Endoglucanase gene of Pseudomonas sp. LBC505 was previously cloned in pUCl9 to yield plasmid pLC1. overproduction of endoglucanase was attempted by following ways. First, the endoglucanase gene of Pseudomonas sp. LBC505 cloned in pUCl9(pLC1) was tandemly inserted, step by step, into a expression vector pKK223-3 in a directly repeated form to enhance productivity of endoglucanase. Escherichia coli containing pKCC30 among the resulting plasm ids showed the higher yield of the endoglucanase. Ecoli harboring pKCC30 which had three inserted endoglucanase genes expressed about 12.3 times as much CMCase activity as Ecoli harboring pLCl. Second, the endoglucanase gene was subcloned into Bacillus subtilis expression vector pgnt41 for both overproduction and extracellular secretion of the endoglucanase. A resulting plasmid pgntc15 in Bacillus subtilis expressed 4.3-fold higher levels of CMCase activity than that of E.coli harboring pLCl and the endoglucanase produced was entirely secreted into the culture medium.
Trichoderma sp. C-4 유래의 endoglucanase 유전자(egl6)를 ADH1 promoter 하류에 연결하여 구성적 발현 plasmid인 pVT-C4를 제작하였다. 이를 3종의 S. cerevisiae숙주세포(YNN27, 2805, SEY2102)에 형질전환시켜 각 숙주세포당 80개의 형질전환체를 시험배양하여, 균체증식과 endoglucanase 발현량이 뛰어난 형질전환 효모 균주를 선별하였다. 3종의 재조합 효모를 YPD 배지에서 회분 배양했을 때, YNN27 균주가 가장 낮은 균체농도(OD$_{600}$=19)를, 2805 균주가 가장 높은 균체농도(OD$_{600}$=33)를 보였으며, 총 발현된 endoglucanase 활성은 균체농도에 의존적인 양상으로 나타나 YNN27의 경우 586 unit/l, SEY2102의 경우 1023 unit/l, 2805의 경우 1142 unit/l 순서로 증가하였다 비활성(균체농도당 endoglucanase활성 )은 세 균주 모두 31~34 unit/l/OD$_{600}$ 값을 보여 단위 균체당 발현능 차이는 거의 없었다. Plasmid 안정성은 배양 72시간에서 세 균주 모두 80% 이상의 높은 값을 보였다. 발현된 endoglucanase의 분비 국재성은 세포밖 배지에 약 80%, periplasmic space 잔존 활성이 11~13%, 세포질 분획에서의 활성이 8~10% 정도로 세 균주에서 모두 비슷한 분포를 보였다. 즉, egl6의 분비신호는 S. cerevisiae에서도 매우 효율적으로 분비 기능을 발휘하였다. 재조합 endoglucanase는 nondenaturing-PAGE 상에서 전형적인 당단백질의 disperse band를 두개 보였다. 세가지 숙주세포에 따른 재조합 endoglucanase활성 band들의 이동상의 차이는 거의 나타나지 않고, 당쇄부가 양상은 야생형보다 훨씬 더 복잡하고 불균일하게 발생했음을 알 수 있었다.수 있었다.
We attempted simultaneous expression of genes coding for endoglucanase and $\beta $-glucosidase from Pseudomonas sp. by using a synthetic two-cistron svstem in Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae. Two-cistron system, 5'--tac promoter-endoglucanase gene--$\beta $-glucosidase gene-- 3', 5'-tac promoter--$\beta $-glucosidase gene--endoglucanase gene--3' and 5'-tac promoter--endoglucanase gene--SD sequence--$\beta $-glucosidase gene--3, were constructed, and expressed in E. coli and S. cerevisiae. The E. coli and S. cerevisiae contained two-cistron system produced simultaneously endoglucanase and $\beta $-glucosidase. The recombinant genes contained the bacterial signal peptide sequence produced low level of endoglucanase and $\beta $-glucosidase in S. cerevisiae transformants: Approximately above 44% of two enzymes was localized in the intracellular fraction. The production of endoglucanase and $\beta $-glucosidase in veast was not repressed in the presence of glucose or cellobiose. The veast strain contained recombinant DNA with two genes hydrolyzed carboxvmethyl cellulose, and these endoglucanase and $\beta $-glucosidase degraded CMC synergistically to glucose, cellobiose and oligosaccharide. This result suggests the possibility of the direct bioconversion of cellulose to ethanol by the recombinant yeast.
