Li, Ning;Yang, Peilong;Wang, Yaru;Luo, Huiying;Meng, Kun;Wu, Nigfeng;Fan, Yunliu;Yao, Bin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제18권3호
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pp.410-416
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2008
The gene SfXyn10, which encodes a protease-resistant xylanase, was isolated using colony PCR screening from a genomic library of a feather-degrading bacterial strain Streptomyces fradiae var. k11. The full-length gene consists of 1,437bp and encodes 479 amino acids, which includes 41 residues of a putative signal peptide at its N terminus. The amino acid sequence shares the highest similarity (80%) to the endo-1,4-${\beta}$-xylanase from Streptomyces coelicolor A3, which belongs to the glycoside hydrolase family 10. The gene fragment encoding the mature xylanase was expressed in Escherichia coli BL21 (DE3). The recombinant protein was purified to homogeneity by acetone precipitation and anion-exchange chromatography, and subsequently characterized. The optimal pH and temperature for the purified recombinant enzyme were 7.8 and $60^{\circ}C$, respectively. The enzyme showed stability over a pH range of 4.0-10.0. The kinetic values on oat spelt xylan and birchwood xylan substrates were also determined. The enzyme activity was enhanced by $Fe^{2+}$ and strongly inhibited by $Hg^{2+}$ and SDS. The enzyme also showed resistance to neutral and alkaline proteases. Therefore, these characteristics suggest that SfXyn10 could be an important candidate for protease-resistant mechanistic research and has potential applications in the food industry, cotton scouring, and improving animal nutrition.
Kim, Ju-Hyeon;Oh, Jung-Mi;Chun, Sungkun;Park, Hye Yoon;Im, Wan Taek
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제30권3호
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pp.391-397
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2020
In this study, we used a novel α-L-arabinopyranosidase (AbpBs) obtained from ginsenoside-converting Blastococcus saxobsidens that was cloned and expressed in Escherichia coli BL21 (DE3), and then applied it in the biotransformation of ginsenoside Rb2 into Rd. The gene, termed AbpBs, consisting of 2,406 nucleotides (801 amino acid residues), and with a predicted translated protein molecular mass of 86.4 kDa, was cloned into a pGEX4T-1 vector. A BLAST search using the AbpBs amino acid sequence revealed significant homology with a family 2 glycoside hydrolase (GH2). The over-expressed recombinant AbpBs in Escherichia coli BL21 (DE3) catalyzed the hydrolysis of the arabinopyranose moiety attached to the C-20 position of ginsenoside Rb2 under optimal conditions (pH 7.0 and 40℃). Kinetic parameters for α-L-arabinopyranosidase showed apparent Km and Vmax values of 0.078 ± 0.0002 μM and 1.4 ± 0.1 μmol/min/mg of protein against p-nitrophenyl-α-L-arabinopyranoside. Using a purified AbpBs (1 ㎍/ml), 0.1% of ginsenoside Rb2 was completely converted to ginsenoside Rd within 1 h. The recombinant AbpBs could be useful for high-yield, rapid, and low-cost preparation of ginsenoside Rd from Rb2.
A genomic library was constructed to clone a xylanase gene (Mxyn10) from Demequina sp. JK4 isolated from a deep sea. Mxyn10 encoded a 471 residue protein with a calculated molecular mass of 49 kDa. This protein showed the highest sequence identity (70%) with the xylanase from Streptomyces lividans. Mxyn10 contains a catalytic domain that belongs to the glycoside hydrolase family 10 (GH10) and a carbohydrate-binding module (CBM) belonging to family 2. The optimum pH and temperature for enzymatic activity were pH 5.5 and $55^{\circ}C$, respectively. Mxyn10 exhibited good pH stability, remaining stable after treatment with buffers ranging from pH 3.5 to 10.0. The protein was not significantly affected by a variety of chemical reagents, including some compounds that usually inhibit the activity of other related enzymes. In addition, Mxyn10 showed activity on cellulose. These properties mark Mxyn10 as a potential enzyme for industrial application and saccharification processes essential for bioethanol production.
