KR20230116408A - 미생물 유래 올레산 및 미생물을 이용한 올레산 생산 방법 - Google Patents

미생물 유래 올레산 및 미생물을 이용한 올레산 생산 방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 올레산을 증가된 함량으로 포함하는 미생물의 배양물, 또는 이를 포함하는 바이오 오일을 기술한다. 또한, 본 명세서는 미생물을 배양하여 올레산 및 이를 포함하는 지질을 생산하는 방법에 관하여 기술한다. 본 개시는 지질생산 효모균주의 유전자를 조작하지 않고도 고올레산 함유 지질을 생산할 수 있어, 식품 또는 화장품 소재 또는 바이오 연료 등 올레산을 필요로 하는 다양한 산업분야에 활용될 수 있다.

Description

미생물 유래 올레산 및 미생물을 이용한 올레산 생산 방법{Oleic acid produced from microorganism and a production method for producing oleic acid using microorganism}
본 명세서는 미생물을 이용하여 올레산을 생산하는 방법 및 상기 방법에 의해 생산된 올레산에 대하여 개시한다.
올레산은 식물성 오일의 주요성분으로, 바이오디젤, 바이오 항공유, 고급윤활유 등의 바이오 연료 또는 바이오 폴리머 등의 원료로 사용될 뿐만 아니라, 항노화와 관련된 건강에 유용한 효과가 보고되어 식품 또는 화장품 소재로도 활용되고 있다. 그러나 식물성 오일로부터 올레산을 생산하는 방법은 올레산을 포함하는 식물이 한정되어 있으며, 넓은 생산 면적과 긴 생산기간을 필요로 하므로 생산성이 낮아, 꾸준히 증가하는 올레산 수요에 대응하기 어렵다는 문제가 있었다.
대한민국 특허등록공보 제10-2160215호
일 관점에서, 본 개시가 해결하고자 하는 과제는 식물성 오일 유래 올레산 생산방법을 대체할 수 있는 미생물을 이용한 올레산 생산 방법을 제공하는 것이다.
본 개시가 해결하고자 하는 과제는 올레산을 증가된 함량으로 포함하는 미생물의 배양물, 또는 이로부터 분리된 지질을 포함하는 바이오 오일을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 개시의 일 실시예는 지질생산 미생물의 배양물로, 상기 지질생산 미생물은 헥사노익산을 포함하는 배지에서 배양되며, 상기 배양물은 상기 지질생산 미생물을 헥사노익산을 포함하지 않는 배지에서 배양한 배양물보다 올레산을 포함하는 지질을 증가된 함량으로 포함하는, 배양물을 제공한다.
본 개시의 다른 일 실시예는 상기 지질생산 미생물의 배양물에서 분리된 지질을 포함하는 바이오 오일을 제공한다.
본 개시의 다른 일 실시예는 지질생산 미생물을 헥사노익산을 포함하는 배지에서 배양하는 단계를 포함하는, 지질 생산 방법을 제공한다.
본 개시에 따르면 지질생산 미생물의 배양 시 헥사노익산을 첨가함으로써 올레산을 포함하는 지질의 생산효율을 효과적으로 증가시킬 수 있다. 본 개시는 종래 식물성 오일유래 생산 방법보다 단위면적 당 생산량이 2000배 이상 높으며, 생산시간도 현저히 단축시킬 수 있다. 또한, 본 개시는 미생물의 유전자 조작을 통한 형질전환 과정 없이 미생물의 배양공정 중 헥사노익산의 첨가만으로 올레산의 생산을 증가시킬 수 있으므로 미생물 유전자 조작을 이용한 생산 방법과 비교하여 높은 생산성을 제공하면서도 생산이 용이하고 경제적이며 지속가능성이 우수하다.
도 1은 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 글루코스 이용 곡선을 나타낸 도이다.
도 2은 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 지질 생산량과 지질 함량을 나타낸 도이다.
도 3은 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 올레산 생산량과 지질 내 올레산 함량을 나타낸 도이다.
도 4은 실시예 1, 실시예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 올레산 생산량을 상대적으로 나타낸 도이다.
도 5는 비교예 3, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5에서 각각 생산한 지질의 구성비를 나타낸 도이다.
도 6은 비교예 3, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5의 올레산 생산량을 나타낸 도이다.
도 7은 비교예 3, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5의 글루코스 이용 곡선을 나타낸 도이다.
