JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • النتائج
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

قدم هو بروتوكول شارك مستوقف البيولوجية الحفازة خلية كاملة لتجديد العامل المساعد وتحسين إعادة استخدام، وذلك باستخدام إنتاج L-زايلولوز كمثال على ذلك. ويتحقق تجديد العامل المساعد من قبل اقتران سلالتين القولونية التعبير عن الانزيمات التكميلية وظيفيا. حقق المتحفز الحيوي تجميد كامل الخلية التي كتبها تغليف الخلايا في حبات الجينات الكالسيوم.

Abstract

لقد وضعت مؤخرا نظام biocatalytic خلية كاملة بسيطة، قابلة لإعادة الاستخدام وإلى جانب القدرة على تجديد العامل المساعد والشلل المتحفز الحيوي لتحسين العائد إنتاج وتركيب المستدام. طيه وصفها هو الإجراء التجريبي لتطوير مثل هذا النظام تتكون من اثنين من E. سلالات كولاي التي تعبر عن الإنزيمات التكميلية وظيفيا. معا، ويمكن لهذه الانزيمات اثنين تعمل بصورة تعاونية للتوسط في تجديد العوامل المساعدة مكلفة لتحسين المحصول المنتج من bioreaction. وبالإضافة إلى ذلك، تم الإبلاغ عن طريقة تجميع شكل يجمد النظام biocatalytic مقرونة تغليف الخلايا بأكملها في حبات الجينات الكالسيوم. وكمثال على ذلك، نقدم الحيوي محسنة من L-زايلولوز من L-arabinitol بواسطة اقتران E. خلايا القولونية التعبير عن الانزيمات L-arabinitol نازعة أو أوكسيديز NADH. تحت الظروف المثلى وباستخدام تركيز الأولي من 150ملي L-arabinitol، بلغ الأقصى-L زايلولوز العائد 96٪، وهي نسبة أعلى من تلك التي ذكرت في الأدبيات. أظهر شكل يجمد لالبيولوجية الحفازة خلية كاملة إلى جانب الاستقرار التشغيلي الجيد، والحفاظ على 65٪ من المحصول تم الحصول عليها في الدورة الأولى بعد 7 دورات إعادة استخدامها على التوالي، في حين أن النظام الخليوي حرة فقدت تماما تقريبا النشاط التحفيزي. ولذلك، فإن وسائل ذكرت هنا توفر اثنين من الاستراتيجيات التي يمكن أن تساعد على تحسين الإنتاج الصناعي من L-زايلولوز، فضلا عن غيرها من المركبات ذات القيمة المضافة التي تتطلب استخدام العوامل المساعدة بشكل عام.

Introduction

أصبح التخفيض خلية كاملة أحيائي باستخدام الكائنات الدقيقة طريقة على نطاق واسع لتركيب الكيماوي الأنزيمية من الجزيئات الحيوية الهامة تجاريا وعلاجيا 1-3. وهو يقدم العديد من المزايا على استخدام الإنزيمات المعزولة، وخاصة القضاء على عمليات تنقية المصب مكثفة من حيث التكلفة ومظاهرة من العمر الممتد 4-7. لمسارات biocatalytic حيث يطلب من العوامل المساعدة لتشكيل المنتجات والنظم خلية كاملة لديها القدرة على توفير في الموقع العامل المساعد تجديد عن طريق إضافة غير مكلفة-التبرع الإلكترون المشارك ركائز 5،8،9. ومع ذلك، تتقلص هذه القدرة على ردود الفعل التي تتطلب تركيز متكافئة النادرة أو باهظة الثمن المشارك ركائز 10-13. جنبا إلى جنب مع إعادة استخدام الفقيرة من الخلايا الكاملة، وهذا يعوق إنشاء الم Ù تحجيم ومستمرنظام ction. مطلوبة التعديلات الاستراتيجية لنظم خلية كاملة لهذه التحولات الحيوية التي تعتمد على العامل المساعد للتغلب على القيود المذكورة أعلاه. على وجه التحديد، وقد ثبت أن الجمع بين البيولوجية الحفازة خلية كاملة تعمل بشكل تعاوني ليعزز إلى حد كبير الإنتاجية وثبات إنزيمات آوى 14. هذه العوامل، التي غالبا ما تكون حاسمة لتمكين الإنتاج على نطاق واسع من المنتجات مجدية تجاريا، يمكن زيادة الأمثل كل شل حركة المشارك الميكروبات biocatalytic 15. لقد وضعت مؤخرا خلية كاملة نظام biocatalytic بسيطة وقابلة لإعادة الاستخدام التي تسمح لكل تجديد العامل المساعد والشلل المتحفز الحيوي لل-L زايلولوز إنتاج 16. في هذه الدراسة، تم استخدام هذا النظام كمثال لتوضيح الإجراءات التجريبية من تطبيق هذه الاستراتيجيات اثنين لتحسين العائد إنتاج أحيائي وإعادة استخدام المتحفز الحيوي.

