경주지역에 있는 목재 저장소의 토양으로부터 내별성 xylanase를 생산하는 호열성 세균인 DG-22 균주가 분리되었다. 형태적, 생화학적, 계통학적 연구에 근거하여 이 분리균은 Paenibacillus 속하는 종으로 판명되었다. 이 균주에서 xylanase의 생산은 성장배지에 xylan을 첨가함으로서 유도되었고 glucose또는 xylose에 의해서 억제되었다. Cellulase 활성은 탐지되지 많았다. 효소 활성을 위한 최적온도와 pH는 각각 $80^{\circ}C$와 5.0-5.5이었다. 이 조효소는 $60^{\circ}C$매서 안정하였고 $70^{\circ}C$에서는 2시간 추에도 60%의 활성을 유지하였다. 배양상등액의 zymogram 분석을 통해 22 kDa과 30 kDa 크기의 xylanase활성 band를 확인하였다
The characterization of a partially purified, cellulase-free, thermostable alkaline xylanase from thermoalkalophilic Bacillus sp. JB-99 was investigated. The xylanase production was the highest when birchwood xylan was added to a medium containing finely powdered rice bran, showing 4,826 IU$ml^-1$ of activity for 15 h of incubation. The partially purified xylanase exhibited an optimum temperature and pH at $70^C{\circ}$ and 10, respectively. The enzyme was stable at pH 5-11 at $50^C{\circ}$. The xylanase activity was strongly inhibited by $Hg^2+$, while dithiothreitol, cysteine, and ${\beta}$-mercaptoethanol enhanced the activity.
A thermophilic bacterium producing the extracellular cellulase-free xylanase was isolated from soil and has been identified as Bacillus sp. The optimal growth temperature was 50$\circ$C and the optimal pH, 7.0. Under the optimal growth condition, maximal xylanase production was 2.2 units/ml in the flask culture. The enzyme production was induced by xylan and xylose, but was repressed by sucrose or trehalose. The partially purified xylanase was most active at 70$\circ$C. It was found that the enzyme was stable at 65$\circ$C for 10 hours with over 75% of the activity. The enzyme was most active at pH 7.0 and retained 90% of its maximum activity between pH 5.0 and pH 9.0 though Bacillus sp. was not grown on alkaline conditions (>pH 8.0). In addition, the activity of xylanase was over 60% at pH 10.0. At the ambient temperature, the enzyme was stable over a pH range of 5.0 to 9.0 for 10 h, indicating that the enzyme is thermostable and alkalotolerant. The activity of xylanase was completely inhibited by metal ions including Hg$^{2+}$ and Fe$^{2+}$, while EDTA, phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF), $\beta$-mercaptoethanol and SDS didn't affect its activity. The enzyme was also identified to exert no activity on carboxymethylcellulose, laminarin, galactomannan, and soluble starch.
Xylanase has been used extensively in the industrial and agricultural fields. However, the low-yield production of xylanase from native species cannot meet the increasing demand of the market. Therefore, improving the heterologous expression of xylanase through basic gene optimization may help to overcome the shortage. In this study, we synthesized a high-GC-content native sequence of the thermostable xylanase gene xynB from Streptomyces olivaceoviridis A1 and, also designed a slightly AT-biased sequence with codons completely optimized to be favorable to Pichia pastoris. The comparison of the sequences' expression efficiencies in P. pastoris X33 was determined through the detection of single-copy-number integrants, which were quantified using qPCR. Surprisingly, the high GC content did not appear to be detrimental to the heterologous expression of xynB in yeast, whereas the optimized sequence, with its extremely skewed codon usage, exhibited more abundant accumulation of synthesized recombinant proteins in the yeast cell, but an approximately 30% reduction of the secretion level, deduced from the enzymatic activity assay. In this study, we developed a more accurate method for comparing the expression levels of individual yeast transformants. Moreover, our results provide a practical example for further investigation of what constitutes a rational design strategy for a heterologously expressed and secreted protein.
