The metagenomes of complex microbial communities are rich sources of novel biocatalysts. The gene encoding an extracellular $\alpha$-amylase from a genomic DNA of cow rumen was cloned in Escherichia coli DH5$\alpha$ and sequenced. The $\alpha$-amylase (amyA) gene was 1,893 bp in length, encoding a protein of 631 amino acid residues with calculated molecular weight of 70,734 Da. The molecular weight of the enzyme was estimated to be about 71,000 Da by active staining of a SDS-PACE. The enzyme was 21 to $59\%$ sequence identical with other amyloyltic enzymes. The AmyA was optimally active at pH 6.0 and $40\%$. The AmyA had a calculated pI of 5.87. AmyA expressed in E. coli DH5$\alpha$ was enhanced in the presence of $Mg^{2+}$ (20 mM) and $Ca^{2+}$ (30 mM) and inhibited in the presence of $Fe^{2+}$ and $Cu^{2+}$. The origin of amyA gene could not be confirmed by PCR using internal primer of amyA gene from extracted genomic DNA of 49 species rumen culturable bacteria so far. An amyh is supposed to obtained from unculturable rumen bacterium in cow rumen environment.
Kim, Min-Jeong;Jeon, Dong-Gyung;Ahn, Ho-Sung;Yoon, Il-Gyu;Moon, Eun-Seo;Lee, Chai-Hyun;Lim, Yong;Jang, In-Surk
Korean Journal of Poultry Science
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v.47
no.3
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pp.169-180
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2020
This study examined the effects of a probiotic complex (PC) containing Lactobacillus plantarum, Bacillus subtilis, and Saccharomyces cerevisiae on growth performance, organ weight, immune parameters, fecal microbial count, and noxious odor in broiler chicks. A total of 216 birds (4-day-old) were fed a basal diet (CON) and a diet supplemented with 0.25% (PC1) and 0.5% (PC2) of PC until 35 days of age. No difference in body weight, feed intake, and FCR was observed among the groups. The intestinal mucosal weight of the PC1 group was greater than that of the CON group without affecting weights of the other organs. Intestinal secretory immunoglobulin A (sIgA) levels in the PC2 group increased significantly (P<0.05) compared with that in the CON group. The PC2 group also had a strong tendency for elevated blood sIgA levels. Dietary PC did not affect the level of interleukin-1β in the blood and mucosal tissues or alter maltase, sucrase, and leucine aminopeptidase activities in the intestinal mucosa. The PC2 group had higher colony-forming units (cfu) for L. plantarum and S. cerevisiae, but lower cfu for E. coli than those in the CON group. Compared to the CON diet, the PC2 diet resulted in a decreased H2S concentration and a tendency toward decreased CH3SH concentration. In conclusion, a 0.5% PC diet showed increased sIgA and desirable microbial population, and decreased noxious odor in the feces, suggesting that PC could be applied as an environmentally friendly feed additive in broiler chicks.
Objective: In this study, two glycosidases (XMosidases), ${\beta}$-xylosidase and ${\beta}$-mannosidase, were investigated on their in vitro hydrolysis activities of feed and on the improvement of growth performance in vivo in weanling pigs. Methods: Enzyme activities of XMosidases in vitro were evaluated in test tubes and simulation of gastric and small intestinal digestion, respectively, in the presence of NSPase. In vivo study was performed in 108 weaned piglets in a 28-d treatment. Pigs were allotted to one of three dietary treatments with six replicate pens in each treatment. The three treatment groups were as follows: i) Control (basal diet); ii) CE (basal diets+CE); iii) CE-Xmosidases (basal diets+ CE+${\beta}$-xylosidase at 800 U/kg and ${\beta}$-mannosidase at 40 U/kg). CE was complex enzymes (amylase, protease, xylanase, and mannanase). Results: In vitro XMosidases displayed significant activities on hydrolysis of corn and soybean meal in the presence of non-starch polysaccharide degrading enzymes (xylanase and ${\beta}$-mannanase). In vitro simulation of gastric and small intestinal digestion by XMosidases showed XMosidases achieved $67.89%{\pm}0.22%$ of dry matter digestibility and $63.12%{\pm}0.21%$ of energy digestibility at $40^{\circ}C$ for 5 hrs. In weanling pigs, additional XMosidases to CE in feed improved average daily gain, feed conversion rate (p<0.05), and apparent total tract digestibility of crude protein (p = 0.01) and dry matter (p = 0.02). XMosidases also altered the gut bacterial diversity and composition by increasing the proportion of beneficial bacteria. Conclusion: Addition of a complex enzyme supplementation (contained xylanase, ${\beta}$-mannanase, protease and amylase), XMosidases (${\beta}$-xylosidase and ${\beta}$-mannosidase) can further improve the growth performance and nutrient digestion of young pigs.
