KR20000011556A - Novel microorganisms and method for producing xylitol or D-xylulose - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 신규 미생물 및 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물을 사용하여 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 방법에 관한 것이다. D-크실룰로즈는 크실리톨 생산용 물질로서 유용하며, 크실리톨은 식품 산업 등의 분야에서 감미제로서 유용하다.The present invention utilizes novel microorganisms having the ability to produce xylitol or D-xylulose and microorganisms having the ability to produce xylitol or D-xylose using xylitol or D-xylose. It is about how to produce. D-xylulose is useful as a material for xylitol production, and xylitol is useful as a sweetening agent in fields such as the food industry.
천연적으로 존재하는 당 알콜인 크실리톨의 요구는 앞으로도 증가할 것으로 예상된다. 크실리톨은 칼로리가 낮고 슈크로즈와 비교하여 비교할만한 감미를 나타내므로 촉망되는 저-칼로리 감미제이다. 또한, 이의 항 우식증 특성으로 인하여, 이는 우식증 방지용 감미제로서 이용된다. 또한, 크실리톨은 글루코즈 농도를 상승시키지 않기 때문에, 당뇨병 치료시 유액 치료요법에 이용된다. 이러한 이유로 인하여, 크실리톨의 요구는 앞으로도 증가할 것으로 예견된다.The demand for xylitol, a naturally occurring sugar alcohol, is expected to increase in the future. Xylitol is a promising low-calorie sweetener because it is low in calories and displays a comparable sweetness compared to sucrose. In addition, due to its anti-caries properties, it is used as a sweetener for preventing caries. In addition, xylitol does not elevate glucose concentration, and thus is used for latex therapy in the treatment of diabetes. For this reason, the demand for xylitol is expected to increase in the future.
현재 크실리톨의 산업적 생산은 주로 미국 특허 제4,008,285호에 기술된 바와 같이 D-크실로즈의 수소화에 있다. 조 물질로서 사용된 D-크실로즈는 나무, 짚, 옥수수속, 귀리 껍질 및 기타 크실란이 풍부한 물질과 같은 식물 물질을 가수분해시켜 수득한다.The current industrial production of xylitol is primarily in the hydrogenation of D-xylose as described in US Pat. No. 4,008,285. D-xylose, used as crude, is obtained by hydrolyzing plant material such as wood, straw, corn cobs, oat husks and other xylan-rich substances.
그러나, 식물 물질의 가수분해에 의해 생산된 D-크실로즈는 오히려 비싸고 고 생산 비용이 소요된다는 단점이 있다. 예를 들어, 식물 물질의 가수분해 처리의 낮은 수율은 생산된 D-크실리톨의 낮은 순도를 초래한다. 따라서, 가수분해 및 염료에 사용된 산은 가수분해 처리 후 이온 교환 처리에 의해 제거되어야만 하며, 수득되는 D-크실로즈는 또한 결정화하여 다른 반셀룰로즈성 사카라이드를 제거하여야 한다. 식품에 적합한 D-크실로즈를 수득하기 위해서는, 추가의 정제가 요구된다. 이러한 이온 교환 처리 및 결정화 처리는 생산 비용의 증가를 초래한다.However, D-xylose produced by hydrolysis of plant material has the disadvantage that it is rather expensive and high production cost. For example, low yields of hydrolysis treatment of plant materials result in low purity of the produced D-xylitol. Therefore, the acid used in the hydrolysis and dye must be removed by the ion exchange treatment after the hydrolysis treatment, and the D-xylose obtained must also be crystallized to remove other semicellulosic saccharides. In order to obtain D-xylose suitable for food, further purification is required. These ion exchange treatments and crystallization treatments lead to an increase in production costs.
따라서, 크실리톨을 생산하기 위한 몇가지 방법이 개발되었으며, 이는 용이하게 입수가능한 조 물질을 이용하여 전혀 낭비하지 않는 것이다. 예를 들어, 출발 물질로서 다른 펜티톨을 이용하여 크실리톨을 생산하는 방법이 개발되었다. 이러한 용이하게 이용가능한 펜티톨중 하나는 D-아라비톨이며, D-아라비톨은 효모를 사용함에 의해 생산될 수 있다(참조: Can J. Microbiol., 31, 1985, 467-471; J. Gen. Microbiol., 139, 1993, 1047-54). 조 물질로서 D-아라비톨을 이용함에 의한 크실리톨의 생산 방법으로써, 문헌(참조: Applied Microbiology., 18, 1969, 1031-1035)에 보고된 방법을 언급할 수 있는데, 이 방법은 데바리오마이세스 한세니(Debaryomyces hansenii) ATCC20121을 사용한 발효에 의해 글루코즈로 부터 D-아라비톨을 생산한 후 D-아라비톨을 아세토박터 수복시단세(Acetobacter suboxydance)를 사용하여 D-크실룰로즈로 전환시키고, 칸디다 구일리에르몬디 변종(Candida guilliermondii var. soya)의 작용에 의해 D-크실룰로즈를 크실리톨로 전환시킴을 포함한다.Thus, several methods have been developed for producing xylitol, which are not wasted at all using readily available crude materials. For example, a method of producing xylitol using another pentitol as starting material has been developed. One such readily available pentitol is D-arabitol, which can be produced by using yeast (Can J. Microbiol., 31, 1985, 467-471; J. Gen Microbiol., 139, 1993, 1047-54). As a method for producing xylitol by using D-arabitol as a crude substance, a method reported in Applied Microbiology., 18, 1969, 1031-1035 can be mentioned, which method is called debariomy After producing D-arabitol from glucose by fermentation with Debaryomyces hansenii ATCC20121, D-arabitol is converted to D-xylulose using Acetobacter suboxydance, Converting D-xylulose to xylitol by the action of the Candida guilliermondii var. Soya.
EP 제403 392A호 및 EP 제421 882A호는 삼투압 내성 효모(osmosis-resistant yeast)를 사용한 발효에 의해 D-아라비톨을 생산한 후, D-아라비톨을 아세토박터(Acetobacter) 속, 글루코노박터(Gluconobacter) 속 또는 크렙시엘라(Klebsiella) 속에 속하는 세균을 사용하여 D-아라비톨을 D-크실룰로즈로 전환시키며, D-크실룰로즈로 부터 글루코즈(크실로즈) 이소머라제의 작용에 의해 크실로즈 및 D-크실룰로즈의 혼합물을 형성시키고, 수득된 크실로즈 및 D-크실룰로즈의 혼합물을 수소화에 의해 크실리톨로 전환시킴을 포함하는 방법을 기술하고 있다. 또한 크실로즈 및 D-크실룰로즈의 혼합물중에 크실로즈를 예비 농축시키고 크실로즈를 가수분해에 의해 크실리톨로 전환시킴을 포함하는 크실리톨의 생산을 기술하고 있다.EP 403 392A and EP 421 882A produce D-arabitol by fermentation with osmosis-resistant yeast and then convert D-arabitol into the genus Acetobacter, Glucobacter. Bacteria belonging to the genus Gluconobacter or Klebsiella are used to convert D-arabitol to D-xylulose and by the action of glucose (xylose) isomerase from D-xylulose. A method comprising forming a mixture of xylose and D-xylulose and converting the obtained mixture of xylose and D-xylose to xylitol by hydrogenation is described. It also describes the production of xylitol, which comprises preconcentrating xylose and converting xylose to xylitol by hydrolysis in a mixture of xylose and D-xylulose.
그러나, 상기 언급한 크실리톨의 생산 방법은 출발 물질로서 발효에 의해 생산된 D-아라비톨을 이용하며 이를 다수 방법 단계에 의해 전환시킨다. 따라서, 이 방법들은 복잡하고 추출을 기본으로 하는 방법과 비교하여 공정의 경제성 측면에서 만족스럽지 않다.However, the above-mentioned production method of xylitol uses D-arabitol produced by fermentation as starting material, which is converted by a number of method steps. Therefore, these methods are complex and unsatisfactory in terms of process economy compared to extraction-based methods.
따라서, 다른 사카라이드 및 당 알콜의 생산에 사용된 것으로써 글루코즈로 부터 출발하여 발효에 의해 단일 단계를 통해 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물이 요구되고 있다. 그러나, 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 이러한 세균은 아직까지 보고되어 있지 않다.Therefore, there is a need for microorganisms having the ability to produce xylitol or D-xylose from single glucose by fermentation starting from glucose as used for the production of other saccharides and sugar alcohols. However, such bacteria with the ability to produce xylitol or D-xylulose have not been reported yet.
한편, 크실리톨 발효 세균의 품종개량은 유전자 증폭 기술을 사용함에 의해 시도되어 왔다. 국제 공보 제WO94/10325호는 크렙시엘라 속에 속하는 세균으로 부터 기원한 아라비톨 데하이드로게나제 유전자 및 피키아(Pichia) 속에 속하는 세균으로 부터 기원한 크실리톨 데하이드로게나제 유전자를 아라비톨 발효 미생물[칸디다 속, 토룰롭시스(Torulopsis) 속 또는 자이고사카로마이세스(Zygosaccharomyces) 속에 속하는 효모]에 도입시킴으로써 수득한 재조합 미생물을 사용한 발효에 의해 글루코즈로 부터 크실리톨을 생산함을 기술하고 있다. 그러나, 글루코즈 400g/L로 부터 크실리톨 15g/L을 생산하는 것이 상기 재조합 미생물에 대해 보고되어 있다고 해도, 실제로 유용한 축적 수준에 이르지 못한다. 더우기, 상술한 재조합 미생물은 상이한 종으로 부터 기원한 유전자를 사용하여 도입되므로 이의 안정성에 대한 정보는 충분한 것으로 고려되지 않을 수 있다.On the other hand, breeding of xylitol fermented bacteria has been attempted by using gene amplification techniques. International Publication No. WO94 / 10325 aravitol ferments arabitol dehydrogenase gene originating from bacteria belonging to the genus Krebsela and xylitol dehydrogenase gene originating from bacteria belonging to the genus Pichia. It describes the production of xylitol from glucose by fermentation using recombinant microorganisms obtained by introduction into microorganisms (Yeast belonging to the genus Candida, Torulopsis or Zygosaccharomyces). . However, production of 15 g / L xylitol from 400 g / L glucose, although reported for the recombinant microorganism, does not actually reach useful levels of accumulation. Moreover, since the recombinant microorganisms described above are introduced using genes originating from different species, information on their stability may not be considered sufficient.
