Bacillus licheniformis was grown in minimal nutrient medium containing 1% (w/v) of distillers dried grain with soluble (DDGS), palm kernel meal (PKM), wheat bran (WB) or copra meal (CM), and the enzyme activity of endoglucanase, ${\beta}$-glucosidase, xylanase and reducing sugars was measured to investigate a possibility of using cost-effective agricultural residues in producing cellulolytic and hemicellulolytic enzymes. The CM gave the highest endoglucanase activity of 0.68 units/mL among added substrates at 48 h. CM yielded the highest titres of 0.58 units/ml of ${\beta}$-glucosidase, compared to 0.33, 0.23, and 0.16 units/mL by PKM, WB, and DDGS, respectively, at 72 h. Xylanase production was the highest (0.34 units/mL) when CM was added. The supernatant from fermentation of CM had the highest reducing sugars than other additional substrates at all intervals (0.10, 0.12, 0.10, and 0.11 mg/mL respectively). It is concluded that Bacillus licheniformis is capable of producing multiple cellulo- and hemicellololytic enzymes for bioethanol production using cost-effective agricultural residues, especially CM, as a sole nutrient source.
초고온성 세균인 Thermotoga maritima로부터 ${\beta}-glucosidase$ 유전자를 클로닝한 후 대장균 숙주에서 발현시켰다. 이 효소는 salicin, arbutin, $_pNPG$과 같은 탄소원의 ${\beta}$-글루코시드 결합을 가수분해하였다. 721개의 아미노산을 암호화하는 2,166 bp의 DNA 염기서열로된 유전자이였다. 다른 ${\beta}-glucosidase$ 효소들과 단백질 유사성을 비교한 결과 glycosyl hydrolase family 3에 속하였으며 MUG-nondenaturing PAGE와 SDS-PAGE에 의해 확인된 단백질의 크기는 약 81 kDa이었다. 효소활성은 pH 7.0, $80^{\circ}C$에서 가장 높은 활성을 나타냈으며 이 효소의 아미노산 서열에 있는 두 개의 아미노산 잔기 (232번 글루탐산과 242번 아스파르트산 잔기)를 알라닌으로 치환시켜 활성이 없어지는 것으로 보아 이 두 잔기가 효소활성에 중요한 역할을 하는 것으로 추정된다.
소양호에서 식물 플랑크톤이 분비하는 유기물의 분자량 크이게 따른 세균수와 활성의 변화를 측정하였다. 소양호 상걸리 유역에서 여름철에 채수한 물을 tangential flow ultrafiltration 으로 용존 유기물질을 100,000 nMW~0.1$\mu\textrm{m}$, 10,000 nMW~100,000 nMW와 1,000 nMW~10000 nMW의 3개 fraction으로 구분하였고, 여기에 호숫물을 접종하여, 세균수와 $\beta$-glucosidase 의 변화를 측정하였다. 배양기간 동안에 나타난 총세균수는 24시간까지 급격히 증가한 후 점차 안정적으로 변하는 전형적인 성장곡선을 나타내었으며, DOC 농도와 종류가 달랐음에도 , $1.2{\times}10^{7}$ cells $ml^(-1)$범위였고, 저분자 fraction에 비해 최고 1,000배 이상 높았다. 즉 10,000 nMW 이상의 고분자 용존 유기물질은 $\beta$-glucosidase의 유도체로 작용하며, 저분자 용존 유기물질은 $\beta$-glucosidase 활성도를 높이지 못하는 것으로 확인되었다.
$\beta $-Glucosidase (EC 3.2.1.21) was purified from Aspergillus niger SFN-416 by a sequential process of ammonium sulfate precipitation, Sepadex G-100 and DEAE-Sephacel column chromatography. Molecular weight of the enzyme was 46, 000 daltons. The K$_{m}$ and V$_{max}$ values for PNPG were 0.67 mM and 25 moles/ml $\cdot $min., respectively. The optimum pH and temperature of the enzyme activity were 3.5 and 58$\circ $C, respectively. The enzyme activity was decreased by addition of metal ions, and increased by addition of metanol, ethanol, isopropanol and 1-butanol at a concentration of 10% (v/v). Stability of the enzyme was increased by addition of isopropanol and 1-butanol at a concentration of 10% (v/v).
토양으로부터 carboxymethyl cellulase 및 intra-cellular $\beta$-glucosidase생산능력이 높은 방선균 No. 109균주를 분리하고 이 균주의 배양상 내지는 형태적 특성, 생리적 특성 그리고 세포벽 구성성분 등을 조사, 균동정을 행한 결과 No. 109 분리균은 Streptomyces tanashiensis 또는 그 유연균으로 동정되었다.
