Metabolically engineered Escherichia coli strains harboring a plasmid containing a novel artificial polyhydroxyalkanoate (PHA) operon consisting of the Aeromonas PHA biosynthesis related genes and Ralstonia eutropha reductase gene were developed for the production of poly(3-hydroxybutyrate-co-hydroxyhexanoate) [P(3HB-co-3HHx)] from dodecanoic acid. By applying stepwise reduction of dissolved oxygen concentration (DOC) during the fermentation, the final dry cell weight, PHA concentration, and PHA content of 79 g/L, 21.5 g/L, and 27.2 wt%, respectively, were obtained in 40.8 h, which resulted in the PHA productivity of 0.53 g/L/h. The 3HHx fraction slowly increased during the fed-batch culture to reach a final value of 10.8 mol%. The 3HHx fraction in the copolymer could be increased by three fold when the Aeromonas hydrophila orfl gene was co-expressed with the PHA biosynthesis genes.
Metabolism is essential for survival and reproduction, and there is a metabolic pathways entry in the clusters of orthologous groups of proteins (COGs) database, updated in 2020. In this study, the metabolic pathways of 1309 prokaryotes were analyzed using COGs. There were 822 COGs associated with 63 metabolic pathways, and the mean for each taxon was between 200.50 (mollicutes) and 527.07 (cyanobacteria) COGs. The metabolic pathway composition ratio (MPCR) was defined as the number of COGs present in one genome in relation to the total number of COGs constituting each metabolic pathway, and the number of pathways with 100% MPCR ranged from 0 to 26 in each prokaryote. Among 1309 species, the 100% MPCR pathways included murein biosynthesis associated with cell wall synthesis (922 species); glycine cleavage (918); and ribosomal 30S subunit synthesis (903). The metabolic pathways with 0% MPCR were those involving photosystem I (1263 species); archaea/vacuolar-type ATP synthase (1028); and Na+-translocation NADH dehydrogenase (976). Depending on the prokaryote, three to 49 metabolic pathways could not be performed at all. The sequence of most highly conserved metabolic pathways was ribosome 30S subunit synthesis (96.1% of 1309 species); murein biosynthesis (86.8%); arginine biosynthesis (80.4%); serine biosynthesis (80.3%); and aminoacyl-tRNA synthesis (82.2%). Protein and cell wall synthesis have been shown to be important metabolic pathways in prokaryotes, and the results of this study of COGs related to such pathways can be utilized in, for example, the development of antibiotics and artificial cells.
A new series comprising phenylacetyl-homoserine lactones (HSLs), caffeoyl-HSL and feruloyl-HSL, was biologically synthesized using an artificial de novo biosynthetic pathway. We developed an Escherichia coli system containing artificial biosynthetic pathways that yield phenylacetyl-HSLs from simple carbon sources. These artificial biosynthetic pathways contained the LuxI-type synthase gene (rpaI) in addition to caffeoyl-CoA and feruloyl-CoA biosynthetic genes, respectively. Finally, the yields for caffeoyl-HSL and feruloyl-HSL were $97.1{\pm}10.3$ and $65.2{\pm}5.7mg/l$, respectively, by tyrosine-overproducing E. coli with a $\text\tiny{L}$-methionine feeding strategy. In a quorum sensing (QS) competition assay, feruloyl-HSL and p-coumaroyl-HSL antagonized the QS receptor TraR in Agrobacterium tumefaciens NT1, whereas caffeoyl-HSL did not.
Proceedings of the Korean Society for Bioinformatics Conference
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2005.09a
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pp.151-155
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2005
Recently, systems biology has been increasingly applied to gain insights into the complexity of living organisms. Many inaccessible biological information and hidden evidences fur example flux distribution of the metabolites are simply revealed by investigation of artificial cell behaviors. Most bio-models are models of single cell organisms that cannot handle the multi-cellular organisms like plants. Herein, a structured and multi-cellular model of potato was developed to comprehend the root starch biosynthesis. On the basis of simplest plant cell biology, a potato structured model on the platform of Berkley Madonna was divided into three parts: photosynthetic (leaf), non-photosynthetic (tuber) and transportation (phloem) cells. The model of starch biosynthesis begins with the fixation of CO$_2$ from atmosphere to the Calvin cycle. Passing through a series of reactions, triose phosphate from Calvin cycle is converted to sucrose which is transported to sink cells and is eventually formed the amylose and amylopectin (starch constituents). After validating the model with data from a number of literatures, the results show that the structured model is a good representative of the studied system. The result of triose phosphate (DHAP and GAP) elevation due to lessening the aldolase activity is an illustration of the validation. Furthermore, the representative model was used to gain more understanding of starch production process such as the effect of CO$_2$ uptake on qualitative and quantitative aspects of starch biosynthesis.
