Pranaw, Kumar;Singh, Surender;Dutta, Debjani;Singh, Nirpendra;Sharma, Garima;Ganguly, Sudershan;Kalia, Vinay;Nain, Lata
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.23
no.11
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pp.1536-1543
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2013
Proteases produced by Xenorhabdus are known to play a significant role in virulence leading to insect mortality. The present study was undertaken to purify and characterize protease from Xenorhabdus indica, an endosymbiont of nematode Steinernema thermophilum, and to decipher its role in insect mortality and its efficacy to control Helicoverpa armigera. A set of 10 strains of Xenorhabdus isolated from different regions of India were screened for protease activity on the basis of zone of clearing on gelatin agar plates. One potent strain of Xenorhabdus indica was selected for the production of protease, and the highest production (1,552 U/ml) was observed at 15-18 h of incubation at $28^{\circ}C$ in soya casein digest broth. The extracellular protease was purified from culture supernatant using ammonium sulfate precipitation and ion-exchange chromatography. The enzyme was further characterized by SDS-PAGE and zymography, which confirmed the purity of the protein and its molecular mass was found to be ~52 kDa. Further MALDI-TOF/TOF analysis and effect of metal chelating agent 1,10-phenanthrolin study revealed the nature of the purified protease as a secreted alkaline metalloprotease. The bioefficacy of the purified protease was also tested against cotton bollworm (Helicoverpa armigera) and resulted in $67.9{\pm}0.64%$ mortality within one week. This purified protease has the potential to be developed as a natural insecticidal agent against a broad range of agriculturally important insects.
Caliskan, Mahmut;Ozcan, Birgul;Turan, Cemal;Cuming, Andrew C.
BMB Reports
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v.37
no.3
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pp.339-342
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2004
Germination is a process which characterized with nescient synthesis of genes. Among the genes synthesized during the germination of wheat embryos, germin genes, proteins and their enzymatic activity were defined. Germin is a water soluble homopentameric glycoprotein which is remarkable resistant to degradation by a broad range of proteases including pepsin. Germin proteins found to have strong oxalate oxidase activity which produces hydrogen peroxide by degrading oxalic acid. The current study, aimed to localize the germin genes, proteins and enzymatic activities in developing coleoptiles which is a rapidly growing protective tissue of leaf primordium and shoot apex. Non-radioactively abeled germin riboprobes were employed to localize germin mRNAs in situ. FITC (Fluorescein isothiocyanate) and alkaline phosphatase linked anti-germin antibodies were used to localize germin proteins under the fluorescence and light microscopy and finally germin enzymatic activity was localized by using appropriate enzyme assay. The results revealed that in coleoptiles germin genes, proteins and their enzymatic activity were predominantly associated with the cells of epidermis and vascular bundle sheath cells.
Bacillus thuringiensis Cyt2Aa toxin is a mosquito-larvicidal and cytolytic $\delta$-endotoxin, which is synthesized as a protoxin and forms crystalline inclusions within the cell. These inclusions are solubilized under alkaline conditions and are activated by proteases within the larval gut. In order to assess the functions of the N-and C-terminal regions of the protoxin, several N- and C-terminal truncated forms of Cyt2Aa were constructed. It was determined that amino acid removal at the N-terminal, which disrupts the $\beta$1 structure, might critically influence toxin production and inclusion formation. The deletion of 22 amino acids from the C-terminus reduced the production and solubility of the toxin. However, the removal of more than 22 amino acids from the C-terminus or the addition of a bulky group to this region could result in the inability of the protein to adopt the proper folding. These findings directly demonstrated the critical roles of N- and C-terminal amino acids on the production and folding of the B. thuringiensis cytolytic $\delta$-endotoxin.
