KR101062978B1 - Production Optimization and Gene Cloning of Endoglucanases Derived from the New Bacterium Penicillium Pinophilum KMJ601 - Google Patents

Production Optimization and Gene Cloning of Endoglucanases Derived from the New Bacterium Penicillium Pinophilum KMJ601 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규 균주인 페니실륨 피노필럼(Penicillium pinophilum)으로부터 셀룰로오스 분해 효소 중 하나인 엔도글루카네이즈 (endo-1,4-glucanase, EG)의 생산 방법, 최적 조건 확립, EG 효소 및 그 효소를 코딩하는 유전자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 페니실륨 피노필럼 KMJ601로부터 고활성 EG의 생산 방법, 최적 조건 확립 및 EG 효소 및 그 효소를 코딩하는 유전자에 관한관한 것이다.The present invention provides a method for producing endoglucanase (endo-1,4-glucanase, EG), one of cellulose degrading enzymes from a novel strain, Penicillium pinophilum , establishing an optimal condition, an EG enzyme, and an enzyme thereof. The present invention relates to a gene encoding, and more particularly, to a method for producing high activity EG from penicillium pinofilum KMJ601, establishing optimum conditions, and an EG enzyme and a gene encoding the enzyme.

발현생산, 셀룰라아제, 엔도글루카네이즈 유전자, 페니실륨 피노필럼 Expression Production, Cellulase, Endoglucanase Gene, Penicillium Pinophyllum

Description

신균주 페니실륨 피노필럼 KMJ601 유래 엔도글루카네이즈의 생산 최적화 및 유전자 클로닝 {Optimization of endo-β-1,4-glucanase production by a novel strain Penicillium pinophilum KMJ601 and its gene cloning}Optimization of endo-β-1,4-glucanase production by a novel strain Penicillium pinophilum KMJ601 and its gene cloning}

본 발명은 신균주 페니실륨 피노필럼 KMJ601로부터 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소를 대량 생산하는 방법, 그 엔도글루카네이즈 효소 및 그 효소를 코딩하는 유전자에 관한 것이다.The present invention relates to a method for mass-producing an endo-β-1,4-glucanase enzyme from the new strain penicillium pinofilum KMJ601, the endoglucanase enzyme, and a gene encoding the enzyme.

셀룰로스(cellulose)는 지구상에 존재하는 가장 풍부한 유기물질이며 재생 가능한 자원이나, 대부분의 셀룰로스 자원은 농산 및 임산 폐기물이 범람하고 있는 현재 주요한 환경오염원으로 작용하고 있다. 그러므로 이에 대한 효율적인 당화공정의 개발은 식량문제, 연료문제 그리고 환경문제의 해결에 큰 도움이 될 수 있을 것이다. 전 세계의 농산 및 임산 폐자원은 매년 30억 톤 이상이며, 아시아에서만 8억 톤 이상이 생산된다. 이는 주로 셀룰로스와 헤미셀룰로스로 이루어져있어 이들의 당화에 의한 포도당을 포함한 단당류의 생산은 바이오에너지 자원의 중요한 원료 생산 기술이 된다.Cellulose is one of the most abundant organic and renewable resources on earth, but most of the cellulose is now a major source of environmental pollution, inundated by agricultural and forestry waste. Therefore, the development of an efficient saccharification process can be a great help in solving food, fuel and environmental problems. The world's agricultural and forestry waste is more than 3 billion tonnes annually, with more than 800 million tonnes produced in Asia alone. It consists mainly of cellulose and hemicellulose, so the production of monosaccharides, including glucose by their saccharification, is an important raw material production technology of bioenergy resources.

오랫동안 셀룰로스를 고효율로 당화시키기 위한 많은 연구가 있어 왔으며 그 중 특히 당화효소의 개발에 초점을 맞춰 많은 연구가 이루어져 왔다. 그 결과 현재에는 이들 당화효소의 용도가 다양하게 개발되어 여러 분야에서 상업화 되었으며 또한 새로운 응용연구도 활발하게 진행되고 있다. 셀룰라아제는 섬유산업, 제지산업, 세제산업, 사료산업 등에서 많이 이용되고 있으며 이외에도 식품 산업에 있어, 저 칼로리 식품의 제조와 음식물 쓰레기의 발효 등 다양한 용도에 적용되고 있다.There have been many studies for glycosylating cellulose with high efficiency for a long time, and a lot of research has been focused on the development of glycase. As a result, various uses of these glycosylases have been developed and commercialized in various fields, and new applied researches are being actively conducted. Cellulase is widely used in the textile industry, the paper industry, the detergent industry, the feed industry, etc. In addition to the food industry, it is applied to various uses such as the production of low-calorie foods and the fermentation of food waste.

한편, 식물체의 세포벽은 셀룰로스(불용성 β-1,4-글루칸 섬유), 헤미셀룰로스 (hemicellulose, 비셀룰로스계 다당류), 리그닌(lignin, 복잡한 폴리페놀 구조의 다당류)과 같은 중합체로 구성되어 있다. 구성성분 중 가장 많이 존재하는 셀룰로스는 포도당 단위가 β-1,4 결합으로 연결된 동종 중합체로서 이를 단당류로 분해하기 위해서는 엔도-β-1,4-글루카나아제(endo-β-1,4-glucanase) [EC 3. 2. 1. 4], 엑소-β-1,4-글루칸아제(exo-β-1,4-glucanase) [EC 3. 2. 1. 91], 베타-글루코시다아제(β-glucosidase) (EC 3. 2. 1. 21) 등 세 종류의 효소가 필요하다. 엔도-글루칸아제는 안쪽에서 β-1,4 포도당 결합을 무작위적으로 절단하고 엑소-글루칸아제가 비환원당 말단에서 포도당 이당체인 셀로비오스(cellobiose)로 절단해 나간다. 셀로비오스는 베타-글루코시다아제에 의해서 포도당으로 최종 분해된다.On the other hand, the cell wall of the plant is composed of polymers such as cellulose (insoluble β-1,4-glucan fiber), hemicellulose (hemicellulose, non-cellulose polysaccharide), and lignin (lignin, polysaccharide of complex polyphenol structure). Cellulose, the most abundant of its components, is a homopolymer with glucose units linked by β-1,4 bonds to break it down into monosaccharides, endo-β-1,4-glucanase (endo-β-1,4-glucanase). ) [EC 3. 2. 1. 4], exo-β-1,4-glucanase [EC 3. 2. 1. 91], beta-glucosidase ( Three enzymes are required: β-glucosidase (EC 3. 2. 1. 21). Endo-glucanase randomly cleaves β-1,4 glucose bonds from the inside and exo-glucanase cleaves into cellobiose, a glucose disaccharide at the non-reducing sugar end. Cellobiose is finally degraded into glucose by beta-glucosidase.

종래에 이들 효소의 생산은 주로 곰팡이(fungi)를 이용하였으며, 특히 산업적인 측면에서 효소 생산은 아스퍼질러스(Aspergillus)와 트리코더마 (Trichoderma)를 이용하였다. 셀룰라아제 생산 균주로는 트리코더마 리제이 ZU-02 (Trichoderma reesei ATCC 56764)가 대표적인 균주로 집중 연구되어 왔으나, 효소 의 생산 농도 및 활성이 충분히 높지 못하다는 단점이 있다. 바이오매스로부터 에탄올을 생산하는 공정은 원료 물질의 재생, 생산 연료의 환경 친화성 등 많은 장점을 갖고 있지만 그 생산 단가가 현저히 높아 실용화에 장애가 되고 있다. 이러한 에탄올 생산 공정에 있어 비용의 가장 큰 부분은 당화효소의 생산비로서 전체 비용의 약 60 %에 해당한다. 그러므로 고활성 셀룰라아제 및 이를 생산하는 고활성 균주의 개발이 절실히 요구되고 있다.Conventionally, the production of these enzymes mainly used fungi (fungi), in particular in the industrial aspect the production of enzymes (Aspergillus) and Trichoderma (Trichoderma). As a cellulase-producing strain, Trichoderma reesei ATCC 56764 has been intensively studied as a representative strain, but it has a disadvantage in that the production concentration and activity of the enzyme are not high enough. The process of producing ethanol from biomass has many advantages such as regeneration of raw materials and environmental friendliness of the produced fuel, but the production cost is very high, which impedes practical use. The largest part of the cost of this ethanol production process is about 60% of the total cost of glycosylase production. Therefore, there is an urgent need for the development of highly active cellulase and highly active strains producing the same.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고 상기의 필요성에 의하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 고활성 셀룰라아제를 생산하는 균주를 선별하고 그 균주를 이용하여 셀룰라아제를 생산하는 최적 방법을 제공하는데 있다.The present invention solves the above problems and the object of the present invention is to provide a method for selecting a strain producing high activity cellulase and using the strain to produce an optimal cellulase.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 균주로부터 셀룰라아제 효소유전자를 클로닝 하는 방법을 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide a method for cloning a cellulase enzyme gene from the strain.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고활성 셀룰라아제 엔도-β-1,4-글루카나아제를 생산하는 페니실륨 피노필럼 (Penicillium pinophilum) KMJ601(기탁번호 93063P)을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a penicillium pinophilum KMJ601 (Accession No. 93063P), which produces a highly active cellulase endo-β-1,4-glucanase.