L-زايلولوز ينتمي إلى القانون المدنيSS من الجزيئات المفيدة بيولوجيا يدعى السكريات نادرة. السكريات الأحادية هي نادرة فريدة من نوعها أو مشتقات السكر الذي يحدث نادرا جدا في الطبيعة، ولكن تلعب أدوارا حاسمة كعناصر الاعتراف في الجزيئات النشطة بيولوجيا 17،18. لديهم مجموعة متنوعة من التطبيقات بدءا من المحليات، والأغذية الوظيفية إلى العلاجات المحتملة 19. L-زايلولوز يمكن استخدامها كمانع المحتمل لعدة α-غلوكوسيديزات، ويمكن أيضا أن تستخدم كمؤشر على التهاب الكبد أو الكبد تليف الكبد 17،20. تم الإبلاغ عن تحويل كفاءة عالية من إكسيليتول إلى L-زايلولوز في أنظمة خلية كاملة سابقا في Pantoea ananatis 21،22، المقلونة ليرة سورية. 701B 23، عصيات الشاحبة Y25 24،25 والقولونية 26. في E. القولونية، ومع ذلك، لم يتحقق إلا باستخدام منخفضة (<67 مم) تركيزات إكسيليتول 26 بسبب الآثار المثبطة المحتملة لتركيز إكسيليتول الأولي أعلى من 100 ملم على النشاط إكسيليتول-4-نازعة 21،26. وقد تبين التوازن الحرارية بين زايلولوز وإكسيليتول لصالح بشدة تشكيل إكسيليتول 25،27. بالإضافة إلى ذلك، العائد زايلولوز محدودة بمقدار العوامل المساعدة باهظة الثمن التي لا بد من توفيرها في ظل عدم وجود نظام في الموقع العامل المساعد تجديد. معا، هذه العوامل تحد من إمكانية التوسع في نظم مستدامة لالحيوي-L زايلولوز.

للتغلب على هذه القيود وتحسين العائد أحيائي-L زايلولوز، كان يعمل استراتيجية تجديد العامل المساعد أول من وضع نظام biocatalytic خلية كاملة إلى جانب. على وجه التحديد، L-Arabinitol 4 نازعة (EC 1.1.1.12) من فطر المستلحمة jecorina (HjLAD)، وهو الانزيم في مسار-L الارابينوز تقويضي من الفطريات تم اختيار، لتحفيز تحويل L-arabinitol إلى L-زايلولوز 28،29 . مثل العديد من الإنزيمات السكروز، وهو limitatio كبيرن من HjLAD هو أنه يتطلب كمية متكافئة من تكلفة نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد العامل المساعد (NAD +، وشكل المؤكسد من NADH) لتنفيذ هذا التحويل. وقد تبين NADH أوكسيديز وجدت في العقدية المقيحة (SpNox) لعرض النشاط المرتفع العامل المساعد-تجديد 30،31. الاستفادة من هذه السمة من SpNox، E. اقترنت خلايا القولونية التعبير عن HjLAD لإنتاج L-زايلولوز مع E. خلايا القولونية التعبير عن SpNox للتجديد من NAD + إلى زيادة إنتاج-L زايلولوز يصور رد فعل يقترن هو مبين في الشكل 1A. تحت الظروف المثلى وباستخدام تركيز الأولي من 150 ملي L-arabinitol، بلغ الأقصى-L زايلولوز العائد 96٪، مما يجعل هذا النظام أكثر كفاءة بكثير من تلك التي ذكرت في الأدب.

