본 연구는 scopoletin 식이 보충이 알코올로 인해 유발되는 인슐린저항성과 항산화방어계에 미치는 영향을 구명하고자 하였다. 실험동물은 4주령의 수컷 SD계 흰쥐에게 총 열량의 36%에 해당하는 알코올을 액체식이 형태로 8주간 공급하였으며, scopoletin은 알코올 액체식이 리터당 0.01 g과 0.05 g 두 수준으로 첨가하였다. 정상군은 알코올대조군과 동량의 에너지를 섭취하도록 하였다. 8주간의 알코올 급여는 공복 시 혈당 변화를 일으키지 않았으나 혈청 인슐린 함량을 증가시켰으며, 이는 인슐린저항성과 내당능 장애를 유발하였다. 그러나 scopoletin 저농도와 고농도 급여군 모두 인슐린 함량, 인슐린저항성 지표 및 내당능을 효과적으로 개선하는 것으로 나타났다. 알코올대조군은 p-PI3K의 단백질 발현을 유의적으로 낮추어 glucokinase 유전자 발현과 활성을 억제한 반면, 당신생 효소인 glucose-6-phosphatase의 유전자 발현과 활성을 유의적으로 높였다. 그러나 scopoletin 급여에 의하여 이들 변화는 완화되었다. 다른 당신생 효소인 phosphoenolpyruvate carboxykinase의 유전자 발현과 활성에는 영향을 미치지 않았다. 또한 scopoletin 급여군 모두 간조직의 aldehyde dehydrogenase의 활성은 알코올 대조군에 비해 증가된 반면, cytochrome P450 2E1 활성은 억제되었다. 또한 알코올로 인하여 낮아진 간조직 중의 항산화 효소(superoxide dismutase, catalase와 glutathione peroxidase)의 유전자 발현과 활성을 높임으로써 과산화수소 및 지질과산화물의 함량을 낮추었다. 이와 같이 0.001%의 scopoletin 급여량에서도 당대사의 유전자 변화를 통하여 만성 알코올로 유도되는 인슐린저항성을 개선하였으며, 알코올대사계 활성 및 항산화방어계 효소의 유전자 발현을 증가함으로써 알코올로 인한 과산화수소와 지질과산화물 생성을 개선하는 것으로 나타났다.
4-Hydroxybenzyl alcohol (4-HB alcohol)은 두통, 경련 행동, 현기증과 같은 신경계 질환에 유익한 효과를 나타내며 천마의 주요 생리활성 성분 중의 하나이다. 대사공학을 통해 4-hydroxybenzoate (4-HBA)를 생산하는 균주로부터 4-HB alcohol을 생산하는 재조합 Corynebacterium glutamicum을 개발하였다. 먼저 4-HBA를 생산하는 APS809로부터 염색체 내 NCgl2922 유전자에 Methanocaldococcus jannaschii 유래의 aroK 유전자를 삽입한 APS963을 개발하였다. 4-HBA의 카로복실 산을 4-hydroxybenzaldehyde (4-HB aldehyde)로의 환원을 촉매하는 Nocardia iowensis 유래의 car 유전자를 염색체에서 발현하는 균주를 개발하기 위해 NCgl1112 유전자 일부 단편에 car 유전자가 삽입된 GAS177를 개발하였다. 더 높은 농도의 4-HB alcohol을 생산하기 위해 4-HB alcohol을 aldehyde로 산화를 촉매하는데 관여하는 creG 유전자를 염색체상에서 제거된 GAS255를 개발하였다. 최종적으로 chorismate를 4-HBA로 전환하는 효소의 유전자 ubiCpr을 pcaHG에 삽입된 GAS355를 개발하였으며, 80 g/l 포도당을 함유한 삼각플라스크에서 발효하여 생산성을 평가한 결과, 2.3 g/l 4-HB alcohol이 생산되었으며 부산물로 0.32 g/l 4-HBA, 0.3 g/l 4-HB aldehyde가 축적되었다.
Zhang, Ying;Ma, Ruiqiang;Zhao, Zhonglin;Zhou, Zhengfu;Lu, Wei;Zhang, Wei;Chen, Ming
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제20권7호
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pp.1156-1162
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2010
During ethanol fermentation, bacterial strains may encounter various stresses, such as ethanol and acid shock, which adversely affect cell viability and the production of ethanol. Therefore, ethanologenic strains that tolerate abiotic stresses are highly desirable. Bacteria of the genus Deinococcus are extremely resistant to ionizing radiation, ultraviolet light, and desiccation, and therefore constitute an important pool of extreme resistance genes. The irrE gene encodes a general switch responsible for the extreme radioresistance of D. radiodurans. Here, we present evidence that IrrE, acting as a global regulator, confers high stress tolerance to a Zymomonas mobilis strain. Expression of the gene protected Z. mobilis cells against ethanol, acid, osmotic, and thermal shocks. It also markedly improved cell viability, the expression levels and enzyme activities of pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase, and the production of ethanol under both ethanol and acid stresses. These data suggest that irrE is a potentially promising gene for improving the abiotic stress tolerance of ethanologenic bacterial strains.