또한 본 발명은 본 발명의 상기 균주를 배양하는 단계를 포함하는 엔도-β-1,4-글루카나아제의 생산방법을 제공한다.The present invention also provides a method for producing endo-β-1,4-glucanase comprising culturing the strain of the present invention.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 배양 단계에서 배양 온도는 23~32℃인 것이 바람직하고, 교반 조건은 100∼300 rpm인 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the culture temperature in the culture step is preferably 23 ~ 32 ℃, the stirring conditions are preferably 100 to 300 rpm, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 서열번호 4에 기재된 아미노산 서열을 가지는 엔도-β-1,4-글루카나아제를 제공한다. 본 발명의 엔도-β-1,4-글루카나아제는 서열번호 4에 예시된 것이 바람직하나, 서열번호 4의 아미노산 서열에 하나 이상의 치환, 결손, 부가 등의 변이가 일어난 본 발명의 엔도-β-1,4-글루카나아제의 활성을 가지는 모든 변이 엔도-β-1,4-글루카나아제도 본 발명의 보호범위에 포함된다.The present invention also provides an endo-β-1,4-glucanase having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4. Endo-β-1,4-glucanase of the present invention is preferably exemplified in SEQ ID NO: 4, but one or more substitutions, deletions, additions, etc. of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4 All mutant endo-β-1,4-glucanases with activity of -1,4-glucanase are also included in the scope of protection of the present invention.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성을 가진 효소는 서열번호: 4에 개시된 아미노산 서열과의 서열 동일성이 80% 이상, 85% 이상, 90% 이상, 93% 이상, 94% 이상, 95% 이상, 96% 이상, 97% 이상, 98% 이상 및 99% 이상인 아미노산 서열을 포함한다. In a preferred embodiment of the present invention, the enzyme having endo-β-1,4-glucanase activity has a sequence identity of at least 80%, at least 85%, at least 90%, to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4, At least 93%, at least 94%, at least 95%, at least 96%, at least 97%, at least 98% and at least 99%.

본 발명에서 폴리펩티드가 또 다른 서열에 대하여 특정 비율 (예컨대, 80%, 85%, 90%, 95%, 또는 99%) 의 서열 동일성을 가진다는 것은, 상기 두 서열을 정렬시킬 때, 상기 서열들의 비교시에 상기 비율의 아미노산 잔기가 동일함을 의미한다. 상기 정렬 및 백분율 상동성 또는 동일성은, 당업계에 공지된 임의의 적당한 소프트웨어 프로그램, 예를 들어 문헌[CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY (F. M. Ausubel 등 (eds) 1987 Supplement 30 section 7.7.18)]에 기재된 것들을 사용하여 결정할 수 있다. 바람직한 프로그램으로는, GCG Pileup 프로그램, FASTA(Pearson 등 1988 Proc. Natl Acad. Sci USA85:2444-2448), 및 BLAST (BLAST Manual, Altschul 등, Natl. Cent. Biotechnol. Inf., Natl Lib. Med. (NCIB NLM NIH), Bethesda, MD, 및 Altschul 등 1997 NAR25:3389-3402)이 있다. 또 다른 바람직한 정렬 프로그램은 ALIGN Plus(Scientific and Educational Software, PA) 로서, 바람직하게는 기본 매개변수를 사용하는 것이다. 사용가능한 또 다른 서열 소프트웨어 프로그램은 Sequence Software Package Version 6.0 (Genetics Computer Group, University of Wisconsin, Madison, WI) 에서 이용가능한 TFASTA Data Searching Program 이다.In the present invention, the polypeptide has a certain ratio (eg, 80%, 85%, 90%, 95%, or 99%) of sequence identity to another sequence, when aligning the two sequences, By comparison it is meant that the amino acid residues in this ratio are identical. The alignment and percent homology or identity may be determined by any suitable software program known in the art, such as those described in CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY (FM Ausubel et al. (Eds) 1987 Supplement 30 section 7.7.18). Can be determined using Preferred programs include the GCG Pileup program, FASTA (Pearson et al. 1988 Proc. Natl Acad. Sci USA 85: 2444-2448), and BLAST (BLAST Manual, Altschul et al., Natl. Cent. Biotechnol. Inf., Natl Lib. Med. (NCIB NLM NIH), Bethesda, MD, and Altschul et al. 1997 NAR25: 3389-3402. Another preferred alignment program is ALIGN Plus (Scientific and Educational Software, PA), which preferably uses basic parameters. Another sequence software program that can be used is the TFASTA Data Searching Program available from Sequence Software Package Version 6.0 (Genetics Computer Group, University of Wisconsin, Madison, Wis.).

또한 본 발명은 상기 엔도-β-1,4-글루카나아제를 코딩하는 유전자를 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 유전자는 서열번호 5에 기재된 염기 서열을 가지는 것이 바람직하나 상기 변이된 본 발명이 단백질을 코딩하는 유전자도 본 발명의 보호범위에 포함되며, 유전자 코드를 고려하여 서열번호 5에 기재된 서열과 적어도 85%, 바람직하게는 90%, 더욱 바람직하게는 적어도 95% 이상 상동성을 가진 서열도 본 발명의 유전자에 포함된다.The present invention also provides a gene encoding the endo-β-1,4-glucanase. In a preferred embodiment of the present invention, the gene preferably has the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 5, but the gene encoding the mutated present invention protein is also included in the protection scope of the present invention, in consideration of the genetic code Also included in the genes of the present invention are sequences having at least 85%, preferably 90%, more preferably at least 95% homology with the sequence set forth in SEQ ID NO: 5.

본 발명의 엔도-β-1,4-글루카나아제는 페니실륨 피노필럼 (Penicillium pinophilum)의 배양물의 상등액 또는 상청액으로부터 분리 및 정제할 수 있으며, 유전공학적 재조합 기술을 이용하여 페니실륨 피노필럼 (Penicillium pinophilum) 이외 균주 또는 인공적인 화학적 합성법 등에 의하여 생산 및 분리할 수 있다.Endo -β-1,4- glucanase of the invention penny silryum Pinot pilreom separated from the water or supernatant of the culture supernatant (Penicillium pinophilum), and can be purified, and Penny using a genetically engineered recombinant techniques silryum Pinot pilreom (Penicillium pinophilum) In addition, it can be produced and separated by strain or artificial chemical synthesis.

재조합 기술을 이용하는 경우, 통상적인 재조합 단백질 발현의 용이함을 위하여 사용되는 인자들, 예컨대 항생제 저항성 유전자, 친화성 컬럼 크로마토그래피에 사용될 수 있는 리포터 단백질 또는 펩타이드를 사용할 수 있으며, 이러한 기술은 본원발명이 속하는 기술분야의 당업자라면 용이하게 실시 가능한 범주에 해당된다. When using recombinant technology, it is possible to use factors used for ease of expression of conventional recombinant proteins, such as antibiotic resistance genes, reporter proteins or peptides that can be used for affinity column chromatography, which techniques belong to the present invention. Those skilled in the art fall within a easily implemented range.

본 발명의 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자는 페니실륨 피노필럼 균체로부터 분리된 것이다. 먼저, 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자를 가진 균주로부터 염색체 DNA를 취득한다. 염색체 DNA의 분리방법은 공지의방법을 사용할 수 있다.The endo-β-1,4-glucanase gene of the present invention is isolated from penicillium pinocylum cells. First, chromosomal DNA is obtained from a strain having an endo-β-1,4-glucanase gene. The separation method of chromosomal DNA can use a well-known method.

