The present study describes the gene cloning, overexpression and characterization of a novel nitrilase from hyperthermophilic bacterium Thermotoga maritima MSB8. The nitrilase gene consisted of 804 base pairs, encoding a protein of 268 amino acid residues with a molecular mass of 30.07 kDa after SDS-PAGE analysis. The optimal temperature and pH of the purified enzyme were 45℃ and 7.5, respectively. The enzyme demonstrated good temperature tolerance, with 40% residual activity after 60 min of heat treatment at 75℃. The kinetic constants Vmax and Km of this nitrilase toward 3-cyanopyridine were 3.12 μmol/min/mg and 7.63 mM, respectively. Furthermore, this novel nitrilase exhibited a broad spectrum toward the hydrolysis of the aliphatic nitriles among the tested substrates, and particularly was specific to aliphatic dinitriles like succinonitrile, which was distinguished from most nitrilases ever reported. The catalytic efficiency kcat/Km was 0.44 /mM/s toward succinonitrile. This distinct characteristic might enable this nitrilase to be a potential candidate for industrial applications for biosynthesis of carboxylic acid.
Kim, Kyoung-Yun;Koo, Bong-Seong;Jo, Do-Hyun;Kim, Su-Il
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제14권2호
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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 $50^{\circ}C$.
Proceedings of the Korean Society for Applied Microbiology Conference
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한국미생물생명공학회 2004년도 Annual Meeting BioExibition International Symposium
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pp.323-327
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2004
Leuconostoc citreum CBUE isolated from kimchi proved to harbor a small cryptic plasmid, pNS75. The complete nucleotide sequence of pNS75 was 1,821 bp and had a low G+C content of 39.2%. Computer analysis using DNASIS revealed one open reading frame (ORF), having ATG as putatitive start condon and potentially encoding proteins with molecular mass of 38 kDa. The chimeric plasmid pLeuCM was first constructed wih pNS75, pUC19 and chroamphenicol acetyltransferase (CAT) from Staphylococcus sp.. pLeuCM replicated and expressed chroamphenicol acetyltransferase in Leuconostoc citerum CBNF after transformation. To test the availability of shuttle vector as cloning vehicle of foreign gene, $\alpha$-amylase gene of Streptococcus bovis was cloned and all transformants secreated the $\alpha$-amylase successfully. The result indicates that pLeuCM is a potential shuttle vector for Leuconostoc spp. and lactic acid bacteria.
A thermostable $\beta$-glycosidase gene, tfi $\beta$-gly, was cloned from the genomic library of Thermus filiformis Wai33 A1. ifi $\beta$-gly consists of 1,296 bp nucleotide sequence and encodes a polypeptide of 431 amino acids. It shares a strong amino acid sequence similarity with the $\beta$-glycosidases from other Thermus spp. belonging to the glycosyl hydrolase family 1. In the present study, the enzyme was overexpressed in Escherichia coli BL21 (DE3) using the pET21b(+) vector system. The recombinant enzyme was purified to homogeneity by heat treatment and a $Ni^{2+}$-affinity chromatography. Polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) showed that the recombinant Tfi $\beta$-glycosidase was a monomeric form with molecular mass of 49 kDa. The temperature and pH range for optimal activity of the purified enzyme were 80- $90^{\circ}C$ and 5.0-6.0, respectively. Ninety-three percent of the enzyme activity was remained at $70^{\circ}C$ after 12 h, and its half-life at $80^{\circ}C$ was 6 h, indicating that Tfi $\beta$-glycosidase is highly thermostable. Based on its K_m$, or $K_{cat}K_m$, ratio, Tfi $\beta$-glycosidase appeared to have higher affinity for $\beta$-D-glucoside than for $\beta$-D-galactoside, however, $K_{cat} for \beta$-D-galactoside was much higher than that for $\beta$-D-glucoside. The activity for lactose hydrolysis was proportionally increased at $70^{\circ}C$ and pH 7.0 without substrate inhibition until reaching 250 mM lactose concentration. The specific activity of Tfi TEX>$\beta$-glycosidase on 138 mM lactose at $70{^\circ}C$ and pH 7.0 was 134.9 U/mg. Consequently, this newly cloned enzyme appears to have a valuable advantage of conducting biotechnological processes at elevated temperature during milk pasteurization in the production of low-lactose milk.
