Name: production of chemicals by klebsiella pneumoniae using bamboo hydrolysate as feedstock
Uploaded: 2017-06-29T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Production of Chemicals by Klebsiella pneumoniae Using Bamboo Hydrolysate as Feedstock at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China (Tilskud nr. 21576279, 20906076) og KRIBB Research Initiative Program (KGM2211531).

1. Fremstilling af bambushydrolysat <ol><li> Tilsæt 5 g bambuspulver til 40 ml af en NaOH-opløsning for at opnå en slutkoncentration på 10% (g / g) i en 250 ml kolbe. Brug en række NaOH-opløsninger, der strækker sig fra 0,05 M til 0,50 M i trin på 0,05 M. <ol><li> Inkuber blandingen i 60 minutter ved 60 ° C eller 100 ° C i et vandbad. Inkuber ved 121 ° C i en autoklav. </li></ol></li><li> Efter inkubering, lad blandingen stå i 4 timer ved stuetemperatur. Fjern derefter supernatante...

<ol>
	<li>Zeng, A. P., Biebl, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bulk+chemicals+from+biotechnology:+the+case+of+1,+3-propanediol+production+and+the+new+trends.">Bulk chemicals from biotechnology: the case of 1, 3-propanediol production and the new trends.</a> Adv Biochem Eng Biotechnol. 74, 239-259 (2002).</li><li>Wei, D., Wang, M., Jiang, B., Shi, J., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+dihydroxyacetone+kinases+I+and+II+in+the+dha+regulon+of+Klebsiella+pneumoniae.">Role of dihydroxyacetone kinases I and II in the dha regulon of Klebsiella pneumoniae.</a> J Biotechnol. 177, 13-19 (2014).</li><li>Celi&#324;ska, E., Grajek, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biotechnological+production+of+2,3-butanediol-current+state+and+prospects.">Biotechnological production of 2,3-butanediol-current state and prospects.</a> Biotechnol Adv. 27 (6), 715-725 (2009).</li><li>Chen, C., Wei, D., Shi, J., Wang, M., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+2,+3-butanediol+stereoisomer+formation+in+Klebsiella+pneumoniae.">Mechanism of 2, 3-butanediol stereoisomer formation in Klebsiella pneumoniae.</a> Appl Microbiol Biotechnol. 98 (10), 4603-4613 (2014).</li><li>Wei, D., Wang, M., Shi, J., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Red+recombinase+assisted+gene+replacement+in+Klebsiella+pneumoniae.">Red recombinase assisted gene replacement in Klebsiella pneumoniae.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 39 (8), 1219-1226 (2012).</li><li>Wei, D., Sun, J., Shi, J., Liu, P., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+strategy+to+improve+efficiency+for+gene+replacement+in+Klebsiella+pneumoniae.">New strategy to improve efficiency for gene replacement in Klebsiella pneumoniae.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 40 (5), 523-527 (2013).</li><li>Chen, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+RecBCD+in+Klebsiella+pneumoniae+by+Gam+and+its+effect+on+the+efficiency+of+gene+replacement.">Inhibition of RecBCD in Klebsiella pneumoniae by Gam and its effect on the efficiency of gene replacement.</a> J Basic Microbiol. 56 (2), 120-126 (2016).</li><li>Wang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=R-acetoin+accumulation+and+dissimilation+in+Klebsiella+pneumoniae.">R-acetoin accumulation and dissimilation in Klebsiella pneumoniae.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 42 (8), 1105-1115 (2015).</li><li>Wei, D., Xu, J., Sun, J., Shi, J., Hao, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2-Ketogluconic+acid+production+by+Klebsiella+pneumoniae+CGMCC+1.6366.">2-Ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae CGMCC 1.6366.</a> J Ind Microbiol Biotechnol. 40 (6), 561-570 (2013).</li><li>Sun, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-stage+fermentation+for+2-ketogluconic+acid+production+by+Klebsiella+pneumoniae.">Two-stage fermentation for 2-ketogluconic acid production by Klebsiella pneumoniae.</a> J Microbiol Biotechnol. 24 (6), 781-787 (2014).</li><li>Wang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gluconic+acid+production+by+gad+mutant+of+Klebsiella+pneumoniae.">Gluconic acid production by gad mutant of Klebsiella pneumoniae.</a> World J Microbiol Biotechnol. 32 (8), 1-11 (2016).</li><li>Wang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+xylonic+acid+by+Klebsiella+pneumoniae.">Production of xylonic acid by Klebsiella pneumoniae.</a> Appl Microbiol Biotechnol. 100 (23), 10055-10063 (2016).</li><li>Kumar, P., Barrett, D. M., Delwiche, M. J., Stroeve, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+pretreatment+of+lignocellulosic+biomass+for+efficient+hydrolysis+and+biofuel+production.">Methods for pretreatment of lignocellulosic biomass for efficient hydrolysis and biofuel production.</a> Ind Eng Chem Res. 48 (8), 3713-3729 (2009).</li><li>Brisse, S., Grimont, F., Grimont, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+genus+Klebsiella.">The genus Klebsiella.</a> The Prokaryotes. , 159-196 (2006).</li><li>Hao, J., Lin, R., Zheng, Z., Liu, H., Liu, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+and+characterization+of+microorganisms+able+to+produce+1,+3-propanediol+under+aerobic+conditions.">Isolation and characterization of microorganisms able to produce 1, 3-propanediol under aerobic conditions.</a> World J Microbiol Biotechnol. 24 (9), 1731-1740 (2008).</li><li>Hong, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+alkaline+pretreatment+on+corn+stover+for+enhanced+production+of+1.3-propanediol+and+2,+3-butanediol+by+Klebsiella+pneumoniae+AJ4.">Optimization of alkaline pretreatment on corn stover for enhanced production of 1.3-propanediol and 2, 3-butanediol by Klebsiella pneumoniae AJ4.</a> Biomass Bioenerg. 77, 177-185 (2015).</li><li>Pienkos, P. T., Zhang, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+pretreatment+and+conditioning+processes+on+toxicity+of+lignocellulosic+biomass+hydrolysates.">Role of pretreatment and conditioning processes on toxicity of lignocellulosic biomass hydrolysates.</a> Cellulose. 16 (4), 743-762 (2009).</li></ol>

