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Genenation of structural diversity in polyketides by combinatorial biosynthesis of polyketides: Part I. Generation of multiple bioactive macrolides by hybrid modular polyketide synthases in Streptomyces venezuelae, Part II. Production of novel rifamycins by combinatorial biosynthesis

  • Yoon, Yeo-Joon
    • 한국미생물생명공학회:학술대회논문집
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    • 한국미생물생명공학회 2002년도 학술발표대회
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    • pp.18-25
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    • 2002
  • The pikromycin biosynthetic system in Streptomyces venezuleae is unique for its ability to produce two groups of antibiotics that include the 12-membered ring macrolides methymycin and neomethymycin, and the 14-membered ring macrolides narbomycin and pikromycin. The metabolic pathway also contains two post polyketide-modification enzymes, a glycosyltransferase and P450 hydroxylase that have unusually broad substrate specificities. In order to explore further the substrate flexibility of these enzymes a series of hybrid polyketide synthases were constructed and their metabolic products characterized. The plasmid-based replacement of the multifunctional protein subunits of the pikromycin PKS in S. venezuelae by the corresponding subunits from heterologous modular PKSs resulted in recombinant strains that produce both 12- and 14-membered ring macrolactones with predicted structural alterations. In all cases, novel macrolactones were produced and further modified by the DesVII glycosyltransferase and PikC hydroxylase leading to biologically active macrolide structures. These results demonstrate that hybrid PKSs in S. venezuelae can produce a multiplicity of new macrolactones that are modified further by the highly flexible DesVII glycosyltransferase and PikC hydroxylase tailoring enzymes. This work demonstrates the unique capacity of the S. venezuelae pikromycin pathway to expand the toolbox of combinatorial biosynthesis and to accelerate the creation of novel biologically active natural products. The polyketide backbone of rifamycin B is assembled through successive condensation and ${\beta}$-carbonyl processing of the extender units by the modular rifamycin PKS. The eighth module, in the RifD protein, contains nonfunctional DH domain and functional KR domain, which specify the reduction of the ${\beta}$-carbonyl group resulting in the C-21 bydroxyl of rifamycin B. A four amino acid substitution and one amino acid deletion were introduced in the putative NADPH binding motif in the proposed KR domain encoded by rifD. This strategy of mutation was based on the amino acid sequences of the corresponding motif of the KR domain of module 3 in the RifA protein, which is believed dysfunctional, so as to introduce a minimum alteration and retain the reading frame intact, yet ensure loss of function. The resulting strain produces linear polyketides, from tetraketide to octaketide, which are also produced by a rifD disrupted mutant as a consequence of premature termination of polyketide assembly. Much of the structural diversity within the polyketide superfamily of natural products is due to the ability of PKSs to vary the reduction level of every other alternate carbon atom in the backbone. Thus, the ability to introduce heterologous reductive segments such as ketoreductase (KR), dehydratase (DH), and enoylreductase (ER) into modules that naturally lack these activities would increase the power of the combinatorial biosynthetic toolbox. The dehydratase domain of module 7 of the rifamycin PKS, which is predicted to be nonfunctional in view of the sequence of the apparent active site, was replaced with its functional homolog from module 7 of rapamycin-producing polyketide synthase. The resulting mutant strain behaved like a rifC disrupted mutant, i.e., it accumulated the heptaketide intermediate and its precursors. This result points out a major difficulty we have encountered with all the Amycolatopsis mediterranei strain containing hybrid polyketide synthases: all the engineered strains prepared so far accumulate a plethora of products derived from the polyketide chain assembly intermediates as major products instead of just analogs of rifamycin B or its ansamycin precursors.

