Saccharomyces cerevisiae is one of the most employed cell factories for the production of bioproducts. Although monomeric hexose sugars constitute the preferential carbon source, this yeast can grow on a wide variety of nitrogen sources that are catabolized through central nitrogen metabolism (CNM). To evaluate the effects of internal perturbations on nitrogen utilization, we characterized strains deleted or overexpressed in GLT1, encoding for one of the key enzymes of the CNM node, the glutamate synthase. These strains, together with the parental strain as control, have been cultivated in minimal medium formulated with ammonium sulfate, glutamate, or glutamine as nitrogen source. Growth kinetics, together with the determination of protein content, viability, and reactive oxygen species (ROS) accumulation at the single cell level, revealed that GLT1 modulations do not significantly influence the cellular physiology, whereas the nitrogen source does. As important exceptions, GLT1 deletion negatively affected the scavenging activity of glutamate against ROS accumulation, when cells were treated with H2O2, whereas Glt1p overproduction led to lower viability in glutamine medium. Overall, this confirms the robustness of the CNM node against internal perturbations, but, at the same time, highlights its plasticity in respect to the environment. Considering that side-stream protein-rich waste materials are emerging as substrates to be used in an integrated biorefinery, these results underline the importance of preliminarily evaluating the best nitrogen source not only for media formulation, but also for the overall economics of the process.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.7
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pp.700-704
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2008
Nitrite and free ammonia have been known as substrate inhibitors in anaerobic ammonium oxidation. To reduce inhibitory effect of these substrates, the NH$_3$-N/NO$_2$-N ratio in the influent could be properly controlled in anaerobic ammonium oxidation process. Five kinds of NH$_3$-N/NO$_2$-N ratio were assayed in batch to find optimum NH$_3$-N/NO$_2$-N ratio, curtailing substrate inhibition. As the results of batch test, the highest T-N removal efficiency of 88% was obtained at 1.00 : 1.30 of NH$_3$-N/NO$_2$-N ratio. In addition, rate constants for ammonium and nitrite in zero-order kinetics were found to be the highest values as 7.66 mg/L$\cdot$hr and 11.89 mg/L$\cdot$hr at 1.00 : 1.30 ratio, respectively. However, as for the specific anammox activity, the ratio of NH$_3$-N/NO$_2$-N ratio was recommended as 1 : 1.15 which can maintain the highest SAA during continuous operation and preclude the accumulation of nitrite in the reactor.
A laboratory experiment was conducted in order to learn the effect of a number of organic matters on the ammonification and nitrification of urea, and the reaction of soil, applied to a loamy upland soil poor in orgnic matter(<1.5%, without plants 1.The ammonification of urea was most pronounced in one week period immediatly after fertilizer and water treated, after which a rapid decrease of it was followed showing no accumulation at the end of 3rd week. Owing to the accumlation of ammonium, pHs of treated soils were read 7.0 to 7.3 from 6.8~6.9. 2.Nitrification was also progressed rapidly in the first one week period so that the accumulation of NO$_3$-N surpassed that of ammonia during this period. After the 1st week the accumulation of N0$_3$-N was continuously increased showing the maximum at the end of 4 weeks following a sharp decrease at the end of 5th weeks. The accumulation of NO$_3$-N dropped soil pH from 6.8-7.0 to 6. 0-6.2,but the decrease of NO-N at the end of 5th weeks brought up soil pH to 6.4-6.6. again. 3.Amino acid fermentation byproduct rich in salt, paticularly chloride, slowed down the ammonification and nitrification of urea. 4.The application of organic matter diminished the acidifying effect of chemical fertilizers. The diminishing effect of soluble humic acid and amion acid fermentation byproduct showed greater than that of solid organic matter in this experiment, which might be own to the application of a rather small amount of water soluble organic matters. Rice straw powder among solid organic matters appeared to be the least in the diminishing effect above. It may be reasoned that these soluble organic matters decomposes rapidly so as to affect Soil pH, but solid organic matters, particularly the rice straw powder, form acidic humus.
