Ru/Ti, Pd/Ti, Ir/Ti 전극을 이용한 폐수의 전기화학적인 산화처리에 관한 연구

이진원 광운대학교 대학원 2000 국내석사

티타늄 금속표면에 Ruthenium, Palladium, Iridium 원소로 코팅된 전극을 사용하여 전류밀도, 전극간격, Chloride 농도, 그리고 유기물농도에 대한 전기분해 특성을 연구하였다. 염색 폐수, 염료제조공정 폐수, 제약공정 폐수, 그리고 PVA제조공정 폐수의 COD 제거율을 측정하였고, 중금속 및 염료의 색도 제거율을 구하였다. 사용된 세 가지 전극 중 Pd/Ti와 Ru/Ti전극은 Ir/Ti전극보다 COD 제거에 있어서 약 1.5배 더 우수하였다. COD 처리율에 가장 민감한 변수인 전류밀도는 수치가 증가할수록 COD 제거속도가 증가함을 보였고, 전극간격과 Chloride 농도는 COD제거에 있어서 전류밀도에 비해 큰 영향을 주지는 못하였다. 그리고 본 장치로는 유기물을 처리하는데 있어서 라디칼 반응인 전기화학적 직접산화가 일어나지 않았고 간접산화 방법에 의해 COD가 제거되었다. 또한 분산성염료인 Blue, Red, Yellow염료 3가지를 처리한 결과, Blue염료는 28분 후 712mg/L에서 14mg/L로, Red염료는 52분후 609mg/L에서 69mg/L로, 그리고 Yellow염료는 23분후 481mg/L에서 107mg/L로 감소하였다. 차아염소산염의 산화력을 이용한 살균실험결과, 40분만에 모든 미생물들이 제거되었다. 염색 폐수, 염료제조공정 폐수, 제약공정 폐수, 그리고 PVA제조공정 폐수를 120분 동안 전기분해한 결과, COD가 10mg/L, 45mg/L, 40mg/L, 70mg/L로, 방류수(약 40-90 mg/L COD) 기준에 근접하거나 만족하였음을 보였다. Titanium electrodes coated with ruthenium (Ru), palladium (Pd), and iridium (Ir) were tested at different conditions of current density, electrode gap, chloride concentration, and organic chemical concentration. The treatments of dyeing wastewater, dye-manufacturing process wastewater, pharmaceutical process wastewater, and PVA (polyvinyl alcohol) manufacturing process wastewater were examined by analyzing COD (chemical oxygen demand), color, and heavy metal concentration. Pd/Ti and Ru/Ti electrodes showed about one point five times better COD removal than Ir/Ti electrode. As the current density increased, the COD removal rate was increased all the time. But the effects of electrode gap and chloride ion concentration were less than current density. No electrochemical direct oxidation reaction was observed during the wastewater treatments and COD seemed to be solely removed by indirect oxidation reaction. For the result of electrical decomposition of blue, red, and yellow diffusive dyes, the concentration of blue dye was decreased from 712 mg/L to 14 mg/L after 28 minutes, red dye from 609 mg/L to 69 mg/L after 52 minutes, and yellow dye from 481mg/L to 107mg/L after 23 minutes. Sterilization using electrochemical oxidation with Ir/Ti, all microbes were removed after 40 minutes. Many laboratory tests using industrial wastewater showed excellent COD removal rates, too.

