개념 한 쪽
발효 및 배양 공정에서는 배양 방식, 측정법, 오염의 탐지와 대응, 그리고 기질 공급 전략을 통해 반응을 제어해야 한다는 사실이 핵심이다. 연속배양과 회분식은 유전적 안정성이나 생산성 측면에서 서로 다른 영향을 주므로 용도에 맞게 선택해야 한다. 미생물 형태와 배지 상태에 따라 적절한 성장 측정법을 사용하고, 파아지 감염 같은 이상 징후에 즉각 대응해야 한다. 또한 증식기와 생산기의 요구가 다른 탄소원을 시차 공급하여 성장과 제품생성을 동시에 달성할 수 있다.
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출제기준 단원 「반응의 제어」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 고체배지에서 세포 농도 측정법 판별 | 1 | 고체배지 환경에 적합한 세포 농도 측정법을 고르기 |
| 균사체 성장 곡선 측정법 판별 | 1 | 균사체 미생물의 성장곡선에 알맞은 측정법을 선택하기 |
| 배양 단계와 대사산물 관계 | 1 | 생육 단계별 총세포농도 변화와 2차대사산물 생성 시기를 구분하기 |
유전자 조작 미생물을 이용한 생산에서는 플라스미드를 포함한 외부 유전자의 유지가 중요하다. 연속배양은 선택압이 지속되어 플라스미드를 잃은 균주가 유리하게 증식할 수 있으므로 회분식보다 유전적 불안정성, 즉 플라스미드 손실이 더 잘 일어난다. 따라서 플라스미드를 유지해야 하는 공정에서는 배양 방식의 영향과 선택압을 고려하여 설계를 해야 한다.
미생물의 생체량이나 생균수를 측정할 때는 시료 특성에 따라 방법을 선택해야 한다. 고체배지상에서 자라는 미생물은 균일한 현탁을 만들기 어렵기 때문에 통계적 추정법인 MPN법이 적합하다. 반대로 균사체를 형성하는 곰팡이류는 덩어리를 이루므로 탁도법보다 균체중량 측정법이 성장 곡선 파악에 적절하다.
발효 공정에서는 단계별 대사 특성을 이해해 반응을 제어해야 한다. 배양의 정상기에서는 총세포 농도가 일정해지고 2차 대사산물 생산이 활발히 일어나므로 2차대사산물이 목표인 공정에서는 정상기 유도가 중요하다. 반면 대수기에는 1차대사와 빠른 증식이 주로 일어난다.
발효조 운영 중 급격한 혼탁도 변화는 중대한 이상 신호이다. 발효액이 갑자기 맑아지는 현상은 파아지 감염으로 인한 박테리아의 대량 용균에 의한 경우가 가장 타당하므로, 이러한 징후를 보이면 즉시 오염원 확인과 격리·대응 절차를 시행해야 한다.
탄소원 선택과 공급 전략도 반응 제어의 중요한 수단이다. 예컨대 페니실린 발효에서 포도당은 균체증식을 촉진하나 생합성을 저해하고, 젖당은 증식을 느리게 하나 생합성에는 유리하다. 따라서 증식기와 생산기의 요구가 다를 때에는 포도당으로 초기 증식을 유도하고 이후 젖당을 공급하는 식의 시차 공급 전략을 채택해야 한다.
1) 유전자 도입 미생물을 지속적으로 배양해야 할 때, 연속배양을 택하면 선택압이 지속되어 플라스미드가 없는 변이가 우세해짐을 고려하여 플라스미드 유지 대책을 마련해야 한다.
2) 페니실린 발효에서 균체를 먼저 충분히 키우고자 포도당을 사용하되, 페니실린 생합성 단계를 유도하려면 젖당을 추가하여 시차 공급으로 두 목표를 동시에 달성해야 한다.
고체배지에서 잘 자라지 못하는 미생물의 cell concentration을 측정하는 방법은?
정답 ③ · 문항은 고체배지에서 잘 자라지 못하는 미생물의 세포농도를 측정할 적절한 방법을 묻고 있다. 고체배지에서는 균일한 현탁액을 얻기 어려워 직접 분광광도법이나 건조중량법 적용이 제한되므로 통계적 추정법인 MPN법(most probable number)이 적합하다.
고체배지에서는 균일한 현탁액 만들기가 불가능하므로, MPN법이 가장 적합한 세포 농도 측정법이다.
곰팡이와 같은 균사체를 형성하는 미생물의 growth curve를 측정하는데 알맞는 방법은?
정답 ③ · 문제는 균사체를 형성하는 미생물의 성장곡선을 측정할 때 적합한 방법을 묻고 있다. 균사체는 세포가 응집해 덩어리를 이루므로 탁도나 개별 세포 계수법은 부정확하고 평판배양법은 분리·동정에는 유용하지만 전체 생물량 추적에는 한계가 있다.
곰팡이 등 균사체 미생물은 세포가 뭉쳐 덩어리를 이루므로, 개별 세포 수를 세는 탁도법보다 총 중량을 재는 균체중량 측정법이 적합하다.
회분식(batch culture) 배양의 박테리아 생육곡선에서 총세포 농도는 일정한 값에 머무르며 2차 대사산물을 생산하는 시기는?
정답 ③ · 문항은 배치배양에서 총세포농도가 일정해지는 시기와 2차 대사산물 생산 시기를 묻는다. 정상기(stationary phase)는 증식 속도와 사멸 속도가 균형을 이루어 총세포농도가 일정해지고 이때 2차 대사산물 축적이 활발해진다.
정상기(Stationary phase)는 세포 증식이 멈추고 총세포 농도가 일정해지며 2차 대사산물이 축적되는 시기이다.
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