김치로부터 분리한 유산균 Lactobacillus sakei OPK2-59는 ${\gamma}$-aminobutyric acid (GABA) 생성능력과 glutamate decarboxylase(GAD) 활성을 보유하고 있음이 확인되었다. Lactobacillus sakei OPK2-59를 59.13 mM과 177.40 mM monosodium glutamate (MSG)가 함유된 MRS 배지에서 배양하면 균주의 성장을 위한 최적 온도범위와 pH는 각각 $25-37^{\circ}C$와 6.5였다. 59.13 mM과 177.40 mM MSG 함유 MRS 배지에서 배양온도 $25^{\circ}C$ 조건에서, 48시간 배양하였을 경우 MSG의 GABA 전환율은 각각 99.58%와 31.00%였다. 또한 Lactobacillus sakei OPK2-59 세포추출액을 이용하여 MSG를 GABA로 전환할 수 있었으며, 추출물에 의한 GABA 전환율은 $30^{\circ}C$, pH 5 조건에서 78.51%로 가장 높았다. 세포추출액에 의한 MSG의 GABA 전환에 미치는 무기염의 영향을 조사한 결과 $CaCl_2$, $FeCl_3$, $MgCl_2$를 첨가한 반응액에서 염을 넣지 않고 반응한 control보다 GABA 전환율이 2-3배 증진되는 것으로 조사되었다. 이러한 결과들은 김치 유산균 Lactobacillus sakei OPK2-59의 GABA 생성능은 유산균 세포 내에 존재하는 GAD에 의한 것이며, GAD에 의한 GABA 전환율은 무기염에 의하여 증진될 수 있음을 제안해 주는 것이다.
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a fatal motor neuron disorder that causes progressive paralysis. L-Citrulline is a nonessential neutral amino acid produced by L-arginine via nitric oxide synthase (NOS). According to previous studies, the pathogenesis of ALS entails glutamate toxicity, oxidative stress, protein misfolding, and neurofilament disruption. In addition, L-citrulline prevents neuronal cell death in brain ischemia; therefore, we investigated the change in the transport of L-citrulline under various pathological conditions in a cell line model of ALS. We examined the uptake of [14C]L-citrulline in wild-type (hSOD1wt/WT) and mutant NSC-34/ SOD1G93A (MT) cell lines. The cell viability was determined via MTT assay. A transport study was performed to determine the uptake of [14C]L-citrulline. Quantitative real-time polymerase chain reaction (qRT-PCR) analysis was performed to determine the expression levels of rat large neutral amino acid transported 1 (rLAT1) in ALS cell lines. Nitric oxide (NO) assay was performed using Griess reagent. L-Citrulline had a restorative effect on glutamate induced cell death, and increased [14C]L-citrulline uptake and mRNA levels of the large neutral amino acid transporter (LAT1) in the glutamate-treated ALS disease model (MT). NO levels increased significantly when MT cells were pretreated with glutamate for 24 h and restored by co-treatment with L-citrulline. Co-treatment of MT cells with L-arginine, an NO donor, increased NO levels. NSC-34 cells exposed to high glucose conditions showed a significant increase in [14C]L-citrulline uptake and LAT1 mRNA expression levels, which were restored to normal levels upon co-treatment with unlabeled L-citrulline. In contrast, exposure of the MT cell line to tumor necrosis factor alpha, lipopolysaccharides, and hypertonic condition decreased the uptake significantly which was restored to the normal level by co-treating with unlabeled L-citrulline. L-Citrulline can restore NO levels and cellular uptake in ALS-affected cells with glutamate cytotoxicity, pro-inflammatory cytokines, or other pathological states, suggesting that L-citrulline supplementation in ALS may play a key role in providing neuroprotection.
Sa, Hyun Deok;Park, Ji Yeong;Jeong, Seon-Ju;Lee, Kang Wook;Kim, Jeong Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제25권5호
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pp.696-703
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2015
A gamma-aminobutyric acid (GABA)-producing microorganism was isolated from jeot-gal (anchovy), a Korean fermented seafood. The isolate, A156, produced GABA profusely when incubated in MRS broth with monosodium glutamate (3% (w/v)) at 37℃ for 48 h. A156 was identified as Lactobacillus sakei by 16S rRNA gene sequencing. The GABA conversion yield was 86% as determined by GABase enzyme assay. The gadB gene encoding glutamate decarboxylase (GAD) was cloned by PCR. gadC encoding a glutamate/GABA antiporter was located immediately upstream of gadB. The operon structure of gadCB was confirmed by RT-PCR. gadB was overexpressed in Escherichia coli BL21(DE3) and recombinant GAD was purified. The purified GAD was 54.4 kDa in size by SDS-PAGE. Maximum GAD activity was observed at pH 5.0 and 55℃ and the activity was dependent on pyridoxal 5'-phosphate. The Km and Vmax of GAD were 0.045 mM and 0.011 mM/min, respectively, when glutamate was used as the substrate.
