Structure- and composition-dependent electron field emission from nitrogenated carbon nanotips

The electron field emission (EFE) properties of nitrogenated carbon nanotips (NCNTPs) were studied under high-vacuum conditions. The NCNTPs were prepared in a plasma-assisted hot filament chemical vapor deposition system using CH4 and N2 as the carbon and nitrogen sources, respectively. The work functions of NCNTPs were measured using x-ray photoelectron spectroscopy. The morphological and structural properties of NCNTPs were studied by field emission scanning electron microscopy, micro-Raman spectroscopy, and x-ray photoelectron spectroscopy. The field enhancement factors of NCNTPs were calculated using relevant EFE models based on the Fowler-Nordheim approximation. Analytical characterization and modeling results were used to establish the relations between the EFE properties of NCNTPs and their morphology, structure, and composition. It is shown that the EFE properties of NCNTPs can be enhanced by the reduction of oxygen termination on the surface as well as by increasing the ratio of the NCNTP height to the radius of curvature at its top. These results also suggest that a significant amount of electrons is emitted from other surface areas besides the NCNTP tops, contrary to the common belief. The outcomes of this study advance our knowledge on the electron emission properties of carbonnanomaterials and contribute to the development of the next-generation of advanced applications in the fields of micro- and opto-electronics.

Microbial transformation of a fungicide-derived amine, dimethyl-p-phenylene diamine by Alcaligenes DM4

Abstract Microbial transformation of N, N-dimethyl-p-phenylene diamine (DMPDA), a microbial product formed from the fungicide fenaminosulf (p-dimethylaminobenzenediazo sodium sulfonate) was studied by enriching microbes in soils treated with the amine. Microorganisms isolated from DMPDA-treated soil belonged to the genera of Micrococcus, Alcaligenes, and Corynebacterium. Of the various isolates, Alcaligenes DM4 showed maximal growth on DMPDA utilizing it as sources of carbon and nitrogen. When grown in mineral salts basal medium containing 0.05% DMPDA to serve as carbon and nitrogen sources, Alcaligenes DM4 grew exponentially up to 18 h. Even though the characterization of the complete pathway of microbial degradation of DMPDA could not be carried out due to the auto-oxidation of the compound, the initial transformation product of DMPDA by Alcaligenes DM4 has been identified as a dimer. The dimer is generated into the culture medium presumably by the extra-cellular oxidase of Alcaligenes DM4. It is suggested that the risk-benefit evaluation on the use of fenaminosulf is to be made taking into consideration the microbial transformations of the fungicide.

Hiekkatympösen (Hebeloma cylindrosporum) L-aminohappo-oksidaasi -geenin eristäminen

