Development of Saccharomyces cerevisiae Strains with High RNA Content

리보핵산을 다량으로 함유하는 Saccharomyces cerevisiae 균주의 개발

RNase activity of Saccharomyces cerevisiae ATCC 7754 was investigated to obtain strains with high ribonucleic acid (RNA) content. The yeast strain contained two RNase activities; an acidic RNase with a optima of pH $3{\sim}4$ and an alkaline RNase with a optima pH 9. The acidic RNase activity was inhibited by $0.08\;M\;HgCl_{2}$ most drastically. The alkaline RNase activity was inhibited by 2.0 M NaCl or KCl, while enhanced by addition of $0.05\;M\;CaCl_{2},\;0.02\;M\;ZnSO_{4},\;or\;0.008\;M\;HgCl_{2}$. Various mutants of Saccharomyces cerevisiae ATCC 7754 were isolated by ethylmethane sulfonate (EMS) treatment or $\gamma$-ray/ultra violet irradiation. Among the mutants that were sensitive to high concentration of KCl which inhibits alkaline RNase, B24 was selected for high RNA content per culture volume. Growth characteristics of the mutant were comparable to those of the mother strain with optimum growth at pH $4.5{\sim}5.5$. The mutant accumulated higher content of RNA than the mother strain when glucose was used as the carbon source. However, both growth rate and total RNA content of the mutant were higher in molasses medium than in glucose medium. RNA content of the mutant increased rapidly during the early stage of growth, and then decreased gradually until the culture reached stationary phase by a fed-batch culture in a 5 L jar fermenter. Maximal cell harvest and the final RNA content using the mutant B24 were 69.6 g/L culture broth and 19.8 g/100 g of the dry cell while those using the mother strain were 68 g/L culture broth and 16.1 g/100 g of dry cell, respectively.

식용 단백질 생산 균주인 S. cerevisiae ATCC 7754에 돌연변이를 유도하고, 핵산 함량이 높으면서도 성장 속도가 빠른 고핵산 축적 균주를 선별하였고 배양 특성을 조사하였다. Saccharomyces cerevisiae ATCC 7754는 pH $3{\sim}4$에서 최대 활성을 보이는 산성 RNase와 pH 9에서 최대활성을 보이는 알칼리성 RNase를 가지고 있는 것이 확인되었으며 산성 RNase의 활성이 훨씬 높았다. Saccharomyces cerevisiae ATCC 7754의 RNase는 금속염에 의하여 영향을 받는데 산성 RNase의 경우는 $0.08\;M\;HgCl_2$에 의하여 활성이 크게 저하되었고, 알칼리성 RNase경우는 2.0 M NaCl이나 KCl에 의하여 활성이 크게 저하되었다. 반면 알칼리성 RNase는 $0.05\;M\;CaCl_2$, $0.02\;M\;ZnSO_4$, $0.008\;M\;HgCl_{2}$에 의하여 활성이 증가되었다. Ethylmethane sulfonate, 자외선, 감마선을 이용한 돌연변이를 통하여 핵산 축적능이 뛰어난 KCl 감수성 균주를 선발하고 YPD 배지에서 배양하면서 건조 균체량과 리보핵산 함량을 측정하여 건조 균체 단위 무게당 리보핵산의 함량이 가장 높은 B24 균주를 고핵산 변이주로 선택하였다. B24 균주는 모균주와 비슷한 증식 특성을 나타내었는데, pH $4.5{\sim}5.5$에서 성장이 잘 되었고 리보핵산 축적은 pH 4.5와 5.0에서 가장 잘 일어났으며, 또한 탄소원으로 당밀을 사용한 경우가 세포 내에 리보핵산이 가장 많이 축적되었고 균의 생육도 빠름을 알 수 있었다. 발효기를 이용한 유가식 배양에서는 배양 초기에 균체내 리보핵산 함량이 급격히 증가하고 이후 정지기까지 서서히 감소하여 최종적으로 리보핵산 함량이 균체 건물량의 19.8%(w/w)로 모균주의 16.1% (w/w)에 비해 우수하였으며, 이때 최대 69.6 g/L(건물량)의 균체를 수득하였다.