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THE FINITE DIMENSIONAL PRIME RINGS

  • Koh, Kwangil
    • 대한수학회보
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    • 제20권1호
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    • pp.45-49
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    • 1983
  • If R is ring and M is a right (or left) R-module, then M is called a faithful R-module if, for some a in R, x.a=0 for all x.mem.M then a=0. In [4], R.E. Johnson defines that M is a prime module if every non-zero submodule of M is faithful. Let us define that M is of prime type provided that M is faithful if and only if every non-zero submodule is faithful. We call a right (left) ideal I of R is of prime type if R/I is of prime type as a R-module. This is equivalent to the condition that if xRy.subeq.I then either x.mem.I ro y.mem.I (see [5:3:1]). It is easy to see that in case R is a commutative ring then a right or left ideal of a prime type is just a prime ideal. We have defined in [5], that a chain of right ideals of prime type in a ring R is a finite strictly increasing sequence I$_{0}$.contnd.I$_{1}$.contnd....contnd.I$_{n}$; the length of the chain is n. By the right dimension of a ring R, which is denoted by dim, R, we mean the supremum of the length of all chains of right ideals of prime type in R. It is an integer .geq.0 or .inf.. The left dimension of R, which is denoted by dim$_{l}$ R is similarly defined. It was shown in [5], that dim$_{r}$R=0 if and only if dim$_{l}$ R=0 if and only if R modulo the prime radical is a strongly regular ring. By "a strongly regular ring", we mean that for every a in R there is x in R such that axa=a=a$^{2}$x. It was also shown that R is a simple ring if and only if every right ideal is of prime type if and only if every left ideal is of prime type. In case, R is a (right or left) primitive ring then dim$_{r}$R=n if and only if dim$_{l}$ R=n if and only if R.iden.D$_{n+1}$ , n+1 by n+1 matrix ring on a division ring D. in this paper, we establish the following results: (1) If R is prime ring and dim$_{r}$R=n then either R is a righe Ore domain such that every non-zero right ideal of a prime type contains a non-zero minimal prime ideal or the classical ring of ritght quotients is isomorphic to m*m matrix ring over a division ring where m.leq.n+1. (b) If R is prime ring and dim$_{r}$R=n then dim$_{l}$ R=n if dim$_{l}$ R=n if dim$_{l}$ R<.inf. (c) Let R be a principal right and left ideal domain. If dim$_{r}$R=1 then R is an unique factorization domain.TEX>R=1 then R is an unique factorization domain.

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모바일 TFT-LCD 응용을 위한 새로운 형태의 자동화질 최적화 시스템 개발 (Development of a New Automatic Image Quality Optimization System for Mobile TFT-LCD Applications)

  • 류지열;노석호
    • 전자공학회논문지SC
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    • 제47권1호
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    • pp.17-28
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    • 2010
  • 본 논문은 DSP를 이용한 새로운 형태의 TFT-LCD 자동 화질 최적화 시스템을 제안한다. 실제 산업 현장에서 이와 같은 화질 최적화 과정은 시행착오를 반복하는 형식으로 진행되어 많은 시간이 소요되고 있으며 LCD 개발 엔지니어들의 성향 및 숙련도에 따라 조정 결과에도 편차가 큰 문제점이 있다. 이러한 시스템은 평균 감마 오차, 감마 조정 시간 및 플리커 등을 줄이기 위해 모바일 LCD 구동 IC 내의 감마 조정 레지스터들과 전압 설정 레지스터들을 자동적으로 제어한다. 제안된 최적 화질 향상 시스템은 측정 대상이 되는 모듈 (MUT, LCD 모듈), 제어 프로그램, 휘도 측정용 멀티미디어 디스플레이 측정기 및 인터페이스용 제어 보드로 구성되어 있다. 개발된 시스템에는 참조 감마 곡선과의 6-점 프로그램 정합 기술을 이용한 새로운 알고리즘 및 자동 전압 설정 알고리즘이 내장되어 있다. 개발된 알고리즘과 프로그램은 범용 LCD 모듈에 적용가능하다. 또한 1.8, 2.0, 2.2 및 3.0 감마를 조정할 뿐만 아니라 플리커 수준을 자동으로 조절한다. 제어 보드는 DSP와 FPGA로 구성되어 있고, RGB 및 CPU와 같은 다양한 인터페이스들을 지원한다. 개발된 자동 감마 시스템은 기존의 시스템에 비해 현저히 짧은 감마 조정 시간 및 아주 작은 평균 감마 오차를 보였다. 또한 본 논문에서 제안하는 시스템은 최적화된 감마 곡선 설정을 이용한 개발 공정을 향상시키고, 고화질의 LCD를 제공하는데 아주 유용하다.

