본 연구에서는 2차원 형광스펙트럼의 PCA 분석을 통하여 발효 공정을 모니터링하고 PCR과 PLS과 같은 다변량 분석기법을 이용하여 공정을 모델링하였다. 재조합 대장균 E. coli 와 효모 S.cerevisiae의 발효 공정 중에 얻어진 많은 양의 2차원 형광스펙트럼 자료는 우선 PCA를 통해 축소된다. 그리고 PCA에서 주성분점수와 적재 산점도는 발효 공정의 정성적 경향을 묘사하기 위해 사용되었다. 또한, PCR과 PLS는 2차원 형광스펙트럼의 분석을 위해 사용되었으며 PLS모델이 보정과 예측 능력에서 PCR모델보다 조금 더 우수한 성능을 나타냈다. 따라서 2차원 형광스펙트럼 자료를 이용하여 생물공정을 모델링 하고자 할 때는 PCR 방법보다는 PLS 방법을 사용하는 것이 유리할 것이다.
Kim, Myoung-Dong;Lee, Woo-Jong;Park, Kwan-Hwa;Rhee, Ki-Hyeong;Seo, Jin-Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제12권2호
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pp.273-278
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2002
Two-step fed-batch fermentations were carried out to overproduce Bacillus licheniformis maltogenic amylase (BLMA) in recombinant Escherichia coli. The first step was to increase the cell mass by controlling the feeding of a glucose solution, while the second step was designed to improve the amylase expression efficiency by supplementing organic nitrogen sources. The linear gradient feeding method was successfully adopted to maintain the glucose concentration below 0.2 g/l during the fed-batch mode, as effectively minimizing acetic acid formation. When the dissolved oxygen (DO) level became limiting, an accumulation of acetic acid and drastic decrease in specific BLMA productivity were observed. Glucose and organic nitrogen sources consisting of yeast extract and casein hydrolysate were simultaneously supplied in the pH-stat mode to further increase the specific BLMA expression efficiency. An organic nitrogen source consisting of 200 g/1 yeast extract and 100 g/1 casein hydrolysate was found to be the best among the various combinations tested. The feeding of an organic nitrogen source in the second-step fed-batch period was highly beneficial in enhancing the BLMA production. The optimized two-step fed-batch culture resulted in 78 g/l maximum dry cell mass and 443 U/ml maximum BLMA activity, corresponding to 1.5-fold increase in the dry cell mass and 3.7-fold enhancement in BLMA production, compared with the simple fed-batch fermentation.
This work focused on characterization of the starch degradation activity from extremophile strain Deinococcus geothermalis. Glucoamylase gene from D. geothermalis was cloned and overexpressed by pET-21a vector using E. coli BL21 (DE3). In order to characterize starch degrading activity of recombinant glucoamylase, enzyme was purified using HisPur Ni-NTA column. The recombinant glucoamylase from D. geothermalis exhibited the optimum temperature as $45^{\circ}C$ for starch degradation activity. And highly acido-stable starch degrading activity was shown at pH 2. For further optimization of starch degrading activity with metal ion, various metal ions ($AgCl_2$, $HgCl_2$, $MnSO_4{\cdot}4H_2O$, $CoCl_2{\cdot}6H_2O$, $MgSO_4$, $ZnSO_4{\cdot}7H_2O$, $K_2SO_4$, $FeCl_2{\cdot}4H_2O$, NaCl, or $CuSO_4$) were added for enzyme reaction. As results, it was found that $FeCl_2{\cdot}4H_2O$ or $MnSO_4{\cdot}4H_2O$ addition resulted in 17% and 9% improved starch degrading activity, respectively. The recombinant glucoamylase from D. geothermalis might be used for simultaneous saccharification and fermentation (SSF) process at high acidic conditions.
Rhodobacter capsulatus 유래의 hemA 유전자를 항시발현 벡터(pHCEIIB vector)에 클로닝한 후 과발현시킨 Escherichia coli BLR(DE3) 균주를 사용하여, 5-aminolevulinic acid (ALA) 생산을 위한 적정 배양조건을 조사하였다. ALA 생산을 위한 배양온도는 $37^{\circ}C$보다는 $30^{\circ}C$에서 더 나은 결과를 나타내었다. Glycine 농도가 세포생장에 미치는 영향이 컸으며, 세포생장을 저해하지 않고ALA를 고농도로 생산하기 위한 적정 glycine 농도는 5-10 g/L 수준이었다. Succinic acid의 적정 첨가수준은 10-20 g/L이었으며, succinic acid의 일부를 glutamate로 대체할 경우에 ALA의 생산량을 향상시키는 효과가 있었다. 한편, 배지 중의 glucose 첨가는 ALA 생산성을 저하시키는 결과를 초래하였다. 이상과 같은 배양 조건 최적화를 통한 jar-fermentor 발효실험을 통하여, 고가의 유도제(IPTG)나 ALA dehydratase inhibitor를 첨가하지 않고도 8.2 g/L 수준의 고농도 ALA를 얻을 수 있었다.
The gene for mannose enzyme II of phosphoenolpyruvate-dependent phosphotransferase system from Corynebacterium glutamicum KCTC 1445 was cloned into Escherichia coli ZSC113 using plasmid pBR 322. The recombinant plasmid, designated pCTS3, contained 2.2 kb DNA fragment, and the physical map of the cloned DNA fragment was determined. The E. coli ptsM ptsG mutant transformed with pCTS3 restored glucose and mannose fermentation ability, and grew well on these sugars as the sole carbon source in the minimal medium. The transform ant harboring pCTS3 showed a PTS-mediated repression of growth on maltose by mannose analogue, 2-deoxyglucose. The specificity of the response to 2DG therefore indicates that the cloned DNA fragment carries mannose enzyme II gene.