도 8은 비교예 3, 실시예 3, 실시예 4 및 실시예 5의 자일로스 이용 곡선을 나타낸 도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 개시의 실시예들은 단지 설명을 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 개시의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들은 본 개시를 특정한 개시 형태로 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 물질, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 물질, 숫자, 단계, 동작, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제되지 않는다.
본 개시의 일 실시예는 지질생산 미생물의 배양물로, 상기 지질생산 미생물은 헥사노익산을 포함하는 배지에서 배양되며, 상기 배양물은 상기 지질생산 미생물을 헥사노익산을 포함하지 않는 배지에서 배양한 배양물보다 올레산을 포함하는 지질을 증가된 함량으로 포함하는, 배양물을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예는 지질생산 미생물을 헥사노익산을 포함하는 배지에서 배양하는 단계를 포함하며, 상기 단계에 의해 배양된 배양물은 상술된 지질생산 미생물의 배양물인, 지질 생산 방법을 제공할 수 있다.
본 개시에서 “지질”은 지방산과 글리세롤로 구성된 유기물 또는 유기화합물을 의미한다. 일 실시예로서, 상기 지질은 미생물 오일 또는 생물 내에 축적된 지방산과 글리세롤로 구성된 유기물 또는 유기화합물을 의미할 수 있다. 일 실시예로서, 상기 지질은 아실글리세롤, 글리세라이드 및 자유지방산 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 아실글리세롤은 트리아실글리세롤 (Triacylglycerol, TAG), 디아실글리세롤(Diacylglycerol, DAG), 및 모노아실글리세롤(Monoacylglycerol, MAG)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 글리세라이드는 모노글리세라이드(Monoglyceride), 디글리세라이드(Diglyceride), 및 트리글리세라이드(Triglyceride)로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 일 실시예로서, 상기 지질은 부티르산(부탄산, C4:0), 카프로산(헥사노익산, C6:0), 카프릴산(옥탄산, C8:0), 카프르산(데칸산, C10:0), 라우르산(도데칸산, C12:0), 미리스트산(테트라데칸산, C14:0), 미리스톨레산(ω-5, C14:1), 펜타데실릭산(Pentadecylic acid, C15:0), 팔미트산(헥사데칸산, C16:0), 팔미톨레산(ω-7, C16:1), 헥사데카디에노산(Hexadecadienoic acid, C16:2), 헥사데카트리엔산(Hexadecatrienoic acid, C16:3), 마가릭 산(Margaric acid, C17:0), 헵타데노익산(Heptadenoic acid, C17:1), 스테아르산(옥타데칸산, C18:0), 올레산(ω-9, C18:1), 리놀레산(LA, ω-6, C18:2), 알파-리놀렌산(ALA, ω-3, C18:3), 옥타데카테트라에노익산(Octadecatetraenoic acid, C18:4), 노나데실릭산(Nonadecylic acid, C19:0), 노나데실릭산(Nonadecylic acid, C19:1), 아라키드산(에이코산산, C20:0), 아라키돈산(AA, ω-6, C20:4), 에이코사펜타엔산(EPA, ω-3, C20:5), 베헨산(도코산산, C22:0), 에루크산(ω-9, C22:1), 도코사펜타엔산(DPA, ω-3, 22:5), 및 도코사헥사엔산(DHA, ω-3, C22:6)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 지질은 C16:0, C16:1, C16:2, C16:3, C18:0, C18:1, C18:2, C18:3, 및 C18:4으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 지방산일 수 있다.
본 개시에서, “올레산”은 지질의 일종으로, 탄소 수가 18개에 1개의 이중 결합을 갖는 단일불포화 오메가-9 지방산을 의미한다.
본 개시에서, 상기 지질 생산 미생물은 지질을 생산할 수 있는 유지성(oleaginous) 효모 미생물, 구체적으로는 지질 생산능을 갖는 유지성 효모 균주일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 지질생산 미생물은 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica), 로도스포리디움 토룰로이데스(Rhodosporidium toruloides), 로도토룰라 글루티니스(Rhodotorula glutinis), 트리코스포론 풀루란(Trichosporon pullulan), 리포마이세스 리포퍼(Lipomyces lipofer)크립토코쿠스 쿠르바투스(Cryptococcus curvatus)로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있으나, 지질을 생산할 수 있는 미생물이라면 이에 제한되지 않는다.
