키틴과 그 탈아세틸화된 형태인 키토산은 지구 상에 가장 풍부하게 존재하는 바이오매스의 하나이다. 키틴과 키토산은 항균활성, 면역증강, 중금속 흡착 등 다양한 생리활성을 보이고 있으며 식품, 의약품, 환경산업 등에서 다양하게 응용되고 있다. 이러한 키틴/키토산을 가수분해하는 효소들과 그 3차구조, 유전자들이 세균, 고세균, 진핵생물등 모든 생물종에서 보고되어 왔다. 탄수화물을 가수분해하는 효소들은 그 아미노산 서열에 따라 CAZy (Carbohydrate Active Enzymes) 데이터베이스에 분류되었는데 흥미롭게도 최근까지 키틴가수분해효소와 키토산가수분해효소들은 14개의 glycosyl hydrolase (GH) family들로 분류되어 있다(GH2, GH5, GH7, GH8, GH18, GH19, GH20, GH46, GH48, GH73, GH75, GH80, GH84, GH85). 본 총설에서는 새로운 유전자원를 찾기위한 한 방편으로서 최근에 새롭게 분류된 glycosyl hydrolase family의 분류법에 따라 각각의 GH family에 속하는 키틴/키토산가수분해효소의 종류 및 구조, 그리고 그 효소적 특징에 대하여 논하고자 한다.
The hydrolysis of biomass to fermentable sugar (saccharification) and to oligosaccharide is an essential process in biotechnology including biorefinery and biofood. Various macroalgae are commercially cultivated in several Asian countries as a useful resource for food and agar production. Agar is a major component of the cell walls of red algae that can be hydrolyzed by agarase. Agarases are classified into ${\alpha}$-agarase (E.C. 3.2.1.158) and ${\beta}$-agarase (E.C. 3.2.1.81) according to the cleavage pattern and grouped in the glycoside hydrolase (GH) family (GH-16, GH-58, GH-86, GH-96, and GH-118) based on the amino acid sequences of the proteins. Agarases have been isolated from various bacteria found in seawater and marine sediments. To increase productivity of the enzyme, a research on recombinant enzymes has been done. The application of recombinant agarase can be possible in the various filed such as energy, food, cosmetics, medical and so on. This paper reviews the source, biochemical characteristics and production system of recombinant agarases for further study.
A novel ${\alpha}-glucoside$ hydrolase (named PspAG97A) from glycoside hydrolase family 97 (GH97) was cloned from the deep-sea bacterium Pseudoalteromonas sp. K8, which was screened from the sediment of Kongsfjorden. Sequence analysis showed that PspAG97A belonged to GH97, and shared 41% sequence identity with the characterized ${\alpha}-glucoside$ BtGH97a. PspAG97A possessed three key catalytically related glutamate residues. Mutation of the glutamate residues indicated that PspAG97A belonged to the inverting subfamily of GH97. PspAG97A showed significant reversibility against changes in salt concentration. It exhibited halophilic ability and improved thermostability in NaCl solution, with maximal activity at 1.0 M NaCl/KCl, and retained more than 80% activity at NaCl concentrations ranging from 0.8 to 2.0 M for over 50 h. Furthermore, PspAG97A hydrolyzed not only ${\alpha}-1,4-glucosidic$ linkage, but also ${\alpha}-1,6-$ and ${\alpha}-1,2-glucosidic$ linkages. Interestingly, PspAG97A possessed high catalytic efficiency for long-chain substrates with ${\alpha}-1,6-linkage$. These characteristics are clearly different from other known ${\alpha}-glucoside$ hydrolases in GH97, implying that PspAG97A is a unique ${\alpha}-glucoside$ hydrolase of GH97.