ALA is an intermediate in the tetrapyrrole biosynthesis pathway and has extensive applications as a biodegradable herbicide and insecticide as well as medical applications including photodynamic therapy of cancers. For the development of mass production process of ALA it is necessary to on-line monitor some metabolites such as glycine, succinate, LA and ALA. In this study, medium compositions and fermentation conditions were investigated for enhancement of ALA production by recombinant E. coli. A 2-dimensional fluorescence sensor was employed to monitor the bioprocess of ALA production. The monitored data is analyzed using principal component analysis, a powerful tool for multivariate statistical analysis.
λP$_{L}$ promoter와 Infiuenza virus의 NS1 Structural gene이 있는 pASl EH801 plasmid를 E. coli host N5' 과 AR120에 각각 transformation하여 온도와 nalidixic acid로 각각 induction 하여 보았다 N5151의 경우, O.D.600 1.2에서 42$^{\circ}C$로 induction하였을 때 maximum productivity를 보였으며 AR120의 경우는 O. D. 600 1.2, 37$^{\circ}C$, 40$\mu\textrm{g}$ nalidixic acid/$m\ell$ induction 하였을 때 maximum yield를 보여주었다. 이때 pH, DO, temperature, $O_2$%, $CO_2$%를 A/D converter통해 computer에 연결시켜 data acquision을 한 결과, 접종 후 ON-line induction이 가능함을 알 수 있었다.
Antifreeze proteins (AFP) inhibit growth and recrystallization of ice, and permit organisms to survive in cold environments. The AFP from an Antarctic bacterium, Flavobacterium frigoris PS1, FfIBP (Flavobacterium frigoris icebinding protein), was produced in E. coli using a cold shock induction system. The culture temperature was shifted from $37^{\circ}C$ to $15^{\circ}C$ and a 20 L culture scale was used. The final weights of dried cell and FfIBP were estimated to be 126 g and 8.4 g, respectively. The thermal hysteresis (TH) activity ($1.53^{\circ}C$) of the produced FfIBP was 3.6-fold higher than that of the LeIBP (Leucosporidium ice-binding protein) produced in Picha. The current study demonstrates that large-scale production of FfIBP was successful and the result could be extended to further application studies using recombinant AFPs.
본 연구는 5-L 발효기를 이용하여 재조합 고스트 박테리아(E.coli $DH5{\alpha}$/ pHCE-InaN-(enolase, GAPDH, sagA or piaA)-ghost 37 SDM) 백신의 산업화를 위해 탄소원 공급조건, 교반속도, 산소공급 조건등의 최적 배양조건과 고스트 박테리아 발현 유도를 위한 온도조절 시점과 그에 따른 발현효율 최적화를 조사하기 위해 수행하였다. 각각 다른 4종의 항원 유전자를 보유한 고스트 박테리아를 LB 배지를 이용하여 배양한 결과 모두 1 g / 1 glucose, 300 rpm, 1vvm에서 최대 균주 성장을 나타내었다. 고스트 박테리아 생성 효율의 경우 초기 대수증식기(OD$_{600}$=1.0)에서 고스트 발현을 유도했을 때 각각 최대효율인 99.99%를 나타내었으나 증기 대수증식기(OD$_{600}$=2.0)와 말기 대수증식기 (OD$_{600}$=3.0)에서는 고스트 박테리아 생성이 낮은 효율을 나타내었다. 또한 SDS-PAGE 와 western blot를 이용하여 각각 다른 4종의 항원 단백질 발현 여주를 확인한 결과 enolase (78kda), GAPDH (67kda),sagA(26kDa), piaA(26kDa)에서 항원 단백질 band를 확인할 수 있었다. 따라서 본 연구결과 확립된 배양 조건과 발현효율 최적화 조건은 연쇄구균증 질병에 대해 E.coli를 이용한 고스트 박테리아 백신이 양식 산업에 있어 상업적으로 유용한 백신의 최적생산을 위해 사용 될 수 있을 것으로 사료된다.
This paper describes the use of a discrete mathematical model to represent the basic mechanisms of regulation of the bacteria E. coli in batch fermentation. The specific phenomena studied were the changes in metabolism and genetic regulation when the bacteria use three different carbon substrates (glucose, glycerol, and acetate). The model correctly predicts the behavior of E. coli vis-a-vis substrate mixtures. In a mixture of glucose, glycerol, and acetate, it prefers glucose, then glycerol, and finally acetate. The model included 67 nodes; 28 were genes, 20 enzymes, and 19 regulators/biochemical compounds. The model represents both the genetic regulation and metabolic networks in an integrated form, which is how they function biologically. This is one of the first attempts to include both of these networks in one model. Previously, discrete mathematical models were used only to describe genetic regulation networks. The study of the network dynamics generated 8 $(2^3)$ fixed points, one for each nutrient configuration (substrate mixture) in the medium. The fixed points of the discrete model reflect the phenotypes described. Gene expression and the patterns of the metabolic fluxes generated are described accurately. The activation of the gene regulation network depends basically on the presence of glucose and glycerol. The model predicts the behavior when mixed carbon sources are utilized as well as when there is no carbon source present. Fictitious jokers (Joker1, Joker2, and Repressor SdhC) had to be created to control 12 genes whose regulation mechanism is unknown, since glycerol and glucose do not act directly on the genes. The approach presented in this paper is particularly useful to investigate potential unknown gene regulation mechanisms; such a novel approach can also be used to describe other gene regulation situations such as the comparison between non-recombinant and recombinant yeast strain, producing recombinant proteins, presently under investigation in our group.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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