كان يعمل استراتيجية تجميد خلية كاملة بجانب زيادة تعزيز إعادة استخدام من جانب biocatalytنظام جيم. وتشمل الأساليب المستخدمة عادة لتجميد كامل الخلية الامتزاز / التساهمية ربط المصفوفات الصلبة، عبر ربط / انحباس والتغليف في شبكات البوليمرية (32). ومن بين هذه الأساليب، الأسلوب الأكثر مناسبة لتجميد الخلية التغليف في حبات الجينات الكالسيوم. خصائصها دبق خفيفة، مصفوفة المائية الخاملة والمسامية العالية تساعد في الحفاظ على الخصائص الفسيولوجية وظائف البيولوجية مغلفة 33. ولذلك، فإن نظام المتحفز الحيوي إلى جانب تحتوي على كل من E. وقد ثبتوا الخلايا القولونية إيواء HjLAD أو SpNox في حبات الجينات الكالسيوم لتمكين دورات متعددة من الإنتاج L زايلولوز (الشكل 2). وأظهر نظام المتحفز الحيوي يجمد الاستقرار التشغيلي الجيد، والحفاظ على 65٪ من العائد تحويل الدورة الأولى بعد 7 دورات إعادة استخدامها على التوالي، في حين أن النظام الخليوي حرة فقدت تماما تقريبا النشاط التحفيزي.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

1. كامل الخلية البيولوجية الحفازة التحضير

ملاحظة: المؤتلف E. خلايا القولونية إيواء pET28a- SpNox 31 أو pET28a- HjLAD 28 والمشار إليها فيما E. القولونية E. SpNox و القولونية HjLAD، على التوالي.

  1. تلقيح مستعمرة واحدة من E. القولونية HjLAD في 3 مل من المتوسط ​​تستكمل مع كانامايسين (50 ميكروغرام / مل) لوريا، Bertani (LB)، واحتضان في حاضنة يا شاكر / N عند 37 درجة مئوية، 250 دورة في الدقيقة.
  2. تمييع الثقافة بنسبة 1: 100 في 200 مل من LB الطازجة التي تحتوي على 50 ميكروغرام / مل الكاناميسين واحتضان عند 37 درجة مئوية، 250 دورة في الدقيقة حتى OD 600 تصل إلى ~ 0.6.
  3. حمل بروتين تعبير HjLAD بإضافة 0.1 ملي الآيزوبروبيل β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) إلى مستنبت واحتضان عند 16 درجة مئوية، 180 دورة في الدقيقة لمدة 16 ساعة.
    1. بدلا من ذلك، نفذ الحث على 25 درجة مئوية، و 200 روبيةيتم تنفيذ م لمدة 6 ساعة إذا الحيوي-L زايلولوز (الخطوة 2 أدناه) في نفس اليوم.
  4. حصاد E. يسببها خلايا القولونية HjLAD بواسطة الطرد المركزي في 3200 x ج لمدة 20 دقيقة في 4 درجة مئوية. تجاهل طاف، والشروع في الخطوة 2 لمعالجة بيليه الخلية.
  5. في موازاة ذلك، نفذ الخطوات 1،1-1،4 لE. القولونية SpNox.

2. البناء الحيوي من L-زايلولوز بواسطة اقتران E. القولونية E. HjLAD و القولونية SpNox عن العامل المساعد التجديد

