제5장. 미생물공학 (Microbial Biotechnology)webbuild.knu.ac.kr/~app-mic/resources/lecture/functional... · 기능성생명공학 (Functional Biotechnology) 제5장. 미생물공학

기능성 생명공학(Functional Biotechnology)

제제55장장. . 미생물공학미생물공학(Microbial Biotechnology)(Microbial Biotechnology)

1. 미생물 균체 생산2. 생물전환3. 농업미생물공학4. 발효미생물공학5. 환경미생물공학6. 천연자원의 채취7. 결론

2006-10-09 AgroBiotechnology Education Center 2

Biotechnology (Biotechnology (생명공학생명공학, , 생물공학생물공학))

◆ 생명공학의 정의 : 생명현상의 산업적 이용 연구

◆ 생명공학의 기술

1. 유전공학 (Genetic engineering) : 생명공학의 기초 기술1) 유전자공학 (Recombinant DNA technology)2) 세포공학 (Cell technology)

2. 생화학공학 (Biochemical engineering) : 생명공학의 응용기술1) 발효공학 (Fermentation technology)2) 효소공학 (Enzyme technology)3) 배양공학 (Culture technology)

생명현상 이해

생명현상 개량

생명현상 모방

생명현상 이용

생명과학(life sciences)

생명공학(Biotechnology)


생명공학의생명공학의 분야분야

아미노산세제용 효소시약제한효소

생명공학생명공학

바이오 칩바이오 컴퓨터바이오 센서

DNA 해석장치마이크로 액튜에이터

DNA해석 S/W단백질 기능해석 S/W

정보-바이오

인포메틱스

화학/효소-바이오케미칼 전자

-바이오일렉트로닉스

기계-바이오

메카트로닉스

환경-바이오

레미디에이션

농업/식품-기능성 식품-고기능 작물

의료-바이오 의약-유전자 치료

인슐린인터페론stem cell

다이옥신 분해트리클로로에틸렌 분해

GMOs 토마토, 콩 등복제동물 등


Microbial BiotechnologyMicrobial Biotechnology


미생물공학과미생물공학과 발효공학발효공학

◆ 미생물공학 (미생물 생명공학, 미생물 생물공학)

: 미생물 생명현상의 산업적 이용 연구

미생물의 유전, 대사, 효소, 성분, 기능 등

- 발효공학과 유사하나 biotechnology 개념을 강조

◆ 발효공학 : 미생물 발효의 산업적 이용 연구

◦ Fermentation Technology : 기술적 측면 강조- Fermentation Biotechnology 발전-Microbial Biotechnology 유사

◦ Fermentation Engineering : 기계공학 및 화학공학적 측면 강조

◆ 발효공학의 분야

1) 미생물 대사산물의 이용 : 발효식품, 주정 및 주류, 유기산, 아미노산, 당류 관련물질, 핵산 관련물질, 생리활성물질, 항생물질

2) 미생물 효소의 이용 : 효소의 생산 및 이용

3) 미생물 균체의 이용 : 균체 제조 (빵효모, 식사료용 효모, 젖산균)

4) 미생물 기능의 이용 : 환경정화, 광석정제, 원유 탈황

- 응용미생물학, 산업미생물학, 발효미생물학, 발효공학 등 유사


PUBLIC CONCERNSPUBLIC CONCERNS

Risk assessment1. Gene transfer to microorganisms in the natural environments* Transfer of genetic material between bacteria

- transformation, conjugation, transduction2. Creation of new pests3. Enhancement of competitiveness of existing pests4. Harm to non-target species * Insect virus : infection of beneficial insects as well

5. Disruptive effects on biotic communities

Microcosms-Model ecosystems1. Survival in a given environment : Viability of the cells 2. Stability of the novel gene(s) and consequences of lateral transfer3. Ability to function in a natural environment * Inducible enzyme : may not induced under low level of inducer

