Microbial whole-cell biosensors can be excellent analytical tools for monitoring environmental pollutants. They are constructed by fusing reporter genes (e.g., lux, gfp or lacZ) to inducible regulatory genes which are responsive to the relevant pollutants, such as aromatic hydrocarbons and heavy metals. A large spectrum of microbial biosensors has been developed using recombinant DNA technology and applied in fields as diverse as environmental monitoring, medicine, food processing, agriculture, and defense. Furthermore, their sensitivity and target range could be improved by modification of regulatory genes. Recently, microbial biosensor cells have been immobilized on chips, optic fibers, and other platforms of high-throughput cell arrays. This paper reviews recent advances and future trends of genetically modified microbial biosensors used for monitoring of specific environmental pollutants.
KIM, HYUNG-JOON;JOON-SUNG PARK;HEUNG-SHICK LEE;YOUNHEE KIM
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.12
no.2
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pp.336-339
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2002
A total of 100 Corynebacterial clones exerting a regulatory effect on the aceB promoter of Corynebacterium glutamicum were isolated by utilizing a reporter carrying the enteric lacZ gene fused to the promoter. The isolated clones were classified into 3 groups of A, B, and C, according to their color of colonies. Escherichia coli cells carrying clones in groups A and B showed a $90\%\;and\;50\%$ reduction in ${\beta}$-galactosidase activity, respectively. The introduction of group A clones into C. glutamicum also resulted in an almost complete reduction in the expression of the aceA and aceB genes, suggesting that the clones express repressor-like proteins for the genes. Although white colonies were formed on plates containing X-gal, E. coli cells carrying one of the clones in group C exhibited intact ${\beta}$-galactosidase activity. The result suggests that the clone may encode proteins that prevent the cells from accumulating the chromogenic compound, X-gal.
Members of Methylobacterium, referred as pink-pigmented facultative methylotrophic bacteria, are frequently associated with terrestrial and aquatic plants, tending to form aggregates on the phyllosphere. We report here that the production of autoinducer molecules involved in the cell-to-cell signaling process, which is known as quorum sensing, is common among Methylobacterium species. Several strains of Methylobacterium were tested for their ability to produce N-acyl-homoserine lactone (AHL) signal molecules using different indicators. Most strains of Methylobacterium tested could elicit a positive response in Agrobacterium tumefaciens harboring lacZ fused to a gene that is regulated by autoinduction. The synthesis of these compounds was cell-density dependent, and the maximal activity was reached during the late exponential to stationary phases. The bacterial extracts were separated by thin-layer chromatography and bioassayed with A. tumefaciens NTI (traR, tra::lacZ749). They revealed the production of various patterns of the signal molecules, which are strain dependent. At least two signal molecules could be detected in most of the strains tested, and comparison of their relative mobilities suggested that they are homologs of N-octanoyl-$_{DL}$-homoserine lactone ($C_8-HSL$) and N-decanoyl-$_{DL}$-homoserine lactone ($C_{10}-HSL$).
As an initial effort to elucidate RNA: protein binding in a way to regulate translation initiation and phosphorylation, a cDNA encoding a double-stranded RNA binding factor (RBFII)was isolated from Hela ZAPII cDNA library by affinity screening using [$\alpha$$^{-32}$P] UMP-labeled HIV Rev-responsive element(RRE) RNA. The nucleotide sequence of RBF (or TRBP) cDNA except the 5’end. At the 5’end, This common ORF was fused in-frame to N-terminal residues of Lac-Z through a unique 138 nt sequence encoding 46residues in the case of RBFII and a 63 nt sequence encoding 21 residuces in the case of RBFI. The context of ATG appearing first in the sequences suggests that both these cDNA inserts are incomplete at the 5’end.
Neutron and gamma-ray shielding properties of Inconel 718 reinforced B4C (0-25 wt%) were investigated using PSD software. Mean free path (MFP), linear and mass attenuation coefficients (LAC,MAC), tenth-value and half-value layers (TVL,HVL), effective atomic number (Zeff), exposure buildup factors (EBF), and fast neutron removal cross-sections (FNRC) values were calculated for 0.015-15 MeV. It was found that MAC and LAC increased with the decrease in the content of B4C compound by weight in Inconel 718. The EBFs were computed using G-P fitting method for 0.015-15 MeV up to the penetration depth of 40 mfp. HVL, TVL, and FNRC values were found to range between 0.018 cm and 3.6 cm, between 2.46 cm and 12.087 cm, and between 0.159 cm-1 and 0.194 cm-1, respectively. While Inconel 718 provides the maximum photon shielding property since it offered the highest values of MAC and Zeff and the lowest value of HVL, Inconel 718 with B4C(25 wt%) was observed to provide the best shielding material for neutron since it offered the highest FNRC value. The study is original in terms of several aspects; moreover, the results of the study may be used in nuclear technology, as well as other technologies including nano and space technologies.
