Disposal of food garbage in most large cities is very troublesome task. To date, microbiological treatment has been received an attention as a garbage decomposition process. In this study, the inoculation effect of some cellulase, amylase and protease-producing bacteria and photosynthetic bacteria on food garbage treatment was examined. They were added into a treatment reactor specially designed in this study together with food garbage and incubated in various conditions for 15 days and the removals of food garbage and foul smell produced during the treatment were analyzed. Average decomposition percentages of the inoculated food garbage in treatment reactor were 11 and 18.8% under intermittent aeration (once in a day) and continuous aeration conditions (2 L/min), respectively, and these were higher than removal percentages in the corresponding uninoculated reactors,3.4 and 13.8%. Optimal pH and temperature for food garbage decomposition by inoculated bacteria were pH 7.0 and $30^{\circ}C$. Maximal decomposition percentage in the inoculated food garbage was 35% under the optimal condition (pH 7, $30^{\circ}C$, and continuous aeration). The malodor compounds generated from food garbage treatment such as complex foul smell and sulfur compounds were effectively reduced about 84% and 25.5%, respectively, with a biofilter composed of purple nonsulfur bacteria trapped in sponge. This decomposing capability of food garbage by these bacteria can be utilized for the rapid and efficient treatment of food garbage.
Ruminal methane production functions as the main sink for metabolic hydrogen generated through rumen fermentation and is recognized as a considerable source of greenhouse gas emissions. Methane production is a complex trait affected by dry matter intake, feed composition, rumen microbiota and their fermentation, lactation stage, host genetics, and environmental factors. Various mitigation approaches have been proposed. Because individual ruminants exhibit different methane conversion efficiencies, the microbial characteristics of low-methane-emitting animals can be essential for successful rumen manipulation and environment-friendly methane mitigation. Several bacterial species, including Sharpea, uncharacterized Succinivibrionaceae, and certain Prevotella phylotypes have been listed as key players in low-methane-emitting sheep and cows. The functional characteristics of the unclassified bacteria remain unclear, as they are yet to be cultured. Here, we review ruminal methane production and mitigation strategies, focusing on rumen fermentation and the functional role of rumen microbiota, and describe the phylogenetic and physiological characteristics of a novel Prevotella species recently isolated from low methane-emitting and high propionate-producing cows. This review may help to provide a better understanding of the ruminal digestion process and rumen function to identify holistic and environmentally friendly methane mitigation approaches for sustainable ruminant production.
Sang Hyun Kim;Hyun Joong Kim;Su Hyun Kim;Hee Ju Jung;Byungchan Kim;Do-Hyun Cho;Jong-Min Jeon;Jeong-Jun Yoon;Sang-Hyoun Kim;Jeong-Hoon Park;Shashi Kant Bhatia;Yung-Hun Yang
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.33
no.5
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pp.687-697
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2023
Identification of novel, electricity-producing bacteria has garnered remarkable interest because of the various applications of electricigens in microbial fuel cell and bioelectrochemical systems. Shewanella marisflavi BBL25, an electricity-generating microorganism, uses various carbon sources and shows broader sugar utilization than the better-known S. oneidensis MR-1. To determine the sugar-utilizing genes and electricity production and transfer system in S. marisflavi BBL25, we performed an in-depth analysis using whole-genome sequencing. We identified various genes associated with carbon source utilization and the electron transfer system, similar to those of S. oneidensis MR-1. In addition, we identified genes related to hydrogen production systems in S. marisflavi BBL25, which were different from those in S. oneidensis MR-1. When we cultured S. marisflavi BBL25 under anaerobic conditions, the strain produced 427.58 ± 5.85 µl of biohydrogen from pyruvate and 877.43 ± 28.53 µl from xylose. As S. oneidensis MR-1 could not utilize glucose well, we introduced the glk gene from S. marisflavi BBL25 into S. oneidensis MR-1, resulting in a 117.35% increase in growth and a 17.64% increase in glucose consumption. The results of S. marisflavi BBL25 genome sequencing aided in the understanding of sugar utilization, electron transfer systems, and hydrogen production systems in other Shewanella species.
Kim, Dong-Hoon;Han, Sun-Kee;Kim, Sang-Hyoun;Bae, Byung-Uk;Shin, Hang-Sik
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.12
no.1
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pp.49-57
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2004
The effect of gas sparging on continuous fermentative $H_2$ production was investigated using external gases ($N_2$, $CO_2$) with various flow rates (100, 200, 300, 400 ml/min). Gas sparging showed a higher $H_2$ yield than no sparging, indicating that the decrease of $H_2$ partial pressure by gas sparging had a good effect on $H_2$ fermentation. Especially, $CO_2$ sparging was more effective in the reactor performance than $N_2$ sparging. The composition of butyrate, the main metabolic product of $H_2$ fermentation by Clostridium sp., was much higher in $CO_2$ sparging. $H_2$ production increased with increasing flow rate only in $CO_2$ sparging. The best performance was obtained by $CO_2$ sparging at 300 ml/min, resulting in the highest $H_2$ yield of 1.65 mol $H_2/mol$ hexoseconsumed and the maximum $H_2$ production of 6.77 L $H_2/g$ VSS/day. Compared to $N_2$ sparging, there could be another beneficial effect in $CO_2$ sparging apart from lowering down the $H_2$ partial pressure. High partial pressure of $CO_2$ had little effect on $H_2$ producing bacteria but inhibitory effect on other microorganisms like lactic acid bacteria and acetogens which were competitive with $H_2$ producing bacteria.