본 발명은 당해 분야의 상술한 측면에서 달성되었으며, 본 발명의 목적은 발효에 의해 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물 및 이러한 미생물을 이용하여 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.The present invention has been accomplished in the aforementioned aspect of the art, and an object of the present invention is to provide a microorganism having the ability to produce xylitol or D-xylose from glucose by fermentation and xylitol or It is to provide a method for producing D-xylulose.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명자들은 발효에 의해 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물을 조사하였다. 효모와 같은 미생물의 발효에 의한 당 알콜의 직접적인 생산에 대하여, 상술한 아리비톨 발효외에 자이고사카로마이세스 악시디파시엔스(Zygosaccharomyces acidifaciens)를 사용함에 의한 글리세롤의 생산[참조: Arch. Biochem., 7, 257-271 (1945)], 계도코스포로노이데스(Trychosporonoides) 속에 속하는 효모를 사용함에 의한 에리계도톨의 생산[Trychosporonoides sp., 참조: Biotechnology Letters, 15, 240-246 (1964)] 등이 보고되어 있다. 당 알콜 생산 능력을 지닌 이들 효모 모두는 호삼투압성, 즉 삼투압이 높은 배양 배지내에서 양호하게 성장하는 능력을 나타낸다. 따라서, 크실리톨 생산 능력을 지닌 미생물이 호삼투압성 효모중에서 발견되지 않았다 할지라도, 본 발명자들은 크실리톨 생산 능력을 지닌 신규 미생물이 호삼투압성 미생물중에 존재할 수 있을 것으로 고려하여 호삼투압성 미생물을 집중적으로 스크리닝하였다. 그 결과, 본 발명자들은 호삼투압성 미생물중에서 글루코즈로 부터 크실리톨 및 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물을 발견하였다. 이들 미생물들은 16S rRNA 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 기준으로 하여 계통학적으로 후대라는 측면에서 신규 세균인 것으로 평가되었다. 본 발명은 이러한 발견을 기본으로 달성되었다.In order to achieve the above object, the present inventors investigated microorganisms having the ability to produce xylitol or D-xylose from glucose by fermentation. For direct production of sugar alcohols by fermentation of microorganisms such as yeast, the production of glycerol by using Zygosaccharomyces acidifaciens in addition to the above-mentioned aviitol fermentation is described in Arch. Biochem., 7, 257-271 (1945)], Production of erythrodotol by using yeast belonging to the genus Trychosporonoides [Trychosporonoides sp., See Biotechnology Letters, 15, 240-246 (1964) ] Is reported. All of these yeasts with sugar alcohol production ability exhibit good osmotic pressure, ie, the ability to grow well in culture media with high osmotic pressure. Thus, although microorganisms with xylitol production capacity have not been found in the osmotic yeast, the inventors have considered that new microorganisms with xylitol production capacity may be present in the osmotic microbes. Was screened intensively. As a result, the inventors have discovered microorganisms having the ability to produce xylitol and D-xylulose from glucose among the osmotic microorganisms. These microorganisms were evaluated to be novel bacteria in terms of phylogeny, based on the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene. The present invention has been accomplished based on this finding.
따라서, 본 발명은Therefore, the present invention
서열 1의 뉴클레오타이드 서열 또는 16S rRNA 서열을 기본으로 하여 분자 계통학 측면에서 서열 1의 뉴클레오타이드 서열과 상동인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA를 갖고 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌, 아세토박테라세아(Acetobacteracea) 과에 속하는 미생물, 및A 16S rRNA comprising a nucleotide sequence homologous to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 in terms of molecular systematics based on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the 16S rRNA sequence to produce xylitol or D-xylose from glucose Capable microorganisms belonging to the Actetobacteracea family, and
서열 2의 뉴클레오타이드 서열 또는 16S rRNA 서열을 기준으로 분자 계통학적 측면에서 뉴클레오타이드 서열과 상동인 서열 2의 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA 유전자를 갖고 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물을 제공한다.Producing a xylitol or D-xylulose from glucose with a 16S rRNA gene comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 homologous to the nucleotide sequence in molecular phylogeny on the basis of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or the 16S rRNA sequence Provide microorganisms with the capacity.
상술한 미생물의 예는 예를 들면, 아사이아(Asaia) 속 또는 주카리박터(Zucharibacter) 속에 속하는 미생물, 더욱 특히는 아사이아 에탄올리파시엔스(Asaia ethanolifaciens) 또는 주카리박터 플로리콜라(Zucharibacter floricola)의 균주를 포함한다. 아사이아 에탄올리파시엔스는 본 발명자들에 의해 앞서 지명된 신규 종(sp. nov.)이다. 주카리박터 속 및 주카리박터 플로리콜라는 각각 본 발명자들에 의해 앞서 지명된 신규 속(gen. nov.) 및 신규 종이다.Examples of the above-mentioned microorganisms include, for example, microorganisms belonging to the genus Asia or Zucharibacter, more particularly Asia ethanolifaciens or Zucharibacter floricola. Includes strains. Asia ethanollipciens is a novel species (sp.nov.) Previously named by the inventors. Zucarybacter genus and Zucarybacter floricola, respectively, are genus (nov.) And novel species previously named by the inventors.
상술한 미생물의 특정 예는 예를 들면, 균주 P528(FERM BP-6751), 균주 S877(FERM BP-6752), 균주 S1009(FERM BP-6753), 균주 S1019(FERM BP-6754) 및 균주 S1023(FERM BP-6755)를 포함한다.Specific examples of the above-mentioned microorganisms include, for example, strain P528 (FERM BP-6751), strain S877 (FERM BP-6752), strain S1009 (FERM BP-6753), strain S1019 (FERM BP-6754) and strain S1023 ( FERM BP-6755).
균주 P528의 16S rRNA 유전자는 서열 1의 뉴클레오타이드 서열을 포함하며, 균주 S877의 16S rRNA 유전자는 서열 2의 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 균주 S1009, S1019 및 S1023의 16S rRNA 유전자의 부분 서열은 각각 서열 3 내지 서열 5의 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 이들 뉴클레오타이드 서열은 16S rRNA의 뉴클레오타이드 서열을 기본으로 하는 분자 계통학 측면에서 서열 2의 뉴클레오타이드 서열과 상동이다.The 16S rRNA gene of strain P528 comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and the 16S rRNA gene of strain S877 comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. The partial sequence of the 16S rRNA gene of strains S1009, S1019 and S1023 comprises the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 to SEQ ID NO: 5, respectively. These nucleotide sequences are homologous to the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 in terms of molecular systematics based on the nucleotide sequence of the 16S rRNA.
본 발명은 또한 배지내에 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 축적시키기에 적합한 배지내에서 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물을 배양하는 단계 및 배지로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 수집하는 단계를 포함하는 크실리톨 또는 D-크실룰로즈의 생산 방법을 제공한다.The invention also provides for culturing a microorganism having the ability to produce xylitol or D-xylose from glucose in a medium suitable for accumulating xylitol or D-xylose in the medium and from the medium. Provided is a method for producing xylitol or D-xylose, comprising collecting xylitol or D-xylulose.
상기 방법에 사용된 미생물의 예는 예를 들면, 서열 1의 뉴클레오타이드 서열 또는 16S rRNA 유전자 서열을 기본으로 하여 분자 계통학적 측면에서 뉴클레오타이드 서열과 상동인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA 유전자를 갖고 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌, 아세토박테라세아 속에 속하는 미생물, 및 서열 2의 뉴클레오타이드 서열 또는 16S rRNA 유전자 서열을 기본으로 하여 분자 계통학적 측면에서 뉴클레오타이드 서열과 상동인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA 유전자를 갖고 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 아세토박테라세아 속에 속하는 미생물을 포함한다.Examples of microorganisms used in the method are, for example, from 16 glucose having a 16S rRNA gene comprising a nucleotide sequence homologous to a nucleotide sequence in molecular systematics based on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the 16S rRNA gene sequence. Microorganisms belonging to the genus Acetobacteraceae, having the ability to produce xylitol or D-xylulose, and nucleotides homologous to the nucleotide sequence in molecular phylogenetics on the basis of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or the 16S rRNA gene sequence Microorganisms belonging to the genus Acetobacteraceae that have the 16S rRNA gene comprising the sequence and have the ability to produce xylitol or D-xylose from glucose.
상술한 미생물의 특정 예는 예를 들면, 아사이아 속 또는 주카리박터 속에 속하는 미생물, 더욱 특히 아사이아 에탄올리파시엔스 또는 주카리박터 플로리콜라 균주를 포함한다. 상술한 미생물의 특정 예는 예를 들면, 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023을 포함한다.Specific examples of the above-mentioned microorganisms include, for example, microorganisms belonging to the genus Asia or Zucarybacterus, more particularly asia ethanollipassien or Zucarybacter floricola strain. Specific examples of the aforementioned microorganisms include, for example, strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023.
본 발명은 또한 배지내에 에탄올을 축적시키기에 적합한 배지내에서 미생물 균주 P528(FERM BP-6751)을 배양하는 단계 및 배지로 부터 에탄올을 수집하는 단계를 포함하는, 에탄올의 생산 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of producing ethanol, comprising culturing microbial strain P528 (FERM BP-6751) in a medium suitable for accumulating ethanol in the medium and collecting ethanol from the medium.
본 발명에 따라서, 크실리톨 또는 D-크실룰로즈는 글루코즈와 같은 저렴한 물질로 부터 효율적으로 생산될 수 있다.According to the present invention, xylitol or D-xylose can be produced efficiently from inexpensive materials such as glucose.
또한, 에탄올은 균주 P528을 사용함에 의해 생산될 수 있다.Ethanol can also be produced by using strain P528.
도 1은 본 발명의 미생물의 분자 계통발생학적 계도(molecular phylogenetic tree) 및 16S rRNA의 뉴클레오타이드 서열을 기본으로 하는 유사 세균을 도시한 것이다.1 depicts similar bacteria based on the molecular phylogenetic tree of the microorganisms of the present invention and the nucleotide sequence of 16S rRNA.
