Park Jeong-Won;Oh Yong-Sik;Lim Jai-Yun;Roh Dong-Hyun
Journal of Microbiology
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v.44
no.4
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pp.396-402
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2006
[ ${\beta}-Galactosidase$ ] is extensively employed in the manufacture of dairy products, including lactose-reduced milk. Here, we have isolated two gram-negative and rod-shaped coldadapted bacteria, BS 1 and HS 39. These strains were able to break down lactose at low temperatures. Although two isolates were found to grow well at $10^{\circ}C$, the BS 1 strain was unable to grow at $37^{\circ}C$. Another strain, HS-39, evidenced retarded growth at $37^{\circ}C$. The biochemical characteristics and the results of 16S rDNA sequencing identified the BS 1 isolate as Rahnella aquatilis, and showed that the HS 39 strain belonged to genus Buttiauxella. Whereas the R. aquatilis BS 1 strain generated maximal quantities of ${\beta}-galactosidase$ when incubated for 60h at $10^{\circ}C$, Buttiauxella sp. HS-39 generated ${\beta}-galactosidase$ earlier, and at slightly lower levels, than R. aquatilis BS 1. The optimum temperature for ${\beta}-galactosidase$ was $30^{\circ}C$ for R. aquatilis BS-1, and was $45^{\circ}C$ for Buttiauxella sp. HS-39, thereby indicating that R. aquatilis BS-1 was able to generate a cold-adaptive enzyme. These two cold-adapted strains, and most notably the ${\beta}-galactosidase$ from each isolate, might prove useful in some biotechnological applications.
$\beta$-Galactosidase($\beta$-D-galactoside galactohydrolase, E.C. 3. 2. 1. 23) from E. coli K-12 CSH 36 was immobilized on porous cellulose beads which were previously activated with tannin and p-benzoquinone. Their general properties and applicational possibities were investigated. The most effective, enzyme immobilization was obtained when tannin and p-benzoquinone, pH 11.0, were used together as activation reagents and a period of 6 hours of activation. The optimum pH of $\beta$-galactosidase was 5.5 for free enzyme and 6. 0 for the immobilized enzyme, the optimum temperatures for native and immobilized enzyme were both $50^{\circ}C$. Kms of native $\beta$-galactosidase and immobilized enzyme for ONPG(o-nitrophenyl galactopyranoside) were about $4.0{\times}10^(-4)M$ and $7.5{\times}10^(-4)M$, respectively. In the case of tannin : p-benzoquinone activated cellulose beads, the immobilized enzyme retained over 80% of the initial enzyme activity after 20 runs, which is very promising result far a possible industrial application.
ATPase was the most available phosphatase in culture broth of 5. coli P90C. To measure the stable phosphatase activity it was necessary to react nth reaction reagent over 30 min and then we can get stable optical density at 410 m. Transfer time from preculture to main culture for the production of $\beta$-glactosidase was good after 3 hrs cultivation. Phosphatase activity was highest at log phase in main culture and as the cell begins to make $\beta$-galactosidase phosphatase activity begins to decrease.
The medium additives such as fatty acid, lipid, mannose, folic acid, $CaCl_2$ were examined to enhance recombinant ${\beta}-galactosidase\;({\beta}-gal)$ production in T-flask and air-lift bioreactor. The addition of each component. such as cholesterol, tocopherol, tricaprylin, mannose and folic acid at AcNPV infection of Tn5B1-4 cells enhanced ${\beta}-gal$ production, whereas the addition of $CaCl_2$ did not increase ${\beta}-gal$ production. The recombinant ${\beta}-gal$ production using the infection medium supplemented with a mixture of 0.34 mM cholesterol, 2.2 mM mannose and 0.045 M folic acid was enhanced 2 fold in an air-lift bioreactor, compared to the basal medium.
In order to evaluate the availability of lacZ as a reporter gene for producing transgenic mud loach, foreign DNA, bacterial \beta-galactosidase$ gene (lacZ) was microinjected into mud loach eggs and its insertion and expression were examined. X-gal based histochemical assay, fluorimetric analysis of \beta-galactosidase$ with 4-methylumbelliferyl-$\beta$-D-galactoside (MUG) and molecular biological examination using polymerase chain reaction (PCR), dot blot, southern blot and sequence analysis of PCR products were carried out to analyze both microinjected group and non-injected controls. The results are disccussed in this paper.
Using tetrameric ${\beta}$-galactosidase as a model protein, anchoring motives were screened in Bacillus subtilis spore display system. Eleven spore coat proteins were selected considering their expression levels and the location in the spore coat layer. After chromosomal single-copy homologous integration in the amyE site of Bacillus subtilis chromosome, cotE and cotG were chosen as possible spore surface anchoring motives with their higher whole cell ${\beta}$-galactosidase activity. PAGE and Wester blot of extracted fraction of outer layer of purified spore, which express CotE-LacZ or CotG-LacZ fusion verified the existence of exact size of fusion protein and its location in outer coat layer of purified spore. ${\beta}$-galactosidase activity of spore with CotE-LacZ or CotG-LacZ fusion reached its highest value around 16~20 h of culture time in terms of whole cell and purified spore. After intensive spore purification with lysozyme treatment and renografin treatment, spore of BJH135, which expresses CotE-LacZ, retained only 1~2% of its whole cell ${\beta}$-galactosidase activity. Whereas spore of BJH136, which has cotG-lacZ cassette in the chromosome, retained 10~15% of its whole cell ${\beta}$-galactosidase activity, proving minor perturbation of CotG-LacZ, when incorporated in the spore coat layer of Bacillus subtilis compared to CotE-LacZ. Usage of Bacillus subtilis WB700, of which 7 proteases are knocked-out and thereby resulting in 99.7% decrease in protease activity of the host, did not prevent the proteolytic degradation of spore surface expressed CotG-LacZ fusion protein.
