The genes coding for the urease of alkalophilic Bacillus pasteurii have been previously cloned and recently sequenced. (You, J. H., B. H. Song, J. H. Kim, M. H. Lee, and S. D. Kim (1995) Molecules and Cells 5, 359-369.) The recombinant Bacillus pasteurii urease expressed in an E. coli HB101 strain was purified 31.2 fold by using combinations of anion-exchange and hydrophobic chromatography followed by Mono-Q chromatography on a FPLC. In spite of the presence of three discrete structural peptide genes in the Bacillus pasteurii urease gene cluster, only one or two enzyme subunits have been observed to date. Here we report for the first time that the recombinant Bacillus pasteurii urease expressed in a E. coli strain consists of three distinct subunits. One large subunit was estimated to be of $M_r$=65, 200 and the two small-subunit peptides are of $M_r$=14, 500 and $M_r$=13, 700, respectively.
A 6.9-kb DNA fragment including the minimal Bacillus pasteurii urease gene cluster was subcloned into a high-copy-number plasmid vector, pUC19, and the recombinant B. pasteurii urease was overexpressed in Escherichia coli. The recombinant urease was purified 25.9-fold by using combinations of anion-exchange and gel-filtration chromatography followed by Mono-Q chromatography on a FPLC. N-terminal peptide sequencing analyses revealed that two distinct smaller peptide bands resolved on a 10-18% gradient SDS-PAGE corresponded to UreA and UreB peptides, respectively. It was also shown that the ureB gene was translated from a GUG codon and the first methionine residue was post-translationally cleaved off. The native molecular weight of the recombinant urease was 176,000 and 2 nickel atoms were present per catalytic unit. pH stability studies of the purified enzyme showed that the recombinant Bacillus pasteurii urease is stable in alkaline pH range, which is similar to the enzyme of the evolutionarily related bacterium, Sporosarcina ureae.
The 7.1 Mdal Xbaf fragment of Bacillus pasteurii ATCC 11859 containing gene for urease was inserted into the Xbal site of bifunctional plasmid pGR71, and its urease gene was cloned and expressed in E. coil RRI. But the cloned gene was not expressed in Bacillus subtilis BR151 in consequence of deletion of inserted DNA fragment. The recombinant plasmid thus formed was named pGU66. The restriction map of the plasmid pGU66 was determined, and the size of the plasmid was estimated to be 12.6 Mdal by double digestion of restriction enzymes of the plasmid. The urease of the cloned strain was accumulated in periplasmic space and very similiar to that of donor strains in their enzymatic properties.
- To investigate the possibility of genetic development for a multi-purpose strain of Bacillus subtilis YBL-7 against Fusat-iurn solani causing root rot of many impotant corps, the plasmid pGU66 inserting urease gene of Bacillus pasteurii had been introduced into Bacillus subtilis YBL-7 by PEG-induced protoplast (PIP) transformation system. Protoplasts of B. subtilis YBL-7 were prepared by treating the cells with lysozyme (200 $\mu g$/ml) in hypertonic buffer (SMMP). The highest transformation frequency was achieved when cells of the strain with lysozyme at $42^{\circ}C$ for 90 minutes. Optimal transformation was obtained using polyethylene glycol (MW 4000) at final concentration of 30% (V/V). The transformation frequency was increased proportionally to 1.2 $\mu g$ of plasmid DNA. At best condition, the transformation frequency (transformants/ regenerants/$\mu g$ of DNA) for pGU66 was appoximately $4 \times 10^{-3}$. Also, the urease gene was strongly expressed in the transformants of B. subtilis YBL-7 and maintained steadily. The antifungal ability of transformant was very similar to that of B. ssubtilis YBL-7.
The genetic organization of the urease gene cluster from an alkalophilic Bacillus pasteurii was determined by subcloning and Tn5 transposon mutagenesis of a 10.7 kilobasepair cloned fragment. A region of DNA between 5.0 and 6.0 kb in length is necessary for urease activity. In vitro transcription-translation analysis of transposon insertion mutants of the cloned urease genes demonstrated that the major ($M_r$ 67,000) and minor ($M_r$ 20,000) structural peptides of urease are encoded at one end of the urease gene cluster and at least 3 additional polypeptides are encoded by adjacent DNA sequences.
