A gene coding for xylanase from alkali-tolerant Bacillus alcalophilus AX2000 was cloned into Escherichia coli $DH5\alpha$ using pUC19. Among 2,000 transformants, one transformant showed clear zone on the detection agar plate containing oat-spells xylan. Its recombinant plasmid, named pXTY99, was found to carry 7.0 kb insert DNA fragment. When the nucleotide sequence of the cloned xylanase gene (xynT) was determined, xynT gene was found to consist of 1,020 base-pair open reading frame coding for a poly-peptide of 340 amino acids with a deduced molecular weight of 40 kDa. The coding sequence was preceded by a putative ribosome binding site, and the transcription initiation signals. The deduced amino acid sequence of xylanase is similar to those of the xylanases from Bacillus sp. Nl37 and B. stearothermophilus 21 with $61\%$ and $59\%$ identical residues, respectively.
An alkali-tolerant bacterium producing the xylanase was isolated from soil and identified as Bacillus alcaiophilus. This strain, named B. alcalophilus AX2000, was able to grow and produce xylanase optimally at pH 10.5 and $37^{\circ}C$. The maximum xylanase production was obtained when 0.5%(w/v) birchwood xylan and 0.5%(w/v) polypeptone and yeast extract were used as carbon source and nitrogen source, respectively. The biosynthesis of xylanase was under the catabolite repression by glucose in the culture medium, and inhibited in the presence of high concentration of xylose. The maximum activity of xylanase was observed at pH 10.0 and $50^{\circ}C$ and the enzyme activity remained was over 80% at $60^{\circ}C$ and from pH 5.0 to 11.0.
An alkalophilic mi.croorganism (strain YB380), which produces yeast cell wall hydrolase extracellulary, was isolated from Korean soil. The rod-shaped cells were 0.3~0.4 by 2~4${\mu}{\textrm}{m}$ long, motile, aerobic, gram-positive, and spore-forming. The color of the colony was light yellow. The temperature range for growth at pH 9.0 was 25 to $45{\circ}C, with optimum growth at $35{\circ}C. The pH range for growth at $35{\circ}C was 8 to 11 with an optimum pH of 9.0. Therefore, the strain YB380 is an obligate alkalophile. The 16S rRNA of strain YB380 has a 99% sequence similarity with that of Bacillus alcalophilus. On the basis of physiological properties, cell wall fatty acid composition, and phylogenetic analysis, we propose that the isolated strain is Bacillus alcalophilus. The yeast cell wall hydrolase from Bacillus alcalophilus subsp. YB380 has been purified and partially characterized. The molecular weight was estimated to be 27,000 daltons with an optimum temperature and pH of $60{\circ}C and 9.0, respectively. The N-terminal amino acid sequence of the enzyme was analyzed as Gln- Thr- Val- Pro- Trp- Gly- Ile- Asn- Arg- Val.
The purified xylanase from Bacillus alcalophilus AX2000 was modified with various chemical modifiers to determine amino acid residues in the active site of the enzyme. Treatment of the enzyme with group-specific reagents such as carbodiimide or N-bromosuccinimide resulted in complete loss of enzyme activity. These results suggested that these reagents reacted with glutamic acid or aspartic acid and tryptophan residues located at or near the active site. In each case, inactivation was performed by pseudo first-order kinetics. Inhibition of enzyme activity by carbodiimide and N-bromosuccinimide showed non-competitive and competitive inhibition type, respectively. Addition of xylan to the enzyme solution containing N-bromosuccinimide prevented the inactivation, indicating the presence of tryptophan at the substrate binding site. Analysis of kinetics for inactivation showed that the loss of enzyme activity was due to modification of two glutamic acid or aspartic acid residues and single tryptophan residue.
To elucidate a method of preventing dental caries, strains producing lytic enzymes were isolated and their characteristics were investigated. Among 5,00 alkalophilic strains isolated from soil, 22 strains showed lytic activity against Streptococcus mutans. Strain No. 4830, with the highest lytic activity, was selected for further study. Strain 4830 showed 94% sequence homology with the 16S rDNA sequence of Bacillus alcalophilus, but it was concluded to be different from Bacillus alcalophilus because of its biochemical characteristics. The strain was named Bacillus sp. 4830. The lytic enzyme from Bacillus sp. 4830 was purified by ethanol precipitation and CM-agarose column chromatography. The molecular weight of the lytic enzyme was determined to be 28 kDa by SDS-PAGE. The lytic enzyme was stable between pH 5.0 and pH 11 and up to $40^{\circ}C$. The optimal pH and temperature for the lytic activity was 9.0 and $50^{\circ}C$, respectively.
A stuructural gene (ycl) encoding novel yeast cell wall hydrolase, YCL, was cloned from alkalophilic Bacillus alcalophilus subsp. YB380 by PCR, and transformed into E. coli JM83. Based on the N-terminal and internal amino acid sequences of the enzyme, primers were designed for PCr. The positive clone that harbors 1.8 kb of the yeast cell wall hydrolase gene was selected by the colony hybridization method with a PCR fragment as a probe. According to the computer analysis, this gene contained a 400-base-paired N-terminal domain of the enzyme. Based on nucletide homology of the cloned gene, a 850 bp fragment was amplified and the C-terminal domain of the enzyme was sequenced. With a combination of the two sequences, a full nucleotide sequence for YCL was obtained. This gene, ycl, consisted of 1,297 nucleotides with 27 nucleotides with 27 amino acids of signal sequence, 83 redundant amino acids of prosequence, and 265 amino acids of the mature protein. This gene was then cloned into the pJH27 shuttle vector and transformed into the Bacillus subtilis DB104 to express the enzyme. It was confirmed that the expressed cell wall hydrolase that was produced by Bacillus subtilis DB104 was the same as that of the donor strain, by Western blot using polyclonal antibody (IgY) prepared from White Leghorn hen. Purified yeast cell wall hydrolase and expressed recombinant protein showed a single band at the same position in the Western blot analysis.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.4
no.3
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pp.316-321
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2016
This study developed an eco-block for grass growth using the expanded vermiculites that absorb bacteria selected considering for the high pH and dry environments and plant growth. For the developed eco-block, a fundamental properties including compressive strength gain and water absorption and ecology characteristics were tested. The selected bacteria was Bacillus alcalophilus a nd Rhodoblastus acidophilus and had high concentration of $10^9cell/mL$. The expanded vermiculite that was used for shelter of bacteria was added by 7.5% and 10% replacement of the natural aggregates by volume. The developed eco-block achieved the minimum requirements specified in SPS provision and significantly effective in reducing chemical Chemical Oxygen Demand(COD) concentration and enhancing the growth of fish and plant.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.4
no.2
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pp.165-171
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2016
The objective of this study is to evaluate the compressive strength development and ecological characteristics of mortars using expanded vermiculite absorbing bacteria as a fundamental investigation to develop precast eco-concrete products. For bacterial growth under the high-alkalinity and high-dried environments within hardened mortars and for creating plant growth function to mortars, Bacillus alcalophilus and Rhodoblastus acidophilus were separated and cultured. The cultured bacteria were absorbed into expanded vermiculite selected for bacteria shelter. The expanded vermiculite absorbing bacteria was then added into mortar mixture as a volumetric replacement of fine aggregate. Test results showed that the developed technology is very effective in enhancing the plant growth onto the hardened mortars and reducing the COD and T-N concentration in raw water. The optimum replacement level of expanded vermiculite absorbing bacteria can be recommended to be less than 10% considering the compressive strength development and cost of mortars along with the ecological effectiveness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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