Nucleotide sequence extending 2,3-dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase gene (pcbC) and 2-hydroxy-6-oxo-6-phenylhexa-2,4-dienoate hydrolase gene (pcbD) of Pseudomonas sp. DJ-12 was previously analyzed and the two genes were present in the order of pcbD-pcbC preceded by a promoter from Pseudomonas sp. DJ-12. In this study, a 3.8-kb nucleotide sequence located downstream of the pcbC gene was analyzed to have three open reading frames (ORFs) that are designated as orf1, pcbE and orf2 genes. All of the ORFs were preceded by each ribosome-binding sequence of 5-GGAXA-3 (X=G or A). However, no promoter-like sequence and transcription terminator sequence were found in the analyzed region, downstream of pcbC gene. Therefore, the gene cluster appeared to be present in the order of pcbD-pcbC-orf1-pcbE-orf2 as an operon, which is unique organization characterized so far in biphenyl- and PCB-degrading bacteria. The orf1 gene was composed of 1,224 base pairs which can encode a polypeptide of molecular weight 44,950 containing 405 amino acid residues. A deduced amino acid sequence of the orf1 gene product exhibited 21-33% identity with those of indole dioxygenase and phenol hydroxylase components. The pcbE gene was composed of 783 base pairs encoding 2-hydroxypenta-2,4-dienoate hydratase involved in the 4-chlorobiphenyl catabolism. The orf2 gene was composed of 1,017 base pairs encoding a polypeptide of molecular weight 37,378 containing 338 amino acid residues. A deduced amino acid sequence of the orf2 gene product exhibited 31% identity with that of a nitrilotriacetate monooxygenase component.
Pseudomonas sp. P20 was a bacterial isolate which has the ability to degrade 4-chlorobi- phenyl(4CB) to 4-chlorobenzoic acid via the process of meta-cleavage. The recombinant plasmid pCK1 was constructed by insetting the 14-kb EcoRI fragment of the chromosomal DNA containing the 4CB-degrading genes into the vector pBluescript SK(+). Subsequently, E. coli XL1-Blue was transformed with the hybrid plasmid producing the recombinant E. coli CK1. The recombinant cells degraded 4CB and 2,3-dihydroxybiphenyl(2,3-DHBP) by the pcbAB and pcbCD gene products, respectively. The pcbC gene was expressed most abundantly at the late exponential phase in E. coli CK1 as well as in Pseudomonas sp. P20, and the level of the pcbC gene product, 2,3-DHBP dioxygenase, expressed in E. coli CK1 was about two-times higher than in Pseudomonas sp. P20. The activities of 2,3-DHBP dioxygenase on catechol and 3-methylcatechol were about 26 to 31% of its activity on 2,3-DHBP, but the enzyme did not reveal any activities on 4-methylcatechol and 4-chlorocatechol.
2-Hydroxy-6-oxo-6phenylhexa-2,4-dienoate (HOPDA) hydrolase catalyzes the hydrolytic cleavage of HOPDA to bemzpate and 2-hydroxypenta-2, 4-dienoate (HPD) during microbial catabolism of biphenyl and polychlorinated biphenyls. A HOPDA hydrolase gene (pcbD) was isolated from the genomic library of Pseudomonas sp. P20 and designated as pCNUO1201; a 7.5-kb XbaI DNA fragment from Pseudomonas sp. P20 was inserted into the pBluescript SK(+) XbaI site. E. coli HB101 harboring pCNU1201 exhibited HOPDA hydrolase activity. The open reading frame (ORF) corresponding to the pcbD gene consisted of 855 base pairs with an ATG initiation codon and a TGA termination codon. The ORF was preceded by a rebosome-binding sequence of 5'-TGGAGC-3' and its G+C content was 55 mol%. The pcbD gene of Pseudomonas sp. P20 was located immedeately downstream of the pcbC gene encoding 2,3- dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase, and approximately 4-kb upstream of the pcbE gene encoding HPD hydratase. The pcbK gene was able to encode a polypeptide with a molecular weight of 31,732 containing 284 amino acid residues. The deduced amino acid sequence of the HOPDA hydrolase of Pseudomonas sp. P20 exhibited high identity (62%) with those of the HOPDA hydrolases of P. putida KF715, P. pseudoalcaligenes KF707, and Burkholderia cepacia LB400, and also significant homology with those of other hydrolytic enzymes including esterase, transferase, and peptidase.
