Park, Ji-Hee;Park, Heung-Soon;Nah, Hee-Ju;Kang, Seung-Hoon;Choi, Si-Sun;Kim, Eung-Soo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제32권7호
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pp.911-917
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2022
As valuable antibiotics, microbial natural products have been in use for decades in various fields. Among them are polyene compounds including nystatin, amphotericin, and nystatin-like Pseudonocardia polyenes (NPPs). Polyene macrolides are known to possess various biological effects, such as antifungal and antiviral activities. NPP A1, which is produced by Pseudonocardia autotrophica, contains a unique disaccharide moiety in the tetraene macrolide backbone. NPP B1, with a heptane structure and improved antifungal activity, was then developed via genetic manipulation of the NPP A1 biosynthetic gene cluster (BGC). Here, we generated a Streptomyces artificial chromosomal DNA library to isolate a large-sized NPP B1 BGC. The NPP B1 BGC was successfully isolated from P. autotrophica chromosome through the construction and screening of a bacterial artificial chromosome (BAC) library, even though the isolated 140-kb BAC clone (named pNPPB1s) lacked approximately 8 kb of the right-end portion of the NPP B1 BGC. The additional introduction of the pNPPB1s as well as co-expression of the 32-kb portion including the missing 8 kb led to a 7.3-fold increase in the production level of NPP B1 in P. autotrophica. The qRT-PCR confirmed that the transcription level of NPP B1 BGC was significantly increased in the P. autotrophica strain containing two copies of the NPP B1 BGCs. Interestingly, the NPP B1 exhibited a previously unidentified SARS-CoV-2 RNA-dependent RNA polymerase (RdRp) inhibition activity in vitro. These results suggest that the Streptomyces BAC cloning of a large-sized, natural product BGC is a valuable approach for titer improvement and biological activity screening of natural products in actinomycetes.
The COVID-19 pandemic is not over despite the emergency use authorization as can see recent COVID-19 daily confirmed cases. The viruses are not only difficult to diagnose and treat due to random mutations, but also pose threat human being because they have the potential to be exploited as biochemical weapons by genetic manipulation. Therefore, it is inevitable to the rapid antibody-based therapeutic platform to quickly respond to future pandemics by new/re-emerging viruses. Although numerous researches have been conducted for the fast development of antibody-based therapeutics, it is sometimes hard to respond rapidly to new viruses because of complicated expression or purification processes for antibody production. In this study, a novel rapid antibody-based therapeutic platform using single B cell sorting method and mRNA-antibody. High immunogenicity was caused to produce antibodies in vivo through mRNA-antigen inoculation. Subsequently, antigen-specific antibody candidates were selected and obtained using isolation of B cells containing antibody at the single cell level. Using the antibody-based therapeutic platform system in this study, it was confirmed that novel antigen-specific antibodies could be obtained in about 40 days, and suggested that the possibility of rapid response to new variant viruses.
Inflammatory lung diseases are characterized by chronic inflammation and oxidant/antioxidant imbalance. The sources of the increased oxidative stress in patients with chronic inflammatory lung diseases such as asthma and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) derive from the increased burden of inhaled oxidants, and from the increased amounts of reactive oxygen species (ROS) generated by several inflammatory, immune and various structural cells of the airways. Increased levels of ROS produced in the airways is reflected by increased markers of oxidative stress in the airspaces, sputum, breath, lungs and blood in patients with lung diseases. ROS, either directly or via the formation of lipid peroxidation products such as 4-hydroxy-2-nonenal may play a role in enhancing the inflammation through the activation of stress kinases (JNK, MAPK, p38) and redox sensitive transcription factors such as NF-${\kappa}B$ and AP-1. Recent evidences have indicated that oxidative stress and pro-inflammatory mediators can alter nuclear histone acetylation/deacetylation allowing access for transcription factor DNA binding leading to enhanced pro-inflammatory gene expression in various lung cells. Understanding of the mechanisms of redox signaling, NF-${\kappa}B$/AP-1 regulation, the balance between histone acetylation and deacetylation and the release and expression of pro- and anti-inflammatory mediators may lead to the development of novel therapies based on the pharmacological manipulation of antioxidants in lung inflammation and injury. Antioxidants that have effective wide spectrum activity and good bioavailability, thiols or molecules which have dual antioxidant and anti-inflammatory activity, may be potential therapeutic agents which not only protect against the direct injurious effects of oxidants, but may fundamentally alter the underlying inflammatory processes which play an important role in the pathogenesis of chronic inflammatory lung diseases.
