Lactic acid is a platform chemical for the sustainable production of various materials. To develop a robust yeast platform for low-pH production of D-lactic acid, an acid-tolerant yeast strain was isolated from grape skins and named Pichia kudriavzevii NG7 by ribosomal RNA sequencing. This strain was able to grow at pH 2.0 and 50°C. For the commercial application of P. kudriavzevii NG7 as a lactic acid producer, the ethanol fermentation pathway was redirected to lactic acid by replacing pyruvate decarboxylase 1 gene (PDC1) with D-lactate dehydrogenase gene (D-LDH) derived from Lactobacillus plantarum. To enhance lactic acid tolerance, this engineered strain was adapted to high lactic acid concentrations, and a new transcriptional regulator, PAR1, responsible for acid tolerance, was identified by whole-genome resequencing. The final engineered strain produced 135 g/L and 154 g/L of D-lactic acid with productivity over 3.66 g/L/h at pH 3.6 and 4.16 g/L/h at pH 4.7, respectively.
최근 석유계기반의 플라스틱의 환경오염으로 인해 이를 대체하기 위해 미생물에 의해 생분해가 가능한 바이오매스 기반의 바이오플라스틱이 각광받고 있다. 여러 생분해성 고분자 중 젖산을 중합하여 만든 폴리젖산은 기존의 석유계 기반 플라스틱을 대체할 수 있는 고분자 소재로 가장 유망하다.
본 연구에서는 신규 분리 된 내산성 효모인 Pichia kudriavzevii NG7 균주를 이용하여 폴리젖산의 원료 물질인 젖산 단량체를 생산하였다.
연구에 사용된 균주는 파이루브산 탈칼복실화 효소 (PDC1) 의 제거와 동시에 Lactobacillus plantarum로부터 유래된 젖산 탈수소 효소 (D-LDH) 유전자를 도입하여 젖산 생산 균주로 개발하였으며, 고농도의 젖산 배지에서 적응진화과정을 거쳐 내산성의 개량을 유도 하였다.
이를 통하여 젖산의 pKa 보다 낮은 산성발효 조건에서 75%의 수율 및 3.66 g/L/h 의 생산성으로 최대 135 g/L의 D-젖산을 생산하였고, 이는 현재까지 보고 된 D-젖산의 역가 및 생산성보다 월등히 높았다.
이와 같이 산성발효 공정을 통해서 중화제 및 산화제의 사용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 막대한 양의 쓸모 없는 부산물인 석고의 생성을 예방할 수 있다. 더 나아가 본 연구에서 개발 된 새로운 멀티 스트레스 저항성 효모인 Pichia kudriavzevii NG7 균주는 다양한 바이오 기반의 산성 화학물질의 생산을 위한 호스트로 매우 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
