Chung Moon-Gyu;Yun Hye Sun;Kim Hyung Woo;Nam Jin Sik;Chung Chung Wook;Rhee Young Ha
Korean Journal of Microbiology
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v.41
no.3
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pp.225-231
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2005
The characteristics of cell growth and medium-chain-length polyhydroxyalkanoate (MCL-PHA) biosynthesis of Pseudomonas chlororaphis HS21 were investigated using plant oils as the carbon substrate. The organism was efficiently capable of utilizing plant oils, such as palm oil, corn oil, and sunflower oil, as the sole carbon source for growth and MCL-PHA production. When palm oil (5 g/L) was used as the carbon source, the cell growth and MCL-PHA accumulation of this organism occurred simultaneously, and a high dry cell weight (2.4 g/L) and MCL-PHA ($40.2\;mol{\%}$ of dry cell weight) was achieved after 30 hr of batch-fermentation. The repeating unit in the MCL-PHA produced from palm oil composed of 3-hydroxyhexanoate ($7.0\;mol{\%}$), 3-hydroxyoctanoate ($45.3\;mol{\%}$), 3-hydroxydecanoate ($39.0\;mol{\%}$), 3-hydroxydodecanoate ($6.8\;mol{\%}$), and 3-hydroxytetradecanoate ($1.9\;mol{\%}$), as determined by GC/MS. Even though glucose was a carbon substrate that support cell growth but not PHA production, the conversion rate of palm oil to PHA was significantly increased when glucose was fed as a cosubstrate, suggesting that bioconversion of some functionalized carbon substrates to related polymers in P chlororaphis HS21 could be enhanced by the co-feed of good carbon substrates for cell growth. In addition, the change of compositions of repeating units in MCL-PHAs synthesized from the plant oils was markedly affected by the supplementation of acrylic acid, an inhibitor of fatty acid ${\beta}-oxidation$. The addition of acrylic acid resulted in the increase of longer chain-length repeating units, such as 3-hydroxydodecanoate and 3-hydroxytetradecanoate, in the MCL-PHAs produced. Particularly, MCI-PHAs containing high amounts of unsaturated repeating units could be produced when sunflower oil and corn oil were used as the carbon substrate. These results suggested that the alteration of PHA synthesis pathway by acrylic acid addition can offer the opportunity to design new functional MCL-PHAs and other unusual polyesters that have unique physico-chemical properties.
A Pseudomonas sp. strain that is capable of utilizing dicarboxylic acids as a sole carbon source was isolated from activated sludge by using the enrichment culture technique. This organism accumulated polyhydroxyalkanoates (PHAs) with an unusual pattern of monomer units that depends on the carbon sources used. Polyhydroxybutyrate (PHB) homopolyester was synthesized from glucose or small $C_{-even}$ alkanoic acids, such as butyric acid and hexanoic acid. Accumulation of PHB homopolyester was also observed in the cells grown on $C_{-odd}$ dicarboxylic acids, such as heptanedioic acid and nonanedioic acid as the sole carbon sources. In contrast, a copolyester consisting of 6 mol% 3-hydroxybutyrate (3HB) and 94 mol% 3-hydroxyvalerate (3HV) was produced with a PHA content of as much as 36% of the cellular dry matter. This strain produced PHAs consisting both of the short-chain-length (SCL) and the medium-chain-length (MCL) 3-hydroxyacid units when heptanoic acid to undecanoic acid were fed as the sole carbon sources. Most interestingly, polyester consisting of significant amount of relevant fractions, 3HB, 3HV, and 3-hydroxyheptanoate (3HHp), was accumulated from heptanoic acid. According to solvent fractionation experiments, the polymer produced from heptanoic acid was a blend of poly(3HHp) and of a copolyester of 3HB, 3HV, and 3HHp units. The hexane soluble fractions contained only 3HHp units while the hexane-insoluble fractions contained 3HB and 3HV units with a small amount of 3HHp unit. The copolyester was an elastomer with unusual mechanical properties. The maximum elongation ratio of the copolyester was 460% with an ultimate strength of 10 MPa, which was very different from those of poly(3HB-co-3HV) copolyesters having similar compositions produced from other microorganisms.
