellular selenium content and total selenium production of KCCM 7106 were the lowest in all items, 1.30 g / L, 1.29 mg / g and 1.68 mg / L, respectively (P <0.05). Therefore, S. cerevisiae KCTC 7106 was able to survive at high concentrations without selenium uptake. S. cerevisiae showed high survival rate and high resistance at 500 ppm of selenium in the medium.
Wild type 균주 13종의 건조균체내 selenium 함량은 1.29 mg/g부터 3.98 mg/g으로 다양하게 나타내었다.The selenium content in the dry cells of 13 wild type strains varied from 1.29 mg / g to 3.98 mg / g.
결론적으로 S. cerevisiae wild type의 13종 균주 중 KCCM 12635에서 selenium 저항 능력이 가장 높으며, 건조균체내 selenium 함량 및 총 생산량이 가장 높은 균주로 판단되어 다음의 실험에서 wild type 균주로 생산성이 가장높은 S. cerevisiae KCCM 12635를 사용하였다. Consequently, S. cerevisiae
표 3은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 여러 야생형 S. cerevisiae 균주의 건조 세포중량 및 셀레늄 섭취를 나타낸 표이다. 표에서 데이터는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타내고, a,b,c,d,e,f ;동일 컬럼에서 다른 윗첨자를 가지는 평균들이 유의적으로 다르다(P<0.05).Table 3 shows the dry cell weight and selenium uptake of several wild-type S. cerevisiae strains cultured in YM medium containing 125 ppm selenium. The data in the table represent the mean ± standard deviation of three replicates, with a, b, c, d, e, and f ; the mean with different superscripts in the same column was significantly different (P <0.05).
실시예 1-1에서 유기태 selenium 생산량이 가장 높은 균주로 선별된 S. cerevisiae KCCM 12635에 UV 돌연변이를 유발하였다. Selenium에 대한 저항 능력이 높은 mutation 균주를 선발하여, selenium 첨가 배지에서 fed-batch 배양시 건조 균체량, 건조균체내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량의 비교는 Table 1-4에 나타내었다.In Example 1-1,
건조균체량은 UV 돌연변이 균주 S. cerevisiae 3, 4, 5, 6, 7 및 8M (각각 1.82, 1.71, 1.77, 1.77, 1.75 및 1.78 g/L)에서 모균주인 S. cerevisiae KCCM 12635 (1.61 g/L)보다 높게 나타났다. S. cerevisiae 3M에서 건조균체량은 1.82 g/L으로 가장 높게(P<0.05) 나타났으나(도 4), 건조균체내 selenium 함량과 총 selenium 생산량은 각각 3.61 mg/L과 6.56 mg/L로 가장 낮게 나타났다(P<0.05). S. cerevisiae 6M에서 건조균체량은 1.77 g/L로 높게 나타났으며, 건조균체량내 selenium 함량과 총 selenium 생산량은 각각 4.55 mg/L와 7.94 mg/L로 가장 높게(P<0.05) 나타났다(도 5). 총 selenium 생산량은 모든 돌연변이 균주에서 모균주(S. cerevisiae KCCM 12635)보다 높게(P<0.05) 나타났다(도 6).The dry cell mass of the S. cerevisiae KCCM 12635 (1.61 g / L) of UV mutant strains
이와 같은 결과에서 UV 돌연변이를 통해 wild type에서 selenium 생산성이 가장 높았던 S. cerevisiae KCCM 12635보다 건조균체량, 건조균체량 내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량 모두 증진 시키는 효과를 얻을 수 있었으며, 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M에서 가장 높은 생산량을 얻을 수 있었다.From these results, UV mutations were able to improve the dry cell weight, selenium content in the dry cell weight, and total selenium production than
표 4는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 여러 돌연변이형 S. cerevisiae 균주의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생산을 나타낸 표이다. 표에서 데이터는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타내고, a,b,c,d,;동일 컬럼에서 다른 윗첨자를 가지는 평균들이 유의적으로 다르다(P<0.05).Table 4 is a table showing the dry cell weight, selenium concentration and total selenium production of several mutant S. cerevisiae strains cultured in YM medium containing 125 ppm selenium. The data in the table represent the mean ± standard deviation of three replicates, and a, b, c, d ,; mean with different superscripts in the same column was significantly different (P <0.05).
실시예 1-1에서 wild type 균주 중 selenium uptake 및 유기태 selenium 생산효율이 가장 좋은 균주 S. cerevisiae KCCM 12635와 실시예 1- 2에서 UV 돌연변이 균주 중 유기태 selenium 생산 효율이 가장 높은 S. cerevisiae 6M의 상대적 우수성을 비교한 결과는 표 5와 같다.Relative
UV 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M에서 건조균체량, 건조균체량내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량이 각각 1.77 g/L, 4.94 mg/g 및 8.76 mg/L으로 S. cerevisiae KCCM 12635의 건조균체량, 건조균체량내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량 1.63 g/L, 4.36 mg/g 및 7.11 mg/L 보다 유의하게 높게 나타났다(P<0.05) (도 7, 8, 및 9). 따라서 S. cerevisiae 6M과 S. cerevisiae KCCM 12635를 비교하였을 때 건조균체량, 건조균체량 내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량은 각각 1.09, 1.13 및 1.23의 비율로 증가하였다. Dry cell weight, selenium content and total selenium yield of UV mutant
본 발명에서는 UV 돌연변이를 실시하여 생성된 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M은 wild type 균주 중 높은 유기태 selenium 생산효율을 가진 균주로 선별된 S. cerevisiae KCCM 12635보다 유기태 selenium 생산 효율이 더욱 증진되었음을 확인할 수 있었다. In the present invention, it was confirmed that the mutant
표 5는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM배지에서 배양된 S. cerevisiae 야생형(KCCM 12635) 및 돌연변이 균주(6M)의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생산을 나타낸 표이다.표에서 데이터는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타내고,* ; P<0.05을 나타낸다.Table 5 shows S. cerevisiae incubated in YM medium containing 125 ppm selenium. Table shows dry cell weight, selenium concentration and total selenium production of wild type (KCCM 12635) and mutant strains (6M). Data in the table are expressed as mean ± standard deviation of 3 replicates, *; P <0.05 is shown.
상기 본 발명의 실시예에서는 S. cerevisiae wild type 균주 13종(KCTC 7928, 7108, 7906, 7112, 7964, 7107, 7106, 7905; KCCM 50559, 12635, 50151, 12648, 11520)중 selenium에 대한 저항성이 높고, 유기태 selenium생산성이 높은 균주를 선별하고, UV 돌연변이를 실시하여 유기태 selenium 생산을 증진시키는 균주를 개발하였다.In the embodiment of the present invention resistance to selenium of 13 S. cerevisiae wild type strains (
S. cerevisiae KCCM 12635는 배지 내 selenium 500 ppm의 농도에서 7.4x106 CFU/mL로 가장 높은 저항능력을 보였다. 반면 S. cerevisiae KCTC 7106은 4.8x103 CFU/mL으로 낮은 생존능력을 나타냈지만, selenium의 2500 ppm의 농도에서도 1.1x104 CFU/mL 생존하는 높은 저항 능력을 보였다. Fed batch 배양시 배지내 selenium 농도 125 ppm에서 24시간 배양시(180 rpm, 30℃) S. cerevisiae KCCM 12635에서 건조균체내 selenium 함량과 총 selenium 생산량이 각각 3.98 mg/g 과 6.69 mg/L로 가장 높게 나타났다(P<0.05).
Wild type에서 선별된 균주 KCCM 12635에 UV 돌연변이를 실시한 결과 돌연변이 균주 S. cerevisiae 3, 4, 5, 6, 7 및 8M(각각 1.82, 1.71, 1.77, 1.77, 1.75 및 1.78 g/L)은 모균주(parent strain)인 S. cerevisiae KCCM 12635(1.61 g/L)보다 높게 나타났다. 돌연변이 균주 중 S. cerevisiae 6M 에서 건조균체내 selenium 함량과 총 selenium 생산량이 각각 4.55 mg/g 과 7.94 mg/L로 가장 높게나타났다. UV mutations in wild
UV 돌연변이에 의해 선별된 균주 S. cerevisiae 6M은 wild type 균주 S. cerevisiae KCCM 12635보다 건조균체량, 건조균체내 selenium 함량 및 총 selenium 생산율이 각각 1.09, 1.13 및 1.23 배 증가하였다.
결론적으로 본 발명의 상기 실시예 1에서는 wild type에서 selenium uptake 효율이 가장 좋은 S. cerevisiae KCCM 12635를 선별할 수 있었으며, UV 돌연변이를 실시하여 selenium 생산효율을 증진된 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M을 개발하였다.In conclusion, in Example 1 of the present invention,
실시예Example 2: 2:
실시예 1에서 유기태 selenium의 생산효율을 증진시키기 위하여 UV 돌연 변이를 실시하여 선발한 S. cerevisiae 6M에 대하여 배양조건을 최적화하기 위한 일련의 실험을 실시하였고, 배양방법은 실시예 1와 동일하게 fed-batch culture를 실시하였다.In order to enhance the production efficiency of organic selenium in Example 1, a series of experiments were performed to optimize the culture conditions for
실시예Example
2-1: 배양액 내 2-1: in culture
seleniumselenium
농도가
배양액 내 selenium의 첨가농도를 결정하기 위한 배지는 YM broth에 sodium selenite (Na2SeO3)를 첨가하여 농도를 조절하였다. 배양액의 selenium 농도를 0, 31, 63, 125, 250, 500 및 1000 ppm 7개의 수준으로 다양하게 배치하여 실험하였으며, selenium을 배양 0 시간에 첨가하여 24 시간에 수확하였다.The medium for determining the concentration of selenium in the culture medium was adjusted by adding sodium selenite (Na 2 SeO 3 ) to YM broth. The selenium concentrations of the cultures were varied at 7, 0, 31, 63, 125, 250, 500 and 1000 ppm levels, and the selenium was added to the culture at 0 hours and harvested at 24 hours.