Thermophilic anaerobic digestion (TAD) is characterized by higher biogas production rates as a result of assumedly faster microbial metabolic conversion rates compared to mesophilic AD. It was hypothesized that the thermophilic microbiome with its lower diversity than the mesophilic one is more susceptible to disturbances introduced by alterations in the operating factors, as an example, the supply of nitrogen-rich feedstock such as poultry manure (PM). Laboratory scaled TAD experiments using cattle slurry and increasing amounts of PM were carried out to investigate the (in-) stability of the process performance caused by the accumulation of ammonium and ammonia with special emphasis on the microbial community structure and its dynamic variation. The results revealed that the moderate PM addition, i.e., 25% (vol/vol based on volatile substances) PM, resulted in a reorganization of the microbial community structure which was still working sufficiently. With 50% PM application, the microbial community was further stepwise re-organized and was able to compensate for the high cytotoxic ammonia contents only for a short time resulting in consequent process disturbance and final process failure. This study demonstrated the ability of the acclimated thermophilic microbial community to tolerate a certain amount of nitrogen-rich substrate.
To produce ergosterol Saccharomyces toke KBA No. 6 was used and various factors related to ergosterol accumulation were investigated. The most effective inorganic nitrogen source was ammonium chloride and 3.50 % of ergosterol was accumulated in the cell when the C/N ratio was 200/1. When Tween 80 and potassium nitrite were used simultaneously, ergosterol content and total amount of ergosterol were increased by 56 % and 45 %, respectively, compared to their control in which 0.2 % of Tween 80 and 0.1 % of potassium nitrite were used. Under the optimum conditions, ergosterol content increased from 1.73 % to 5.3 % and the total amount of ergosterol was increased from 65.2 mg/l to 135.15 mg/l.
A bacterium strain (K-173-10) which was isolated from waste soil of Korea brewing factory, could be grown on acetate as the sole carbon source and accumulated a considerable amount of L-glutamic acid in the medium. This strain was identified as the new species Brevibacterium ammoniagenes. This study was concerned not only with the culture condition for the production of L-glutamic acid and the cell growth, but also with the effects on concentration of various kind of organic substances, growth factors and penicillin. The results obtained were summarized as follow; 1. It was found that the concentrations of acetate and ammonium ions affected the growth of the bacterium as well as its L-glutamate accumulation. The optimum conditions of the composition of grown media for the growth of the bacterium and its glutamic acid production was found to be 40 g/l of total acetate, $100\;{\mu}g/l$ thiamine, $0.5\;{\mu}g/l$ biotin and $1{\sim}2g/l$ corn steep liquor as the growth factors. 2. Organic acid such as succinic acid, malic acid and ${\alpha}-ketoglutaric$ acid inhibited the cell growth as well as its L-glutamic acid production. 3. The penicillin (20 units/ml) stimulated the production of glutamic acid at appropriate incubation period. 4. It was found that this strain could grow in the presence of urea and ammonium acetate but not in other nitrogen sources.
The effect of solution temperature and nitrogen form on cucumber (Cucumis sativus L.) growth, photosynthesis and nitrogen metabolism was investigated in hydroponic culture. Cucumber plants were grown for 35 days in a greenhouse at three constant solution temperatures ($15^{\circ}C$, $20^{\circ}C$, and $25^{\circ}C$) within a natural aerial temperature ($15-30^{\circ}C$). Four nitrate:ammonium ($NO{_3}^-:NH{_4}^+$) ratios (10:0, 8:2, 5:5, and 2:8 $mmol{\cdot}L^{-1}$) at constant nitrogen (N) concentration of $10mmol{\cdot}L^{-1}$ were applied within each solution temperature treatment. Results showed an increasing solution temperature enhanced plant growth (height, dry weight, and leaf area) in most N treatments. Dry weight accumulation was greatest at the 10:0 $NO{_3}^-:NH{_4}^+$ ratio in the $15^{\circ}C$ solution, the 5:5 ratio in the $20^{\circ}C$ solution and the 8:2 ratio in the $25^{\circ}C$ solution. Photosynthetic rate (Pn) response to solution temperature and $NO{_3}^-:NH{_4}^+$ ratio was similar to that of plant growth. Probably, the photosynthate shortage played a role in the reduced biomass formation. Increasing solution temperature enhanced the nitrate reductase (NR) activity, and further reduced shoots nitrate content. Our results indicate that the optimal ratio of nitrate to ammonium that promotes growth in hydroponic cucumber varies with solution temperature.
