Methodenartikel

Immobilisatie van Multi-biokatalysatoren in Alginaat Kralen voor cofactorregeneratiesysteem en verbeterde Herbruikbaarheid

17.4K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/53944

⸱

22 april 2016

 ,  ,  , 
1Department of Chemical Engineering, Konkuk University, 2Department of Chemical Engineering, University of Michigan

In dit artikel

Samenvatting

Weergegeven is het protocol voor co-immobiliserende hele cellen biokatalysatoren voor cofactorregeneratiesysteem en betere herbruikbaarheid, via de productie van L-xylulose als voorbeeld. De cofactor regeneratie wordt bereikt door het koppelen van twee Escherichia coli-stammen die functionele complementariteit enzymen; de hele cellen biokatalysator immobilisatie wordt bereikt door celinkapselende in calciumalginaat parels.

Samenvatting

We hebben onlangs een eenvoudige, herbruikbaar en gekoppeld whole-cell biokatalytische systeem de mogelijkheid cofactorregeneratiesysteem en biokatalysator immobilisatie verbeterde productieopbrengst en aanhoudende synthese. Beschreven is hierbij de experimentele procedure voor de ontwikkeling van een dergelijk systeem bestaat uit twee E. coli-stammen die functioneel complementair zijn enzymen uit te drukken. Samen kunnen deze twee enzymen functioneren coöperatief aan de regeneratie van kostbare co-factoren bemiddelen betere productopbrengst van de bioreaction. Bovendien wordt de werkwijze voor het synthetiseren van een geïmmobiliseerde vorm van het gekoppelde biokatalytische systeem inkapselen van gehele cellen in calciumalginaat parels gerapporteerd. Als voorbeeld geven we de verbeterde biosynthese van L-xylulose van L-arabinitol door koppeling E. coli-cellen die de enzymen L-arabinitol dehydrogenase en NADH oxidase. Onder optimale omstandigheden en met een beginconcentratie van 150mM L-arabinitol, de maximale L-xylulose opbrengst bedroeg 96%, wat hoger is dan die in de literatuur. De geïmmobiliseerde vorm van de gekoppelde whole-cell biokatalysatoren aangetoond operationeel stabiel handhaven 65% van de opbrengst verkregen bij de eerste cyclus na 7 cycli van opeenvolgende hergebruik, terwijl de vrije celsysteem de katalytische activiteit bijna volledig verloren. Daarom is de hier vermelde werkwijzen levert twee strategieën die kunnen bijdragen aan de industriële productie van L-xylulose, alsmede andere verbindingen met toegevoegde waarde waarbij het gebruik van co-factoren in het algemeen.

Inleiding

Reductieve hele cellen biotransformatie middels micro-organismen is uitgegroeid tot een wijdverspreide werkwijze voor de chemo-enzymatische synthese van commercieel en therapeutisch belangrijke biomoleculen 1-3. Het biedt verschillende voordelen boven het gebruik van geïsoleerde enzymen, met name de eliminatie van dure stroomafwaartse zuiveringsprocessen en de demonstratie van een langere levensduur 4-7. Voor biokatalytische paden indien cofactoren nodig voor productvorming, whole-cell-systemen is in situ cofactorregeneratiesysteem te voorzien via de toevoeging van goedkope elektronendonerende cosubstraten 5,8,9. Dit is echter verminderd vermogen voor reacties die een stoichiometrische concentratie van zeldzame en dure cosubstraten 10 vereisen - 13. Samen met een slechte hergebruik van hele cellen, belemmert dit de oprichting van een schaalbare en continue productie systeem. Strategische modificaties volle-celsystemen deze cofactor-afhankelijke biotransformaties moeten de bovengenoemde beperkingen te overwinnen. Specifiek zijn de combinatie van whole-cell biokatalysatoren die samen te werken aangetoond aanzienlijke verbetering van de productiviteit en stabiliteit van de enzymen 14 herbergde. Deze factoren, die vaak kritiek voor het mogelijk maken grootschalige productie van commercieel levensvatbare producten zijn, kunnen verder worden geoptimaliseerd door co-immobiliseren biokatalytische microben 15. We hebben onlangs een eenvoudige en herbruikbare whole-cell biokatalytische systeem dat zowel cofactorregeneratiesysteem en biokatalysator immobilisatie maakt de L-xylulose productie 16. In deze studie werd dit systeem gebruikt als een voorbeeld voor de experimentele procedures van toepassing van deze twee strategieën voor verbeterde productieopbrengst biotransformatie en biokatalysator herbruikbaarheid illustreren.

