The composition of dissolved gases and nutrients in a liquid medium were determined for establishment of the optimum conditions for in vitro culture of Helicobacter pylori. A microaerobic condition facored by the organism was prepared by adjusting the partial pressure of the gas, agitation speed, and viscosity of the medium. The gaseous concentrations were controlled by utilizing CampyPak Plus that reduced oxygen while augmenting carbon dioxide. Agitation of the broth facilitated the oxygen transfer to the cells, yet inhibited the growth at high rates. An increase of viscosity in the medium repressed the culture although this variable was relatively insignificant. The chemical constituents of the liquid broth were examined to establish an economic model for H. pylori cultivation. The microbe required a neutral pH for optimum growth, and yet was also able to proliferate in an acidic condition, presumably by releasing the acidity-modulating enzyme, urease. Cyclodextrin and casamino acid were investigated as growth enhancers in place of serum, while yeast extract unexpectedly inhibited the cells. A low concentration of glucose, the unique carbon source for the organism, increased the cell density, yet high concentrations resulted in an adverse effect. Under optimally dissolved gas conditions, the cell concentration in brucella broth supplemented with serum substitutes and glucose reached $1.6{\times}10^8$ viable cells/ml which was approximately 50% higher than that obtained in the liquid medium added with only cyclodextrin or serum.
In this study, the nar promoter of E. coli was characterized to see whether the nar promoter cloned onto pBBR122 can be used as an expression promoter of gram negative microbes. For this purpose, a plasmid with lacZ gene expressing ${\beta}-galactosidase$ instead of the structural genes of nar operon in a gram negative host strain(Agrobacterium.tumefaciens) was used to simplify an assay of induction of the nar promoter. The following effects were investigated to find optimal conditions: methods of inducing the nar promoter, optimal nitrate concentration, maximally inducing the nar promoter, the amount of expressed ${\beta}-galactosidase$ and induction ratio(specific ${\beta}-galactosidase$ activity after maximal induction/specific ${\beta}-galactosidase$ activity before induction). The following results were obtained from the experiments: the growth of Agrobacterium with E.coli nar promoter was not much affected by nitrate concentration in the shake-flask; induction of nar promoter was optimal when Agrobacterium was grown in the presence of 1% nitrate ion at the beginning of culture and when overnight culture was completely grown in the shake-flask before being transferred to other shake-flask; the amount of ${\beta}-galactosidase$ per cell and per medium volume was maximal when Agrobacterium was grown under aerobic condition to $OD_{600}$ of 1.7; then the nar promoter was induced under microaerobic and anaerobic condition made by lowering dissolved oxygen level(DO). After 2-3h of induction in the YEP medium selected as a main culture medium, the specific ${\beta}-galactosidase$ activity became about 17,000 Miller units in the fermentor cluture.
LEE YOUNG-DUCK;MOON BO-YOUN;CHOI JUNG-PIL;CHANG HAK-GIL;NOH BONG-SOO;PARK JONG-HYUN
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제15권5호
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pp.992-1000
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2005
Campylobacter is one of the emerging foodborne pathogens, and its worldwide incidence rate is extremely high. This study was undertaken to isolate and identify Campylobacter strains from chicken carcasses in the local markets, and analyze their characteristics regarding oxygen tolerance. They were isolated after aerobic enrichment and identified by biochemical, physiological, and morphological characteristics, PCR, and 16S rDNA sequencing. Their oxygen tolerances were analyzed in terms of the cell surface hydrophobicity, cell fatty acid composition, and oxidoreductase. Five strains of C. jejuni were isolated and identified from 61 isolates from 50 chickens. Among them, C. jejuni IC21 grew well in Brucella broth and commercial milk under aerobic condition. However, in the aerobic exposure, the cell surface hydrophobicity of C. jejuni IC21 was almost the same as the other isolates, even though its morphology changed from the spiral-bacilli form into the coccoid form. Fatty acid analyses showed that all Campylobacter strains had a high composition of $C_{19:1}$, cyclopropane fatty acid, and that the amount of the other fatty acids were very similar between them. Interestingly, however, only oxidoreductase activities of C. jejuni IC21 increased highly under aerobic exposure even though its activities were almost the same as the other C. jejuni strains just after microaerobic culture. It had 11.8 times higher catalase activity, 4.4 times higher for SOD, and 2.0 times higher for NADH oxidase activities. Therefore, in the case of the aero-adaptive C. jejuni IC21, expression of oxidoreductase significantly increased under oxidative stressed condition, which might allow it to survive for a longer time and grow on food under aerobic exposure. Such new strain might be one of the explanations for the increase of campylobacteriosis.