예를 들면, 페니실륨 피노필럼 균주를 LB배지, 또는 M9배지에 적당한 탄소원을 첨가한 것 등에서 배양한 후, 예를 들면, 마머(Marmer)등의 방법(Journal of Molecular Biology, 3권, 208페이지, 1961년) 등에 의해 염색체 DNA를 조제한다. 이 방법에 의해 얻게 된 염색체 DNA를 적당한 제한효소(예를 들면 Sau3AI 등)를 사용해서 분해하고, 적당한 단편길이를 가진 분해물에 대해서, 이들을 연결가능한 제한효소(예를 들면 BamHI 등)로 절단한 벡터에 연결하여, 유전자 라이브러리를 제작한다. 여기서의 적당한 단편길이란, 통상의 플라스미드벡터를 사용할 때는 4000~25000염기쌍 정도, 코스미드 또는 파지(phage)벡터를 사용할 때는 15000~30000의 염기쌍정도이다. 적당한 길이의 DNA단편을 분리하여 취하는 방법으로서는, 자당밀도구배를 사용하는 방법이나 아가로즈겔을 사용하는 방법(Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory출판(1982년)) 등 공지의 방법을 사용하면 된다.For example, after incubating the Penicillium Pinophyllum strain with an appropriate carbon source in LB medium or M9 medium, for example, the method of Marmer et al. (Journal of Molecular Biology, 3, p. 208) , 1961) and the like to prepare chromosomal DNA. The chromosomal DNA obtained by this method was digested with a suitable restriction enzyme (eg Sau3AI, etc.), and the digested product having a suitable fragment length was cleaved with a linkage restriction enzyme (eg BamHI, etc.). Link to and construct a genetic library. The suitable fragment length here is about 4000-25000 base pairs when using a normal plasmid vector, and about 15000-30000 base pairs when using a cosmid or phage vector. As a method of separating and taking a DNA fragment of an appropriate length, a known method such as a method using a sucrose density gradient or agarose gel (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory Publication (1982)) can be used.

벡터는 숙주미생물에 있어서 자율적으로 증식할 수 있는 파지벡터 또는 플라스미드벡터가 사용된다. 파지벡터 또는 코스미드벡터로서는, 예를 들면 pWE15, M13, λEMBL3, λEMBL4, λFIXII, λDASHII, λZAPII, λgt10, λgt11, Charon4A,As the vector, a phage vector or plasmid vector capable of autonomous propagation in host microorganisms is used. As a phage vector or cosmid vector, pWE15, M13, (lambda) EMBL3, (lambda) EMBL4, (lambda) FIXII, (lambda) DASHII, (lambda) ZAPII, (lambda) gt10, (lambda) gt11, Charon4A,

Charon21A 등을 들 수 있고, 플라스미드벡터로서는, 예를 들면 pBR계, pUC계, pBluescriptII계, pGEM계, pTZ계, pET계 등을 들 수 있다. 그 외에, 대장균이나 슈도모나스속 등의 복수의 숙주미생물에서 자율적 증식이 가능한 벡터 등의 각종Charon21A etc. are mentioned, As a plasmid vector, pBR system, pUC system, pBluescriptII system, pGEM system, pTZ system, pET system, etc. are mentioned, for example. In addition, various vectors such as vectors capable of autonomous propagation in a plurality of host microorganisms such as E. coli and Pseudomonas genus

셔틀벡터를 사용할 수도 있다. 이와 같은 벡터에 대해서도 상기와 마찬가지로 적당한 제한효소에 의해 절단함으로써 원하는 단편을 얻을 수 있다.You can also use a shuttle vector. Also for such a vector, desired fragments can be obtained by cleaving with a suitable restriction enzyme as described above.

염색체 DNA단편과 벡터단편과의 연결은 DNA리가제를 사용하면 되고, 예를 들면 라이게이션 키트(타카라(주) 제품 등)를 사용해서 행할 수 있다. 이와 같이 해서 염색체 DNA단편과 벡터단편을 연결시켜, 여러 가지의 DNA단편을 함유하는 재조 합 플라스미드의 혼합물(이하, "유전자 라이브러리"라 기재)을 제작한다. 여기서 유전자 라이브러리제작에 있어서는 적당한 길이의 염색체 DNA단편을 사용하는 방법 외에, 바실러스 리체니포미스 균주로부터 mRNA를 추출정제하여, 역전사효소를 이용해서 cDNA단편을 합성하는 방법(Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory출판, 1982년)을 이용할 수도 있다. 또, 유전자 라이브러리를, 대장균에 한번 형질전환 또는 형질도입한 후, 유전자 라이브러리를 대량으로 증폭하는 것도 가능하다(Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory출판, 1982년).The linkage between the chromosomal DNA fragment and the vector fragment may be performed by using a DNA ligase, for example, by using a ligation kit (manufactured by Takara Co., Ltd.). In this way, the chromosomal DNA fragment and the vector fragment are linked to prepare a mixture of recombinant plasmids containing various DNA fragments (hereinafter referred to as "gene library"). Herein, in the production of gene libraries, in addition to using chromosomal DNA fragments of appropriate length, extracting and purifying mRNA from Bacillus licheniformis strain, and synthesizing cDNA fragments using reverse transcriptase (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory) , 1982). In addition, the gene library can be transformed or transduced into E. coli once, and then a large amount of the gene library can be amplified (Molecular Cloning, Cold Spring Harbor Laboratory, 1982).

숙주미생물에의 재조합벡터의 도입은, 공지의 방법에 의해 행한다. 예를 들면, 숙주미생물이 대장균인 경우, 염화칼슘법(Journal of Molecular Biology, 53권, 159페이지, 1970년), 염화루비듐법(Methods in Enzymology, 68권, 253페이지,Introduction of the recombinant vector into a host microorganism is performed by a well-known method. For example, if the host microbe is Escherichia coli, the Calcium Chloride Method (Vol. 53, p. 159, 1970), the Method of Enzymology (Vol. 68, p. 253)

1979년)이나 일렉트로포레이션법(Current Protocols in Molecular Biology, 1권, 184페이지, 1994년) 등을 이용할 수 있다. 또, 코스미드벡터나 파지벡터를 이용하는 경우의 형질도입에 대해서는 인비트로 패키징법(Current Protocols in1979) or the Electroporation Act (Current Protocols in Molecular Biology, Vol. 1, p. 184, 1994). In addition, introductory packaging method (Current Protocols in

Molecular Biology, 1권, 571페이지, 1994년) 등을 사용할 수 있다. 그 외에, 접합전달에 의한 방법도 이용가능하다.Molecular Biology, Vol. 1, p. 571, 1994). In addition, a method by junction transfer is also available.

다음에, 페니실륨 피노필럼 균주의 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자를 함유하는 DNA단편을 얻기 위한 프로브를 조제한다. 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자의 염기서열은 서열번호 5에 기재된 것과 같은 염기서열로부터 올리고뉴클레오타이드를 설계한다. 이들 올리고뉴클레오타이드는 예를 들면 아마샴-파머시아 바이오테크의 커스텀 합성 서비스 등을 이용해서 합성이 가능하다.Next, a probe for obtaining a DNA fragment containing the endo-β-1,4-glucanase gene of the penicillium pinofyllum strain is prepared. The nucleotide sequence of the endo-β-1,4-glucanase gene designs an oligonucleotide from the nucleotide sequence as described in SEQ ID NO: 5. These oligonucleotides can be synthesized using, for example, a custom synthesis service of Amarsham-Pharmacia Biotech.

다음에, 설계한 올리고뉴클레오타이드를 프라이머로 하고, 페니실륨 피노필럼 균주의 염색체 DNA를 주형으로 해서 폴리머라제 연쇄반응(이하, "PCR"이라 기재)을 행하여, 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자를 부분적으로 증폭한다. 이와 같이 해서 얻게 된 PCR증폭단편은 페니실륨 피노필럼 균주의 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자에 100% 가까운 상동성을 가진 단편으로서, 콜로니하이브리디제이션을 행할 때의 프로브로서 높은 S/N비를 기대할 수 있는 동시에, 하이브리디제이션의 스트린전시(stringency)제어를 용이한 것으로 하는 것이 가능하다. 상기의 PCR증폭단편을 적당한 시약을 사용해서 표지하고, 상기 염색체 DNA라이브러리에 대해서 콜로니 하이브리디제이션을 행하여, 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자를 선발한다(Current Protocols in Molecular Biology, 1권, 603페이지, 1994년). Next, a polymerase chain reaction (hereinafter, referred to as "PCR") is performed by using the designed oligonucleotide as a primer, and using the chromosomal DNA of the penicillium pinofilum strain as a template, and then endo-β-1,4-glucan Partially amplifies the aze gene. The PCR amplification fragment thus obtained was a fragment having a homology close to 100% to the endo-β-1,4-glucanase gene of the penicillium pinophyllum strain, and a high S as a probe for colony hybridization. The / N ratio can be expected, and the stringency control of the hybridization can be made easy. The PCR amplification fragment is labeled with a suitable reagent, and colony hybridization is performed on the chromosomal DNA library to select an endo-β-1,4-glucanase gene (Current Protocols in Molecular Biology, 1). Vol., P. 603, 1994).

상기의 어느 하나의 방법에 의해 선발된 대장균으로부터 알칼리법(Current Protocols in Molecular Biology, 1권, 161페이지, 1994년)을 사용해서 플라스미드를 회수함으로써, 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자를 함유하는 DNA단편을 얻을 수 있다. 상기 DNA단편의 염기서열의 결정은, 예를 들면 생거법(Sanger's sequencing method)(Molecular Cloning, 2권, 133페이지,1989년) 등에 의해서 행하는 것이 가능하고, 염기서열 자동분석장치, 예를 들면 DNA시퀀서 377A(퍼킨 엘머) 등을 사용해서 다이프라이머법 또는 다이터미네이터법에 의해 행할 수 있다.Endo-β-1,4-glucanase gene by recovering the plasmid from the E. coli selected by any of the above methods using the alkaline method (Current Protocols in Molecular Biology, Vol. 1, p. 161, 1994) DNA fragments containing can be obtained. The base sequence of the DNA fragment can be determined by, for example, a Sanger's sequencing method (Molecular Cloning, Vol. 2, p. 133, 1989) and the like. The sequencer 377A (Perkin Elmer) etc. can be used by the diprimer method or the diterminator method.