Yang, Peilong;Shi, Pengjun;Wang, Yaru;Bai, Yingguo;Meng, Kun;Luo, Huiying;Yuan, Tiezheng;Yao, Bin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제17권1호
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pp.58-66
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2007
Isolation, expression, and characterization of a novel $endo-{\beta}-1,3(4)-D-glucanase$ with high specific activity and homology to Bacillus lichenases is described. One clone was screened from a genomic library of Paenibacillus sp. F-40, using lichenan-containing plates. The nucleotide sequence of the clone contains an ORF consisting of 717 nucleotides, encoding a ${\beta}-glucanase$ protein of 238 amino acids and 26 residues of a putative signal peptide at its N-terminus. The amino acid sequence showed the highest similarity of 87% to other ${\beta}-1,3-1,4-glucanases$ of Bacillus. The gene fragment Bg1 containing the mature glucanase protein was expressed in Pichia pastoris at high expression level in a 3-1 high-cell-density fermenter. The purified recombinant enzyme Bg1 showed activity against barley ${\beta}-glucan$, lichenan, and laminarin. The gene encodes an $endo-{\beta}-1,3(4)-D-glucanase$ (E. C. 3.2.1.6). When lichenan was used as substrate, the optimal pH was 6.5, and the optimal temperature was $60^{\circ}C$. The $K_m,\;V_{max},\;and\;k_{cat}$ values for lichenan are 2.96mg/ml, $6,951{\mu}mol/min{\cdot}mg,\;and\;3,131s^{-1}$, respectively. For barley ${\beta}-glucan$ the values are 3.73mg/ml, $8,939{\mu}mol/min{\cdot}mg,\;and\;4,026s^{-1}$, respectively. The recombinant Bg1 had resistance to pepsin and trypsin. Other features of recombinant Bg1 including temperature and pH stability, and sensitivity to some metal ions and chemical reagents were also characterized.
A cold-adapted carbohydrate esterase, CEST, belonging to the carbohydrate esterase family 6, was cloned from Microbulbifer thermotolerans DAU221. CEST was composed of 307 amino acids with the first 22 serving as a secretion signal peptide. The calculated molecular mass and isoelectric point of the mature enzyme were 31,244 Da and pH 5.89, respectively. The catalytic triad consisted of residues Ser37, Glu192, and His281 in the conserved regions: GQSNMXG, QGEX(D/N), and DXXH. The three-dimensional structure of CEST revealed that CEST belongs to the ${\alpha}/{\beta}$-class of protein consisted of a central six-stranded ${\beta}$-sheet flanked by eight ${\alpha}$-helices. The recombinant CEST was purified by His-tag affinity chromatography and the characterization showed its optimal temperature and pH were $15^{\circ}C$ and 8.0, respectively. Specifically, CEST maintained up to 70% of its enzyme activity when preincubated at $50^{\circ}C$ or $60^{\circ}C$ for 6 h, and 89% of its enzyme activity when preincubated at $70^{\circ}C$ for 1 h. The results suggest CEST belongs to group 3 of the cold-adapted enzymes. The enzyme activity was increased by $Na^+$ and $Mg^{2+}$ ions but was strongly inhibited by $Cu^+$ and $Hg^{2+}$ ions, at all ion concentrations. Using p-nitrophenyl acetate as a substrate, the enzyme had a $K_m$ of 0.278 mM and a $k_{cat}$ of $1.9s^{-1}$. Site-directed mutagenesis indicated that the catalytic triad (Ser37, Glu192, and His281) and Asp278 were essential for the enzyme activity.
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 $55^{\circ}C$.