이전 연구에서 저자들이 Glycoside hydrolase family 50 (GH-50)과 GH-118 ${\beta}$-agarase들의 발현과 특성을 보고한 Agarivorans sp. JA-1 균주로부터 신규의 GH-16 ${\beta}$-agarase를 보고하고자 한다. 본 유전자는 1,362 염기쌍으로 구성되어 있으며, 453 아미노산 잔기로 구성된 49,830 Da의 단백질을 암호화한다. 본 효소는 Pseudoalteromonas sp. CY24 유래의 GH-16 ${\beta}$-agarase와 98%의 염기서열 상동성과 99%의 아미노산서열 상동성을 나타냈다. 신호서열을 제외한 429 아미노산으로 구성된 성숙단백질에 해당하는 유전자를 E. coli BL21 (DE3) 세포에서 재조합 발현시킨 후, 친화성 크로마토그래피로 효소를 정제하였다. 정제된 효소는 $40^{\circ}C$와 pH 5.0에서 67.6 U/mg의 최적 활성을 보였다. 아가로스를 기질로 한 효소분해산물의 박막크로마토그래피 분석결과, neoagarohexaose와 neoagarotetraose가 주산물로 생산되는 것을 알 수 있었다. 본 효소는 기능성 한천올리고당의 산업적 생산에 활용 가능할 것으로 기대된다.
Nguyen, Khanh Hoang Viet;Dao, Trong Khoa;Nguyen, Hong Duong;Nguyen, Khanh Hai;Nguyen, Thi Quy;Nguyen, Thuy Tien;Nguyen, Thi Mai Phuong;Truong, Nam Hai;Do, Thi Huyen
Animal Bioscience
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제34권5호
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pp.867-879
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2021
Objective: Fibronectin 3 (FN3) and immunoglobulin like modules (Ig) are usually collocated beside modular cellulase catalytic domains. However, very few researches have investigated the role of these modules. In a previous study, we have sequenced and analyzed bacterial metagenomic DNA in Vietnamese goats' rumen and found that cellulase-producing bacteria and cellulase families were dominant. In this study, the properties of modular cellulases and the role of a FN3 in unique endoglucanase belonging to glycosyl hydorlase (GH) family 5 were determined. Methods: Based on Pfam analysis, the cellulases sequences containing FN3, Ig modules were extracted from 297 complete open reading frames (ORFs). The alkaline, thermostability, tertiary structure of deduced enzymes were predicted by AcalPred, TBI software, Phyre2 and Swiss models. Then, whole and truncated forms of a selected gene were expressed in Escherichia coli and purified by His-tag affinity column for assessment of FN3 ability to enhance enzyme activity, solubility and conformation. Results: From 297 complete ORFs coding for cellulases, 148 sequences containing FN3, Ig were identified. Mostly FN3 appeared in 90.9% beta-glucosidases belonging to glycosyl hydrolase family 3 (GH3) and situated downstream of catalytic domains. The Ig was found upstream of 100% endoglucanase GH9. Rarely FN3 was seen to be situated downstream of X domain and upstream of catalytic domain endoglucanase GH5. Whole enzyme (called XFN3GH5 based on modular structure) and truncate forms FN3, XFN3, FN3GH5, GH5 were cloned in pET22b (+) and pET22SUMO to be expressed in single and fusion forms with a small ubiquitin-related modifier partner (S). The FN3, SFN3 increased GH5 solubility in FN3GH5, SFN3GH5. The SFN3 partly served for GH5 conformation in SFN3GH5, increased modules interaction and enzyme-soluble substrate affinity to enhance SXFN3GH5, SFN3GH5 activities in mixtures. Both SFN3 and SXFN3 did not anchor enzyme on filter paper but exfoliate and separate cellulose chains on filter paper for enzyme hydrolysis. Conclusion: Based on these findings, the presence of FN3 module in certain cellulases was confirmed and it assisted for enzyme conformation and activity in both soluble and insoluble substrate.