Pohjoisella havumetsävyöhykkeellä typpi on usein kasvien kasvua rajoittava tekijä. Metsämaan typpivarannot koostuvat pääasiassa orgaaniseen ainekseen sitoutuneista typpiyhdisteistä, erityisesti aminohapoista. Ektomykorritsasienet osallistuvat metsämaassa tapahtuvaan typenkiertoon hajottamalla orgaanisia typpiyhdisteitä ja kuljettamalla niitä kasvien käytettäväksi. Sienisolun sisällä tapahtuvasta aminohappojen mineralisaatiosta tiedetään toistaiseksi melko vähän. Aminohappo-oksidaasit katalysoivat aminohappojen mineralisaatiota. Eräissä ektomykorritsaa muodostavien kantasienten suvuissa on osoitettu L-aminohappo-oksidaaseja (LAO). Toistaiseksi LAO-geeniä ei tunneta kantasienistä. Työssä kuvattiin ensimmäistä kertaa LAO-geeni kantasienistä. Hiekkatympösen LAO1- geenin cDNA:n 5´ ja 3´ päiden emäsjärjestykset määritettiin RACE-PCR -menetelmällä, josta saatujen sekvenssien perusteella suunniteltiin alukkeet koko geenin cDNA:n ja genomisen DNA:n monistamiseksi. Genomisen DNA ja cDNA -sekvenssien perusteella määritettiin hiekkatympösen LAO1-geenin rakenne. Hiekkatympösen LAO1-geeni koostuu viidestä eksonista ja neljästä intronista. Hiekkatympösen LAO1-geenin yläpuoliselta alueelta löydettiin typpimetabolian säätelyyn osallistuvan proteiinin sitoutumiskohta. LAO1-geeniä edeltävä geenin osittainen genominen DNA-sekvenssi määritettiin. Kangaslohisienen genomissa LAO1-geeniä edeltävä geeni oli ennustettu pyruvaattidekarboksylaasiksi. Lisäksi työssä määritettiin hiekkatympösen toisen LAOhomologin cDNA:n osittainen emäsjärjestys. Työssä tunnistettiin myös toisen kantasienen, kangaslohisienen, LAO-geeni. LAO-geeniksi tunnistettu kangaslohisienen geenimalli oli aiemmin ennustettu NCBI:n tietokannassa toiminnaltaan tuntemattomaksi proteiiniksi. Proteiinien sukupuun perusteella hiekkatympösen ja kangaslohisienen LAO:n kantamuoto on kahdentunut. Työstä saatu tutkimustulos tuo täysin uutta tietoa molekyylibiologian tasolla ektomykorritsasienten aminohappojen katabolisista reaktioista. Aminohappojen mineralisaation seurauksen muodostuneet ammoniumionit saattavat olla merkittävä typen lähde myös maan muille mikrobeille ja kasveille. On mahdollista, että ektomykorritsasienten LAO-entsyymi on yksi merkittävä tekijä metsämaan typenkierrossa.

