• KSBB Journal
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• 제31권1호
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• pp.27-32
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• 2016

Several CoA transferases from Clostridium beijerinckii, C. perfringens and Klebsiella pneumoniae were examined for biosynthesis of lactate-containing polyhydroxyalkanoates (PHAs) in recombinant Escherichia coli XL1-Blue strain. The CB3819 gene and the CB4543 gene from C. beijerinckii, the pct gene from C. perfringens and the pct gene from K. pneumoniae, which encodes putative CoA transferase gene, respectively, was co-expressed with the Pseudomonas sp. MBEL 6-19 phaC1437 gene encoding engineered Pseudomonas sp. MBEL 6-19 PHA synthase 1 ($PhaC1_{Ps6-19}$) to examine its activity for the construction of key metabolic pathway to produce poly(3-hydroxybutyrate-co-lactate) [P(3HB-co-LA)]. The recombinant E. coli XL1-Blue expressing the phaC1437 gene and CB3819 gene synthesized poly(3-hydroxybutyrate) [P(3HB)] homopolymer to the P(3HB) content of 60.5 wt% when it was cultured in a chemically defined medium containing 20 g/L of glucose and 2 g/L of sodium 3-hydroxybutyrate. Expression of the phaC1437 gene and CB4543 gene in recombinant E. coli XL1-Blue also produced P(3HB) homopolymer to the P(3HB) content of 51.2 wt% in the same culture condition. Expression of the phaC1437 gene and the K. pneumoniae pct gene in recombinant E. coli XL1-Blue could not result in the production of PHAs in the same culture condition. However, the recombinant E. coli XL1-Blue expressing the phaC1437 gene and the C. perfringens gene could produce poly(3-hydroxybutyrate-co-lactate [P(86.4mol%3HB-co-13.7 mol%LA) up to the PHA content of 10.6 wt% in the same culture condition. Newly examined CoA transfereases in this study may be useful for the construction of engineered E. coli strains to produce PHA containing novel monomer such lactate.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제30권9호
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• pp.1430-1435
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• 2020

Bacterial cellulose (BC) has outstanding physical and chemical properties, including high crystallinity, moisture retention, and tensile strength. Currently, the major producer of BC is Komagataeibacter xylinus. However, due to limited tools of expression, this host is difficult to engineer metabolically to improve BC productivity. In this study, a regulated expression system for K. xylinus with synthetic ribosome binding site (RBS) was developed and used to engineer a BC biosynthesis pathway. A synthetic RBS library was constructed using green fluorescent protein (GFP) as a reporter, and three synthetic RBSs (R4, R15, and R6) with different strengths were successfully isolated by fluorescence-activated cell sorting (FACS). Using synthetic RBS, we optimized the expression of three homologous genes responsible for BC production, pgm, galU, and ndp, and thereby greatly increased it under both static and shaking culture conditions. The final titer of BC under static and shaking conditions was 5.28 and 3.67 g/l, respectively. Our findings demonstrate that reinforced metabolic flux towards BC through quantitative gene expression represents a practical strategy for the improvement of BC productivity.

• KSBB Journal
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• 제29권6호
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• pp.443-447
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• 2014

Biosynthesis of lactate-containing polyhydroxyalkanoates (PHAs) was examined in recombinant Escherichia coli W strain from sucrose. The Pseudomonas sp. MBEL 6-19 phaC1437 gene and the Clostridium propionicum pct540 gene, which encode engineered Pseudomonas sp. MBEL 6-19 PHA synthase 1 ($PhaC1_{Ps6-19}$) and engineered C. propionicum propionyl-CoA transferase ($Pct_{Cp}$), respectively, were expressed in E. coli W to construct key metabolic pathway to produce poly(3-hydroxybutyrate-co-lactate) [P(3HB-co-LA)]. The recombinant E. coli W expressing the phaC1437 gene and the pct540 gene could synthesize P(3HB-co-13mol%LA) up to the polymer content of 31.3 wt% when it was cultured in chemically defined MR medium containing 20 g/L of sucrose and 2 g/L of sodium 3-hydroxybutyrate. When Ralstonia eutropha phaAB genes were additionally expressed to provide 3-hydroxybutyrate-CoA (3HB-CoA) from sucrose, P(3HB-co-16mol%LA) could be synthesized from sucrose as a sole carbon source without supplement of sodium 3-hydroxybutyrate in culture medium, but the PHA content was decreased to 12.2 wt%. The molecular weight of P(3HB-co-16 mol%LA) synthesized in E. coli W using sucrose as carbon source were $1.53{\times}10^4$ ($M_n$) and $2.78{\times}10^4$ ($M_w$), respectively, which are not different from those that have previously been reported by other recombinant E. coli strains. Engineered E. coli strains developed in this study should be useful for the production of lactate-containing PHAs from sucrose, one of the most abundant and least expensive carbon sources.