High levels of xylanase activity (143.98 IU/ml) produced by the newly isolated Paenibacillus campinasensis G1-1 were detected when it was cultivated in a synthetic medium. A thermostable xylanase, designated XynG1-1, from P. campinasensis G1-1 was purified to homogeneity by Octyl-Sepharose hydrophobic-interaction chromatography, Sephadex G75 gel-filter chromatography, and Q-Sepharose ion-exchange chromatography, consecutively. By multistep purification, the specific activity of XynG1-1 was up to 1,865.5 IU/mg with a 9.1-fold purification. The molecular mass of purified XynG1-1 was about 41.3 kDa as estimated by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Sequence analysis revealed that XynG1-1 containing 377 amino acids encoded by 1,134 bp genomic sequences of P. campinasensis G1-1 shared 96% homology with XylX from Paenibacillus campinasensis BL11 and 77%~78% homology with xylanases from Bacillus sp. YA-335 and Bacillus sp. 41M-1, respectively. The activity of XynG1-1 was stimulated by $Ca^{2+}$, $Ba^{2+}$, DTT, and ${\beta}$-mercaptoethanol, but was inhibited by $Ni^{2+}$, $Fe^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Zn^{2+}$, SDS, and EDTA. The purified XynG1-1 displayed a greater affinity for birchwood xylan, with an optimal temperature of $60^{\circ}C$ and an optimal pH of 7.5. The fact that XynG1-1 is cellulose-free, thermostable (stability at high temperature of $70^{\circ}C{\sim}80^{\circ}C$), and active over a wide pH range (pH 5.0~9.0) suggests that the enzyme is potentially valuable for various industrial applications, especially for pulp bleaching pretreatment.
Two thermostable xylanases, designated XynA and XynB, were purified to homogeneity from the culture supernatant of Paenibacillus sp. DG-22 by ion-exchange and gel-filtration chromatography. The molecular masses of xylanases A and B were 20 and 30 kDa, respectively, as determined by SDS-PAGE, and their isoelectric points were 9.1 and 8.9, respectively. Both enzymes had similar pH and temperature optima (pH 5.0-6.5 and $70^{\circ}C$), but their stability at various temperatures differed. Xylanase B was comparatively more stable than xylanase A at higher temperatures. Xylanases A and B differed in their $K_m$ and $V_{max}$ values. XynA had a $K_m$ of 2.0 mg/ml and a $V_{max}$ of 2,553 U/mg, whereas XynB had a K_m$ of 1.2 mg/ml and a $V_{max}$, of 754 U/mg. Both enzymes were endo-acting, as revealed by their hydrolysis product profiles on birchwood xylan, but showed different modes of action. Xylotriose was the major product of XynA activity, whereas XynB produced mainly xylobiose. These enzymes utilized small oligosaccharides such as xylotriose and xylotetraose as substrates, but did not hydrolyzed xylobiose. The amino terminal sequences of XynA and XynB were determined. Xylanase A showed high similarity with low molecular mass xylanases of family 11.
A bacterial strain J-59 was isolated from a humus soil, which produced simultaneously a thermostable glucose isomerase as well as xylanase. The morphological, cultural and physiological characteristics of the isoisomerase strain J-59 were detemined by the use of the media and methods described in International Streptomyces Project. The chemotaxonomic characteristics of the isolated strain J-59 were determined by the analysis of G+C molar % of DNA, diaminipimelic acid, composition of fatty acid and menaquinone. As the results of various examinations, the strain J-59 was identified to be Streptomyces chibaensis. This strain produced glucose isomerase intracellularly and xylanase extracellularly when grown in a medium containing xylan, but it was not able to utilize the xylose or xylan as a carbon source. The glucose isomerase of S. chibaensis J59 was highly thermostable, which retained more than 75% activity in the presence of Co$^{2+}$ at 80$\circ $C for 72 h.
