Shaikh, Anam F.;Elfeki, Maryam;Landolfa, Samantha;Tanouye, Urszula;Green, Stefan J.;Murphy, Brian T.
Natural Product Sciences
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제21권4호
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pp.261-267
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2015
Compared to their terrestrial and marine counterparts, little is known about the capacity of freshwater-derived actinomycete bacteria to produce novel secondary metabolites. In the current study, we highlight the disparities that exist between cultivation-independent and -dependent analyses of actinomycete communities from four locations in Lake Michigan sediment. Furthermore, through phylogenetic analysis of strains isolated from these locations, we identified a Streptomyces sp., strain B025, as being distinct from other Streptomyces spp. isolated from sediment. Upon fermentation this strain produced a rare class of eight-membered lactone secondary metabolites, which have been for their antitumor properties. We used spectroscopic and chemical derivitization techniques to characterize octalactin B (1) in addition to its corresponding novel, unnatural degradation product (2).
We investigated the effects of dissolved oxygen (D.O.) and fructose (C-source) on cell growth and biosynthesis of cyclosporin A (CyA) produced as a secondary metabolite by a wild-type filamentous fungus, Tolypocladium inflatum. This was performed by controlling the level of D.O. and the residual C-source, as required, through adjustment of medium flow rate, medium concentration and agitation rate in fed-batch cultures. CyA production was furned out to be maximal, when D.O. level was controlled around 10% saturated D.O. and concentration of the C-source was maintained sufficiently low (below 2 g/L) not to cause carbon catabolite repression. Under this culture condition, we obtained the highest values of CyA concentration (507.14 mg/L), Qp (2.11 mg CyA/L/hr), $Y_x/s$ (0.49 g DCW/g fructose), $Y_p/s$<(22.56 mg CyA/g fructose), and YTEX>$_p/x$ (48.31 mg CyA/g DCW), but relatively lower values of cell concentration (11.98 g DCW/L) and cell productivity (0.043 g DCW/L/hr), in comparison with other parallel fed-batch fermentation conditions. These results implied that, in the carbon-limited culture with 10% saturated D.O. level, the producer microorganism utilized the C-source more efficiently for secondary metabolism.
By UV-irradiation of Eremothecium ashbyii DTl, a higWy flavinogenic mutant (UV-18-57) and a nonflavinogenic mutant (UV -85) were obtained. The physio-morphological characteristics of these three strains were studied on glucose medium in submerged fermentation. Glucose utilization and mycelial growth occurred in 0 - 2 days of fermentation. By the third day, the biomass had declined. Extracellular riboflavin excretion was distinct from the second day, reaching a maximum rate by the fourth day. The hyphae of the highly flavinogenic mutant UV-18-57 were broader than DTl, while the nonflavinogenic UV-85 hyphae were very thin. Riboflavin accumulation was high in UV-18-57 (extracellular riboflavin,$825\mu\textrm{g}/ml$ , and intracellular, $490\mu\textrm{g}/ml$) and caused the mycelia to swell into bulbous forms. Riboflavin accumulation was less in DTl ($108\mu\textrm{g}/ml$ extracellular and $24\mu\textrm{g}/ml$ intracellular) and correspondingly its hyphae were thinner than those of UV-18-57 and swollen bulbous mycelia were not prominent. UV-85 was nonflavinogenic and, accordingly, its mOlphological characteristics included long thin filaments with no intracellular riboflavin accumulation. A large number of greenish fluorescence spores were seen in UV-18-57, whereas DTI had less spores and UV-85 was nonsporulating. Sporulation is correlated with riboflavin production. UV-18-57 had better mycelial integrity and lysis started only by the seventh day, whereas DTI and UV -85 started to lyze earlier by 4 -5 days. By the late stage of fermentation (eighth day), DTl had a few long, thin filaments indicating some secondary growth, whereas UV -85 showed a compact pellet form of mycelia. Most mycelia of UV-18-57 still appeared intact.
Bacterial blight, an important and potentially destructive bacterial disease in rice caused by Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Xoo), has recently developed resistance to the available antibiotics. In this study, mass spectrometry (MS)-based metabolite profiling and multivariate analysis were employed to investigate the correlation between timedependent metabolite changes and antimicrobial activities against Xoo over the course of Phomopsis longicolla S1B4 fermentation. Metabolites were clearly differentiated based on fermentation time into phase 1 (days 4-8) and phase 2 (days 10-20) in the principal component analysis (PCA) plot. The multivariate statistical analysis showed that the metabolites contributing significantly for phases 1 and 2 were deacetylphomoxanthone B, monodeacetylphomoxanthone B, fusaristatin A, and dicerandrols A, B, and C as identified by liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), and dimethylglycine, isobutyric acid, pyruvic acid, ribofuranose, galactofuranose, fructose, arabinose, hexitol, myristic acid, and propylstearic acid were identified by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)-based metabolite profiling. The most significantly different secondary metabolites, especially deacetylphomoxanthone B, monodeacetylphomoxanthone B, and dicerandrol A, B and C, were positively correlated with antibacterial activity against Xoo during fermentation.
