The biocatalytic efficiency of recombinant Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 expressing the secondary alcohol dehydrogenase of Micrococcus luteus NCTC2665 was studied. Recombinant C. glutamicum converts ricinoleic acid to a product, identified by gas chromatography/mass spectrometry as 12-ketooleic acid (12-oxo-cis-9-octadecenoic acid). The effects of pH, reaction temperature, and non-ionic detergent on recombinant C. glutamiucm whole cell bioconversion were examined. The determined optimal conditions for production of 12-ketooleic acid are pH 8.0, 35℃, and 0.05 g/l Tween80. Under these conditions, recombinant C. glutamicum produces 3.3 mM 12-ketooleic acid, with a 72% (mol/mol) maximum conversion yield, and 1.1 g/l/h volumetric productivity in 2 h; and 3.9 mM 12-ketooleic acid, with a 74% (mol/mol) maximum conversion yield, and 0.69 g/l/h maximum volumetric productivity in 4 h of fermentation. This study constitutes the first report of significant production of 12-ketooleic acid using a recombinant Corynebacterium glutamicum-based biocatalyst.
In the conversion of D.L-2-amino-$\Delta^2$-thiazoline-4-carboxylic acid(D,L-ATC) to L-cysteine using Pseudomonas sp. CU6. the effects of surfactants on whole cells and the stabilities of cellfree enzyme solution and continuous reactor packed with immobilized whole cells were investigated. The enzymatic reaction was little accomplished by whole cells without adding surfactants, whereas it was well carried out with SDS or Triton X-loo comparable to the case using cell-free enzyme solution. Enzyme activity of the cell-free solution was lost by 50% after 7 hours of storage at $30^{\circ}C$, but not at all under an anaerobic condition by sparging nitrogen gas. On the other hand. effect of nitrogen gas did not appear in a continuous reactor using immobilized whole cells, and hydroxylamine, an inhibitor of L-cysteine desulfhydrase, lowered the enzyme stability.
Progestrone bioconversion by immobilized Aspergillus phoenicis was studied. Progesterone was converted into 11$\alpha$-hydroxyprogesterone and 3-minor byproducts. Whole cells of A. phoenicis were immobillized by enreappment with calcium-alginate, K-carrageenan, or polyacrylamide. Of these materials tested, cell immobilized in $Ca^{2+}$ -alginate gels showed the highest activity for 11$\alpha$-hydroxylation of progesterone. In the case of mycelia immobilized in $Ca^{2+}$-alginate, futher progressing hydroxylation of 11$\alpha$-hydroxyprogesterone was greatly reduced. Spores of A. phoenicis which were immobillized with $Ca^{2+}$-alginate and germinatedin situ for 25 hours showed higher 11$\alpha$-hydroxylase activity than those of entrapped whole mycelia and maintained initial enzyme activity for all 8 times of repeated use. After 16 times of reuse, the activity was declined 30% or more. When culture media and $Zn^{2+}$ were introduced into the reaction media, the activity of the immobilized mycelia which had been lowered due to many times of reuse was effectively reactivated.
Ku, Seockmo;You, Hyun Ju;Park, Myeong Soo;Ji, Geun Eog
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.7
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pp.1206-1215
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2016
Ginsenosides are the major active ingredients in ginseng used for human therapeutic plant medicines. One of the most well-known probiotic bacteria among the various strains on the functional food market is Lactobacillus rhamnosus GG. Biocatalytic methods using probiotic enzymes for producing deglycosylated ginsenosides such as Rd have a growing significance in the functional food industry. The addition of 2% cellobiose (w/v) to glucose-free de Man-Rogosa-Sharpe broths notably induced β-glucosidase production from L. rhamnosus GG. Enzyme production and activity were optimized at a pH, temperature, and cellobiose concentration of 6.0, 40℃, and 2% (w/v), respectively. Under these controlled conditions, β-glucosidase production in L. rhamnosus GG was enhanced by 25-fold. Additionally, whole-cell homogenates showed the highest β-glucosidase activity when compared with disrupted cell suspensions; the cell disruption step significantly decreased the β-glucosidase activity. Based on the optimized enzyme conditions, whole-cell L. rhamnosus GG was successfully used to convert ginsenoside Rb1 into Rd.