The secretion of the alkaliphilic Bacillus sp. S-1 extracellular pullulanase involves translocation across the cytoplasmic membrane of the Gram-positive bacterial cell envelope. Translocation of the intracellular pullulanase PUL-I, was traced to elucidate the mechanism and pathway of protein secretion from an alkaliphilic Bacillus sp. S-1. Pullulanase could be slowly bue quantitatively released into the medium during growth of the cells in medium contianing proteinase K. The released pullulanase lacked the N-terminal domain. The N-terminus is the sole membrane anchor in the pullulanase protein and was not affected by proteases, confirming that it is not exposed on the cell surface. Processing of a 180,000M$\_$r/ pullulanase to a 140,000M$\_$r/ polypeptide has been demonstrated in cell extracts using antibodies raised against 140,000M$\_$r/ extracellular form. Processing of the 180,000 M$\_$r/ protein occured during the preparation of extracts in an alkaline pH condition. A modified rapid extraction procedure suggested that the processing event also occured in vivo. Processing apparently increased the activity of pullulanase. The western blotting analysis with mouse anti-serum against 140-kDa extracellular pullulanase PUL-E showed that PUL-I is processed into PUL-X via intermediate form of PUL-E. Possible explanationa for the translocation are discussed.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.39
no.4
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pp.587-594
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2010
To develop commercially available food protein hydrolysates, the effects of different types of enzymes and substrates on bitterness and solubility of partially hydrolyzed food proteins were investigated. Four types of proteins (casein, isolated soy protein (ISP), wheat gluten, and gelatin) and five types of proteolytic enzymes (a microbial alkaline protease (alcalase), a microbial neutral protease (neutrase), papain, bromelain, trypsin) were used. To profile the pattern of hydrolysis, the degree of hydrolysis (DH) were monitored during 180 min of reaction time by pH-stat method. Casein showed the highest susceptibility to hydrolysis for all five proteases compared to those of ISP, gluten, and gelatin. In addition, the bitter intensity and solubility (nitrogen soluble index, NSI) of each protein hydrolysate were compared at DH 10%. Bitterness and solubility of protein hydrolysates were highly affected by DH and the types of enzymes and substrates. At DH=10%, casein hydrolysate by trypsin, ISP and gluten hydrolysates by either bromelain or neutrase, and gelatin hydrolysates by the five proteases tested in this study were highly soluble and less bitter.
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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v.18
no.3
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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.
Thermoactinomyces sp. strain YT06 was isolated from poultry compost and observed to degrade integral chicken feathers completely at $60^{\circ}C$, resulting in the formation of 3.24 mg/ml of free amino acids from 50 ml of culture containing 10 g/l chicken feathers. Strain YT06 could grow and secrete keratinase using feather as the only carbon and nitrogen sources without other supplement, but complementation of 10 g/l sucrose and 4 g/l $NaNO_3$ increased the production of the keratinolytic enzyme. The maximum protease activity obtained was 110 U/ml and for keratinase was 42 U/ml. The keratinase maintained active status over a broad pH (pH 8-11) and temperature ($60-75^{\circ}C$). It was inhibited by serine protease inhibitors and most metal ions; however, it could be stimulated by $Mn^{2+}$ and the surfactant Tween-20. A reductive agent (${\beta}$-mercaptoethanol) was observed to cleave the disulfide bond of keratin and improve the access of the enzyme to the keratinaceous substrate. Zymogram analysis showed that strain YT06 primarily secreted keratinase with a molecular mass of approximately 35 kDa. The active band was assessed by MALDI-TOF mass spectrometry and was observed to be completely identical to an alkaline serine protease from Thermoactinomyces sp. Gus2-1. Thermoactinomyces sp. strain YT06 shows great potential as a novel candidate in enzymatic processing of hard-to-degrade proteins into high-value products, such as keratinous wastes.
