KR20170087570A - 메탄과 이산화탄소 동시 고정능을 가지는 플랫폼 균주 및 이를 이용한 유용 물질의 생산방법 - Google Patents

메탄과 이산화탄소 동시 고정능을 가지는 플랫폼 균주 및 이를 이용한 유용 물질의 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미세포기(microaerobic) 배양조건하에서 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시킬 수 있는 플랫폼 균주, 상기 균주를 이용하여 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시키는 방법 및 상기 균주를 이용하여 유용물질을 생산하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서 제공하는 형질전환체를 이용하면, 동일한 조건에서 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시켜서, 유용물질을 제조할 수 있으므로, 지구온난화의 원인을 제거하는데 널리 활용될 수 있을 것이다.

Description

메탄과 이산화탄소 동시 고정능을 가지는 플랫폼 균주 및 이를 이용한 유용 물질의 생산방법{Platform microbs for fixation of free methane and carbon dioxide at the same time and process for preparing valuable substance using the same}
본 발명은 미세포기(microaerobic) 배양조건하에서 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시킬 수 있는 플랫폼 균주, 상기 균주를 이용하여 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시키는 방법 및 상기 균주를 이용하여 유용물질을 생산하는 방법에 관한 것이다.
메탄은 셰일가스의 주요성분이며 지구온난화를 일으키는 대표적 온실가스 중 하나이고, 이산화탄소는 메탄에 비하여 지구온난화지수는 낮지만 온실가스 배출량이 최대인 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 메탄 또는 이산화탄소를 이용하여 지구온난화의 수준을 감소시키면서도 유용물질을 생산하는 기술을 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나, 저분자량을 갖는 기체형태인 메탄과 이산화탄소를 이용하여 유용물질을 합성하는 과정은 막대한 자본과 시간이 소요되면서도, 유용물질의 생산수율이 낮다는 문제점이 있어, 산업화되지 못하고 있는 실정이다.
최근에는, 이러한 문제점을 극복하는 방안으로서 다양한 미생물을 이용한 생물학적 전환공정에 대한 연구가 진행되고 있는데, 이러한 생물학적 전환공정에서 사용되는 주요 미생물로서 메탄자화균이 주목받고 있다. 상기 메탄자화균은 메탄을 유일 탄소원과 에너지원으로 활용하여 메탄을 연료 및 화학원료로 전환시킬 수 있고, 호기성 조건하에서 MMO(methane monooxygenase)를 이용하에 메탄을 메탄올로 전환시킬 수 있으며, 아세토젠(acetogen)의 Wood?Ljungdahl 경로와 CODH/ACS 복합체를 이용하여 이산화탄소로부터 아세틸 CoA를 합성할 수 있다고 알려져 있다.
그러나, 상기 메탄자화균을 이용하여 메탄으로부터 메탄올을 생산할 경우에는 산소의 공급이 계속 요구되고, 메탄자화균 자체의 대사경로가 복잡하여 목적산물 외 부가산물이 대량으로 생성되며, 이산화탄소를 전환시키는 Wood-Ljungdhl 경로와 CODH/ACS 복합체의 주요 효소들이 산소에 민감하여 혐기적 조건하에서만 반응이 수행되므로, 세포성장 속도가 느리며 목적산물의 생산 수율이 낮다는 문제점이 해결되지 않고 있는 실정이다.
본 발명의 하나의 목적은 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시킬 수 있는 플랫폼 균주를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 균주를 이용하여 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 균주를 이용하여 유용물질을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은 풍부한 가스 자원인 메탄과 이산화탄소 동시 고정능을 가지는 미생물 플랫폼 균주를 개발하기 위하여,
의 개발은 메탄자화균 내 reductive acetyl CoA pathway 구현을 통해 가능하다. 메탄을 유일탄소원 또는 에너지원으로 이용하는 메탄자화균을 플랫폼 균주로 선정하고 여기에 이산화탄소까지 이용할 수 있는 경로를 구축한다. 이를 위해,
메탄자화균 내 Teterahydrofolate cycle(또는 Tetrahydromethanopterin cycle)을 이용하고 acetogen 유래의 CODH/ACS complex(또는 메탄생성균 유래 ACDS)를 도입하고 발현시킴으로써 reductive acetyl CoA 경로가 구비된 형질전환체를 제작하였다. 상기 형질전환체는 혐기조건하에서 이산화탄소로부터 acetyl CoA를 합성할 수 있으나, 메탄자화균의 주된 기능인 메탄산화를 수행하기 위하여는 산소를 필요로 하기 때문에, 동일조건에서 이산화탄소와 메탄을 동시에 고정시킬 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여, 상기 형질전환체를 미세포기(microaerobic) 조건 또는 혐기적 조건에서 denitrification (배지 중에 존재하는 nitrate(또는 nitrite)의 환원을 통해 발생되는 산소를 메탄 산화에 즉시 활용)을 응용하였다.
상술한 바와 같이, 메탄과 이산화탄소 동시 고정능을 가지는 미생물 플랫폼 균주를 개발하기 위하여, 메탄자화균에 reductive acetyl CoA 경로에 관여하는 CODH/ACS(carbon monoxide dehydrogenase/acetyl-CoA synthase) 복합체를 코딩하는 유전자를 도입하여 제작된 형질전환체는 지금까지 보고되지 않았고, 본 발명자에 의해 최초로 개발되었다.
상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하나의 양태로서 메탄자화균에 CODH/ACS(carbon monoxide dehydrogenase/acetyl-CoA synthase) 복합체를 코딩하는 유전자를 도입한 형질전환체를 제공한다.
본 발명은 다른 하나의 양태로서, 상기 형질전환체를 이용하여 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 또 다른 하나의 양태로서, 상기 형질전환체를 이용하여 유용물질을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 제공하는 형질전환체를 이용하면, 동일한 조건에서 메탄과 이산화탄소를 동시에 고정시켜서, 유용물질을 제조할 수 있으므로, 지구온난화의 원인을 제거하는데 널리 활용될 수 있을 것이다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 메탄자화균을 이용한 형질전환체의 제작
본 발명자들은 reductive acetyl CoA 경로에 관여하는 CODH/ACS(carbon monoxide dehydrogenase/acetyl-CoA synthase) 복합체를 코딩하는 유전자를 클로닝하였다. 상기 클로닝된 유전자를 메탄자화균에 도입하여 형질전환시켜서, reductive acetyl CoA 경로가 구비된 형질전환체를 제작하였다.

Claims (1)

  1. 메탄자화균에 CODH/ACS(carbon monoxide dehydrogenase/acetyl-CoA synthase) 복합체를 코딩하는 유전자를 도입한 형질전환체.
KR1020160007074A 2016-01-20 2016-01-20 메탄과 이산화탄소 동시 고정능을 가지는 플랫폼 균주 및 이를 이용한 유용 물질의 생산방법 KR20170087570A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102043367B1 (ko) 2018-11-05 2019-11-12 한국건설기술연구원 하수처리수 및 혼합종 메탄산화균(Type I 및 Type X)과 혐기성소화조 소화가스를 연계 이용한 하수처리공정에서의 메탄올 생산방법

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KR102043367B1 (ko) 2018-11-05 2019-11-12 한국건설기술연구원 하수처리수 및 혼합종 메탄산화균(Type I 및 Type X)과 혐기성소화조 소화가스를 연계 이용한 하수처리공정에서의 메탄올 생산방법

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