Recently microalgae have been proposed as a promising biodiesel feedstock, owing to their higher lipid productivity and non-arable land based cultivation system. Biomass and lipid productivities of microalgae are largely affected by various environmental and nutritional factors. In this study, the effects of nitrogen (nitrate and ammonium) and organic carbon (glucose and glycerol) sources on the cell growth and lipid production of Chlorella sp. KR-1 were examined in flask cultures. Under autotrophic culture conditions for 15 days, overall cell growth and lipid (fatty acid methyl ester, FAME) production with nitrate were better than those of ammonium, resulting in 1.06 g cell/L and 333 mg FAME/L, respectively. Maximal intracellular lipid contents (348 - 352 mg FAME/g cell) were observed at low concentrations of 1 mM for both nitrate and ammonium. In the supply of light, addition of glucose in the range of 1 - 20 g/L showed higher cell densities than the autotrophic cell growth condition. Higher lipid accumulation of 375 mg FAME/g cell could achieved at 5 g glucose/L albeit of relatively short incubation of 7 days. With glycerol, intracellular lipid contents were ~1.9 times lower than glucose cases although similar cell growths were observed for both carbon sources.
To evaluate the impact of effluents from land-based fish farms on the coastal ocean of Wando, Korea, we analyzed inorganic nutrients, particulate organic carbon (POC), dissolved organic carbon (DOC), and colored dissolved organic matter (CDOM) in the effluent and influent of land-based fish farms during the summer (July) of 2021. The average concentrations of nutrients (Dissolved inorganic nitrogen, phosphorus, and silicate; DIN, DIP, and DSi, respectively) in the effluents of this study area were 17±3.7 μM, 1.4±0.7 μM, and 14±1.6 μM, respectively. The average concentrations of POC and DOC were 37±22 μM and 81±13 μM, respectively, with POC accounting for about 30% for total organic carbon in effluents. The Reduced Dissolved Inorganic Nitrogen/Total Dissolved Inorganic Nitrogen ratio (0.7), potential short-period index, indicates that the discharge of nutrients excreted by the fish and unconsumed feed into coastal water results in such nutrients being deposited and accumulated in the sediment. Subsequently, this continuous accumulation triggers the release of ammonium ions during organic matter decomposition, and the ammonium-enriched waters that encroach on fish farms as influent seem to be due to the diffusion of high concentrations of ammonium from bottom sediment. Furthermore, we used fluorescence indices to examine the characteristics of organic matter sources, obtaining mean values of 1.54±0.19, 1.06±0.06, and 1.56±0.06 for the humification index, biological index, and fluorescence index, respectively, in the effluent. These results indicate that the organic matters had an autochthonous origin that resulted from microbial decomposition, and such organic matters were rapidly generated and removed by biological activity, likely supplied from the sediment. Our results suggest that the effluent from land-based fish farms could be a potential source of deoxygenation occurrence in coastal areas.
A Pseudomonas putida strain able to accumulate high amount of polyesters of medium-chain-length 3-hydroxyalkanoic acids ($PHA_{MCL)$) was isolated from soil in a landfill site using an enrichment technique. Culture condition of the isolated strain for polyester production in a one-step culture was optimized in a mineral-salts medium against pH and concentrations of ammonium sulfate, carbon source(e.g., octanoate), and phosphate. The optimal values for maximal cell growth and PHA accumulation were: pH; 7$\sim$8, $(NH_4)_2SO_4$; 8 mM, octanoate; 40 mM. The optimum temperature was in the range of $20\sim30^{\circ}C$, which was rather broader than in other bacteria. Cell growth was strongly inhibited by the phosphate limitation to less than 1 mM. An increase of phosphate concentration above 1 mM showed little effect on cell growth and polyester accumulation. When the strain was grown on octanoate under this optimized condition it produced 3.4 g dry biomass per liter and yielded 1.7 g PHA per liter amounting to 53 wt% of dry cells. The monomer units composing the polyester synthesized from octanoate were 3-hydroxyoctanoate (3HO), 3-hydroxycaproate (3HC), and 3-hydroxybutyrate (3HB) (85:13:2, mole ratio). Other low linear $C_3\simC_{10}$ monocarboxylic acids were also tested for polyester production.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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