Chung, In-Young;Choi, Kelly B.;Heo, Yun-Jeong;Cho, You-Hee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.7
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pp.1227-1234
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2008
Pseudomonas aeruginosa is an opportunistic human pathogen that produces and secretes exopolysaccharides (EPS), in which cells are embedded to form a highly organized community structure called biofilm. Here, we characterized the role of cyclic diguanylate (c-di-GMP) and EPS (PEL) overproduction in the wspF mutant phenotypes of P. aeruginosa PA14 (wrinkly appearance, hyperadherence, impaired motilities, and reduced virulence in acute infections). We confirmed that the elevated c-di-GMP level plays a key role in all the wspF mutant phenotypes listed above, as assessed by ectopic expression of a c-di-GMP-degrading phophodiesterase (PvrR) in the wspF mutant. In contrast, PEL EPS, which is overproduced in the wspF mutant, was necessary for wrinkly appearance and hyperadherence, but not for the impaired flagellar motilities and the attenuated virulence of the wspF mutant. These results suggest that c-di-GMP affects flagellar motility and virulence, independently of EPS production and surface adherence of this bacterium.
Lactic acid bacteria (LAB) with antimicrobial activity and high exopolysaccharide (EPS) production ability isolated from sourdough were studied for their fermentation characteristics as potential new starter cultures. The values of pH, titratable acidity, and viable cell counts were $4.06{\pm}0.009-4.50{\pm}0.015,\;0.787{\pm}0.020%-1.172{\pm}0.018%,\;and\;8.78{\pm}0.08-8.98{\pm}0.06$ log CFU/ml, respectively. In order to select probiotics with a high survival rate in the gut, isolates were tested to assess resistance against the artificial gastric acid and bile juice. Viable LAB counts were significantly (p<0.05) affected by the acidity. At pH 2.0, the total declines in the initial bacterial counts were 4.52$\pm$0.07 log for S. thermophilus St-Body-1, >7.98$\pm$0.03 log for E. flavescens DU-10, >7.95$\pm$0.05 log for E. faecium DU-12, and 3.15$\pm$0.06 log for L. amylovorus DU-21. Among the strains, L. amylovorus DU-21 was the only strain that had bile tolerance under simulated gastrointestinal conditions. In order to improve EPS production by L. amylovorus DU-21, the influence of carbon source was studied. When glucose was used as a carbon source, EPS production dramatically increased to 17.19$\pm$0.28 g/l (p<0.05). The maximum cell growth (10.012$\pm$>0.012 log CFU/ml) and EPS production (18.71$\pm$0.19 g/l) were achieved when 15 g/l of glucose was employed as the carbon source.
In previous study, we have isolated Lactobacillus spp. from healthy human vagina and examined various characteristics such as antimicrobial substance production and exopolysaccharide (EPS) production. It is known that an EPS is an important factor of Lactobacillus spp. to adhere to epithelial cell. We have selected L. paracasei KLB58 having high antimicrobial activity and EPS production. In this study, we performed NTG (1-Methyl-3-nitro-1-nitrosoguanidine) mutagenesis to isolate an EPS deficienct mutant of KLB58 showing high cell surface hydrophobicity (CSll) compared to wild type strain. By monitoring the kinetics of the partition with hexadecane the EPS mutant was found to be far more hydrophobic than the wild type strain ; the CSH of the EPS mutant was 0.5-fold higher than the wild type strain.