도 2는 크실리톨 생산 미생물의 16S rRNA의 부분 서열의 정렬을 도시한 것으로써, 서열 1과 서열 2의 1번 내지 691번 뉴클레오타이드 서열과 서열 3 내지 서열 5의 뉴클레오타이드 서열을 비교한 것이다. 점(·)은 일반적인 뉴클레오타이드를 나타낸다.Figure 2 shows the alignment of the partial sequence of the 16S rRNA of the xylitol producing microorganism, and compares the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 to 691 nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2 and SEQ ID NO: 3 to 5. The dot (·) represents a general nucleotide.
도 3은 도 2의 계속이다.3 is a continuation of FIG. 2.
도 4는 본 발명의 미생물의 성장에 있어 NaCl 첨가의 영향을 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing the effect of NaCl addition on the growth of microorganisms of the present invention.
도 5는 균주 P528 및 S877을 에탄올을 가한 배지내에서 배양하는 경우 아세트산의 생산을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the production of acetic acid when strains P528 and S877 are cultured in ethanol-added medium.
도 6은 균주 P528 및 S877을 에탄올을 가한 배지내에서 배양하는 경우 에탄올의 소모 또는 생산을 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the consumption or production of ethanol when strains P528 and S877 are cultured in ethanol-added medium.
도 7은 균주 P528에 의한 에탄올 생산을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing ethanol production by strain P528.
본 발명을 이제 이후에 상세히 설명할 것이다.The invention will now be described in detail later.
〈1〉 본 발명의 미생물<1> microorganism of the present invention
본 발명자들은 이후 언급한 실시예에서 기술한 바와 같이 호삼투압성 미생물을 집중적으로 스크리닝한 결과 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 신규 미생물을 발견하였다. 이들 미생물은 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023으로 지명되었다.The inventors have discovered novel microorganisms with the ability to produce xylitol or D-xylulose from glucose as a result of intensive screening of the osmotic microorganisms as described in the examples mentioned later. These microorganisms were named strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023.
상기 균주들의 미생물학적 특성은 하기 언급될 것이다.The microbiological properties of these strains will be mentioned below.
[1] 형태학적 및 배양 특성[1] morphological and cultural properties
상술한 균주를 11% (w/v)의 D-글루코즈가 보충된 YM 배지(1% 글루코즈, 0.5% 펩톤, 0.3% 효모 추출물, 0.3% 맥아 추출물, pH 6.0)내에서 30℃로 3일 동안 배양한 후 현미경으로 관측한다. 이 결과를 표 1에 나타낸다.The above-mentioned strains were kept at 30 ° C. for 3 days in YM medium (1% glucose, 0.5% peptone, 0.3% yeast extract, 0.3% malt extract, pH 6.0) supplemented with 11% (w / v) D-glucose. After incubation, observe with a microscope. The results are shown in Table 1.
[2] 배양 특성[2] culture characteristics
(1) 아가 플레이트 배양(1) agar plate culture
균주를 11%(w/v)의 D-글루코즈가 보충된 YM 배양 플레이트상에서 30℃로 3일 동안 배양하고 관측한 특성을 표 2에 나타낸다.The strains were incubated at 30 ° C. for 3 days on YM culture plates supplemented with 11% (w / v) D-glucose and the properties observed are shown in Table 2.
(2) 브로쓰 배양(2) broth culture
균주를 11% (w/v) D-글루코즈가 보충된 YM 배양 브로쓰에서 30℃로 3일 동안 배양하고 관측된 특성을 표 3에 나타낸다.The strains were incubated at 30 ° C. for 3 days in YM culture broth supplemented with 11% (w / v) D-glucose and the properties observed are shown in Table 3.
[3] 물리학적 특성[3] physical properties
(1) 각종 물리학적 특성에 대한 시험 결과를 표 4에 나타낸다.(1) Table 4 shows the test results for the various physical properties.
(2) 최적 성장 조건(2) optimum growth conditions
균주를 11% (w/v) D-글루코즈가 보충된 YM 배지로 배양하는 경우 최적 성장 온도 및 최적 pH를 표 5에 나타낸다.The optimal growth temperature and optimal pH are shown in Table 5 when the strain is incubated in YM medium supplemented with 11% (w / v) D-glucose.
(3) 성장 조건(3) growth conditions
균주를 11%(w/v) D-글루코즈가 보충된 YM 배지로 배양하는 경우 성장이 허용되는 조건을 표 6에 나타낸다.Table 6 shows the conditions under which growth is allowed when the strain is incubated in YM medium supplemented with 11% (w / v) D-glucose.
(4) 균주를 슈크로즈가 보충된 YM 배지로 배양하는 경우 최적 슈크로즈 농도를 표 7에 나타낸다.(4) The optimum sucrose concentration is shown in Table 7 when the strain is cultured in YM medium supplemented with sucrose.
(5) 균주를 20%(w/v) D-글루코즈, 0.1% 우레아 및 0.5% 효모 추출물을 함유하는 배지내에서 30℃로 5일 동안 배양한다. 배양 후 배지내에서 검출되는 사카라이드를 표 8에 나타낸다.(5) Strains are incubated for 5 days at 30 ° C. in a medium containing 20% (w / v) D-glucose, 0.1% urea and 0.5% yeast extract. The saccharides detected in the medium after incubation are shown in Table 8.
상술한 균주중에서, 4개의 균주 S877, S1009, S1019 및 S1023은 절대적인 호삼투압성을 나타내는데, 즉 이들은 고 농도의 사카라이드가 가해진 배지내에서만 성장할 수 있다.Of the aforementioned strains, the four strains S877, S1009, S1019 and S1023 show absolute osmotic pressure, ie they can only grow in medium with high concentrations of saccharides.
상기 5개 미생물 균주의 주요 특성은 글루코즈로부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력에 있다. 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 어떠한 미생물도 지금까지 전혀 보고되어 있지 않았으므로, 상기 언급한 바와 같은 미생물 특성을 지닌 균주는 신규 미생물로 결정되었다.The main characteristic of these five microbial strains is their ability to produce xylitol or D-xylose from glucose. Since no microorganisms producing xylitol or D-xylose from glucose have been reported at all so far, strains with microbial properties as mentioned above have been determined to be novel microorganisms.
[4] 분자 계통학적 분석[4] molecular systematic analysis
균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023의 계통학적 위치를 측정하기 위하여, 이들 균주의 16S rRNA 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 측정하고 가장 가까운 미생물의 16S rRNA 유전자의 뉴클레오타이드 서열과 함께 이들 뉴클레오타이드 서열을 사용하여 분자 계통발생학적 계도를 작성한다(참조: 도 1). 그 결과, 균주 P528이 아세토박테라세아 과에 속하고 아세토박터 속에 속하는 신규 종 또는 아세토박터 속과 유사한 신규 속일 가능성이 제시되었다. 한편, 균주 S877은 아세토박테라세아 과에 속하며 아세토박터 속 또는 글루코노박터 속과 유사한 신규 속에 속하는 미생물일 가능성이 제시되었다. 3개의 균주 S1009, S1019 및 S1023은 균주 S877과 동일한 종인 것으로 고려된다.To determine the phylogenetic positions of strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023, the nucleotide sequences of the 16S rRNA genes of these strains were measured and the molecules using these nucleotide sequences together with the nucleotide sequences of the 16S rRNA genes of the closest microorganism A phylogenetic tree is prepared (see FIG. 1). As a result, it was suggested that strain P528 could be a new species belonging to the genus Acetobacteraceae and a novel genus similar to the genus Acetobacter. On the other hand, strain S877 has been suggested to be a microorganism belonging to the genus Acetobacteraceae and belonging to the genus Acetobacter or new genus similar to the genus Gluconobacter. Three strains S1009, S1019 and S1023 are considered to be the same species as strain S877.
분자 계통학적 계도를 기본으로 하는 속 또는 유기체의 평가 연구 방법은 분자 계통학으로 확립되었다[참조: "Bunshi Shinka-gaku Nyumon(Introduction of Evolutionary Molecular Biology)", Section 7, Method for Preparation of Molecular Phylogenetic Tree and Evaluation thereof, Ed. by T. Kimura, Baifukan, Japan, pp.164-184].Methods for evaluating genes or organisms based on molecular phylogenetic systems have been established as molecular phylogeny [Bunshi Shinka-gaku Nyumon (Introduction of Evolutionary Molecular Biology), Section 7, Method for Preparation of Molecular Phylogenetic Tree and Evaluation about, Ed. by T. Kimura, Baifukan, Japan, pp. 164-184].
16S rRNA 유전자의 뉴클레오타이드 서열을 기본으로 하는 분자 게통학적 계도는 다수 서열 정렬 및 관심있는 미생물의 16S rRNA 유전자의 뉴클레오타이드를 사용한 평가 거리의 측정을 통해 수득한 데이타와 함께 관심있는 미생물과 동일한 종 또는 유사 종인 것으로 평가되는 공지된 미생물의 자료를 통해 수득한 데이타를 기본으로 하여 계통학적 계도를 작성함으로써 수득할 수 있다. 분자 계통학적 계도의 제조에 사용된 공지된 미생물의 16S rRNA 유전자의 뉴클레오타이드 서열은 예를 들면, 상동성을 기준으로 하는 유용한 데이타베이스를 조사함으로써 수득할 수 있다. 본원에 사용된 것으로써 용어 "평가 거리"는 특정 유전자에 대한 유전 위치(서열 길이)당 돌연변이의 총 수를 의미한다.Molecular genealogy based on the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene is the same species or similar species as the microorganism of interest, with data obtained through multiple sequence alignments and measurement of the assessment distance using the nucleotides of the 16S rRNA gene of the microorganism of interest. It can be obtained by drawing up a phylogenetic tree based on data obtained through known microbial data that are estimated to be. Nucleotide sequences of known microbial 16S rRNA genes used in the preparation of molecular phylogenetic tree can be obtained, for example, by examining useful databases based on homology. As used herein, the term "evaluation distance" means the total number of mutations per genetic position (sequence length) for a particular gene.
