The Escherichia coli aroA and serC genes constitute a mixed-function operon which involves in two different amino acid biosynthetic pathways. The regulation of expression of serC-aroA operon was evaluated through the use of a serC-araA-lacZ fusion plasmid pWH2. The expression of the serC-aroA operon was decreased by aromatic amino acids such as tyrosine, tryptophan, and phenylalanine. The repressible effects were diminished in E. coli tyrR of trpR strain, indicating the involvemnt of TyrR of TrpR protein in the repression. Tyrosine was competitie with cAMP in the influence on the expression of the serC-AroA operon. From these data, it was suggested that the serC-aroA operon is controlled by aromatic amino acids in a negative manner.
Kim, Tae-Hyun;Namgoong, Suk;Kwak, Joon-Hyeok;Lee, Se-Yong;Lee, Heung-Shick
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.10
no.6
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pp.789-796
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2000
In order to analyze the effects of tktA, $aroF^{FBR}$, and aroL expression in a tryptophan-producing Escherichia coli, a series of plasmids carrying the genes were constructed. Introduction of tktA, $aroF^{FBR}$, and aroL into the E. coli strain resulted in approximately 10-20 fold increase in the activities of transketolase, the feedback inhibition-resistant 3-deoxy-D-arabinoheptulsonate-7-phosphate synthase, and shikimate kinase. Expression of $aroF^{FBR}$ in the aroB mutant strain of E. coli resulted in the accumulation of 10 mM of 3-deoxy-D-arabinoheptulsonate-7-phosphate (DAHP) in the medium. Simultaneous expression of tktA and $aroF^{FBR}$ in the strain further increased the amount of excreted DAHP to 20 mM. In contrast, the mutant strain which has no gene introduced accumulated 0.5 mM of DAHP. However, the expression of tktA and $aroF^{FBR}$ in a tryptophan-producing E. coli strain did not lead to the increased production of tryptophan, but instead, a significant amount of shikimate, which is an intermediate in the tryptophan biosynthetic pathway, was excreted to the growth medium. Despite the fact that additional expression of shikimate kinase in the strain could possibly remove 90% of excreted shikimate to 0.1 mM, the amount of tryptophan produced was still unchanged. Removing shikimate using a cloned aroL gene caused the excretion of glutamate, which suggests disturbed central carbon metabolism. However, when cultivated in a complex medium, the strain expressing tktA, $aroF^{FBR}$, and aroL produced more tryptophan than the parental strain. These data indicate that additional rate-limiting steps are present in the tryptophan biosynthetic pathway, and the carbon flow to the terminal pathway is strictly regulated. Expressing tktA in E. coli cells appeared to impose a great metabolic burden to the cells as evidenced by retarded cell growth in the defined medium. Recombinant E. coli strains harboring plasmids which carry the tktA gene showed a tendency to segregate their plasmids almost completely within 24h.
Khanteymoori, Ali Reza;Menhaj, Mohammad Bagher;Homayounpour, Mohammad Mehdi
ETRI Journal
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v.33
no.1
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pp.39-49
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2011
A new structure learning approach for Bayesian networks based on asexual reproduction optimization (ARO) is proposed in this paper. ARO can be considered an evolutionary-based algorithm that mathematically models the budding mechanism of asexual reproduction. In ARO, a parent produces a bud through a reproduction operator; thereafter, the parent and its bud compete to survive according to a performance index obtained from the underlying objective function of the optimization problem: This leads to the fitter individual. The convergence measure of ARO is analyzed. The proposed method is applied to real-world and benchmark applications, while its effectiveness is demonstrated through computer simulations. Results of simulations show that ARO outperforms genetic algorithm (GA) because ARO results in a good structure and fast convergence rate in comparison with GA.
Although a large number of AroA enzymes (EPSPS: 5-enopyruvylshikimate-3-phosphate synthase) have been identified, cloned, and tested for glyphosate resistance, only two AroA variants, derived from Agrobacterium tumefaciens strain CP4 and Zea mays, have been utilized to produce the commercial glyphosate-resistant crops. Here, we have used a PCR-based twostep DNA synthesis method to synthesize an aroA gene ($aroA_{A.\;metalliredigens}$) from Alkaliphilus metalliredigens, encoding a new EPSPS. Furthermore, transgenic Arabidopsis with the new $aroA_{A.\;metalliredigens}$ gene was obtained to confirm the potential of the novel aroA gene in developing glyphosate-resistant crops.
The Escherichia coli mixed-function serC-aroA operon encodes biosynthethic enzymes for unrelated pathways leading to the syntheses of serine and aromatic amino acids. It has been proposed that the operon is expressed in a cAMP-dependent manner. In this work experiments were performed to investigate the cAMP-dependent expression of the operon. Exogenous cAMP increased ${\beta}$-galactosidase synthesis in the $cya^+$ and cya strains harboring the serC-aroA-lac fusion plasmid. This enhancement was more dramatic in the $cya^-$ strain grown in a minimal medium. In a dot blot assay the serC-aroA mRNA content increased in a concentration-dependent pattern after the addition of exogenous cAMP. The activity of phosphoserine aminotransferase, encoded by the serC gene, apparently increased in E. coli cells after the addition of cAMP. All results obtained confirmed that the expression of the E. coli serC-aroA operon is positively regulated by cAMP at the level of transcription.