We isolated a 10 kb Bam HI fragment originated from the chromosome of a $H_2O$$^2$-resistant mutant strain of Streptomyces coelicolor, which confer $H_2O$$^2$-resistance to S. lividance upon transformation. Among various subclones ot 10kb Bam HI fragment tested for their $H_2O$$^2$-resistant phenotype in S. lividans, a subclone containing 5.2 kb Bam HI-BglII fragment was found to be responsible for $H_2O$$^2$-resistance. The plasmid containing this 5.2 kb fragment was then transformed into S. coellicolor A3(2) at early and tested for their phenotype of $H_2O$$^2$-resistance and the change in various enzymes whose activity can be stained in the gel. We found out that the 5.2 kb insert DNA conferred $H_2O$$^2$-resisstance in S. coelicolor A3(2) at early phase of cell growth. The presence of this DNA also resulted in higher level of peroxidase compared with the wild type cell containing parental vector (pIJ702) only. Esterase activity was also higher in this clone. However, alcohol dehydrogenase activity decreased compared with the wild type. These results suggest that the presence of a gene in 5.2 kb BamHI-BglII DNA fragment causes multiple changes in S. coelicolor related to its response against hydrogen peroxide. The result also implies that not only peroxidase but also esterase may function in the defencse meahsnism agianst $H_2O$$^2$-.
Tiba Nazar Ibrahim Al Azawi;Murtaza Khan;Bong-Gyu Mun;Song-Uk Lee;Da-sol Lee;Waqas Rahim;Anjali Pande;Nusrat Jahan Methela;Cho-Jun Ho;Byung-Wook Yun
한국작물학회:학술대회논문집
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한국작물학회 2022년도 추계학술대회
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pp.143-143
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2022
Plant defense systems against pathogens have been studied extensively and are currently a hot topic in plant science. Using a reverse genetics technique, this study looked into the involvement of the NO-downregulated NAD(P)-binding Rossmann-fold superfamily gene in plant growth and defense in Arabidopsis thaliana. For this purpose, the knockout and overexpressing plant of the candidate gene along with the relevant controls were exposed to control, oxidative and nitro-oxidative stresses. The results showed that candidate gene negatively regulates plants' root and shoot lengths. To investigate the role of the candidate gene in plant basal defense, R-gene-mediated resistance and systemic acquired resistance (SAR) plants were challenged with virulent or avirulent strains of Pseudomonas syringae pathovar tomato (Psf) DC3000. The results showed that the candidate gene negatively regulates plants' basal defense, R-gene-mediated resistance and SAR. Further characterization via GO analysis associated the candidate gene with metabolic and cellular processes and response to light stimulus, nucleotide binding and cellular location in the cytosol and nucleus. Protein structure analysis indicated the presence of a canonical Oxidoreductase family NAD (P)-binding Rossmann fold domain of 120 amino acids with a total of 121 plant homologs across 35 different plant species in the clad streptophyta. Arabidopsis eFP browser showed its expression in almost all the above-ground parts. Protein analysis indicated C225 and C359 as potential targets for S-Nitrosylation by NO. SMART analysis indicated possible interactions with mevalonate/galactokinase, galacturonic acid kinase, arabinose kinase, putative xylulose kinase, GroES-like zinc-binding alcohol dehydrogenase and various glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenases.