The human gastric pathogen Helicobacter pylori (Hp) has been considered a microaerophile. However, we recently reported that, when supplied with 10% $CO_2$, Hp growth is stimulated by an atmospheric level of $O_2$, suggesting that Hp is a capnophilic aerobe. In this study, we investigated the effects of aerobic $O_2$ tension on Hp cells by comparing gene expression profiles of cultures grown under microaerobic and aerobic conditions in the presence of 10% $CO_2$. The results showed that overall differences in gene expression in Hp cells grown under the two $O_2$ conditions were predominantly growth-phase-dependent. At 6 h, numerous genes were down-regulated under the aerobic condition, accounting for our previous observation that Hp growth was retarded under this condition. At 36 h, however, diverse groups of genes involved in energy metabolism, cellular processes, transport, and cell envelope synthesis were highly up- or down-regulated under the aerobic condition, indicating a progression of the cultures from the log phase to the stationary phase. The expression of several oxidative stress-associated genes including tagD, katA, and rocF was induced in response to aerobic $O_2$ level, whereas trxA, trxB, and ahpC remained unchanged. Altogether, these data demonstrate that aerobic $O_2$ tension is not detrimental to Hp cells but stimulates Hp growth, supporting our previous finding that Hp may be an aerobic bacterium that requires a high $CO_2$ level for its growth.
The adhesion of Campylobacter jejuni to chicken skin, along with the associated morphological changes under aerobic conditions at 4, 25, and $37^{\circ}C$ and microaerobic ($O_2\;5%,\;CO_2\;10%,\;N_2\;85%$) conditions, were investigated using confocal laser scanning microscopy (CLSM), flow cytometry, and plate counting. The morphological change of C. jejuni from a spiral shape to a coccoid form or VBNC form (viable but nonculturable form) progressed rapidly under aerobic conditions at 25, 37, and $4^{\circ}C$. As regards adhesion, the C. jejuni cells were mostly located in the crevices and feather follicles of the chicken skin, where the cells in the feather follicles floated freely in the entrapped water, even after the skin was rinsed quite thoroughly. CLSM also revealed the penetration of some spiral-shaped C. jejuni cells into the chicken skin. Even after changing their shape at various temperatures, coccoid-form C. jejuni cells were still found in the crevices and feather follicles of the chicken skin.
In simultaneous saccharification and fermentation (SSF) for production of cellulosic biofuels, engineered Saccharomyces cerevisiae capable of fermenting cellobiose has provided several benefits, such as lower enzyme costs and faster fermentation rate compared with wild-type S. cerevisiae fermenting glucose. In this study, the effects of an alternative intracellular cellobiose utilization pathway-a phosphorolytic pathway based on a mutant cellodextrin transporter (CDT-1 (F213L)) and cellobiose phosphorylase (SdCBP)-was investigated by comparing with a hydrolytic pathway based on the same transporter and an intracellular ${\beta}$-glucosidase (GH1-1) for their SSF performances under various conditions. Whereas the phosphorolytic and hydrolytic cellobiose-fermenting S. cerevisiae strains performed similarly under the anoxic SSF conditions, the hydrolytic S. cerevisiae performed slightly better than the phosphorolytic S. cerevisiae under the microaerobic SSF conditions. Nonetheless, the phosphorolytic S. cerevisiae expressing the mutant CDT-1 showed better ethanol production than the glucose-fermenting S. cerevisiae with an extracellular ${\beta}$-glucosidase, regardless of SSF conditions. These results clearly prove that introduction of the intracellular cellobiose metabolic pathway into yeast can be effective on cellulosic ethanol production in SSF. They also demonstrate that enhancement of cellobiose transport activity in engineered yeast is the most important factor affecting the efficiency of SSF of cellulose.
The Burkholderia cepacia complex (Bcc) consists of opportunistic pathogens known to cause pneumonia in immunocompromised individuals, especially those with cystic fibrosis. Treating Bcc pneumonia is challenging due to the pathogens' high multidrug resistance. Therefore, inhalation therapy with tobramycin powder, which can achieve high antibiotic concentrations in the lungs, is a promising treatment option. In this study, we investigated potential mechanisms that could compromise the effectiveness of tobramycin therapy. By selecting for B. cenocepacia survivors against tobramycin, we identified three spontaneous mutations that disrupt a gene encoding a key enzyme in the biosynthesis of cobalamin (Vitamin B12). This disruption may affect the production of succinyl-CoA by methylmalonyl-CoA mutase, which requires adenosylcobalamin as a cofactor. The depletion of cellular succinyl-CoA may impact the tricarboxylic acid (TCA) cycle, which becomes metabolically overloaded upon exposure to tobramycin. Consequently, the mutants exhibited significantly reduced reactive oxygen species (ROS) production. Both the wild-type and mutants showed tolerance to tobramycin and various other bactericidal antibiotics under microaerobic conditions. This suggests that compromised ROS-mediated killing, due to the impacted TCA cycle, underlies the mutants' tolerance to bactericidal antibiotics. The importance of ROS-mediated killing and the potential emergence of mutants that evade it through the depletion of cobalamin (Vitamin B12) provide valuable insights for developing strategies to enhance antibiotic treatments of Bcc pneumonia.