위안부문제에 관한 연구 : 일본정부의 인식 및 태도 변화에 대한 연구

윤소은 서울시립대학교 일반대학원 2012 국내석사

This study fixed its sight on the fact that Japanese government that had not recognized Japanese government 's involvement in the comfort women problem and forcibleness of mobilizing comfort women recognized governmental involvement in the women problem and forcibleness of mobilizing comfort women, and managing comfort women and the comfort place and was changed into the positive position in relation to compensation. Even though victims resulted from mobilization of comfort women standing on the center of the comfort women problem were a few people, the comfort women problem had been handled as the compensation problem after the war, the forced labor problem, the women's problem, and human rights issues rather than the relationship between individuals and the state. Accordingly, the comfort women problem had to be approached as a diplomatic issue that had to be solved at the level between nations, not as an issue between a minority group damaged by Japan and Japan. Main factors deciding Japanese diplomatic policy could be divided into elites, Japanese system as a bureaucracy, psychology of policy decision makers, interests, job procedure within an organization, and the environment of policy revisions. But, since politicians played a key role in deciding the politically sensitive diplomatic issue rather than any other factors, politicians sensitively reacted to public opinion more than bureaucrats to decide the diplomatic policy. Owing to characteristics in the decision-making process of Japanese diplomatic policies, agents expected to exert the biggest influence on the attitude of Japanese government in relation to the comfort women problem became national agents in Japan. When the comfort women problem had internationally received attention as it was related to the forced labor problem, the women's problem, and human rights issues, this issue had come up as a politically sensitive issue. Therefore, agents seemed to play a key role in deciding policies related to the comfort women problem. Especially, it seemed that the role of politicians sensitively reacting to public opinion might be important. congressmen, national agents in Japan, had continuously demanded apology and compensation of Japanese government to solve the comfort women problem in the congress. The local public organizations had also submitted a resolution calling for a prompt solution of the comfort women problem to Japanese government. These activities of national agents in Japan had reflected continuous demand of politicians who intended to handle the comfort women problem rapidly that had been issued internationally. After all, this came to bring about changes in awareness and attitudes of Japanese government as for the comfort women problem. 본 연구는 위안부 문제에 대해 일본 정부의 관여를 인정하지 않고 위안부 동원의 강제성에 대해서도 인정하지 않던 일본 정부가 위안부 문제에 대한 국가의 관여와 위안부 문제의 동원 및 위안부, 위안소 관리의 강제성을 인정하고 보상에 대해 긍정적인 입장으로 변화한 사실에 주목하였다. 위안부 문제의 중심에 서 있는 위안부 동원 피해자들은 일본 이외의 국가에 속해 있는 소수의 사람들이지만 위안부 문제는 개인과 국가와의 관계로 다뤄지기 보다는 전후 보상 문제, 강제 노동 문제, 여성 문제, 인권 문제로 다뤄져 왔고, 이로 인해 위안부 문제는 일본에 피해를 입은 소수 집단과 일본과의 문제가 아닌 국가와 국가 차원에서 해결해야 하는 외교 문제로 접근해야 할 것이다. 일본의 외교 정책을 결정하는 요인은 엘리트, 관료국가로서 일본의 시스템, 정책 결정 행위자의 심리, 이해관계, 조직 내 작업 절차, 정책 경정 환경으로 나누어 볼 수 있다. 다만 정치적으로 민감한 외교 사안의 경우에는 다른 어떤 요인보다도 정치인들이 주축이 되어 결정하게 되는데 정치인들은 관료보다는 여론에 민감하게 반응하여 외교 정책을 결정하게 된다. 이러한 일본의 외교 정책 결정 과정의 특징 때문에 위안부 문제에 대한 일본 정부의 태도에 영향을 가장 큰 영향을 미칠 것으로 예상되는 행위자는 일본 국내 국가 행위자이다. 위안부 문제는 강제 노동이나 여성 문제 및 인권 문제 등과 관련되어 국제적으로 주목받게 되었으며 이러한 사안은 정치적으로 민감한 이슈로 떠올랐다. 따라서 위안부 문제와 관련된 정책은 행위자들이 중요한 역할을 하는 것으로 생각할 수 있으며 특히 여론에 민감하게 반응하는 정치인의 역할이 중요할 것으로 보인다. 일본 국내 국가 행위자인 국회의원들은 국회 회의에서 정부에 위안부 문제를 해결할 수 있도록 사죄, 보상 등을 계속해서 요구했으며 지방 공공단체 또한 일본 정부에 위안부 문제의 조속한 해결을 촉구하는 결의안을 제출했다. 이러한 국내 국가 행위자의 활동은 국제적으로 이슈가 되고 있는 위안부 문제에 대해 빠르게 대처하고자 하는 정치인들의 계속된 요구를 반영했고, 이는 결국 위안부 문제에 대한 일본 정부의 인식과 태도의 변화를 가져오게 되었다.