픽프라이머 : 유전자 목표 구간 탐색 모듈을 포함한 프라이머 제작 그래픽 프로그램 (Pickprimer: A Graphic User Interface Program for Primer Design on the Gene Target Region)

  • 정희;문정환;이성찬;유희주
    • 원예과학기술지
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    • 제29권5호
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    • pp.461-466
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    • 2011
  • 유전 육종 연구를 위해 연구자들은 실험 목적에 따라 다양한 종류의 프라이머를 제작해야 한다. 인터넷 상에서 다양한 공용 프로그램이 이용되고 있으나 많은 경우 사용자 편의성이 낮기 때문에 유전자의 구조를 고려하여 프라이머를 디자인하기 위해서는 시간과 노력이 소요된다. 본 연구에서는 엑손과 인트론 지역을 시각적으로 구별하면서 손쉽게 프라이머를 제작할 수 있는 프로그램인 Pickprimer를 개발하였다. 이 프로그램은 공용 프로그램인 Spidey와 Primer3 프로그램의 소스 코드를 결합한 후 그래픽 인터페이스를 추가하여 사용자가 유전자의 구조를 예측하고 이를 바탕으로 프라이머를 손쉽게 제작할 수 있게 했다. 입력 정보는 공용 데이터베이스에서 내려 받은 서열을 복사-붙임하여 이용할 수 있게 하였으며, 유전자의 구조를 그림으로 표현하고 동시에 엑손과 인트론 서열을 구별할 수 있게 했다. 이 프로그램을 이용하여 배추의 단일 카피 유전자에 대한 24 쌍의 프라이머를 디자인하고 6개 고정 품종을 대상으로 PCR과 전기영동 실험을 수행한 결과 제작한 모든 프라이머 쌍이 명확한 단일 밴드를 성공적으로 증폭시켰다. 이 프로그램은 분자표지의 개발뿐만 아니라 유전자 기능 연구 등 다양한 종류의 유전 육종 실험에 유용하게 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

시아노박테리아 Non-ribosomal Peptides의 효과적인 연구를 위한 New Degenerate Primer의 개발 (New Degenerate Primer for the Cyanobacterial Non-ribosomal Peptides)

  • 김기은
    • KSBB Journal
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    • 제22권5호
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    • pp.362-365
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    • 2007
  • Cyanobacterial A-domain의 A3 motif와 A7 motif의 높은 진화론적 보존성에 의거해서 Non-ribosomal peitides를 생산하는 시아노박테리아를 Screening할 수 있는 degenerated primer를 만들 수 있었다. Degenerate primer서열의 종류는 가능하면 1,000개 정도까지를 기준으로 만드는 것이 좋다. Primer의 종류가 너무 많으면 primer 1종류 당 mol수가 적게 되어 특이성도 저하된다. 그러므로 Primer의 종류가 많을 경우는 inosin을 N (4종류의 염기) 부분에 이용하면 어느 염기에도 강하게 결합하지 않고 두 가닥 DNA 형성을 저해하지도 않으므로 degeneration을 줄이는데 도움이 된다. Degenerate primer의 annealing 온도는 primer에 포함되어있는 서열 중 가장 낮은 Tm을 기준으로 한다. 이번 연구처럼 N (ACGT) 대신에 Inosin을 이용하였을 때에는 Inosin이 Tm을 높게 하지 않고 Tm을 낮게 하지도 않으므로 Tm 계산시 고려하지 않아도 되었다. PCR 효율이 떨어질 우려가 있으므로 충분한 Tm값 (대개 $45\sim60^{\circ}C$ 이상)을 갖는 서열을 디자인하여 primer로 PCR하는 것이 좋지만, A3/A7 degenerate prime에서는 실험에 의해 40$^{\circ}C$로 annealing 온도가 (Tm) 다소 낮게 설정되었다. 그러므로 검출되지 않은 NRPS gene을 가진 균주와 CBT635, CBT654와 같이 약한 PCR band의 형성은 새로 제작된 primer의 낮은 Tm 기인한다고 생각되어진다. Tm의 이론적인 값은 Tm ={(G+C)*4+(A+T)*2}의 식을 통해서 정방향 primer에서 54$^{\circ}C$ 역방향 primer에서 42$^{\circ}C$로 계산되었다. 새로운 degenerate primer에 의해서 MTF2/MTR2로 검출되지 않는 6개의 균주가 더 검출되었으며, A3/A7과 MTF2/MTR2를 이용한 통합 PCR Screening을 통해서 NRPS gene 검출에 특이성과 효율성을 높일 수 있다.

