For the treatment of poorly biodegradable polyvinyl alcohol(PVA) in dye-processing wastewater, immobilized microbial beads were prepared by uslng agar-acrylamide method. PVA removal efficiency for the synthetic wastewater was 85% at the PVA volume loading rate of $3.1g/\ell$.day. In case of real desizing wastewater, PVA removal efficiency was 81.3% at the PVA volume loading rate of $3.25g/\ell$.day. In observation of cross section of immobilized bead passed 5 months with diameter of 2.4mm, the growth of cell was limited by the resistance of substrate and oxygen transfer for the inners region of more than 48% of bead radius from the surface. It was estimated that 70% of total removed PVA was degraded by the immobilized cells in the continuous immobilized reactor. Substrate utilization rate in the suspended reactor was decreased with increasing dilution rates above 0.083 hr-1, but that in the immobilized reactor was increased with increasing dilution rates up to 0.125hr-1. The substrate removal efficiency of immobilized reactor was much superior to that of suspended reactor with increasing dilution rates. Saturation constant of substrate utilization rate equation, Ks was $6.6 g PVA/\ell$, and maximum specific substrate utilization. k was 0.175g PVA/g cell.hr
A poly-(dimethylsiloxane) (PDMS) surface modified by the successive deposition of the polyelectrolytes, poly-(allylamine hydrochloride) (PAH), poly-(diallyldimethylammoniumchloride) (PDAC), poly-(4-ammonium styrenesulfonic acid) (PSS), and poly-(acrylic acid) (PAA), was presented for the application of selective cell immobilization. It is formed via electrostatic attraction between adjacent layers of opposite charge. The modified PDMS surface was examined using static contact angle measurements and fourier transform infrared (FT-IR) spectrophotometer. The wettability of the PDMS surface could be easily controlled and functionalized to be biocompatible through regulation of layer numbers. The modified PDMS surface provides appropriate environment for adhesion to cells, which is essential technology for cell patterning with high yield and viability in the patterning process. This method is reproducible, convenient, and rapid. It could be applied to the fabrication of biological sensing, patterning, microelectronics devices, screening system, and study of cell-surface interaction.
Park, Ah-Reum;Koo, Bong-Seong;Kim, Jin-Sook;Kim, Eun-Jeong;Lee, Hyeon-Cheol
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.44
no.4
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pp.504-511
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2016
Lactulose, a synthetic disaccharide, has received increasing interest because of its role as a prebiotic that can increase the proliferation of Bifidobacterium and Lactobacillus spp. and enhance the absorption of calcium and magnesium. While the industrial production of lactulose is still mainly achieved by the chemical isomerization of lactose in alkaline media, this process has drawbacks including the need to remove catalysts and by-products, as well as high energy requirements. Recently, the use of cellobiose 2-epimerase (CE) has been considered an interesting alternative for industrial lactulose production. In this study, to develop a process for enzymatic lactulose production using CE, we screened improved mutant enzymes ($CS-H^RC^E$) from a library generated by an error-prone PCR technique. The thermostability of one mutant was enhanced, conferring stability up to $75^{\circ}C$, and its lactulose conversion yield was increased by 1.3-fold compared with that of wild-type CE. Using a recombinant Escherichia coli strain harboring a CS35 $H^RC^E$-expressing plasmid, we prepared cell beads immobilized on a Ca-alginate substrate and optimized their reaction conditions. In a batch reaction with 200 g/l lactose solution and the immobilized cell beads, lactose was converted into lactulose with a conversion yield of 43% in 2 h. In a repeated 38-plex batch reaction, the immobilized cell beads were relatively stable, and 80% of the original enzyme activity was retained after 4 cycles. In conclusion, we developed a reasonable method for lactulose production by immobilizing cells expressing thermostable CE. Further development is required to apply this approach at an industrial scale.