白腐菌选择性降解木质素的研究

对15株白腐真菌进行了以玉米秸秆为基质的初步筛选，从中获得一株选择性系数较高的菌株Y10，并对其降解玉米秸秆的情况进行了研究。结果表明，在30天的培养过程中菌株Y10对玉米秸秆降解的选择性系数都大于1，第15天选择性系数最高为3.88。对未经降解和降解过的玉米秸秆分别作了紫外光谱和红外光谱分析，结果表明，经该菌降解后玉米秸秆的化学成分发生了很大变化，且木质素的降解程度要大于纤维素的降解程度。对菌株Y10进行了ITS-5.8S rDNA序列鉴定，初步判定其为Cerrena sp.。 为了考查不同的外源添加物对菌株Y10降解玉米秸秆的影响，在以玉米秸秆为基质的固态发酵培养基中分别添加了7种金属离子、8种碳源、6种氮源。结果显示，这7种金属离子均能促进木质素的降解，并且一定浓度的某些离子明显抑制纤维素的降解；其中添加0.036%的MnSO4·H2O和0.36%的MgSO4·7H2O对纤维素降解的抑制作用比较强，降解率分别为0.96%和1.31%，木质素的选择性系数分别达到了34.40和20.17。8种碳源中除麦芽糖外都能促进木质素的降解，除微晶纤维素外都明显促进纤维素的降解。6种氮源中酒石酸铵、硫酸铵、草酸铵和氯化铵的添加都会使该菌生长变慢，而且氮源浓度越高菌丝生长越慢。外加碳源和金属离子对半纤维素降解和选择性系数的影响不大。 同时对菌株Y10在液态培养下产木质素降解酶的条件和培养基做了优化。结果表明，在初始产酶培养基中，菌株Y10的漆酶酶活在第10d达到最高，锰过氧化物酶酶活在第11d达到最高，基本上检测不到木质素过氧化物酶。菌株Y10产漆酶的最适温度为32℃，最适PH为6.0；产锰过氧化物酶的最适温度为32℃，最适PH为6.5。菌株Y10产漆酶的最佳碳源为甘露糖，最佳氮源为酒石酸铵，最适诱导剂VA浓度为3 mmol/L，最适表面活性剂TW-80浓度为1%。 利用响应面法对其产漆酶的培养基进行优化，优化后的培养基配方为葡萄糖10.00 g/L，酒石酸铵0.50 g/L，大量元素296.50 ml/L，微量元素100.00 ml/L，NTA 1.40 g/L，VA 5.00 mmol/L，吐温-80加入量为0.10%。进行了菌株Y10产漆酶的验证实验，实测酶活为5282.56 U/L，与预测酶活5162.73 U/L接近。在优化后培养基中，菌株Y10在第14 d达到生长的最高峰，第20 d时，漆酶酶活最高，为11325.00 U/L；第16 d时，锰过氧化物酶酶活最高，为30.77 U/L。 对菌株Y10的漆酶酶学性质做了初步的研究，结果显示，酶反应的最适温度为40℃-65℃，最适PH为3.0。在40℃，PH=3.0时，漆酶催化ABTS反应的米氏方程为 。 Fifteen white-rot fungi based on corn stalk were screened. One white-rot fungus Y10 with high selectivity value was obtained. The degradation of corn stalk was initially studied. The results indicated that the selectivity value was above 1 during the 30 day-cultivation and the highest was 3.88 after 15 days. The composition of untreated and treated stalk was analyzed through ultraviolet spectroscopy and infrared spectroscopy. It was found that the composition of treated stalk was greatly altered and the degree of the degradation of lignin is greater than the cellulose. Y10 was identified as Cerrena sp. by ITS -5.8S rDNA sequence analysis. The influence of metal ions, carbon sources and nitrogen sources on corn stalk degradation by white-rot fungus was studied. While all seven metal ions could promote lignin degradation, the cellulose degradation was best inhibited at certain ion concentrations. Notably, when 0.036% MnSO4·H2O and 0.36% MgSO4·7H2O were added into the medium, the cellulose degradation was restrained to the extents that the coefficients of lignin selectivity rose to 34.40 and 20.17 respectively. It was also found that all carbon sources except maltose can promote lignin degradation. The addition of carbon sources other than microcrystalline cellulose significantly promoted cellulose degradation. The addition of the nitrogen sources, ammonium tartrate, ammonium sulfate, oxalate, ammonium chloride, resulted in remarkable inhibition to mycelium growth; the larger the concentrations of nitrogen sources are, the slower the mycelium grew. The addition of carbon sources and metal ions had less impact on the degradation of hemicellulose and selectivity value. Meanwhile, we optimized the conditions and culture medium of the lignin-degrading enzyme production of strain Y10. The results showed that in the initial culture medium, the Lac activity was highest at the 10th day, the MnP activity was highest at the 11th day and the LiP could not be detected. The optimum condition of Lac was at temperature 32 and PH =6.0 and the optimum condition of MnP was at temperature 32 and PH =6.5. The optimum carbon source for Lac was seminose, the optimum nitrogen source was ammonium tartrate, the optimum content of VA was 3 mmol/L, the optimum content of TW-80 was 1%. PB and RSM were used to optimize the culture medium of laccase by white-rot fungus Y10. The optimum culture medium was consist of glucose 10.00 g/L, ammonium tartrate 0.50 g/L, macro elements 296.50 ml/L, trace elements 100.00 ml/L, NTA 1.40 g/L, VA 5.00 mmol/L, TW-80 0.10%. Under the optimal conditions, the activity of laccase was 5282.56 U/L and the experimental value agreed with the predicted value 5162.73 U/L. The biomass was highest at the 14th day, the Lac activity was highest at the 20th day, the MnP activity was highest at the 16th day. The results of the studies on the characteristics of Lac showed that the optimum temperature for Lac activity is 40℃-65℃ ; the optimum PH for Lac activity is 3.0 and under 40℃，PH=3.0, the Michaelis-menten equation of Lac catalized ABTS oxidation was .