4. Negative effects on the ecosystem * Introduction of cells may affect the nutrient cycling, pH and oxygen level

Economics1. Novel microbial foods: generally hard to be succeded2. Improvement of process, cost-down


1. 1. 미생물미생물 균체균체 생산생산

1-1. 미생물 균체의 성분: 75-85%가 수분, 탄수화물, 단백질, 핵산, 지질, 회분

-미생물 종류, 배지 조성, 배양조건, 생육시기 등에 따라 변화

1) 균체 단백: 건조 무게 당 최대 80%가 단백질, 비타민, 무기질 함유

: 단세포 단백질

2) 기타 이용: 핵산(IMP, GMP), 지질(미생물 기름-소규모 이용)

1-2. 미생물 균체의 생산

가. 아황산 펄프 폐액의 이용(sulfite waste liquor): 펄프제조 폐액

-펄프1톤 제조 시 7톤 폐액 생성

-흑갈색 점성 액체: 3% 발효성 당 함유--효모의 생산 및 폐액 처리

1) 원료에 아황산, lignin 분해물, fufural 함유--효모의 생육 저해

-증기 폭기(steam stripping) 후에 석회석조 통과: 아황산 제거

-동시에 lignin등도 함께 침전

2) 다량의 pentose 함유 : Candida utilis 사용

-hexose, pentose 이용: 목재 당화액 또는 아황산 펄프 폐액 사용에 유리

-세포가 작아서 회수 시 불편: C. utilis 변이주 사용

3) lignin 함유: 거품 많이 발생--Waldhof 배양조 사용(거품의 기계적 처리)


나. 탄화수소의 이용

1) n-Paraffin(alkane) 이용

가) 액체상(C5 이상-석유 주성분): C10-C18 잘 분해

- 주로 등유, 경유

- 물에 불용성: 미세한 에멀젼을 위한 교반장치 요구

- 효모 경우 당질에 비해 3배 량의 산소 요구,

세대시간 4-7시간, 발효열 두 배-냉각 필요

- 사용 균주

효모: Candida tropicalis, Yarrowia lipolytica

세균: Nocardia, Pseudomonas, Corynebacterium sp.

나) 가스상(C4 이하--천연 가스의 주성분): 특히 methane 잘 이용

-세균: Methanomonas, Methylomonas, Methylococcus, Methylovibrio sp.

-gas의 손실 방지(밀폐된 장치 필요), 산소요구량이 많고 폭발의 위험


2) 단세포 녹조류의 균체 생산

: 녹조류는 광합성 활발-공기중의 CO2를 탄소원으로 이용

* 대표적: Chlorella- C. ellipsoidea, C. pyrenoidesa, C. vulgaris

-태양에너지 이용, 공기 중 CO2 이용, 무기염 동화 가능

-사람에 의한 소화율 매우 저

-배양 후 methanol 처리하여 소화율 증대

* 광합성 미생물의 장점

- 생육에 물, 질소원, 태양광선, 무기질(대부분의 경우 물에 함유) 등만을 필요

- 야외의 호수에서 배양이 가능하여 별도의 시설비가 들지 않음

- 광합성 진핵조류(eukaryotic algae) : 건조제품 또는 정제(tablet) 형태로 생산

- 원료로부터 유래하거나 또는 균체에 함유되어 있을 수 있는 독성물질의 문제

- 식량문제 해결에 크게 기대


2. 2. 생물생물 전환전환

2-1. 생물전환(bioconversion)의 의의

: 생물체를 이용하여 특정 물질을 구조적으로 유사한 다른 물질로 변화시키는 것

- 화학합성이 고가이면서 공정에 부적합한 경우(불가능한 경우도 있음)에 적용

- 특정 목적 산물을 생산하기 위하여 화학합성과 생물전환을 병행

- 대부분이 미생물 균체를 이용

* 미생물전환(microbial bioconversion, microbial transformation)과 동일한 의미

2-2. 미생물 전환에 의한 스테로이드 호르몬의 전환

1) 수산화반응(hydroxylation): OH기 부가반응

-progestrone으로부터 cortisone의 제조 (류마티스 관절염의 치료 약)