Prodigiosin as a high-valued compound, which is a microbial secondary metabolite, has the potential for antioxidant and anticancer effects. However, the large-scale production of functionally active Hahella chejuensis-derived prodigiosin by fermentation in a cost-effective manner has yet to be achieved. In the present study, we established carbon source-optimized medium conditions, as well as a procedure for producing prodigiosin by fermentation by culturing H. chejuensis using 10 L and 200 L bioreactors. Our results showed that prodigiosin productivity using 250 ml flasks was higher in the presence of glucose than other carbon sources, including mannose, sucrose, galactose, and fructose, and could be scaled up to 10 L and 200 L batches. Productivity in the glucose (2.5 g/l) culture while maintaining the medium at pH 6.89 during 10 days of cultivation in the 200 L bioreactor was measured and increased more than productivity in the basal culture medium in the absence of glucose. Prodigiosin production from 10 L and 200 L fermentation cultures of H. chejuensis was confirmed by high-performance liquid chromatography (HPLC) and liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS) analyses for more accurate identification. Finally, the anticancer activity of crude extracted prodigiosin against human cancerous leukemia THP-1 cells was evaluated and confirmed at various concentrations. Conclusively, we demonstrate that culture conditions for H. chejuensis using a bioreactor with various parameters and ethanol-based extraction procedures were optimized to mass-produce the marine bacterium-derived high purity prodigiosin associated with anti-cancer activity.
발효된 오이의 산패는 원하지 않는 미생물의 2차적 생장에 의한 결과이며 장기보관을 원하는 발효오이 식품은 일반적으로 고농도의 염을 사용한다. 염의 농도를 최소한으로 하면서 산패를 방지할 수 있는 pH의 범위를 모색하기 위하여 다양한 조합의 pH와 NaCl 농도를 갖는 발효오이즙(FCS) 배양액에 3가지 종류의 산패액을 각각 접종하여 발효오이의 산패여부를 조사하였다. pH3에서는 NaCl의 첨가가 없더라도 산패는 일어나지 않는데 비하여 pH 5.0에서는 4%의 NaCl에서도 모두 산패가 진행되었다. pH 3.5, pH 4, pH 4.5 에서는 0%와 2% NaCl의 범위 내에서 다양한 결과를 보였다. 이 결과를 바탕으로 발효오이의 산패를 예견할 수 있는 조견표를 작성하였다. 조견표의 사용은 발효오이의 장기보관을 위한 적절한 산도와 염의 농도의 선택을 가능하게 할 것이다.
This study investigated quality characteristics and functionality of rose sparkling wine that were manufactured by secondary fermentation after inoculation of yeast strains. The pH of the samples ranged from 3.96 to 4.05 and total acidity ranged from 0.23 to 0.32%. The alcohol contents of wines ranged from 6.4 to 6.6% and the CO2 pressure ranged from 2.0 to 2.6 bar. The brightness of rose wines ranged from 84.72 to 87.36, the redness from 9.28 to 14.15, and the yellowness from 9.50 to 19.20. The hue value of wines ranged from 1.137 to 1.513 and color intensity ranged from 0.724 to 0.882. Aroma analysis identified 14 alcohols, 22 esters, 4 ketones, 4 acids, and 17 miscellaneous compounds. The total tannin contents and total polyphenol contents of wines were 11.28~12.43 mg% and 24.79~28.20 mg%, respectively. The DPPH radical scavenging activity of wines ranged 63.33 to 67.89% and the ABTS radical scavenging activity of wines 82.16~86.06%. The results of this study provide a basis for establishing the brewing process of rose sparkling wines yeast strains.
