Kim, Tae-Su;Jung, Hyung-Moo;Kim, Sang-Yong;Zhang, Liaoyuan;Li, Jinglin;Sigdel, Sujan;Park, Ji-Hyun;Haw, Jung-Rim;Lee, Jung-Kul
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.7
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pp.1093-1100
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2015
Acetate and lactate in growth media are detrimental to the production of Thermus maltogenic amylase (ThMA), a heterologous protein, as well as to the growth of recombinant Escherichia coli. Only 50 mM of acetate or 10 mM of lactate reduced 90% of specific ThMA activity. In this study, mutant E. coli strains blocked in the ackA-pta or ackA-pta and ldh pathways were created, characterized, and assessed for their culture performace in 300 L-scale fermentation. The ackApta and ldh double-mutant strain formed significantly less lactate and acetate, and produced a concomitant increase in the excretion of pyruvate (17.8 mM) under anaerobic conditions. The ackA-pta mutant strain accumulated significant acetate but had an approximately 2-fold increase in the formation of lactate. The ackA-pta and ldh double-mutant strain had superior overall performance in large-scale culture under suboptimal conditions, giving 67% higher cell density and 66% higher ThMA activity compared with those of the control strain. The doublemutant strain also achieved a 179% improvement in volumetric ThMA production.
An endoxylanase gene (PoxynA) that belongs to the glycoside hydrolase (GH) family 11 was cloned from a xylanolytic strain, Penicillium oxalicum B3-11(2). PoxynA was overexpressed in Trichoderma reesei QM9414 by using a constitutive strong promoter of the encoding pyruvate decarboxylase (pdc). The high extracellular xylanase activities in the fermentation liquid of the transformants were maintained 29~35-fold higher compared with the wild strain. The recombinant POXYNA was purified to homogeneity, and its characters were analyzed. Its optimal temperature and pH value were $50^{\circ}C$ and 5.0, respectively. The enzyme was stable at a pH range of 2.0 to 7.0. Using beechwood as the substrate, POXYNA had a high specific activity of $1,856{\pm}53.5$ IU/mg. In the presence of metal ions, such as $Cu^{2+}$, and $Mg^{2+}$, the activity of the enzyme increased. However, strong inhibition of the enzyme activity was observed in the presence of $Mn^{2+}$ and $Fe^{2+}$. The recombinant POXYNA hydrolyzed birchwood xylan, beechwood xylan, and oat spelt xylan to produce short-chain xylooligosaccharides, xylopentaose, xylotriose, and xylobiose as the main products. This is the first report on the expression properties of a recombinant endoxylanase gene from Penicillium oxalicum. The properties of this endoxylanase make it promising for applications in the food and feed industries.
Fed-batch fermentations with different feeding media were carried out in order to increase the productivity of invertase expression using a recombinant Saccharomyces cerevisiae containing plasmid pRB58. Two batch cultures showed the expression of the SUC2 gene at a low concentration of glucose, suggesting that glucose concentration could be used as a control variable in a fed-batch operation mode. In the fed-batch culture by feeding the basal medium, cell mass and specific invertase activity did not increase much as compared with the simple batch culture. A series of fed-batch cultures revealed that the sucrose-supplemented medium increased cell mass whereas the enriched medium did specific invertase activity. To capitalize on the synergism of the sucrose-supplemented medium and the enriched medium, the sucrose-supplemented enriched medium was used as a feeding medium. The fed-batch culture using this medium resulted in a 2.4-fold increase in cell mass and a 1.9-fold enhancement in specific invertase activity compared with those of the batch culture. The increase in cell mass and specific invertase activity led to a marked increase in total invertase activity, 250U/ml, which was 6.3 times higher than that of the batch culture.