실시예Example
2-2:배양 시간에 따른 2-2: According to the culture
배양 시간에 따른 균체 성장율을 알아보기 위하여 selenium을 첨가하지 않고, YM 배지를 사용하여 shaking incubator (30℃, 180 rpm) (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea)에서 배양시 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 및 12 시간의 균 성장을 조사하였다.1, 2, 3 when culturing in shaking incubator (30 ℃, 180 rpm) (VS-8480SF, VISION Scientific co., Korea) using YM medium without adding selenium to determine the cell growth rate according to the incubation time The bacterial growth of, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 and 12 hours was examined.
실시예Example 2-3: 2-3: SeleniumSelenium 첨가 시기가 When to add seleniumselenium uptakeuptake 에 미치는 영향Impact on
Selenium의 uptake효과 높은 selenium의 첨가 시간과 배양 시간을 결정하기 위하여 첨가시간을 0, 3 및 9 시간으로 다양하게 설정하고 배양시간은 10과 24 시간에서 조사하였으며, 배지내 selenium농도는 125 ppm으로 배양하였다.In order to determine the addition time and incubation time of selenium with high uptake effect of selenium, the addition time was set to 0, 3 and 9 hours, and the incubation time was investigated at 10 and 24 hours, and the selenium concentration in the medium was cultured at 125 ppm. It was.
실시예Example 2-4: 배양 시간이 2-4: incubation time seleniumselenium uptakeuptake 에 미치는 영향Impact on
Selenium의 uptake효과 높은 selenium의 배양 시간을 결정하기 위하여 실시예 2-3에서 selenium uptake 효율이 가장 높았던 selenium 첨가 시간은 0 시간으로 고정하였으며, 1, 3, 6, 9, 10, 12 및 24 시간으로 다양한 시간으로 배양 하였을 때 selenium uptake가 높은 배양 시간을 결정하였다. 배지내 selenium농도 125 ppm으로 배양하였다.In order to determine the incubation time of selenium with high uptake effect of selenium, the selenium addition time, which had the highest selenium uptake efficiency in Example 2-3, was fixed at 0 hours, and was 1, 3, 6, 9, 10, 12, and 24 hours. Incubation time was determined to be high selenium uptake when incubated at various times. The culture was incubated at 125 ppm selenium concentration.
실시예Example
2-5:초기 2-5: Initial
pHpH
가 end
S. S.
cerevisiaecerevisiae
KCCMKCCM
12635와 With 12635
S.
초기 pH가 selenium uptake에 미치는 영향을 조사하기 위하여 0.1 N HCl 과 0.1 N NaOH를 이용하여 배양초기 pH를 3부터 7까지 다섯 수준으로(pH 3, 4, 5, 6 및 7) 조절한 후 selenium uptake가 가장 높은 초기 pH를 결정하였다. 배지내 selenium 농도 125 ppm으로 배양하였으며, 0 시간에 selenium을 첨가하고 9 시간에 배양을 완료하였다.In order to investigate the effect of initial pH on selenium uptake, the initial pH was adjusted to five levels (
실시예Example 2-6: 분석 방법 2-6: Analysis Method
1)건조 균체량 및 pH 측정1) Dry cell weight and pH measurement
건조 균체량은 실시예 1-3의 해당 방법과 동일하게 측정하였으며, 배양액의 pH는 pH meter (METTLER TOLEDO 320)를 이용하여 측정하였다. Dry cell mass was measured in the same manner as in Example 1-3, the pH of the culture was measured using a pH meter (METTLER TOLEDO 320).
2)2) SeleniumSelenium 정량 dose
실시예 1-3의 해당 방법과 동일하다.It is the same as that of Example 1-3.
상기 실시예 2의 결과는 아래와 같다.The result of Example 2 is as follows.
Fed-batch culture시 배양액 내 selenium 농도에 따른 건조균체량, 건조균체량 내 selenium 함량 및 selenium 생산량에 미치는 영향은 표 6과 같다.The effects of selenium concentration, dry selenium content, and selenium production on the amount of selenium in the culture during fed-batch culture are shown in Table 6.
Selenium을 첨가하지 않았을 때 건조균체량은 3.15 g/L으로 가장 높게 나타났으며, selenium 첨가농도가 높아질수록 건조균체량이 낮아지는 경향을 보였다. 배지내 selenium 첨가농도 31 ppm에서 배양시 건조균체량이 1.69 g/L이며, 125 ppm까지는 건조균체량이 1.64 g/L으로 다소 감소하는 경향을 보였다. 반면 selenium 농도 1000 ppm에서는 1.21 g/L로 가장 낮게 나타났다(도 10). 또한 실시예 1에서의 wild type S. cerevisiae의 저항성 실험 결과와 비슷한 경향을 보였다. Selenium을 농도별로 첨가한 YM agar plate에서의 wild type S. cerevisiae 균주에서, selenium 250 ppm로 배양시 몇몇 균주에서 colony수가 감소했으며, 또한 몇몇 균주는 생존이 억제되었다. 반면 selenium 125 ppm까지의 농도 에서 S. cerevisiae 생존의 억제 현상이 나타나지 않은 결과와 같은 경향을 보였다. 따라서 125 ppm의 selenium 농도는 균체 생산량에 저항을 주지 않는 가장 높은 selenium 농도라고 판단되었다. The dry cell weight was the highest as 3.15 g / L when selenium was not added. As the concentration of selenium was increased, the dry cell weight was lower. The dry cell weight was 1.69 g / L and the dry cell weight was decreased to 1.64 g / L up to 125 ppm when incubated at 31 ppm of selenium. On the other hand, the selenium concentration of 1000 ppm was the lowest as 1.21 g / L (Fig. 10). In addition, it showed a tendency similar to the resistance test results of wild type S. cerevisiae in Example 1. Wild type S. cerevisiae in YM agar plate with Selenium In strains, colony counts were reduced in some strains when incubated with 250 ppm selenium, and some strains inhibited survival. On the other hand, selenium showed a tendency to show no inhibition of S. cerevisiae survival at concentrations up to 125 ppm. Therefore, the selenium concentration of 125 ppm was determined to be the highest selenium concentration that does not resist cell production.
배지 내 selenium의 농도 31 ppm에서 건조 균체내 selenium 함량은 1.39 mg/g이었으며, 배지내 selenium 농도 125 ppm으로 증가함에 따라 건조균체 내 selenium 함량은 5.03 mg/g으로 증가하였다. 그러나 배지내 배지내 selenium 농도가 250, 500및 1000 ppm으로 높아질수록 4.51, 1.38 및 0.61 mg/g으로 점차 낮아지는 경향을 보였다. The selenium content in the dry cells was 1.39 mg / g at the concentration of selenium in the medium at 31 ppm, and the selenium content in the dry cells increased to 5.03 mg / g as the concentration of selenium in the medium was increased to 125 ppm. However, as the concentration of selenium in the medium increased to 250, 500, and 1000 ppm, it gradually decreased to 4.51, 1.38, and 0.61 mg / g.
총 selenium 생산량에서도 같은 경향을 보였다. 배지내 selenium 농도가 31, 63, 125 ppm으로 높아질수록 생산량이 높아졌으며, 배지 내 selenium의 농도 125 ppm에서 8.24 mg/L로 가장 높았으나, 배지내 selenium의 농도가 250, 500 및 1000 ppm으로 점차 높아질수록 6.45, 1.72 및 0.67으로 낮아졌다(도 11).The same trend was observed for total selenium production. As the concentration of selenium in the medium increased to 31, 63 and 125 ppm, the yield increased. The concentration of selenium in the medium was the highest at 8.24 mg / L at 125 ppm, but the concentration of selenium in the medium gradually increased to 250, 500 and 1000 ppm. Higher values were lowered to 6.45, 1.72 and 0.67 (FIG. 11).
따라서 배지 내 selenium 농도는 125 ppm에서 건조균체량 내 selenium 함량과 총 selenium 생산량 각각 5.03 mg/g 과 8.24 mg/L 가장 높게 나타났기 때문에 배지 내 최적의 selenium농도는 125 ppm으로 사료된다. Therefore, the optimum selenium concentration in the medium was 125 ppm because the selenium concentration in the medium was the highest at 5.0 ppm and 8.24 mg / L, respectively.
표 6은 YM배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M에서 건조 세포 중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생산에 대한 여러 다른 셀레늄 농도의 효과를 나타낸 표이다.표에서 데이터는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타내고,1 ;검출 안됨을 나타낸다.Table 6 shows mutant S. cerevisiae cultured in YM medium. Table shows the effect of different selenium concentrations on dry cell weight, selenium concentration and total selenium production at 6M. Data in the table are expressed as mean ± standard deviation of 3 replicates, 1; not detected.
Selenium의 첨가시간과 배양시간을 알아보기 위한 기초실험으로 selenium을 첨가하지 않았을 경우 배양시간에 따른 S. cerevisiae 6M의 성장율을 조사한 결과는 표 7과 같다. Basic experiments to determine the addition time and incubation time of selenium. S. cerevisiae according to incubation time when selenium was not added The results of investigating the growth rate of 6M are shown in Table 7.