김치 숙성중(熟成中)에 NDMA, NDEA 및 NPYR 등 N-nitrosamine의 생성여부(生成如否)를 밝히고자 그 생성요인물질(生成要因物質)인 질산염(窒酸鹽)과 아질산염(亞窒酸鹽) 및 amine류(類)의 변화를 실험고찰(實驗考察)하였다. 시료용(試料用) 김치는 배추, 고추가루, 마늘, 생강만을 넣어서 만든 대조시료(對照試料)와 여기에 멸치젓과 새우젓을 넣은 것 모두 3개군(個群)으로 만들고, $5^{\circ}C$에서 75일간 숙성(熟成)시키면서 15일 주기로 N-nitrosamine과 TMAO, TMA, DMA, 질산염(窒酸鹽), 아질산염(亞窒酸鹽) 및 ascorbic acid의 함량변화를 분석하였다. TMAO, TMA, DMA, 질산염(窒酸鹽), 아질산염(亞窒酸鹽) 및 ascorbic acid는 비색정량법(比色定量法)에 의하였고, NDMA, NDEA와 NPYR은 GLC-TEA에 의하여 정량(定量)하였다. 멸치젓과 새우젓을 첨가한 김치의 숙성중(熟成中)에 총(總) 2 급(級) amine은 현저하게 증가하였는데도 불구하고, 총(第) 3 급(級) amine인 TMAO와 TMA는 거의 변화가 없었다. 그리고 이때 총(第) 2 급(級) amine은 주로 DMA 였음을 흡광곡선(吸光曲線)과 GLC-FTD에 의하여 확인하였다. 한편, 김치 숙성중(熟成中)에 질산염(窒酸鹽)의 함량은 크게 감소하였음에도 불구하고 아질산염(亞窒酸鹽)은 증가하지 않았으며, N-nitrosamine의 생성량(生成量)은 검출한계(檢出限界)미만이든가 흔적정도의 양이었다. 멸치젓과 새우젓을 첨가한 김치 숙성중(熟成中)에 DMA는 상당히 많은량이 함유되어 있으나 NDMA가 생성(生成)되지 않은 것은 $NO_2^-$이 남아있지 않기 때문이라고 확신할 수 있었다. 그러나 김치 숙성중(熟成中)에 $NO_2^-$가 생성(生成)되지 않은 것은 아니고, $NO_3^-$에서 $NO_2^-$가 생성(生成)되는대로 ascorbic acid나 아미노산과 같은 nitrosamine 생성(生成) 저해제(沮害劑)들에 의해 소비되어 버리는 것이라고 볼 수 있었다.
본 실험실에서는 음식폐기물을 효율적으로 소화처리하기위해 Pilot 규모 (10톤)의 3단계 메탄 발효 공정을 개발하여 운전하고 있다. 3단계 메탄발효시스템은 반혐기성 가수분해조, 혐기성 산발효조, 혐기성 메탄발효조로 구성되어 있으며, 이 가운데 두 번째 공정인 혐기성 산발효조로부터 알코올발효능이 우수한 균주 KA4를 분리하였다. 세포의 형태는 타원형 모양이며, 크기는 $5.5-6.5{\times}3.5-4.5\;{\mu}m$ 이었고, 26S rDNA D1/D2 rDNA sequence를 분석한 결과를 바탕으로 Saccharomyces cerevisiae KA4로 명명하였다. 이 균주를 YM 배지에서 배양하였을 경우 $30-35^{\circ}C$에서 최대 생장을 보였으며, 배지내의 초기 에탄올 농도가 5% (v/v)까지는 생장에 영향을 받지 않았으나 그 이상에서는 생장에 저해를 받았고 7% 이상에서는 생장하지 못하였다. 한편 초기 50% (w/v)까지의 당 농도에서는 생장이 가능하였으나 잔류 당 농도를 고려할 때 에탄올 발효를 위한 최적 당 농도는 10%이었다. 이 농도의 당을 이용하여 초기 pH4에서 10까지의 넓은 범위에서 에탄올 발효가 가능하였으며 최적 pH는 6이었다 이 때 에탄올 생산량은 7.4%이었으며, 에탄올 생산수율은 2.87 mol EtOH/mol glucose이었다.
Hanwoo and Jeju Black cattle (Jeju Black) are native breeds of Korean cattle. Jeju Black cattle are recognized as natural monuments and are known to exhibit slower growth rates compared to Hanwoo. While several studies have analyzed the genetic characteristics of these cattle, there has been limited research on the differences in their microbiome. In this study, rumen fluid was obtained from three Hanwoo steers and three Jeju Black steers, and three different diets (total mixed rations [TMRs] for growing, early fattening, and late fattening periods) were used as substrates for in vitro fermentation. The in vitro incubation was conducted for 3 h and 24 h following a 2 × 3 factorial arrangement. After both incubation periods, fermentation characteristics were analyzed, and ruminal microbiome analysis was performed using 16S rRNA gene sequencing, employing both QIIME2 and PICRUSt2. The results revealed significant differences in the ruminal microbiota due to the inoculum effect. At the phylum level, Patescibacteria and Synergistota were found to be enriched in the Jeju Black inoculum-treated group. Additionally, using different inocula also affected the relative abundance of major taxa, including Ruminococcus, Pseudoramibacter, Ruminococcaceae CAG-352, and the [Eubacterium] ruminantium group. These microbial differences induced by the inoculum may have originated from varying levels of domestication between the two subspecies of donor animals, which mainly influenced the fermentation and microbiome features in the early incubation stages, although this was only partially offset afterward. Furthermore, predicted commission numbers of microbial enzymes, some of which are involved in the biosynthesis of secondary metabolites, fatty acids, and alpha amylase, differed based on the inoculum effect. However, these differences may account for only a small proportion of the overall metabolic pathway. Conversely, diets were found to affect protein biosynthesis and its related metabolism, which showed differential abundance in the growing diet and were potentially linked to the growth-promoting effects in beef cattle during the growing period. In conclusion, this study demonstrated that using different inocula significantly affected in vitro fermentation characteristics and microbiome features, mainly in the early stages of incubation, with some effects persisting up to 24 h of incubation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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