In order to overexpress constitutively the Kluyveromyces marxianus exoinulinase gene (INUI) in Saccharomyces cerevisiae, four episomal expression systems employing GAPDH, ADHI, PGK and ENOI promoters were constructed as p YIGP aADHI -INU, pPGK-INU, and pENOI- INU plasmids respectively, When S cereviais transformants harboring each plasmid were batchwisely cultivated in the fermentor containing 5% glucose medium no significant differences in the cell growth are observed How- ever the experession level of exoinulinase and plasmid stability showed a strong dependency on the promoter employed. The expression levels of exoinulinase were about 1.70 unit/ml for GAPDH promoter 1.67 unit/ml for PGK promoter, 1.29 unit /ml for ADH1 promoter, and 0.80 unit/ml for ENOl promoter. The plasmid stabilites were maintaines above 80% in all experession systems. except the GAPDH promoter system of 55%, Based on the plas- mid stability and expression level of exoinulinase the ADHl and PGK promoter system were selected for the fed - batch culture to overproduce exoinulinase By the intermittent feeding of yeast extract and glucose, both promoter systems gave the cell concentration of about 30 g-dry cell weight/1 byt the maximal exoinulinase activity of 3.70 unit/ml and plasmid stability of 96% in the ADH1 promoter were higher than those (2.70 unit/ml, 80%) of PGK sys- tem Taking into account the plasmid stability and extended culture time the ADH1 promoter systems would be the most feasible expression systems for the constitutive overproduction of exoinulinase through high cell-density fed- batch cultures using non-selective rich medium.
In order to reuse inulinase effectively, a method for immobilizing both endo- and exoinulinase to vinylsulfone activated agarose via covalent bond was investigated. The immobilized enzyme preparation had, respectively, 400 U for exoinulinase activity and 80 U for endoinu- Iinase activity per gram gel. A thermal stability by immobilization had increased in the case of exoinulinase. Optimum pHs for two immobilized enzymes were 4.4 to 5.0. Synergistic effect which depends on mixed ratio of two immobilized enzymes was the best when the mixed ratio of endo/exo lay between 0.1 and 0.5, and its activity of the mixed enzyme increased 1.7 times as compared to that of each immobilized enzyme. Inulinase activities of both of the immobilized enzymes did not change during 20 times experimental runs in a batch reactor.
An exoinulinase (${\beta}-D-fructofuranosidase$) gene was cloned by chromosome walking along the upstream region of the endoinulinase gene of Pseudomonas mucidolens isolated from soil. the exoinulinase gene consisted of an ORF of 0,506 bp encoding a polypeptide of 501 amino acids with a deduced molecular weight of 55,000. The exoinulinase produced by the recombinant Escherichia coli $DH5{\alpha}$ strain was also purified to homogeneity as determined by SDS-PAGE and a zymogram. The molecular weight of the purified exoinulinase according to both SDS-PAGE and gel filtration matched the deduced molecular weight of the protein described above, thereby indicating that the native form of the exoinulinase was a monomer. The purified enzyme hydrolyzed activity value of 2.0. Furthermore, no inulo-oligomers were liberated from the inulin substrate in the enzymatic reaction mixtures incubated for 90 min at $55^{\circ}C$. Taken together, these results indicate that the purified ${\beta}-D-fructofuranosidase$ was an exoinulinase. The pH and temperature optima of the exoinulinase were pH 6.0 and $55^{\circ}C$, respectively. the enzymehad no apparent requirement for a cofactor, and its activity was completely inactivated by $Ag^{+},{\;}Hg^{2+},{\;}and{\;}Zn^{2+}$. Kinetic experiments gave $K_m,{\;}V_{max},{\;}and{\;}K_{cat}$ values for inulin of 11.5 mM, 18 nM/s, and $72{\;}s^{-1}$, respectively. the exoinulinase was fairly stable in broad pH conditions (pH 5-9), and at pH 6.0 it showed a residual activity of about 70% after 4 h incubation at $55^{\circ}C$.
- An exoinulinase (EC 3.2.1.80) was purified from a commercial inulinase preparation from Aspergillus ficuum using ion exchange chromatography on CM-Sephadex C-50 and DEAESepharose 6B and HPLC gel filtration on a Protein Pak 125 column. Native exoinulinase had a molecular weight of 83, 000$\pm$ 1, 000 and was glycoprotein. Optimal pHs of the enzyme were ranged from 4.4 to 4.7. About ninety five percent of the whole activity was maintained even after incubation of 8 hours at $55^{\circ}C$.The enzyme was a typical non-specific P-fructofuranosidase, of which I/S ratio appears to be 0.35.
