Cho, Song-Mi;Kim, Yong Hwan;Anderson, Anne J.;Kim, Young Cheol
The Plant Pathology Journal
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v.29
no.4
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pp.427-434
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2013
2R,3R-Butanediol, a volatile compound produced by certain rhizobacteria, is involved in induced drought tolerance in Arabidopsis thaliana through mechanisms involving stomatal closure. In this study, we examined the involvement of nitric oxide and hydrogen peroxide in induced drought tolerance, because these are signaling agents in drought stress responses mediated by abscisic acid (ABA). Fluorescence-based assays showed that systemic nitric oxide and hydrogen peroxide production was induced by 2R,3R-butanediol and correlated with expression of genes encoding nitrate reductase and nitric oxide synthase. Co-treatment of 2R,3R-butanediol with an inhibitor of nitrate reductase or an inhibitor of nitric oxide synthase lowered nitric oxide production and lessened induced drought tolerance. Increases in hydrogen peroxide were negated by co-treatment of 2R,3R-butanediol with inhibitors of NADPH oxidase, or peroxidase. These findings support the volatile 2R,3R-butanediol synthesized by certain rhizobacteria is an active player in induction of drought tolerance through mechanisms involving nitric oxide and hydrogen peroxide production.
In this study, a new reaction system is proposed to solve the problems of the existing 2,3-Butanediol (2,3-BDO) dehydration reaction system. It was confirmed that the reaction system did not wok as it should operate properly when using a furnace, which is commonly used in commercial processes, to raise the reactant, 2,3-BDO, to the reaction temperature, 360 ℃, at near atmoshperic pressure. It is because of the substance considered to be oligomers of 2,3-BDO. It can lead to safety problems, such as blockages inside the furnace's tube and explosions, as well as tricky maintenance issues in the reaction system. To solve it, the temperature of reactant can be brought down by using a heat exchanger with High Pressure (HP) steam instead of the furnace, which has a hot spot problem through the vacuum operation and reduce the reaction temperature. It can be seen that the reactor performance is almost similar under the vacuum operation and the lower reaction temperature, 330 ℃, by using a reaction kinetics. This result explains why the new reaction system is proposed.
Acetoin is variously applicable platform chemical in chemical and food industry. In this study, Klebsiella pneumoniae was engineered for acetoin production using metabolic engineering. From the recombinant Klebsiella pneumoniae (KMK-05) producing 2,3-butanediol, budC and dhaD genes encoding two 2,3-butanediol dehydrogenases were deleted to reduce 2,3-butanediol production. Furthermore, a transcriptional regulator, AcoK, was deleted to reduce the expression levels of acetoin degrading enzyme. Lastly, NADH oxidase was overexpressed for adjusting intracellular redox balance. The resulting strain (KJW-03-nox) produced considerable amount of acetoin, with concentration reaching 51 g/L with 2.6 g/L/h maximum productivity in 36 h fed-batch fermentation.
Barium Titanate(BaTiO$_3$) nanoparticles were prepared at 22$0^{\circ}C$ through glycothermal process by using barium hydroxide and amorphous titanium hydrous gel as precursor and 1,4-butanediol and distilled water as solvent. It is demonstrated that the size of BaTiO$_3$ particles can be controlled by reaction conditions such as various content of 1,4-butanediol/distilled water volume ratio. This processing method can fabricate BaTiO$_3$ powders, which have a narrow distribution and exhibit good dispersion. The particle size of BaTiO$_3$ powders obtained by glycothermal process were about 50 nm to 200 nm on the condition that reaction temperature was 22$0^{\circ}C$ and holding time was 24 h.
We designed a conceptual model of the 2.3-BDO dehydration process using a hydroxyapatite-alumina catalyst and estimated its economic feasibility to predict the appropriate range of the purchase price of 2,3-BDO on commercial scale. The conceptual design and economic analysis can offer valuable information for the industrial application of 2,3-BDO because the most relevant studies have limitation in laboratory scale. Furthermore, the adequate range of 2,3-BDO price, in which the process has profitability, was investigated with the current market prices of 1,3-BD. The investigated price in terms of 2,3-BDO dehydration can pertain to estimation of the economic feasibility in 2,3-BDO production process.
