Kim, Mi-Jin;Kim, Sang-Hyuk;Lee, Jae-Hyung;Seo, Jin-Ho;Lee, Jong-Hwan;Kim, Jong-Hyun;Kim, Yeon-Hee;Nam, Soo-Wan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제18권12호
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pp.1938-1944
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2008
The procpb gene encoding human procarboxypeptidase B (proCPB, GeneBank access code AJ224866) was cloned and its Pichia expression plasmid, $pPIC9{\alpha}$/hproCPB (9.2 kb), was constructed, in which procpb was under the control of the AOXl promoter and connected to the downstream of the mating factor ${\alpha}$-1 ($MF{\alpha}1$) signal sequence. The plasmid was linearized by digestion with Sacl, and integrated into the genome of P. pastoris strain GS115. By culturing of Pichia transformant on methanol medium, the human proCPB was successfully expressed and secreted into the culture supernatant. Moreover, Western blot analysis of the extracellular proteins showed proCPB bands clearly at a molecular mass of 45 kDa, confirming the expression of proCPB with its right size. The CPB activity reached about 3.5 U/ml and 12.7 U/ml in the flask and fermentor batch cultures of Pichia transformant, respectively. No CPB enzyme activity was found in the intracellular fraction. When the fed-batch cultivation was performed with methanol and glycerol mixture as a feeding medium, the extracellular CPB activity was increased to 42.0 U/ml, which corresponds to a 3.3-fold higher level of CPB activity than that of batch culture. The $K_m$ and $k_{cat}$ values of recombinant human CPB enzyme for hippuryl-$_L$-Arg as a substrate were estimated to be 0.16 mM and $11.93\;sec^{-1}$, respectively.
Fed-batch cultures of Hansenula polymorpha were studied to develop an efficient biosystem to produce recombinant human serum albumin (HSA). To comply with this purpose, we used a high-purity oxygen-supplying strategy to increase the viable cell density in a bioreactor and enhance the production of target protein. A mutant strain, H. polymorpha GOT7, was utilized in this study as a host strain in both 5-l and 30-l scale fermentors. To supply high-purity oxygen into a bioreactor, nearly 100% high-purity oxygen from a commercial bomb or higher than 93% oxygen available in situ from a pressure swing adsorption (PSA) oxygen generator was employed. Under the optimal fermentation of H. polymorpha with highpurity oxygen, the final cell densities and produced HSA concentrations were 24.6 g/l and 5.1 g/l in the 5-l fermentor, and 24.8 g/l and 4.5 g/l in the 30-l fermentor, respectively. These were about 2-10 times higher than those obtained in air-based fed-batch fermentations. The discrepancies between the 5-l and 30-l fermentors with air supply were presumably due to the higher contribution of surface aeration over submerged aeration in the 5-l fermentor. This study, therefore, proved the positive effect of high-purity oxygen in enhancing viable cell density as well as target recombinant protein production in microbial fermentations.
호알카리성 Alcaligenes속의 한 균종응 이용하여 peptide계 생분해성 고분자인 ${\gamma}$-PGA( p이yglutarnic a acid}의 회분 맺 연속배양어l 의한 대량 생산성을 조사하였다. 화분배양시 ${\gamma}$-PGA의 생생량 벚 생산생은 포도당 농도 50g/P 까지 포도당의 농도증가에 따라 증가하였으나 최대 생산수율은 10gjP 의 포도당 농도 에서 얻어졌으며, 이때의 수율은 63% 이였다. 또, 비 증식속도는 포도당 농도 50g/l 에셔 약 $0.25hr^{-1}$로 최대값을 나타냈으나, 이 이상의 농도에서는 고농도 기섣에 의한 균체생육의 저해륜 나타내였다. 온도, pH 및 교반속도(rpm)를 독랩변수로 한 반응표면 분 석에 의한 ${\gamma}$-PGA 생산의 최적 희분배양 조건은 배 양온도 $31^{\circ}C$, pH 10 및 회전속도 87rpm의 정상점에 서 얻어졌으며, 이 조건에서 ${\gamma}$-PGA의 생산량은 약 11g/l 로 추정되었다. 연속배양의 경우 wash out은 희석률 0.5hr-1에서 일어났으며, 희석률 $0.40hr^{-1}$일 때 최대 생산성을 나타내였고, 최대 생산생은 2.80g/l/h로 회분배양보다 약 9배 높았다.
