본 연구에서는 Candida antarctica로부터 genomic DNA을 추출하여 lipase A(CalA) 유전자를 PCR 증폭하였고, 재조합 pColdIII/CalA, $pPICZ{\alpha}A$/CalA, $pPICZ{\alpha}A$/CalA$his{\times}6$을 구축하였다. 재조합 CalA 유전자의 기능적 발현을 위해 최적화된 시스템을 구축하고자 Escherichia coli와 Pichia pastoris 시스템에서 각각 수행하여 비교, 분석하였다. SDS PAGE gel을 통해 CalA의 발현의 여부 및 발현양을 확인하였고, pNPP를 기질로 한 가수분해 반응을 통해 활성을 측정하였다. E. coli 발현 시스템은 형질전환 방법이 간단하고, 미생물의 성장 속도가 빠르다는 장점을 갖지만 CalA의 활성이 0.02 Unit/ml으로 비교적 낮았으며 세포질 (cytoplasm)에서 발현되므로 비목적 단백질과의 분리 및 정제과정이 필요하다. 재조합 $pPICZ{\alpha}A$/CalA을 P. pastoris 시스템에서 발현한 경우 높은 발현양 뿐만 아니라 분비작용으로 인해 고순도 발현이 용이하였고, 활성 또한 약 0.7 Unit/ml으로 가장 높았다. 결론적으로 CalA의 기능적 발현을 위해 P. pastoris 시스템을 구축하는 것이 가장 적합함을 확인하였다.
Gonzalez, Tamara;M'Barek, Hasna Nait;Gomaa, Ahmed E.;Hajjaj, Hassan;Zhen, Chen;Dehua, Liu
한국미생물·생명공학회지
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제47권4호
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pp.546-554
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2019
This study, for the first time, reports the functional expression of lipase B derived from the yeast Candida antarctica (CALB) in Corynebacterium strain using the Escherichia coli plasmid PK18. The CALB gene fragment encoding a 317-amino-acid protein was successfully obtained from the total RNA of C. antarctica. CALB was readily produced in the Corynebacterium strain without the use of induction methods described in previous studies. This demonstrated the extracellular production of CALB in the Corynebacterium strain. CALB produced in the Corynebacterium MB001 strain transformed with pEC-CALB recombinant plasmid exhibited maximum extracellular enzymatic activity and high substrate affinity. The optimal pH and temperature for the hydrolysis of 4-nitrophenyl laurate by CALB were 9.0 and 40℃, respectively. The enzyme was stable at pH 10.7 in the glycine-KOH buffer and functioned as an alkaline lipase. The CALB activity was inhibited in the presence of high concentration of Mg2+, which indicated that CALB is not a metalloenzyme. These properties are key for the industrial application of the enzyme.
Candida (Pseudozyma로도 알려짐) antarctica lipase B(CAL-B)는 학문적으로 그리고 산업적으로 많이 활용되고 있다. CAL-B 자체에 대한 연구는 많이 진행되어온 반면, CAL-B 상동체에 관한 연구는 그리 알려진 바가 없다. 본 연구에서는 단백질 유사성 검색을 통해서 CAL-B의 상동체 탐색을 수행하였고, 6종의 단백질 서열을 찾았다. 해당하는 유전자들을 대장균에 대한 코돈 최적화를 수행하였고, 이를 바탕으로 유전자 합성을 진행하였다. 이들 유전자를 대장균 발현용 벡터에 클로닝한 후, 대장균 내에서 단백질 발현을 시도하여 이들 중 4종의 단백질이 성공적으로 발현되었다. 이들 단백질들이 가수분해 효소로서의 활성이 있는지 확인하기 위해서, 4-nitrophenyl acetate와 4-nitrophenyl butyrate를 반응기질로 하여 가수분해 반응성을 확인하였다. 이들 단백질들의 비활성(specific activity)값은 $(1.3-30){\times}10^{-2}{\mu}mol/min/mg$로 측정되었고, 이는 CAL-B의 비활성 수치보다는 다소 낮은 값에 해당하였다. (${\pm}$)-1-phenylethyl acetate의 가수분해 반응에 대한 입체선택성은 이들 상동체 효소들 중에서 Pseudozyma hubeiensis SY62에서 유래된 효소만이 CAL-B의 입체선택성과 유사함이 확인되었다.
YANG JUNG-SEOK;JEON GYU-JONG;HUR BYUNG-KI;YANG JI-WON
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제15권6호
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pp.1183-1188
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2005
Several lipases of commercial grade were screened to catalyze the methanolysis of castor oil, and an immobilized Candida antarctica (Novozym 435) had the highest activity among the lipases tested. To enhance the yield of methyl ricinoleate, several reaction parameters were optimized. The optimum temperature was $50^{\circ}C$, and the original water content of lipase was sufficient to maintain the activity of lipase, and additional water supplied inhibited the methanolysis of castor oil. Because the lipase was deactivated by methanol, the reaction was tested by three-step addition of 1 molar equivalent of methanol to the oil. However, the oil was not completely converted to its methyl esters. The final reaction mixture using 3 molar equivalents of methanol to the oil consisted of $70\%$ methyl ricinoleate, $18\%$ monoricinoleate, $11\%$ diricinoleate, and trace triricinoleate at the equilibrium state. The yield of methyl ricinoleate was $97\%$ at 6 molar ratio of methanol to the oil with 300g of castor oil and 6g of immobilized Candida antarctica at $50^{\circ}C$ within 24 h.
본 연구에서는 현재 산업적 응용이 활발하게 이루어지고 있고, 여러 장점을 지닌 효소인 Candida antarctica에서 유래된 lipase B (CalB)의 신속한 개질을 위해 취급이 용이한 E. coli를 이용하여 CalB 발현시스템을 구축하였다. E. coli 발현 시스템에서 효소활성을 지니지 못하는 내포체를 생성하는 단점을 지니고 있어, soluble한 형태의 CalB 생성을 위해 저온 발현이 가능한 pCold I vector와 단백질 접힘을 도와주는 chaperone을 사용하여 CalB를 발현하였다. Liu 등(17)은 E. coli Origami2와 B, 그리고 $DH5{\alpha}$를 실험한 결과, Origami 균주에서만 CalB에 의한 halo의 형성이 관찰되었으나, 동 연구에서는 실험한 3종의 균주와 5종의 chaperone plasmid중 Rosettagami와 $DH5{\alpha}$에서 groES/groEL chaperone이 CalB와 동시에 발현되면 soluble한 형태의 Cal B가 발현됨을 관찰할 수 있었다. 또한 신속한 CalB의 발현시스템을 구축하기 위해서는 유전자 조작의 용이성 및 안정성에서 우월한 $DH5{\alpha}$가 Rosettagami에 비해 soluble한 CalB의 발현에 더욱 적합한 균주임이 관찰되었다. 즉 재조합 pCold plasmid와 pGro7 plasmid (groES/groEL)로 형질이 전환된 $DH5{\alpha}$가 CalB 발현시스템에 가장 적합하다.
Sugar esters are valuable compounds composed of various sugars and fatty acids that can be used as antibacterial agents and emulsifiers in toothpaste and canned foods. For example, fructose fatty acid esters suppress growth of Streptococcus mutans, a typical pathogenic bacterium causing dental caries. In this study, fructose laurate ester was chosen as a target material and was synthesized by a transesterification reaction using Candida antarctica lipase B. We performed a solvent screening experiment and found that a t-butanol/dimethyl sulfoxide mixture was the best solvent to dissolve fructose and methyl laurate. Fructose laurate was synthesized by transesterification of fructose (100 mM) with methyl laurate (30 mM) in t-butanol containing 20% dimethyl sulfoxide. The conversion yield was about 90%, which was calculated based on the quantity of methyl laurate using high-performance liquid chromatography. Fructose monolaurate (Mr 361) was detected in the reaction mixture by high-resolution mass spectrometry. The inhibitory effect of fructose laurate on growth of oral or food spoilage microorganisms, including S. mutans, Bacillus coagulans, and Geobacillus stearothermophilus, was evaluated.
