Bacillus licheniformis was grown in minimal nutrient medium containing 1% (w/v) of distillers dried grain with soluble (DDGS), palm kernel meal (PKM), wheat bran (WB) or copra meal (CM), and the enzyme activity of endoglucanase, ${\beta}$-glucosidase, xylanase and reducing sugars was measured to investigate a possibility of using cost-effective agricultural residues in producing cellulolytic and hemicellulolytic enzymes. The CM gave the highest endoglucanase activity of 0.68 units/mL among added substrates at 48 h. CM yielded the highest titres of 0.58 units/ml of ${\beta}$-glucosidase, compared to 0.33, 0.23, and 0.16 units/mL by PKM, WB, and DDGS, respectively, at 72 h. Xylanase production was the highest (0.34 units/mL) when CM was added. The supernatant from fermentation of CM had the highest reducing sugars than other additional substrates at all intervals (0.10, 0.12, 0.10, and 0.11 mg/mL respectively). It is concluded that Bacillus licheniformis is capable of producing multiple cellulo- and hemicellololytic enzymes for bioethanol production using cost-effective agricultural residues, especially CM, as a sole nutrient source.
Endoglucanase gene of Pseudomonas sp. LBC505 was previously cloned in pUC19 to yield plasmid pLCl. The Pseudomonas sp. LBC505 endoglucanase gene was subcloned in a temperature-regulated Es-cherichia coli expression vector, pAS1, containing the leftward promoter $P_L$ of bacteriophage lambda. The level of gene expression was controlled by the thermal inactivation of the heat-sensitive lambda cI857 repressor. Best yield of endoglucanase was obtained by lowering the incubation temperature to $37^{\circ}C$ after induction at $42^{\circ}C$ for 1h. Under these conditions enzyme production continued for about 5h at a gradually decreasing rate. Ecoli harboring recombinant plasmid pASC10 expressed 4.3 times as much CMCase activity as E.coli containing pLCl. To enhance the expression level of endogl, ucanase gene, we have also changed the presumptive Shine-Dalgamo sequence (AGAGGT) of the gene to consensus sequence (AGGAGGT) by site-directed mutagenesis. The genes mutated were subcloned in pASl resulting in the formation of recombinant plasmid pASS50. E.coli harboring the plasmid pASS50 expressed 6.2-fold higher levels of CMCase activity than that of E.coli harboring pLC1.
The carbohydrate-binding module (CBM) is an important domain of most cellulases that plays a key role in the hydrolysis of cellulose. The neutral endoglucanase (EG1) gene was reconstructed. A redesigned endoglucanase, named EG2, was constructed with a CBM containing a linker from Corticium rolfsii (GenBank Accession No. D49448). The redesigned EG genes were expressed in Escherichia coli, and their characteristics are discussed. Results showed that the degradation of cellulose by EG2 was about double that by EG1. The specific activities of EG1 and EG2 were tested under optimal conditions, and EG2 had higher activity ($169.1{\pm}2.74$ U/mg) toward CMC-Na than did EG1 ($84.0{\pm}1.98$) in the process of cellulose degradation. The optimal pH and temperature, pH stability, and heat stability of EG1 and EG2 were similar. Results indicated that the CBM plays an essential role in the hydrolysis of cellulose. We can improve EG's catalytic power by adding the CBM from Corticium rolfsii.
The CMCax gene from Acetobacter xylinum ATCC 23769 was cloned and expressed in E. coli. With this gene, three gene products - mature CMCax, CMCax containing signal peptide(pre-CMCax), and a glutathione-S-transferase(GST)-CMCax fusion enzyme - were expressed. CMCax and pre-CMCax are aggregated to multimeric forms which showed high CMC hydrolysis activity, whereas GST-CMCax was less aggregated and showed lower activity, indicating that oligomerization of CMCax controbutes to the cellulose hydrolysis activity to achieve greater efficiency. The enzyme was identified to be an $\beta$-1,4-endoglucanase, which catalyzes the cleavage of internal $\beta$-1,4-glycosidic bonds of cellulose. The reaction products, cellobiose and cellotriose, from cellopentaose as a substrate, were identified by HPLC. Substrate specificity of cellotetraose by this enzyme was poor, and the reaction products consisted of glucose, cellobiose, and cellotriose in a very low yield. Theses results suggested that cellopentaose might be the oligosaccharide substrate consisting of the lowest number of glucose. The optimum pH of CMCax and pre CMCax was about 4.5, whereas that of GST-CMCas was rather broad at pH 4.5-8. The physiological significance of cellulose-hydrolyzing enzyme, CMCax, having such low $\beta$-1,4-endoglucanase activity and low optimum pH in cellulose-producing A. xylinum is not clearly known yet, but it seems to be closely related to the production of cellulose.