两株耐碱性木聚糖酶产生菌的筛选及产酶条件研究

本文主要研究了从造纸厂碱性土壤中筛选得到的，能够产生耐碱木聚糖酶的两株放线菌X24-14和X15-17。通过16 S rRNA基因序列分析并结合菌株的形态特征以及生理生化特性，初步认为菌株X15-17为拟诺卡氏菌属（Nocardiopsis）的一个潜在新种；菌株X24-14为纤维化纤维菌（Cellulosimicrobium cellulans）。 在此基础上探索了菌株X24-14和菌株X15-17所产木聚糖酶的基本酶学性质。研究发现，两株菌所产的木聚糖酶的耐碱性均较强： 1）菌株X24-14所产的木聚糖酶，在pH 4.2～9.4的范围内能维持较高的活力，pH 9.4条件下，仍能保持80％的酶活力；2）菌株X15-17所产的木聚糖酶在pH 4.0～9.0的范围内能维持较高的活力，pH 9.0条件下，仍能保持80％的酶活力；3）两株菌所产的木聚糖酶均具有较好的pH稳定性，在pH 2.0～11.0范围内稳定，pH 11.0、4 ℃条件下处理24 h仍具有75％的活力。 本文还重点研究了菌株X24-14在不同培养基成分及不同培养条件下的产酶情况，确定了其适宜的产酶条件。结果显示，菌株X24-14的最适碳源为麸皮；最适氮源为蛋白胨；最适产酶pH为pH 8.5。菌株X24-14适宜的产酶条件为：麸皮60 g/L，蛋白胨10 g/L，K2HPO4 7.0 g/L，pH 8.5，接种量为5％，37 ℃，200 r/min发酵培养108 h。 Two strains of actinomycetes, X24-14 and X15-17, which produced alkali-tolerant xylanase were screened from the soil samples collected from a pulp mill in china. Based on the morphological, physiochemical characteristics and 16S rRNA sequence, X24-14 was priminarily identified as cellulosimicrobium cellulans ; X15-17 was priminarily identified as a new species of Nocardiopsis. The investigation examined the enzyme activities which produced by X24-14 and X15-17 under different pH and different temperatures. The results showed that : 1）The xylanase from X24-14 had characteristic of alkali-tolerance: It remains 80% relative activity at pH ranges between pH 4.2 and pH 9.4 under 50℃. 2)The xylanase from X15-17 also showed characteristic of alkali-tolerance, it remains 80% relative activity at pH ranges between pH 4.0and pH 9.0 under 50℃. 3）The xylanase from the two strains showed alkali-stable characteristics. They were stable at pH ranges between pH 2.0 and pH 11.0, showing 75% of its maximal activity remaining under 24 hours of treatment at 4℃. We also studied the effect of different growth conditions: carbon source, nitrogen sources, inoculum size, and initial pH on the production of xylanase of strain X24-14. The results showed that :The optimal carbon source was wheat bran; The optima nitrogen source was peptone; The maximum xylanase activity was achieved in the medium containing 60 g/L wheat bran, 10 g/L peptone, 7 g/L K2HPO4, inoculum size 5% and pH 8.5, under 37℃ in 108 h.

不同N素形态对落叶松苗木根/土界面pH值及养分有效性的影响

The effect of different nitrogen and phosphorus sources on pH and the availability of mineral nutrients in the root/soil interface of Larix gmelinii seedlings were studied by means of root-mat method. The results showed that the addition of NH~+_4-N decreased the pH in the root/soil interface, while the addition of NO~-_3-N increased the pH in contrast with the control treatment. The sort of the P sources and the distance from the root plane remarkably influenced the changes of pH in the root/soil interface induced by the addition of the nitrogen sources. Compared with the addition of only NH~+_4-N, the extent to which the pH in the root/soil interface decreased was obviously smaller when treated by NH~+_4-N and rock P. When treated with different P sources, the contents of available P in the root/soil interface were affected by the sort of the N sources. When treated with soluble P, the contents of the available P in the root/soil interface obviously increased for the addition of both NH~+_4-N and NO~-_3-N. When treated with rock P, the contents of the available P increased only in the area 0～3 mm from the root plane for NH~+_4-N, whereas the contents of available P in the root/soil interface changed little for NO~-_3-N. The results above showed that the protons excreted by the roots were the main driving force for the solution of the rock P in the root/soil interface. The availability of Fe in the root/soil interface increased as a result of acidity induced by the NH~+_4-N, whereas the availability of Fe in the root/soil interface decreased because of the pH increase induced by the NO_3~-_N. The effect of different N sources on the availability of Fe in the root/soil interface was also affected by the sort of P sources. The concentrations of P、Fe in the leaves remarkably differed when treated by different N、P sources and concentrations of the P、Fe in the root/soil interface were correlated to those in the leaves of the seedlings.

