트레할로스는 두 개의 글루코오스가 \( \alpha- \alpha \)-1,1-glycosidic linkage로 연결된 비환원성 이당류로, 감미료, 화장품 보습제, 단백질 의약품 보존제로 활용된다. 초기에는 효모균 발효에 의한 생산법이 있었지만, 수율과 생산단가의 문제로 효소 전환 공정으로 바뀌었다. 최근에는 미생물 유전자 조작과 대사공학 기술 발달로, 농업이나 산업현장의 부산물을 활용한 고부가가치 트레할로스 생산이 주목받고 있다.
<h1>서 론</h1> <p>트레할로스는 두 개의 글루코오스가 \( \alpha- \alpha \)-1,1-glycosidic linkage(글리코시딕 결합)로 연결된 비환원성 이당류로 감미료, 화장품 보습제, 단백질 의약품 보존제로 널리 사용된다. 초기 트레할로스 생산은 효모균(Saccharomyces cerevisiae)발효에 의해 이루어졌으나 상대적으로 수율이 낮고 생산단가가 높다는 문제점이 지적되어 효소 전환 공정으로 대체되었다. 그러나 미생물 유전자 조작 및 대사공학 기술의 발 달로 고생산성 균주개발이 가능해지고 농업 또는 산업현장에서 발생되는 부산물을 고부가가치 유용물질 생산에 사용할 수 있다는 장점으로 인하여 미생물공정을 이용한 트레할로스 생산이 재조명되고 있다.</p> <p>산업현장에서 다양한 형태의 부산물이 발생하는데, 폐글리세롤이 대표적인 예이다. 바이오디젤 생산공정의 부산물인 폐글리세롤은 최근 들어 과잉으로 발생하여 이를 정제하여 판매하는 것이 가격 경쟁력을 상실하고 있을 뿐만 아니라 새로운 환경오염 유발원으로 대두되어 미국을 포함한 전 세계적으로 이의 처리 방안을 고심하고 있다. 폐글리세롤을 미생물 배양 기질로 사용하여 바이오 연료(케미컬) 생산을 위한 많은 시도가 있었으나, 다른 탄소원을 사용하는 경우에 비하여 발효기간이 길고 생산성이 낮다는 지적을 받아왔다. 폐글리세롤에는 지방산 염, 메탄올 및 나트륨/칼륨 등의 불순물들이 다량으로 존재한다. 폐글리세롤 용액에 존재하는 나트륨/칼륨 농도가 세포 생장을 저해할 정도로 높지 않고 대장균을 포함한 많은 미생물들이 메탄올에 어느 정도 내성이 있기 때문에 미생물 배양에 있어서 폐글리세롤에 존재하는 나트륨/칼륨과 메탄올은 크게 문제되지 않는다. 지방산 염은 그 자체가 독성물질로 작용하여 미생물의 생장을 억제할 수 있다. 뿐만 아니라 폐글리세롤을 멸균하는 과정에서 폐글리세롤에 포함된 지방산 염이 고온에서 산화되어 다량의 퍼옥사이드로 전환된다. 퍼옥사이드는 미생물의 생장을 저해하거나 살균력을 갖는 물질이다. 따라서 미생물 배양용 기질로 폐글리세롤을 사용하기 위해서는 폐글리세롤에 존재하는 지방산 및 퍼옥사이드에 저항성을 갖는 미생물을 개발하거나 폐글리세롤로 부터 지방산을 제거하는 것이 바람직하다.</p> <p>본 연구팀은 대장균의 트레할로스 생합성 오페론(otsBA)을 과발현 시키는 재조합 대장균을 개발하였다. 기존 연구에서 배지에 첨가되는 \( \mathrm { NaCl } \) 농도를 증가시킴에 따라 재조합 균주의 세포 파쇄액으로부터 얻은 조효소(crude enzyme)의 트레할로스 생합성 효소 활성뿐만 아니라 트레할로스 분해 효소(trehalase) 활성도 증가함을 발견하였다. 트레할라이즈(trehalase) 저해제인 발리다마이신(validamycin A)을 배지에 첨가한 경우 트레할로스 생산량이 월등히 증가하였다. 뿐만 아니라 트레할로스 생산량은 ots BA의 induction을 위하여 첨가되는 opropyl \( \beta \)-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) 농도에 상당한 영향을 받았다. 본 연구는 지방산이 제거된 폐글리세롤(pretreated crude glycerol, 전처리 폐글리세롤)을 탄소원 기질로 사용하여 트레할로스 생산균주 배양을 통해 트레할로스 생산 가능성을 조사하고 상기 핵심 배양 조건들을 최적화함으로써 트레할로스 생산성을 높이는데 그 목적이 있다. 이를 위하여 전처리 폐글리세롤이 함유된 배지에서 생산균주의 세포생장 및 생산거동을 조사하였다. 배양온도와 IPTG 첨가에 따른 영향을 조사하였다. 반응 표면 분석법을 사용하여 \( \mathrm { NaCl } \), 발리다마이신 및 IPTG 농도를 최적화하였다.</p>