다수의 서열 정렬 및 평가 거리 측정은 예를 들면, 소프트웨어 모음인 "계통발생학 프로그램중에 포함된 CLUSTAL W와 같은 시판되는 소프트웨어(Phylogeny Programs)"(http://evolution. genetics. washington. edu/phylip/software. html에서 시판)[참조: Thompson, D. J., et al., Nucleic Acids Res., 22, 4673-4680 (1994)]를 사용하여 달성할 수 있다. 계통발생학적 계도는 일반적으로 시판되는 소프트웨어(예: Tree View, Tree drawing software for Apple Machintosh: by Roderic D., Page 1995, Institute of Biomedical and Life Sciences, University of Glasgow, UK)에 의해 제조할 수 있다. 상세하게는, CLUSTAL W에서의 연산에 의해 수득된 결과는 PHLYP 포맷 데이타로써 출력될 수 있고, 이들은 Tree View로 제작될 수 있다. PHLYP[Felsenstein J. (1995) Phylogenetic inference package, version 3.5.7., Department of Genetics, University of Washington, Seatle WA, USA]는 또한 상술한 계통발생학 프로그램중에 포함된다.Numerous sequence alignments and assessment distance measurements are described, for example, in the commercial software "Phylogeny Programs, such as CLUSTAL W included in phylogenetic programs" (http://evolution.genetics.washington.edu/phylip/ commercially available in software.html) (See Thompson, DJ, et al., Nucleic Acids Res., 22, 4673-4680 (1994)). Phylogenetic genealogy can be prepared by commonly available software (e.g., Tree View, Tree drawing software for Apple Machintosh: by Roderic D., Page 1995, Institute of Biomedical and Life Sciences, University of Glasgow, UK). . Specifically, the results obtained by the operation in CLUSTAL W can be output as PHLYP format data, which can be produced in Tree View. PHLYP [Felsenstein J. (1995) Phylogenetic inference package, version 3.5.7., Department of Genetics, University of Washington, Seatle WA, USA] is also included in the phylogenetic program described above.
[5] 기타 생화학적 및 물리학적 특성[5] other biochemical and physical properties
(1) 퀴논 타입 및 DNA의 GC 함량(1) Quinone type and GC content of DNA
퀴논 타입은 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023 모두에 있어 우비퀴논-10이고 DNA의 GC 함량은 각각 56.5%, 52.3%, 52.3%, 51.9% 및 52.9%이다.The quinone type is ubiquinone-10 for all strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023 and the GC content of DNA is 56.5%, 52.3%, 52.3%, 51.9% and 52.9%, respectively.
(2)산 생산(2) acid production
균주에 의한 각종 탄소원으로 부터의 산 생산은 표 11에 나타낸다.Acid production from various carbon sources by the strains is shown in Table 11.
(3) 성장시 NaCl 첨가의 영향(3) Effect of NaCl Addition on Growth
각종 농도의 NaCl을 함유하는 배지내에서 배양된 균주의 성장은 표 4에 나타낸다. 균주 P528은 적어도 2%까지는 NaCl에 대해 내성이다.Growth of strains cultured in media containing various concentrations of NaCl is shown in Table 4. Strain P528 is resistant to NaCl up to at least 2%.
(4) 아세트산 및 락트산의 소모(4) consumption of acetic acid and lactic acid
균주를 탄소원으로써 글루코즈를 함유하고 아세트산 또는 락트산이 보충된 배지내에서 배양하는 경우, 모든 균주는 락트산 분해 능력을 나타내지만 이러한 능력은 약하거나 실질적으로 아세트산 분해 능력이 없다.When the strain is cultured in a medium containing glucose as a carbon source and supplemented with acetic acid or lactic acid, all strains show lactic acid degrading ability but this ability is weak or substantially incapable of acetic acid degrading ability.
(5) 성장에 있어 아세트산 또는 에탄올 첨가의 영향(5) Effect of Addition of Acetic Acid or Ethanol on Growth
균주 모두는 1% 이하의 아세트산 또는 3% 이하의 에탄올을 첨가한 배지내에서 활발히 성장한다. 균주 모두는 4% 이상의 아세트산 또는 5% 이상의 에탄올을 가한 배지내에서 성장하지 않는다.All of the strains grow actively in medium with up to 1% acetic acid or up to 3% ethanol. All of the strains do not grow in medium to which at least 4% acetic acid or at least 5% ethanol is added.
(6) 아세트산의 생산 및 에탄올의 소모(6) production of acetic acid and consumption of ethanol
탄소원으로서 글루코즈를 함유하는 배지내에서 배양하는 경우, 균주는 약한 아세트산 생산성을 나타낸다. 이 균주는 현저한 에탄올 소모를 나타내지 않으며, 균주 P528은 에탄올 생산을 나타낸다.When cultured in a medium containing glucose as the carbon source, the strain exhibits weak acetic acid productivity. This strain does not show significant ethanol consumption and strain P528 shows ethanol production.
[6] 본 발명의 미생물과 다른 아세트산 세균의 표현형적 비교[6] Phenotypic comparison of microorganisms of the invention with other acetic acid bacteria
균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023과 이미 보고되어 공지된 아세트산 세균인, 아사이아 보고렌시스(Asaia bogorensis), 아세토박터 아세티(Acetobacter aceti), 글루코노박터 옥시단스(Gluconobacter oxydans), 글루콘아세토박터 리퀴파시엔스(Gluconacetobacter liquefaciens) 및 아시도모나스 메탄올리카(Acidomons methanolica)(참조: The Congress of the Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry, 1999, Lecture Abstracts, p. and p.66)의 표현형적 비교 결과를 표 9에 나타낸다. 아사이아 보고렌시스는 야마다(Yamada) 등에 의해 개최된 학술대회에서 보고된 신규 속(gen. nov.) 및 신규 종(sp. nov.)에 속하는 미생물이다. 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023에 대해, 아세트산 생산, 에탄올 생산, DNA 뉴클레오타이드 조성 및 주요 퀴논을 실시예 5 및 실시예 6에 기술된 바와 같이 측정한다. 기타 특성은 아사이(Asai) 등의 방법[참조: Asai, T. et al., J. Gen. Appl. Microbiol., 10 (2), p.95, 1964]에 의해 측정한다.Strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023, and known acetic acid bacteria, Asia bogorensis, Acetobacter aceti, Gluconobacter oxydans, Glue By Gluconacetobacter liquefaciens and Acidomons methanolica (The Congress of the Japan Society for Bioscience, Biotechnology, and Agrochemistry, 1999, Lecture Abstracts, p. And p. 66). The phenotypic comparison results are shown in Table 9. Asia bogorensis is a microorganism belonging to the genus (nov. Nov.) And new species (sp. Nov.) Reported at a conference held by Yamada et al. For strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023, acetic acid production, ethanol production, DNA nucleotide composition and main quinones are measured as described in Examples 5 and 6. Other properties are described by Asai et al. [Asai, T. et al., J. Gen. Appl. Microbiol., 10 (2), p. 95, 1964].
표 9에 나타낸 바와 같이, 균주 P528은 아사이아 보고렌시스와 유사하나, 이 균주가 비록 약하다 해도 에탄올로부터 아세트산을 생산하고 DNA의 뉴클레오타이드 조성에 있어 GC 함량이 아사이아 보고렌시스의 것(59 내지 61개)과는 현저히 낮은 56.5개라는 점에서 아사이아 보고렌시스와는 상이하다. 균주 S877, S1009 및 S1023은 에탄올로부터 이들의 아세트산 생산이 약하고, 이들이 30% 글루코즈의 존재하에서 성장할 수 있으며, 에탄올로부터의 산 생산을 나타내지 않는다는 점에서 다른 아세트산 세균과는 상이하다.As shown in Table 9, strain P528 is similar to asia borosiene but, although this strain is weak, it produces acetic acid from ethanol and the GC content of the nucleotide composition of DNA (59 to 59). 61), which is significantly lower than Asia bogorensis in that it is 56.5. Strains S877, S1009 and S1023 differ from other acetic acid bacteria in that their acetic acid production from ethanol is weak, they can grow in the presence of 30% glucose, and do not exhibit acid production from ethanol.
상기 결과를 기본으로 하여, 균주 P528은 아사이아 속에 속하는 신규 종으로 확인되었고 아사이아 에탄올리파시엔스 신규 종(sp. nov.)으로서 잠정적으로 확인되었다. 균주 S877, S1009, S1019 및 S1023은 모두 신규 속에 속하는 신규 종으로서 확인되었고 주카리박터 플로리콜라(Zucharibacter floricola gen. nov., sp. nov.)로 잠정적으로 지명되었다.Based on the above results, strain P528 was identified as a new species belonging to the genus Asia and was tentatively identified as a new species of asia ethanollipciens (sp. Nov.). Strains S877, S1009, S1019 and S1023 were all identified as new species belonging to the new genus and were tentatively named as Zucharibacter floricola gen.nov., Sp.nov.
〈2〉 크실리톨 및 D-크실룰로즈의 생산 방법<2> production method of xylitol and D-xylulose
크실리톨 및/또는 D-크실룰로즈는 크실리톨 또는 D-크실룰로즈, 또는 이들 모두가 배지내에 축적되도록 적합한 배지내에서 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물을 배양하고 배지로 부터 크실리톨 및/또는 D-크실룰로즈를 수집함으로써 생산할 수 있다.Xylitol and / or D-xylulose are capable of producing xylitol or D-xylose from glucose in a suitable medium so that xylitol or D-xylose, or both, accumulate in the medium. Can be produced by culturing microorganisms with and collecting xylitol and / or D-xylose from the medium.
미생물은 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 한 특별히 제한되지는 않으며, 이의 특정 예는 상술한 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023을 포함한다. 상술한 균주와 공일한 종 또는 동일한 속에 속하며 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물을 본 발명에 사용할 수 있다. 이러한 미생물의 예는 예를 들면, 서열 1의 뉴클레오타이드 서열 또는 16S rRNA 서열을 기준으로 하여 분자 분류학 측면에서 뉴클레오타이드 서열과 상동인 뉴클레오타이드 서열, 또는 서열 2의 뉴클레오타이드 서열 또는 16S rRNA 서열을 기준으로 하여 분자 분류학 측면에서 뉴클레오타이드 서열과 상동인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA 유전자를 갖고, 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 아세토박테라세아 과에 속하는 미생물을 포함한다. 상세하게는, 아사이아 속 또는 주카리박터 속에 속하는 미생물, 더욱 특히 아사이아 에탄올리파시엔스 또는 주카리박터 플로리콜라의 균주가 언급될 수 있다.The microorganism is not particularly limited as long as it has the ability to produce xylitol or D-xylose from glucose, and specific examples thereof include the aforementioned strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023. Microorganisms belonging to the same species or the same genus as the above-mentioned strains and having the ability to produce xylitol or D-xylose from glucose can be used in the present invention. Examples of such microorganisms are, for example, a nucleotide sequence homologous to a nucleotide sequence in terms of molecular taxonomy based on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or 16S rRNA sequence, or a molecular taxonomy based on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or a 16S rRNA sequence. Flanks the microorganism belonging to the Acetobacteraceae family having a 16S rRNA gene comprising a nucleotide sequence homologous to a nucleotide sequence and having the ability to produce xylitol or D-xylose from glucose. In particular, mention may be made of microorganisms belonging to the genus Asia or Zucarybacter, more particularly asia ethanol lipasiens or Zucarybacter floricola.
