Earticle

본 연구는 고정 생물막을 이용한 혐기/무산소/호기 공정으로 구성된 반응기에서 폴리에틸렌 재질의 표면을 이온빔으로 조사하여 소수성 표면을 친수성으로 만든 표면개질담체를 호기조의 여재로 사용하고 혐기/무산소조의 여재로는 표면 개질을 하지 않은 담체를 사용하여, 외부 탄소원 대신 원수내의 RBDCOD를 탄소원으로 이용하고자 혐기조와 무산소조에 원수를 분할 주입하였을 때 나타나는 유기물 및 T-N 제거특성을 알아보았다. 혐기/무산소조로의 원수 분배율이 각각 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2, 6 : 4로 설정하였으며, 각각의 분배율에 대하여 93.3%, 92.6%, 92.4%, 91.6%의 BOD5 제거율 (유기물 의 제거능)을 보였다. 하지만 무산소조까지의 BOD5 제거율 (유기물 이용능)은 9 : 1에서 84.8%로 가장 높은 것으로 나타났으며, 분배율 10 : 0, 8 : 2는 각각 77.0%, 75.3%로서 거의 비슷한 수준이었고, 분배율 6 : 4 경우에 61.1%로 가장 낮은 수치를 나타내었다. T-N 제거율은 9 : 1의 분배율로 분할하였을 때가 67.4%로 가장 제거 효율이 높았으며, 분배율 10 : 0, 8 : 2 경우는 각각 61.3%, 60.7%로 비슷한 경향을 보였으나 분배율을 6 : 4로 하였을 때는 55.5%의 제거율을 나타내 분배율 9 : 1의 경우와는 약 12%의 차이를 보였다. 또한 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2의 분배율에서는 질산화가 거의 비슷한 수준으로 발생하였지만, 6 : 4로 주입하였을 경우에는 질산화의 저해가 나타나고, 방류수 중의 대부분의 질소성분이 암모니아 성분으로 방류되었다. 이 공정에서 탄소원으로 생하수를 이용하는 것이 메탄올과 같은 독성 탄소원에 비해 독성을 지니지 않고 약품비용이 들지 않는다는 측면에서 유리할 것으로 사료된다.

This study was accomplished using attached A2/O process that contains nonsurface-modified and surface-modified polyethylene media inside the Anaerobic/Anoxic, Oxic tank, respectively. We could make the hydrophobic polyethylene media have hydrophilic characteristics by radiating ion beam on the surface of the media. The objectives of this study is to investigate the removal efficiencies of the organics and nitrogen when the step feed ratio of raw wastewater into anaerobic and anoxic tank is changed. In this case, we assumed that the denitrification rate can be improved because the nitrifiers in anoxic tank can perform denitrification using RBDCOD instead of artificial carbon sources (for example, methanol, etc.). The wastewater injection rate into anaerobic/anoxic tank was set up by the ratio of 10 : 0, 9 : 1, 8 : 2, 6 : 4, and the results of BOD removal efficiency showed similar trends with 93.3%, 92.6%, 92.4% and 91.6% respectively. But the BOD removal efficiency (utilization of the organics) in the anoxic tank was in the order of 9 : 1 (84.8%), 10 : 0 (77.0%), 8 : 2 (75.3%), and 6 : 4 (61.1%). The T-N removal efficiency was most high when the ratio is 9 : 1 (67.4%), and other conditions, 10 : 0, 8 : 2, 6 : 4, showed 61.3%, 60.7%, 55.5%, respectively; the ratio 6 : 4 was found to be lowest T-N removal efficiency, lower than the ratio 9 : 1 by 12%. Though the nitrification rate of the ratio 10 : 0, 9 : 1, and 8 : 2 showed similar levels, the ratio 6 : 4 showed considerable inhibition of nitrification, ammonia was the great portion of the effluent T-N. The advantages of this process is that this process is cost-saving, and non-toxic methods than injecting the artificial carbon source.