Chang Kwon;Jong Won Kim;Young Kwang Park;Seungbeom Kang;Myung Jun Chung;Su Jeong Kim;Sanghyun Lim
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.51
no.1
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pp.83-92
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2023
In this study, bioconversion of rutin to quercetin was confirmed by the fermentation of Korean indigenous probiotics and tartary buckwheat. Based on whole genome sequencing of 17 probiotics species, α-rhamnosidase, related to bioconversion of isoquercetin (quercetin 3-β-D glucoside) from rutin, is identified in the genome of CBT BG7, LC5, LR5, LP3, LA1, and LGA1. β-Glucosidase, related to bioconversion of isoquercetin to quercetin, is identified in the genome of all 17 species. Among the 17 probiotics species, 6 probiotics including CBT BG7, LR5, LP3, LA1, LGA1 and ST3 performed the bioconversion of rutin to quercetin up to 21.5 ± 0.3% at 7 days after fermentation. The fermentation of each probiotics together with enzyme complex Cellulase KN® was conducted to reduce the time of bioconversion. As a result, CBT LA1 which showed the highest yield of bioconversion of 21.5 ± 0.3% when the enzyme complex was not added showed high bioconversion yield of 84.6 ± 0.5% with adding the enzyme complex at 1 day after fermentation. In particular, CBT ST3 (96.2 ± 0.4%), SL6 (90.1 ± 1.4%) and LP3 (90.0 ± 0.4%) showed high yield of bioconversion more than 90%. In addition, such probiotics including high levels in quercetin indicated the inhibitory effects of NO production in LPS-induced RAW264.7 cells. In this study, we confirmed that the fermentation of Korean indigenous probiotics and enzyme complex together with roasted tartary buckwheat increased the content of quercetin and reduced the time of bioconversion of rutin to quercetin which is a bioactive compound related to anti-inflammatory, antioxidants, anti-obesity, and anti-diabetes.
Park, Hyun-Joo;Jung, Ji-Hye;Choi, Hye-Jeong;Uhm, Ki-Nam;Kim, Hyung-Kwoun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.9
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pp.1300-1306
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2010
Ethyl (R, S)-4-chloro-3-hydroxybutanoate (ECHB) is a useful chiral building block for the synthesis of L-carnitine and hypercholesterolemia drugs. The yeast reductase, YOL151W (GenBank locus tag), exhibits an enantioselective reduction activity, converting ethyl-4-chlorooxobutanoate (ECOB) exclusively into (R)-ECHB. YOL151W was generated in Escherichia coli cells and purified via Ni-NTA and desalting column chromatography. It evidenced an optimum temperature of $45^{\circ}C$ and an optimum pH of 6.5-7.5. Bacillus subtilis glucose dehydrogenase (GDH) was also expressed in Escherichia coli, and was used for the recycling of NADPH, required for the reduction reaction. Thereafter, Escherichia coli cells co-expressing YOL151W and GDH were constructed. After permeablization treatment, the Escherichia coli whole cells were utilized for ECHB synthesis. Through the use of this system, the 30 mM ECOB substrate could be converted to (R)-ECHB.
The aromatic compound p-hydroxybenzoate (PHBA) is an important material with multiple applications, including as a building block of liquid crystal polymers in chemical industries. The cytochrome P450 (CYP) enzymes are beneficial monooxygenases for the synthesis of chemicals, and CYP53A15 from fungus Cochliobolus lunatus is capable of executing the hydroxylation from benzoate to PHBA. Here, we constructed a system for the bioconversion of benzoate to PHBA in Escherichia coli cells coexpressing CYP53A15 and human NADPH-P450 oxidoreductase (CPR) genes as a redox partner. For suitable coexpression of CYP53A15 and CPR, we originally constructed five plasmids in which we replaced the N-terminal transmembrane region of CYP53A15 with a portion of the N-terminus of various mammalian P450s. PHBA productivity was the greatest when CYP53A15 expression was induced at $20^{\circ}C$ in $2{\times}YT$ medium in host E. coli strain ${\Delta}gcvR$ transformed with an N-terminal transmembrane region of rabbit CYP2C3. By optimizing each reaction condition (reaction temperature, substrate concentration, reaction time, and E. coli cell concentration), we achieved 90% whole-cell conversion of benzoate. Our data demonstrate that the described novel E. coli bioconversion system is a more efficient tool for PHBA production from benzoate than the previously described yeast system.