This study investigated the production of catalase from Bul-kyo soil bacteria through fermentation process. Isolation and selection of bacteria was performed through chemical and physiological analysis. Catalases were produced from bacteria which belong to 3 different species (Bacillaceae bacterium BKBChE-1, Bacillus sp. BKBChE-2, Bacillus flexus BKBChE-3) confirmed by using 16S rDNA sequence method. The catalases were found to be stable in the temperature range of $30^{\circ}C-60^{\circ}C$ for BKBChE-1, BKBChE-2 and BKBChE-3 and also in the pH range of 9.0-12.0 for BKBChE-1 and BKBChE-3. Long-term stability of the catalases was about 20 days at $4^{\circ}C$. However, BKBChE-2 has kept its activity over 30 days at $4^{\circ}C$.
The treatment and prevention of periodontitis is focused on the reduction and the elimination of pathogenic bacteria, especially A. actinomycetemcomitans and black pigmented bacteria such as P. gingivalis. To prevent recurrent disease, the recolonization of these bacteria should be inhibited in the periodontal pocket. Since the replacement therapy was introduced in periodontics by Hillman et al, Jeong et al reported that hydrogen peroxide-producing Lactobacillus acidophilus V-20 completely inhibited P. gingivalis and A. actino - mycetemcomitans in vitro and mouth gargling with Lactobacillus acidophilus V-20 in periodontitis patients during the maintenance phase improved clinical condition and reduced the No. of P. gingivalis and A. actinomycetemcomitans at 4 weeks of treatment. Prior to replacement therapy with bacteria, dynamics of microbial colonization should be considered. This study was performed to evaluate the change in the viable cell number of Lactobacilli and P. gingivalis after oral administration of L. acidophilus V-20. In periodontal health, gargling increased the No. of Lactobacilli in saliva, buccal mucosa, supragingival plaque from the first week, which maintained for 2-3 weeks after gargling stop, and then returned to the undetectable baseline level at the ninth week. In the periodontal pocket of moderate periodontitis patients, daily irrigation for 1 week and weekly irrigation for subsequent 3 weeks decreased the viable cell number of P. gingivalis during the period of irrigation and increased the number of Lactobacilli, which was maintained from the second to the seventh week. L. acidophilus V-20 was isolated for the first 2 weeks of oral administration, and the 3 different strains of Lactobacilli were isolated continuously for remaining period and identified as L. ali - mentarius, L. casei subspecies casei and L. fructosus. The first two Lactobacilli strains completely inhibited P. gingivalis in vitro and all the isolated Lactobacilli strains reduced the artificial plaque formation by 55-63%. These results showed that mouth gargling or pocket irrigation with L. acidophilus V-20 increased the No. of intraoral Lactobacilli and caused to decrease in the No. of P. gingivalis. This suggests that the replacement therapy by these Lactobacilli might be useful in the maintenance care of periodontal patients.
This study was performed to evaluate the effect of hydrogen peroxide-producing Lactobacillus acidophilus V-20onthe replication of periodontal pathogens, Actinobacillus actinomycetemcomitans and Porphyromonas gingivalis. When A. actinomycetemcomitans and P. gingivalis were incubated alone and in the combination with L. acidophilus V-20, the viable cell numbers of A. actinomycetemcomitans and P. gingivalis were compared between those cultures. The effect of S. mutans, E. durans, and L. lactis on the replication of A. actinomycetemcomitans and P. gingivalis was also evaluated. The change of periodontal indexes(probine depth, gingival index, GCF volume) and the viable cell numbers of A. actinomycetemcomitans and black pigmented bacteroides in subgingival plaque sample were evaluated following gargling of fermented milk made from L. acidophilus V-20 for 1 month on patients with periodontal disease in maintenance phase. In the mixed culture of L. acidophilus V-20 and A. actinomycetemcomitans or P. gingivalis, the replication of A. actinomycetemcomitans or P. gingivalis wascompletely inhibited. But in the mixed culture of P. gingivalis and hydrogen peroxide-nonproducing Lactobacillus casei, the viable ceil numbers of P. gingivaliswas not decreased when compared with the numbers in the mixed culture of P. gingivalis and L. acidophilus V-20. In the mixed culture of A. actinomycetemcomitans and S. mutans, E. durans, or L. lactis, the viable cell number of A. actinomycetemcomitans was not almost changed when compared with the numbers in the culture of A. actinomycetemcomitans alone. And in the mixed culture of P. gingivalis and E. durans or L. lactis, the viable cell numbers of P. gingivaliswas not almost changed compared with the counts in the culture of P. gingivalis alone. But the replication of P. gingivalis was completely inhibited in the mixed culture of P. gingivalis and S. mutans. When the change of periodontal indexes following gargling of fermented milk was compared with baseline, probing depth and gingival index were not changed, but GCF volume was significantly decreased(p<0.05). And when the viable ceil numbers of microorganisms in subgingival plaque sample were compared with baseline, total viable ceil number was almost unchanged and the viable cell numbers of A. actinomycetemcomitans and black pigmented bacteroides were significantly decreased(p<0.05). These results suggest that L. acidophilus V-20 inhibit the replication of A. actinomycetemcomitans and black pigmented bacteroides by the formation of hydrogen peroxide.