Ahu Dikilitas;Fatih Karaaslan;Sehrazat Evirgen;Abdullah Seckin Ertugrul
Journal of Periodontal and Implant Science
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v.52
no.6
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pp.455-465
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2022
Purpose: Periodontal diseases are inflammatory conditions that alter the host's response to microbial pathogens. Type 2 diabetes mellitus (T2DM) is a complex disease that affects the incidence and severity of periodontal diseases. This study investigated the gingival crevicular fluid (GCF) levels of colony-stimulating factor-1 (CSF-1) and interleukin-34 (IL-34) in patients with stage III grade C periodontitis (SIII-GC-P) and stage III grade C periodontitis with uncontrolled type 2 diabetes (SIII-GC-PD). Methods: In total, 72 individuals, including 24 periodontally healthy (PH), 24 SIII-GC-P, and 24 SIII-GC-PD patients, were recruited for this study. Periodontitis patients (stage III) had interdental attachment loss (AL) of 5 mm or more, probing depth (PD) of 6 mm or more, radiographic bone loss advancing to the middle or apical part of the root, and tooth loss (<5) due to periodontal disease. Radiographic bone loss in the teeth was also evaluated; grade C periodontitis was defined as a ratio of the percentage of root bone loss to age greater than 1.0. The plaque index (PI), gingival index (GI), presence of bleeding on probing (BOP), PD, and clinical AL were used for clinical periodontal assessments. GCF samples were obtained and analyzed using an enzyme-linked immunosorbent assay. Results: All clinical parameters-PD, AL, GI, BOP, and PI-were significantly higher in the SIII-GC-PD group than in the PH and SIII-GC-P groups for both the full mouth and each sampling site (P<0.05). The total IL-34 and CSF-1 levels were significantly higher in the SIII-GC-PD group than in the PH and SIII-GC-P groups (P<0.05), and there were significant differences between the periodontitis groups (P<0.05). Conclusions: These findings suggest that IL-34 and CSF-1 expression increases in patients with SIII-GC-PD. CSF-1 was associated with the inflammatory status of periodontal tissues and T2DM, while IL-34 was associated only with T2DM.
Young Jin Kim;Sam Woong Kim;Tae Wok Lee;Won-Jae Chi;Woo Young Bang;Ki Hwan Moon;Tae Wan Kim;Kyu Ho Bang;Sang Wan Gal
Journal of Life Science
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v.33
no.10
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pp.808-819
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2023
This study was conducted to develop a selection marker for the identification of the Bacillus licheniformis K12 strain in microbial communities. The strain not only demonstrates good growth at moderate temperatures but also contains enzymes that catalyze the decomposition of various polymer materials, such as proteases, amylases, cellulases, lipases, and xylanases. To identify molecular markers appropriate for use in a microbial community, a search was conducted to identify variable gene regions that show considerable genetic mutations, such as recombinase, integration, and transposase sites, as well as phase-related genes. As a result, five areas were identified that have potential as selection markers. The candidate markers were two recombinase sites (BLK1 and BLK2), two integration sites (BLK3 and BLK4), and one phase-related site (BLK5). A PCR analysis performed with different Bacillus species (e.g., B. licheniformis, Bacillus velezensis, Bacillus subtilis, and Bacillus cereus) confirmed that PCR products appeared at specific locations in B. licheniformis: BLK1 in recombinase, BLK2 in recombinase family protein, and BLK3 and BLK4 as site-specific integrations. In addition, BLK1 and BLK3 were identified as good candidate markers via a PCR analysis performed on subspecies of standard B. licheniformis strains. Therefore, the findings suggest that BLK1 can be used as a selection marker for B. licheniformis species and subspecies in the microbiome.