숙성된 백김치로부터 얻은 Lactobacillus brevis BK11의 증식과 항균물질 생산에 대한 배양용 배지 종류, 공기 조성, 초기 pH, 배양온도 및 시간과 프리바이오틱스의 영향을 조사하였다. L. brevis BK11의 증식과 항균물질 활성은 BHI와 M17 배지 보다는 MRS 배지 상에서 더 높게 나타났으며, 배지의 초기 pH 6.0에서 생산량이 최대에 이르렀다. 혐기적 조건보다는 호기적 및 미호기적 조건에서 배양했을 때와 $25^{\circ}C$ 보다는 $30^{\circ}C$와 $37^{\circ}C$ 온도에서 배양했을 때 균 성장과 항균물질 생산에 유리하였다. BK11 균주는 배양 24시간 만에 정지기에 도달하였고, 36시간 후부터는 생균수가 감소되었고, 배양상등액과 박테리오신 용액의 항균 활성은 $37^{\circ}C$, 24-30시간 배양했을 때 가장 높았다. 세포수와 유산 및 박테리오신 생산은 프락토올리고당 1-2% 첨가한 경우에 가장 높았으나, 이뉼린과 라피노오스는 균 증식에 별다른 도움을 주지 못했다. 결과적으로 L. brevis BK11의 항균물질 생산은 세포수와 관계 있었으며, 이러한 최적 조건 하에서 배양한 경우 Helicobacter pylori ATCC 43504의 성장을 효과적으로 저해할 수 있다.
Bifidobacterium의 효과적인 산업적 이용을 위해서는 산소에 내성이 강한 균주를 선발하는 연구뿐만 아니라, 산소 존재하에서 비피도박테리아의 내성기작을 규명하는 기초적인 연구도 필요하다. 산소에 민감한 B. adolescentis 균주와 산소내성 B. longum JI-1균주의 용존산소 제거능을 비교한 결과산소 민감성 균주는 총존산소를 전혀 제거하지 못하였으나 산소내성 균주는 10분 이내에 3%이상의 용존산소를 제거하여 총존산소 제거능과 Bifidobacterium의 산소내성과는 밀접한 관계가 있음을 알 수 있었다. 이 B. longum JI-1 균주를 미호기성 조건에서 배양하여 내산소성 돌연변이 균주인 B. longum ADJ-1 균주를 분리하였다. B. longum ADJ-1과 모균주의 특성을 당자화능, NADH 산화효소 및 세포지방산등으로 비교하였을 때 차이점을 발견하지 못했으며, 균생육은 B. longum ADJ-1이 모균주의 80% 정도를 보여 주었다. 그러나 B. longum ADJ-1는 매우 두꺼운 slime layer를 형성하였는데 confocal scanning laser microscopy에 의한 분석 결과 돌연변이 균주는직경이 약 6 $\mu\textrm{m}$에 이르는 층을 형성한 반면 모균주는 약 3 $\mu\textrm{m}$인 층을 형성하였다. 그리고 돌연변이 균주는 산소에 24시간 이상 노출되었을 경우 모균주에 비하여 더 큰 산소내성을 보여주었다. 그러므로 돌연변이 균주의 산소내성의 증가는 slime layer 차이에서 유래된 것으로 생각되며 이는 Bifidobacterium의 내산소성 기작중의 하나인 것으로 보인다.
본 연구에서는 두 종류의 선택배지를 활용한 배지배양법과 realtime PCR의 C. jejuni 검출능력을 비교하였다. 소시지, 쇠고기 분쇄육, 무순에 C. jejuni를 접종하고 Hunt broth로 증균배양 하였으며, mCCD agar와 Preston agar에 배양액을 획선도말하여 미호기적으로 배양하였다. 동시에 증균배양액에서 1 mL을 채취하여 realtime PCR을 실시하였다. 실험결과, real-time PCR은 쇠고기 분쇄육과 소세지에서 두 가지 선택배지와 비교하여 동일한 검출력을 보였으나 무순에서는 훨씬 더 많은 양성을 검출하였다(p<0.05). 두 배지간의 비교에서는 Preston agar와 mCCD agar는 통계학적 유의차가 없는 민감도를 보였다(p>0.05). 결론적으로 real-time PCR은 표준검출법인 배지배양법과 비교하여 동등하거나 우수한 민감도를 지닌 신속검출기법인 것으로 사료되며, 배지배양법에 앞서 선별검사로 사용할 경우 시간, 비용, 노동력 절감에 있어서 매우 유효한 방법이 될 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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