BACKGROUND/OBJECTIVES: The present study aimed to evaluate the effects of folic acid supplementation in high-fructose-induced hepatic steatosis and clarify the underlying mechanism of folic acid supplementation. MATERIALS/METHODS: Male SD rats were fed control, 64% high-fructose diet, or 64% high-fructose diet with folic acid for eight weeks. Plasma glutamate-pyruvate transaminase, glutamate-oxaloacetate transaminase, lipid profiles, hepatic lipid content, S-adenosylmethionine (SAM), and S-adenosylhomocysteine (SAH) were measured. RESULTS: The HF diet significantly increased hepatic total lipid and triglyceride (TG) and decreased hepatic SAM, SAH, and SAM:SAH ratio. In rats fed a high fructose diet, folic acid supplementation significantly reduced hepatic TG, increased hepatic SAM, and alleviated hepatic steatosis. Moreover, folic acid supplementation in rats fed high fructose enhanced the levels of phosphorylated AMP-activated protein kinase (AMPK) and liver kinase B (LKB1) and inhibited phosphorylation of acetyl coenzyme A carboxylase (ACC) in the liver. CONCLUSIONS: These results suggest that the protective effect of folic acid supplementation in rats fed high fructose may include the activation of LKB1/AMPK/ACC and increased SAM in the liver, which inhibit hepatic lipogenesis, thus ameliorating hepatic steatosis. The present study may provide evidence for the beneficial effects of folic acid supplementation in the treatment of non-alcoholic fatty liver disease.
Strains of four Bacillus spp. were respectively inoculated into sterilized soybeans and the free amino acid profiles of the resulting cultures were analyzed to discern their metabolic traits. After 30 days of culture, B. licheniformis showed the highest production of serine, threonine, and glutamic acid; B. subtilis exhibited the highest production of alanine, asparagine, glycine, leucine, proline, tryptophan, and lysine. B. velezensis increased the γ-aminobutyric acid (GABA) concentration to >200% of that in the control samples. B. sonorensis produced a somewhat similar amino acid profile with B. licheniformis. Comparative genomic analysis of the four Bacillus strains and the genetic profiles of the produced free amino acids revealed that genes involved in glutamate and arginine metabolism were not common to the four strains. The genes gadA/B (encoding a glutamate decarboxylase), rocE (amino acid permease), and puuD (γ-glutamyl-γ-aminobutyrate hydrolase) determined GABA production, and their presence was species-specific. Taken together, B. licheniformis and B. velezensis were respectively shown to have high potential to increase concentrations of glutamic acid and GABA, while B. subtilis has the ability to increase essential amino acid concentrations in fermented soybean foods.
폴리감마글루탐산(PGA)을 대량생산하는 균주를 축분퇴비에서 분리하고 생리 생화학적 특징 및 16s rRNA 염기서열을 분석한 결과, Bacillus subtilis로 동정하고 strain CH-10 으로 명명하였다. PGA 생산을 위한 배지의 최적 온도와 pH는 각각 $37^{\circ}C$, 7.5 이었다. 또한 배지성분 중에서 PGA 생산에 최적인 탄소원과 질소원은 각각 5% sucrose와 3% L-glutamate인 것으로 나타났다. 이 균주는 L-glutamate에 의해 PGA 생산이 대량으로 유도되었고 따라서 질소원으로 L-glutamate를 반드시 필요로 하는 glutamate 의존성 균주인 것으로 사료되었다. 배양시간에 따라 생산된 PGA의 생화학적 특정을 SDS-PAGE와 ninhydrin 분석을 통하여 검토하였다. PGA의 생산량은 배양시간에 따라 증가하였고 배양 후 96시간에서 최고 생산량을 나타내었다, 생산된 PGA의 평균분자량을 FDNB법으로 분석한 결과, 1,100 kDa인 것으로 나타났다.
