Fazenda, Mariana L.;Harvey, Linda M.;McNeil, Brian
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제20권4호
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pp.844-851
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2010
Controlling the dissolved oxygen (DO) in the fed-batch culture of the medicinal mushroom Ganoderma lucidum led to a 2-fold increase of the maximum biomass productivity compared with uncontrolled DO conditions. By contrast, extracellular polysaccharide (EPS) production was two times higher under oxygen limitation (uncontrolled DO) than under increased oxygen availability (controlled DO). Morphologically, dispersed mycelium was predominant under controlled DO conditions, with highly branched hyphae, consistent with the enhanced culture growth noted under these conditions, whereas in the uncontrolled DO process mycelial clumps were the most common morphology throughout the culture. However, in both cultures, clamp connections were found. This is an exciting new finding, which widens the applicability of this basidiomycete in submerged fermentation. In rheological terms, broths demonstrated shear-thinning behavior with a yield stress under both DO conditions. The flow curves were best described by the Herschel-Bulkley model: flow index down to 0.6 and consistency coefficient up to 0.2 and 0.6 Pa $s^n$ in uncontrolled and controlled cultures DO, respectively. The pseudoplastic behavior was entirely due to the fungal biomass, and not to the presence of EPS (rheological analysis of the filtered broth showed Newtonian behavior). It is clear from this study that dissolved oxygen tension is a critical process parameter that distinctly influences G. lucidum morphology and rheology, affecting the overall performance of the process. This study contributes to an improved understanding of the process physiology of submerged fermentation of G. lucidum.
The task of improving a fungal strain is highly time-consuming due to the requirement of a large number of flasks in order to obtain a library with enough diversity. In addition, fermentations (particularly those for fungal cells) are typically performed in high-volume (100-250 ml) shake-flasks. In this study, for large and rapid screening of itaconic acid (IA) high-yielding mutants of Aspergillus terreus, a miniaturized culture method was developed using 12-well and 24-well microtiter plates (MTPs, working volume = 1-2 ml). These miniaturized MTP fermentations were successful, only when highly filamentous forms were induced in the growth cultures. Under these conditions, loose-pelleted morphologies of optimum sizes (less than 0.5 mm in diameter) were casually induced in the MTP production cultures, which turned out to be the prerequisite for the active IA biosynthesis by the mutated strains in the miniaturized fermentations. Another crucial factor for successful MTP fermentation was to supply an optimal amount of dissolved oxygen into the fermentation broth through increasing the agitation speed (240 rpm) and reducing the working volume (1 ml) of each 24-well microtiter plate. Notably, almost identical fermentation physiologies resulted in the 250 ml shake-flasks, as well as in the 12-well and 24-well MTP cultures conducted under the respective optimum conditions, as expressed in terms of the distribution of IA productivity of each mutant. These results reveal that MTP cultures could be considered as viable alternatives for the labor-intensive shake-flask fermentations even for filamentous fungal cells, leading to the rapid development of IA high-yield mutant strains.
LEE, JI-HYUN;JEONG-HWA KIM;MI-RYUNG KIM;SUNG-MI LIM;SOO-WAN NAM;JIN-WOO LEE;SUNG-KOO KIM
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제12권1호
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pp.1-7
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2002
The effects of DO and pH on the mass production of pullulan with high molecular weight and the morphology of A. pullulans ATCC 42023 were evaluated. A. pullulans showed a maximum production of pullulan (11.98 g/l) when the initial pH of the culture broth was 6.5 in a shake-flask culture. In a batch culture, the mixture of a yeast-like and mycelial cell forms was found at a pH of 4.5, and the maximum production of pullulan (13.31 g/l) was obtained. However, a high proportion of high molecular weight pullulan (M.W.>2,000,000) was produced at a pH of 6.5, with a yeast-like morphology. The maximum pullulan production yield ($51\%$) was obtained at a pH noncontrol (initial pH 6.5) and DO control (above $50\%$) condition. Pullulan degrading enzyme was activated when the pH of the broth was lower than 5.0 and the portion of low molecular weight pullulan was increased. The formation of a black pigment was observed at an initial stationary phase, at 40 h of fermentation. Therefore, the fermentation should be carried out in a pH noncontrol (initial pH of 6.5) and DO control (above $50\%$) condition, and should be harvested before reaching the stationary phase (around 40 h) for the production of high molecular weight pullulan.