중국 중소기업의 품질관리 실태 및 품질 향상 방안에 관한 연구

소세명 인천대학교 일반대학원 2013 국내석사

국문요약 본 연구는 품질관리 즉, 사람(man), 기계(machine), 재료(material), 작업방법(method), 척도(measure) 및 생산공장 환경(environment)이 제품품질에 어떠한 영향을 주는지를 중국기업을 대상으로 살펴본 논문이다. 또한 현재 중국기업의 품질관리 현황을 파악하고 취약점을 고찰하여 앞으로 나아가야 할 방향을 제시하였다. 이를 위해 중국의 12개의 성에 있는 48개 중소기업을 대상으로 설문조사를 실시하였다. 2012년 7월부터 2012년 8월까지 한 달간 설문조사를 진행한 결과, 총 530부 중에서 부적절한 응답을 하여 신뢰성이 결여된다고 판단되는 4부를 제외한 나머지 526부를 최종적으로 사용하였다. SPSS 18.0을 이용하여 변수들의 신뢰성과 타당성을 검증하고 요인분석을 실시하였으며, 가설검증을 위해 회귀분석을 이용하였다. 실증분석 결과 5M1E 중 생산공장 환경, 기계, 사람 및 재료 변수들이 중국 중소기업의 제품품질에 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 작업방법과 척도는 유의한 결과를 얻지 못하였다. 안정적인 작업환경 하에서 교육훈련을 받은 작업근로자가 주기적으로 점검 받은 기계를 이용한 작업은 품질변수와 양의 관계로 나타났다. 또한 생산관리자의 숙련도와 급여 역시 제품품질과 긴밀한 관계가 있었다. 하지만 품질관리 인정여부는 제품품질에 별 영향을 주지 못하는 것으로 나타났다.

한·몽 양금의 비교 연구 : 창작독주곡 연주법 중심으로

Barkhuu, Khasbat 한국예술종합학교 2012 국내석사

High-production of ectoine from methane in Methylomicrobium alcaliphilum 20Z by using high cell density cultivation