: deoxycholic acid로부터 37개 공정으로 제조

-그 중 10공정이 hydroxylation

-균체의 증식--- 메탄올에 녹인 steroid 첨가--- 배양 계속

2) 기타 : 수소화반응(hydrogenation)

에폭시화반응(epoxidation)

측쇄 및 핵의 분해


2-3. 미생물 전환에 의한 비타민의 생산

가. 비타민 C의 생산

H2, Ni

D-Glc → D-sorbitol → L-sorbose → → → L-ascorbic acid

화학반응 곤란 : racemi체의 생산 – 수율 50%

미생물 이용 : 수율 90% 이상

- Acetobacter suboxydans, Gluconobacter roseus

나. 이소비타민 C의 생산 : 산화방지제

D-Glc → 2-ketogluconate → 2-KGA methyl ester → isovitamin C

미생물의 이용

: Pseudomonas fluorescens, Serratia marcescens


3. 3. 농업농업 미생물공학미생물공학

3-1. Ice-minus bacteria

* Pseudomonas syringae

: 0~2℃의 범위에서 얼음 결정 형성에 관여하는 단백질을 생산

- 이 균주에서 얼음 형성 유전자를 결손(deletion)시킨 변이주가 개발

- 토마토에 시험적으로 살포

: 야생주와 마찬가지로 식물체 표면에 콜로니를 형성

: 식물체는 저온에 대하여 내성을 가짐

- 2종의 P. syringae와 1종의 P. fluorescens를 Frostan B 상품명으로 등록

A B


3-2. 미생물 농약(microbiological pesticide)