건조균체량은 배양시간에 따라 점차적으로 증가하며, 배양 9시간에 건조균체량이 2.44 g/L로 가장 높게 나타났으며, 그 이후로는 감소하는 경향을 나타내었다( 도 13). 흡광도 측정시에도 같은 경향을 보였으며 배양 시간에 따라 점차 증가하여 배양 9시간과 10시간에서 O.D.는 1.16으로 가장 높게 나타났다(도 14). The dry cell mass gradually increased with incubation time, the highest dry cell mass was 2.44 g / L at 9 hours of cultivation, and then decreased (Fig. 13). When the absorbance was measured, the same tendency was observed and gradually increased with the incubation time, and the highest O.D. was 1.16 at 9 and 10 hours of incubation (FIG. 14).
이와 같은 결과는 배양 9시간까지는 증식기, 9시간에서 10시간 정지기, 배양 10시간 이후는 사멸기에 들어가는 것으로 사료된다. 다음의 실험에서 유도기, 증식기 및 정지기에 selenium을 첨가하여 유기태 selenium 생산율에 미치는 효과에 대한 연구가 필요하다고 사료되었다.These results are believed to enter the growth phase up to 9 hours of cultivation, the stop phase of 9 to 10 hours, and the death phase after 10 hours of cultivation. In the following experiments, it is necessary to study the effects of adding selenium on organic selenium production rate during induction period, proliferation period and stop phase.
표 7은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포 중량 및 성장에 대한 배양시간의 효과를 나타낸 표이다.표에서 데이터는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타냄.Table 7 shows mutant S. cerevisiae cultured in YM medium containing 125 ppm selenium. Table shows the effect of incubation time on dry cell weight and growth of 6M. Data in the table are expressed as mean ± standard deviation of 3 replicates.
선별 균주 S. cerevisiae 6M에 대하여 selenium uptake효과 높은 selenium의 첨가 시기와 배양 시기를 결정하기 위하여, selenium 첨가 시간을 S. cerevisiae 6M의 성장곡선 중 유도기, 증식기 및 정지기인 0, 3 및 9 시간으로 하고, 배양시간을 10과 24 시간으로 다르게 하여 비교 실험한 결과는 표 8과 같다. In order to determine the addition time and incubation time of selenium with high selenium uptake effect against selected
Fed-batch culture시 selenium의 첨가 시기가 0, 3 그리고 9 시간 일 때, 각각 10과 24 시간 배양시 1.72와 1.60, 2.05 와 1.82 및 2.58 과 2.34 g/L으로 selenium 첨가 시기가 늦어질수록 건조균체량은 증가하였다(도 15). 배지내 selenium 첨가시 S. cerevisiae의 성장 억제효과가 있으므로 최대 성장을 한 배양 9 시간에 selenium을 첨가하였을 때 가장 높은 건조균체량이 나타났다고 사료된다. 또한 모든 selenium 첨가 시기에서 10 시간 배양시 24 시간 배양보다 건조균체량이 높게 나타나는 경향을 보였는데, 이와 같은 결과는 배양시간이 길어짐에따라 selenium에 대한 저항능력이 약해져 건조균체량이 감소한다고 사료된다. 배양 9 시간에 selenium을 첨가하여 10 시간에 배양완료시 건조균체량은 2.58 g/L로 가장 높게 나타났는데 대수기에서 selenium을 첨가하고 배양시간을 가장 짧게한 처리구에서 selenium에 대한 저항능력이 가장 높았다고 사료된다. When fed selenium at 0, 3 and 9 hours in fed-batch culture, 1.72 and 1.60, 2.05 and 1.82 and 2.58 and 2.34 g / L at 10 and 24 hours of incubation respectively. Increased (FIG. 15). The addition of selenium in the medium has the effect of inhibiting the growth of S. cerevisiae . Therefore, the highest dry cell mass was observed when selenium was added at 9 hours of cultivation. In addition, the dry cell mass tended to be higher than that of the 24-hour cultivation at 10 hrs at all selenium addition periods. This result suggests that the resistance to selenium decreases as the cultivation time becomes longer. After 9 hours of incubation and the addition of selenium at 10 hours, the dry cell mass was the highest at 2.58 g / L, and the highest resistance to selenium was found in the treatment group which added selenium in the logarithm and the shortest incubation time. It is feed.
배양 초기(0 시간)에 slenium 첨가시 건조균체내 selenium 함량은 배양 10 과 24 시간에서 각각 5.73와 5.13 mg/g으로 가장 높았으며, selenium 첨가시간이 0, 3 및 9 시간으로 늦어짐에 따라, 10 시간 배양시, 각각 5.73, 2.41 및 1.25 mg/g으로 감소하는 경향이 나타났다(도 16). When slenium was added at the beginning of culture (0 hours), the selenium content in dry cells was the highest at 5.73 and 5.13 mg / g at 10 and 24 hours of incubation, respectively, and as selenium addition time was delayed to 0, 3 and 9 hours, At time incubation, there was a tendency to decrease to 5.73, 2.41 and 1.25 mg / g, respectively (FIG. 16).
또한 총 selenium 생산량도 배양 초기(0 시간)에 selenium 첨가시, 배양 10과 24 시간에서 각각 9.83 과 8.20 mg/L으로 높았다. 배양 시간이 10 시간일 때 selenium 첨가시간이 0, 3 및 9로 늦어질수록 총 selenium 생산량은 9.83, 4.94 및 3.21 mg/L으로 감소하는 경향이 나타났다(도 17).Total selenium production was also high at 9.83 and 8.20 mg / L at 10 and 24 hours of incubation with selenium at the beginning of culture (0 hours). When the incubation time was 10 hours, as the selenium addition time was delayed to 0, 3 and 9, the total selenium production tended to decrease to 9.83, 4.94 and 3.21 mg / L (FIG. 17).
이와 같은 결과로 볼 때, 배양초기 0 시간에 selenium을 첨가시 유기태 selenium 생산 효율이 가장 높았다. 그리고 배양 24 시간보다 배양 10 시간에서 유기태 selenium생산 효율이 높았지만, 더욱 다양한 배양시간에 따른 유기태 selenium 생산효율에 대한 연구를 진행하여 최적화 할 필요가 있다.As a result, organic selenium production efficiency was highest when selenium was added at 0 hours of incubation. And although the production efficiency of organic selenium was higher at 10 hours of cultivation than 24 hours of cultivation, it is necessary to study and optimize organic selenium production efficiency according to various culture times.
표 8은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M 의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생성률에 대한 셀레늄 급여 및 배양시간의 효과를 나타낸 표이다.표에서 데이터는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타냄.Table 8 shows mutant S. cerevisiae cultured in YM medium containing 125 ppm selenium. Table shows the effects of selenium feeding and incubation time on dry cell weight, selenium concentration, and total selenium production rate of 6M. Data in the table are expressed as mean ± standard deviation of three replicates.
금속의 흡수 시간은 흡수와 탈착과정에서 중요한 역할을 하므로 최적화할 필요가 있다. 실시예 2-3에서 유기태 selenium 생산효율이 가장 높은 0 시간에 selenium을 첨가하였다. 배양시기를 1, 3, 6, 9, 10, 12 및 24 시간으로 다양하게 조사 하였을 때 selenium uptake에 미치는 영향은 표 9에 나타내었다. The absorption time of the metal plays an important role in the absorption and desorption process and therefore needs to be optimized. In Example 2-3, selenium was added at 0 hours having the highest organic selenium production efficiency. The effects on selenium uptake when the incubation periods were varied at 1, 3, 6, 9, 10, 12 and 24 hours are shown in Table 9.
배양 시간에 따른 건조균체량은 배양 1 시간에서 1.85 g/L으로 가장 높았으며, 배양 시간이 길어질수록 점차 감소하여 배양 12 시간과 24 시간 에서는 1.63 g/L로 낮게 나타났다(도 18). Dry cell weight according to incubation time was 1.85 at 1 hour of incubation It was highest as g / L, and gradually decreased as the incubation time was longer, and as low as 1.63 g / L at 12 hours and 24 hours of incubation (FIG. 18).
건조균체량내 selenium 함량은 배양 1 시간에서 2.01 mg/g으로 가장 낮게 나타났으며, 배양 시간이 증가함에 따라 점차적으로 증가하는 경향을 보이며 배양 9 시간 에서 6.07 mg/g으로 가장 높게 나타났다. 배양 24 시간 시간에서 4.95 mg/g으로 selenium의 함량이 낮아지는 경향을 보였다(도 19). The selenium content in dry cell mass was the lowest at 1 hour of cultivation at 2.01 mg / g, and gradually increased with increasing cultivation time, and the highest at 6.07 mg / g at 9 hours of cultivation. The content of selenium tended to be lowered to 4.95 mg / g at 24 hours of culture (FIG. 19).
