Three combinations of molecular chaperones from Escherichia coli (i.e., DnaK-DnaJ-GrpE-GroEL-GroES, GroEL-GroES, and DnaK-DnaJ-GrpE) were overproduced in E. coli BL21, and their in vitro stabilizing effects on a nitrile hydratase (NHase) were assessed. The optimal gene combination, E. coli groEL-groES (ecgroEL-ES), was introduced into Rhodococcus ruber TH3. A novel engineered strain, R. ruber TH3G was constructed with the native NHase gene on its chromosome and the heterologous ecgroEL-ES genes in a shuttle plasmid. In R. ruber TH3G, NHase activity was enhanced 37.3% compared with the control, TH3. The in vivo stabilizing effect of ecGroEL-ES on the NHase was assessed using both acrylamide immersion and heat shock experiments. The inactivation behavior of the in vivo NHase after immersion in a solution of dynamically increased concentrations of acrylamide was particularly evident. When the acrylamide concentration was increased to 500 g/l (50%), the remaining NHase activity in TH3G was 38%, but in TH3, activity was reduced to 10%. Reactivation of the in vivo NHases after varying degrees of inactivation was further assessed. The activity of the reactivated NHase was more than 2-fold greater in TH3G than in TH3. The hydration synthesis of acrylamide catalyzed by the in vivo NHase was performed with continuous acrylonitrile feeding. The final concentration of acrylamide was 640 g/l when catalyzed by TH3G, compared with 490 g/l acrylamide by TH3. This study is the first to show that the chaperones ecGroEL-ES work well in Rhodococcus and simultaneously possess protein-folding assistance functions and the ability to stabilize and reactivate the native NHases.
Ku, Seockmo;You, Hyun Ju;Park, Myeong Soo;Ji, Geun Eog
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.7
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pp.1206-1215
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2016
Ginsenosides are the major active ingredients in ginseng used for human therapeutic plant medicines. One of the most well-known probiotic bacteria among the various strains on the functional food market is Lactobacillus rhamnosus GG. Biocatalytic methods using probiotic enzymes for producing deglycosylated ginsenosides such as Rd have a growing significance in the functional food industry. The addition of 2% cellobiose (w/v) to glucose-free de Man-Rogosa-Sharpe broths notably induced β-glucosidase production from L. rhamnosus GG. Enzyme production and activity were optimized at a pH, temperature, and cellobiose concentration of 6.0, 40℃, and 2% (w/v), respectively. Under these controlled conditions, β-glucosidase production in L. rhamnosus GG was enhanced by 25-fold. Additionally, whole-cell homogenates showed the highest β-glucosidase activity when compared with disrupted cell suspensions; the cell disruption step significantly decreased the β-glucosidase activity. Based on the optimized enzyme conditions, whole-cell L. rhamnosus GG was successfully used to convert ginsenoside Rb1 into Rd.
Flower-shaped organic-inorganic hybrid nanostructures, termed nanoflowers, have received considerable recent attention as they possess greatly enhanced activity, stability, durability, and even selectivity of entrapped organic biomolecules, which are much better than those from the conventional methods. They can be synthesized simply via co-incubation of organic and inorganic components in aqueous buffer at room temperature and yield hierarchical nanostructures with large surface-to-volume ratios, allowing for low-cost production by easy scale-up, as well as the high loading capacity of biomolecules without severe mass transfer limitations. Since a pioneering study reported on hybrid nanoflowers prepared with protein and copper sulfate, many other organic and inorganic components, which endow nanoflowers with diverse functionalities, have been employed. Thanks to these features, they have been applied in a diverse range of areas, including biosensors and biocatalysis. To highlight the progress of research on organic-inorganic hybrid nanoflowers, this review discusses their synthetic methods and mechanisms, structural and biological characteristics, as well as recent representative applications. Current challenges and future directions toward the design and development of multi-functional nanoflowers for their widespread utilization in biotechnology are also discussed.
Screening microorganisms that can produce glucan hydrolases for industrial, environmental, and biomedical applications is important. Herein, we describe a novel approach to perform glucan hydrolase screening-based on analysis of matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (MALDI-MS) spectra-which involves degradation of the oligo- and polysaccharides. As a proof-of-concept study, glucan hydrolases that could break down glucans made of several glucose units were used to demonstrate the MALDI-MS-based enzyme assay. First, the enzyme activities of ${\alpha}$-amylase and cellulase on a mixture of glucan oligosaccharides were successfully discriminated, where changes of the MALDI-MS profiles directly reflected the glucan hydrolase activities. Next, we validated that this MALDI-MS-based enzyme assay could be applied to glucan polysaccharides (i.e., pullulan, lichenan, and schizophyllan). Finally, the bacterial glucan hydrolase activities were screened on 96-well plate-based platforms, using cell lysates or samples of secreted enzyme. Our results demonstrated that the MALDI-MS-based enzyme assay system would be useful for investigating bacterial glucoside hydrolases in a high-throughput manner.
