BE1006483A3 - Pullulanase, micro-organisms producing same, methods for preparing saidpullulanase, uses and formulations comprising same - Google Patents

Pullulanase, micro-organisms producing same, methods for preparing saidpullulanase, uses and formulations comprising same Download PDF

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Abstract

The invention relates to a thermostable pullulanase, having the property tohydrolyse alpha-1,6 type glucoside bonds in amylopectin and showing an enzymeactivity in acidic media and at a temperature of approximately 60 degrees C.The invention also relates to micro-organisms producing said pullulanase andmethods for preparing said pullulanase. The invention also relates to theuses thereof and formulations comprising said pullulanase.<IMAGE>

Description

       

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   Pullulanase, microorganismes la produisant, procédés de préparation de cette pullulanase, utilisations et compositions comprenant celle-ci 
L'invention concerne une nouvelle pullulanase. L'invention concerne également des souches de microorganismes produisant cette pullulanase et les procédés de préparation de cette pullulanase. L'invention concerne également les utilisations et les compositions comprenant celle-ci. 



   L'amidon, dont les constituants essentiels sont l'amylose et l'amylopectine, peut être converti en sucres simples par un procédé enzymatique réalisé en deux étapes : une étape de liquéfaction de l'amidon et une étape de saccharification de l'amidon liquéfié. Lors de l'étape de liquéfaction, l'amidon est dégradé en maltodextrines par un traitement de courte durée à haute température à pH neutre en présence d'une a-amylase thermostable. 



    L'oc-amylase   n'hydrolyse pratiquement pas les liaisons glucosidiques   K-1,   6, les liaisons de ce type présentes dans l'amylopectine restent intactes au cours de l'étape de liquéfaction de l'amidon. Lors de l'étape de saccharification l'amidon liquéfié est dégradé par un traitement à une température d'environ 60    C   et à un pH compris entre environ 4 et 5 en présence d'une glucoamylase. Cette étape de saccharification dure en général de 40 à 60 heures.

   La glucoamylase dégrade les polysaccharides composant les maltodextrines produites à l'étape précédente, principalement en catalysant l'enlèvement séquentiel des unités monomériques de glucose à partir de l'extrémité non-réductrice, essentiellement par hydrolyse des liaisons glucosidiques    < x-l,   4 ; elle est également capable d'hydrolyser les liaisons glucosidiques   oc-1,   6 mais à une vitesse nettement plus faible. De plus, lorsque des concentrations élevées de dextrose sont atteintes dans le milieu de saccharification, la glucoamylase catalyse la réaction inverse, c'est-à-dire la synthèse, à partir de glucose, d'oligosaccharides contenant des liaisons   ci-1,   6. Tous ces faits limitent le taux de conversion de l'amidon.

   En vue de remédier à ces inconvénients 

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 et d'atteindre un taux de conversion élevé de l'amidon, il a déjà été proposé d'ajouter lors de la saccharification de l'amidon liquéfié une enzyme hydrolysant les liaisons glucosidiques a-1, 6, comme par exemple une pullulanase. 



   Dans le brevet européen 0 063 909, on décrit une enzyme dite débranchante, c'est-à-dire capable d'hydrolyser les liaisons glucosidiques    < x-l,   6 dans l'amylopectine, qui présente une activité pullulanase et possède un optimum d'activité à un pH de 4-5 à 60    C.   Cette enzyme qui dérive d'une souche de Bacillus acidopullulyticus est mise sur le marché par la société NOVO   NORDISK   sous la marque PROMOZYME. 



   Par ailleurs, dans le brevet Etats-Unis 5,055, 403, on a proposé une pullulanase présentant une activité enzymatique en milieu acide et dérivée d'une souche de Bacillus naganoensis. 



  Cette enzyme présente un maximum d'activité à un pH d'environ 5 
 EMI2.1 
 mesurée à 60 C et un maximum d'activité à une température d'environ 62, 5 OC mesurée à un pH de 4, 5. 



  Quoiqu'actives à pH acide et à une température d'environ 60    C   et dès lors utilisables lors de la saccharification de l'amidon liquéfié, les pullulanases de l'art antérieur présentent l'inconvénient d'être très peu stables dans de telles conditions de température et de pH, leur durée de demi-vie à une température de 60    C   et à un pH d'environ 4,5 en l'absence de substrat ne dépassant pas quelques dizaines de minutes. 



   La présente invention a pour but de fournir une nouvelle pullulanase, active à pH acide, présentant une thermostabilité à pH acide très largement supérieure à celle des pullulanases de l'art antérieur et une durée de demi-vie de plusieurs heures sous ces conditions précitées. 



   A cet effet l'invention concerne une pullulanase, thermostable et active à pH acide, capable d'hydrolyser les liaisons glucosidiques de type a-1, 6 dans l'amylopectine, ayant un point isoélectrique d'environ 4,5 et une durée de demi-vie d'environ 55 heures mesurée à une température d'environ 60    C   dans une solution tamponnée à un pH d'environ 4,5 et en l'absence de substrat. 

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   Cela signifie que la pullulanase de l'invention montre une activité enzymatique relative d'au moins 50 % mesurée après une incubation de 55 heures à une température d'environ   60 C   dans une solution tamponnée à un pH d'environ 4,5 et en l'absence de substrat. 



   Par activité enzymatique relative, on entend le rapport entre l'activité enzymatique, mesurée au cours d'un essai réalisé dans des conditions données de pH, température, substrat et durée, et l'activité enzymatique maximale mesurée au cours de ce même essai, l'activité enzymatique étant mesurée à partir de l'hydrolyse du pullulane et l'activité enzymatique maximale étant fixée arbitrairement à la valeur de 100. 



   La pullulanase selon l'invention est thermostable à pH acide, comme il apparaît à la figure 1 qui représente l'évolution de l'activité enzymatique relative de la pullulanase en fonction du temps d'incubation, l'incubation étant réalisée à une température de   60 OC   et à un pH de 4,5, l'activité enzymatique maximale étant l'activité initiale dans ce cas. En effet, la pullulanase selon l'invention montre une activité enzymatique relative d'au moins 55 % mesurée après une incubation de 40 heures à une température de   60 OC   dans une solution tamponnée à un pH d'environ 4,5 et en l'absence de substrat. Elle montre une activité enzymatique relative d'au moins 70 X mesurée après une incubation de 24 heures sous ces mêmes conditions. 



   La pullulanase selon l'invention est par ailleurs stable dans une large gamme de pH acides, comme il apparaît à la figure 2 qui représente l'évolution de l'activité enzymatique relative de la pullulanase en fonction du pH d'incubation, l'incubation étant réalisée à une température de 60    C   durant 60 minutes, l'activité enzymatique maximale étant mesurée à un pH de 4,5. En effet, la pullulanase selon l'invention montre une activité enzymatique relative d'au moins 85 % mesurée après une incubation de 60 minutes à une température d'environ 60    C   en l'absence de substrat et dans une gamme de pH compris entre environ 3,5 et environ 5,8.

   Elle montre une activité enzymatique relative supérieure à 90 % mesurée dans une gamme de pH compris entre environ 

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 3,8 et environ 5 sous ces mêmes conditions. Sous ces mêmes conditions, elle n'est totalement inactivée qu'à un pH inférieur ou égal à 3 ou supérieur ou égal à 7. 



   La pullulanase selon l'invention est active dans une large gamme de température et de pH comme il apparaît à la figure 3 qui représente l'évolution de l'activité enzymatique relative de la pullulanase en fonction du pH et de la température, l'activité enzymatique maximale étant mesurée à un pH de 4,3 et à une température de 60    C.   



   La pullulanase selon l'invention présente une activité enzymatique optimale mesurée à une température d'environ 60 OC dans une gamme de pH comprise entre 4,0 et 4,8. 



   La pullulanase selon l'invention présente par ailleurs une activité enzymatique optimale, mesurée à un pH d'environ 4,3, dans une gamme de température comprise entre 55 et 65    C.   



   La pullulanase selon l'invention développe une activité enzymatique de plus de 80 % de l'activité enzymatique maximale dans une gamme de pH compris entre environ 3,8 et environ 4,9 pour une température d'environ 60    C,   l'activité enzymatique maximale étant mesurée à une température de 60    C   et à un pH de 4,3. 



   Le poids moléculaire de la pullulanase selon l'invention est d'environ 100 ( 10) kDa. 



   La pullulanase selon l'invention est constituée d'un seul type de polypeptide. 



   La pullulanase selon l'invention est capable de catalyser l'hydrolyse des liaisons glucosidiques a-1, 6 présentes aussi bien dans l'amylopectine que dans le pullulane. C'est donc une enzyme dite déramifiante ou débranchante. La pullulanase selon l'invention dégrade le pullulane en maltotriose et l'amylopectine en amylose. La pullulanase selon l'invention possède par ailleurs toutes les propriétés adéquates compatibles avec les conditions industrielles réelles de saccharification de l'amidon. Ces propriétés sont un optimum de pH inférieur à 5, un optimum de température aux alentours de 60 OC et une bonne stabilité de l'enzyme dans ces conditions de pH acide et de température 

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 élevée. Le milieu acide est imposé par l'utilisation simultanée de la glucoamylase et de la pullulanase lors de la saccharification industrielle de l'amidon.

   En effet la glucoamylase utilisée pour la saccharification de l'amidon est généralement produite par un champignon et notamment par une souche d'Aspergillus, tel que Aspergillus niger, Aspergillus awamori ou Aspergillus foetidus. Les conditions idéales adaptées à la saccharification d'amidon liquéfié en présence d'une glucoamylase sont une température d'environ 60    C   et un pH d'environ 4,0 à 4,5. 



  Ceci est notamment le cas pour la glucoamylase vendue sous les marques   DIAZYKE   L-200 et OPTIDEX par SOLVAY ENZYMES. Par ailleurs l'étape de saccharification dure plusieurs heures, en général de 40 à 60 heures, il est essentiel que les enzymes utilisées soient stables, actives et efficaces tout au long de cette étape, ces enzymes doivent donc présenter une thermostabilité élevée en milieu acide et une durée de demi-vie la plus longue possible. C'est pourquoi la pullulanase de la présente invention est plus efficace que les pullulanases connues. 



   La présente invention concerne également les bactéries aérobies produisant la pullulanase selon l'invention. Généralement elles appartiennent à la famille des Bacillaceae. De préférence elles appartiennent au genre Bacillus. De bons résultats ont été obtenus avec la souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 ou un dérivé de cette souche. 



   La souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 a été déposée à la collection nommée BELGIAN COORDINATED COLLECTIONS 0F MICROORGANISMS (LMG culture collection, Université de Gand, Belgique) conformément au Traité de Budapest. 



   La souche de la présente invention a été identifiée par ses caractéristiques biochimiques : bactérie Gram positif, aérobe qui se présente sous le forme de bâtonnet, elle forme une endo-spore. 



   Par dérivé de cette souche, on entend toute bactérie modifiée naturellement ou artificiellement. Les dérivés de cette souche peuvent être obtenus par les techniques connues de modification telles que rayonnement ultra-violet, rayons X, agents mutagènes ou génie génétique. 

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   La présente invention concerne également des souches recombinantes dans lesquelles le gène codant pour la pullulanase selon l'invention est introduit par les techniques de génie génétique. 



  Le gène peut être introduit sur un plasmide ou intégré dans le chromosome de l'hôte en une ou plusieurs copies, le promoteur peut être modifié ou remplacé par un autre promoteur mieux adapté à l'hôte récepteur, le gène lui-même peut être modifié de façon à produire une pullulanase mutante. 



   L'invention concerne également les souches de microorganismes différentes de l'organisme producteur de départ, dans lesquelles le gène codant pour la pullulanase est introduit par transformation, soit sous forme intégrée dans l'ADN chromosomique, soit sous forme autoréplicative (plasmide). 



   La présente invention concerne également un procédé pour la production d'une pullulanase comprenant la culture d'une bactérie aérobie capable de produire la pullulanase dans un milieu nutritif approprié contenant des sources de carbone et d'azote et des sels minéraux sous condition d'aérobiose et la récolte de la pullulanase ainsi obtenue. 



   La présente invention concerne également un procédé pour la production d'une pullulanase comprenant la culture de la souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 ou un dérivé de cette souche capable de produire la pullulanase dans un milieu nutritif approprié contenant des sources de carbone et d'azote et des sels minéraux sous condition d'aérobiose et la récolte de la pullulanase ainsi obtenue. 



   Les conditions de culture de ces bactéries telles que composants du milieu de culture, paramètres de culture, température, pH, aération, agitation, sont bien connues de l'homme du métier. 



   Les sources de carbone du milieu de culture sont habituellement choisies parmi l'amidon, l'amidon partiellement hydrolysé, l'amidon soluble, des oligosaccharides, le glucose, l'amylose, l'amylopectine ou un mélange de deux ou plusieurs de ceux-ci. 