L-xylulose behoort tot een class van biologisch bruikbare moleculen genaamd zeldzame suikers. Zeldzame suikers zijn uniek monosachariden of suiker derivaten die zeer zelden in de natuur voorkomen, maar een cruciale rol spelen als een erkenning elementen in biologisch actieve moleculen 17,18. Ze hebben een verscheidenheid aan toepassingen, variërend van zoetstoffen, functionele voedingsmiddelen potentiële therapeutische 19. L-xylulose kunnen worden gebruikt als een mogelijke remmer van verschillende α-glucosidases, en kunnen ook worden gebruikt als een indicator van hepatitis of levercirrose 17,20. Hoge omzettingsefficiëntie van xylitol L-xylulose geheel-celsystemen werd voorheen in Pantoea ananatis 21,22, Alcaligenes sp. 701B 23, Bacillus pallidus Y25 24,25 en Escherichia coli 26. In E. coli, maar het werd uitsluitend gebruik van lage (<67 mM) concentraties xylitol 26 vanwege mogelijke remmende effecten van een eerste xylitol concentratie hoger dan 100 mM xylitol on-4-dehydrogenase activiteit 21,26. Thermodynamisch evenwicht tussen xylulose en xylitol is blijkt sterk begunstigen de vorming van xylitol 25,27. Bovendien wordt xylulose opbrengst beperkt door de hoeveelheid dure cofactoren die bij afwezigheid van een in situ cofactorregeneratiesysteem te leveren hebben. Samen vormen deze factoren beperken de mogelijkheden voor schaalvergroting in duurzame systemen voor de L-xylulose biosynthese.

Om deze beperkingen te overwinnen en het verbeteren van de L-xylulose biotransformatie opbrengst, werd de strategie van cofactorregeneratiesysteem eerste in dienst van de oprichting van een gekoppelde whole-cell biokatalytische systeem. Specifiek, L-arabinitol 4-dehydrogenase (EC 1.1.1.12) van Hypocrea jecorina (HjLAD), een enzym in de L-arabinose afbraakproduct van schimmels, werd geselecteerd om de omzetting van L-arabinitol katalyseren in L-xylulose 28,29 . Net als veel biosynthetische enzymen, een belangrijke BEPERKIn van HjLAD is dat het een stoichiometrische hoeveelheid van het dure nicotinamide adenine dinucleotide-cofactor (NAD +, de geoxideerde vorm van NADH) deze omzetting uit te voeren. NADH oxidase in Streptococcus pyogenes (SpNox) is aangetoond dat hoge cofactor-activiteit regeneratie 30,31 weergegeven. Door gebruik te maken van deze eigenschap van SpNox, E. coli-cellen die HjLAD voor de productie van L-xylulose gekoppeld met E. coli-cellen die SpNox voor de regeneratie van NAD + op de L-xylulose productie beschreven door gekoppelde reactie figuur 1A stimuleren. Onder optimale omstandigheden en met een aanvankelijke concentratie van 150 mM L-arabinitol, de maximale L-xylulose opbrengst bedroeg 96%, waardoor dit systeem veel efficiënter dan die gerapporteerd in de literatuur.

