zooglan생합성에 필수적인 gene cluster를 clone하기 위해 2종류의 변이주가 분리되었다. Zoogloea ramigera 115는 협막형 다당(주로 zooglan)을 생산한다. 115 균주로 접합시키고 생산물을 용이하게 분리하기 위하여 반복된 원심분리와 선별을 통해 협막을 만들지 않는 slime형 생산균주를 분리하였다. 세포외 다당 생산 능력이 결여된 변이주를 전통적인 transposon(Tn5) 기술을 사용하여 얻었고 달라진 colony 형태와 celluflour결합 성질에 의해 선별하였다. 이들 변이주들은 범용숙주범위 cosmid vector안에 건설된 Z.ramigera 115slime gene library 와 helper plasmid로의 3양친 접합에 의해 보상되었다.
Capsular polymer인 zooglan을 생산하는 Z. ramigera 115와 수용성 slime polymer 생산 변이주인 Z. ramigera l15SLR의 중금속 제거능을 비교하였다. 중금속 5종($Cd^{2+}$, $Co^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Ni^{2+}$, $Fe^{2+}$)의 최저 생장저해농도는 두 균주 모두 유사하였다. $Cd^{2+}$을 첨가하지 않은 경우에 비해 $Cd^{2+}$ 500ppm을 첨가한 액체 배지에서의 생체량은 Z. ramigera 115는 24%, Z. ramigera l15SLR은 50%로 감소하였고 동일한 생체량에 대하여 Z. ramigera 115SLR이 Z. ramtgera 115보다 $Cd^{2+}$을 1.5배 더 제거하였다. 세포와 polymer를 분리하여 중금속 흡착능을 비교한 결과 polymer가 세포보다 높은 흡착량을 나타냈으며 최적 중금속 흡착 pH는 7.5였다. Langmuir 흡착등온선과 Freundlich 흡착등온선을 분석한 결과 $Cd^{2+}$에 대하여 Z. ramigera l15SLR polymer는 Z. ramigera 115 및 이온 교환 수지보다 높은 최대흡착량과 흡착안정성을 보여서 홉착제로서 유용할 것으로 판단된다.
Biosorption characteristics were investigated at various temperature and pH conditions in order to establish lead(II) removal using Zoogloea ramigera 115SLR. Biosorption equilibrium isotherms and kinetics were obtained from batch experiments. The Freundlich and Langmuir model could be described the biosorption equilibrium of lead(II) on Z. ramigera 115SLR, Ca-alginate bead and immobilized Z. ramigera 115SLR. The maximum biosorption capacity of Z. ramigera 115SLR increased from 325 to 617mg $pb^{2+}/g$ biomass as temperature increased from 288.15 K to 308.15K from the Langmuir model. Fixed-bed column breakthrough curves for lead(II) removal were also obtained. For regeneration of the biosorbent, complete lead(II) desorption was achieved using 5mM HCl in fixed-bed column. This study shows the possibilities that well-treated immobilized Z. ramigera 115SLR with the mechanical intensity like TEOS (Tetraethyl orthosilicate) treatment and the optimum acid solution for desorption can be used for the effective treatment for lead(II) containing wastewater.
Zoogloea ramigera 115SLR로부터 다당류 생합성에 관여하는 유전자를 분리하기 위해서 균주의 genomic DNA로부터 제조된 gene bank로부터 plasmid pLEX3이 얻어졌다. 이로부터 재조합된 5.0 kb DNA fragment를 포함하는 plasmid pLEX10은 다당류의 형태를 변환시키는 유전자를 포함하고 있으며, 이중에서 upstream 영역에 해당하는 1.7 kb DNA fragment가 분리되었다. 1.7 kb DNA 염기서열의 결과로부터 단백질을 인지 할 수 있는 2개의 ORF가 존재하였으며, 50 kDa 단백질을 인지 할 수 있는 ORF3은 X. campestris의 다당류 생합성 유전자들인 gumC와 R. meliloti의 exoP와 아미노산의 동질성을 나타내었다. ORF4는 N-terminal 영역이 결여된 단백질을 인지하며, Thermotoga maritime의 다당류 export에 관여하는 단백질과 동질성을 보였다. Z. ramigera 115SLR and Z. ramigera 115SLR/pLEX10은 각각 slime또는 capsule 형태의 다당류를 생합성하며 이들로부터 생합성된 다당류양은 각각 0.26% (w/v) and 0.16% (w/v)였다.
Plasmid pLEX3 isolated from the recombinant cosmid library of Zoogloea ramigera 115 was found to be responsible for the restoration of the rugose colony phenotype. To confirm the essential region responsible for the complementation, subclones were constructed from plasmid pLEX3 and transformed into mutant strain Z. ramigera 115SLR. The recombinant plasmids pLEX10 and pLEX11 were shown to complement the slime-forming property of Z. ramigera 115SLR. In a compositional analysis of the exopolysaccharides from Z. ramigera 115, Z. ramigera 115SLR, and Z. ramigera 115SLR harboring plasmid pLEX11, the exopolysaccharides showed a similar composition with glucose, galactose, and side chain groups. The complete nucleotide sequence of the 3.25kb genocim DNA insert in plasmid pLEX11 was determined and its analysis identified two open reading frames which could encode two proteins. The gene products derived form the two open reading frames were confirmed by and in vivo transcription using a T7-RNA polymerase. The ORF1 produced a 30 kDa protein, whereas the ORF2 was found responsible for the complementation of the morphological mutation and produced a 14 kDa protein. An in vivo gene expression of plasmid pTEX10 showed another open reading frame encoding a 50 kDa protein. The gene products form ORF1 and ORF2 are regarded as novel proteins which do not show any homology with other proteins.