총 selenium 생산량도 건조균체내 selenium 함량과 같은 경향을 보였다(도 20). 배양 1 시간에서 3.72 mg/L으로 가장 낮게 나타났으며, 배양시간이 증가함에 따라 총 selenium 생산량이 증가하는 경향을 보였으며, 배양 9 시간에서 10.32 mg/L으로 가장 높게 나타났다. 24 시간 배양에서는 8.07 mg/L으로 감소하는 경향을 나타냈다. 배양 시간이 길어짐에 따라 건조균체량이 감소함에도 불구하고 균체내 selenium 함량과 총 selenium 생산량이 증가하는 경향을 보였다. 배양 9 시간에서 가장 높은 selenium uptake효율을 보였으며, 그 이상의 배양 시간에서 점차 감소하는 경향을 보였다. 따라서 본 연구에서의 배양 9 시간의 흡수는 표면 흡착이 아닌 생체 내 축적에 의한 것이라 사료되며 selenium uptake를 위한 최적의 배양 시간으로 판단되었다. Total selenium production also showed the same tendency as selenium content in dry cells (Fig. 20). At 1 h of incubation, it was the lowest at 3.72 mg / L. As the incubation time was increased, total selenium production tended to increase, and at 9 h of incubation, the highest was 10.32 mg / L. The 24 hour incubation tended to decrease to 8.07 mg / L. As the incubation time increased, the selenium content and total selenium production tended to increase despite the decrease of dry cell mass. The highest selenium uptake efficiency was observed at 9 hours of cultivation and gradually decreased at higher incubation time. Therefore, the uptake of 9 hours of culture in this study was thought to be due to in vivo accumulation rather than surface adsorption and was determined to be the optimal incubation time for selenium uptake.
표 9는 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M 의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생성률에 대한 수집 시간의 효과를 나타낸 표이다.표에서 데이터는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타냄.Table 9 shows the effect of collection time on dry cell weight, selenium concentration and total selenium production rate of
초기 pH가 S. cerevisiae wild type KCCM 12635와 mutant 균주 S. cerevisiae 6M의 selenium uptake에 미치는 영향을 조사하기 위하여 초기 pH를 3, 4, 5, 6 및 7 다섯 수준으로 조절하여, 배양 0 시간에 배지내 slenium을 125 ppm으로 첨가하여 9 시간 배양한 후, 건조균체량, 건조균체량내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량에 미치는 영향은 표 10에 나타내었다.Initial pH is S. cerevisiae In order to investigate the effect of
건조균체량은 wild type과 mutant 균주의 배지내 초기 pH 6과 7에서 각각 1.48과 1.49, 1.70과 1.66 g/L으로 높게 나타났으며, wild type과 mutant 균주 모두 배지내 pH가 낮아질수록 건조균체량이 감소하는 경향을 보여 pH 3에서 각각 1.12와 1.31 g/L으로 가장 낮게 나타났다(도 21). The dry cell mass was 1.48 and 1.49, 1.70 and 1.66 g / L at the initial pH of 6 and 7 in wild type and mutant strains, respectively. At
Wild type과 mutant 균주 배양시, 건조균체량 내 selenium 함량의 최적 초기 pH 조건이 다르게 나타났다. Wild type의 경우 pH가 높아질수록 selenium 함량이 증가하는 경향을 보였으며, pH 5에서 5.80 mg/g으로 가장 높게 나타났으며, pH가 5보다 높아질수록 selenium 함량이 낮아지는 경향이 나타났다. Mutant 균주에서도 초기 pH가 높아질수록 selenium 함량이 증가하는 경향을 보였으며, pH 6에서 6.40 mg/g로 가장 높은 selenium 함량을 보였으며, pH 6보다 높아질수록 selenium 함량이 유의적으로 낮아지는 경향을 보였다(도 22). In the culture of wild type and mutant strains, the optimum initial pH condition of selenium content in dry cell mass was different. In the case of the wild type, the selenium content tended to increase as the pH was increased. The highest value was 5.80 mg / g at
총 selenium 생산량에 있어서도 pH가 높아짐에 따라 증가하는 경향을 보였으며, wild type과 mutant 균주 배양시 각각 초기 pH를 5와 6으로 조절하였을 때, 총 selenium 생산량은 각각 7.91와 10.87 mg/L으로 가장 우수하게 나타났으며, 초기 pH가 6 이상으로 높아질수록 selenium 생산량이 낮아지는 경향을 확인하였다(도 23). The total selenium production also showed a tendency to increase with increasing pH, and when the initial pH was adjusted to 5 and 6 in culturing wild type and mutant strains, the total selenium production was the highest at 7.91 and 10.87 mg / L, respectively. It was confirmed that, as the initial pH is higher than 6, the selenium production tends to be lowered (FIG. 23).
따라서 selenium 생산효율을 높이기 위해서는 wild type S. cerevisiae KCCM 12635는 초기 pH를 5로 조절하고, mutant S. cerevisiae 6M은 초기 pH 6으로 조절하는 것이 가장 효과적이라 사료되며 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M에서 총 selenium 생산량을 10.87 mg/L으로 높일 수 있었다. Therefore, in order to increase selenium production efficiency, wild type
표 10은 125ppm 셀레늄을 포함하는 YM 배지에서 배양된 S. cerevisiae KCCM 12635 및 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 최종 pH, 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생성에 대한 초기 pH의 효과를 나타낸 표이다.Table 10 shows S. cerevisiae cultured in YM medium containing 125 ppm selenium.
실시예 2는 UV 돌연변이에 의해 selenium uptake 능력이 우수한 균주로 선별된 S. cerevisiae 6M의 배양조건 최적화를 위해 실시하였다. S. cerevisiae 6M의 fed-batch culture시 selenium 농도를 0, 31, 63, 125, 250, 500 및 1000 ppm의 수준으로 다양하게 배치하고, 0 시간에 selenium을 첨가하여 30℃, 180 rpm으로 24 시간동안 배양하였다. 배양액 내 selenium 농도가 125 ppm일 때 건조균체내 selenium 함량은 5.30 mg/g이고 총 selenium 생산량은 8.24 mg/L으로 가장 높은 생산효율을 나타냈다.Example 2 was carried out to optimize the culture conditions of
Selenium 첨가시간을 0, 3 및 9 시간으로 하였을 때 0 시간에서 selenium uptake가 가장 높았으며, selenium을 0 시간에 첨가 후 배양시간을 24 시간까지 다양하게 하였을 때 배양 9 시간에서 건조균체내 selenium 함량과 총 selenium 생산량은 각각 6.07 mg/g과 10.32 mg/L으로 가장 높은 효율을 보였다. The highest selenium uptake was obtained at 0 hours when the selenium addition time was 0, 3 and 9 hours, and when the incubation time was varied up to 24 hours after adding selenium at 0 hours, Total selenium production was the highest at 6.07 mg / g and 10.32 mg / L, respectively.
초기 pH가 selenium uptake에 미치는 영향을 pH를 3에서 7까지 조사하였으며, wild type S. cerevisiae KCCM 12635에서는 pH 5일 때 가장 높은 효율을 보였다. 반면 S. cerevisiae 6M는 초기 pH가 6일 때 건조균체내 selenium 함량은 6.40 mg/g이고, 총 selenium 생산량은 10.87 mg/L로 가장 높은 생산 효율을 보였다. The effect of initial pH on selenium uptake was investigated from
이상의 결과로부터, S. cerevisiae 6M의 배양시 배양액 내 selenium 농도와 초기 pH를 각각 125 ppm과 pH 6으로 하고, 배양 0 시간에 selenium을 첨가한 후 9 시간에 배양을 완료하였을 때 유기태 selenium 생산량이 가장 높은 것으로 판단된다.From the above results, S. cerevisiae When 6M incubation was performed, the concentration of selenium and initial pH were 125 ppm and
실시예Example 3: 3:
실시예 3에서는 유기태 selenium 생산 효율이 높은 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M의 최적 배지조건을 도출하였다. 또한 유기태 selenium의 생산을 최대화할 수 있는 탄소원, 질소원 및 미네랄원을 탐색하였고, 각 배지성분들의 최적 조건을 도출하기 위하여 Box-Behnken design과 Response suface methodology를 이용하였다. In Example 3, optimum medium conditions of
실시예 1에서 유기태 selenium의 생산효율을 증진시키기 위하여 UV 돌연 변이를 실시하여 선발한 S. cerevisiae 6M에 대하여 배지조건을 최적화하기 위한 일련의 실험을 실시하였고, 배양방법은 실시예 1과 동일하게 fed-batch culture를 실시하였다. In order to improve the production efficiency of organic selenium in Example 1, a series of experiments were performed to optimize the medium conditions for
실시예Example
3-1: 3-1:
탄소원의Carbon source
첨가가 S. The addition was
Selenium uptake에 미치는 배양액 내 탄소원의 영향을 조사하기 위하여 탄소원으로 glucose, fructose, sucrose, galactose, maltose 및 lactose 총 6종을 각각 10 g/L씩 첨가였으며, 질소원으로 동일하게 yeast extract, 3 g/L, malt extract, 3 g/L 및 peptone, 5 g/L을 첨가하였다. 배지내 selenium의 농도와 pH는 125 ppm과 pH 6으로 하였으며, 0 시간에 selenium을 첨가하여 9 시간에 배양을 완료하였다.In order to investigate the effect of carbon source in culture on selenium uptake, 10 g / L of glucose, fructose, sucrose, galactose, maltose and lactose were added as carbon sources, respectively, and yeast extract, 3 g / L as nitrogen sources. , malt extract, 3 g / L and peptone, 5 g / L were added. The concentration and pH of selenium in the medium were 125 ppm and
실시예Example
3-2:질소원의 첨가가 S. 3-2: The addition of the nitrogen source is
Selenium uptake에 미치는 배양액 내 질소원의 영향을 조사하기 위하여 질소원 yeast extract, malt extract, peptone, urea, ammonium sulfate 및 ammonium phosphate 총 6종을 각각 10 g/L씩 첨가였으며, 탄소원으로 동일하게 glucose 10 g/L를 첨가하였다. 배지내 selenium의 농도와 pH는 125 ppm과 pH 6으로 하였으며, 0 시간에 selenium을 첨가하여 9 시간에 배양을 완료하였다.