* 화학농약 - 1940년대 이후 널리 사용

: 병원균, 해충의 농약 내성

: 병원균이나 해충에 대한 천적 생물체들이 농약에 대해 민감

- 병해충에 특이적으로 작용하면서도 생분해가 가능한 농약의 자원으로서 미생물

가. Bacillus thuringiensis : 생물농약(biological pesticide)으로 사용

1) 미생물 포자의 이용 : 포자 형성 후 식물에 살포

- 영양이 불충분하거나 불량환경 하에서 포자낭 내에 내생포자(endospore) 형성

- 동시에 결정형의 전구체 단백질이 응집된 단백질 봉입체(inclusion) 형성

- 해충의 유충에서 발아되어 해충을 죽임


2) Transgenic plant

* 미생물 BT 유전자를 식물체에 발현 후 해충에 대한 효과 조사

Bt toxin: Bacillus thringiensis cryIAc products

Useful genes Clone into A. tumefaciens Introduction into plants

Originating from different plant species, animal cells, or microorganisms

A B


◆ Other useful features of transgenic plants

1. Herbicide tolerance : resistance to broad-spectrum herbicides

2. Resistance to insect pests : Introduction of BT endotoxin genes

3. Resistance to viral diseases : Introduction of coat protein (capsid)

genes of TMV

4. Control of pathogenic bacteria, fungi, and parasitic nematodes :

Application of bacteria producing chitin degrading enzymes

5. Decreasing the expression of selected normal gene(s) : Antisense RNA

technique

6. Nitrogen fixation : Introduction of nif gene

7. Ability to grow in harsh environments : Tolerance to cold, heat, and

drought, ability to withstand high moisture or high salt concentrations,

resistance to iron deficiency


나. Baculovirus

: 무척추동물에 특이적으로 질병을 일으키는 DNA 바이러스

: 숙주특이성 강 - 다른 생물체에는 영향을 미치지 않음

이용 가능성이 제한적

* 작용대상 해충

: Lepidoptera, Diptera, Hymenoptera, Coleoptera, Homoptera의 유충 질병

* 작용 기작

- 해충의 유충이 바이러스가 감염된 식물체를 섭취함으로써 감염

- 바이러스 입자가 장으로 방출

- 유충의 소화효소에 의해 바이러스의 단백질이 분해되어 DNA가 용출

* 동물의 소화효소는 바이러스의 단백질을 분해하지 못함

- 용출된 DNA는 해충의 세포 내 핵으로 이동

- 바이러스 DNA 복제 및 바이러스 단백질 합성을 거쳐 증식

- 바이러스 입자가 세포를 파괴하고 용출

- 다시 다른 세포 또는 조직에 동일한 과정을 거쳐 해충의 세포와 조직을 파괴


4. 4. 환경미생물공학환경미생물공학

4-1. Types of pollutants found in wastewater

1) Organic residues that can be used as nutrients by microorganisms

- Domestic sewage, wastewater from food-processing industries, Effluent

from manure heaps and cattle yards, Slaughterhouse waste waters, waste

water from laundries, waste water and residues from paper mills.

2) Inorganic residues some of which can be used by microorganisms

- Ammonia, nitrates, other nitrogen compounds primarily from domestic

sewage and fertilizers

- Orthophosphate, other phosphate compounds primarily from domestic

sewage and fertilizers

- Sulfates

- Sulfides, sulfites and ferrous salts from certain industries

- Silica


3) Toxic substances (largely from industrial wastewater)

-Strong acids and alkalis

-Heavy metals

-Oil

-Other toxic organic compounds

4) Inert suspensions of particles

-Finely divided particles from mining, quarrying, and washing processes

5) Bacterial contaminations

-Domestic sewage, food-processing industry, manure heaps and cattle

yards


MAJOR SOURCE(S)

Chemical industry

Chemical industry (petrochemical used as an intermidiate in

the manufacture of styrene, phenol, and cyclohexane

Coal tar hydrocarbon

Chemical industry (Coal tar hydrocarbon used for the

manufacture of resins, other chemicals, and mothballs)

Wood preservative

Coal tar hydrocarbon

Chemical industry (starting material for synthesis of

numerous important industrial chemicals)

Transformer oil, softener in paints and plastics



Dry cleaning solvent, metal degreasing



CHEMICAL

Anthracene

Benzene

Benzopyrene

Naphthalene

Pentachlorophenol

Phenanthrene

Phenol

Polychlorinated biphenyls

Toluene

Trichloroethylene

Xylenes

4-2. Some common organic pollutants


5. 5. 발효미생물공학발효미생물공학

USA MARKET

(Million dollar)

36,800

(약 30조원)

23,800

7,900

3,625

1,360

1,275

920

850

560

360

340

255

100

PRODUCT

Fermented juices/

distilled liquors

Cheese

Antibiotics

Industrial alcohol

High-fructose syrup

Amino acids

Baker’s yeast

Steroids

Vitamins

Citric acid

Enzymes

Vaccines

Polysaccharide gums

MAJOR USE

Beverages

Food

Drugs

Fuel additives (gasohol)

Sweeteners

Feed additives, food enrichment and flavoring

agents, artificial sweetener (aspartme)

Food additive, enrichment agent

Therapeutic agent, animal growth promotion

Food and feed enrichment additives

Food additive

Food processing, laundry detergents

Disease prevention

Food emulsifier, thickeners and stabilizers,

enhanced oil recovery

◆ Major products dependent on microbial biotechnology


5-1. 대사산물

* 발효에 의해 생산되는 대사산물의 예

1차 대사산물 2차 대사산물

아미노산

비타민

누클레오타이드

다당류

에탄올

아세톤

부탄올

유산

항생물질

색소

독소

알칼로이드

의약적으로 활성인 물질(cyclosporin,

dopastin etc.)