수계생태계에서 유기물질의 순환을 이해하기 위하여 팔당호에서 종속영양 활성도와 세균세포의 효소활성의 계절절 변화를 연구하였다. 팔당호 I 의 glucose 전환시간은 수층, 퇴적토에서 2-1,300 시간, 17-170 시간, protein hydrolysate 는 5-900 시간, 15-240 시간, acetic acid 는 4-350 시간, 15-230 시간으로 계절적인 변화를 나타냈다. Glucose, protein hydrolysate, acetate 각각의 호흡율은 수층에서 23-32%, 38-41%, 22-28%로 나타났고 퇴적토에서는 34%, 61% and 41% 로 나타났다. 이 결과로 3가지 유기물질 종류 모두가 수층보다 퇴적토에서는 높은 율로 호흡됨을 알 수 있었다. 한편 세균의 $\alpha$-glucosidase, $\beta$-glucosidase, N-acetyl-$\beta$-D-glucosaminidase, aminopeptidase 활성력을 살펴본 결과 수층에서는 효소 각각에 대해 32-44%, 31-32%, 18-34% 61-67% 의 범위를 나타내었고 퇴적토에서는 34%, 40%, 23% 65%로 나타났다.
Cellulase is the key enzyme in the use of cellulose-based biomaterials. Because of its structure, cellulose is difficult to be degraded by enzymes. In order to utilize cellulose-based biomaterials efficiently, evolutionary wisdom of how to use enzymes accurately and harmoniously in a biological system is needed, such as the cellulose digestive system in animals. In this study, the symbiotic bacteria from snails, Achatina fulica, were identified and their cellulase activity was evaluated. The 16S rRNA sequence analysis of 100 aerobic bacteria showed that they belonged to 9 genus and almost half of the bacteria were Lactococcus spp. Among 100 identified strains, only two Aeromonas sp. strains showed cellulase activity. Aeromonas sp. KMBS020 had both endo-${\beta}$-glucanase and ${\beta}$-glucosidase activities but Aeromonas sp. KMBS018 had ${\beta}$-glucosidase activity only. None of the 100 bacterial colonies had any cellobiohydrolase activity.
A ${\beta}$-glucosidase from Phoma sp. KCTC11825BP isolated from rotten mandarin peel was purified 8.5-fold with a specific activity of 84.5 U/mg protein. The purified enzyme had a molecular mass of 440 kDa with a subunit of 110 kDa. The partial amino acid sequence of the purified ${\beta}$-glucosidase evidenced high homology with the fungal ${\beta}$- glucosidases belonging to glycosyl hydrolase family 3. Its optimal activity was detected at pH 4.5 and $60^{\circ}C$, and the enzyme had a half-life of 53 h at $60^{\circ}C$. The $K_m$ values for p-nitrophenyl-${\beta}$-D-glucopyranoside and cellobiose were 0.3 mM and 3.2 mM, respectively. The enzyme was competitively inhibited by both glucose ($K_i$=1.7 mM) and glucono-${\delta}$-lactone ($K_i$=0.1 mM) when pNPG was used as the substrate. Its activity was inhibited by 41% by 10 mM $Cu^{2+}$ and stimulated by 20% by 10 mM $Mg^{2+}$.
Hemoflavoenzyme으로서 cellobiose dehydrogenase(CDH)는 셀룰로오스를 분해하는 과정에서 세포 외부로 분비되는 효소로서 amorphous cellulose와 강하게 결합하여 셀룰라아제(cellulase)에 의해 microcrystalline cellulose의 가수분해를 증가시킨다. 따라서 CDH는 바이오 에탄올 생산의 당화공정에서 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 여러 백색부후균으로부터 CDH 생산이 높은 Phanerochaete chrysosporium ATCC 32629 균주를 선정하였으며, 균주로부터 생산된 CDH 효소활성의 최적 온도와 pH는 각각 ${55^{\circ}C}$와 4이었다. CDH 활성을 증가시키기 위하여 P. chrysosporium ATCC 32629 균주를 돌연변이시켰다. 돌연변이는 새로운 시도로써 국부적으로 큰 에너지를 줄 수 있는 특징을 가진 양성자 빔을 이용하였다. 양성자 빔 조사 후 사멸율이 약 99.9%인 1.2 kGy에서 CDH 활성이 증가된 변이주를 얻었다. 선별된 변이주와 모균주를 액체배양했을 때 변이주가 모균주보다 CDH와 $\beta$-glucosidase 활성이 각각 약 1.4배와 20배 증가하였다. 따라서, CDH 뿐만 아니라 $\beta$-glucosidase 활성이 높은 P. chrysosporium 변이주를 확보하였다.
꽃송이버섯(Sparassis crispa DSMZ 5201)의 균사를 사용하여 균사외 효소활성을 측정하였다. Yeast-malt extract-glucose 배지를 사용하여 $24^{\circ}C$에서 15일간 배양 후 배양여액을 조효소원으로 사용하였을 때, $\alpha$-amylase효소의 활성은 44.27 unit/$mg{\cdot}protein$이었다. 배양여액 중의 Protease, CMCase, $\beta$-glucosidase, chitinase 및 exo-$\beta$-1,4-glucanase의 세포외 효소활성은 상대적으로 높았으나, xylanase 효소활성은 낮게 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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