Optimizing protein production in recombinant E. coli strains involves manipulation of genetic and environmental factors. In designing a production system, attention must be paid to gene expression efficiency, culture conditions and bioreactor configuration. Although not much emphasis was given to the physiology of host strains in this review, an understanding of the relationship between the physiology of host cell growth and the overproduction of a cloned gene protein is of primary importance to the improvement of the recombinant fermentation processes. Sometimes it is desirable to make use of gene fusion systems, e.g. protein A, polypeptide, gutathione-S-transferase, or pneumococcal murein hydrolase fusion, to facilitate protein purification.
본 총설에서는 주사형프로브현미경의 원리와 응용에 관하여 간략히 설명하고 최근 본 그룹에 의하여 활발하게 연구되고 있는 나노탐침과 AFM(원자간력현미경 atomic force microscopy)을 이용한 저침습성(low-invasive) 단일세포 조작기술과 고효율 유전자 도입기술을 소개하고자 한다. 시판 AFM 탐침을 침상구조로 가공한 나노탐침과 AFM을 이용하였을 경우, 탐침의 세포삽입의 성공여부를 force-distance curve 상의 척력소실의 유무로 판단할 수 있다. 침상 나노탐침을 사용하면 대부분의 세포에서 80~90%의 고효율 세포삽입이 가능하여 마이크로인젝션용 미세관을 이용하는 경우보다 세포삽입효율이 높았다. 또한 나노탐침의 직경이 400 nm 이하의 경우에는 세포 종류에 관계없이 장시간 나노탐침의 삽입에도 세포활성에 큰 영향이 없었다. 침상나노탐침을 이용하여 DNA를 도입하였을 경우에도 기존의 DNA 도입방법과 비교하여 높은 도입효율과 유전자 발현율로 DNA를 도입할 수 있는 가능성을 확인하였다.
복잡한 진핵생물에서의 물리적 지도 작성이나 기능해석에 효모인공염색체(YAC)를 이용하기 위해서는 원하는 target region의 인공염색체화 및 single-copy인 YAC의 복제수를 늘이는 것이 요구된다. 본 연구에서는 YAC manipulation system에 복제수 증폭시스템(copy number amplification system)을 도입한 Simultaneous YAC Manipulation-Amplification (SYMA) system을 구축하였다. 식물염색체를 가진 YAC clone의 splitting과 증폭을 위해 conditional centromere와 thymidine kinase (TK) 유전자를 가진 pBGTK plasmid를 구축하였고, splitting fragment의 PCR을 위한 주형으로 사용하였다. 590 kb의 YAC clone은 splitting과 동시에 copy number amplification element를 가진 100 kb YAC와 490 kb YAC로 분리되었고, 100 kb YAC는 유도기질로 3 mg/ml sulfanilamide와 $50\;{\mu}g/ml$ methotrexate (S3/M50)의 첨가에 의해 14.4배로 그 복제수가 증가하였음을 확인할 수 있었다.
A cyclic undecapeptide-family natural product, cyclosporin A (CyA), which is one of the most valuable immunosuppressive drugs, is produced nonribosomally by a multifunctional cyclosporin synthetase enzyme complex in a filamentous fungal strain named Tolypocladium niveum. Previously, structural modifications of cyclosporins such as a regionspecific hydroxylation at the $4^{th}$ N-methyl leucine in a rare actinomycetes called Sebekia benihana were reported to lead to dramatic changes in their bioactive spectra. However, the reason behind this change could not be determined since a system to genetically manipulate S. benihana has not yet been developed. To address this limitation, in this study, we utilized the most commonly practiced gene manipulation techniques including conjugation-based foreign gene transfer-and-expression as well as targeted gene disruption to genetically manipulate S. benihana. Using these optimized genetic manipulation systems, a putative cytochrome P450 hydroxylase (CYP) gene named CYP506, which is involved in CyA hydroxylation in S. benihana, was specifically disrupted and genetically complemented. The S. benihana${\Delta}$CYP506 exhibited a significantly reduced CyA hydroxylation yield as well as considerable yield restoration by functional complementation of the S. benihana CYP506 gene, suggesting that the genetically manipulated S. benihana CYP mutant strains may serve as a more efficient bioconversion host for various valuable metabolites including CyA.
Oxidative stress is one of the major limiting factor in plant productivity. Reactive oxygens species (ROS) generated during metabolic processes damage cellular functions and consequently lead to disease, senescence and cell death. Plants have evolved an efficient defense system by which the ROS is scavenged by antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX). Attempts to reduce oxidative damages under the stress conditions have included the manipulation of 갠 scavenging enzymes by gene transfer technology. Increased SOD activities of transgenic plants lead to increased resistance against oxidative stresses derived from methyl viologen (MV), and from photooxidative damage caused by high light and low temperature. Transgenic tobacco plants overexpressing APX showed reduced damage following either MV treatment of photooxidative treatment. Overexpression of glutathion reductase (GR) leads to increase in pool of ascorbate and GSH, known as small antioxidant molecules. These results indicate through overexpression of enzymes involved in ROS-scavenging could maintain or improve the plant productivities under environment stress condition. In this study, the rational approaches to develop stress-tolerant plants by gene manipulation of antioxidant enzymes will be introduced to provide solutions for the global food and environmental problems in the $21^\textrm{st}$ century.
