본 연구에서는 lignocellulosic biomass (xylose)의 부가가치를 높이고 효율적인 활용을 위해 xylitol dehydrogenase를 Saccharomyces cerevisiae 숙주세포에서 분비 생산하고자 하였다. 먼저 S. cerevisiae와 Pichia stipitis유래 XYL2 유전자(S.XYL2 and P.XYL2 gene)의 발현 시스템을 구축하기 위하여 GAL10 promoter와 ADH1 promoter 하류에 각각 mating factor ${\alpha}$ ($MF{\alpha}$) signal sequence와 XYL2유전자를 가진 $pGMF{\alpha}-S.XYL2$, $pGMF{\alpha}-P.XYL2$, $pAMF{\alpha}-S.XYL2$와 $pAMF{\alpha}-P.XYL2$ plasmid를 구축하였다. 각각의 plasmid는 S. cerevisiae $SEY2102{\Delta}trp1$ 균주에 형질전환되었고, 생산된 xylitol dehydrogenase의 활성을 조사해 본 결과, GAL10 promoter가 ADH1 promoter보다 XYL2유전자의 발현에 더욱 적합함을 확인 할 수 있었다. 또한 P. stipitis 유래의 xylitol dehydrogenase 효소 활성이 S. cerevisiae 유래의 효소 활성보다 2배 이상 더 높았으며, 활성의 증가를 위해 두 유전자 모두 cofactor로 $NAD^+$에 의존한다는 것을 확인하였다. 재조합 유전자가 가지는 분비서열에 의해 $SEY2102{\Delta}trp1/pGMF{\alpha}-P.XYL2$ 균주에서 xylitol dehydrogenase의 약 77%는 periplasmic space로 분비 발현되었음을 알 수 있었다. 또한 재조합 xylitol dehydrogenase의 효율적인 생산을 위해 탄소원의 영향을 조사해본 결과, glucose 단독보다 glucose와 xylose를 혼합 배양한 경우에서 효소활성이 최대 41% 정도 증가되었음을 확인 할 수 있었다. 본 연구에서 최적화한 발현 시스템 및 배양 조건은 xylose 뿐만 아니라 다양한 biomass를 이용한 유용물질 생산을 위한 관련 단백질의 발현 분비시스템 구축 및 대량생산에도 응용될 수 있을 것이라 생각된다.
생물비료의 개발을 위하여 분리된 난용성 인산염의 가용화능이 우수한 균주인 Aeromonas hydrophila DA33의 분자육종을 위해 인산가용화 관련 유전자를 도입하였다. E. coli의 gdh 유전자를 도입한 A. hydrophila DA33은 GDH 활성이 증가하여 유전자가 발현됨을 확인하였으며, wild type에 비해 GDH 활성이 약 40% 정도 높게 나타났으며, 이는 도입된 gdh 유전자의 발현에 의한 것으로 보여 진다. 이 균주는 인산가용화에 기여하는 유기산인 gluconate의 생성도 증가하였다. A. hydrophila DA33의 wild type과 gdh 유전자를 도입한 A. hydrophila pGHS/DA33의 난용성 인산염 가용화능을 실험한 결과, gdh 유전자를 도입한 균주의 인산 가용화능이 약 1.4배 정도의 효과를 보였다. 지금까지의 결과로 비춰볼때 앞으로 생물 비료로서의 A. hydrophila DA33 이용 가능성을 나타내며, 분자육종균 A. hydrophila pGHS/DA33은 생물비료로서의 효율성을 가질 것으로 기대된다.
Jo, You-Young;Kim, Sun-Hee;Yang, Young-Yell;Kang, Choong-Min;Sohng, Jae-Kyung;Suh, Joo-Won
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제13권6호
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pp.906-911
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2003
The function of genes related to spectinomycin biosynthesis (spcD, speA, speB, spcS2) from Streptomyces spectabilis ATCC 27741, a spectinomycin producer, was analyzed. Each gene was subcloned from a spectinomycin biosynthetic gene cluster and overexpressed in E. coli BL21 (DE3) using pET vector. After incubating each purified protein with its possible substrates, the final products were analyzed using high-performance liquid chromatography (HPLC). From these results, spcD, speA, and speB have been identified to be dTDP-glucose synthase, myo-inositol monophosphatase, and myo-inositol dehydrogenase, respectively. In addition, the results suggest that the spcS2 gene product functions downstream of the speB gene product in the biosynthetic pathway of spectinomycin. Taken together, the present study elucidates the early steps of the biosynthetic pathway for 6-deoxyhexose (6-DOH) part (actinospectose) and aminocyclitol part (actinamine) of spectinomycin.
