To identify lipase LipA (PFL_0617) from Pseudomonas protegens Pf-5, a lipA deletion mutant (Pf0617) and a complementary strain (Pf0617lipA) were constructed, and their effects on the lipase production were examined. Pf0617 remarkably decreased its whole-cell lipase activity, whereas Pf0617lipA made its whole-cell lipase activity not only restore to wild-type level but also get a further increment. However, the deletion and overexpression of lipA did not affect the extracellular lipase activity. In addition, the unbroken whole cells of these strains were able to catalyze the hydrolysis of membrane-permeable p-nitrophenyl esters, but could not hydrolyze the membrane-impermeable olive oil. These results confirmed that LipA was an intracellular lipase and Pf-5 could also be used as a natural whole-cell biocatalyst. To evaluate the potential of Pf-5 as a whole-cell biocatalyst and separately characterize the whole-cell LipA, the properties of the whole-cell lipases from Pf-5 and Top10lipA were characterized. The results demonstrated that both Pf-5 and Top10lipA exhibited high tolerance to alkaline condition, high temperature, heavy metal ions, surfactants, and organic solvents. Taken together, lipA can realize functional expression in E. coli Top10, and Pf-5 and Top10lipA as whole-cell biocatalysts may have enormous potential in applications.
Damodharan, Karthiyaini;Palaniyandi, Sasikumar Arunachalam;Yang, Seung Hwan;Suh, Joo Won
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.10
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pp.1675-1686
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2016
We characterized the probiotic properties of Lactobacillus helveticus strains KII13 and KHI1 isolated from fermented cow milk by in vitro and in vivo studies. The strains exhibited tolerance to simulated orogastrointestinal condition, adherence to Caco-2 cells, and antimicrobial activity. Both L. helveticus strains produced bioactive tripeptides, isoleucylprolyl-proline and valyl-prolyl-proline, during fermentation of milk. KII13 showed higher in vitro cholesterol-lowering activity (47%) compared with KHI1 (28%) and L. helveticus ATCC 15009 (22%), and hence, it was selected for in vivo study of cholesterol-lowering activity in atherogenic diet-fed hypercholesterolemic mice. For the study, mice were divided into four groups (viz., normal diet control group, atherogenic diet control group (HCD), KII13-atherogenic diet group (HCD-KII13), and Lactobacillus acidophilus ATCC 43121-atherogenic diet group (HCD-L.ac) as positive control). The serum total cholesterol level was significantly decreased by 8.6% and 7.78% in the HCD-KII13 and HCD-L.ac groups (p < 0.05), respectively, compared with the HCD group. Low-density lipoprotein cholesterol levels in both HCD-KII13 and HCD-L.ac groups were decreased by 13% and 11%, respectively, compared with the HCD group (both, p < 0.05). Analysis of cholesterol metabolism-related gene expression in mice liver showed increased expression of LDLR and SREBF2 genes in mice fed with KII13. By comparing all the results, we conclude that L. helveticus KII13 could be used as a potential probiotic strain to produce antihypertensive peptides and reduce serum cholesterol.
The aims of this work were to characterize and determine bioactivities of crude exopolysaccharide (EPS) extract from Bacillus tequilensis PS21 isolated from milk kefir from Kampaeng Petch, Thailand. B. tequilensis PS21 produced 112.1 mg dried EPS/l from initial 80 g/l lactose in modified TSB media at 52 h, with EPS product yield of 8.9 mg EPS/g lactose and specific product yield of 0.3 mg EPS/mg biomass. The FTIR result confirmed EPS to be a protein-bound polysaccharide and SEM analysis showed the morphology to be a grainy appearance with an uneven surface, covered with pores. HPLC analysis determined EPS as a heteropolysaccharide consisting of five sugar units with the following molar ratios; xylose (17.65), glucose (2.54), ribose (1.83), rhamnose (1.23), and galactose (1). Chemical components of this EPS were predominantly carbohydrate at 697.8 mg/g EPS (65%), protein 361.4 mg/g EPS (34%), and nucleic acid 12.5 mg/g EPS (1%). The EPS demonstrated antioxidant activities at 57.5% DPPH scavenging activity, $37.2{\mu}M\;Fe(II)/mg$ EPS and $34.9{\mu}M\;TEAC\;{\mu}M/mg$ EPS using DPPH, FRAP and ABTS assays, respectively. EPS also exhibited anti-tyrosinase activity at 34.9% inhibition. This work represents the first finding of EPS produced by Bacillus sp. from Thai milk kefir which shows potential applications in the production of antioxidant functional foods and whitening cosmetics. However, optimization of EPS production for industrial exploitation requires further study to ascertain the economic potential.