Alkaliphilic Bacillus sp. S-1 secretes a large amount (approximately 80% of total pullulanase activity) of an extracellular pullulanase (PUL-E). The pullulanase exists in two forms: a precursor form (PUL-I: $M_r$ 180,000), and a processed form (PUL-E: $M_r$ 140,000). Two forms were purified to homogeneity and their properties were compared. PUL-I was different in molecular weight, isoelectric point, $NH_2$-terminal amino acid sequence, and stabilities over pH and temperature ranges. The catalytic activities of PUL-I were also distinguishable in the $K_m$ and $V_{max}$ values for various substrates, and in the specific activity for pullulan hydrolysis. PUL-E showed 10-fold higher specific activities than PUL-I. However. PUL-I is immunologically identical to PUL-E, suggesting that PUL-I is initially synthesized and proteolytically processed to the mature form of PUL-E. Processing was inhibited by PMSF, but not by pepstatin, suggesting that some intracellular serine proteases could be responsible for processing of the PUL-I. PUL-I has a different conformational structure for antibody recognition from that of PUL-E. It is also postulated that the translocation of alkaline pullulanase(AP) in the bacterium possibly requires processing of the $NH_2$-terminal region of the AP protein. Processing of the precursor involves a conformational shift. resulting in a mature form. Therefore. precursor processing not only cleaves the signal peptide, but also induces conformational shift. allowing development of active form of the enzyme.
Shim, Jae Min;Lee, Kang Wook;Kim, Hyun-Jin;Kim, Jeong Hwan
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.44
no.3
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pp.303-310
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2016
In this study, doenjang samples were prepared with different types of salts (12%, w/w): purified salt (PS), 3-year aged solar salt (SS3), 1-year aged solar salt (SS1), and bamboo salt melted 3 times (BS). Whole-soybean mejus were fermented with starters consisting of 2 Bacillus strains, a yeast, and a fungus (starter doenjang), and control mejus were fermented with organisms present naturally in rice straw (non-starter doenjang). The whole-soybean mejus were dried, and then mixed with cooked soybeans and the respective salts. The doenjang samples were fermented for 13 weeks at 25℃. The protease (acid, neutral, and alkaline) activities, fibrinolytic activities, and antioxidant capacities of the samples were examined every week. BS doenjang showed the highest acid protease (6.46 ± 0.20 unit/g) and fibrinolytic activities (0.61 unit/ml). Among the starter doenjang samples, those made with SS and BS showed the highest total phenolic contents after 91 days of fermentation. For antioxidant activities, SS3 doenjang showed higher activities than the other doenjang samples, as evaluated by ABTS, DPPH, and FRAP assays. These results suggest that solar salt, especially aged for 3 years, is better than purified salt in terms of producing better functionalities of doenjang.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Due to its beneficial health effects, use of buckwheat has shown a continuous increase, and concerns regarding the allergic property of buckwheat have also increased. This study was conducted for evaluation of the hydrolytic effects of seven commercial proteases on buckwheat allergens and its allergenicity. MATERIALS/METHODS: Extracted buckwheat protein was hydrolyzed by seven proteolytic enzymes at individual optimum temperature and pH for four hours. Analysis was then performed using SDS-PAGE, immunoblotting, and competitive inhibition ELISA (ciELISA) with rabbit antiserum to buckwheat protein, and direct ELISA with pooled serum of 21 buckwheat-sensitive patients. RESULTS: Alkaline protease, classified as serine peptidase, was most effective in reducing allergenicity of buckwheat protein. It caused decomposition of the whole buckwheat protein, as shown on SDS-PAGE, and results of immunoblotting showed that the rabbit antiserum to buckwheat protein no longer recognized it as an antigen. Allergenicity showed a decrease of more than 50% when pooled serum of patients was used in ELISA. Two proteolytic enzymes from Aspergillus sp. could not hydrolyze buckwheat allergens effectively, and the allergenicity even appeared to increase. CONCLUSIONS: Serine-type peptidases appeared to show a relatively effective reduction of buckwheat allergenicity. However, the antigenicity measured using rabbit antiserum did not correspond to the allergenicity measured using sera from human patients. Production of less allergenic buckwheat protein may be possible using enzymatic hydrolysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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