This study describes a novel strategy to regulate the metabolic flux for lactic acid production in Lactobacillus casei. The ldhL gene encoding L-lactate dehydrogenase (L-LDH) was overexpressed in L. casei, and a two-stage oxygen supply strategy (TOS) that maintained a medium oxygen supply level during the early fermentation phase, and a low oxygen supply level in the later phase was carried out. As a consequence, a maximum L-LDH activity of 95.6 U/ml was obtained in the recombinant strain, which was over 4-fold higher than that of the initial strain. Under the TOS for L. casei (pMG-ldhL), the maximum lactic acid concentration of 159.6 g/l was obtained in 36 h, corresponding to a 62.8% increase. The results presented here provide a novel way to regulate the metabolic flux of L. casei for lactic acid production in different fermentation stages, which is available to enhance organic acid production in other strains.
Jha, Amit Kumar;Lamichhane, Janardan;Sohng, Jae Kyung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.24
no.1
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pp.52-58
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2014
Structurally, herboxidiene contains the tetrahydropyran acetic acid moiety and a side chain including a conjugated diene, and has been isolated from Streptomyces chromofuscus ATCC 49982. Its production was significantly elevated nearly 13.5-fold (0.74 g/l) in a medium supplemented with glycerol (medium No. 6A6), and was more efficacious (1.08 g/l; 19.8-fold) in fed-batch fermentation at 36 h in medium No. 6A6, from Streptomyces chromofuscus. For further enhancement, regulatory genes metK1-sp and afsR-sp from Streptomyces peucetius were overexpressed using an expression vector, pIBR25, and similarly ACCase from Streptomyces coelicolor and two genes, metK1-sp and afsR-sp, were also overexpressed using an integration vector, pSET152, under the control of the strong $ermE^*$ promoter in Streptomyces chromofuscus. Only the recombinant strains S. chromofuscus SIBR, S. chromofuscus GIBR, and S. chromofuscus AFS produced more herboxidiene than the parental strain in optimized medium No. 6A6 with an increment of 1.32-fold (0.976 g/l), 3.85-fold (2.849 g/l), and 1.7-fold(1.258 g/l) respectively.
Sa, Young-Hee;Choi, hang-Shik;Lee, Ki Hwan;Hong, Seong-Karp
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2018.05a
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pp.588-591
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2018
Baculovirus was originally isolated from the alfalfa looper and contains a 134-kbp genome with 154 open reading frames (ORF). The major capsid protein VP39 together with some minor proteins forms the nucleocapsid ($21nm{\times}260nm$) that encloses the DNA with p6.9 protein. They are double-stranded, circular, supercoiled DNA molecules in a rod-shaped capsid. Wild-type baculoviruses exhibit both lytic and occluded life cycles that develop independently throughout the three phases of virus replication. Recombinant baculoviruses can transfer their vectors and express their recombinant proteins in a wide range of mammalian cell types. Especially, inclusion of a dominant selectable marker in these baculoviral vectors can express diverse recombinant genes in many cells. Baculoviral vectors were reconstructed with cytomegalovirus (CMV) promoter,uroplakin II promoter, polyhedron promoter, vesicular stomatitis virus G (VSVG), enhanced green fluorescent protein (EGFP), protein transduction domain (PTD) gene and so on. These reconstructed vectors were infected into various cell and cell lines. We performed transfection and expression of these recombinant vectors comparison with other control vectors. From this study, we knew that transfection and expression of these recombinant vectors have higher efficacy than any control vector. This work was supported by a grant from Mid-Career Researcher Program(NRF-2016R1A2B4016552) through the National Research Foundation of Korea(NRF) funded by the Ministry of Science, ICT & Future Planning(MSIP).