To investigate the effect of nitrogen source in culture on selenium uptake, six kinds of nitrogen source yeast extract, malt extract, peptone, urea, ammonium sulfate and ammonium phosphate were added 10 g / L, respectively. L was added. The concentration and pH of selenium in the medium were 125 ppm and
실시예Example
3-3:탄소와 질소의 비율이 S. 3-3: The ratio of carbon and nitrogen is
Selenium uptake에 미치는 배양액 내 탄소와 질소의 비율의 영향을 조사하기 위하여 탄소원 glucose와 galactose 각각 20 g/L씩 첨가였으며, 질소원으로 동일하게 peptone을 사용하여 탄소와 질소의 비율은 1, 3, 5, 7 및 9의 다섯 수준으로 조절하여 실험을 실시하였다. 배지내 selenium의 농도와 초기 pH는 125 ppm과 pH 6으로 하였으며, 0 시간에 selenium을 첨가하여 9 시간에 배양을 완료하였다.
In order to investigate the effect of carbon and nitrogen in the culture on the selenium uptake, 20 g / L of glucose and galactose were added to the carbon source, respectively.The ratio of carbon and nitrogen was 1, 3, 5, Experiments were carried out with adjustment to five levels of 7 and 9. The concentration of selenium and the initial pH of the medium were 125 ppm and
실시예Example
3-4:미네랄의 공급원의 첨가가 S. 3-4: The addition of the source of minerals is
Selenium uptake에 미치는 배양액 내 미네랄의 영향을 조사하기 위하여 미네랄 총 12 종(MgSO4, KCl, K2HPO4, KH2PO4, NaCl, CaCl2, FeSO4, ZnSO4, MnSO4, MgCl2, CuSO4 및 FeCl3)을 배양액 내에 각각 0.05%씩 첨가하여 실험을 실시하였다. 탄소원과 질소원으로 각각 glucose와 peptone을 이용하였으며 탄소와 질소 비율을 7로 하고, 배지내 selenium의 농도와 pH는 125 ppm과 pH 6으로 하였으며, 0 시간에 selenium을 첨가하여 9 시간에 배양을 완료하였다.
To investigate the effect of minerals in culture on selenium uptake, a total of 12 minerals (MgSO4, KCl, K2HPO4, KH2PO4, NaCl, CaCl2, FeSO4, ZnSO4, MnSO4, MgCl2, CuSO4 and FeCl3) were added 0.05% each The experiment was carried out. Glucose and peptone were used as carbon and nitrogen sources, respectively, and the carbon and nitrogen ratio were 7, the concentration and pH of selenium in the medium were 125 ppm and
실시예Example 3-5:반응표면모델( 3-5: Response surface model ResponseResponse surface표면 modelmodel )을 이용한 ) 배지조건Badge condition 최적화 optimization
배지내 selenium의 농도와 pH는 125 ppm과 pH 6으로 하였으며, 0 시간에 selenium을 첨가하여 9 시간에 배양을 완료하였다. The concentration and pH of selenium in the medium were 125 ppm and
Glucose, peptone, MgSO4 그리고 KCl을 최적 배지 성분으로 선발하였고, 각 성분들의 최적 농도 조건을 탐색하기 위하여 Box Behnken design과 Response surface methodology를 사용하였다. Box Behnken design (BBD)은 균형 불완비 블록계획법(balanced incomplete block design)으로서 2k 요인 배치계획을 결합하여 기본계획을 수립하고 중심점에서 실험수 nc를 추가시켜서 2차 반응표면식을 추정할 수 있는 실험계획법이다(Box and Behnken, 1960) 각각의 성분들을 독립변수로 하였고, 각 변수들은 3가지의 농도수준으로 배치하였고 성분들의 농도수준과 Box behnken design 배열은 Table 3-5와 같다. 실험결과는 아래와 같은 2차 다항식을 이용하여 분석하였다. Glucose, peptone, MgSO4 and KCl were selected as the optimum media components, and Box Behnken design and response surface methodology were used to explore the optimal concentration of each component. Box Behnken design (BBD) is a balanced incomplete block design that combines a 2k factor placement plan to create a basic plan and adds the number of experiments nc at the center point to estimate the second response surface equation. Programming is (Box and Behnken, 1960) were the respective components as independent variables, the variables are were placed in three different concentration levels of the density level and the Box behnken design arrangement of components is shown in Table 3-5. The experimental results were analyzed using the following second order polynomial.
Y는 실험 결과를 통하여 얻어지는 반응으로 건조균체량, 균체내 selenium 함량, 총 selenium 생산량이다. β0는 상수값, βi, βj는 회귀계수이며, Xi와 Xj는 독립변수의 코드화되지 않은 수치이다. 반응표면모델의 분석은 MINITAB○R (version 14, Minitab Inc., USA)을 사용하였다.
Y is a reaction obtained through the experimental results, dry cell mass, selenium content in the cells, total selenium production. β0 is a constant value, βi and βj are regression coefficients, and Xi and Xj are uncoded values of the independent variable. The response surface model was analyzed using MINITAB® (
2.6. 분석 방법2.6. Analysis method
실시예 2의 방법과 동일하다.
It is the same as the method of Example 2.
상기 실시예 3의 결과는 아래와 같다.The result of Example 3 is as follows.
돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M 배양시 탄소원의 첨가에 따른 균주의 성장과 selenium uptake 효율을 자세히 알아보기 위하여 S. cerevisiae 균주가 대사할 수 있다고 일반적으로 알려진 여러 탄소원들을 배지내 공급하여 조사하였다. 표 11은 탄소원으로서 glucose, fructose, sucrose, galactose, maltose 그리고 lactose를 첨가시 건조균체량, 균체내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량의 결과이다. In order to investigate the growth and selenium uptake efficiency of the mutant
Galactose를 탄소원으로 사용하였을 때에 1.82 g/L으로 다른 탄소원에 비하여 높게 나타났으며, 다음은 glucose, fructose 및 sucrose에서 각각 1.50, 1.59 및 1.46 g/L으로 비교적 높게 나타났으며, maltose와 lactose에서는 0.63과 0.56 g/L으로 낮게 나타났다(도 24).When galactose was used as a carbon source, it was 1.82 g / L, higher than other carbon sources, and the following were relatively high in glucose, fructose and sucrose, 1.50, 1.59, and 1.46 g / L, respectively, and 0.63 in maltose and lactose. And as low as 0.56 g / L (FIG. 24).
건조균체량내 selenium 함량은 galactose에서 4.62 mg/g으로 가장 높게 나타났으며, glucose와 sucrose에서 각각 4.23과 4.27 mg/g으로 비교적 높게 나타났으며, maltose와 Lactose에서 각각 0.79와 0.69 mg/g로 낮게 나타났다(도 25). The selenium content in the dry cell mass was the highest in galactose (4.62 mg / g) and relatively high in glucose and sucrose (4.23 and 4.27 mg / g, respectively) and low in maltose and Lactose (0.79 and 0.69 mg / g, respectively). Appeared (FIG. 25).
총 selenium 생산량 역시 탄소원으로 galactose를 사용하였을 때 8.38 mg/L로 가장 높게 나타났으며, glucose와 sucrose에서 각각 6.34과 6.24 mg/L으로 비교적 높게 나타났으며, maltose와 Lactose에서 각각 0.50와 0.38 mg/L로 낮게 나타났다(도 26). Total selenium production was also highest at 8.38 mg / L when galactose was used as the carbon source, 6.34 and 6.24 mg / L for glucose and sucrose, respectively, and 0.50 and 0.38 mg / L for maltose and Lactose, respectively. Low to L (FIG. 26).
따라서 selenium uptake 효율을 가장 높일 수 있는 탄소원은 galactose라고 판단되었다. Therefore, it was judged that galactose is the carbon source that can increase selenium uptake efficiency.
표 11은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생성에 대한 여러 탄소원의 효과를 나타낸 표이다.표에서 데이터는 평균±표준편차로 나타냄.Table 11 shows the effects of different carbon sources on dry cell weight, selenium concentration and total selenium production of
돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M 배양시 질소원의 첨가에 따른 균주의 성장과 selenium uptake 효율을 자세히 알아보기 위하여 배지내의 질소 공급원을 다양하게 조사하였다. Table 3-2는 질소원으로서 yeast extract, malt extract, peptone, urea, ammonium sulfate 및 ammonium phosphate 첨가시 건조균체량, 균체내 selenium 함량 및 총 selenium 생산량의 결과이다.In order to investigate the growth and selenium uptake efficiency according to the addition of nitrogen source in
건조균체량에 있어서는 질소원으로 yeast extract를 첨가하였을 때 1.88 g/L로 가장 높게 나타났으며, 다음으로는 peptone이 0.90 g/L으로 다소 높게 나타났으며, 무기태 질소원인 urea, ammonium sulfate 및 ammonium phosphate를 질소원으로 첨가시 건조균체량이 0 g/L으로 나타났다(도 27). In the dry cell mass, the yeast extract was the highest as 1.88 g / L, followed by the peptone at 0.90 g / L, and the inorganic nitrogen sources such as urea, ammonium sulfate and ammonium phosphate. When added as a nitrogen source, the dry cell mass was 0 g / L (Fig. 27).
