원문링크: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960852420316369

연구배경

아세트산은 CO2, CO, H2 등 지구온난화와 관련된 가스로부터 생산될 가능성 때문에 탄소중립과 지구온난화 방지 등을 위해 적합한 미래의 탄소원으로 주목받고 있다. 한편 3-hydroxypropionic acid (3-HP)는 생분해성 고분자나 아크릴산 등의 생산에 중요한 화합물로 생물학적 생산이 화학적 생산보다 유리한 물질이다. 그러나 아세트산의 이용 당위성에 비해 독성 등으로 인해 생물학적 이용은 쉽지 않다.

연구성과

대장균의 대사경로 개량을 통해 균체성장과 3-HP 생산을 분리하는 2단계 공정이 가능한 균주를 개발하고 아세트산을 원료로 7 g/L, 0.26 mol/mol (이론 수율의 50%) 수준의 3-HP 생산을 달성하였다. 그러나 Pseudomonas denitrificans의 경우와 같이 acetyl-CoA node 에서 3-HP 탄소골격의 생산과 에너지의 균형생산이 어려웠고 특히 TCA cycle의 효율적 이용이 어려웠다. 또한 균주의 활성을 유지하면서 지방산 생산과 3-HP 생합성의 균형을 유지하는 것도 큰 난제이었다. (그림: 균주 개발 전략)

향후계획

고농도, 고효율 생산을 위해 관련 대사경로에서 탄소흐름의 최적화, 효소 활성의 향상, 균주의 사용 등을 조사하고 있다. 또한 아세트산을 원료로 3-HP 보다 더 생산이 용이한 다른 대사산물의 생산도 조사하고 있다.

Abstract

Acetate can be used as carbon feedstock for the production of 3-hydroxypropionic acid (3-HP), but the production level was low due to inefficient cell growth on acetate. To better utilize acetate, a two-stage strategy, whereby glucose is used for cell growth and acetate for 3-HP formation, was attempted. Dissected malonyl-CoA reductase of Chloroflexus aurantiacus, alone or along with acetyl-CoA carboxylase and/or transhydrogenase, was overexpressed, and by-products formation pathway, glyoxylate shunt (GS) and gluconeogenesis were modified. When GS or gluconeogenesis was disrupted, cell growth on glucose was not hampered, while on acetate it was completely abolished. Consequently, 3-HP production, at production stage, were low, though 3-HP yield on acetate was increased, especially in the case of aceA deletion. In two-stage bioreactor, strain with upregulated GS produced 7.3 g/L 3-HP with yield of 0.26 mol/mol acetate. This study suggests that two-stage cultivation is a good strategy for 3-HP production from acetate.