Wang, Jin-Jing;Wang, Zhao-Yue;Liu, Xi-Feng;Guo, Xue-Na;He, Xiu-Ping;Wense, Pierre Christian;Zhang, Bo-Run
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.4
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pp.767-774
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2010
In this study, the problems of high caloric content, increased maturation time, and off-flavors in commercial beer manufacture arising from residual sugar, diacetyl, and acetaldehyde levels were addressed. A recombinant industrial brewing yeast strain (TQ1) was generated from T1 [Lipomyces starkeyi dextranase gene (LSD1) introduced, ${\alpha}$-acetohydroxyacid synthase gene (ILV2) disrupted] by introducing Saccharomyces cerevisiae glucoamylase (SGA1) and a strong promoter (PGK1), while disrupting the gene coding alcohol dehydrogenase (ADH2). The highest glucoamylase activity for TQ1 was 93.26 U/ml compared with host strain T1 (12.36 U/ml) and wild-type industrial yeast strain YSF5 (10.39 U/ml), respectively. European Brewery Convention (EBC) tube fermentation tests comparing the fermentation broths of TQ1 with T1 and YSF5 showed that the real extracts were reduced by 15.79% and 22.47%; the main residual maltotriose concentrations were reduced by 13.75% and 18.82%; the caloric contents were reduced by 27.18 and 35.39 calories per 12 oz. Owing to the disruption of the ADH2 gene in TQ1, the off-flavor acetaldehyde concentrations in the fermentation broth were 9.43% and 13.28%, respectively, lower than that of T1 and YSF5. No heterologous DNA sequences or drug resistance genes were introduced into TQ1. Hence, the gene manipulations in this work properly solved the addressed problems in commercial beer manufacture.
Lee Kum-Il;Yim Yong-Sik;Kim Chun-Kwang;Lee Seung-Hyun;Chung Sang-Wook;Rhee Jong Il
KSBB Journal
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v.20
no.4
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pp.291-298
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2005
Two-dimensional (2D) spectrofluorometer is often used to monitor various fermentation processes. The change in fluorescence intensities resulting from various combinations of excitation and emission wavelengths is investigated by using a spectra subtraction technique. But it has a limited capacity to classify the entire fluorescence spectra gathered during fermentations and to extract some useful information from the data. This study shows that the self-organizing map (SOM) is a useful and interpretative method for classification of the entire gamut of fluorescence spectral data and selection of some combinations of excitation and emission wavelengths, which have useful fluorometric information. Some results such as normalized weights and variances indicate that the SOM network is capable of interpreting the fermentation processes of S. cerevisiae and recombinant E. coli monitored by a 2D spectrofluorometer.
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.
Shaimaa Abulmagd;Abd El-Nasser A. Khattab;Hamdallah Zedan
Clinical and Experimental Vaccine Research
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v.11
no.1
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pp.12-29
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2022
Purpose: In the present study, whole diphtheria toxin (dt) and fragment B (dtb) genes from Corynebacterium diphtheriae Park William were cloned into Escherichia coli, the purified expressed proteins were evaluated for ultimately using as a candidate vaccine. Materials and Methods: The dt and dtb genes were isolated from bacterial strain ATCC (American Type Culture Collection) no. 13812. Plasmid pET29a+ was extracted by DNA-spin TM plasmid purification kit where genes were inserted using BamHI and HindIII-HF. Cloned pET29a+dt and pET29a+dtb plasmids were transformed into E. coli BL21(DE3)PlysS as expression host. The identity of the sequences was validated by blasting the sequence (BLASTn) against all the reported nucleotide sequences in the NCBI (National Center for Biotechnology Information) GenBank. Production of proteins in high yield by different types and parameters of fermentation to determine optimal conditions. Lastly, the purified concentrated rdtx and rdtb were injected to BALB/c mice and antibody titers were detected. Results: The genetic transformation of E. coli DH5α and E. coli BL21 with the pET-29a(+) carrying the dt and dtb genes was confirmed by colony polymerase chain reaction assay and were positive to grow on Luria-Bertani/kanamycin medium. The open reading frame of dt and dtb sequences consisted of 1,600 bp and 1,000 bp, were found to be 100% identical to dt and dtb sequence of C. diphtheriae (accession number KX702999.1 and KX702993.1) respectively. The optimal condition for high cell density is fed-batch fermentation production to express the rdtx and rdtb at 280 and 240 Lf/mL, dissolved oxygen was about 24% and 22% and the dry cell weight of bacteria was 2.41 g/L and 2.18 g/L, respectively. Conclusion: This study concluded with success in preparing genetically modified two strains for the production of a diphtheria vaccine, and to reach ideal production conditions to achieve the highest productivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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