Two pathways of ammonium assimilation and glutamate biosynthesis have been identified in microorganisms. One pathway involves the NADP-linked glutamate dehydrogenase, which catalyzes the amination of 2-oxoglutarate to form glutamate. An alternative pathway involves the combined activities of glutamine synthetase, which aminates glutamate to form glutamine, and glutamate synthase, which transfers the amide group of glutamine to 2-oxoglutarate to yield two molecules of glutamate. We have cloned the large subunit of the glutamate synthase (GOGAT) from Salmonella typhimurium by screening the expression of GOGAT and complementing the gene in E. coli GOGAT large subunit-deficient mutants. Three positive clones (named pUC19C12, pUC19C13 and pUC19C15) contained identical Sau3AI fragments, as determined by restriction mapping and Southern hybridization, and expressed GOGAT efficiently and constitutively using its own promoter in the heterologous host. The coding region expressed in Escherichia coli was about 170 kDa on SDS-PAGE. This gene spans 4,732 bases, contains an open reading frame of 4,458 nucleotides, and encodes a mature protein of 1,486 amino acid residues (Mr =166,208). The EMN-binding domain of GOGAT contains 12 glycine residues, and the 3Fe-4S cluster has 3 cysteine residues. The comparison of the translated amino acid sequence of the Salmonella GOGAT with sequences from other bacteria such as Escherichia coli, Salmonella enterica, Shigella flexneri, Yersinia pestis, Vibrio vulnificus and Pseudomonas aeruginosa shows sequence identity between 87 and 95%.
7-Aminocephalosporanic acid (7-ACA) is the initial compound in preparation of cephalosporin antibiotics widely used in clinical treatment. Bacteria producing glutaryl 7-ACA acylase, which convert cephalosporin C to 7-ACA, has been screened in soil samples. A bacterial strain exhibiting high glutaryl 7-ACA acylase activity, designated KAC-1, was isolated and identified as a strain of Pseudomonas diminuta by characterizing its morphological and physiological properties. The screening procedures include culturing on enrichment media containing glutaric acid, glutamate, and glutaryl 7-aminocephalosporanic acid as selective carbon sources. To enhance enzyme production, optimal cultivation conditions were investigated. This strain grew optimally at pH 7 to 9 and in temperatures of 20 to 40 C, but acylase production was higher when the strain was grown at 25 C. Glutaric acid, glutamate and glucos also acted as inducers for acylase production. In a jar fermenter culture, P. diminuta KAC-1 produce acylase in a growth-associated manner. The substrate specificity of KAC-1 acylase by cell extract showed that this enzyme had specificity toward glutaryl 7-ACA, glutaryl 7-ADCA, but not cephalosporin C.
The roots of Polygala tenuifolia Willd. is a well-known traditional medicine used as expectorant, tonic, tranquilizer in Asia including China and Korea. And also have been used to treat amnesia, neurasthenia, palpitation, insomnia, and disorientation. Glutamate-induced oxidative injury contributes to neuronal degeneration in many central nervous system (CNS) diseases, such as Parkinson's disease, Alzheimer's disease, epilepsy and ischemia. Inducible heme oxygenase (HO)-1 acts against oxidants that are thought to play a role in the pathogenesis of these diseases. NNMBS269, acid hydrolysis EtOAc fraction of the P. tenuifolia showed dominant neuroprotective effects on glutamate-induced neurotoxicity in mouse hippocampal HT22 cells while general EtOAc fraction of the P. tenuifolia (NNMBS268) not shown. NNMBS269 induced the expression of HO-1 protein that has been proposed to play an important cellular defense role against oxidant injury. In addition increased HO activity. In mouse hippocampal HT22 cells, NNMBS269 makes the nuclear accumulation of nuclear factor E2-related factor 2 (Nrf2). In conclusion, acid hydrolysis EtOAc fraction the P. enuifolia. (NNMBS269) significantly protect glutamate-induced oxidative damage by induction of HO-1 via Nrf2 translocation in mouse hippocampal HT22 cells.
To develop starters for the production of functional foods or materials, lactic acid bacteria producing ${\gamma}-aminobutyric$ acid (GABA) were screened from jeotgals, Korean fermented seafoods. One isolate producing a high amount of GABA from monosodium $\text\tiny{L}$-glutamate (MSG) was identified as Enterococcus avium by 16S rRNA gene sequencing. E. avium M5 produced $18.47{\pm}1.26mg/ml$ GABA when incubated for 48 h at $37^{\circ}C$ in MRS broth with MSG (3% (w/v)). A gadB gene encoding glutamate decarboxylase (GAD) was cloned and overexpressed in E. coli BL21 (DE3) using the pET26b (+) expression vector. Recombinant GAD was purified through a Ni-NTA column and the size was estimated to be 53 kDa by SDS-PAGE. Maximum GAD activity was observed at pH 4.5 and $55^{\circ}C$and the activity was dependent on pyridoxal 5'-phosphate. The $K_m$ and $V_{max}$ values of GAD were $3.26{\pm}0.21mM$ and $0.0120{\pm}0.0001mM/min$, respectively, when MSG was used as a substrate. Enterococcus avium M5 secretes a lot of GABA when grown on MRS with MSG, and the strain is useful for the production of fermented foods containing a high amount of GABA.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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