Isomaltooligosaccharides (IMOs) have good prebiotic effects, and long IMOs (LIMOs) with a degree of polymerization (DP) of 7 or above show improved effects. However, they are not yet commercially available, and require costly enzymes and processes for production. The N-terminal region of the thermostable Thermoanaerobacter thermocopriae cycloisomaltooligosaccharide glucanotransferase (TtCITase) shows cyclic isomaltooligosaccharide (CI)-producing activity owing to a catalytic domain of glycoside hydrolase (GH) family 66 and carbohydrate-binding module (CBM) 35. In the present study, we elucidated the activity of the C-terminal region of TtCITase (TtCITase-C; Met740-Phe1,559), including a CBM35-like region and the GH family 15 domain. The domain was successfully cloned, expressed, and purified as a single protein with a molecular mass of 115 kDa. TtCITase-C exhibited optimal activity at 40℃ and pH 5.5, and retained 100% activity at pH 5.5 after 18-h incubation. TtCITase-C synthesized α-1,6 glucosyl products with over seven degrees of polymerization (DP) by an α-1,6 glucosyl transfer reaction from maltopentaose, isomaltopentaose, or commercialized maltodextrins as substrates. These results indicate that TtCITase-C could be used for the production of α-1,6 glucosyl oligosaccharides with over DP7 (LIMOs) in a more cost-effective manner, without requiring cyclodextran.
A $\beta$-agarase gene, agaB34, was functionally cloned from the genomic DNA of a marine bacterium, Agarivorans albus YKW-34. The open reading frame of agaB34 consisted of 1,362 bp encoding 453 amino acids. The deduced amino acid sequence, consisting of a typical N-terminal signal peptide followed by a catalytic domain of glycoside hydrolase family 16 (GH-16) and a carbohydrate-binding module (CBM), showed 37-86% identity to those of agarases belonging to family GH-16. The recombinant enzyme (rAgaB34) with a molecular mass of 49 kDa was produced extracellularly using Escherichia coli $DH5{\alpha}$ as a host. The purified rAgaB34 was a $\beta$-agarase yielding neoagarotetraose (NA4) as the main product. It acted on neoagarohexaose to produce NA4 and neoagarobiose, but it could not further degrade NA4. The maximal activity of rAgaB34 was observed at $30^{\circ}C$ and pH 7.0. It was stable over pH 5.0-9.0 and at temperatures up to $50^{\circ}C$. Its specific activity and $k_{cat}/K_m$ value for agarose were 242 U/mg and $1.7{\times}10^6/sM$, respectively. The activity of rAgaB34 was not affected by metal ions commonly existing in seawater. It was resistant to chelating reagents (EDTA, EGTA), reducing reagents (DTT, $\beta$-mercaptoethanol), and denaturing reagents (SDS and urea). The E. coli cell harboring the pUC18-derived agarase expression vector was able to efficiently excrete agarase into the culture medium. Hence, this expression system might be used to express secretory proteins.
A novel ${\beta}$-agarase, AgaJ5, was identified from an agar-degrading marine bacterium, Gayadomonas joobiniege G7. It belongs to the glycoside hydrolase family 86 and is composed of 805 amino acids with a 30-amino-acid signal peptide. Zymogram analysis showed that purified AgaJ5 has agarase activity. The optimum temperature and pH for AgaJ5 activity were determined to be $30^{\circ}C$ and 4.5, respectively. AgaJ5 was an acidic ${\beta}$-agarase that had strong activity at a narrow pH range of 4.5-5.5, and was a cold-adapted enzyme, retaining 40% of enzymatic activity at $10^{\circ}C$. AgaJ5 required monovalent ions such as $Na^+$ and $K^+$ for its maximum activity, but its activity was severely inhibited by several metal ions. The $K_m$ and $V_{max}$ of AgaJ5 for agarose were 8.9 mg/ml and 188.6 U/mg, respectively. Notably, thin-layer chromatography, mass spectrometry, and agarose-liquefication analyses revealed that AgaJ5 was an endo-type ${\beta}$-agarase producing neoagarohexaose as the final main product of agarose hydrolysis. Therefore, these results suggest that AgaJ5 from G. joobiniege G7 is a novel endo-type neoagarohexaose-producing ${\beta}$-agarase having specific biochemical features that may be useful for industrial applications.