6개 고추재배지의 근권 및 해안가 토양으로부터 고추 역병균(Phytophthora capsici)과 벼 도열병균(Magnaporthe grisea)에 길항효과가 있는 53개의 방선균을 분리하였다. 분리된 방선균 중에서 고추 역병균의 균사생장을 억제시켜 5 mm 이상 저지원을 형성하는 32균주를 선발하여 이들 균주의 균총형태, 색깔 등에 따라 20군으로 유별하였다. 이들 길항방선균의 고추 역병균에 대한 길항효과는 균주간에 매우 다양하여 V-8 juice agar에서 5.7-17.5, tryptic soy agar에서는 2.5-l7mm의 저지효과를 보였다. 몇가지 방선균의 길항효과는 두 배지에서 상당히 다르게 발현되었다. 길항균들은 비교적 넓은 항진균성 스펙트럼을 나타내었으나, 세균에 대해서는 Pseudomonas solanacearum을 제외하고는 항균작용이 거의 없었다. 길항방선균 배양여액의 butanol 추출액이 고추 역병균과 벼도열병균의 균사생장을 억제하는 것으로 보아서 이들 길항균이 항균물질을 생성함을 강하게 시사하고 있다. 몇가지 길항방선균의 배양여액은 고추 역병방제 효과가 뚜렷하였다.
To find antitumor components of Lyophyllum decastes, the mycelia of L. decastes were cultured in artificial media and a new antitumor component which showed potent antitumor activity against sarcoma 180 implanted in mice, was isolated and named 'Lyophyllan A'. Lyophyllan A was composed of a polysaccharide moiety (86%) and a protein moiety (2%). The polysaccharide moiety was found to be a heteroglycan which consisted of glucose (48.1%), mannose (30.8%), galactose, xylose and fucose. The protein moiety contained 18 amino acids. Cultural characteristics of L. decastes were investigated by shake culture method. The best result was obtained when L. decastes was cultured in medium glucose 50g, peptone 10g, corn steep liquor 30ml, $KH_2PO_4$ 0.87g, $MgSO_4$$7H_2O$ 0.5g, $CaCl_2$ 0.3g, $FeSO_4{\cdot}7H_2O$ 10mg, $MnCl_2{\cdot}4H_2O$ 7mg, $ZnSO_4{\cdot}7H_2O$ 4mg and $CuSO_4{\cdot}5H_2O$ 1mg per one liter at $26^{circ}C$, 180rpm, for 9 days.
Hossain, Mohammad Tofajjal;Khan, Ajmal;Chung, Eu Jin;Rashid, Md. Harun-Or;Chung, Young Ryun
The Plant Pathology Journal
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제32권3호
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pp.228-241
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2016
In our previous study, we reported that a novel endophytic bacterium Bacillus oryzicola YC7007 has suppressed bacterial diseases of rice via induced systemic resistance and antibiotic production. This endophytic strain, B. oryzicola YC7007 was used as a biological control agent against bakanae disease of rice caused by Fusarium fujikuroi, and its mechanism of interaction with the pathogen and the rice was further elucidated. Root drenching with B. oryzicola YC7007 suspension reduced the disease severity of bakanae significantly when compared with the untreated controls. The treatments of B. oryzicola YC7007 suspension ($2.0{\times}10^7cfu/ml$) to the rice rhizosphere reduced bakanae severity by 46-78% in pots and nursery box tests containing autoclaved and non-autoclaved soils. Moreover, in the detached rice leaves bioassay, the development of necrotic lesion and mycelial expansion of F. fujikuroi were inhibited significantly by spraying the culture filtrate of B. oryzicola YC7007. Drenching of ethyl acetate extracts of the culture filtrate to the rhizosphere of rice seedlings also reduced the bakanae disease severity in the plant culture dish tests. With the root drenching of B. oryzicola YC7007 suspension, the accumulation of hydrogen peroxide was observed at an early stage of rice seedlings, and a hormonal defense was elicited with and without pathogen inoculation. Our results showed that the strain B. oryzicola YC7007 had a good biocontrol activity against the bakanae disease of rice by direct inhibition, and was also capable of inducing systemic resistance against the pathogen via primed induction of the jasmonic acid pathway.
Recently, the importance of management and cultivation of grasses has been increased in Korea. Among these cultural practices, the appropriate control of diseases is considered more important than other cultivation techniques such as fertilization and irrigation. The damages of brown patch and large patch caused by Rhizoctonia spp. and Pythium blight caused by Pythium spp. are serious in the major cultivation area of turfgrass in Korea. Since these diseases are difficult to control by agrochemicals, the damages are very serious if these are occured. The periodic spray of agrochemicals, to protect and control these diseases could make some problems of toxicity and environmental pollution as well as rising of non-target diseases. Therefore, the biological methods to control diseases have been required to decrease problems resulted from overuse of agrochemicals, to conserve natural ecosystem, and to control effectively diseases of grasses in the long period. The number of studies about biological control using antagonistic microorganisms have been increased for last half century. However, the application of biological control method has been very limited. In this study, thirteen isolates of R. cerealis, 8 isolates of R. solani and 3 isolates of Phthyn spp. have been isolated from diseased turfgrass in golf course and grass-culture area that have patch and wilting symptoms of zoysia grass and creeping bentgrass. Isolation frequency of R. cerealis and R. solani was high in especially zoysiagrass, while Pythym spp. was isolated from bent grass at low frequency but showed high pathogenicity. Totally, 205 isolates of soil microorganisms were isolated in this study as primary antagonistic microorganism by Herr's triple agar layer plate and dual culture method using rhizosphere of grasses, soil of crop field as the source of antagonistic microorganisms. Among the 205 isolates, 23 isolates were actinomycetes and 182 isolates were bacteria. All of the actinomycetes were isolated by Herr's method. Antagonistic effect of primary isolated microorganisms was tested for in vitro mycelial growth inhibition against pathogenic fungi isolated from grasses and for inhibition of disease occurrence in 24 well tissue culture plate and pot experiment. Then, four isolated of bacteria which are BG23, BG74, BG136 and BG171 were selected as antagonistic microorganisms against soil-born pathogenic fungi of bentgrass.
