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May 03, 2023

P(3HB의 통계적 최적화

과학 보고서 13권,

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9005(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

폴리(3-하이드록시부티레이트-co-3-하이드록시헥사노에이트)[P(3HB-co-3HHx)]는 차세대 바이오 플라스틱인 폴리하이드록시알카노에이트(PHA) 계열의 박테리아 공중합체입니다. 우리 연구팀은 최근 P(3HB-co-3HHx)를 생산하는 새로운 박테리아 균주인 Cupriavidus necator PHB−4/pBBR_CnPro-phaCRp를 조작했습니다. 이 균주는 CPKO(조야자핵유)를 유일한 탄소 기질로 사용하여 P(3HB-co-2 mol% 3HHx)를 생산할 수 있습니다. 그러나, 이 균주에 의한 P(3HB-co-3HHx) 공중합체 생산의 개선은 지금까지 연구되지 않았습니다. 따라서 본 연구에서는 반응 표면 방법론(RSM)을 사용하여 더 높은 3HHx 단량체 조성을 포함하는 P(3HB-co-3HHx) 공중합체의 생산을 향상시키는 것을 목표로 합니다. P(3HB-co-3HHx) 공중합체 생산에 대한 세 가지 중요한 요소, 즉 CPKO 농도, 헥산산나트륨 농도 및 배양 시간을 플라스크 규모에서 연구했습니다. 그 결과, RSM 최적화 조건을 사용하여 4 mol% 3HHx 조성을 갖는 최대 3.6 ± 0.4 g/L의 P(3HB-co-3HHx)를 얻었습니다. 마찬가지로, 10L 교반기 생물반응기에서 발효를 확대할 때 더 높은 3HHx 단량체 조성(5mol%)이 얻어졌습니다. 더욱이, 생성된 폴리머의 특성은 시장성 있는 P(3HB-co-3HHx)와 유사하여 이 폴리머를 광범위한 응용 분야에 적합하게 만들었습니다.

플라스틱 오염은 가장 중요한 지구 환경 문제 중 하나로 등장했습니다. 분명히 코로나19 팬데믹으로 인해 장갑, 의료용 보호복, 마스크, 손 소독제 병, 테이크아웃 플라스틱, 식품 용기, 의료 테스트 키트 등 석유 기반 일회용 플라스틱이 엄청나게 급증했습니다1,2. 이러한 기존 플라스틱은 생분해되지 않으며 수년 동안 매립지와 해양에 남아 토양의 질, 미생물 활동, 동식물에 큰 영향을 미칠 수 있습니다3. 먹이사슬에 진입함으로써 이는 인간의 건강에 위험을 초래합니다4. 이러한 우려 때문에 환경에 거의 또는 전혀 영향을 주지 않는 생분해성 플라스틱이 석유 기반 플라스틱의 대안으로 인기를 얻고 있습니다. 게다가, 이는 UN의 지속 가능한 개발 목표(SDGs)5,6 측면을 달성하는 데 도움이 될 미래 순환 경제의 일부가 될 것으로 예상됩니다.

폴리하이드록시알카노에이트(PHA)는 스트레스 조건에서 일부 박테리아와 고세균에 의해 에너지 예비로 축적된 세포내 저장 화합물로 자연에서 생산되는 폴리에스터입니다7,8. PHA는 폴리프로필렌(PP) 및 폴리에틸렌(PE)9,10과 같은 전통적인 석유 기반 폴리머와 비슷한 특성을 지닌 열가소성 플라스틱입니다. 흥미롭게도 PHA 계열의 폴리머는 바닷물에 노출된 경우에도 뛰어난 생분해성을 보여 PHA가 석유 기반 플라스틱을 대체할 유망한 제품이 되었습니다. PHA는 단량체 구성성분의 탄소 수에 따라 두 그룹으로 분류됩니다. 즉, 3~5개의 탄소 단량체로 구성된 단쇄 길이 PHA(SCL-PHA, C3-C5)와 중쇄 길이 PHA(MCL)입니다. -PHA, C6-C14), 이는 3-하이드록시알카노에이트 단위12,13에서 6~14개의 탄소 단량체로 구성됩니다.

현재, 단독중합체 및 공중합체, 예를 들어 폴리(3-하이드록시부티레이트)[P(3HB], 폴리(3-하이드록시부티레이트-co-4-하이드록시부티레이트)[P(3HB-co)를 포함하여 150가지 이상의 PHA 유형이 확인되었습니다14. -4HB)], 폴리(3-하이드록시부티레이트-co-3-하이드록시발레레이트) [P(3HB-co-3HV)], 폴리(3-하이드록시부티레이트-co-3-하이드록시헥소네이트) [P(3HB-co-3HHx)] PHA 공중합체 중에서 폴리(3-하이드록시부티레이트-co-3-하이드록시 헥사노에이트)[P(3HB-co-3HHx)]는 뛰어난 유연성과 다양한 대중적인 석유 기반 폴리머와의 유사성으로 인해 매우 바람직합니다. 딱딱한 P(3HB) 단독중합체보다 실용적인 응용에 적용 가능 게다가, 우수한 생체적합성 및 생분해성으로 인해 P(3HB-co-3HHx)는 생체의학 응용에 적합한 후보 공중합체입니다.