Bacillus stearotheymophilus, a potent xylanolytic bacterium isolated from soil, was tested for the strain's strategies of pentose utilization and the evidence of substrate preferences. The strain metabolized glucose, xylose, ribose, maltose, cellobiose, sucrose, arabinose and xylitol. The efficacy of the sugars as a carbon and energy source in this strain was of the order named above. The organism, however, could not grow on glycerol as a sole growth substrate. During cultivation on a mixture of glucose and xylose or arabinose, the major hydrolytic products of xylan, B. stearothermophilus displayed classical diauxic growth in which glucose was utilized during the first phase. On the other hand, the pentose utilization was prevented immediately upon addition of glucose. Cellobiose was preferred over xylose or arabinose. In contrast, maltose and pentose were co-utilized, and also no preference on between xylose and arabinose. Enzymatic studies indicated that B. stearothermophilus possessed constitutive hexokinase, a key enzyme of the glucose metabolic system. While, the production of $^{D}$-xylose isomerase, $^{D}$-xylulokinase and $^{D}$-arabinose isomerase essential for pentose phosphate pathway were induced by xylose, xylan, and xylitol but repressed by glucose. Taken together, the results suggested that the sequential utilization of B. stearothermophilus would be mediated by catabolite regulatory mechanisms such as catabolite inhibition or inducer exclusion.
The entire nucleotide sequence of the xylose reductase (XR) gene in Candida milleri CBS8195 sourdough yeast was determined by degenerate polymerase chain reaction (PCR) and genome walking. The sequence analysis revealed an open-reading frame of 981 bp that encoded 326 amino acids with a predicted molecular mass of 36.7 kDa. The deduced amino acid sequence of XR of C. milleri was 64.7% homologous to that of Kluyveromyces lactis. The cloned XR gene was expressed in Saccharomyces cerevisiae, and the resulting recombinant S. cerevisiae strain produced xylitol from xylose, indicating that the C. milleri XR introduced into S. cerevisiae is functional. An enzymatic activity assay and semiquantitative reverse transcription-PCR revealed that the expression of CmXR was induced by xylose. The GenBank Accession No. for CmXR is KC599203.
Flow behaviors of sweet potato starch (SPS) pastes (5% w/w) were studied in the presence of various sugars (xylose, glucose, fructose and sucrose) and sugar alcohols (xylitol and sorbitol). The flow properties of SPS-sugar mixtures were determined from the rheological parameters of power law model. The vane method was also employed for determining yield stresses of SPS-sugar mixtures directly under a controlled low shear rate. At $25^{\circ}C$ all the samples showed shear-thinning behaviors ($n=0.35{\sim}0.44$) with yield stress. The consistency index (K) values of SPS-sugar mixtures increased in the following order: sorbitol> xylitol> control (no sugar)> sucrose> fructose> glucose> xylose, showing that the addition of sugar alcohols enhanced the K values. The yield stress values were reduced in the presence of ugars and sugar alcohols and they also increased with an increase in swelling power of starch granules in the SPS-sugar mixture systems.
Xylose 발효효모를 토양에서 분리하였으며 (X-6-41) 이는 Lodder씨 분류기준에 따라 Candida 속으로 동정되었다. 삼각플라스크 정치배양법에 의한 xylose 발효시 2% xylose, N원 asparagine, pH 4에서 발효율 약 80%로 나타났고 Mini-Jar for mentor를 이용하여 glucose와 xylose를 1 : 1로 혼합한 총당 5% 기질에서 발효를 시켜 본 바 발효율은 총당에 대해 약 72.3%(alcohol 2.3%(v/v)였다. 본 균주에 의한 xylose 발효는 일반적으로 보고된 바와 같이 호기적 발효과정이였으며 glucose와 xylose 혼합기질의 경우 glucose가 먼저 이용되고 xylose가 나중에 이용되는 것으로 나타났다. 5% xylose를 기질로 하여 Mini-Jar fermentor에서 발효시켰을 때 최대 발효율 69%(alcohol 2.2%(v/v)로 나타났으며 발효중에 xylitol이 생성되었다.
Mutant sugar transporter ScGAL2-N376F was overexpressed in Kluyveromyces marxianus for efficient utilization of xylose, which is one of the main components of cellulosic biomass. K. marxianus ScGal2_N376F, the ScGAL2-N376F-overexpressing strain, exhibited 47.04 g/l of xylose consumption and 26.55 g/l of xylitol production, as compared to the parental strain (24.68 g/l and 7.03 g/l, respectively) when xylose was used as the sole carbon source. When a mixture of glucose and xylose was used as the carbon source, xylose consumption and xylitol production rates were improved by 195% and 360%, respectively, by K. marxianus ScGal2_N376F. Moreover, the glucose consumption rate was improved by 27% as compared to that in the parental strain. Overexpression of both wild-type ScGAL2 and mutant ScGAL2-N376F showed 48% and 52% enhanced sugar consumption and ethanol production rates, respectively, when a mixture of glucose and galactose was used as the carbon source, which is the main component of marine biomass. As shown in this study, ScGAL2-N376F overexpression can be applied for the efficient production of biofuels or biochemicals from cellulosic or marine biomass.