• KSBB Journal
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• 제22권5호
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• pp.345-350
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• 2007

인산당은 모든 유기체에서 발견되며 무척 다양한 유용성을 지니고 있다. 특히 glucose 1-phosphate (G1P), glucose 6-phosphate (G6P), fructose 6-phosphate (F6P) 등은 해당과 정, 당합성과정, 5탄당 인산화과정 및 캘빈회로와 같은 탄수화물 대사와 에너지 생산 대사의 주요한 핵심 중간물질이다. 특히 해당과정에서 F6P는 G6P의 이성질화반응에 의하여 생성된다. F6P의 대량생산은 전분을 이용하는 것이 가능한데, 우선 전분에 인산화효소를 가하여 G1P를 얻고, 이 G1P를 자리옮김효소 (phosphoglucomutase, GM)와 이성질화효소 (phosphoglucoisomerase, GI)를 순차적으로 적용하여 G6P와 F6P를 생산하게 된다. 효소반응의 경우 전분의 용해도 증가, 반응속도의 향상 및 미생물의 오염방지 등을 위하여 중온성 효소보다는 고온성 효소 혹은 내열성 효소가 선호된다. 본 연구는 세 가지 내열성 효소를 이용하여 전분으로부터 두 단계반응으로 F6P를 생산하는 것에 관한 것이다. 실험에 사용된 효소는 대장균에서 발현된 재조합 효소로서, 효소의 생산은 유가식 배양을 이용하였다. 1.2% 가용성 전분 200 L를 이용하여 1,253 g의 순수한 G1P를 생산하였으며 이를 이용하여 최종적으로 30% 수율로 F6P를 생산할 수 있었다. 최대수율을 얻기 위하여 반응표면분석법을 이용하여 GM : GI = 1 : 1.23, 63.5$^{\circ}C$, pH 6.85의 조건이 도출되었으며, 이 조건하에서 실험을 통하여 20 g/L의 전분을 이용하여 30% 수율로 F6P가 생성됨을 확인할 수 있었다.

• KSBB Journal
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• 제24권1호
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• pp.25-29
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• 2009

Saccharomyces cerevisiae의 deletion mutant를 이용하여 ydc1, ypc1, scs7, sur1, csg2, ipt1, Icb4, Icb5, dpll의 deletion이 세라마이드의 생산에 미치는 영향을 고찰하였다. 세라마이드는 ELSD가 연결된 HPLC를 통하여 분석하였으며 ${\triangle}$ydc1 mutant의 세라마이드 생산량이 6 mg ceramide/g cell로 최대량을 나타내었으며 ${\triangle}$sur1 mutant, ${\triangle}$lcb5 mutant, ${\triangle}$dpll mutant의 경우 control로 사용한 BY4742와 비슷한 세라마이드 생산량을 나타내었고, 그 외 ${\triangle}$ypc1 mutant, ${\triangle}$scs7 mutant, ${\triangle}$csg2 mutant, ${\triangle}$ipt1 mutant, ${\triangle}$lcb4 mutant는 BY4742보다 낮은 세라마이드 생산량을 나타내었다.

