There is growing interest in the production of microalgae-based, high-value by-products as an emerging green biotechnology. However, a cultivation platform for Oocystis sp. has yet to be established. We therefore examined the effects of bacterial culture additions on the growth and production of valuable compounds of the microalgal strain Oocystis sp. KNUA044, isolated from a locally adapted region in Korea. The strain grew only in the presence of a clear supernatant of Sphingomonas sp. KNU100 culture solution and generated 28.57 mg/l/d of biomass productivity. Protein content (43.9 wt%) was approximately two-fold higher than carbohydrate content (29.4 wt%) and lipid content (13.9 wt%). Oocystis sp. KNUA044 produced the monosaccharide fucose (33 ㎍/mg and 0.94 mg/l/d), reported here for the first time. Fatty acid profiling showed high accumulation (over 60%) of polyunsaturated fatty acids (PUFAs) compared to saturated (29.4%) and monounsaturated fatty acids (9.9%) under the same culture conditions. Of these PUFAs, the algal strain produced the highest concentration of linolenic acid (C18:3 ω3; 40.2%) in the omega-3 family and generated eicosapentaenoic acid (C20:5 ω3; 6.0%), also known as EPA. Based on these results, we suggest that the application of Sphingomonas sp. KNU100 for strain-dependent cultivation of Oocystis sp. KNUA044 holds future promise as a bioprocess capable of increasing algal biomass and high-value bioactive by-products, including fucose and PUFAs such as linolenic acid and EPA.
In order to understand the temporal distribution of pico- and nanoplankton and factors controlling its distribution at a station in Okkye Bay of Masan Bay located in the southern part of Korea, this study was conducted on two weeks interval from April 2005 to April 2006, and several abiotic and biotic factors were measured. During the study, picoplankton consisted of picoflagellates, cyanobacteria and heterotrophic bacteria, and nanoplankton consisted of nanoflagellates excluding dinoflagellates. The concentration of chlorophyll-a (chl-a) was a mean of $4.33\;{\mu}g/L$, and the nanoplanktonic ($<20\;{\mu}m$) chl-a size fraction was a mean of 39.5 % and significantly correlated with water temperature. The abundances of cyanobacteria and photosynthetic flagellates (PF) were means of $24.4{\times}10^{3}\;cells/mL\;and\;2.87{\times}10^{3}\;cells/mL$, respectively. The contribution of picoflagellates to the PF abundance varied among the sampling occasions and was a mean of 29 %, but to the PF carbon biomass was 2.6 % only. The PF abundance had significant relationships with water temperature, and silicate and TIN concentrations, suggesting that the PF abundance seemed to be primarily bottom-up regulated. The abundance of heterotrophic bacteria was a mean of $3.18{\times}10^{6}\;cells/mL$ and unlike other ecosystems it did not have relationships with chl-a and heterotrophic flagellates (HF), suggesting that bacterial abundance did not seem to be bottom-up or top-down regulated. HF mostly consisted of cells less than $5{\mu}m$ and its abundance was a mean of $2.71{\times}10^{3}\;cells/mL$. Of the HF abundance, picoflagellates occupied about 31 %, and occupied about 9 % of the HF carbon biomass. HF grazing activity on heterotrophic bacteria was relatively low and removed about 10 % of bacterial abundance, suggesting that HF might not be major consumers of bacteria and there seems to be other consumers in Okkye Bay. These results suggest that Okkye Bay may have a unique microbial ecosystem.
The Sea:JOURNAL OF THE KOREAN SOCIETY OF OCEANOGRAPHY
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v.4
no.4
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pp.275-288
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1999
To understand the effects of ocean-dumping of organic wastes on bacteria, bacterial abundance and production, and hydrolytic activities of aminopeptidase (AMPase) and ${\beta}$-glucosidase (${\beta}$-GLCase) were measured 5 times in the euphotic zone of the dumping and non-dumping areas of the East Sea from April 1996 to September 1997. Comparing the depth-integrated values of phytoplankton biomass and bacterial parameters over the euphotic zone of dumping area with those of non-dumping area, we found that activities of ${\beta}$-GLCase in the oceanic dumping area were always higher than those in the oceanic non-dumping area. Also, thymidine-based bacterial production always correlated significantly with leucine-based bacterial production in dumping area (balanced growth), but not in non-dumping area (unbalanced growth). These results seem to be bacterial responses to continuous dumping of organic matter into the dumping area. Further, a relationship between bacterial abundance and production was significant in dumping area, but insignificant in non-dumping area, indicating that control mechanisms of bacterial abundance were different in two areas. Relationships between other bacterial parameters varied with areas and seasons, suggesting that bacteria might be regulated by different factors in spring and summer. Further studies are required to test whether these seasonal variabilities of regulating factor are associated with changes in temperature, temperature-related phenomena, or characteristics of wastes.