Fomitopsis palustris, a brown-rot basidiomycete, causes the most destructive type of decay in wooden structures. In spite of its great economic importance, very little information is available at the molecular level regarding its complex decay process. To address this, we generated over 3,000 expressed sequence tags (ESTs) from a cDNA library constructed from F. palustris. Clustering of 3,095 high-quality ESTs resulted in a set of 1,403 putative unigenes comprising 485 contigs and 918 singlets. Homology searches based on BlastX analysis revealed that 78% of the F. palustris unigenes had a significant match to proteins deposited in the nonredundant databases. A subset of F. palustris unigenes showed similarity to the carbohydrateactive enzymes (CAZymes), including a range of glycosyl hydrolase (GH) family proteins. Some of these CAZyme-encoded genes were previously undescribed for F. palustris but predicted to have potential roles in biodegradation of wood. Among them, we identified and characterized a gene (FpCel45A) encoding the GH family 45 endoglucanase. Moreover, we also provided functional classification of 473 (34%) of F. palustris unigenes using the Gene Ontology hierarchy. The annotated EST data sets and related analysis may be useful in providing an initial insight into the genetic background of F. palustris.
최근, 본 연구진은 담수 환경 유래 한천 분해 세균인 Cellvibrio sp KY-GH-1 (KCTC13629BP)의 전체 유전체 염기 서열을 분석하여 아가로오스를 L-AHG 및 D-갈락토오스로 가수분해시키는 아가레이즈들을 암호화하는 유전 정보를 탐색하였다. 그 결과, KY-GH-1 균주는 유전체 상의 약 77 kb 길이의 아가레이즈 유전자 클러스터 내에 9개의 β-아가레이즈 유전자들과 2개의 α-네오아가로비오스 가수분해효소(α-NABH) 유전자들을 지닌 것으로 나타났다. 이러한 유전자 정보를 바탕으로 KY-GH-1 균주가 한천을 탄소원으로 자화하기 위해 단량체인 L-AHG와 D-갈락토오스로 분해시키는 공정은, 엔도형 GH16 β-아가레이즈, 엔도형 GH86 β-아가레이즈 등에 의해 개시되어 NA4, NA6, NA8 등을 생성시킨 후, 이들에 대해 엑소형 GH50 β-아가레이즈가 추가로 작용하여 NA2를 생성시키고, 이어서 GH117 α-NABH가 작용하여 생성된 NA2를 단량체 L-AHG와 D-갈락토오스로 분해함으로써 종결되는 것으로 예측되었다. 대장균 발현 시스템과 PET-30a 벡터를 함께 사용하여, KY-GH-1 균주 유래의 GH50 패밀리 β-아가레이즈 유전자들(GH50A, GH50B, GH50C)과 GH117 패밀리 α-NABH 유전자들(GH117A α-NABH, GH117B α- NABH)을 발현시켜 His-태그 재조합 효소단백질들로 확보하여, 이들 효소단백질을 이용하여 효소 활성을 비교 분석한 결과, 재조합 GH50A β-아가레이즈가 세 개의 GH50A 패밀리 β-아가레이즈 동위효소들 중에서 가장 높은 엑소형 β-아가레이즈 활성을 나타내며, 또한 재조합 GH117A α-NABH가 NA2를 L-AHG와 D-갈락토오스로 강력하게 가수분해할 수 있으나 재조합 GH117B α-NABH는 NA2 가수분해 활성이 없음을 확인하였다. 연이어 GH50A β-아가레이즈 및 GH117A α-NABH의 효소 특성을 추가로 조사하였다. 아울러 이들 각 효소가 나타내는, 아가로오스를 분해하여 NA2를 생성시키는 효율성과 NA2를 분해하여 L-AHG 및 D-갈락토오스를 생성시키는 효율성을 평가하였다. 본 총설에서는, L-AHG 및 D-갈락토오스의 양산을 위한 아가로오스의 효소적 가수분해에 성공적으로 활용될 수 있을 것으로 기대되는, 담수 유래 한천 분해 세균 Cellvibrio sp. KY-GH-1 유래의 재조합 GH50A β-아가레이즈 및 GH117A α-NABH의 장점들에 대해 기술한다.