Paenibacillus woosongensis로부터 대장균에 Xylanase 10A의 유전자 클로닝과 정제 및 특성분석 (Gene Cloning, Purification and Characterization of Xylanase 10A from Paenibacillus woosongensis in Escherichia coli)

  • 윤기홍
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제48권2호
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    • pp.158-166
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    • 2020
  • Paenibacillus woosongensis의 xylanase 유전자를 클로닝하고 그 염기서열을 결정하였다. Xylanase 유전자는 xyn10A로 명명되었으며, 481 아미노잔기로 구성된 단백질을 코드하는 1,446개 뉴클레오티드로 구성되었다. 추론된 아미노산 배열에 따르면 Xyn10A는 glycosyl hydrolase family 10 xylanase와 상동성이 높은 활성영역과 카르복실 말단에 탄수화물을 결합하는 것으로 추정되는 영역이 포함된 다영역 효소로 확인되었다. DEAE-Sepharose와 Phenyl-Separose 컬럼 크로마토그래피 과정을 통해 P. woosongensis xyn10A 유전자를 함유한 재조합 대장균의 균체 파쇄상등액으로부터 Xyn10A를 정제하였다. 정제된 Xyn10A의 아미노 말단 배열이 GIANGSKF로 결정되었으며 이는 SignalP5.0 server로 예측된 signal peptide의 다음 아미노산 배열과 정확하게 일치하였다. 정제된 Xyn10A는 33 kDa 크기의 절단된 단백질이며 균체내 분해에 의해 카르복시 말단에서 CBM이 제거된 것으로 판단된다. 정제된 효소는 최적 pH와 온도가 6.0과 55-60℃이며 oat spelt xylan에 대한 반응 동력학적 계수 Vmax와 Km이 298.8 U/mg과 2.47 mg/ml로 각각 나타났다. 효소는 birchwood xylan이나 oat spelt xylan보다 arabinoxylan에 대한 활성이 높았으며 para-nitrophenyl-β-xylopyranoside에 대해 낮은 활성을 보였다. Xyn10A의 활성은 Cu2+, Mn2+과 SDS에 의해서 크게 저해되었으며 K+, Ni2+과 Ca2+에 의해는 상당하게 증진되었다. 또한 이 효소는 xylobiose 보다 중합도가 큰 자일로올리고당을 분해하였으며, 자일로올리고당의 최종 가수분해 산물은 xylose와 xylobiose로 확인되었다.

유닛모듈러 건축구조물의 수평 정밀도 확보를 위한 Pre-Fab 독립기초 높이조절 공법 개발 (Development of a Height Adjustment Method of Prefabricated Individual Footing for the Leveling of Unit Modular Structural System)

  • 전영훈;김균태;채명진
    • 한국건축시공학회지
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    • 제15권6호
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    • pp.631-639
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    • 2015
  • 유닛모듈러 공법에서는 정밀 제작된 유닛모듈과 시공정밀도가 낮은 기초부의 접합부에서 수평 정밀도 차이가 발생한다. 이러한 정밀도 차이로 인하여 상부 유닛모듈이 뒤틀리거나, 간격이 벌어지는 등 다양한 문제가 야기될 수 있다. 이러한 배경에서 본 연구는 Pre-Fab 독립기초의 높이조절이 가능한 공법을 개발하는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여 본 연구에서는 볼트와 너트를 이용한 높이조절 공법을 제안하고 시공 상세도와 시공순서를 제시하였다. 그리고 구조 시뮬레이션을 수행하여 구조적 안정성을 확인하였다. 향후 개발된 높이조절 공법의 mock-up 시험, 경제성 분석 등을 실시하여 시공성과 유용성을 검토할 예정이다.

