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Effect of tungsten on cultivation of Methylomicrobium alcaliphilum 20Z with methane and methanol as feed sources

초록/요약

Methane is a potential energy source for next generation due to shale gas revolution and methanotroph is a microorganism using methane as a growth source. In these days, biological conversion technologies from methane to high-value chemicals are highlighted, but due to a low growth rate of methanotroph and poor genetic tools for converting methane, it is limited at an early step. In this work, we developed high-density cell culture method for Methylomicrobium alcaliphilum 20Z. High-density biomass production was achieved by adding small amount of tungsten(W), which stimulated higher activity of formate dehydrogenase (FDH), in medium of M.alcaliphilum 20Z at a flask scale. Unlike previous studies, which mentioned improving only 10% biomass yield with W, we confirmed that biomass yield increased 11.5-folds comparing normally cultured M.alcaliphilum 20Z without W. As well as an increase of biomass yield, carbon yield for total product was also increased up to 1.5-fold compared to samples without tungsten, indicating that W might have affected the activity of certain enzymes involved in carbon assimilation as well as formate dehydrogenase (FDH) activity. The results in this study demonstrated the feasibility of using M.alcaliphilum 20Z as a promising biocatalyst for methane bioconversion.

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초록/요약

셰일 가스 혁명으로 인해 그 부생가스인 메탄 가스가 새롭게 차세대 에너지원으로 부상하면서, 메탄 가스를 단일 탄소원으로 이용하는 메탄자화균의 연구가 각광받고 있다. 특히, 메탄으로 고부가 화합물을 전환하는 기술 개발의 필요성은 높아지지만, 메탄자화균의 낮은 생장속도와 한정된 유전자 조작기술로 매우 초기 단계에 머물러 있는 실정이다. 본 연구는 배양액에 미량의 텅스텐을 주입하여 메탄을 기질로 하는 고농도 배양 방법 개발에 집중했다. 고농도의 바이오매스 생산은 Methylomicrobium alcaliphilum 20Z 배지에 소량의 텅스텐을 첨가하여, 메탄자화균 내부의 개미산 탈수소효소(FDH)의 활성을 높임으로써 달성되었다. 텅스텐을 첨가함으로써 10%의 바이오매스 생산량을 늘린 기존의 연구 결과와는 달리, 본 연구에서는 텅스텐을 넣지 않은 배지와 비교했을 때 11.5배의 바이오 매스 수득율 향상을 확인하였다. 바이오매스 수득율의 증가와 동시에, 탄소 수득율도 1.5배 증가하였으며, 이는 텅스텐이 개미산 탈수소효소의 활성뿐만 아니라 다른 탄소 축적 효소의 활성에도 영향을 미침을 간접적으로 제시하는 결과이다.

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