Microalgae have been mainly used for the production of bio-diesel because of its high lipid content. In the actual process using microalgae, large amounts of the residue are generated. After the acid saccharification process, the mixed sugars are obtained from microalgae residue and bio system can be constructed with Klebsiella oxytoca, which can produce 2,3-butanediol (2,3-BDO) by using the various carbon sources. However, the consumption of other sugars except glucose was delayed because of the carbon catabolite repression (CCR). It reduces the growth rate of K. oxytoca and productivity of 2,3-BDO. To solve this problem, K. oxytoca was engineered for simultaneous utilization of mixed sugars. Galactose transporter protein (galP) was introduced into K. oxytoca, so that galactose was always consumed regardless of glucose concentration. Also, I controlled the expression level of protein by using the constitutive synthetic promoter, because the overexpression of sugar transporter protein may decrease the viability of the cells. Through this engineering of K. oxytoca, I achieved the increase of consumption rate of mixed sugars and productivity of 2,3-BDO. Also, it was confirmed that the sugar metabolism efficiency was increased by removing the mgsA gene of K. oxytoca, which is involved in the production of methylglyoxal, the inhibitor of sugar metabolism.
미세조류는 지질 함량이 많은 바이오매스로 주로 바이오디젤 생산에 이용되어 왔다. 그러나 미세조류를 실제 공정에서 사용하면 많은 양의 미세조류 잔사물이 발생한다. 이런 잔사물은 처리 과정이 까다롭고, 비용이 많이 들기 때문에 미세조류를 산업적으로 이용하기 위해서는 잔사물을 효율적으로 처리할 수 있어야 한다. 그러한 처리 방법 중의 하나가 미세조류 잔사물을 산처리하여 얻게 되는 여러 가지 혼합당을 탄소원으로 이용하는 바이오시스템을 구축하는 것이다. 클레브시엘라 옥시토카는 다양한 탄소원을 이용하여 2,3-부테인다이올을 생산할 수 있으므로 이러한 시스템 구축에 유용하게 사용될 수 있다. 그러나 야생형의 클레브시엘라 옥시토카는 분해대사물억제 작용으로 인해 글루코오스가 존재할 때 다른 당들의 흡수가 지연되고, 생장 속도 및 2,3-부테인다이올의 생산성이 떨어지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 클레브시엘라 옥시토카에 갈락토오스 수송 단백질을 도입하여 글루코오스 농도에 상관없이 갈락토오스를 항시 흡수할 수 있게 하였다. 이 때 단백질의 발현 세기를 적절한 수준으로 조절하는 것이 매우 중요한데, 당 수송 단백질이 과발현될 경우 오히려 세포의 안정성을 떨어뜨릴 수 있기 때문이다. 따라서 다양한 세기를 가진 합성 프로모터를 이용하여 클레브시엘라 옥시토카 내에서 단백질의 발현 세기를 조절하였고, 이를 통해 혼합당의 소모 속도와 2,3-부테인다이올의 생산성이 증가하는 것을 확인하였다. 또한 당 대사를 저해하는 메틸글라이옥살이 생성되지 못하게 클레브시엘라 옥시토카의 유전자를 조작함으로써 당 대사 효율이 증가하는 것을 확인하였다.