$\beta$-Cyclodextrin glucanotransferase ($\beta$-CGTase) was overproduced extracellularly using recombinant E. coli by transforming the plasmid pECGT harboring a secretive signal peptide. The $\beta$-CGTase gene of alkalophilic Bacillus firmus var alkalophilus was inserted into the high expression vector pET20b(+) containing a secretive pelB signal peptide, and then transformed into E. coli BL2l(DE3)pLysS. The optimum culture conditions fer the overproduction of $\beta$-CGTase were determined to be TB medium containing 0.5% (w/v) soluble starch at post-induction temperature of $25^{\circ}C$. A significant amount of $\beta$-CGTase, up to 5.83 U/ml, which was nine times higher than that in the parent strain B. firmus var. alkalophilus, was overproduced in the extracellular compartment. A pH-stat fed-batch cultivation of the recombinant E. coli was also performed to achieve the secretive overproduction of $\beta$-CGTase at a high cell density, resulting in production of up to 21.6 U/ml of $\beta$-CGTase.
Halberstadt, Craig R.;Palsson, Bernhanrd O.;Midgley, A.Rees;Curl, Rane L.
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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제7권3호
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pp.163-170
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2002
This report describes the use of a transtubular bioreactor to study the relative effects of diffusion versus perfusion of medium on antibody production by a hybridoma cell line. The study was performed with a high-density cell culture maintained in a serum-free, low-protein medium for 77 days. It was determined that the reactor possessed a macro-mixing pattern residence time distribution similar to a continuous stirred tank reactor (CSTR), However, due to the arrangement of the medium lines in the reactor, the flow patterns for nutrient distribution consist of largely independent medium path lengths ranging from short to long. When operated with cyclic, reversing, transtubular medium flow, some regions of the reactor (with short residence times) are more accessible to medium than others (with long residence times). From this standpoint, the reactor can be divided into three regions: a captive volume, which consists of medium primarily delivered via diffusion; a lapped volume, which provides nutrients through unilateral convection; and a swept volume, which operates through bilateral convection. The relative sizes of these three volumes were modified experimentally by changing the period over which the direction of medium flow was reversed from 15 min (larger captive volume) to 9 h (larger swept volume). The results suggest that antibody concentration increases as the size of the diffusion-limited (captive) volume is increased to a maximum at around 30 min with a sharp decrease thereafter. As reflected by changes in measured consumption of glucose and production of lactate, no significant difference in cellular metabolism occurred as the reactor was moved between these different states. These results indicate that the mode of operation of the transtubular bioreactor may influence antibody productivity under serum-free, low-protein conditions with minimal effects on cellular metabolism.
재조합 대장균의 성장과 그 부산물 생성 관계를 알기위하여 탄소원을 glucose로하여 d-cycloserine, acetic acid 첨가에 따른 각각의 영향들을 검토하였다. 세포벽에 자극을 주는 d-cycloserine을 초기 농도 $0.1g/\ell$ 로 첨가하면 첨가하지 않는 경우에 비해 세포 성장이 93% 증가 했고 ${\alpha}$-amylase 생성은 5 5%정도 분비가 촉진 되였다. 그러나 d -cycloserine 초기 농도 $0.2g/\ell$로 첨가하면 세포와 a-amylase 아주 적게 생성되었다. 또한 d-cycloserine을 첨가하면 부산물에 lactic acid 생성에는 영향이 없으나 acetic acid는 적게 생성되었다. 그러므로 dc cycloserine과 같은 자극제를 적당히 첨가하면 세포 성장 및 ${\alpha}$-amylase 분비가 촉진되지만 너무 많이 첨가 면 저해 작용이 얼어남을 알 수 있다. 저해제 acetic acid는 세포 성장에 작용을 주는 결과를 보였고 acetic acid의 농도가 높지 않는 상 태에서 lactic acid의 생성은 높은 양으로 생성 되엣 다. 이상의 결과에서 lactic acid를 적게 나오게 하 는것은 세포 수율에 큰영향을 주며 acetic acid가 척게 생성되면 성장에 좋은 영향을 주고 있다. 이상의 전체적인 결과는 세포 성장과 부산물 생성 상태를 고려할때 d -cycloserine은 초기 농도 $0.1g/\ell$ 정도 첨가하고 저해제 acetic acid의 생성을 적게 하는 배양방법을 검토 할 필요가 있다고 생각된다.