Von Der Weid, Irene;Korenblum, Elisa;Jurelevicius, Diogo;Rosado, Alexandre Soares;Dino, Rodolfo;Sebastian, Gina Vasquez;Seldin, Lucy
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.18
no.1
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pp.5-14
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2008
The deep subseafloor rock in oil reservoirs represents a unique environment in which a high oil contamination and a very low biomass can be observed. Sampling this environment has been a challenge owing to the techniques used for drilling and coring. In this study, the facilities developed by the Brazilian oil company PETROBRAS for accessing deep subsurface oil reservoirs were used to obtain rock samples at 2,822-2,828 m below the ocean floor surface from a virgin field located in the Atlantic Ocean, Rio de Janeiro. To address the bacterial diversity of these rock samples, PCR amplicons were obtained using the DNA from four core sections and universal primers for 16S rRNA and for APS reductase (aps) genes. Clone libraries were generated from these PCR fragments and 87 clones were sequenced. The phylogenetic analyses of the 16S rDNA clone libraries showed a wide distribution of types in the domain bacteria in the four core samples, and the majority of the clones were identified as belonging to Betaproteobacteria. The sulfate-reducing bacteria community could only be amplified by PCR in one sample, and all clones were identified as belonging to Gammaproteobacteria. For the first time, the bacterial community was assessed in such a deep subsurface environment.
Soil autotrophic bacterial communities play a significant role in the soil carbon (C) cycle in paddy fields, but little is known about how rhizosphere soil microorganisms respond to different long-term (35 years) fertilization practices under double rice cropping ecosystems in southern China. Here, we investigated the variation characteristics of rhizosphere soil RubisCO gene cbbL in the double rice ecosystems of in southern China where such fertilization practices are used. For this experiment we set up the following fertilizer regime: without any fertilizer input as a control (CK), inorganic fertilizer (MF), straw returning (RF), and organic and inorganic fertilizer (OM). We found that abundances of cbbL, 16S rRNA genes and RubisCO activity in rhizosphere soil with OM, RF and MF treatments were significantly higher than that of CK treatment. The abundances of cbbL and 16S rRNA genes in rhizosphere soil with OM treatment were 5.46 and 3.64 times higher than that of CK treatment, respectively. Rhizosphere soil RubisCO activity with OM and RF treatments increased by 50.56 and 45.22%, compared to CK treatment. Shannon and Chao1 indices for rhizosphere soil cbbL libraries with RF and OM treatments increased by 44.28, 28.56, 29.60, and 23.13% compared to CK treatment. Rhizosphere soil cbbL sequences with MF, RF and OM treatments mainly belonged to Variovorax paradoxus, uncultured proteobacterium, Ralstonia pickettii, Thermononospora curvata, and Azoarcus sp.KH33C. Meanwhile, cbbL-carrying bacterial composition was obviously influenced by soil bulk density, rhizosphere soil dissolved organic C, soil organic C, and microbial biomass C contents. Fertilizer practices were the principal factor influencing rhizosphere soil cbbL-carrying bacterial communities. These results showed that rhizosphere soil autotrophic bacterial communities were significantly changed under conditions of different long-term fertilization practices Therefore, increasing rhizosphere soil autotrophic bacteria community with crop residue and organic manure practices was found to be beneficial for management of double rice ecosystems in southern China.