Kim, Jung-Ho;Kim, Hyun Joong;Kim, Yong Hyun;Jeon, Jong Min;Song, Hun Suk;Kim, Junyoung;No, So-Young;Shin, Ji-Hyun;Choi, Kwon-Young;Park, Kyung Moon;Yang, Yung-Hun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.9
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pp.1586-1592
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2016
Klebsiella pneumoniae is a gram-negative, non-motile, rod-shaped, and encapsulated bacterium in the normal flora of the intestines, mouth, skin, and food, and has decarboxylation activity, which results in generation of diamines (cadaverine, agmatine, and putrescine). However, there is no specific information on the exact mechanism of decarboxylation in K. pnuemoniae. Specifically lysine decarboxylases that generate cadaverine with a wide range of applications has not been shown. Therefore, we performed a functional study of lysine decarboxylases. Enzymatic characteristics such as optimal pH, temperature, and substrates were examined by overexpressing and purifying CadA and LdcC. CadA and LdcC from K. pneumoniae had a preference for L-lysine, and an optimal reaction temperature of 37℃ and an optimal pH of 7. Although the activity of purified CadA from K. pneumoniae was lower than that of CadA from E. coli, the activity of K. pneumoniae CadA in whole cell bioconversion was comparable to that of E. coli CadA, resulting in 90% lysine conversion to cadaverine with pyridoxal 5'-phosphate L-lysine.
Cytochrome P450 enzymes (P450s) are involved in the synthesis of a wide variety of valuable products and in the degradation of numerous toxic compounds. The P450 BM3 (CYP102A1) from Bacillus megaterium was the first P450 discovered to be fused to its redox partner, a mammalian-like diflavin reductase. Here, we report the development of a whole-cell biocatalyst using ice-nucleation protein (Inp) from Pseudomonas syringae to display a hemeand diflavin-containing oxidoreductase, P450 BM3 (a single, 119-kDa polypeptide with domains of both an oxygenase and a reductase) on the surface of Escherichia coli. The surface localization and functionality of the fusion protein containing P450 BM3 were verified by flow cytometry and measurement of enzymatic activities. The results of this study comprise the first report of microbial cell-surface display of a heme- and diflavin-containing enzyme. This system should allow us to select and develop oxidoreductases containing heme and/or flavins into practically useful whole-cell biocatalysts for extensive biotechnological applications, including selective synthesis of new chemicals and pharmaceuticals, bioconversion, bioremediation, live vaccine development, and biochip development.
Biocatalytic transfer of oxygen in isolated cytochrome P450 or whole microbial cells is an elegant and efficient way to achieve selective hydroxylation. Cytochrome P450 CYP105P2 was isolated from Streptomyces peucetius that showed a high degree of amino acid identity with hydroxylases. Previously performed homology modeling, and subsequent docking of the model with flavone, displayed a reasonable docked structure. Therefore, in this study, in a pursuit to hydroxylate the flavone ring, CYP105P2 was co-expressed in a two-vector system with putidaredoxin reductase (camA) and putidaredoxin (camB) from Pseudomonas putida for efficient electron transport. HPLC analysis of the isolated product, together with LC-MS analysis, showed a monohydroxylated flavone, which was further established by subsequent ESI/MS-MS. A successful 10.35% yield was achieved with the whole-cell bioconversion reaction in Escherichia coli. We verified that CYP105P2 is a potential bacterial hydroxylase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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