Ginseng has been used as a popular herbal medicine in East Asia for at least two millennia. However, 20(R)-ginseng saponins, one class of important rare ginsenosides, are rare in natural products. 20(R)-ginseng saponins are generally prepared by chemical epimerization and microbial transformation from 20(S)-isomers. The C20 configuration of 20(R)-ginseng saponins are usually determined by 13C NMR and X-ray single-crystal diffraction. 20(R)-ginseng saponins have antitumor, antioxidative, antifatigue, neuroprotective, and osteoclastogenesis inhibitory effects, among others. Owing to the chemical structure and pharmacological and stereoselective properties, 20(R)-ginseng saponins have attracted a great deal of attention in recent years. In this study, the discovery, identification, chemical epimerization, microbial transformation, pharmacological activities, and metabolism of 20(R)-ginseng saponins are summarized.
Background: Ginseng is a well-known traditional Chinese medicine that has been widely used in a range of therapeutic and healthcare applications in East Asian countries. Microbial transformation is regarded as an effective and useful technology in modification of nature products for finding new chemical derivatives with potent bioactivities. In this study, three minor derivatives of ginsenoside compound K were isolated and the inducing effects in the Wingless-type MMTV integration site (Wnt) signaling pathway were also investigated. Methods: New compounds were purified from scale-up fermentation of ginsenoside Rb1 by Paecilomyces bainier sp. 229 through repeated silica gel column chromatography and high pressure liquid chromatography. Their structures were determined based on spectral data and X-ray diffraction. The inductive activities of these compounds on the Wnt signaling pathway were conducted on MC3T3-E1 cells by quantitative real-time polymerase chain reaction analysis. Results: The structures of a known 3-keto derivative and two new dehydrogenated metabolites were elucidated. The crystal structure of the 3-keto derivative was reported for the first time and its conformation was compared with that of ginsenoside compound K. The inductive effects of these compounds on osteogenic differentiation by activating the Wnt/b-catenin signaling pathway were explained for the first time. Conclusion: This study may provide a new insight into the metabolic pathway of ginsenoside by microbial transformation. In addition, the results might provide a reasonable explanation for the activity of ginseng in treating osteoporosis and supply good monomer ginsenoside resources for nutraceutical or pharmaceutical development.
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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v.32
no.7
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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.
An antimicrobial compound was isolated from the MeOH extract of Catalpa ovata G.$D_{ON}$ fruits, and its structure was Identified as 4,9-dihydroxy-2,2-dimethyl-3,4-Uihydronaphtho[2,3-b]pyran-5,10-dione (HMNP). The antimicrobial activity of the Un was determined by measuring the dose-response inhibiton of microbial growth in liquid cultures and then compared with that of lapachol, a well known antimicrobial 1,4-naphthoquinone. The antimicrobial activity of the HMNP was more effective than that of lapachol over a wide range of test organisms. Gram-positive bacteria, yeast, and fungi ($IC_{50}$$20-75\muM$) were found to be more sensitive to the HMNP than Cram-negative bacteria ($IC_{50}$ > $100\muM$). The HMNP also inhibited germination of spores of many fungi. The morphological defurmation of the fungal spores was induced by the treatment of HMNP, as illustrated by Scanning Electron Microscopy (SEM).
A nickel(II) complex $[Ni(H_2biim)_2(H_2O)_2](ClO_4)_2{\cdot}H_2O$ (1) of biimidazole ligand has been synthesized and characterized (Where $H_2biim$ = 2,2'-biimidazole). The single crystal X-ray diffraction of the complex shows a dimeric structure with six coordinated psudo-octahedral geometry. The cyclic voltammograms of complex exhibited one quasireversible reduction wave ($E_{pc}=-0.61V$) and an irreversible oxidation wave ($E_{pa}=1.28V$) in DMF solution. The interaction of the complex with Calf-Thymus DNA (CT-DNA) has been investigated by absorption and fluorescence spectroscopy. The complex is an avid DNA binder with a binding constant value of $1.03{\times}10^5M^{-1}$. The results suggest that the nickel(II) complex bind to CT-DNA via intercalative mode and can quench the fluorescence intensity of EB bind to CT-DNA with $K_{app}$ value of $3.2{\times}10^5M^{-1}$. The complex also shown efficient oxidative cleavage of supercoiled pBR322 DNA in the presence of hydrogen peroxide as oxidizing agent. The DNA cleavage by complex in presence of quenchers; viz. DMSO, KI, $NaN_3$ and EDTA reveals that hydroxyl radical or singlet oxygen mechanism is involved. The complex showed invitro antimicrobial activity against four bacteria and two fungi. The antimicrobial activity was nearer to that of standard drugs and greater than that of the free ligand.