The gene coding for urease of alkalophilic Bacillus pasteurii had been cloned in Escherichia coli previously. The urease protein was purified 63.1-fold by TEAE-cellulose, DEAE-Sephadex A-50, Sephadex G-150 and Sephadex G-200 chromatographies with a 7.3% yield from the sonicated fluid of the E. coli HB1Ol(pBUll) encoding B. pasteurii urease gene. The ureases of E. coli (pBUll) and B. pasteurii possessed as a $K_m$ for urea, 42.1 mM and 40.4 mM, respectively. They hydrolyzed urea with $V_{max}$ of 86.9$\mu$mol/min and 160$\mu$mol/min, respectively. Both ureases were composed with four subunits (Mrs 67,000) and a subunit (Mr 20,000). The molecular weight of both native enzymes was Mr 280,OOO$pm$10,000 determined by gel filtration chromatography and Coomassie blue staining of the subunits. The optimal reaction pH of both ureases were pH 7.5. The ureases were stabled in pH 5.5-10.5. The optimal reaction temperature of both ureases were $60^{\circ}C$, and the ureases were stable for an hour at $50^{\circ}C$, 40min at $60^{\circ}C$ and 10 min at $70^{\circ}C$ The activity of both enzymes were inhibited completely by $Ag^{2+}$, $Hg^{2+}$, $Zn^{2+}$, $Cu^{2+}$, and were inhibited 60% by CoH, 30% by $Fe^{2+}$ and 10% by $Pb^{2+}$. However it was increased by the addition of $Sn^{2+}$, $Mn^{2+}$, $Mg^{2+}$ at concentration of $1{\times}10^{-3}$M. Both ureases were inhibited completely by p-CMB and acetohydroxamic acid. The urease expressed in E. coli (pBU11) was inhibited 70% by SDS. The urease of B. pasteurii was inhibited 40% by hydroxyurea, whereas the recombinant urease of E. coli strain was inhibited 17%. Both enzymes were not inhibited by cyclohexanediaminetetraacetic acid (CDTA) and ethylendiaminetetraacetic acid (EDTA).
This paper presents the study of the effect of microorganism Bacillus pasteurii on the properties such as Atterbergs' limit and unconfined compressive strength of cohesive soils. The results of this study reveal that the liquid limit and plasticity index for all clay soils decreased and the unconfined compressive strength increased. Decrease in plasticity index is very high for Kuttanad clay followed by bentonite and laterite. The unconfined compressive strength increased for all the soils. The increase was high for Kuttanad soil and low for laterite soil. After 24 h of treatment the improvement in the soil properties is comparatively less. Besides the specific bacteria selected Bacillus pasteurii, other microorganisms may also be taking part in calcite precipitation thereby causing soil cementation. But the naturally present microorganisms alone cannot work on the calcite precipitation.
To genetically breed powerful multifunctional antagonistic bacteria, the urease gene of alkalophilic Bacillus pasteurii was transferred into Bacillus subtilis YB-70 which had been selected as a powerful biocontrol agent against root-rotting fungus Fusarium solani. Urease gene was inserted into the HindIII site of pGB215-110 and designated pGU266. The plasmid pGU266 containing urease gene was introduced into the B. subtilis YB-70 by alkali cation transformation system and the urease gene was very stably expressed in the transformant of B. subtilis YB-70(pGU266). The optimal conditions for the transfomation were also evaluated. From the in vitro antibiosis tests against F. solani, the antifungal activity of B. subtilis YB-70 containing urease gene was much efficient than that of the non-transformed strain. Genetic improvement of B. subtilis YB-70 by transfer of urease gene for the efficient control seemed to be responsible for enhanced plant growth and biocontrol efficacy by combining its astibiotic action and ammonia producing ability.
It were reported that antifungal mechanism of Enterobacter cloacae is a volatile ammonia that produced by the strain in soil, and the production of ammonia is related to the bacterial urease activity. A powerful bacterium SH14 against soil-borne pathogen Fusarium solani, which cause root rot of many important crops, was selected from a ginseng pathogen suppressive soil. The strain SH14 was identified as Bacillus subtilis by cultural, biochemical, morphological method, and $API^{circledR}$ test. From several in vitro tests, the antifungal substance that is produced from B. subtilis SH14 was revealed as heat-stable and low-molecular weight antibiotic substance. In order to construct the multifunctional biocontrol agent, the urease gene of Bacillus pasteurii which can produce pathogenes-suppressive ammonia transferred into antifungal bacterium. First, a partial BamH I digestion fragment of plasmid pBU11 containing the alkalophilic B. pasteurii l1859 urease gene was inserted into the BamH I site of pEB203 and expressed in Escherichia coli JM109. The recombinant plasmid was designated as pGU366. The plasmid pGU366 containing urease gene was introduced into the B. subtilis SH14 with PEG-induced protoplast transformation (PIP) method. The urease gene was very stably expressed in the transformant of B. subtilis SH14. Also, the optimal conditions for transformation were established and the highest transformation frequency was obtained by treatment of lysozyme for 90 min, and then addition of 1.5 ${mu}g$/ml DNA and 40% PEG4000. From the in vitro antifungal test against F. solani, antifungal activity of B. subtilis SH14(pGu366) containing urease gene was much higher than that of the host strain. Genetical development of B. subtilis SH14 by transfer of urease gene can be responsible for enhanced biocontrol efficacy with its antibiotic action.
Kim, Daehyeon;Park, Kyungho;Kim, Hochul;Lee, Yonghee
Journal of the Korean GEO-environmental Society
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v.13
no.5
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pp.51-57
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2012
The purpose of study is to understand the possibility of biogrout of soil induced by bacteria. Microbial Calcium Carbonate Precipitation(MCP) has been analysed using the microorganism Bacillus Pasteurii. In order to understand the biogrout of soft ground treated with microbial calcium carbonate precipitation, four types of specimens(sterilization soil, non-sterilization soil, reaction solution and microorganism solution with pre-treatment mix and reaction solution and microorganism solution with post-treatment mix) were made. Scanning Electron Microscope(SEM), EDX and X-ray diffraction(XRD) analyses were performed on the soft ground specimens. On the basis of the preliminary results, it appears that microbial treatment methods using calcium carbonate precipitation may be possible to improve property of biogrout.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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