일 실시예로서, 상기 지질생산 미생물은 야생형 미생물 또는 유전자 재조합 미생물일 수 있다. 일 실시예로서 상기 유전자 재조합 미생물은 특정 유전자를 결실시키거나 과발현 시킨 것일 수 있다.. 예를 들어, 상기 유전자 재조합 미생물은 야생형 미생물에서 다이아실글리세롤 아실 전이효소(Diacylglycerol acyltransferase)의 과발현 및 퍼옥시좀 형성인자 10(Peroxisome biogenesis factor 10 )의 결실 중 하나 이상이 이루어진 재조합 미생물일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.예를 들어, 상기 지질생산 미생물은 야생형 야로위아 리폴리티카 일 수 있다. 일 실시예로서 상기 야생형 야로위아 리폴리티카 미생물은 시중에서 판매되고 있는 것이거나, 신용할 수 있는 보존기관에 보존되며 보존기관이 발행하는 카탈로그 등에 의하여 자유롭게 분양될 수 있는 사실이 확인된 것일 수 있다. 일 실시예로 상기 야생형 야로위아 리폴리티카 미생물은 수탁번호 ATCC MYA-2613인 미생물일 수 있으나, 야생형 야로위아 리폴리티카라면 이에 제한되지 않고 모두 포함될 수 있다.
예를 들어, 상기 유전자 재조합 미생물은 야생형 미생물에서 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 퍼옥시좀형성인자 10(peroxisomal biogenesis factor 10, 서열번호 1)을 결실시키고, UAS1B 증폭자(enhancer), TEF(Translational elongation factor) 프로모터, 다이아실글리세롤 아실 전이효소를 코딩하는 유전자(서열번호 2)를 포함하는 벡터 (pMCS-12TEF-DGA1-CYC1t, 서열번호 3)를 이용하여 다이아실글리세롤 아실 전이효소(Diacylglycerol acyltransferase)를 과발현시킨 것일 수 있으며, 이외 일반적인 분자생물학적 기법을 통하여 변형된 재조합 균주도 포함할 수 있다. 상기 관점에서, 본 개시의 일 실시예에 따른 지질 생산 방법은 지질생산 미생물을 헥사노익산을 포함하는 배지에서 배양하는 단계 전에 지질생산 미생물의 다이아실글리세롤 아실 전이효소를 과발현시키는 단계 및 퍼옥시좀형성인자 10을 결실시키는 단계 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 단계는 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 퍼옥시좀형성인자 10(peroxisomal biogenesis factor 10)을 결실시키고, UAS1B 증폭자(enhancer), TEF(Translational elongation factor) 프로모터, 다이아실 글리세롤 아실 전이효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 벡터(pMCS-12TEF-DGA1-CYC1t)를 이용하여 다이아실글리세롤 아실 전이효소(Diacylglycerol acyltransferase)를 과발현시키는 것을 포함 할 수 있다. 이때, 상기 유전자들의 삽입 또는 결실 단계는 삽입 또는 결실되는 유전자들의 순서가 본 명세서에 기재된 순서에 제한되지 않는다.
본 개시에서, 상기 “배양”은 당업계에 알려져 있는 배양 방법에 의한 것이라면 제한 없이 적용 가능하다. 일 실시예로서 상기 미생물의 배양은 진탕배양, 정치배양, 회분식 배양, 유가식 배양 및 연속식 배양으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나에 의한 배양일 수 있다. 상기 진탕배양은 미생물을 접종한 배양물을 흔들면서 배양하는 방법을 의미하고, 상기 정치배양은 미생물을 접종한 액체 배양물을 흔들지 않고 놓아둔 채로 배양하는 방법을 의미한다. 상기 회분식 배양은 배양물의 부피를 고정하고 외부에서 새로이 배양물을 첨가하지 아니하는 상태에서 배양하는 방법을 의미하고, 상기 유가식 배양은 원료를 최초에 전부 배양 탱크에 넣어서 배양하는 단일배양(batch)에 대조되는 말로서 먼저 소량의 원소를 넣고 이것에 소량씩 원료를 추가해가며 배양하는 방법을 의미한다. 상기 연속식 배양은 새로운 영양배지가 계속 공급되며 동시에 세포 및 생산물을 포함하는 배양물이 계속 제거되는 배양방법을 의미한다.