To examine whether the signal sequence of Bacillus endo-1, 4-glucanase can act functionally in a yeast, a lower eucaryote, two recombinant plasmids were constructed and introduced into Saccharomyces cerevisiae: recombinant plasmid pGCMC10 containing the complete signal sequence of Bacillus endoglucanase, and pGCMC11 without the signal sequence. Secretion of endoglucanase into culture medium was obtained with the yeast transformant containing plasmid pGCMC10. The secreted endoglucanase was glycosylated and was apparently processed to be about 36 kilodaltons (KDa) and 43KDa proteins. The glycosylated endoglucanase from yeast transformant was more thermostable than the nonglycosylated endoglucanase from Escherichia coli transformant.
Improvement of endoglucanase activity was accomplished by utilizing error-prone rolling circle amplification, supplemented with 1.7 mM $MnCl_2$. This procedure generated random mutations in the Bacillus amyloliquefaciens endoglucanase gene with a frequency of 10 mutations per kilobase. Six mutated endoglucanase genes, recovered from six colonies, possessed endoglucanase activity between 2.50- and 3.12-folds higher than wild type. We sequenced these mutants, and the different mutated sites of nucleotides were identified. The mutated endoglucanase sequences had five mutated amino acids: A15T, P24A, P26Q, G27A, and E289V. Among these five substitutions, E289V was determined to be responsible for the improved enzyme activity. This observation was confirmed with site-directed mutagenesis; the introduction of only one mutation (E289V) in the wild-type endoglucanase gene resulted in a 7.93-fold (5.55 U/mg protein) increase in its enzymatic activity compared with that (0.7 U/mg protein) of wild type.
소나무잔나비버섯(Fomitopsis pinicola MKACC 54347)의 균사체로부터 endoglucanase를 생산하기 위한 최적 배양조건을 조사하였다. 복합배지 중 MSM이 가장 높은 endoglucanase 활성을 나타내었으며, MSM의 성분과 농도를 각각 2.0% CMC, 2.0% yeast extract, 0.2% $KH_2PO_4$, 0.03% $MnSO_4$ 및 0.3% trace metal 용액으로 첨가하였을 때 효소활성이 가장 우수하였다. 따라서 F. pinicola로부터 endoglucanase를 생산하기 위한 최적 배지조건은 2.0% CMC, 2.0% yeast extract, 0.2% $KH_2PO_4$, 0.03% $MnSO_4$ 및 0.3% trace metal 용액이다. 이상의 배지를 사용하여 배양온도 $25^{\circ}C$에서 8일 동안 배양하였을 때 최대로 효소 활성이 나타내는 것을 확인하였다. CMC를 기질로 사용한 activity staining의 결과를 통해 F. pinicola 균사체의 endoglucanase 활성여부를 확인할 수 있었으며 그 분자량이 43-70 kDa 임을 확인하였고, 배양액 중의 효소활성의 최적 pH와 온도는 각각 pH 5.0과 $55^{\circ}C$인 것으로 나타났다.
한지로 된 고서적의 가수분해가 Trichoderma viride로부터 분리한 endoglucanase I, exoglucanase II와 endo-exo혼합효소 (I:I, weight ratio)에 의하여 수행되었다. Endoglucanase I, exoglucanase II와 endo-exo혼합효소에 의한 가수분해 최적pH는 각각 4.5, 5.5, 5.0으로 나타났다. 이들 결과들은 지류문화재의 열화가 산성조건에서 셀룰라아제의 활성을 증가시켜 촉진될 수 있음을 보여준다. 또한 이들 효소들에 의한 분해에 있어서 최적 분해온도는 모두 5$0^{\circ}C$를 보여주었다. 고서적의 재생펄프를 이들 효소로 처리했을 때 수율(yield)과 물리적 강도(physical strength)를 살펴보면, 수율은 이들 효소의 농도 증가와 함께 감소함을 보여 주었다. 특히 endo-exo혼합효소로 처리했을 때 가장 낮은 값을 보여 주었다. 이는 endo성분과 exo성분의 협동작용(synergistic action)에 의한 것으로 생각할 수 있다. 물리적 강도는 exo II로 처리했을 경우 농도 증가에 따라 향상됨을 보여 주었으며, exoglucanase II와 endo-exo혼합효소로 처리했을 경우는 농도에 따라 감소함을 보여 주었다. 이들 결과들은 고서적의 분해(열화)가 endoclucanase에 의한 것임을 보여 준다. 즉 지류문화재의 물리적 강도를 저하시키는 주요 성분 효소는 endoglucanase이며 지류문화재의 효과적인 보존을 위해서는 endoglucanase성분의 활성을 억제시킬 필요가 있다.
