Various Saccharomyces cerevisiae strains were transformed with a 2 ${\mu}$-based multicopy expression plasmid, pYIGP, carrying Kluyveromyces marxianus inulinase gene under the control of GAPDH promoter. Among then two strains, SEY2102 and 2805, showed high levels of cell growth and inulinase expression, and were selected to study their fermentation properties on inulin. Jerusalem artichoke inulin was more effective for cell growth (10∼11 g-dry wt./L at 48 hr) and inulinase expression (1.0 units/mL with SEY2102/pYIGP and 2.5 units/mL with 2805/pYIGP) than other inulin sources such as dahlia and chicory. It was also found that maximal ethanol production of 9 g/L was obtained from Jerusalem artichoke inulin at the early stationary phase (around 30 hr), indicating that recombinant S. cerevisiae cells secreting exoinulinase could be used for the simultaneous saccharification of inulin and ethanol fermentation.
The effect of induction temperature on fermentation parameters has been investigated extensively using Escherichia coli M5248[pNKM21], a producer of recombinant human interleukin-2 (rhIL-2). In this recombinant microorganism, the gene expression of rhIL-2 is regulated by the cI857 repressor and $P_L$ promoter system. The recombinant fermentation parameters studied in this work include the cell growth, protein synthesis, cell viability, plasmid stability, $\beta$-lactamase activity, and rhIL-2 productivity. Interrelationships of such fermentation parameters have been analyzed through a quantitative assessment of the experimental data set obtained at eight different culture conditions. While the expression of rhIL-2 gene was repressed at culture temperatures below $34^\circ{C}$ with little effect on other fermentation parameters, under the conditions of rhIL-2 production $>(36~44^\circ{C})$ the cell growth, plasmid stability, and $\beta$-lactamase activity were, as induction temperature was increased, more profoundly reduced. Although the rhIL-2 content in the insoluble protein fraction was maximum at $40^\circ{C}$, total rhIL-2 production in the culture volume was found to be highest at the induction temperature of $36^\circ{C}$. This was in contrast to the previously known optimum induction temperature of the P$_{L}$ promoter system $>(40~42^\circ{C})$.Explanations for such a discrepancy have been proposed based on a product formation kinetics, and their implications have been discussed in detail.l.
The optimization of the production of a fusion protein containing the antigenic domain 1 (AD-1) is of a great importance, considering its use in diagnostic tests. The fusion protein is produced by the fermentation of a recombinant strain of Escherichia coli containing the plasmid Mbg58, which expresses the AD-1 (aa 484-650) of human cytomegalovirus glycoprotein B as a fusion protein together with aa 1-375 of ${\beta}-galactosidase$. An important characteristic of promoters (lac and derivatives) used in recombinant protein production in E. coli is their inducibility. Induction by IPTG is widely used for basic research; however, its use in large-scale production is undesirable because of its high cost and toxicity. In this work, studies using different inducers and carbon sources for the production of a fusion protein containing the AD-l were performed. The results showed that lactose could be used as an inducer in the fermentation process for the production of this protein, and that expression levels could exceed those achieved with IPTG. The use of lactose for protein expression in E. coli should be extremely useful for the inexpensive, large-scale production of heterologous proteins in E. coli. Addition of sucrose to the fermentation medium improved the yield of recombinant protein, whereas addition of fructose or trehalose decreased the yield.
The ethanol production of Trichoderma reesei was improved by genome shuffling in our previous work. Using RNA-Seq, the transcriptomes of T. reesei wild-type CICC40360 and recombinant strain HJ48 were compared under fermentation conditions. Based on this analysis, we defined a set of T. reesei genes involved in ethanol production. Further expression analysis identified a series of glycolysis enzymes, which are upregulated in the recombinant strain HJ48 under fermentation conditions. The differentially expressed genes were further validated by qPCR. The present study will be helpful for future studies on ethanol fermentation as well as the roles of the involved genes. This research reveals several major differences in metabolic pathways between recombinant strain HJ48 and wild-type CICC40360, which relates to the higher ethanol production on the former, and their further research could promote the development of techniques for increasing ethanol production.
Cui, Jian Dong;Zhao, Gui Xia;Zhang, Ya Nan;Jia, Shi Ru
Food Science and Biotechnology
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제18권4호
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pp.954-958
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2009
Effects of controlled- and uncontrolled-pH operations on phenylalanine ammonia lyase (PAL) production by a recombinant Escherichia coli strain were investigated at uncontrolled-pH ($pH_{UC}$) and controlled-pH ($pH_C$) of 5.5, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 8.0, and 8.5 in bioreactor systems. The results showed that the recombinant PAL activity was improved significantly by controlled pH strategy. Among the $pH_C$ operations, the highest PAL activities were obtained under $pH_C$ 7.5 strategy where cell mass ($OD_{600\;nm}$) and PAL activity was 1.3 and 1.8 fold higher than those of $pH_{UC}$, respectively. The maximum PAL activity reached 123 U/g. The $pH_C$ 7.5 strategy made recombinant plasmid more stable and therefore allowed easier expression of PAL recombinant plasmid, which increased PAL production. It was indicated that the new approach (controlled-pH strategy) obtained in this work possessed a high potential for the industrial production of PAL, especially in the biosynthesis of L-phenylalanine.
