Kim, Soo-Jin;Lee, Chang-Muk;Kim, Min-Young;Yeo, Yun-Soo;Yoon, Sang-Hong;Kang, Han-Cheol;Koo, Bon-Sung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.6
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pp.905-912
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2007
A novel ${\beta}-glucosidase$ gene, bglA, was isolated from uncultured soil bacteria and characterized. Using genomic libraries constructed from soil DNA, a gene encoding a protein that hydrolyzes a fluorogenic analog of cellulose, 4-methylumbelliferyl ${\beta}-D-cellobioside$ (MUC), was isolated using a microtiter plate assay. The gene, bglA, was sequenced using a shotgun approach, and expressed in E. coli. The deduced 55-kDa amino acid sequence for bglA showed a 56% identity with the family 1 glycosyl hydrolase Chloroflexus aurantiacus. BglA included two conserved family 1 glycosyl hydrolase regions. When using $p-nitrophenyl-{\beta}-D-glucoside$ (pNPG) as the substrate, the maximum activity of the purified ${\beta}-glucosidase$ exhibited at pH 6.5 and $55^{\circ}C$, and was enhanced in the presence of $Mn^{2+}$. The $K_m\;and\;V_{max}$ values for the purified enzyme with pNPG were 0.16 mM and $19.10{\mu}mol/min$, respectively. The purified BglA enzyme hydrolyzed both pNPG and $p-nitrophenyl-{\beta}-D-fucoside$. The enzyme also exhibited substantial glycosyl hydrolase activities with natural glycosyl substrates, such as sophorose, cellobiose, cellotriose, cellotetraose, and cellopentaose, yet low hydrolytic activities with gentiobiose, salicin, and arbutin. Moreover, BglA was able to convert the major ginsenoside $Rb_1$ into the pharmaceutically active minor ginsenoside Rd within 24 h.
Four halophilic bacteria were isolated from a salt water tank of more than 25% above salinity used for production of salt. HJS1 and HJS6 strains were identified as having ${\beta}$-glucosidase producing capabilities at high salinity. ${\beta}$-Glucosidase produced from these bacterial strains showed the best activity at 56-79 U/ml in NaCl (0-5%), showing the highest ${\beta}$-glucosidase activity at NaCl 3%. A salt tolerant ${\beta}$-glucosidase can maintain at least 75% activity of the enzyme in 0-20% NaCl concentration. The 16S rRNA gene sequences of strains HJS1 and HJS6 shows 99.8% similarity with Roseivivax roseus $BH87090^T$. Those sequences were registered as AB971835 and AB971836 in the NCBI GenBank. DNA-DNA hybridization test revealed that both strains showed 90.1 to 90.3% hybridization values with R. roseus $BH87090^T$, which was the closest phylogenetic neighbor. Major Cellular fatty acids of strains HJS1 and HJS6 were $C_{16:0}$, $C_{18:1}$${\omega}7c$, $C_{19:0}$ cyclo ${\omega}8c$ and 11-methyl $C_{18:1}$ and the major quinone was Q-10. Their fatty acid composition and quinone were very similar to Roseivivax roseus $BH87090^T$. Meanwhile, Roseivivax roseus $BH87090^T$ did not produce any ${\beta}$-glucosidase. Based on the molecular and chemotaxonomic properties, strains HJS1 and HJS6 were identified as members of Roseivivax roseus.
Lower termites need symbiotic microbes for cellulose digestion. Elizabethkingia miricola strain BM10 has been proposed as a symbiotic microbe that assists in low-temperature digestion and metabolism of Reticulitermes speratus KMT1, a termite on Bukhan Mountain, Seoul, Korea. In E. miricola strain BM10, β-glucosidase genes expressed at 10℃ were identified, and the psychrophilic enzymatic characteristic was confirmed by heterogeneously expressed proteins. Crude β-glucosidase in the culture broth of E. miricola strain BM10 showed specific enzymatic properties, and its substrate affinity was 4.69 times higher than that of Cellic CTec2. Among the genes proposed as β-glucosidase, two genes, bglB_1 and bglA_2, whose gene expression was more than doubled at 10℃ than at 30℃, were identified. They were heterogeneously expressed in Escherichia coli and identified as psychrophilic enzymes with an optimal reaction temperature of about 20℃-25℃. In this study, E. miricola strain BM10, a symbiotic bacterium of lower termites, produced psychrophilic β-glucosidases that contribute to the spread of the low-temperature habitat of a lower termite, R. speratus KMT1.
