In this study, the xylitol dehydrogenase (XYL2) gene was expressed in Saccharomyces cerevisiae as a host cell for ease of use in the degradation of lignocellulosic biomass (xylose). To select suitable expression systems for the S.XYL2 gene from S. cerevisiae and the P.XYL2 gene from Pichia stipitis, $pGMF{\alpha}-S.XYL2$, $pGMF{\alpha}-P.XYL2$, $pAMF{\alpha}-S.XYL2$ and $pAMF{\alpha}-P.XYL2$ plasmids with the GAL10 promoter and ADH1 promoter, respectively, were constructed. The mating factor ${\alpha}$ ($MF{\alpha}$) signal sequence was also connected to each promoter to allow secretion. Each plasmid was transformed into S. cerevisiae $SEY2102{\Delta}trp1$ strain and the xylitol dehydrogenase activity was investigated. The GAL10 promoter proved more suitable than the ADH1 promoter for expression of the XYL2 gene, and the xylitol dehydrogenase activity from P. stipitis was twice that from S. cerevisiae. The xylitol dehydrogenase showed $NAD^+$-dependent activity and about 77% of the recombinant xylitol dehydrogenase was secreted into the periplasmic space of the $SEY2102{\Delta}trp1/pGMF{\alpha}-P.XYL2$ strain. The xylitol dehydrogenase activity was increased by up to 41% when a glucose/xylose mixture was supplied as a carbon source, rather than glucose alone. The expression system and culture conditions optimized in this study resulted in large amounts of xylitol dehydrogenase using S. cerevisiae as the host strain, indicating the potential of this expression system for use in bioethanol production and industrial applications.
Park, In-Hye;Song, Ok-Ryul;Lee, Yong-Seok;Kang, Ui-Gum;Choi, Si-Lim;Choi, Yong-Lark
Journal of Life Science
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v.18
no.6
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pp.878-883
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2008
Aeromonas hydrophila DA33 was isolated from cultivated soils as a bacteria having high abilities to solubilize inorganic phosphate. Glucose dehydrogenase gene (gdh) was cloned from Escherichia coli. The recombinant plasmid, pGHS containing glucose dehydrogenase gene was introduced into A. hydrophila DA33 in order to improve the activity of phosphate-solubilizing. The transformant harboring the gdh gene, A. hydrophila pGHS/DA33 increased enzyme activity. The strain also increased the gluconic acid generation that was effective for phosphate solubilization. It was possible that the strain containing pGHS produced higher solubilized phosphate with tri-calcium phosphate as the unique (P) source, in comparison with that of wild type without plasmid. These results suggest that the strain, A. hydrophila pGHS/DA33 is expected as effective biofertilizer for phosphate solubilization.
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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v.13
no.6
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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.
Proceedings of the Korea Environmental Mutagen Society Conference
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2002.05a
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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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v.31
no.4
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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
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.47
no.4
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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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