  Les sources d'azote du milieu de culture sont habituellement choisies parmi l'extrait de levure, la farine de soja, la farine 

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 de graines de cotton, la farine de poisson, la gélatine, la farine de pomme de terre ou un mélange de deux ou plusieurs de ceux-ci. Les sels minéraux du milieu de culture sont généralement choisis pour les anions parmi chlorure, carbonate, phosphate, sulfate et pour les cations parmi potassium, sodium, ammonium, magnésium, calcium ou un mélange de deux ou plusieurs de ceux-ci. 



   La culture est généralement conduite à une température comprise entre 20 et   45  C   et de préférence entre 25 et   40 OC.   



   La culture est généralement conduite à un pH compris entre 3,5 et 6 et de préférence entre 4 et 6. 



   La culture est conduite sous condition d'aérobiose en présence d'air ou d'oxygène et sous agitation. 



   Les techniques de récolte de la pullulanase produite sont bien connues de l'homme du métier. Habituellement, on emploie la centrifugation, l'ultrafiltration, l'évaporation, la précipitation, la filtration, la microfiltration,. la cristallisation ou une combinaison de l'une ou l'autre de ces techniques telle qu'une centrifugation suivie d'une ultrafiltration. 



   La pullulanase peut ensuite être purifiée, si nécessaire, des techniques de purification d'enzymes sont connues de l'homme du métier. 



   La pullulanase peut également être séchée par atomisation ou lyophilisation. 



   L'invention concerne également une pullulanase mutée obtenue par modification de la séquence de nucléotides du gène qui code pour la pullulanase définie ci-dessus. 



   L'invention concerne également un procédé pour la préparation d'une pullulanase recombinante, le procédé comprenant l'isolement d'un fragment d'ADN codant pour la pullulanase, l'insertion de ce fragment d'ADN dans un vecteur approprié, l'introduction de ce vecteur dans un hôte approprié ou l'introduction de ce fragment d'ADN dans le chromosome d'un hôte approprié, la culture de cet hôte, l'expression de la pullulanase et la récolte de la pullulanase.   L'hôte   approprié est choisi généralement parmi le groupe constitué des microorganismes 

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 Escherichia coli, Bacillus ou Aspergillus. Habituellement l'hôte est choisi parmi les Bacillus.

   De préférence l'hôte est choisi parmi les microorganismes Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus alcalophilus, Bacillus lentus, Bacillus amyloliquefaciens ou Bacillus deramificans LMG P-13056. 



   La pullulanase selon l'invention a des débouchés multiples dans diverses industries, telles que, par exemples, les industries alimentaires, les industries pharmaceutiques ou les industries chimiques. 



   La pullulanase peut notamment être utilisée en boulangerie   comme "anti-staling", c'est-à-dire   comme additif pour éviter au pain de rassir au cours de sa conservation ou en brasserie au cours de la fabrication de bières à faible teneur en calories. 



   La pullulanase peut également être utilisée lors de la préparation d'aliments à faible teneur en calories dans lesquels l'amylose est utilisé comme substitut des matières grasses. 



   Pour les applications alimentaires, la pullulanase peut être immobilisée sur un support. Les techniques d'immobilisation d'enzymes sont bien connues de l'homme du métier. 



   La pullulanase selon l'invention convient particulièrement bien pour le traitement de l'amidon et du pullulane. 



   L'invention concerne l'utilisation de la pullulanase pour la saccharification de l'amidon liquéfié. 



   La présente invention concerne également l'utilisation de la pullulanase lors d'un procédé de dégradation d'amidon ou d'amidon partiellement hydrolysé comprenant une étape de saccharification de l'amidon ou de l'amidon partiellement hydrolysé en présence d'une pullulanase. Généralement ce procédé est effectué en présence d'une ou de plusieurs autres enzymes telles que glucoamylase,   a-amylase,     P-amylase,     a-glucosidase   ou d'autres enzymes saccharifiantes. 



   Etant donné ses propriétés biochimiques, la pullulanase de la présente invention permet d'effectuer l'étape de saccharification dans des conditions fortement acides, c'est-à-dire jusqu'à au moins un pH de 3,9. Ce pH est plus acide que celui acceptable par les pullulanases connues. 

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   La présente invention concerne également des compositions enzymatiques comprenant la pullulanase selon l'invention. 



   Les compositions comprenant la pullulanase de la présente invention peuvent être utilisées sous forme solide ou liquide. 



   La pullulanase est formulée selon les utilisations prévues. 



  Des stabilisants ou des agents de conservation peuvent également être ajoutés aux compositions enzymatiques comprenant la pullulanase selon l'invention. Par exemple on peut stabiliser la pullulanase par l'addition de propylène glycol, d'éthylène glycol, de glycérol, d'amidon, de pullulane, d'un sucre tel que du glucose, d'un sel tel que le chlorure de sodium ou d'un mélange de deux ou plusieurs de ces produits. 



   Les compositions enzymatiques, selon l'invention, peuvent également comprendre, en plus de la pullulanase, une ou plusieurs autres enzymes. De telles enzymes sont notamment des hydrolases d'hydrates de carbone, comme, par exemples, les glucoamylase, a-amylase,   0-amylase,      < x-glucosidase, isoamylase,   cyclomaltodextrin-glucotransférase,   p-glucanase,   a-glucosidase, glucoseisomérase, des enzymes saccharifiantes, des enzymes qui coupent les liens glucosidiques ou un mélange de deux ou plusieurs de celles-ci. 



   La présente invention concerne de préférence une composition enzymatique comprenant une glucoamylase et une pullulanase. 



   La figure 1 représente l'activité enzymatique relative de la pullulanase en fonction du temps d'incubation, pour une incubation réalisée à une température de   60 C   et à un pH de 4,5. 



   La figure 2 représente l'activité enzymatique relative de la pullulanase en fonction du pH d'incubation, pour une incubation réalisée à une température de 60    C   durant 60 minutes. 



   La figure 3 représente l'évolution de l'activité enzymatique relative de la pullulanase en fonction du pH et de la température. 



   La figure 4 représente la carte de restriction du plasmide pBRDEBRA 3. 



   La figure 5 représente la carte de restriction du plasmide pUBC131. 

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   La figure 6 représente la carte de restriction du plasmide pUBCDEBRA1. 



   La présente invention est illustrée par les exemples suivants. 



  Exemple 1
La souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 a été isolée du sol sur un milieu nutritif gélosé et   selectionnée   pour sa capacité de dégrader un dérivé coloré du pullulane connu sous le nom de l'AZCL-pullulane et vendu sous la marque MEGAZYME. 
 EMI10.1 
 



  Cette souche a été mise en culture à 37  C dans le milieu de croissance MYE dont la composition est la suivante : MYE : H2P04 33 mM KHPOHO 6 mM (NH4) 2SO4 45 mM MgCl2. 6H20 1 mM CaCl2. 2H20 1 mM Extrait de levure 0, 5 % 
Glucose 0,5 %
Le pH du milieu est ajusté à pH 4,5 avec H3P04
Le milieu gélosé (MYE/agar) contient 2   %   agar en plus. 



   La souche de la présente invention a été identifiée par ses caractéristiques biochimiques : bactérie Gram positif, aérobe qui se présente sous le forme de bâtonnet, elle forme une endo-spore. 



  Elle appartient donc au genre Bacillus. 



   Les cellules végétatives de cette souche en culture sur le 
 EMI10.2 
 milieu MYE à 37 Oc ont une forme de bacille de taille 0, 7 x 3, 0-3, 5 um. La mobilité des cellules végétatives est faible. 



  Après une croissance de trois jours à 37 oc sur le milieu MYE, l'observation microscopique révèle la présence de sporanges (sub) terminales légèrement déformées et en forme d'ellipse. 



   Le test de la catalase est faiblement positif en présence de 10   X   de peroxyde d'hydrogène. Le test de l'oxydase est positif en présence de 1 % de tétraméthyl-1, 4-phénylènediammoniumdichlorure. 

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 EMI11.1 
 



  Cette souche ne se développe pas en anaérobiose, c'est-àdire sous une atmosphère de 84 % N2'8 % C02'8 % H2 à 37  C, par contre elle se développe en microanaérobiose, c'est-à-dire sous une atmosphère de 82. 5 % N2'6 % 02, 7. 5 % H2'4 % C02 à 37 OC. 



  Cette souche présente un développement normal après incu- bation en milieu MYE à 20  C, 30  C, 37    C   et   45  C,   par contre elle ne se développe pas à 50    C   et 55    C.   Elle présente un développement normal après incubation en milieu MYE tamponné avec le tampon phosphate aux pH suivants pH 4,0, pH 4,5, pH 5,0 et pH 5,5, par contre elle ne se développe pas à pH 7,0. Elle présente un développement normal après incubation en milieu MYE en présence de NaCl aux concentrations de 2,0 % et 3,5 X, présente 
 EMI11.2 
 un développement faible en présence de 5, 0 % de NaCl et ne se développe pas en présence de 7, 0 % de NaCl. 



   Cette souche n'hydrolyse pas la caséine : en effet aucune zone de lyse n'a pu être observée après plus de 2 semaines d'incubation à 37    C.   Elle décompose la tyrosine faiblement, ne produit pas d'acétoine à partir de pyruvate et ne réduit pas le nitrate en nitrite ou en   N2.   



   La souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 selon l'invention est taxonomiquement différente de la souche de Bacillus acidopullulyticus décrite dans le brevet européen 0 063 909 et de la souche de Bacillus naganoensis décrite dans le brevet U. S. 5,055, 403. Certaines caractéristiques biochimiques décrites dans ces brevets sont rassemblées dans le tableau 1 à titre de comparaison. 

 <Desc/Clms Page number 12> 

 TABLEAU 1 
 EMI12.1 
 
<tb> 
<tb> Test <SEP> B. <SEP> acidopul-B. <SEP> naganoensis <SEP> B.

   <SEP> deralulyticus <SEP> mificans
<tb> Croissance <SEP> à <SEP> pH <SEP> + <SEP> + <SEP> +
<tb> 4,7-5, <SEP> 5
<tb> Croissance <SEP> à <SEP> pH <SEP> nd <SEP> nd
<tb> 7,0
<tb> Croissance <SEP> dans-nd <SEP> +
<tb> 3,5 <SEP> % <SEP> NaCl
<tb> Décomposition <SEP> de <SEP> - <SEP> - <SEP> +
<tb> tyrosine
<tb> Réduction <SEP> du
<tb> nitrate <SEP> en <SEP> nitrite <SEP> +--
<tb> 
 + représente une réponse positive au   test,-représente   une réponse négative au test, nd signifie que le test n'a pas été décrit dans le brevet sous référence. 



  Exemple 2
La souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 est mise en culture dans un milieu (MYA) liquide dont la composition est la suivante :
KH2PO4 33 mM   K2HP04. 3H20   6 mM (NH4)   2SO4   45 mM 
 EMI12.2 
 MgCl2. 6H20 1 mM CaCl2. 2H20 1 mM Extrait de levure 2, 5 % Amidon de pomme de terre 2, 5 % Le pH du milieu est ajusté à pH 4,5 avec   H3P04.   La culture est réalisée sous agitation, avec une aération 

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 efficace, à une température de 37    C.   



   Après 68 heures de culture, on sépare la pullulanase et la biomasse cellulaire par centrifugation, la pullulanase produite par la souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 est extracellulaire. 



   Puis on concentre la pullulanase par ultrafiltration, en vue d'obtenir une solution aqueuse concentrée de pullulanase. 



   On mesure l'activité enzymatique de la solution obtenue. 



   Une unité enzymatique de la pullulanase (PUN) est définie comme la quantité d'enzyme qui, à un pH de 4,5, à une température 
 EMI13.1 
 de 60 OC et en présence de pullulane, catalyse la libération de sucres réducteurs à raison de 1 uM d'équivalent glucose par minute. 



   La mesure de l'activité enzymatique pullulanase est réalisée selon le protocole suivant. 1 ml d'une solution de pullulane à 1   X   dans un tampon acétate 50 mM à pH 4,5 est incubée à 60    C   pendant 10 minutes. 0,1 ml d'une solution de pullulanase correspondant à une activité comprise entre 0,2 et 1 PUN/ml y est ajoutée. La réaction est stoppée après 15 minutes par addition de 0,4 ml de   Na0H   0,5 M. Le dosage des sucres réducteurs libérés se fait par la méthode de SOMOGYI-NELSON (J. Biol. Chem. 153 (1944) 375-380 ; J. Biol. Chem. 160 (1945) 61-68). 



   Une deuxième méthode est utilisée pour effectuer les dosages de la pullulanase. La réaction enzymatique en présence de pullulane est effectuée selon les conditions de l'essai, puis est arrêtée par l'addition d'acide sulfurique (0,1 N). Les produits d'hydrolyse du pullulane sont ensuite soumis à une chromatographie HPLC (colonne HPX-87H de BIO-RAD ; la phase mobile est constituée de H2S04 10 mM) afin de séparer les différents constituants. La quantité de maltotriose formé est estimée par mesure de la surface du pic obtenu. 