Various abiotic stressors like drought, salinity, temperature, and heavy metals are major environmental stresses that affect agricultural productivity and crop yields all over the world. Continuous changes in climatic conditions put selective pressure on the microbial ecosystem to produce exopolysaccharides. Apart from soil aggregation, exopolysaccharide (EPS) production also helps in increasing water permeability, nutrient uptake by roots, soil stability, soil fertility, plant biomass, chlorophyll content, root and shoot length, and surface area of leaves while also helping maintain metabolic and physiological activities during drought stress. EPS-producing microbes can impart salt tolerance to plants by binding to sodium ions in the soil and preventing these ions from reaching the stem, thereby decreasing sodium absorption from the soil and increasing nutrient uptake by the roots. Biofilm formation in high-salinity soils increases cell viability, enhances soil fertility, and promotes plant growth and development. The third environmental stressor is presence of heavy metals in the soil due to improper industrial waste disposal practices that are toxic for plants. EPS production by soil bacteria can result in the biomineralization of metal ions, thereby imparting metal stress tolerance to plants. Finally, high temperatures can also affect agricultural productivity by decreasing plant metabolism, seedling growth, and seed germination. The present review discusses the role of exopolysaccharide-producing plant growth-promoting bacteria in modulating plant growth and development in plants and alleviating extreme abiotic stress condition. The review suggests exploring the potential of EPS-producing bacteria for multiple abiotic stress management strategies.
Marine microorganism strain 96CJ10356 produced exopolysaccharides, designated as EPS-R. To optimize culture conditions for the production of EPS-R, carbon, nitrogen, mineral salt, temperature, and pH were examined. STN medium was suggested as follow; sucrose 20, tryptone 10, NaCl 10, $MgSO_4$ 5, $CaCl_2$ 1, $KH_2PO_4$ 0.0076, $K_2HPO_4$ 0.0083, $FeCl_2$ 0.005, $MnCl_2$ 0.001, $NaMoO_4$ 0.001, $ZnCl_2$ 0.001 (g/1) and pH 7.0 About 9.23 g/l of EPS-R was obtained from the STN medium after cultivation for 120 h at $25^{\circ}C$ in 5-liter jar fermentor with an aeration rate of 0.17 vvm. Apparent viscosity and flocculation activity of the culture broth were increased with the production of the EPS-R and the maximal values were reached to 415 cp and 1400 units/ml against 0.5 % activated carbon, respectively.
A scaling up study for the exopolysaccharide (EPS) production by submerged culture of Ganoderma lucidum was carried out in jar fermenter systems (2.6, 20 and 75 L) under bi-staged pH process. Profiles of dissolved oxygen (DO) and volumetric coefficient of oxygen transfer ($k_La$) as a function of operating variables (agitation speed and aeration rate) was investigated, and a correlation between $k_La$ and operating variables was analysed statistically. Under bi-staged pH process, no limitation of DO was observed at agitation speeds tested in the range of 200 and 600 rpm, and the highest EPS production was obtained at the level of DO of $40{\sim}80%$. From the regression analysis, the relation between $k_La$, gas velocity (Vs), stirrer speed (N) and impeller diameter (Di) could be expressed as : $$k_La=0.555{\times}Vs^{0.42}{\times}(N^3{\times}Di^2)^{0.33}\;(R^2=0.925,\;p<0.05)$$ It was found that under 2.6 L jar fermenter, the optimum agitation speed and aeration rate was 400 rpm and 1 vvm, respectively, obtaining the EPS production of 15.43 g/L. Under the submerged cultivation of G. lucidum in jar fermenters of $2.6{\sim}75\;L$, the similar EPS yields at each fermenter were achieved during scaling up based on $k_La$, and $k_La$ value for maximum EPS production was $85.4{\pm}26.70\;h^{-1}$.
Chang, Hyun-You;Lee, Chan;Choi, Sung-Woo;Yun, Jong Won
Journal of Mushroom
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v.6
no.1
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pp.27-31
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2008
The optimization of submerged culture conditions for mycelial growth and exopolysaccharide (EPS) production in an edible mushroom Tremella fuciformis were studied in shake flasks and bioreactors. The temperature of $28^{\circ}C$ and pH 8 in the beginning of fermentation in agitated flasks was the most efficient condition to obtain maximum mycelial biomass and EPS. The optimal medium constituents were as follows (g l-1): glucose 20, tryptone 2, $KH_2PO_4$ 0.46, $K_2HPO_4$ 1 and $MgSO_4H_2O$ 0.5. The fungus was cultivated under various agitation and aeration conditions in a 5L stirred-tank bioreactor. The maximum cell mass and EPS production were obtained at a relatively high agitation speed of 200 rpm and at an aeration rate of 2 vvm. The flow behavior of the fermentation broth was Newtonian and the maximum apparent viscosity (35 cP) was observed at a highly aerated condition (2 vvm). The EPS productivity in an airlift reactor was higher than that in the stirred-tank reactor. The EPS was protein-bound polysaccharides consisted of mainly mannose, xylose, and fructose. The molecular weights of EPS were determined to be $1.3{\sim}1.5{\times}10^6$.