5-2. 효소

* 산업적으로 중요한 미생물 효소의 종류와 용도

효소명 용도

a-Amylase 고과당 옥수수 시럽 제조

Protease 세제 첨가제, 맥주 청징화

Lipase 치즈 제조 시 풍미 증가

Lactase 저유당 유제품 제조

Pectinase 펙틴의 가용화

Tissue plasminogen activator(TPA) 혈액 응고 방지


5-3. 항생물질

가. 항생물질(antibiotics)의 정의 : 미생물과 기타 세포의 증식을 저해하는 물질

anti(항) + bios(생명체) 로부터 유래: 1942년 Waksman이 처음 사용

-최초의 항생물질: A. Fleming 1929년 Pen 발견

: Pen. notatum이 포도상 구균의 증식 억제

-현재 수만 종의 항생물질 발견

* 항생제 생산미생물

: 방선균(50%), 곰팡이(15%), 세균(10%), 기타(25%)가 생산

-특히 방선균이 생산하는 항생물질---~mycin

* Antimicrobial substance (항미생물성 물질) : 식품재료, 동식물 연구

-식물체, 거머리, 지렁이

* Probiotics : 인체에 유익한 기능을 가지는 미생물-젖산균, 초산균, S. boulardii


나. 항생물질의 용도

1) 의약용: 항세균, 항바이러스, 항암 -- 병원성 미생물, 암세포의 증식억제

2) 농약용: 도열병 등에 Blasticidin S, Kasugamycin

3) 식품의 저장

: 얼음에 chlorotetracycline 1-5ppm 첨가, nicin(Clostridium sp.에 효과)

4) 동물생육 촉진: 동물 사료에 tetracycline 5-30ppm 첨가

: 장내 미생물의 분포변화로 생육 촉진

5) 생화학, 분자생물학의 연구에 사용

다. 항생물질의 작용 기작

1) 세균 세포벽 합성 저해---Penicillin . Cephalosporin C

2) 단백질 합성저해-------Streptomycin, Kanamycin, Tc, Cr

3) RNA 합성저해---------Actinomycin, Rifamycin

4) DNA 합성저해---------Mitomycin C

5) 기타 : 세포막 장해(pentamycin)

에너지 대사 장해(antimycin)

조효소 생합성 저해(Actithiazic acid)


라. 항생물질의 분류

A. 작용대상 생물에 따라

-항균성, 항암성, 항진균성, 항바이러스성, 항리케치아성, 항원충성 항생물질

B. 이화학적 성질에 따라

1) β-Lactam 계 : Penicillin. Ampicillin. Cephalosporin

2) Aminoglycoside 계 : Streptomycin, Kanamycin

3) Tetracycline 계

4) Chloramphenicol 계

5) Peptide 계 (Polypeptide 계)

6) Macrolide 계

7) 기타


마. 산업적으로 중요한 항생물질의 종류 및 생산 균주

항생물질 생산 균주 분류

방선균

Cycloheximide Streptomyces griseus Pathogenic yeast

Streptomyces orchidaceus

Streptomyces erythreus

Streptomyces kanamyceticus

Streptomyces lincolnensis

Neomycin Streptomyces fradiae Broad-spectrum

Nystatin Streptomyces noursei Fungi

Streptomycin Streptomyces griseus Gram-negative bacteria

Tetracycline Streptomyces rimosus Broad-spectrum

그람 양성 포자형성세균

Bacitracin Bacillus subtilis Gram-positive bacteria

진균류

Polymixin B Bacillus polymyxa Gram-negative bacteria

Cephalosporin Cephalosporium acremonium Broad-spectrum

Penicillin Penicillium chrusogenum Gram-positive bacteria

Cycloserine Broad-spectrum

Erythromycin Mostly Gram-positive bacteria

Kanamycin Gram-positive bacteria

Lincomycin Gram-positive bacteria


5-4. 대체연료(alternative fuels)