K. pneumoniae tilhører slægten Klebsiella i familien Enterobacteriaceae . K. pneumoniae distribueres bredt i naturlige omgivelser som jord, vegetation og vand 14 . Vildtype K. pneumoniae- stamme anvendt i denne undersøgelse blev isoleret fra jord og anvendes til 1,3-propandiolproduktion 15 . K. pneumoniae og mutanter af denne art producerer mange kemikalier under forskellige forhold. Kult...

Klebsiella pneumoniae er en bakterie der vokser godt under både aerob og anaerobe forhold. K. pneumoniae er en vigtig industriel mikroorganisme, der anvendes til fremstilling af mange kemikalier. 1,3-propandiol er et værdifuldt kemikalie, der hovedsagelig anvendes som en monomer til syntetisering af polytrimethylenterephthalat. Polytrimethylenterephthalat er en bionedbrydelig polyester, der udviser bedre egenskaber end 1,2-propandiol, butandiol eller ethylenglycol 1 . 1,3-propandiol fremstilles ved K. pneumoniae under anvendelse af glycerol som et substrat i iltbegrænsede betingelser 2 . 2,3-butandiol og dets derivater har anvendelser inden for plastik, opløsningsmiddelproduktion og syntetisk gummi og har potentialet til at blive anvendt som biobrændstof 3 . Med glucose som substrat er 2,3-butandiol hovedmetabolitten af ​​vildtypestammen 4 . 2,3-butandiol er syntetiskEd fra pyruvat. For det første kondenserer to molekyler pyruvat for at give a-acetolactat; Denne reaktion katalyseres af a-acetolactatsyntase. A-acetolactat omdannes derefter til acetoin ved a-acetolactat-decarboxylase. R- acetoin reduceres yderligere til 2,3-butandiol, når den katalyseres af butandioldehydrogenase. En effektiv gen-erstatningsmetode egnet til K. pneumoniae er blevet undersøgt, og mange mutanter er blevet konstrueret 5 , 6 , 7 . En budC- mutant, som mistede sin 2,3-butandioldehydrogenaseaktivitet, akkumulerer høje niveauer af acetoin i kulturbouillon. Acetoin anvendes som et additiv til forbedring af fødevarens smag 8 . Når budA , som koder for a-acetolactat-decarboxylase, muteres, akkumuleres 2-ketogluconinsyre i bouillon. 2-ketogluconinsyre anvendes til syntesen af ​​erythorbinsyre (isoascorbinsyre), En antioxidant anvendt i fødevareindustrien 9 . 2-ketogluconinsyre er et mellemprodukt i glucoseoxidationsvejen; I denne vej, der er lokaliseret i periplasmatisk rum, oxideres glucose til gluconsyre og oxideres derefter yderligere til 2-ketogluconinsyre. Gluconsyre og 2-ketogluconinsyre produceret i periplasma kan transporteres til cytoplasma for yderligere metabolisme. Akkumuleringen af ​​2-ketogluconinsyre er afhængig af sure betingelser, og højere lufttilskud favoriserer 2-ketogluconsyreproduktion 10 . Gluconat dehydrogenase, kodet af gad , Katalyserer omdannelsen af ​​gluconsyre til 2-ketolguconsyre. Gad- mutanten af K. pneumoniae producerede høje niveauer af gluconsyre i stedet for 2-ketogluconinsyre, og denne proces er også afhængig af sure betingelser. Gluconsyre er en masse organisk syre og anvendes som additiv til at forøge cementets 1 egenskaber1. Glucoseoxidation til gluconsyre katalyseres af glucose-dehydrogenase. Xylose er også et egnet substrat af glucose dehydrogenase. Når xylose anvendes som et substrat, producerer K. pneumoniae xylonsyre 12 . Kemisk produktion med biomasse som råmateriale er et varmt emne inden for bioteknologi 13 . De vigtigste komponenter i biomasse er cellulose, hemicellulose og lignin. Imidlertid kan disse makromolekylære forbindelser ikke direkte kategoriseres af de fleste mikroorganismer (inklusiv K. pneumoniae ). Cellulose og hemicelluloser i biomassen skal hydrolyseres til glucose og xylose og kan derefter anvendes af mikroorganismer. Tilstedeværelsen af ​​lignin i lignocelluloser skaber en beskyttende barriere, der forhindrer biomassehydrolyseringen af ​​enzymer. Således udføres en forbehandlingsproces, der fjerner lignin og hemicelluloser og reducerer krystalliniteten af ​​cellulose altid under biomasseudnyttelse med mikrofonroorganisms. Mange forbehandlingsmetoder er blevet udviklet: Syre, alkalisk, ammoniak og dampbehandling er almindelige. Bambus er rigeligt i tropiske og subtropiske regioner og er en vigtig biomasse ressource. Her præsenteres fremstillingen af ​​bambushydrolysat og kemisk produktion ved anvendelse af bambushydrolysat