Kim, Jae-Young;Kim, Bong-Kyu;Yi, Yong-Sub;Kang, Chang-Soo;Ahn, Joong-Hoon;Lim, Yoong-Ho
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.37
no.2
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pp.99-104
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2009
The $\beta$-glucosidase gene from Streptomyces coelicolor A3(2) was cloned and expressed in Escherichia coli. The ORF consisted of 1377 nucleotides encoding 51 kDa in a predicted molecular weight. Effects of pH indicated that the $\beta$-glucosidase showed similar activity using $\alpha$-pNPG($\rho$-nitrophenyl-$\alpha$-D-glucopyranoside), $\beta$-pNPG($\rho$-nitrophenyl-$\beta$-D-glucopyranoside), and $\beta$-pNPF($\rho$-nitrophenyl-$\beta$-D-fucopyranoside) at range of pH 3 to 10, and high activity using $\beta$-pNPGA ($\rho$-nitrophenyl-$\beta$-D-galactopyranoside) from pH 5 to 10, especially, 3.3 times higher activity at pH 9. Effects of temperature indicated that the $\beta$-glucosidase showed low activity using $\alpha$-pNPG, $\beta$-pNPG, and $\beta$-pNPF from $20^{\circ}C$ to $70^{\circ}C$, and increased activity using $\beta$-pNPGA from $30^{\circ}C$ to $50^{\circ}C$, 1.8 times higher activity at $50^{\circ}C$ than at $30^{\circ}C$. According to activity determination of other substrates, the enzyme was active on daidzin, genistin, and glycitin, inactive on esculin and apigenin-7-glucose. The EDTA and DTT as reducing agents inhibited $\beta$-glucosidase activity, but SDS and mercaptoethanol did not inhibit. Monovalent or divalent metal ions such as $MnSO_4$, $CaCl_2$, KCl, and $MgSO_4$ did not inhibited $\beta$-glucosidase activity. $CuSO_4$ and NaCl showed low inhibition, and $ZnSO_4$ inhibited 3.3 times higher than control.
Indican (indoxyl-${\beta}$-D-glucoside) is a colorless natural compound and can be used as a precursor for the production of indigo. This production step only require an enzyme, ${\beta}$-glucosidase, that readily screened from microbial resource by using selective media supplemented with indican as a sole carbon source. Agrobacterium tumefaciens was well grown in this media and thus presumed to produce a related enzyme. The corresponding gene, encoding a protein with a calculated molecular mass of 51 kDa, was cloned and overexpressed as MBP fusion proteins. The purified enzyme was determined to be a dimer and showed the maximum activity for indican at pH 7.0 and $40^{\circ}C$. The kinetic parameters for indican, Km and Vmax, were determined to be 1.4 mM and 373.8 ${\mu}M/min/mg$, respectively. The conversion yield of indican into indigo using this enzyme was about 1.7-1.8 folds higher than that of previously isolated enzyme from Sinorhizobium meliloti. Additionally, this enzyme was able to hydrolyze various ${\beta}$-1,4 glycoside substrates.
Jeon, In-Hwa;Cho, Geon-Yeong;Han, Song-Ih;Yoo, Sun Kyun;Whang, Kyung-Sook
Korean Journal of Microbiology
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v.49
no.4
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pp.369-376
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2013
We isolated the ${\beta}$-glucosidase producing bacteria (BGB) in ginseng root system (rhizosphere soil, rhizoplane, inside of root). Phylogenetic analysis of the 28 BGB based on the 16S rRNA gene sequences, BGB from rhizosphere soil belong to genus Stenotrophomonas (3 strains), Bacillus (1 strain), and Pseudoxanthomonas (1 strain). BGB isolates from rhizoplane were Stenotrophomonas (16 strains), Streptomyces (1 strain) and Microbacterium (1 strain). BGB from inside of root were categorized into Stenotrophomonas (3 strains) and Lysobacter (2 strains). Especially, Stenotrophomonas comprised the largest portion (approximately 90%) of total isolates and Stenotrophomonas was a dominant group of the ${\beta}$-glucosidase producing bacteria. We selected strain 4KR4, which had high ${\beta}$-glucosidase activity (108.17 unit), could transform ginsenoside Rb1 into Rd, Rg3, and Rh2 ginsenosides. In determining its relationship on the basis of 16S rRNA sequence, 4KR4 strain was most closely related to Stenotrophomonas rhizophila e-$p10^T$ (AJ293463) (99.62%). Therefore, on the basis of these polyphasic taxonomic evidence, the ginsenoside Rb1 converting bacteria 4KR4 was identified as Stenotrophomonas sp. 4KR4 (=KACC 17635).
This study focused on the enzymatic biotransformation of the major ginsenoside Rb1 into Rd for the mass production of minor ginsenosides using a novel recombinant ${\beta}$-glucosidase from Flavobacterium johnsoniae. The gene (bglF3) consisting of 2,235 bp (744 amino acid residues) was cloned and the recombinant enzyme overexpressed in Escherichia coli BL21(DE3) was characterized. This enzyme could transform ginsenoside Rb1 and gypenoside XVII to the ginsenosides Rd and F2, respectively. The glutathione S-transferase (GST) fused BglF3 was purified with GST-bind agarose resin and characterized. The kinetic parameters for ${\beta}$-glucosidase had apparent $K_m$ values of $0.91{\pm}0.02$ and $2.84{\pm}0.05$ mM and $V_{max}$ values of $5.75{\pm}0.12$ and $0.71{\pm}0.01{\mu}mol{\cdot}min^{-1}{\cdot}mg$ of $protein^{-1}$ against p-nitrophenyl-${\beta}$-D-glucopyranoside and Rb1, respectively. At optimal conditions of pH 6.0 and $37^{\circ}C$, BglF3 could only hydrolyze the outer glucose moiety of ginsenoside Rb1 and gypenoside XVII at the C-20 position of aglycon into ginsenosides Rd and F2, respectively. These results indicate that the recombinant BglF3 could be useful for the mass production of ginsenosides Rd and F2 in the pharmaceutical or cosmetic industry.