Kang, Du-Kyeong;Lee, Cho-Ryong;Lee, Sun Hee;Bae, Jung-Hoon;Park, Young-Kwon;Rhee, Young Ha;Sung, Bong Hyun;Sohn, Jung-Hoon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.5
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pp.990-994
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2017
Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biodegradable plastics produced by bacteria, but their use in diverse applications is prohibited by high production costs. To reduce these costs, the conversion by Pseudomonas strains of PHAs from crude sludge palm oil (SPO) as an inexpensive renewable raw material was tested. Pseudomonas putida S12 was found to produce the highest yield (~41%) of elastomeric medium-chain-length (MCL)-PHAs from SPO. The MCL-PHA characteristics were analyzed by gas-chromatography/mass spectrometry, gel permeation chromatography, and differential scanning calorimetry. These findings may contribute to more widespread use of PHAs by reducing PHA production costs.
The present study describes medium-chain-length polyhydroxyalkanoates (mcl-PHAs) production by the Pseudomonas Gl01 strain isolated from mixed microbial communities utilized for PHAs synthesis. A two-step fed-batch fermentation was conducted with glucose and waste rapeseed oil as the main carbon source for obtaining cell growth and mcl-PHAs accumulation, respectively. The results show that the Pseudomonas Gl01 strain is capable of growing and accumulating mcl-PHAs using a waste oily carbon source. The biomass value reached 3.0 g/l of CDW with 20% of PHAs content within 48 h of cultivation. The polymer was purified from lyophilized cells and analyzed by gas chromatography (GC). The results revealed that the monomeric composition of the obtained polyesters depended on the available substrate. When glucose was used in the growth phase, 3-hydroxyundecanoate and 3-hydroxydodecanoate were found in the polymer composition, whereas in the PHAs-accumulating stage, the Pseudomonas Gl01 strain synthesized mcl-PHAs consisting mainly of 3-hydroxyoctanoate and 3-hydroxydecanoate. The transcriptional analysis using reverse-transcription real-time PCR reaction revealed that the phaC1 gene could be transcribed simultaneously to the phaZ gene.
Pseudomonas sp. MBEL21 was newly isolated from soil samples and found to accumulate medium-chain-length Polyhydroxyalkanoates(MCL-PHAs) using oleic acid as a sole carbon source. Among the various nutrient limiting conditions examined, including nitrogen, sulfur and phosphorus, only phosphorus limitation supported the accumulation of MCL-PHAs up to 15 wt% of dry cell weight in flask cultures. MCL-PHAs produced by Pseudomonas sp. MBEL21 was mainly composed of 3-hydroxy-5-cis-tetradecenoate. Fed-batch culture of Pseudomonas sp. MBEL21 by novel feeding strategies based on cell growth charcteristics was carried out under phosphorus limitation using oleic acid as a sole carbon source. The final cell concentration and PHA content of 82 g/L and 28 wt%, respectively, were obtained. Furthermore, PHA consisted of MCL-hydroxyalkanoates and 3-hydroxybutyrate could be produced using olive oil as a sole carbon source.
Fed-batch culture of Pseudomonas oleovorans was carried out for the production of medium-chain-length polyhydroxyalkanoates (MCL-PHAs) using octanoate as a carbon source. Octanoate and the salt solution containing ammounium sulfate and magnesium sulfate were intermittently fed in the course of fermentation. Cell mass and PHA concentrations of 42.8 and 16.8g/L, respectively, could be obtained in 40 h. The PHA content and the PHA productivity were 39.2% and 0.42 g PHA/L-h, respectively. The yields of cell mass and PHA were 0.71 g dry cell mass/g octanoate and 0.28g PHA/g octanoate, respectively. Therefore, octanoate can be used for the production of MCL-PHAs to a high concentration with high productivity.
