β-1,3-glucanosyltransferases play essential roles in cell wall biosynthesis in yeast. Kluyveromyces lactis has six putative β-1,3-glucanosyltransferase genes. KlGAS1-1 and KlGAS1-2 are homologs of Saccharomyces cerevisiae gene GAS1. RT-qPCR indicated the transcription level of KlGAS1-1 was significantly reduced while heterologous protein (thermostable xylanase B) secretion was enhanced during medium optimization. To evaluate if these two events were related, and to improve xylanase B secretion in K. lactis, we constructed KlGAS1-1 and KlGAS1-2 single deletion strains and double deletion strain, respectively. KlGAS1-1 gene deletion resulted in the highest xylanase B activity among the three mutants. Only the double deletion strain showed morphology similar to that of the GAS1 deletion mutant in S. cerevisiae. The two single deletion strains differed in terms of cell wall thickness and xylanase B secretion. Transcription levels of β-1,3-glucanosyltransferase genes and genes related to protein secretion and transport were assayed. The β-1,3-glucanosyltransferase genes displayed transcription complementation in the cell wall synthesis process. KlGAS1-1 and KlGAS1-2 affected transcription levels of secretion- and transport-related genes. Differences in protein secretion ratio among the three deletion strains were associated with changes of transcription levels of secretion- and transport-related genes. Our findings indicate that KlGAS1-1 deletion is an effective tool for enhancing industrial-scale heterologous protein secretion in K. lactis.
Kim, Da Som;Bae, Chang Hwan;Yeo, Joo Hong;Chi, Won-Jae
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.44
no.4
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pp.512-521
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2016
A bacterial strain was isolated from a soil sample collected on Jeju Island, Korea. The strain, designated WJ-2, exhibited a high xylanase activity, whereas cellulase activity was not detected. The 16S rRNA gene sequence of WJ-2 was highly similar to type strains of the genus Streptomyces. A neighbor-joining phylogenetic tree based on 16S rRNA gene sequences showed that strain WJ-2 is phylogenetically related to Streptomyces atrovirens. Furthermore, DNA-DNA hybridization analysis confirmed that strain WJ-2 is a novel subspecies of Streptomyces atrovirens. The genomic DNA G+C content was 73.98 mol% and the major fatty acid present was anteiso-C15:0 (36.19%). The growth and xylanase production of strain WJ-2 were significantly enhanced by using soytone and xylan as nitrogen and carbon sources, respectively. Crude enzyme preparations from the culture broth of strain WJ-2 exhibited maximal total xylanase activities at pH 7.0 and $55^{\circ}C$. Thin-layer chromatography analysis revealed that the crude enzyme degrades beechwood xylan to yield xylobiose and xylotriose as the principal hydrolyzed end products.
A Bacillus sp. strain producing celluase and xylanase was isolated from environmental soil with LB agar plate containing carboxymethylcellulose (CM-cellulose) and beechwood xylan stained with trypan blue as substrates, respectively. Based on the 16S rRNA gene sequence and API 50 CHL test, the strain was identified as B. subtilis and named B. subtilis NC1. The cellulase and xylanase from B. subtilis NC1 exhibited the highest activities for CM-cellulose and beechwood xylan as substrate, respectively, and both enzymes showed the maximum activity at pH 5.0 and $50^{\circ}C$. We cloned and sequenced the genes for cellulase and xylanase from genomic DNA of the B. subtilis NC1 by the shot-gun cloning method. The cloned cellulase and xylanase genes consisted of a 1,500 bp open reading frame (ORF) encoding a 499 amino acid protein with a calculated molecular mass of 55,251 Da and a 1,269 bp ORF encoding a 422 amino acid protein with a calculated molecular mass of 47,423 Da, respectively. The deduced amino acid sequences from the genes of cellulase and xylanase showed high identity with glycosyl hydrolases family (GH) 5 and 30, respectively.
We have cloned a xylanase gene (xynA) from Streptomyces thermocyaneoviolaceus. The deduced amino acid sequences of the XynA, including the active site sequences of glycosyl hydrolase family 10, showed high sequence homology with several xylanases assigned in this category. The XynA was overexpressed under an IPTG inducible T7 promoter control in E. coli BLR(DE3). The overproduced enzymes were excreted into culture supernatants and periplasmic space. The purified XynA had an apparent molecular mass of near 54 kDa, which corresponds to the molecular mass calculated from its gene. The optimum pH and temperature of the purified XynA were determined to be 5.0 and $65^{\circ}C$, respectively. The XynA retained over $90\%$ its activity after the heat treatment at $65^{\circ}C$ for 30 min. The XynA was highly efficient in producing xylose (X1), xylobiose (X2), xylotriose (X3), and xylotetraose (X4) from xylan.
A bacterium AB-55, isolated from waste mushroom bed of Agaricus bisporus in Sukseong-myeon, Buyeo-gun, Chungcheongnam-do, Korea, was screened onto xylan agar congo-red plate by the xylanolysis method and was used to produce an xylanase in shaker buffle flask cultures containing oat spelt xylans. The phylogenetic analysis using 16S rRNA gene sequence data showed that the strain AB-55 had the highest homology (99.0%) with Bacillus subtilis and it was named as Bacillus subtilis AB-55. A xylanase was purified by ammonium sulfate precipitation (50~80%), gel filtration on sephacryl S-300, and ion exchange chromatography on DEAE sepharose FF. The molecular weight of the xylanase was estimated as 44 kDa by SDS-PAGE. Optimal pH and temperature for the xylanase activity was pH 7 and $50^{\circ}C$, respectively. N-terminal amino acid sequence of the enzyme was identified as Ser-Ala-Val-Lys-His-Gly-Ala-Ile-Val-Phe. The substrate specificity of the enzyme exhibited that it hydrolyzed efficiently oat spelt xylan as well as beechwood xylan, but showed no activity against Avicel and carboxymethyl clellulose (CMC). The enzyme activity was enhanced by $Fe^{2+}$ and $Mn^{2+}$ whereas was entirely inhibited by $Hg^+$.
The xylnX gene encoding a xylanase from Clostridium thermocellum ATCC27405 was cloned in the plasmid pJH27, an E. coli-Bacillus shuttle vector and the resultant recombinant plasmid, pJX18 was transformed into E. coli HB101. The overexpressed xylanase was found to be secreted into the periplasmic space of the recombinant E. coli cells. The crude enzyme was obtained by treating the E. coli cells with lysozyme, and purified by DEAE-Sepharose column chromatography. Molecular wieght of the xylanase was estimated to be 53 kDa by gel filtration. The pI value was determined to be pH 8.8. The N-terminal sequence of the enzyme protein was Asp-Asp-Asn-Asn-Ala-Asn-Leu-Val-Ser-Asn which was considered to be the sequence of that of the mature form protein. The Km value of the enzyme for oat spelt xylan was calculated to be 2.63 mg/ml and the Vmax value was $0.47 {\mu}mole/min$. The xylanase had a pH optimum for its activity at pH 5.4 and a temperature optimum at $60^{\circ}C$. The enzyme hydrolyzed xylan into xylooligosaccharides which were composed mainly of xylobiose (40%) and xyloltriose (12%) after 5 hour reaction. This result indicates that the xylanase from C. thermocellum ATCC27405 is an endo-acting enzyme.
The influence of cellulosic and hemicellulosic substrates on the production of cellulase and xylanase complexes in Aspergillus niger was investigated. The culture conditions with different substrates exhibited profound effects on the level of endoglucanase (CMCase), ${\beta}-glucosidase$, endoxylanase and ${\beta}-xylosidase$, and on their isozyme patterns. However, intracellular and extracellular isozyme patterns of cellulase and xylanase complexes were qualitatively identical and appeared to be simultaneous in the early growth phase. Prolonged incubation led to the increase in the concentrations of isozymes with a little changes in the relative proportions of those isozymes. These results suggest that the biosynthesis of cellulase and xylanase complexes in A. niger is coordinately regulated at the level of induction. Moreover, multiple forms of extracellular cellulase and xylanase complexes seem to be the outcome of specific gene expression and should not be considered solely as the consequence of post-secretional modification of synthesized enzymes.
A bacterium producing cold-active cellulase and xylanase was isolated from pig feces. The isolate, DK42 strain, was found to be the Gram-positive, non-motile, catalase-positive, and spore-forming stain. Under an electron microscope, the cells were observed to be rod-shaped. The isolate was identified as Bacillus licheniformis DK42 on the basis of morphological and biochemical properties as well as 16S rRNA gene sequences. The characterization of crude cellulase and xylanase from B. licheniformis DK42 was investigated. Cellulase exhibited an optimum temperature and pH at 45℃ and 6.0, whereas xylanase exhibited an optimum temperature and pH at 55℃ and 6.0. Especially cellulase maintained approx. 50% of its maximum activity even at 10℃, indicating that it is cold-active. Both cellulase and xylanase were stable after 2hr at 35℃, whereas they lost their activities after 30min at 65℃.
Xylanases sourced from different bacteria have significantly different enzymatic properties. Therefore, studying xylanases from different bacteria is important to their applications in different fields. A potential xylanase degradation gene in Massilia was recently discovered through genomic sequencing. However, its xylanase activity remains unexplored. This paper is the first to report a xylanase (XynRBM26) belonging to the glycosyl hydrolase family (GH10) from the genus Massilia. The gene encodes a 383-residue polypeptide (XynRBM26) with the highest identity of 62% with the endoxylanase from uncultured bacterium BLR13. The XynRBM26 expressed in Escherichia coli BL21 is a monomer with a molecular mass of 45.0 kDa. According to enzymatic characteristic analysis, pH 5.5 is the most appropriate for XynRBM26, which could maintain more than 90% activity between pH 5.0 and 8.0. Moreover, XynRBM26 is stable at 37℃ and could maintain at least 96% activity after being placed at 37℃ for 1 h. This paper is the first to report that GH10 xylanase in an animal gastrointestinal tract (GIT) has salt tolerance, which could maintain 86% activity in 5 M NaCl. Under the optimum conditions, Km, Vmax, and kcat of XynRBM26 to beechwood xylan are 9.49 mg/ml, 65.79 μmol/min/mg, and 47.34 /sec, respectively. Considering that XynRBM26 comes from an animal GIT, this xylanase has potential application in feedstuff. Moreover, XynRBM26 is applicable to high-salt food and seafood processing, as well as other high-salt environmental biotechnological fields, because of its high catalytic activity in high-concentration NaCl.
Yoon, Young Mi;An, Gi Hong;Kim, Jung Kon;Ahn, Seung-Hyun;Cha, Young-Lok;Yang, Jungwoo;Yu, Kyeong-Dan;Moon, Youn-Ho;Ahn, Jong-Woong;Koo, Bon-Cheol;Choi, In-Hoo
KSBB Journal
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v.29
no.5
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pp.316-322
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2014
Xylanase have been used to convert the polymetric xylan into fermentable sugars from the production of ethanol and xylitol from plant biomass. The aim of this study was to isolate and identify xylanolytic bacterium from herbivore feces and was to used the xylanase for enzymatic hydrolysis of biomass. Xylanolytic strains were isolated from 59 different feces of herbivores from Seoul Grand Park located in Gwacheon Gyeonggi-do. The xylanolytic strains were selected by congo red staining and DNS method. Total 67 strains isolated from the herbivores feces were tested for xylanase activity. Among the strains, H10-1, which has the highest xylanase activity, was isolated from feces of Ceratotherium simum. The H10-1 strain was identified as Bacillus pumilus based on its morphological/biochemical characteristics and partial 16S rDNA gene sequences. Culture conditions of B. pumilus H10-1 such as initial medium pH, incubation temperature and incubation time were optimized for maximum xylanase production. And also xylanase produced by B. pumilus H10-1 was applied for the saccharification of Miscanthus sacchariflorus cv. 'Geodae 1', which was pretreated with 1.5M NaOH. The optimized culture conditions of B. pumilus H10-1 were pH 9, $30^{\circ}C$ incubation temperature, and 7 day incubation time, respectively. This xylanase activity under the optimized conditions was $20.4{\pm}3.3IU$. The crude xylanase produced by B. pumilus H10-1 was used for the saccharification of xylan derived from pretreated 'Geodae 1'. The saccharification conditions were $50^{\circ}C$, 200 rpm, and 5 days. Saccharification efficiency of pretreated 'Geodae 1' by B. pumilus H10-1 was 8.2%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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