De strategie van whole-cell immobilisatie werd gebruikt naast de verdere versterking van de herbruikbaarheid van de gekoppelde biocatalytic-systeem. Algemeen gebruikte werkwijzen voor whole-cell immobilisatie omvatten adsorptie / covalente koppeling aan vaste matrices, verknoping / invangen en inkapselen in polymere netwerken 32. Onder deze benaderingen, de meest geschikte methode voor mobiele inkapseling immobilisering in calciumalginaat parels. Hun milde geleringseigenschappen, inerte waterige matrix en hoge porositeit bijdragen aan het behoud van de fysiologische eigenschappen en functionaliteit van de ingekapselde biologicals 33. Daarom is de combinatie biokatalysator systeem dat zowel E. coli cellen die HjLAD of SpNox geïmmobiliseerd in calciumalginaat parels meerdere cycli van L-xylulose productiewijzen (figuur 2) .De geïmmobiliseerde biokatalysator systeem aangetoond operationeel stabiel handhaven 65% van het omzettingsrendement van de eerste cyclus na 7 cycli opeenvolgende hergebruik, terwijl de vrije celsysteem de katalytische activiteit bijna volledig verloren.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

1. Whole-cell Biokatalysatoren Voorbereiding

LET OP: De recombinante E. coli cellen die pET28a- SpNox 31 of pET28a- HjLAD 28 zijn hierna E. SpNox coli en E. coli HjLAD respectievelijk.

  1. Inoculeer een enkele kolonie van E. coli HjLAD in 3 ml Luria-Bertani (LB) medium aangevuld met kanamycine (50 ug / ml) en geïncubeerd in een incubator shaker O / N bij 37 ° C, 250 rpm.
  2. Verdun de kweek van 1: 100 in 200 ml vers LB dat 50 ug / ml kanamycine en incubeer bij 37 ° C, 250 rpm tot de OD600 0,6 bereikt ~.
  3. HjLAD eiwitexpressie induceren door toevoeging van 0,1 mM isopropyl β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) aan het kweekmedium en incubeer bij 16 ° C, 180 rpm gedurende 16 uur.
    1. Als alternatief uit te voeren inductie bij 25 ° C, 200 rpm 6 uur als de L-xylulose biosynthese (Stap 2 hieronder) wordt op dezelfde dag uitgevoerd.
  4. Oogst de geïnduceerde E. HjLAD coli cellen door centrifugeren bij 3200 xg gedurende 20 min bij 4 ° C Verwijder het supernatant en ga naar stap 2 om de cel pellet te verwerken.
  5. Tegelijkertijd voeren de stappen 1,1-1,4 voor E. coli SpNox.

2. biosynthese van L-xylulose door koppeling E. HjLAD coli en E. coli SpNox voor cofactorregeneratiesysteem

  1. Resuspendeer de celpellets E. HjLAD coli en E. coli SpNox afzonderlijk in 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8,0) bij een celdichtheid van 5,0 g droog celgewicht (gDCW) / L.
    Opmerking: Een correlatie tussen gDCW en de optische dichtheid gemeten bij 600 nm (OD 600) kan worden vastgesteld om het experiment te vergemakkelijken. De formule die inDit protocol is 1 gDCW / L = 0,722 * OD 600-,0965, die kan variëren tussen verschillende spectrometers.
  2. Meng 600 ul van 5,0 gDCW / L E. coli HjLAD, 600 ul van 5,0 gDCW / L E. coli SpNox, 100 gl 20 mM NAD +, en 150 pl 2 M L-arabinitol in een 14 ml rondbodem buis en breng het reactievolume tot 2 ml door toevoeging van 550 pl 50 mM Tris-HCl (pH 8,0) .
    Noot: De verhouding van de twee whole-cell biokatalysatoren bedrag kan worden geoptimaliseerd om de biosynthese van het product te verbeteren. Voor het beschreven systeem, een verhouding van E. SpNox coli: E. coli HjLAD = 1: 1 werd gevonden optimaal voor L-xylulose biosynthese (figuur 1B) te zijn.
  3. Incubeer het reactiemengsel bij 30 ° C, 200 rpm gedurende 8 uur.
  4. Verzamel de supernatant na centrifugeren bij 4 ° C, 3200 g gedurende 10 min eennd overgaan tot de L-xylulose productie kwantificeren zoals beschreven in stap 3 hieronder.