* 석유원료 : 지구상에 존재하는 양이 제한적

사용 후 재생 불가

생성에 장기간 소요

1) 혐기성 세균에 의해 생산되는 메탄가스

- 생활하수 및 농업 폐기물을 이용 가능 : 저가로 배양이 가능

2) 수소가스 : Clostridium sp.의 세균과 Chlorella sp.의 진핵조류 생산 가능

가) 장점 : 연소 시 열과 물만을 생성 : 환경친화적

나) 단점 : 폭발성 - 저장 안전성 해결이 선행

: 추출 단가가 고가

3) biodiesel : lipase 이용한 지방산 생산과 methylation

4) ethanol : cellulase, amylase에 의한 당분해 -> 효모에 의한 ethanol 생산


5-5. New polymers

가. Amber waves of plastics : biodegradable plastics * PHB (poly-b-hydroxybutyric acid)

-produced by Alcaligenes eutrophus : 80% of the dry weight-mp : 170°C -well suited for the manufacture of soft-drink bottles-give rise to a vision of “plastic corn” and “plastic potatoes”

나. Spider’s silk-polypeptides arranged as anti-parallel beta-sheets -different kinds of silks ; adhesiveness, flexibility, strength, etc.-enable tight packing and strong hydrophobic interactions-succeeded to produce the silk in E. coli


5-6. 발효식품 : 미생물 발효에 의해 가공한 식품

: 식품의 가공 및 저장수단으로 미생물 이용

* 식품발효 중의 변화

: 미생물의 세포 외 효소 및 대사계에 의해 원료중의 성분이 변화

1) 맛 성분, 향기성분이 생산 – 기호성 증가

2) 발효과정 중에 천연적인 방부력 생성

: 저장성 및 위생성 증가

* 주요 발효식품의 원료와 제품

: 주류(곡류, 과일), 장류(두류), 김치류(엽채류), 발효 유제품(우유), 육류 발효

제품, 어패류 발효제품 등


1. 발효유제품(fermented dairy product)

: 우유의 성분을 발효시켜 만든 식품-대부분이 젖산발효

-젖산균 starter사용(lactose, casein, 유지방)

1) 치즈

: 젖산발효와 응유효소로 우유의 단백질을 응고(curd)시켜 가염 숙성한 것

* cheddaring : 커드를 수회 뒤집어 유청을 제거하고 탄력성 부여

2) 버터: 우유의 유지방을 집합하여 숙성한 것

* 우유 원심분리 침전물(제거하면 탈지유)

3) 젖산 발효유(fermented milk)

: 우유 또는 탈지유에 젖산발효를 시켜 산미를 갖게 한 것

- 요구르트(yoghurt), 젖산균 음료, Acidophilus milk, Bifidus milk

4) 알코올 발효유(유주, milk wine, milk champagne)

: 우유에 젖산 및 알코올 발효를 시킨 것

--알코올 1-3%, 젖산, CO2--저장성 증가

- 동구 코카스서 지방의 Kefir와 몽고의 Koumis


2. 발효육제품

* 발효소시지 : 마쇄 육류와 부재료 첨가하여 성형하고 발효 후 훈연 또는 건조

(마쇄 지방, 식염, 당류, 향신료 등)

3. 발효빵

: 밀가루를 부재료와 반죽하고 효모로 발효시킨 후 성형하여 구워 제조

(식염, 설탕, 계란, 탈지분유 등)

* 효모 발효: 반죽에 함유된 당을 발효시켜 알코올(향기)과 CO2(조직연화)를 생산

4. 알코올 음료

* 주류(술) 정의 : 에탄올을 1%이상 함유한 기호성 음료를 총칭

-1%(v/v) = 1도 = 2proof

-우리나라 주세법 제1장, 제2조

: “주정(희석하여 음료로 할 수 있는 것을 말한다)과 알코올분 1도 이상의 음료”-단 약사법의 규정에 의한 의약품으로서 알코올분 6도미만의 음료를 제외


5. 식초

* 식초의 유래: 불어 vinaigre = vin(wine) + aigre(sour)--신포도주

성분: 초산 4% , 유기산, 당, 알코올, ester--독특한 신맛, 약간의 단맛, 방향

- 최근의 2배 식초 : 초산 12-13%, 감식초 등의 전통식품 : 초산 2.5%-4%

* 초산발효의 기작: 에탄올의 산화

* 종류

1) 양조초: 곡류, 알코올성 음료, 과실류 등을 발효하여 만든 식초

2) 증류초: 양조초를 증류한 것

3) 합성초: 화학 합성으로 제조한 빙초산을 원료로 만든 식초

- 희석 빙초산에 감미료, 향미료 첨가하여 제조

4) 가공초: 양조초에 향신료(양파, 마늘 등)를 첨가하여 제조한 식초

CH3CH2OH CH3CHO CH3COOH

NAD+ NADH2

ADH aldehyde dehydrogenase

NADP+ NADPH2H2O

MW 46 MW 60


6. 발효채소 : 채소의 젖산발효가 주, 일부 에탄올 발효

: 김치, 깍두기, 동치미, 장아찌, 오이지, 식해 - 200여종, 김치만 100여종

1) 김치(Kimchi) : 채소의 소금절임 후 유산균에 의한 발효

* 소금절임 : 10-15% 식염수 사용, 세척 후 2.5-3% 식염이 적당

* 발효 : 호기성 세균 - 초기 내염성 젖산균 - 내산성 젖산균, 효모-호기성 미생물

가) 젖산균: 잡균의 증식억제와 유기산의 생성

* 젖산균의 bacteriocin : 세균의 증식 억제

* 초기 유산균 – 산 생성 약, 부산물(에탄올, CO2)-향미 관여

* 중, 후기 젖산균 – 산생성 강 - 어떤 균은 젖산과 초산 생성

나) 효모: 알코올의 생성으로 유기산과 ester 생성

- 김치의 향미성분 형성에 관여

- S. cerevisiae, S. bayanus, C. cacaoi, Rhodotorula glutinus등

다) 호기성 미생물: 김치의 산패 및 연부 현상

- B. subtilis, S. fragilis, Asp., Pen.

- pectin 분해효소-특히 polygalacturonase가 주


* 김치 항암성 : aflatoxin B1의 작용저해 - 고추 가루, 마늘도 항암성 유

: 김치 젖산균 역할 : 부패세균 억제, 면역 증강, 항암작용 - 당단백, 다당류 등

2) 사우어크라우트(Sauerkraut) : 신 양배추 의미

- 양배추를 잘게 썰어 담금하여 주로 젖산발효에 의해 만들어진 식품

- 우리나라 김치와 매우 유사

3) 피클(Pickle) : 주로 오이를 원료로 젖산발효에 의해 제조

- 발효, 약간 발효, 무발효 등 매우 다양하게 제조

- 발효 후 저장성을 위하여 74oC에서 15분 정도 살균


7. 발효두류제품

* 장류 : 대두를 발효시켜 만든 조미식품 -간장, 된장, 고추장, 청국장 등

- 단백질과 아미노산의 중요 급원, 독특한 풍미

1) 원료 단백질, 전분질 가수분해 - 아미노산(구수한 맛), 당(단맛)

2) 일부를 효모와 세균이 발효하여 발효산물의 생성

3) 가수분해물과 발효산물의 반응 산물

독특한 풍미 : 구수한 맛, 약간의 단맛, 소금의 짠맛저장성 증가 : 소금과 발효산물에 의한 방부효과소화율 증가 : 원료 콩의 trypsin inhibitor 실활기능성 증가 : ACE 저해 , 항암성 등 각종의 기능성

가수분해물(아미노산, 당)

메주나 코오지 효소

미생물의 발효산물

발효 미생물(효모, 세균)

가수분해물과 발효산물의 반응산물 생성

원료의 단백질과 전분질

소금


5-7. 외래 단백질의 생산

* 1982 Recombinant insulin produced in E. coli was approved for clinical use

: Pre- (through 1981) and Post-recombinant DNA era (from 1982 onward)

