Sayler, Gary;Burlage, Robert;Cox, Chris;Nivens, David;Ripp, Steven;Ahn, Yeonghee;Easter, Jim;Wrner, Claudia;Jarrell, John
Proceedings of the Korean Society of Soil and Groundwater Environment Conference
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2000.11a
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pp.153-162
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2000
A field study was performed to test effectiveness of a bloluminescent genetically engineered microorganism (GEM) for bioremediation process monitoring and control. The study employed Pseudomonas fluorescens HK44 that was the first strain approved for field application in the U.S. for bioremediation purposes. HK44 contains lux gene fused within a naphthalene degradative pathway, allowing this GEM to bioluminesce as it degrades naphthalene as well as substituted naphthalenes and other polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) , Results showed that HK44 was maintained in both PAH-contarninated and uncontaminated soils even 660 days after inoculation. HK44 was able to produce bioluminescence in response to PAHs in soil. Although effectiveness of chemical remediation was not assessed due to heterogeneous distribution of contaminants, decreased concentration of naphthalene was shown in the soils, Taken together, HK44 was useful for in situ bioremediation process monitoring and control. This work is so far the only field release of a GEM for bioremediation purposes.
This research focused on the effects of heavy metals on the biomonitoring activity of genetically engineered bioluminescent bacteria, Pseudomonas putida mt-2 KG1206. KG1206 was exposed to single or binary mixtures of different heavy metals as well as soils contaminated with heavy metals. In case of single exposure with different inducer pollutant, the toxicity order was as followings : As(III) > Cd, As(V) >> Cu, Cr(VI). The toxic effects of the binary mixtures was compared to the expected effect based on a simple theory of probabilities. The interactive effects were mostly additive, while in few cases antgonistic and synergistic mode of action was observed for some concentration combinations. No considerable correlation was found between the total metal contents in soils and the bioluminescence activity of each sample. However, statistically significant differences (p = 0.0102) were observed between two groups, classified based on arsenite contamination. These results demonstrate the usage of recombinant bioluminescent microorganism in biomonitoring and the complex interactive effects of metals.
Bioreporter bacteria, such as recombinant bioluminescent bacteria, have been used for the detection of specific compounds in complex environmental media. In this study, optimum conditions for the preparation and application of deep-freezed and Iyophilized recombinant bioluminescent strain KG1206 were investigated for the future application on contaminated environmental sites. Genetically engineered microorganism, Pseudomonas putida mt-2 KG1206, contains TOL plasmid and the plasmid inserted $P_{m}$, promoter on the upper part of lux gone in vector pUCD615, and m-toluate and benzoate are considered direct inducers for bioluminescence. Optimum conditions determined for the preparation and application of the deep-freezed and lyophilized strain were followings: cryoprotective agent (24% sucrose), lyophilization time (12 hrs), strain concentration ($OD_{600}=0.6$), reconstitution for freezed strain (quick reconstitution at $35^{\circ}C$), reconstitution for lyophilized strain ($3{\sim}6$ hrs exposure on LB medium), carrying conditions (keep at $20^{\circ}C$ after reconstitution). These results demonstrate the feasibility of deep-freezed or lyophilized state of genetically engineered bioluminescent strain for environmental usage.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.1
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pp.79-84
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2008
This paper describes the application of bioluminescence stimulating agents on a genetically engineered microorganism, Pseudomonas putida mt-2 KG1206, to monitor toluene analogs using in groundwater samples from petroleum hydrocarbon contaminated sites. The maximum bioluminescent response with pure chemicals followed in the order: m-methyl benzyl alchohol > m-toluate > toluene > m-xylene > benzoate > p-xylene > o-xylene. Generally, the bioluminescence production of strain mixed with groundwater samples was dependent on the contaminated total inducer concentrations. However, few samples showed opposite results, where these phenomena may be caused by the complexicity of environmental samples. Two chemicals, SL(sodium lactate) and KNO$_3$, were tested to determine a better bioluminescence stimulant. Both chemicals stimulate the bioluminescence activity of strain KG1206, however, a slightly high bioluminescence was observed with nitrogen chemical. This selected stimulant was then tested on samples collected from contaminated groundwater samples. The bioluminescence activity of all samples mixed with the strain was stimulated with KNO$_3$ amendment. This suggests that the low bioluminescence activity exhibited by the environmental groundwater samples can be stimulated by amending the culture with a proper agent, such as nitrogen compound. These findings would be useful, especially, when strain was used to monitor the groundwater samples contaminated with low inducer contaminants. Overall, the results of this study found the ability of bioluminescence producing bacteria to biosensor a specific group of environmental contaminants, and suggest the potential for more efficient preliminary application of this engineered strain in a field-ready bioassay.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.27
no.5
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pp.507-512
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2005
This research focuses on the development and application of a method for the detection of m-toluate in soils using a genetically engineered bioluminescent bacteria, Pseudomonas putida mt-2 KG1206. KG1206 produces light by direct (m-toluate and benzoate) and indirect (toluene analogs) inducers. For detection of m-toluate in soil system, 9.9 mL strain was amended with 0.1 mL soil ethanol extractant. A high correlation ($r^2>0.97$) was observed between bioluminescence and m-toluate concentration. The unknown concentrations of m-toluate in soil samples were pre-determined using a method developed based on bioluminescence activity of strain with extracted inducers. Values between by LC analysis and bioluminescence activity show moderate statistical results. These results demonstrate the feasibility of recombinant bioluminescent microorganism, engineered to generate a quantifiable bioluminescence signal in response to specific pollutants, may serve as combined sensing and reporting tools in environmental monitoring.
