Three extracellular protease-deficient Bacillus subtilis strains were transformed with the plasmid pCK98 containing the endo-$\beta$-1,4-glucanase (Eng) gene of B. subtilis BSE616. The three transformants, B. subtilis DB104 (pCK98), WB600 (pCK98) and WB700 (pCK98), produced the same high level of enzyme activity and showed similar patterns of cell growth and enzyme production. When B. subtilis DB 104 (pCK98), a two-extracellular protease deficient strain, was cultured for 22 h, almost all the secreted enzyme was found to be in the completely cleaved form by both activity staining and Western blotting studies. B. subtilis WB600 (pCK98), a six-extracellular protease-deficient strain, produced a partially cleaved form in addition to the intact form of the enzyme, although the degree of internal cleavage of the enzyme was greatly reduced. With B. subtilis WB700 (pCK98), a seven-extracellular protease-deficient strain, almost all the enzyme was produced as the intact uncleaved form. This study illustrates that a role of the V pr protease is to degrade foreign proteins produced in B. subtilis and WB700 is a suitable expression system for producing the intact form of the Eng and other foreign proteins that may lose at least part of their efficacy due to internal proteolytic cleavage.
A $C_{1}$ enriched cellulase fraction was separated from culture filtrate of anaerobic Clostridium thermocellum by hydroxyapatite column chromatography. The separated fraction showed strong synergistic action with $C_{x}$ component (endo-$\beta$-1, 4-glucanase) in digestion of crystalline cellulose, similar to the other aerobic cellulolytic microorganisms. Unlike the $C_{x}$ component the $C_{1}$ enriched fraction was rapidly inactivated by oxidation at the atmospheric condition. The enzyme activity was significantly enhanced by the addition of reducing agents, especially $\beta$-mercaptoethanol, which indicates that a $C_{1}$ component has a lot of sulfhydryl groups essential for the enzyme activity. The effect of metal ions on $C_{1}$ activity was also investigated. The $C_{1}$ fraction was found to be thermally stable compare to endo-$\beta$-1,4-glucanase. Optimal temperature and pH were found to be $60^{\circ}C$ and 6.0, respectively.
Acanthophysium sp. KMF001, a wood rotting fungus, produces a strong crude enzyme complex that efficiently produces simple sugars from wood. The transcriptomic analysis of Acanthophysium sp. KMF001 identified 14 genes for putative glycoside hydrolases. Among them, isotig01043 was expressed heterogeneously in Escherichia coli BL21(DE3), and the expressed protein exhibited an endo-${\beta}$-1,4-xylanase activity which showed the optimum reaction at pH 5.0 and $30^{\circ}C$. The enzyme kinetic values of $K_m$ and $V_{max}$ were 25.92 mg/ml and $0.628{\mu}mole/mg/ml$, respectively. The enzymatic characteristics of the expressed xylanase showed a typical fungal xylanase. However, the bioinformatics analysis suggested that the protein encoded by isotig01043 was a novel xylanase based on a low identity when it was compared with the closest protein in the NCBI database and a similar protein domain with GH16_fungal_Lam16A_glucanase, which had not been earlier suggested as a xylanase.
Kim, Do Young;Shin, Dong-Ha;Jung, Sora;Kim, Hyangmi;Lee, Jong Suk;Cho, Han-Young;Bae, Kyung Sook;Sung, Chang-Keun;Rhee, Young Ha;Son, Kwang-Hee;Park, Ho-Yong
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.24
no.7
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pp.943-953
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2014
The XylH gene (1,167-bp) encoding a novel hemicellulase (41,584 Da) was identified from the genome of Microbacterium trichothecenolyticum HY-17, a gastrointestinal bacterium of Gryllotalpa orientalis. The enzyme consisted of a single catalytic domain, which is 74% identical to that of an endo-${\beta}$-1,4-xylanase (GH10) from Isoptericola variabilis 225. Unlike other endo-${\beta}$-1,4-xylanases from invertebrate-symbiotic bacteria, rXylH was an alkali-tolerant multifunctional enzyme possessing endo-${\beta}$-1,4-xylanase activity together with ${\beta}$-1,3/${\beta}$-1,4-glucanase activity, which exhibited its highest xylanolytic activity at pH 9.0 and 60oC, and was relatively stable within a broad pH range of 5.0-10.0. The susceptibilities of different xylosebased polysaccharides to the XylH were assessed to be as follows: oat spelts xylan > beechwood xylan > birchwood xylan > wheat arabinoxylan. rXylH was also able to readily cleave p-nitrophenyl (pNP) cellobioside and pNP-xylopyranoside, but did not hydrolyze other pNP-sugar derivatives, xylobiose, or hexose-based materials. Enzymatic hydrolysis of birchwood xylan resulted in the product composition of xylobiose (71.2%) and xylotriose (28.8%) as end products.