   L'activité dite débranchante, c'est-à-dire l'hydrolyse des liaisons glucosidiques   oc-1,   6 présentes dans l'amylopectine, peut être quantifiée par l'augmentation de la coloration bleue provoquée, en présence d'iode, par la libération d'amylose à partir d'amylopectine. 

 <Desc/Clms Page number 14> 

 



   La mesure de l'activité enzymatique débranchante est réalisée selon le protocole suivant. 0,4 ml d'une solution 
 EMI14.1 
 d'amylopectine à 1 X contenant un tampon acétate 50 mM à pH 4, 5 est incubée à 60 OC pendant 10 minutes. La réaction est démarrée par l'addition de 0,2 ml de pullulanase et elle est arrêtée après 30 minutes par addition de 0,4 ml d'HCl 0,3 M. 0,8 ml d'une solution d'iode à 0,0025   X   est ensuite ajoutée à 0,2 ml de ce mélange réactionnel et la densité optique est mesurée à 565 nm. 



   En vue de purifier la pullulanase, on diafiltre la solution aqueuse concentrée de pullulanase par 6 fois 500 ml d'une solution de NaCl à 9 g/l et on ajuste le pH de la solution aqueuse, ainsi obtenue, à pH 3,5 par addition d'HCl 25 % à température ambiante. 



   Le précipité obtenu est éliminé par centrifugation, on récupère le surnageant de centrifugation. Le pH de ce surnageant est ajusté à pH 6,0 par addition de NaOH 5 M. Le précipité obtenu est éliminé par centrifugation. 



   On récupère le surnageant de centrifugation, que l'on chauffe jusqu'à 55 OC pendant 15 minutes. 



   Le précipité formé est à nouveau éliminé par centrifugation. 



  On récupère le surnageant de centrifugation. 



   On ajoute à ce surnageant de l'acétone à une concentration finale de 60 Z, la suspension formée est mise à 4    C   durant 2 heures. Le précipité formé à 4 OC est mis en solution dans un tampon MES (acide 2 (N-morpholino) éthanesulfonique) 20 mM, CaCl2   1mM   (pH 6,0). Cette solution de pullulanase est nommée solution A. 



   On purifie de nouveau cette solution A par chromatographie d'échange ionique. Une colonne d'environ 20 ml de volume interne, vendue sous la marque S-SEPHAROSE HP HI LOAD 16/10 par la société PHARMACIA, est préalablement équilibrée par un tampon   CHgCOONa   50 mM, NaCl 100 mM (pH 4,0) à un débit de 5 ml/minute. 



  La solution A est diluée 10 fois dans le tampon acétate et 15 ml de cette solution diluée sont déposés sur la colonne. Une phase isocratique est assurée par élution de 80 ml du tampon acétate (100 mM NaCl), suivie d'une élution par 200 ml du tampon acétate 

 <Desc/Clms Page number 15> 

 50 mM (pH = 6, 0) contenant un gradient linéaire en NaCl (100- 500   mM).   



   L'activité pullulanase est mesurée dans chaque fraction. 



   Les fractions les plus actives sont rassemblées en une solution nommée B. 



   A partir de cette solution B on effectue une précipitation par de l'acétone à une concentration finale de 80 %. Le précipité obtenu est mis en solution dans une volume de 0,6 ml du tampon MES 20 mM, CaCl2 1 mM (pH 6,0). 



   Cette solution de pullulanase est nommée solution C. 



   Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2. 



   TABLEAU 2 
 EMI15.1 
 
<tb> 
<tb> Fractions <SEP> Volume <SEP> Protéines <SEP> Activité <SEP> pullulanase <SEP> Activité
<tb> spécifique
<tb> ml <SEP> mg/ml <SEP> Total <SEP> % <SEP> PUN/ml <SEP> Total <SEP> % <SEP> PUN/mg
<tb> Solution <SEP> A <SEP> 1,5 <SEP> 6,48 <SEP> 9,7 <SEP> 100 <SEP> 17,5 <SEP> 26,3 <SEP> 100 <SEP> 2,7
<tb> Solution <SEP> B <SEP> 0,025 <SEP> 0,3 <SEP> 3 <SEP> 0,7 <SEP> 8,4 <SEP> 32 <SEP> 28
<tb> 
 
Le tableau 2 montre que cette étape de la purification a augmenté d'un facteur 10 l'activité spécifique pullulanase de la solution enzymatique. 



   L'activité débranchante, c'est-à-dire l'activité d'hydrolyse des liens alpha-1,6 dans l'amylopectine, de la pullulanase a également été mesurée comme décrit ci-dessus, par coloration à l'iode après hydrolyse de l'amylopectine. Les résultats montrent que l'activité débranchante a également été enrichie. 



  Exemple 3 a) Détermination du point isoélectrique
On effectue sur la solution C une électrophorèse IEF (iso electro focusing) dans un gradient de pH variant de 4,0 à 6,5. 



   On dépose un volume correspondant à 0,12 unités de pullulanase en triple sur gel. Après migration, un tiers du gel est coloré au bleu de Coomassie. 

 <Desc/Clms Page number 16> 

 



   Les deux autres parties du gel sont recouvertes par des gels d'agar (1   %)   tamponnés par   CH3COONa   100 mM, CaC12 1 mM, MgC12 1 mM (pH 4,5) contenant respectivement 0,1 % d'AZCL-pullulane vendue sous la marque   MEGAZYME,   ou 1   X   d'amylopectine. 



  L'ensemble (gel d'acrylamide-gel d'agar) ainsi obtenu est ensuite incubé à 60    C   en atmosphère saturée en humidité relative durant 16 heures. Le gel recouvert de la surcouche d'amylopectine est ensuite incubé à température ambiante dans une solution contenant de 3 mM   I2,   50 mM   KI   afin de révéler l'activité débranchante par apparition de la coloration bleue. 



   La révélation à l'iode du gel amylopectine révèle un halo bleu foncé, signe d'une activité débranchante, à un point iso- électrique de 4,5 pour l'enzyme de la présente invention. La révélation de l'activité pullulanase indique le même résultat. 



   Ceci démontre que la pullulanase de la présente invention présente une activité pullulanase et une activité débranchante. 



   Ceci démontre que la pullulanase de la présente invention est capable d'hydrolyser les liens de type   out-1,   6, aussi bien dans le pullulane que dans l'amylopectine. Ceci démontre une spécificité faible de la pullulanase de la présente invention vis-àvis de son substrat. b) pH et température d'activité enzymatique
On mesure l'activité enzymatique de la pullulanase à différentes températures (55,60 et 65 OC) et à différents pH (de 3,25 à 7) en tampon citrate-phosphate 50 mM par la mesure des sucres réducteurs libérés. On met en oeuvre la solution C de pullulanase, telle qu'obtenue à l'exemple 2, diluée à environ 1 PUN/ml. 



   Les résultats sont rassemblés dans le tableau 3. 



   Une représentation graphique des résultats obtenus est donnée à la figure 3. L'abscisse représente le pH de l'essai et l'ordonnée représente l'activité enzymatique relative en X. La courbe * représente l'essai réalisé à   60 oc,   la courbe + représente l'essai réalisé à   55 oc   et la courbe &num; représente l'essai réalisé à 65    C.   



   Au cours de cet essai l'activité enzymatique maximale a été mesurée pour l'échantillon placé à un pH d'environ 4,3 et à une 

 <Desc/Clms Page number 17> 

 
 EMI17.1 
 température d'environ 60  C. Par définition on a donc attribué à cet échantillon une activité enzymatique relative de 100 %. 



   Cet exemple montre que la pullulanase selon l'invention présente une activité enzymatique optimale mesurée à une température d'environ 60    C   dans une gamme de pH comprise entre 4,0 et 4,8. 



   Cet exemple montre également que la pullulanase selon l'invention présente une activité enzymatique optimale, mesurée à un pH d'environ 4,3, dans une gamme de température comprise entre 55 et 65    C.   



   De plus, cet exemple montre que la pullulanase selon l'invention développe une activité enzymatique de plus de 80   X   de l'activité enzymatique maximale dans une gamme de pH compris entre environ 3,8 et environ 4,9. 



   TABLEAU 3 
 EMI17.2 
 
<tb> 
<tb> Activité <SEP> relative <SEP> de <SEP> l'enzyme <SEP> %
<tb> pH <SEP> Température <SEP>  C
<tb> 55 <SEP> 60 <SEP> 65
<tb> 3,25 <SEP> 5,7 <SEP> 2,2 <SEP> 4,3
<tb> 3,75 <SEP> 80,8 <SEP> 83,7 <SEP> 11,5
<tb> 4,30 <SEP> 87,9 <SEP> 100 <SEP> 84,1
<tb> 4,90 <SEP> 82,4 <SEP> 87,1 <SEP> 68
<tb> 5,50 <SEP> 50,6 <SEP> 39,6 <SEP> 13,5
<tb> 6,00 <SEP> 7,5 <SEP> 2,9 <SEP> 0
<tb> 6,40 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
<tb> 
 c) Détermination de la demi-vie de l'enzyme
On dilue la solution A de la pullulanase, telle qu'obtenue à l'exemple 2, de telle sorte qu'elle developpe une activité enzymatique d'environ 0,7 PUN/ml dans un tampon acétate de sodium 100 mM à un pH de 4,5. On incube la solution diluée contenant la pullulanase à 60    C   et des échantillons sont prélevés à des temps 

 <Desc/Clms Page number 18> 

 différents. 



   Une mesure de l'activité enzymatique par la méthode des sucres réducteurs est ensuite réalisée. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 4. 



   TABLEAU 4 
 EMI18.1 
 
<tb> 
<tb> Temps <SEP> Activité <SEP> relative
<tb> heures
<tb> 0 <SEP> 100
<tb> 16 <SEP> 76
<tb> 24 <SEP> 74
<tb> 40 <SEP> 57
<tb> 48 <SEP> 54
<tb> 64 <SEP> 47
<tb> 
 
Une représentation graphique des résultats obtenus est donnée à la figure 1. L'abcisse représente le temps en heures et l'ordonnée représente l'activité enzymatique relative en X. 



   Cet exemple montre que la pullulanase est thermostable à pH acide. 



   Cet exemple montre que la demi-vie de la pullulanase est d'environ 55 heures dans ces conditions. En effet la pullulanase présente une activité enzymatique relative d'au moins 50 % mesurée après une incubation de 55 heures à une température d'environ 60    C   dans une solution tamponnée à un pH d'environ 4,5 et en l'absence de substrat. 



   Cet exemple montre de plus que la pullulanase selon l'invention présente une activité enzymatique relative d'au moins 55 % mesurée après une incubation de 40 heures à une température d'environ 60    C   dans une solution tamponnée à un pH d'environ 4,5 et en l'absence de substrat. Cet exemple montre également 
 EMI18.2 
 qu'elle présente une activité enzymatique relative d'au moins 70 % mesurée après une incubation de 24 heures sous ces mêmes conditions. d) Stabilité de la pullulanase vis-à-vis du pH 

 <Desc/Clms Page number 19> 

 
On dilue la solution A de la pullulanase, telle qu'obtenue à l'exemple 2, de telle sorte qu'elle developpe une activité enzymatique d'environ 0,7 PUN/ml, dans différents tampons citratephosphate 100 mM à des pH variants entre pH 3,0 et 8,0.

   On incube les différentes solutions diluées contenant la pullulanase pendant 60 minutes à 60    C.   



   Ensuite on mesure l'activité enzymatique de ces différentes 
 EMI19.1 
 solutions après incubation pendant 60 minutes à pH 4, 2 à 60 OC en présence de 1, 6 % de pullulane. La quantité de maltotriose formée est mesurée par chromatographie HPLC. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 5. 



   Une représentation graphique des résultats obtenus est donnée à la figure 2. L'abscisse représente le pH et l'ordonnée représente l'activité enzymatique relative en %. 



   Cet exemple montre que la pullulanase selon l'invention est stable dans une large gamme de pH acide, en effet elle présente 
 EMI19.2 
 une activité enzymatique relative d'au moins 85 X mesurée après une incubation de 60 minutes à une température d'environ 60 OC en l'absence de substrat et dans une gamme de pH compris entre environ 3,5 et environ 5,8. Cet exemple montre également qu'elle présente une activité enzymatique relative supérieure à 90   X   mesurée dans une gamme de pH compris entre environ 3,8 et environ 5 sous ces mêmes conditions et qu'elle n'est inactivée qu'à un pH inférieur ou égale à 3 ou supérieur ou égale à 7. 

 <Desc/Clms Page number 20> 

 



  TABLEAU 5 
 EMI20.1 
 
<tb> 
<tb> pH <SEP> Activité <SEP> relative <SEP> %
<tb> 3 <SEP> 0
<tb> 3,5 <SEP> 90
<tb> 4 <SEP> 98
<tb> 4,5 <SEP> 100
<tb> 5 <SEP> 96
<tb> 5,5 <SEP> 92
<tb> 6 <SEP> 89
<tb> 6,5 <SEP> 75
<tb> 7 <SEP> 0
<tb> 
 
 EMI20.2 
 Exemple 4 et exemple 5R (de comparaison) 
On prépare un milieu de saccharification en mettant en suspension de l'amidon de maïs à une concentration de 35   X   en poids de matières sèches d'amidon et du chlorure de calcium à une concentration de 0,02 X. 