The inulinase gene (INU1) from Kluyveromyces marxianus NCYC2887 was overexpressed by using the GAL10 promotor in a ${\Delta}ga180$ strain of Saccharomyces cerevisiae. The inulinase gene lacking the original signal sequence was fused in-frame to a mating factor ${\alpha}$ signal sequence for secretory expression. Use of the ${\Delta}ga180$ strain allowed for the galactose-free induction of inulinase expression using a glucose-only medium. Shake-flask cultivation in YPD medium produced 34.6 U/ml of the recombinant inulinase, which was approximately 13-fold higher than that produced by K. marxianus NCYC2887. It was found that the use of the ${\Delta}ga180$ strain improved the expression of inulinase in the recombinant S. cerevisiae in both aerobic and anaerobic conditions by about 2.9- and 1.7-fold, respectively. A 5-l fed-batch fermentation using YPD medium was performed under aerobic condition with glucose feeding, which resulted in the inulinase production of 31.7 U/ml at the $OD_{600}$ of 67. Ethanol fermentation of dried powder of Jerusalem artichoke, an inulin-rich biomass, was also performed using the recombinant S. cerevisiae expressing INU1 and K. marxianus NCYC2887. Fermentation in a 5-l scale fermentor was carried out at an aeration rate of 0.2 vvm, an agitation rate of 300 rpm, and with the pH controlled at 5.0. The temperature was maintained at $30^{\circ}C$ and $37^{\circ}C$, respectively, for the recombinant S. cerevisiae and K. marxianus. The maximum productivities of ethanol were 59.0 and 53.5 g/l, respectively.
The methylotrophic yeast, Pichia pastoris, is known to be a potential host to offer many advantages for production of recombinant proteins. Fermentation parameters were optimized to enhance the heterologous ${\beta}$-galactosidase productivity with P. pastoris. Optimum concentration of methanol, used as inducer, was observed to be 8 g/L and the extent of repression of AOX1 promoter by glycerol was lower than by glucose. The degradation of the gene product ${\beta}$-galactosidase by protease was inhibited as the pH increased from 5 to 8 and the yeast extract(1%) as nitrogen source increased expression level 4 times higher compared to yeast nitrogen base(1%) as nitrogen source increased expression level 4 times higher compared to yeast nitrogen base(1%). Induction method, in which methanol is just added to fermentation medium without centrifugation, was found to be as much effective as the one with centrifugation.
The unified saccharification and fermentation (USF) system was developed for direct production of ethanol from agarose. This system contains an enzymatic saccharification process that uses three types of agarases and a fermentation process by recombinant yeast. The $pGMF{\alpha}-HGN$ plasmid harboring AGAH71 and AGAG1 genes encoding ${\beta}-agarase$ and the NABH558 gene encoding neoagarobiose hydrolase was constructed and transformed into the Saccharomyces cerevisiae 2805 strain. Three secretory agarases were produced by introducing an S. cerevisiae signal sequence, and they efficiently degraded agarose to galactose, 3,6-anhydro-L-galactose (AHG), neoagarobiose, and neoagarohexose. To directly produce ethanol from agarose, the S. cerevisiae $2805/pGMF{\alpha}-HGN$ strain was cultivated into YP-containing agarose medium at $40^{\circ}C$ for 48 h (for saccharification) and then $30^{\circ}C$ for 72 h (for fermentation). During the united cultivation process for 120 h, a maximum of 1.97 g/l ethanol from 10 g/l agarose was produced. This is the first report on a single process containing enzymatic saccharification and fermentation for direct production of ethanol without chemical liquefaction (pretreatment) of agarose.
A recombinant form of hirudin, a potent thrombin-specific inhibitor derived from the bloodsucking leech, was expressed as a secretory product in Saccharomyces cerevisiae under the control of GALl0 promoter and the mating factor $\alpha$pre-pro leader sequence. In an attempt to produce recombinant hirudin (r-Hir) of therapeutic purity in large quantities, the fed-batch fermentation was carried out by using this recombinant yeast, and subsequently downstream processing was developed with the preparative-scale column chromatography systems. About 234 mg/l of biologically active r-Hir was produced as a secretory product by the fed-batch fermentation strategy developed for an efficient downstream processing. Using a two-step chromatography process (an anion exchange chromatography followed by the reverse phase HPLC), the r-Hir was purified to>98% with an overall recovery yield of 84%. According to the N-terminal amino acid sequencing, the purified r-Hir was found to have the predicted N-terminal amino acid sequence. The biological activity of the purified r-Hir to inhibit thrombin was also identical to that of the commercial hirudin.
Three recombinant Saccharomyces cerevisiae strains showing different levels of xylose reductase activity were constructed to investigate the effects of xylose reductase activity and glucose feed rate on xylitol production. Conversion of xylose to xylitol is catalyzed by xylose reductase of Pichia stipitis with cofactor NAD(P)H. A two-substrate fermentation strategy has been employed where glucose is used as an energy source for NADPH regeneration and xylose as substrate for xylitol production. All recombinant S. cerevisiae strains Yielded similar specific xylitol productivity, indicating that xylitol production in the recombinant S. cerevisiae was more profoundly affected by the glucose supply and concomitant It generation of cofactor than the xylose reductase activity itself. It was confirmed in a continuous culture that the elevation of the glucose feeding level in the xylose-conversion period enhanced the xylitol productivity in the recombinant S. cerevisiae.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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