An extracellular exoinulinase($2,1-\beta-D$ fructan fructanohydrolase, EC 3.2.1.7), which catalyzes the hydrolysis of inulin into fructose and glucose, was purified 23.5-fold by ethanol precipitation, followed by Sephadex G-100 gel permeation from a cell-free extract of Kluyveromyces marxianus YS-1. The partially purified enzyme exhibited considerable activity between pH 5 to 6, with an optimum pH of 5.5, while it remained stable(100%) for 3 h at the optimum temperature of $50^{\circ}C$. $Mn^{2+}\;and\;Ca^{2+}$ produced a 2A-fold and 1.2-fold enhancement in enzyme activity, whereas $Hg^{2+}\;and\;Ag^{2+}$ completely inhibited the inulinase. A preparation of the partially purified enzyme effectively hydrolyzed inulin, sucrose, and raffinose, yet no activity was found with starch, lactose, and maltose. The enzyme preparation was then successfully used to hydrolyze pure inulin and raw inulin from Asparagus racemosus for the preparation of a high-fructose syrup. In a batch system, the exoinulinase hydrolyzed 84.8% of the pure inulin and 86.7% of the raw Asparagus racemosus inulin, where fructose represented 43.6mg/ml and 41.3mg/ml, respectively.
Aspergillus niger inuE gene and Kluyveromyces marxianus INUI gene coding for exoinulinase were expressed in Saccharomyces cerevisiae under the control of K. marxianus INUI promoter. Recombinant S. cerevisiae expressing K. marxianus exoinulinase produced maximum 85 U/ml into culture medium, which was 9- to 14-fold higher than the activity produced by any other strain reported so far. In addition, K. marxianus INUI promoter produced 20- fold higher activity than S. cerevisiae glyceraldehydes phosphate dehydrogenase (GPD) promoter in S. cerevisiae.
Levansucrase gene (levU) from Zymomonas mobilis was subcloned downstream of GALl promoter in pYES 2.0 and pYInu-AT [GALl0 promoter+exoinulinase signal sequence of Kluyveromyces marxianus], resulting pYES-levU and pYInu-levU, respectively. The two expression plasmids were introduced into an invertase-deficient strain, Saccharomyces cerevisiae SEY2102, and then transformants showing high activity of levansucrase were selected. When each yeast transformants was cultivated in medium containing galactose, the extracellular and intracellular activities of levansucrase reached about 7.17 U/㎖ with the strain harboring pYES-levU and 6.61 U/㎖ with the strain harboring pYInu-levU. It was found that about 50% of levansucrase were detected in the medium and periplasmic space, and exoinulinase signal sequence didn't enhance the secretion efficiency. Furthermore, the recombinant levansucrase expressed in yeast seems to be produced as a hyper-glycosylated form.
Levansucrase gene(lscA) from Pseudomonas aurantiaca was subcloned downstream of GAL1 promoter in pYES 2.0 and pYInu-AT [GAL10 promoter + exoinulinase signal sequence of Kluyveromyces marxianus], resulting pYES-lscA and p YInu-lscA, respectively. The two expression plasmids were introduced into an invertase-deficient strain, Sacchromayces cerevisiae SEY2102, and transformants with high activity of levansucrase were selected. When each yeast transform ants was cultivated in medium containing galactose, the extracellular and intracellular activities of levansucrase reached about 8.62 U/ml with the strain harboring pYES-lscA and 5.43 U/ml with the strain harboring pYInu-lscA. The levansucrase activity of 80% was detected in the periplasmic space and cytoplasm. The levansucrase activity in the medium of SEY2102/pYInu-lscA was 0.87 U/ml whereas that of SEY2102/pYES-lscA was 0.47 U/ml, which implying the exoinulinase signal sequence didn't enhance the secretion efficiency of levansucrase. Furthermore, the recombinant levansucrase expressed in yeast seems to be produced as a hyper-glycosylated form.
Kim, Kyoung-Yun;Koo, Bong-Seong;Jo, Do-Hyun;Kim, Su-Il
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.14
no.2
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pp.344-349
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2004
A gene encoding inulin-degrading enzyme of Bacillus sp. snu-7 with ORF of 1536 nucleotides was cloned. And it was overexpressed as His-tagged protein in E. coli BL21(DE3) pLysS using pRSET B vector containing mature enzyme sequence. Maximum enzyme production was achieved by IPTG (0.1 mM) induction at $OD_{600}$ 1.2 and $30^{\circ}C$ followed by 6 h incubation. The expressed protein purified through immobilized metal affinity chromatography showed molecular mass of 60 kDa on SDS-PAGE. Results of thin-layer chromatography using inulin as a substrate showed the enzyme to be an exotype inulinase capable of producing only monomeric fructose as a product. $K_m$ and $k_{cat}$, for the hydrolyses of inulin and sucrose were $2.28\pm0.08$ mM and 358.05$\pm$20.38 $min^{-l}$, and 22.02$\pm$0.41 mM and 4619.11$\pm$215.12 $$min^{-1}, respectively. Optimal activity of the exoinulinase occurred at pH 7.0 and $50^{\circ}C$.
An assay system by using antibody was adopted to screen the endoinulinase producingfungi due to its high specificity toward endoinulinase, To determine whether the affinity-purified rabbit serum, which were generated against the purified endoinulinase, can react only with the endoinulinase, rocket immunoelectrophoresis was performed. The results showed that the serum specifically reacts with endoinulinase but not with exoinulinase and other proteins in the culture media. Using this polyclonal antibody, a strain from 62 fungal colonies was selected and it secreted an endoinulinase in the culture media to the amount comparable to that of Aspergillus ficuum A Tee 16882 known as a high endoinulinase producer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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