Microprojectile bombardment of Laminaria japonica gametophytes and rapid propagation of transgenic lines within a bubble-column bioreactor

A human acidic fibroblast growth factor gene, hafgf, was successfully transferred into Laminaria japonica (kelp) gametophytes via microprojectile bombardment using the biolistic PDS-1000/He gene gun. Following phosphinothricin screening, PCR detection and Southern blot analysis, transgenic L. japonica gametophytes were cultivated in an illuminated bubble-column bioreactor to optimize growth conditions. A maximal final dry cell density of 1,695 mg l(-1) was obtained in a batch culture having an initial dry cell density of 129.75 mg l(-1). This was achieved using an aeration rate of 1.08 l air min(-1) l(-1) culture in a medium containing 1.5 mM inorganic nitrate and 0.15 mM phosphate. In addition, the relationship between different nitrogen sources and growth of transgenic gametophytes indicated that both urea and sodium nitrate were effective nitrogen sources for cell growth, while ammonium ions inhibited growth of these gametophytes.

Icewine fermentation by Saccharomyces cervisiae : fundamental stress responses and comparative fermentation dynamics

Please consult the paper edition of this thesis to read. It is available on the 5th Floor of the Library at Call Number: Z 9999.5 B63 P54 2007

The Role of Specific Amino Acids in the Formation of Ternary Complexes in Nitrogenase Regulation in the Photosynthetic Bacterium Rhodobacter capsulatus