Butyrate is one of the short-chain fatty acids that are present in the colon of mammals in millimolar concentration as a result of microbial anaerobic fermentation of dietary fiber, undigested starch, and proteins. In this study, sodium butyrate was examined in HT29 cell, human colonic cancer cell line, on cell viability, alkaline phosphatase activity, PLC-${\gamma}$1 expression and complex sphingolipid biosynthesis. Treatment with butyrate showed that the decrease of cell adhesion and viability was time-dependent. Sodium butyrate also induced to increase the activity of alkaline phosphatase which is a differentiation marker enzyme and decrease the expression of PLC-${\gamma}$1. Biosynthesis of sphingomyelin and galactosylceramide by butyrate treatment were decreased so fast but ceramide was increased 680dpm/mg protein% more than untreated group on first day and then decreased fast. In addition, acid ceramidase and neutral ceramidase activity were inhibited early stage by sodium butyrate. These results suggest that sodium butyrate causes cell differentiation or cell growth arrest of HT29 cell accompanied by early increase of ceramide content and alkaline phosphatase activity and decrease of galactosylceramide content and PLC-r1 expression.
Biomass is originally photosynthesized from inorgainic compounds such as $CO_2$, minerals, water and solar energy. Recent studies have shown that anaerobic bacteria have the ability to convert recalcitrant biomass such as cellullosic or chitinoic materials to useful compounds. The biomass containing agricultural waste, unutilized wood and other garbage is expected to utilize as feed, food and fuel by microbial degradation and other metabolic functions. In this study we isolated several anaerobic, cellulolytic and chitinolytic bacteria from rumen fluid, compost and soil to study their related enzymes and genes. The anaerobic and cellulolytic bacteria, Clostridium thermocellum, Clostridium stercorarium, and Clostridium josui, were isolated from compost and the chitinolytic Clostridium paraputrificum from beach soil and Ruminococcus albus was isolated from cow rumen. After isolation, novel cellulase and xylanase genes from these anaerobes were cloned and expressed in Escherichia coli. The properties of the cloned enzymes showed that some of them were the components of the enzyme (cellulase) complex, i.e., cellulosome, which is known to form complexes by binding cohesin domains on the cellulase integrating protein (Cip: or core protein) and dockerin domains on the enzymes. Several dockerin and cohesin polypeptides were independently produced by E. coli and their binding properties were specified with BIAcore by measuring surface plasmon resonance. Three pairs of cohesin-dockerin with differing binding specificities were selected. Two of their genes encoding their respective cohesin polypeptides were combined to one gene and expressed in E. coli as a chimeric core protein, on which two dockerin-dehydrogenase chimeras, the dockerin-formaldehyde dehydrogenase and the dockerin-NADH dehydrogenase are planning to bind for catalyzing $CO_2$ reduction to formic acid by feeding NADH. This reaction may represent a novel strategy for the reduction of the green house gases. Enzymes from the anaerobes were also expressed in tobacco and rice plants. The activity of a xylanase from C. stercorarium was detected in leaves, stems, and rice grain under the control of CaMV35S promoter. The digestibility of transgenic rice leaves in goat rumen was slightly accelerated. C. paraputrificum was found to solubilize shrimp shells and chitin to generate hydrogen gas. Hydrogen productivity (1.7 mol $H_2/mol$ glucos) of the organism was improved up to 1.8 times by additional expression of the own hydrogenase gene in C. paraputrficum using a modified vector of Clostridiu, perfringens. The hydrygen producing microflora from soil, garbage and dried pelletted garbage, known as refuse derived fuel(RDF), were also found to be effective in converting biomass waste to hydrogen gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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