  1. Resuspend والكريات خلية من E. القولونية E. HjLAD و القولونية SpNox بشكل منفصل في 50 العازلة ملي تريس، حمض الهيدروكلوريك (الرقم الهيدروجيني 8.0) في مناطق ذات كثافة خلية من 5.0 ز الخلايا الجافة الوزن (gDCW) / L.
    ملاحظة: يمكن إنشاء ارتباط بين gDCW والكثافة الضوئية تقاس في 600 نانومتر (OD 600) لتسهيل التجربة. الصيغة المستخدمة فيهذا البروتوكول هو 1 gDCW / L = 0.722 * OD 600-،0965، والتي يمكن أن تختلف بين الطيف المختلفة.
  2. مزيج 600 ميكرولتر من 5.0 gDCW / L E. القولونية HjLAD، 600 ميكرولتر من 5.0 gDCW / L E. القولونية SpNox، و 100 ميكرولتر من 20 ملي NAD +، و 150 ميكرولتر من 2 M L-arabinitol في 14 مل أنبوب جولة القاع وجعل حجم رد الفعل إلى 2 مل وذلك بإضافة 550 ميكرولتر من 50 ملي تريس، حمض الهيدروكلوريك (الرقم الهيدروجيني 8.0) .
    ملاحظة: نسبة من المبلغ البيولوجية الحفازة اثنين كامل الخلية يمكن أن يكون الأمثل لتحسين الحيوي المنتج. وبالنسبة للنظام وصفها، نسبة E. القولونية SpNox: E. القولونية HjLAD = 1: 1 وجدت لتكون الأمثل ل-L زايلولوز الحيوي (الشكل 1B).
  3. احتضان خليط التفاعل في 30 درجة مئوية، 200 دورة في الدقيقة لمدة 8 ساعة.
  4. جمع طاف بعد الطرد المركزي في 4 درجة مئوية، 3200 x ج لمدة 10 دقيقة لالثانية المضي قدما لقياس الإنتاج L زايلولوز كما هو موضح في الخطوة 3 أدناه.

3. اللونية الفحص لالكمي-L زايلولوز

  1. نضح 100 ميكرولتر من طاف رد فعل جمعها من الخطوة 2.4 في أنبوب 1.5 مل.
  2. إضافة 50 ميكرولتر من 1.5٪ السيستين، 900 ميكرولتر من حمض الكبريتيك 70٪، و 50 ميكرولتر من 0.1٪ carbazole يذوب في الإيثانول ومزيج بلطف بواسطة أنبوب عكس 3 مرات.
  3. احتضان خليط التفاعل في 37 درجة مئوية، 200 دورة في الدقيقة لمدة 20 دقيقة.
  4. قياس الامتصاصية البصري للخليط التفاعل في 560 نانومتر (A 560) باستخدام مقياس الطيف الضوئي.
    1. تمييع خليط التفاعل إذا كانت القراءة على 560 فوق 1.

4. الشلل المؤتلف المحفزات خلية كاملة في الخرز الجيني الكالسيوم

  1. حل 4 غرام الجينات الصوديوم في 100 مل من الماء المقطر. يعد حل الجينات من خلال إضافة الصورةالكراهية الجينات على المياه لتجنب تشكيل كتل. تسخين الخليط إذا لزم الأمر.
  2. إضافة 600 ميكرولتر من 5.0 gDCW / L E. القولونية HjLAD و 600 ميكرولتر من 5.0 gDCW / L E. القولونية SpNox في 1.2 مل 4٪ الجينات أعدت في الخطوة 4.1 و مزيج من الخلايا والجينات من قبل pipetting لطيف لتجنب تشكيل فقاعة.
  3. نضح تعليق الجينات / الخلية إلى حقنة باستخدام إبرة ويضاف خليط قطرة من الحكمة في كلوريد 0.3 M الكالسيوم (CaCl 2) حل في كوب 100 مل مع التقليب المستمر.
    ملاحظة: حجم CaCl 2 الحل تستخدم لتشكيل حبة الجينات ينبغي أن يكون كافيا لقطرات الجينات لتكون مغمورة تماما. بالإضافة إلى ذلك، يجب المحافظة على المسافة بين إبرة حقنة وسطح محلول كلوريد الكالسيوم ضمن نطاق الأمثل لضمان تشكيل حبات كروية موحد. في نطاق مسافة الأمثل يمكن تحديد التجربةحليف ويعتمد على القطر الداخلي للإبرة. كما تقدير، تم العثور على مسافة ~ 15 ± 5 سم ليكون الأمثل ل0.6 سم (القطر الداخلي) إبرة حقنة.
  4. ترك حبات في حل CaCl 2 ل2-3 ساعة على RT دون اثارة للسماح تشكيل يشابك وهلام الخرز.
  5. صب حل CaCl 2 من دون إزعاج الخرز بصب بعناية حل CaCl 2 في أنبوب مخروطي 50 مل، ونقل حبات المتبقية في CaCl 2 الحل في 50 مل أنبوب مخروطي آخر.
  6. تغسل حبات مع 10 مل من 50 ملي تريس، حمض الهيدروكلوريك (الرقم الهيدروجيني 8.0) المخزن المؤقت ثلاث مرات لإزالة الخلايا الزائدة CaCl 2 والامم المتحدة ومغلفة.
    ملاحظة: في أي خطوة معينة، لا أجهزة الطرد المركزي حبات لأن ذلك سوف تمزق لهم. لفصل حبات من حل، والسماح للتعليق على الوقوف دون عائق ل3-5 دقيقة. سوف حبات يستقر في القاع وغسل العازلة يمكن مصبوبفي وعاء آخر.
    1. لا تجاهل غسل العازلة المستخدمة. تجمع المخزن المؤقت المستخدم تريس، حمض الهيدروكلوريك غسل (30 مل) مع CaCl 2 حل المستعملة التي تم جمعها من الخطوة 4.5.
  7. بيليه-يجمد الامم المتحدة E. خلايا القولونية بواسطة الطرد المركزي من CaCl 2 و تريس، حمض الهيدروكلوريك حل المجمعة التي تم جمعها من الخطوة 4.6 في 3200 x ج لمدة 20 دقيقة. لتحديد كفاءة الشلل، وحساب كثافة الخلايا من الامم المتحدة ومغلفة مكعبات في gDCW / L كما هو موضح في الخطوة 2.1.
  8. نقل حبات غسلها من الخطوة 4.6 في أنبوب. اتبع الخطوات 2،2-3،4 لتقييم الحيوي-L زايلولوز باستخدام كل من الخرز غسلها في مكان الكريات الخلية.

