This paper describes the use of a discrete mathematical model to represent the basic mechanisms of regulation of the bacteria E. coli in batch fermentation. The specific phenomena studied were the changes in metabolism and genetic regulation when the bacteria use three different carbon substrates (glucose, glycerol, and acetate). The model correctly predicts the behavior of E. coli vis-a-vis substrate mixtures. In a mixture of glucose, glycerol, and acetate, it prefers glucose, then glycerol, and finally acetate. The model included 67 nodes; 28 were genes, 20 enzymes, and 19 regulators/biochemical compounds. The model represents both the genetic regulation and metabolic networks in an integrated form, which is how they function biologically. This is one of the first attempts to include both of these networks in one model. Previously, discrete mathematical models were used only to describe genetic regulation networks. The study of the network dynamics generated 8 $(2^3)$ fixed points, one for each nutrient configuration (substrate mixture) in the medium. The fixed points of the discrete model reflect the phenotypes described. Gene expression and the patterns of the metabolic fluxes generated are described accurately. The activation of the gene regulation network depends basically on the presence of glucose and glycerol. The model predicts the behavior when mixed carbon sources are utilized as well as when there is no carbon source present. Fictitious jokers (Joker1, Joker2, and Repressor SdhC) had to be created to control 12 genes whose regulation mechanism is unknown, since glycerol and glucose do not act directly on the genes. The approach presented in this paper is particularly useful to investigate potential unknown gene regulation mechanisms; such a novel approach can also be used to describe other gene regulation situations such as the comparison between non-recombinant and recombinant yeast strain, producing recombinant proteins, presently under investigation in our group.
알칼리성 단백질 분해효소 고생산 돌연변이 균주 Vibrio metschnikovii L12-23, N4-8, KS1으로부터 알칼리성 단백질 분해효소를 암호화하는 vapK (Vibrio alkaline protease K) 유전자들을 PCR에 의하여 분리한 다음 DNA shuffling, error-prone PCR 방법과 같은 분자진화 기술을 통해 고활성 단백질 분해효소를 생산하는 재조합 V. metschnikovii 균주를 제작하였다. DNA shuffling 방법을 통해 변형시킨 vapK-1 유전자와 이 유전자를 주형으로 error-prone PCR 기법을 통해 재 변형된 vapK-2 유전자를 cloning한 후 V. metschnikovii KS1 균주에 역도입하여 재조합 균주를 제조하였다. 재조합 균주들의 단백질 분해 능력을 조사한 결과 vapK-2 유전자가 2 copy 도입된 재조합 균주의 경우 야생형 균주인 V. metschnikovii RH530에 비해 43.6배 높은 단백질 분해활성을 보였으며 숙주인 V. metschnikovii KS1에 비해 약 3.9배 향상된 단백질 분해 활성을 확인할 수 있었다. 변형된 vapK-1과 vapK-2 유전자를 야생형 vapK 유전자의 염기서열을 비교 분석한 결과 단백질 분해 능력의 활성에 영향을 미치는 active site를 제외한 부분에서 변화가 일어났음을 확인 할 수 있었다. 변형된 유전자 vapK-1을 two copy를 포함한 재조합 플라스미드를 가진 V. metschnikovii KS1을 30 L fermentor로 배양 하였을 때 배양 후 35 시간에 18,000 PU/ml의 활성을 보였으며, 이는 향후 산업용 균주로서 사용될 수 있는 가능성을 제시하였다.
Hwang, Hae-Gwang;Kim, Dae-Hwan;Lee, Jeongmin;Mo, Youngwon;Lee, Se-Hoon;Lee, Yongjin;Hyeon, Jae Wook;Lee, Sol Moe;Cheon, Yong-Pil;Choi, Eun-Kyoung;Kim, Su Yeon;Lee, Yeong Seon;Son, Young-Jin;Ryou, Chongsuk
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권10호
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pp.1749-1759
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2018
Recombinant (rec) prion protein (PrP) is an extremely useful resource for studying protein misfolding and subsequent protein aggregation events. Here, we report mass production of high-purity rec-polypeptide encoding the C-terminal globular domain of PrP; (90-230) for human and (89-231) for murine PrP. These proteins were expressed as His-tagged fusion proteins in E. coli cultured by a high cell-density aerobic fermentation method. RecPrPs recovered from inclusion bodies were slowly refolded under reducing conditions. Purification was performed by a sequence of metal-affinity, cation-exchange, and reverse-phase chromatography. The current procedure yielded several dozens of milligrams of recPrP per liter with >95% purity. The purified recPrPs predominantly adopted an ${\alpha}$-helix-rich conformation and were functionally sufficient as substrates to measure the seeding activity of human and animal prions. Establishment of a procedure for high-level production of high-purity recPrP supports the advancement of in vitro investigations of PrP including diagnosis for prion diseases.