Song, Yeonhwa;Yun, Sujin;Yang, Hye Jin;Yoon, A Young;Kim, Haekwon
한국발생생물학회지:발생과생식
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제16권4호
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pp.339-351
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2012
Fetal bovine serum (FBS) is the most frequently used serum for the cultivation of mammalian cells. However, since animal-derived materials might not be appropriate due to safety issues, allogeneic human serum (HS) has been used to replace FBS, particularly for the culture of human cells. While there has been a debate about the advantages of HS, its precise effect on human adult stem cells have not been clarified. The present study aimed to investigate the effect of HS on the human eyelid adipose stem cells (HEACs) in vitro. When HEACs were cultivated in a medium containing 10% HS, many cells moved into several spots and aggregated there. The phenomenon was observed as early as 9 days following 10% HS treatment, and 12 days following 5% HS plus 5% FBS treatment. However, the aggregation was never observed when the same cells were cultivated with 10% FBS or bovine serum albumin. To examine whether cell density might affect the aggregation, cells were seeded with different densities on 12-well dish. Until the beginning of aggregation, cells seeded at low densities exhibited the longest culture period of 16 days whereas cells seeded at high densities showed the shortest period of 9 days to form aggregation. The number of cells was $15.1{\pm}0.2{\times}10^4$ as the least for the low density group, and $29.3{\pm}2.8{\times}10^4$ as the greatest for the high density group. When human cord blood serum or normal bovine serum was examined for the same effect on HEACs, interestingly, cord blood serum induced the aggregation of cells whereas bovine serum treatment has never induced. When cells were cultivated with 10% HS for 9 days, they were obtained and analyzed by RT-PCR. Compared to FBS-cultivated HEACs, HS-cultivated HEACs did not express VIM, and less expressed GATA4, PALLD. On the other hand, HS-cultivated HEACs expressed MAP2 more than FBS-cultivated HEACs. In conclusion, human adult stem cells could move and form aggregates by the treatment with human body fluids.
4l 교반식 생물반응기에서, celite담체에 고정화된 Tolypocladium inflatum 균주 배양시의 산소전달 계수($k_La$)가 같은 세포농도 하에서 액상배양시의 값과 비교할 때, 고정상균주의 높은 비산소흡수율에도 불구하고, 2배 이상 증가되었다. 그 결과 고정상배 양의 경우, 용존산소량이 포화상태의 75%를 초과하는 충분한 산소량이 배양기간 내내 유지될 수 있었으나, 액상배양의 경우에는 용존산소량이 포화상태의 50% 이하까지 감소되었다. 임펠러의 교반속도에 따른 $k_La$의 단순 선형 의존 현상이, 250rpm에서 550rpm 범위에서 고정상배양 및 액상배양 모두에서 관찰되었으며, 그 의존정도는 액상배양의 경우 세포 농도와 함수관계인 반면, 고정상배양의 경우에는 세포농도와 무관하였다. 반면에 두 배양시스템 모두에서, 통기율 변화에 따른 산소전달율은 2.5vvm까지는 함수관계를 보였으나 그 의존도는 임펠러 교반속도의 변화에 따른 영향과 비교할 때 훨씬 미미하였으며, 2.5vvm 이상의 통기율에서는 산소전달현상에 별로 영향을 주지 못했다. CyA 생산 면에서 볼 때, 고정상세포는 형태학 또는 생리학적으로 훌륭한 배양상태를 유지할 수 있어서, 동일조건의 액상배양과 비교해서 약 2배 이상 생산성이 증가되였다. 그러므로 교반식 생물반응기를 이용한 celite-고정상배양법 은 고농도배양이 가능하다는 측면에서 볼 때, CyA 대량생산 산업화를 위한 대체 공정으로서 훌륭한 전망을 제시해 준다.
We investigated the possibility of industrial application and economit process of high temperature fermentation by thermotolerant alcohol producing yeasts as previously reported. From the 20% glucose media, the RA-74-2 produced 11.8% (v/v) ethanol at $32^{\circ}C$ (0.5% inoculum) and 10.6% (v/v) ethanol at $40^{\circ}C$ (3% inoculum), respectively. Also, 11.3% (v/v) ethanol was produced for 96 hours in the temperature-gradient fermentation. These results suggest that the RA-74-2 could isuccessfully be applied to save the cooling water and energy in industrial scale without re-investment or modification of established fermentation systems. When potato starch was used as the substrate for the RA-74-2, high temperature fermentation above $40^{\circ}C$ was more appropriate for industrial utilization because organic nitrogen was not necessary to economical fermentation. As the naked barley media just prior to industrial inoculation, taken from the Poongkuk alcohol industry Co., were used, 9.6% (v/v) ethanol was produced at $40^{\circ}C$ for 48 hours in jar-fermentor scale (actually, 9.5-9.8% (v/v) ethanol was produced at 30~$32^{\circ}C$ for 100 hours in industrial scale). The ethanol productivity was increased by the high glucoamylase activity as well as the high metabolic ratio at $40^{\circ}C$ Therefore, if the thermotolerant yeast RA-74-2 would be used in industrial scale, we could obtain a high productivity and saving of the cooling water and energy. Meanwhile, the RA-912 produced 6%(v/v) ethanol in 10% glucose media at $45^{\circ}C$ and showed the less ethanol-tolerance compared with industrial strains. As the produced alcohol was recovered by the vacuum evaporator at $45^{\circ}C$ in 15% glucose media, the final fermentation ratio was enhanced (76% of theoretical yields). This suggest that a hyperproductive process could be achieved by a continuous input of the substrate and continuous recovery of the product under vacuum in high cell-density culture.
We examined the efficacy of a bacterium for biocontrol of the root-knot nematode (RKN) Meloidogyne hapla in carrot (Daucus carota subsp. sativus) and tomato (Solanum lycopersicum). Among 542 bacterial isolates from various soils and plants, the highest nematode mortality was observed for treatments with isolate C1-7, which was identified as Bacillus cereus based on cultural and morphological characteristics, the Biolog program, and 16S rRNA sequencing analyses. The population density and the nematicidal activity of B. cereus C1-7 remained high until the end of culture in brain heart infusion broth, suggesting that it may have sustainable biocontrol potential. In pot experiments, the biocontrol efficacy of B. cereus C1-7 was high, showing complete inhibition of root gall or egg mass formation by RKN in carrot and tomato plants, and subsequently reducing RKN damage and suppressing nematode population growth, respectively. Light microscopy of RKN-infected carrot root tissues treated with C1-7 showed reduced formation of gall cells and fully developed giant cells, while extensive gall cells and fully mature giant cells with prominent cell wall ingrowths formed in the untreated control plants infected with RKNs. These histopathological characteristics may be the result of residual or systemic biocontrol activity of the bacterium, which may coincide with the biocontrol efficacies of nematodes in pots. These results suggest that B. cereus C1-7 can be used as a biocontrol agent for M. hapla.
Shaimaa Abulmagd;Abd El-Nasser A. Khattab;Hamdallah Zedan
Clinical and Experimental Vaccine Research
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제11권1호
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pp.12-29
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2022
Purpose: In the present study, whole diphtheria toxin (dt) and fragment B (dtb) genes from Corynebacterium diphtheriae Park William were cloned into Escherichia coli, the purified expressed proteins were evaluated for ultimately using as a candidate vaccine. Materials and Methods: The dt and dtb genes were isolated from bacterial strain ATCC (American Type Culture Collection) no. 13812. Plasmid pET29a+ was extracted by DNA-spin TM plasmid purification kit where genes were inserted using BamHI and HindIII-HF. Cloned pET29a+dt and pET29a+dtb plasmids were transformed into E. coli BL21(DE3)PlysS as expression host. The identity of the sequences was validated by blasting the sequence (BLASTn) against all the reported nucleotide sequences in the NCBI (National Center for Biotechnology Information) GenBank. Production of proteins in high yield by different types and parameters of fermentation to determine optimal conditions. Lastly, the purified concentrated rdtx and rdtb were injected to BALB/c mice and antibody titers were detected. Results: The genetic transformation of E. coli DH5α and E. coli BL21 with the pET-29a(+) carrying the dt and dtb genes was confirmed by colony polymerase chain reaction assay and were positive to grow on Luria-Bertani/kanamycin medium. The open reading frame of dt and dtb sequences consisted of 1,600 bp and 1,000 bp, were found to be 100% identical to dt and dtb sequence of C. diphtheriae (accession number KX702999.1 and KX702993.1) respectively. The optimal condition for high cell density is fed-batch fermentation production to express the rdtx and rdtb at 280 and 240 Lf/mL, dissolved oxygen was about 24% and 22% and the dry cell weight of bacteria was 2.41 g/L and 2.18 g/L, respectively. Conclusion: This study concluded with success in preparing genetically modified two strains for the production of a diphtheria vaccine, and to reach ideal production conditions to achieve the highest productivity.
A metabolically-engineered Deinococcus radiodurans R1 strain capable of producing phytoene, a colorless $C_{40}$ carotenoid and a promising antioxidant, has been developed. To make this base strain, first, the crtI gene encoding phytoene desaturase was deleted to block the conversion of phytoene to other carotenoids such as lycopene and ${\gamma}$-carotene. This engineered strain produced $0.413{\pm}0.023mg/l$ of phytoene from 10 g/l of fructose. Further enhanced production of phytoene up to $4.46{\pm}0.19mg/l$ was achieved by overexpressing the crtB gene encoding phytoene synthase and the dxs genes encoding 1-deoxy-$\text\tiny{D}$-xylulose-5-phosphate synthase gene, and by deleting the crtD gene. High cell-density culture of our final engineered strain allowed production of $10.3{\pm}0.85mg/l$ of phytoene with the yield and productivity of $1.04{\pm}0.05mg/g$ and $0.143{\pm}0.012mg/l/h$, respectively, from 10 g/l of fructose. Furthermore, the antioxidant potential of phytoene produced by the final engineered strain was confirmed by in vitro DPPH radical-scavenging assay.
Kim, Myoung-Chul;La, Geung-Hwan;Kim, Hyun-Woo;Jeong, Kwang-Seuk;Kim, Dong-Kyun;Joo, Gea-Jae
생태와환경
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제41권1호
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pp.26-33
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2008
To understand the effect of water temperature on growth pattern of Stephanodiscus sp., we weekly or biweekly investigated in the lower part of the Nakdong River from 1994 to 2006 and performed a laboratory experiment. Stephanodiscus was the most dominant species among phytoplankton in winter when low flow persisted and the high abundances of the species were maintained from December to February. Three strains of Stephanodiscus sp. were isolated for the in vitro experiment from the Nakdong River in January 2005. Over the water temperature range of $4^{\circ}C$ to $20^{\circ}C$, the growth patterns of Stephanodiscus sp. were different in the short-term batch culture. The maximum cell density of Stephanodiscus sp. was observed at approximately $5^{\circ}C$ in the river systems, but the optimum water temperature of Stephanodiscus sp. was $10^{\circ}C$ for the growth in the laboratory experiment. However, the proliferation of Stephanodiscus sp. was related to low water temperature in the Nakdong River.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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