Sphingomonas chungbukensis DJ77 has the ability to produce large quantities of an extracellular polysaccharide that can be used as a gelling agent in the food and pharmaceutical industries. We identified, cloned and expressed the UDP-glucose dehydrogenase gene of S. chungbukensis DJ77, and characterized the resulting protein. The purified UDP-glucose dehydrogenase (UGDH), which catalyzes the reversible conversion of UDP-glucose to UDPglucuronic acid, formed a homodimer and the mass of the monomer was estimated to be 46 kDa. Kinetic analysis at the optimal pH of 8.5 indicated that the $K_m\;and\;V_{max}$ for UDP-glucose were 0.18 mM and 1.59 mM/min/mg, respectively. Inhibition assays showed that UDP-glucuronic acid strongly inhibits UGDH. Site-directed mutagenesis was performed on Gly9, Gly12 Thr127, Cys264, and Lys267. Substitutions of Cys264 with Ala and of Lys267 with Asp resulted in complete loss of enzymatic activity, suggesting that Cys264 and Lys267 are essential for the catalytic activity of UGDH.
The cyclic AMP receptor protein (CRP) homolog, GlxR, controls the expression of several genes involved in the regulation of diverse physiological processes in Corynebacterium glutamicum. In silico analysis has revealed the presence of glxR binding sites upstream of genes ptsG, adhA, and ald, encoding glucose-specific phosphotransferase system protein, alcohol dehydrogenase (ADH), and acetaldehyde dehydrogenase (ALDH), respectively. However, the involvement of the GlxR-cAMP complex on the expression of these genes has been explored only in vitro. In this study, the expressions of ptsG, adhA, and ald were analyzed in detail using an adenylate cyclase gene (cyaB) deletion mutant and glxR deletion mutant. The specific activities of ADH and ALDH were increased in both the mutants in glucose and glucose plus ethanol media, in contrast to the wild type. In accordance, the promoter activities of adhA and ald were derepressed in the cyaB mutant, indicating that glxR acts as a repressor of adhA. Similarly, both the mutants exhibited derepression of ptsG regardless of the carbon source. These results confirm the involvement of GlxR on the expression of important carbon metabolic genes; adhA, ald, and ptsG.
Thermophilic bacterium, Bacillus stearothermophilus NUB3621, was engineered to produce ethanol from glucose by introducing cloned thermostable pyruvate decarboxylase and alcohol dehydrogenase genes. A novel promoter sequence was screened and used for the enhancement of these two enzymes. Successful redirection of metabolic flux into ethanol was obtained. In addition, gene expression profiling using Bacillus subtilis DNA microarray was analyzed to overcome the intrinsic low glucose utilization of B.stearothermophilus. Many known and unknown genes were identified to be up or down regulated under glucose-containing media.
Nicol, Christopher J.;Zielenski, Julian;Tsui, Lap-Chee;Wells, Peter G.
한국환경성돌연변이발암원학회:학술대회논문집
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한국환경성돌연변이발암원학회 2002년도 Current Trends in Toxicological Sciences
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pp.48-64
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2002
The primary recognized health risk from common deficiencies in glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PD), a cytoprotective enzyme for oxidative stress, is red blood cell hemolysis. Here we show that litters from untreated pregnant mutant mice with a hereditary G6PD deficiency had increased prenatal (fetal resorptions) and postnatal death. When treated with the anticonvulsant drug phenytoin, a human teratogen that is commonly used in pregnant women and causes embryonic oxidative stress, G6PD-deficient dams had higher embryonic DNA oxidation and more fetal death and birth defects. The reported G6PD gene mutation was confirmed and used to genotype fetal resorptions, which were primarily G6PD deficient. This is the first evidence that G6PD is a developmentally critical cytoprotective enzyme for both endogenous and xenobiotic-initiated embryopathic oxidative stress and DNA damage. G6PD deficiencies accordingly may have a broader biological relevance as important determinants of infertility, in utero and postnatal death, and teratogenesis.-Nicol, C. J., Zielenski, J., Tsui, L.-C., Wells, P. G. An embryoprotective role for glucose-6-phosphate dehydrogenase in developmental oxidative stress and chemical teratogenesis.
Flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FAD-GDH) can utilize a variety of external electron acceptors and also has stricter substrate specificity than any other glucose oxidoreductases, which makes it the ideal diagnostic enzyme in the field of glucose biosensors. A gene coding for a hypothetical protein, similar to glucose oxidase and derived from Aspergillus terreus NIH2624, was overexpressed in Pichia pastoris GS115 under the control of an AOX1 promoter with a level of 260,000 U/l in the culture supernatant after fed-batch cultivation for 84 h. After a three-step purification protocol that included isopropanol precipitation, affinity chromatography, and a second isopropanol precipitation, recombinant FAD-GDH was purified with a recovery of 65%. This is the first time that isopropanol precipitation has been used to concentrate a fermentation supernatant and exchange buffers after affinity chromatography purification. The purified FAD-GDH exhibited a broad and diffuse band between 83 and 150 kDa. The recombinant FAD-GDH was stable across a wide pH range (3.5 to 9.0) with maximum activity at pH 7.5 and $55^{\circ}C$. In addition, it displayed very high thermal stability, with a half-life of 82 min at $60^{\circ}C$. These characteristics indicate that FAD-GDH will be useful in the field of glucose biosensors.
Fassah, Dilla Mareistia;Jeong, Jin Young;Baik, Myunggi
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제31권4호
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pp.537-547
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2018
Objective: This study was performed to understand transcriptional changes in the genes involved in gluconeogenesis and glycolysis pathways following castration of bulls. Methods: Twenty Korean bulls were weaned at average 3 months of age, and castrated at 6 months. Liver tissues were collected from bulls (n = 10) and steers (n = 10) of Korean cattle, and hepatic gene expression levels were measured using quantitative real-time polymerase chain reaction. We examined hepatic transcription levels of genes encoding enzymes for irreversible reactions in both gluconeogenesis and glycolysis as well as genes encoding enzymes for the utilization of several glucogenic substrates. Correlations between hepatic gene expression and carcass characteristics were performed to understand their associations. Results: Castration increased the mRNA (3.6 fold; p<0.01) and protein levels (1.4 fold; p<0.05) of pyruvate carboxylase and mitochondrial phosphoenolpyruvate carboxykinase genes (1.7 fold; p<0.05). Hepatic mRNA levels of genes encoding the glycolysis enzymes were not changed by castration. Castration increased mRNA levels of both lactate dehydrogenase A (1.5 fold; p<0.05) and lactate dehydrogenase B (2.2 fold; p<0.01) genes for lactate utilization. Castration increased mRNA levels of glycerol kinase (2.7 fold; p<0.05) and glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1 (1.5 fold; p<0.05) genes for glycerol utilization. Castration also increased mRNA levels of propionyl-CoA carboxylase beta (mitochondrial) (3.5 fold; p<0.01) and acyl-CoA synthetase short chain family member 3 (1.3 fold; p = 0.06) genes for propionate incorporation. Conclusion: Castration increases transcription levels of critical genes coding for enzymes involved in irreversible gluconeogenesis reactions from pyruvate to glucose and enzymes responsible for incorporation of glucogenic substrates including lactate, glycerol, and propionate. Hepatic gluconeogenic gene expression levels were associated with intramuscular fat deposition.
Park, Chan Mi;Jeong, Heon;Ma, Sang Hoon;Kim, Hyun Min;Joung, Young Hee;Yun, Chul-Ho
한국미생물·생명공학회지
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제47권4호
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pp.536-545
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2019
Cytochrome P450 (P450 or CYP) is involved in the metabolism of endogenous and exogenous compounds in most organisms. P450s have great potential as biocatalysts in the pharmaceutical and fine chemical industries because they catalyze diverse oxidative reactions using a wide range of substrates. The high-cost nicotinamide cofactor, NADPH, is essential for P450 reactions. Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) has been commonly used in NADPH-generating systems (NGSs) to provide NADPH for P450 reactions. Currently, only two G6PDHs from Leuconostoc mesenteroides and Saccharomyces cerevisiae can be obtained commercially. To supply high-cost G6PDH cost-effectively, we cloned the cytosolic G6PDH gene of Solanum lycopersicum (tomato) with 6xHis tag, expressed it in Escherichia coli, and purified the recombinant G6PDH (His-G6PDH) using affinity chromatography. In addition, enzymatic properties of His-G6PDH were investigated, and the His-G6PDH-coupled NGS was optimized for P450 reactions. His-G6PDH supported CYP102A1-catalyzed hydroxylation of omeprazole and testosterone by NADPH generation. This result suggests that tomato His-G6PDH could be a cost-effective enzyme source for NGSs for P450-catalyzed reactions as well as other NADPH-requiring reactions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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