Endoglucanase gene of Pseudomonas sp. LBC505 was previously cloned in pUCl9 to yield plasmid pLC1. overproduction of endoglucanase was attempted by following ways. First, the endoglucanase gene of Pseudomonas sp. LBC505 cloned in pUCl9(pLC1) was tandemly inserted, step by step, into a expression vector pKK223-3 in a directly repeated form to enhance productivity of endoglucanase. Escherichia coli containing pKCC30 among the resulting plasm ids showed the higher yield of the endoglucanase. Ecoli harboring pKCC30 which had three inserted endoglucanase genes expressed about 12.3 times as much CMCase activity as Ecoli harboring pLCl. Second, the endoglucanase gene was subcloned into Bacillus subtilis expression vector pgnt41 for both overproduction and extracellular secretion of the endoglucanase. A resulting plasmid pgntc15 in Bacillus subtilis expressed 4.3-fold higher levels of CMCase activity than that of E.coli harboring pLCl and the endoglucanase produced was entirely secreted into the culture medium.
To examine whether the signal sequence of Bacillus endo-1, 4-glucanase can act functionally in a yeast, a lower eucaryote, two recombinant plasmids were constructed and introduced into Saccharomyces cerevisiae: recombinant plasmid pGCMC10 containing the complete signal sequence of Bacillus endoglucanase, and pGCMC11 without the signal sequence. Secretion of endoglucanase into culture medium was obtained with the yeast transformant containing plasmid pGCMC10. The secreted endoglucanase was glycosylated and was apparently processed to be about 36 kilodaltons (KDa) and 43KDa proteins. The glycosylated endoglucanase from yeast transformant was more thermostable than the nonglycosylated endoglucanase from Escherichia coli transformant.
A ${\beta}$-1,4-endoglucanase gene from Bacillus subtilis H12 was cloned into Escherichia coli JM109 (pBC8) and sequenced. The endoglucanase gene with an insert DNA of 2.5 kb possessed an open reading frame of 1,500 bp encoding a mature protein of 499 amino acids with a calculated molecular mass of 55 kDa. The deduced amino acid sequence showed similarity to those of the known neutral cellulase genes of B. subtilis PAP115 (99.2%) and BSE616 (97.8%), as well as the alkaline gene of Bacillus sp. N4 (55.1%). The endoglucanase activity expressed by E. coli (pBC8) was localized in the periplasmic fraction (80%) and the cytoplasmic fraction (20%). An endoglucanase was purified from the periplasmic fraction by performing gel filtration and anion exchange chromatography. The molecular weight of the purified enzyme was estimated to be 31 kDa by SDS-PAGE, and the maximum activity occurred at pH 7 and $40^{\circ}C$. The enzyme easily hydrolyzed soluble substrates such as carboxymethyl cellulose and barely ${\beta}$-glucan, whereas the sigmacell and xylan, the known insoluble substrates, were not entirely hydrolyzed.
Overproduction of intracellular ${\beta}$-glucosidase was attempted by modifying the promoter region of a ${\beta}$-glucosidase gene cloned from Cellulomonas fimi and expressing it in Bacillus subtilis DB 104. A strong engineered promoter, BJ27UΔ88, was fused to the ${\beta}$-glucosidase gene after removing its native promoter. An effective Shine-Dalgamo sequence (genel0 of phage T7) was inserted between the promoter and the ${\beta}$-glucosidase structural gene. The modified gene was overexpressed in B. subtilis and produced 1121.5 units of ${\beta}$-glucosidase per mg protein which is about $12\%$ of total intracellular protein. Secretion of overproduced intracellular ${\beta}$-glucosidase was attempted by using the signal sequence of the Bacillus endoglucanase gene as well as an in-frame hybrid protein of endoglucanase. The hybrid protein was normally secreted into the culture medium and still retained ${\beta}$-glucosidase activity.
Improvement of endoglucanase activity was accomplished by utilizing error-prone rolling circle amplification, supplemented with 1.7 mM $MnCl_2$. This procedure generated random mutations in the Bacillus amyloliquefaciens endoglucanase gene with a frequency of 10 mutations per kilobase. Six mutated endoglucanase genes, recovered from six colonies, possessed endoglucanase activity between 2.50- and 3.12-folds higher than wild type. We sequenced these mutants, and the different mutated sites of nucleotides were identified. The mutated endoglucanase sequences had five mutated amino acids: A15T, P24A, P26Q, G27A, and E289V. Among these five substitutions, E289V was determined to be responsible for the improved enzyme activity. This observation was confirmed with site-directed mutagenesis; the introduction of only one mutation (E289V) in the wild-type endoglucanase gene resulted in a 7.93-fold (5.55 U/mg protein) increase in its enzymatic activity compared with that (0.7 U/mg protein) of wild type.
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.