임상은 서강대학교 대학원 2023 국내석사

유산균을 이용한 유해 조류의 살조 효과

강수경 한양대학교 교육대학원 2011 국내석사

To evaluate whether LAB have the ability of algicidal bacteria, 15 strains of Lactic acid bacteria (LAB) including genus Lactobacillus and Latococcus were tested against 13 species of algae. Of them, Microcystis aeruginisa NIES 298, Anabaena flos-aquae CCAP 1403/13B, Anabaena affinis NIES 23, Stephanodiscus hantzschii UTCC 267 and Peridinium bipes HYJA0311-A2 were sensitive to many LAB. L. graminis showed algicidal activity against M. aeruginosa, S. hantzschii and P. bipes. L. brevis exhibited algicidal activity against M. aeruginosa and S. hantzschii. L. garvieae appeared active only against A. affinis. Both L. paracasei and L. plantarum exhibited algicidal activity on P. bipes. Especially, L. plantarum and L. paraplantarum possessed highest algicidal activity 105 and 104 cells/ml on cyanobacterium A. flos-aquae, respectively. Even at relatively low density of 102 cells/ml, moreover, two LAB showed high algicidal activity of 77% against A. flos-aquae. Biochemical assay of the culture filtrates revealed that the main algicidal substances from two LAB were likely to be heat-resistant extracellular substances with low molecular weight (< 3 kDa). These results indicate that many LAB are potential agents for the control of harmful algal blooms in eutrophic reservoir. 유해 조류의 대발생 (Harmful Algal Blooming, HAB)은 이들의 생육서식지에 따라 산업적으로 다양한 문제를 일으키고 있다. 우리나라와 같이 온대지방의 부영양화의 발생은 수생태계에서는 풍부한 영양분을 바탕으로 식물플랑크톤 같은 1차 생산자의 생장에 유리한 환경이 조성되면서 조류의 대발생이 폭발적으로 일어나고 있다. 호수, 하천, 저수지, 양어장 등지에서의 유해조류의 대발생은 산소공급 차단으로 수색생물의 폐사를 일으키고, 이취미(off-flavor)물질을 발생하고, 물의 착색 및 이상발포 형성 등 주로 일어나며, 마지막으로 상수처리과정 중의 여과지 폐쇄 및 응지 침전 저해 등으로 경제적 손실을 야기한다. 또한 하천 및 호수에서 발생하는 녹조 (algal blooming)는 주로 여름철의 남조류 (cyanobacteria), 봄과 겨울철의 규조류 (diatom)가 녹조현상의 주요 유해종이다. 따라서 유해 조류 원인 생물에 의한 현상을 제거 또는 완화시키기 위한 기술들이 개발로 본 실험에서는 생물학적 방법으로 살조세균을 선발 및 분리 연구를 하였다. 먼저, 우리나라에 우점하는 유해 조류 13종에 대한 제어 효과를 알아보기 위하여 Lactic acid Bacteria인 락토바실로스 (Lactobacillus)속과 락토코커스 (Lactococcus)속을 선택하여 살조능력을 평가하였다. 