지속 가능한 화학 생산을 향한 노력은 바이오 기반 혁신의 대표적인 예로 이타콘산(IA)을 조명하고 있습니다. 폴리머, 코팅 및 기타 산업 분야에서의 다양한 응용은 효율적이고 확장 가능한 생산 방법을 필요로 합니다. 미생물 발효는 특정 미생물의 대사 능력을 활용하여 재생 가능한 원료를 가치 있는 이타콘산으로 전환하는 선도적인 접근 방식으로 부상했습니다. 본 기사에서는 이러한 생물학적 공정을 통한 IA 생산 마스터링의 핵심 측면을 탐구합니다.

이타콘산의 미생물 생산균
이타콘산 발효의 주요 동력은 곰팡이 종이며, 그중에서도 Aspergillus terreus가 가장 잘 알려져 있고 산업적으로 중요한 생산균입니다. 이 곰팡이는 높은 농도의 IA를 달성할 수 있어 현재 생산 전략의 핵심이 되고 있습니다. Ustilago maydis, Candida 종, Rhodotorula와 같은 다른 미생물도 IA 생산 능력을 보이지만, 종종 낮은 수율이거나 다른 경로 메커니즘을 가집니다.

IA의 생합성은 시트르산 회로와 밀접하게 관련되어 있습니다. Aspergillus terreus에서 cis-aconitate decarboxylase (CadA) 효소는 시트르산 회로의 중간체인 cis-aconitate를 이타콘산으로 직접 전환하는 데 중요한 역할을 합니다. IA 생산 효율은 cis-aconitate의 가용성과 mttA(미토콘드리아 삼중 탄산염 운반체) 및 mfsA(주요 촉진자 슈퍼패밀리 운반체)와 같은 주요 운반 단백질의 활성에 영향을 받으며, 이들은 각각 중간체 및 최종 제품의 이동을 촉진합니다.

IA 수율 향상을 위한 유전 공학
산업 수요 증가를 충족하고 IA 생산의 경제적 실행 가능성을 개선하기 위해 대사 공학 분야에서 상당한 발전이 이루어졌습니다. 초점은 미생물의 고유 능력을 강화하거나 더 적합한 숙주에 이종 경로를 도입하는 것입니다. 대사 다양성과 GRAS(일반적으로 안전하다고 인정됨) 상태로 알려진 비전통 효모인 Yarrowia lipolytica는 IA 연구 개발의 주요 플랫폼이 되었습니다. 과학자들은 IA 생합성 관련 유전자(예: A. terreus의 cadA, mttA, mfsA 또는 U. maydis의 adi1, tad1, mtt1, itp1)를 과발현시켜 Y. lipolytica 균주를 공학적으로 개조했습니다.

결정적으로, 경쟁 경로를 차단하고 대사 흐름을 재지정하는 전략은 필수적입니다. Y. lipolytica에서 YlYHM2(미토콘드리아 시트레이트 캐리어) 및 YlCEX1(세포막 시트레이트 수출업체)과 같은 유전자를 삭제하여 시트르산(CA) 및 이소시트르산(ICA)과 같은 부산물의 분비를 담당하는 유전자를 비활성화하는 것은 IA 수율 및 선택성을 높이는 데 매우 효과적인 것으로 입증되었습니다. A. terreus 및 U. maydis IA 생합성 경로의 발현을 이러한 운반체 공학 노력과 결합하면 실험실 환경에서 기록적인 IA 농도 및 생산성을 달성할 수 있으며, 이는 표적 유전적 수정의 힘을 보여줍니다.

산업 규모 생산을 위한 공정 최적화
실험실 성공을 산업 규모로 전환하려면 세심한 공정 최적화가 필요합니다. 영양소(탄수화물 공급원(포도당, 글리세롤) 및 질소)가 정밀하게 제어되는 유가식 발효 전략은 IA 생산을 극대화하는 데 사용됩니다. 최적의 pH, 온도 및 통기를 유지하는 것은 중요한 매개 변수입니다. 연구에 따르면 올바른 균주를 사용할 경우 글리세롤보다 포도당이 더 높은 IA 수율과 생산성을 초래하며 부산물 형성이 최소화되는 것으로 나타났습니다. 복잡한 영양 보충제 없이 최소 배지에서 높은 IA 농도를 달성할 수 있다는 점은 공정의 경제적 실행 가능성을 더욱 향상시킵니다.

미생물 균주 개발 및 발효 기술의 지속적인 발전은 이타콘산이 바이오 기반 경제의 핵심 화학 물질이 될 길을 열어주고 있습니다. 연구가 진행됨에 따라 우리는 더욱 효율적이고 지속 가능한 생산 방법을 기대할 수 있으며, 이는 IA가 산업 전반에 걸쳐 녹색 혁신을 주도하는 역할을 더욱 확고히 할 것입니다.