Chun Chang Zoon;Park Heum Gi;Hur Sung Bum;Kim Young Tae
Journal of Aquaculture
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v.9
no.4
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pp.453-459
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1996
Cellulase was purified from marine rotifer, Brachionus plicatilis, to homogeneity by using chromatographic methods. Purified enzyme is an endo-${\beta}$-1,4 glucanase and shows a strong hydrolytic activity against carboxymethyl (CM) -cellulose. The physicochemical parameters of enzyme activity were determined. The molecular weight of the purified protein was approximately 62 kDa as determined by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The enzymatic capability to digest cellulose of Chlorella cell wall was compared with that of other well known cellulases from Thermomonospora fusca. Experiments involving Chlorella digestion indicated that CM-cellulase from marine rotifer, Brachionus plicatilis, could digest Chlorella very efficiently while cellulase purified from Thermomonospora fusca did not. From the result here, we propose that the cellulolytic system from marine rotifer is responsible for the hydrolysis of cellulosic wall of Chlorella, probing that rotifer digests Chlorella as a major live food.
Cellulase is the key enzyme in the use of cellulose-based biomaterials. Because of its structure, cellulose is difficult to be degraded by enzymes. In order to utilize cellulose-based biomaterials efficiently, evolutionary wisdom of how to use enzymes accurately and harmoniously in a biological system is needed, such as the cellulose digestive system in animals. In this study, the symbiotic bacteria from snails, Achatina fulica, were identified and their cellulase activity was evaluated. The 16S rRNA sequence analysis of 100 aerobic bacteria showed that they belonged to 9 genus and almost half of the bacteria were Lactococcus spp. Among 100 identified strains, only two Aeromonas sp. strains showed cellulase activity. Aeromonas sp. KMBS020 had both endo-${\beta}$-glucanase and ${\beta}$-glucosidase activities but Aeromonas sp. KMBS018 had ${\beta}$-glucosidase activity only. None of the 100 bacterial colonies had any cellobiohydrolase activity.
Kim, Hyun-Jung;Kim, Yoon-Hee;Cho, Moon-Jung;Shin, Keum;Lee, Dong-Heub;Kim, Tae-Jong;Kim, Yeong-Suk
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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v.38
no.6
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pp.547-560
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2010
The optimum culture condition of Schizophyllum commune for the cellulase production and its enzymatic characteristics for saccharification of cellulosic biomass were analyzed. S. commune secrets ${\beta}$-1,4-xylosidase (BXL) and cellulases, including endo-${\beta}$-1,4-glucanase (EG), cellobiohydrolase (CBH), and ${\beta}$-glucosidase (BGL). The optimum reaction temperature for all cellulases was $50^{\circ}C$ and the thermostable range was $30{\sim}40^{\circ}C$C. The optimum reaction pH for all cellulases was 5.5 in a range of temperature from $0^{\circ}C$ to $55^{\circ}C$. The best nutritions for the cellulase production of S. commune among tested nutrients were 2% cellulose for the carbon source and corn steep liquor or peptone/yeast extract for the nitrogen source without vitamins. The environmental culture condition for the cellulase production was 5.5~6.0 for pH at $25{\sim}30^{\circ}C$. The enzyme activities of EG, BGL, CBH, and BXL were 3670.5, 631.9, 398.5, and 15.2 U/$m{\ell}$, respectively, after concentration forty times from the culture broth of S. commune which was grown at the optimized culture condition. Alternative filter paper unit assay showed 11 FPU/$m{\ell}$ enzyme activity. The saccharification tests using cellulase of S. commune showed the low saccharification rate on tested hardwoods but a high value of 50.5% on cellulose, respectively. The saccharification rate (50.5%) of cellulose by cellulase produced in this work is higher than 45.7% in the commercial enzyme (Celluclast 1.5L, 30 FPU/g, glucan).
Kim, Sung Chan;Kang, Seung Ha;Choi, Eun Young;Hong, Yeon Hee;Bok, Jin Duck;Kim, Jae Yeong;Lee, Sang Suk;Choi, Yun Jaie;Choi, In Soon;Cho, Kwang Keun
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.29
no.1
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pp.126-133
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2016
A gene from Actinomyces sp. Korean native goat (KNG) 40 that encodes an endo-${\beta}$-1,4-glucanase, EG1, was cloned and expressed in Escherichia coli (E. coli) $DH5{\alpha}$. Recombinant plasmid DNA from a positive clone with a 3.2 kb insert hydrolyzing carboxyl methyl-cellulose (CMC) was designated as pDS3. The entire nucleotide sequence was determined, and an open-reading frame (ORF) was deduced. The ORF encodes a polypeptide of 684 amino acids. The recombinant EG1 produced in E. coli $DH5{\alpha}$ harboring pDS3 was purified in one step using affinity chromatography on crystalline cellulose and characterized. Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis/zymogram analysis of the purified enzyme revealed two protein bands of 57.1 and 54.1 kDa. The amino terminal sequences of these two bands matched those of the deduced ones, starting from residue 166 and 208, respectively. Putative signal sequences, a Shine.Dalgarno-type ribosomal binding site, and promoter sequences related to the consensus sequences were deduced. EG1 has a typical tripartite structure of cellulase, a catalytic domain, a serine-rich linker region, and a cellulose-binding domain. The optimal temperature for the activity of the purified enzyme was $55^{\circ}C$, but it retained over 90% of maximum activity in a broad temperature range ($40^{\circ}C$ to $60^{\circ}C$). The optimal pH for the enzyme activity was 6.0. Kinetic parameters, $K_m$ and $V_{max}$ of rEG1 were 0.39% CMC and 143 U/mg, respectively.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.14
no.4
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pp.401-408
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1985
The yeast cell wall lytic action of the alkaline AL-protease, which was found out of the crude Zymolyase that a kind of yeast cell wall lytic $endo-{\beta}-1$, 3-glucanase produced from Arthrobacter luteus, was investigated with the viable cells of S. sake and it's cell wall preparation. AL-protease on the lysis of the viable yeast cells showed very low activities with the alone, but the lytic activities were highly increased with the combination of AL-protease and Zymolyase. On the stepwise treatment of the viable yeast cells with AL-protease and Zymolyase, the cells were lysed highly only by the course having a treatment with Zymolyase after pretreatment with AL-protease. Thus synergistic action of AL-protease was not observed with any some commercial enzymes, known as a type of alkaline and serine protease such as AL-protease, and was also found to be affected greatly by the culture conditions and species of the yeast tested. AL-protease caused the release of some peptide and a lot of sugar from the cell wall preparation, but could not lysed the cell wall more than 66%. Whereas Zymolyase could lysed the cell walls almost completely with alone. On the basis of these results, the synergistic action of AL-protease on the lysis of S. sake cells is hypothesized that at first AL-protease bind to the yeast cell surface layer consisting of mannan and protein, and then changes their conformation to facilitate the penetration of Zymolyase from the outside to the inside framework layer constituted of alkali insoluble ${\beta}-1,\;3-glucan$.
Proceedings of the Korea Technical Association of the Pulp and Paper Industry Conference
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2011.04a
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pp.81-91
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2011
Current fuel ethanol research and development deals with process engineering trends for improving biotechnological production of ethanol. Recently, a large amount of studies regarding the utilization of lignocellulosic biomass as a good feedstock for producing fuel ethanol is being carried out worldwide. The plant biomass is mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin. The main challenge in the conversion of biomass into ethanol is the complex, rigid and harsh structures which require efficient process and cost effective to break down. The isolation of microorganisms is one of the means for obtaining enzymes with properties suitable for industrial applications. For these reasons, crude cultures containing cellulosic biomass degrading microorganisms were isolated from rice field soil, cow farm soil and rotten rice straw from cow farm. Carboxymethyl cellulose (CMC), xylan and Avicel (microcrystalline cellulose) degradation zone of clearance on agar platefrom rice field soil resulted approximately at 25 mm, 24 mm and 22 mm respectively. As for cow farm soil, CMC, xylan and Avicel degradation clearancezone on agar plate resulted around at 24mm, 23mm and 21 mm respectively. Rotten rice straw from cow farm also resulted for CMC, xylan and Avicel degradation zone almost at 24 mm, 23 mm and 22 mm respectively. The objective of this study is to isolatebiomass degrading microbial strains having good efficiency in cellulose hydrolysis and observed the effects of different substrates (CMC, xylan and Avicel) on the production of cellulase enzymes (endo-glucanase, exo-glucanase, cellobiase, xylanase and avicelase) for producing low cost biofuel from cellulosic materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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