Kim, Soo-Jin;Lee, Chang-Muk;Kim, Min-Young;Yeo, Yun-Soo;Yoon, Sang-Hong;Kang, Han-Cheol;Koo, Bon-Sung
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.17
no.6
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pp.905-912
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2007
A novel ${\beta}-glucosidase$ gene, bglA, was isolated from uncultured soil bacteria and characterized. Using genomic libraries constructed from soil DNA, a gene encoding a protein that hydrolyzes a fluorogenic analog of cellulose, 4-methylumbelliferyl ${\beta}-D-cellobioside$ (MUC), was isolated using a microtiter plate assay. The gene, bglA, was sequenced using a shotgun approach, and expressed in E. coli. The deduced 55-kDa amino acid sequence for bglA showed a 56% identity with the family 1 glycosyl hydrolase Chloroflexus aurantiacus. BglA included two conserved family 1 glycosyl hydrolase regions. When using $p-nitrophenyl-{\beta}-D-glucoside$ (pNPG) as the substrate, the maximum activity of the purified ${\beta}-glucosidase$ exhibited at pH 6.5 and $55^{\circ}C$, and was enhanced in the presence of $Mn^{2+}$. The $K_m\;and\;V_{max}$ values for the purified enzyme with pNPG were 0.16 mM and $19.10{\mu}mol/min$, respectively. The purified BglA enzyme hydrolyzed both pNPG and $p-nitrophenyl-{\beta}-D-fucoside$. The enzyme also exhibited substantial glycosyl hydrolase activities with natural glycosyl substrates, such as sophorose, cellobiose, cellotriose, cellotetraose, and cellopentaose, yet low hydrolytic activities with gentiobiose, salicin, and arbutin. Moreover, BglA was able to convert the major ginsenoside $Rb_1$ into the pharmaceutically active minor ginsenoside Rd within 24 h.
A thermophilic bacterium producing the extracellular cellulase was isolated from soybean paste, and the isolate WL-12 has been identified as Bacillus licheniformis on the basis on its 16S rRNA sequence, morphology and biochemical properties. A gene encoding the cellulase of B. licheniformis WL-12 was cloned and its nucleotide sequence was determined. This cellulase gene, designated celA, consisted of 1,551 nucleotides, encoding a polypeptide of 517 amino acid residues. The gene product contained catalytic domain and cellulose binding domain. The deduced amino acid sequence was highly homologous to those of cellulases of B. licheniformis, B. subtilis and B. amytoliquefaciens belonging to the glycosyl hydrolase family 5. When the celA gene was highly expressed using a strong B. subtilis promoter, the extracellular cellulase was produced up to 7.0 units/ml in B. subtilis WB700.
The agarase gene gaa16a was identified from a draft genome sequence of Gilvimarinus agarilyticus JEA5, an agar-utilizing marine bacterium. Recently, three agarase-producing bacteria, G. chinensis, G. polysaccharolyticus, and G. agarilyticus, in the genus Gilvimarinus were reported. However, there have been no reports of the molecular characteristics and biochemical properties of these agarases. In this study, we analyzed the molecular characteristics and biochemical properties of agarases in Gilvimarinus. Gaa16A comprised a 1,323-bp open reading frame encoding 441 amino acids. The predicted molecular mass and isoelectric point were 49 kDa and 4.9, respectively. The amino acid sequence of Gaa16A showed features typical of glycosyl hydrolase family 16 (GH16) ${\beta}$-agarases, including a GH16 domain, carbohydrate-binding region (RICIN domain), and signal peptide. Recombinant Gaa16A (excluding the signal peptide and carbohydrate-binding region, rGaa16A) was expressed as a fused protein with maltose-binding protein at its N-terminus in Escherichia coli. rGaa16A had maximum activity at $55^{\circ}C$ and pH 7.0 and 103 U/mg of specific activity in the presence of 2.5 mM $CaCl_2$. The enzyme hydrolyzed agarose to yield neoagarotetraose as the main product. This enzyme may be useful for industrial production of functional neoagaro-oligosaccharides.
