Nylon monomers are widely used in the chemical industry. Until now, various studies on the biological processes of nylon monomers. Nevertheless, the biological processes show little possibility for commercialization because of their low concentrations. Here, i constructed biocatalyst system to produce nylon monomers at commercially viable concentrations. The biocatalytic activities were improved by application of highly active enzymes, introducing cofactor recycling system and fusion protein. The inhibitory effects of hydrophobic chemicals were overcome by addition of the resin. My engineered biocatalyst system for the production of nylon monomers can apply the biosynthesis of diverse nylon monomers from other reweable fatty acids/oils, and produced commercially viable concentrations.
중쇄 디카르복실산 및 아미노카르복실산과 같은 나일론 단량체는 다양한 화학 산업에서 널리 사용된다. 이러한 화합물은 주로 환경 오염을 유발하는 화학적 공정에 의해 생산되기에 환경 오염을 줄이고자 많은 생물학적 공정이 연구되었다. 그러나 현재까지 연구된 생물학적 공정은 매우 낮은 농도 (약 20 mM 이하)로 밖에 나일론 단량체를 생산할 수 없어 상용화가능성이 거의 없으며 이러한 문제는 주요 효소의 낮은 안정성과 활성, 불충분한 보조인자의 재생, 소수성 화학물질에 의한 생체 촉매에 대한 억제 효과로 인해 발생된다. 본 연구는 이러한 문제점을 극복하여 고농도의 나일론 단량체를 생산하기 위해 연구를 수행하였다. 2장에서 낭일론 단량체의 효율적인 생산을 위해 고활성 효소 (알코올 탈수소효소, 알데하이드 탈수소효소 등)를 사용하고 보조인자 재생 시스템을 도입하여 재조합 균주를 구축하였다. 구축된 재조합 균주를 통해 약 30 mM 이상의 농도로 중쇄 디카르복실산 및 아미노카르복실산의 생산을 가능하게 하였다. 3장에서는 소수성 화학물질 (기질 및 생산물)의 재조합 균주에 대한 억제 효과를 줄이기 위해 수지를 반응액에 첨가하여 엔지니어링 생체촉매 시스템을 구축하였다. 이러한 시스템을 통해 약 100 mM 이상의 농도로 중쇄 디카르복실산 및 아미노카르복실산을 생산하였으며 이러한 결과는 기존에 보고된 연구 결과 배디 약 12배 이상으로 생산성이 향상되었다. 4장에서 우리는 엔지니어링 생체촉매 시스템을 이용하여 연속적인 생물전환을 통해 올레산으로부터 기능화된 노난산 (노난산, 9- 하이드록시노난산 및 노난다이오익산)을 생산하였다. 엔지니어링 생체촉매 시스템에서 300 mM (84.7 g/L)의 올레산으로부터 202 mM (31.2 g/L)노난산 및 202 mM (35.2 g/L) 9-하이드록시노난산을 생산하였고 이후 정제된 105 mM (18.3 g/L) 9-하이드록시노난산으로부터 103 mM (19.4 g/L)의 노난다이오익산으로 전환되었다. 이러한 결과는 기존에 보고된 연구 결과 대비 약 21배 이상으로 생산성이 향상되었다. 5장에서는 주요 효소중 하나인 베이어-빌리거 모노옥시게네이즈를 엔지니어링 하여 안정성과 활성을 향상시킨 재조합 균주를 구축하였다. 이를 통해 300 mM (89.5 g/L)의 리시놀레산으로부터 248 mM (53.6 g/L) 언데칸다이오익산 및 234 mM (47.1 g/L)의 아미노언데칸산으로 원팟 제조를 하였으며 이러한 결과는 엔지니어링 되지 않은 생체촉매 시스템 대비 약 500배 및 640배로 생산성이 향상되었다. 중쇄 디카르복실산 및 아미노카르복실산과 같은 나일론 단량체의 효율적인 생산을 위한 우리의 엔지니어링 생체촉매 시스템은 다양한 재생 가능한 오일 및 지방산들로부터 나일론 단량체의 생산에 적용될 수 있으며 상업화가 가능한 농도로 생산할 수 있다. 이 연구는 환경 오염을 유발하는 화학 공정을 대체할 친환경적인 생물학적 공정 산업에 기여할 것이다.