N-CBZ-L-phenylalanine를 주형분자로 하고 MAA와 4-VPY를 기능성 단량체로 하여 분자각인 고분자를 합성하였다. N-CBZ-L-phenylalanine와 MAA, 4-VPY는 수소결합의 영향을 많이 받고 있으며 이온결합과 소수성결합도 작용하고 있다. 혼합성분을 기능성 단량체로 사용함으로 하여 단량체의 성분들 사이에서 상호작용 효과를 나타냈다. 실험결과에 의하면 혼합성분인 MAA와 4-VPY를 기능성 단량체로 한 분자각인 고분자에서의 체류인자가 단일성분인 MAA를 사용한 고분자에서의 체류인자보다 컸고 컬럼 효율은 낮았지만 분리도는 높았다. 산성인 MAA와 염기성인 4-VPY를 함께 사용함으로써 거울상 이 성질체인 N-CBZ-L-phenylalanine과 N-CBZ-D- phenylalanine의 분리도를 증가시킬 수 있었다. 혼합된 성분의 기능성 단량체로 하여 제조된 분자각인 고분자를 키랄 물질의 분리를 비롯한 천연물질의 분리에 더 광범위하게 사용될 수 있을 것이다.

In this work, molecular imprinted polymers (MIPs) using the template of the N-CBZ (carbobenzyloxy)-L-phenylalanine, MAA and 4-VPY as a monomer, EGDMA as a crosslinker and AIBN as an initiator were considered. The prepared polymer particles (Ca. 25-35 μm) were packed into a chromatographic column (3.9 × 150 mm). The chromatographic characteristics of the retention on the MIP were experimented with acetonitrile as a mobile phase at the flow rate of mobile phase, 0.5 ml/min. The retention factors and resolutions of chiral racemate of the N-CBZ-D, L-phenylalanine were measured. The results showed that the retention factor and resolution by the two co-monomer imprinting polymer were higher than the single monomer imprinting polymers, which indicated an increase in the affinity of the MIP with the sample as a result of the cooperation effect of the binding sites.

탄소원과 질소원의 무게비가 Thraustochytrium aureum ATCC 34304의 성장 및 지방산 조성에 미치는 영향을 규명하였다. 초기 당농도에 관계없이 배양 5일 후의 균체농도는 C/N 값이 증가하면 증가하였다가 감소하였다. 각 초기 당농도에 따라서, 균체농도가 최대가 되는 C/N의 비는 각기 고유한 값을 나타내었다. 초기 당농도 5 g/L 내지 25 g/L 범위내에서 균체농도가 최대가 되는 C/N 값은 1 내지 4 사이에 분포하였다. C/N 비에 따른 균체수율 Yx/s의 값은 C/N의 값이 증가하면 감소하였으나 10 내지 20 사이의 범위에서는 0.35의 일정한 값을 유지하였다. T. aureum ATCC 34304가 생합성하는 포화지방산인 미리스트산의 조성은 C/N 비의 변화에 영향을 받지 않았으나 팔미트산의 조성은 C/N 값 4 이하에서는 20% 내외의 값을 나타내었고 C/N 값이 증가하면 15%까지 감소하였다. 탄소수사 18개인 C18:의 지방산 중 올레인산 (C18:1)과 리놀레인산 (C18:2)의 조성은 C/N 값이 증가하면 0%에서 각각 20% 및 7%까지 지속적으로 증가하였다. 반면 γ-리놀레인산 (C18:3)의 조성은 C/N 값의 증가에 따라 5%에서 2%까지 감소하였다. 탄소수가 20개 이상인 ω - 3 다중불포화 지방산 중 EPA (C20:5)와 DPA (C22:5)의 조성은 C/N 값의 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었으며, DHA (C22:6)조성은 C/N 값이 증가하더라도 40% 내외의 값을 유지하였다.

