혐기성 광조건의 낮은 농도의 NH_4^+존재하에서 포도당으로부터 많은 양의 수소를 생성하는 홍색 비유황 광합성 세균을 수계혐기층으로부터 분리하였다. 이 세균은 형태적, 배양적, 생리적 특성에 따라 Rhodobacter sphaeroides KS56으로 동정되었다.

본 연구를 통해 논, 시설재배 밭 토양, 쓰레기장, 하천 및 호수의 퇴적 토양 등 22개소에 서 분리한 총 6종의 광합성세균 중 호기 ․암 배양이 가능한 Rhodobacter sphaeroides PS-24 를 분리하였다. 형태학적 특징으로는 그람음성의 막대모양으로, 운동성이 있었다. 분리균주 의 16S rRNA 염기서열을 분석한 결과 Rhodobacter sphaeroides ATH2.4.1과 99%의 상동성을 나타내었으며, 본 연구에서 Rhodobacter spharoides PS-24로 명명하여 연구를 수행하였다. 선별균주를 modifed Van niel's yeast 배지에서 배양 후 생성된 carotenoid를 추출한 결과 12.03±0.15 mg/L의 함량이 측정되었으며, 반응표면분석법 중 Plackett burman 분석방법과 Box-Behnken 분석방법을 통해 carotenoid 생산에 영향을 미치는 요인을 분석하고 농도를 최 적화하였다. 분석결과 각각의 독립변수 yeast extract –0.4144 (1.23 g/L), Na2CO3 0.8541 (3.71 g/L)와 MgSO4 1.00 (1.00 g/L)의 농도를 선정하였으며, 이를 바탕으로 배지 조성을 최적화 한 결과 yeast extract 1.23 g, sodium acetate 1 g, NH4Cl 1.75 g, NaCl 2.5 g, K2HPO4 2 g, MgSO4 1.0 g, mono-sodium glutamate 7.5 g, Na2CO3 3.71 g, NH4Cl 3.5 g, CaCl2 0.01 g/ liter로 선정하였다. 최적배지를 대상으로 5 L, 50 L, 500 L scale-up을 진행한 결과 최종 carotenoid 는 각각 17.98 mg/L, 18.03 mg/L, 18.11 mg/L로 조사되었다. 최적배지의 경우 modified Van niel's yeast 배지보다 약 1.5배 많은 carotenoid를 생산하였으며, 대량배양을 통한 scale-up 과 정 시 carotenoid의 생산량은 크게 변화하지 않는 것으로 조사되었다. 따라서 본 연구를 바 탕으로 산업적으로 다양하게 사용되고 있는 carotenoid를 생산하는 광합성세균 Rhodobacter spharoides PS-24를 개발하였으며, 본 연구를 바탕으로 유기농축산에 사용이 가능한 기능성 미생물제제를 개발하고자 한다.

To find out the growth conditions for the maximum activity of nitrogenase which catalyzes nitrogen fixation in Rhodobacter sphaeroides, the promoter activities of nifA and nifH were analyzed and the results indicated that expression of both nifA and nifH was increased in response to deprivation of both O2 concentration and nitrogen source. The nifA mutant was constructed by deleting the gene to investigate the effect of NifA, the transcriptional regulator, on the nifH and nifA expression in R. sphaeroides. Analysis of expression of nif genes using the nifA::lacZ and nifH::lacZ fusions in the nifA mutant revealed that NifA acts as a positive activator for nifH and an autoregulator in its own expression. The promoter activities of nifA and nifH in the prrA mutant grown under anaerobic and NH4 +-free conditions were derepressed, comparing with those of the wild-type grown under the same conditions, indicating that the prrA product acts as a positive regulator in expression of nifA and nifH.