   On liquéfie cette suspension d'amidon de maïs en présence   d'a-amylase,   vendue sous la marque   TAKATBERK   L-340 par SOLVAY ENZYMES, à   105 OC   pendant 5 minutes à pH 6,0. 



   On refroidit rapidement l'amidon liquéfié, ainsi obtenu, à une température de 95    C   et on continue l'hydrolyse pendant 120 minutes à 95  C sous agitation. A ce stade le degré d'hydrolyse est compris entre 10 et 12 DE (DE représente l'unité de"Dextrose Equivalents", c'est-à-dire le nombre d'extrémités réductrices exprimées en équivalent glucose). 



   L'amidon liquéfié ainsi obtenu est dilué à une concentration finale de 32 g de poids sec par 100 g de milieu de saccharification. 



   On refroidit le milieu de saccharification obtenu à une température de 60    C.   



   On ajuste le pH de ce milieu de saccharification à différentes valeurs avec de l'acide acétique, depuis 3,9 jusqu'à 4,8 et on le maintient constant au cours de la saccharification. 

 <Desc/Clms Page number 21> 

 



   On ajoute au milieu de saccharification une quantité de glucoamylase correspondante à 0,176 DU/g. ds. (unité enzymatique glucoamylase par g de matières sèches de milieu de saccharification), la glucoamylase utilisée est vendue sous la marque DIAZYME L-200. 



   Pour l'exemple 4 selon l'invention, on ajoute également au milieu de saccharification une quantité de pullulanase, correspondante à 0, 075 PUN/g. ds., sous forme de solution aqueuse concentrée de pullulanase, telle que décrite à l'exemple 2. 



   L'exemple 5R de comparaison est réalisé sans addition de pullulanase. 



   Après 48 heures, on arrête la saccharification et on analyse les produits obtenus par chromatographie. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 6. 



   Cet exemple montre que la pullulanase de l'invention est efficace en saccharification. La pullulanase de l'invention possède donc toutes les propriétés adéquates compatibles avec les conditions industrielles réelles de saccharification de l'amidon. 



   Cet exemple montre que le taux de conversion de l'amidon est supérieur en présence de la pullulanase selon l'invention, à différents pH, et ceci jusqu'à un pH très acide, c'est-à-dire au moins 3,9. 

 <Desc/Clms Page number 22> 

 
 EMI22.1 
 TABLEAU 6 
 EMI22.2 
 
<tb> 
<tb> pH <SEP> Exemples <SEP> Produits <SEP> obtenus <SEP> en <SEP> % <SEP> > DP3
<tb> Glucose <SEP> DP2 <SEP> DP3
<tb> 3,9 <SEP> 5R <SEP> 94,18 <SEP> 2,92 <SEP> 0,54 <SEP> 2,37
<tb> 4 <SEP> 95, <SEP> 63 <SEP> 2,90 <SEP> 0,73 <SEP> 0,73
<tb> 4,2 <SEP> 5R <SEP> 94,18 <SEP> 2,98 <SEP> 0,56 <SEP> 2,29
<tb> 4 <SEP> 94,79 <SEP> 4,30 <SEP> 0,56 <SEP> 0,38
<tb> 4,5 <SEP> 5R <SEP> 93,72 <SEP> 2,88 <SEP> 0,57 <SEP> 2,83
<tb> 4 <SEP> 95,49 <SEP> 3,00 <SEP> 0,75 <SEP> 0,76
<tb> 4,8 <SEP> 5R <SEP> 93,32 <SEP> 2,79 <SEP> 0,60 <SEP> 3,30
<tb> 4 <SEP> 95,25 <SEP> 2,70 <SEP> 0,87 <SEP> 1,

  18
<tb> 
 
DP2 représente les oligosaccharides contenant deux unités de glucose (dimère de glucose), DP3 les oligosaccharides contenant trois unités de glucose (trimère de glucose), > DP3 les oligosaccharides contenant plus de 3 unités de glucose. 



  Exemple 6 et exemple 7R (de comparaison)
On répète l'exemple 4, mais en fixant le pH de milieu de saccharification à un pH de 4,2. 



   On ajoute au milieu de saccharification une quantité de glucoamylase correspondante à 0,17 DU/g. ds. (unité enzymatique par g de matières sèches de milieu de saccharification), la glucoamylase utilisée est vendue sous la marque DIAZYME L-200. 



   Pour l'exemple 6 selon l'invention, on ajoute également au milieu de saccharification diverses quantités de pullulanase, correspondantes respectivement à 0,0325 PUN/g. ds., 0,050 PUN/g. ds., 0,075 PUN/g. ds. et 0,10 PUN/g. ds. (unité enzymatique pullulanase par gramme de matières sèches de milieu de saccharification), sous forme de solution aqueuse concentrée de pullulanase, telle que décrite à l'exemple 2. 

 <Desc/Clms Page number 23> 

 



   L'exemple 7R de comparaison est réalisé sans addition de pullulanase. 



   Les résultats sont rassemblés dans le tableau 7. 



   Cet exemple montre que la quantité de pullulanase qu'il faut mettre en oeuvre pour observer une augmentation du pourcentage de glucose produit est inférieure à 0,0325 PUN/g. ds. 



   TABLEAU 7 
 EMI23.1 
 
<tb> 
<tb> Exemples <SEP> Pullulanase <SEP> Produits <SEP> obtenus <SEP> en <SEP> 
<tb> PUN/g. <SEP> ds.
<tb> 



  Glucose <SEP> DP2 <SEP> DP3 <SEP> > DP3
<tb> 7R <SEP> 0 <SEP> 94,78 <SEP> 3,55 <SEP> 0,73 <SEP> 0,94
<tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 0325 <SEP> 95,16 <SEP> 3,45 <SEP> 0,78 <SEP> 0, <SEP> 61
<tb> 0,050 <SEP> 95,30 <SEP> 3,39 <SEP> 0,74 <SEP> 0,56
<tb> 0,075 <SEP> 95,25 <SEP> 3,47 <SEP> 0,74 <SEP> 0, <SEP> 55
<tb> 0, <SEP> 10 <SEP> 95,27 <SEP> 3,49 <SEP> 0,70 <SEP> 0,53
<tb> 
 Exemple 8
Cet exemple concerne le clonage du gène de la pullulanase. 



   L'ADN chromosomique est extrait à partir d'une culture de Bacillus deramificans LMG P-13056. 



   Pour ce faire, une culture de 200 ml de ce bacille en phase stationnaire est centrifugée. Le culot de centrifugation ainsi 
 EMI23.2 
 obtenu est repris dans 9 ml de tampon TRIS-HCI (tris (hydroxyméthyl) aminométhane acidifié avec HCl) 0, 1 M, à un pH de 8, EDTA (acide éthylènediaminetétraacétique) 0,1 M, NaCl 0,15 M contenant 18 mg de lysozyme, la suspension ainsi obtenue est incubée 15 minutes à 37    C.   



   Le lysat ainsi obtenu est ensuite traité par 200 pl d'une solution de RNAse à 10 mg/ml pendant 20 minutes à 50    C.   1 ml d'une solution de SDS (sodium dodécyl sulfate) à 10 % est alors ajoutée à ce lysat. Ensuite on incube ce lysat durant 30 minutes à   70 OC.   



   Puis le lysat est refroidi aux environ de 45    C,   on y 

 <Desc/Clms Page number 24> 

 ajoute ensuite 0,5 ml d'une solution de protéinase K à 20 mg/ml (préparée extemporanément). 



   Le lysat est incubé à 45    C   sous agitation jusqu'à l'obtention d'une solution transparente. 



   On effectue à partir de cette solution transparente plusieurs extractions au phénol jusqu'à l'obtention d'une interface propre. 



   L'ADN est alors précipité à l'aide d'isopropanol. 



   L'ADN ainsi obtenu est ensuite clivé partiellement par l'enzyme de restriction Sau3AI. Les conditions de restriction sont celles décrites dans Molecular Cloning-a laboratory manual - (SAMBROOK, FRITSCH,   MANIATIS-second edition,   1989/ 9.24-9. 28). Le rapport entre la quantité d'ADN mise en oeuvre et la quantité d'enzyme est ajusté afin d'obtenir un maximum de fragments de taille comprise entre 5 et 10 kbp (kbp : 103 paires de bases). 



   L'ensemble des fragments ainsi obtenus est ensuite soumis à une électrophorèse en gel d'agarose (0,8 %), en tampon acétate de sodium comme décrit dans Molecular Cloning-a laboratory manual - (SAMBROOK, FRITSCH,   MANIATIS-second edition,   1989/ 6.22-6. 35). Les fragments de taille comprise entre 5 et 10 kbp sont isolés et purifiés par électroélution. Ils sont ensuite ligaturés avec le plasmide pBR322 qui est vendu par la société BIOLABS, coupés au site   BamHl   et déphosphorylé comme décrit dans Molecular Cloning-a laboratory manual- (SAMBROOK, FRITSCH,   MANIATIS-second edition,   1989/1.63-1. 73). 



   La ligation ainsi obtenue est transformée dans des cellules de E. coli MC1061 (CASADABAN et al., 1980, J. Mol. Biol. 



  138 : 179-207) par électroporation (Molecular Cloning-a laboratory manual-SAMBROOK, FRITSCH,   MANIATIS-second edition,   1989 /1.75) ; les souches transformées sont sélectionnées sur boîte de Pétri contenant le milieu LB (Luria-Bertani) gélosé et 100 pg/ml 
 EMI24.1 
 d'ampicilline, après croissance à 37  C pendant environ 18 heures. Le milieu LB contient 10 g/l de tryptone, 5 g/l d'extrait de levure et 10 g/l de chlorure de sodium.
Les colonies obtenues sur ces boîtes sont ensuite répliquées 

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 sur deux boites du même milieu. 



   Une des deux boites est recouverte d'un milieu gélosé contenant 1 % d'agar, 100 mM d'acétate de sodium (pH 4,5) et 0,1   %   d'AZCL-pullulane. Après incubation à 60    C   durant une nuit, les colonies montrant une zone d'hydrolyse de l'AZCLpullulane sont repérées, et la colonie correspondante est isolée sur l'autre boîte répliquée. 



   Le plasmide (pBRDEBRA 3) présent dans cette souche est isolé par la technique de lyse alcaline comme décrit dans Molecular Cloning-a laboratory manual- (SAMBROOK, FRITSCH, MANIAISsecond edition, 1989/1.25-1. 28), et sa carte de restriction est déterminée. L'analyse montre que le fragment inséré a une taille d'environ 9 kbp (figure   4).   



   Lorsque le plasmide   pBRDEBRA3   est introduit dans la souche de E. coli MC1061 par transformation, toutes les souches transformées obtenues sont capables d'hydrolyser   l'AZCL-   pullulane. Elles sont également capables d'hydrolyser les liens   oc-1,   6 de l'amylopectine. En effet, les colonies sont recouvertes d'un milieu gélosé contenant 1   %   d'agar, 100 mM d'acétate de sodium (pH 4,5) et 1 % d'amylopectine, et incubées pendant 18 heures à 60    C.   Une coloration bleue est visible autour des souches transformées, lorsque la gélose est imprégnée d'une solution d'I2-KI 3/50 mM. 



   Le fragment   BamHI[375]-BamHI[8843]   de 8,5 kb du plasmide pBRDEBRA3 a ensuite été purifié par électrophorèse en gel d'agarose et   sous-cloné   dans le site BamHI [5759] du vecteur navette (E. coli-B. subtilis) pUBC131 (figure 5), décrit dans la demande de brevet européen 0 415 296 (figure 8 de cette demande de brevet européen), par transformation dans la souche de E. coli MC1061. Le plasmide résultant (pUBCDEBRA1, figure 6), a ensuite été extrait de E. coli et introduit par transformation dans la souche de B. subtilis 1A510. 



   La souche de B. subtilis   1A510   peut être obtenue au BACILLUS GENETIC STOCK CENTER (The OHIO STATE UNIVERSITY, Department of Biochemistry, 484 West 12th Avenue, Columbus, Ohio 43210). 



   Les souches transformées obtenues sont recouvertes d'une 

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 surcouche d'agarose contenant l'AZCL-pullulane ou l'amylopectine. On isole les souches transformées, qui sont capables d'hydrolyser l'AZCL-pullulane ainsi que d'hydrolyser l'amylopectine en position   alpha-1,   6. 



   Ceci indique clairement que le gène codant pour la pullulanase est exprimé chez B. subtilis.



    <Desc / Clms Page number 1>
 



   Pullulanase, microorganisms producing it, methods for preparing this pullulanase, uses and compositions comprising it
The invention relates to a new pullulanase. The invention also relates to strains of microorganisms producing this pullulanase and methods of preparing this pullulanase. The invention also relates to the uses and compositions comprising it.