Oxidative stress derived from reactive oxygen species (ROS) is one of the major damaging factors in plants exposed to environmental stress. In order to develop the platform technology to solve the global food and environmental problems in the 21s1 century, we focus on the understanding of the antioxidative mechanism in plant cells, the development of oxidative stress-inducible antioxidant genes, and the development of transgenic plants with enhanced tolerance to stress. In this report, we describe our recent results on industrial transgenic plants by the gene manipulation of antioxidant enzymes. Transgenic tobacco plants expressing both superoxide dismutase (SOD) and ascorbate peroxidase (APX) in chloroplasts were developed and were evaluated their protection effects against stresses, suggesting that simultaneous overexpression of both SOD and APX in chloroplasts has synergistic effects to overcome the oxidative stress under unfavorable environments. Transgenic tobacco plants expressing a human dehydroascorbate reductase gene in chloroplasts were showed the protection against the oxidative stress in plants. Transgenic cucumber plants expressing high level of SOD in fruits were successfully generated to use the functional cosmetic purpose as a plant bioreactor. In addition, we developed a strong oxidative stress-inducible peroxidase promoter, SWPA2 from sweetpotato (Ipomoea batatas). We anticipate that SWPA2 promoter will be biotechnologically useful for the development of transgenic plants with enhanced tolerance to environmental stress and particularly transgenic cell lines engineered to produce key pharmaceutical proteins.
Kobayashi, Yasuo;Koike, Satoshi;Taguchi, Hidenori;Itabashi, Hisao;Kam, Dong K.;Ha, Jong K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제17권6호
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pp.877-884
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2004
Although gut microbial functions have been analyzed through cultivation of isolated microbes, molecular analysis without cultivation is becoming a popular approach in recent years. Gene cloning studies have partially revealed the mechanisms involved in fiber digestion of individual microbe. The molecular approach finally made it possible to analyze full genomes of the representative rumen cellulolytic bacteria Fibrobacter and Ruminococcus. The coming database may contain useful information such as regulation of gene expression relating to fiber digestion. Meanwhile, unculturable bacteria are still poorly characterized, even though they are main constituents of gut microbial ecosystem. The molecular analysis is essential to initiating the studies on these unculturable bacteria. The studies dealing with rumen and large intestine are revealing considerable complexity of the microbial ecosystems with many undescribed bacteria. These bacteria are being highlighted as possibly functional members contributing to feed digestion. Manipulation of gut bacteria and gut ecology for improving animal production is still at challenging stage. Bacteria newly introduced in the rumen, whether they are genetically modified or not, suffer from poor survival. In one of these attempts, Butyrivibrio fibrisolvens expressing a foreign dehalogenase was successfully established in sheep rumen to prevent fluoroacetate poisoning. This expands choice of forages in tropics, since many tropic plants are known to contain the toxic fluoroacetate. This example may promise the possible application of molecular breeding of gut bacteria to the host animals with significance in their health and nutrition. When inoculation strategies for such foreign bacteria are considered, it is obvious that we should have more detailed information of the gut microbial ecology.
Kim, Borim;Lee, Soojin;Park, Joohong;Lu, Mingshou;Oh, Minkyu;Kim, Youngrok;Lee, Jinwon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제22권9호
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pp.1258-1263
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2012
2,3-Butanediol (2,3-BD) is a major metabolite produced by Klebsiella pneumoniae KCTC2242, which is a important chemical with wide applications. Three genes important for 2,3-BD biosynthesis acetolactate decarboxylase (budA), acetolactate synthase (budB), and alcohol dehydrogenase (budC) were identified in K. pneumoniae genomic DNA. With the goal of enhancing 2,3-BD production, these genes were cloned into pUC18K expression vectors containing the lacZ promoter and the kanamycin resistance gene to generate plasmids pSB1-7. The plasmids were then introduced into K. pneumoniae using electroporation. All strains were incubated in flask experiments and 2,3-BD production was increased by 60% in recombinant bacteria harboring pSB04 (budA and budB genes), compared with the parental strain K. pneumoniae KCTC2242. The maximum 2,3-BD production level achieved through fed-batch fermentation with K. pneumoniae SGJSB04 was 101.53 g/l over 40 h with a productivity of 2.54 g/l.h. These results suggest that overexpression of 2,3-BD synthesis-related genes can enhance 2,3-BD production in K. pneumoniae by fermentation.
유전공학은 대장균의 유전자조작으로부터 시작되어 지금은 생명과학전반에서 급속하게 발전하고 있다. 최근의 유전자조작기술은 특정유전자를 염색체 내에 넣고 빼고 하는 기술이 확립되어서 의학과 농학을 포함한 응용생명과학분야에서 유용하게 이용되고 있다. 본 리뷰에서는 높은 친환경성과 경제성을 가진 '지배적 치사곤충방사법'(Release of insects Carrying a Dominant Lethal: RIDL)을 중심으로 포괄적인 분자해충관리에 관하여 설명한다. 비록 현재로서는 RIDL을 직접 포장에 적용하기에는 아직 어려운 점이 많지만, 계속적인 유전공학기술의 발전을 통하여 농약을 사용하지 않고 생태계를 교란하지 않는 범위에서 사용될 수 있는 가장 좋은 해충관리방법 중의 한 가지가 될 것이다. 이때에 가장 고려할 점은 주위 환경교란부분에 많은 주의가 요구된다.
