Hyaluronic acid (HA) is a linear high-molecular-weight polysaccharide with useful biomedical applications. Streptococcus zooepidemicus, a typical HA producing bacterium, requires an animal-derived nitrogen source such as tryptone, peptone, or sheep blood as a nutrient. However, there is potential risk of introducing an adventitious agent and viral infection. Six non-animal-derived (NAD) nitrogen sources were tested for replacing the expensive animal-derived nitrogen source, which may have a potential risk factor. Among those six NAD nitrogen sources, a soybean-derived nitrogen source (Soypeptone F) showed the highest HA productivity equivalent to the control HA production medium containing tryptone in 5 L jar. In 5 L fermentation, it increased cell mass and HA production by 9.5% and 12.7%, respectively. Also, this report described the optimized culture conditions of HA fermentation by Streptococcus sp. KL 0188 on NAD nitrogen source. Various culture conditions, carbon source concentration, nitrogen concentration, temperature, pH, aeration and agitation speed, were tested in batch fermentation. On HA fermentation, optimized fermentation conditions leaded to increasing HA production 5.47 g/L to 6.27 g/L. In a fed-batch culture, the DCW (dry cell weight) and HA production increased to 19.5 g/L and 6.5 g/L, respectively.
Streptococcus sp KL0188 균주를 이용한 비 동물성 배지에서 고농도의 Hyaluronic acid (HA)를 생산하기 위하여 총 8가지 비 동물성 배지에서의 균체 생장과 HA 생산성을 확인하였다. 콩 (SP-F, SP A2SC, SP A3SC, HSP-304, HSP-309, SP E110)과 옥수수 (Corn steep solid), 이스트 (Yeast extract)에서 유래한 질소원을 이용하여 flask culture 결과를 토대로 최적 질소원 농도를 확인하였다. Flask culture를 통하여 각각의 질소원에 따른 균체의 생장과 HA 생산성을 비교해 보았을 때 균체의 생장면에서는 HSP-304가 HA 생산성 면에서는 SP-F가 가장 우수한 결과를 나타내었다. 따라서 HSP-304와 SP-F를 5 L jar fermentor에서 HA 생산성 확인을 하였다. 이 때 working volume은 2.5 L로 하였고 배양조건은 control의 조건을 사용하였다. SP-F의 경우 HA 생산성이 control의 경우인 4.5 g/L에서 5.47 g/L로 약 22% 증가하였고 HSP-304는 3 g/L정도의 생산성이 나타난 것을 확인하였다. 따라서 HA를 생산하기 위한 최적 질소원으로 SP-F를 선정하였고 배양 조건 최적화 실험에 이용하였다. 비동물성 질소원을 통한 HA 생산에 있어서 배양 조건을 최적화 하기 위해 6가지 fermentation parameter (탄소원 농도, 질소원 농도, 배양 온도, 배양 pH, 배기량, 교반속도)를 최적화하는 실험을 하였다. 순서대로 하나의 조건을 최적화 한 뒤 그 조건에서 다음 조건을 최적화 하는 방법으로 진행 하였다. 각각의 최적 조건은 75 g/L의 탄소원 농도, 38 g/L의 질소원 농도, 35°C의 배양온도, 7.4의 배양 pH, 2.0 vvm의 배기량, 250~600 rpm의 교반 속도 였다. 각 조건을 최적화 하여 배양을 실시한 결과 균체 생장은 18.38 g/L까지 HA 생산성은 6.27 g/L까지 나타났다. 배양 최적화를 통하여 HA 생산성이 14.7% 증가하였다는 것을 확인 하였으며 여기에 추가적인 HA 생산성 향상을 위하여 fed-batch fermentation을 수행하였다. 총 탄소원 함량은 100 g/L로 하였고 초기 탄소원 함량은 75 g/L로 하였다. 배양 후 배지 내의 탄소원 함량이 10 g/L 이하로 떨어지기 직전에 25 g/L의 추가적인 탄소원을 feeding 하였다. 이 때 최대 균체 생장량은 19.5 g/L였으며, HA 생산성은 6.5 g/L 였고, 소모된 탄소원 대비 HA 생산량은 79.2 mg-HA/g-glucose consumption였다. 위의 결과들을 기존까지 발표된 연구 결과들과 비교를 해 보았을 때 이 연구를 통하여 비 동물성 질소원에서의 HA 생산성을 동물성 질소원 수준까지 끌어 올렸다는 것에 의의를 둘 수 있다. 또한 동물성 질소원을 이용하였을 때 가질 수 있는 잠재적인 위험요소들을 배제 할 수 있게 되었으며 상대적으로 저가격의 비동물성 질소원을 이용하여 생산 단가를 낮출 수 있는 방법을 얻을 수 있었다.