For the analysis of genetic instability and productivity of plasmid coded product in a recombinant cell fermentation system, a continuous culture was performed using a mutant of $\underline{E}.\underline{coli}$ W3110 Δ$\underline{trp}$ LD $\underline{trp}$ $R^{-ts} tna^-$(pCRT185) harboring $\underline{trp}$-operon. The host cell with the $\underline{trp}$ repression system possesses the resistance against feedback regulation and the temperature induction of derepression.
In a batch culture, temperature were determined to be 37℃ for the optimal cell growth with repression of $\underline{trp}$-operon (permissive temperature) and 42℃ for the maximum expression of $\underline{trp}$-operon accompanied by derepression (nonpermissive temperature), respectively. The activity of tryptophanase was found to be 430 units/g-cell at 42℃ which was 3 times higher than that obtained at 37℃. It was also found that addition of anthranilic acid (0.5 g/l) to the medium increased the tryptophan production 11 times comparing to without its addition.
In a continuous culture, specific tryptophan productivity was increased with time elapsed at a early phase and then decreased gradually due to the loss of plasmid from the host cells and rapid increase of plasmid-free cells. It was also decreased with increase of dilution rate. At dilution rate, 0.075 $hr^{-1}$, specific tryptophan productivity was found to be about 10mg/g-cell-hr in the derepressed state, representing about thirty times increase over that found in the repressed state.
From the kinetic analysis of plasmid instability in a continuous culture, it was found that the rate constant of plasmid loss was a order of magnitude of $10^{-5}$ and the increase of plasmid-free cells during the culture was mainly caused by the difference of specific growth rate between plasmid-free cells and plasmid-harboring cells rather than by the rate of plasmid loss.
재조합 세포의 배양에서 plasmid 의 유전적 불안정성과 그에 따른 산물의 생산성을 분석하였다. 이를 위해 일반 온도에서는 $\underline{trp}$-operon 의 발현 조절 작용을 갖으나, 특정 온도에서는 이 조절 작용을 잃어버리는 변이주, 즉 W 3110 $\underline{\Delta trp} LD trpR^{-ts} tna^-/pcRT 185$을 사용하여 연속 배양을 수행하였다.
회분 배양에서, $\underline{trp}$-operon 의 조절 작용을 갖으면서 세포 성장 속도는 최대인 온도는 37℃였고, 세포 성장 속도와는 무관하게 $\underline{trp}$-operon 이 최대로 발현되는 온도는 42℃ 임을 알았다. 이때 derepression 상태에서 tryptophanase 의 활성은 430 units/g-세포 이었는데, 이는 repression상태보다3배가 높은 값 이었다. 또 세포 배양에서 anthranilic acid 를 첨가하지 않았을 때 보다 첨가 (0.5 g/l) 하였을 때 tryptophan 의 생산량은 11 배가 증가 되었다.
연속 배양에서, 배양시간에 따라 specific tryptophan생산성은 증가 하다가 plasmid를 갖지 않는 세포가 나타나면서 감소하였다. 이에 따라 plasmid를 갖지 않는 세포는 급증하였다. 이러한 현상은 희석률이 증가함에 따라 감소하였다. 희석률이 $0.075hr^{-1}$ 이면서 derepression 상태일 때 specific tryptophan 생산성은 약 10mg/g-세포 이었는데 이 값은 repression 상태보다 30 배가 높은 값 이었다.
또한 연속 배양에서 plasmid 불안정성의 kinetic 분석으로부터 세포가 plasmid를 잃어버리는 속도 상수는 $10^{-5}$정도의 값을 갖고 있으며, 배양 동안에 plasmid를 갖지 않는 세포의 수가 증가하는 것은 숙주 세포가 plasmid를 잃어버리는 속도보다 숙주 세포와 plasmid를 잃어버린 세포의 specific 성장 속도차에 의해 주로 지배되는 것을 알았다.