선택된 Lactic Acid Bacteria는 13종의 유해 조류 중에서 Microcystis aeruginisa NIES 298, Anabaena flos-aquae CCAP 1403/13B, Anabaena affinis NIES 23, Stephanodiscus hantzschii UTCC 267, Peridinium bipes HYJA0311-A2에 대해 살조활성을 나타냄을 확인하였다.M. aeruginisa의 경우 L. graminis, L. brevis 등이 107 cells/ml의 접종농도에서 숙주를 100% 제거 가능한 것을 확인할 수 있었으며, 저밀도에서도 우수한 살조효과가 있는 것으로 관찰되었다. A. affinis의 경우 L. garvieae가 107 cells/ml과 102 cells/ml의 접종 밀도에서 대조구 대비 44% 이상의 조류성장 저해효과를 가지는 것으로 나타났다. S. hantzschii에 대해서는 L. graminis, L. brevis 등이 저밀도에서 가장 우수한 살조활성을 나타내었다. 마지막으로 P. bipes에 대해서는 L. graminis, L. paracasei subsp. Tolerans, L, plantarum 등이 저밀도에서 가장 우수한 살조활성을 나타내었다. 결론적으로 본 실험에서 선택된 유산균 중 살조활성을 나타내는 세균들은 연못, 저수지, 호수, 호소, 하천 또는 강 등에 존재하는 다양한 종류의 유해조류 (녹조류, 남조류, 규조류, 유글레노이드류, 편모조류 및 황녹색조류)의 이상 증식을 억제할 수 있음을 확인하였고, 특히 녹조 제어에 우수한 효과를 나타낸다는 사실을 확인하였다. 독성이 있는 남조류인 A. flos-aquae에 대한 유산균의 살조능력을 농도별로 확인한 결과, L. plantarum와 L. paraplantarum가 A. flos-aquae에 강한 살조 능력을 보이며 각각의 초기 접종 밀도 ≥ 105 과 ≥104 cells/ml 에서 A. flos-aquae가 완전하게 제거되었고, 102 cells/ml로 접종된 경우에서도 살조효과가 우수하여 대조구 대비 77% 이상의 조류성장 저해효과가 있는 것을 확인 할 수 있다. L. plantarum와 L. paraplantarum가 A. flos-aquae를 제거하는 과정을 현미경으로 관찰한 결과, 유산균 접종 후 1시간이 지난 후에 A. flos-aquae 세포가 탈색되면서 팽창하고, 이 부위에는 유산균이 붙어 있는 것을 관찰 할 수 있었다. 시간이 지나면서 다수의 세포가 둥근형태로 변한 후 불규칙하게 합쳐지고 더 많이 팽창되었다. 결국 몇몇 세포는 터져서 세포액이 빠져나 오고 빠른 속도로 세포 파괴가 일어 나서 결국에는 완전히 제거 되는 것을 관찰하였다. 살조 현상을 나타내는 물질의 특성을 알아보기 위해 살조세균의 단일 배양여액 (mono-culture filtrate) 및 숙주와의 혼합 배양여액 (co-culture filtrate), 열처리한 혼합 배양여액, Proteinase-K를 처리한 혼합 배양여액 등을 이용하여 살조활성을 측정하였다. 단일 배양여액의 경우 조류제거효과가 거의 관찰되지 않았으나 혼합배양여액은 두 세균모두 농도구배에 따른 살조활성의 증가가 확연히 관찰되었다. 또한 L. plantarum의 혼합 배양여액을 열처리 (heat treatment)하고 농도 별로 접종한 경우에도 접종농도에 관계없이 살조활성이 70% 이상으로 관찰되었으나, L. paraplantarum의 경우에는 농도 구배별 살조활성의 증가하였다. 또한, proteinase-K와 열처리 과정을 순차적으로 처리한 혼합 배양여액을 접종한 경우에도 두 세균 모두에서 우수한 살조활성이 관찰되었다. 특히 L. paraplantarum의 경우 10-20%의 접종농도로 처리했을 때 열만 처리한 혼합배양여액을 접종한 경우보다도 살조활성이 높게 관찰되었다. 이러한 결과들로 볼 때 혼합 배양 시 L. plantarum 및 L. paraplantarum의 살조 활성이 증가하며, 살조활성을 나타내는 물질은 열에 강한 저분자 물질과 일부의 단백질 성분이 혼재되어 있음을 추측할 수 있다.

