03년 1회차

곰팡이 발효에서는 균사체가 서로 얽혀 응집체(pellet)를 형성하므로 내부로 영양분과 산소가 확산되기 어려워진다. 배양액은 비뉴턴성 유체인 경우가 많고, 높은 산소전달속도를 위해 비교적 강한 교반이 필요하며, 균사체는 전단력에 의해 손상될 수 있으므로 1·2·4번은 적합하지 않다.

Lovastatin은 주로 곰팡이 등 미생물의 발효로 생산되는 지질 저하제이며, 인간 또는 동물 조직에서 얻거나 재조합 미생물로 생산하는 대표적 생물의약품에 해당하지 않는다. 반면 Human growth hormone, Insulin, Interferon은 재조합 미생물 등을 이용해 생산할 수 있는 단백질 의약품이다.

비성장속도(μ)와 비산소소모속도(q_O2)의 관계식 $q_{O2} = \mu/Y_{x/o} + m$을 이용한다. 표의 데이터로 직선의 기울기를 구하면, 예를 들어 μ가 0.005→0.03로 변할 때 q_O2는 0.90→1.61로 변하므로 기울기는 $\Delta q_{O2}/\Delta \mu = (1.61-0.90)/(0.03-0.005) = 0.71/0.025 = 28.4$에 근접한 값(선형회귀 시 약 27.5~28)을 얻는다. 이 기울기가 $1/Y_{x/o}$에 해당하므로 $Y_{x/o} = 1/28 ≈ 0.036$ g cell/(mmol O₂)로 계산된다.

Monod 모델 $\mu = \dfrac{\mu_{max} S}{K_s+S}$을 선형화한 Lineweaver-Burk식 $\dfrac{1}{\mu} = \dfrac{K_s}{\mu_{max}}\cdot\dfrac{1}{S} + \dfrac{1}{\mu_{max}}$을 이용한다. 표의 1/S, 1/μ 값들을 이용해 선형회귀하면 절편이 $1/\mu_{max}$에 해당하며, 이를 계산하면 절편값이 약 2.56으로 나와 $\mu_{max} = 1/2.56 \approx$ 0.39 hr⁻¹이 된다. 표에서 포도당 농도가 커질수록 비성장속도가 점차 0.43에 수렴하는 경향을 보이지만, 실제 쌍곡선 점근값은 회귀 분석 결과 0.39로 계산된다.

인슐린, 간염백신, 사람성장호르몬은 유전자재조합 기술로 생산되어 시판되는 재조합단백질 제품이다. 반면 아스파탐은 아미노산 유도체인 감미료로, 재조합단백질 제품에 해당하지 않는다.

Feed-back inhibition은 최종산물이 생합성 경로의 초기 효소를 억제하는 조절이다. 이 조절기구가 변화된 변이주는 최종산물이 존재해도 생합성이 계속되므로, 해당 경로의 영양요구성 돌연변이에서 원래 형질이 회복된 복귀돌연변이주(Revertant mutant)를 선별하여 얻는다. Antibiotic resistant mutant는 항생제 내성, catabolite repression 해제 mutant는 이화산물 억제, constitutive mutant는 유도물질 없이 발현되는 조절과 관련된다.

Acetic acid는 해당 경로의 중간체가 아니며, 피루브산의 탈탄산 및 산화 과정에서 생성되는 아세틸-CoA와 관련된 물질이다. 반면 Citric acid, Succinic acid, Malic acid는 각각 TCA 회로의 주요 중간체이므로 TCA 경로를 경유하지 않고 생성되는 물질은 Acetic acid이다.

미생물의 대수증식기에는 세포분열과 생합성이 가장 활발하여 DNA와 RNA를 포함한 핵산 함량이 가장 높다. 정지기에는 영양분 고갈로 증식과 핵산 합성이 감소하고, 사멸기에는 세포 성분이 분해되며, 유도기는 증식 준비 단계이므로 핵산 함량이 상대적으로 낮다.

저온성 세균은 낮은 온도에서도 세포막의 유동성을 유지해야 하므로 중온성 세균보다 불포화지방산의 비율이 높고 포화지방산의 농도가 낮다. 최적 생장 온도는 일반적으로 최저온도보다 최고온도에 더 가까우며, 빙점 이하에서도 일부 세균은 생장할 수 있다. 글리세롤은 열 전달을 차단하는 것이 아니라 세포 내 얼음 결정 형성을 억제하는 동결보호제로 작용한다.

nongrowth-associated 생성물은 미생물의 생장 속도보다 생장이 정지되거나 제한된 상태에서 주로 생성되므로, 기질을 제한적으로 공급하여 세포 생장과 생성물 생산을 조절하는 유가배양이 적합하다. 회분배양은 기질 고갈과 부산물 축적의 영향이 크고, 연속배양은 세포가 지속적으로 생장하는 조건이므로 상대적으로 적합하지 않다.