Resveratrol, which is a polyphenolic antioxidant, is dose-dependent when used to provide health benefits, to enhance stress resistance, and to extend lifespans. However, even though resveratrol has therapeutic benefits, its clinical therapeutic effect is limited owing to its low oral bioavailability. An Escherichia coli system was developed that contains an artificial biosynthetic pathway that produces resveratrol glucoside derivatives, such as resveratrol-3-Oglucoside (piceid) and resveratrol-4'-O-glucoside (resveratroloside), from simple carbon sources. This artificial biosynthetic pathway contains a glycosyltransferase addition (YjiC from Bacillus) with resveratrol biosynthetic genes. The produced glucoside compounds were verified through the presence of a product peak(s) and also through LC/MS analyses. The strategy used in this research demonstrates the first harnessing of E. coli for de novo synthesis of resveratrol glucoside derivatives from a simple sugar medium.
Park, Myoung-Jin;Yon, Jei-Oh;Lim, Si-Kyu;Ryu, Dewey D.-Y.;Nam, Doo-Hyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.14
no.3
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pp.635-638
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2004
An ATP-binding-cassette (ABC) transporter gene in the cephabacin biosynthetic gene cluster of Lysobacter lactamgenus was characterized. The amplified orf10 (cpbJ) gene was subcloned into pET-28a(+) vector and expressed in E. coli BL21(DE3) strain by 0.5 mM IPTG at $30^{\circ}C$. The membrane fraction of recombinant E. coli cells was separated by ultracentrifugation, and solubilized using 2.5% octyl-$\beta$-D-glucoside. Using the solubilized membrane fraction, the artificial proteoliposomes were reconstituted and analyzed for the biological activity of CpbJ protein. Upon measuring ATPase activity, the proteoliposome made from recombinant E. coli membrane proteins showed slightly higher activity than that from host E. coli membrane proteins. In the measurement of membrane transport activity, the reconstituted proteoliposome of recombinant E. coli membrane proteins exhibited higher activity when both substrates of cephalosporin C and L-Ala-L-Ser were applied, compared to the case of cephalosporin C or L-Ala-L-Ser only. It implies that the CpbJ protein is an ABC transporter secreting cephabacin antibiotics synthesized in cytoplasm.
Iturriaga, Enrique A.;Velayos, Antonio;Eslava, Arturo P.
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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v.5
no.4
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pp.263-274
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2000
Carotenoids are widely distributed natural pigments which are in an increasing demand by the market, due to their applicatins in the human food, animal feed, cosmetics, and pharmaceutical industries. Although more than 600 carotenoids have been identified in nature, only a few are industrially important (${\beta}$-carotene, astaxanthin, lutein or lycopene). To date chemical processes manufacture most of the carotenoid production, but the interest for carotenoids of biological origin is growing since theire is an increased public concern over the safety of artificial food colorants. Although much interest and effort has been devoted to the use of biological sources for industrially important carotenoids, only the production of biological ${\beta}$-carotene and astaxanthin has been reported. Among fungi, several Mucorales strains, particularly Blakeslea trispora, have been used to develop fermentation processes for the production of ${\beta}$-carotene on almost competitive cost-price levels. Similarly, the basidiomycetous yeast Xanthophyllomyces dendrorhous (the perfect state of Phaffia rhodozyma), has been proposed as a promising source of astaxanthin. This paper focuses on recent findings on the fungal pathways for carotenoid production, especially the structure and function of the genes involved in the biosynthesis of carotenoids in the Mucorales. An outlook of the possibilities of an increased industrial production of carotenoids, based on metabolic engineering of fungi for carotenoid content and composition, is also discussed.