The effect of the weight ratio of carbon source to nitrogen source on the growth and the composition change of fatty acids of Thraustochytrium aureum ATCC 34304 was investigated. The cell concentration of 5 days' culture increased and then decreased according to the increase of C/N. The ratioes for the maximum biomass were unique respectively and distributed between 1 and 4 with the initial sugar concentration in the range of 5 g/L to 25 g/L. The biomass yield, Yx/s decreased along with the increase of C/N, but maintained a constant value 0.35 between 10 and 20. The composition of myristic acid (C14:0), one component of the lipid synthesized by T. aureum, was not affected with the change of C/N, but the composition of palmitic acid (C16:0) was around 20% below 4 of C/N and decreased to 15% according to C/N about 4. The compositions of oleic acid (C18:1) and linoleic acid (C18:2) increased from 0 to 20% and 7% respectively. The composition of γ-linoleic acid (C18:3), however, reduced from 5% to 2%. EPA (C20:5) and DPA (C22:5) showed a tendency of reduction in the weight composition according to the increase of C/N, but DHA (C22:6) had a trend maintaining an approximately constant value, around 40%, irrespective of the change of C/N.

본 연구에서는 당의 초기농도는 물론 NaCl과 MgSO4․ 7H2O의 농도가 T. aureum ATCC 34304 균주의 성장특성, 지질의 생성특성 및 DHA의 생성특성에 미치는 영향을 규명하였다. 당농도 15 g/L까지는 당농도가 증가하면 균체증가량에 대한 지질증가량의 비율인 YLipid/X 값과 지질증가량에 대한 DHA 증가량의 비율인 YDHA/Lipid 값이 모두 증가하였다. Ylipid/X와 YDHA/Lipid의 최대값은 0.18 g/g 과 0.41 g/g으로 모두 당의 초기농도 15 g/L에서 나타났다. 반면 균체수율인 YX/S 값은 당의 초기농도 변화에 관계없이 0.378 g/g으로 일정하였다 당의 농도변화에 대한 균체의 비성장속도 역시 당농도 15 g/L까지는 최대 0.79 day-1까지 증가하였으나, 20 g/L에서는 0.57 day-1로 감소하였으며, 그 이상의 당농도에서는 증감현상을 나타내지 아니하였다. 해수배지 조성을 기본으로 하고 NaCl 농도를 0.1 g/L에서 48 g/L까지 변화시켰을 때 NaCl의 농도가 0 g/L인 경우 균체의 성장, 지질의 생성 및 DHA의 생성이 모두 정지되었으며, NaCl 24 g/L에서 균체성장, 지질생성 및 DHA의 생성이 최대값을 나타내었다. 또한 기본해수배지 조성에 MgSO4․7H2O의 농도를 0 g/L에서 24 g/L까지 변화시켰을 때, MgSO4․7H2O 0 g/L에서는 균체성장, 지질생성 및 DHA 생성이 정지되었으며, MgSO4․7H2O 18 g/L에서 균체성장, 지질생성 및 DHA의 생성이 최대값을 나타내었다.

The polyunsaturated fatty acids (PUFAs) are mostly synthesized by the marine original microorganisms. In this study, the effect of concentrations of glucose, NaCl, and MgSO4․7H2O on both the growth and the production of lipid and Docosahexaenoic acid (DHA) was investigated using Thraustochytrium aureum ATCC 34304. YLipid/X and YDHA/Lipid increased according to the increase of initial glucose concentration until 15 g/L of glucose. The maximum values of YLipid/X and YDHA/Lipid were 0.18 g/g and 0.41 g/g respectively at 15 g/L of glucose. The biomass yield, YX/S, however, was constant as 0.378 g/g regardless of initial glucose concentrations in the range of 5 g/L to 25 g/L. The specific growth rate of T. aureum increased also with initial glucose concentration from 5 g/L and 15 g/L. The maximum value was 0.79 day-1 at 15 g/L of glucose, and the growth rate decreased to 0.57 day-1 and remained constant according to initial sugar concentration in the range of higher than 15 g/L of glucose. The concentration of NaCl was changed from 0 g/L to 48 g/L, in order to study the characteristics of the growth and the production of lipid and DHA according to NaCl concentration. The growth and the production of lipid as well as DHA stopped all at 0 g/L of NaCl and the maximum values of all the three variables occurred at 24 g/L. The effect of MgSO4․7H2O concentration was also investigated not to find the growth and the production of lipid and DHA at 0 g/L. However, the growth and the production with MgSO4․7H2O concentration increased to reach the maximum values at 18 g/L of MgSO4․7H2O.

