Kim, In-Hwang;Shim, Jung-Im;Lee, Ko-Eun;Hwang, Won;Kim, Ik-Jung;Choi, Sang-Ho;Kim, Kun-Soo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.1
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pp.35-42
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2008
Vibrio vulnificus produces siderophores, low-molecular-weight iron-chelating compounds, to obtain iron under conditions of iron deprivation. To identify genes associated with the biosynthesis of siderophore in V. vulnificus MO6-24/O, we screened clones with mini-Tn5 random insertions for those showing decreased production of siderophore. Among 6,000 clones screened, nine such clones were selected. These clones contain the transposon inserted in VV2_0830 (GenBank accession number) that is a homolog of a nonribosomal peptide synthase (NRPS). There is an another NRPS module, VV2_0831, 49-bp upstream to VV2_0830. We named these two genes vvs (Vibrio vulnificus siderophore synthase) A and B, respectively. Mutation of either vvsA or vvsB showed a decreased production of siderophore. The expression of an NRPS-lux fusion was negatively modulated by the presence of iron, and the regulation was dependent on Fur (ferric uptake regulator). However, the expression of the NRPS genes was still not fully derepressed in the iron-rich condition, even in furnull mutant cells, suggesting that some other unknown factors are involved in the regulation of the genes. We also demonstrated that the NRPS genes are important for virulence of the pathogen in a mice model.
Kwei, Chee Kuan;Lewis, David;King, Keith;Donohue, William;Neilan, Brett A.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.4
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pp.359-365
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2011
Cyanobacterial strains of the genus Spirulina have recently been identified as an excellent source of sulfolipids, some of which possess anti-HIV properties. Thus, to investigate the distribution of sufolipid biosynthesis pathways in Spirulina, a genetic screening/phylogentic study was performed. Five different strains of Spirulina [Spirulina (Jiangmen), Spirulina sp., S. platensis, S. maxima, and Spirulina seawater] sourced from different locations were initially classified via 16S rDNA sequencing, and then screened for the presence of the sulfolipid biosynthesis genes sqdB and sqdX via a PCR. To assess the suitability of these strains for human consumption and safe therapeutic use, the strains were also screened for the presence of genes encoding nonribosomal peptide synthases (NRPSs) and polyketide synthases (PKSs), which are often associated with toxin pathways in cyanobacteria. The results of the 16S rDNA analysis and phylogenetic study indicated that Spirulina sp. is closely related to Halospirulina, whereas the other four Spirulina strains are closely related to Arthrospira. Homologs of sqdB and sqdX were identified in Spirulina (Jiangmen), Spirulina sp., S. platensis, and the Spirulina seawater. None of the Spirulina strains screened in this study tested positive for NRPS or PKS genes, suggesting that these strains do not produce NRP or PK toxins.
Kim, Yoen-Ok;Kim, Ki-Young;Lee, Seong;Lee, Young-Haeng;Yu, Byung-Soo
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.24
no.1
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pp.67-71
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1996
The plasmid pK8 was constructed to verify the existence of an adenylate domain in peptide synthetase by using pGC12. 1.2 kb fragment, coding tyrocidine synthetase 1 (123 kDa) was deleted, and 79.6 kDa one was expressed in Escherichia coli XL1-blue. The truncated multienzyme activated phenylalanine and substrate analogues with comparable kinetics as the over expressed synthetase. ATP-[$^{32}P$]PPi exchange reaction was measured for the enzyme assay.
Advances in bacterial and fungal genome mining uncover a plethora of cryptic secondary metabolite biosynthetic gene clusters. Guided by the genome information, targeted transcriptional derepression could be employed to determine the product of a cryptic gene cluster and to explore its biological role. Monascus spp. are food grade filamentous fungi popular in eastern Asia and several genome data belong to them are now available. We achieved transcription activation of a cryptic fungal polyketide synthase-nonribosomal peptide synthase gene Mpfus1 in Monascus purpureus ${\Delta}MpPKS5$ by inserting Aspergillus gpdA promoter at the upstream of Mpfus1 through double crossover gene replacement. The gene cluster with Mpfus1 show a high similarity to those for the biosynthesis of conjugated polyene derivatives with 2-pyrrolidone ring and the mycotoxin fusarin is the representative member of this group. The ${\Delta}MpPKS5$ is incapable of producing azaphilone pigment, providing an excellent background to identify chromogenic and UV-absorbing compounds. Activation of Mpfus1 resulted in a yellow hue on mycelia and its methanol extract exhibit a maximum absorption at 365 nm. HPLC analysis of the organic extracts indicated the presence of a variety of yellow compounds in the extract. This implies that the product of MpFus1 is metabolically or chemically unstable. LC-MS analysis guided us to predict the MpFus1 product and to propose that the Mpfus1-containing gene cluster encode the biosynthesis of a desmethyl analogue of fusarin. This study showcases the genome mining in Monascus and the possibility to unveil new biological activities embedded in it.