To analyze the effects of host versus plasmid on survival of 2, 4-degrading bacteria in environmental samples, strains Pseudomonas cepacia/pJP4, Alcaligenes JMP228/pJP4, P. cepacia/p712, and Alcaligenes JMP228/p712 were separately inoculated into samples of field soil, paddy soil, lake water, and river water, and then the changes of their populations were measured. The strains used contained a 2, 4-D degradative plasmid, either pJP4 conferring fast-growing property to the host or p712 conferring slow-growing property, and were resistant to antibiotics such that the inoculated strains could be enumerated against the indigenous microbial populations. In sterile environmental samples, these strains were stably maintained at the levels used for inoculation, except in sterile paddy soil where Alcaligenes JMP228 strains died drapidly. In natural soil samples for four strains declined steadily with time, but in naturla water samples their polulations fell rapidly at the early phase and then remained almost constant. When the environmentla samples were treated with 2, 4-D, P. cepacia/pJP4 and P. cepacia/p712 maintained significant numbers, while Alcaligenes JMP228/pJP4 and Alcaligenes JMP228/p712 declined significantly in most of the samples. The results indicated that the survivability of genetically modified microorganisms could vary depending on the environments and that their abundance in the environments under s2, 4-D selection was markedly influenced by the nature of the 2, 4-D degradative plasmid as well as type of the host strain.
A kanamycin resistance($Km^r$) gene was studied for its transfer in natural freshwater environments by using the natural bacterial isolate(M1) of DK1 and the DKC601 strain, $Km^r$ plasmid of which was genetically engineered from the NI strain. The transfer frequency ofthe $Km^r$ gene and rearrangement of the $Km^r$ plasmid were compared between the gnetically engineered microorganism(GEM) and the NI parental strain by conjugation with the same recipient strain. The transfer frequency of the $Km^r$ gene was about $9.1\times 10^{-12}-1.8\times 10^{-11}$ in both the GEM and NI strains at 5 to $10^{\circ}C$, but the frequency of the NI was about 10 times higher than that of the GEM at 20 to $30^{\circ}C$. The $Km^r$ plasmid in the transconjugants obtained by conjugation of the NI with the MY1 strain as a ricipient showed alot of rearrangement, but the $Km^r$ plasmid transferred from the GEM was stable without alteration of its size. When the MT2 strain was used as a recipient, however, such a rearrangement of the $Km^r$ plamid was observed in the transconjugants obtained from the GEM as well as the NI strain. In those transconjugants obtained from different mating pairs and water environments, the plasmid were appeared to decrease in their number as the period of conjugation time was prolonged, but only the $Km^r$ plasmid transferred from the GEM kept having its size of 52kb. Therefore, the $Km^r$ gene was transferred at the same rate from the GEM and NI strains in natural freshwater environment, but the gene of the GEM strain was more stable than the NIduring conjugation and the $Km^r$ plasmid was rearranged by changing the recipient strain for conjugation in any water environments.
The biodegradation of Aroclor 1242 was investigated by the mixed cultivation of the natural bacterial isolates and a genetically engineered microorganism (GEM). The natural strain of MS-1003 degraded the Aroclor 1242 through the ortho-cleavage pathway, while the other strains through the meta-cleavage pathway. When the MS-1003 strain was additionally inoculated into the 1 day culture of the DJ-26 strain and then cultivated for 2 days, the Aroclor was degraded up to 86% and resulted in increase of the meta-cleavage product. But in the MS-1003 culture inoculated with the DJ-26, degradation of the Aroclor was limited to the level of each pure culture. By the mixed cultivation of the DJ-26 strain together with the DJ-12 or its GEM strain of DF-10, which degrades the Aroclor through the meta-cleavage pathway, degradation of the Aroclor as well as production of the meta-cleavage compound were lower than those of each pure culture. The degradation of Aroclor 1242 by the GEM strain was not improved over the parental strain. Therefore, a form of cometaboiism of Aroclor 1242 was found in the mixed culture of the DJ-26 and MS-1003 strains which degrade the Aroclor through the different metabolic pathway, but in the mixed culture of the DJ-26 and DJ-12 strains degrading Aroclor 1242 through the same pathway, a kind of competetion for the substrate was observed.
Baeshen, Mohammed N.;Al-Hejin, Ahmed M.;Bora, Roop S.;Ahmed, Mohamed M. M.;Ramadan, Hassan A. I.;Saini, Kulvinder S.;Baeshen, Nabih A.;Redwan, Elrashdy M.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.7
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pp.953-962
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2015
Escherichia coli is the most preferred microorganism to express heterologous proteins for therapeutic use, as around 30% of the approved therapeutic proteins are currently being produced using it as a host. Owing to its rapid growth, high yield of the product, costeffectiveness, and easy scale-up process, E. coli is an expression host of choice in the biotechnology industry for large-scale production of proteins, particularly non-glycosylated proteins, for therapeutic use. The availability of various E. coli expression vectors and strains, relatively easy protein folding mechanisms, and bioprocess technologies, makes it very attractive for industrial applications. However, the codon usage in E. coli and the absence of post-translational modifications, such as glycosylation, phosphorylation, and proteolytic processing, limit its use for the production of slightly complex recombinant biopharmaceuticals. Several new technological advancements in the E. coli expression system to meet the biotechnology industry requirements have been made, such as novel engineered strains, genetically modifying E. coli to possess capability to glycosylate heterologous proteins and express complex proteins, including full-length glycosylated antibodies. This review summarizes the recent advancements that may further expand the use of the E. coli expression system to produce more complex and also glycosylated proteins for therapeutic use in the future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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