본 발명의 방법에 의해 생산된 표적 산물은 크실리톨 또는 D-크실룰로즈, 또는 이들 모두중 하나일 수 있다.The target product produced by the method of the present invention may be either xylitol or D-xylulose, or both.
본 발명에 따라서, 글루코즈로 부터 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물 균주로 부터 UV 노출, N-메틸-N'-니트로-N-니트로소구아니딘(NTG) 처리, 에틸 메탄설포네이트(EMS) 처리, 아질산 처리 및 아크리딘 처리에 의해 수득된 특정의 돌연변이체 균주, 또는 유전자 재조합과 같은 유전공학 기술 또는 세포 융합에 의해 수득된 유전자 재조합 균주 등이 또한 사용될 수 있다.According to the present invention, UV exposure, N-methyl-N'-nitro-N-nitrosoguanidine (NTG) treatment from ethyl microbial strains with the ability to produce xylitol or D-xylose from glucose, ethyl Certain mutant strains obtained by methanesulfonate (EMS) treatment, nitrous acid treatment and acridine treatment, or genetic engineering techniques such as genetic recombination or genetically modified strains obtained by cell fusion, and the like can also be used.
상술한 미생물을 배양하기 위한 배지는 통상의 탄소원, 질소원, 무기 이온 및 경우에 따라 유기 영양물을 함유하는 통상의 배지일 수 있다. 본 발명의 미생물이 고 삼투압 조건하에 성장한다 해도, 이들은 또한 정상의 삼투압 조건하에서도 성장할 수 있다. 예를 들어, 균주 P528은 정상의 삼투압 조건하에서 성장한다.The medium for culturing the above-mentioned microorganisms may be a conventional medium containing a common carbon source, nitrogen source, inorganic ions, and optionally organic nutrients. Although the microorganisms of the present invention grow under high osmotic conditions, they can also grow under normal osmotic conditions. For example, strain P528 grows under normal osmotic conditions.
탄소원으로서, 글루코즈와 같은 탄수화물, 글리세롤과 같은 알콜 및 유기 산 이 적합하게 사용될 수 있다. 크실리톨의 생산을 위한 공지된 방법, 예를 들어, D-크실로즈 또는 D-아라비톨과 같은 펜티톨로 부터 크실리톨을 생산하는 방법에서 관측된 바람직한 관점에서, 프럭토즈 및 슈크로즈와 같은 헥소즈, 슈크로즈 및 락토즈와 같은 디사카라이드, 및 전분과 같은 폴리사카라이드가 바람직하다. 이들 물질은 배지내에 주요 탄소원으로서 10 내지 60%, 바람직하게는 20 내지 50%의 양으로 사용된다. 이들 탄소원은 배지에 한번에 또는 배양 시간 경과에 따라 일부씩 가해질 수 있다.As the carbon source, carbohydrates such as glucose, alcohols such as glycerol and organic acids can be suitably used. In a preferred aspect observed in known methods for the production of xylitol, for example, the production of xylitol from pentitols such as D-xylose or D-arabitol, fructose and sucrose and Preference is given to disaccharides such as hexose, sucrose and lactose, and polysaccharides such as starch. These materials are used in the medium in amounts of 10 to 60%, preferably 20 to 50%, as the main carbon source. These carbon sources may be added to the medium at one time or in portions over time.
질소원으로서, 암모니아 가스, 수성 암모니아 및 암모늄 염이 사용된다. 무기 이온으로서, 마그네슘 이온, 포스페이트 이온, 칼륨 이온, 철 이온 및 망간 이온이 필요할 경우 사용된다. 유기 영양물로서는, 비타민, 아미노산, 및 간 추출물, 효모 추출물, 맥아 추출물, 펩톤, 고기 추출물, 옥수수대 액 및 카제인 분해 산물과 같이 유기 영양물을 함유하는 물질이 경우에 따라, 사용된다.As the nitrogen source, ammonia gas, aqueous ammonia and ammonium salts are used. As inorganic ions, magnesium ions, phosphate ions, potassium ions, iron ions and manganese ions are used when necessary. As organic nutrients, substances containing organic nutrients such as vitamins, amino acids, and liver extracts, yeast extracts, malt extracts, peptones, meat extracts, corn liquor and casein breakdown products are optionally used.
배양 조건은 또한 특별히 제한되지 않는다. 그러나, 미생물은 5 내지 8의 pH 범위 및 25 내지 40℃의 온도 범위에서 선택된 제한된 pH 및 온도에서 배양될 수 있다. 배양은 통기를 위한 교반 또는 진탕에 의해 통기 조건하에서 수행된다. 배양 기간에 대해서는, 주요 탄소원이 소모될 때까지 미생물을 바람직하게 배양하며 일반적으로 3 내지 8일이다.Culture conditions are also not particularly limited. However, the microorganism may be cultured at a limited pH and temperature selected in the pH range of 5-8 and in the temperature range of 25-40 ° C. Cultivation is carried out under aeration conditions by agitation or shaking for aeration. For the incubation period, the microorganisms are preferably incubated until the main carbon source is consumed and is generally 3 to 8 days.
상술한 바와 같이 이러한 배양동안 배지내에 생산된 크실리톨 및/또는 D-크실룰로즈는 통상의 방법으로 배양물로 부터 분리하여 수집한다. 특히, 예를 들면, 고체 물질은 원심분리 또는 여과에 의해 배양물로 부터 제거하고, 잔류 용액을 탈색시키고 활성탄 또는 이온 교환 수지를 사용하여 탈염시킬 수 있으며, 크실리톨 및/또는 D-크실룰로즈를 용액으로 부터 결정화시킨다. 배양물로 부터 크실리톨 및/또는 D-크실룰로즈의 분리 및 수집 공정은 불순물의 함량이 낮기 때문에 식물 물질 가수분해물로 부터의 분리보다 훨씬 용이하다.As described above, xylitol and / or D-xylose produced in the medium during this culture is collected separately from the culture in a conventional manner. In particular, for example, the solid material can be removed from the culture by centrifugation or filtration, decolorizing the residual solution and desalted using activated carbon or ion exchange resins, xylitol and / or D-xylul Rose is crystallized from solution. The separation and collection process of xylitol and / or D-xylulose from the culture is much easier than the separation from plant material hydrolyzate because of the low content of impurities.
생산된 D-크실룰로즈는 수소화에 의해 크실리톨로 전환될 수 있으며, 이는 공지된 방법으로 수행될 수 있다.The produced D-xylulose can be converted to xylitol by hydrogenation, which can be carried out by known methods.
〈3〉 에탄올의 생산 방법<3> Ethanol production method
에탄올은 에탄올이 배지내에 축적되도록 글루코즈를 함유하는 배지내에서 미생물 균주 P528(FERM BP-6751)를 배양하고 배지로 부터 에탄올을 수집함으로써 생산할 수 있다. 균주 P528외에, 서열 1의 뉴클레오타이드 서열 또는 16S rRNA 서열을 기본으로 하여 분자 분류학 측면에서 뉴클레오타이드 서열과 상동인 뉴클레오타이드 서열을 포함하는 16S rRNA 유전자를 지니고, 글루코즈로 부터 에탄올을 생산하는 능력을 지닌 미생물, 또는 이의 돌연변이체 균주가 에탄올 생산을 위해 유사하게 사용될 수 있다.Ethanol can be produced by culturing microbial strain P528 (FERM BP-6751) in a medium containing glucose so that ethanol accumulates in the medium and collecting ethanol from the medium. Microorganism having, besides strain P528, a 16S rRNA gene comprising a nucleotide sequence homologous to a nucleotide sequence in terms of molecular taxonomy based on the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or the 16S rRNA sequence, and having the ability to produce ethanol from glucose, or Mutant strains thereof can be similarly used for ethanol production.
배지 및 배양 조건은 크실리톨 및 D-크실룰로즈를 생산하기 위한 방법에 대해 위에서 설명한 것과 유사할 수 있다. 배지내에 생산된 에탄올은 일반적인 에탄올 발효에 사용된 것과 같은 방법으로 농축시켜 정제할 수 있다.Media and culture conditions may be similar to those described above for the method for producing xylitol and D-xylulose. Ethanol produced in the medium can be purified by concentrating in the same manner as used for general ethanol fermentation.
본 발명은 하기 실시예를 참조로 하여 더욱 상세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.The invention will be explained in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples.
실시예에서, 생산된 크실리톨 및 D-크실룰로즈는 하기 조건하에 고 성능 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의해 분석한다.In the examples, the xylitol and D-xylose produced are analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC) under the following conditions.
컬럼: 소덱스(Shodex) SC1211[소와 덴코(Showa Denko)의 제품]Column: Sodex SC1211 [product of Showa Denko]
이동상: 50% 아세토니트릴/50% Ca-EDTA 수용액 50ppmMobile phase: 50 ppm of 50% acetonitrile / 50% Ca-EDTA aqueous solution
유동 속도: 0.8ml/분Flow rate: 0.8 ml / min
온도: 60℃Temperature: 60 ℃
검출: RI 검출기Detection: RI Detector
실시예 1Example 1
크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 미생물의 분리Isolation of Microorganisms Producing Xylitol or D-Xylose
우선, 삼투압성 미생물을 강화 배양에 의해 천연으로 부터 수집한다. 20% D-글루코즈, 1% 효모 추출물(Difco 제조원) 및 0.1% 우레아를 함유하는 배지를 각각 4ml의 양으로 시험관에 도입하고 120℃에서 20분 동안 멸균시킨다. 다양한 지역으로 부터 수집한 토양 샘플을 배지에 접종하고 30℃에서 4 내지 7일 동안 진탕하면서 배양한다. 세균 성장이 관측되는 경우, 배양물을 동일한 조성의 아가 플레이트에 플레이팅하고 30℃에서 1 내지 3일 동안 배양한다. 다음, 형성된 콜로니를 집어올린다.First, osmotic microorganisms are collected from nature by fortified culture. Medium containing 20% D-glucose, 1% yeast extract (manufactured by Difco) and 0.1% urea is introduced into the test tube in an amount of 4 ml each and sterilized at 120 ° C. for 20 minutes. Soil samples collected from various regions are inoculated into the medium and incubated with shaking at 30 ° C. for 4-7 days. If bacterial growth is observed, the cultures are plated on agar plates of the same composition and incubated at 30 ° C. for 1 to 3 days. Next, the colonies formed are picked up.