식물세포의 느린 생장과 낮은 생산량의 이유로 지금까지는 주로 미생물이나 동물세포에서 유전자 재조합 단백질을 생산하여 왔다. 그러나 저렴한 배지 가격, 동물 유래 바이러스 감염 위험성으로부터의 안정성, glycosylation 등의 post-translational modification이 가능하다는 장점들로 인하여 최근 들어 식물세포배양은 생물학적 활성을 가진 고부가가치의 단백질을 생산하는데 많이 이용되고 있다. 본 연구에서는 생장배지에 첨가했던 sucrose의 소비와 induction 배지로의 교환에서 오는 배지내의 삼투압을 조절하여 hCTLA4-Ig의 생산성을 높이고자 하였다. 다양한 삼투압 조절제 첨가실험을 통해 sorbitol을 선별하고, 40 mM의 sorbitol 첨가에서 상대적으로 높은 생존도와 induction 후 7일째 대조구보다 1.7배 높은 생산성을 확인하였다. 또한, 저농도의 glucose 첨가를 통한 생산성 증대에 있어서는 8 mM glucose에서 induction 이후에도 높은 세포농도를 유지하면서 최대 37.3mg/L까지 hCTLA4-Ig 생산량을 증가시켰다. 5-L bioreactor에서 회분식 배양과 induction시의 hCTLA4-Ig 생산량을 비교한 결과 induction시 배양 18일째 최고 45.3 mg/L까지 높일 수 있었으며, 회분식 배양에 비해 2.1배 증가됨을 확인하였다.

An immunosuppressive agent, human cytotoxic T lymphocyte antigen 4 (hCTLA4), is used for the prevention of graft rejection and treatment of autoimmune diseases. hCTLA4-Ig, a CTLA4-immunoglobulin fusion protein, was produced and secreted from transgenic rice cell suspension cultures using rice a-amylase (RAmy3D) expression system. In this system, hCTLA4-Ig expression was regulated metabolically by sugar starvation. For the purpose of improving hCTLA4-Ig production, the effects of osmotic pressure was investigated in suspension cultures of transgenic rice cells. The highest production level was achieved at 40 mM sorbitol (140 mOsm․kg-1 H2O). Using the medium with 8 mM glucose, the level of hCTLA4-Ig in the medium reached 45.3 mg/L. By adjusting the osmotic pressure of induction medium, it was found that the hCTLA4-Ig production could be increased up to 2.1-fold compared with that in batch culture.