Ji, Seung Hyun;Paul, Narayan Chandra;Deng, Jian Xin;Kim, Young Sook;Yun, Bong-Sik;Yu, Seung Hun
Mycobiology
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제41권4호
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pp.234-242
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2013
A total of 62 bacterial isolates were obtained from Gomsohang mud flat, Mohang mud flat, and Jeju Island, Republic of Korea. Among them, the isolate CNU114001 showed significant antagonistic activity against pathogenic fungi by dual culture method. The isolate CNU114001 was identified as Bacillus amyloliquefaciens by morphological observation and molecular data analysis, including 16SrDNA and gyraseA (gyrA) gene sequences. Antifungal substances of the isolate were extracted and purified by silica gel column chromatography, thin layer chromatography, and high performance liquid chromatography. The heat and UV ray stable compound was identified as iturin, a lipopeptide (LP). The isolate CNU114001 showed broad spectrum activity against 12 phytopathogenic fungi by dual culture method. The semi purified compound significantly inhibits the mycelial growth of pathogenic fungi (Alternaria panax, Botrytis cinera, Colletotrichum orbiculare, Penicillium digitatum, Pyricularia grisea and Sclerotinia sclerotiorum) at 200 ppm concentration. Spore germ tube elongation of Botrytis cinerea was inhibited by culture filtrate of the isolate. Crude antifungal substance showed antagonistic activity against cucumber scleotiorum rot in laboratory, and showed antagonistic activity against tomato gray mold, cucumber, and pumpkin powdery mildew in greenhouse condition.
Probing Streptomyces albus ATCC 21838 chromosomal DNA with a proline tRNA sequence resulted in an isolation of a putative integrating element in the 6.4-kb EcoRI fragment. It was found that Streptomyces lividans TK-24 transformed with a cloned DNA fragment on a multicopy plasmid, produced a higher level of spore pigment and mycelial red pigment on a regeneration agar. Furthermore, the transformant S. lividans TK-24 produced a markedly increased level of undecylprodigiosin in a broth culture. A nucleotide sequence analysis of the cloned region revealed several open reading frames homologous to the integrases of integrating plasmids or temperate bacteriophages, signal-transducing regulatory proteins with a conserved ATP-binding domain, oxidoreductases ($\beta$-ketoacyl reductase), and an AraC-like transcriptional regulator. To examine the effect on antibiotic production, each coding region was overexpressed separately from the other genes in the region in S. lividans TK-24 with; pJHS3044 for the expression of the signal-transducing regulatory protein homologue, pJHS3045 for the homologue of oxidoreductase, and pJHS3051 for the homologue of the AraC-like transcriptional regulator. Phenotypic studies of S. lividans TK-24 strains harboring plasmids for the overexpression of individual genes suggested the following effects of the genes on antibiotic production: The oxidoreductase homologue stimulated the production of actinorhodin and undecylprodigiosin, which was influenced by the culture conditions; the homologue of the AraC-like transcriptional regulator was the most effective factor in antibiotic production within all the culture conditions tested; the signal-transducing regulatory protein homologue repressed the effect due to the homologue of the AraC-like transcriptional regulator, however, the antibiotic production was derepressed upon entering the stationary phase.
The influences of impeller types on morphology and protein expression were investigated in a submerged culture of Aspergillus oryzae. The impeller types strongly affected mycelial morphology and protein production in batch and fed-batch fermentations. Cells that were cultured by propeller agitation grew in the form of a pellet, whereas cells that were cultured by turbine agitation grew in a freely dispersed-hyphal manner and in a clumped form. Pellet-grown cells showed high levels of protein production for both the intracellularly heterologous protein (${\beta}$-glucuronidase) and the extracellularly homologous protein (${\alpha}$-amylase). The feeding mode of the carbon source also influenced the morphological distribution and protein expression in fed-batch fermentation of A. oryzae. Pulsed-feeding mainly showed high protein expression and homogeneous distribution of pellet whereas continuous feeding resulted in less protein expression and heterogeneous distribution with pellet and dispersed-hyphae. The pellet growth with propeller agitation paralleling with the pulsed-feeding of carbon source showed a high level of protein production in the submerged fed-batch fermentation of recombinant A. oryzae.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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