An agar-degrading bacterium was isolated from red seaweed (Gelidium amansii) on a natural seawater agar plate, and identified as Saccharophagus sp. AG21. The ${\beta}$-agarase gene from Saccharophagus sp. AG21 (agy1) was screened by long and accurate (LA)-PCR. The predicted sequence has a 1,908 bp open reading frame encoding 636 amino acids (aa), and includes a glycosyl hydrolase family 16 (GH16) ${\beta}$-agarase module and two carbohydrate binding modules of family 6 (CBM6). The deduced aa sequence showed 93.7% and 84.9% similarity to ${\beta}$-agarase of Saccharophagus degradans and Microbulbifer agarilyticus, respectively. The mature agy1 was cloned and overexpressed as a His-tagged recombinant ${\beta}$-agarase (rAgy1) in Escherichia coli, and had a predicted molecular mass of 69 kDa and an isoelectric point of 4.5. rAgy1 showed optimum activity at $55^{\circ}C$ and pH 7.6, and had a specific activity of 85 U/mg. The rAgy1 activity was enhanced by $FeSO_4$ (40%), KCl (34%), and NaCl (34%), compared with the control. The newly identified rAgy1 is a ${\beta}$-agarase, which acts to degrade agarose to neoagarotetraose (NA4) and neoagarohexaose (NA6) and may be useful for applications in the cosmetics, food, bioethanol, and reagent industries.
Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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v.16
no.4
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pp.64-73
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2008
The cDNA of CCF (coelomic cytolytic factor)-like gene (EC 3.2.1.16), a kind of glycosyl hydorlase, was isolated and cloned from the midgut of the earthworm Eisenia anderi. The size of nucleotide sequence appeared to be 1,152 bp and its predicted coding region was composed of 384 amino acid residues including the initiation methionine. The 17 residues at N-terminal end in the deduced amino acid sequence were regarded to be a signal peptide. Based on the amino acid sequence analysis, it appeared that this CCF-like protein could belong to glycosyl hydrolase family 16 (GHF16) and showed a high sequence homology of about 79~99% with CCF and CCF-like proteins from other earthworm species. The CCFs and CCF-like proteins from various earthworm species exhibited a 100% homology in the polysacchride-binding motif and glucanase motif. It has been reported that the CCFs isolated from E. fedita appeared to show a broader pattern recognition specificity than those from other earthworm species because this species resides in decaying organic matter showing very high microbial activity, implying that CCF-like protein isolated in this study from E. andrei might exhibit a broad substrate specificity that is a useful characteristic for industrial application. A phylogenetic analysis using the deduced amino acid sequences of CCF-related proteins through the BLASTX revealed that GHF16 families could be divided into three groups of metazoa, viriplantae and eubacteria subfamily. Subsequently the CCF-related proteins of metazoa subfamily could clearly be subgroup into lophotrochozoan and edysozoan type including a deuterostome origin. Further understanding of the biological properties of E. andrei CCF-like protein should be addressed to regulate the ${\beta}$-D-glucan hydrolysis and production for the industrial uses.
A bacterial strain was isolated from soybean paste fermented in a Korean Buddhist temple as a producer of the extracellular thermostable ${\alpha}$-amylase. The isolate YB-1234 has been identified as Bacillus licheniformis on the basis of its 16S rDNA sequence, morphology and biochemical properties. A gene encoding the thermostable ${\alpha}$-amylase of B. licheniformis YB-1234 was cloned into Escherichia coli and its nucleotide sequence was determined. The deduced amino acid sequence of ${\alpha}$-amylase was very highly homologous to those of the thermostable ${\alpha}$-amylases of B. licheniformis belonging to the glycosyl hydrolase family 13. The ${\alpha}$-amylase produced by recombinant E. coli carrying the ${\alpha}$-amylase gene exhibited maximal activity at pH 6.0, identical to ${\alpha}$-amylase in the culture filtrate of B. licheniformis, while the temperature profile was somewhat different between the two. Particularly, ${\alpha}$-amylase produced from B. lcheniformis is much more thermostable than that from recombinant E. coli. The predominant products resulting from the ${\alpha}$-amylase hydrolysis were glucose, maltose and maltotriose for maltotetraose and maltohexaose.
Many chitosanases, glycosyl hydrolases that catalyze the degradation of chitosan, have been found in microorganism. In this paper, classification of the enzyme has been described, which is based on the amino acid sequence (families) and splitting patterns (subclasses). Glycohydrolytic mechanisms such as inversion and retention of the substrate anomer are also discussed in context of the families. Interrelationship among the primary structure, clan, anomeric conversion and the splitting patterns has been suggested. In addition, advanced definition of chitosanase was introduced through the investigation of enzymatic products from partially N-acetylated chitosan as a substrate.
Pham, Thi Hoa;Quyen, Dinh Thi;Nghiem, Ngoc Minh;Vu, Thu Doan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.10
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pp.1012-1020
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2011
A gene coding for an endoglucanase (EglA), of the glycosyl hydrolase family 12 and derived from Aspergillus niger VTCC-F021, was cloned and sequenced. The cDNA sequence, 717 bp, and its putative endoglucanase, a 238 aa protein with a predicted molecular mass of 26 kDa and a pI of 4.35, exhibited 98.3-98.7% and 98.3-98.6% identities, respectively, with cDNA sequences and their corresponding endoglucanases from Aspergillus niger strains from the GenBank. The cDNA was overexpressed in Pichia pastoris GS115 under the control of an AOX1 promoter with a level of 1.59 U/ml culture supernatant, after 72 h of growth in a YP medium induced with 1% (v/v) of methanol. The molecular mass of the purified EglA, determined by SDS-PAGE, was 33 kDa, with a specific activity of 100.16 and 19.91 U/mg toward 1% (w/v) of ${\beta}$-glucan and CMC, respectively. Optimal enzymatic activity was noted at a temperature of $55^{\circ}C$ and a pH of 5. The recombinant EglA (rEglA) was stable over a temperature range of $30-37^{\circ}C$ and at pH range of 3.5-4.5. Metal ions, detergents, and solvents tested indicated a slightly inhibitory effect on rEglA activity. Kinetic constants ($K_m$, $V_{max}$, $k_{cat}$, and $k_{cat}/K_m$) determined for rEglA with ${\beta}$-glucan as a substrate were 4.04 mg/ml, 102.04 U/mg, 2,040.82 $min^{-1}$, and 505.05, whereas they were 10.17 mg/ml, 28.99 U/mg, 571.71 $min^{-1}$, and 57.01 with CMC as a substrate, respectively. The results thus indicate that the rEglA obtained in this study is highly specific toward ${\beta}$-glucan. The biochemical properties of rEglA make it highly valuable for downstream biotechnological applications, including potential use as a feed enzyme.
We have cloned a xylanase gene (xynA) from Streptomyces thermocyaneoviolaceus. The deduced amino acid sequences of the XynA, including the active site sequences of glycosyl hydrolase family 10, showed high sequence homology with several xylanases assigned in this category. The XynA was overexpressed under an IPTG inducible T7 promoter control in E. coli BLR(DE3). The overproduced enzymes were excreted into culture supernatants and periplasmic space. The purified XynA had an apparent molecular mass of near 54 kDa, which corresponds to the molecular mass calculated from its gene. The optimum pH and temperature of the purified XynA were determined to be 5.0 and $65^{\circ}C$, respectively. The XynA retained over $90\%$ its activity after the heat treatment at $65^{\circ}C$ for 30 min. The XynA was highly efficient in producing xylose (X1), xylobiose (X2), xylotriose (X3), and xylotetraose (X4) from xylan.
A total of 10 cellulase-producing bacteria were isolated from soil samples irrigated with paper and pulp mill effluents. The sequencing of 16S rRNA gene revealed that all isolates belonged to different species of genus Bacillus. Among the different isolates, B. subtilis IARI-SP-1 exhibited a high degree of ${\beta}$-1,4-endoglucanase (2.5 IU/ml), ${\beta}$-1,4-exoglucanase (0.8 IU/ml), and ${\beta}$-glucosidase (0.084 IU/ml) activity, followed by B. amyloliquefaciens IARI-SP-2. CMC was found to be the best carbon source for production of endo/exoglucanase and ${\beta}$-glucosidase. The ${\beta}$-1,4-endoglucanase gene was amplified from all isolates and their deduced amino acid sequences belonged to glycosyl hydrolase family 5. Among the domains of different isolates, the catalytic domains exhibited the highest homology of 93.7%, whereas the regions of signal, leader, linker, and carbohydrate-binding domain indicated low homology (73-74%). These variations in sequence homology are significant and could contribute to the structure and function of the enzyme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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