Van, Trinh Thi Kim;Ryu, Soo-In;Lee, Kyung-Ju;Kim, Eun-Ju;Lee, Soo-Bok
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.5
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pp.792-799
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2007
A gene encoding a putative glycogen-debranching enzyme in Sulfolobus shibatae(abbreviated as SSGDE) was cloned and expressed in Escherichia coli. The recombinant enzyme was purified to homogeneity by heat treatment and Ni-NTA affinity chromatography. The recombinant SSGDE was extremely thermostable, with an optimal temperature at $85^{\circ}C$. The enzyme had an optimum pH of 5.5 and was highly stable from pH 4.5 to 6.5. The substrate specificity of SSGDE suggested that it possesses characteristics of both amylo-1,6-glucosidase and $\alpha$-1,4-glucanotransferase. SSGDE clearly hydrolyzed pullulan to maltotriose, and $6-O-\alpha-maltosyl-\beta-cyclodextrin(G2-\beta-CD)$ to maltose and $\beta$-cyclodextrin. At the same time, SSGDE transferred maltooligosyl residues to the maltooligosaccharides employed, and maltosyl residues to $G2-\beta-CD$. The enzyme preferentially hydrolyzed amylopectin, followed in a decreasing order by glycogen, pullulan, and amylose. Therefore, the present results suggest that the glycogen-debranching enzyme from S. shibatae may have industrial application for the efficient debranching and modification of starch to dextrins at a high temperature.
Red ginseng (Panax ginseng), a Korean traditional medicinal plant, contains a variety of ginsenosides as major functional components. It is necessary to remove sugar moieties from the major ginsenosides, which have a lower absorption rate into the intestine, to obtain the aglycone form. To screen for microorganisms showing bioconversion activity for ginsenosides from red ginseng, 50 yeast strains were isolated from Korean traditional meju (a starter culture made with soybean and wheat flour for the fermentation of soybean paste). Twenty strains in which a black zone formed around the colony on esculin-yeast malt agar plates were screened first, and among them 5 strains having high ${\beta}$-glucosidase activity on p-nitrophenyl-${\beta}$-D-glucopyranoside as a substrate were then selected. Strain JNO301 was finally chosen as a bioconverting strain in this study on the basis of its high bioconversion activity for red ginseng extract as determined by thin-layer chromatography (TLC) analysis. The selected bioconversion strain was identified as Candida allociferrii JNO301 based on the nucleotide sequence analysis of the 18S rRNA gene. The optimum temperature and pH for the cell growth were $20{\sim}30^{\circ}C$ and pH 5~8, respectively. TLC analysis confirmed that C. allociferrii JNO301 converted ginsenoside Rb1 into Rd and then into F2, Rb2 into compound O, Rc into compound Mc1, and Rf into Rh1. Quantitative analysis using high-performance liquid chromatography showed that bioconversion of red ginseng extract resulted in an increase of 2.73, 3.32, 33.87, 16, and 5.48 fold in the concentration of Rd, F2, compound O, compound Mc1, and Rh1, respectively.
Kim, Kyoung Kon;Kang, Yun Hwan;Kim, Dae Jung;Kim, Tae Woo;Choe, Myeon
Journal of Nutrition and Health
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v.46
no.4
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pp.315-323
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2013
This study was conducted in order to compare the biological activities of leaf and root water extracts of Smilax china L. (SC) by measuring the total polyphenol and flavonoid contents, anti-oxidant activity, inhibitory effect on ${\alpha}$-glucosidase, and anti-inflammatory gene expression. The total polyphenol and flavonoid contents of SC leaf (SCLE) and root (SCRE) water extracts were 127.93 mg GAE/g and 39.50 mg GAE/g and 41.99 mg QE/g and 1.25 mg QE/g, respectively. The anti-oxidative activities of SCLE and SCRE were measured using the 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) and 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS) radical scavenging activity assay and reducing power assay. Both SCLE and SCRE scavenged radicals in a concentration-dependent manner, and SCLE showed stronger radical scavenging activity and reducing power than SCRE; however, both SCLE and SCRE exhibited lower activities than ascorbic acid. Compared to the anti-diabetic drug acarbose, which was used as a positive control, SCLE and SCRE exhibited low ${\alpha}$-glucosidase inhibition activities; nevertheless, the activity of SCLE was 3.7 fold higher than that of SCRE. Finally, SCLE caused significantly decreased expression of the LPS-induced cytokines, iNOS, and COX-2 mRNA in RAW264.7 cells, indicating anti-inflammatory activity. These results indicate that SCLE might be a potential candidate as an anti-oxidant, anti-diabetic, and anti-inflammatory agent.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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