또한, 상기 방법에 의해 전체 염기서열을 결정한 후에는, 화학합성법, 염색체 DNA를 주형으로 한 PCR법, 또는 상기 염기서열을 가진 DNA단편의 제한효소에 의한 분해 등의 임의의 방법에 의해 조제한 DNA단편을 프로브로 해서 하이브리다이즈 함으로써, 본 발명의 유전자를 얻는 것이 가능하다.After determining the entire nucleotide sequence by the above method, the DNA fragment prepared by any method, such as chemical synthesis, PCR using chromosomal DNA as a template, or digestion by restriction enzymes of the DNA fragment having the nucleotide sequence. By hybridizing with a probe, it is possible to obtain the gene of the present invention.

서열번호 4는 상기 유전자가 코딩하는 아미노산서열을 표시하나, 앞서 설명한 바와 같이, 상기 아미노산서열을 가진 폴리펩티드가 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성을 가지는 한, 몇 가지의, 예를 들면 1 또는 수개의 아미노산에 대해서 결실, 치환, 부가 등의 변이가 있어도 된다. 또, 본 발명의 유전자는 서열번호 5로 표시되는 염기서열을 가진 것에 이외에, 축중코돈에 있어서만 상이한 동일한 폴리펩티드를 코딩하는 축중이성체도 포함한다. 여기서 결실, 치환, 부가 등의 변이는, 부위돌연변이 도입방법(Current Protocols in Molecular Biology 1권, 811페이지, 1994년) 등에 의해 도입가능하다.SEQ ID NO: 4 indicates the amino acid sequence encoded by the gene, but as described above, as long as the polypeptide having the amino acid sequence has endo-β-1,4-glucanase activity, for example, There may be variations such as deletion, substitution, addition, etc. with respect to one or several amino acids. In addition to having the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 5, the gene of the present invention also includes decondensates encoding the same polypeptides which differ only in degenerate codons. Herein, mutations such as deletions, substitutions, and additions can be introduced by site mutation introduction methods (Current Protocols in Molecular Biology, Vol. 1, p. 811, 1994) and the like.

본 발명의 형질전환된 미생물은 본 발명의 재조합벡터를, 상기 재조합벡터를 제작할 때에 사용한 발현벡터에 적합한 숙주속에 도입함으로써 얻게 된다. 숙주로서는, 에셰리키아( Esherichia)속, 슈도모나스( Pseudomonas)속, 랄스토니아The transformed microorganism of the present invention is obtained by introducing the recombinant vector of the present invention into a host suitable for the expression vector used when producing the recombinant vector. As a host, the genus Esherichia, Pseudomonas, Ralstonia

( Ralstonia)속, 알칼리게네스( Alcaligenes)속, 코마모나스( Comamonas)속, 버크홀데리아( Burkholderia)속, 아그로박테리움( Agrobacterium)속, 플라보박테리움( Flabobacterium)속, 비브리오( Vibrio)속, 엔테로박터( Enterobacter)속, 리조Genus Ralstonia, genus Alcaligenes, genus Comamonas, genus Burkholderia, genus Agrobacterium, genus Flabobacterium, genus Vibrio , In Enterobacter, Rizzo

비움( Rhizobium)속, 글루코노박터( Gluconobacter)속,아시네토박터 (Acinetobacter)속, 모라셀라( Moraxella)속, 니트로조모나스( Nitrosomonas)속, 아에로모나스( Aeromonas)속, 파라코커스( Paracoccus)속, 바실루스( Bacillus)속, 클로스트리디움( Clostridium)속, 락토바실루스( Lactobacillus)속, 코리네박테리움( Corynebacterium)속, 아르트로박터( Arthrobacter)속, 아크로모박터( Achromobacter)속, 미크로코커스( Micrococcus)속, 마이코박테리움(Mycobacterium)Genus Rhizobium, Genus Gluconobacter, Genus Acinetobacter, Genus Moraxella, Genus Nitrosomonas, Genus Aeromonas, Genus Paracoccus Genus, Bacillus genus, Clostridium genus, Lactobacillus genus, Corynebacterium genus, Arthrobacter genus, Achromobacter genus, Micro Mycobacterium genus Micrococcus

속, 스트렙토코커스( Streptococcus)속, 스트렙토마이세스( Streptomyces)속, 악티노마이세스( Actinomyces)속, 노카르디아( Nocardia)속, 메틸로박테리움Genus, Genus Streptococcus, Genus Streptomyces, Genus Actinomyces, Genus Nocardia, Methylbacterium

(Methylobacterium)속 등의 각종 세균을 들 수 있다. 또, 상기 세균 이외에, 사카로마이세스( Saccharomyces)속, 칸디다( Candida)속 등의 효모, 또한 각종 곰팡이 등을 숙주로서 들 수 있다.Various bacteria, such as the genus (Methylobacterium), are mentioned. In addition to the above bacteria, yeasts such as Saccharomyces genus and Candida genus, as well as various molds, may be mentioned as hosts.

예를 들면 대장균 등의 세균을 숙주로서 사용하는 경우는, 본 발명에 관한 재조합벡터는, 그 자신이 숙주속에서 자율복제가능한 동시에, 프로모터, 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자를 함유하는 DNA 및 전사종결서열 등의 발현에 필요한 구성을 가진 것임이 바람직하다. For example, when a bacterium such as E. coli is used as a host, the recombinant vector according to the present invention can autonomously replicate in the host and contain a promoter, an endo-β-1,4-glucanase gene. It is preferable to have a configuration necessary for the expression of DNA, transcription termination sequence and the like.

프로모터는, 숙주속에서 발현할 수 있는 것이면 어느 것이나 사용가능하고, 예를 들면, trp프로모터, trc프로모터, tac프로모터, lac프로모터, PL프로모터, PR프로모터, T7프로모터, T3프로모터 등의 대장균이나 파지 등에 유래하는 프로모터를 사용할 수 있다. 세균에의 재조합 DNA의 도입방법으로서는, 상기한 염화칼슘법이나 일렉트로포레이션법 등이 이용가능하다.Any promoter can be used as long as it can be expressed in a host. For example, a trp promoter, a trc promoter, a tac promoter, a lac promoter, a PL promoter, a PR promoter, a T7 promoter, a T3 promoter, or the like can be used. Derived promoters can be used. As a method of introducing recombinant DNA into bacteria, the calcium chloride method, electroporation method and the like described above can be used.

효모를 숙주로서 사용하는 경우는, 발현벡터로서, 예를 들면 YEp13, YCp50, pRS계, pYEX계 벡터 등이 이용가능하다. 프로모터로서는, 예를 들면 GAL 프로모터, AOD 프로모터 등을 사용할 수 있다. 효모에의 재조합체 DNA의 도입방법으로서When yeast is used as a host, for example, YEp13, YCp50, pRS-based, pYEX-based vectors and the like can be used as expression vectors. As a promoter, a GAL promoter, an AOD promoter, etc. can be used, for example. As a method of introducing recombinant DNA into yeast

는, 예를 들면 일렉트로포레이션법(Method Enzymol., 194, 182-187(1990)), 스페로플라스트법(Proc. Natl. Acad. Sci.USA, 84, 1929-1933(1978)), 아세트산리튬법(J. Bacteriol., 153, 163-168(1983)) 등이 이용가능하다.For example, the electroporation method (Method Enzymol., 194, 182-187 (1990)), the spheroplast method (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 84, 1929-1933 (1978)), acetic acid Lithium method (J. Bacteriol., 153, 163-168 (1983)) and the like.

또, 재조합벡터에는 발현의 억제 또는 증폭, 또는 유도를 위한 각종의 기능을 가진 발현억제용의 단편이나, 형질전환체의 선택을 위한 마커나 항생물질에 대한 내성유전자, 또는, 균체밖으로의 분비를 목적으로 한 시그널을 코딩하는 유전자 등을 또 가진 것도 가능하다.Recombinant vectors also contain fragments for expression inhibition with various functions for inhibiting or amplifying or inducing expression, markers for selection of transformants, resistance genes for antibiotics, or secretion out of cells. It is also possible to have a gene encoding the desired signal again.

