Oil production from microalgae and development of persister cell inhibitors

Abstract

세계는 화석연료의 과다한 사용으로 인한 고갈과 환경오염이라는 커다란 두 가지 문제에 직면하고 있다. 최근 경유 대체연료로 바이오디젤(Biodiesel)이 많은 관심을 받고 있다. 바이오디젤은 기존 경유에 비해 일산화탄소, 미세먼지, 탄화수소, 독성물질 등 대기 오염물질 배출을 크게 줄일 수 있다는 점에서 친환경 자동차 연료로 적합하다. 미세조류 유래 바이오디젤 생산은 다양한 장점을 지니고 있는데 연소에서 나오는 이산화탄소는 다시 광합성 기작에 의해 흡수, 고정되므로 이산화탄소의 순 배출이 거의 없어, 이산화탄소 중립 연료(CO2-neutral fuel)로 큰 주목을 받고 있다. 해양 미세조류는 식량난을 형성하지 않고, 탄소 고정력이 다른 육지식물보다 뛰어나다. 단위면적당 성장률도 높아 차세대 바이오메스로 큰 기대를 하고 있다. 진도에서 분리한 Schizochytrium sp. 1과 Schizochytrium sp. 2의 최적 성장 조건 확립을 위해 미세조류 성장에 있어서 필수요소인 영양원 농도와 light:dark cylce 로 인한 성장률을 관측하였다. 그 결과 Schizochytrium sp. 1의 경우 0.9 g/L에서 1.7 g/L로, Schizochytrium sp. 2는 0.39 g/L에서 0.8 g/L로 바이오매스가 증가됨을 알 수 있었고, 그에 따라 오일 축적능 향상을 위해 salt stress 조건의 조성하여 오일 축정능을 향상시켜 Schizochytrium sp. 1의 경우 약 21%, Schizochytrium sp. 1의 경우 약 42 %로 향상됨을 확인 할 수 있었다. 이와 함께 기존에 알려져 있는 미세조류 4종인 Isochrysis garbana, Dunaliela salina, Dunaliela tartiorector, Nannochloropsis oculata 역시 성장률 증가를 위해 영양원인 nitrate 농도에 변화를 주어 바이오매스를 증가시켰으며, salt stress 환경을 조성하여 I. garbana의 경우 약 57%, D. salina의 경우 약 47%, D. tartiorector의 경우 약 54%, N. oculata의 경우 약 24%로 오일 축적능이 향상됨을 알 수 있었다. 또한, 어류 병원균의 비 유전성을 가지는 항생제 내성균인 persister cell에 관한 연구는 Persister cell은 기존의 항생제를 분해하는 저항균체(resistant cell)와는 다른 특성으로 항생제에 대한 저항성을 가지는데, 항생제가 존재하는 환경에서 새로운 기작으로 항생제에 대한 내성을 형성한다. 그래서 기존의 양식장에서 어류를 키울 때 어류에 투여하는 항생제는 일반적인 균주의 사멸 항생제 농도보다 더 높은 농도의 항생제를 투여하게 된다. 특히, E. tarda에 대한 다양한 항생제가 개발되어 있지만 내성균의 출현으로 그 효과가 좋지 않으며, 또한 persister cell에 의한 질병 재발을 방지하기 위해 균사멸 농도보다 훨씬 높은 농도의 항생제를 처리하고 있다. Persiser cell의 특이적인 저감 효과를 확인 하기 위하여 선별된 3종의 식물 추출물(돌외, 예덕나무, 상산)을 항생제와 함께 사용하였으며, 돌외와 예덕나무가 100 μg/ml, 상산은 200 μg/ml의 농도에서 persister cell의 사멸 효과를 나타내었다. 또한 넙치를 이용한 12일간의 누적 폐사율을 조사한 결과, 식물 추출물과 항생제 혼합액의 복강 투여구가 항생제 단독의 복강 투여구 보다 낮은 누적 폐사율이 관찰되었고, 항생제에 첨가한 식물 추출물의 농도가 돌외 30 μg/ml, 예덕나무 10 μg/ml, 상산 10 μg/ml의 농도 투여구에서 가장 낮은 누적 폐사율을 나타내었다. 따라서 본 연구에 사용된 세가지 추출물들(돌외, 예덕나무, 상산)은 항균 활성을 가지지 않은 농도에서 항생제와 병용하여 persister cell의 저감 효과가 있음을 확인하였다.