흑액 유래 유기산의 Escherichia coli MG 1655 성장에 미치는 영향 탐색

Abstract

본 연구는 펄프 흑액 내 포함된 아라비노스를 당기질로 대사할 수 있는 대장균 균주인 Escherichia coli MG 1655를 선별하고 흑액 유래 유기산(초산, 포름산, 및 젖산)이 선별 균주의 성장에 미치는 영향을 관찰하였다. 서로 다른 유기산 농도 및 유기산 조합에 의한 대장균 성장에 미치는 영향을 분석하기 위해서 발효배지 내 다양한 유기산 농도의 조합에 따른 E. coli MG 1665의 성장을 관찰하였다. 유기산 포함된 배지에서의 E. coli MG 1665 배양 실험 결과에 의하면 초산 <TEX>$1.0g/{\ell}$</TEX>, 젖산 <TEX>$1.2g/{\ell}$</TEX>, 포름산 <TEX>$0.8g/{\ell}$</TEX> 조건에서는 유기산이 포함되지 않은 대조군과 유사한 성장을 보였으나, 초산 <TEX>$1.5g/{\ell}$</TEX>, 젖산 <TEX>$2.0g/{\ell}$</TEX>, 포름산 <TEX>$1.2g/{\ell}$</TEX> 이상을 포함하는 배지 조건에서는 E. coli MG 1665의 성장이 강하게 억제됨을 관찰하였다. 이와 더불어 유기산들의 혼합된 배지에서는 3종의 유기산 중 포름산이 가장 중요한 요소로 작용함을 알 수 있었다. 결과적으로 흑액 내 아라비노스를 당기질로 이용하여 높은 발효 수율을 얻기 위해서는 흑액 내 포함된 유기산인 초산, 젖산, 포름산이 각각 최소 <TEX>$1.0g/{\ell}$</TEX>, <TEX>$1.2g/{\ell}$</TEX>, <TEX>$0.8g/{\ell}$</TEX> 이하로 흑액 내 존재하는 유기산 제거 방법을 개발하거나 높은 유기산 농도에서도 정상적인 성장을 갖는 유기산 내성 균주의 개발이 요구될 수 있다. In this study, we selected an Escherichia coli strain (E. coli MG 1655) metabolizing arabinose derived from acid hydrolyzed black liquor as a carbon source and investigated effect of organic acids (acetic acid, formic acid, and lactic acid) presented in black liquor on growth of the E. coli MG 1655. We measured growth of E. coli MG 1655 under various concentration of each and combined three kinds of organic acids. The E. coli MG 1655 shows tolerance to acetic acid, lactic acid and formic acid at these concentrations (<TEX>$1.0g/{\ell}$</TEX> acetic acid, <TEX>$1.2g/{\ell}$</TEX> lactic acid and <TEX>$0.8g/{\ell}$</TEX> formic acid, respectively), but displays some growth retardation over <TEX>$1.5g/{\ell}$</TEX> acetic acid, lactic acid <TEX>$2.0g/{\ell}$</TEX>, and formic acid <TEX>$1.2g/{\ell}$</TEX>, respectively. In addition, formic acid was shown to be a critical factor affecting growth of the E. coli MG 1655 in the presence of three kinds of organic acids. These results indicate that the inhibitors should be removed at least <TEX>$1.0g/{\ell}$</TEX> of acetic acid, <TEX>$1.2g/{\ell}$</TEX> of lactic acid, <TEX>$0.8g/{\ell}$</TEX> of formic acid for normal cell growth required for high yield fermentation. In addition, there is a need to construct recombinant strains that may be resistant to the same or higher organic acids concentration (> <TEX>$1.2g/{\ell}$</TEX>) in the growth.