Glyphosate is the active component of the top-selling herbicide, the phytotoxicity of which is due to its inhibition of the shikimic acid pathway. 5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) is a key enzyme in the shikimic acid pathway. Glyphosate tolerance in plants can be achieved by the expression of a glyphosate-insensitive aroA gene (EPSPS). In this study, we used a PCR-based two-step DNA synthesis method to synthesize a new aroA gene ($aroA_{R.\;leguminosarum}$) from Rhizobium leguminosarum. In vitro glyphosate sensitivity assays showed that $aroA_{R.\;leguminosarum}$ is glyphosate tolerant. The new gene was then expressed in E. coli and key kinetic values of the purified enzyme were determined. Furthermore, we transformed the aroA gene into Arabidopsis thaliana by the floral dip method. Transgenic Arabidopsis with the $aroA_{R.\;leguminosarum}$ gene was obtained to prove its potential use in developing glyphosate-resistant crops.
In this study, we aimed to enhance the accumulation of chorismate (CHR) and anthranilate (ANT), key intermediates in the shikimate pathway, by modifying a shikimate over-producing recombinant strain of Corynebacterium glutamicum [19]. To achieve this, we utilized a CRISPR-driven genome engineering approach to compensate for the deletion of shikimate kinase (AroK) as well as ANT synthases (TrpEG) and ANT phosphoribosyltransferase (TrpD). In addition, we inhibited the CHR metabolic pathway to induce CHR accumulation. Further, to optimize the shikimate pathway, we overexpressed feedback inhibition-resistant Escherichia coli AroG and AroH genes, as well as C. glutamicum AroF and AroB genes. We also overexpressed QsuC and substituted shikimate dehydrogenase (AroE). In parallel, we optimized the carbon metabolism pathway by deleting the gntR family transcriptional regulator (IolR) and overexpressing polyphosphate/ATP-dependent glucokinase (PpgK) and glucose kinase (Glk). Moreover, acetate kinase (Ack) and phosphotransacetylase (Pta) were eliminated. Through our CRISPR-driven genome re-design approach, we successfully generated C. glutamicum cell factories capable of producing up to 0.48 g/l and 0.9 g/l of CHR and ANT in 1.3 ml miniature culture systems, respectively. These findings highlight the efficacy of our rational cell factory design strategy in C. glutamicum, which provides a robust platform technology for developing high-producing strains that synthesize valuable aromatic compounds, particularly those derived from the shikimate pathway metabolites.
Park, Eunhwi;Kim, Hye-Jin;Seo, Seung-Yeul;Lee, Han-Na;Choi, Si-Sun;Lee, Sang Joung;Kim, Eung-Soo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.31
no.9
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pp.1305-1310
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2021
Shikimate is a key high-demand metabolite for synthesizing valuable antiviral drugs, such as the anti-influenza drug, oseltamivir (Tamiflu). Microbial-based strategies for shikimate production have been developed to overcome the unstable and expensive supply of shikimate derived from traditional plant extraction processes. In this study, a microbial cell factory using Corynebacterium glutamicum was designed to overproduce shikimate in a fed-batch culture system. First, the shikimate kinase gene (aroK) responsible for converting shikimate to the next step was disrupted to facilitate the accumulation of shikimate. Several genes encoding the shikimate bypass route, such as dehydroshikimate dehydratase (QsuB), pyruvate kinase (Pyk1), and quinate/shikimate dehydrogenase (QsuD), were disrupted sequentially. An artificial operon containing several shikimate pathway genes, including aroE, aroB, aroF, and aroG were overexpressed to maximize the glucose uptake and intermediate flux. The rationally designed shikimate-overproducing C. glutamicum strain grown in an optimized medium produced approximately 37.3 g/l of shikimate in 7-L fed-batch fermentation. Overall, rational cell factory design and culture process optimization for the microbial-based production of shikimate will play a key role in complementing traditional plant-derived shikimate production processes.
This study was conducted to analyze the molecular epidemiological properties and to select the most efficient and reliable PCR method on 116 of Staphylococcus aureus (S. aureus) isolates from Korean cattle, black goat, pig, dog, chicken, mouse and also human clinical cases from hospital. The distribution patterns of SSG [species specific genes; coagulase (coa), protein A (spa), nuclease (nuc) and aroA (RsaI) gene] were analyzed by PCR method. Among the SSGs, the nuc-gene was found in all strains $(100\%)$ tested and followed by coa-gene $(87.9\%)$, spa-gene $(91.4\%)$ and aroA-gene $(26.7\%)$, in order. The genetic subtyping by RFLP method was performed on the coa [AluI] and aroA-gene [RsaI] PCR products. The mecA-gene PCR and PCR-RFLP techniques were chosen to detect and verify of MRSA strains. Only the human strains $(12.1\%)$ were detected the positive mecA-gene products (533 bp), which were divided into two specific bands [201 & 332 bp] by HhaI enzyme digestion. On coa-gene and spa-gene typing, coa-gene was typed with ten kinds of genotype and coa-3 type were determined as the most predominant genotype, while spa-gene was divided into eleven kinds of genotype and also spa-7 type were selected the most prevalent genotype based on their genetic variations. On the aroA and coa-gene subtyping by PCR-RFLP, aroA-gene products were discriminated with only seven types of genotype, while coa-gene products were further divided into an eleven genotype, respectively. In comparison of SID values of five PCR based typing methods, the coa-PCR-RFLP (SID0.894) was evaluated the most efficient and reliable tools and followed by coa-PCR (SID0.883) and aroA-PCR-RFLP (SID0.462), in order. In conclusion, we could determined that the coa-PCR-RFLP method was the most suitable genetic analysis tool for S. aureus and MRSA strains from domestic animals and humans.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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