We assessed the toxicity of cryoprotectant agents (CPAs) to gametophytic thalli of red alga Porphyra yezoensis at room temperature. The CPAs used were: dimethyl sulfoxide (DMSO), ethylene glycol (EG), glycerol (GC), 1,2-butanediol (1,2-BD), 1,3-butanediol (1,3-BD), 2,3-butanediol (2,3-BD), 1,3-propanediol (1,3-PD) and propylene glycol (PG). CPA concentrations of 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, and 50% were employed with 30 or 60 s immersion. The toxicity of the eight CPAs to gametophytic thalli of P. yezoensis was in the order: 1,3-BD < DMSO ${\approx}$ 2,3-BD ${\approx}$ PG ${\approx}$ EG < GC < 1,3-PD ${\approx}$ 1,2-BD. All thalli were more sensitive to high CPA concentrations, and most (>75%) thalli survived exposure to 10-25% CPA for 60 s. These data will facilitate selection of the optimal cryoprotectant concentration for cryopreservation of P. yezoensis thalli.
Yi, Tong;Lim, Hye Jin;Lee, So Jeong;Lee, Kyung-Ho;Kim, Dong-Myung
Journal of Industrial and Engineering Chemistry
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v.67
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pp.231-235
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2018
In this study, we demonstrate the conversion of starch to (R,R)-2,3-butanediol (2,3-BD) in a hybrid cell-free synthesis system containing a mixture of lysates derived from Escherichia coli (E. coli) and cyanobacteria. A sufficient pool of pyruvate required for the synthesis of 2,3-BD was generated by combining metabolic pathways of cyanobacteria and E. coli. Successful synthesis of 2,3-BD was achieved by additional modifications of the hybrid cell-free system with the enzymes required to convert pyruvate to 2,3-BD. The results demonstrate a new approach to harness biological pathways to expand the scope of cell-free metabolic engineering by cross-species combinations of cell lysates.
Acetoin (AC) is a volatile platform compound with various potential industrial applications. AC contains two stereoisomeric forms: (3S)-AC and (3R)-AC. Optically pure AC is an important potential intermediate and widely used as a precursor to synthesize novel optically active materials. In this study, chiral (3R)-AC production from meso-2,3-butanediol (meso-2,3-BD) was obtained using recombinant Escherichia coli cells co-expressing meso-2,3-butanediol dehydrogenase (meso-2,3-BDH), NADH oxidase (NOX), and hemoglobin protein (VHB) from Serratia sp. T241, Lactobacillus brevis, and Vitreoscilla, respectively. The new biocatalyst of E. coli/pET-mbdh-nox-vgb was developed and the bioconversion conditions were optimized. Under the optimal conditions, 86.74 g/l of (3R)-AC with the productivity of 3.61 g/l/h and the stereoisomeric purity of 97.89% was achieved from 93.73 g/l meso-2,3-BD using the whole-cell biocatalyst. The yield and productivity were new records for (3R)-AC production. The results exhibit the industrial potential for (3R)-AC production via whole-cell biocatalysis.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.26
no.3
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pp.362-369
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2009
Esterification reaction between succinic acid and 1,4-butanediol was kinetically investigated in the presence of monobutyl tinoxide catalysts at $150{\sim}190^{\circ}C$. The reaction rates measured by the amount of distilled water from the reaction vessel. The esterification reaction was carried out under the first order conditions with respect to the concentration of reactants, respectively. The overall reaction order was 2nd. The linear relationship was shown between apparent reaction rate constant and reciprocal absolute temperature. By the Arrhenius plot the activation energy have been calculated as 87.567 kJ/mol under monobutyl tinoxide catalyst and also apparent reaction rate constant, k' was found to obey first kinetics with respect to the concentration of catalyst.
2,3-Butanediol (2,3-BDO) has immense industrial applications. Recently, microbial fermentation has emerged as an alternative way to produce this industrially important chemical. Although 2,3-BDO is produced by several microorganisms, the Klebsiella genera has an excellent production compared with other 2,3-BDO-producing microorganisms. In order to produce 2,3-BDO on a large scale, the challenges of removing pathogenic factors from Klebsiella pneumoniae need to be addressed. K. pneumoniae produces a number of virulence factors that contribute to its pathogenesis, including lipopolysaccharides, capsules, fimbrial adhesins, etc. Removal of these pathogenic factors from 2,3-BDO-producing Klebsiella strains will result in avirulent strains for the safe, economic, and efficient production of 2,3-BDO. In this review, we summarize the current trends in 2,3-BDO production using K. pneumoniae and insights into the removal of its virulence factors for industrial applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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