It was set out to manipulate the central metabolism of Escherichia coli in order to redirect acetate flow to the formation of either L- or D-lactic acid, or PHB. The metabolic flux of pta (phosphotransacetylase) mutant of E. coli RRl and its parental strain in anaerobic condition was analyzed. The production of acetate in E. coli was coordinately regulated with ethanol production. The pta mutant of E. coli RRl under anaerobic condition fermented glucose more like a homo-fermentative bacteria with D-lactate as major product. More than 60 g/l of D-lactate was accumulated under anaerobic cultivation of this mutant. When the L-lactate dehydrogenase of Lactobacillus casei introduced in this mutant, metabolic redirection to L-lactate did not occur. Therefore, a pta ldh double mutant of E. coli RRl was constructed, and L-lactate dehydrogenase gene of L. casei introduced. In the anaerobic cultivation of this recombinant, glucose was mainly catabolized to L-lactate, in which more than 25g/l of L-lactate was accumulated. To know whether the perturbed intracellular redox potential was the real cause for this redirection of metabolic flow in pta mutant or in pta ldh mutant containing L-lactate gene, PHB accumulation in both strain, E. coli RRl and its pta mutant were compared. As expected, pta mutant accumulated PHB more efficiently than E. coli RRl. In both aerobic and anaerobic cultivation of pta mutant, in which introduced PHB synthetic genes of Alcailgenes eutrophus, PHB was accumulated over than 55% of dry cell weight. In contrast, its parental strain RRl accumulated PHB less than 30% of dry cell weight. PHB accumulation, a possible competitive metabolic pathway to D-lactate formation, did not affect significantly the production of D-lactate under oxygen-limited condition.
대장균의 중심대사경로 조절을 위한 한 시도로서 대장균에서의 초산 생성 경로의 D형 또는 L형 의 젖산 생성으로의 전환을 연구 하였다. 먼저 대장균 RR1 균주와 그 pta 돌연변이 균주의 혐기적 대사경로를 분석하였다. 혐기적 배양조건에서 대장균 RR1 균주는 포도당 대사로부터 개미산, 초산 그리고 에틸알콜을 주요 발효산물로 생성하는데 반하여 pta 돌연변이 균주의 경우에는 D형의 젖산을 주산물로 생성하는 대사경로의 전환이 일어났다. pta 돌연변이 균주룰 혐기적 조건에서 유가배양하였을 때 60g/l의 젖산을 축적하였다.
이 pta 돌연변이 균주에 Lactobacillus casei의 L-lactate dehydrogenase(L-LDH) 유전자를 도입하였을때 L형 젖산으로의 대사흐름전환이 일어나지 않았다. 대장균 RR1 균주의 초산생성경로와 젖산생성경로가 동시에 막혀진 pta ldh 돌연변이 균주를 만들어 그 대사흐름을 분석하였다. 이 pta ldh 돌연변이 균주는 혐기 배양시 피루브산과 개미산을 주로 생성하였다. 여기에 L. casei의 L-LDH 유전자를 도입하였을때 혐기적 조건에서 L형의 젖산을 주로 생성하는 대사경로의 전환이 이루어 졌다.
이러한 pta 돌연변이 균주나 pta ldh 돌연변이 균주에서의 대사 경로 전환이 세포내의 불안정한 산화환원 수지에 의해 유발되는지를 알아보기 위해 대장균 RR1 균주와 그 pta 돌연변이 균주에 Alcaligenes eutrophus의 PHB 합성경로에 관여하는 효소의 유전자를 도입하였다. PHB가 합성될때 세포내의 NADH를 소비하므로 세포내 NADH 농도가 높다면 PHB 축적이 촉진될 것으로 예상되었는바, 예상대로 pta 돌연변이 균주에서 RR1 균주의 경우에서보다 2배 내지 3배 이상의 PHB가 축적되었다. 이로부터 이들 돌연변이 균주들의 대사경로 전환이 높아진 환원력에 기인하는 것임을 알 수 있었다. 한편, 산소제한 조건에서 PHB축적은 D형 젖산의생산에 영향을 미치지 않았다.