본 발명에 관한 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소의 제조는 예를 들면 이것을 코딩하는 유전자를 가진 재조합벡터에 의해 숙주를 형질전환해서 얻은 형질전환체를 배양하고, 배양물(배양균체 또는 배양상청액)속에 유전자 산물인 엔도-β-1,4-글루카나아제를 생성축적시켜, 배양물로부터 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소를 취득함으로써 행하여진다.Production of the endo-β-1,4-glucanase enzyme according to the present invention is carried out by culturing a transformant obtained by transforming a host with a recombinant vector having a gene encoding the same, Or endo-β-1,4-glucanase, which is a gene product, in the culture supernatant), and is obtained by obtaining an endo-β-1,4-glucanase enzyme from the culture.

본 발명의 형질전환체를 배양하는 방법은, 숙주의 배양에 사용되는 통상의 방법을 사용하면 된다.As a method for culturing the transformant of the present invention, any conventional method used for culturing a host may be used.

또 배양방법은, 배치(batch)식, 유동배치식, 연속배양, 리액터형식 등, 통상의 미생물의 배양에 사용하는 어떠한 방법도 사용할 수 있다.대장균 등의 세균을 숙주로 해서 얻게 된 형질전환체를 배양하는 배지로서는, 완전배지 또는 합성배지, 예를 들면 LB배지,M9배지 등을 들 수 있다. 또, 배양온도는 상기 언급한 적온의 범위에서 배양함으로써 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소를 균체 내에 축적시키고, 회수한다. As the culture method, any method used for culturing ordinary microorganisms, such as batch type, flow batch type, continuous culture, and reactor type, can be used. Transformants obtained by using bacteria such as Escherichia coli as a host As a medium for culturing, medium or synthetic medium such as LB medium, M9 medium and the like can be given. Incidentally, the culture temperature is cultured in the above-mentioned temperature range to accumulate the endo-β-1,4-glucanase enzyme in the cells and recover.

탄소원은 미생물의 증식에 필요하고, 예를 들면 글루코스, 프럭토스, 슈크로스, 말토스, 갈락토스, 전분 등의 당류; 에탄올, 프로판올, 부탄올 등의 저급알콜류; 글 리세롤 등의 다가알콜류; 아세트산, 시트르산, 숙신산, 타르타르산, 락트산, 글루콘산 등의 유기산; 프로피온산, 부탄산, 펜탄산, 헥산산, 헵탄산, 옥탄산, 노난산, 데칸산, 운데칸산, 도데칸산 등의 지방산 등을 이용할 수 있다.The carbon source is required for the growth of microorganisms, and for example, sugars such as glucose, fructose, sucrose, maltose, galactose, and starch; Lower alcohols such as ethanol, propanol and butanol; Polyhydric alcohols such as glycerol; Organic acids such as acetic acid, citric acid, succinic acid, tartaric acid, lactic acid and gluconic acid; Fatty acids such as propionic acid, butanoic acid, pentanic acid, hexanoic acid, heptanoic acid, octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid, undecanoic acid and dodecanoic acid can be used.

질소원으로서는, 예를 들면 암모니아, 염화암모늄, 황산암모늄, 인산암모늄등의 암모늄염 외에, 펩톤, 고기즙, 효모엑기스,맥아엑기스, 카제인분해물, 옥수수 침지액 등의 천연물유래의 것을 들 수 있다. 또, 무기물로서는, 예를 들면 인산제 1칼륨,인산제 2칼륨, 인산마그네슘, 황산마그네슘, 염화나트륨 등을 들 수 있다. 배양액에, 카나마이신, 암피실린, 테트라사이클린, 클로람페니콜, 스트렙토마이신 등의 항생물질을 첨가해도 된다.Examples of the nitrogen source include ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate and ammonium phosphate, as well as those derived from natural products such as peptone, meat juice, yeast extract, malt extract, caseinate and corn steep liquor. Moreover, as an inorganic substance, 1 potassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, etc. are mentioned, for example. You may add antibiotics, such as kanamycin, ampicillin, tetracycline, chloramphenicol, and streptomycin, to a culture liquid.

또 프로모터가 유도성의 발현벡터를 사용해서 형질전환한 미생물을 배양하는 경우는 프로모터의 종류에 적합한 유도물질을 배지에 첨가하면 된다. 예를 들면, 이소프로필-β-D-티오갈락토피라노시드(IPTG), 테트라사이클린, 인돌아크릴산When culturing a microorganism transformed using an inducible expression vector, a promoter may be added to the medium suitable for the type of promoter. For example, isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG), tetracycline, indole acrylic acid

(IAA) 등을 유도물질로서 들 수 있다.(IAA) etc. can be mentioned as an inducer.

아라비노스 이성화효소의 취득 및 정제는 얻게 되는 배양물 중으로부터 균체 또는 상청액을 원심 회수하여, 균체파쇄, 추출, 친화성크로마토그래피, 양이온 또는 음이온교환크로마토그래피, 겔여과 등을 단독으로 또는 적당히 조합함으로써 행할 수 있다.Acquisition and purification of arabinose isomerase is carried out by centrifugation of the cells or supernatants from the cultures obtained, by cell disruption, extraction, affinity chromatography, cation or anion exchange chromatography, gel filtration, etc. I can do it.

얻게 된 정제물질이 목적의 효소인 것의 확인은, 통상의 방법, 예를 들면 SDS-폴리아크릴아미드겔전기영동, 웨스턴블로팅등에 의해 행할 수 있다.Confirmation that the obtained purified substance is the target enzyme can be performed by a conventional method, for example, SDS-polyacrylamide gel electrophoresis, western blotting or the like.

또한, 숙주로서 미생물을 사용한 형질전환체의 배양, 형질전환체에 의한 엔 도-β-1,4-글루카나아제 효소의 생산과 균체내에의 축적, 및, 균체로부터의 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소의 회수는, 상기의 방법에 한정되는 것은 아니다.In addition, the culture of transformants using microorganisms as a host, the production of endo-β-1,4-glucanase enzymes by the transformants and accumulation in cells, and endo-β-1 from cells, Recovery of the 4-glucanase enzyme is not limited to the above method.

이하 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.

본 발명의 셀룰라아제의 생산방법에 있어서, 셀룰로오스 10~30g/L, 옥수수 침지액 8~10g/L, 효모추출물 2~5g/L, 일인산칼륨 3~5g/L, 이인산칼륨 3~5g/L 및 티아민 염산염 0.005~0.01g/L을 포함하는 셀룰라아제의 생산배지를 이용하는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In the production method of the cellulase of the present invention, cellulose 10-30g / L, corn steep liquor 8-10g / L, yeast extract 2-5g / L, potassium monophosphate 3-5g / L, potassium diphosphate 3-5g / It is preferable to use a production medium for cellulase containing L and thiamine hydrochloride 0.005 ~ 0.01 g / L, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 셀룰라아제의 생산방법에 있어서, 교반속도는 100~500 rpm, 바람직하게는 100~300 rpm, 배양온도는 23~33℃ 바람직하게는 23~30℃에서 배양시키는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In addition, the present invention is a cellulase production method, the stirring speed is 100 to 500 rpm, preferably 100 to 300 rpm, the culture temperature is 23 to 33 ℃ preferably 23 to 30 ℃, but preferably incubated at this time No.

또한 본 발명은 서어던 하이브리다이제이션과 콜로니 혼성화를 통하여 페니실륨 피노필럼으로부터 셀룰로오스 분해효소 EG 유전자를 클로닝하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized by cloning the cellulose dehydrogenase EG gene from penicillium pinopylum through Southern hybridization and colony hybridization.

본 발명을 통해 버섯에서 분리한 신균주 페니실륨 피노필럼 KMJ601에서 생산되는 고활성 셀룰라아제는 종래 셀룰로오스 분해 효소보다 우수한 분해율을 나타내므로 바이오에너지의 생산, 섬유산업, 제지산업, 세제산업, 사료산업 및 식품 산업에 있어 저 칼로리 식품의 제조와 음식물 쓰레기의 발효 등 다양한 용도에 적용될 수 있다. 또한, 페니실륨 피노필럼의 고활성 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자의 전체 염기서열을 규명함으로써 고활성 엔도-β-1,4-글루카나아제의 대량 생산에 적용할 수 있다.The high activity cellulase produced by the new strain penicillium pinofilum KMJ601 isolated from mushrooms through the present invention exhibits a higher degradation rate than conventional cellulose degrading enzymes, thus producing bioenergy, textile, paper, detergent, feed, and food. It can be applied to various applications in the industry, such as the production of low calorie foods and the fermentation of food waste. In addition, by identifying the entire sequence of the highly active endo-β-1,4-glucanase gene of penicillium pinofilum, it can be applied to mass production of highly active endo-β-1,4-glucanase.

이하, 본 발명을 다음의 실시예에 의하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to the examples.

