Microalgae are promising resources for producing biofuels and value-added products due to their rapid growth rate and high lipid content. In particular, the production of eicosapentaenoic acid (EPA) from microalgae as health supplements has gained more attention. The raw material for EPA production which are supplied from fish oil has reached its limit, thus the microalgae are required to be supplied as substrate resource. In this study, we did strain development and optimization of cultivation conditions for enhancing EPA production in Nannochloropsis salina. The genetic engineering of N. salina was performed through two strategies. First, we overexpressed malic enzyme (NsME) and investigated its effect on lipid productivity in N. salina. We successfully obtained transformant (ME2-13) with overexpressed NsME, which showed improved EPA productivity by up to 12%. Secondly, we performed overexpression of fatty acid elongase genes (FAE) involved in EPA synthesis pathway to improve the EPA content. However, no significant change in EPA content was observed in transformants. To further enhance EPA production, optimization of cultivation conditions using Response Surface Methodology (RSM) was conducted by focusing on two crucial cultivation parameters which are nitrogen concentration and temperature. EPA productivity of WT N. salina was improved under unstressed conditions (1.28 g/L, $21^circC$). Finally, the cultivation of ME2-13 was conducted in optimized conditions, leading to EPA productivity up to 2-fold compared to previous cultivation conditions. These results are expected to contribute to the commercialization of value-added products from microalgae.
미세조류는 높은 생장량과 지질함량을 바탕으로, 바이오 연료 및 고부가 가치 산물을 생산할 수 있는 유망한 자원이다. 특히, 미세조류로부터 EPA (eicosapentaenoic acid) 생산은 전 세계적으로 건강보조식품에 대한 관심도가 높아짐에 따라 크게 주목받고 있다. 주원료였던 생선 오일의 공급량이 한계에 도달하면서 미세조류에 대한 수요가 증가하고 있다. 본 연구는 산업용 미세조류인 나노클로롭시스 살리나에서 EPA의 생산성을 증대시키기 위해 균주 개량 및 배양 조건 최적화 연구를 진행하였다. 균주 개발 연구는 두 가지 전략으로 진행되었다. 첫 번째로, 말산효소의 과발현을 통한 전체적인 지질 생산성 증대를 통한 효과를 기대했고, 두 번째로, EPA 합성에 관여된 지방산 신장 효소의 과발현을 통한 EPA 함량 증가 효과를 위해 연구를 진행하였다. 그 결과, 말산효소를 과발현시킨 형질전환체의 EPA 생산성이 12% 증가한 결과를 얻을 수 있었다. 나노클로롭시스 살리나의 배양 최적화 연구는 반응 표면 방법론 (Response Surface Methodology)을 이용하여 진행해 보았다. 반응 표면 방법론 연구는 배양액의 N 농도와 배양 온도를 변수로 설정하여 진행되었다. 그 후에, 지질 구성 분석과 색소 분석을 통해, EPA 함유량 변화의 원인을 확인하였다. 마지막으로, 최적화된 배양 조건에서 말산효소 과발현 형질전환체를 배양해 보았고, 기존의 조건보다 2배 높은 EPA 생산성을 얻을 수 있었다. 본 연구 결과는 미세조류로부터 유용물질 생산 산업화에 있어 도움이 되리라 생각한다.