이번 호에서는 화남이공대학 식품과학공정학원 위동교수팀이 국제조류학정기간행물 ≪ Algal Research ≫ 에 발표한 글을 추천합니다.Rapid screening of high-protein Auxenochlorella pyrenoidosa mutant by an integrated system of atmospheric and room temperature plasma mutagenesis and high-throughput microbial microdroplet culture。이번 연구는 상압실온 플라즈마 유도(ARTP)와 고통량 미생물 미세방울 배양을 위한 통합시스템(MMC)을 이용해 고단백질의 단백질 핵클로렐라 돌연변이주를 빠르게 선별해 이양발효 대체 단백질 생산에 유망한 후보균을 제공했다.

전 세계 인구가 증가하면서 음식에 대한 수요도 증가하고 있으며, 이는 경작지 감소와 전통적인 육류 생산에 대한 윤리적 우려 속에서 새로운 단백질 공급원을 찾는 수요를 심화시키고 있다.미세조류는 유망한 대체 단백질 공급원으로 단백질, 아미노산, 다불포화지방산 (PUFAs), 비타민, 미네랄이 풍부하다.그러나 이양 배양 조건에서 광합성에 의존하는 단백질 합성이 감소하기 때문에 미세조류는 일반적으로 낮은 단백질 함량 (<40% 건중) 을 나타내 대체 단백질 공급원으로서의 잠재력을 제한한다.이러한 도전을 극복하기 위해서는 천연 고단백질 함량의 신형 미세조류 균주 개발이 이양 발효를 통한 효율적인 대규모 단백질 생산에 필수적이다.

연구진은 초기에 ARTP 유도를 이용해 황색 단백질 핵클로렐라 A4-1을 출발 조류로 획득해 새로운 ARTP 유도를 15초 동안 투사한 뒤 요병으로 옮겨 배양했다.대수 성장기에 있는 세포를 OD450nm 값이 0.6-0.8로 희석해 MMC 시스템으로 옮겨 추가 배양한다.

MMC 체계에서는 초기에 50개의 액적이 생성되고 매 세대의 운행시간이 24~46시간이며 액적이 450nm에 떨어지는 흡광치를 실시간으로 검사하여 조류의 생장상황을 표징한다.3차 배양을 거쳐 작황이 좋은 액적 (제28호 액적) 을 선별한다.전체 실험 과정은 116시간밖에 걸리지 않아 전통적인 태블릿 체계에 비해 크게 향상되었다 (그림 2A).액체를 단일 클론으로 선별하여 23주의 균을 얻어 그 중 4주 (MMC-1, 7, 8, 11) 의 성장속도 또는 생물량 농도가 높은 것을 선택하여 후속 분석을 진행한다 (그림 2B).

250mL 요람병에서 배양된 4개의 선택된 돌연변이체(MMC-1, 7, 8, 11)의 세포 성장과 생물량 생산량은 그림 3A와 같다.모든 돌연변이는 A4-1 조류와 비슷한 패턴으로 초기 정체기를 거친 뒤 지수 성장기에 빠르게 진입했다.MMC-7은 A4-1 균주의 7.57g/L보다 8.49%(p < 0.05) 높은 가장 높은 생물량 농도인 8.21g/L에 도달했다.동시에 모든 네 개의 돌연변이는 시각적으로 A4-1 조류와 비슷한 황금색을 띠고 있으며, 엽록소 b는 검출되지 않았으며, 엽록소 a는 야생형(WT)의 1% (그림 3B) 에 불과하다.

생화학 성분 분석에 따르면 네 개의 돌연변이에서 단백질 함량이 12~40% 증가했다 (그림 4).MMC-8 돌연변이는 가장 높은 단백질 함량(63.26% 건중)과 낮은 전분 함량(8.59% 건중)을 보여 출발 조류인 A4-1보다 각각 40.11%, 56.24% 감소했다.또한 MMC-8은 아미노산 함량 (44.35% 건중) 과 평점 (95) 이 A4-1보다 높은 단백질 품질에서도 뛰어났다.

이 연구는 강력한 고통량 선별 플랫폼으로서의 ARTP-MMC 시스템의 잠재력을 보여주며, 단백질의 합성 효율을 높일 뿐만 아니라 전분 함량을 감소시켜 탄소 분배가 단백질 합성 방향으로 기울어지게 함으로써 생물 단백질의 생산 효율과 지속 가능성을 높이는 데 중요한 의미를 가진다.

논문 링크:https://doi.org/10.1016/j.algal.2024.103509