Deinococcus radiodurans OxyR 단백질의 과산화물 감지 기작 연구

최영진 한양대학교 대학원 2012 국내석사

OxyR은 세포 내 과산화물을 감지하는 전사조절인자로서 대장균을 모델 세균으로 가장 많은 연구가 이루어져 왔다. 대장균에 존재하는 OxyR (OxyREC)의 기존 연구 결과에 의하면 과산화수소를 감지하는 OxyR의 199번째 시스테인 잔기 (Cys199)는 먼저 sulfenic acid 형태 (R-SOH)의 intermediate 구조를 취하고, 이후에 208번째 시스테인 (Cys208)과 이황화 결합을 이루어 변화된 단백질 구조에 기인된 활성을 획득하게 된다. 활성화된 OxyR 단백질은 katG와 같은 조절 대상 유전자의 전사를 조절하게 된다. OxyR 단백질의 산화된 형태와 환원된 형태 모두조절 대상 유전자의 프로모터 부위에 결합은 하지만,활성을 획득한 산화된 형태의 OxyR이 RNA 중합효소와 상호작용에 의해 유전자 발현을 촉진한다고 알려져 있다. 본 연구에서 다루고자 하는 Deinococcus radiodurans내에는 기존에 알려진 OxyREC 단백질과 아미노산 서열상으로 비슷한 두 단백질이 존재한다고 생각 된다. D. radiodurans내에는 2개의 염색체가 존재하는데, 최근에 밝혀진 게놈 서열을 통해 염색체마다 각각 한 종의 oxyR 유전자 (dr0615과dra0336)가 존재하며, 이들을 OxyR1DR과 OxyR2DR라고 선행 연구에 의해 명명되었다. 아미노산 서열 분석을 통해, 이 두 OxyR 단백질들은 OxyREC에서 과산화수소를 감지하는 역할을 하는 Cys199 (Peroxidatic cysteine)에 상응하는 시스테인은 존재하지 않고, 이 시스테인이 산화가 되었을 때 이황화 결합을 이루는 Cys208 (Resolving cysteine) 위치에만 시스테인 잔기가 보존되어 있는 것으로 나타났다. 이를 통해 D. radiodurans OxyR 단백질들은 대장균에 존재하는OxyR이 과산화수소를 감지한 후에 분자 내 이황화 결합 (intramolecular disulfide bond)을 이룬다는 기존에 연구결과와는 같은 결과를 수반할 수 없는 특이적인 과산화물 감지 메카니즘을 이용할 것을 암시해 주고 있다. 실제 SDS-PAGE 분석 실험을 통해 wild type OxyR1DR의 경우 mutant OxyR1DR (C210S)과는 다르게 과산화수소에 의해 산화되어 dimer를 형성한 크기에 해당하는 band를 확인하였는데, 고농도의 과산화수소는 이러한 band 형성을 강화 시키는 것을 확인하였다. 최종적으로 MALDI-TOF 질량분석 기법을 통해 이 band의 Cys210이 포함된 펩타이드는 IA에 의해 alkylation되지 않음을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 두 분자의 OxyR1DR 단백질이 해당 시스테인 잔기를 이용해 분자 간 이황화 결합 (intermolecular disulfide bond)을 이룬다는 결론을 얻을 수 있었다. 흥미롭게도 이러한 현상은 D. radiodurans 세포 내에서 발현시킨 OxyR1DR 단백질에서도 나타났는데, in vitro 실험 결과와 같이 과산화수소를 처리하지 않거나 1 mM 수준의 과산화수소를 처리한 세포 내 OxyR1DR에 대한 dimer 형성능력에 차이가 나타나지 않았다. 이러한 결과를 통해 OxyR1DR는 Cys210 잔기를 이용하여 고농도의 과산화수소를 감지하여 반응을 나타낸다고 생각된다. 본 연구는 기존에 보고된 OxyR1DR의 Cys210 잔기가 과산화수소를 감지하여 sulfenic acid (R-SOH)형태로 활성을 띈다는 내용이 아닌 OxyR1DR 분자끼리 이황화 결합을 통한 homodimer 형태를 이루어 기능을 한다는 것으로써, 기존에 알려진 OxyR 단백질의 작용 메커니즘과는 다른 과산화물 감지기작을 제시해 준다. OxyR, an intracellular peroxide sensing regulator, has been intensively studied using model organism, Escherichia coli. According to previous studies on E. coli OxyR (OxyREC), a thiol residue of Cys199 initially oxidized to a sulfenic acid intermediate (R-SOH) upon exposure to hydrogen-peroxide, which then forms a intramolecular disulfide bond with Cys208 resulting in active conformation. This activated OxyR upregulates target genes such as katG and grxA, which are involved in defense against oxidative stress. Although both the oxidized and reduced OxyR can bind promoter regions of target genes, the oxidized OxyR can only increase the expression of target genes through interaction with RNA polymerases. In this study, two putative OxyR proteins from Deinococcus radiodurans which exhibit similarity with OxyREC were investigated. D. radiodurans has two distinct chromosomes and each has one oxyR gene, dr0615 or dra0336 which encode different OxyR protein named as OxyR1DR or OxyR2DR respectively. Those proteins do not have a cysteine residue corresponding to peroxidatic cysteine of Cys199 in OxyREC, but have a conserved cysteine residue corresponding to resolving cysteine of Cys208 which can react with initially oxidized Cys199 by disulfide formation. These indicate that the peroxide sensing mechanism of the two D. radiodurans OxyR proteins may not be same with that of OxyREC which forms intramolecular disulfide bond upon hydrogen peroxide sensing. Indeed, SDS-PAGE analyses showed that wild type OxyR1DR could form a homodimer by intermolecular disulfide bond at both low and high concentration of hydrogen peroxide, but mutant OxyR1DR (C210S) could not. Furthermore, MALDI-TOF MS analysis revealed that the disappearance of tryptic peptide containing Cys210, indicating that Cys210 residue is involved in intermolecular disulfide bond formation. Dimer formation of OxyR1DR was also observed with in vivo experiment using D. radiodurans cells harboring FLAG-epitope tagged OxyR1DR. All these results suggest that D. radiodurans OxyR may use intermolecular disulfide bond formation unlike OxyREC which uses intramolecular disulfide bond formation for the sensing of peroxide

일제강점기 창극의 도창 연구 : 폴리도루 심청전을 중심으로

신혜주 한국예술종합학교 2018 국내석사

Efficient production of sesquiterpene alcohol from ethanol using recombinant Pseudomonas putida KT2440, a novel biocatalyst for terpenoid production : 유전자 재조합 수도모나스 푸티다 KT2440를 이용한 에탄올로부터 세스퀴테르펜 알코올의 효율적인 생산 연구

