We tried to prepare encapsulated whole cell cyclodextrin glucanotransferase(CGTase) in order to produce glycosyl-xylitol using xylitol as glucosyl acceptor. The organic nitrogen source was more effective for the production of CGTase from Bacillus macerans IFO 3490 than the inorganic one. Most of the CGTase which had been produced during cultivation was excreted to the growth medium. B. macerans cells inocculated in the capsule failed to grow to the high cell density. Adsorbents such as activated charcoal, Sephadex and Amberite resins could not adsorb efficiently the CGTase from the broth solution. We obtained successfully the encapsulated whole cell CGTase by immobilizing the concentrated broth solution in the calcium alginate capsules. The encapsulated whole cell CGTase carried out the transglycosylation reaction which converts xylitol into glucosyl-xylitol using dextrin as glucosyl donor.
An enzyme reactor installed with ultrafiltration membrane was developed to produce ${\alpha}-,\;{\beta}-$, and ${\gamma}$-cyclodextrins (CDs) from soluble starch by Bacillus macerans cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) tagged with 10 lysines at its C-terminus (CGTKIOase). Ultrafiltration membrane YM10 with 10,000 of molecular cutoff was chosen for membrane modification and CD production. A repeated-batch type of the enzyme reaction with free CGTK10ase resulted in a ${\alpha}$-CD yield of 24.0 (${\pm}1.5$)% and a productivity of 4.68 (${\pm}0.88$) g/l-h, which were 7 times higher that those for CGTK10ase immobilized on modified YM10 membrane. Addition of 1-nonanol increased CD yields by 30% relative to the control, which might be due to prevention of the reversible hydrolysis of CDs.
Effect of environmental factors on the expression of soluble forms of Bacillus macerans cyclodextrin glycosyltransferase in recombinant Escherichia coli BL21(DE3)pLysE:pTCGT1 were investigated. The amount of soluble CGTase produced in the cell was measured by determining its enzymatic activity. The soluble fractionof the enzyme was increased by lowering the culture temperature to $30{\circ}C$ and medium pH to 5.8 compared to the enzyme production in LB medium at $37^{\circ}C$ and pH7.0. Addition of 0.2 M NaCl enhanced enzyme expression levels at the expense of cell growth. Glycine betaine that was added after 3 h of induction protected not only the cell growth from hig osmotic pressue but also hepld in vivo folding of CGTase in recombinant E. coli. Addition of 1 mM $CaCl_2$ was also effective in the expression of soluble CGTase, resulting in 15 U/ml of the enzyme activity.
Kim, Kyu-Yong;Kim, Myoun-Dong;Han, Nam-Soo;Seo, Jin-Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.12
no.3
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pp.411-416
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2002
Bacillus macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) was expressed on the cell surface of Saccharomyces cerevisiae by fusing with Aga2p linked to the membrane-anchored protein, Aga1p. The surface display of CGTase was confirmed by immunofluorescence microscopy and its enzymatic ability to form ${\alpha}$-cyclodextrin from starch. The maximum surface-display of CGTase was obtained by growing recombinant S. cerevisiae at $20^{\circ}C$ and pH 6.0. S. cerevisiae cells displaying CGTase on their surface consumed glucose and maltose, inhibitory byproducts of the CGTase reaction, to enhance the purity of produced cyclodextrins. Accordingly, the experimental results described herein suggest a possibility of using the recombinant S.cerevisiae anchored with bacterial CGTase on the cell surface as a whole-cell biocatalyst for the production of cyclodextrin.
Kim, Chung-Im;Kim, Myoung-Dong;Park, Yong-Cheol;Han, Nam-Soo;Seo, Jin-Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.10
no.5
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pp.632-637
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2000
This research was undertaken to restore the biological activity of cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) of Bacillus macerans origin expressed as inclusion bodies in recombinant Escherichia coli. The optimum concentration of urea used as a denaturant was 8 M. The supplementation of 0.5 M urea into a dialysis buffer increased the refolding efficiency by preventing any protein aggregation. The influence of the protein concentration, temperature, and pH were also investigated. The protein concentration was found to be the most important factor in the refolding efficiency. The optimum temperature was 15-$25^{\circ}C$ and the optimum pH was 6.0. The maximum specific activity of the CGTase refolded under the optimum conditions was 92.2 U/mg, corresponding to 72% of the native CGTase. A comparison of the secondary structure between the native and the refolded CGTase showed that the relative ratio of the $\alpha$-helix content in the native to the refolded CGTase was 1:0.82.