Fazenda, Mariana L.;Harvey, Linda M.;McNeil, Brian
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제20권4호
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pp.844-851
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2010
Controlling the dissolved oxygen (DO) in the fed-batch culture of the medicinal mushroom Ganoderma lucidum led to a 2-fold increase of the maximum biomass productivity compared with uncontrolled DO conditions. By contrast, extracellular polysaccharide (EPS) production was two times higher under oxygen limitation (uncontrolled DO) than under increased oxygen availability (controlled DO). Morphologically, dispersed mycelium was predominant under controlled DO conditions, with highly branched hyphae, consistent with the enhanced culture growth noted under these conditions, whereas in the uncontrolled DO process mycelial clumps were the most common morphology throughout the culture. However, in both cultures, clamp connections were found. This is an exciting new finding, which widens the applicability of this basidiomycete in submerged fermentation. In rheological terms, broths demonstrated shear-thinning behavior with a yield stress under both DO conditions. The flow curves were best described by the Herschel-Bulkley model: flow index down to 0.6 and consistency coefficient up to 0.2 and 0.6 Pa $s^n$ in uncontrolled and controlled cultures DO, respectively. The pseudoplastic behavior was entirely due to the fungal biomass, and not to the presence of EPS (rheological analysis of the filtered broth showed Newtonian behavior). It is clear from this study that dissolved oxygen tension is a critical process parameter that distinctly influences G. lucidum morphology and rheology, affecting the overall performance of the process. This study contributes to an improved understanding of the process physiology of submerged fermentation of G. lucidum.
Penicillin G amidase(PGA, benzylpenicillinamidohydrolase, EC 3.5.1.11)는 penicillin G를 phenylacetic acid(PAA)와 6-aminopenicillanic acid(6-APA)로 분해하는 효소이다. Escherichia coli(E. coli) ATCC 11105의 PGA는 24 kDa의 small subunit과 65 kDa의 large subunit으로 구성되어 있고, precursor polypeptide에서 signal peptide와 spacer peptide가 절단되어 활성을 가진 heterodimer가 형성된다. 본 연구에서는 E. coli ATCC 11105에서 PCR(polymerase chain reaction)을 통해 증폭한 pga gene을 expression vector에 넣어 pET-pga plasmid를 제작하였고, 이것을 E. coli BL21 (DE3) 균주에 형질 전환하여 PGA를 발현하고 그 활성을 분석하였다. E. coli BL21(DE3)/pET-pga 균주의 고밀도 배양액을 SDS-PAGE로 분석 했을 때, PGA의 precursor, large subunit, 그리고 small subunit으로 보이는 protein band가 나타났으며, PGA가 soluble form의 precursor로 발현되어 processing을 거쳐서 large subunit과 small subunit으로 절단되기도 하고, 일부는 insoluble form의 precursor로 발현되기도 하는 것으로 생각된다. 유가배양시 온도변화 전략을 사용하여 고농도 배양에서 발현을 유도하였다. 온도변화 전략은 $37^{\circ}C$에서 $28^{\circ}C$를 거쳐 $22^{\circ}C$로 3단계로 변화시켰다. 이러한 전략으로 PGA활성은 19.6 U/mL이며 균체량은 600 nm에서 흡광도가 62까지 도달하였다.
Park, Ki-Moon;Song, Min-Woo;Kang, Seog-Jin;Lee, Jae-Heung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제17권7호
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pp.1221-1225
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2007
A ${\beta}$-ionone-resistant mutant strain isolated from the red yeast Xanthophyllomyces dendrorhous KCTC 7704 was used for batch and continuous fermentation kinetic studies with glucose media in a 2.5-1 jar fermentor at $22^{\circ}C$ and pH 4.5. The kinetic pattern of growth and carotenoid concentration in the batch fermentations exhibited a so-called mixed-growth-associated product formation, possibly due to the fact that the content of intracellular carotenoids depends on the degree of physical maturation toward adulthood. To determine the maximum specific growth rate constant (${\mu}_m$) and Monod constant ($K_s$) for the mutant, glucose-limited continuous culture studies were performed at different dilution rates within a range of $0.02-0.10\;h^{-1}$. A reciprocal plot of the steady-state data (viz., reciprocal of glucose concentration versus residence time) obtained from continuous culture experiments was used to estimate a ${\mu}_m$ of $0.15\;h^{-1}$ and $k_s$ of 1.19 g/l. The carotenoid content related to the residence time appeared to assume a typical form of saturation kinetics. The maximum carotenoid content ($X_m$) for the mutant was estimated to be $1.04\;{\mu}g/mg$ dry cell weight, and the Lee constant ($k_m$), which was tentatively defined in this work, was found to be 3.0 h.