양정모 서강대학교 대학원 2021 국내박사

Research on bioethanol production, a representative microbial fermentation product, has progressed to the level of using the cheapest gas-based carbon source, and has reached the stage of substantial reduction in production cost and commercialization. In addition, ethanol has the metabolic property of being directly converted into acetyl-CoA, a major precursor of the terpenoid biosynthetic pathway. These characteristics of ethanol are the major motivations for development of high value-added process for ethanol. This study developed microbial process that converts ethanol to sesquiterpene alcohol, a high value-added biochemical synthesized from acetyl-CoA, using Pseudomonas putida strain with characteristics suitable for terpenoid biosynthesis research. Mevalonate, a major precursor of terpenoid biosynthesis, was synthesized from ethanol using Pseudomonas putida, a novel biocatalyst for terpenoid production, to understand the characteristics of ethanol metabolism and confirm the possibility of terpenoid biosynthesis. Preferentially, the upper mevalonate pathway genes for mevalonate production were expressed in P. putida and mevalonate production was confirmed. Thereafter, through an improvement in genetic stability and ethanol metabolism manipulation, mevalonate production was enhanced with an increased reproducibility. Following this, the more characteristics related to mevalonate production were revealed through manipulations to reduce fatty acid biosynthesis and optimize pH through batch fermentation. Subsequently, sesquiterpene alcohol, a type of terpenoids, was selected as the target product, and the production of (-)-α-bisabolol and trans-nerolidol from ethanol was tested and verified. The metabolic pathway for sesquiterpene alcohol production was established in P. putida, and various microbial metabolic manipulations were carried out to increase production, such as flagella-defect strain development, configuration of the optimal module of lower mevalonate pathway, supply of ethanol-glucose as co-carbon sources, inorganic nitrogen source optimization, MEP/DOXP pathway enhancement, introduction of archaea-derived mvk gene, and increased expression of ispA-BBS (NES) genes. This study is the first attempt to produce sesquiterpene alcohol from ethanol using the P. putida strain and has significance to suggest a new perspective and method for terpenoid production using a new carbon source and biocatalyst. 대표적인 미생물 발효 생산물인 바이오 에탄올 생산 연구는 가장 저렴한 가스 기반 탄소원을 사용하는 수준까지 발전하였으며, 실질적인 생산단가의 감소와 상업화의 단계에 도달하였다. 또한, 에탄올은 테르페노이드 생합성 경로의 주요 전구체인 아세틸-CoA로의 직접적인 전환이 가능한 대사적 특징을 가지고 있다. 이러한 에탄올의 특성에 착안하여, 본 연구는 에탄올을 아세틸-CoA로부터 합성되는 고부가가치의 생화학 물질인 세스퀴테르펜 알코올로 전환하는 테르페노이드 생합성 연구에 적합한 특성을 가진 수도모나스 푸티다 균주를 이용한 미생물 공정을 개발하였다. 테르페노이드 생합성의 주요 전구체인 메발로네이트 생산 연구를 선행함으로써, 수도모나스 푸티다 균주 내 에탄올 대사의 특성을 이해하고 테르페노이드 생합성의 가능성을 확인하였다. 우선적으로, 메발로네이트 생산을 위한 Upper mevalonate pathway유전자를 수도모나스 푸티다 균주에 도입 및 발현하여 메발로네이트 생산을 확인하였다. 이후 유전적 안정성 향상과 에탄올 이화작용회로 조작을 통해 메발로네이트 생산을 증가시키고 재현성 또한 향상시켰다. 또한 지방산 생합성 회로를 조절하고 회분배양을 진행함으로써 메발로네이트 생산과 관련된 더 많은 대사적 특성을 확인하였다. 이어서 테르페노이드의 일종인 세스퀴테르펜 알코올, 그 중 (-)-α-비사보롤과 트랜스-네롤리돌을 생산물로 선정하고 세스퀴테르펜 알코올 생산을 위한 추가 대사경로를 수도모나스 푸티다 균주에 구축하였다. 그와 함께, 편모 결함 균주 개발, Lower mevalonate pathway의 최적 모듈 구성, 에탄올-포도당 동시 공급, 무기 질소원 최적화, MEP/DOXP pathway 강화, 고세균 유래 mvk 유전자 도입 및 ispA-BBS (NES) 유전자 발현량 증가 등 다양한 전략을 통해 세스퀴테르펜 알코올 생산을 증가시키고자 하였다. 본 연구는 수도모나스 푸티다 균주를 이용하여 에탄올로부터 세스퀴테르펜 알코올을 생산한 최초의 시도이며, 새로운 탄소원과 생촉매를 이용한 테르페노이드 생산의 새로운 관점과 방법을 제시하였다는 의의가 있다.