일 실시예로서, 상기 배양은 적당한 탄소원, 질소원, 아미노산, 비타민 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 함유한 통상의 배지 내에서 온도, pH 등을 조절하면서 미생물의 배양 요건을 충족하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 배지는 최소배지인 YSC(Yeast Synthetic complete) 배지일 수 있다. 일 실시예로서 사용될 수 있는 탄소원으로는 글루코스, 자일로스, 수크로스, 락토스, 프락토스, 말토스, 전분, 셀룰로스와 같은 당 및 탄수화물, 대두유, 해바라기유, 피마자유, 코코넛유 등과 같은 오일 및 지방, 팔미트산, 스테아린산, 리놀레산과 같은 지방산, 글리세롤, 에탄올과 같은 알코올 등이 포함될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 탄소원은 글루코스, 글리세롤 및 자일로스 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이들 물질은 개별적으로 또는 혼합되어 포함될 수 있다. 일 실시예로서 사용될 수 있는 질소원으로는 암모니아, 황산암모늄, 염화암모늄, 초산암모늄, 인산암모늄, 탄산안모늄, 및 질산암모늄과 같은 무기질소원; 글루탐산, 메티오닌, 글루타민과 같은 아미노산 및 펩톤, NZ-아민, 육류 추출물, 효모 추출물, 맥아 추출물, 옥수수 침지액, 카세인 가수분해물, 어류 또는 그의 분해생성물, 탈지 대두 케이크 또는 그의 분해생성물 등 유기질소원이 사용될 수 있다. 이들 질소원은 단독 또는 조합되어 사용될 수 있다. 상기 배지에는 인원으로서 인산 제1칼륨, 인산 제2칼륨 및 대응되는 소듐-함유 염이 포함될 수 있다. 일 실시예로서 사용될 수 있는 인원으로는 인산이수소칼륨 또는 인산수소이칼륨 또는 상응하는 나트륨-함유 염이 포함된다. 또한, 무기화합물로는 염화나트륨, 염화칼슘, 염화철, 황산마그네슘, 황산철, 황산망간 및 탄산칼슘 등이 사용될 수 있다. 마지막으로, 상기 물질에 더하여 아미노산 및 비타민과 같은 물질이 사용될 수 있다. 일 실시예로서, 배양 배지에 적절한 전구체들이 사용될 수 있다. 상기된 원료들은 배양과정에서 배양물에 적절한 방식에 의해 회분식, 유가식 또는 연속식으로 첨가될 수 있으나, 특별히 이에 제한되지는 않는다. 적절한 농도의 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아와 같은 기초 화합물 또는 인산 또는 황산과 같은 산 화합물을 적절한 양과 방식으로 사용하여 배양물의 pH를 조절할 수 있다.
일 실시예로서, 상기 배지는 헥사노익산을 0.1 내지 5 g/L의 농도로 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 배지는 헥사노익산을 0.1 g/L 이상, 0.2 g/L 이상, 0.3 g/L 이상, 0.4 g/L 이상, 0.5 g/L 이상, 0.6 g/L 이상, 0.7 g/L 이상, 0.8 g/L 이상, 0.9 g/L 이상, 1 g/L 이상, 1.1 g/L 이상, 1.5 g/L 이상, 2 g/L 이상, 3 g/L 이상, 4 g/L 이상 또는 4.9 g/L 이상 포함할 수 있으며, 5 g/L 이하, 4 g/L 이하, 3 g/L 이하, 2 g/L 이하, 1.9 g/L 이하, 1.8 g/L 이하, 1.7 g/L 이하, 1.6 g/L 이하, 1.5 g/L 이하, 1.4 g/L 이하, 1.3 g/L 이하, 1.2 g/L 이하, 1.1 g/L 이하, 1 g/L 이하, 0.9 g/L 이하, 0.8 g/L 이하, 0.7 g/L 이하, 0.6 g/L 이하, 0.5 g/L 이하, 0.4 g/L 이하 또는 0.3 g/L 이하로 포함하는 것일 수 있다. 헥사노익산이 너무 적게 포함되면 지질 생산효율의 증가가 미미할 수 있으며, 헥사노익산이 상기 범위를 벗어나 너무 많이 포함될 경우 헥사노익산의 독성으로 인해 미생물 성장이 저해되어 오일 생산성이 저하될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 배양 단계는 상기 배지에 지질생산 미생물을 접종한 후 미생물을 일정범위의 온도 및 시간에서 배양하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 미생물의 배양 온도는 24 내지 35℃일 수 있다. 구체적으로, 상기 배양 온도는 24℃ 이상, 25℃ 이상, 26℃ 이상, 27℃ 이상, 28℃ 이상, 29℃ 이상, 30℃ 이상, 31℃ 이상, 32℃ 이상, 33℃ 이상 또는 34℃ 이상일 수 있으며, 35℃ 이하, 34℃ 이하, 33℃ 이하, 32℃ 이하, 31℃ 이하, 30℃ 이하, 29℃ 이하, 28℃ 이하, 27℃ 이하, 26℃ 이하 또는 25℃ 이하일 수 있다. 