다음, 상술한 바와 같이 수득된 약 3000개의 호삼투압성 세균 균주를 20%(w/v) D-글루코즈, 0.1% 우레아 및 0.5% 효모 추출물을 함유하는 배지내에서 30℃로 5일동안 배양하고, 배지를 HPLC로 분석하여 크실리톨 또는 D-크실룰로즈 생산 능력을 지닌 균주를 스크리닝한다. 그 결과, 가나가와켄 가와사키시의 타마강(Tama river)의 제방으로 부터 수집된 토양으로 부터 분리된 5개의 세균 균주가 글루코즈로 부터 크실리톨을 생산하는 능력을 지님이 밝혀졌다. 이들 균주를 각각 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023으로 지명한다. 이들 5개의 균주를 이 순서대로 개인 번호 AJ14757, AJ14758, AJ14759, AJ14760 및 AJ14761로 지명하여 1998년 6월 18일 기탁기관[National Institute of Bioscience and Human-Technology, Agency of Industrial Science and Technology(우편 번호: 305-8566, 일본 이바라키켄 츠쿠바시 히가시 1초메 소재)]에 이 순서로 기탁 번호 FERM P-16848, FERM P-16849, FERM P-16850, FERM P-16851 및 FERM P-16852로 기탁하고 1999년 6월 14일 부다페스트 조약하에 원 기탁물을 국제 기탁물로 이전하여 기탁 번호 FERM BP-6751, FERM BP-6752, FERM BP-6753, FERM BP-6754 및 FERM BP-6755로 기탁하였다.Next, about 3000 strains of osmotic bacteria obtained as described above were incubated at 30 ° C. for 5 days in a medium containing 20% (w / v) D-glucose, 0.1% urea and 0.5% yeast extract. The medium is analyzed by HPLC to screen for strains with xylitol or D-xylulose production capacity. As a result, five bacterial strains isolated from the soil collected from the banks of the Tama river in Kawasaki City, Kanagawa, were found to have the ability to produce xylitol from glucose. These strains are named P528, S877, S1009, S1019 and S1023, respectively. These five strains were designated in this order under the personal numbers AJ14757, AJ14758, AJ14759, AJ14760 and AJ14761, and were deposited on 18 June 1998 by the National Institute of Bioscience and Human-Technology, Agency of Industrial Science and Technology. 305-8566, Ikurakiken, Tsukuba-shi, Higashi-chome, Japan) in this order and deposited with the accession numbers FERM P-16848, FERM P-16849, FERM P-16850, FERM P-16851 and FERM P-16852 in 1999. The original deposit was transferred to the International Deposit under the Budapest Treaty on 14 June and deposited with Accession Numbers FERM BP-6751, FERM BP-6752, FERM BP-6753, FERM BP-6754 and FERM BP-6755.
실시예 2Example 2
글루코즈로 부터 크실리톨 및 D-크실룰로즈의 생산Production of Xylitol and D-Xylose from Glucose
0.5% 효모 추출물(Difco 제조원) 및 0.1% 우레아를 함유하는 배지(pH 6.0)를 50ml의 양으로 500ml짜리 사카구치 플라스크(Sakaguchi flask)내로 도입하고, 120℃에서 20분 동안 가열하여 멸균시킨다. 별도로 멸균된 글루코즈를 이 배지에 배지가 20%(w/v)의 글루코즈를 함유하도록 가한다. 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023을 각각 이 배지에 접종하고 30℃에서 5일 동안 진탕하면서 배양한다. 이후, 세균 세포를 원심분리에 의해 제거하고, 배지내에 형성된 크실리톨 및 D-크실룰로즈를 HPLC로 분석한다. 이 결과를 표 10에 나타낸다.Medium containing 0.5% yeast extract (manufactured by Difco) and 0.1% urea (pH 6.0) is introduced into a 500 ml Sakaguchi flask in an amount of 50 ml and sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. Separately sterilized glucose is added to this medium so that the medium contains 20% (w / v) glucose. Strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023 are each inoculated into this medium and incubated with shaking at 30 ° C. for 5 days. The bacterial cells are then removed by centrifugation and xylitol and D-xylose formed in the medium are analyzed by HPLC. The results are shown in Table 10.
실시예 3Example 3
균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023의 분자 분류학적 분석Molecular taxonomic analysis of strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023
균주 P528 및 S877을 통상적인 방법으로 16S rRNA의 뉴클레오타이드 서열 분석에 의해 분자 분류학 측면에서 분석한다.Strains P528 and S877 are analyzed in terms of molecular taxonomy by nucleotide sequence analysis of 16S rRNA in a conventional manner.
각각의 균주의 세균 세포 현탁액을 60℃에서 20분 동안 프로테아제로 처리한 후, 비등 수중에서 5분 동안 가열하고 원심분리한다. 수득된 상층액을 PCR용 주형으로써 직접 사용한다.The bacterial cell suspension of each strain is treated with protease at 60 ° C. for 20 minutes, then heated in boiling water for 5 minutes and centrifuged. The obtained supernatant is used directly as a template for PCR.
이. 콜라이(E. coli)의 16S rRNA의 8 내지 27번 및 1492내지 1510번 위치에 상응하는 통상의 프라이머(서열 6 및 서열 7)를 사용하여, 30주기의 PCR을 통상의 방법으로 수행하고, 생산물을 PEG 침전으로 수집한다. PCR 생산물을 형광성 주기 서열분석으로 서열분석하고, 반응 생산물을 DNA 서열분석기(Pharmacia 제조원)으로 분석한다. 측정된 뉴클레오타이드 서열은 서열 1(균주 P528) 및 서열 2(균주 S877)로 나타낸다. 이들 뉴클레오타이드 서열에 상응하는 어떠한 서열도 데이타베이스에서 발견되지 않았다. 각각의 균주에 대해 16S rRNA유전자의 가장 가까운 뉴클레오타이드 서열을 갖는 세균 그룹은 글루코노박터 속 및 아세토박터 속에 속하는 세균이다.this. 30 cycles of PCR were performed in a conventional manner using conventional primers corresponding to positions 8-27 and 1492-1515 of the 16S rRNA of E. coli (SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7), and the product Is collected by PEG precipitation. PCR products are sequenced by fluorescent cycle sequencing and reaction products are analyzed by DNA sequencer (Pharmacia). The nucleotide sequences measured are shown in SEQ ID NO: 1 (strain P528) and SEQ ID NO: 2 (strain S877). No sequences corresponding to these nucleotide sequences were found in the database. The bacterial group with the closest nucleotide sequence of the 16S rRNA gene for each strain is bacteria belonging to the genus Gluconobacter and genus Acetobacter.
수득된 뉴클레오타이드 서열 데이타를 GENETYX(Software Development 제조원, Tokyo 소재)에 의해 처리하고, 다수 정렬 및 평가 거리 계산을 수득된 서열 및 데이타베이스로 부터 입수한 상동 서열에 대해 CLUSTAL W로 수행한다(13개 종류의 아세트산 세균의 16S rRNA 유전자 서열은 현재 유효한 명으로 고려된다). 수득된 PHYLIP 포맷 데이타를 Tree View에 의해 판독 및 처리하여 분자 계통발생학적 계도를 작성한다. 이 결과를 도 1에 나타낸다. 크실리톨 생산 세균의 16S rRNA의 정렬은 도 2 및 도 3에 나타낸다. 상술한 13개 종류의 아세트산 세균은 하기에 언급한다.The obtained nucleotide sequence data is processed by GENETYX (Software Development, Tokyo), and multiple alignment and evaluation distance calculations are performed with CLUSTAL W on the obtained sequences and homologous sequences obtained from the database (13 kinds) The 16S rRNA gene sequence of the acetic acid bacterium of is considered a currently valid name). The obtained PHYLIP format data is read and processed by the Tree View to prepare a molecular phylogenetic tree. This result is shown in FIG. The alignment of 16S rRNA of xylitol producing bacteria is shown in FIGS. 2 and 3. The thirteen kinds of acetic acid bacteria mentioned above are mentioned below.