실시예 1: 셀룰라아제 생산균의 선별Example 1 Screening of Cellulase Producing Bacteria

셀룰라아제를 생산하는 균주를 분리하기 위하여 각종 버섯 균의 배양액 10ul를 생리식염수 10 ml에 현탁하고, 현탁액의 10ul(1x104 cfu ml-1) 취하여 2% 카르복시메칠 셀룰로스가 첨가된 복합한천배지 (potato dextrose agar)에 도말한 후, 27 oC에서 3일간 배양 하였다. 고체 한천배지에서 콜로니가 형성된 후 0.1%의 콩고레드 시약으로 염색하고, 1 M 염화나트륨으로 탈색하여 그 콜로니 주위에 섬유소 분해환이 생성된 균들을 선별하는 방법으로 다양한 버섯 포자로부터 셀룰라아제를 생산하는 버섯균을 탐색하였다.In order to isolate cellulase-producing strains, 10ul of various cultures of mushrooms were suspended in 10 ml of physiological saline, and 10ul (1x10 4 cfu ml -1 ) of the suspension was taken. agar) and incubated at 27 o C for 3 days. After colonies were formed in solid agar medium, stained with 0.1% Congo red reagent, and decolorized with 1 M sodium chloride to select the bacteria that produced fibrinolytic ring around the colonies. It was.

위의 탐색과정을 통해 1차 선별된 균주(S1부터 S7까지)를 대조군(C)으로 종래 셀룰라아제 생산균주로 이용되는 트리코더마 리제이 ZU-02를 이용하여, 상기와 같이 카르복시메칠 셀룰로스를 첨가한 고체 한천배지에서 섬유소 분해능을 확인한 후, 섬유소 분해능이 가장 뛰어난 S3 균주를 선별하였다.Solid agar to which carboxymethyl cellulose was added as described above using Tricoderma Reese ZU-02, which was used as a conventional cellulase producing strain as the control (C), the first selected strain (S1 to S7) through the above search process. After confirming the fibrinolytic ability in the medium, the best S3 strain was selected.

실시예 2: 균주의 동정Example 2: Identification of Strains

실시예 1에서 분리한 S3 균주의 동정을 위하여 한국미생물 보존센터에서 ITS-5.8S rDNA 서열을 분석하였다. S3 균주의 ITS-5.8S rDNA 서열은 서열번호 6에 나타내었다.In order to identify the S3 strain isolated in Example 1, the ITS-5.8S rDNA sequence was analyzed at the Korea Microorganism Conservation Center. The ITS-5.8S rDNA sequence of the S3 strain is shown in SEQ ID NO: 6.

상기 S3 균주의 ITS-5.8S rDNA 서열의 유사종과의 유연관계를 분석한 결과 페니실륨 피노필럼으로 동정되었다(도 2).As a result of analyzing the soft relationship with the similar species of the ITS-5.8S rDNA sequence of the S3 strain, it was identified as penicillium pinopylum (FIG. 2).

상기 S3 균주는 페니실륨 피노필럼(Penicillium pinophilum) KMJ601로 명명하였고, 국립 농업과학원 농업유전자원센터에 2008년 11월 7일 기탁번호 KACC 93063P 호로 기탁하였다.The S3 strain was named Penicillium pinophilum KMJ601, and was deposited with KACC 93063P on November 7, 2008 at the National Institute of Agricultural Science.

실시예 3: 삼각플라스크에서 상기 균주에 의한 셀룰라아제의 기본 생산 실험Example 3: Basic Production Experiment of Cellulase by the Strain in an Erlenmeyer Flask

상기 실시예 1에서 분리한 페니실럼 피노필럼 KMJ601균주에 의한 셀룰라아제의 기본 생산실험을 다음과 같은 조건에서 수행하였다. 분리한 균주를 50 mL의 생산배지(표1)가 담긴 500 mL 삼각플라스크에 접종하여 200 rpm, 28℃에서 5일간 배양하였다. 세포를 제거한 배양액을 분석하여 엔도-β-1,4-글루카나아제의 활성을 조사한 결과 엔도-β-1,4-글루카나아제 7.3 U/mg-단백질로 확인되었다.Basic production experiment of the cellulase by the penicillum pinopylum KMJ601 strain isolated in Example 1 was carried out under the following conditions. The isolated strain was inoculated into a 500 mL Erlenmeyer flask containing 50 mL of production medium (Table 1) and incubated at 200 rpm and 28 ° C. for 5 days. The culture medium from which the cells were removed was analyzed to determine the activity of endo-β-1,4-glucanase. As a result, it was identified as endo-β-1,4-glucanase 7.3 U / mg-protein.

성분ingredient 농도(g/L)Concentration (g / L) 옥수수침지액Corn Soak 88 효모추출물Yeast extract 22 일인산칼륨(KH2PO4)Potassium monophosphate (KH 2 PO 4 ) 55 이인산칼륨(K2HPO4)Potassium Diphosphate (K 2 HPO 4 ) 55 볏짚Straw 2020 티아민 염산염Thiamine Hydrochloride 0.0050.005

표 1은 셀룰라아제 기본 생산배지의 조성을 나타낸 표이다.Table 1 is a table showing the composition of the cellulase base production medium.

실시예 4: 균주의 셀룰라아제 생산을 위한 최적 배지 성분 시험 Example 4: Optimal Media Component Tests for Cellulase Production of Strains

(1) 탄소원의 농도에 따른 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성 (1) Endo-β-1,4-glucanase activity according to the concentration of carbon source

7L 발효조에서 셀룰로오스 농도에 따른 본 발명 균주 페니실럼 피노필럼 KMJ601의 셀룰라아제 생산 실험을 수행하였다. Cellulase production experiments of the inventive strain penicillum pinofilum KMJ601 according to cellulose concentration in a 7 L fermenter were performed.

종 배양: 보관된 페니실륨 피노필럼 단일 군락을 전 배양 배지 (PDB: potato dextrose broth) 50mL가 들어있는 500mL 플라스크에 접종하여 진탕배양기에서 200rpm, 30℃로 3일간 배양하였다.Species cultivation: A single colony of penicillium pinopylum was inoculated into a 500 mL flask containing 50 mL of pre-culture medium (PDB: potato dextrose broth) and incubated at 200 rpm and 30 ° C. in a shaker for 3 days.

성분ingredient 농도(g/L)Concentration (g / L) Potato starchPotato starch 44 DextroseDexrose 2020

표 2는 종배지(PDB)의 성분 구성표를 나타낸 표이다.Table 2 is a table showing the composition of the composition of the seed medium (PDB).

본 배양: 200mL의 종배양액을 4000mL의 생산배지가 들어있는 7L의 발효조에 접종하여 200rpm, 28℃, pH 4으로 5일간 본 배양을 수행하였다. 생산 배지의 부피가 4L이었고 발효과정 중에 교반속도는 200rpm, 배양온도는 28℃로 조절하였다. 초기 셀룰로스의 농도를 10~40g/L로 달리하여 실험한 결과 표 3과 같았고 20g/L의 셀룰로스 농도에서 최대 셀룰라아제의 활성을 나타내었다.Main culture: 200 mL of the seed culture solution was inoculated into a 7 L fermenter containing 4000 mL of production medium, and the main culture was performed at 200 rpm, 28 ° C., and pH 4 for 5 days. The volume of the production medium was 4L and the stirring speed during the fermentation was 200rpm, the culture temperature was adjusted to 28 ℃. Experimental results of varying the initial cellulose concentration of 10 ~ 40g / L as shown in Table 3 and showed the maximum cellulase activity at a cellulose concentration of 20g / L.

g/Lg / L 엔도-β-1,4-글루카나아제 (u/mg)Endo-β-1,4-glucanase (u / mg)

셀룰로스


Cellulose
1010 1.531.53
2020 2.152.15 3030 1.001.00 4040 0.990.99

표 3은 여러 볏짚 농도에서 엔도-β-1,4-글루카나아제의 생산을 나타낸 표이다.Table 3 shows the production of endo-β-1,4-glucanase at different rice straw concentrations.

(2) 질소원(옥수수 침지액)의 농도에 따른 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성 시험(2) Endo-β-1,4-glucanase activity test according to the concentration of nitrogen source (corn immersion liquid)

7L 발효조에서 셀룰로오스 농도를 20g/L로 하여 질소원(옥수수 침지액) 농도별 실험을 수행하였다. 배양방법과 발효배지는 실시예3과 같으며, 질소원 농도를 6~12g/L로 달리하여 배양한 결과 활성은 표 4와 같았고, 8g/L 옥수수 침지액에서 최대활성을 나타내었다.Experiments were performed for each concentration of nitrogen source (corn immersion liquid) using a cellulose concentration of 20 g / L in a 7 L fermenter. The culture method and the fermentation medium were the same as in Example 3, and the results of the cultivation by varying the nitrogen source concentration from 6 to 12 g / L were as shown in Table 4, and showed the maximum activity in 8 g / L corn steep liquor.

g/Lg / L 엔도-β-1,4-글루카나아제 (U/mg-단백질)Endo-β-1,4-glucanase (U / mg-protein) 옥수수 침지액


Corn Soak


66 2.152.15
88 2.782.78 1010 2.012.01 1212 0.940.94

표 4는 여러 옥수수 침지액의 농도에서 엔도-β-1,4-글루카나아제의 활성을 나타낸다.Table 4 shows the activity of endo-β-1,4-glucanase at concentrations of various corn steep liquors.