   Starch, the essential constituents of which are amylose and amylopectin, can be converted into simple sugars by an enzymatic process carried out in two stages: a stage of liquefaction of starch and a stage of saccharification of liquefied starch . During the liquefaction stage, the starch is degraded to maltodextrins by a short-term treatment at high temperature at neutral pH in the presence of a thermostable α-amylase.



    The oc-amylase practically does not hydrolyze the glucosidic bonds K-1, 6, the bonds of this type present in amylopectin remain intact during the stage of liquefaction of the starch. During the saccharification step, the liquefied starch is degraded by a treatment at a temperature of approximately 60 ° C. and at a pH of between approximately 4 and 5 in the presence of a glucoamylase. This saccharification stage generally lasts from 40 to 60 hours.

   Glucoamylase degrades the polysaccharides composing the maltodextrins produced in the previous step, mainly by catalyzing the sequential removal of the monomeric glucose units from the non-reducing end, essentially by hydrolysis of the glucosidic bonds <x-1.4; it is also capable of hydrolyzing the glucosidic bonds oc-1, 6 but at a markedly lower speed. In addition, when high concentrations of dextrose are reached in the saccharification medium, the glucoamylase catalyzes the reverse reaction, that is to say the synthesis, from glucose, of oligosaccharides containing ci-1, 6 bonds. All these facts limit the conversion rate of starch.

   In order to remedy these drawbacks

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 and to achieve a high conversion rate of the starch, it has already been proposed to add during the saccharification of the liquefied starch an enzyme hydrolyzing the glucosidic bonds a-1, 6, such as for example a pullulanase.



   In European patent 0 063 909, an enzyme known as debranching, that is to say capable of hydrolyzing the glucosidic bonds, is described. <xl, 6 in amylopectin, which exhibits pullulanase activity and has an optimum of activity at a pH of 4-5 to 60 C. This enzyme which derives from a strain of Bacillus acidopullulyticus is marketed by the NOVO NORDISK company under the PROMOZYME brand.



   Furthermore, in US Pat. No. 5,055,403, a pullulanase has been proposed having an enzymatic activity in an acid medium and derived from a strain of Bacillus naganoensis.



  This enzyme has maximum activity at a pH of around 5
 EMI2.1
 measured at 60 C and a maximum of activity at a temperature of approximately 62.5 OC measured at a pH of 4.5.



  Although active at acidic pH and at a temperature of around 60 ° C. and therefore usable during the saccharification of liquefied starch, the pullulanases of the prior art have the drawback of being very unstable under such conditions temperature and pH, their half-life at a temperature of 60 C and a pH of about 4.5 in the absence of substrate not exceeding a few tens of minutes.



   The present invention aims to provide a new pullulanase, active at acidic pH, having a thermostability at acidic pH very much greater than that of the pullulanases of the prior art and a half-life of several hours under these aforementioned conditions.



   To this end the invention relates to a pullulanase, thermostable and active at acidic pH, capable of hydrolyzing the glucosidic bonds of type a-1, 6 in amylopectin, having an isoelectric point of approximately 4.5 and a duration of half-life of approximately 55 hours measured at a temperature of approximately 60 C in a buffered solution at a pH of approximately 4.5 and in the absence of substrate.

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   This means that the pullulanase of the invention shows a relative enzymatic activity of at least 50% measured after an incubation of 55 hours at a temperature of approximately 60 C in a solution buffered to a pH of approximately 4.5 and the absence of substrate.



   By relative enzymatic activity is meant the ratio between the enzymatic activity, measured during a test carried out under given conditions of pH, temperature, substrate and duration, and the maximum enzymatic activity measured during this same test, the enzymatic activity being measured from the hydrolysis of pullulan and the maximum enzymatic activity being arbitrarily fixed at the value of 100.



   The pullulanase according to the invention is thermostable at acidic pH, as it appears in FIG. 1 which represents the evolution of the relative enzymatic activity of pullulanase as a function of the incubation time, the incubation being carried out at a temperature of 60 OC and at a pH of 4.5, the maximum enzymatic activity being the initial activity in this case. Indeed, the pullulanase according to the invention shows a relative enzymatic activity of at least 55% measured after an incubation of 40 hours at a temperature of 60 OC in a solution buffered at a pH of about 4.5 and in absence of substrate. It shows a relative enzymatic activity of at least 70 X measured after an incubation of 24 hours under these same conditions.



   The pullulanase according to the invention is moreover stable over a wide range of acidic pHs, as it appears in FIG. 2 which represents the evolution of the relative enzymatic activity of pullulanase as a function of the incubation pH, the incubation being carried out at a temperature of 60 ° C. for 60 minutes, the maximum enzymatic activity being measured at a pH of 4.5. Indeed, the pullulanase according to the invention shows a relative enzymatic activity of at least 85% measured after an incubation of 60 minutes at a temperature of approximately 60 C in the absence of substrate and in a pH range between approximately 3.5 and around 5.8.

   It shows a relative enzymatic activity greater than 90% measured in a pH range between approximately

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 3.8 and around 5 under these same conditions. Under these same conditions, it is completely inactivated only at a pH less than or equal to 3 or greater than or equal to 7.



   The pullulanase according to the invention is active over a wide range of temperature and pH as it appears in FIG. 3 which represents the evolution of the relative enzymatic activity of pullulanase as a function of pH and temperature, the activity maximum enzymatic being measured at a pH of 4.3 and at a temperature of 60 C.



   The pullulanase according to the invention has an optimal enzymatic activity measured at a temperature of around 60 OC in a pH range of between 4.0 and 4.8.



   The pullulanase according to the invention also exhibits optimal enzymatic activity, measured at a pH of around 4.3, in a temperature range between 55 and 65 C.



   The pullulanase according to the invention develops an enzymatic activity of more than 80% of the maximum enzymatic activity in a range of pH between approximately 3.8 and approximately 4.9 for a temperature of approximately 60 C, the enzymatic activity maximum being measured at a temperature of 60 C and a pH of 4.3.



   The molecular weight of the pullulanase according to the invention is approximately 100 (10) kDa.



   The pullulanase according to the invention consists of a single type of polypeptide.



   The pullulanase according to the invention is capable of catalyzing the hydrolysis of the glucosidic bonds a-1, 6 present both in amylopectin and in pullulan. It is therefore an enzyme called debranching or debranching. The pullulanase according to the invention degrades the pullulan to maltotriose and the amylopectin to amylose. The pullulanase according to the invention also has all the suitable properties compatible with the real industrial conditions for saccharification of starch. These properties are an optimum pH below 5, an optimum temperature around 60 OC and good stability of the enzyme under these conditions of acid pH and temperature

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 high. The acid medium is imposed by the simultaneous use of glucoamylase and pullulanase during the industrial saccharification of starch.

   In fact, the glucoamylase used for the saccharification of starch is generally produced by a fungus and in particular by a strain of Aspergillus, such as Aspergillus niger, Aspergillus awamori or Aspergillus foetidus. The ideal conditions suitable for the saccharification of liquefied starch in the presence of a glucoamylase are a temperature of approximately 60 ° C. and a pH of approximately 4.0 to 4.5.



  This is notably the case for the glucoamylase sold under the brands DIAZYKE L-200 and OPTIDEX by SOLVAY ENZYMES. Furthermore, the saccharification stage lasts several hours, generally from 40 to 60 hours, it is essential that the enzymes used are stable, active and effective throughout this stage, these enzymes must therefore exhibit high thermostability in an acid medium. and the longest half-life possible. This is why the pullulanase of the present invention is more effective than the known pullulanases.



   The present invention also relates to the aerobic bacteria producing the pullulanase according to the invention. Generally they belong to the family of Bacillaceae. Preferably they belong to the genus Bacillus. Good results have been obtained with the Bacillus deramificans LMG P-13056 strain or a derivative of this strain.



   The strain of Bacillus deramificans LMG P-13056 was deposited in the collection named BELGIAN COORDINATED COLLECTIONS 0F MICROORGANISMS (LMG culture collection, University of Ghent, Belgium) in accordance with the Budapest Treaty.



   The strain of the present invention has been identified by its biochemical characteristics: Gram positive bacteria, aerobic which is in the form of rod, it forms an endospore.



   By derivative of this strain is meant any naturally or artificially modified bacteria. The derivatives of this strain can be obtained by known modification techniques such as ultraviolet radiation, X-rays, mutagens or genetic engineering.

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   The present invention also relates to recombinant strains in which the gene coding for the pullulanase according to the invention is introduced by genetic engineering techniques.



  The gene can be introduced onto a plasmid or integrated into the host chromosome in one or more copies, the promoter can be modified or replaced by another promoter better suited to the receiving host, the gene itself can be modified so as to produce a mutant pullulanase.



   The invention also relates to the strains of microorganisms different from the starting producer organism, in which the gene coding for pullulanase is introduced by transformation, either in form integrated into chromosomal DNA, or in self-replicating form (plasmid).



   The present invention also relates to a process for the production of a pullulanase comprising the cultivation of an aerobic bacterium capable of producing the pullulanase in an appropriate nutritive medium containing sources of carbon and nitrogen and mineral salts under aerobic conditions and harvesting the pullulanase thus obtained.



   The present invention also relates to a process for the production of a pullulanase comprising the culture of the strain of Bacillus deramificans LMG P-13056 or a derivative of this strain capable of producing pullulanase in an appropriate nutritive medium containing sources of carbon and d nitrogen and mineral salts under aerobic conditions and the harvest of the pullulanase thus obtained.



   The culture conditions of these bacteria such as components of the culture medium, culture parameters, temperature, pH, aeration, agitation, are well known to those skilled in the art.



   The carbon sources of the culture medium are usually chosen from starch, partially hydrolyzed starch, soluble starch, oligosaccharides, glucose, amylose, amylopectin or a mixture of two or more of these. this.



  The sources of nitrogen in the culture medium are usually chosen from yeast extract, soy flour, flour

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 cottonseed, fish meal, gelatin, potato flour or a mixture of two or more of these. The mineral salts of the culture medium are generally chosen for the anions from chloride, carbonate, phosphate, sulfate and for the cations from potassium, sodium, ammonium, magnesium, calcium or a mixture of two or more of these.



   The culture is generally carried out at a temperature between 20 and 45 ° C. and preferably between 25 and 40 ° C.



   The culture is generally carried out at a pH of between 3.5 and 6 and preferably between 4 and 6.



   The culture is carried out under aerobic conditions in the presence of air or oxygen and with stirring.



   The techniques for harvesting the produced pullulanase are well known to those skilled in the art. Usually, centrifugation, ultrafiltration, evaporation, precipitation, filtration, microfiltration are used. crystallization or a combination of either of these techniques such as centrifugation followed by ultrafiltration.



   The pullulanase can then be purified, if necessary, enzyme purification techniques are known to those skilled in the art.



   Pullulanase can also be spray dried or freeze dried.



   The invention also relates to a mutated pullulanase obtained by modification of the nucleotide sequence of the gene which codes for the pullulanase defined above.



   The invention also relates to a process for the preparation of a recombinant pullulanase, the process comprising the isolation of a DNA fragment coding for pullulanase, the insertion of this DNA fragment into an appropriate vector, the introduction of this vector into an appropriate host or the introduction of this DNA fragment into the chromosome of an appropriate host, the culture of this host, the expression of pullulanase and the harvesting of pullulanase. The appropriate host is generally chosen from the group consisting of microorganisms

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 Escherichia coli, Bacillus or Aspergillus. Usually the host is chosen from Bacillus.

   Preferably the host is chosen from the microorganisms Bacillus subtilis, Bacillus licheniformis, Bacillus alcalophilus, Bacillus lentus, Bacillus amyloliquefaciens or Bacillus deramificans LMG P-13056.



   The pullulanase according to the invention has multiple outlets in various industries, such as, for example, the food industries, the pharmaceutical industries or the chemical industries.



   Pullulanase can in particular be used in baking as an "anti-staling", that is to say as an additive to prevent the bread from becoming stale during its conservation or in brewery during the manufacture of beers with low calorie content .



   Pullulanase can also be used when preparing low-calorie foods in which amylose is used as a fat substitute.



   For food applications, pullulanase can be immobilized on a support. Enzyme immobilization techniques are well known to those skilled in the art.



   The pullulanase according to the invention is particularly suitable for the treatment of starch and pullulan.



   The invention relates to the use of pullulanase for the saccharification of liquefied starch.



   The present invention also relates to the use of pullulanase during a process for degrading starch or partially hydrolyzed starch comprising a step of saccharification of starch or partially hydrolyzed starch in the presence of a pullulanase. Generally, this process is carried out in the presence of one or more other enzymes such as glucoamylase, a-amylase, P-amylase, a-glucosidase or other saccharifying enzymes.



   Given its biochemical properties, the pullulanase of the present invention makes it possible to carry out the saccharification step under strongly acid conditions, that is to say up to at least a pH of 3.9. This pH is more acidic than that acceptable by known pullulanases.

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   The present invention also relates to enzyme compositions comprising the pullulanase according to the invention.