Maatooq, Galal T.;El-Sharkawy, Saleh H.;Afifi, Mohamed S.;Rosazza, Jack P. N.
Natural Product Sciences
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v.4
no.1
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pp.9-14
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1998
Jaceidin, Jaceidin-7-O-methylether and quercetin were isolated from-Juniperus phoenicea L. alcoholic extract, however, Sequoiaflavone was isolated from Cupressus semperiverns L. In addition, the alcoholic extracts of both plants were found to contain also kaempferol-3-O-rhamnoside, quercetrin, myricitrin, cupressuflavone. The chemical identities of the isolated compounds were established using UV, IR, $^1H-and\;^{13}C-NMR$ spectroscopy.
Recently, soybean isoflavone aglycones (i.e., daidzein and genistein) and ${\gamma}-aminobutyric$ acid (GABA) have begun to receive considerable consumer attention owing to their potential as nutraceuticals. To produce these ingredients, multiple microorganisms and their enzymes are commonly used for catalysis in the nutraceutical industry. In this work, we introduce a novel fermentation process that uses whole-cell biocatalysis to accelerate GABA and isoflavone aglycone production in doenjang (a traditional Korean soybean paste). Microbial enzymes transform soybean isoflavone glycosides (i.e., daidzin and genistin) and monosodium glutamate into soybean isoflavone aglycones and GABA. Lactobacillus brevis GABA 100 and Aspergillus oryzae KACC 40250 significantly reduced the production time with the aid of a protease. The resulting levels of GABA and daidzein were higher, and genistein production resembled the levels in traditional doenjang fermented for over a year. Concentrations of GABA, daidzein, and genistein were measured as 7,162, 60, and $59{\mu}g/g$, respectively on the seventh day of fermentation. Our results demonstrate that the administration of whole-cell L. brevis GABA 100 and A. oryzae KACC 40250 paired with a protease treatment is an effective method to accelerate GABA, daidzein, and genistein production in doenjang.
Yuan, Haibo;Liu, Yanfeng;Lv, Xueqin;Li, Jianghua;Du, Guocheng;Shi, Zhongping;Liu, Long
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.28
no.12
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pp.1999-2008
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2018
The compound 2,5-furandicarboxylic acid (FDCA), an important bio-based monomer for the production of various polymers, can be obtained from 5-hydroxymethylfurfural (HMF). However, efficient production of FDCA from HMF via biocatalysis has not been well studied. In this study, we report the identification of key genes that are involved in FDCA synthesis and then the engineering of Raoultella ornithinolytica BF60 for biocatalytic oxidation of HMF to FDCA using its resting cells. Specifically, previously unknown candidate genes, adhP3 and alkR, which were responsible for the reduction of HMF to the undesired product 2,5-bis(hydroxymethyl)furan (HMF alcohol), were identified by transcriptomic analysis. Combinatorial deletion of these two genes resulted in 85.7% reduction in HMF alcohol formation and 23.7% improvement in FDCA production (242.0 mM). Subsequently, an aldehyde dehydrogenase, AldH, which was responsible for the oxidation of the intermediate 5-formyl-2-furoic acid (FFA) to FDCA, was identified and characterized. Finally, FDCA production was further improved by overexpressing AldH, resulting in a 96.2% yield of 264.7 mM FDCA. Importantly, the identification of these key genes not only contributes to our understanding of the FDCA synthesis pathway in R. ornithinolytica BF60 but also allows for improved FDCA production efficiency. Moreover, this work is likely to provide a valuable reference for producing other furanic chemicals.
A lipase from Pseudomonas cepacia was immobilized onto single walled carbon nanotubes (SWNTs) in two different ways in each of two solvent systems (buffer and ionic liquid). The most efficient immobilization was achieved in ionic liquid (1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate, BMIM-$BF_4$). In this procedure, carbon nanotubes were first functionalized noncovalently with 1-pyrenebutyric acid N-hydroxysuccinimide ester and then subject to the coupling reaction with the lipase in ionic liquid. The resulting immobilized enzyme displayed the highest activity in the transesterification of 1-phenylethyl alcohol in the presence of vinyl acetate in toluene.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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