A xylanase-producing thermophilic strain, Geobacillus sp. TC-W7, was isolated from a hot spring in Yongtai (Fuzhou, China). Subsequently, the xylanase gene that encoded 407 amino acids was cloned and expressed. The recombinant xylanase was purified by GST affinity chromatography and exhibited maximum activity at $75^{\circ}C$ and a pH of 8.2. The enzyme was active up to $95^{\circ}C$ and showed activity over a wide pH range of 5.2 to 10.2. Additionally, the recombinant xylanase showed high thermostability and pH stability. More than 85% of the enzyme's activity was retained after incubation at $70^{\circ}C$ for 90 min at a pH of 8.2. The activity of the recombinant xylanase was enhanced by treatment with 10 mM enzyme inhibitors (DDT, Tween-20, 2-Me, or TritonX-100) and was inhibited by EDTA or PMSF. Its functionality was stable in the presence of $Li^+$, $Na^+$, and $K^+$, but inhibited by $Hg^{2+}$, $Ni^{2+}$, $Co^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Pb^{2+}$, $Fe^{3+}$, and $Al^{3+}$. The functionality of the crude xylanase had similar properties to the recombinant xylanase except for when it was treated with $Al^{2+}$ or $Fe^{2+}$. The enzyme might be a promising candidate for various industrial applications such as the biofuel, food, and paper and pulp industries.
S. thermocyaneoviolaceus 가 생산하는 xylanases를 황산암모늄에 의한 염석 및 투석에 의해 조제한 효소를 이용하여 자일로오리고당을 생산하기 위한 최적 반응조건을 설정하였다. 자알로올리고당 생산을 위한 기질로는 oat spelt xyaln 보다 birchwood xylan을 사용하는 것이 더 좋았다. 반응온도의 영향을 조사한 결과 효소의 열 안정성과 자일로올리고당의 생선량 등을 고려할 때 $60^{\circ}C$에서 반응하는 것이 가장 좋았다 효소의 농도 pH의 영향및 반응시간의 영향을 조사한 결과 10 unit/ml xylanases를 첨가하여 pH 6.0에서 12 시간 반응시켰을 때 가장 많은 양의 자일로올리고당을 생산할 수 있었다. 이러한 최적 반응 조건에서 10% birchwood xylan 으로 부터 생산할 수 있는 자일로올리고당의 조성는 X2, X3, X4, X5 및 X6가 각각 20.1, 8.9 , 4.5, 16.2 및 9.1 g/I 이었으며 이때 생산되는 총 자일로올리고당 (X2~X6)은 58.8 g/I 이었다.
목재 저장소의 토양에서 분리된 호열성 세균인 Paenibacillus sp. DG-22로부터 xylanase를 생산하기 위한 배양조건을 최적화시키기 위해 연구를 수행하였다. Xylanase생산은 세포의 생장과 연관된 양상을 나타내었다. Xylanase 활성은 배양상청액에서만 발견된 반면 $\beta-xylosidase$활성은 주로 세포와 결합되어 있었다. Xylanase활성의 형성은 자일란에 의해 유도되었고 포도당과 자일로스에 의해서 억제되었다. 여러 상업적 자일란을 이용하여 xylanase의 생산양상을 조사한 결과 0.1-0.5%의 birchwood xylan에서 가장 높은 생산율을 나타내었다. 조사된 여러 질소 원들 중 효모추출물이 xylanase생산을 위하여 최적이었다. xylanase의 활성은 $Co^{2+},\; Cu^{2+},\; Fe^{3+},\; Hg^{2+}\;$ 와$\; Mn^{2+}$ 이온들에 의하여 억제된 반면 $Ca^{2+},\; Mg^{2+},\; Ni^{2+},\; Zn^{2+}$ 이온들과 DTT에 의해서는 촉진되었다. 수은은 5 mM의 농도에서 xylanase 활성을 완전히 파괴하였다. 자일란 가수분해의 주된 산물은 자일로바이오스, 자일로트라이오스 그리고 자일로 올리고당이었고 이것은 이 효소가 endoxylanase라는 것을 나타낸다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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