Kwon, Mi-Jung;So-Lim Park;Sung-Koo Kim;Soo-Wan Nam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.12
no.6
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pp.1002-1005
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2002
The effects of GroEL/ES chaperone on the production of soluble form of B. macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) in recombinant E. coli were investigated. The cgt gene and groEL/ES genes are under the control of T7 promoter and Pzt-1 promoter, respectively. The optimal concentrations of inducers, IPTG and tetracycline, were found to be 1.0 mM and 10 ng/ml, respectively. When tetracycline and IPTG were added at the early exponential phase (2h) and exponential phase (3h) of growth, respectively, about 1.5-fold increase of soluble CGTase activity and 1.6-fold increase of soluble CGTase protein were obtained. An SDS-PAGE analysis revealed that about $37.2\%$ of total CGTase protein was in the soluble fraction when GroEL/ES chaperone was overexpressed.
The X-ray structure of the cydodextrin-glucanotransferase of Bacillus macerans was solved by molecular replacement at 2.0 ${\AA}$ resolution. The refined structure has a crystallographic R-factor of 16.6%, (R$\sub$free/ = 20.5%). A new metal binding site occupied by two Ca$\^$2+/-ions was found at an accession channel of the active site. There is a large accumulation of negative charges that bind these Ca$\^$2+/-ions, thereby connecting segment ${\beta}$13-${\alpha}$G (residue 254-276) to the main body of domain A (at ${\alpha}$H, residue 283-297). The segment 313-${\alpha}$G contains the catalytic residue Glu258 between subsite 1 and -1 and Tyr260 (subsite 2) which is located at the entrance of the active site. The Ca$\^$2+/-site 3a,b may have a major role for the activity and specificity of this CGTase, although it is not even conserved for the a-subclass of CGTases.
Cyclodextrin glucanotransferase from Bacillus stearothemophilus and Bacillus macerans synthesized maltol and ethyl maltol monoglucoside, with a series of its maltooligo-glucosides by transglycosylation with dextrin as a donor, and maltol or ethyl maltol as an acceptor. The monoglucoside formed from reaction mixture of maltol or ethyl maltol by the successive actions of Bacillus stearothemophilus cyclodextrin glucanotransferase and Rhizopus glucoamylase was isolated by Diaion HP-20 column and silica gel column chromatography. The structure of the isolated monoglucoside was identified as maltol-$\alpha$-D-glucoside and ethyl maltol-$\alpha$-D-glucoside, respectively, by FAB-MS, UV, $^1$H-NMR, $^{13}$ C-NMR spectra and products by hydrolysis with acid, $\alpha$ - and $\beta$ -glucosidases.
Alkalophilic Bacillus sp. YJ-451, which was isolated from soil at several area in Korea, produced a novel type of bacteriolytic enzyme (cell wall peptidoglycan hydrolase) extracellulary. The cell wall hydrolytic activity was identified as a clear zone on sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis containing 0.2% (w/v) cell wall of Bacillus sp. as substrate. This enzyme was successively purified 66 fold with 3.2% yield in culture broth by ammonium sulfate precipitation, CM-cellulose column chromatography, and gel filtration, followed by hydroxylapatite column chromatography. The molecular weight of the purified enzyme was estimated to be 27,000 by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis and gel filtration column chromatography. The optimum pH and temperature for the activity of the enzyme were pH 10.0 and $50^{\circ}C$, respectively. The enzyme was stable between pH 5.0 and 10.0 and up to $40^{\circ}C$. Among the microorganisms used in this experiment the enzyme was active against most of gram negative strains and the genus Bacillus such as B. megaterium, B. licheniformis, B. circulans, B. pumilus, B. macerans, B. polymyxa. The release of dinitrophenylglutamic acid but not reducing group from cell wall peptidoglycan digested by the enzyme suggested that the enzyme is a kind of peptidase which hydrolyzes the peptide bond at the amino group of D-glutamic acid in the peptidoglycan.
Park, Yong-Cheol;Kim, Chang-Sup;Kim, Chung-Im;Choi, Kyu-Hwan;Seo, Jin-Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
/
v.7
no.5
/
pp.323-328
/
1997
The recombinant Escherichia coli BL21(DE3)pLysE : pTCGT1 was grown to overproduce Bacillus macerans cyclodextrin glucanotransferase (CGTase) able to synthesize ${\alpha}$-cyclodextrin (CD) with a selectivity of 67%. A number of batch fermentations were performed to test the possibility of using lactose as an inducer of the E. coli T7 promoter system. A mixture of isopropyl ${\beta}$-D-thiogalactoside (IPTG) and lactose (1 : 1) gave a maximum CGTase activity of 2.4 U/ml, which was higher than the value obtained with induction by IPTG alone. Fed-batch fermentations involving a glucose-controlled growth period followed by a gene-expression phase with mixtures of IPTG and lactose were employed to achieve high cell density and thereby increase total CGTase activity. Optimized fed-batch fermentation using the modified inducer (IPTG : lactose=1 : 3) and 100 g/l yeast extract solution in the gene-expression phase resulted in a maximum CGTase activity of 62.9 U/ml and a final cell mass of 53.5 g/l, corresponding to a 31-fold increase in CGTase activity and a 29-fold increase in cell mass compared with the control batch fermentation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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