Peptone을 질소원으로 첨가 시, 건조균체량내 selenium의 함량은 10.84 mg/g으로 가장 높게 나타났으며(도 28), 총 selenium 생산량 또한 9.78 mg/L로 가장 높게 나타났다(도 29). 반면 건조균체량이 가장 높았던 질소원 중 yeast extract의 균체내 selenium 함량과 총 selenium 생산량은 각각 0.65와 1.21 mg/L로 낮게 나타났다. When Peptone was added as a nitrogen source, the content of selenium in dry cell mass was the highest as 10.84 mg / g (FIG. 28), and the total selenium production was also highest as 9.78 mg / L (FIG. 29). On the other hand, the selenium content and total selenium production of yeast extract among the nitrogen sources, which had the highest dry cell mass, were 0.65 and 1.21 mg / L, respectively.
이와 같은 결과에서 질소원으로 peptone을 사용하였을 때 가장 높은 selenium uptake 효율을 얻을 수 있었으며, 이후의 실험에서 질소원으로 peptone을 사용하였다.As a result, the highest selenium uptake efficiency was obtained when peptone was used as the nitrogen source, and peptone was used as the nitrogen source in subsequent experiments.
표 12는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생성에 대한 여러 질소원의 효과를 나타낸 표이다.표에서 데이터는 평균±표준편차로 나타냄.Table 12 shows the effect of several nitrogen sources on dry cell weight, selenium concentration and total selenium production of
탄소와 질소의 비율이 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M의 selenium uptake에 미치는 영향을 조사하기 위하여, 탄소원으로 glucose와 galactose를 질소원으로 peptone을 이용하여 C/N의 비율을 1, 3, 5, 7 및 9의 다섯 수준으로 하여 실험한 결과는 표 13과 같다.To investigate the effect of carbon and nitrogen on selenium uptake of the mutant
건조균체량은 질소원으로 peptone을 사용하고 탄소원으로 glucose 과 galactose를 첨가시 C/N 비율이 1 일 때 각각 2.14와 1.76 g/L으로 높게 나타났으며(도 30), 비율이 높아짐에따라 건조균체량이 낮아지는 경향이 나타났다. 이는 질소의 함량이 낮아질수록 건체량이 낮아지는 결과이므로 selenium 첨가시에도 균체량을 높이기 위해서는 질소의 공급이 중요하다고 사료된다.The dry cell weight was 2.14 and 1.76 g / L, respectively, when the C / N ratio was 1 using peptone as the nitrogen source and glucose and galactose as the carbon source (Fig. 30). A tendency to be lowered. This is a result of lowering the dry weight as the nitrogen content decreases. Therefore, it is considered that the supply of nitrogen is important to increase the cell weight even when selenium is added.
건조균체량내 selenium 함량은 탄소와 질소 공급원으로 각각 glucose와 peptone을 첨가시 C/N의 비율이 높아짐에 따라 selenium 함량이 증가하는 경향을 보였으며, 비율이 7일 때 18.66 mg/g으로 가장 높게 나타났으나, 비율이 더 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 탄소와 질소 공급원으로 각각 galactose와 peptone을 첨가시에도 C/N의 비율이 높아짐에 따라 selenium 함량이 증가하는 경향을 보였으며, 비율이 5일 때 13.67 mg/g으로 가장 높게 나타났으며(도 31), 그 이상 비율이 높아짐에 따라 감소하는 경향을 보였다. 이와 같은 결과에서 selenium uptake에 있어서 C/N의 비율은 매우 중요하며, 탄소 공급원에 따라 의 적정 비율이 다르게 나타난다고 사료된다. The selenium content in the dry cell mass tended to increase as the C / N ratio increased with the addition of glucose and peptone as carbon and nitrogen sources, respectively. However, it tended to decrease as the ratio further increased. When galactose and peptone were added as carbon and nitrogen sources, selenium content tended to increase with increasing C / N ratio, and the highest ratio was 13.67 mg / g when the ratio was 5 (Fig. 31). ), The ratio tended to decrease as the ratio increased. From these results, the ratio of C / N is very important for selenium uptake, and the proper ratio of is different depending on the carbon source.
Glucose와 peptone 첨가시 총 selenium 생산량은 C/N 비율이 증가함에 따라 높아지는 경향을 보였다. C/N 비율을 7로 했을 때 생산량은 22.42 mg/L으로 가장 높게 나타났으며, C/N 비율이 8로 더욱 증가하였을때는 18.75 mg/L으로 낮아졌다(도 32). 탄소원으로 galactose를 사용시에도 비슷한 경향을 보였는데 galactose와 peptone 첨가시 C/N 비율이 증가함에 따라 총 selenium 생산량이 높아지는 경향을 보였다. C/N 비율을 5로 했을 때 생산량은 17.17 mg/L으로 가장 높게 나타났으며. C/N 비율이 5 이상 증가함에 따라 생산효율이 감소하는 경향을 보였다.Glucose and peptone added tended to increase the total selenium production with increasing C / N ratio. When the C / N ratio was 7, the yield was the highest as 22.42 mg / L, and when the C / N ratio was further increased to 8, it was lowered to 18.75 mg / L (Fig. 32). The use of galactose as a carbon source showed a similar tendency, but the total selenium production tended to increase as the C / N ratio increased when galactose and peptone were added. When the C / N ratio was 5, the yield was the highest at 17.17 mg / L. As C / N ratio increased above 5, production efficiency tended to decrease.
결론적으로 S. cerevisiae 6M의 탄소공급원에 따른 질소원과의 비율이 selenium uptake에 있어서 질소원으로 peptone을 사용하고, 탄소원으로 glucose와 galactose를 사용시 C/N의 비율이 각각 7과 5에서 가장 높은 효율을 보였으며, glucose/peptone의 C/N 비율 7로 했을 때 selenium uptake 효율이 가장 높다고 판단되었다. In conclusion, the ratio of nitrogen source according to the carbon source of
표 13은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생성에 대한 탄소원 및 C/N 비율의 효과를 나타낸 표이다.표에서 데이터는 평균±표준편차로 나타냄.Table 13 shows the effects of carbon source and C / N ratios on dry cell weight, selenium concentration and total selenium production of
미네랄 첨가시 돌연변이 균주 S. cerevisiae 6M의 selenium uptake에 미치는 영향을 조사하기 위하여 MgSO4, KCl, K2HPO4, KH2PO4, NaCl, CaCl2, FeSO4, ZnSO4, MnSO4, MgCl2, CuSO4 그리고 FeCl3 총 미네랄 12 종을 첨가한 결과는 표 14에 나타내었다.In order to investigate the effect of mineral addition on the selenium uptake of mutant
탄소원과 질소원을 같은 조건으로 배양해였을 경우 미네랄 첨가에 따른 균체 생산량에 현격한 차이가 났다. 건조균체량은 MgSO4, KCl 및 CaCl2 첨가 시 각각 1.70, 1.56 및 1.57 g/L로 높게 나타났다. 그러나 FeSO4, MnSO4 및 CuSO4 첨가 시 각각 0.40, 0.56 및 0.70 g/L으로 낮게 나타났다(도 33). When the carbon source and the nitrogen source were cultured under the same conditions, there was a significant difference in the cell production according to the mineral addition. The dry cell mass was high as 1.70, 1.56 and 1.57 g / L when
건조균체량 내 selenium 함량은 MgSO4, KCl 및 MgCl2 첨가 시 각각 16.38, 16.31 및 16.31 mg/g으로 높게 나타났으며, 미네랄 공급원으로 K2HPO4, KH2PO4, ZnSO4, MnSO4 및 CuSO4을 첨가하였을 때는 0.5 mg/g 이하의 아주 낮은 효율을 보였다(도 34). 따라서 Mg와 K을 첨가하여 배양시 selenium uptake 능력을 향상시킬 수 있다고 사료되었다. The selenium content in the dry cell mass was high at 16.38, 16.31 and 16.31 mg / g, respectively, when MgSO4, KCl and MgCl2 were added, and below 0.5 mg / g when K2HPO4, KH2PO4, ZnSO4, MnSO4 and CuSO4 were added as mineral sources. Very low efficiency was shown (FIG. 34). Therefore, the addition of Mg and K could improve the selenium uptake ability in culture.
총 selenium 생산량은 MgSO4 첨가 시 27.87 mg/L으로 가장 높게 나타났다(도 35). 그러나 K2HPO4, KH2PO4, FeSO4, ZnSO4, MnSO4 및 CuSO4을 첨가시 0.1 mg/L이하의 낮은 생산율을 보였다. Total selenium production was the highest at 27.87 mg / L with
이와 같은 결과에서 미네랄 첨가에 따른 selenium 생산율의 효과는 미네랄 종류에 따라 현격한 차이가 났으며, 미네랄 중 MgSO4의 첨가시 가장 높은 유기태 selenium 생산 효율을 나타낸다고 판단되었다.In these results, the effect of selenium production rate according to the mineral addition was significantly different according to the type of minerals, and it was determined that the highest organic selenium production efficiency was obtained when MgSO4 was added among the minerals.
