Eco-friendly Biosynthesis of 1,2-Propanediol from Methanol Using Metabolically Engineered Methylorubrum extorquens AM1
대사 조작된 메틸로루브룸 엑스토르켄스 AM1을 이용한 메탄올로부터 1,2-프로판다이올의 친환경 생합성
- 주제어 (키워드) Methanol , 1 , 2-propanediol , Diol , Methylorubrum extorquens , Methylotroph , 메탄올 , 1 , 2-프로판다이올 , 다이올 , 메틸로루브룸 엑스토르켄스 , 메탄올자화균
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 이진원
- 발행년도 2022
- 학위수여년월 2022. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- 실제 URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000066684
- UCI I804:11029-000000066684
- 본문언어 영어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권 보호를 받습니다.
초록 (요약문)
프로판다이올은 프로필렌글리콜이라고도 불리며 공업, 식품, 제약 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용된다. 산업적으로 사용되는1,2-프로판다이올의 주요 제조 방법은 산화프로필렌을 원료로 하는 석유 기반의 화학 공정이다. 이러한 석유 기반의 1,2-프로판다이올은 유독한 부산물 발생과 화석 연료 의존이라는 단점을 지닌다. 따라서 바이오 기반의 친환경 1,2-프로판다이올 수요가 증가하고 있다. 하지만 생물공정을 이용한 친환경 1,2-프로판다이올 연구는 부족한 실정이다. 이러한 특성에 착안하여 본 연구는 재생가능한 자원, 예를 들어 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 탄소 수가 1개인 C1 가스에서 얻을 수 있는 메탄올을 원료로 미생물을 이용한 친환경 1,2-프로판다이올 생합성 방법을 개발하였다. 먼저 미생물에 대한 1,2-프로판다이올 독성 연구를 선행함으로써, 대표적인 메탄올자화균인 메틸로루브룸 엑스토르켄스 AM1 균주가 미생물을 이용한 1,2-프로판다이올 연구에 널리 쓰이는 대장균 보다 1,2-프로판다이올에 강한 내성을 보이는 것을 확인하였다. 다음으로 효율적인 1,2-프로판다이올 생산경로를 메틸로루브룸 엑스토르켄스 AM1에 도입하고 1,2-프로판다이올 생합성 전구체인 메틸글리옥살과 다이하이드록시아세톤 인산 관련 유전자 탐색을 통해 주요 유전자를 과발현하고 경쟁 경로의 유전자를 제거하여 1,2-프로판다이올 생산량을 향상시켰다. 또한 1,2-프로판다이올 생산 경로는 조효소를 소모하므로 조효소 관련 유전자를 조작하고 1,2-프로판다이올 생합성에 미치는 영향을 연구하였다. 마지막으로 개발한 균주의 최적의 배양조건을 탐색하였다. 본 연구는 미생물을 이용하여 메탄올로부터 1,2-프로판다이올을 생산한 최초의 시도이며, 나아가 친환경 다이올 생산 연구에 도움을 줄 것으로 기대된다.
more초록 (요약문)
1,2-propanediol, also called propylene glycol, is a major commodity chemical with numerous industrial applications such as manufacturing, food, and pharmaceutical. Most of the 1,2-propanediol used in industry is manufactured through a petroleum-based chemical process using propylene oxide as a raw material. This petroleum-based 1,2-propanediol has the disadvantages of generating toxic by-products and dependence on fossil fuels. Therefore, the demand for bio-based, eco-friendly 1,2-propanediol is increasing. However, the current bio-based 1,2-PDO received a negative evaluation because of unsustainable feedstock, glycerol. These challenges inherent to current bio-based 1,2-PDO have brought this study to develop eco-friendly biosynthesis of 1,2-PDO from methanol which can be produced from sustainable raw materials including gaseous one-carbon feedstocks such as methane, carbon monoxide, and carbon dioxide. First, by preceding the 1,2-propanediol toxicity study on microorganisms, Methylorubrum extorquens AM1 strain, a representative methylotroph, was more resistant to 1,2-propanediol than Escherichia coli widely used for microbial 1,2-propanediol research. Thereafter, an efficient 1,2-propanediol biosynthetic pathway was introduced into Methylorubrum extorquens AM1, and by searching genes related to methylglyoxal and dihydroxyacetone phosphate which are precursors of 1,2-propanediol biosynthesis, major genes were overexpressed and genes expressing competitive pathway were deleted to improve 1,2-propanediol production. Furthermore, since the 1,2-propanediol biosynthetic pathway consumes cofactors, genes related to cofactors were manipulated and the effect on 1,2-propanediol biosynthesis was studied. This is the first study to produce bio-based 1,2-propanediol from methanol and is expected to help in research on eco-friendly diol production.
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