일반기술

다중 광생물반응기 및 이를 이용한 광합성 미생물의 배양방법

균체 및 배양액을 담을 수 있는 균체 성장용 배양영역, 유용산물을 생산할 수 있는 균체 및 배양액을 담을 수 있는 유용산물 생산용 배양영역으로 이루어지고, 이 두 영역을 투명판 분리장치로 분리하고 유용물질의 생산을 유도하기에 충분히 강한 빛이 유용산물 생산용 배양영역을 조사한 후 영역을 통과하는 과정에서 세포의 생장에 적정한 광도로 낮아진 빛이 균체성장용 배양영역에 도달하도록 설치된 광생물 반응기와 이를 이용한 광합성 미생물의 배양방법이다. 조류(algae) 생물공학은 여러 광합성 미생물로부터 다양한 고부가가치의 유용산물을 발견 및 분리하는 것으로서 항생제, 비타민, 생리활성물질의 의약품 및 건강식품, 카로테노이드, 빌리프로테인, 폴리올, 탄수화물 등 개발되면서 이를 고농도 대량배양하기 위한 다양한 광생물 반응기가 선진국을 중심으로 개발되고 있다. 이런 광합성 미생물에는 Haematococcus 속, Dunaliella 속, Chlorococcum 속, Chlorella 속, Acetabularia 속, Microcystis 속, Nostoc 속, Oscillatoria 속 등이 있다. 균체성장용 배양조와 유용산물 생산용 배양조를 각각 설치한 2단계 생물공정으로 이루어진 배양기술은 각각의 조건을 갖는 배양조를 구비하고 그 목적에 적합한 성장조건을 구현함으로써 종래 연못 형태나 외륜으로 배지를 순환시키는 수로 형태의 옥외배양법에 비해 고농도 배양이 용이하고 다른 미생물의 오염을 막을 수 있어 유용산물의 회수비용을 줄일 수 있는 장점이 있으나, 균체성장을 위한 단계 1공정의 배양조와 유용산물의 생산을 위한 단계 2공정의 배양조를 각각 설치해야 하는 관계로 지대나 설치비 및 운전비가 증가하게되고 복잡한 조업을 수행함으로 고도의 숙련된 기술자가 필요하고 이로 인해 생산공정을 상용화하는 데 많은 어려움을 겪고 있다. 이에 배양액 내부로 빛에너지를 효율적으로 공급하고 배양액의 온도를 조절하기에 적합한 광생물반응기 및 이를 이용한 배양방법을 개발한 것으로서 균체성장과 유용 대사산물의 최적 환경 상태가 뚜렷한 차이를 나타내는 광합성 미생물을 배양하기 위한 광생물반응기와 이를 이용한 광합성 미생물의 고농도 대량배양에 적합함을 확인하였다. 균체 성장과 유용 대사산물 생산의 최적 환경 상태가 뚜렷한 차이를 나타내는 광합성 미생물을 배양할 수 있는 다중 광생물 반응기는 태양광 또는 인공광원의 빛에너지를 유용산물 생산용 배양영역의 방향으로 공급함으로써 균체 내 유용 대사산물을 축적시킨다. 균체 성장용 배양영역으로 공급되는 빛에너지는 유용산물 생산용 배양영역내 균체 자체로 인한 그림자효과로 인해 균체 성장에 적합한 광도로 감소하게 되며, 감소된 빛에너지를 균체 성장용 배양영역에 공급함으로써 균체를 성장시킬 수 있다. 종래 균체 성장용 배양조와 유용산물 생산용 배양조를 각각 설치하여 수행하던 배양을 1개의 배양조에서 조절된 빛의 조사에 의해 균체 성장과 유용산물 생산을 위한 배양을 동시에 수행할 수 있어 균체의 고농도 속성배양과 효과적인 유용산물 생산이 동시에 가능하게 되어 상대적으로 적은 공간에서 적은 노력으로 상대적으로 높은 에너지 효율로 유용물질의 생산이 가능한 특징을 가진다.종래의 2단계 생물공정을 단일 반응기에서 구현한 것으로 기존 균체의 고농도 속성배양단계와 유용 대사산물의 생산단계로 구성된 2단계 생물공정을 단순화함으로써 하나의 빛에너지를 이용하여 유용산물 배양 및 균체성장 배양을 동시에 수행할 수 있고 균체성장을 위한 배양 및 생산물 유도에 필요한 노동력을 줄일 수 있고 불필요한 2단계 과정을 생략함으로써 지대(land cost), 장치 설치비, 운전비의 비용절감과 전력 소비량을 줄일 수 있어 유용산물의 생산공정의 경제성을 향상시킨다.광합성 미생물에서 유래된 고부가가치의 산물을 대량배양생산하기 위한 scale-up, 최적화 연구가 활발히 진행되면서 외국의 생물반응기 제품을 대체하고 있다. 기존 화학합성 기술에 비해 환경오염을 유발하지 않는 생산기술로서 생명공학산업의 급속한 발전과 더불어 그 수요가 점차 늘고 있다.국내는 코바이오텍, 베스트코리아, 한일 R&D 등의 벤처기업이 활동하고 있다. 기존시설을 이용하여 본 생물 반응기를 설치하는 것이 가능하다. 본 기술은 기존 기술을 해결하여 개량시킨 기술로서 생산에는 어려움이 없을 것으로 판단된다.