Regulation of ${\beta}-xylosidase$ synthesis in Paenibacillus sp. DC-22 was studied to optimize the enzyme production. ${\beta}-Xylosidase$ synthesis of the Paenibacillus sp. DG-22 was observed to be regulated by carbon sources present in culture media. The synthesis of ${\beta}-xylosidase$ was induced by xylan and methyl ${\beta}-D-xylopyranoside$ (${\beta}MeXyl$) but slightly repressed by readily metabolizable monosaccharides. ${\beta}MeXyl$ was found to be the best substrate for the induction of ${\beta}$-xylosidase and the most effective induction was obtained at a concentration of 10 mg/ml. ${\beta}-Xylosidase$ production showed a cell growth associated profile with the maximum amount formed during the late exponential phase of growth. The presence of glucose and xylose decreased the level of ${\beta}-xylosidase$ activity indicating that its production was subjected to a form of carbon catabolite repression. SDS-PAGE and zymogram techniques demonstrated the induction by ${\beta}MeXyl$ and revealed the presence of one ${\beta}-xylosidase$ of approximately 80 kDa.
$\beta$-Xylosidase B was produced by Escherichia coli HB101/pKMG12 carrying the xylB gene of Bacillus stearothermophilus No.236 on its recombinant plasmid. The $\beta$-xylosidase B produced was purified by ammonium sulfate fractionation, DEAE-Sepharose CL-6B, Sephacryl S-200 and Superdex 200 HR gel filtration. The purified enzyme showed the highest activity at pH 6.5 and 5$0^{\circ}C$. But, the enzyme was observed to be very sensitive to the pH and temperature of the reaction mixture. The enzyme was activated about 35% of its original activity in the presence of 1 mM of $Mn^{2+}$ but it was completely inhibited by $Ag^{+}$, $Cu^{2+}$and $Hg^{2+}$ions. In contrast with the $\beta$-xylosidase A, the B enzyme was found to have $\alpha$-arabinofuranosidase activity though the activity was fairly low compared with the $\alpha$-arabinofuranosidase produced from the arfI gene of the same Bacillus stearothermophilus. Therefore, $\beta$-xylosidase B is considered to be more suitable than $\beta$-xylosidase A at least for the biodegradation of arabinoxylan. The $K_{m}$ and V$_{max}$ values of the $\beta$-xylosidase B for o-nitrophenyl-$\alpha$-D-xylopyranoside were 6.43 mM and 1.45 $\mu$mole/min, respectively. Molecular mass of the enzyme was determind to be about 54 kDa by SDS-PAGE and 160 kDa by Superdex 200HR gel filtration, indicating that the functional $\beta$-xylosidase B was composed of three identical subunits.s.
The ${\beta}$-xylosidase (EC 3.2.1.37) production capabilities of lactic acid bacteria in the genus Leuconostoc, isolated from a variety of kimchi (fermented vegetables), were examined. The intracellular levels of ${\beta}$-xylosidase were similar to the extracellular levels, when most Leuconostoc lactic acid bacteria were grown in a medium containing xylose as the carbon source. Intracellular ${\beta}$-xylosidase with a maximum activity of $1.2{\pm}0.1units/mL$ (mean${\pm}$standard error) was obtained from Leuconostoc lactis KCTC 13344, which was isolated from fermented Chinese cabbage. The optimum reaction conditions for Leu. lactis KCTC 13344 ${\beta}$-xylosidase activity were pH 6.0 and $30^{\circ}C$, and the addition of most divalent cations, except zinc, to the reaction mixture resulted in a slight increase in enzyme activity. Compared with a media containing other carbon sources, the ${\beta}$-xylosidase activity was 5 times higher when Leu. lactis KCTC 13344 was grown in a medium containing xylose as carbon source. Zymographic analysis indicated that the synthesis of Leu. lactis KCTC 13344 ${\beta}$-xylosidase (approximate size, 64 kDa) is induced by xylose. A maximum intracellular ${\beta}$-xylosidase activity of $7.1{\pm}0.3units/mL$ was obtained in a batch cultivation in an MRS medium containing 30 g/L xylose.
A $\beta$-xylosidase encoding gene from Klebsiella sp. Sc was cloned in Escherichia coli. The $\beta$-xylosidase gene consisted of an open reading frame of 1,680 nucleotides and encodes 559 amino acids with a deduced molecular weight of 63 kDa. The deduced amino acid sequence of the $\beta$-xylosidase from Klebsiella sp. Sc exhibits 90% identities and 95% positives compared to those from Klebsiella oxytoca (KOX), Lactobacillus lactis (LAC, 82%, 90%), Bacillus longum (BLON, 69%, 81%) and Escherichia coli (ECOLI, 47%, 63%). The $\beta$-xylosidase was purified by GST-fusion purification system. The pH and temperature optima of the enzyme were 6.6 and $55^{\circ}C$, respectively. The $\beta$-xylosidase hydrolyzes xylobiose to xylose.
Synergic effects among endo-xylanase, $\beta$-xylosidase, and acetyl xylan esterase of Bacillus stearothermophilus in the hydrolysis of xylan were studied by using birchwood, oat spelt, and acetylated xylan as substrates. Synergism between endo-xylanase and $\beta$-xylosidase was observed on all three substrates tested, indicating that $\beta$-xylosidase enhanced the production of xylose by relieving the end-product inhibition upon endo-xylanase conferred by xylooligomers. Endo-xylanase and $\beta$-xylosidase also showed synergism with acetyl xylan esterase in the hydrolysis of birchwood and acetylated xylan, while no synergic effect was detected in oat spelt xylan hydrolysis. Thus, the hydrolysis of xylan containing acetic acid side chains required the action of acetyl xylan esterase, which eliminated the steric hindrance of the side chains, leading to the better hydrolysis by endo-xylanase and $\beta$-xylosidase , and the acetyl xylan esterase activity was also enhanced by endo-xylanase and $\beta$-xylosidase for the latter enzymes provided acetyl xylan esterase with shorter xylan oligomers, the better substrate for the enzyme.