L'azote est l'un des éléments les plus essentiels dans le monde pour les êtres vivants, car il est essentiel pour la production des éléments de base de la cellule, les acides aminés, les acides nucléiques et les autres constituants cellulaires. L’atmosphère est composé de 78% d'azote gazeux, une source d'azote inutilisable par la plupart des organismes à l'exception de ceux qui possèdent l’enzyme nitrogénase, tels que les bactéries diazotrophique. Ces micro-organismes sont capables de convertir l'azote atmosphérique en ammoniac (NH3), qui est l'une des sources d'azote les plus préférables. Cette réaction exigeant l’ATP, appelée fixation de l'azote, est catalysée par une enzyme, nitrogénase, qui est l'enzyme la plus importante dans le cycle de l'azote. Certaines protéines sont des régulateurs potentiels de la synthèse de la nitrogénase et de son activité; AmtB, DraT, DraG, les protéines PII, etc.. Dans cette thèse, j'ai effectué diverses expériences afin de mieux comprendre leurs rôles détailés dans Rhodobacter capsulatus. La protéine membranaire AmtB, très répandue chez les archaea, les bactéries et les eucaryotes, est un membre de la famille MEP / Amt / Rh. Les protéines AmtB sont des transporteurs d'ammonium, importateurs d'ammonium externe, et ont également été suggéré d’agir comme des senseurs d'ammonium. Il a été montré que l’AmtB de Rhodobacter capsulatus fonctionne comme un capteur pour détecter la présence d'ammonium externe pour réguler la nitrogénase. La nitrogénase est constituée de deux métalloprotéines nommées MoFe-protéine et Fe-protéine. L'addition d'ammoniaque à une culture R. capsulatus conduit à une série de réactions qui mènent à la désactivation de la nitrogénase, appelé "nitrogénase switch-off". Une réaction critique dans ce processus est l’ajout d’un groupe ADP-ribose à la Fe-protéine par DraT. L'entrée de l'ammoniac dans la cellule à travers le pore AmtB est contrôlée par la séquestration de GlnK. GlnK est une protéine PII et les protéines PII sont des protéines centrales dans la régulation du métabolisme de l'azote. Non seulement la séquestration de GlnK par AmtB est importante dans la régulation nitrogénase, mais la liaison de l'ammonium par AmtB ou de son transport partiel est également nécessaire. Les complexes AmtB-GlnK sont supposés de lier DraG, l’enzyme responsable pour enlever l'ADP-ribose ajouté à la nitrogénase par DraT, ainsi formant un complexe ternaire. Dans cette thèse certains détails du mécanisme de transduction du signal et de transport d'ammonium ont été examinés par la génération et la caractérisation d’un mutant dirigé, RCZC, (D335A). La capacité de ce mutant, ainsi que des mutants construits précédemment, RCIA1 (D338A), RCIA2 (G344C), RCIA3 (H193E) et RCIA4 (W237A), d’effectuer le « switch-off » de la nitrogénase a été mesurée par chromatographie en phase gazeuse. Les résultats ont révélé que tous les résidus d'acides aminés ci-dessus ont un rôle essentiel dans la régulation de la nitrogénase. L’immunobuvardage a également été effectués afin de vérifier la présence de la Fe-protéine l'ADP-ribosylée. D335, D388 et W237 semblent être cruciales pour l’ADP-ribosylation, puisque les mutants RCZC, RCIA1 et RCIA4 n'a pas montré de l’ADP-ribosylation de la Fe-protéine. En outre, même si une légère ADP-ribosylation a été observée pour RCIA2 (G344C), nous le considérons comme un résidu d'acide aminé important dans la régulation de la nitrogénase. D’un autre coté, le mutant RCIA3 (H193E) a montré une ADP-ribosylation de la Fe-protéine après un choc d'ammonium, par conséquent, il ne semble pas jouer un rôle important dans l’ADP-ribosylation. Par ailleurs R. capsulatus possède une deuxième Amt appelé AmtY, qui, contrairement à AmtB, ne semble pas avoir des rôles spécifiques. Afin de découvrir ses fonctionnalités, AmtY a été surexprimée dans une souche d’E. coli manquant l’AmtB (GT1001 pRSG1) (réalisée précédemment par d'autres membres du laboratoire) et la formation des complexes AmtY-GlnK en réponse à l'addition d’ammoniac a été examinée. Il a été montré que même si AmtY est en mesure de transporter l'ammoniac lorsqu'il est exprimé dans E. coli, elle ne peut pass’ associer à GlnK en réponse à NH4 +.

