Actinobacillus succinogenes와 Methanosarcina barkeri의 순차적 배양을 통한 숙신산 생산 및 부산물 아세트산 제거

Abstract

숙신산은 재생 가능한 자원 중 경쟁력 있는 바이오 유래 플랫폼 화학물질로, 화학산업분야에서 각광받는 바이오 원료이다. 숙신산은 석유화학공정에 의해 생산되기도 하지만 미생물 발효에 의해서도 생산될 수 있으며, 이를 바이오 숙신산이라고 한다. 최근 숙신산의 바이오생산 공정이 석유화학기반 공정의 대체 가능한 생산방식으로 주목받고있다. A. succinogenes는 조건 호기성, 호이산화탄소성 반추위세균으로, 포도당을 기질로 사용여 숙신산, 아세트산, 포름산 및 소량의 에탄올을 생산하며, 고농도의 숙신산을 축적할 수 있기 때문에 바이오숙신산 생산공정에서 주로 사용하는 균주이다. 바이오 숙신산 생산공정에서 숙신산을 분리, 정제하는 하위공정은 고순도의 숙신산을 얻기 위해 매우 중요하다. 이번 연구에서는 A. succinogenes를 이용하여 숙신산을 생산하고, M. barkeri를 이용하여 부산물 중 아세트산을 제거하는 연구를 수행하였다. M. barkeri는 아세트산을 기질로 사용할 수 있는 절대혐기성 고세균이다. 공동배양을 통한 숙신산 생산 및 아세트산 제거를 위해 공동배양 배지 제작, 기질 선택, 배양중 배지 pH조절, 혐기 가스조건 변경, M. barkeri의 아세트산 배지에서의 적응 등 여러가지 조건에서 최적화 연구를 수행하였다. 이후 M. barkeri의 아세트산 대사과정에 필요한 효소의 유전자 발현을 real-time PCR로 분석하였다. 향후 연구에서는 M. barkeri의 유전자 발현 분석 결과를 참고하여 아세트산 제거 효율을 높이기 위해 유전자조작을 시도할 수 있을 것이다. 또한 H2:C02 가스 사용 또는 다른 전자공여체를 배양중 사용하여 M. barkeri가 또 다른 부산물인 포름산을 제거하도록 하는 연구를 수행할 수 있다. 이를 통해 숙신산 생산공정에서 만들어지는 부산물 아세트산과 포름산을 M. barkeri가 제거하도록 한다면 산업적으로 바이오 숙신산 생산의 하위공정에 기여할 수 있을 것이다.;Succinic acid is very important in chemical industry as a renewable bio platform chemical. It could be produced by not only petrochemical process but also fermentation process with microorganism and succinic acid produced by the latter is called as bio-succinic acid. Succinic acid production by fermentation process is receiving attention as an alternative process of petrochemical process. A. succinogenes is a facultative aerobic rumen bacteria and consumes glucose and produces succinate, acetate, formate and ethanol. It is used as one of the greatest succinic acid producer in bio-succinic acid production process because it can produce and accumulate high concentration of succinic acid. In bio-succinic acid production process, separation and purification of succinic acid is very important to get high purity of succinic acid. In this research, A. succinogenes is used to produce succinic acid and M. barkeri is used to remove acetate in the fermentation medium. M. bakreri is an absolute anaerobic archaea which can consume acetate as substrate. For optimization to produce succinic acid and remove acetate by co-cultivation, making co-cultivation medium, selection of substrate, regulation of pH, selection of anaerobic gas condition, adaptation of M. barkeri are fulfilled. And then real-time PCR was fulfilled to analyze the target genes of M. barkeri that is relative with metabolic pathway. In further work, M. barkeri genetic manipulation method could be used to improve acetate removal efficiency consulting the real-time PCR data(table 11,12). Also, utilization of H2:C02 gas for anaerobic condition or electron donor during cultivation can make M. barkeri consume formate also. Then M. barkeri can remove acetate and formate during bio-succinic acid production process and it colud be very valuable in industry field.