표 14는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생성에 대한 여러 광물원의 효과를 나타낸 표이다. 표에서 데이터는 평균±표준편차로 나타냄.Table 14 is a table showing the effects of various mineral sources on dry cell weight, selenium concentration and total selenium production of
Selenium uptake를 최대화 하기위하여 탄소원으로 선발된 glucose와 질소원으로 선발된 peptone 그리고 미네랄원인 MgSO4와 KCl들의 최적 농도를 탐색하였다. 선발된 각각의 배지 성분들을 3가지 수준으로 하여 Box-Behnken design으로 실험을 설계하였다(표 15). 실험설계표에서 각 성분들의 최저 수준은 -1, 중앙점에 해당하는 수준은 0 그리고 최고 수준은 +1로 code화 하였고, 총 27개의 실행을 얻었다. 각 실행별 성분들의 농도 조합과 그에 따른 건조균체량, 균체량내 selenium 함량 그리고 총 selenium 생산량은 표 15와 같다.In order to maximize selenium uptake, the optimal concentrations of glucose selected from carbon sources, peptones selected from nitrogen sources, and mineral sources MgSO4 and KCl were investigated. Experiments were designed with the Box-Behnken design with three levels of each selected media component (Table 15). In the design table, the lowest level of each component was coded as -1, the level corresponding to the center point was 0, and the highest level was +1, and a total of 27 runs were obtained. The combination of concentrations of the components of each run, the dry cell weight, selenium content in the cell weight, and total selenium production are shown in Table 15.
표 15는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량, 셀레늄 농도 및 총 셀레늄 생성에 대한 코드 값과 실제값을 가지는 Box-Behnken 디자인 배열(configuration)을 나타낸 표이다.표에서 1; 실제값, 2; 코드 값, 3; 예측 값
Table 15 shows a Box-Behnken design configuration with code and actual values for dry cell weight, selenium concentration, and total selenium production of
표 16은 건조균체량에 대한 4개의 변수 glucose, peptone, MgSO4 및 KCl의 코드화된 단위를 사용하여 분산분석표(ANOVA)를 제시하였다. 반응 변수에 대한 전체 2차 다항식 모델은 매우 유의하였으며(P<0.001), 선형항(linear term)과 제곱근(quadratic term)에도 유의하게 나타났다(P<0.001, P<0.05). 하지만 상호작용(interaction term)은 유의하지 않았으며, 적합성 결여는 0.710이 나왔다. 건조균체량에 대한 관측점들의 변동을 표본회귀선이 얼마나 잘 설명해 주는가를 상대적으로 나타내는 결정계수(coefficient of determination; R2)를 산출한 결과 R2=95.6%으로 반응모델에 높은 설명력을 제시하였다.Table 16 presents the analysis of variance (ANOVA) using coded units of four variables glucose, peptone,
표 16은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 건조 세포중량에 대한 코드값을 가지는 이차 모델에 대한 Analysis of variance (ANOVA) 분석을 나타낸 표이다.Table 16 shows the Analysis of variance (ANOVA) analysis for a secondary model with code value for dry cell weight of
건조균체량을 종속변수 Y로 설정하여 코드화된 단위를 사용해 분석을 수행하여 건조균체량에 대해 추정된 회귀 계수를 이용하여 model식을 얻었다(도 36). 그리고 설정된 모델을 이용하여 관측된 실험치와 모델을 통하여 얻어진 예측치를 비교한 결과 우수한 직선성을 나타내었다(도 37).
The dry cell mass was set to the dependent variable Y and analyzed using the coded unit to obtain a model equation using the regression coefficient estimated for the dry cell mass (FIG. 36). And compared with the experimental values observed using the set model and the prediction value obtained through the model showed excellent linearity (Fig. 37).
3.5.3 반응표면모델을 이용한 건조균체량에 대한 배지성분들의 작용
3.5.3 Effects of Media Components on Dry Cell Weight Using Response Surface Models
일련의 실험을 통하여 얻어진 반응표면모델에 각 성분들의 코드화되지 않은 농도수치를 대입하여 건조균체량에 미치는 배지성분들의 효과를 3차원 그래프를 이용하여 분석하였다. 분석시 고려되지 않는 나머지 배지성분들을 중앙점으로 고정하여 수행하였다. 건조균체량에 대한 배지성분들의 반응은 Figure 3-15에서 보는 것과 같다. 독립변수 MgSO4와 KCl을 고정하고 Peptone와 Glucose를 농도별로 분석한결과 Glucose와 Peptone의 농도가 각각 30 g/L와 12 g/L의 부근에서 건조균체량이 2.7 g/L로 최고 반응값을 나타내었고, 각각의 농도가 높아질수록 건조균체량이 높아지는 경향을 보였다. Glucose와 peptone의 농도를 고정하고 MgSO4와 KCl을 농도별로 분석한 결과에서 MgSO4와 KCl의 농도 1.0 g/L 부근에서 건조균체량 2.15 g/L로 가장 높은 반응값을 나타내었고 농도가 낮아짐에따라 반은값도 낮아지는경향을 보였다. 따라서 건조균체량에 있어서는 glucose, peptone, MgSO4와 KCl의 농도가 높아질수록 반응값이 높아진다고 판단된다.
The effects of media components on dry cell mass were analyzed by 3D graphs by substituting uncoded concentration values of each component into reaction surface model obtained through a series of experiments. Remaining media components that were not considered in the analysis were performed by fixing to a center point. The response of the media components to dry cell mass is shown in Figure 3-15. The independent variables MgSO4 and KCl were fixed, and Peptone and Glucose were analyzed by concentration. As a result, the dry cell mass showed the highest response value of 2.7 g / L at the concentrations of 30 g / L and 12 g / L, respectively. As the concentrations increased, the dry cell mass tended to increase. Fixing the concentrations of Glucose and peptone and analyzing the concentrations of MgSO4 and KCl showed the highest response value with dry cell weight of 2.15 g / L near 1.0 g / L of MgSO4 and KCl. The value also tended to decrease. Therefore, in the dry cell mass, the higher the concentration of glucose, peptone, MgSO4 and KCl, the higher the reaction value.
3.5.4 건조균체량내 selenium 함량에 대한 Box-Behnken design 결과의 분산분석
3.5.4 Variance Analysis of Box-Behnken Design Results for Selenium Content in Dry Cell Weight
Table 17은 건조균체량내 selenium 함량에 대한 4개의 변수 glucose, peptone, MgSO4, KCl의 코드화된 단위를 사용하여 분산분석표(ANOVA)를 제시하였다. 건조균체내 selenium 함량에 대한 분산분석에서는 제곱근 (Quadratic term)에 유의하게 나타났다(P<0.05). 적합성 결여는 0.591로 나타났다. 건조균체내 selenium 함량 관측점들의 변동을 표본회귀선이 얼마나 잘 설명해 주는가를 상대적으로 나타내는 결정계수(coefficient of determination; R2)를 산출한 결과 R2=74.4%으로 나타났다.Table 17 presents ANOVA using four units of glucose, peptone, MgSO4, and KCl encoded units for selenium content in dry cell mass. In variance analysis of selenium content in dry cells, the square root was significant (P <0.05). Lack of suitability was found to be 0.591. As a result of calculating the coefficient of determination (R2), which shows how well the sample regression line explains the variation of the selenium content observation points in the dry cell, R2 = 74.4%.
표 17은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 세포 셀레늄에 대한 코드값을 가지는 이차 모델에 대한 Analysis of variance (ANOVA) 분석을 나타낸 표이다.Table 17 shows the Analysis of variance (ANOVA) analysis for a secondary model with code values for the cell selenium of
건조균체량내 selenium 함량을 종속변수 Y로 설정하여 코드화된 단위를 사용해 분석을 수행하여 건조균체량내 selenium 함량에 대해 추정된 회귀 계수를 이용하여 model식을 얻었다(도 39). 그리고 설정된 모델을 이용하여 관측된 실험치와 모델을 통하여 얻어진 예측치를 비교한 결과 우수한 직선성을 나타내었다(도 40).
The selenium content in the dry cell weight was set to the dependent variable Y and analyzed using a coded unit to obtain a model equation using the regression coefficient estimated for the selenium content in the dry cell weight (FIG. 39). And compared with the experimental values observed using the set model and the prediction obtained through the model showed excellent linearity (Fig. 40).
일련의 실험을 통하여 얻어진 반응표면모델에 각 성분들의 코드화되지 않은 농도 수치를 대입하여 건조균체량내 selenium 함량에 미치는 배지성분들의 효과를 3차원 그래프를 이용하여 분석하였다. 분석시 고려되지 않는 나머지 배지 성분들을 중앙점으로 고정하여 수행하였다. 건조균체량내 selenium 함량에 있어 얻어진 model 식(도 39)에 대한 반응표면분석법을 수행하여 Figure 3-18과 같은 결과를 얻었다. MgSO4와 KCl의 농도를 중앙값으로 고정하고, glucose와 Peptone을 농도별로 분석한 결과 각각 21 g/L와 14.2 g/L부근에서 건조균체량내 selenium 함량이 14.2 mg/g로 가장 높은 반응값을 나타내었고 각각의 농도가 높거나 낮아질수록 반응값이 낮아지는 경향을 보였다. Peptone과 KCl을 중앙값으로 고정했을 경우에는 glucose와 MgSO4의 농도가 각각 19.0 g/L와 0.6 g/L 부근에서 반응값이 14.2 mg/g으로 가장 높게 나타났으며, peptone과 MgSO4를 고정했을 때 glucose 18.0 g/L와 KCl 0.5 g/L 부근에서 14.2 mg/g으로 가장높은 반응값을 보였다. Glucose와 KCl을 고정하였을 경우 peptone과 MgSO4의 농도 7 g/L와 0.5 g/L 부근에서 반응값이 14.7 mg/g으로 가장 높았으며, Glucose와 MgSO4을 고정하였을 경우 peptone과 KCl의 농도 7 g/L와 0.5 g/L 부근에서 반응값이 14.7 mg/g으로 가장 높았다. Glucose와 peptone의 농도를 고정하고, MgSO4와 KCl농도를 각각 0.6 g/L와 0.4 g/L로 하였을 경우 반응값이 14.8 mg/g로 가장 높은 반응값을 보였다. 따라서 glucoe와 peptone의 적정농도에서 건조균체내 selenium의 함량이 높아짐을 알 수 있으며 미네랄의 적정농도의 첨가는 반응값을 더 높일 수 있을 것이라 사료된다.