Trichoderma sp. C-4의 배양액으로부터 한 종류의 endoglucanase(F-II-II)를 Sephacryl S-200 및 Sephacryl S-100 chromatography를 통하여 분리하였다. 분리된 효소는 SDS-PAGE및 isoelectric focusing을 통하여 단일 band로 나타났으며, 분자량이 26,000, 등전점이 8.0으로 나타났다. 이 효소의 반응 최적온도와 최적 pH는 각각 $50^{\circ}C$, 5.0 이었으며, $50^{\circ}C$에서 24시간 동안 안정하였다. 분리된 효소의 carboxymethylcellulose에 대한 specific activity는 776.2 U/mg protein으로 나타났다. 이 효소의 아미노산 조성을 조사하였다. 효소를 trypsin으로 가수분해한 후 분해산물에 대한 단백질서열 분석을 행하였다. 그 결과 이 효소의 서열은 현재까지 밝혀진 다른 단백질과 homology를 갖지 않음이 확인되었다. 이 효소는 그 specific activity가 대단히 높고 아직 보고되지 않은 novel protein일 가능성이 대단히 높기 때문에 좋은 유전자 자원이 될 것으로 사료되었다.
국내에서 분리된 우수섬유소분해 균주인 Trichodema sp. C-4가 생성하는 endoglucanase 중하나를 $(NH_4)_2SO_4$ 침전, Sephacryl S-200 gel filtration, DEAE-Sepharose A-50 ion exchange, Mono-P chromatofocusing (EPLC)의 단계로 정제하고 이를 F-I-III라 명명하였다. 분리된 효소 F-I-III는 분자량 56,000Da, 둥전점 4.9로 측정된 단일 단백질이었다. F-I-III는 $55^{\circ}C$에서 가장 높은 활성을 보였으며, pH 5.0이 반응 최적 조건이었다. $50^{\circ}C$에서 24시간 동안 안정하였으며, pH 4-7의 범위에서 안정하였다. CMC에 대한 비활성은 315.4U/mg 이었으며, PNPG2에 대한 Km 값은 2.69 mM이었다. 이 효소는 같은 균주에서 분리한 다른 endoglucanase와 exoglucanase를 섞었을 때 결정형 섬유소인 Avicel분해에 대한 상승효과를 보였다. $Mg^{2+},\;CO^{2+},\;Fe^{2+},\;Ca^{2+},\;CS^+,\;Li^+$ 등의 이온은 1 mM의 농도에서 효소의 활성에 큰 영향을 미치지 않았고, 1 mM의 환원제 (cystein, EDIA, \beta-mercaptoethanol, dithiothreitol(DTT), L-ascorbic acid)들은 효소의 활성을 증가시켰다. E-I-III의 N-말단 서열을 분석하여 QPGTSTPEVHPKKLTTYK의 서열을 얻었다. 이는 Trichodema reesei의 endoglucanase인 EGI과 $95\%$의 유사도를나타내었다. 분리된 효소 F-I-III는 높은 비활성을 가지고 있어서 활용가치가 높을 것으로 사료되었다.
The $\beta$-1,4-endoglucanase gene from Actinomyces sp. 40 was cloned into Escherichia coli DH5$\alpha$ with pUC19. Chromosomal DNA from Actinomyces sp. 40 was cleaved with the restriction enzyme Sau3AI and ligated into pUC19 for the transformation of Escherichia coli DH5$\alpha$. Positive clones of $\beta$-1,4-endoglucanase gene were detected as the clear zones on a medium supplemented with carboxymethylcellulose (CMC). This transformant possessed a single plasmid, designated pDS1, which contained the vector DNA and a 3.5 kilobase (kb) Sau3AI insertion fragment encoding endoglucanase. The size of the cloned fragment was reduced to 2.0 kb. The endoglucanase activity produced by the E. coli DH5$\alpha$ (pDS6) was higher than that of Actinomyces sp. 40 strain. The optimum pH and temperature of the cloned enzyme were pH 4.0$\sim$5.0 and 55$^{\circ}C$, respectively. The cloned enzyme was stable at 55$^{\circ}C$ or below and in buffer ranging from pH 4.0 to 7.0. The enzyme degraded CMC but did not degrade xylan, cellobiose, and methyl-umbelliferylcellobiopyranoside (MUC).
Overproduction of intracellular ${\beta}$-glucosidase was attempted by modifying the promoter region of a ${\beta}$-glucosidase gene cloned from Cellulomonas fimi and expressing it in Bacillus subtilis DB 104. A strong engineered promoter, BJ27UΔ88, was fused to the ${\beta}$-glucosidase gene after removing its native promoter. An effective Shine-Dalgamo sequence (genel0 of phage T7) was inserted between the promoter and the ${\beta}$-glucosidase structural gene. The modified gene was overexpressed in B. subtilis and produced 1121.5 units of ${\beta}$-glucosidase per mg protein which is about $12\%$ of total intracellular protein. Secretion of overproduced intracellular ${\beta}$-glucosidase was attempted by using the signal sequence of the Bacillus endoglucanase gene as well as an in-frame hybrid protein of endoglucanase. The hybrid protein was normally secreted into the culture medium and still retained ${\beta}$-glucosidase activity.
Chun Chang Zoon;Park Heum Gi;Hur Sung Bum;Kim Young Tae
한국양식학회지
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제9권4호
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pp.453-459
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1996
Cellulase was purified from marine rotifer, Brachionus plicatilis, to homogeneity by using chromatographic methods. Purified enzyme is an endo-${\beta}$-1,4 glucanase and shows a strong hydrolytic activity against carboxymethyl (CM) -cellulose. The physicochemical parameters of enzyme activity were determined. The molecular weight of the purified protein was approximately 62 kDa as determined by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis. The enzymatic capability to digest cellulose of Chlorella cell wall was compared with that of other well known cellulases from Thermomonospora fusca. Experiments involving Chlorella digestion indicated that CM-cellulase from marine rotifer, Brachionus plicatilis, could digest Chlorella very efficiently while cellulase purified from Thermomonospora fusca did not. From the result here, we propose that the cellulolytic system from marine rotifer is responsible for the hydrolysis of cellulosic wall of Chlorella, probing that rotifer digests Chlorella as a major live food.
Seo, J.K.;Park, T.S.;Kwon, I.H.;Piao, M.Y.;Lee, C.H.;Ha, Jong K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제26권1호
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pp.50-58
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2013
A facultative bacterium producing cellulolytic and hemicellulolytic enzymes was isolated from the rumen of a native Korean goat. The bacterium was identified as a Bacillus licheniformis on the basis of biochemical and morphological characteristics and 16S rDNA sequences, and has been designated Bacillus licheniformis JK7. Endoglucanase activities were higher than those of ${\beta}$-glucosidase and xylanase at all temperatures. Xylanase had the lowest activity among the three enzymes examined. The optimum temperature for the enzymes of Bacillus licheniformis JK7 was $70^{\circ}C$ for endoglucanase (0.75 U/ml) and $50^{\circ}C$ for ${\beta}$-glucosidase and xylanase (0.63 U/ml, 0.44 U/ml, respectively). All three enzymes were stable at a temperature range of 20 to $50^{\circ}C$. At $50^{\circ}C$, endoglucanse, ${\beta}$-glucosidase, and xylanase had 90.29, 94.80, and 88.69% residual activity, respectively. The optimal pH for the three enzymes was 5.0, at which their activity was 1.46, 1.10, and 1.08 U/ml, respectively. The activity of all three enzymes was stable in the pH range of 3.0 to 6.0. Endoglucanase activity was increased 113% by $K^+$, while $K^+$, $Zn^+$, and tween 20 enhanced ${\beta}$-glucosidase activity. Xylanase showed considerable activity even in presence of selected chemical additives, with the exception of $Mn^{2+}$ and $Cu^{2+}$. The broad range of optimum temperatures (20 to $40^{\circ}C$) and the stability under acidic pH (4 to 6) suggest that the cellulolytic enzymes of Bacillus licheniformis JK7 may be good candidates for use in the biofuel industry.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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