식물체 구성성분의 하나인 hemicellulose의 대부분을 차지하는 xylan은 농산 폐기물 또는 목재 성분의 약 30%를 차지하는 풍부한 자원물질이다. 이러한 xylan을 효과적으로 분해하기 위해 Bacillus에서 발현시킨 재조합 endoxylanase를 이용하여 기능성 식품소채인 xylooligosaccharide의 최적 생산 조건을 조사하였다. B. subtilis 재조합 균주 DB431/pJHKJ4를 이용한 발효조 회분배양 결과, endoxylanse의 총 활성은 857 unit/ml이며, 대부분이 세포밖으로 분비됨을 알 수 있었고, 분비효율은 92%로 나타났다. 재조합 endoxylanase를 이용하여 xylan으로부터 xylooligosaccharide 생성을 위한 최적 반응조건을 검토한 결과, xylooligosaccharide 생산을 위한 기질로는 birchwood xylan이 적합함을 알 수 있었고, 4%의 xylan 농도에서 가장 많은 xylooligosaccharide 을 생산하며, xylobiose와 xylotriose가 주생성물임을 알았다. 효소의 농토와 반응시간의 영향은 10 unit의 endoxylanase를 첨가하여 1시간 반응시켰을 때 가장 많은 양의 xylooligosaccharide을 생산할 수 있었고, 반응온도는 $40^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C$가 적합함을 알았다. 결론적으로 재조합 endoxylanase을 이용한 xylooligosaccharide생성에는 10 unit endoxylanase과 4% birchwood xylan을 기질로 이용하여 $50^{\circ}C$에서 1시간 반응시키는 것이 최적반응 조건임을 알았다.
Industrial strain improvement is concerned with developing or modifying microorganisms used in production of commercially important fermentation products. The aim is to reduce the production cost by improving productivity of a strain and manipulating specific characteristics such as the ability to utilize cheaper raw materials or resist bacteriophages. The traditional empirical approach to strain improvement is mutation combined with selection and breeding techniques. It is still used by us to improve the productivity of organisms in amino acids, organic acids and enzymes production. The breeding of high L-lysine-producing strain Au112 is one of the outstanding examples of this approach. It is a homoserine auxotroph with AEC, TA double metabolic analogue resistant markers. The yield reaches 100 g/l. Besides, the citric acid-producing organism Aspergillus niger, Co827, its productivity reaches the advanced level in the world, is also the result of a series mutations especially with $^60Co{\gamma}$-radiation. The thermostable .alpha.-amylase producing strain A 4041 is the third example. By combining physical and chemical mutations, the strain A 4041 becomes an asporogenous, catabolite derepressed mutant with rifamycin resistant and methionine, arginine auxotroph markers. The .alpha.-amylase activity reaches 200 units/ml. The fourth successful example of mutation in strain improvement is the glucoamylase-producing strain Aspergillus niger SP56, its enzyme activity is 20,000 units/ml, 4 times of that of the parental strain UV-11. Recently, recombinant DNA approach provides a worthwhile alternative strategy to industrial strain improvement. This technique had been used by us to increase the thermostable .alpha.-amylase production and on some genetic researches.
Cheonggukjang was prepared from soybean inoculated with B. licheniformis ATCC 10716 cells transformed with pHY3-5 carrying a fibrinolytic enzyme gene. During the 54 hr of fermentation at $37^{\circ}C$, fibrinolytic activities of cheonggukjang were significantly higher than cheonggukjang fermented with B. licheniformis 10716 control cells. The plasmid, pHY3-5 was stably maintained during the 54 hr without antibiotic selection and more than 52% of cells retained the plasmid.