Uu-ilys, an i-type lysozyme from spoon worm (Urechis unicinctus), is an innate immune factor that plays an important role in the defense against pathogens. It also possesses non-enzymatic antibacterial activity. Thus, there is a possibility to develop an antimicrobial model peptide from Uu-ilys. In this study, we report the design, production, and antibacterial activity of an Uu-ilys analog that exhibits antibacterial activity. The Uu-ilys structure was fragmented according to its secondary structures to predict the regions with antimicrobial activity using antimicrobial peptide (AMP) prediction tools from different AMP databases. A peptide containing the C-terminal fragment was predicted to exert antimicrobial activity. The chosen fragment was designated as an Uu-ilys analog containing the C-terminal fragment, Uu-ilys-CF. To examine the possibility of developing an AMP using the sequence of Uu-ilys-CF, recombinant fusion protein (TrxA-Uu-ilys-CF) was produced in an expression system that was heterologous. The produced fusion protein was cleaved after methionine leaving Uu-ilys-CF free from the fusion protein. This was then isolated through high performance liquid chromatography and reverse phase column, CapCell-Pak C18. The antibacterial activity of Uu-ilys-CF against different microbial strains (four gram-positive, six gram-negative, and one fungal strain) were assessed through the ultrasensitive radial diffusion assay (URDA). Among the bacterial strains tested, Salmonella enterica was the most susceptible. While the fungal strain tested was not susceptible to Uu-ilys-CF, broad spectrum antibacterial activity was observed.
Kim, Eunjong;Lee, Dong-Hyun;Won, Seunggun;Ahn, Heekwon
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.29
no.5
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pp.753-758
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2016
Moisture content influences physiological characteristics of microbes and physical structure of solid matrices during composting of animal manure. If moisture content is maintained at a proper level, aerobic microorganisms show more active oxygen consumption during composting due to increased microbial activity. In this study, optimum moisture levels for composting of two bedding materials (sawdust, rice hull) and two different mixtures of bedding and beef manure (BS, Beef cattle manure+sawdust; BR, Beef cattle manure+rice hull) were determined based on oxygen uptake rate measured by a pressure sensor method. A broad range of oxygen uptake rates (0.3 to 33.3 mg $O_2/g$ VS d) were monitored as a function of moisture level and composting feedstock type. The maximum oxygen consumption of each material was observed near the saturated condition, which ranged from 75% to 98% of water holding capacity. The optimum moisture content of BS and BR were 70% and 57% on a wet basis, respectively. Although BS's optimum moisture content was near saturated state, its free air space kept a favorable level (above 30%) for aerobic composting due to the sawdust's coarse particle size and bulking effect.
Saxifraga stolonifera (Saxifragaceae) is a perennial herbaceous plant growing in Korea, China, Japan and Russia. The aerial part has been used as herbal medicine for treatment of pneumonia, frostbite, inflammation and microbial infection. In this study, fresh juice and methanol extract were prepared from the aerial part of S. stolonifera, and their antimicrobial, antithrombin, and antioxidant activity were evaluated, respectively. The fresh juice showed weak antimicrobial activity against Proteus vulgaris, Escherichia coli O157:H7 and Candida albicans with ignorable DPPH scavenging activity. But, the methanol extract showed strong antioxidant activity ($IC_{50}$ of $37.5{\mu}g/mL$) with minor, broad-range antimicrobial activity. Antithrombin activities were not observed in fresh juice and extract, up to 1.5 mg/mL. Sequential organic solvent fractionation of methanol extract showed that $IC_{50}s$ of ethylacetate and the butanol fraction were 6.9 and $7.8{\mu}g/mL$, respectively, that is comparable with vitamin C or butylated hydroxytoluene. Analysis of component in extract and fractionates suggested that the antioxidants in fractions are diverse and the active substances have glycosylated phenolic structure. Our results suggest that the aerial part of S. stolonifera could be used as the natural source of potential antioxidant.
In an attempt to search for serotonin N-acetyltransferase (arylalkylamine N-acetyltransferasem, AA-NAT) inhibitors from microbial metabolites, we fecund the culture broth of Penicillium sp. 80722 which showed a strong inhibitory activity against AA-NNT. The active principle has been identified as citrinin hydrate through bioassay-guided fractionation of cultural broth, and structure elucidation derived by spectroscopic analyses. Citrinin hydrate inhibits AA-NAT with an $IC_50$ value of $173{\mu}M$ in a dose-dependent manner. Although citrinin hydrate was previously isolated as human rhinovirus 3C-protease inhibitor, this was recognized as the first AA-NAT inhibitor isolated from natural sources.
Kim, Yun Na;Lee, Jae Sun;Ock, Kwang Ju;Jeong, Eun Ju
Journal of the Korean Magnetic Resonance Society
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v.23
no.4
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pp.87-92
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2019
Allium hookeri (Liliaceae) has been received the increasing attention as a bioactive resource due to its potent biological activities including anti-oxidant, anti-obesity, anti-microbial and lipid-regulating activities. The beneficial effects of A. hookeri are known contributed from the high content of organosulfur compounds in A. hookeri. Though a variety of articles demonstrated that A. hookeri contains 'saponin' as a bioactive constituent, the scientific evidence to prove it was limited. In the present study, we have attempted to identify saponin contained in A. hookeri through chromatographic isolation and NMR spectroscopic methods. As a result, a spirostane-type steroidal saponin (1) has been successfully isolated from the methanolic extract of A. hookeri roots. The structure of 1 was elucidated by extensive 1D and 2D spectroscopic methods including 1H-NMR, 13C-NMR, 1H-1H COSY, HSQC, HMBC and NOESY; identified as (3β, 22R, 25S)-spirost-5-en-3yl O-6-deoxy-α-L-mannopyranosyl-(1→4)-O-6-deoxy-α-L-mannopyranosyl-(1→4)-O-[6-deoxy-α-L-mannopyranosyl-(1→2)]-β-D-gluco pyranoside. 1 showed the significant inhibitory activity on mushroom tyrosinase with IC50 values of 248.7 μM while the inhibition on alpha-glucosidase was not significant.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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