The cephabacins produced by Lysobacter lactamgenus are ${\beta}$-lactam antibiotics composed of a cephem nucleus, an acetate residue, and an oligopeptide side chain. In order to understand the precise implication of the polyketide synthase (PKS) module in the biosynthesis of cephabacin, the genes for its core domains, ${\beta}$-ketoacyl synthase (KS), acyltransferase (AT), and acyl carrier protein (ACP), were amplified and cloned into the pET-32b(+) expression vector. The sfp gene encoding a protein that can modify apo-ACP to its active holo-form was also amplified. The recombinant KS, AT, apo-ACP, and Sfp overproduced in the form of $His_6$-tagged fusion proteins in E. coli BL21(DE3) were purified by nickel-affinity chromatography. Formation of stable peptidyl-S-KS was observed by in vitro acylation of the KS domain with the substrate [L-Ala-L-Ala-L-Ala-L-$^3H$-Arg] tetrapeptide-S-N-acetylcysteamine, which is the evidence for the selective recognition of tetrapeptide produced by nonribosomal peptide synthetase (NRPS) in the NRPS/PKS hybrid. In order to confirm whether malonyl CoA is the extender unit for acetylation of the peptidyl moiety, the AT domain, ACP domain, and Sfp protein were treated with $^{14}C$-malonyl-CoA. The results clearly show that the AT domain is able to recognize the extender unit and decarboxylatively acetylated for the elongation of the tetrapeptide. However, the transfer of the activated acetyl group to the ACP domain was not observed, probably attributed to the improper capability of Sfp to activate apo-ACP to the holo-ACP form.
Peptide synthetases are large multifunctional enzyme complexes that catalyze the nonribosomal synthesis of a structurally diverse family of peptide antibiotics. These enzymes are composed of functionally independent domains with independent enzymatic activities. Their specific linkage order of domains forms the protein template that defines the sequence of the incorporated amino acids. Within each domain, several motifs of highly conserved sequences have been identified from the sequence alignment of the various peptide synthetases [30]. Taking advantage of the conserved nucleotide sequence of Core 1 and Core 2, we designed PCR primers to amplify the peptide synthetase genes from three different gram-positive bacterial strains. Nucleotide sequence analysis of the amplified PCR products from those three strains showed significant homology to various peptide synthetase genes, suggesting that the PCR products are parts of peptide synthetase genes. Therefore, this rapid and efficient PCR technique can be used for the isolation of peptide synthetase genes from various strains.
Hwang, Jinik;Moh, Sang Hyun;Chang, Man;Lee, Gunsup;Lee, Juyun;Kim, Donggiun;Lee, Taek-Kyun
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.14
no.8
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pp.4086-4092
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2013
Mycosporine-like amino acids (MAAs) are UV-absorbing substances, and diverse marine organisms have the evolved the capacity to diminished the direct and indirect damaging effects of environmental ultraviolet radiation by synthesis and accumulation of MAAs. In this study, we manufactured a radiofrequency (RF) generation device and applied to microalgal culture. $0.35{\pm}0.05$ mHz of RF was supplied to culture vessel for Chlamydomonas sp. and samples were harvested at the designated time intervals (1, 0.5, 1 and 2 hr). MAAs biosynthetic genes, dehydroquinate synthase homolog (DHQS-like) and nonribosomal peptide synthetase homolog (NRPS-like), were cloned from Chlamydomonas sp. and their gene expressions under the RF exposure were analyzed using qRT-PCR. DHQS-like and NRPS-like gene expressions of Chlamydomonas sp. exposed to RF were increased 1.46 and 1.19 fold at 1 hr, respectively. These results means that DHQS-like and NRPS-like genes can be good biomarker candidates for diagnosis of MAAs biosynthesis in the Chlamydomonas sp.
Kim, Se-Yu;Park, Soo-Young;Choi, Soo-Keun;Park, Seung-Hwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.7
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pp.1015-1025
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2015
The development of diverse polymyxin derivatives is needed to solve the toxicity and resistance problems of polymyxins. However, no platform has generated polymyxin derivatives by genetically engineering a polymyxin synthetase, which is a nonribosomal peptide synthetase. In this study, we present a two-step approach for the construction of engineered polymyxin synthetases by substituting the adenylation (A) domains of polymyxin A synthetase, which is encoded by the pmxABCDE gene cluster of Paenibacillus polymyxa E681. First, the seventh L-threonine-specific A-domain region in pmxA was substituted with the L-leucine-specific A-domain region obtained from P. polymyxa ATCC21830 to make polymyxin E synthetase, and then the sixth D-leucine-specific A-domain region (A6-D-Leu-domain) was substituted with the D-phenylalanine-specific A-domain region (A6-D-Phe-domain) obtained from P. polymyxa F4 to make polymyxin B synthetase. This step was performed in Escherichia coli on a pmxA-containing fosmid, using the lambda Red recombination system and the sacB gene as a counter-selectable marker. Next, the modified pmxA gene was fused to pmxBCDE on the chromosome of Bacillus subtilis BSK4dA, and the resulting recombinant strains BSK4-PB and BSK4-PE were confirmed to produce polymyxins B and E, respectively. We also succeeded in constructing the B. subtilis BSK4-PP strain, which produces polymyxin P, by singly substituting the A6-D-Leu-domain with the A6-D-Phe-domain. This is the first report in which polymyxin derivatives were generated by genetically engineering polymyxin synthetases. The two recombinant B. subtilis strains will be useful for improving the commercial production of polymyxins B and E, and they will facilitate the generation of novel polymyxin derivatives.
Enzymatic acylations catalyzed by hydrolytic enzymes, along with enzymatic hydrolysis, are established reactions in the synthesis of fine chemicals such as chiral intermediates and polymerizations in the industry. Those reactions have been carried out mostly in organic media due to the thermodynamic limitations. Recently, there have been reports on enzymatic acylations in aqueous media. They have dealt with the elucidation of reaction mechanisms of hydrolases and acyl transferases based on their X-ray structures, homology comparison of the two kinds of enzymes, substrate engineering of acyl donors and computational design of acyl transferases for enzymatic acylations in aqueous media. Enzymatic acylations play an important role in the combinatorial synthesis of natural products such as polyketides and nonribosomal peptides. In this review, the historic developments of enzymatic acylations and industrial examples are described briefly. In addition, recent developments of enzymatic acylations in the modification of natural products and their prospects will be discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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