Useful genes can be Screened from various environments by construction of metagenomic DNA libraries. In this study, water samples were collected from several lakes in mid Korea, and analyzed by T-RFLP to examine diversities of the microbial communities. The crude DNAs r were extracted by the SDS-based freezing-thawing method, and then further purified using an $UltraClean^{TM}$ kit (MoBio, USA). The metagenomic libraries were constructed with the DNAs partially digested with EcoR I, BamH I, and Sac II in Escherichia coli DH 10B using the pBACe3.6 vector. About 44.0 Mb of metagenomic libraries were obtained with average inserts 13-15 kb in size. The bphC genes responsible for degradation of aromatic hydrocarbons via mets-cleavage were identified from the metagenomic libraries by colony hybridization using the bphC specific sequence as a probe. The 2,3-dihydroxybiphenyl (2, 3-DHBP) dioxygenase gene (bphC ), capable of degradation of 2,3-DHBP, was cloned and its nucleotide Sequences analyzed. The genes consisted of 966 and 897 base pairs with an ATG initiation codon and a TGA termination codon. The activity of the 2,3-DHBP dioxygenase was highly expressed to 2,3-DHBP and Showed a broad substrate range to 2,3-DHBP, catechol, 3-methylcatechol and 4-methylcatechol. These results in-dicated that the bphC gene identified from the metagenomes derived from lake water might be useful in the development of a potent strain for degradation of aromatic pollutants.
A genomic library of biphenyl-degrading strain Comamonas sp. SMN4 was constructed by using the cosmid vector pWE15 and introduced into Escherichia coli. Of 1,000 recombinant clones tested, two clones that expressed 2,3-dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase activity were found (named pNB 1 and pNB2). From pNB1 clone, subclone pNA210, demonstrated 2,3-dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase activity, is isolated. 2,3-Dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase (23DBDO, BphC) is an extradiol-type dioxygenase that involved in third step of biphenyl degradation pathway. The nucleotide sequence of the Comamonas sp. SMN4 gene bphC, which encodes 23DBDO, was cloned into a plasmid pQE30. The His-tagged 23DBDO produced by a recombinant Escherichia coli, SG 13009 (pREP4)(pNPC), and purified with a Ni-nitrilotriacetic acid resin affinity column using the His-bind Qiagen system. The His-tagged 23DBDO construction was active. SDS-PAGE analysis of the purified active 23DBDO gave a single band of 32 kDa; this is in agreement with the size of the bphC coding region. The 23DBDO exhibited maximum activity at pH 9.0. The CD data for the pHs, showed that this enzyme had a typical a-helical folding structures at neutral pHs ranged from pH 4.5 to pH 9.0. This structure maintained up to pH 10.5. However, this high stable folding strucure was converted to unfolded structure in acidic region (pH 2.5) or in high pH (pH 12.0). The result of CD spectra observed with pH effects on 23DBDO activity, suggested that charge transition by pH change have affected change of conformational structure for 23DBDO catalytic reaction. The $K_m$ for 2,3-dihydroxybiphenyl, 3-metylcatechol, 4-methylcatechol and catechol was 11.7 $\mu$M, 24 $\mu$M, 50 mM and 625 $\mu$M.
토양 시료를 대상으로 3.4-dichloroaniline (DCA)를 함유한 최소배지에서의 집식배양과 배양 후 HPLC에 의한 잔류분석을 통해 3,4-DCA의 분해 능력이 우수한 균주 Pseudomonas sp. KB35B를 분리하였다. 분리균 KB35B는 1/10 LB배지에 함유된 50 ppm의 3,4-DCA를 12시간만에 완전히 제거하였다. 이외에도 분리균 KB35B는 3-chloroaniline (CA), 4-CA 및 2,4-DCA의 분해 활성을 나타내었으나 2,5-DCA와 3,5-DCA에 대한 분해활성을 가지고 있지는 않았다. 또한, 분리균 KB35B에서 3,4-DCA의 유도에 의한 catechol 2,3-dioxygenase 활성의 증가가 관찰되었다. 이상의 결과로부터 catechol 2,3-dioxygenase이 3,4-DCA 분해에 관여하는 중요한 효소군중의 하나로 생각된다.
Chloroanilines are aromatic amines used as intermediate products in the synthesis of herbicides, azo-dyes, and pharmaceuticals. 3,4-dichloroaniline (DCA) is the degradation product of some herbicides (diuron, propanil, and linuron) and of trichlorocarbanilide, a chemical used as an active agent in the cosmetic industry. The compound, however, is considered a potential pollutant due to its toxicity and recalcitrant property to humans and other species. With the increasing necessity for bioremediation, we sought to isolate bacteria that degraded 3,4-DCA. A bacterium capable of growth on 3,4-DCA as the sole carbon source was isolated from seaside sediment using a dilution method with a culture enriched in 3,4-DCA. The isolated strain, YM-7 was identified to be Pseudomonas sp. The isolated strain was also able to degrade other chloroaniline compounds. The isolated strain showed a high level of catechol 2,3-dioxygenase activity on exposure to 3,4-DCA, suggesting that this enzyme is an important factor in 3,4-DCA degradation. The activity toward 4-methylcatechol was 53.1% that of catechol, while the activity toward 3-methylcatechol, 4-chlorocatechol and 4,5-chlorocatechol was 18.1, 33.1, and 6.9%, respectively.
