이번 호에서는 청화대학 합성과 시스템 생물학센터 주임 진국강 교수팀을 추천하여대사 공학이전 글:Engineering low-salt growth Halomonas Bluephagenesis for cost-effective bioproduction combined with adaptive evolution 。이 연구는 상압실온 플라즈마 기술(ARTP)을 적용해 청정염 단포균을 무작위로 돌연변이해 저염 농도에서 잘 자라는 균주를 선별했다.획득한 우세한 균주를 발효하여 PHA를 생산하여 높은 생산과 원가 절감의 이중 이득을 실현하였다.돌연변이 균주와 야생형 유전자형을 비교해 기염숙주 균주의 소금 협박 관련 유전자를 밝혀냈다.

폴리히드록시 지방산 에스테르(Polyhydroxyalkanoates·PHA)는 세균에서 에너지 저장에 쓰이는 폴리머로, 친환경 생분해형 플라스틱으로 개발할 수 있다.화학공업플라스틱의 물화특성을 구비하였지만 또 생물분해성, 생물상용성, 광학활성, 기체상격성 등 일련의 성질을 갖고있다.PHA 생산 균주 기염성 단포균 TD01은 중국 신장 에딩겔호에서 분리된 기염균으로 높은 pH와 높은 소금 농도에서 비무균 조건에서 빠르게 성장할 수 있다.비록 현재 이미 표현담체와 가동자 등 면에서 람정염단포균을 개조하여 고성능균주를 얻었지만 그 내염조절면에서는 여전히 많은 미지수가 존재한다.저염, 고pH와 같은 청결염 단포균에 대한 역방향 개조는 소금 폐수 처리 비용, 더 높은 세포 분리도, 더 높은 PHA 순화도를 더 낮출 수 있다.

그러나 세포 체내에서 생물 과정 통제에 참여하는 세포 단백질은 일반적으로 다른 분배 전략을 나타내기 때문에 외부 압력, 예를 들면 염도의 삼투압, 열 쇼크, 자외선 조사 등에 대응하기 위해 대사 네트워크에 대한 이성적인 설계로 소금 협박의 조절을 얻는 데 일정한 난이도가 존재한다.상압실온 플라즈마 기술 (ARTP) 은 전체 게놈 무작위 돌연변이 방법으로, 미생물 내염성의 메커니즘은 시스템급 조절 네트워크와 관련되기 때문에 전체 게놈 무작위 돌연변이를 실현할 수 있는 ARTP는 청정염 단포균의 섀시 개조에 더욱 적합하다.

연구진은 야생 단포균 TD01 및 3개 재조합균 TDH4, TD68, TD68-194를 출발 균주로 각각 고농도(50g/L NaCl)와 저농도(10g/L NaCl) 소금 환경에서의 생장 상태를 검증한 결과 모든 균주가 저염 농도의 평판에 균락이 나타나지 않은 것으로 나타났다 (그림 2).이 4그루의 균에 대해 ARTP 유도를 진행하는데 유도시간은 5분이고 치사률곡선은 최적처리시간을 3분으로 표시한다 (그림2).유도 후의 창고에서 저염 농도 상황에서 가장 빠르게 성장하는 균 4주를 선별하여 2차 유도를 진행하고, 마지막에 4주의 균을 얻는다: TD01A₂B₅TDH4A의₁B₅TD68A의₂B₃및 TD68-194A₁B₅(그림 2).여기서 TDH4A₁B₅균은 우수한 생산성을 가지고 있으며, 세포 줄기의 무게는 11g/L에 달할 수 있으며, 60% 의 품질 비율의 PHA 생산량을 함유하고 있다.

돌연변이 균주에 대해TDH4A는₁B₅유전자 수준의 개조를 진행하고, phaCAB 조종자를 첨가하여 대사 통량을 증강하며, 7L 체계에서 진행된 40시간 미멸균 보충재를 분할 발효하여 야생형에 비해 PHB와 P34HB 생산량이 각각 21% 와 36% 증가했다 (그림 3).이를 더욱 개조하여 소아미노산 분비율과 외비소 분비율을 각각 50%와 77% 높였으며, 다방면의 해석은 저염농도 섀시균의 응용 잠재력을 보여주었다 (그림 4).유전자 대조를 통해 기염 숙주 균주의 소금 협박 조절 메커니즘을 밝혀냈는데, 삼투압과 관련된 101개의 유전자를 포함한다.더 중요한 것은 재조합 파랑균 TDH4A1B5를 사용함으로써 7L 발효 체계에서의 PHA의 원가를 1/3 낮추어 경제적 경쟁력을 크게 높였다 (그림 5).

그림1 이 문서의 기술 로드맵

그림2개의 ARTP유도 데이터

그림3 대H. bluephagenesis는TDH4A는₁B₅의 개조로 다수확PHA는

그림4 대H. bluephagenesis는TDH4A는₁B₅의 개조다양한 단백질 생산에 응용하다

그림5 저염 발효와 고염 발효의 원가 분석

논문 링크:

https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.08.001