(3) 효모추출액의 농도에 따른 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성 시험(3) Endo-β-1,4-glucanase activity test according to yeast extract concentration

7L 발효조에서 볏짚과 옥수수 침지액 농도를 각각 20g/L, 8g/L로 하여 효모 추출액의 농도별 실험을 수행하였다. 배양방법과 발효배지는 실시예3과 같으며, 효모추출액의 농도를 1~5g/L로 달리하여 배양한 결과 활성은 표 5와 같았고, 2g/L 효모추출액에서 최대활성을 나타내었다.Rice straw and corn steep liquor concentration in the 7L fermentation tank was 20g / L, 8g / L, respectively, the concentration of the yeast extract was tested. The culture method and the fermentation medium were the same as in Example 3, and the results of the cultivation with different concentrations of yeast extract at 1-5 g / L were as shown in Table 5, showing the maximum activity in 2 g / L yeast extract.

g/Lg / L 엔도-β-1,4-글루카나아제 (U/mg-단백질)Endo-β-1,4-glucanase (U / mg-protein) 효모 추출액



Yeast Extract



1One 2.782.78
22 3.143.14 33 2.562.56 44 1.771.77 55 1.581.58

표 5는 여러 효모추출액 농도에서 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소활성을 나타낸다.Table 5 shows endo-β-1,4-glucanase enzymatic activity at various yeast extract concentrations.

(4) 일인산칼륨 농도에 따른 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성 시험 (4) Endo-β-1,4-glucanase activity test according to potassium monophosphate concentration

4L발효조 에서 셀룰로오스와 옥수수 침지액 그리고 효모추출액 농도를 각각 20g/L, 8g/L, 2g/L 로 하여 일인산칼륨의 농도별 실험을 수행하였다. 배양방법과 발효배지는 실시예3과 같으며, 일인산칼륨 농도를 3-6g/L로 달리하여 배양한 결과 활성은 표 6과 같았고, 5g/L 일인산칼륨 에서 최대활성을 나타내었다.The concentration of cellulose, corn steep liquor and yeast extract in the 4 L fermentation tank were 20g / L, 8g / L and 2g / L, respectively. The culture method and the fermentation medium were the same as in Example 3, and the results of the cultivation at different concentrations of potassium monophosphate at 3-6 g / L were as shown in Table 6, showing the maximum activity at 5 g / L potassium monophosphate.

g/Lg / L 엔도-β-1,4-글루카나아제 (U/mg-단백질)Endo-β-1,4-glucanase (U / mg-protein) 일인산칼륨


Potassium monophosphate


33 3.143.14
44 3.323.32 55 4.344.34 66 2.762.76

표 6은 여러 일인산칼륨 농도에서 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소활성을 나타낸다.Table 6 shows the various potassium monophosphate concentrations. Endo-β-1,4-glucanase enzyme activity is shown.

(5) 이인산칼륨 농도에 따른 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성 시험(5) Endo-β-1,4-glucanase activity test according to potassium diphosphate concentration

7L 발효조 에서 셀룰로오스와 옥수수 침지액, 효모추출액 그리고 일인산칼륨 농도를 각각 20g/L, 8g/L, 2g/L, 5g/L 로 하여 이인산칼륨의 농도별 실험을 수행하였다. 배양방법과 발효배지는 실시예3과 같으며, 이인산칼륨 농도를 3~5g/L로 달리하여 배양한 결과 활성은 표7과 같았고, 5g/L 이인산칼륨에서 최대활성을 나타내었다.In the 7L fermenter, the concentrations of potassium phosphate were measured using cellulose, corn steep liquor, yeast extract and potassium monophosphate concentrations of 20g / L, 8g / L, 2g / L and 5g / L, respectively. The culture method and the fermentation medium were the same as in Example 3, and the results of the incubation at different concentrations of potassium diphosphate at 3 to 5 g / L were as shown in Table 7, and showed maximum activity at 5 g / L potassium diphosphate.

g/Lg / L 엔도-β-1,4-글루카나아제 (U/mg-단백질)Endo-β-1,4-glucanase (U / mg-protein)

이인산칼륨



Potassium Diphosphate

33 4.344.34
44 4.664.66 55 5.485.48 66 3.923.92

표 7은 여러 이인산칼륨 농도에서 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소활성을 나타낸다.Table 7 shows endo-β-1,4-glucanase enzymatic activity at various potassium diphosphate concentrations.

(6) 티아민염산염 농도에 따른 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성 시험(6) Endo-β-1,4-glucanase activity test according to thiamine hydrochloride concentration

7L 발효조에서 셀룰로오스, 옥수수 침지액, 효모추출액, 일인산칼륨, 이인산칼륨의 농도를 각각 20g/L, 8g/L, 2g/L, 5g/L, 5g/L 로 하여 티아민 염산염 농도별 실험을 수행하였다. 배양방법과 발효배지는 실시예3과 같으며, 티아민 염산염 농도를 0.003~0.008g/L로 달리하여 배양한 결과 활성은 표 8과 같았고, 0.005g/L 티아민 염산염에서 최대활성을 나타내었다.The cellulose, corn steep liquor, yeast extract, potassium monophosphate, and potassium diphosphate in the 7 L fermentation tank were tested at concentrations of 20 g / L, 8 g / L, 2 g / L, 5 g / L, and 5 g / L, respectively. Was performed. The culture method and the fermentation broth were the same as in Example 3, and the cultivation of the thiamin hydrochloride at a concentration of 0.003 to 0.008 g / L was as shown in Table 8, showing the maximum activity at 0.005 g / L thiamin hydrochloride.

g/Lg / L 엔도-β-1,4-글루카나아제 (U/mg-단백질)Endo-β-1,4-glucanase (U / mg-protein) 티아민 염산염




Thiamine Hydrochloride




0.0030.003 5.485.48
0.0040.004 5.495.49 0.0050.005 6.316.31 0.0060.006 5.005.00 0.0070.007 4.674.67 0.0080.008 4.434.43

표 8은 여러 이인산칼륨 농도에서 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소활성을 나타낸다.Table 8 shows endo-β-1,4-glucanase enzymatic activity at various potassium diphosphate concentrations.

실시예5: 고활성 엔도-β-1,4-글루카나아제 생산을 위한 최적 배양조건 실험Example 5 Experimental Optimal Culture Conditions for Highly Active Endo-β-1,4-Glucanase Production

7L 발효조에서 셀룰로스, 옥수수 침지액, 효모추출액, 일인산칼륨, 이인산칼륨, 티아민 염산염의 농도를 각각 20g/L, 8g/L, 2g/L, 5g/L, 5g/L, 0.005g/L로 하여 배양 환경조건의 최적화 실험을 수행하였다. 교반속도를 100~400rpm으로, 배양온도를 23~32℃로 달리하여 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성을 비교한 결과 표 9와 같이 교반속도 200rpm, 배양온도 28℃에서 최대 엔도-β-1,4-글루카나아제 활성을 나타내었다.The concentrations of cellulose, corn steep liquor, yeast extract, potassium monophosphate, potassium diphosphate and thiamin hydrochloride in 7 L fermenters were 20 g / L, 8 g / L, 2 g / L, 5 g / L, 5 g / L, and 0.005 g / L, respectively. The optimization experiment of the culture environmental conditions was performed. As a result of comparing the endo-β-1,4-glucanase activity by varying the agitation speed from 100 to 400 rpm and the incubation temperature from 23 to 32 ° C., as shown in Table 9, the maximum endo- agitation was performed at 200 rpm and the incubation temperature of 28 ° C. β-1,4-glucanase activity was shown.

엔도-β-1,4-글루카나아제 (U/mg-단백질)Endo-β-1,4-glucanase (U / mg-protein) 배양 온도 (℃)Incubation temperature (℃) 2323 6.316.31 2525 6.436.43 2828 6.996.99 3030 6.396.39 3232 5.215.21 교반조건 (rpm)Stirring Condition (rpm) 100100 6.936.93 200200 7.307.30 300300 6.896.89 400400 5.215.21

표 9는 효소활성 최적화를 위한 조건 실험표를 나타낸다.Table 9 shows a table of conditions for the optimization of enzyme activity.