5. الاستقرار الفحص من يجمد البيولوجية الحفازة للإنتاج-L زايلولوز

  1. جمع حبات من الخطوة 4.8 ويغسل مرتين مع 10 مل من 50 ملي تريس، حمض الهيدروكلوريك (الرقم الهيدروجيني 8.0) عازلة دون الطرد المركزي (كما هو موضح في الخطوة 4.6).
  2. استخدام كلمن الخرز غسلها لأداء رد الفعل كما هو موضح في الخطوات 2،2-3،4.
  3. كرر الخطوات من 5،1-5،2 عن العدد المرغوب فيه من دورات الإنتاج وقياس كمية L-زايلولوز المنتجة في طاف رد فعل في كل دورة.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

النتائج

لتمكين تجديد العامل المساعد، وجرى تركيب-L زايلولوز في نظام biocatalytic خلية كاملة إلى جانب تحتوي على E. القولونية E. HjLAD و خلايا القولونية SpNox. بعد الأمثل لمختلف المعلمات، وتحسين إعادة استخدام هذا النظام عن طريق شل حركة ?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

وقد مكنت التطورات التكنولوجية الأخيرة طفرة في تسويق biotherapeutics المؤتلف، مما أدى إلى ارتفاع تدريجي في قيمتها السوقية في صناعة التكنولوجيا الحيوية. واحدة هذا التطور هو ظهور الهندسة الأيضية في الكائنات الحية الدقيقة المؤتلف، التي أظهرت وعدا كبيرا في تأسيس النظم الصناعي...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

الكتاب تعلن أي المصالح المالية المتنافسة. وتهدف الورقة إلى الإبلاغ عن منهجية مفصلة لتوليد نظام biocatalytic خلية كاملة إلى جانب ثبتوا في حبات الجينات. وقد تم الإبلاغ عن المستجدات العلمية في دراسة سابقة (16).

Acknowledgements

وأيد هذا البحث من قبل برنامج أبحاث العلوم الأساسية من خلال المؤسسة الوطنية للبحوث كوريا (جبهة الخلاص الوطني) بتمويل من وزارة التربية والتعليم والعلوم والتكنولوجيا (جبهة الخلاص الوطني، 2013R1A1A2012159 وجبهة الخلاص الوطني، 2013R1A1A2007561)، جامعة كونكوك، وقسم الهندسة الكيميائية وMCubed برنامج في جامعة ميشيغان.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
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

References

  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).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

110 L

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved