To overproduce endoxylanase from a recombinant Bacillus subtilis harboring the pJHKJ4 plasmid, the effects of carbon and nitrogen sources on the cell growth and expression level of endoxylanase were investigated in the flask cultures. Among the various carbon and nitrogen sources tested, glucose and maltose as carbon source and yeast extract as nitrogen source were found to be the most effective for the cell growth and the endoxylanase expression. When the concentration of glucose was increased from 0.5% to 5%, the highest activity of extracellular endoxylanse, 166 unit/$m\ell$, was observed at 2% glucose. In case of maltose, the endoxylanase was stably produced at the level of 180 unit/$m\ell$, regardless of the concentration of maltose. The higher the concentration of yeast extract, the greater cell growth and endoxylanase expression were obtained. However, the highest endoxylanase activity per unit cell mass was observed with 1% yeast extract. With the optimized medium (2% glucose, 1% yeast extract, etc), about 630 unit/$m\ell$ of endoxylanse was expressed through the batch fermentation in a fermentor, which expression level corresponded to about 0.7 g-endoxylanase protein /$\ell$. It was also found that the plasmid was stably maintained above 70% level, and more than 90% of endoxylanase activity was detected in the extracellular medium.
Kim, Jong-Hyun;Kim, Jung-Hoe;Kim, Sun-Chang;Nam, Soo-Wan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.10
no.4
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pp.551-553
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2000
A strong constitutive $P_{JH}$ promoter from Bacillus was applied to overexpress the endoxylanase gene in B. subtilis. The expression plasmid, pHJKJ4, was designed to contain the $P_{JH}$ promoter and endoxylanase promoter ($P_B$), and introduced into B. subtilis DB104. Through batch fermentation of the trasformant cell on a maltose medium, endoxylanase was produced in a growth-associated manner as the predominant protein. The total activity reached about 600 unit/ml at the end of the cultivation, which corresponded to 698 mg endoxylanase protein/l with a specific activity of 860 unit/mg protein. It was also found that the segregational plasmid instability was less than 30% and most of the endoxylanase activity was detected in the culture medium. This result suggests that the secretory production of endoxylanase can be significantly enhanced with the use of the $P_{JH}$ promoter and high-cell density culture techniques, quantitatively as well as qualitatively.
The plasmid, pJHKJ4, containing the endoxylanase gene, was introduced into Bacillus subtilis DB 104. The recombinant cells produced 587 unit/ml of endoxylanase at 33 h. The endoxylanase was immobilized covalently on the surface of silica fur effective xylan hydrolysis. The activities of the immobilized and free endoxylanases were optimal at pH 6.5 and 10 mM $MnSO_4$. The optimal temperature of the immobilized endoxylanase was $60^{\circ}C$, whereas that of the free endoxylanase was $65^{\circ}C$. Under these optimal conditions, the activity of the immobilized endoxylanase was 1.7 times higher than that of the fee endoxylanase. From microscope photographs, the immobilized endoxylanase was found to be bounded and evenly distributed on the surface of silica, a nonporous solid support. The enzyme kinetics between the immobilized and free endoxylanases was estimated to be uncompetitive, when plotting double-reciprocal plots against xylan concentrations and endoxylanase activities. These results suggest that the higher activity of the immobilized endoxylanase may be due to increased formation of enzyme-substrate complex, because of the easy accessibility of the immobilized enzyme to the polysaccharide-xylan as a high molecular weight substrate.
Kim, Min-Ji;Kim, Bo-Hyun;Nam, Soo-Wan;Choi, Eui-Sung;Shin, Dong-Ha;Cho, Han-Young;Son, Kwang-Hee;Park, Ho-Yong;Kim, Yeon-Hee
Journal of Life Science
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v.23
no.7
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pp.863-868
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2013
The XylP gene, which encodes endoxylanase in Bacillus sp. HY-20, was subcloned, and two expression plasmids, pG-xylP and pGMF-xylP were constructed. These plasmids, which contain different signal sequences, XylP s.s and $MF{\alpha}_{opt}$ s.s, respectively, for the secretory expression of endoxylanase, were transformed into Saccharomyces cerevisiae SEY2102 and FY833, respectively. The recombinant endoxylanases were successfully expressed, with a total activity range of 23.7-70.1 unit/ml according to the expression system and host strain. The endoxylanase activity in SEY2102/pGMF-xylP reached a maximum of 88.1 unit/ml in baffled flask culture. Most of the recombinant endoxylanase was efficiently secreted in the extracellular fraction, and the $MF{\alpha}_{opt}$ s.s was more efficient for secreting endoxylanase in yeast than the XylP s.s. Therefore, the expression system developed in this study produces large extracellular amounts of endoxylanase using S. cerevisiae as the host strain, and it could be used in bioethanol production and industrial applications.
