Enhanced Production of Endo-${\beta}$-1,4-xylanase from Paenibacillus sp. HX-1 Newly Isolated from Soil Samples at Hambak Mountain in Yongin city, Korea

용인 함박산 토양에서 분리한 Paenibacillus sp. HX-1의 동정과 endo-${\beta}$-1,4-xylanase 생산 증가를 위한 배지최적화

A xylanase-producing bacterium was isolated from a soil sample collected in Yongin city, Korea. The strain was aerobic and gram positive, and grew between pH 5.0 and 11.0, forming a yellow-colored colony. The strain was classified as a novel subspecies bacterium of Paenibacillus barcinonensis by 16S rRNA gene sequence similarity, phylogenetic analysis, phenotypic, and biochemical characteristics, and thus named Paenibacillus sp. HX-1. This strain produced extracellular endo-${\beta}$-1,4-xylanase, and the best xylanolytic activity (205.17 unit/ml) was obtained at 96 h in an optimized TNX medium containing 1% (w/v) bacto tryptone, 1% (w/v) NaCl, and 0.7% (w/v) beechwood xylan at pH 7.0, $37^{\circ}C$ and 200 rpm. The endo-${\beta}$-1,4-xylanase produced by the strain HX-1 yielded xylobiose as the end product from beechwood xylan hydrolysis. The enzyme exhibited optimum pH and temperature at pH 7.0 and $45^{\circ}C$, respectively. The remarkable enhancing effect of the TNX medium on xylanase production by HX-1, in spite of its simple formula, may have great advantages for industrial applications of xylanase.

균주 HX-1은 토양샘플로부터 분리된 자일라네이즈 생산 미생물로서 16S rRNA 유전자 염기서열 분석과 이를 이용한 phylogenetic tree 제작을 통하여 Paenibacillus 속의 한 종으로 동정되었다. 그러나 HX-1 균주가 계통발생적 연관관계가 높은 기존에 알려진 표준군주들과는 상당히 다른 생리적-생화학적 특성을 나타내는 사실로부터 HX-1이 신아종일 것으로 판단하고, Paenibacillus sp. HX-1으로 명명하였다. 균주 HX-1로부터의 자일라네이즈 생산을 증가시키는 배지조건을 탐색하여 최적화된 TNX 배지(1% bacto tryptone, 0.7% 자일란, 1% NaCl; pH 7.0)에서 약 7.4배에 달하는 자일라네이즈 생산량의 증가가 가능하였다. 균주 HX-1이 분비하는 자일라네이즈는 pH 7.0과 $45^{\circ}C$에서 최적의 효소활성을 나타냈으며, beechwood 자일란을 기질로 하는 효소반응으로부터 xylobiose를 최종산물로 생산하는 endo-${\beta}$-1,4-xylanase임을 확인하였다. 본 연구로부터 동정된 Paenibacillus sp. HX-1은 다양한 산업에 응용이 가능한 새로운 자일라네이즈를 제공할 수 있는 중요한 균으로 사료된다.