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Nov 14, 2023

장기간에 걸쳐 Euglena gracilis의 레이스웨이 재배에 대한 새로운 통찰력

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7123(2023) 이 기사 인용

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이 연구의 목적은 열린 연못에서 장기간 반연속적인 N-기아(N-)에 노출되었을 때 Euglena gracilis(E. gracilis)의 생리적 반응을 조사하는 것입니다. 결과는 N- 조건(11 ± 3.3 gm−2 d−1)에서 E. gracilis의 성장률이 N 충분 조건(N+, 8.9 ± 2.8 gm−2 d−1)에 비해 23% 더 높았음을 나타냅니다. ) 상태. 또한, E.gracilis의 파라밀론 함량은 N+(7%) 조건에 비해 N- 조건에서 건조 바이오매스의 40%(w/w) 이상이었습니다. 흥미롭게도 E. gracilis는 특정 시점 이후 질소 농도에 관계없이 유사한 세포 수를 나타냈습니다. 또한 시간이 지남에 따라 상대적으로 작은 세포 크기와 N- 조건에서 광합성 장치에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다. 이러한 발견은 E. gracilis가 성장률과 파라밀론 생산성의 감소 없이 반연속 N- 조건에 적응하기 때문에 세포 성장과 광합성 사이에 상충 관계가 있음을 시사합니다. 특히, 저자가 아는 한, 이것은 N- 조건에서 야생형 E. gracilis 균주에 의한 높은 바이오매스와 생성물 축적을 보고한 유일한 연구입니다. 새로 확인된 E. gracilis의 장기 적응 능력은 조류 산업이 유전자 변형 유기체에 의존하지 않고 높은 생산성을 달성할 수 있는 유망한 방향을 제시할 수 있습니다.

유글레나 그라실리스(Euglena gracilis)는 원생생물과에 속하는 단세포 담수 운동성 조류입니다. 1660년대에 발견된 이후1, 상당한 주목을 받았습니다. E.gracilis는 색소체 및 엽록체 조직의 독특한 특성으로 인해 광합성 메커니즘과 진핵 세포 과정을 이해하는 데 중요한 모델 유기체입니다2,3. 호기성 빛 조건에서 E. gracilis는 광합성을 거쳐 파라밀론3,4로 알려진 비분지형 β-1-3-글루칸인 저장 다당류의 형태로 에너지를 저장합니다3,4. 혐기성 암조건에서 E. gracilis는 파라밀론을 왁스 에스테르로 전환합니다. 이는 포화 지방산(C14:0 미리스트산, C16:0 팔미트산, C18:0 스테아르산)과 알코올(미리스틸 알코올)4로 구성된 단일 사슬 지질입니다. E. gracilis 및 그 생물산물(파라밀론 및 왁스 에스테르)의 응용은 식이섬유, 당뇨병 치료, 장내 미생물 개선, 식품 보충제 및 바이오 연료와 같은 다양한 분야에서 발견됩니다5,6,7. 광범위한 적용을 고려할 때 E. gracilis는 유망한 산업용 미세조류로 확립되었습니다. 여러 조류 기반 산업에서는 식품, 의료 제품 및 바이오 연료의 대규모 생산에 이를 사용합니다3.

조류 산업은 낮은 운영 비용으로 높은 바이오매스와 바이오제품 생산성을 달성해야 하는 지속적인 과제에 직면해 있습니다. 바이오 연료 생산, 폐수 처리, 탄소 포집 및 기후 변화 완화와 같은 분야에서 조류의 잠재적인 이점이 있지만, 생산성은 업계에 오랫동안 장벽으로 남아 있습니다8,9,10. 환경 조건과 영양분의 조절은 바이오산물 형성을 향상시킬 수 있지만, 종종 바이오매스 생산성이 감소하는 결과를 낳습니다7. E. gracilis paramylon의 경우 귀중한 생물산물로 간주됩니다. 그 축적은 영양 결핍, 높은 염분, 전기 자극, 박테리아와의 공동 배양 및 종속 영양 배양과 같은 다양한 조건에서 관찰되었습니다5,11,12,13,14,15,16. 연구자들은 또한 E. gracilis17,18의 생산성과 파라밀론 함량을 향상시키기 위해 유전자 변형을 시도했습니다. 바이오매스와 바이오제품 생산을 향상시키려는 노력에도 불구하고 기술이나 환경에 미치는 영향 측면에서 항상 높은 대가를 치르게 됩니다.

질소 기아 또는 제한(N-)은 E. gracilis19에서 생물산물 축적을 유도하는 비용 효율적이고 안전한 치료법입니다. 이 치료법은 단백질에서 지질이나 전분과 같은 저장 성분으로 (광합성으로 고정된) 탄소의 재순환을 향상시키는 대사 변화를 유발하여 에너지 저장 메커니즘을 초래합니다20,21,22. 그러나 바이오매스 생산성은 일반적으로 제어 조건에 비해 N- 조건에서 감소합니다. 중간 첨가, 2단계, 반연속 및 순차적 질소 기아와 같은 다양한 질소 처리 연구가 바이오매스와 지질 생산성을 향상시키기 위해 수행되었습니다25,26,27,28,29. 그럼에도 불구하고 이 주제는 더 자세히 설명될 필요가 있습니다. 배치 배양에서 2단계 질소 기아를 사용하는 클로렐라에 대한 최근 연구는 지질이 풍부한 높은 바이오매스를 유지하는 효율적인 방법임이 입증되었습니다29. E. gracilis에 대한 연구는 소수에 불과하며, 이는 N 제한 조건에서 유기체의 바이오매스 생산성이 감소한다는 것을 보여줍니다. 유전자 변형 균주에 대한 소수의 연구만이 N 제한 조건 하에서 높은 바이오매스와 바이오산물 축적을 모두 달성하는 데 성공했습니다. 그러나 높은 바이오매스와 바이오산물의 생산성을 동시에 달성하기 위해 질소 처리 전략의 효율성을 향상시키기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다.