Improvement of 1,2-propanediol production from methanol in metabolically engineered Methylorubrum extorquens AM1 by optimization of culture conditions

최서영 서강대학교 대학원 2022 국내석사

메탄올은 온실가스의 주성분인 이산화탄소와 메탄으로부터 생산 가능하며 다양한 분야에 이용될 수 있어 화석연료 대체제로서 주목받고 있다. 또한 메탄올은 미생물 배양에 있어서 저렴하고 풍부하며 비식용 자원이라는 점, 배양 중 오염가능성을 줄이며 정제 공정이 용이하다는 점, 흔히 사용되는 당 기반 원료보다 환원도가 높아 생산 수율이 높다는 점에서 산업적으로 매우 유망한 원료이다. Methylorubrum extorquens AM1은 메탄올을 단일 탄소원으로 이용할 수 있는 메틸영양균으로, 이전 연구에서 메탄올로부터 1,2-프로판디올을 생산하도록 대사공학적으로 조작되었다. 본 논문에서는 개량된 M. extorquens AM1의 배양 조건을 최적화하여 1,2-프로판디올 생산을 향상시키고자 하였다. 첫번째로, 최적의 배양 온도와 교반 속도를 확립하였다. 두번째로, 질소원에 따른 세포 생장과 1,2-프로판디올 생산을 비교하여 요소가 최적의 질소원임을 확인하였다. 세번째로, 인산염 농도에 따른 pH 변화와 1,2-프로판디올 생산을 비교하여 30 mM의 인산염이 최적임을 확인하였다. 마지막으로, 과발현된 formate dehydrogenase를 통한 세포내 NADH의 재공급을 위해 배양 중 sodium formate를 첨가하였고, 그 결과, 10 mM의 sodium formate를 첨가했을 때 1,2-프로판디올 생산이 소량 증가하는 것을 확인하였다. 결론적으로, 본 논문에서는 개량된 M. extorquens AM1의 배양 조건을 최적화함으로써 4 g/L의 메탄올로부터 475 mg/L의 1,2-프로판디올을 생산하여 기존 배양 조건보다 1,2-프로판디올 생산이 52% 향상된 것을 확인하였다. Methanol can be produced from carbon dioxide and methane, the main components of greenhouse gases, and can be used in various industrial fields, so it is a promising fossil fuel substitute. Methanol is also an attractive feedstock for biotechnology such as microbial culture because it is abundant, relatively inexpensive, and not food-competitive. Moreover, it has the advantage of reducing the possibility of medium contamination and facilitating the downstream process and achieving high production yield because of a high degree of reduction per carbon compared to commonly used sugar-based feedstocks. Methylorubrum extorquens AM1 is a methylotroph that can utilize methanol as a sole carbon source and has been metabolically engineered to produce 1,2-propanediol from methanol in a previous study. In this study, the culture conditions of this strain were optimized to improve the production of 1,2-propanediol. First, the culture temperature and the agitation rate were optimized. Second, cell growth and 1,2-propanediol production according to the nitrogen source of the culture medium were compared, and it was confirmed that urea was the optimal nitrogen source. Third, the pH change and 1,2-propanediol production according to the phosphate concentration were compared, and the phosphate concentration was optimized to 30 mM. Finally, sodium formate was added to the medium during culture for regeneration of intracellular NADH through overexpressed formate dehydrogenase, and as a result, it was confirmed that 1,2-propanediol production was slightly increased when 10 mM of sodium formate was added. In conclusion, in this study, it was confirmed that 475 mg/L of 1,2-propanediol was produced from 4 g/L of methanol by optimizing the culture conditions of metabolically engineered M. extorquens AM1, which was improved by 52% compared to the culture conditions before optimization.