The microbial biosynthesis of fatty acid of lipid metabolism, which can be used as precursors for the production of fuels of chemicals from renewable carbon sources, has attracted significant attention in recent years. The regulation of fatty acid biosynthesis pathways has been mainly studied in a model prokaryote, Escherichia coli. During the recent period, global regulation of fatty acid metabolic pathways has been demonstrated in another model prokaryote, Bacillus subtilis, as well as in Streptococcus pneumonia. The goal of this study was to increase the production of long-chain fatty acids by developing recombinant E. coli strains that were improved by an elongation cycle of fatty acid synthesis (FAS). The fabB, fabG, fabZ, and fabI genes, all homologous of E. coli, were induced to improve the enzymatic activities for the purpose of overexpressing components of the elongation cycle in the FAS pathway through metabolic engineering. The ${\beta}$-oxoacyl-ACP synthase enzyme catalyzed the addition of acyl-ACP to malonyl-ACP to generate ${\beta}$-oxoacyl-ACP. The enzyme encoded by the fabG gene converted ${\beta}$-oxoacyl-ACP to ${\beta}$-hydroxyacyl-ACP, the fabZ catalyzed the dehydration of ${\beta}$-3-hydroxyacyl-ACP to trans-2-acyl-ACP, and the fabI gene converted trans-2-acyl-ACP to acyl-ACP for long-chain fatty acids. In vivo productivity of total lipids and fatty acids was analyzed to confirm the changes and effects of the inserted genes in E. coli. As a result, lipid was increased 2.16-fold higher and hexadecanoic acid was produced 2.77-fold higher in E. coli JES1030, one of the developed recombinants through this study, than those from the wild-type E. coli.
국내 과수분야의 형질전환 연구동향과 전망에 대해 살펴보았다. 과수에서 형질전환 기술은 교배육종의 한계를 극복하고 보완할 수 있는 기술의 하나로 여겨지고 있고 1990년 초반 이래 기술개발에 대한 연구가 수행되어 오고 있다. 사과에서는 후지, 감홍 등의 주요 재배품종에 대한 형질전환 기술이 확립되어 있고, 포장 발현분석 단계로 진입하고 있는 중이다. 감귤과 참다래는 형질전환 기술이 일부 개발되었으나, 다양한 품종으로 확대하여 적용하는 단계까지는 이르지 못한 상태이다. 포도 등의 타 과수에서는 형질전환 성공사례가 보고된 바 없으며, 현재 기술개발 연구단계에 머물러 있는 것으로 판단된다. 또한 항생제 선발 대체, 형질전환 대목, 부위 및 생육시기에 따른 조절 기술 개발 등은 실용화를 조기에 앞당기기 위한 선결조건으로 여겨지고 있다.
Seunghyeun, Sim;Huseong, Lee;Sang, Yoon;Hyeonsu, Seon;Cheolju, Park;Minseok, Kim
Journal of Animal Science and Technology
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제64권5호
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pp.897-910
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2022
Bovine fecal microbiota is important for host health and its composition can be affected by various factors, such as diet, age, species, breed, regions, and environments. The objective of this study was to evaluate the impact of diet and gender on fecal microbiota in Korean native Hanwoo cattle. The 16S rRNA gene amplicon sequencing of fecal microbiota was conducted from 44 Hanwoo cattle divided into four groups: (1) 11 heifers fed an oat hay plus total mixed ration (TMR) diet for breeding (HOTB), (2) 11 heifers fed an early fattening TMR diet (HEFT), (3) 11 steers fed the early fattening TMR diet (SEFT), and (4) 11 steers fed the late fattening TMR diet (SLFT). Firmicutes and Bacteroidota were the first and second most dominant phyla in all the samples, respectively. The Firmicutes/Bacteroidota (F/B) ratio associated with feed efficiency was significantly greater in the SLFT group than in the other groups. At the genus level, Romboutsia, Paeniclostridium, and Turicibacter were the most abundant in the SLFT while Akkermansia, Bacteroides, and Monoglobus were the most abundant in the HOTB group. Although the same early fattening TMR diet was fed to Hanwoo heifers and steers, Marvinbryantia and Coprococcus were the most abundant in the HEFT group while Alistipes and Ruminococcus were the most abundant in the SEFT group. Shannon and Simpson diversity indices were significantly lower in the SLFT group than in the other groups. Distribution of fecal microbiota and functional genetic profiles were significantly different among the four treatment groups. The present study demonstrates that different diets and genders can affect fecal microbiota and the F/B ratio may be associated with feed efficiency in Hanwoo cattle. Our results may help develop strategies to improve gut health and productivity through manipulation of fecal microbiota using the appropriate diet considering Hanwoo cattle gender.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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