인슐린은 A사슬과 B사슬의 두 폴리펩티드 사슬로 구성되지만, 이 두 사슬은 하나의 인슐린 유전자에서 합성된 전구체가 절단·가공되어 만들어진다. 따라서 인슐린을 암호화하는 유전자는 1개이다.

계대배양 시 오염을 방지하려면 튜브의 입구를 뚜껑을 열기 전과 닫은 후 불꽃으로 살짝 살균해야 한다. 접종용 needle이나 loop는 끝부분만이 아니라 전체를 화염 멸균하고, 미생물을 취할 때는 식힌 상태여야 하며, 유리튜브를 버너 위에서 10초 이상 가열하는 규칙은 없다.

주어진 식에 P=0.99, $f=\frac{1.5}{3\times10^6}=5\times10^{-7}$를 대입한다. $N=\frac{\ln(1-0.99)}{\ln(1-5\times10^{-7})}=\frac{\ln(0.01)}{\ln(0.9999995)}\approx\frac{-4.60517}{-5.0\times10^{-7}}=9.21\times10^6$이다. 따라서 필요한 서로 다른 제한절편의 수는 약 9.2×10⁶개이다.

구연산(citric acid)은 주로 Aspergillus niger를 이용한 표면발효로 생산된다. Ethanol과 glutamic acid는 일반적으로 액체배양 발효, nucleic acid는 미생물의 균체 또는 추출물을 이용한 생산과 관련되므로 해당하지 않는다.

Homoserine kinase 활성결손주는 자외선이나 nitrosoguanidine 처리로 얻은 영양요구성 변이주(autotroph)에 해당하므로, 이를 이용한 L-lysine 생산은 영양요구성 변이주에 의한 발효형식이다. 유전자 조작 균주, analog 내성 변이주, 전구체 첨가 발효에는 해당하지 않는다.

산업용 알코올 발효균주는 일반적으로 고온성, 알코올 내성, 광범위한 기질 이용성이 바람직하다. 발효는 산소가 제한된 조건에서 진행되므로 산소를 필요로 하는 호기성은 바람직하지 않은 특성이다.

최확수법(most probable number method)은 고체배지에서 집락을 형성하기 어렵거나 잘 자라지 못하는 미생물의 농도를 여러 희석액에서의 발육 유무와 확률적 추정으로 측정하는 방법이다. Viable cell counting은 고체배지 집락 계수, spectrophotometric measuring은 탁도 측정, dry cell weight는 건조 세포 질량 측정에 해당하므로 이 경우에는 적합하지 않다.

파파인(papain)은 미생물이 아니라 파파야의 유액에서 얻는 식물성 단백질 분해효소이며, 활성 부위에 시스테인을 갖는 시스테인계 효소이다. 섭틸리신은 미생물 유래 세린계 효소이고, 트립신과 키모트립신도 활성 부위에 세린을 갖는 세린계 단백질분해효소이므로 해당하지 않는 것은 파파인이다.

옥수수 전분은 α-아밀라제로 액화한 뒤 글루코아밀라제로 포도당으로 당화하고, 글루코스 이소머라제로 포도당을 과당으로 전환한다. 셀룰라제는 셀룰로스를 분해하는 효소이므로 전분으로부터 과당을 제조하는 공정에는 이용되지 않는다.

포도당 1몰이 발효되면 ATP 2몰이 생성되는 반응식($C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2C_2H_6O + 2CO_2$)이므로, 포도당 1 g당 생성되는 ATP는 $\frac{2}{180} \text{mol ATP/g glucose}$이다. 이론적 성장수율은 $Y_{x/s} = Y_{x/ATP} \times \text{ATP 생성량} = 10.5 \times \frac{2}{180} = 0.1167$ g 건조세포/g 포도당으로 계산되어 약 0.117에 해당한다.

연속배양에서 정상상태의 균체 농도는 일반적으로 희석율이 증가할수록 감소하므로, “희석율 증가에 따라 균체 농도가 증가한다”는 2번이 잘못된 설명이다. 제한 기질 농도는 낮은 희석율에서 매우 낮게 유지되며, 희석율은 균체의 최대 비성장속도에 가까운 범위까지 증가할 수 있다.

연속식 배양에서는 희석속도에 따라 세포의 성장속도를 조절할 수 있고, 정상상태에서는 세포·산물·기질의 농도가 일정하게 유지된다. 또한 특정 희석속도에서 경쟁적 배양을 실시하여 균주 선택에 활용할 수 있지만, 균체수율(Yx/s)을 최대로 증가시켜 운전하는 것은 연속식 배양조건의 일반적 특징이 아니다.