In this study, the yeast Pichia pastoris was genetically modified to assemble minicellulosomes on its cell surface by the heterologous expression of a truncated scaffoldin CipA from Clostridium acetobutylicum. Fluorescence microscopy and western blot analysis confirmed that CipA was targeted to the yeast cell surface and that NtEGD, the Nasutitermes takasagoensis endoglucanase that was fused with dockerin, interacted with CipA on the yeast cell surface, suggesting that the cohesin and dockerin domains and cellulose-binding module of C. acetobutylicum were functional in the yeasts. The enzymatic activities of the cellulases in the minicellulosomes that were displayed on the yeast cell surfaces increased dramatically following interaction with the cohesin-dockerin domains. Additionally, the hydrolysis efficiencies of NtEGD for carboxymethyl cellulose, microcrystal cellulose, and filter paper increased up to 1.4-fold, 2.0-fold, and 3.2-fold, respectively. To the best of our knowledge, this is the first report describing the expression of C. acetobutylicum minicellulosomes in yeast and the incorporation of animal cellulases into cellulosomes. This strategy of heterologous cellulase incorporation lends novel insight into the process of cellulosome assembly. Potentially, the surface display of cellulosomes, such as that reported in this study, may be utilized in the engineering of S. cerevisiae for ethanol production from cellulose and additional future applications.
Microbial transglutaminases (MTGs) are widely used in the food industry. In this study, the MTG gene of Streptomyces sp. TYQ1024 was cloned and expressed in a food-grade bacterial strain, Bacillus subtilis SCK6. Extracellular activity of the MTG after codon and signal peptide (SP Ync M) optimization was 20 times that of the pre-optimized enzyme. After purification, the molecular weight of the MTG was 38 kDa and the specific activity was 63.75 U/mg. The optimal temperature and pH for the recombinant MTG activity were 50℃ and 8.0, respectively. MTG activity increased 1.42-fold in the presence of β-ME and 1.6-fold in the presence of DTT. Moreover, 18% sodium chloride still resulted in 83% enzyme activity, which showed good salt tolerance. Cross-linking gelatin with the MTG increased the strength of gelatin 1.67 times and increased the thermal denaturation temperature from 61.8 to 75.8℃. The MTG also significantly increased the strength and thermal stability of gelatin. These characteristics demonstrated the huge commercial potential of MTG, such as for applications in salted protein foods.
The present study characterized the fast skeletal myosin light chain-2 gene (mlc2f) in the euryhaline Javanese ricefish (Oryzias javanicus: Beloniformes). Coding nucleotide and deduced amino acid sequences of Javanese ricefish mlc2f were well conserved in the vertebrate lineage. Javanese ricefish mlc2f showed a typical seven-exon structure, and its promoter exhibited transcription factor binding motifs common to most muscle-specific genes. However, Javanese ricefish mlc2f also displayed tandem duplications of intronic sequences in both intron 1 and intron 3. Based on quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction, the mlc2f transcripts were highly predominant in skeletal muscles of adults and were differentially modulated during embryonic development. Microinjection of the mlc2f promoter-driven red fluorescent protein (RFP) reporter construct successfully exhibited heterologous expression of the fluorescent reporter, primarily in muscular areas of hatchlings, although the distribution pattern of RFP signals was not uniform due to the mosaic nature of the introduced transgene. Data from this study indicate that the Javanese ricefish mlc2f gene has undergone "intra-intronic" duplication events in a species-specific manner and that the mlc2f regulator may also be useful in heterologous expression assays of the skeletal muscles of this species.
Kang, Minji;Seo, Jang Kyun;Choi, Hoseong;Choi, Hong Soo;Kim, Kook Hyung
The Plant Pathology Journal
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v.32
no.1
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pp.70-76
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2016
The infectious full-length cDNA clone of zucchini yellow mosaic virus (ZYMV) isolate PA (pZYMV-PA), which was isolated from pumpkin, was constructed by utilizing viral transcription and processing signals to produce infectious in vivo transcripts. Simple rub-inoculation of plasmid DNAs of pZYMV-PA was successful to cause infection of zucchini plants (Cucurbita pepo L.). We further engineered this infectious cDNA clone of ZYMV as a viral vector for systemic expression of heterologous proteins in cucurbits. We successfully expressed two reporter genes including gfp and bar in zucchini plants by simple rub-inoculation of plasmid DNAs of the ZYMV-based expression constructs. Our method of the ZYMV-based viral vector in association with the simple rub-inoculation provides an easy and rapid approach for introduction and evaluation of heterologous genes in cucurbits.
Bacillus polyfermenticus SCD was transformed by the recombinant shuttle vector for Bacillus and Escherichia coli containing 3 antibiotic resistant genes and an ${\alpha}$-amylase gene from Bifidobacterium adolescentis Int57. The ${\alpha}$-amylase gene fused to a secretion sequences was expressed under the control of the promoter of amylase gene from B. subtilis var. natto. The recombinant plasmid was maintained stably in the transformants producing the ${\alpha}$-amylase. The enzyme was secreted to outside of the cell and showed the similar enzyme activity as that of Bacillus subtilis BD170 under the same conditions of pH and growth temperature. Because of the relatively easy transformation and the secretion of the enzyme, the transformants of B. polyfermenticus SCD may give a new strategy in the production of foreign genes.