A Novel pH-Stable, Bifunctional Xylanase Isolated from a Deep-Sea Microorganism, Demequina sp. JK4

  • Meng, Xin;Shao, Zongze;Hong, Yuzhi;Lin, Ling;Li, Chanjuan;Liu, Ziduo
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제19권10호
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    • pp.1077-1084
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    • 2009
  • A genomic library was constructed to clone a xylanase gene (Mxyn10) from Demequina sp. JK4 isolated from a deep sea. Mxyn10 encoded a 471 residue protein with a calculated molecular mass of 49 kDa. This protein showed the highest sequence identity (70%) with the xylanase from Streptomyces lividans. Mxyn10 contains a catalytic domain that belongs to the glycoside hydrolase family 10 (GH10) and a carbohydrate-binding module (CBM) belonging to family 2. The optimum pH and temperature for enzymatic activity were pH 5.5 and $55^{\circ}C$, respectively. Mxyn10 exhibited good pH stability, remaining stable after treatment with buffers ranging from pH 3.5 to 10.0. The protein was not significantly affected by a variety of chemical reagents, including some compounds that usually inhibit the activity of other related enzymes. In addition, Mxyn10 showed activity on cellulose. These properties mark Mxyn10 as a potential enzyme for industrial application and saccharification processes essential for bioethanol production.

블루투스를 이용한 의료정보 신호의 전송에 관한 연구 (Study on the Transmission of Medical Information using Bluetooth Technology)

  • 엄정규;김영길
    • 한국정보통신학회:학술대회논문집
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    • 한국해양정보통신학회 2001년도 춘계종합학술대회
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    • pp.520-523
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    • 2001
  • 본 논문에서는 블루투스 기술을 사용하여 휴대용 심전계로부터 취득한 심전도 신호를 무선으로 전송하는 시스템을 구현하였다. 블루투스란 2.4GHz 패의 무선 주파수를 사용하는 근거리 무선 통신 기술로서 매우 적은 전력 소모특성과 고속의 주파수 호핑 방식에 따른 높은 신뢰성 및 자체 에러 정정 기술을 갖추고 있다. 블루투스 프로토콜을 사용하는 모든 기기간에는 서로 통신이 가능하기 때문에 구현된 시스템과 블루투스 모듈을 탑재한 휴대용 전화, 노트북 및 개인 휴대용 단말기등간의 연동이 가능하다. 한편, 본 연구에서는 휴대용 의료기기에서 취득한 의료정보신호를 각종 무선 통신 기기를 통하여 병원 서버로 전송할 수 있는 가능성을 제시하였다. 구현한 시스템은 블루투스 모듈과 호스트 부로 구성한 하드웨어 부, 블루투스 프로토콜 스택으로 구성한 소프트웨어 부로 구성된다. 호스트 부에서 다른 블루투스 기기와의 연결 설정을 수행하고 외부로부터 입력되는 심전도 신호를 블루투스 프로토콜에 적합한 패킷으로 바꾸어 모듈로 전송한다. 블루투스 모듈은 에리 정정 코드를 추가하고 블루투스 주파수 호핑 방식에 따라 무선으로 전송한다.

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퍼지 셋 이론을 이용한 전기제품의 프로그레시브 가공에 관한 연구 (A Study on Progressive Working of Electric Product by the using of Fuzzy Set Theory)

  • 김재훈;김영민;김철;최재찬
    • 한국정밀공학회지
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    • 제19권1호
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    • pp.79-92
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    • 2002
  • This paper describes a research work of developing computer-aided design of a product with bending and piercing for progressive working. An approach to the system for progressive working is based on the knowledge-based rules. Knowledge for the system is formulated from plasticity theories, experimental results and the empirical knowledge of field experts. The system has been written in AutoLISP on the AutoCAD with a personal computer and is composed of four main modules, which are input and shape treatment, flat pattern layout, strip layout and die layout modules. The system is designed by considering several factors, such as bending sequences by fuzzy set theory, complexities of blank geometry, punch profiles, and the availability of a press equipment. Strip layout drawing generated in the strip layout module is presented in 3-D graphic farms, including bending sequences and piercing processes with punch profiles divided into for external area. The die layout module carries out die design for each process obtained from the results of the strip layout. Results obtained using the modules enable the manufacturer for progressive working of electric products to be more efficient in this field.