A ${\beta}$-1,4-endoglucanase gene from Bacillus subtilis H12 was cloned into Escherichia coli JM109 (pBC8) and sequenced. The endoglucanase gene with an insert DNA of 2.5 kb possessed an open reading frame of 1,500 bp encoding a mature protein of 499 amino acids with a calculated molecular mass of 55 kDa. The deduced amino acid sequence showed similarity to those of the known neutral cellulase genes of B. subtilis PAP115 (99.2%) and BSE616 (97.8%), as well as the alkaline gene of Bacillus sp. N4 (55.1%). The endoglucanase activity expressed by E. coli (pBC8) was localized in the periplasmic fraction (80%) and the cytoplasmic fraction (20%). An endoglucanase was purified from the periplasmic fraction by performing gel filtration and anion exchange chromatography. The molecular weight of the purified enzyme was estimated to be 31 kDa by SDS-PAGE, and the maximum activity occurred at pH 7 and $40^{\circ}C$. The enzyme easily hydrolyzed soluble substrates such as carboxymethyl cellulose and barely ${\beta}$-glucan, whereas the sigmacell and xylan, the known insoluble substrates, were not entirely hydrolyzed.
신문고지를 Trichoderma viride로부터 분리한 end doglucanase, exoglucanase와 이들의 혼합분 (1:1) 으로 탈묵시킨 후 효소놓도에 따른 수율, 백색도, 및 물리적 강도를 알아 보았다. 수율은 효소의 농도 증 가에 따라 감소함을 보여 주었으며, 특히 endo-exo 혼합분(1:1)으로 처리했을 경우 더욱 낮아졌다. 이 는 endo-exo의 상호 협동작용에 대한 가수분해율의 증가 때문이라 생각된다. 백색도는 endo-exo 혼합 분(1:1)으로 처리했을 때 가장 높게 나타났으며, 최 대 값은 효소 농도 O.Smg/mL에서 나타났다. 또한 exoglucanase로 처리한 것에서는 가장 낮은 값을 보여주였다. 물리적 강도에 있어서는 exoglucanase 로 처리 했을 경우 가장 높게 나타났으며, 효소놓도 에 따라 물리적 강도가 증가함을 보여 주였다. 그리 고 endo와 endo-exo 혼합분0:1)으로 처리했을 경 우는 농도에 따라 감소함을 보여주었다. 그리고 e endoglucanase와 exoglucanase의 조합(12:1, 8:1, 4 4:1, 1:1, 1:4, 1:8, 1:12)에 있어서의 수율, 백색 도, 및 물리적 강도를 알아 보았는데, 최대 탈묵 조 건은 endoglucanase와 exoglucanase의 비가, 수율 에 있에서는 4: 1, 백색도에서는 12: 1, 인장 강도는 4 4: 1, 파열 강도는 12: 1, 그리고 인열 강도는 8:1일 때였다. 즉 endoglucanase성분이 exoglucanase성 분보다 많을 때 백색도, 불리척인 강도가 높게 나타 나는 것을 알 수 있었다. 이들 결과로부터 탈묵은 주 로 endoglucanase의 action에 주로 의존한다는 것 을 알 수 있었다 .. crude cellulase에서 exoglucana ase가 차지하는 비율은 600/0 (wt%) 이상이다. 그러 므로 보다 효율적인 탈묵이 이루어지기 위해서는 e exoglucanase의 action을 억제시켜주어야 할 필요 가있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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