   The compositions comprising the pullulanase of the present invention can be used in solid or liquid form.



   Pullulanase is formulated according to the intended uses.



  Stabilizers or preservatives can also be added to the enzyme compositions comprising the pullulanase according to the invention. For example, the pullulanase can be stabilized by the addition of propylene glycol, ethylene glycol, glycerol, starch, pullulan, a sugar such as glucose, a salt such as sodium chloride or a mixture of two or more of these products.



   The enzymatic compositions according to the invention can also comprise, in addition to the pullulanase, one or more other enzymes. Such enzymes are in particular carbohydrate hydrolases, such as, for example, glucoamylase, a-amylase, 0-amylase, <x-glucosidase, isoamylase, cyclomaltodextrin-glucotransferase, p-glucanase, a-glucosidase, glucoseisomerase, saccharifying enzymes, enzymes which cut glucosidic links or a mixture of two or more of these.



   The present invention preferably relates to an enzyme composition comprising a glucoamylase and a pullulanase.



   FIG. 1 represents the relative enzymatic activity of pullulanase as a function of the incubation time, for an incubation carried out at a temperature of 60 ° C. and at a pH of 4.5.



   FIG. 2 represents the relative enzymatic activity of pullulanase as a function of the incubation pH, for an incubation carried out at a temperature of 60 ° C. for 60 minutes.



   FIG. 3 represents the evolution of the relative enzymatic activity of pullulanase as a function of the pH and the temperature.



   FIG. 4 represents the restriction map of the plasmid pBRDEBRA 3.



   FIG. 5 represents the restriction map of the plasmid pUBC131.

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   FIG. 6 represents the restriction map of the plasmid pUBCDEBRA1.



   The present invention is illustrated by the following examples.



  Example 1
The Bacillus deramificans LMG P-13056 strain was isolated from the soil on an agar nutrient medium and selected for its ability to degrade a colored derivative of pullulan known as AZCL-pullulane and sold under the brand MEGAZYME.
 EMI10.1
 



  This strain was cultured at 37 ° C. in the growth medium MYE, the composition of which is as follows: MYE: H2PO4 33 mM KHPOHO 6 mM (NH4) 2SO4 45 mM MgCl2. 6H20 1 mM CaCl2. 2H20 1 mM Yeast extract 0.5%
Glucose 0.5%
The pH of the medium is adjusted to pH 4.5 with H3PO4
The agar medium (MYE / agar) contains 2% more agar.



   The strain of the present invention has been identified by its biochemical characteristics: Gram positive bacteria, aerobic which is in the form of rod, it forms an endospore.



  It therefore belongs to the genus Bacillus.



   The vegetative cells of this strain in culture on the
 EMI10.2
 MYE medium at 37 Oc have a bacillus size of 0.7 x 3.0, 3.5-3 µm. The mobility of vegetative cells is low.



  After a growth of three days at 37 oc on the MYE medium, microscopic observation reveals the presence of (sub) terminal sporangia slightly deformed and in the shape of an ellipse.



   The catalase test is weakly positive in the presence of 10 X of hydrogen peroxide. The oxidase test is positive in the presence of 1% tetramethyl-1,4-phenylenediammoniumdichloride.

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 EMI11.1
 



  This strain does not develop anaerobically, i.e. under an atmosphere of 84% N2'8% C02'8% H2 at 37 C, on the other hand it develops in microanaerobiosis, that is to say under a atmosphere of 82. 5% N2'6% 02, 7.5% H2'4% C02 at 37 OC.



  This strain presents a normal development after incubation in MYE medium at 20 C, 30 C, 37 C and 45 C, on the other hand it does not develop at 50 C and 55 C. It presents a normal development after incubation in MYE medium buffered with phosphate buffer at the following pH pH 4.0, pH 4.5, pH 5.0 and pH 5.5, however it does not develop at pH 7.0. It shows normal development after incubation in MYE medium in the presence of NaCl at concentrations of 2.0% and 3.5 X, present
 EMI11.2
 weak development in the presence of 5.0% NaCl and does not develop in the presence of 7.0% NaCl.



   This strain does not hydrolyze casein: indeed no lysis zone could be observed after more than 2 weeks of incubation at 37 C. It decomposes tyrosine weakly, does not produce acetoin from pyruvate and does not reduce nitrate to nitrite or N2.



   The strain of Bacillus deramificans LMG P-13056 according to the invention is taxonomically different from the strain of Bacillus acidopullulyticus described in European patent 0 063 909 and the strain of Bacillus naganoensis described in US patent 5,055,403. Certain biochemical characteristics described in these patents are collected in table 1 for comparison.

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 TABLE 1
 EMI12.1
 
 <tb>
 <tb> Test <SEP> B. <SEP> acidopul-B. <SEP> naganoensis <SEP> B.

    <SEP> deralulyticus <SEP> mificans
 <tb> Growth <SEP> to <SEP> pH <SEP> + <SEP> + <SEP> +
 <tb> 4,7-5, <SEP> 5
 <tb> Growth <SEP> to <SEP> pH <SEP> nd <SEP> nd
 <tb> 7.0
 <tb> Growth <SEP> in-nd <SEP> +
 <tb> 3.5 <SEP>% <SEP> NaCl
 <tb> Decomposition <SEP> from <SEP> - <SEP> - <SEP> +
 <tb> tyrosine
 <tb> Reduction <SEP> from
 <tb> nitrate <SEP> in <SEP> nitrite <SEP> + -
 <tb>
 + represents a positive response to the test, -represents a negative response to the test, nd means that the test has not been described in the patent under reference.



  Example 2
The Bacillus deramificans LMG P-13056 strain is cultured in a liquid medium (MYA), the composition of which is as follows:
KH2PO4 33 mM K2HP04. 3H20 6 mM (NH4) 2SO4 45 mM
 EMI12.2
 MgCl2. 6H20 1 mM CaCl2. 2H20 1 mM Yeast extract 2.5% Potato starch 2.5% The pH of the medium is adjusted to pH 4.5 with H3PO4. The culture is carried out with stirring, with aeration

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 effective, at a temperature of 37 C.



   After 68 hours of culture, the pullulanase and the cell biomass are separated by centrifugation, the pullulanase produced by the strain of Bacillus deramificans LMG P-13056 is extracellular.



   Then the pullulanase is concentrated by ultrafiltration, in order to obtain a concentrated aqueous solution of pullulanase.



   The enzymatic activity of the solution obtained is measured.



   A pullulanase enzyme unit (PUN) is defined as the amount of enzyme which, at a pH of 4.5, at a temperature
 EMI13.1
 of 60 OC and in the presence of pullulan, catalyzes the release of reducing sugars at the rate of 1 μM of glucose equivalent per minute.



   The measurement of the pullulanase enzymatic activity is carried out according to the following protocol. 1 ml of a 1 × pullulan solution in 50 mM acetate buffer at pH 4.5 is incubated at 60 ° C. for 10 minutes. 0.1 ml of a pullulanase solution corresponding to an activity between 0.2 and 1 PUN / ml is added thereto. The reaction is stopped after 15 minutes by adding 0.4 ml of 0.5 M NaOH. The determination of the reducing sugars released is carried out by the method of SOMOGYI-NELSON (J. Biol. Chem. 153 (1944) 375-380 ; J. Biol. Chem. 160 (1945) 61-68).



   A second method is used to perform the pullulanase assays. The enzymatic reaction in the presence of pullulan is carried out according to the conditions of the test, then is stopped by the addition of sulfuric acid (0.1 N). The pullulan hydrolysis products are then subjected to HPLC chromatography (HPX-87H column from BIO-RAD; the mobile phase consists of 10 mM H 2 SO 4) in order to separate the various constituents. The amount of maltotriose formed is estimated by measuring the area of the peak obtained.



   The so-called debranching activity, that is to say the hydrolysis of the glucosidic bonds oc-1, 6 present in amylopectin, can be quantified by the increase in the blue coloration caused, in the presence of iodine, by the release of amylose from amylopectin.

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   The measurement of the disconnecting enzymatic activity is carried out according to the following protocol. 0.4 ml of a solution
 EMI14.1
 1 x amylopectin containing 50 mM acetate buffer at pH 4.5 is incubated at 60 ° C. for 10 minutes. The reaction is started by the addition of 0.2 ml of pullulanase and it is stopped after 30 minutes by the addition of 0.4 ml of 0.3 M HCl 0.8 ml of an iodine solution at 0 , 0025 X is then added to 0.2 ml of this reaction mixture and the optical density is measured at 565 nm.



   In order to purify the pullulanase, the concentrated aqueous pullulanase solution is diafiltered with 6 times 500 ml of a NaCl solution at 9 g / l and the pH of the aqueous solution thus obtained is adjusted to pH 3.5 by addition of 25% HCl at room temperature.



   The precipitate obtained is removed by centrifugation, the centrifugation supernatant is recovered. The pH of this supernatant is adjusted to pH 6.0 by addition of 5 M NaOH. The precipitate obtained is removed by centrifugation.



   The centrifugation supernatant is recovered, which is heated to 55 ° C. for 15 minutes.



   The precipitate formed is again removed by centrifugation.



  The centrifugation supernatant is recovered.



   Acetone is added to this supernatant at a final concentration of 60%, the suspension formed is brought to 4 ° C. for 2 hours. The precipitate formed at 4 OC is dissolved in a MES buffer (acid 2 (N-morpholino) ethanesulfonic) 20 mM, CaCl 2 1 mM (pH 6.0). This pullulanase solution is called solution A.



   This solution A is again purified by ion exchange chromatography. A column of approximately 20 ml of internal volume, sold under the brand S-SEPHAROSE HP HI LOAD 16/10 by the company PHARMACIA, is previously equilibrated with a 50 mM CHgCOONa buffer, 100 mM NaCl (pH 4.0) at a flow rate of 5 ml / minute.



  Solution A is diluted 10 times in the acetate buffer and 15 ml of this diluted solution are deposited on the column. An isocratic phase is ensured by elution of 80 ml of the acetate buffer (100 mM NaCl), followed by elution with 200 ml of the acetate buffer

  <Desc / Clms Page number 15>

 50 mM (pH = 6.0) containing a linear NaCl gradient (100-500 mM).



   The pullulanase activity is measured in each fraction.



   The most active fractions are combined into a solution called B.



   From this solution B, precipitation is carried out with acetone at a final concentration of 80%. The precipitate obtained is dissolved in a volume of 0.6 ml of the 20 mM MES buffer, 1 mM CaCl 2 (pH 6.0).



   This pullulanase solution is called solution C.



   The results are collated in Table 2.



   TABLE 2
 EMI15.1
 
 <tb>
 <tb> Fractions <SEP> Volume <SEP> Proteins <SEP> Activity <SEP> pullulanase <SEP> Activity
 <tb> specific
 <tb> ml <SEP> mg / ml <SEP> Total <SEP>% <SEP> PUN / ml <SEP> Total <SEP>% <SEP> PUN / mg
 <tb> Solution <SEP> A <SEP> 1.5 <SEP> 6.48 <SEP> 9.7 <SEP> 100 <SEP> 17.5 <SEP> 26.3 <SEP> 100 <SEP> 2.7
 <tb> Solution <SEP> B <SEP> 0.025 <SEP> 0.3 <SEP> 3 <SEP> 0.7 <SEP> 8.4 <SEP> 32 <SEP> 28
 <tb>
 
Table 2 shows that this purification step increased by a factor of 10 the specific pullulanase activity of the enzyme solution.



   The debranching activity, that is to say the hydrolysis activity of the alpha-1,6 bonds in amylopectin, of pullulanase was also measured as described above, by iodine staining after hydrolysis of amylopectin. The results show that the unplugging activity has also been enriched.



  Example 3 a) Determination of the isoelectric point
An electrophoresis IEF (iso electro focusing) is carried out on solution C in a pH gradient varying from 4.0 to 6.5.



   A volume corresponding to 0.12 units of pullulanase is deposited in triplicate on the gel. After migration, one third of the gel is stained with Coomassie blue.

  <Desc / Clms Page number 16>

 



   The other two parts of the gel are covered with agar gels (1%) buffered with CH3COONa 100 mM, CaC12 1 mM, MgC12 1 mM (pH 4.5) containing 0.1% of AZCL-pullulan sold respectively. the brand MEGAZYME, or 1 X of amylopectin.



  The whole (acrylamide gel-agar gel) thus obtained is then incubated at 60 ° C. in a saturated atmosphere in relative humidity for 16 hours. The gel coated with the amylopectin overlay is then incubated at room temperature in a solution containing 3 mM I2, 50 mM KI in order to reveal the debranching activity by the appearance of the blue coloration.



   The revelation with iodine of the amylopectin gel reveals a dark blue halo, sign of a disconnecting activity, at an isoelectric point of 4.5 for the enzyme of the present invention. The revelation of pullulanase activity indicates the same result.



   This demonstrates that the pullulanase of the present invention exhibits pullulanase activity and debranching activity.



   This demonstrates that the pullulanase of the present invention is capable of hydrolyzing the out-1, 6 type bonds, both in pullulan and in amylopectin. This demonstrates a low specificity of the pullulanase of the present invention vis-à-vis its substrate. b) pH and temperature of enzymatic activity
The enzymatic activity of pullulanase is measured at different temperatures (55.60 and 65 OC) and at different pHs (from 3.25 to 7) in 50 mM citrate-phosphate buffer by measuring the reducing sugars released. Solution C of pullulanase is used, as obtained in Example 2, diluted to approximately 1 PUN / ml.



   The results are collated in Table 3.



   A graphical representation of the results obtained is given in FIG. 3. The abscissa represents the pH of the test and the ordinate represents the relative enzymatic activity in X. The curve * represents the test carried out at 60 oc, the curve + represents the test carried out at 55 oc and the curve &num; represents the test carried out at 65 C.



   During this test, the maximum enzymatic activity was measured for the sample placed at a pH of approximately 4.3 and at a

  <Desc / Clms Page number 17>

 
 EMI17.1
 temperature of approximately 60 C. By definition, this sample was therefore assigned a relative enzymatic activity of 100%.



   This example shows that the pullulanase according to the invention has an optimal enzymatic activity measured at a temperature of around 60 ° C. in a pH range between 4.0 and 4.8.



   This example also shows that the pullulanase according to the invention has an optimal enzymatic activity, measured at a pH of about 4.3, in a temperature range between 55 and 65 C.



   In addition, this example shows that the pullulanase according to the invention develops an enzymatic activity of more than 80 × of the maximum enzymatic activity in a pH range of between approximately 3.8 and approximately 4.9.



   TABLE 3
 EMI17.2
 
 <tb>
 <tb> Activity <SEP> relative <SEP> from <SEP> the enzyme <SEP>%
 <tb> pH <SEP> Temperature <SEP> C
 <tb> 55 <SEP> 60 <SEP> 65
 <tb> 3.25 <SEP> 5.7 <SEP> 2.2 <SEP> 4.3
 <tb> 3.75 <SEP> 80.8 <SEP> 83.7 <SEP> 11.5
 <tb> 4.30 <SEP> 87.9 <SEP> 100 <SEP> 84.1
 <tb> 4.90 <SEP> 82.4 <SEP> 87.1 <SEP> 68
 <tb> 5.50 <SEP> 50.6 <SEP> 39.6 <SEP> 13.5
 <tb> 6.00 <SEP> 7.5 <SEP> 2.9 <SEP> 0
 <tb> 6.40 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 0
 <tb>
 c) Determination of the half-life of the enzyme
The pullulanase solution A is diluted, as obtained in Example 2, so that it develops an enzymatic activity of approximately 0.7 PUN / ml in a 100 mM sodium acetate buffer at a pH of 4.5. The diluted solution containing pullulanase is incubated at 60 ° C. and samples are taken at times

  <Desc / Clms Page number 18>

 different.



   A measurement of the enzymatic activity by the reducing sugar method is then carried out. The results are collated in Table 4.



   TABLE 4
 EMI18.1
 
 <tb>
 <tb> Time <SEP> Activity <SEP> relative
 <tb> hours
 <tb> 0 <SEP> 100
 <tb> 16 <SEP> 76
 <tb> 24 <SEP> 74
 <tb> 40 <SEP> 57
 <tb> 48 <SEP> 54
 <tb> 64 <SEP> 47
 <tb>
 
A graphical representation of the results obtained is given in FIG. 1. The abscissa represents time in hours and the ordinate represents the relative enzymatic activity in X.



   This example shows that pullulanase is thermostable at acidic pH.



   This example shows that the half-life of pullulanase is approximately 55 hours under these conditions. Indeed, pullulanase has a relative enzymatic activity of at least 50% measured after an incubation of 55 hours at a temperature of approximately 60 C in a buffered solution at a pH of approximately 4.5 and in the absence of substrate .



   This example further shows that the pullulanase according to the invention has a relative enzymatic activity of at least 55% measured after an incubation of 40 hours at a temperature of approximately 60 ° C. in a solution buffered at a pH of approximately 4, 5 and in the absence of substrate. This example also shows
 EMI18.2
 that it has a relative enzymatic activity of at least 70% measured after an incubation of 24 hours under these same conditions. d) Stability of pullulanase with respect to pH

  <Desc / Clms Page number 19>

 
The pullulanase solution A, as obtained in Example 2, is diluted so that it develops an enzymatic activity of approximately 0.7 PUN / ml, in different 100 mM citrate phosphate buffers at pH varying between pH 3.0 and 8.0.

   The various dilute solutions containing the pullulanase are incubated for 60 minutes at 60 C.



   Then we measure the enzymatic activity of these different
 EMI19.1
 solutions after incubation for 60 minutes at pH 4.2 to 60 ° C. in the presence of 1.6% of pullulan. The amount of maltotriose formed is measured by HPLC chromatography. The results are collated in Table 5.



   A graphical representation of the results obtained is given in FIG. 2. The abscissa represents the pH and the ordinate represents the relative enzymatic activity in%.



   This example shows that the pullulanase according to the invention is stable over a wide range of acid pH, in fact it has
 EMI19.2
 a relative enzymatic activity of at least 85 X measured after an incubation of 60 minutes at a temperature of approximately 60 OC in the absence of substrate and in a pH range between approximately 3.5 and approximately 5.8. This example also shows that it has a relative enzymatic activity greater than 90 X measured in a pH range between approximately 3.8 and approximately 5 under these same conditions and that it is inactivated only at a lower pH or equal to 3 or greater than or equal to 7.

  <Desc / Clms Page number 20>

 



  TABLE 5
 EMI20.1
 
 <tb>
 <tb> pH <SEP> Activity <SEP> relative <SEP>%
 <tb> 3 <SEP> 0
 <tb> 3.5 <SEP> 90
 <tb> 4 <SEP> 98
 <tb> 4.5 <SEP> 100
 <tb> 5 <SEP> 96
 <tb> 5.5 <SEP> 92
 <tb> 6 <SEP> 89
 <tb> 6.5 <SEP> 75
 <tb> 7 <SEP> 0
 <tb>
 
 EMI20.2
 Example 4 and Example 5R (comparison)
A saccharification medium is prepared by suspending corn starch at a concentration of 35% by weight of starch solids and calcium chloride at a concentration of 0.02%.



   This corn starch suspension is liquefied in the presence of α-amylase, sold under the brand TAKATBERK L-340 by SOLVAY ENZYMES, at 105 ° C. for 5 minutes at pH 6.0.



   The liquefied starch thus obtained is rapidly cooled to a temperature of 95 ° C. and the hydrolysis is continued for 120 minutes at 95 ° C. with stirring. At this stage the degree of hydrolysis is between 10 and 12 DE (DE represents the unit of "Dextrose Equivalents", that is to say the number of reducing ends expressed in glucose equivalent).



   The liquefied starch thus obtained is diluted to a final concentration of 32 g of dry weight per 100 g of saccharification medium.



   The saccharification medium obtained is cooled to a temperature of 60 C.



   The pH of this saccharification medium is adjusted to different values with acetic acid, from 3.9 to 4.8 and is kept constant during saccharification.

  <Desc / Clms Page number 21>

 



   A quantity of glucoamylase corresponding to 0.176 DU / g is added to the saccharification medium. ds. (glucoamylase enzyme unit per g of dry matter in the saccharification medium), the glucoamylase used is sold under the brand DIAZYME L-200.



   For example 4 according to the invention, a quantity of pullulanase is also added to the saccharification medium, corresponding to 0.075 PUN / g. ds., in the form of a concentrated aqueous solution of pullulanase, as described in Example 2.



   Comparative Example 5R is carried out without the addition of pullulanase.



   After 48 hours, the saccharification is stopped and the products obtained are analyzed by chromatography. The results are collated in Table 6.



   This example shows that the pullulanase of the invention is effective in saccharification. The pullulanase of the invention therefore has all the suitable properties compatible with the real industrial conditions for starch saccharification.



   This example shows that the conversion rate of starch is higher in the presence of the pullulanase according to the invention, at different pHs, and this up to a very acidic pH, that is to say at least 3.9 .

  <Desc / Clms Page number 22>

 
 EMI22.1
 TABLE 6
 EMI22.2
 
 <tb>
 <tb> pH <SEP> Examples <SEP> Products <SEP> obtained <SEP> in <SEP>% <SEP>> DP3
 <tb> Glucose <SEP> DP2 <SEP> DP3
 <tb> 3.9 <SEP> 5R <SEP> 94.18 <SEP> 2.92 <SEP> 0.54 <SEP> 2.37
 <tb> 4 <SEP> 95, <SEP> 63 <SEP> 2.90 <SEP> 0.73 <SEP> 0.73
 <tb> 4.2 <SEP> 5R <SEP> 94.18 <SEP> 2.98 <SEP> 0.56 <SEP> 2.29
 <tb> 4 <SEP> 94.79 <SEP> 4.30 <SEP> 0.56 <SEP> 0.38
 <tb> 4.5 <SEP> 5R <SEP> 93.72 <SEP> 2.88 <SEP> 0.57 <SEP> 2.83
 <tb> 4 <SEP> 95.49 <SEP> 3.00 <SEP> 0.75 <SEP> 0.76
 <tb> 4.8 <SEP> 5R <SEP> 93.32 <SEP> 2.79 <SEP> 0.60 <SEP> 3.30
 <tb> 4 <SEP> 95.25 <SEP> 2.70 <SEP> 0.87 <SEP> 1,

  18
 <tb>
 
DP2 represents the oligosaccharides containing two glucose units (glucose dimer), DP3 the oligosaccharides containing three glucose units (glucose trimer),> DP3 the oligosaccharides containing more than 3 glucose units.



  Example 6 and example 7R (comparison)
Example 4 is repeated, but by fixing the pH of saccharification medium to a pH of 4.2.



   A quantity of glucoamylase corresponding to 0.17 DU / g is added to the saccharification medium. ds. (enzymatic unit per g of dry matter of saccharification medium), the glucoamylase used is sold under the brand DIAZYME L-200.



   For example 6 according to the invention, various amounts of pullulanase are also added to the saccharification medium, corresponding respectively to 0.0325 PUN / g. ds., 0.050 PUN / g. ds., 0.075 PUN / g. ds. and 0.10 PUN / g. ds. (pullulanase enzymatic unit per gram of dry matter of saccharification medium), in the form of a concentrated aqueous solution of pullulanase, as described in Example 2.

  <Desc / Clms Page number 23>

 



   Comparative Example 7R is carried out without the addition of pullulanase.



   The results are collated in Table 7.



   This example shows that the amount of pullulanase that must be used to observe an increase in the percentage of glucose produced is less than 0.0325 PUN / g. ds.



   TABLE 7
 EMI23.1
 
 <tb>
 <tb> Examples <SEP> Pullulanase <SEP> Products <SEP> obtained <SEP> in <SEP>
 <tb> PUN / g. <SEP> ds.
 <tb>



  Glucose <SEP> DP2 <SEP> DP3 <SEP>> DP3
 <tb> 7R <SEP> 0 <SEP> 94.78 <SEP> 3.55 <SEP> 0.73 <SEP> 0.94
 <tb> 6 <SEP> 0, <SEP> 0325 <SEP> 95.16 <SEP> 3.45 <SEP> 0.78 <SEP> 0, <SEP> 61
 <tb> 0.050 <SEP> 95.30 <SEP> 3.39 <SEP> 0.74 <SEP> 0.56
 <tb> 0.075 <SEP> 95.25 <SEP> 3.47 <SEP> 0.74 <SEP> 0, <SEP> 55
 <tb> 0, <SEP> 10 <SEP> 95.27 <SEP> 3.49 <SEP> 0.70 <SEP> 0.53
 <tb>
 Example 8
This example concerns the cloning of the pullulanase gene.



   Chromosomal DNA is extracted from a culture of Bacillus deramificans LMG P-13056.



   To do this, a culture of 200 ml of this bacillus in the stationary phase is centrifuged. The centrifugation base as well
 EMI23.2
 obtained is taken up in 9 ml of TRIS-HCl buffer (tris (hydroxymethyl) aminomethane acidified with HCl) 0.1 M, at a pH of 8, EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid) 0.1 M, 0.15 M NaCl containing 18 mg of lysozyme, the suspension thus obtained is incubated for 15 minutes at 37 C.



   The lysate thus obtained is then treated with 200 μl of a 10 mg / ml RNAse solution for 20 minutes at 50 C. 1 ml of a 10% SDS (sodium dodecyl sulfate) solution is then added to this lysate . Then this lysate is incubated for 30 minutes at 70 OC.



   Then the lysate is cooled to about 45 C, there

  <Desc / Clms Page number 24>

 then add 0.5 ml of a 20 mg / ml proteinase K solution (prepared immediately).



   The lysate is incubated at 45 ° C. with shaking until a transparent solution is obtained.



   Several phenol extractions are carried out from this transparent solution until a clean interface is obtained.



   The DNA is then precipitated using isopropanol.