예를 들어, 상기 미생물의 배양 시간은 24 내지 300 시간 일 수 있다. 구체적으로, 상기 배양시간은 24시간 이상, 30 시간 이상, 40 시간 이상, 50 시간 이상, 60 시간 이상, 70 시간 이상, 80 시간 이상, 90 시간 이상, 100 시간 이상, 110 시간 이상, 120 시간 이상, 130 시간 이상, 140 시간 이상, 150 시간 이상, 160 시간 이상, 170 시간 이상, 180 시간 이상, 190 시간 이상, 200 시간 이상, 210 시간 이상, 220 시간 이상, 230 시간 이상, 240 시간 이상, 250 시간 이상, 260 시간 이상, 270 시간 이상, 280 시간 이상 또는 290 시간 이상일 수 있으며, 300 시간 이하, 290 시간 이하, 280 시간 이하, 270 시간 이하, 260 시간 이하, 250 시간 이하, 240 시간 이하, 230 시간 이하, 220 시간 이하, 210 시간 이하, 200 시간 이하, 190 시간 이하, 180 시간 이하, 170 시간 이하, 160 시간 이하, 150 시간 이하, 140 시간 이하, 130 시간 이하, 120 시간 이하, 110 시간 이하, 100 시간 이하, 90 시간 이하, 80 시간 이하, 70 시간 이하, 60 시간 이하, 50 시간 이하, 40 시간 이하, 30 시간 이하 또는 25시간 이하일 수 있다. 상기 배양온도 또는 배양시간을 벗어날 경우, 미생물 생장 및 조성이 달라질 수 있으며, 이에 따라 오일 생산성이 저하될 수 있다.
일 실시예로서, 상기 미생물의 배양물은 올레산 함량이 10 내지 80% 증가한 것일 수 있다.
일 실시예로서, 상기 미생물의 배양물은 올레산외 지질의 함량이 5 내지 30% 증가한 것일 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예로서 상기 생산 방법은 미생물의 배양 배지에 헥사노익산을 첨가함으로써 미생물의 글루코스외 자일로스와 같은 다양한 탄소원의 이용율을 증가시키는 것일 수 있다. 또한, 일 실시예로서 상기 방법은 미생물의 배양 배지에 헥사노익산을 첨가함으로써 미생물의 올레산을 포함하는 지질의 생산 속도도 증가시키는 것일 수 있다.
일 실시예로서, 본 개시는 상기 헥사노익산을 포함하는 배지에서 배양된 지질생산 미생물의 배양물에서 분리된 지질을 포함하는 바이오 오일을 제공할 수 있다. 나아가, 본 개시의 일 실시예는 상기 지질 또는 바이오 오일을 포함하는 식품, 화장품, 바이오 연료 또는 바이오 플라스틱 소재 등을 제공할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예는 상기와 같이 생산된 올레산을 사슬 연장 및 불포화 반응을 통하여 오메가3, DHA, EPA 등으로 전환시킬 수 있으며, 이를 포함하는 기능성 건강식품을 제공할 수 있다. 또한, 일 실시예는 상기 지질 생산 방법에 따라 지질을 생산하는 단계를 포함하는, 바이오 오일 생산 방법을 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 방법은 상기 균주의 배양물을 이용하여 바이오 오일을 생산하는 방법을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단계는 상기 생산된 지질을 트랜스에스테르화하여 바이오디젤을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 단계는 상기 생산된 지질을 수소화 열분해하여 바이오 항공유를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하, 실시예와 도면을 참조하여 본 개시의 구성 및 효과를 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 아래 실시예 및 도면은 본 개시에 대한 이해를 돕기 위해 예시의 목적으로만 제공된 것일 뿐 본 개시의 범주 및 범위가 그에 의해 제한되는 것은 아니다.
[실시예 1]
본 개시의 일 실시예로서, 야생형 야로위아 리폴리티카 (미생물 기탁번호 ATCC MYA-2613)를 글루코스를 탄소원으로 하는 최소배지(20g/L Glucose, 6.7g/L yeast nitrogen base, CSM-ura(MP biomedicals, Solon, USA), pH6.8 potassium phosphate buffer)에 1g/L의 헥사노익산을 첨가한 배지에 접종한 후 28℃에서 200rpm으로 진탕배양을 진행하였다. 144~168시간 배양 후 배양액내 미생물을 원심분리하여 배양액과 분리하였다.