Kim, Chi-Kyung;Sung, Tae-Kyung;Nam, Jung-Hyun;Kim, Chang-Young;Lee, Jae-Koo
Korean Journal of Microbiology
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v.32
no.1
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pp.40-46
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1994
The pcb genes of Pseudomonas sp. DJ-12 coded for the catabolism of polychlorinated biphenyl (PCBs) and biphenyl. The products of the pcbCD genes were 2,3-dihydroxy-4'-chlorobiphenyl dioxygenase and meta-cleavage product (MCP) hydrolase, which acted on degradation of 2,3-dihydroxy-4'-chlorobiphenyl to 4-chlorobenzoate. The pcbCD genes were cloned in E. coli XLl-Blue, and then the pcbD gene was further subcloned. As a metabolite transformed from 2,3-dihydroxybiphenyl by the cloned cell of E coli CU103, benzoate was detected by the resting cell assay. The enzyme activities of 2,3-dihydroxybiphenyl dioxygease and MCP hydrolase produced in the cloned cells E. coli CU103 and CU105 were about 17 and 3 times higher than those of Pseudomonas sp. DJ-12, respectively.
Lim, Jong Chul;Chae, Jong Chan;Kim Youngsoo;Kim, Hyong Bai;Kim Chi Kyung
Journal of Microbiology
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v.34
no.4
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pp.349-354
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1996
Pseudomonas sp. P20 is a natural isolate which is capable of degrading biphenyl and 4-chlorobiphenyl. From a clone of pCK1022 harboring pcbCD genes of Pseudomonas sp P20, a pcbD gene encoding 2-hydroxy-6-oxo-6-phenylhexa-2, 4-dienoic acid (HOPDA) hydrolase was subcloned in Escherichia coli XL-1-Blue by using pBluescript SK(+) vector. The 2.8-kb HindII fragment harboring the pcbD gene cloned in pCK 1024 had a single site for each of XhoI, SalI, BstXI, and XbaI restriction enzymes. Escherichia coli CK1024 had a single site for each of XhoI, SalI, BstXI, and XbaI restriction enzymes. Escherichia coli CK1024 carrying pCK0124 degraded HOPDA to benzoate and 2-hydroxypenta-2, 4-dienoate by HOPDA hydrolase encoded by pcbD gene as effectively as E coli CK 1022 HARBORING pcbCD genes.
Kim, Ji-Young;Kim, Chi-Kyung;Ka, Jong-Ok;Min, Kyung-Hee;Park, Yong-Keun
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.24
no.6
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pp.657-663
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1996
Pseudomonas sp. P20 isolated from the polluted environment is capable of degrading biphenyl and 4-chlorobiphenyl. The pcbABCD genes responsible for degradation of biphenyl and 4-chlorobiphenyl were cloned using pBluescript SK(+) from the chromosomal DNA of Pseudomonas sp. P20 to construct pCK1 and pCK102, harbouring pcbABCD and pcbCD, respectively. The 2, 3-DHBP dioxygenase gene, pcbC, was cloned again from pCK102 by using pKT230 which is known as a shuttle vector and pKK1 hybrid plasmid was constructed. The E. coli KK1 transformant obtained by transforming the pKK1 into E. coli XL1-Blue showed 2, 3-DHBP dioxygenase activity. The specific 2, 3-DHBP dioxygenase activity of E. coli KK1 was similar to that of the E. coli CK102, but much higher than those of the natural isolates, Pseudomonas sp. DJ-12 and Pseudomonas sp. P20.
Park, Sang-Ho;Lee, Dong-Hun;Oh, Kye-Heon;Kim, Chi-Kyung
Journal of Microbiology
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v.38
no.3
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pp.183-186
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2000
Several types of bioluminescent reporter strains have been developed for the detection and monitoring of pollutant aromatics contaminating the environment. In this study, a bioluminescent reporter strain, E. coli SHP3, was constructed by fusing the luc gene of firefly luciferase with the promoter of pcbC responsible for the meta-cleavage of aromatic hydrocarbons. the bioluminescence expressed by the luc gene in the reporter was well triggered by the promoter when it was exposed to 2,3-dihydroxybiphenyI (2,3-DHBP) at 0.5 to 1 mM concentrations. The bioluminescent response was more extensive when the reporter strain was exposed to 5 mM catechol and 2 mM 4-chlorocatechol. These different types of bioluminescent responses by E. coli SHP3 appeared to be characterized by the nature of the aromatics to stress. Since E. coli SHP3 responded to 2,3-DHBP quite sensitively, this reporter strain could be applied for detecting some catecholic pollutants.
