<h2>진화된 P. stipitis의 cellobiose와 xylose 동시발효</h2> <p>Xylose를 원활하게 대사할 수 있는 재조합 S. cerevisiae에 곰팡이 유래의 cellobiose 대사 유전자들을 도입한 선행연구에서 재조합 S. cerevisiae 는 cellobiose와 xylose를 동시에 대사하여 섬유소계 바이오매스로부터 ethanol과 같은 바이오연료를 효과적으로 생산할 수 있음이 보고된 바 있다. 한편 야생형의 P.stipitis는 유전적인 조작 없이 xylose를 원 활하게 대사할 수 있으며 본 연구에서 개발된 P. stipitis YN14 균주는 cellobiose를 매우 빠르게 대사할 수 있기 때문에 P.stipitis 모균주와 YN14 균주가 혼합당을 효과적으로 대사할 수 있는지 확인하고자 cellobiose와 xylose 혼합당 조 건에서 회분식 발효를 진행하였다.</p> <p>Fig. 3은 cellobiose와 xylose가 각각 \( 20 \mathrm { ~g } / l, 30 \mathrm { ~g } / l \) 또는 \( 40 \mathrm { ~g } /l \) 가 포함된 혼합당 조건에서 P. stipitis 모균주 및 YN14 균주의 혼합당 발효 양상을 나타내고 있다. Cellobiose와 xylose가 각각 \( 20 \mathrm { ~g } / l \) 씩 포함된 혼합당 조건에서 모균주는 36 시간 동안 xylose를 모두 소모한 반면 cellobiose는 \( 7 \mathrm { ~g } / l \) 정도 밖에 소모하지 못하였으며 약 \( 8.3 \mathrm { ~g } / l \) 의 ethanol을 생산하였다(Fig. 3A). 특히 발호 시작 후 24 시간 동안 xylose의 대사는 원활하게 일어난 반면 cellobiose의 대사는 거의 일어나지 않은 것을 고려한다면, 모균주는 cellobiose 대사가 매우 느리기 때문에 xylose를 먼저 대사한 후에 cellobiose를 대사하는 순차적인 발효경향을 보인다고 판단할 수 있다. 또한 모균주는 cellobiose와 xylose가 각각 \( 30 \mathrm { ~g } / l \) 또는 \( 40 \mathrm { ~g } / l \) 씩 포함된 혼합당 조건에서도 비슷한 발효 양상을 나타내었다. 발효 중간 단계까지 xylose는 매우 원활하게 대사한 반면 cellobiose는 거의 대사하지 않았으며, xylose의 대사가 완료되는 단계에 이르러서야 cellobiose의 대사가 이루어지는 발효 양상이 확인되었다(Fig. 3B 및 3C). 그리고 모균주는 혼합당 발효 중 부산물(xylitol, glycerol 및 acetate 등)의 축적이 거의 일어나지 않는 것이 관찰되었다.</p> <p>한편 YN14 균주의 경우 cellobiose와 xylose가 각각 \( 20 \mathrm { ~g } /l \) 씩 포함된 혼합당 조건에서 cellobiose와 xylose를 각각 24 시간 및 36 시간 안에 모두 소모하였으며 그 결과로 약 \( 15.3 \mathrm { ~g } /l \) 의 ethanol을 생산하였다(Fig. 3D). 동일한 조건에서의 모균주 발효 결과와 비교할 때 YN14 균주는 모균주와 거의 동일한 속도로 xylose를 대사하였으며, 이러한 결과는 cellobiose 조건에서의 적응진화는 YN14 균주의 xylose 대사에는 영향을 미치지 않았다는 것을 의미한다. 아울러 YN14 균주는 cellobiose와 xylose가 각각 \( 30 \mathrm { ~g } /l \) 씩 포함된 혼합당 조건에서 보다 선명한 혼합당 동시 대사 양상을 보였다. Cellobiose가 xylose보다 약간 빠르게 대사되는 양상이 관찰되었으나, 두 가지 당은 발효 시작 후 36 시간 동안 비슷한 속도로 모두 대사되었으며 그 결과로 약 \( 23.4 \mathrm { ~g } / l \) 의 ethanol이 생성되었다 (Fig. 3E). 아울러 동일한 조건에서의 모균주 발효 결과와 비교할 때, YN14 균주는 모균주와 거의 동일한 속도로 xylose를 대사한다는 것도 확인되었다. Cellobiose와 xylose가 각각 \( 40 \mathrm { ~g } /l \) 씩 포함된 혼합당 조건에서도 두 가지 당의 동시 대사 양상은 동일하게 관찰되었다. YN14 균주는 발효 시작 후 48시간 동안 비슷한 속도로 cellobiose와 xylose를 소모하였으며 약 \( 28.0 \mathrm { ~g } /l \) 의 ethanol을 생산하였다(Fig. 3F). 그리고 YN14 균주 역시 모균주와 비슷하게 혼합당 발호 중 부산물의 축적은 거의 일어나지 않았으나, 특이하게도 혼합당이 각각 \( 30 \mathrm { ~g } / l \) 또는 \( 40 \mathrm { ~g } / l \) 씩 포함된 조건에서는 발효 후반부 (36시간 이후)부터 xylitol이 소량(약 \( 0.7-0.9 \mathrm { ~g } / \mathrm { l } ) \) 축적되는 것이 관찰되었다. 