$\beta$-Galactosidase of Bifidobacterium longum KCTC 3215 was studied on the production, purification, and characterization. Optimum conditions for the enzyme production were in the medium of 1.0% lactose as carbon source, initial pH 7.0 and in 17 hours of cultivation at $37^{\circ}C$. The enzyme was purified 9.25 folds by protamine sulfate precipitation, ammonium sulfate fractionation, DEAE-Sephadex A-50 ion exchange chromatography and Sephadex G-150 gel filtration. The maximal P-galactosidase activity was observed at pH 6.5 and at the temperature of $40^{\circ}C$ This enzyme was stable at pH 6.0-8.5. Metal ions such as $Ca^{2+} \;and \; Co^{2+}$, 2-mercaptoethanol, cysteine, and glutathione stimulated B-galactosidase activity. The enzyme activity was inhibited by addition of $Mg^{2+}, Fe^{2+}, Cs^{1+}, Li^{1+}$, DETA, galactose, and $\rho$-chloromercuribenzoic acid. The kinetics of o-nitrophenyl-$\beta$-D-galactopyranoside and lactose were $K_m$ = 1.66 mM, $V_{max}= 0.30 mM/min\cdot mg\cdot protein$ and $KK_m = 3.18 mM, \; V_{max}= 0.42 mM/min \cdot mg\cdot$ protein, respectively. The molecular weight of native enzyme was about 360, 000 dalton and the enzyme consisted of 2 identical subunits with a molecular weight of 180, 000.
These studies examined the production of oligosaccharides by ${\beta}-galactosidase$originated from Aspergillus oryzae and Kluyveromyces fragilis mixed. In addition, heat resistance and acid stability of transgalactosylated oligosaccharides were measured. When ${\beta}-galactosidase$ from A. oryzae, K. fragilis and mixed ${\beta}-galactosidase$ were added to 30%(w/v) lactose solution, maximum production of transgalactosylated oligosaccharides were 26.9%, 37.05 and 27.2%, respectively. The ratios of disacchride, trisacchride and tetrasaccharide in transgalactosylated oligosaccharides were 20.5 : 5.4 : 0.6, 20.4 : 10.5 : 4.2 and 21.0 : 4.1 : 1.9, respectively. Nine different oligosaccharides were recovered with 30% and 40% ethanol fractions. When the 30% ethanol fraction was treated at $150^{\circ}C$ for 10 min more than 90% of oligosaccharides remained stable. More than 90% of the oligosaccharides were stable at $130^{\circ}C$ for 3 min with pH 3.0, whereas there of Kluyveromyces was more than 90% with pH 3.5.
Structural modeling of $\beta$-galactosidase from L. lactis ssp. lactis 7962 has shown that the residues Cys-472 and His-509 are located in the wall of the active-site cavity. To examine the functions of Cys-472 and His-509, we generated five site-specific mutants: Cys-472-Ser, Cys-472-Thr, Cys-472-Met, His-509-Asn, and His-509-Phe. $\beta$-Galactosidase substituted at Cys-472 with Met or His-509 with Phe had <3% of the activity of the native enzyme when assayed using ONPG as substrate. The other mutants Cys-472-Ser, Cys-472-Thr, and His-509-Asn had ca. 10-15% of the native enzyme activity. The V$_max$ values of the five mutated enzymes were lower (60-7,000-fold) than that of native enzyme. These results show that the catalytic ability of $\beta$-galactosidase is significantly affected by mutations at Cys-472 or His-509.
The secondary and tertiary structures of ${\beta}$-galactosidase from L. lactis ssp. lactis 7962 were designed using Nnpredict and Sybyl version 6.3. By using site-directed mutagenesis, the mutated enzymes, Tyr-475-phe and Glu-506-Asp, were generated based on the structural modeling of L. lactis ssp. lactis 7962. The enzymes Tyr.-475-Phe and Glu-506-Asp had <$1\%$ of the activity of the native enzyme with ONPG as substrate. The $V_{max}$ values of the mutated enzymes were greatly reduced (1,800~40,000-1314) compared with the value for the native ${\beta}$-galactosidase. However, the $K_m$ values of Tyr-475-Phe and Glu-506-Asp with ONPG, PNPG, PNPF, and PNPA were not significantly different from those of the native enzyme. The results obtained support the suggestion that Tyr-475 and Glu-506 constitute very important parts of the catalytic machinery of the ${\beta}$-galactosidase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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