The first Indian transgenic fish was generated in 1991 using borrowed constructs from foreign sources. To construct transformation vectors for the indigenous fishes, growth hormone genes of rohu (r-CH), Labeo rohita and catfish, Heteropneustes fossilis were isolated, cloned and sequenced; their fidelity was confirmed in prokaryotic and eukaryotic systems. A vector was constructed with grass carp b-actin promoter driving the expression of r-GH. Rohu eggs are large. fragile and swell 2~3 times. when fertilized. Hence they were amenable only for electroporated sperm-mediated gene transfer. Accordingly, the sperm electroporation technique was standardized to ensure 25% hatchling survival and 37% Presumptive transgenics without suffering any deformity. Southern analysis confirmed genomic integration in 15% of the tested individuals (Ti) belonging to family lines 2 and 3: another 25% of the Juveniles (Te) were also proved transgenic but with the transgene persisting extrachromosomally for longer than 1 to 2 years. perhaps due to the presence of replicon in the vector. Transgenics belonging to different family lines grew 6~8 times faster than the respective controls. Difference in growth trends of Ti and Te within a family line was not significant. In the Ti family 3 remarkable growth acceleration was sustained for a period longer than 36 weeks but in those of family 2, it gradually decreased. All transgenic fishes including the rohu converted the food at a significantly higher efficiency. Barring the transgenic mudloach, all the other transgenic fishes consumed food at significantly reduced rate.
The mitogen-activated protein kinase (MAPK) cascade is one of the major and evolutionally conserved signaling pathways and plays pivotal role in the regulation of stress and developmental signals in plants. Here, a novel gene, termed Gossypium hirsutum MAPK (GhMAPK), was isolated from cotton. The full-length cDNA of GhMAPK encodes for a 372 amino acid protein that contains all 11 of the MAPK conserved subdomains and the phosphorylationactivation motif, TEY. Amino acid sequence alignment revealed that GhMAPK shared high identity with group-C MAPK in plants and showed 83~89% similarities with MAPKs from Arabidopsis, apricot, pea, petunia, and tobacco. Southern blot analysis indicated that the GhMAPK belonged to a multygene family in cotton. Two introns were found within the region of genomic sequence. Northern blot analysis revealed that the transcripts of GhMAPK accumulated markedly when the cotton seedlings were subjected to various abiotic stimuli such as wounding, cold (4$^{\circ}C$), or salinity stress; Furthermore, GhMAPK was upregulated by the exogenous signaling molecules, such as salicylic acid (SA) and hydrogen peroxide ($H_2O_2C$), as well as pathogen attacks. These results indicate that the GhMAPK, which has a high degree of identity with group-C plant MAPKs, may also play an important role in response to environmental stresses.
Roh, Sang-Gun;Lee, Hong-Gu;Phung, Long Thang;Hidari, Hisashi
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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제15권5호
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pp.757-766
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2002
Growth hormone-releasing peptide-2 (GHRP-2, also named KP102) is a new hexapeptide of a series of synthetic growth hormone-releasing peptides (GHRPs) which stimulates the secretion of growth hormone (GH) in vitro and in vivo in several species including calf, sheep and pig. The GH-releasing activity of GHRP-2 is two to three times more effective than that of the original GHRP-6, and GHRP-1 in the rats and humans. To date, GHRP-2 seems to be the most potent member of the family of GHRPs. Since the GHRPs are short peptides (5-7 amino acid residues), they are synthesized easily and are not as readily degraded in plasma as GHreleasing hormone (GHRH). These features ameliorate their potential on domestic animals because of their chemical nature the GHRPs are efficacious when administered i.v. orally or orally. However, studies in cow, pig and sheep do not indicate such a close relationship between GHRH, somatostatin (SS) and GH, calling into question the general applicability of the human and rat models. Perhaps there is an important role for an endogenous GHRP in the regulation of GH secretion in domestic animals. This review provides an overview on the current knowledge of physiological role of GHRP-2 in domestic animals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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