키토산분해효소(Chitosanases, EC 3.2.1.132)는 당질가수분해효소군의 하나로, 아미노당인 D-glucosamine polymer인 chitosan의 ${\beta}-1,4-glycoside$ 결합을 가수분해하는 효소이며, 세균, 곰팡이, 식물 등에 널리 분포한다. 본 논문에서는 chitosanase의 N-말단 아미노산의 서열과 입체구조에 근거한 family 및 clan 분류, 작용모형, 절단 유형, subclass 분류, 및 family-subclass 상관성을 검토하였다. 아미노산 서열과 입체구조와 기질의 분해패턴 사이에는 깊은 상관이 있음을 확인 제시하였다. 다양한 종 유래 chitosanase의 1차구조의 해명과 진화적 상관 규명, 나아가 보다 정교한 chitosanase의 정의와 다양한 산업적 응용에의 가능성도 검토하였다.
Agarase genes of non-marine agarolytic bacterium Cellvibrio sp. were cloned into Escherichia coli and one of the genes obtained using HindIII was sequenced. From nucleotide and putative amino acid sequences (713 aa, molecular mass; 78,771 Da) of the gene, designated as agarase AgaA, the gene was found to have closest homology to the Saccharophagus degradans (formerly, Microbulbifer degradans) 2-40 aga86 gene, belonging to glycoside hydrolase family 86 (GH86). The putative protein appears to be a non-secreted protein because of the absence of a signal sequence. The recombinant protein was purified with anion exchange and gel filtration columns after ammonium sulfate precipitation and the molecular mass (79 kDa) determined by SDS-PAGE and subsequent enzymography agreed with the estimated value, suggesting that the enzyme is monomeric. The optimal pH and temperature for enzymatic hydrolysis of agarose were 6.5 and $42.5^{\circ}C$, and the enzyme was stable under $40^{\circ}C$. LC-MS and NMR analyses revealed production of a neoagarobiose and a neoagarotetraose with a small amount of a neoagarohexaose during hydrolysis of agarose, indicating that the enzyme is a ${\beta}$-agarase.
Background: The separation of isomeric compounds from a mixture is a recurring problem in chemistry and phytochemistry research. The purification of pharmacologically active ginsenoside Rb3 from ginseng extracts is limited by the co-existence of its isomer Rb2. The aim of the present study was to develop an enzymatic elimination-combined purification method to obtain pure Rb3 from a mixture of isomers. Methods: To isolate Rb3 from the isomeric mixture, a simple enzymatic selective elimination method was used. A ginsenoside-transforming glycoside hydrolase (Bgp2) was employed to selectively hydrolyze Rb2 into ginsenoside Rd. Ginsenoside Rb3 was then efficiently separated from the mixture using a traditional chromatographic method. Results: Chromatographic purification of Rb3 was achieved using this novel enzymatic elimination-combined method, with 58.6-times higher yield and 13.1% less time than those of the traditional chromatographic method, with a lower minimum column length for purification. The novelty of this study was the use of a recombinant glycosidase for the selective elimination of the isomer. The isolated ginsenoside Rb3 can be used in further pharmaceutical studies. Conclusions: Herein, we demonstrated a novel enzymatic elimination-combined purification method for the chromatographic purification of ginsenoside Rb3. This method can also be applied to purify other isomeric glycoconjugates in mixtures.
Li, Yanan;Yang, Peilong;Meng, Kun;Wang, Yaru;Luo, Huiying;Wu, Ningfeng;Fan, Yuliu;Yao, Bin
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제18권1호
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pp.160-166
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2008
A DNA fragment containing 2,079 base pairs from Bacillus circulans CGMCC 1416 was cloned using degenerate PCR and inverse PCR. An open reading frame containing 981 bp was identified that encoding 326 amino acids residues, including a putative signal peptide of 31 residues. The deduced amino acid sequence showed the highest identity (68.1%) with $endo-{\beta}-1,4-D-mannanase$ from Bacillus circulans strain K-1 of the glycoside hydrolase family 5 (GH5). The sequence encoding the mature protein was cloned into the pET-22b(+) vector and expressed in Escherichia coli as a recombinant fusion protein containing an N-terminal hexahistidine sequence. The fusion protein was purified by $Ni^{2+}$ affinity chromatography and its hexahistidine tag cleaved to yield a 31-kDa ${\beta}$-mannanase having a specific activity of 481.55U/mg. The optimal activity of the purified protein, MANB48, was at $58^{\circ}C$ and pH 7.6. The hydrolysis product on substrate locust bean gum included a monosaccharide and mainly oligosaccharides. The recombinant MANB48 may be of potential use in the feed industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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