[실시예 2]
본 개시의 일 실시예로서, 상기 실시예 1과 동일한 야생형 야로위아 리폴리티카에 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 지질 분해관련 유전자인 퍼옥시좀형성인자 10(peroxisomal biogenesis factor 10, 서열번호 1)을 결실시키고, UAS1B 증폭자(enhancer), TEF(Translational longation factor) 프로모터, 다이아실글리세롤 아실 전이효소를 코딩하는 유전자(서열번호 2)를 포함하는 벡터 (pMCS-12TEF-DGA1-CYC1t, 서열번호 3)를 이용하여 지질생산 대사경로 내 핵심 유전자인 다이아실글리세롤 아실 전이효소(Diacylglycerol acyltransferase)를 과발현시킨 지질생산 미생물을 제조하였다. 그 다음, 상기 미생물을 글루코스를 탄소원으로 하는 최소배지(20g/L Glucose, 6.7g/L yeast nitrogen base, CSM-ura(MP biomedicals, Solon, USA), pH6.8 potassium phosphate buffer)에 1g/L의 헥사노익산을 첨가한 배지에 접종한 후 28℃에서 200rpm으로 진탕배양을 진행하였다. 144~168시간 배양 후 배양액내 미생물을 원심분리하여 배양액과 분리하였다.
[비교예 1]
야생형 야로위아 리폴리티카 (미생물 기탁번호 ATCC MYA-2613)를 글루코스를 탄소원으로 하는 최소배지(20g/L Glucose, 6.7g/L yeast nitrogen base, CSM-ura(MP biomedicals, Solon, USA), pH6.8 potassium phosphate buffer)에 접종한 후 28℃에서 200rpm으로 진탕배양을 진행하였다. 144~168시간 배양 후 배양액내 미생물을 원심분리하여 배양액과 분리하였다.
[비교예 2]
실시예 1과 동일한 야생형 야로위아 리폴리티카에 CRISPR/Cas9 시스템을 이용하여 지질 분해관련 유전자인 퍼옥시좀형성인자 10(peroxisomal biogenesis factor 10, 서열번호 1)을 결실시키고, UAS1B 증폭자(enhancer), TEF(Translational longation factor) 프로모터, 다이아실글리세롤 아실 전이효소를 코딩하는 유전자(서열번호 2)를 포함하는 벡터 (pMCS-12TEF-DGA1-CYC1t, 서열번호 3)를 이용하여 지질생산 대사경로 내 핵심 유전자인 다이아실글리세롤 아실 전이효소(Diacylglycerol acyltransferase)를 과발현시킨 지질생산 미생물을 제조하였다. 그 다음, 상기 미생물을 글루코스를 탄소원으로 하는 최소배지(20g/L Glucose, 6.7g/L yeast nitrogen base, CSM-ura(MP biomedicals, Solon, USA), pH6.8 potassium phosphate buffer)에 접종한 후 28℃에서 200rpm으로 진탕배양을 진행하였다. 144~168시간 배양 후 배양액내 미생물을 원심분리하여 배양액과 분리하였다.
[시험예 1]
지질생산 미생물의 배양시 헥사노익산 첨가에 따른 배지내 탄소원의 이용 및 생산된 지질 함량을 확인하기 위하여, 상기 각 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 분리된 미생물로부터 생산된 바이오매스(건조세포중량)와 지질생산량을 측정하였으며, 지질 분석을 통하여 올레산 생산량을 계산하였고, 분리된 배양액으로부터 글루코스의 양을 측정하였다.
그 결과, 도 1에서 보는 것과 같이 실시예 1 및 2의 지질생산 미생물 모두 헥사노익산 첨가에 따라 탄소원인 글루코스 이용 속도가 빨라졌으며, 도 2와 같이 헥사노익산 첨가에 따라 지질생산량이 비교예 1 및 2와 비교하여 약 10% 정도 증가하는 것을 확인하였다. 실시예 1 대비 실시예 2의 지질생산량은 약 1.7배 증가하였다. 실시예 2의 경우 비교예 2와 대비하여 헥사노익산 첨가에 의해 세포 내 지질 함량이 50.3%에서 73.8%로 증가하여, 재조합 미생물에서 헥사노익산 첨가에 따른 지질생산성 향상 효과가 더욱 크게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 각 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 생산된 지질 성분을 분석하여 올레산 함량을 분석하고 이로부터 헥사노익산 첨가에 따른 올레산 생산량을 비교한 결과, 도 3에서 보는 것과 같이 헥사노익산 첨가에 따른 지질 생산성 향상 효과와 달리 올레산 생산성 향상 효과는 실시예 1 및 2 모두에서 뚜렷하게 나타났다. 지질생산 미생물 야생종을 사용한 실시예 1의 경우 헥사노익산 첨가에 따라 지질생산량이 크게 증가하지는 않았지만 생산된 지질 중 올레산 함량이 47% 증가하여 최종적으로 올레산 생산량이 66% 증가하였다. 또한, 실시예 2의 경우에도 헥사노익산 첨가조건에서 생산된 지질 내 올레산 함량이 약 52% 증가하였으며, 헥사노익산 첨가조건에서의 높은 지질생산량과 더불어 최종적인 올레산 생산량이 61% 증가하였다. 그 결과, 도 4에서 보는 것과 같이 실시예 2의 경우 야생종 균주를 헥사노익산 미첨가 배지에서 배양한 비교예 1보다 약 3.3배의 올레산을 더 생산할 수 있음을 확인하였다.
[시험예 2]
본 개시의 일 실시예로서 헥사노익산 첨가 농도에 따른 올레산 생산의 변화를 관찰하기 위하여 다음의 실험을 수행하였다.
구체적으로, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 야생형 야로위아 리폴리티카를 형질변환 후, 20g/L의 글루코스와 10g/L의 자일로스를 탄소원으로 포함하는 최소배지(20g/L Glucose, 10g/L Xylose, 6.7g/L yeast nitrogen base, CSM-ura(MP biomedicals, Solon, USA), pH6.8 potassium phosphate buffer)에 헥사노익산을 0g/L(비교예 3), 0.2g/L(실시예 3), 0.6g/L(실시예 4) 또는 1g/L(실시예 5)를 각각 첨가한 후, 상기 배지에 상기 형질변환된 미생물을 접종하고, 28℃에서 200rpm으로 진탕배양을 진행하였다. 168시간 배양 후 배양액 내의 균주를 원심분리하여 배양액과 분리하여 분리된 균주로부터 지질생산량을 측정하였으며, 지질 성분을 분석하여 올레산 생산량과 함량을 계산하였고, 분리된 배양액으로부터 탄소원으로 사용된 글루코스와 자일로스의 양을 측정하였다.
그 결과, 도 5 및 도 6과 같이 배지에 첨가된 헥사노익산 농도가 증가함에 따라 올레산의 생산량과 함량이 증가하였다. 구체적으로, 헥사노익산 무첨가 배지인 비교예 3의 올레산 생산량 0.377 g/L과 비교하여, 헥사노익산이 0.2g/L 첨가된 배지에서 배양한 실시예 3은 지질 내 올레산 함량이 27.4%, 올레산 생산량이 0.417g/L로 10.5% 증가하였고, 헥사노익산이 0.6g/L 첨가된 배지에서 배양한 실시예 4는 올레산 함량이 40.1%, 올레산 생산량이 0.529g/L로 40.3% 증가하였으며, 헥사노익산이 1g/L 첨가된 배지에서 배양한 실시예 5는 지질 내 올레산 함량이 52.1%, 올레산 생산량이 0.608g/L로 61.2% 증가하였다.
또한, 도 7과 도 8과 같이 야로위아 리폴리티카 균주는 자일로스를 거의 이용하지 못함에도, 헥산노익산이 첨가된 배지에서 배양함에 따라 야로위아 리폴리티카 균주의 자일로스의 이용이 확연히 증가한 것을 확인할 수 있다. 이는 일 관점에서, 헥사노익산의 첨가가 글루코스뿐만 아니라 자일로스와 같이 다양한 탄소원을 이용을 가능하게 하고 이용 속도를 촉진시켜 올레산 및 지질을 생산량과 생산속도를 증가시킬 수 있음을 의미한다.