글루코노박터 아사이(Gluconobacter asaii)Gluconobacter asaii
글루코노박터 세리누스(Gluconobacter cerinus)Gluconobacter cerinus
글루코노박터 프라테우리(Gluconobacter frateurii)Gluconobacter frateurii
글루코노박터 옥시단스 아종 옥시단스(Gluconobacter oxydans subsp. oxydans)Gluconobacter oxydans subsp.oxydans
아세토박터 아세티(Acetobacter aceti)Acetobacter aceti
아세토박터 파스퇴리아누스(Acetobacter pasteurianus)Acetobacter pasteuranus
아세토노박터 메탄올리쿠스(Acetobacter methanolicus)Acetobacter methanolicus
글루코노박터 에우로파에우스(Gluconobacter europaeus)Gluconobacter europaeus
글루코노박터 크실리누스 아종 크실리누스(Gluconobacter xylinus subsp. xylinus)Gluconobacter xylinus subsp.xylinus
글루코노박터 인테르메디쿠스(Gluconobacter intermedicus)Gluconobacter intermedicus
글루코노박터 한세니(Gluconobacter hansenii)Gluconobacter hansenii
글루코노박터 리퀴파시엔스(Gluconobacter liquefaciens)Gluconobacter liquefaciens
글루코노박터 디아조트로피쿠스(Gluconobacter diazotrophicus)Gluconobacter diazotrophicus
로도필라 글로비포르미스(Rhodophila globiformis)Rhodophila globiformis
이 결과, 균주 P528과 관련하여 가까운 평가 거리를 나타내는 공지된 균주는 글루코노박터 인테르메디쿠스, 글루코노박터 리퀴파시엔스, 아세토박터 아세티, 아세토박터 메탄올리쿠스 및 아세토박터 파스퇴리아누스이며, 이의 평가 거리는 각각 0.0345, 0.0359, 0.0403, 0.0419 및 0.0499이고, 16S rRNA 유전자의 상동성은 각각 96.5%, 96.3%, 96.0%, 95.9% 및 95.1%이다. 또한, 균주 S877과 관련하여 가까운 평가 거리를 나타내는 공지된 균주는 글루코노박터 세리누스 및 글루코노박터 옥시단스이고, 이의 평가 거리는 각각 0.0622 및 0.0629이며, 16S rRNA 유전자의 상동성은 각각 94.0% 및 93.9%이다. 균주 P528이 아세토박터 속의 집단에 포함된다 해도, 이는 공지된 종의 3개 균주와는 멀며, 따라서 신규 종인 것으로 고려된다. 아세토박터 메탄올리쿠스는 또한 다른 속(악시도모나스 속)에 속하는 것으로 보고되었다. 아세토박터 메탄올리쿠스가 다른 속에 속하는 것으로 고려되는 경우, 균주 P528은 신규 속에 속할 수 있는데, 이는 이 균주가 아세토박터 속의 집단외에 위치하기 때문이다.As a result, known strains showing a close evaluation distance in relation to strain P528 are Gluconobacter intermedicus, Gluconobacter liquifaciens, Acetobacter aceti, Acetobacter methanolicus and Acetobacter pasteurianus, Its evaluation distance is 0.0345, 0.0359, 0.0403, 0.0419 and 0.0499, respectively, and the homology of the 16S rRNA gene is 96.5%, 96.3%, 96.0%, 95.9% and 95.1%, respectively. In addition, known strains showing a close evaluation distance in relation to strain S877 are Gluconobacter cerinus and Gluconobacter oxydans, whose evaluation distances are 0.0622 and 0.0629, respectively, and the homology of the 16S rRNA genes is 94.0% and 93.9%, respectively. to be. Although strain P528 is included in the population of the genus Acetobacter, it is far from three strains of known species and is therefore considered to be a new species. Acetobacter methanolicus has also been reported to belong to another genus (Axidocmonas genus). If Acetobacter methanolicus is considered to belong to another genus, strain P528 may belong to the new genus because this strain is located outside the population of the genus Acetobacter.
한편, 균주 S877은 글루코노박터 속의 집단외에 위치하며 글루코노박터 속에 속하는 공지된 어떠한 종과도 멀다. 균주 S877로 부터 가장 가까운 균주(글루코노박터 세리누스)까지의 평가 거리는 0.066이고, 이 값은 글루코노박터 속 및 아세토박터 속간의 거리(0.044)보다 현저히 크다. 따라서, 이 균주는 신규 속에 속하는 것으로 충분히 고려된다.On the other hand, strain S877 is located outside the population of the genus Gluconobacter and is far from any known species belonging to the genus Gluconobacter. The evaluation distance from strain S877 to the closest strain (Glunobacter cerinus) is 0.066, which is significantly greater than the distance between the genus Gluconobacter and genus Acetobacter (0.044). Therefore, this strain is fully considered to belong to the novel genus.
균주 S1009, S1019 및 S1023의 16S rRNA의 부분 뉴클레오타이드 서열을 측정한 경우(각각 서열 3 내지 서열 5), 이들은 실질적으로 균주 S877의 것과 동일한 서열을 나타내므로, 이들은 동일한 종인 것으로 밝혀졌다.When partial nucleotide sequences of the 16S rRNAs of strains S1009, S1019 and S1023 were measured (SEQ ID NOS: 3 to 5, respectively), they were found to be the same species since they exhibit substantially the same sequence as that of strain S877.
상술한 분자 분류학적 분석 및 표 9에 나타낸 표현형으로 부터, 균주 P528은 아사이아 속에 속하는 신규 종인 것으로 확인되었고, 아사이아 에탄올리파시엔스 아종(Asaia ethanolifaciens sp. nov.)으로 잠정적으로 지명되었다. 균주 S877, S1009, S1019 및 S1023은 모두 신규 속에 속하는 신규 종의 미생물로서 확인되었고 주카리박터 플로리콜라(Zucharibacter floricola gen. nov., sp. nov.)로서 잠정적으로 지명되었다.From the molecular taxonomic analysis described above and the phenotype shown in Table 9, strain P528 has been identified as a new species belonging to the genus Asia, and has been tentatively named asia ethanolifaciens sp. Nov. Strains S877, S1009, S1019 and S1023 were all identified as microorganisms of a new species belonging to the genus New and have been tentatively named as Zucharibacter floricola gen.nov., Sp.nov.
실시예 4Example 4
글루코즈로 부터 크실리톨 및 D-크실룰로즈의 생산Production of Xylitol and D-Xylose from Glucose
0.2% 암모늄 아세테이트, 0.3% 칼륨 디하이드로겐포스페이트, 0.05% 마그네슘 설페이트 헵타하이드레이트, 0.5% 효모 추출물(Difco 제조원) 및 4% 탄산칼슘을 함유하는 배지를 50ml의 양으로 500ml짜리 사카구치 플라스크내로 도입하고 120℃에서 20분 동안 가열함으로써 멸균시킨다. 별도로 멸균시킨 글루코즈를 배지에 배지가 20%(w/v) 글루코즈를 함유하도록 가한다. 균주 P528을 이 배지에 접종하고, 30℃에서 4일 동안 진탕시키면서 배양한다. 다음, 세균 세포를 원심분리에 의해 제거한 후, 배지내에 형성된 크실리톨 및 D-크실룰로즈를 HPLC로 측정한다. 그 결과, 6.4g/L의 크실리톨 및 17.5g/L의 D-크실룰로즈가 형성됨이 밝혀졌다.A medium containing 0.2% ammonium acetate, 0.3% potassium dihydrogenphosphate, 0.05% magnesium sulfate heptahydrate, 0.5% yeast extract (manufactured by Difco) and 4% calcium carbonate was introduced into a 500 ml sakaguchi flask in an amount of 50 ml and 120 Sterilize by heating at 20 ° C. for 20 minutes. Separately sterilized glucose is added to the medium so that the medium contains 20% (w / v) glucose. Strain P528 is inoculated into this medium and incubated at 30 ° C. for 4 days with shaking. Next, after bacterial cells are removed by centrifugation, xylitol and D-xylose formed in the medium are measured by HPLC. As a result, it was found that 6.4 g / L xylitol and 17.5 g / L D-xylulose were formed.
실시예 5Example 5
균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023의 생화학적 및 물리학적 특성Biochemical and Physical Properties of Strains P528, S877, S1009, S1019, and S1023
(1) 퀴논 및 DNA의 GC 함량의 분석(1) Analysis of GC content of quinones and DNA
상술한 균주의 퀴논 및 DNA의 GC 함량을 통상의 방법[참조: Saikingaku Gijutsu Sosho(Library of Techniques in Bacteriology), vol. 8 "Method for Microbial Identification Following New Taxonomy", pp.61-73, pp.88-97, Saikon Shuppan, Japan]으로 고 성능 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의해 분석한다. 이 결과를 표 11에 나타낸다.The GC content of the quinone and DNA of the above-mentioned strains was determined by conventional methods (Saikingaku Gijutsu Sosho (Library of Techniques in Bacteriology), vol. 8 "Method for Microbial Identification Following New Taxonomy", pp. 61-73, pp. 88-97, Saikon Shuppan, Japan] and analyzed by high performance liquid chromatography (HPLC). The results are shown in Table 11.
(2) 각종 탄소원으로 부터 산 생산(2) Acid production from various carbon sources
상술한 균주 각각을 각종 탄소원(1%)을 함유하는 배지내에서 배양하고 형성된 산의 존재를 측정한다. 균주를 YPG 배지내에서 28℃로 1일 동안 예비 배양하고, 세균 세포를 0.5% 효모 추출물 용액으로 세척하며, YPC 배지에 접종하고 28℃에서 4 내지 7일 동안 진탕시키면서 배양한다. 다음, 산의 생산을 배지내 pH 지시제의 색 변화(적자색에서 황색)로 측정한다.Each of the aforementioned strains is cultured in a medium containing various carbon sources (1%) and the presence of acid formed is measured. Strains are precultured at 28 ° C. in YPG medium for 1 day, bacterial cells are washed with 0.5% yeast extract solution, inoculated in YPC medium and incubated at 28 ° C. for 4-7 days. The production of acid is then measured by the color change (red to yellow) of the pH indicator in the medium.
YPG 배지를 다음과 같이 제조한다. 1% 효모 추출물(Difco 제조원) 및 1% 펩톤을 함유하는 배지를 120℃에서 20분 동안 가열함으로써 멸균시킨다. 이 배지에, 별도로 멸균된 D-글루코즈를 배지가 7% D-글루코즈를 함유하는 양으로 가한다.YPG medium is prepared as follows. The medium containing 1% yeast extract (manufactured by Difco) and 1% peptone is sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes. To this medium, separately sterilized D-glucose is added in an amount containing 7% D-glucose of the medium.
YPC 배지를 다음과 같이 제조한다. 0.5% 효모 추출물(Difco 제조원), 0.012% 브로모크레졸 퍼플 및 1%의 각종 탄소원중 하나를 함유하는 배지를 120℃에서 20분 동안 가열함으로써 멸균시킨다.YPC medium is prepared as follows. The medium containing 0.5% yeast extract (manufactured by Difco), 0.012% bromocresol purple and 1% of various carbon sources is sterilized by heating at 120 ° C. for 20 minutes.
결과를 표 12에 나타낸다.The results are shown in Table 12.
