박테리아의 카로티노이드 생산 증가를 위해 유전공학적 접근법 이외의 배양 조건을 활용하는 연구가 진행되었다. 배양 중 스트레스 환경에서 박테리아는 카로티노이드 생산량을 증가시켜 스트레스로부터 보호하려 하며, 이를 통해 \(Micrococcus Roseus\) 균주에서는 \( 5^{\circ} \mathrm{C} \)의 낮은 온도 스트레스 상황에서 bacterioruberins의 생산량 증가가 확인되었다. 또한, Rhodococcus opacus와 E. coli에서 탄소원으로 글리세롤을 첨가한 결과 카로티노이드 생산량이 \(3 \sim 7\)배 증가하였음이 보고되었다. 이로써 균주별로 카로티노이드 생산능력을 증가시킬 수 있는 배양 방법에 대한 추가 연구가 필요함을 보여준다.
<h2>배양 조건을 이용한 카로티노이드 생산성 증가</h2> <p>유전공학적 접근법 이외에도 배양 조건을 이용하여 박테리아에서 카로티노이드 생산을 증가시키고자 하는 연구가 진행되었다. 배양 중 스트레스가 주어진 환경에서 박테리아는 카로티노이드 생산량을 증가시켜 축적하여 스트레스로부터 자신을 보호하고자 한다. 배양 중 스트레스를 주는 여러 요인으로는 온도, 빛, \( \mathrm{pH} \), 염분, 등이 있다. \( 5^{\circ} \mathrm{C} \)의 낮은 온도의 스트레스 상태에서 \(Micrococcus Roseus\) 균주는 \( \mathrm{C}_{50} \) 카로티노이드인 bacterioruberins의 생산량이 증가하는 것으로 확인되었다. \(Rhodopseudomonas sp.\) 균주의 경우 \( 8,000 \mathrm{~lx} \)의 강한 빛으로 스트레스를 주었을 때 \( 500 \mathrm{~lx} \)의 빛을 주었을 때보다 총 카로티노이드 함량이 약 1.7배 증가하는 것으로 보고되었다. \(Sporidiobolus par-aroseus\)균주의 경우 염을 처리하지 않은 배지보다 \( 0.75 \mathrm{M} \)의 \( \mathrm{NaCl} \) 을 처리하였을 때, 총 카로티노이드 함량이 약 \( 31 \% \) 증가하였으며, 그 중 torulene의 농도는 약 3.2배 증가하는 것으로 보고되었다.</p> <p>배지 내에는 박테리아가 생장하기 위한 탄소원, 질소원, 무기염류 등 다양한 영양 성분을 포함하고 있다. 이러한 영양 성분은 박테리아의 생장뿐만 아니라 카로티노이드 생산량에도 영향을 미치는 것으로 보고되었으며, 영양 성분을 제어하는 방법으로 카로티노이드 생산량을 증가시키는 방법도 시도되었다. 영양원을 제어하는 방법 중 카로티노이드의 backbone을 구성하는 탄소원의 제어는 카로티노이드 생산에 직접적인 영항을 주게 된다. 카로티노이드 생산 균주인 Rhodococcus opacus의 카로티노이드 생산 연구 및 카로티노이드 생합성 유전자를 포함하는 재조합 E. coli에서 카로티노이드 생산 연구에서 탄소원으로 글리세롤을 첨가한 결과 카로티노이드 생산량이 \( 3 \sim 7 \)배 증가하였다고 보고되었다. 탄소원은 세포가 활동하는데 필요한 에너지의 공급원일 뿐만 아니라 여러 대사과정에 사용되며, 글리세롤의 경우 isoprenoid 생합성 대사에 참여하여 카로티노이드 생합성 경로의 기질인 IPP와 DMAPP 생산을 증가시키는 것으로 보고되었다. 일부 카로티노이드 생합성 효소들의 경우 다양한 co-factor를 필요로 하며, 이러한 cofactor의 존재는 효소의 활성을 최적화하여 카로티노이드 생산량에 긍정적인 영향을 준다. Cofactor중 금속이온의 유무에 따른 카로티노이드 생합성 효소들의 활성을 확인하기 위해 in vitro 조건에서 효소들의 활성을 측정한 연구 중 astaxanthin 생합성에 관여하는 효소들 중에서 CrtZ, CrtW 두 효소의 경우 \( \mathrm{Fe}^{2+} \) 금속이온이 존재할 때 활성이 \( 4 \sim 6 \)배 증가한다고 보고되었다. 또한 \(Rhodobacter sphaeroides\) 균주 배양시 \( \mathrm{Fe}^{2+} \) 금속이온을 발효 배지에 첨가하였을 때 총 카로티노이드 생산량이 증가하였다는 연구 결과도 존재한다.</p> <p>박테리아에서 카로티노이드 생합성 단계에서 특정 자극은 카로티노이드 생산을 촉진할 수 있다. 다양한 환경 조건 및 배지 조성에 따라 박테리아에서 카로티노이드 생산량이 증가할 수 있다는 사실은 산업적으로 카로티노이드 생산에 바로 적용할 수 있다. 따라서 각각의 균주에 따라 카로티노이드 생산력을 증가시킬 수 있는 배양 방법에 관한 연구가 필요하다.</p>