각 혼합당 조건에서의 YN14 균주의 ethanol 생산수율과 ethanol 생산속도는 cellobiose와 xylose가 각각 \( 30 \mathrm { ~g } / l \) 씩 포함된 조건에서 \( 0.44 \mathrm { ~g } \) ethanol/g sugars 및 \( 0.65 \mathrm { ~g } / l \cdot \mathrm { h } \) 로 가장 높았으며, 이러한 결과로부터 각 당이 약 \( 30 \mathrm { ~g } / l \) 씩 포함된 조건이 혼합당 동시 발효에 가장 효과적인 조건임을 알 수 있었다. P. stipitis 모균주와 YN14 균주의 혼합당 발효 결과는 Table 2 에 정리하였다.</p> <table border><caption>Table 2 . Summarized results from the fermentations of cellobiose and xylose with the parental \( \boldsymbol { P } \). stipitis strain and the mutant YN14 strain. All values represent the average \( \pm \) standard deviation from the two independent fermentations.</caption> <tr><td>Culture condition</td><td>Strains</td><td>\( \mathrm { OD } _ { 600 } \)</td><td>Ethanol \( ( \mathrm { g } / l) \)</td><td>Total Sugars consumption rate \( ( \mathrm { g } / \mathrm { l } \cdot \mathrm { h } ) \)</td><td>Ethanol productivity \( ( \mathrm { g } / \mathrm { l } \cdot \mathrm { h } ) \)</td><td>Ethanol yield from sugar \( ( \mathrm { g } / \mathrm { g } ) \)</td></tr><tr><td>Cellobiose \( 20 \mathrm { ~g } / \mathrm { l } \) + xylose \(20 \mathrm { ~g } / \mathrm { l } \)</td><td>CBS6054</td><td>\(12.1 \pm 4.67 \)</td><td>\(8.3 \pm 0.63 \)</td><td>\(0.59 \pm 0.04 \)</td><td>\(0.23 \pm 0.02 \)</td><td>\(0.40 \pm 0.00 \)</td></tr><tr><td></td><td>YN14</td><td>\(11.0 \pm 2.90 \)</td><td>\(15.3 \pm 0.50 \)</td><td>\(0.98 \pm 0.01 \)</td><td>\(0.43 \pm 0.01 \)</td><td>\(0.43 \pm 0.02 \)</td></tr><tr><td>Cellobiose \( 30 \mathrm { ~g } / \mathrm { l } \) + xylose \(30 \mathrm { ~g } / \mathrm { l } \)</td><td>CBS6054</td><td>\(11.7 \pm 3.96 \)</td><td>\(11.6 \pm 0.60 \)</td><td>\(0.77 \pm 0.03 \)</td><td>\(0.32 \pm 0.02 \)</td><td>\( 0.42 \pm 0.04 \)</td></tr><tr><td></td><td>YN14</td><td>\(11.7 \pm 1.13 \)</td><td>\(23.4 \pm 0.56 \)</td><td>\(1.47 \pm 0.07 \)</td><td>\(0.65 \pm 0.02 \)</td><td>\(0.44 \pm 0.01 \)</td></tr><tr><td>Cellobiose \( 40 \mathrm { ~g } / \mathrm { l } \) + xylose \(40 \mathrm { ~g } / \mathrm { l } \)</td><td>CBS6054</td><td>\(15.0 \pm 4.10 \)</td><td>\(16.5 \pm 0.80 \)</td><td>\( 0.80 \pm 0.05 \)</td><td>\( 0.34 \pm 0.02 \)</td><td>\( 0.43 \pm 0.01 \)</td></tr><tr><td></td><td>YN14</td><td>\(13.0 \pm 1.13 \)</td><td>\(28.0 \pm 0.53 \)</td><td>\(1.39 \pm 0.05 \)</td><td>\(0.58 \pm 0.01 \)</td><td>\(0.42 \pm 0.02 \)</td></tr></table>
표에 따르면, Cellobiose과 xylose이 30g/l 조건에서 CBS6054가 생산한 Ethanol는 무엇인가요?
\(11.6 \pm 0.60 \)