In this work we have investigated the production of catalase from Bacillus sp. strains, which were screened and identified from soil. These strains were cultivated in shaking flasks with tryptic soy broth (TSB) at $30^{\circ}C$ and 200 rpm. Effects of the temperature and pH on the stability of the native catalase and whole cell viability were studied in the temperature range of $25-60^{\circ}C$ and the pH range of 7-13. Korean natural zeolite was added to culture medium and mixed with microorganisms for 24 hours. The native catalase maintained its activity over $50^{\circ}C$. The enzyme acitiviy of the catalase from Bacillus flexus BKBChE-3 was highest among the Bacillus sp. strains studied. Bacillus flexus BKBChE-3 and immobilized Bacillus cells have survived under extreme conditions of over $50^{\circ}C$ and pH 12. 60 mL of 10.5 mM $H_2O_2$ solution were entirely removed within 1 hour with catalase produced from Bacillus sp. on the flask. When Bacillus cells were immobilized on Korean natural zeolite, colony forming unit of Bacillus flexus BKBChE-3 was increased and high efficiency of hydrogen peroxide removal was observed.
Proceedings of the Plant Resources Society of Korea Conference
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2011.10a
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pp.14-14
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2011
Polyamines (putrescine, spermidine and spermine) play pivotal roles in plant defense to different abiotic and biotic stresses. In order to understand the function of ginseng spermidine synthase gene, a key gene involved in biosynthesis of polyamines, transgenic plant was generated in Arabidopsis. The transgenic plants exhibited high levels of polyamines compared to the untransformed control plants. We investigated the tolerance capacity of transgenic plants to abiotic stresses such as salinity and copper stress. In addition, transgenic plants also showed increased resistance against one of the important fungal pathogens of ginseng, the wilt causing Fusarium oxysporum and one of important bacteria, bacterial blight causing Pseudomonas syringae. However, an activity of the polyamine catabolic enzyme, diamine oxidase (DAO) was increased significantly in F. oxysporum and P. syringae infected transgenic plant. Polyamine catabolic enzymes which may trigger the hypersensitive response (HR) by producing hydrogen peroxide ($H_2O_2$) seem act as an inducer of PR proteins, peroxidase and phenyl ammonium lyase activity. The transgenic plants also contained higher antioxidant enzyme activities, less MDA and $H_2O_2$ under salt and copper stress than the wild type, implying it suffered from less injury. These results strongly suggest an important role of spermidine as a signaling regulator in stress signaling pathways, leading to build-up of stress tolerance mechanisms.
Isolates from Korean fermented soybean paste were identified as Enterococcus faecium SBP12, Pediococcus halophilus SBP20, Lactobacillus fermentum SBP33, Leuconostoc mesenteroides SBP37, Pediococcus pentosaceus SBP41, Lactobacillus brevis SBP49, Lactobacillus acidophilus SBP55, and Enterococcus faecalis SBP58 according to conventional morphological and biochemical characteristics, carbohydrate fermentation profiling, and 16S rRNA sequence comparison. Strain SBP20, SBP33, SBP49, and SBP55 showed very resistance to simulated gastric and intestinal juices with final populations exceeding 6 log CFU/ml, whereas cells of SBP12 and SBP58 after exposure to low pH were dramatically decreased within 2 h. Among 4 strains having good tolerance to gastrointestinal conditions, the high adhesive ability to HT-29 cells, antibiotic resistance, and antimicrobial activity against food-borne pathogens Bacillus cereus ATCC 11778 and Staphylococcus aureus ATCC 6538 were observed with SBP49 and SBP55, therefore, these two strains were confirmed as putative probiotic candidates. There was no significant difference between the sourdoughs fermented with SBP49 and SBP55 with respect to the values of pH, total titratable acidity, and viable cell count. During sourdough fermentation, SBP49 strain produced significantly greater amounts of lactic acid than SBP55 strain, which secreted large quantities of hydrogen peroxide. SBP49 and SBP55 strains producing the antimicrobial substances such as lactic acid, hydrogen peroxide, and bacteriocin effectively inhibited B. cereus and S. aureus inoculated in the sourdough.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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