The effects of media components on the selenium content in dry cell mass were analyzed by using 3D graphs by substituting the uncoded concentration values of each component into the reaction surface model obtained through a series of experiments. Remaining media components that were not considered in the analysis were performed by fixing to a center point. Response surface analysis was performed on the model equation (Fig. 39) obtained for the selenium content in the dry cell weight to obtain the results as shown in Figure 3-18. The median concentrations of MgSO4 and KCl were fixed, and glucose and Peptone were analyzed by concentration. The selenium content in dry cell mass was 14.2 mg / g at 21 g / L and 14.2 g / L, respectively. The higher or lower each concentration, the lower the reaction value. In the case of fixation of Peptone and KCl at the median value, glucose and MgSO4 concentrations were highest at 19.0 g / L and 0.6 g / L, respectively, and the reaction value was 14.2 mg / g. The highest response was 14.2 mg / g near 18.0 g / L and 0.5 g / L KCl. When glucose and KCl were fixed, the highest reaction value was 14.7 mg / g at the concentrations of 7 g / L and 0.5 g / L of peptone and MgSO4. The highest value was 14.7 mg / g at L and around 0.5 g / L. When the concentrations of glucose and peptone were fixed and the concentrations of MgSO4 and KCl were 0.6 g / L and 0.4 g / L, respectively, the response was the highest as 14.8 mg / g. Therefore, it can be seen that the content of selenium in the dry cells increases at the proper concentration of glucoe and peptone, and the addition of the optimal concentration of minerals can increase the reaction value.
표 18은 총 selenium 생산에 대한 4개의 변수 glucose, peptone, MgSO4, KCl의 코드화된 단위를 사용하여 분산분석표(ANOVA)를 제시하였다. 총 selenium 생산성에 대해서는 2차 다항식 모델은 매우 유의하였으며 (P<0.001), 선형항(linear term)과 제곱근(quadratic term) 모두에서 유의하게 나타났으며(P<0.001). 적합성 결여는 0.150으로 나타났다. 총 selenium 생산량에 대한 관측점들의 변동을 표본회귀선이 얼마나 잘 설명해 주는가를 상대적으로 나타내는 결정계수(coefficient of determination; R2)를 산출한 결과 R2=93.9%으로 반응모델에 높은 설명력을 제시하였다.Table 18 presents the analysis of variance (ANOVA) using four units of glucose, peptone,
표 18은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 전체 셀레늄 생성에 대한 코드값을 가지는 이차 모델에 대한 Analysis of variance (ANOVA) 분석을 나타낸 표이다.
Table 18 shows Analysis of variance (ANOVA) analysis for a secondary model with code values for total selenium production of
selenium 생산을 종속변수 Y로 설정하여 코드화된 단위를 사용해 분석을 수행하여 총 selenium 생산에 대해 추정된 회귀 계수를 이용하여 model식을 얻었다(도 42). 그리고 설정된 모델을 이용하여 관측된 실험치와 모델을 통하여 얻어진 예측치를 비교한 결과 우수한 직선성을 나타내었다(도 43).
The selenium production was set as the dependent variable Y and the analysis was performed using the coded unit to obtain a model equation using the regression coefficient estimated for the total selenium production (FIG. 42). And compared with the experimental values observed using the set model and the prediction value obtained through the model showed excellent linearity (Fig. 43).
일련의 실험을 통하여 얻어진 반응표면모델에 각 성분들의 코드화되지 않은 농도수치를 대입하여 총 selenium 생산에 미치는 배지성분들의 효과를 3차원 그래프를 이용하여 분석하였다. 분석시 고려되지 않는 나머지 배지성분들을 중앙점으로 고정하여 수행하였다. 총 selenium 생산량에 있어 얻어진 model 식(도 42)에 대한 반응표면분석법을 수행한 결과를 도 44에 나타내었다. MgSO4와 KCl의 농도를 중앙값으로 고정하고, glucose와 peptone을 농도별로 분석한 결과 각각 30 g/L와 12 g/L부근에서 건조균체량내 selenium함량이 31 mg/L로 가장 높은 반응값을 나타내었고, Peptone과 KCl을 중앙값으로 고정했을 경우에는 glucose와 MgSO4의 농도가 각각 20.0 g/L와 0.6 g/L 부근에서 반응값이 28 mg/L으로 가장 높게 나타났으며, peptone과 MgSO4를 고정했을 때 glucose 23.0 g/L와 KCl 0.6 g/L 부근에서 29 mg/L으로 가장높은 반응값을 보였다. Glucose와 KCl을 고정하였을 경우 peptone과 MgSO4의 농도 10 g/L와 0.5 g/L에서 반응값이 29.07 mg/L으로 가장 높았으며, glucose와 MgSO4을 고정하였을 경우 peptone과 KCl의 농도 10 g/L와 0.6 g/L 부근에서 반응값이 30.0 mg/L으로 가장 높았다. 또한 glucose와 peptone을 중앙값으로 고정했을 경우 MgSO4와 KCl농도를 각각 0.55 g/L와 0.6 g/L의 부근에서 반응값이 14.8 mg/g로 가장 높은 반응값을 보였다.
The effects of media components on the total selenium production were analyzed using 3D graphs by substituting the uncoded concentration values of each component into the response surface model obtained through a series of experiments. Remaining media components that were not considered in the analysis were performed by fixing to a center point. 44 shows the results of the reaction surface analysis on the model equation (Fig. 42) obtained for the total selenium production. The median concentrations of MgSO4 and KCl were fixed, and glucose and peptone concentrations were analyzed by concentrations. The selenium content in dry cell mass was 31 mg / L at 30 g / L and 12 g / L, respectively. In the case of fixation of Peptone and KCl at the median value, the concentrations of glucose and MgSO4 were highest at 28 mg / L at 20.0 g / L and 0.6 g / L, respectively. The highest response was 29 mg / L near glucose 23.0 g / L and 0.6 g / L KCl. When glucose and KCl were fixed, the highest reaction value was 29.07 mg / L at 10 g / L and 0.5 g / L of peptone and MgSO4, and 10 g / L of peptone and KCl when glucose and MgSO4 were fixed. The highest value was 30.0 mg / L at and around 0.6 g / L. In addition, when glucose and peptone were fixed to the median value, MgSO4 and KCl concentrations were the highest at 14.8 mg / g at 0.55 g / L and 0.6 g / L, respectively.
최적 조건의 계산Calculation of optimal conditions
최대 건조균체량을 위한 최적화 결론은 표 19, 및 도 45와 같으며, 최적 배지 조건으로는 glucoe, peptone, MgSO4 및 KCl농도를 각각 30, 12, 0.5, 0.1 g/L로 하였을 때 기대 반응값으로 2.7496 g/L이 예상되며 만족치는 0.96967으로 매우 높게 나타났다(표 19 및 도 45). Optimal conclusions for the maximum dry cell mass are shown in Table 19 and FIG. 45. 2.7496 g / L was expected and the satisfaction was very high at 0.96967 (Table 19 and FIG. 45).
건조균체량내 selenium 함량은에 있어 최적 배지 조건 glucoe, peptone, MgSO4와 KCl농도를 각각 11.75, 5.30, 1.00 및 0.10 g/L로 하였을 때 기대치는 15.62 mg/L로 만족치는 0.82850으로 나타났다(표 20 및 도 46).The selenium content in the dry cell weight was 15.62 mg / L and 0.82850 when the optimum medium conditions glucoe, peptone, MgSO4 and KCl concentrations were 11.75, 5.30, 1.00 and 0.10 g / L, respectively (Table 20 and 46).
총 selenium 생산량은 최적배지 조건으로 glucoe, peptone, MgSO4와 KCl농도를 각각 27.73, 11.40, 0.30 및 0.80 g/L로 하였을 때 반응기대치는 31.57이며 만족치 1.00으로 매우 높았다(표 21 및 도 47).The total selenium production was 27.73, 11.40, 0.30, and 0.80 g / L, respectively, with the glucoe, peptone, MgSO4 and KCl concentrations as optimum medium conditions.
표 19는 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 최대 건조 세포 수율에 대한 최적 배지 조성 및 모델로부터 예측값을 나타낸 표이다.
Table 19 is a table showing the optimal media composition and model for the maximum dry cell yield of
표 20은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 최대 셀레늄 농도에 대한 최적 배지 조성 및 모델로부터 예측값을 나타낸 표이다.Table 20 is a table showing the optimal medium composition and the prediction from the model for the maximum selenium concentration of the
표 21은 125ppm 셀레늄을 포함하는 실험 배지에서 배양된 돌연변이 S. cerevisiae 6M의 최대 전체 셀레늄 생산에 대한 최적 배지 조성 및 모델로부터 예측값을 나타낸 표이다.Table 21 shows mutant S. cerevisiae cultured in experimental medium containing 125 ppm selenium. Table shows the optimal media composition and predictions from the model for the maximum total selenium production of 6M.
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