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="638">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">autoclave</td>
			<td style="width:136px;">SANYO</td>
			<td align="right" style="width:119px;">3780</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">bioreactor</td>
			<td style="width:136px;">Sartorius stedim biotech</td>
			<td style="width:119px;">Bostat Aplus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">agitator</td>
			<td style="width:136px;">IKA</td>
			<td style="width:119px;">RW 20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">water bath shaker</td>
			<td style="width:136px;">Zhicheng</td>
			<td style="width:119px;">ZWY-110X50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">high performance liquid chromatograph system</td>
			<td style="width:136px;">Shimadzu Corp</td>
			<td style="width:119px;">20AVP</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">centrifuge</td>
			<td style="width:136px;">Hitachi</td>
			<td style="width:119px;">CR22G III</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Bamboo powder</td>
			<td style="width:136px;">purchased from Zhejiang Province, China</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>mesh number, 50</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">cellulase</td>
			<td style="width:136px;">Youtell Biochemical, Shandong, China</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>200 PFU/ml</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

production of chemicals by klebsiella pneumoniae using bamboo hydrolysate as feedstock

Bambus er en vigtig biomasse, og bambushydrolysat anvendes af Klebsiella pneumoniae som råmateriale til kemisk produktion. Her forbehandles bambuspulver med NaOH og vaskes til en neutral pH. Cellulase blev tilsat til det forbehandlede bambuspulver til dannelse af hydrolysatet, som indeholdt 30 g / l glucose og 15 g / l xylose og blev anvendt som carbonkilde til fremstilling af et medium til kemisk produktion. Når der dyrkes i mikroaerobe betingelser, blev 12,7 g / L 2,3-butandiol fremstillet ved vildtype K. pneumoniae . Under aerobiske betingelser blev 13,0 g / L R- acetoin produceret af budC mutanten af K. pneumoniae . En blanding af 25,5 g / L2-ketogluconinsyre og 13,6 g / l xylonsyre blev fremstillet af budA- mutanten af K. pneumoniae i en to-trins, pH-styret fermentering med højlufttilskud . I det første fermenteringsstadium blev kulturen opretholdt ved en neutral pH; Efter cellevækst, fermentatioN fortsatte til anden fase, hvorved kulturen fik lov til at blive sur.

I denne protokol blev bambus forbehandlet ved anvendelse af alkali. De optimale inkubationsparametre - en temperatur på 121 ° C og 0,25 M NaOH - blev bestemt i figur 1 og 2 . Den forbehandlede bambus blev enzymatisk hydrolyseret, og glucose- og xylosekoncentrationerne opnået i hydrolysatet blev målt. Højere temperaturer favoriserede sukkerproduktionen, så 121 ° C blev valgt som den optimale temperatur. Glucose og xylose produceret i hydrolysatet s...