<110> Korea Institute of Science of Technology <120> Oleic acid produced from microorganism and a production method for producing oleic acid using microorganism <130> 21p399/ind <160> 3 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 1134 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> peroxisomal biogenesis factor 10 <400> 1 atgtggggaa gttcacatgc attcgctggt gaatctgatc tgacactaca actacacacc 60 aggtccaaca tgagcgacaa tacgacaatc aaaaagccga tccgacccaa accgatccgg 120 acggaacgcc tgccttacgc tggggccgca gaaatcatcc gagccaacca gaaagaccac 180 tactttgagt ccgtgcttga acagcatctc gtcacgtttc tgcagaaatg gaagggagta 240 cgatttatcc accagtacaa ggaggagctg gagacggcgt ccaagtttgc atatctcggt 300 ttgtgtacgc ttgtgggctc caagactctc ggagaagagt acaccaatct catgtacact 360 atcagagacc gaacagctct accgggggtg gtgagacggt ttggctacgt gctttccaac 420 actctgtttc catacctgtt tgtgcgctac atgggcaagt tgcgcgccaa actgatgcgc 480 gagtatcccc atctggtgga gtacgacgaa gatgagcctg tgcccagccc ggaaacatgg 540 aaggagcggg tcatcaagac gtttgtgaac aagtttgaca agttcacggc 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cgatccggga 1140 gctcctgagg tgtctcacaa gtgccgtgca gtcccgcccc cacttgcttc tctttgtgtg 1200 tagtgtacgt acattatcga gaccgttgtt cccgcccacc tcgatccggt ctagactgag 1260 gtgtctcaca agtgccgtgc agtcccgccc ccacttgctt ctctttgtgt gtagtgtacg 1320 tacattatcg agaccgttgt tcccgcccac ctcgatccgg ggatccctga ggtgtctcac 1380 aagtgccgtg cagtcccgcc cccacttgct tctctttgtg tgtagtgtac gtacattatc 1440 gagaccgttg ttcccgccca cctcgatccg ggtcgacctg aggtgtctca caagtgccgt 1500 gcagtcccgc ccccacttgc ttctctttgt gtgtagtgta cgtacattat cgagaccgtt 1560 gttcccgccc acctcgatcc gggcatgcgg tacccgaatt cctgaggtgt ctcacaagtg 1620 ccgtgcagtc ccgcccccac ttgcttctct ttgtgtgtag tgtacgtaca ttatcgagac 1680 cgttgttccc gcccacctcg atccggtcta gactgaggtg tctcacaagt gccgtgcagt 1740 cccgccccca cttgcttctc tttgtgtgta gtgtacgtac attatcgaga ccgttgttcc 1800 cgcccacctc gatccgggga tccctgaggt gtctcacaag tgccgtgcag tcccgccccc 1860 acttgcttct ctttgtgtgt agtgtacgta cattatcgag accgttgttc ccgcccacct 1920 cgatccgggt cgacctgagg tgtctcacaa gtgccgtgca gtcccgcccc 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Claims (14)

  1. 지질생산 균주의 배양물로,
    상기 지질생산 균주는 헥사노익산을 포함하는 배지에서 배양되며,
    상기 배양물은 상기 지질생산 균주를 헥사노익산을 포함하지 않는 배지에서 배양한 배양물보다 올레산을 포함하는 지질을 증가된 함량으로 포함하는, 배양물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지질생산 균주는 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica), 로도스포리디움 토룰로이데스(Rhodosporidium toruloides), 로도토룰라 글루티니스(Rhodotorula glutinis) 및 크립토코쿠스 쿠르바투스(Cryptococcus curvatus)로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 배양물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 지질생산 균주는 야생형 균주에서 다이아실글리세롤 아실 전이효소(Diacylglycerol acyltransferase)의 과발현 및 퍼옥시좀 형성인자 10(Peroxisome biogenesis factor 10 )의 결실 중 하나 이상이 이루어진 재조합 균주인, 배양물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 배지는 헥사노익산을 0.1 내지 5 g/L의 농도로 포함하는, 배양물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 배양물에서 분리된 지질을 포함하는 바이오 오일.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 배양물에서 분리된 지질을 포함하는 바이오 연료.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 배양물에서 분리된 지질을 포함하는 화장품.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 배양물에서 분리된 지질을 포함하는 식품.
  9. 지질생산 균주를 헥사노익산을 포함하는 배지에서 배양하는 단계를 포함하며,
    상기 단계에 의해 배양된 배양물은 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 배양물인, 지질 생산 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 배지는 탄소원으로 글루코스, 글리세롤 및 자일로스 중 하나 이상을 포함하는 것인, 지질 생산 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 배양 단계는 상기 배지에 지질생산 균주를 접종한 후 24 내지 35℃에서 24 내지 300 시간 동안 배양하는 것을 포함하는, 지질 생산 방법.
  12. 제9항의 지질 생산 방법에 따라 지질을 생산하는 단계를 포함하는, 바이오 오일 생산 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 생산된 지질을 트랜스에스테르화하여 바이오디젤을 제조하는 단계를 더 포함하는, 바이오 오일 생산 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 생산된 지질을 수소화 열분해하여 바이오 항공유를 제조하는 단계를 더 포함하는, 바이오 오일 생산 방법.
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