PURPOSE. This study was performed to investigate the ability of recombinant human-bone morphogenic protein-2 immobilized on a heparin-grafted bone substrate to enhance the osteoblastic functions. MATERIALS AND METHODS. The Bio-$Oss^{(R)}$, not coated with any material, was used as a control group. In rhBMP-2-Bio-$Oss^{(R)}$ group, rhBMP-2 was coated with Bio-$Oss^{(R)}$ using only deep and dry methods (50 ng/mL, 24 h). In heparinized rhBMP-2-Bio-$Oss^{(R)}$ group, dopamine was anchored to the surface of Bio-$Oss^{(R)}$, and coated with heparin. rhBMP-2 was immobilized onto the heparinized- Bio-$Oss^{(R)}$ surface. The release kinetics of the rhBMP-2-Bio-$Oss^{(R)}$ and heparinized rhBMP-2-Bio-$Oss^{(R)}$ were analyzed using an enzyme-linked immunosorbent assay. The biological activities of the MG63 cells on the three groups were investigated via cytotoxicity assay, cell proliferation assay, alkaline phosphatase (ALP) measurement, and calcium deposition determination. Statistical comparisons were carried out by one-way ANOVA test. Differences were considered statistically significant at $^*$P<.05 and $^{**}$P<.001. RESULTS. The heparinized rhBMP-2-Bio-$Oss^{(R)}$ showed more sustained release compared to the rhBMP-2-Bio-$Oss^{(R)}$ over an extended time. In the measurement of the ALP activity, the heparinized group showed a significantly higher ALP activity when compared with the non-heparinized groups (P<.05). The MG63 cells cultivated in the group with rhBMP-2 showed increased calcium deposition, and the MG63 cells from the heparinized group increased more than those that were cultivated in the non-heparinized groups. CONCLUSION. Heparin increased the rhBMP-2 release amount and made sustained release possible, and heparinized Bio-$Oss^{(R)}$ with rhBMP-2 successfully improved the osteoblastic functions.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.28
no.3
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pp.345-350
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2006
This study investigated the removal of recalcitrant organics in dyeing wastewater using a fluidized bed reactor(FBR) that contained cell-immobilized pellets. The pellets were manufactured and condensing the gel phase by mixing PEG-polymer and cells to form micro-porous PEG-polymer pellets whose size were ${\Phi}\;4mm{\times}H\;4mm$ on average. An industrial activated sludge without any pre-adaptation was used for the cell immobilization because it gave an equivalent removal efficiency to a pre-adapted sludges. The feed was obtained from an effluent of a biological treatment plant, which contained $SCOD_{Cr}$ of 330 mg/L and $SBOD_5$ of 20 mg/L. The $SCOD_{Cr}$ removal efficiency was over 45% and the effluent $COD_{Mn}$ concentration was less than 100 mg/L at HRTs from 6 to 24 hrs. The optimum HRT in the FBR was determined as 12 hrs considering the removal efficiency and cost. When a raw wastewater containing 768 mg/L of $COD_{Cr}$ was fed to the FBR, the effluent $COD_{Cr}$ concentration increased only slightly, giving a 70% of $COD_{Cr}$ removal or a 97% of $BCOD_5$ removal. This indicated that the FBR had an excellent capability of biodegradable organics removal also. In conclusion, the FBR could be applied to textile wastewater treatment in place of an activated sludge process.
This study aimed to fundamentally understand changes of cell parameters of cation-exchanged mordenites using high resolution X-ray powder diffraction for studies that immobilization of various heavy metal cation using synthesis mordenite (Na6.6Al6.6Si41.4O96·20.4H2O, Na-MOR). As a results of measurement by Thermogravimetric analysis (TGA), it was confirmed that 19.4, 20.4 water molecules per unit cell were present in monovalent-cation substituted MOR (Cs-MOR, Na-MOR), and 21, 23.1, 23.2 water molecules per unit cell were present in divalent-cation substituted MOR (Pb-MOR, Sr-MOR, Cd-MOR). The space group of all the samples were identified as Cmcm belonging to the orthorhombic crystal system. Compared to Na-MOR, starting material, relative peak intensity of (110) and (200) is significantly changed after cation substitution whereas peak position is almost similar. Also, (220) peak that was not found in Na-MOR was clearly observed in Pb-, Cd- and Sr-exchanged MOR. Thus, it was estimated that changes of atomic distribution usually occurred on ab-plane while changes of cell parameters were little. Detailed changes in the cell parameters of cation-exchanged mordenites were derived from whole profile fitting method using the GSAS suite program. Changes in the axial lengths and unit cell volume of cation substitution showed different relationship depending on ionic radius and charge number. In case of monovalent-cation substituted MOR, the length of a-axis increases whereas the length of b- and c-axis decrease by absorbed cation radius. In the case of divalent-cation exchanged MOR, the length of a-axis usually decreases while the length of b- and c-axis increases by cation radius. It was confirmed that unit cell volume of monovalent and divalent cation substituted MORs had an independent tendency by cation radius.