Wu, Jin Chuan;Low, Hou Ran;Leng, Yujun;Chow, Yvonne;Li, Ruijiang;Talukder, MMR;Choi, Won-Jae
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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제11권3호
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pp.211-214
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2006
Immobilized Candida antarctica lipase was used to catalyze the separation of ketoprofen into its components by means of esterification followed by the enzymatic hydrolysis of the ester product. In this study, ketoprofen underwent esterification to ethanol in the presence of isooctane. When the reaction was complete, 58.3% of the ketoprofen had been transformed into an ester. The ketoprofen remaining in solution after the reaction was complete consisted primarily of its S-enantiomer (83.0%), while the 59.4% of the ketoprofen component of the ester consisted of its R-enantiomer. We then subjected the ester product to enzymatic hydrolysis in the presence of the same enzyme and produced a ketoprofen product rich in the R-enantiomer; 77% of this product consisted of the R-enantiomer when 50% of the ester had been hydrolyzed, and 90% of it consisted of the R-enantiomer when 30% of the ester had been hydrolyzed. By contrast, the R-enantiomer levels only reached approximately 42 and 65%, respectively, when 50 and 30% of the racemic ester was hydrolyzed under the same conditions.
A lipase-catalyzed esterification reaction of (S)-naproxen ethyl ester by CALB (Candida antarctica lipase B) enzyme was performed in supercritical carbon dioxide. Experiments were performed in a high-pressure cell for 10 h at a stirring rate of 150 rpm over a temperature range of 313.15 to 333.15 K and a pressure range of 50 to 175 bar. The productivity of (S)-naproxen ethyl ester was compared with the result in ambient condition. The total reaction time and conversion yields of the catalyzed reaction in supercritical carbon dioxide were compared with those at ambient temperature and pressure. The experimental results show that the conversion and reaction rate were significantly improved at critical condition. The maximum conversion yield was 9.9% (216 h) at ambient condition and 68.9% (3 h) in supercritical state. The effects of varying amounts of enzyme and water were also examined and the optimum condition was found (7 g of enzyme and 2% water content).
Kim, So-Young;Sohn, Jung-Hoon;Pyun, Yu-Ryang;Yang, In-Seok;Kim, Kyung-Hyun;Choi, Eui-Sung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제17권8호
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pp.1308-1315
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2007
Lipase B from Candida antarctica (CalB) displayed on the cell surface of H. polymorpha has been functionally improved for catalytic activity by molecular evolution. CalB was displayed on the cell surface by fusing to a cell-wall anchor motif (CwpF). A library of CalB mutants was constructed by in vivo recombination in H. polymorpha. Several mutants with increased whole-cell CalB activity were acquired from screening seven thousand transformants. The two independent mutants CalB 10 and CalB 14 showed an approximately 5 times greater whole-cell activity than the wild-type. When these mutants were made as a soluble form, CalB 10 showed 6 times greater activity and CalB 14 showed an 11 times greater activity compared with the wild-type. Sequence analyses of mutant CALB genes revealed amino acid substitutions of $Leu^{278}Pro$ in CalB10 and $Leu^{278}Pro/Leu^{219}Gln$ in CalB14. The substituted $Pro^{278}$ in both mutants was located near the proline site of the ${\alpha}$10 helix. This mutation was assumed to induce a conformational change in the ${\alpha}$10 helix and increased the $k_{cat}$ value of mutant CalB approximately 6 times. Site-directed mutagenized CalB, LQ ($Leu^{219}Gln$) was secreted into the culture supernatant at an amount of approximately 3 times more without an increase in the CalB transcript level, compared with the wild-type.
부탄올의 구조이성질체(n-, iso-, sec-, tert-butanol) 와 n-부티르산에 대한 리파아제 효소.촉매 에스테르화 반응이 초임계 이산화탄소 조건 하에서 수행되었다. 본 실험은 교반속도 150 rpm, 반응 온도 323.15 K, 반응 압력 150 bar의 조건으로 고압반응기에서 5 h 동안 수행하였다. 실험에 사용된 리파아제는 Candida Antarctica lipase B (CALB)이다. 실험 결과는 HP-INNOWax 컬럼을 이용하여 FID (Flame Ionization detector)가 장착된 기체 크로마토그래피(Gas Chromatography, GC)를 이용하여 분석하였다. 반응 후 생성물의 전환률과 반응의 경향성을 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 예측된 결과와 정성적으로 비교하였다. 경쟁적인 저해반응이 포함된 Ping-Pong Bi-Bi 메커니즘을 기초로 하여, 반응의 각 단계를 적용하여 구조 최적화를 하였고 이를 이용해 전이상태의 에너지를 구하여 반응의 경향성을 예측하였다. 생성되는 에스테르 이성질체의 구조적 선호도는 분자동역학 시뮬레이션을 통하여 분석하였다. 이러한 방법의 개발은 앞으로 컴퓨터를 이용한 효소 반응의 설계에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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