In beer, glutathione works as the main antioxidant compound, which also correlates with the stability of the beer flavor. In addition, high residual sugars in beer contribute to major nonvolatile components, which are reflected in a high caloric content. Therefore, in this study, the Saccharomyces cerevisiae GSH1 gene encoding glutamylcysteine synthetase and the Saccharomycopsis fibuligera ALP1 gene encoding ${\alpha}$-amylase were coexpressed in industrial brewing yeast strain Y31 targeting the ${\alpha}$-acetolactate synthase (AHAS) gene (ILV2) and alcohol dehydrogenase gene (ADH2), resulting in the new recombinant strain TY3. The glutathione content in the fermentation broth of TY3 increased to 43.83 mg/l as compared with 33.34 mg/l in the fermentation broth of Y31. The recombinant strain showed a high ${\alpha}$-amylase activity and utilized more than 46% of the starch as the sole carbon source after 5 days. European Brewery Convention tube fermentation tests comparing the fermentation broths of TY3 and Y31 showed that the flavor stability index for TY3 was 1.3-fold higher, whereas its residual sugar concentration was 76.8% lower. Owing to the interruption of the ILV2 gene and ADH2 gene, the contents of diacetyl and acetaldehyde as off-flavor compounds were reduced by 56.93% and 31.25%, respectively, when compared with the contents in the Y31 fermentation broth. In addition, since no drug-resistant genes were introduced to the new recombinant strain, it should be more suitable for use in the beer industry, owing to its better flavor stability and other beneficial characteristics.
A yeast strain secreting glucoamylase was transformed with an expression vector (pMS12) containing the promoter of yeast alcohol dehydrogenase I gene ADC1, mouse salivary $\alpha$-amylase cDNA, and a segment of yeast $21\mu m$ plasmid. The transformed strain could produce ethanol from starch (4%, w/v) through a direct one-step process with the conversion efficiency of 93.2%, during 5 days of fermentation, while the original, untransformed strain exhibited a conversion efficiency of 38.1% under the same condition. When the regulatory site of the ADC1 promoter region was removed, the production of ethanol increased to 29~37% in the presence of exogenous 3%(v/v) ethanol in the fermentation medium.
Wang, Jin-Jing;Wang, Zhao-Yue;Liu, Xi-Feng;Guo, Xue-Na;He, Xiu-Ping;Wense, Pierre Christian;Zhang, Bo-Run
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제20권4호
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pp.767-774
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2010
In this study, the problems of high caloric content, increased maturation time, and off-flavors in commercial beer manufacture arising from residual sugar, diacetyl, and acetaldehyde levels were addressed. A recombinant industrial brewing yeast strain (TQ1) was generated from T1 [Lipomyces starkeyi dextranase gene (LSD1) introduced, ${\alpha}$-acetohydroxyacid synthase gene (ILV2) disrupted] by introducing Saccharomyces cerevisiae glucoamylase (SGA1) and a strong promoter (PGK1), while disrupting the gene coding alcohol dehydrogenase (ADH2). The highest glucoamylase activity for TQ1 was 93.26 U/ml compared with host strain T1 (12.36 U/ml) and wild-type industrial yeast strain YSF5 (10.39 U/ml), respectively. European Brewery Convention (EBC) tube fermentation tests comparing the fermentation broths of TQ1 with T1 and YSF5 showed that the real extracts were reduced by 15.79% and 22.47%; the main residual maltotriose concentrations were reduced by 13.75% and 18.82%; the caloric contents were reduced by 27.18 and 35.39 calories per 12 oz. Owing to the disruption of the ADH2 gene in TQ1, the off-flavor acetaldehyde concentrations in the fermentation broth were 9.43% and 13.28%, respectively, lower than that of T1 and YSF5. No heterologous DNA sequences or drug resistance genes were introduced into TQ1. Hence, the gene manipulations in this work properly solved the addressed problems in commercial beer manufacture.
Rice blast fungus, Magnaporthe oryzae, is the most destructive pathogen of rice in the world. This fungus has a biotrophic phase early in infection and switches to a necrotrophic lifestyle after host cell death. During the biotrophic phase, the fungus competes with host for nutrients and oxygen. Continuous uptake of oxygen is essential for successful establishment of blast disease of this pathogen. Here, we report transcriptional responses of the fungus to oxygen limitation. Transcriptome analysis using RNA-Seq identified 1,047 up-regulated genes in response to hypoxia. Those genes were involved in mycelial development, sterol biosynthesis, and metal ion transport based on hierarchical GO terms and well-conserved among three different fungal species. In addition, null mutants of three hypoxia-responsive genes were generated and tested for their roles on fungal development and pathogenicity. The mutants for a sterol regulatory element-binding protein gene, MoSRE1, and C4 methyl sterol oxidase gene, ERG25, exhibited increased sensitivity to hypoxia-mimetic agent, increased conidiation, and delayed invasive growth within host cells, suggesting important roles in fungal development. However, such defects did not cause any significant decrease in disease severity. The other null mutant for alcohol dehydrogenase gene, MoADH1, showed no defect in the hypoxia-mimic condition and fungal development. Taken together, this comprehensive transcriptional profiling in response to a hypoxia condition with experimental validations would provide new insights on fungal development and pathogenicity in plant pathogenic fungi.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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