적응진화를 활용한 mannose와 glucose 동시발효 Saccharomyces cerevisiae의 개발 = Development of Saccharomyces cerevisiae capable of simultaneous fermentation of mannose and glucose through adaptive evolution

국문 초록 (Abstract)

다양한 당들의 중합체로 이루어진 농·식품 산업 부산물 유래의 섬유소계 바이오매스로부터 바이오연료 및 바이오소재를 생산하기 위해서는 바이오매스 유래의 혼합당을 효과적으로 대사할 수 있는 균주의 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 다양한 6탄당의 대사가 가능한 Saccharomyces cerevisiae의 적응진화를 통해 glucose repression이 해제되어 glucose와 mannose 혼합당을 동시에 대사하는 균주를 개발하고자 하였다. 총 3차의 적응진화를 통해 선별된 돌연변이 균주 S. cerevisiae MS3-4는 mannose에 대한 glucose repression이 해제되어glucose와 mannose 혼합당을 동시에 대사하였으며, 모균주 D452-2에 비해 총 당 대사속도는 52%, ethanol 생산성은 62%, 그리고 수율은 7% 향상되었다. 또한 glucose 및 mannose 단일당 대사속도 역시 모균주에 비해 각각 11 및 17% 향상되었다. 더불어 MS3-4 균주는 mannose에 대한 glucose repression이 해제되었을 뿐만 아니라 galactose에 대한 glucose repression 역시 해제되었으며 fructose의 대사속도가 증가하였음이 관찰되었다. 특히 MS3-4 균주는 glucose와 galactose의 혼합당 조건에서 glucose와 galactose를 동시대사하여, 모균주에 비해 총 당 소비속도, ethanol 생산성 및 생산수율이 각각 54%, 208% 및 150% 향상되었다. 이러한 결과는 돌연변이 균주 MS3-4가 커피찌꺼기를 비롯한 다양한 농·식품 산업 부산물 유래의 혼합당으로부터 바이오연료 및 바이오소재 생산을 위한 균주 개발에 활용될 수 있음을 보여준다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In order to produce biofuels and biomaterials from cellulosic biomass obtained in by-products of agriculture and food industries, it is required to develop a yeast strain capable of effectively fermenting mixed sugars derived from biomass. In this study, Saccharomyces cerevisiae, baker’s yeast fermenting various six-carbon sugars, was evolved to co-ferment glucose and mannose by alleviating glucose repression. The evolved strain, S. cerevisiae MS3-4 isolated from three stages of adaptive evolution, could ferment glucose and mannose simultaneously, which resulted in 52%, 62% and 7% enhanced sugar consumption rate, ethanol productivity and ethanol yield, respectively, compared with the parental strain. In addition, MS3-4 strain showed 54%, 208% and 150% enhanced sugar consumption rate, ethanol productivity and ethanol yield than the parental strain, respectively, in the fermentation of glucose and galactose. These results indicate that MS3-4 strain was released from glucose repression on galactose as well as mannose. These results also suggest that MS3-4 strain could be applied for production of biofuels and biomaterials from various types of biomass.

목차 (Table of Contents)

• 국문초록 1
• Ⅰ. 서론 3
• Ⅱ. 재료 및 방법 7
• 1. 균주, 적응진화 및 돌연변이 선별 7
• 2. 돌연변이 균주 단일당 발효 9
• 3. 돌연변이 균주 혼합당 발효 10
• 4. 분석방법 10
• Ⅲ. 결과 11
• 1. 1차 적응진화를 통한 S. cerevisiae의 glucose repression 완화 11
• 2. 2차 적응진화를 통한 S. cerevisiae의 glucose repression 해제 14
• 3. 3차 적응진화를 통한 S. cerevisiae의 glucose 및 mannose 대사 향상 16
• 4. 선별된 돌연변이 균주의 glucose와 mannose의 혼합당 동시발효 18
• 5. 선별된 S. cerevisiae의 glucose 및 mannose 단일당 발효 20
• 6. 선별된 S. cerevisiae의 galactose 단일당 및 혼합당 발효 22
• 7. 선별된 S. cerevisiae의 fructose 단일당 및 혼합당 발효 24
• Ⅳ. 고찰 26
• Ⅴ. 결론 30
• Ⅵ. 참고문헌 43
• 영문초록 48