So, Kum-Kang;Chung, Yun-Jo;Kim, Jung-Mi;Kim, Beom-Tae;Park, Seung-Moon;Kim, Dae-Hyuk
Molecules and Cells
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v.38
no.12
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pp.1105-1110
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2015
Phleichrome, a pigment produced by the phytopathogenic fungus Cladosporium phlei, is a fungal perylenequinone whose photodynamic activity has been studied intensively. To determine the biological function of phleichrome and to engineer a strain with enhanced production of phleichrome, we identified the gene responsible for the synthesis of phleichrome. Structural comparison of phleichrome with other fungal perylenequinones suggested that phleichrome is synthesized via polyketide pathway. We recently identified four different polyketide synthase (PKS) genes encompassing three major clades of fungal PKSs that differ with respect to reducing conditions for the polyketide product. Based on in silico analysis of cloned genes, we hypothesized that the non-reducing PKS gene, Cppks1, is involved in phleichrome biosynthesis. Increased accumulation of Cppks1 transcript was observed in response to supplementation with the application of synthetic inducer cyclo-(${_L}-Pro-{_L}-Phe$). In addition, heterologous expression of the Cppks1 gene in Cryphonectria parasitica resulted in the production of phleichrome. These results provide convincing evidence that the Cppks1 gene is responsible for the biosynthesis of phleichrome.
To enhance the expression and secretion of pediocin PA-1 from heterologous bacterial hosts, the promoter and deduced signal sequence (PS) of an $\alpha$-amylase gene from a Bifidobacterium adolescentis strain was fused with pediocin PA-1 structural and immunity genes (AB) and the resulting functions were evaluated in Escherichia coli. Two recombinant PCR products were created-one with just the deduced signal sequence and one with the sequence plus the Ser and Thr sequences that are the next two amino acids of the signal sequence. These two products, the PSAB (---AQA::KYY---) and PSABST (---AQA$\underline{ST}$::KYY---), respectively, were inserted into a TA cloning vector (yT&A) and named pPSAB, which was previously reported, and pPSABST. The two recombinant plasmid DNAs were transferred into E. coli JM109 and the transformants displayed antimicrobial activity, where the activity of E. coli JM109 (pPSAB) was stronger than that of E. coli JM109 (pPSABST), indicating that the ST amino acid residues were not necessary for secretion and might have even decreased the antimicrobial activity of recombinant pediocin PA-1.
Streptomyces are attractive microbial cell factories that have industrial capability to produce a wide array of bioactive secondary metabolites. However, the genetic potential of the Streptomyces species has not been fully utilized because most of their secondary metabolite biosynthetic gene clusters (SM-BGCs) are silent under laboratory culture conditions. In an effort to activate SM-BGCs encoded in Streptomyces genomes, synthetic biology has emerged as a robust strategy to understand, design, and engineer the biosynthetic capability of Streptomyces secondary metabolites. In this regard, diverse synthetic biology tools have been developed for Streptomyces species with technical advances in DNA synthesis, sequencing, and editing. Here, we review recent progress in the development of synthetic biology tools for the production of novel secondary metabolites in Streptomyces, including genomic elements and genome engineering tools for Streptomyces, the heterologous gene expression strategy of designed biosynthetic gene clusters in the Streptomyces chassis strain, and future directions to expand diversity of novel secondary metabolites.
Kim, Su-Jin;Lee, Jeong-Ah;Kim, Yong-Hwan;Song, Bong-Keun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.19
no.9
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pp.966-971
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2009
Peroxidase from Coprinus cinereus (CiP) has attracted attention for its high specific activity and broad substrate spectrum compared with other peroxidases. In this study, the functional expression of this peroxidase was successfully achieved in the methylotrophic yeast Pichia pastoris. The expression level of CiP was increased by varying the microbial hosts and the expression promoters. Since a signal sequence, such as the alpha mating factor of Saccharomyces cerevisiae, was placed preceding the cDNA of the CiP coding gene, expressed recombinant CiP (rCiP) was secreted into the culture broth. The Mut Pichia pastoris host showed a 3-fold higher peroxidase activity, as well as 2-fold higher growth rate, compared with the $Mut^s $ Pichia pastoris host. Furthermore, the AOX1 promoter facilitated a 5-fold higher expression of rCiP than did the GAP promoter.
β-1,3-glucanosyltransferases play essential roles in cell wall biosynthesis in yeast. Kluyveromyces lactis has six putative β-1,3-glucanosyltransferase genes. KlGAS1-1 and KlGAS1-2 are homologs of Saccharomyces cerevisiae gene GAS1. RT-qPCR indicated the transcription level of KlGAS1-1 was significantly reduced while heterologous protein (thermostable xylanase B) secretion was enhanced during medium optimization. To evaluate if these two events were related, and to improve xylanase B secretion in K. lactis, we constructed KlGAS1-1 and KlGAS1-2 single deletion strains and double deletion strain, respectively. KlGAS1-1 gene deletion resulted in the highest xylanase B activity among the three mutants. Only the double deletion strain showed morphology similar to that of the GAS1 deletion mutant in S. cerevisiae. The two single deletion strains differed in terms of cell wall thickness and xylanase B secretion. Transcription levels of β-1,3-glucanosyltransferase genes and genes related to protein secretion and transport were assayed. The β-1,3-glucanosyltransferase genes displayed transcription complementation in the cell wall synthesis process. KlGAS1-1 and KlGAS1-2 affected transcription levels of secretion- and transport-related genes. Differences in protein secretion ratio among the three deletion strains were associated with changes of transcription levels of secretion- and transport-related genes. Our findings indicate that KlGAS1-1 deletion is an effective tool for enhancing industrial-scale heterologous protein secretion in K. lactis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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