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

Studies on Production of Bacterial Xylanases

Xylanases with hydrolytic activity on xylan, one of the hemicellulosic materials present in plant cell walls, have been identified long back and the applicability of this enzyme is constantly growing. All these applications especially the pulp and paper industries require novel enzymes. There has been lot of documentation on microbial xylanases, however, none meeting all the required characteristics. The characters being sought are: higher production, higher pH and temperature optima, good stabilities under these conditions and finally the low associated cellulase and protease production. The present study analyses various facets of xylanase biotechnology giving emphasis on bacterial xylanases. Fungal xylanases are having problems like low pH values for both enzyme activity and growth. Moreover, the associated production of cellulases at significant levels make fungal xylanases less suitable for application in paper and pulp industries.Bacillus SSP-34 selected from 200 isolates was clearly having xylan catabolizing nature distinct from earlier reports. The stabilities at higher temperatures and pH values along with the optimum conditions for pH and temperature is rendering Bacillus SSP-34 xylanase more suitable than many of the previous reports for application in pulp and paper industries.Bacillus SSP-34 is an alkalophilic thertmotolerant bacteria which under optimal cultural conditions as mentioned earlier, can produce 2.5 times more xylanase than the basal medium.The 0.5% xylan concentration in the medium was found to the best carbon source resulting in 366 IU/ml of xylanase activity. This induction was subjected to catabolite repression by glucose. Xylose was a good inducer for xylanase production. The combination of yeast extract and peptone selected from several nitrogen sources resulted in the highest enzyme production (379+-0.2 IU/ml) at the optimum final concentration of 0.5%. All the cultural and nutritional parameters were compiled and comparative study showed that the modified medium resulted in xylanase activity of 506 IU/ml, 5 folds higher than the basal medium.The novel combination of purification techniques like ultrafiltraton, ammonium sulphate fractionation, DEAE Sepharose anion exchange chromatography, CM Sephadex cation exchange chromatography and Gel permeation chromatography resulted in the purified xylanase having a specific activity of 1723 U/mg protein with 33.3% yield. The enzyme was having a molecular weight of 20-22 kDa. The Km of the purified xylanase was 6.5 mg of oat spelts xylan per ml and Vmax 1233 µ mol/min/mg protein.Bacillus SSP-34 xylanase resulted in the ISO brightness increase from 41.1% to 48.5%. The hydrolytic nature of the xylanase was in the endo-form.Thus the organism Bacillus SSP-34 was having interesting biotechnological and physiological aspects. The SSP-34 xylanase having desired characters seems to be suited for application in paper and pulp industries.

Optimization of medium for the production of a novel aquaculture probiotic, Micrococcus MCCB 104 using central composite design

A marine isolate of jáÅêçÅçÅÅìë MCCB 104 has been identified as an aquaculture probiotic antagonistic to sáÄêáç. In the present study different carbon and nitrogen sources and growth factors in a mineral base medium were optimized for enhanced biomass production and antagonistic activity against the target pathogen, sáÄêáç=Ü~êîÉóá, following response surface methodology (RSM). Accordingly the minimum and maximum limits of the selected variables were determined and a set of fifty experiments programmed employing central composite design (CCD) of RSM for the final optimization. The response surface plots of biomass showed similar pattern with that of antagonistic activity, which indicated a strong correlation between the biomass and antagonism. The optimum concentration of the carbon sources, nitrogen sources, and growth factors for both biomass and antagonistic activity were glucose (17.4 g/L), lactose (17 g/L), sodium chloride (16.9 g/L), ammonium chloride (3.3 g/L), and mineral salts solution (18.3 mL/L). © KSBB

Impact of process parameters on L-glutaminase production by marine Vibrio costicola in solid state fermentation using polystyrene as an inert support

Process parameters influencing e-glutaminase production by marine Vibrio costicola in solid state fermentation (SSF) using polystyrene as an inert support were optimised. Maximal enzyme yield (157 U/g dry substrate) was obtained at 2% (w/w) t:glutamine, 35°C and pH 7.0 after 24 h. Maltose and potassium dihydrogen phosphate at 1% (w/w) concentration enhanced enzyme yield by 23 and 18%, respectively, while nitrogen sources had an inhibitory effect. Leachate with high specific activity for glutaminase (4.2 U/mg protein) and low viscosity (0-966 Ns/m 2) was recovered from the polystyrene SSF system

Synthesis of N-amino compounds and C2 symmetric N-amino compounds and transformation into aziridines using olefins

