In the past few decades, global styrene production has been increasing due to styrene’s diverse use as the main building-block for various industrial styrene-derived polymers. Conventionally, the industrial supply for styrene has solely relied on the chemical synthesis from ethylbenzene. As an alternative strategy, biosynthesis of styrene has been demonstrated in various models including E. coli. However, previous studies have mostly focused on the pathway construction itself, or optimizing the culture conditions in order to deal with the end-product’s toxicity, leading to a relatively poor productivity. This work aimed to increase the production of styrene towards an applicable level in industry. In order to provide maximum flux towards the synthesis pathway, high-trans-cinnamic acid producer, obtained based on metabolic engineering, was applied. Also, production system was optimized by regulating enzyme expression levels an optimizing the culture media. From this, 1.9 g/L of styrene was produced from flask cultures. Finally, fed-batch cultures performed and optimized in order to further enhance the production titer. As a result, a maximum titer of 5.26 g/L was achieved by fed-batch cultures.
스티렌은 폴리스티렌 및 다양한 스티렌 유래 중합체의 원료로서 산업적인 수요가 큰 화합물이나, 전통적으로 스티렌의 생산은 고온, 고압 조건을 필요로 하는 에틸벤젠으로부터의 유기 합성 공정에 의존하고 있다. 이에 대한 대안으로 대장균을 비롯한 여러 미생물을 이용한 스티렌 생합성에 관한 연구가 최근들어 보고되고 있다. 그러나 기존 연구 사례들은 미생물 내 스티렌 생합성 경로의 구축에 한정되어 있거나, 스티렌의 독성 및 휘발성 문제를 해결하기 위한 공정 최적화 등에 국한되어 있으며 스티렌의 생산성 또한 낮은 수준을 기록하였다. 따라서 본 연구에서는 실질적인 산업화 수준의 스티렌 고생산을 달성하고자 하였다. 이를 위해서 페닐알라닌 및 계피산 고생산 균주를 적용하였으며 생합성 경로의 효소 발현을 최적화하여 스티렌 고생산 균주를 개발하였다. 이후, 플라스크 수준에서 배양 조건의 최적화 및 유가식 배양 조건 최적화를 실시하여 추가적인 생산량 증가를 이루었다. 유가식 배양 공정에서 공기의 주입으로 인해 대량의 스티렌 손실이 일어나는 것을 확인했고 이를 해결하기 위한 포집 장치를 고안하여 최종적으로 세계 최고 수준인 5.26 g/L의 스티렌 생산량을 달성하였다.