B. macerans 유래의 CGTase를 yeast surface display기술을 이용하여 S. cerevisiae의 표면에 발현된 것을 halo-test와 immunofluorescence microscopy와 flow cytometry를 통하여 확인하였다. 재조합 효모는 효소의 cyclization작용을 저해하고 CD의 분해작용을 촉진하는 glucose와 maltose를 제거하는 발효공정과 표면 발현된 CGTase의 cyclization 공정을 동시에 수행할 수 있어 CD의 생산, 분리공정을 효율적으로 개선하였다.
Most of the current licenced hepatitis B vaccines are being produced by recombinant DNA technology in large fermentation cultures of Saccharomyces cerevisiae of yeast cells which carry the gene coded for hepatitis B virus surface antigen. These vaccines are proved very effective clinically and the immunogenicity of vaccines could be maintained for a long time under refrigeration. To develope the stabilizer that could increase the stability of hepatitis B virus vaccine which could be stored for a long period at room temperature or higher conditions, glucose, lactose and sucrose solutions in phosphate buffered saline were added into hepatitis B vaccine respectively to make 2.5%, 5%, 7.5% and 10% final concentration in vaccines. These sugar-vaccine mixtures were stored at room temperature for one month, two months and three months respectively and then inoculated into ICR mice intramuscularly. On the fourteenth day after inoculation, mice were bled and sera were tested for the evaluation of efficacies of vaccines. The results showed that 5% glucose, 7.5% lactose and sucrose increased the stability of vaccines in some degree and this method could be applied for the production of other viral vaccines and bacterial vaccines.
Gastrointestinal tract of ruminants as well as monogastric animals are colonised by a variety of microorganisms including bacteria, fungi and protozoa. Gastrointestinal ecosystem, especially the rumen is emerging as an important source for enrichment and natural selection of microbes adapted to specific conditions. It represents a virtually untapped source of novel products (e.g. enzymes, antibiotics, bacteriocins, detoxificants and aromatic compounds) for industrial and therapeutic applications. Several gastrointestinal bacteria and fungi implicated in detoxification of anti-nutritional factors (ANFs) can be modified and manipulated into promising system for detoxifying feed stuffs and enhancing fibre fermentation both naturally by adaptation or through genetic engineering techniques. Intestinal lactobacilli, bifidobacteria and butyrivibrios are being thoroughly investigated and widely recommended as probiotics. Restriction endonucleases and native plasmids, as stable vectors and efficient DNA delivery systems of ruminal and intestinal bacteria, are increasingly recognised as promising tools for genetic manipulation and development of industrially useful recombinant microbes. Enzymes can improve the nutrient availability from feed stuffs, lower feed costs and reduce release of wastes into the environment. Characterization of genes encoding a variety of commercially important enzymes such as cellulases, xylanases, $\beta$-glucanases, pectinases, amylases and phytases will foster the development of more efficacious and viable enzyme supplements and enzyme expression systems for enhancing livestock production.
본 연구에서는 형질전환된 P. pastoris를 이용한 재조합 HBsAg 생산에서 유가식 배양시 공급배치 탄소원으로 sorbitol이 단백질 발현에 미치는 영향을 glycerol과 비교하여 실험하였다. 유가식 배양 공급배지 탄소원으로 50% sorbitol을 이용했을 때 50% glycerol을 이용하는 경우보다 세포 증식 측면에서는 methanal 유도 후 균체 농도가 낮은 경향을 보였으나 이것은 glycerol 이 sorbitol 보다 에너지원으로써 높은 affinity를 가지기 때문인 것으로 판단된다. 하지만 단위 건조 균체량당 단백질 발현량은 50% sorbitol을 공급 한 경우 50% glycerol을 공급한 경우 보다 12% 향상되는 결과를 보였다. 따라서 유가식 배양용 공급 탄소원으로 sorbitol을 이용했을 때 glycerol을 이용하는 것보다 AOX promoter에 의한 단백질 발현에 보다 긍적적인 효과가 있는 것을 확인 할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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