Chromosomal DNA fragments of Bacillus sp. YA-14, isolated from soil as a potent $\beta$-xylosidase producing bacterium, were ligated to a vector plasmid pBR322 and used to transfer Escherichia coli HB101 cells. The recombinant plasmid pYXL22 was found to enable the transformants to produce $\beta$-xylosidase. pYXL22 was found to contain the 7.0 kb HindIII DNA fragment originated from the Bacillus sp. YA-14 chromosomal DNA by Southern hybridization. The optimum temperature for the reaction of $\beta$-xylosidase produced by E. coli HB101 (pYXL22) was appeared at 3$0^{\circ}C$. The enzyme was maintained stably up to 4$0^{\circ}C$ when stored 1hr at 4$0^{\circ}C$. The $\beta$-xylosidase was repressed completely by 0.4% (w/v) glucose concentration in E. coli HB101 (pYXL22). The optimum concentration of xylose for the $\beta$-xylosidase production in Bacillus sp. YA-14 was 0.2% (w/v).
A gene coding for ${\beta}$-xylosidase from thermophilic xylanolytic Bacillus sp. KK-1 was cloned into Escherichia coli using plasmid pBR322. Recombinant plasmid DNAs were isloated from E. coli clones which were capable of hydrolyzing 4-methylumbelliferyl-${\beta}$-D xylopyranoside. Restriction analysis showed the DNAs to share a common insert DNA. Xylo-oligosaccharides, including xylotriose, xylotetraose, xylopentaose, and xylobiose were hydrolyzed to form xylose as an end product by cell-free extracts of the E. coli clones, confirming that the cloned gene from strain KK-1 is ${\beta}$-xylosidase gene. The ${\beta}$-xylosidase gene of strain KK-1 designated as xylB was completely sequenced. The xylB gene consisted of an open reading frame of 1,602 nucleotides encoding a polypeptide of 533 amino acid residues, and a TGA stop codon. The 3' flanking region contained one stem-loop structure which may be involved in transcriptional termination. The deduced amino acid sequence of the KK-1 ${\beta}$-xylosidase was highly homologous to the ${\beta}$-xylosidases of Bacillus subtilis and Bacillus pumilus, but it showed no similarity to a thermostable ${\beta}$-xylosidase from Bacillus stearothermophilus.
To reduce the size of 5.0kb HindIII fragment containing $\beta$-xylosidase gene, the 5.0kb insert of pAX278 which was previously cloned was reduced by various deletions and thus 1.4kb EcoRI-Xbal fragment was subcloned into pUC19, and the recombinant plasmid was named pAK208. The $\beta$-xylosidase acnivity of E. coli harboring pAK208 was higher about 1.3times than that of pAX278. For the improvement of $\beta$-xylosidase activity, we cloned and expressed the $\beta$-xylosidase gene in E. coli using vector pKK223-3 containing a potent tac-promoter, and enzyme activity of the transformant harboring pKHR212 was increased about 3.3 and 1.8 times than that of E. coli(pAX278) and Bacillus sp. K-17, respectively. To obtain better expression of $\beta$-xylosidase gene, the whole 5.0kb HineIII fragment was recloned into pC194, and the Bacillus sp. K-17 transformant harbor-ing the recombinant plasmid pCX174 showed higher activity than that of the E. coli (pAX278) and Bacillus sp. K-17, respectively. The characteristics of enzyme purified from transformants were consistent with those front alkalophilic Bacillus sp, K-17.
The complete nucleotide sequence of alkalophilic Bacillus sp. K-17 $\beta$-xylosidase gene and its flanking regions were established. A 1263-bp of an open reading frame for $\beta$-xylosidase was observed. The molecular weight (50, 521 dalton), deduced from the nucleotide sequence of $\beta$-xylosidase gene, agreed with the result obtained by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis of the purified enzyme (51, 000 dalton). The Shine-Dalgarno sequence, 5'-GAGGAGG-3', was found 8 bp upstream of the initiation codon ATG. The -10 sequence (TAAAAT) in the promoter region for $\beta$-xylosidase gene was similar to the consensus sequence for Bacillus subtilis RNA polymerase, whereas the -35 sequence (TCGATCA) different from all the known -35 regions in the promoter for Bacillus subtilis RNA polymerase.
The $\beta$-xylosidase from Penicillium sp. FX-102 was purified by 40~80% ammonium sulfate saturation, CM-Cellulose column chromatography, Sephadex G-200 gel filtration, and isoelec- tric focusing. The optimum pH and temperature for the activity of the $\beta$-xylosidase was pH 4.5 and 50$\circ$C, respectively. The enzyme was stable at the pH range of 4.5~5.5, and at 55$\circ$C for 10 min. The molecular weight of the enzyme was estimated to be about 300,000 daltons by Sephadex G-200 gel filtration and 310,000 daltons of monomer by SDS polyacrylamide gel electrophoresis. Isoelectric point of the enzyme was determined to be pH 4.4. The enzyme activity was strongly inhibited by Hg$^{2+}$, Ag$^{2+}$, n-bromosuccinimide and p-chloromercuribenzoate. Xylobiose (10 mM) was completely decomposed to xylose after 8 hrs enzyme reaction with 2 units of the $\beta$-xylosidase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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