유전물질의 총합체인 염색체의 분리와 분석을 정확히 하여 유전인자의 위치를 밝히고 또한 유전자조작 기술을 이용할 수 있는 방법을 구명하여 닭의 능력개양을 꾀하기 위해서 실시된 본 연구의 결과를 요약하면 아래와 같다. 1. 백혈구 배양을 통하며 염색체를 분리하고 Giemsa banding을 통한 염색체 분석에서 1번 염색체의 경우 20층에 달하는 banding pattern을 발견할 수 있는 정확한 분석으로 1∼9번, 성염색체의 정상 banding pattern을 밝힐 수 있었고 C-banding의 결과 모든 염색체에서 유전자 작용이 없는 constitutive heterochromatin의 위치를 밝힐 수 있었다. 2. 유전자 조작 기술 중 중요한 단계인 genetic vector로서 닭의 원시생식세포(Primodial germ cell, PGC)를 이용하기 위하여 genetic marker로서 3배체의 염색체를 가친 PGC를 정상 host embryo에 이식시켜서 성장중인 host embryo의 성선에서 donor PGC의 genetic marker(3n)가 발견됨으로써 PGC를 이용한 가금의 유전자 조작이 가능함을 밝혔다.
Gene and cell transfer technique will serve as a powerful tool for the genetic improvement of the poultry and to yield useful products. For avian transgenesis, Japanese quail may serve as an excellent animal model because of its small body size and fast growth rate. Recent progress was described on the manipulation of quail embryos such as the introduction of foreign genes and cells, and the subsequent culturing of the manipulated embryos yielding hatchlings. Intraspecific donor-derived offspring have been available in quail, however, further investigation will be required to obtain interspecific offspring with the aim of rescuing endangered species. Trans genesis will also be useful for improving the profitability and quality of poultry stocks and for developing stocks with novel uses. Considerable progress should soon be made toward the production of transgenic poultry. The key feature of the procedure described here is that embryos are initially taken out from the shell for ease of manipulation and then placed back in culture in addition to various operations midway during culture.
Species of the genus Aspergillus have a variety of effects on humans and have been considered industrial cell factories due to their prominent ability for manufacturing several products such as heterologous proteins, secondary metabolites, and organic acids. Scientists are trying to improve fungal strains and re-design metabolic processes through advanced genetic manipulation techniques and gene delivery systems to enhance their industrial efficiency and utility. In this review, we describe the current status of the genetic manipulation techniques and transformation methods for species of the genus Aspergillus. The host strains, selective markers, and experimental materials required for the genetic manipulation and fungal transformation are described in detail. Furthermore, the advantages and disadvantages of these techniques are described.
생쥐 유전자를 과발현 시키거나 제거하는 유전자 조작 기술의 발달은 배 발생 단계나 출생 후 특정한 세포에서의 특정 단계에서의 유전자 기능을 이해하는 많은 기여를 하고 있다. 특히, 높은 상동 재조합 활성을 가지는 생쥐 배 줄기세포를 이용한 유전자 적중 기법은 인간 질환을 이해하는데 필수적인 동물 모델 개발에 중요한 기여를 하였다. 최근에는 Cre과 Flp와 같은 염기서열 특이적 재조합 효소와 라이겐드에 의한 조절 시스템의 도입으로 좀 더 정확하고 정교한 유전자 발현 조절을 위해 개발되어 복잡한 생명현상을 지배하는 메카니즘과 시간과 공간에서 작동하는 유전자의 기능을 이해하는데 많은 기여를 하고 있다. 마우스 게놈을 세밀하게 조작할 수 있는 새로운 분자생물학적 도구의 적용으로 in vivo상에서 유전자의 다양한 기능을 좀 더 정확하게 이해할 수 있는 기회가 열릴 것으로 기대된다.
Chris Major, Ncho;Akshat, Goel;Vaishali, Gupta;Chae-Mi, Jeong;Yang-Ho, Choi
Animal Bioscience
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제36권2호
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pp.284-294
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2023
Objective: This study investigated the effects of in ovo feeding of γ-aminobutyric acid (GABA) and embryonic thermal manipulation (ETM) on growth performance, organ indices, plasma biochemical parameters, hepatic antioxidant levels, and expression of lipid metabolism-related genes in broilers. Methods: Two hundred and fifty eggs were assigned to one of four treatments: control eggs incubated under standard conditions (CON); eggs that received an in ovo injection of 10% GABA on day 17.5 of incubation (G10); thermally manipulated eggs between days 10 and 18 of incubation at 39.6°C for 6 h daily (TM); and eggs that received both treatments during incubation (G10+TM). After 28 days of rearing, five birds per treatment were selected for blood and organ sampling. Results: No differences were found in hatchability or growth parameters among different treatment groups. Hepatic gene expression of catalase (CAT) and glutathione peroxidase 1 (GPx1) was upregulated (p = 0.046 and p = 0.006, respectively) in the G10+TM group, while that of nuclear factor erythroid 2-related factor 2 (NRF2) was upregulated (p = 0.039) in the G10 group. In addition, the relative gene expression of NADPH oxidase 1 (NOX1) was significantly lower (p = 0.007) in all treatment groups than that in the CON group. Hepatic fatty acid synthase (FAS) levels and average daily feed intake (ADFI) of last week showed a positive correlation (r = 0.50, p = 0.038). In contrast, the relative gene expression of the extracellular fatty acid-binding protein (EXFAB) and peroxisome proliferator-activated receptor-γ (PPAR-γ) were positively correlated (r = 0.48, p = 0.042 and r = 0.50, p = 0.031) with the overall ADFI of birds. Conclusion: Taken together, the results of this study suggest that the combination of in ovo feeding of GABA and ETM can enhance hepatic antioxidant function in broilers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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