Antibiotic resistance by pathogenic bacteria and fungi is one of the most serious global public health problems in the 21st century, directly affecting human health and lifestyle. Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus aureus with strong resistance to the common antibiotics have been isolated from Intensive Care Unit patients at Zagazig Hospital. Thus, in this study we assessed the biocidal activity of nanoparticles of silver, copper and zinc synthesized by Fusarium solani KJ 623702 against these multidrug resistant-bacteria. The synthesized Metal Nano-particles (MNPs) were characterized by UV-Vis spectroscopy, transmission electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and Zeta potential. The Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) result showed the presence of different functional groups such as carboxyl, amino and thiol, ester and peptide bonds in addition to glycosidic bonds that might stabilize the dispersity of MNPs from aggregation. The antimicrobial potential of MNPs by F. solani against the multidrug-resistant (MDR) P. aeruginosa and S. aureus in addition to the mycotoxigenic Aspergillus awamori, A. fumigatus and F. oxysporum was investigated, based on the visual growth by diameter of inhibition zone. Among the synthesized MNPs, the spherical AgNPs (13.70 nm) displayed significant effect against P. aeruginosa (Zone of Inhibition 22.4 mm and Minimum Inhibitory Concentration 21.33 ㎍/ml), while ZINC oxide Nano-Particles were the most effective against F. oxysporum (ZOI, 18.5 mm and MIC 24.7 ㎍/ml). Transmission Electron Microscope micrographs of AgNP-treated P. aeruginosa showed cracks and pits in the cell wall, with internalization of NPs. Production of pyocyanin pigment was significantly inhibited by AgNPs in a concentration-dependent manner, and at 5-20 ㎍ of AgNPs/ml, the pigment production was reduced by about 15-100%, respectively.
Kim, Min-Jeong;Jang, Myoung-Uoon;Nam, Gyeong-Hwa;Shin, Heeji;Song, Jeong-Rok;Kim, Tae-Jip
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.30
no.2
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pp.155-162
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2020
Acetyl xylan esterase (AXE; E.C. 3.1.1.72) is one of the accessory enzymes for xylan degradation, which can remove the terminal acetate residues from xylan polymers. In this study, two genes encoding putative AXEs (LaAXE and BhAXE) were cloned from Lactobacillus antri DSM 16041 and Bacillus halodurans C-125, and constitutively expressed in Escherichia coli. They possess considerable activities towards various substrates such as p-nitrophenyl acetate, 4-methylumbelliferyl acetate, glucose pentaacetate, and 7-amino cephalosporanic acid. LaAXE and BhAXE showed the highest activities at pH 7.0 and 8.0 at 50℃, respectively. These enzymes are AXE members of carbohydrate esterase (CE) family 7 with the cephalosporine-C deacetylase activity for the production of antibiotics precursors. The simultaneous treatment of LaAXE with Thermotoga neapolitana β-xylanase showed 1.44-fold higher synergistic degradation of beechwood xylan than the single treatment of xylanase, whereas BhAXE showed no significant synergism. It was suggested that LaAXE can deacetylate beechwood xylan and enhance the successive accessibility of xylanase towards the resulting substrates. The novel LaAXE originated from a lactic acid bacterium will be utilized for the enzymatic production of D-xylose and xylooligosaccharides.
Addition of probiotics to yogurt with desired health benefits is gaining increasing attention. To further understand the effect of probiotic Lactobacillus plantarum on the quality and function of fermented milk, probiotic fermented milk (PFM) made with probiotic L. plantarum K25 and yogurt starter (L. delbrueckii ssp. bulgaricus and Streptococcus thermophilus) was compared with the control fermented milk (FM) made with only the yogurt starter. The probiotic strain was shown to survive well with a viable count of 7.1 ± 0.1 log CFU/g in the PFM sample after 21 days of storage at 4℃. The strain was shown to promote formation of volatiles such as acetoin and 2,3-butanediol with milk fragrance, and it did not cause post-acidification during refrigerated storage. Metabolomics analysis by GC-MS datasets coupled with multivariate statistical analysis showed that addition of L. plantarum K25 increased formation of over 20 metabolites detected in fermented milk, among which γ-aminobutyric acid was the most prominent. Together with several other metabolites with relatively high levels in fermented milk such as glyceric acid, malic acid, succinic acid, glycine, alanine, ribose, and 1,3-dihydroxyacetone, they might play important roles in the probiotic function of L. plantarum K25. Further assay of the bioactivity of the PFM sample showed significant (p < 0.05) increase of ACE inhibitory activity from 22.3% at day 1 to 49.3% at day 21 of the refrigerated storage. Therefore, probiotic L. plantarum K25 could be explored for potential application in functional dairy products.
