For the analysis of the dynamic behaviour of population and plasmid instability in recombinant DNA cell fermentation system, a chemostat culture was performed using a mutant of E. coli \3110 Δtrp LD $rp R^{ts}$ $tna^-$/P CRT 185 harboring a whole trp-operon. The specific growth rates of plasmid-harboring and plasmid-free host cells were $0.48 hr^{-1}$ and $0.59 hr^{-1}$ at the derepressed condition (42℃), respectively. The relationship between the specific production rate of tryptophan, qp, and the specific growth rate, μ, was parabolic; at $μ = 0.25 hr^{-1}$, qp was about 3.8mg/g-cell hr, and at $μ = 0.075 hr^{-1}$ qp was about 10.3mg/g-cell hr. The plasmid DNA content per g-cell was observed to increased from 0.2 to 0.5 mg per g-cell as dilution rate decreased from 0.425 to $0.075 hr^{-1}$. At dilution rate of $0.25 hr^{-1}$ and repressed condition (37℃), plasmid stability is stably maintained for 225 hr. When tryptophan was added, however, plasmid stability was oscillated. At derepressed condition (42℃), the number of plasmid harboring cells decreased due to the plasmid instability as culture time elapsed, meanwhile the number of plasmid-free cells was increased. When tryptophan concentration in culture broth was reached a zero level, plasmid free cells could not grow. The cells, consequently, was washed out. On the contrary, when tryptophan ($1×10^{-3}M$ was continuously added to the culture medium, culture broth was dominant with plasmid-free cells after 200 hrs and the cell concentration reached at steady state. A two-stage continuous culture coupled with the cell growth in first stage at 37℃and the gene expression in second stage at 42℃, enhanced significantly the plasmid stability (above 96%) and maintained almost constantly the specific production rate of tryptophan for more than 500 hrs.
재조합 미생물의 배양에서 미생물군의 동적 양상 연구와 재조합 plasmid를 안정하게 유지시키기 위하여 일단과 이단 연속 배양을 수행하였다. 이를 위해 37℃ 에서는 trp-operon의 발현 조절기능을 가지나 42℃에서는 이 조절 작용을 잃어 버리는 변이주, 즉 E. coli W3110 $\triangle$trp LD $trp\, R^{ts}tna^-$/pCRT 185를 사용하였다. Derepression 상태인 42℃ 에서 plasmid 를 갖는 세포와 갖지 않은 세포의 비 증식 속도는 각 각 0.48과 $0.59hr^{-1}$이었고 이런 증식 속도의 차이 때문에 배양중 plasmid 없는 세포 비율이 크게 증가하게 되고 결국 배양액 내에 지배적으로 존재하게 되었다. 연속 배양에서 tryptophan의 비 생산속도($q_p$)와 비 성장속도(μ)와는 포물선 관계를 보였다. 즉, $μ =0.25hr^{-1}$ 일 때 $q_p = 3.7 mg/g-cell hr$로 가장 낮은 값을 보였으며 $μ= 0.075hr^{-1}$ 일 때 $q_p = 10.3 mg/g-cell hr$로 가장 높았다. $\mu$가 0.425에서 $0.075hr^{-1}$로 감소함에 따라 gram 세포당 plasmid DNA 농도는 0.2에서 0.5 mg/g-cell 로 증가하였다. Repression 상태(37℃)에서 plasmid 안정o}봉o} 225 hr이상 오래동안 유지되었고 tryptophan이 $1 \ast 10^{-3}M$ 농도로 첨가된 reservoir로 tryptophan을 연속적으로 공급시 plasmid 안정성이 감소 후 증가하는 oscillation 현상을 보였다. Derepression상태(42℃)에서 plasmid의 불안정성 때문에 plasmid를 갖지 않은 세포수는 시간이 지남에 따라 증가하고 tryptophan을 생산하는 plasmid 가진 세포수는 감소하였다. 따라서 tryptophan량도 감소하게 되며 배양액내에 tryptophan이 거의 없게 되었을 때 plasmid 갖지 않은 세포는 더 이상 자랄 수 없어 wash out되었다. 반면에 tryptophan을 계속 공급시 plasmid 가진 세포는 범차 감소하고 결국 배양액은 plasmid를 갖지 않은 세포가 지배하게 되었다. 이단 연속 배양에서 37℃인 처음 stage 에서 plasmid 는 계속 안정하게 유지되었고 derepression상태(42℃)인 두번째 배양기에서도 plasmid의 안정성은 500 시간이상 안정하게 유지되었다. 또한 생산된 tryptophan 농도도 30-40mg/l 정도에서 배양시간 500시간 이상 동안 일정하게 생산되었다.
