A screening has been performed to find hyper-ligninolytic fungi, which degtrade beech and pine lignin extensively in order to broaden the understanding of the ligninolytic enzymes elaborated by various white-rot fungi. One hundred and twenty two ligninolytic strains were selected from decayed woods with a selective medium for screening ligninolytic wood-rotting fungi. Two of them, Phanerochaete sordida YK-624 and YK-472, showed much higher ligninolytic activity and selectivity in beech-wood degradation than typical lignin-degrading fungi, phanerochaete chrysosporium and Coriolus versicolor. They also degraded birch dioxane lignin and residual lignin in unbleached kraft pulp(UKP) much more extensively than P. chrysosporium and C. versicolor. During fungal treatment of beech wood-powder, the fungus strain P. sordida YK-624 showed higher activity of extracellular manganese peroxidase (MnP) in the medium than P. chrysosporium. It also showed MnP activity, which would not be lignin peroxidast during treatment of oxygen-bleached kraft pulp(OKP) and under enzyme-inducing conditin.
A lignin degradation bacteria, symbiotic bacteria was isolated from the gut of Sympetrum depressiusculum and tested for its lignin degrading activity using lignin model compounds and related aromatic compounds. The strain was identified as Serratia marcescens HY-5 based on the 165 rDNA, cellular fatty acid composition, biochemical and physiological characteristics. S. marcescens showed 40-50% lignin degrading activity in the media that contained vaillin, guaiacol and dealkaline lignin. S. marcescens showed three ligninase activities [Jaccase, lignin peroxidase(LiP) and Manganase peroxidase(MnP)]. Addition of dealkaline lignin to the basal media increased about 6fold of laccase activity. Vanillic acid or vanillin increase 1.3fold of MnP activity and p-coumaric acid increased 12fold of LiP activity which added to the basal medium.
목재부후균은 리그닌 분해효소로 lignin peroxidase (LIP), Mn-peroxidase (MNP) 및 laccase를 생성하는데 균류에 따라 위의 효소중 하나 혹은 둘 이상의 효소를 분비하거나 전혀 생성하지 않는 균도 있다. 본 실험은 이러한 목재 부후균의 효소생성 양상과 몇 종의 염료화합물 탈색과의 상관관계를 조사하고자 하였다. 조사한 23종 36균주 중 MNP 생성균은 30균주였으며 LIP 혹은 laccase 생성균은 각각 11균주와 12균주였다. 또한 같은 종에서도 효소활성은 다양한 양상을 보여 주었다. 리그닌 분해효소 활성과 비교하여 염료 탈색 정도는 세 효소가 모두 분비되는 백색 부후균의 경우 염료 탈색율이 상대적으로 우수하였고 균주에 따라 차이가 있으나 MNP 활성만을 갖는 균주의 경우, poly R-478 polymeric dye 및 anthron-type dye 인 remazol brilliant blue R염료는 효소 활성도와 다소 유연관계를 보였으며 methylene blue, bromophenol blue및 congo red 염료는 위의 효소들과는 직접적인 관련이 없는 것으로 판단되었으며, 오히려 균사의 생장과 비례하여 탈색율을 나타냈다. LIP, MNP 및 laccase 효소활성이 거의 검출되지 않은 갈색 부후균에서는 bromophenol blue를 제외하고는 염료의 탈색이 10%미만 혹은 전혀 탈색이 되지 앓았다.
Guaiacol을 첨가한 potato-dextrose agar배지와 참나무 목분 배지를 이용하여 배지의 발색 정도를 정량함으로써 리그닌 분해와 리그닌 분해효소 생산을 위한 우수 균주분리를 시도하였다. 배지의 발색정도와 리그닌 분해율과는 정의 상관을 나타내어 미지균의 리그닌 분해력 추정을 가능하게 하였으며, 버섯의 자실체와 부후재로 부터 분리한 리그닌분해균 중에서 리그닌 분해력과 laccase활성이 우수한 LKY-12, LKY-7과 Coriolus versicolor-13 균주를 선발하였다. 이들 균주의 리그닌 분해율은 30~35% 범위이고, glucose-peptone broth에서 리그닌 분해효소 활성이 다른 균주에 비하여 매우 높아서 우수균주의 특성을 나타냈으며, 생물학적인 펄프화 및 표백 그리고 리그닌분해효소 생산에 이용 가능한 균주로 생각되었다.
Trametes versicolor has a lignin degrading enzyme system, which is also involved in the degradation of diverse recalcitrant compounds. Manganese-dependent peroxidase (MnP) is one of the lignin degrading enzymes in T. versicolor. In this study, a cDNA clone of a putative MnP-coding gene was cloned and transferred into an expression vector (pBARGPE1) carrying a phosphinothricin resistance gene (bar) as a selectable marker to yield the expression vector, pBARTvMnP2. Transformants were generated through genetic transformation using pBARTvMnP2. The genomic integration of the MnP clone was confirmed by PCR with bar-specific primers. One transformant showed higher enzyme activity than the recipient strain did, and was genetically stable even after 10 consecutive transfers on non-selective medium.
A visual method for the selective screen Eng of lignin degrading enzymes, produced by white rot fungi (WRF), was investigated by the addition of coloring additives to solid media. Of the additives used in the enzyme production media, guaiacol and RBBR could be used for the detection of lignin peroxidase (LiP), manganese peroxidase (MnP) and lactase. Syringaldazine and Acid Red 264 were able for the detection of both the MnP and lactase, and the LiP and laccase, respectively, and a combination of these two additives was able to detect each of the ligninases produced by the WRF on solid media.
One of the most economically viable processes for the bioconversion of many lignocellulosic waste is represented by white rot fungi. Phanerochaete chrysosporium is one of the important commercially cultivated fungi which exhibit varying abilities to utilize different lignocellulosic as growth substrate. Examination of the lignocellulolytic enzyme profiles of the two organisms Phanerochaete chrysosporium and Rhizopus stolonifer show this diversity to be reflected in qualitative variation in the major enzymatic determinants (ie cellulase, xylanase, ligninase and etc) required for substrate bioconversion. For example P. chrysosporium which is cultivated on highly lignified substrates such as wood (or) sawdust, produces two extracellular enzymes which have associated with lignin deploymerization. (Mn peroxidase and lignin peroxidase). Conversely Rhizopus stolonifer which prefers high cellulose and low lignin containg substrates produce a family of cellulolytic enzymes including at least cellobiohydrolases and ${\beta}-glucosidases$, but very low level of recognized lignin degrading enzymes.
본 연구에서는 국내에서 자생하는 백색부후균인 겨울우산버섯(Polyporus brumalis)을 소나무 시편에 배양하여 목재 처리에 의한 리그닌 분해효소의 활성변화를 조사하고 목재의 분해가 일어나는 동안 중량감소율 및 리그닌 감소율을 통해 분해능을 확인하고 여기에 관여하는 유전자의 발현을 조사하였다. SSC (Shallow Stationary Culture) 액체배지에 목재 시편을 넣고 겨울우산버섯을 배양하였을 때 무처리구에서는 laccase의 활성이 20일 이후 감소하는 반면, 시편 처리구에서는 활성이 계속 증가되었다. 특히, 60일 전후의 처리구에서 무처리구에 비해 10배 이상 높은 활성을 나타내었다. 또한, 겨울우산버섯에 의한 소나무칩의 중량 감소율과 리그닌 감소율은 80일 후 각각 23.4%와 6.3%로 나타났다. 40일 배양한 목질칩에서 분리한 겨울우산버섯의 pblac1의 유전자 발현은 무처리구에 비해 소나무 칩 처리구에서 약 3배 정도 높게 나타났다. 이상의 결과로 백색부후균에 의한 목재칩 처리에 의해 리그닌 분해효소의 활성이 증가되며 pblac1이 리그닌 분해에 중요한 역할을 하는 것으로 보여진다. 따라서 백색부후균의 리그닌분해효소 유전자 발현을 조절함으로써 리그닌 분해능이 우수한 균주 개발이 가능하고 목질에탄올 생산 전처리에 효율적으로 이용할 것으로 기대된다.
Over 50 morphologically distinctive soil Streptomyces were isolated from various Jocations in the Yongin area in Korea and visually screened for dye-decoloring activities on an agar plate. Two Streptomyces species (AD001 and ND002) showed strong dye-decoloring activities on the plate containing congo-red and new-fuchin dyes, respectively. Also, the liquid culture supernatants of these species showed 2,4-dicholophenol (DCP) oxidation activities only in the presence of hydrogen peroxide, a characteristic of Actinomycetes lignin-peroxidase (ALiP)-P3 isoform found in dye-degrading S. viridosporus T7A and S. badius 252. Based on their dye-decoloring capabilities and the 2,4-DCP oxidation kinetic data, it is suggested that these Streptomyces secrete not-yet-characterized extracelluar enzyme(s), whose activities are very similar to the ALiP-P3 enzyme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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