구취를 일으키는 구강 내 혐기성 세균 일종인 Fusobacterium nucleatum은 유황 성분이 함유된 배지에서 $H_2S$와 같은 휘발성 유황화합물을 생성하고 철 성분과 결합하면 FeS를 형성한다. 구강내 여러 인자에 의하여 Fusobacterium nucleatum에 의하여 생성되는 유황화합물 농도가 달라진다. 본 연구에서는 Fusobacterium nucleatum의 유황화합물 생성시 영양 물질과 pH의 영향을 연구하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 배지에 sodium thiosulfate가 1.0% 되도록 첨가하면 배지의 흡광도는 $0.817{\pm}0.032$로, L-cysteine hydrochloride를 0.05% 되도록 첨가하면 $1.297{\pm}0.024$가 되었다. 2. 배지에 자일리톨을 첨가하면 배지의 흡광도는 $0.799{\pm}0.032$인데 반하여 포도당과 병합으로 첨가하면 $1.775{\pm}0.003$으로, 과당과 병합으로 첨가하면 $1.648{\pm}0.022$로 증가하였다. 3. 배지의 pH가 5.5 이상이면 휘발성 유황화합물 농도는 20,000 ppb이상이었다. 배지의 흡광도는 배지 내 L-cysteine hydrochloride 농도가 높을수록 높았으며, 배지의 pH가 산성으로 갈수록 낮았다. 4. 배지 위에 증류수나 식염수가 있을 때, 그리고 그 양이 적을수록 휘발성 유황화합물 농도는 높았다. 이상의 결과를 종합하면 Fusobacterium nucleatum에 의한 유황화합물 생성 이 자일리톨과 산에 의하여 억제되었다.
Streptococcus mutans Ingbritt의 비수용성 글루칸을 합성하는 효소인 glucosyltransferase B 및 C의 mRNA 발현에 대한 각 당의 영향을 fluorescent in situ hybridization(FISH) 방법으로 관찰하여 다음의 결과를 얻었다. 1. 1% 설탕이 함유된 BHI 배지에서 S. mutans Ingbritt를 접종하여 배양할 때 배양 9시간 째 gtfB 및 gtfC유전자의 mRNA가 발현이 급격히 증가하였다. 2 BHI 액체배지에 설탕을 첨가한 경우 gtfB및 gtfC유전자의 mRNA가 발현되었으며, 10% 설탕을 첨가한 경우 1%와 5%보다 gtfB 및 gtfC 유전자의 발현이 감소되었다. 3. 1% 설탕이 첨가된 BHI 액체 배지에 당을 첨가한 경우 포도당은 10% 첨가하였을 때 gtfB 및 gtfC 유전자의 mRNA 발현이 감소하였고, 과당의 경우 1% 첨가한 경우 감소하여 5% 와 10%에서는 gtfB및 gtfC 유전자가 거의 발현되지 않았다. 4. 자일리톨의 경우 1%부터 gtfB및 gtfC유전자 mRNA 발현이 대조군보다 감소하였고, 5%와 10%에서는 두 유전자 모두 발현이 현저하게 감소하였다. 5. 유당의 경우 두 유전자의 발현에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 관찰되었고, 솔비톨의 경우 각 농도에서 두 유전자의 발현이 대조군보다 감소하였다. 결론적으로 비수용성 글루칸 합성하는 gtfB및 gtfC 유전자의 mRNA 발현이 포도당, 과당 자일리톨 첨가에 의해 감소함을 알 수 있었다.
농산 폐자원으로부터 식품 및 의약품 소재로 쓰이는 xylose, arabinose, cellulose를 생산하였다. 농산 폐자원은 우리나라 실정에 적합한 볏짚과 옥수수 껍질을 선택하였으며, 공정수율은 xylose와 arabinose는 약 15$\sim$20%(w/w), cellulose 는 20%(w/w)로 나타났다. 폐자원을 활용하는 개발된 공정중에는 미생물 유전자 재조합 기술을 응용하여 고역가의 효소생산 system을 개발하여, 생산된 효소를 가수분해 공정 과정에 투입하여 경제성이 높고 친환경적인 기술로 확립하였다. 재조합 미생물과 xylose, arabinose 정제공정은 신뢰 높은 재연성을 나타냈으며 xylose 제조법과 xylitol 발효법은 package 형태로 기술 이전을 준비하고 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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