The endoxylanase (GenBank Access No. U51675) of Bacillus spp. and endoglucanase (GenBank Access No. AY466436) of Trichoderma spp. were separately inserted downstream of the yeast constitutive ADHI promoter, resulting in three different plasmids (pAGX1, pAGX2, and pAGX3) according to the transcription direction of two genes. When the yeast transformants, S. cerevisiae SEY2102 harboring each expression plasmid, were grown on YPD medium, the total activities of the enzymes were approximately 3.01 unit/ml, 3.24 unit/ml, and 7.56 unit/ml for endoxylanase and 0.60 unit/ml, 0.54 unit/ml, and 0.39 unit/ ml for endoglucanase, in the following order: the pAGX1, pAGX2, and pAGX3. More than 70% of the endoxylanase and endoglucanase activities was found in the extracellular media.
KIM, HOON;SUNGMIN F. KIM;DONG HO AHN;JlN HO LEE;MOO YOUNG PACK
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제5권1호
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pp.26-30
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1995
The cytoplasmic endo-$\beta$-l, 4-glucanase (endoglucanase) was purified from cell extracts of Escherichia coli (pBS1) transformant carrying the Bacillus subtilis endo-$\beta$-l, 4-glucanase gene after full growth, and its molecular weight was found to be 52 kilodaltons (kDa). The endo-$\beta$-l, 4-glucanase isolated from the periplasmic space was smaller than 52-kDa cytoplasmic enzyme. The 52-kDa endoglucanase was found to be cleaved in the periplasm and finally converted to 34.5-kDa protein. Small amounts of both 52-kDa and 34.5-kDa proteins were secreted into the culture broth. The cleavage took place in the C-terminal portion of the enzyme. The N-terminal amino acid residues of both 52-kDa and 34.5-kDa enzymes were determined to be the same, Ala, the 30th residue of the primary translation product. Cleavage of the C-terminal portion showed to have no significant effect on the basic enzyme properties.
Seo, J.K.;Park, T.S.;Kwon, I.H.;Piao, M.Y.;Lee, C.H.;Ha, Jong K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제26권1호
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pp.50-58
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2013
A facultative bacterium producing cellulolytic and hemicellulolytic enzymes was isolated from the rumen of a native Korean goat. The bacterium was identified as a Bacillus licheniformis on the basis of biochemical and morphological characteristics and 16S rDNA sequences, and has been designated Bacillus licheniformis JK7. Endoglucanase activities were higher than those of ${\beta}$-glucosidase and xylanase at all temperatures. Xylanase had the lowest activity among the three enzymes examined. The optimum temperature for the enzymes of Bacillus licheniformis JK7 was $70^{\circ}C$ for endoglucanase (0.75 U/ml) and $50^{\circ}C$ for ${\beta}$-glucosidase and xylanase (0.63 U/ml, 0.44 U/ml, respectively). All three enzymes were stable at a temperature range of 20 to $50^{\circ}C$. At $50^{\circ}C$, endoglucanse, ${\beta}$-glucosidase, and xylanase had 90.29, 94.80, and 88.69% residual activity, respectively. The optimal pH for the three enzymes was 5.0, at which their activity was 1.46, 1.10, and 1.08 U/ml, respectively. The activity of all three enzymes was stable in the pH range of 3.0 to 6.0. Endoglucanase activity was increased 113% by $K^+$, while $K^+$, $Zn^+$, and tween 20 enhanced ${\beta}$-glucosidase activity. Xylanase showed considerable activity even in presence of selected chemical additives, with the exception of $Mn^{2+}$ and $Cu^{2+}$. The broad range of optimum temperatures (20 to $40^{\circ}C$) and the stability under acidic pH (4 to 6) suggest that the cellulolytic enzymes of Bacillus licheniformis JK7 may be good candidates for use in the biofuel industry.
A total of 10 cellulase-producing bacteria were isolated from soil samples irrigated with paper and pulp mill effluents. The sequencing of 16S rRNA gene revealed that all isolates belonged to different species of genus Bacillus. Among the different isolates, B. subtilis IARI-SP-1 exhibited a high degree of ${\beta}$-1,4-endoglucanase (2.5 IU/ml), ${\beta}$-1,4-exoglucanase (0.8 IU/ml), and ${\beta}$-glucosidase (0.084 IU/ml) activity, followed by B. amyloliquefaciens IARI-SP-2. CMC was found to be the best carbon source for production of endo/exoglucanase and ${\beta}$-glucosidase. The ${\beta}$-1,4-endoglucanase gene was amplified from all isolates and their deduced amino acid sequences belonged to glycosyl hydrolase family 5. Among the domains of different isolates, the catalytic domains exhibited the highest homology of 93.7%, whereas the regions of signal, leader, linker, and carbohydrate-binding domain indicated low homology (73-74%). These variations in sequence homology are significant and could contribute to the structure and function of the enzyme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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