Biodegradable polymers, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA), poly(3-hydroxybutyrate) (PHB), and medium chain length polyhydroxyalkanoates (MCL-PHA) containing rose bengal (model drug) were coated onto the surface of stainless steel (stent materials) and their in vitro release characteristics were investigated. Drug release increased with; decreasing PLGA concentration, increasing rose bengal concentration, and Increasing dip-coating duration. The order of drug release from the polymer coating was: PHB > PLGA > MCL-PHA. These results suggest that drug release can be controlled by: changing the concentration and type of polymer, the drug concentration, and the dip-coating duration.
YUN, HYE SUN;DO YOUNG KIM;CHUNG WOOK CHUNG;HYUNG WOO KIM;YOUNG KI YANG;YOUNG HA RHEE
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.13
no.1
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pp.64-69
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2003
Pseudomonas chlororaphis HS21 was isolated from a soil sample and found to produce medium-chain-length polyhydroxyalkanoates (MCL-PHAs) using palm kernel oil (PKO) as the sole carbon source. Up to 3.3 g/1 dry cell weight containing $45\%$ MCL-PHA was produced, when the strain was grown for 21 h in a jar fermentor culture containing 5 g/1 PKO. The polymer produced from PKO consisted of unsaturated monomers of $7.3\%$ 3-hydroxy-5-cis-tetradecenoate and $2.3\%$ 3-hydroxy-5,8,-cis, cis-tetradecadienoate as well as saturated even-carbon number monomers ranging from $C_6\;to\;C_14$, as determined by GC and El GC/MS The PHA was a transparent, sticky material at room temperature. A differential scanning calorimetric analysis revealed that the polymer was amorphous with a $-44^{\circ}C$ glass transition temperature. The number average molecular weight and polydispersity index of the PHA were 83,000 and 1.53, respectively. Although the PHA was practically biodegradable, its degradability was lower than that of poly(3-hydroxyoctanoate) based on a comp:trison of the clear zones formed by growing PHA depolymerase-producing bacteria on an agar plate containing the respective polymers.
In vivo characterization of FadB homologous enzymes including PaaG, YdbU and YgfG for medium-chain-length (MCL) polyhydroxyalkanoate (PHA) biosynthesis was carried out in fadB mutant Escherichia coli. Previously, it was reported that amplification of FadB homologous enzymes such as PaaG and YdbU in fadB mutant E. coli resulted in enhanced biosynthesis of MCL-PHA by greater than two fold compared with control strain. In this study, we constructed paaG fadB double mutant E. coli WB114 and ydbU fadB double mutant E. coli WB115 to investigate the roles of PaaG and YdbU in biosynthesis of MCL-PHA. Inactivation of paaG and ydbU genes in fadB mutant E. coli harboring Pseudomonas sp. 61-3 phaC2 gene reduced the MCL-PHA production to 0.16 and 0.16 PHA g/L, respectively from 2 g/L of sodium decanoate, which are much lower than 0.43 PHA g/L obtained with fadB mutant E. coli WB101 harboring the phaC2 gene. Also, we identified new FadB homologous enzyme YgfG, and examined its roles by overexpression of ygfG and construction of ygfG fadB double mutant E. coli WB113.
KIM TAE-KWON;VO MINH TRI;SHIN HYUN-DONG;LEE YONG-HYUN
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.15
no.5
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pp.1120-1124
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2005
Pseudomonas putida KCTC 1639 was newly identified as a potential producer of biodegradable medium chain length polyhydroxyalkanoates. It exhibited a carbon assimilation pattern quite different from other known P. putida strains, but a more similar pattern with P. oleovorans, which assimilates the carbon sources mainly through ${\beta}$-oxidation rather than the fatty acid biosynthesis pathway. The PHA synthesis gene cluster from P. putida KCTC1639 was composed of two gene loci; the PHA synthase gene locus and granule-associated gene locus, which were cloned and deposited in the GenBank under accession numbers AY286491 and AY750858 as a new nucleotide sequence, respectively. The molecular structure and amino acid homology of the new gene cluster were compared with those from Pseudomonas species, including other P. putida strains and P. oleovorans, and a higher than $90\%$ homology was observed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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