Park, Jong-il;Lee, Sang-Yup;Kyungsup Shin;Lee, Woo-Gi;Park, Si-Jae;Chang, Ho-Nam;Chang, Yong-Keun
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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제7권6호
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pp.371-374
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2002
Production of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate)[P(3HB/V)], by fed-batch culture of recombinant Escherichia coli harboring a plasmid containing the Alcaligenes latus polyhy-droxyalkanoate (PHA) biosynthesis genes, was examined in two pilot-scale fermentors with air supply only, In a 30 L fermentor having a XLa value of 0.11 S$^1$, the final P(3HB/V) concentration and the P(3HB/V) content obtained were 29.6 g/L and 70.1 wt%, respectively giving a productivity of 1.37 g P(3HB/V)/L-h. In a 300 L fermentor having a XLa of 0.03 S$^1$, the P(3HB/V) concentration and the P(3HB/V) content were 20.4 g/L and 69 wt%, respectively giving a productivity of 1.06g P(3HB/V)/L-h. These results suggest that economical production of P(3HB/V) is possible by fed-batch culture of recombinant E. coli in a large-scale fermentor having low KLa value.
It has been proved that co-cultivation of human neroblastoma cells and human fibroblast cells can enhance nerve cell growth and the production of BDNF in perfusion cultivation. In batch co-cultivation, maximum cell density was increased up to 1.76${\times}$106 viable cells/mL from 9${\times}$105 viable cells/mL of only neuroblastoma cell culture. The growth of neuroblastoma cells was greatly improved by culturing both nerve and fibroblast cells in a perfusion process, maintaining 1.5${\times}$106 viable cells/mL, which was much higher than that form fed-batch cultivation. The nerve cell growth was greatly enhance in both fed-batch and perfusion cultivations while the growth of fibroblast cells was not. It strongly implies that the factors secreted from human fibrobast cells and/or the environments of co-culture system can enhance both cell growth and BDNF secretion. Specific BDNF production rate was not enhanced in co-cultures; however, the production period was increased as the cell growth was lengthened in the co-culture case. Competitive growth between nerve cells and fibroblast cells was not observed in all cases, showing no changes of fibroblast cell growth and only enhancement of the neuroblastoma cell growth and overall BDNF production. It was also found that the perfusion cultivation was the most appropriate process for cultivating two cell lines simultaneously in a bioreactor.
A hyperthermophilic archaeon, $Thermococcus$$onnurineus$ NA1 was studied to investigate its fermentation characteristics using various carbon sources including formate, maltose and carbon monoxide during the anaerobic batch cultivation at $80^{\circ}C$. Formate was the best carbon source for cell growth and hydrogen production among others. In the batch culture on formate, it was found that the cell concentration increased exponentially by 12 hrs of culture, after which the cell growth and formate consumption was retarded. Hydrogen production was continued more than 24 hrs although the cell growth was ceased at 18 hrs. Hydrogen production rate was directly correlated with the cell growth and formate degradation up to 18 hrs, and the average hydrogen production yield was 1.05 mole-$H_2$/mole-formate. Cell growth and hydrogen production were optimized at the initial pH 6-7, while inhibited at the initial pH lower than 5 and higher than 9.
For mass production of polyhydroxyalkanoates (PHA), high cell density cultures of Alcaligenes eutrophus by fed-batch culture under phosphate-limitation condition has been investigated. PHA accumulation by the regulation by the regulation of initial phosphate concentration could be automatically induced, and high density cell culture above 200 g/L also could be successfully produced. The production of Poly-$\beta$-hydroxybutyrate (PHB) and dry cell weight increased with increasing the initial phosphate concentration. When the initial concentrations of phosphate were in the ranges of 1.5~4.5 g-PO$_4$/L, PHB and dry cell weight obtained were 83~266 g/L and 61~216 g/L, respectively, and PHB productivity was in the ranges of 1.35~3.10 g/L.h. When a mixture of glucose and propionic acid is used as carbon sources, poly(3-hydroxybutyrate-co-poly-3-hydroxyvalerate), P(3HB-co-3HV), could be also successfully produced under phosphate limitation condition. When the mole ratio of propionic acid to glucose in the feeding solution is 0.22, a final dry cell weight of 150 g/L and a P(3-HB-co-3HV) of 90 g/L were produced. Morphological changes and size distribution of PHB granules synthesized in A. eutrophus under phosphate-limitation condition are determined by TEM during the course of fed-batch. Mean granule diameters of PHB produced are in the range of 0.36~0.39 $\mu$m, and mean cell size was elongated from 0.54~0.59 $\mu$m$\times$ 1.3~1.5 $\mu$m to 0.83~0.89 $\mu$m $\times$2.0~2.3 $\mu$m. Phosphate concentration in media did not affect size distribution of PHB granule and cell.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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