Watch this Scientific Journal Video about Production of Chemicals by Klebsiella pneumoniae Using Bamboo Hydrolysate as Feedstock at JoVE.com

Production of Chemicals by Klebsiella pneumoniae Using Bamboo Hydrolysate as Feedstock

Bambuspulver blev forbehandlet med NaOH og enzymatisk hydrolyseret. Hydrolysatet af bambus blev anvendt som råmateriale til 2,3-butandiol, R- acetoin, 2-ketogluconinsyre og xylonsyreproduktion ved Klebsiella pneumoniae .

Produktion af kemikalier af<em&gt; Klebsiella pneumoniae</em&gt; Brug af bambushydrolysat som fødevare

Bamboo is an important biomass, and bamboo hydrolysate is used by Klebsiella pneumoniae as a feedstock for chemical production. Here, bamboo powder was ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Production of Chemicals by Klebsiella pneumoniae Using Bamboo Hydrolysate as Feedstock

Production of Large Numbers of Size-controlled Tumor Spheroids Using Microwell Plates

Produktion af et stort antal Size-kontrollerede Tumor Spheroids Brug mikrobrøndsplader

Tumor spheroids are increasingly recognized as an important in vitro model for the behavior of tumor cells in three dimensions. More physiologically ...

Characterization of Complex Systems Using the Design of Experiments Approach: Transient Protein Expression in Tobacco as a Case Study

Karakterisering af komplekse systemer ved hjælp af udformning af eksperimenter Fremgangsmåde: Transient Protein Expression i tobak som et casestudie

Plants provide multiple benefits for the production of biopharmaceuticals including low costs, scalability, and safety. Transient expression offers the ...

Production and Targeting of Monovalent Quantum Dots

Produktion og Målretning af Monovalent Quantum Dots

The multivalent nature of commercial quantum dots (QDs) and the difficulties associated with producing monovalent dots have limited their applications in ...

Eye Irritation Test (EIT) for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial (RhCE) Tissue Model

Eye Irritation Test EIT for Hazard Identification of Eye Irritating Chemicals using Reconstructed Human Cornea-like Epithelial RhCE Tissue Model

Øjenirritation Test (EIT) for Hazard Identifikation af Eye Irriterer Kemikalier hjælp rekonstrueret human Cornea-lignende Epithelial (RHCE) Tissue Model

To comply with the Seventh Amendment to the EU Cosmetics Directive and EU REACH legislation, validated non-animal alternative methods for reliable and ...

Determination of Zeta Potential via Nanoparticle Translocation Velocities through a Tunable Nanopore: Using DNA-modified Particles as an Example

Bestemmelse af Zeta Potentielle via Nanopartikel Translokation Hastigheder gennem en Tunable nanopore: Brug af DNA-modificerede Partikler som eksempel

Nanopore technologies, known collectively as Resistive Pulse Sensors (RPS), are being used to detect, quantify and characterize proteins, molecules and ...

Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles

Fremstilling af metal nanopartikler ved pulserende laserablation i væsker: Et værktøj til at studere de antibakterielle egenskaber ved nanopartikler

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of ...

Generic Protocol for Optimization of Heterologous Protein Production Using Automated Microbioreactor Technology

Generisk protokol for optimering af heterolog Protein produktion ved hjælp af automatiserede Microbioreactor teknologi

A core business in industrial biotechnology using microbial production cell factories is the iterative process of strain engineering and optimization of ...

Production of Genetically Engineered Golden Syrian Hamsters by Pronuclear Injection of the CRISPR/Cas9 Complex

Produktion af gensplejsede gyldne syriske hamstere af Pronuclear injektion af CRISPR/Cas9-komplekset

The pronuclear (PN) injection technique was first established in mice to introduce foreign genetic materials into the pronuclei of one-cell stage embryos. ...

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

Detection of Endotoxin in Nano-formulations Using Limulus Amoebocyte Lysate LAL Assays

Påvisning af Endotoxin i Nano-formuleringer bruger Limulus Amoebocyte Lysate (LAL) Assays

When present in pharmaceutical products, a Gram-negative bacterial cell wall component endotoxin (often also called lipopolysaccharide) can cause ...

Microfluidic Production of Lysolipid-Containing Temperature-Sensitive Liposomes

Mikrofluidic Produktion af Lysolipid-Holdige Temperatur-Følsomme Liposomer

The presented protocol enables a high-throughput continuous preparation of low temperature-sensitive liposomes (LTSLs), which are capable of loading ...