Mechanical moduli, such as Young's modulus (E), Bulks modulus (B), Shear modulus (S), longitudinal modulus (L), Poisson's ratio (σ) and micro Hardness (H) were theoretically calculated for (100-x)TeO2+x MgO glasses, where x = 10, 20, 30, 40 and 45 mol%, based on the Makishima-Mackenzie model. The estimated results showed that the mechanical moduli and the microhardness of the glasses were improved with the increase of the MgO contents in the TM glasses, while Poisson's ratio decreased with the increase in MgO content. Moreover, the radiation shielding capacity was evaluated for the studied TM glasses. Thus, the linear attenuation coefficient (LAC), mass attenuation coefficient (MAC), transmission factor (TF) and half-value thickness (𝚫0.5) were simulated for gamma photon energies between 0.344 and 1.406 MeV. The simulated results showed that glass TM10 with 10 mol % MgO possess the highest LAC and varied in the range between 0.259 and 0.711 cm-1, while TM45 glass with 45 mol % MgO possess the lowest LAC and vary in the range between 0.223 and 0.587 cm-1 at gamma photon energies between 0.344 and 1.406 MeV. Furthermore, the BXCOM program was applied to calculate the effective atomic number (Zeff), equivalent atomic number (Zeq) and buildup factors (EBF and EABF) of the glasses. The effective removal cross-section for the fast neutrons (ERCSFN, ∑R) was also calculated theoretically. The received data depicts that the lowest ∑R was achieved for TM10 glasses, where ∑R = 0.0193 cm2 g-1, while TM45 possesses the highest ERCSFN where ∑R = 0.0215 cm2 g-1.
Several clones obtained from Serratia marcescens stimulated E. coli TP2139 (${\Delta}lac, \;{\Delta} crp$) cells to use maltose as a carbon source. The crp gene clone, pCKB12, was confirmed to stimulate the $\beta$-galactosidase activity, by Southern hybridization [31]. The nucleotide sequence of the crp region consisting of 1,979 bp was determined. The sequencing of the fragment led to the identification of two open reading frames: One of these, the crp gene, encoded 210 amino acid and the other encoded a truncated protein. The S. marcescens and E. coli crp genes showed a higher degree of divergence in their nucleotide sequence with 120 changes, however, the corresponding amino acid sequences showed only two amino acid differences. Yet, an analysis of the amino acid divergence revealed that the catabolite gene activator protein, the crp gene product, was the most conserved protein observed so far. Using a crp-lac protein fusion, it was demonstrated that S. marcescens CRP could repress its own expression, probably via a mechanism similar to that previously described for the E. coli crp gene.