• 한국육종학회지
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• 제50권4호
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• pp.351-363
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• 2018

관상용 화훼작물에 있어서 꽃의 색깔과 형태는 중요한 형질 중 하나이다. 일반적으로 꽃색은 카로티노이드, 플라보노이드, 베타라인에 의해 결정된다. 그 중 플라보노이드는 보다 넓은 영역의 색을 나타낸다. 국화는 세계적으로 인기가 많은 관상용 화훼작물이며 꽃색을 바꾸기 위한 많은 연구가 진행되어 왔다. 국화의 경우, 시아니딘 계열 안토시아닌의 축적으로 분홍색 혹은 빨간색의 꽃색을 나타내며, 카로티노이드 계열 색소물질의 축적으로 노란색 또는 초록색의 꽃색을 나타낸다. 그러나 자연계에는 파란 꽃색의 국화는 존재하지 않는다. 지금까지 플라보노이드계 물질 생합성을 조절함으로써 파란색 꽃을 개발하기 위한 여러 연구가 시도되었다. 반면 그 외의 플라보노이드계 물질을 기반으로 한 새로운 꽃색 국화 개발연구는 거의 수행되지 않았다. 플라보노이드 생합성 조절에는 다양한 전사인자들이 관여하고 플라보노이드계 물질 기반 꽃색 변경을 위해서는 구조 유전자 및 전사인자들을 이해하는 것이 중요하다. 따라서 본 논문에서는 화훼작물의 플라보노이드 생합성 및 조절에 대하여 전반적으로 서술하였고, 그 동안 보고된 플라보노이드계 물질의 꽃색 변경 연구들을 검토하였다. 이러한 결과들은 생명공학기술을 기반으로한 국화 꽃색 변경 달성을 위한 중요한 길잡이가 될 수 있을 것이다.

• 생명과학회지
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• 제31권5호
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• pp.464-474
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• 2021

대사성질환, 암, 손상, 및 패혈증 등에 의해 유도되는 염증은 산화스트레스를 통해 세포의 미토콘드리아의 기능을 감퇴시켜 신경증과 근육위축증 등을 야기한다. 본 연구에서는 lipopolysaccharide (LPS)에 의해 유도된 미토콘 드리아의 기능감퇴와 근육위측증에 대한 butyrate의 억제효과를 확인하고자 하였다. LPS의 처리는 C2C12세포에서 MAPK의 활성을 통해 미토콘드리아 분열을 촉진하는 DRP1 (Ser616) 인산화와 Atrogin-1의 발현을 증가시켰다. 그러나 butyrate를 처리한 C2C12세포에서는 LPS 처리에 의한 염증 효과가 유의적으로 감소하며, 미토콘드리아 분열을 억제하는 DRP1 (Ser637)의 인산화와 mitofugin2 (Mfn2)의 발현을 증가를 유도하는 것을 확인하였다. 또한 butyrate를 처리한 세포에서 대사성질환을 유발하는 pyruvate dehydrogenase kinase 4 (PDK4)의 발현을 억제함이 관찰되었다. 이는 butyrate가 포도당 대사에서 염증에 의해 유도되는 Warburg 효과를 억제하여 산화스트레스를 개선함으로써, JNK의 활성을 억제하는 것으로 확인되었다. 이러한 결과들은 butyrate가 항산화효과를 통해 패혈증과 대사성질환과 같은 염증에 의해 유도되는 미토콘드리아의 기능 감퇴와 이에 따른 근육위축증을 개선할 수 있는 후보물질로 활용될 가능성이 있을 것으로 기대된다.

• 유기물자원화
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• 제11권3호
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• pp.87-95
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• 2003