3. colorimetrische bepaling van L-xylulose Kwantificering

  1. Verzamelbak 100 gl van de reactie supernatant verzameld uit stap 2.4 in een 1,5 ml buis.
  2. Voeg 50 ul van 1,5% cysteïne, 900 pi 70% zwavelzuur en 50 pi 0,1% carbazool opgelost in ethanol en meng voorzichtig door het buisje 3 keer.
  3. Incubeer het reactiemengsel bij 37 ° C, 200 rpm gedurende 20 min.
  4. Meet de optische absorptie van het reactiemengsel bij 560 nm (560 A) met een spectrofotometer.
    1. Verdun het reactiemengsel als de A 560 aflezing boven 1.

4. Immobilisatie van Recombinant Whole-cell Catalysts in calciumalginaat Kralen

  1. Ontbinden 4 g natriumalginaat in 100 ml gedestilleerd water. Bereid alginaatoplossing door toevoeging sodium alginaat water om de vorming van klonten te vermijden. Verwarm het mengsel indien nodig.
  2. Voeg 600 ul van 5,0 gDCW / L E. coli HjLAD en 600 ui 5,0 gDCW / l E. coli SpNox in 1,2 ml 4% alginaat bereid in stap 4.1 en meng de cellen en alginaat door zachte pipetteren te borrelen vorming te voorkomen.
  3. Zuig het alginaat / cel suspensie in een spuit met een naald en voeg het mengsel druppelsgewijs een 0,3 M calciumchloride (CaCl2) oplossing in een 100 ml bekerglas onder voortdurend roeren.
    Opmerking: Het volume van CaCl 2-oplossing voor de vorming alginaat bead moet genoeg zijn om het alginaat druppels volledig wordt ondergedompeld. Bovendien moet de afstand tussen de naald en het oppervlak van de calciumchloride-oplossing binnen een optimaal bereik te handhaven om de vorming van uniforme bolvormige korrels waarborgen. Het optimale bereik afstand kan worden bepaald experimentally en is afhankelijk van de binnendiameter van de naald. Als een schatting, een afstand van ~ 15 ± 5 cm werd gevonden optimaal voor een 0,6 cm (binnendiameter) spuitnaald te zijn.
  4. Laat de parels in de CaCl2-oplossing voor 2-3 uur bij kamertemperatuur zonder roeren verknoping en vorming gelkorrels toe.
  5. Schenk de CaCl2 oplossing zonder de korrels storen door voorzichtig gieten van de CaCl2 oplossing in een 50 ml conische buis, en draagt ​​de resterende parels in CaCl 2-oplossing in een 50 ml conische buis.
  6. Was de kralen met 10 ml 50 mM Tris-HCl (pH 8,0) buffer driemaal overmatig CaCl 2 en niet-ingekapselde cellen te verwijderen.
    NOTITIE: Op een gegeven stap, niet centrifugeren de parels als dit te doen zal ze scheuren. Om de kralen te scheiden uit de oplossing, zodat de schorsing ongestoord staan ​​voor 3-5 min. De kralen zal vestigen op de bodem en het wassen buffer kan worden overgegotenin een schoon vat.
    1. Heeft de gebruikte wassen buffer niet weg. Verzamel de gebruikte Tris-HCl wasbuffer (30 ml) met de gebruikte CaCl 2-oplossing vanuit stap 4,5.
  7. Pellet de-un geïmmobiliseerde E. coli-cellen door centrifugatie van de gepoolde CaCl 2 en Tris-HCl-oplossing vanuit stap 4,6 bij 3200 xg gedurende 20 min. De immobilisatie-effectiviteit vaststelling, de dichtheid van de niet-ingekapselde gepelleteerde cellen in gDCW / L, zoals beschreven in stap 2.1.
  8. Breng de gewassen korrels uit stap 4.6 in een buis. Volg stap 2,2-3,4 voor de L-xylulose biosynthese via alle gewassen kralen in plaats van celpellets evalueren.

5. Stabiliteit Assay van geïmmobiliseerde Biokatalysatoren voor L-xylulose Production

  1. Verzamel de kralen van stap 4,8 en tweemaal wassen met 10 ml 50 mM Tris-HCl (pH 8,0) -buffer zonder centrifugeren (zoals beschreven in stap 4.6).
  2. gebruik allevan de gewassen kralen om de reactie uit te voeren zoals beschreven in stap 2,2-3,4.
  3. Herhaal stap 5,1-5,2 voor gewenste aantal productiecycli en meet de hoeveelheid L-xylulose bij de reactie supernatant in elke cyclus.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

Om cofactor regeneratie mogelijk te maken, werd L-xylulose synthese in een gekoppelde whole-cell biokatalytische systeem dat E. uitgevoerd HjLAD coli en E. SpNox coli cellen. Na de optimalisering van verschillende parameters, de herbruikbaarheid van het systeem verbeterd door immobiliseren in calciumalginaat parels (figuur 2).

...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

Recente technologische ontwikkelingen hebben een sterke stijging in de commercialisering van recombinant biotherapeutica ingeschakeld, wat resulteert in een geleidelijke stijging van hun marktwaarde in de biotechnologie-industrie. Eén zo'n vooruitgang is de komst van metabolic engineering in recombinante micro-organismen, die een grote belofte bij het ​​vaststellen schaalbare industriële systemen 38 is getoond. Zoals bij de meeste processen succesvolle commercialisering van recombinant biomoleculen door g...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

De auteurs verklaren geen concurrerende financiële belangen. Het papier is gericht op het rapporteren van gedetailleerde methodologie om een ​​gekoppelde whole-cell biokatalytische systeem geïmmobiliseerd in alginaat kralen te genereren. Wetenschappelijke nieuwigheden gemeld in een eerdere studie 16.

Dankbetuigingen

Dit onderzoek werd gesteund door Basic Science Research Program door de National Research Foundation Korea (NRF), gefinancierd door het Ministerie van Onderwijs, Wetenschap en Technologie (NRF-2013R1A1A2012159 en NRF-2013R1A1A2007561), Konkuk University, en het Department of Chemical Engineering en mCubed Program aan de Universiteit van Michigan.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
LB broth Sigma AldrichL3022-6X1KG
KanamycinFisherBP906-5
Isopropyl β-D-thiogalactopyranoside (IPTG)Sigma AldrichI6758-10G
Tris baseFisherBP1521
B-Nicotinamide adenine dinucleotide hydrateSigma AldrichN7004-1G
L-ArabinitolSigma AldrichA3506-10G
L-CysteineSigma Aldrich168149
Sulfuric acidSigma Aldrich320501-500ML
CarbazoleSigma AldrichC5132
Ethanol FisherBP2818-4
Sodium alginateSigma AldrichW201502
Calcium chloride dihydrateSigma Aldrich223506-500G
Excella E24 shaker incubatorNew Brunswick Scientific
Cary 60 UV-Vis SpectrophotometerAgilent Technologies
Centrifuge 5810REppendrof
BeakersFisher
SyringeFisher
NeedleFisher
Pioneer Analytical and Precision Weighing BalanceOhaus

Referenties

  1. Carballeira, J. D., et al. Microbial cells as catalysts for stereoselective red-ox reactions. Biotech Adv. 27 (6), 686-714 (2009).
  2. Sun, B., Kantzow, C., Bresch, S., Castiglione, K., Weuster-Botz, D. Multi-enzymatic one-pot reduction of dehydrocholic acid to 12-keto-ursodeoxycholic acid with whole-cell biocatalysts. Biotechnol. Bioeng. 110 (1), 68-77 (2013).
  3. Smith, M. R., Khera, E., Wen, F. Engineering novel and improved biocatalysts by cell surface display. Ind. Eng. Chem. Res. 54 (16), 4021-4032 (2015).
  4. Wen, F., Sun, J., Zhao, H. Yeast surface display of trifunctional minicellulosomes for simultaneous saccharification and fermentation of cellulose to ethanol. Appl. Environ. Microbiol. 76 (4), 1251-1260 (2009).
  5. Siedler, S., Bringer, S., Bott, M. Increased NADPH availability in Escherichia coli: improvement of the product per glucose ratio in reductive whole-cell biotransformation. Appl. Microbiol. Biotechnol. 92 (5), 929-937 (2011).
  6. Kim, C. S., Seo, J. H., Kang, D. G., Cha, H. J. Engineered whole-cell biocatalyst-based detoxification and detection of neurotoxic organophosphate compounds. Biotech Adv. 32 (3), 652-662 (2014).
  7. Tufvesson, P., Lima-ramos, J., Nordblad, M., Woodley, J. M. Guidelines and cost analysis for catalyst production in biocatalytic processes. Org. Process Res. Dev. 15 (1), 266-274 (2011).
  8. Mouri, T., Michizoe, J., Ichinose, H., Kamiya, N., Goto, M. A recombinant Escherichia coli whole cell biocatalyst harboring a cytochrome P450cam monooxygenase system coupled with enzymatic cofactor regeneration. Appl Microbiol Bioechnol. 72 (3), 514-520 (2006).
  9. Xiao, Z., et al. A novel whole-cell biocatalyst with NAD+ regeneration for production of chiral chemicals. PloS one. 5 (1), e8860(2010).
  10. Zhao, H., van der Donk, W. A. Regeneration of cofactors for use in biocatalysis. Curr. Opin. Biotechnol. 14 (6), 583-589 (2003).
  11. Thomas, S. M., Dicosimo, R., Nagarajan, V. Biocatalysis: applications and potentials for the chemical industry. Trends Biotechnol. 20 (6), 238-242 (2002).
  12. Wang, Y., Li, L., Ma, C., Gao, C., Tao, F., Xu, P. Engineering of cofactor regeneration enhances (2S,3S)-2,3-butanediol production from diacetyl. Sci Rep. 3, 2643(2013).
  13. Uppada, V., Bhaduri, S., Noronha, S. B. Cofactor regeneration - an important aspect of biocatalysis. Curr. Sci. India. 106 (7), 946-957 (2014).
  14. Fu, N., Peiris, P., Markham, J., Bavor, J. A novel co-culture process with Zymomonas mobilis and Pichia stipitis for efficient ethanol production on glucose/xylose mixtures. Enzyme Microb. Technol. 45 (3), 210-217 (2009).
  15. Chen, H. -Y., Guan, Y. -X., Yao, S. -J. A novel two-species whole-cell immobilization system composed of marine-derived fungi and its application in wastewater treatment. J. Chem. Technol. Biotechnol. 89 (11), 1733-1740 (2014).
  16. Gao, H., et al. Repeated production of L-xylulose by an immobilized whole-cell biocatalyst harboring L-arabinitol dehydrogenase coupled with an NAD+ regeneration system. Biochem. Eng. J. 96, 23-28 (2015).
  17. Beerens, K., Desmet, T., Soetaert, W. Enzymes for the biocatalytic production of rare sugars. J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (6), 823-834 (2012).
  18. Poonperm, W., Takata, G., Izumori, K. Polyol conversion specificity of Bacillus pallidus. Biosci., Biotechnol., Biochem. 72 (1), 231-235 (2008).
  19. Leviiz, G., Zehner, L., Saunders, J., Beedle, J. Sugar substitutes: their energy values, bulk characteristics and potential health benefits. Am. J. Clin. Nutr. 62 (5), 1161S-1168S (1995).
  20. Zhang, Y. -W., Tiwari, M. K., Jeya, M., Lee, J. -K. Covalent immobilization of recombinant Rhizobium etli CFN42 xylitol dehydrogenase onto modified silica nanoparticles. Appl Microbiol Bioechnol. 90 (2), 499-507 (2011).
  21. Aarnikunnas, J. S., Pihlajaniemi, A., Palva, A., Leisola, M., Nyyssölä, A. Cloning and expression of a Xylitol-4-Dehydrogenase gene from Pantoea ananatis. Appl. Environ. Microbiol. 72 (1), 368-377 (2006).
  22. Doten, R. C., Mortlock, R. P. Production of D- and L-Xylulose by mutants of Klebsiella pneumoniae and Erwinia uredovora. Appl. Environ. Microbiol. 49 (1), 158-162 (1985).
  23. Khan, A. R., Tokunaga, H., Yoshida, K., Izumori, K. Conversion of Xylitol to L-Xylulose by Alcaligenes sp. 701B-cells. J. Ferment. Bioeng. 72 (6), 488-490 (1991).
  24. Poonperm, W., Takata, G., Morimoto, K., Granström, T. B., Izumori, K. Production of L-xylulose from xylitol by a newly isolated strain of Bacillus pallidus Y25 and characterization of its relevant enzyme xylitol dehydrogenase. Enzyme Microb. Technol. 40 (5), 1206-1212 (2007).
  25. Takata, G., Poonperm, W., Morimoto, K., Izumori, K. Cloning and overexpression of the xylitol dehydrogenase gene from Bacillus pallidus and its application to L-xylulose production. Biosci., Biotechnol., Biochem. 74 (9), 1807-1813 (2010).
  26. Usvalampi, A., Kiviharju, K., Leisola, M., Nyyssölä, A. Factors affecting the production of L-xylulose by resting cells of recombinant Escherichia coli. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 36 (10), 1323-1330 (2009).
  27. Rizzi, M., Harwart, K., Bui-Thananh, N. -A., Dellweg, H. A kinetic study of the NAD+-Xylitol-Dehydrogenase from the yeast Pichia stipitis. J. Ferment. Bioeng. 67 (1), 25-30 (1989).
  28. Pail, M., et al. The metabolic role and evolution of L-arabinitol 4-dehydrogenase of Hypocrea jecorina. Eur. J. Biochem. 271 (10), 1864-1872 (2004).
  29. Tiwari, M. K., et al. pH-rate profiles of L-arabinitol 4-dehydrogenase from Hypocrea jecorina and its application in L-xylulose production. Bioorg. Med. Chem. Lett. 24 (1), 173-176 (2014).
  30. Gao, H., et al. Role of surface residue 184 in the catalytic activity of NADH oxidase from Streptococcus pyogenes. Appl. Microbiol. Biotechnol. 98 (16), 7081-7088 (2014).
  31. Gao, H., Tiwari, M. K., Kang, Y. C., Lee, J. -K. Characterization of H2O-forming NADH oxidase from Streptococcus pyogenes and its application in L-rare sugar production. Bioorg. Med. Chem. Lett. 22 (5), 1931-1935 (2012).
  32. Roy, I., Gupta, M. N. Hydrolysis of starch by a mixture of glucoamylase and pullulanase entrapped individually in calcium alginate beads. Enzyme Microb. Technol. 34 (1), 26-32 (2004).
  33. Gombotz, W. R., Wee, S. F. Protein release from alginate matrices. Adv Drug Deliv Rev. 31 (3), 267-285 (1998).
  34. Smrdel, P., Bogataj, M., Mrhar, A. The influence of selected parameters on the size and shape of alginate beads prepared by ionotropic Gelation. Sci Pharm. 76 (1), 77-89 (2008).
  35. Idris, A., Wahidin, S. Effect of sodium alginate concentration, bead diameter, initial pH and temperature on lactic acid production from pineapple waste using immobilized Lactobacillus delbrueckii. Process Biochem. 41 (5), 1117-1123 (2006).
  36. Lee, K. Y., Mooney, D. J. Alginate: properties and biomedical applications. Prog. Polym. Sci. 37 (1), 106-126 (2012).
  37. Chen, X. -H., Wang, X. -T., et al. Immobilization of Acetobacter sp. CCTCC M209061 for efficient asymmetric reduction of ketones and biocatalyst recycling. Microb. Cell Fact. 11 (1), 119-131 (2012).
  38. Yadav, V. G., et al. The future of metabolic engineering and synthetic biology: Towards a systematic practice. Metab. Eng. 14 (3), 233-241 (2012).
  39. Demain, A. L. From natural products discovery to commercialization: a success story. J Ind Microbiol Biotechnol. 33 (7), 486-495 (2006).
  40. Baneyx, F., Mujacic, M. Recombinant protein folding and misfolding in Escherichia coli. Nature Biotechnol. 22 (11), 1399-1408 (2004).
  41. De Marco, A., Deuerling, E., Mogk, A., Tomoyasu, T., Bukau, B. Chaperone-based procedure to increase yields of soluble recombinant proteins produced in E. coli. BMC Biotechnol. 7, 32-40 (2007).
  42. Terpe, K. Overview of bacterial expression systems for heterologous protein production: from molecular and biochemical fundamentals to commercial systems. Appl. Microbiol. Biotechnol. 72 (2), 211-222 (2006).
  43. Alper, H., Fischer, C., Neviogt, E., Stephanopoulos, G. Tuning genetic control through promoter engineering. PNAS. 103 (8), 12678-12683 (2006).
  44. Salis, H. M., Mirsky, E. A., Voigt, C. A. Automated design of synthetic ribosome binding sites to control protein expression. Nat. Biotechnol. 27 (10), 946-950 (2009).
  45. Riaz, Q. U., Masud, T. Recent trends and applications of encapsulating materials for probiotic stability. Crit Rev Food Sci Nutr. 53 (3), 231-244 (2013).
  46. Hossain, G. S., Li, J., et al. One-step biosynthesis of α-keto-γ-methylthiobutyric acid from L-methionine by an Escherichia coli whole-cell biocatalyst expressing an engineered L-amino acid deaminase from Proteus vulgaris. PloS one. 9 (12), e114291(2014).
  47. Bhushan, B., Pal, A., Jain, V. Improved enzyme catalytic characteristics upon glutaraldehyde cross-linking of alginate entrapped xylanase Isolated from Aspergillus flavus MTCC 9390. Enzyme Res. (218704), (2015).
  48. Chen, R. Bacterial expression systems for recombinant protein production: E. coli and beyond. Biotech Adv. 30 (5), 1102-1107 (2012).
  49. Truppo, M. D., Hughes, G. Development of an improved immobilized CAL-B for the enzymatic resolution of a key intermediate to odanacatib. Org. Process Res. Dev. 15 (5), 1033-1035 (2011).
  50. Twala, B. V., Sewell, B. T., Jordaan, J. Immobilisation and characterisation of biocatalytic co-factor recycling enzymes, glucose dehydrogenase and NADH oxidase, on aldehyde functional ReSyn polymer microspheres. Enzyme Microb. Technol. 50 (6-7), 331-336 (2012).
  51. Wang, X. -T., et al. Biocatalytic anti-Prelog stereoselective reduction of ethyl acetoacetate catalyzed by whole cells of Acetobacter sp. CCTCC M209061. J. Biotechnol. 163 (3), 292-300 (2013).
  52. Rios-Solis, L., et al. Modelling and optimisation of the one-pot, multi-enzymatic synthesis of chiral amino-alcohols based on microscale kinetic parameter determination. Chem. Eng. Sci. 122, 360-372 (2015).
  53. Wang, B., Barahona, M., Buck, M. A modular cell-based biosensor using engineered genetic logic circuits to detect and integrate multiple environmental signals. Biosens Bioelectron. 40 (1), 368-376 (2013).
  54. Saratale, R. G., Saratale, G. D., Kalyani, D. C., Chang, J. S., Govindwar, S. P. Enhanced decolorization and biodegradation of textile azo dye Scarlet R by using developed microbial consortium-GR. Bioresour. Technol. 100 (9), 2493-2500 (2009).
  55. Malik, A. Metal bioremediation through growing cells. Environ. Int. 30 (2), 261-278 (2004).
  56. Bazot, S., Lebeau, T. Effect of immobilization of a bacterial consortium on diuron dissipation and community dynamics. Bioresour. Technol. 100 (18), 4257-4261 (2009).
  57. Brethauer, S., Studer, M. H. Consolidated bioprocessing of lignocellulose by a microbial consortium. Energy Environ Sci. 7 (4), 1446(2014).
  58. Malusá, E., Sas-Paszt, L., Ciesielska, J. Technologies for beneficial microorganisms inocula used as biofertilizers. Sci World J. 2012 (491206), (2012).
  59. Brune, K. D., Bayer, T. S. Engineering microbial consortia to enhance biomining and bioremediation. Front Microbiol. 3 (203), (2012).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Immobilisatie van biocatalysatorenhelecel biocatalysatorenL xylulose biosyntheseE coli stammencalciumchlorideTris HCl buffercolorimetrische assaybeoordeling van herbruikbaarheid

Gerelateerde artikelen