   The DNA thus obtained is then partially cleaved by the restriction enzyme Sau3AI. The restriction conditions are those described in Molecular Cloning-a laboratory manual - (SAMBROOK, FRITSCH, MANIATIS-second edition, 1989 / 9.24-9. 28). The ratio between the quantity of DNA used and the quantity of enzyme is adjusted in order to obtain a maximum of fragments of size between 5 and 10 kbp (kbp: 103 base pairs).



   All the fragments thus obtained are then subjected to an electrophoresis in agarose gel (0.8%), in sodium acetate buffer as described in Molecular Cloning-a laboratory manual - (SAMBROOK, FRITSCH, MANIATIS-second edition, 1989 / 6.22-6.35). The fragments of size between 5 and 10 kbp are isolated and purified by electroelution. They are then ligated with the plasmid pBR322 which is sold by the company BIOLABS, cut at the BamHI site and dephosphorylated as described in Molecular Cloning-a laboratory manual- (SAMBROOK, FRITSCH, MANIATIS-second edition, 1989 / 1.63-1. 73) .



   The ligation thus obtained is transformed into E. coli MC1061 cells (CASADABAN et al., 1980, J. Mol. Biol.



  138: 179-207) by electroporation (Molecular Cloning-a laboratory manual-SAMBROOK, FRITSCH, MANIATIS-second edition, 1989 /1.75); the transformed strains are selected on a Petri dish containing the LB medium (Luria-Bertani) agar and 100 μg / ml
 EMI24.1
 ampicillin, after growth at 37 C for approximately 18 hours. The LB medium contains 10 g / l of tryptone, 5 g / l of yeast extract and 10 g / l of sodium chloride.
The colonies obtained on these dishes are then replicated

  <Desc / Clms Page number 25>

 on two boxes of the same medium.



   One of the two dishes is covered with an agar medium containing 1% agar, 100 mM sodium acetate (pH 4.5) and 0.1% AZCL-pullulan. After incubation at 60 ° C. overnight, the colonies showing a zone of hydrolysis of AZCLpullulane are identified, and the corresponding colony is isolated on the other replicated dish.



   The plasmid (pBRDEBRA 3) present in this strain is isolated by the alkaline lysis technique as described in Molecular Cloning-a laboratory manual- (SAMBROOK, FRITSCH, MANIAISsecond edition, 1989 / 1.25-1. 28), and its restriction map is determined. Analysis shows that the inserted fragment has a size of approximately 9 kbp (Figure 4).



   When the plasmid pBRDEBRA3 is introduced into the strain of E. coli MC1061 by transformation, all the transformed strains obtained are capable of hydrolyzing AZCL-pullulan. They are also capable of hydrolyzing the oc-1, 6 bonds of amylopectin. In fact, the colonies are covered with an agar medium containing 1% agar, 100 mM sodium acetate (pH 4.5) and 1% amylopectin, and incubated for 18 hours at 60 C. A coloration blue is visible around the transformed strains, when the agar is impregnated with a solution of I2-KI 3/50 mM.



   The 8.5 kb BamHI [375] -BamHI [8843] fragment of the plasmid pBRDEBRA3 was then purified by agarose gel electrophoresis and subcloned into the BamHI site [5759] of the shuttle vector (E. coli-B subtilis) pUBC131 (FIG. 5), described in European patent application 0 415 296 (FIG. 8 of this European patent application), by transformation into the strain of E. coli MC1061. The resulting plasmid (pUBCDEBRA1, FIG. 6) was then extracted from E. coli and introduced by transformation into the strain of B. subtilis 1A510.



   The B. subtilis 1A510 strain can be obtained from BACILLUS GENETIC STOCK CENTER (The OHIO STATE UNIVERSITY, Department of Biochemistry, 484 West 12th Avenue, Columbus, Ohio 43210).



   The transformed strains obtained are covered with a

  <Desc / Clms Page number 26>

 agarose overlay containing AZCL-pullulan or amylopectin. The transformed strains are isolated, which are capable of hydrolyzing AZCL-pullulan as well as of hydrolyzing amylopectin in the alpha-1, 6 position.



   This clearly indicates that the gene encoding pullulanase is expressed in B. subtilis.


    

Claims (13)

REVENDICATIONS 1-Pullulanase thermostable et active à pH acide, capable d'hydrolyser les liaisons glucosidiques de type a-l, 6 dans l'amylopectine, caractérisée en ce qu'elle a un point isoélectrique d'environ 4,5 et une durée de demi-vie d'environ 55 heures mesurée à une température d'environ 60 Oc dans une solution tamponnée à un pH d'environ 4,5 et en l'absence de substrat.  CLAIMS 1-thermostable and active pullulanase at acidic pH, capable of hydrolyzing the glucosidic bonds of type al, 6 in amylopectin, characterized in that it has an isoelectric point of approximately 4.5 and a half-life duration approximately 55 hours measured at a temperature of approximately 60 Oc in a buffered solution at a pH of approximately 4.5 and in the absence of substrate. 2-Pullulanase selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle montre une activité enzymatique relative d'au moins 85 % mesurée après une incubation de 60 minutes à une température d'environ 60 C en l'absence de substrat et dans une gamme de pH comprise entre environ 3,5 et environ 5,8.  2-Pullulanase according to claim 1, characterized in that it shows a relative enzymatic activity of at least 85% measured after an incubation of 60 minutes at a temperature of approximately 60 C in the absence of substrate and in a range pH between about 3.5 and about 5.8. 3-Pullulanase selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une activité enzymatique optimale mesurée à une température d'environ 60 C dans une gamme de pH comprise entre 4,0 et 4,8.  3-Pullulanase according to claim 1, characterized in that it has an optimal enzymatic activity measured at a temperature of about 60 C in a pH range between 4.0 and 4.8. 4-Pullulanase selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle présente une activité enzymatique optimale, mesurée à un pH d'environ 4,3, dans une gamme de température comprise entre 55 et 65 Oc.  4-Pullulanase according to claim 1, characterized in that it has an optimal enzymatic activity, measured at a pH of about 4.3, in a temperature range between 55 and 65 Oc. 5-Pullulanase selon la revendications 1, caractérisée en ce qu'elle développe une activité enzymatique de plus de 80 % de l'activité enzymatique maximale dans une gamme de pH compris entre environ 3,8 et environ 4,9 pour une température d'environ 60 oc, l'activité enzymatique maximale étant mesurée à une température de 60 C et à un pH de 4,3.  5-Pullulanase according to claims 1, characterized in that it develops an enzymatic activity of more than 80% of the maximum enzymatic activity in a pH range of between approximately 3.8 and approximately 4.9 for a temperature of approximately 60 oc, the maximum enzymatic activity being measured at a temperature of 60 C and a pH of 4.3. 6-Pullulanase selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'elle est produite par une bactérie aérobie.  6-Pullulanase according to any one of the preceding claims, characterized in that it is produced by an aerobic bacterium. 7-Pullulanase selon la revendication 6 caractérisée en ce que la bactérie aérobie est la souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 ou un dérivé de cette souche. <Desc/Clms Page number 28>  7-Pullulanase according to claim 6 characterized in that the aerobic bacterium is the strain of Bacillus deramificans LMG P-13056 or a derivative of this strain.  <Desc / Clms Page number 28>   8-Bacillus deramificans LMG P-13056.  8-Bacillus deramificans LMG P-13056. 9-Procédé pour la production d'une pullulanase selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend la culture de la souche de Bacillus deramificans LMG P-13056 ou d'un dérivé de cette souche capable de produire la pullulanase dans un milieu nutritif approprié contenant des sources de carbone et d'azote et des sels minéraux sous condition d'aérobiose et la récolte de la pullulanase ainsi obtenue.  9-A method for the production of a pullulanase according to any one of claims 1 to 7 characterized in that it comprises the culture of the strain of Bacillus deramificans LMG P-13056 or a derivative of this strain capable of producing pullulanase in a suitable nutrient medium containing carbon and nitrogen sources and mineral salts under aerobic conditions and the harvest of the pullulanase thus obtained. 10-Procédé pour la préparation d'une pullulanase selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend l'isolement d'un fragment d'ADN codant pour la pullulanase, l'insertion de ce fragment d'ADN dans un vecteur approprié, l'introduction de ce vecteur dans un hôte approprié ou l'introduction de ce fragment d'ADN dans le chromosome d'un hôte approprié, la culture de cet hôte, l'expression de la pullulanase et la récolte de la pullulanase.  10-A method for the preparation of a pullulanase according to any one of claims 1 to 7 characterized in that it comprises the isolation of a DNA fragment coding for pullulanase, the insertion of this fragment of DNA in an appropriate vector, the introduction of this vector into an appropriate host or the introduction of this DNA fragment into the chromosome of an appropriate host, the culture of this host, the expression of pullulanase and the harvest pullulanase. 11-Utilisation d'une pullulanase selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour le traitement de l'amidon.  11-Use of a pullulanase according to any one of claims 1 to 7 for the treatment of starch. 12-Utilisation selon la revendication 11 caractérisée en ce que la pullulanase est utilisée pour le traitement de l'amidon comprenant une étape de saccharification de l'amidon ou de l'amidon partiellement hydrolysé.  12- Use according to claim 11 characterized in that the pullulanase is used for the treatment of starch comprising a step of saccharification of starch or partially hydrolyzed starch. 13-Composition enzymatique comprennant une pullulanase selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.  13-Enzymatic composition comprising a pullulanase according to any one of claims 1 to 7.
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ES93203593T ES2137222T3 (en) 1992-12-28 1993-12-20 POLULANASE, MICROORGANISMS THAT PRODUCE IT, PROCEDURES FOR THE PREPARATION OF THE SAME AND UTILIZATIONS.
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AT93203593T ATE183236T1 (en) 1992-12-28 1993-12-20 PULLULANASE, MICROORGANISMS THAT PRODUCE THEM, PROCESS FOR PRODUCTION AND THEIR APPLICATION
CN93121736A CN1061089C (en) 1992-12-28 1993-12-28 Pullulanase, microorganisms which produce it, processes for the preparation of this pullulanase and the uses thereof
FI935900A FI116531B (en) 1992-12-28 1993-12-28 Pullulanase, Microorganisms Producing it, Methods for the Production and Use of Pullulanase
KR1019930030410A KR100319442B1 (en) 1992-12-28 1993-12-28 Pluranease, a microorganism producing the same, a process for producing itfluoranase and uses thereof
JP5337202A JPH06217770A (en) 1992-12-28 1993-12-28 Pullulanase, microorganism and method for preparation thereof and use thereof
CA002112028A CA2112028C (en) 1992-12-28 1993-12-29 Pullulanase, microorganisms producing same, process for preparing this pullulanase and uses thereof
AU52759/93A AU686574B2 (en) 1992-12-28 1993-12-30 Pullulanase, microorganisms which produce it, processes for the preparation of this pullulanase and the uses thereof
MX9400123A MX9400123A (en) 1992-12-28 1994-01-03 PULULANASE, MICROORGANISMS THAT PRODUCE IT, PROCEDURES FOR THE PREPARATION OF THIS PULULANASE AND USE OF THE SAME.
US08/477,630 US5721128A (en) 1992-12-28 1995-06-07 Process for the production of novel pullulanase
US08/474,545 US5736375A (en) 1992-12-28 1995-06-07 Expression system for novel pullulanase
US08/472,293 US5731174A (en) 1992-12-28 1995-06-07 Process for the saccharification of starch
US08/474,140 US5721127A (en) 1992-12-28 1995-06-07 Pullulanase
US08/478,341 US5817498A (en) 1992-12-28 1995-06-07 Pullulanase producing microrganisms
US08/996,733 US6074854A (en) 1992-12-28 1997-12-23 Pullulanase, microorganisms which produce it, processes for the preparation of this pullulanese and the uses thereof
AU64831/98A AU6483198A (en) 1992-12-28 1998-05-11 An enzymatic composition comprising pullulanase

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4628028A (en) * 1985-05-23 1986-12-09 Cpc International Inc. Novel thermostable pullulanase enzyme and method for its production
EP0063909B1 (en) * 1981-04-20 1987-07-08 Novo Nordisk A/S Debranching enzyme product, preparation and use thereof
EP0405283A2 (en) * 1989-06-26 1991-01-02 Enzyme Bio-Systems Ltd. Novel thermoduric and aciduric pullulanase enzyme and method for its production

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0063909B1 (en) * 1981-04-20 1987-07-08 Novo Nordisk A/S Debranching enzyme product, preparation and use thereof
US4628028A (en) * 1985-05-23 1986-12-09 Cpc International Inc. Novel thermostable pullulanase enzyme and method for its production
EP0405283A2 (en) * 1989-06-26 1991-01-02 Enzyme Bio-Systems Ltd. Novel thermoduric and aciduric pullulanase enzyme and method for its production

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. JPN. SOC. STARCH SCI. vol. 30, no. 2, 1983, pages 200 - 211 B.E. NORMAN 'A novel Bacillus pullulanase - Its properties and application in the glucose syrups industry' *

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