This study was carried out to evaluate the potential for preselection of transgenic embryos prior to transfer into recipient animals. In these experiments, I used a 3.2 kb transgene which contained the neomycin resistance gene (neo) and lac Z gene driven by the $\beta$ actin promoter (iacZ Ineo). Oocytes were aspirated from abattoir ovaries, matured in TCM-199 supplemented with 10% fetal bovine serum (FBS), 5 ${\mu}\textrm{g}$/ml LH, 0.5 ${\mu}\textrm{g}$/ml FSH, 100 unit/ml penicillin, and 100 ${\mu}\textrm{g}$/ml streptomycin for 22 to 24 hrs then inseminated with a sperm suspension of 1 X 10$^6$ sperm/ml containing 5 ${\mu}\textrm{g}$/ml of heparin. At 18-20 hrs after insemination, cumulus cells were removed by vortexing and pronuclei of centrifuged zygotes microinjected with the lacZ/neo construct (3 ng/$\mu$l). All cultures were carried out in CR1aa with transfected BRL monolayers containing 3 mg/ml BSA, 20 $\mu$/ml NEM amino acids and 40 $\mu$I/ml BME amino acids. To identify the appropriate concentration of G418 for selection, non-microinjected zygotes were cultured in the presence of 0, 50, 100 and 200 $\mu$g/ml of G418. After 8 days of culture in these treatments, 44/145 (30.3%), 13/150 (8. 7%), 1/151 (0.7%) and 0/134 (0.0%) devel-oped to the blastocyst stage in 0, 50, 100 and 200 $\mu$g/ml of G418, respectively. A total of 1,127 zygotes were microinjected and placed into culture (without G418) and subsequently 710 (63.0%) cleaved. At 48 hrs post-injection, embryos ($\geq$2-cell) were randomly assigned to control (medium alone) or G418 (100 ${\mu}\textrm{g}$/ml) treatments. A control culture of 740 non-microinjected embryos from the same replicates of embryos were also placed into control medium. After 8 days in culture, 54/343 (15.7%) and 22/367 (6.0 %) of the microinjected embryos developed to the blastocyst stage in control and G418 media, respectively. A total of 151/740 (27.2%) of the non-microinjected embryos placed in the control medium developed to the blastocyst stage. The blastocysts in the control treatment had a mean of 70.7 ${\pm}$ 4.7 cells of which 23.1 ${\pm}$ 2.6 (32.7%) stained for $\beta$-Gal activity. B1astocysts in the G418 treatment had a mean of 48.8${\pm}$7.5 cells of which 40.3 ${\pm}$ 4.1 (82.6%) stained for $\beta$-Gal ac tivity (P<0.05). In the control treatment 26 of 30 (87.0%) blastocysts had some cells with $\beta$-Gal activity while all of the blastocysts in the G418 treatment had some cell with $\beta$-Gal ac tivity (P<0.05). However, ICM colonies in either control or G418 treatments were not expressed any epiblast cell except of trophetoderm celIs. The $\beta$-actin promoter/lacZ gene may not be e expression or silence expression in epiblast cells These results clearly show an enrichment of blastocysts expressing the transgene in the majority of their cells after culture in the presence of G418. The exogeneous gene was not express a and silence in ICM colonies especiallly epiblast cells except of trophectederm cells. Even though the higher rate cell number expressed of exogeneous gene in the G418 treatments, a total cell number was decrease significantly (P<0.05) of which might be also drop of the establishment of ES like-cell colonies and production of transgenic animals. However, futher studies need to determine the viability of these selected embryos and the avability of production of transgenic offspring.
The response of IPTG induction was investigated through the monitoring of the alkali consumption rate and buffer capacity during the cultivation of recombinant E. coli BL21 (DE3) harboring the plasmid pRSET-LacZ under the control of lac promoter. The rate of alkali consumption increased along with cell growth, but declined suddenly after approximately 0.2 h of IPTG induction. The buffer capacity also declined after 0.9 h of IPTG induction. The profile of buffer capacity seems to correlate with the level of acetate production. The IPTG response was monitored only when introduced into the mid-exponential phase of bacterial cell growth. The minimum concentration of IPTG for induction, which was found out to be 0.1 mM, can also be monitored on-line and in-situ. Therefore, the on-line monitoring of alkali consumption rate and buffer capacity can be an indicator of the metabolic shift initiated by IPTG supplement, as well as for the physiological state of cell growth.
Vibrio vulnificus is an opportunistic pathogen that causes a septicemia and expresses numerous virulence factors, in which luxS and smcR are genes encoding for components responsible for quorum-sensing regulation. In the present study, null mutants were constructed with lesions in each or both of these two genes from the V. vulnificus Vv$\Delta$Z strain, which is a lacZ$^{-}$ and chloramphenicol/streptomycin-resistant derivative of the wild-type ATCC29307 strain, and their phenotypes related to virulence were compared with those of the parental cells. $LD_{50}$ and histopathological findings of luxS-, smcR-, or luxS- smcR- deficient mutant were not different from those of the parent strain, a lacZ-deficient streptomycin-resistant strain in mice. However, time of death in mice was delayed, and numbers of bacteria survived in bloodstream after intraperitoneal injection in mice were decreased by mutation, especially luxS and smcR double mutant (VvSR$\Delta$ZSR). These phenomena were supported by increased serum sensitivity and delayed bacterial proliferation in both murine blood and iron-restricted medium. These results suggest that the luxS and luxR homologous genes in V. vulnificus could playa role in bacterial survival in host by enhancing proliferation and adjusting to changed environment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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