Sanguinarine은 천연 항균성 물질로 의약품, 생활용품 그리고 화장품 등 그 이용은 다양하나 가격이 비싸고 수율이 따르지 못하는 점을 식물세포배양을 통하여 해결할 수 있을 것으로 기대된다. Sanguinarine의 생산을 극대화하기 위하여 전통적인 방법인 환경적 요인을 고려한 cell selection방법과 유전적 접근인 protein의 변화를 동시에 관찰하였다. Yeast extract를 elicitor로 이용하였을 경우에 control에서는 관찰 할 수 없었던 sanguinarine에 해당하는 오렌지색의 형광을 볼 수 있었으며, 실제 metabolite의 분석에서도 sanguinarine의 증가를 확인 할 수 있었다. 세포 내부에서는 sanguinarine이 약 8배의 증가를 보였으며 배지에서는 약 5배의 증가를 보였다. Protein 역시 2-D electrophoresis로 확인한 결과 intensity가 5%, 88%, 6.4%의 증가, 일정, 감소를 보인 spot들이 elicitor 처리 후 세포에서는 34%, 39.4% 26.5%로 intensity가 증가된 spot들이 더 많이 검출되었다. 본 연구에서는 sanguinarine을 yeast extract를 이용해서 생산량을 증가시키고 sanguinarine의 생산과 관련된 protein의 변화에 대해서 알아보고자 하였다. 본 예와 같은 실험 연구방법이 식물이차대사산물 생산성에 관련된 protein군을 규명하는데 초석이 될 수 있을 것으로 기대된다.

Benzophenanthridine alkaloids - sanguinarine, chelirubine, macarpine, and chelerythrine are produced from Eschscholtzia californica (Californica poppy, used as a sedative by Native Americans) and most of them are derived from dihydrosanguinarine. The properties of sanguinarine are the basis of its antimicrobial activity and its use in chemosurgery and skin cancer excision. For overproduction of sanguinarine from E. californica, yeast extract was used as elicitor and the elicited cell's metabolites were checked. Sanguinarine production was increased intracelluarly about 8 times in the cell and 5 times extracelluarly. We have performed proteomic analysis of proteins sequentially extracted from E. califormica suspended cells which were cultured with elicitor, an increase of spot intensity was seen at 24 hours following elicitation. These proteins were separated by two-dimensional electrophoresis (2-DE). We found several spots that were expected to be related to benzophenanthridine alkaloids production by comparing the production profiles of metabolites such as sanguinarine. These results demonstrate the use of metabolite analysis as a tool for detecting target proteins related to metabolites production pathway.

본 연구는 재조합 대장균과 S.cerevisiae의 발효공정에서 형광스펙트럼 데이터를 수집하였으며, SOM을 이용하여 형광스펙트럼 데이터를 특정 그룹으로 분류하고 발효공정을 분석하고자 하였다. 배출가스 내 이산화탄소농도와 세포농도 같은 공정변수들은 SOM 알고리즘으로부터 얻은 분산 및 정규화된 가중치들과 좋은 연관성을 나타내었다. 전체 스펙트럼 데이터의 분류는 생물공정 모델링을 위한 매우 중요한 단계인데 그 이유는 몇몇 여기파장과 방출파장의 유의한 조합들이 전체영역의 스펙트럼 데이터로부터 추출되기 때문이다. 예를 들면, 본 연구에서 SOM을 이용하여 추출한 98개의 스펙트럼 데이터의 예제들은 부분최소자승법이나 감독신경망 (supervised neural network)을 이용한 공정의 모델링에 사용될 수 있다.

Two-dimensional (2D) spectrofluorometer is often used to monitor various fermentation processes. The change in fluorescence intensities resulting from various combinations of excitation and emission wavelengths is investigated by using a spectra subtraction technique. But it has a limited capacity to classify the entire fluorescence spectra gathered during fermentations and to extract some useful information from the data. This study shows that the self-organizing map (SOM) is a useful and interpretative method for classification of the entire gamut of fluorescence spectral data and selection of some combinations of excitation and emission wavelengths, which have useful fluorometric information. Some results such as normalized weights and variances indicate that the SOM network is capable of interpreting the fermentation processes of S. cerevisiae and recombinant E. coli monitored by a 2D spectrofluorometer.