S-Nitrosoglutathione reductase (GSNOR) metabolizes S-nitrosoglutathione (GSNO) and has been shown to play important roles in regulating cellular signaling and formulating host defense by modulating intracellular nitric oxide levels. The enzyme has been found in bacterial, yeast, mushroom, plant, and mammalian cells. However, to date, there is still no evidence of its occurrence in filamentous fungi. In this study, we cloned and investigated a GSNOR-like enzyme from the filamentous fungus Aspergillus nidulans. The enzyme occurred in native form as a homodimer and exhibited low thermal stability. GSNO was an ideal substrate for the enzyme. The apparent Km and kcat values were 0.55 mM and 34,100 min-1, respectively. Substrate binding sites and catalytic center amino acid residues based on those from known GSNORs were conserved in this enzyme, and the corresponding roles were verified using site-directed mutagenesis. Therefore, we demonstrated the presence of GSNOR in a filamentous fungus for the first time.
An, Dong-Jun;Jun, Moo-Hyung;Song, Jae-Young;Park, Jong-Hyeon;Hyun, Bang-Hun;Chang, Kyung-Soo;An, Soo-Hwan
The Journal of Korean Society of Virology
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제26권2호
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pp.151-162
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1996
Pseudorabies is caused by Pseudorabies virus (PRV: Aujeszky's disease virus) of Herpesviridae that is characterized by 100 to 150nm in size with a linear double-stranded DNA molecule with of approximately $90{\times}10^6Da$. This disease affects most of domestic animals such as swine, cattle, dog, sheep, cat, chicken, etc. causing high mortality and economic losses. In swine, young piglets show high mortality and pregnant sows, reproductive failures. However the adult swine reveals no clinical signs in general. But they become a carrier state and play an important role for propagation of the disease. In this study, the nucleotide sequence of major casid protein gene of PRV, Yangsan strain isolated from the diseased swine in Korea was analyzed, and the recombinant MCP was produced by expression of the MCP gene in Sf-9 cell using baculovirus transfer vector system. As result, in BamHI digestion, MCP gene locus of PRV YS strain showed different from that of Indiana S strain. The patterns of enzyme mapping were also found to be unidentical each other. The sequence of the MCP gene partially analyzed showed 98.09% identity to Indiana S strain. The expression of MCP in Sf-9 cell cotransfected by pVLMCP-44 baculovirus expression vector was characterized by Southern blot hybridization, immunofluoresent and immunocytochemical tests, SDS-PAGE and Western blotting. The rMCP with M.W. 142kDa was most effectively expressed in Sf-9 cells at the 3-4th days post inoculation of the recombinant baculovirus by 2 moi.
A mannanase gene (man26B) was obtained from a sea bacterium, Paenibacillus sp. BME-14, through the constructed genomic library and inverse PCR. The gene of man26B had an open reading frame of 1,428 bp that encoded a peptide of 475- amino acid residues with a calculated molecular mass of 53 kDa. Man26B possessed two domains, a carbohydrate binding module (CBM) belonging to family 6 and a family 26 catalytic domain (CD) of glycosyl hydrolases, which showed the highest homology to Cel44C of P. polymyxa (60% identity). The optimum pH and temperature for enzymatic activity of Man26B were 4.5 and $60^{\circ}C$, respectively. The activity of Man26B was not affected by $Mg^{2+}$ and $Co^{2+}$, but was inhibited by $Hg^{2+},\;Ca^{2+},\;Cu^{2+},\;Mn^{2+},\;K^+,\;Na^+$, and $\beta$-mercaptoethanol, and slightly enhanced by $Pb^{2+}$ and $Zn^{2+}$. EDTA did not affect the activity of Man26B, which indicates that it does not require divalent ions to function. Man26B showed a high specific activity for LBG and konjac glucomannan, with $K_m,\;V_{max}$, and $k_{cat}$ values of 3.80 mg/ml, 91.70 ${\mu}mol$/min/mg protein, and 77.08/s, respectively, being observed when LBG was the substrate. Furthermore, deletion of the CBM6 domain increased the enzyme stability while enabling it to retain 80% and 60% of its initial activity after treatment at $80^{\circ}C$ and $90^{\circ}C$ for 30 min, respectively. This finding will be useful in industrial applications of Man26B, because of the harsh circumstances associated with such processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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