Lee Sam-Pin;Troyano Esperanza;Lee Jin-Ho;Kim Hyun-Soo;Sinskey Anthony John
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권7호
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pp.1163-1168
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2006
The recombinant plasmid pLEX2FP complements the mutation in Zoogloea ramigera 115MM1, and the complemented mutant produces an exopolysaccharide that shows higher affinity for the calcofluor dye than the exopolysaccharide from Z. ramigera 115SLR, resulting in higher fluorescence intensity under UV light. A compositional and structural analysis of the exopolysaccharide from Z. ramigera 115MM1 showed that the different fluorescent properties were due to a lower content of acetyl groups when compared with Z. ramigera 115SLR exopolysaccharide. These results were in agreement with a sequence analysis of the gene carried in the plasmid pLEX2FP, which appeared to encode an O-acyltransferase highly homologous to the 3-O-acyltransferase of Streptomyces mycarofaciens. The gene encoding the acyltransferase from Z. ramigera 115SLR was expressed as a GST-fusion protein with 70,000 daltons in E. coli.
Mutants having altered levels and/or types of EPS in exopolysaccharide biosynthesis were isolated after NTG mutagenesis of Zoogloea ramigera 115SLR. Mutant candidates were classfied with five groups based on the observed characteristics for EPS biosynthesis pattern. The recombinant plasmids pLEX3BS and pLEX3BM were constructed from pEX3B which was previously isolated from genomic DNA of Z. ramigera 115SLR. Plasmid pLEX3BM with a 7.8 kb insert DNA contains an additional 1.8kb DNA fragment which is not present in pLEX3BS containing 13 kb insert DNA. Plasmid pLEX3BM was able to complement the mutation responsible for the changes in morphology of Z. ramigera 115SLR. However, the complementation of EPS negative mutant strains was not successful with pLEX3BM. Plasmid pLEX3BS on the other hand complemented the mutation responsible for the loss of EPS biosynthesis, resulting in the restoration of Z. ramigera 115SLR phenotype. But this plasmid was not able to complement the morphological mutant strain, Z. ramigera 115SLR.
생물응집체 개발을 목적으로 Zoogloea ramigera115를 이용하여 균주배양 및 생물고분다 생성실험을 시시하였다. 다당류 최고 생성률을 얻을 수 있는 최적기질로 탄소원으로는 glucose, 질소원으로는 $NaNO_3$ 유기영양원으로는 yeast extract가 선택되었다. 초기 pH가 6일 때 가장 높은 세포성장과 점성을 나타내었다. 생성돈 생물고분자는 ultrasonication과 고속 원심분리를 거친 후 propanol 첨가에 의해 효율적으로 추출되었다. 생물고분자는 jae test에 의한 응집실험에서 높은 침강성을 보여 응집제 사용가능성을 확인하였다.
Zooloea ramigera 115를 사용하여 생물응집제로서 사용되는 생물고분자생산 실험을 하였다. 생물고분자 생산을 높이기 위하여 회분식, 유가배양, 연속배양방법을 사용하였다. 탄소원으로는 포도당, 유당, 당밀, 유청을 사용하였다. 기질이 포도당의 경우에는 C/N배 98일 때 생물고분자 생산 효과가 좋았으며, 유당의 경우에는 C/N비 30, 당밀과 유청의 경우에는 C/N비 60일 때 생물고분자 생산이 가장 좋았다. 유가배양 방법이 회분식 배양방법 보다 최종 생물고분자 생산이 우수하였다. C/N비를 달리한 2단계 연속 배양방법으로 생산성을 향상시켰다. 당밀의 경우 0.048$hr^{-1}$의 희석속도에서, 유청의 경우 0.096$hr^{-1}$에서 생산성이 가장 좋았다.
Zoogloea ramigera l15SLR로부터 zooglan다당류의 생산을 위한 최적조건에 관한 연구를 수행하였다 탄소원으로 2.5%의 glucose와 lactose를 이용하였을 때 각각 10.7, 10.5 g/L의 다당류를 생산하였으며 , galactose, white sugar, brown sugar의 경우는 각각 6.4, 6.7, 8.7 g/L의 다당류 생산 을 보였다. 2.5% glucose가 첨가된 제한배지에서 종균 배양액(TSB 배지)을 7ml 이상 접종함으로서 종균 1 ml를 접종 하석 생산된 다당류(2.37 gt) 보다 약 4배의 높은 다당류 생산(10.28 g/L)을 보였다. 종균 배양액을 5 ml이상 접종시에 배양 36시간 이후부터 다당류를 생산하였으며 48시간 배양시에 10g/L이상의 다당류 생산이 가능하였다. 탄소원으로서 또한, 종균 배양액의 흡광도가 1.0~l.7일 경우에 10g/L 이상의 다당류를 생산하였으며, 이 범위를 벗어나는 경우에는 다당류 생산이 저해되었다. 배양액에 rifampicin첨가는 12 g/L이상의 다당류 생산을 보였으며, 다당류 분자량은 1.367$\times$106(g/mol)로서 rifampicin을 가하지 경우 1.711$\times$106(g/mol)와 약간의 차이를 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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