Aziridine, Stickstoffanaloga der Epoxide, können regio- und stereoselektive Ringöffnungsreaktionen eingehen, wodurch ihnen als „building blocks“ in der Organischen Synthese eine große Bedeutung zukommt. In dieser Arbeit wurden unterschiedliche N-Aminoverbindungen synthetisiert sowie die Anwendungsmöglichkeit dieser Hydrazinderivate als Stickstoffquellen in Aziridinierungen von Olefinen untersucht. In der vorliegenden Dissertation wurde eine neue Methode zur Darstellung von N-Aminosuccinimid entwickelt und die Einsatzmöglichkeit als Stickstoffquelle in Aziridinierungsreaktionen in einer Reihe von Umsetzungen mit funktionalisierten ebenso wie mit nicht-funktionalisierten Olefinen demonstriert. Die ableitbaren Aziridine wurden hierbei in Ausbeuten von bis zu 80 % erhalten. In der Aziridinierungsreaktion von N-Aminosuccinimid mit 4,7-Dihydro-2-isopropyl-1,3-dioxepin resultieren bicyclische Aziridinierungsprodukte, die als endo/exo-Isomere in einem 1:1-Verhältnis anfallen. Es ist in dieser Arbeit gelungen, die Isomere in guten Ausbeuten zu erhalten, sie säulenchromatographisch zu trennen und ihre Konfiguration im festen Zustand mittels Kristallstrukturanalyse eindeutig zu bestimmen. Enantiomerenangereicherte Olefine, wie z. B. in 2-Position alkylsubstituierte 5-Methyl-4H-1,3-dioxine mit Enantiomerenüberschüssen von 92% ee liefern in der Aziridinierung mit N-Aminosuccinimid und Iodosylbenzol ein 4-Methyl-1,3-oxazolidin-4-carbaldehydderivat in einer zweistufigen Reaktion- der Aziridinierung und einer Umlagerung- ein 4-Methyl-1,3-oxazolidin-4-carbaldehydderivat. Für die Diastereoselektivität des Aziridinierungsschrittes wurde 65 % de bestimmt. In einer neuen Synthese über zwei Stufen ausgehend von (+)-3,4-Dimethoxysuccinanhydrid konnte ein chiraler Stickstoffüberträger - (+)-N-Amino-3,4-dimethoxysuccinimid - in Ausbeuten bis zu 86 % synthetisiert. Die Umsetzung dieser optisch aktiven Stickstoffquelle mit einer Vielzahl prochiraler Alkene führt zu diastereomeren Aziridinen in Ausbeuten bis zu 65% und Diastereoselektivitäten von bis zu 66% de. Anhand ausgewählter Verbindungen konnten die Absolutkonfigurationen der Reaktionsprodukte mittels Kristallstrukturanalyse eindeutig geklärt werden.

Water quality and ecology of the River Lee: mass balance and a review of temporal and spatial data

A regional overview of the water quality and ecology of the River Lee catchment is presented. Specifically, data describing the chemical, microbiological and macrobiological water quality and fisheries communities have been analysed, based on a division into river, sewage treatment works, fish-farm, lake and industrial samples. Nutrient enrichment and the highest concentrations of metals and micro-organics were found in the urbanised, lower reaches of the Lee and in the Lee Navigation. Average annual concentrations of metals were generally within environmental quality standards although, oil many occasions, concentrations of cadmium, copper, lead, mercury and zinc were in excess of the standards. Various organic substances (used as herbicides, fungicides, insecticides, chlorination by-products and industrial solvents) were widely detected in the Lee system. Concentrations of ten micro-organic substances were observed in excess of their environmental quality standards, though not in terms of annual averages. Sewage treatment works were the principal point source input of nutrients. metals and micro-organic determinands to the catchment. Diffuse nitrogen sources contributed approximately 60% and 27% of the in-stream load in the upper and lower Lee respectively, whereas approximately 60% and 20% of the in-stream phosphorus load was derived from diffuse sources in the upper and lower Lee. For metals, the most significant source was the urban runoff from North London. In reaches less affected by effluent discharges, diffuse runoff from urban and agricultural areas dominated trends. Flig-h microbiological content, observed in the River Lee particularly in urbanised reaches, was far in excess of the EC Bathing Water Directive standards. Water quality issues and degraded habitat in the lower reaches of the Lee have led to impoverished aquatic fauna but, within the mid-catchment reaches and upper agricultural tributaries, less nutrient enrichment and channel alteration has permitted more diverse aquatic fauna.