Kim, Yeon-Hee;Heo, Sun-Yeon;Kim, Mi-Jin;Lee, Jae-Hyung;Kim, Young-Man;Nam, Soo-Wan
Journal of Life Science
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v.18
no.1
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pp.52-57
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2008
Xylan is a major hemicellulose component of the cell walls of monocots and hardwood, representing up to 30% of the dry weight of these plants. To efficiently hydrolyze xylan, the endoxylanase gene from Bacillus sp. was expressed in B. subtilis DB431 by introducing the plasmid pJHKJ4. The total activity of the recombinant endoxylanase reached about 857 unit/ml by batch fermentation of B. subtilis DB431/pJHKJ4 in LB maltose medium. The majority (>92%) of endoxylanase was efficiently secreted into the culture medium. The recombinant endoxylanase hydrolyzed more the birchwood xylan efficiently than the other xylans. When 4 % concentration of xylan was used, the highest production of xylooligosaccharide was observed, and xylobiose and xylotriose were the major products. Optimal amount of enzyme and reaction time for producing xylooligosaccharide were found to be 10 unit and 1 hr, respectively. In addition, the temperature of $40^{\circ}C{\sim}50^{\circ}C$ gave the highest production of xylooligosaccharide. Consequently, the optimized conditions for the production of xylooligosaccharide through the hydrolysis of xylan were determined as follows: 10 unit endoxylanase, $50^{\circ}C$, 4% birchwood xylan, 1 hr reaction.
A strong constitutive $P_{JH}$ promoter from Bacillus sp. was applied to overexpress the endoxylanase gene in Bacillus subtilis. The expression plasmid, pJHKJ4, was designed to contain the $P_{JH}$ promoter and open reading frame of endoxylanase including its own promoter. The plasmid was introduced into B. subtilis DB431 and the resulting transformant was grown on LB glucose medium. The endoxylanase activity in the culture supernatant reached about 140 unit/ml. The enzyme in the supernatant was efficiently concentrated to 70% by two-step treatments of ammonium sulfate saturation and ultrafiltration. The stabilization of concentrated enzyme solution at different storage temperatures was examined with various stabilizers such as NaCl, $CaCl_2$, sucrose, sorbitol, polyethylene glycol, and Tween-80.
Kim, Hyun-Jin;Lee, Jae-Hyung;Kim, Yeon-Hee;Nam, Soo-Wan
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.36
no.4
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pp.307-313
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2008
The yeast surface expression system, pCTXYN (6.8 kb), of Bacillus endoxylanase gene (xynB, 642 bp) was constructed and introduced into Saccharomyces cerevisiae EBY100 cell. The transformed yeast cell showing the highest endoxylanase activity was selected through the active staining of colonies grown on YPDG medium containing xylan. With the yeast transformant, EBY100/pCTXYN, grown on galactose containing medium, it was found that the endoxylanase was successfully displayed on the yeast cell surface and the xylooligosaccharides were efficiently produced from xylan. The most of endoxylanase activity was detected in the cell fraction and reached about 1.9 unit/mL after 48 h cultivation. The optimized conditions for xylooligosaccharides production from xylan were determined as follows: substrate and its concentration, oat spelt xylan 6%; concentration of yeast whole-cell, 5 unit/mL; temperature, $50^{\circ}C$, and reaction time $2{\sim}4\;h$. When the oat spelts xylan and corncob xylan were hydrolyzed by treatment with cell surface-displayed endoxylanase, xylotriose was formed as a main product.
A strong constitutive PJH promoter from Bacillus sp. was applied to overexpress the endoxylanase gene (639 bp) in Bacillus subtilis. The expression plasmid, pJHKJ4, was designed to contain the $P_{JH}$ promoter and open reading frame of endoxylanase including its own promoter. The plasmid was introduced into B. subtilis DB431 and the resulting transformant was grown on LB glucose medium. At the end of cultivation, the endoxylanase activity in the culture supernatant reached about 140 DIm!. The enzyme in the supernatant was concentrated by ultrafiltration (MW cut-off 10 kDa and 30 kDa) and ammonium sulfate precipitation. For the concentration of the enzyme, ultrafiltration was more efficient than 70% ammonium sulfate precipitation. The stabilization of concentrated enzyme solution at $50^{\circ}C$ was examined with various stabilizers such as NaCI, glycerol, polyethylene glycol, sorbitol, and $CaCI_2$. The most effective stabilizers were found to be NaCI and $CaCI_2$.
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.
Proceedings of the Microbiological Society of Korea Conference
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2003.05a
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pp.122-124
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2003
Cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) and endoxylanase genes of Bacillus sp. were subcloned down-stream of yeast ADH1 promoter and expressed in S. cerevisiae. Most of the CGTase and endoxylanase expressed were detected in the extracellular medium with activity of 0.6 and 7-8 unit/ml, respectively. The recombinant enzymes were secreted as N-linked-glycosylated forms, resulting an enhanced thermal stability. CGTase predominantly produced $\alpha-cyclodextrin$ from starch and endoxylanase produced xylobiose and xylotriose from xylan.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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