본 연구에서는 인공신경망 알고리즘을 이용하여 생물공정에서 수집된 형광스펙트럼 데이터를 분류, 분석하고 공정변수들을 예측하기 위한 공정의 모델링에 대해서 논의하였다. SOM에 의해 분류된 전파장 스펙트럼 데이터들은 발효공정의 변수와 형광데이터 사이에 비선형관계를 설명하기 위하여 사용되었다. BPNN알고리즘은 SOM에서 분류된 데이터들을 입력자료로 이용하여 공정에 대한 모델식을 세우고, 이를 이용하여 배출가스 내 CO2 농도 및 발효액 중 세포농도와 같은 공정변수들을 예측하는데 사용되었다. 또한 BPNN 모델은 강력하면서도 훈련데이터의 범위를 넘어서는 공정의 데이터들을 예측할 수 있기 때문에 폭넓은 활용가능성을 가지고 있다.

A two-dimensional (2D) spectrofluorometer was used to monitor various fermentation processes with recombinant E. coli for the production of 5-aminolevulinic acid (ALA). The whole fluorescence spectral data obtained during a process were analyed using artificial neural networks, i.e. self-organizing map (SOM) and feedforward backpropagation neural network (BPNN).Based on the classified fluorescence spectra a supervised BPNN algorithm was used to predict some of the process parameters. It was also shown that the BPNN models could elucidate some sections of the process performance, e.g. forecasting the process performance.

동결건조 양막과 자체 제작한 양막 지지체를 이용한 동적배양법을 통하여 토끼 각막 상피층의 재구성 효과를 검토하였다. 각막 상피세포는 토끼 각막 윤부로부터 분리 배양 후 동결보존하여 사용하였고, 세포증식은 10계대까지 가능하였다. 동적배양을 한 경우가 정치배양보다 기저층이 잘 형성되었고, 세포 증식과 분화를 촉진하여 치밀한 상피층을 형성하였다. 이렇게 재구성된 각막 상피층은 심한 각막 손상을 입은 환자의 조직 이식에 좋은 생체외 모델이 될 것으로 기대된다.

Reconstruction of rabbit corneal epithelium was performed through dynamic culture method using self-manufactured amniotic membrane supporter and lyophilized amniotic membrane. Rabbit corneal epithelial cells were cultured and cryopreserved after isolation from limbus, and the cells could be proliferated by passage number 10. The basal layer was well formed, and the epithelium layer was constructed tightly by the increase of cell proliferation and differentiation by dynamic culture method than static culture. Thus, the reconstruction of the corneal epithelium using lyophilized amniotic membrane is considered to be a good in vitro model for transplantation of corneal epithelium to patients with a severely damaged cornea.

EH의 catalytic nucleophile residue, His-Asp로 구성된 charge relay system, oxyanion hole 등의 EH 관련 conserved domain의 아미노산 공통 서열을 참고로 하여 G. westfalica megaplasmid로부터 putative EH를 선별할 수 있었다. Bioinformatics를 기반으로 스크리닝한 G. westfalica에 의한 라세믹 styrene oxide 기질에 대한 입체선택성 가수분해 반응에 있어 중요 반응 parameter들인, pH 및 온도 등이 초기 가수분해반응속도에 미치는 영향을 분석하고, 최적 회분식 반응조건을 결정하였다. 최적 반응조건인 pH 7, 반응온도 30℃, 생촉매량 40 ㎎의 조건에서 약 5시간 20분간 반응을 통해 20 mM 라세믹 기질로부터 광학순도 100% ee 인 (S)-styrene oxide를 36.5%의 수율로 얻을 수 있었다.

Epoxide hydrolases (EHs) are versatile biocatalysts for the preparation of chiral epoxides by enantioselective hydrolysis from racemic epoxides. Various microorganisms were identified to possess a EH activity by multiple sequence alignment and analysis of conserved domain sequence from genomic and megaplasmid sequence data. We successfully isolated Gordonia westfalica possessing EH activity from various microbial strains from culture type collections. G. westfalica exhibited (R)-styrene oxide preferred enantioselective hydrolysis activity. Chiral (S)-styrene oxide with high optical purity (> 99% ee) and yield of 36.5% was obtained from its racemate using whole-cell of G. westfalica.