The milk of transgenic animals may provide an attractive vehicle for large-scale production of hEPO. Since glycosylation is cell type specific, recombinant human EPO (rhEPO) produced in different host cells contain different patterns of oligosaccharides, which could affect the biological functions. However, there have been no reports on the characteristics of rhEPO derived from milk of transgenic animals. To address this objective, several transgenic mice by using pWAPhEPO and/or pBC1hEPO expression vector were produced. However, 2 lines of pWAPhEPO founder female mouse died during late gestational day (day 18) before offspring could be obtained. They showed a severe splenomegaly, Unlike those of pWAPhEPO, mammary gland epithelial cells from biopsies of lactating pBC1hEPO transgenic mice had marked immunoreactivity to EPO and any activity was not detected in other tissues. The expression level of rhEPO is about 0.7% of mammary gland cellular total soluble proteins and an amount of 300~500 mg/L rhEPO is secreted into milk. Furthermore, the pBC1hEPO transgenic mice transmitted this character to their progeny in mendelian manner. In order to determine the extent of glycosylation variation, N-linked oligosaccharide structures present in the milk-derived rhEPO were characterized. Most of milk-derived rhEPO is fully glycosylated. the biological activity of milk-derived rhEPO was comparable to that of purified CHO-derived rhEPO, and milk-derived rhEPO showed relatively stable after freezing and thawing. Taken together, the results illustrate the potential of transgenic animals in the large-scale production of biopharmaceuticals.
The microcantilever (MCL) sensor is one of the most promising platforms for next-generation label-free biosensing applications. It outperforms conventional label-free detection methods in terms of portability and parallelization. In this paper, an overview of recent advances in our understanding of the coupling between biomolecular interactions and MCL responses is given. A dual compact optical MCL sensing platform was built to enable biosensing experiments both in gas-phase environments and in solutions. The thermal bimorph effect was found to be an effective nanomanipulator for the MCL platform calibration. The study of the alkanethiol self-assembly monolayer (SAM) chain length effect revealed that 1-octanethiol ($C_8H_{17}SH$) induced a larger deflection than that from 1-dodecanethiol ($C_{12}H_{25}SH$) in solutions. Using the clinically relevant biomarker C-reactive protein (CRP), we revealed that the analytical sensitivity of the MCL reached a diagnostic level of $1{\sim}500{\mu}g/ml$ within a 7% coefficient of variation. Using grazing incident x-ray diffractometer (GIXRD) analysis, we found that the gold surface was dominated by the (111) crystalline plane. Moreover, using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, we confirmed that the Au-S covalent bonds occurred in SAM adsorption whereas CRP molecular bindings occurred in protein analysis. First principles density functional theory (DFT) simulations were also used to examine biomolecular adsorption mechanisms. Multiscale modeling was then developed to connect the interactions at the molecular level with the MCL mechanical response. The alkanethiol SAM chain length effect in air was successfully predicted using the multiscale scheme.
The $\alpha$-L-arabinofuranosidase (Arfase) gene of Bacillus stearothermophilus No. 236 was cloned and sequenced. The ORF of the gene, designated arfA, encoded a 507 -residue polypeptide with calculated molecular mass of 57 kDa. The Arfase produced by a recombinant Escherichia coli strain containing the arfA gene was purified to apparent homogeneity and characterized. The molecular mass of the Arfase determined by SDS-PAGE was 60 kDa. However, according to gel filtration, it was estimated to be approximately 190 kDa. These results indicated that the functional form of the Arfase is trimeric. The optimal pH and temperature for the enzyme activity were pH 6.5 and $55^{\circ}C$, respectively. The half-life of the enzyme at $60^{\circ}C$ was about 6 h. Kinetic experiments at $45^{\circ}C$ with pNPM (p-nitrophenyl $\alpha$-L-arabinofuranoside) as a substrate gave the $K_m and V_{max}$ values of 1.19 mM and 26.1 U/ mg, respectively. When the enzyme was combined with Bacillus stearothermophilus No. 236 endoxylanase and $\beta$-xylosidase, it hydrolyzed arabinoxylan into L-arabinose and xylose more efficiently than Arfase alone. This synergistic effect suggested that the complete hydrolysis of xylan with large amounts of arabinose side chains required Arfase as well as endoxylanase and $\beta$-xylosidase.
Park, Na-Young;Cha, Jae-Ho;Kim, Dae-Ok;Park, Cheon-Seok
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.3
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pp.454-460
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2007
Enzymatic properties and substrate specificity of recombinant $\beta-glycosidases$ from a hyperthermophilic archaeon, Sulfolobus shibatae (rSSG), were analyzed. rSSG showed its optimum temperature and pH at $95^{\circ}C$ and pH 5.0, respectively. Thermal inactivation of rSSG showed that its half-life of enzymatic activity at $75^{\circ}C$ was 15 h whereas it drastically decreased to 3.9 min at $95^{\circ}C$. The addition of 10 mM of $MnCl_2$ enhanced the hydrolysis activity of rSSG up to 23% whereas most metal ions did not show any considerable effect. Dithiothreitol (DTT) and 2-mercaptoethanol exhibited significant influence on the increase of the hydrolysis activity of rSSG rSSG apparently preferred laminaribiose $(\beta1\rightarrow3Glc)$, followed by sophorose $(\beta1\rightarrow2Glc)$, gentiobiose $(\beta1\rightarrow6Glc)$, and cellobiose $(\beta1\rightarrow4Glc)$. Various. intermolecular transfer products were formed by rSSG in the lactose reaction, indicating that rSSG prefers lactose as a good acceptor as well as a donor. The strong intermolecular transglycosylation activity of rSSG can be applied in making functional oligosaccharides.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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