(3) 성장시 NaCl 첨가의 영향(3) Effect of NaCl Addition on Growth
상술한 균주의 성장시 NaCl 첨가의 영향을 YPM 배지내에서 배양함으로써 실험한다. 상술한 균주 및 대조군 균주로서 아세토박터 아세티 균주 NCIB 8621을 상술한 YPG 배지내에서 28℃로 1일 동안 예비 배양하고, 세균 세포를 D-글루코즈가 가해지지 않은 YPG 배지로 세척하고 D-글루코즈가 가해지지 않은 YPG 배지내에 현탁시킨다. 수득된 세균 현탁액을 NaCl이 각종 농도중 하나로 가해진 YPM 배지에 접종(1.6% v/v)하고, 28℃에서 2일 동안 진탕시키면서 배양한다. 이후, 배지의 혼탁도를 도쿄 코덴(Tokyo Koden: OD 660nm)으로부터 입수한 광도계 ANA-75A로 측정하여 성장을 측정한다.The effect of NaCl addition on the growth of the strains described above is tested by culturing in YPM medium. Acetobacter aceti strain NCIB 8621 as the above-mentioned strain and the control strain was pre-incubated for one day at 28 ° C. in the above-described YPG medium, and the bacterial cells were washed with YPG medium without D-glucose and D-glucose Suspension in YPG medium not added. The obtained bacterial suspension is inoculated (1.6% v / v) in YPM medium in which NaCl is added at one of various concentrations and incubated with shaking at 28 ° C. for 2 days. Then, the turbidity of the medium is measured by the photometer ANA-75A obtained from Tokyo Koden (OD 660 nm) to measure growth.
YPM 배지를 다음과 같이 제조한다. 1% 효모 추출물(Difco 제조원), 1% 펩톤 및 1% 만니톨을 함유하는 배지를 120℃로 20분 동안 가열하여 멸균시킨다.YPM medium is prepared as follows. The medium containing 1% yeast extract (manufactured by Difco), 1% peptone and 1% mannitol is sterilized by heating to 120 ° C. for 20 minutes.
이 결과를 도 4에 나타낸다. 균주 P528은 2% 이하의 NaCl이 가해진 배지내에서 우수하게 성장하며, 즉 NaCl 내성을 나타낸다.This result is shown in FIG. Strain P528 grows well in medium supplemented with up to 2% NaCl, ie exhibits NaCl resistance.
(4) 아세트산 및 락트산의 소모(4) consumption of acetic acid and lactic acid
상술한 균주를 아세트산 또는 락트산이 가해진 YG 배지내에서 배양하여 아세트산 및 락트산의 소모를 시험한다.The above-mentioned strains are cultured in YG medium supplemented with acetic acid or lactic acid to test the consumption of acetic acid and lactic acid.
상술한 균주 및 대조군으로서 아세토박터 아세티 균주 NCIB 8621을 상술한 YPG 배지내에서 28℃로 1일 동안 진탕시키면서 예비 배양한다. 수득된 예비 배지를 1% 아세트산 또는 락트산이 가해진 YG 배지에 접종(1.6% v/v)하고 28℃로 7일 동안 배양한다. 아세트산 및 락트산의 소모를 시간 경과에 따른 배지의 샘플링으로 시험한다. 아세트산 및 락트산의 측정은 다음 조건하에서 HPLC로 수행한다.Acetobacter aceti strain NCIB 8621 as the above-mentioned strain and a control group is pre-cultured in YPG medium as described above with shaking at 28 ° C. for 1 day. The obtained preliminary medium is inoculated (1.6% v / v) in YG medium added with 1% acetic acid or lactic acid and incubated at 28 ° C. for 7 days. The consumption of acetic acid and lactic acid is tested by sampling of the medium over time. Measurement of acetic acid and lactic acid is carried out by HPLC under the following conditions.
컬럼: ULTTRON PS-80(Shinwa Kagaku Kogyo의 제품)Column: ULTTRON PS-80 from Shinwa Kagaku Kogyo
이동상: 과염소산 용액(pH 2.1)Mobile phase: Perchloric acid solution (pH 2.1)
유동율: 0.9ml/분Flow rate: 0.9ml / min
온도: 60℃Temperature: 60 ℃
검출: UV 검출기(210nm)Detection: UV Detector (210 nm)
아세트산 또는 락트산이 가해진 YG 배지를 다음과 같이 제조한다. 1% 효모 추출물(Difco 제조원) 및 1% 아세트산 또는 락트산을 함유하는 배지를 pH 6.0으로 조정하고 120℃로 20분 동안 가열함으로써 멸균시킨다. 별도로 멸균시킨 D-글루코즈를 배지에 배지가 7% D-글루코즈를 함유하도록 하는 양으로 가한다.A YG medium to which acetic acid or lactic acid was added was prepared as follows. The medium containing 1% yeast extract (manufactured by Difco) and 1% acetic acid or lactic acid is sterilized by adjusting to pH 6.0 and heating to 120 ° C. for 20 minutes. Separately sterilized D-glucose is added to the medium in an amount such that the medium contains 7% D-glucose.
이 결과를 표 13에 나타낸다[데이타는 소모된 양(%)을 나타낸다]. 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023은 모두 락트산 소모 능력을 나타내는 반면, 이들은 아세트산 소모 능력이 약하거나 실질적으로 없다.The results are shown in Table 13 (data indicates the amount consumed (%)). Strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023 all exhibit lactic acid consuming ability, while they have weak or substantially no acetic acid consuming ability.
(5) 성장에 있어 아세트산 또는 에탄올 첨가의 영향(5) Effect of Addition of Acetic Acid or Ethanol on Growth
상술한 균주의 성장에 있어 아세트산 첨가의 영향을 아세트산이 가해진 YG 배지에서 시험한다. 상술한 균주의 성장에 있어 에탄올 첨가의 영향을 또한 에탄올기 첨가된 YPG 배지에서 시험한다.The effect of acetic acid addition on the growth of the strains described above is tested in acetic acid added YG medium. The effect of ethanol addition on the growth of the strains described above is also tested in YPG medium with ethanol group addition.
상술한 균주를 상기 YPG 배지내에서 28℃로 1일 동안 각각 예비 배양하고, 각각의 배지를 각종 농도중 하나의 락트산이 가해진 YG 배지에 접종(1.6% v/v)하고, 28℃에서 10일 동안 진탕시키면서 배양한다. 다음, 배지의 혼탁도를 도쿄 코덴(OD 660nm)로부터의 광도계 ANA-75A로 측정하여 성장을 측정한다.The above-mentioned strains were preincubated at 28 ° C. for 1 day in the YPG medium, and each medium was inoculated (1.6% v / v) in YG medium to which lactic acid was added at various concentrations, and 10 days at 28 ° C. Incubate while shaking. The turbidity of the medium is then measured by photometer ANA-75A from Tokyo Koden (OD 660 nm) to measure growth.
모든 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023은 1% 이하의 아세트산 또는 3% 이하의 에탄올이 가해진 배지내에서 우수하게 성장한다. 모든 균주는 4% 이상의 아세트산 또는 5% 이상의 에탄올이 가해진 배지에서 성장하지 않는다.All strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023 grow well in medium to which 1% or less acetic acid or 3% or less ethanol was added. All strains do not grow in medium to which at least 4% acetic acid or at least 5% ethanol is added.
(6) 아세트산 생산 및 에탄올 소모(6) acetic acid production and ethanol consumption
상술한 균주를 에탄올이 가해진 YPG 배지내에서 배양하여 아세트산 생산 및 에탄올 소모를 시험한다. 상술한 균주 및 대조군으로서 아세토박터 아세티 균주 NCIB8621을 상술한 YPG 배지내에서 28℃로 2일 동안 예비 배양한다. 각각의 배지를 1% 에탄올이 가해진 YPG 배지에 접종(1%, v/v)하고 28℃에서 배양한다. 배지중 아세트산 및 에탄올의 농도를 배지의 시간 경과에 따른 샘플링으로 시험한다. 아세트산 및 에탄올 농도의 측정은 F-키트(Roche Dianostics 제조원)으로 수행한다.The above-mentioned strains are cultured in YPG medium added with ethanol to test acetic acid production and ethanol consumption. Acetobacter aceti strain NCIB8621 as the above-mentioned strain and a control group is preincubated at 28 ° C. for 2 days in the above-described YPG medium. Each medium is inoculated (1%, v / v) in YPG medium with 1% ethanol and incubated at 28 ° C. The concentrations of acetic acid and ethanol in the medium are tested by sampling over time of the medium. Measurement of acetic acid and ethanol concentrations is carried out with F-kit (Roche Dianostics).
결과를 도 5 및 도 6에 나타낸다. 균주 P528, S877, S1009, S1019 및 S1023 모두는 대조군 세균인 아세토박터 아세티 균주 NCIB 8621과 비교하여 약한 아세트산 생산을 나타낸다(도는 균주 P528 및 S877에 대해서만 데이타를 나타낸다). 또한, 균주 S877, S1009, S1019 및 S1023은 대조군 세균인 아세토박터 아세티 균주 NCIB 8621과 대조적으로 에탄올 소모를 나타내지 않는다. 균주 P528은 이와 대조적으로, 에탄올 양의 증가를 나타낸다.The results are shown in FIGS. 5 and 6. Strains P528, S877, S1009, S1019 and S1023 all exhibit weak acetic acid production compared to the control bacterium Acetobacter aceti strain NCIB 8621 (FIG. Only shows data for strains P528 and S877). In addition, strains S877, S1009, S1019 and S1023 show no ethanol consumption in contrast to the control bacterium Acetobacter aceti strain NCIB 8621. Strain P528, in contrast, shows an increase in the amount of ethanol.
실시예 6Example 6
균주 P528에 의한 에탄올의 생산Production of Ethanol by Strain P528
균주 P528을 상술한 바와 유사한 방법으로 YPG 배지를 사용하여 배양하고 배지중 에탄올 농도를 시간에 걸쳐 측정한다. 이 결과를 도 7에 나타낸다. 이 균주 P528은 에탄올 생산을 나타낸다.Strain P528 is incubated using YPG medium in a similar manner as described above and the ethanol concentration in the medium is measured over time. This result is shown in FIG. This strain P528 represents ethanol production.
본 발명에 의해, 발효에 의해 크실리톨 또는 D-크실룰로즈를 생산하는 능력을 지닌 미생물 및 이러한 미생물을 사용한 크실리톨 또는 D-크실룰로즈의 생산 방법이 제공된다.According to the present invention, microorganisms having the ability to produce xylitol or D-xylulose by fermentation and methods for producing xylitol or D-xylulose using such microorganisms are provided.
Claims (15)
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