단일 탄소원 및 에너지원으로 benzoate를 이용하는 Acinetobacter sp. KS-1에서 분리 정제한 catechol 1,2-dioxygenase (Cl,2O)의 특성과 아미노산 서 열을 분석하였다. Cl,2O는 catechol과 4-methylcatechol에 대해서 효소활성을 나타내었으며, 활성 최적온도는 $35^{\circ}C$이고, 활성 최적 pH는 7.5-9.0의 범위 내에 있었다. 효소활성 저해제로서 은, 수은, 그리고 구리는 Acinetobacter sp. KS-1의 Cl,2O 활성을 억제하였다. SDS-PAGE에 의해 측정된 Cl,2O의 분자량은 약 36 kDa 였으며, N-말단 아미노산 서 열을 분석한 결과, $^{1}MNYQQIDALVKQMNVDTAKG^{20}$로 Acinetobacter radioresistens의 Cl,2O와 95%의 유사성을 보여주었다. In-gel 아미노산 서열 분석을 위하여 trypsin 처리와 peptide mapping을 실시하였다. MALDI-TOF를 이용하여 trypsin으로 처리된 세 개의 peptide flagmen써 분자량을 분석한 결과 966.3 Da, 2081.7 Da, 그리고 1933.8 Da으로 각각 나타났는데, 이는 A. radioresistens의 Cl,2O와 내부 서 열$^{1}SQSDFNLRR^{9}\, ^{1}HGNRPSHVHYFNSAPGYR^{18}\, ^{1}TIEGPLYVAGAPESVGFAR^{19}$ 이 일치하는 것으로 분석되었다. N-말단 서열과 내부 서열을 바탕으로 primer를 제작하여 polymerase chain reaction을 실시하였다.
Quinoline (2,3-benzopyridine)을 유일한 탄소원과 질소원, 그리고 에너지원으로 이용하는Pseudomonas sp. NEQ-1을 실험 균주로 사용하였으며, 균주로부터 catechol 1,2-dioxygenase (C1,2O)를 유도하기 위하여 탄소원으로 benzoate를사 용하였다. C1,2O의 효소학적 특징을 조사하기 위하여 benzoate에서 배양한 Pseudomonas sp. NFQ-1을 초음파 분쇄기로 파쇄하고, ammonium sulfate침전과 gel permeation chromatography및 Source 15Q의 과정을 실시하여 C1,2O를 분리 및 정제하였다. 정제된 C1,2O의 특이활성(specific activity)은 14.21 unit/mg으로 나타났으며, SDS-PAGE에 의해 조사된 C1,2O의 분자량은 약 33 kDa이었다. Cl,2O는 catechol과 4-methylcatechol 및 3-methylcatechol에 대해서 효소활성을 나타내는 것으로 확인되었다. C1,2O의 Km은 38.54 ${\mu}M$로 측정되었고, Vmax는 $25.10\;{\mu}mol{\cdot}min^{-1}{\cdot}mg^{-1}$으로 나타났다. C1,2O는 $30^{\circ}C$와 pH 8.5에서 최적활성을 나타내는 것으로 조사되었으며, $Ag^+,\;Hg^+,\;Ca^{2+}$,그리고 $Cu^{2+}$는 C1,2O의 활성을 억제하였다. 분석되어진 N-말단 아미노산 서열은 ^1TVKISQSASIQKFFEEA^{17}$이었으며, Pseudomonas aeruginosa PA01과 $82\%$로 가장 높은 유사성을 보였고 Pseudomonas arvilla C-1와는 $71\%,$ Pseudomonas putida KT2440과는 $59\%,$ 그리고 Pseudomonas sp. CA10과는 $53\%$의 상동성이 각각 존재하는 것으로 확인하였다.
Kim, Ji-Young;Kim, Youngsoo;Lee, Kyoung;Kim, Chi-Kyung
Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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제6권1호
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pp.56-60
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2001
The pcbC gene encoding (4-chloro-)2,3-dihydroxybiphenyl dioxygenase was cloned from the genomic DNA of Pseudomonas sp. P20 using pKT230 to construct pKK1. A recombinant strain, E. coli KK1, was selected by transforming the pKK1 into E. coli XL1-Blue. Another recombinant strain, Pseudomonas sp. DJP-120, was obtained by transferring the pKK1 of E. coli KK1 into Pseudomonas sp. DJ-12 by conjugation. Both recombinant strains showed a 23.7 to 26.5 fold increase in the degradation activity to 2,3-dihydroxybiphenyl compared with that of the natural isolate, Pseudomonas sp. DJ-12. The DJP-120 strain showed 24.5, 3.5, and 4.8 fold higher degradation activities to 4-chlorobiphenyl, catechol, and 3-methylcatechol than DJ-12 strain, respectively. The pKK1 plasmid of both strains and their ability to degrade 2,3-dihydroxybiphenyl were stable even after about 1,200 generations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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