Biomass is originally photosynthesized from inorgainic compounds such as $CO_2$, minerals, water and solar energy. Recent studies have shown that anaerobic bacteria have the ability to convert recalcitrant biomass such as cellullosic or chitinoic materials to useful compounds. The biomass containing agricultural waste, unutilized wood and other garbage is expected to utilize as feed, food and fuel by microbial degradation and other metabolic functions. In this study we isolated several anaerobic, cellulolytic and chitinolytic bacteria from rumen fluid, compost and soil to study their related enzymes and genes. The anaerobic and cellulolytic bacteria, Clostridium thermocellum, Clostridium stercorarium, and Clostridium josui, were isolated from compost and the chitinolytic Clostridium paraputrificum from beach soil and Ruminococcus albus was isolated from cow rumen. After isolation, novel cellulase and xylanase genes from these anaerobes were cloned and expressed in Escherichia coli. The properties of the cloned enzymes showed that some of them were the components of the enzyme (cellulase) complex, i.e., cellulosome, which is known to form complexes by binding cohesin domains on the cellulase integrating protein (Cip: or core protein) and dockerin domains on the enzymes. Several dockerin and cohesin polypeptides were independently produced by E. coli and their binding properties were specified with BIAcore by measuring surface plasmon resonance. Three pairs of cohesin-dockerin with differing binding specificities were selected. Two of their genes encoding their respective cohesin polypeptides were combined to one gene and expressed in E. coli as a chimeric core protein, on which two dockerin-dehydrogenase chimeras, the dockerin-formaldehyde dehydrogenase and the dockerin-NADH dehydrogenase are planning to bind for catalyzing $CO_2$ reduction to formic acid by feeding NADH. This reaction may represent a novel strategy for the reduction of the green house gases. Enzymes from the anaerobes were also expressed in tobacco and rice plants. The activity of a xylanase from C. stercorarium was detected in leaves, stems, and rice grain under the control of CaMV35S promoter. The digestibility of transgenic rice leaves in goat rumen was slightly accelerated. C. paraputrificum was found to solubilize shrimp shells and chitin to generate hydrogen gas. Hydrogen productivity (1.7 mol $H_2/mol$ glucos) of the organism was improved up to 1.8 times by additional expression of the own hydrogenase gene in C. paraputrficum using a modified vector of Clostridiu, perfringens. The hydrygen producing microflora from soil, garbage and dried pelletted garbage, known as refuse derived fuel(RDF), were also found to be effective in converting biomass waste to hydrogen gas.
Investigations were carried out to observe the seasonal succession of phytoplankton, and viable counts of bacteria from the mid to lower reaches of Nakdong Fiver. An intensive monitoring was conducted from May to December 1999 biweekly at 6 sites in a main channel and 3 tributaries. Although there are several sites with high nutrient loading from the basin, all of study sites showed mesotrophic states owing to high discharge(June~September). Relatively low algal biomass and CFUs(mean of chi. a, $12.3{\pm}$11.5 $\mu\textrm{g}${\el}l$, CFUs : 1.8${\times}10^7$) were observed during the rainy season. The diatom population was dominant(over 85% of total community) year-long with peaks(Stephanodiscus hantzchii) in the fall and winter. Dominance of blue-green algal groups during the summer was not observed in the summer. Microorganisms peaked in the summer and fall(June~September), affected mainly by the inputs of phytoplankton and nutrients. Biomass of phytoplankton and CFU counts were higher in the Kumho River than other tributaries and main channel.
Growth inhibition of Microcystis aeruginosa was examined with single-or mixed treatment of algicidal bacterium Streptomyces neyagawensis and heterotrich ciliate Stentor roeseli, which isolated from natural freshwater. The harmful Cyanobac-terium, Microcystis aeruginosa density was effectively suppressed by the algicidal bacterium Streptomyces neyagawensis, and the bacterial biomass was few changed. The heterotrich ciliate S, roegeji isolated from the eutrophic Pal'tang riverine, Korea suppressed the algal biomass effectively. But mixed-treatment of both bio-agents was less effective, leading to an increase in algal density.
Trends of bioplastics, especially biomass-based bioplastics which is one of the most promising ways to solve the depletion of fossil fuels and global warming problems, were investigated. Emerged bioplastic polymers such as polylacticacid (PLA), polyglycolicacid (PGA) for cosmetic additive, polyhydroxyalkanoate (PHA) produced by bacterial fermentation, and cost effective starch-based polymer were discussed with their general studies. Also recent technologies of environment-friendly bioplastics for packaging and construction materials as well as disposable hygienic goods were briefly reviewed.
To improve the soil condition for no-tillage organic pepper cultivation, four different green manure crops were cultivated. Fertilizer supply was depended on the biomass of the cultivated green manure crops, nitrogen supplies were 314kg in Vicia villosa and 341kg $ha^{-1}$ in Vicia angustifolia. In the microbial community analyzed by phospholipid fatty acid (PLFA) method, soil microbe populations were different among the green manure crops and fungi group was increased at Vicia angustifloia and Vicia villosa. The biological ratio indexes of fatty acids in the soils, the ratio of Gram-negative to Gram-positive bacterial PLFA and Ratio of aerobes to anaerobes were high at Vicia hirsute and Vicia tetrasperma suggesting the enrich of the aerobic conditions. The ratio of saturated to unsaturated fatty acids increased at Vicia angustifloia and Vicia villosa suggesting anaerobic conditions. Abundant biomass and uncomposted organic matter, the ratio of fungi to bacteria was increased at Vicia angustifloia and Vicia villosa.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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