Acid stress can affect the viability of probiotics, especially Bifidobacterium. This study aimed to improve the acid tolerance of Bifidobacterium longum BBMN68 using adaptive evolution. The stress response, and genomic differences of the parental strain and the variant strain were compared by acid stress. The highest acid-resistant mutant strain (BBMN68m) was isolated from more than 100 asexual lines, which were adaptive to the acid stress for 10th, 20th, 30th, 40th, and 50th repeats, respectively. The variant strain showed a significant increase in acid tolerance under conditions of pH 2.5 for 2 h (from 7.92 to 4.44 log CFU/ml) compared with the wild-type strain (WT, from 7.87 to 0 log CFU/ml). The surface of the variant strain was also smoother. Comparative whole-genome analysis showed that the galactosyl transferase D gene (cpsD, bbmn68_1012), a key gene involved in exopolysaccharide (EPS) synthesis, was altered by two nucleotides in the mutant, causing alteration in amino acids, pI (from 8.94 to 9.19), and predicted protein structure. Meanwhile, cpsD expression and EPS production were also reduced in the variant strain (p < 0.05) compared with WT, and the exogenous WT-EPS in the variant strain reduced its acid-resistant ability. These results suggested EPS was related to acid responses of BBMN68.
Kim, Jin-Sun;Lee, Je-Hyuk;Surh, Jeonghee;Kang, Soon Ah;Jang, Ki-Hyo
Preventive Nutrition and Food Science
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v.21
no.2
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pp.117-123
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2016
Bioconversion of aglycone-formed isoflavones from glycoside-formed isoflavones by commercial lactic acid bacteria in fermented soybean paste was evaluated. Enterococcus faecium KCTC 13410 showed the most resistant capacity and Lactobacillus acidophilus KCTC 3925 had a sensitive susceptibility at a high NaCl concentration (13.2%) in fermented soybean paste. Among the 5 strains tested, Lac. acidophilus KCTC 3925 showed the highest relative ratio of aglycone-formed isoflavones to total isoflavones in fermented soybean paste. Production of exopolysaccarides (EPS) by lactic acid bacteria was compared using de Man, Rogosa, and Sharpe medium containing 1% sucrose at $37^{\circ}C$ for 48 h. Among the 5 lactic acid bacteria, Lac. acidophilus KCTC 3925 and Lactobacillus rhamnosus KCTC 3929 were investigated to produce EPS. Based on the results concerning growing susceptibility and conversion of aglycone-formed isoflavones/EPS production, it is anticipated that Lac. acidophilus KCTC 3925 may be used for preparation of Cheonggukjang, which contains relative low NaCl content.
The anti-cancer effects of heat-killed Enterococcus faecium KU22001 (KU22001), KU22002, and KU22005 isolated from human infant feces were investigated. The anti-proliferative activity of these strains against various cancer cell lines was evaluated using the MTT assay. To determine the production of exopolysaccharides (EPS) with potential anti-cancer effect, ethanol precipitation and phenol-sulfuric acid method was used with the cell free supernatant of strains grown at 25℃ or 37℃. The EPS yield of E. faecium strains was higher at 25℃ than at 37℃. Among these E. faecium strains, KU22001 grown at 25℃ was associated with the highest bax/bcl-2 ratio, effective apoptosis rate, cell cycle arrest in the G0/G1 phase, and condensation of the nucleus in the cervical cancer HeLa cell line. In conclusion, these results suggest that KU22001 can be beneficial owing to the anti-cancer effects and production of functional materials, such as EPS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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