PROTEIN

α-1 Antitrypsin

Calcitonin

CSF

EGF

Erythropoietin

Factor VIII and IX

GH releasing factor

FUNCTION(S)

Protease inhibitor

Influences Ca+2/phosphate metabolism

Stimulates hematopoiesis

Epithelial cell growth, tooth erruption

Stimulates hematopoiesis

Blood-clotting factor

Stimulates secretion of growth hormone

THERAPEUTIC USE(S)

Treatment of emphysema

Treatment of osteomalasia

Antitumor

Wound healing

Treatment of anemia

Preventing of bleeding

Growth promotion


THERAPEUTIC USE(S)

Antiviral, antitumor (?), antiinflammatory (?)

Antitumor, treatment of immune disorders

Antitumor

Growth promotion

Plasma supplement

Application in cardiac treatment /organ

transplantation

Antitumor

Antiulcerative

Anticoagulant

FUNCTION(S)

Resistance to a wide variety of viruses

Stimulates cell immune system

A bone-resorbing factor

Sulfate uptake by cartilage

Major protein constituent of plasma

Decompose superoxide free radicals in the blood

Cytotoxic to certain tumor cell line

Control of gastrointestinal secretion

Plasminogen activator

PROTEIN

Interferon (α,β,γ)

Interlukin 1,2,3

Lymphotoxin

IGF-I

Serum albumin

SOD

TNF

Urogastrone

Urokinase


6. 6. 천연자원의천연자원의 채취채취

6-1. 원유의 채취 (Oil recovery)

* MEOR (microbe-enhanced oil recovery)

: 미생물을 이용한 석유의 효율적인 채취 방법

가. 방법

1) 세균을 증식과 정착에 필요한 영양성분과 함께 유전에 투입

2) 영양분을 공급하여 유전 내에 존재하는 미생물의 증식과 대사 촉진

3) 미생물성 세포 외 다당류 또는 계면활성제 투입

나. 작용 기작

: 세균 또는 산물을 투입하여 이들이 유전 내 원유와 접촉

- 원유의 이동도 증가

- 바위 표면, 균열, 공극으로부터 원유의 용출 증가

* 아세톤, 알코올류 등 용매 : 계면과 표면 장력 감소시켜 원유 이동도 증가

미생물 가스 : 특정 화합물 침전 야기 - 원유의 이동도 증가


6-2. 미생물정련(Bacterial leaching)

가. 주요 사용 미생물

1) 유기화합물을 탄소원으로 이용하는 종속영양미생물

2) 최적생육온도가 20-40℃인 Thiobacillus와 Leptospirillum spp.의 중온 미생물

3) 최적생육온도가 40-55℃의 범위인 Sulfobacillus sp.의 통성 고온균

4) 55℃ 이상의 온도에서 생육이 가능한 Sulfolobus, Acidanus, Sulforococcus, Metallosphaera spp.인 편성 고온미생물.

나. 기타의 사용가능 미생물 : 화학합성독립영양세균

- 무기물의 산화에너지를 이용하며 탄소원으로서 CO2만을 생육에 요구

- 무기물의 산화능을 금속의 용출에 이용할 수 있음

1) 황세균

2) 철세균

3) 수소세균

4) 질화균


SUMMARYSUMMARY

◆ Role of microorganisms in biotechnology

◆ Release of genetically engineered microorganisms

◆ Cost considerations

* Laws of Applied Microorganisms

- David Perlman (1980), Developments in industrial microbiology

1. The microorganism is always right/your friend/a sensitive partner.

2. There are no stupid microorganisms.

3. Microorganisms can/will do anything.

4. Microorganisms are smarter/wiser/more energetic than chemists,

engineers, etc.

5. If you take care of your microbial friends, they will take care of

your future and you will live happily ever after.

Documents

제5장. 미생물공학 (Microbial Biotechnology)webbuild.knu.ac.kr/~app-mic/resources/lecture/functional... · 기능성생명공학 (Functional Biotechnology) 제5장. 미생물공학