일반기술

루모스탯(Lumostat) 변수를 이용한 광합성 미생물의 규모 확대 배양 방법

본 발명은 세포가 받는 흡수광량의 조절변수를 변화시킨 루모스탯 방법을 이용한 광합성 미생물의 규모 확대 배양 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 1) 세포가 받는 흡수광량의 조절변수를 달리하여 광합성 미생물을 배양하는 단계 2) 단계 1)에서 최적 조절변수 및 그에 따른 최적 광량 조건을 결정하는 단계 및 3) 단계 2)에서 결정된 최적 조건에 따른 빛 에너지 공급에 의하여 배양기에서 미생물을 배양하는 단계를 포함하는 광합성 미생물의 규모 확대 배양 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법을 이용하면 미생물의 규모 확대 배양시 세포 농도가 저해되는 현상을 방지하여 실험실 수준의 규모에서 이루어진 생산량을 규모 확대가 된 이후의 대량 배양에서도 유지할 수 있다.루모스탯 배양 방법은 광합성 미생물 배양시 체계적이며 재현성 높은 미생물 배양이 가능하며, 균일한 상태의 바이오매스나 대사산물의 생산이 가능하게 된다. 현재 미세조류 또는 이의 이차 대사 산물을 대량 생산하는 배양 시스템은 대형 연못과 같은 오픈 시스템을 이용하고 있으나, 이러한 시스템은 박테리아나 다른 미생물로부터의 오염이 쉽게 되며, 낮에는 강한 광도가 공급되는 반면 밤에는 계속적인 광원을 공급하기 위하여 인공 광원을 사용하여야 하므로 비용이 많이 드는 대량 배양에 단점이 있으며, 더불어 적절한 기후 조건, 넓은 배양 면적, 인건비, 많은 기질량, 높은 수질 요구 등의 문제점들이 발생하게 된다.본 발명은 기포형 광생물반응기로서 대형 연못에 비해 상대적으로 작은 크기의 실내형 반응기를 이용하여 그와 생산량이 같거나 또는 더 많은 양을 생산하는 데에 성공하였다. 광합성 미생물을 고농도로 배양하는 경우 빛의 투과에 대한 고려가 선행되어야 하며,광합성 미생물의 규모 확대 배양시 일반적인 미생물 배양 장치의 3차원적 규모 확대와는 다른 최적의 빛 조건을 설정하는 것이 매우 중요하다. 즉, 규모 확대 공정에서 실내형 반응기를 이용하여 일정한 양의 빛을 가하는 종래의 방법으로 광합성 미생물을 배양하면 미생물 배양 초기에는 빛 에너지의 과량 공급으로 인해 광저해 현상이 일어나고, 배양 후반에는 그림자 효과 또는 세포 농도가 높아짐에 따라 세포 성장에 필요한 빛 에너지가 불충분하게 공급됨으로써 빛 에너지의 고갈 상태에 도달하여 세포 성장을 멈추는 결과를 초래하게 된다. 따라서, 광합성 미생물의 배양을 위한 적정 빛 조건을 결정하는데 있어서, 단순히 세포 수뿐만 아니라 세포의 면적 또는 세포 중량등을 고려해야 할 변수로 볼 수 있다. 특히, 세포 면적은 그림자 효과에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 세포 중량은 입자들의 산란과 빛의 흡수에 가장 중요한 영향을 미치므로 이를 고려하여 배양 조건을 최적화하면 훨씬 더 효율적이고, 경제적으로 광합성 미생물 및 그의 이차 대사 산물을 수득할 수 있게 될 것이다. 이에 본 발명은 빛을 공급하는 방법적인 측면에서 세포의 수에 의하여 빛에너지를 공급하는 방법, 세포의 단면적에 비례하여 빛을 공급하는 방법,세포의 생체중량에 비례해 빛을 공급하는 방법 등에 대하여 효율성을 확인하는 실험을 수행함으로써 최적화된 루모스탯 배양 방법을 확립하였으며, 이를 이용하면 미생물의 규모 확대 배양시 세포 농도가 저해되는 현상을 방지하여 실험실 수준의 규모에서 이루어진 생산량을 규모 확대가 된 이후의 대량 배양에서도 유지할 수 있음을 확인하였다.