그동안 유기성폐수에 대해서는 다양한 연구가 시도되었지만, 유기성고형폐기물에 대해서는 보도된 바가 없다. 그러므로 본 연구는 열처리된(heat-shocked) 혐기성슬러지를 식종한 침출상(leaching-bed) 반응조에서 다양한 희석율(dilution rate; D)에 대하여 음식물쓰레기로부터의 수소생산 효율을 살펴보았다. 반응조의 성공적인 운전은 적절한 희석율의 선택에 달려있는데, 높은 희석율에서는 미생물의 유실이 발생하는 반면 낮은 희석율에서는 유기산의 축적으로 product inhibition이 발생한다. 따라서 이러한 요인들이 높은 효율의 수소생산을 제한하게 된다. 모든 반응조들은 희석율에 관계없이 다음과 같은 경향을 보여주었다. 운전 초기 3일 동안, 수소생산이 활발하였으며 유기산의 농도가 에탄올보다 높게 유지되었다. 유기산 중에는 락트산이 초기 잠깐동안 높은 값을 유지했을지라도, 전체 운전기간 내내 뷰틸산과 초산이 유기산의 주요성분이었다. 다른 희석율에 비해 희석율 $4.5d^{-1}$는 발효가 진행되는 동안 가장 높은 뷰틸산/초산 (B/A) 비율을 보여주었는데, B/A 값의 경향은 수소생산의 경향과 매우 유사하여 뷰틸산의 형성이 수소생산에 매우 호의적임을 나타내준다. 에탄올은 수소생산이 멈춘 4일째부터 크게 증가하였는데, 이것은 열처리된 슬러지가 대사흐름을 수소 및 유기산생성경로(hydrogen-and acid-producing pathway)에서 알콜 생성경로(alcohol-producing pathway)로 전환시킬 수 있음을 보여준다. 희석율 $4.5d^{-1}$의 COD 제거효율은 58%로 다른 희석율(2.1, 3.6 및 $5.5d^{-1}$)의 제거율(51.5, 55.3 및 53.7%)보다 높았으며, 이때 제거된 COD는 수소(10.1%), 유기산(30.9%), 에탄올(17.0%)로 전환이 되었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제21권6호
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• pp.637-645
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• 2011

Production of recombinant proteins by excretory expression has many advantages over intracellular expression in Escherichia coli. Hyperexpression of a secretory exoglucanase, Exg, of Cellulomonas fimi was previously shown to saturate the SecYEG pathway and result in dramatic cell death of E. coli. In this study, we demonstrated that overexpression of the PspA in the JM101(pM1VegGcexL-pspA) strain enhanced excretion of Exg to 1.65 U/ml using shake-flask cultivation, which was 80% higher than the highest yield previously obtained from the optimized JM101(pM1VegGcexL) strain. A much higher excreted Exg activity of 4.5 U/ml was further achieved with high cell density cultivation using rich media. Furthermore, we showed that the PspA overexpression strain enjoyed an elevated critical value (CV), which was defined as the largest quotient between the intracellular unprocessed precursor and its secreted mature counterpart that was still tolerable by the host cells prior to the onset of cell death, improving from the previously determined CV of 20/80 to the currently achieved CV of 45/55 for Exg. The results suggested that the PspA overexpression strain might tolerate a higher level of precursor Exg making use of the SecYEG pathway for secretion. The reduced lethal effect might be attributable to the overexpressed PspA, which was postulated to be able to reduce membrane depolarization and damage. Our findings introduce a novel strategy of the combined application of metabolic engineering and construct optimization to the attainment of the best possible E. coli producers for secretory/excretory production of recombinant proteins, using Exg as the model protein.

• 한국생물공학회:학술대회논문집
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• 한국생물공학회 2003년도 생물공학의 동향(XII)
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• pp.568-570
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• 2003

The Hyoscyamus niger hyoscyamine $6{\beta}-hydroxylase$ (H6H, EC 1.14.11.11) gene was introduced into the genome of a Scopolia parviflora by the binary vector system using the disarmed Agrobacterium rhizogenes strain KCTC 2703. Expression of H6H enzyme which are involved in alkaloids pathway by western blot analysis using proteins extracted from leaf, stem flower, branch root and main root were examined The enzyme expression was found only in the roots, with no expression in leaf, stem and flower. The alkaloids contents were the most higher in root and then leaf and stem has very small amount of alkaloid contents were analyzed by HPLC. The expression level of H6H in transgenic plants were two or more times than wild type plants. In transgenic plant which constitutively expresses H6H enzyme, high concentration of scopolamine was accumulated.