The pchAB genes of Pseudomonas sp. DJ-12 produce the enzymes of 4-chlorobipheny] (4CB) dioxygenase and dihydrodiol dehydrogenase which act on the first and second steps in degradation of 4CB and biphenyl. The genes were cloned in E coli XLI-Blue. The pcbAB genes of about 2.2 kb in size were contained in the pCUlO1 hybrid plasmid in the cloned cell of CUIOI. The genes were found to have their own promoter and three restriction sites for HindlII. 2,3-dihydroxybiphenyl was detected by the resting cell assay, as the metabolite transformed from biphenyl by the cloned cell of CUIOI. This means that the pcbAB genes are well expressed in E. coli. But dechlorination was unlikely involved in the pchAB gene expression but was believed to occur by functioning on 4CBA produced after ring-cleavage of 4CB.
Pseudomonas sp. P20 was shown to be capable of degrading biphenyl and 4-chlorobiphenyl (4CB) to produce the corresponding benzoic acids wnich were not further degraded. But the potential of the strain for biodegradation of 4CB was shown to be excellent. The pcbA, B, C and D genes responsible for the aromatic ring-cleavage of biphenyl and 4CB degradation were cloned from the chromosomal DNA of the strain. In this study, the pebC and D genes specifying degradation of 2, 3-dihydroxybiphenyl (2, 3-DHBP) produced from biphenyl by the pebAB-encoded enzymes were cloned by using pBluescript SK(+) as a vector. From the pCK102 (9.3 kb) containing pebC and D genes, pCK1022 inserted with a EcoRI-HindIII DNA fragment (4.1 kb) carrying pebC and D and a pCK1092 inserted with EcoRI-XbaI fragment (1.95 kb) carrying pebC were constructed. The expression of pcbC and D' in E. coli CK102 and pebC in E. coli CK1092 was examined by gas chromatography and UV-vis spectrophotometry. 2.3-dihydroxybiphenyl was readily degraded to produce meta-cleavage product (MCP) by E. coli CK102 after incubation for 10 min, and then only benzoic acid(BA) was detected in the 24-h old culture. The MCP was detected in E. coli CK1022 containing pebC and 0 genes (by the resting cells assay) for up to 3 h after incubation and then diminished completely in 8 h, whereas the MCP accumulated in the E. coli CK1092 culture even after 6 h of incubation. The 2, 3-DHBP dioxygenases (product of pebC gene) produced by E. coli CK1, CK102, CK1023, and CK1092 strains were measured by native PAGE analysis to be about 250 kDa in molecular weight, which were about same as those of Pseudomonas sp. DJ-12, P. pseudoa1caligenes KF707, and P. putida OU83.
To obtain higher yield of 2,3-dihydroxybiphenyl(2,3-DHBP) dioxygenase by recombinant E. coli CK1092 carrying pcbC gene of Pseudomonas sp. P20, the environmental and physiological factors were investigated and the cultural conditions using jar fermentor were studied. E. coli CKl092 was grown in LB medium supplemented with 2% sucrose, as a basal medium. The effect of various metal ions on the enzyme production was investigated. In particular, the enzyme production increased in the presence of $Fe^{3+}$ and $Fe^{2+}$, and showed the maxium at the concentration of $10^{-5}M$. The enzyme production was increased by 55% in the medium containing $Fe^{3+}$ ($10^{-5}M$) ion. The optimal temperature and initial pH for cell growth were $37^{\circ}C$ and 7.0, respectively. In the culture using a fermentor at $37^{\circ}C$, the optimal conditions for the enzyme production were obtained at the initial pH 7.0, 1 v/v/m of aeration rate, 200 rpm of agitation speed. It was found that enzyme activity was higher when cultivated without pH control than with pH control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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