To assess the algicidal effect of a bacterium, Pseudomonas fluorescens HYK0210-SK09 (SK09), attached to activated carbon polyvinyl alcohol (ACPA) and cellulose sponge (CS) carriers against Stephanodiscus hantzschii, the present study was carried out in an indoor-microcosm. As comparing immobilization effects of two carriers, the ACPA carrier allowed for higher packing cell density of SK09 compared to the CS carrier. In the microcosm, immobilized SK09 cells were applied to control S. hantzschii blooms. Immobilized SK09 cells exhibited a species-specific activity towards the diatom, showing an algicidal effect up to 72% attached by ACPA carriers and to 51% attached by CS carriers. In particular, a level of conductivity treated with ACPA carriers was decreased than that of CS carriers. The present study clearly demonstrates that ACPA-immobilized SK09 cells could effectively control S. hantzschii blooms and improve water quality in the microcosm ecosystem.
Kim, Eun-Hye;Kim, In-Hye;Ha, Jung-Ah;Choi, Kwang-Tae;Pyo, Suhkneung;Rhee, Dong-Kwon
Journal of Ginseng Research
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v.37
no.3
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pp.315-323
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2013
Ginseng is known to have antistress effects. Previously, red ginseng (RG) was shown to repress stress-induced peptidyl arginine deiminase type IV (PADI4) via estrogen receptor ${\beta}$ ($ER{\beta}$) in the brain, thus inhibiting brain cell apoptosis. Moreover, tumor necrosis factor (TNF)-${\alpha}$ plays a critical role in immobilization (IMO) stress. However, the signaling pathway of RG-mediated repressesion of inflammation is not completely understood. In this study, we determined how RG modulated gene expression in stressed brain cells. Since secretion of TNF-${\alpha}$ is modulated via TNF-${\alpha}$ converting enzyme (TACE) and nuclear factor (NF)-${\kappa}B$, we examined the inflammatory pathway in stressed brain cells. Immunohistochemistry revealed that TACE was induced by IMO stress, but RG repressed TACE induction. Moreover, PADI4 siRNA repressed TACE expression compared to the mock transfected control suggesting that PADI4 was required for TACE expression. A reporter assay also revealed that $H_2O_2$ oxidative stress induced NF-${\kappa}B$ in neuroblastoma SK-N-SH cells, however, RG pretreatment repressed NF-${\kappa}B$ induction. These findings were supported by significant induction of nitric oxide and reactive oxygen species (ROS) by oxidative stress, which could be repressed by RG administration. Taken together, RG appeared to repress stress-induced PADI4 via TACE and NF-${\kappa}B$ in brain cells thus preventing production of ROS and subsequently protecting brain cells from apoptosis.
Ethanol production using glycerol as a carbon source was performed by Enterobacter aerogenes immobilized on calcium alginate beads. To improve the ethanol production, the optimal conditions such as loading amount of immobilized cells and glycerol concentration were investigated. The optimal loading amount of immobilized cells and glycerol concentration were 10 mL of calcium alginate bead and 10 g/L, respectively. Consequently, glycerol consumption rate, ethanol concentration and yield were 0.32 g/$L{\cdot}h$, 3.38 g/L and 0.43 g/g on the batch production, respectively. Continuous production of ethanol was successfully achieved using two types of immobilized cell reactors (continuous stirred tank reactor and packed bed reactor) from 10 g/L of glycerol. In the continuous stirred tank reactor, glycerol consumption, ethanol concentration, specific productivity and yield were 9.8 g, 4.67 g/L, 1.17 g/$L{\cdot}h$, 0.48 g/g, respectively. The concentration of produced ethanol was 38-44% higher comparison to batch fermentation, and continuous stirred tank reactor showed better performance than packed bed reactor.
Measurement of inhibition of bioluminescence in Photobacterium phosphoreum has been porposed as a sensitive and rapid procedure to monitor toxic substances. However, at first, $EC_{50}$ which shows degree of toxicity to each toxic substances must be calculated. QSAR (Quantitative Structure Activity Relationship) model can be used to estimate $EC_{50}$ to save time and endeavor. Moderately high correlation coefficients ($r^2{\geq}$ 0.97) were calculated from the linear correlation between $EC_{50}$ and molecular connectivity indices of CAHs (chlorinated aliphatic hydrocarbons)such as $^0X$, $^0X^V$, $^1X$, $^2X$ and $^3X^v_c$ and quadratic correlation between $EC_{50}$ and $^0X$, $^0X^V$, $^2X^V$, $^3X_c$, $^3X^V_c$ and P. It shows that the molecular connection indices in carbon structure is contributed to biological characters with linear relation and that in the other one with quadratic relation. The $EC_{50}$ of chlorophenol derivatives had quadratic relation with the value of octanol/water prtition coefficients ($r^2$=0.99) and linear and quadratic relation with the number of chlorine compound (($r^2{\geq}$0.94). This confirms the already known trend of increasing toxicity with increasing ability of a compound to diffuse through cell membrane and number of chlorine substitution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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