Minh, Nguyen Truong Cong;Thanh, Bui Tho;Truong, Le Xuan;Suong, Nguyen Thi Bang;Thao, Le Thi Xuan
Journal of IKEEE
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v.21
no.3
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pp.309-319
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2017
The research investigates the inhibition of fatty acid biosynthesis of the human Acetyl-CoA Carboxylase enzyme by the aromatic-structure inhibitors (also known as ligands) containing variables of substituents, contributing an important role in the treatment of fatty-acid metabolic syndrome expressed by the group of cardiovascular risk factors increasing the incidence of coronary heart disease and type-2 diabetes. The effective interoperability between ligand and enzyme is characterized by a 50% concentration of enzyme inhibitor ($IC_{50}$) which was determined by experiment, and the factor of geometry structure of the ligands which are modeled by quantum mechanical methods using HyperChem 8.0.10 and Gaussian 09W softwares, combining with the calculation of quantum chemical and chemico-physical structural parameters using HyperChem 8.0.10 and Padel Descriptor 2.21 softwares. The result data are processed with the combination of classical statistical methods and modern bioinformatics methods using the statistical softwares of Department of Pharmaceutical Technology - Jadavpur University - India and R v3.3.1 software in order to accomplish a model of the quantitative structure - activity relationship between aromatic-structure ligands inhibiting fatty acid biosynthesis of the human Acetyl-CoA Carboxylase.
Hyoung-Joon Park;Heesung Moon;Min Kyoung Lee;Min Soo Kim;Seok Heo;Chang-Yong Yoon;Sunyoung Baek
Analytical Science and Technology
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v.36
no.1
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pp.22-31
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2023
As the use of e-liquid cigarettes is rapidly increasing worldwide, it multiplies the potential risk undisclosed to the health of non- and smokers. To reduce the hazard, each country has its own set of regulations for controlling e-liquids. In Korea, the narrow definition of tobacco makes it difficult and have been steadily occurring tax evasion exploiting the difference in natural and artificial nicotine. Therefore, it is very important to distinguish source of nicotine for their regulation. To find biochemical discriminant markers, this study established analysis methods based on high-performance liquid chromatography coupled with diode array detector (HPLC-DAD) and high-performance liquid chromatography coupled with triple Quadrupole mass spectrometry (HPLC-MS/MS) for nicotine enantiomers and tobacco alkaloids targeted using the difference in pathways of nicotine biosynthesis and chemical synthesis. The method was validated by experimenting linearity (R2 > 0.999), recovery (80.99-108.41 %), accuracy (94.11-109.73 %) and precision (0.04-8.27 %). Then, the results for discrimination of the nicotine obtained from analysis of 65 commercial e-liquid products available in Korean market was evaluated. The method successfully applied to the e-liquids and one sample labelled 'synthetic nicotine' for tax exemption was found to contain a natural nicotine product. This method can be used to determine whether an e-liquid product uses natural or artificial nicotine and monitor non-taxable e-liquid products. The method is more scientific than the existing one, which relies only on field evidence.
Streptomyces coelicolor is a filamentous soil bacterium producing several kinds of antibiotics. S. coelicolor abs8752 is an abs (antibiotic synthesis deficient)-type mutation at the absR locus; it is characterized by an incapacity to produce any of the four antibiotics synthesized by its parental strain J1501. A chromosomal DNA fragment from S. coelicolor J1501, capable of complementing the abs- phenotype of the abs8752 mutant, was cloned and analyzed. DNA sequencing revealed that two complete ORFs (SCO6992 and SCO6993) were present in opposite directions in the clone. Introduction of SCO6992 in the mutant strain resulted in a remarkable increase in the production of two pigmented antibiotics, actinorhodin and undecylprodigiosin, in S. coelicolor J1501 and abs8752. However, introduction of SCO6993 did not show any significant difference compared to the control, suggesting that SCO6992 is primarily involved in stimulating the biosynthesis of antibiotics in S. coelicolor. In silico analysis of SCO6992 (359 aa, 39.5 kDa) revealed that sequences homologous to SCO6992 were all annotated as hypothetical proteins. Although a metalloprotease domain with a conserved metal-binding motif was found in SCO6992, the recombinant rSCO6992 did not show any protease activity. Instead, it showed very strong β-glucuronidase activity in an API ZYM assay and toward two artificial substrates, p-nitrophenyl-β-D-glucuronide and AS-BI-β-D-glucuronide. The binding between rSCO6992 and Zn2+ was confirmed by circular dichroism spectroscopy. We report for the first time that SCO6992 is a novel protein with β-glucuronidase activity, that has a distinct primary structure and physiological role from those of previously reported β-glucuronidases.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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