실시예 6: 최적 효소 활성측정 실험Example 6: Optimal Enzyme Activity Determination Experiment

배양배지 및 배양조건은 각각 실시예3의 표1 및 실시예5의 표9와 같으며, 활성측정은 7L 발효조에서 5일간 배양 후 그 상등액을 사용하였다. 엔도-β-1,4-글루카나아제의 활성은 환원당을 이용한 somogyi-nelson법을 이용하여 측정하였다. 활성 대조균으로는 트리코더마 리제이 ZU-02를 이용하였으며 배양조건은 모두 일관되게 적용되었다. 그 결과 페니실륨 피노필럼 KMJ601 균주가 생산하는 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소 활성이 7.3 U/mg-단백질로서 대조군에 비해 현저히 높은 것을 확인하였다(표 10)(도 3).Culture medium and culture conditions are shown in Table 1 of Example 3 and Table 9 of Example 5, respectively, and the activity was measured for 5 days in a 7L fermenter, the supernatant was used. The activity of endo-β-1,4-glucanase was measured using the somogyi-nelson method using reducing sugars. Tricodermalase ZU-02 was used as an active control bacterium and the culture conditions were consistently applied. As a result, it was confirmed that the endo-β-1,4-glucanase enzyme activity produced by the penicillium pinofilum KMJ601 strain was 7.3 U / mg-protein, which is significantly higher than the control group (Table 10) (FIG. 3).

균주Strain 엔도-β-1,4-글루카나아제(U/mg-단백질)Endo-β-1,4-glucanase (U / mg-protein) 트리코더마 리제이 ZU-02Tricoderma RJ ZU-02 4.74.7 페니실륨 피노필럼 KMJ601Penicillium Pinophilum KMJ601 7.37.3

표 10은 엔도-β-1,4-글루카나아제의 대조군과의 활성 비교한 것이다.Table 10 compares the activity of endo-β-1,4-glucanase with controls.

실시예 7: 페니실륨 피노필럼 KMJ601로부터 고활성 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자의 클로닝Example 7: Cloning of the Highly Active Endo-β-1,4-Glucanase Gene from Penicillium Pinofilum KMJ601

셀룰레이즈 분해 효소인 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자의 염기서열을 얻기 위해 상기 버섯균 페니실륨 피노필럼 KMJ601을 사용하였다. 일반적으로 유사한 기능을 지니는 유전자의 경우에는 각 염기서열과 크기가 어느 정도 유사하다고 알려져 있다. 따라서 페니실륨 피노필럼 KMJ601의 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소의 유전자도 약 1.2kb정도의 크기를 지녔을 것으로 추정하고 다른 버섯균의 이미 알려진 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소 염기서열을 바탕으로 페니실륨 피노필럼 KMJ601의 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소 전체 유전자를 클로닝 하였다.To obtain the nucleotide sequence of the endo-β-1,4-glucanase gene, which is a cellulase degrading enzyme, the fungus Penicillium Pinophyllum KMJ601 was used. In general, genes with similar functions are known to be somewhat similar in size to each nucleotide sequence. Therefore, the gene of the endo-β-1,4-glucanase enzyme of penicillium pinofilum KMJ601 was estimated to have a size of about 1.2 kb, and the known endo-β-1,4-glucanase of other mushrooms was estimated. Based on the enzyme sequence, the entire gene of endo-β-1,4-glucanase enzyme of penicillium pinopylum KMJ601 was cloned.

클로닝에는 대장균 XL1-Blue와 pUC18 벡터를 사용하였다. 대장균의 배양 배지로는 일반적 조성의 LB 배지를 사용하였고, 페니실륨 피노필럼 KMJ601의 배양에는 상기 [표1]의 배지를 사용하였다. 대장균의 평판(plate) 배지로는 각각 LB 아가(agar)와 3~5% 설탕, 0.3~0.5% 쇠고기 추출물, 0.9~1.1% 박토 펩톤, 1.3~1.7% 아가 조성의 아가 플레이트를 사용하였다. 필요에 따라 50 ㎍/ml 엠피실린(amipicillin)을 첨가하였다. E. coli XL1-Blue and pUC18 vectors were used for cloning. As a culture medium for E. coli, LB medium having a general composition was used, and the medium of Table 1 was used for culturing penicillium pinofilum KMJ601. As a plate medium of E. coli, agar plates containing LB agar, 3-5% sugar, 0.3-0.5% beef extract, 0.9-1.1% bactopeptone, and 1.3-1.7% agar composition were used. 50 μg / ml ampicillin was added as needed.

배양 방법은 페니실륨 피노필럼 KMJ601경우, 배지 50 ml이 들어 있는 250 ml의 삼각 플라스크에 접종하여 28℃, 200 rpm 조건에서 5일간 배양하였고, 대장균의 경우에는 37℃, 200 rpm 조건에서 16 시간 배양하였다. The culture method was inoculated in a 250 ml Erlenmeyer flask containing 50 ml of Penicillium Pinophilum KMJ601 and incubated at 28 ° C. and 200 rpm for 5 days, and for 16 hours at 37 ° C. and 200 rpm for E. coli. It was.

대부분의 DNA는 아가로스겔(TAE buffer, 0.5%) 전기영동법으로 확인하였고, 겔 상에서 DNA 밴드의 정제는 QiaXII 겔 추출장지(QIAGEN, USA)를 이용하였으며, DNA간의 연결(ligation) 반응은 T4 DNA 연결효소(NEB)를 이용하였다. 또한 페니실륨 피노필럼의 RNA 추출은 Qiagen plant total RNA kit(QIAGEN)을 이용하였으며, cDNA 합성을 위한 역전사 효소는 Oligo-dT RT-mix(intron)를 이용하였다. Most DNA was identified by agarose gel (TAE buffer, 0.5%) electrophoresis. The purification of DNA bands on the gel was carried out using QiaXII gel extractor (QIAGEN, USA), and the ligation reaction between DNAs was T4 DNA. Ligase (NEB) was used. In addition, RNA extraction of penicillium pinopylum was performed using a Qiagen plant total RNA kit (QIAGEN), and a reverse transcriptase for cDNA synthesis was used with Oligo-dT RT-mix (intron).

엔도-β-1,4-글루카나아제 생산효소 유전자를 클로닝하기 위하여 페니실륨 피노필럼 염색체를 분리하였다. 페니실륨 피노필럼 엔도-β-1,4-글루카나아제 유전자의 일부분을 증폭하기위해 다른 버섯균에서 이미 알려진 EG 염기서열을 바탕으로 비특이적 프라이머(degenerated primer)를 제작하였다. 이를 이용하여 연쇄중합반응에 의해 1.1kb 크기에 해당하는 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소 유전자 일부를 페니실륨 피노필럼 염색체에서 증폭하였다. Penicillium pinopylum chromosomes were isolated for cloning the endo-β-1,4-glucanase synthase gene. In order to amplify a portion of the penicillium pinofilum endo-β-1,4-glucanase gene, a nonspecific primer was prepared based on an EG sequence already known from other mushrooms. Using this, a portion of the endo-β-1,4-glucanase enzyme gene corresponding to the size of 1.1 kb was amplified in the penicillium pinopylum chromosome by the chain polymerization reaction.

전방 프라이머 (Forward Primer) 5'CAGCARACKGYYTGGGGMCARTG -3'(서열번호 1)Forward Primer 5'CAGCARACKGYYTGGGGMCARTG -3 '(SEQ ID NO: 1)

후방 프라이머 (Reverse Primer) 5'ACGTTRCCRCCACCRGTYTCKG-3'(서열번호 2)Reverse Primer 5'ACGTTRCCRCCACCRGTYTCKG-3 '(SEQ ID NO: 2)

그리고 증폭된 상기의 부분 염기서열 중 그 절단 부위가 존재하지 않는 제한 효소인 BamHI, EcoRI, HindIII, SalI, XbaI을 이용하여 페니실륨 피노필럼의 genomic DNA를 완전히 절단하였다. 그리고 앞서 중합효소 연쇄반응을 통하여 얻은 DNA 단편을 이용하여 방사능 표지된 탐침자(probe)를 만들었다. 이를 이용하여 서어던 하이브리다이제이션으로 찾고자 하는 유전자를 지닌 DNA 단편을 탐색하였다(도 4). BamHI, HindIII, XbaI으로 염색체를 자른 경우에 있어서는 서어던 하이브리다이제이션의 결과 나타난 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소의 유전자를 지닌 DNA의 크기가 약 20~23 kb정도 되어 너무 큰 관계로 이용하지 않았고, 2.5kb 정도의 EcoRI으로 잘린 조각과 약 5.5 kb정도의 SalI으로 잘린 조각을 이용하여 원하는 유전자를 탐색하였다. 페니실륨 피노필럼 염색체를 EcoRI으로 절단한 후 분리한 2.5kb 정도 크기의 DNA 조각과 SalI으로 절단한 5.5kb 정도의 DNA 단편들을 pUC18에 클로닝하고 이를 pUC-EG라고 명명하였다(도 5). The genomic DNA of penicillium pinopylum was completely cleaved using restriction enzymes BamHI, EcoRI, HindIII, SalI, and XbaI, which do not have a cleavage site, in the partial base sequence amplified. And a radiolabeled probe was made using a DNA fragment obtained through the polymerase chain reaction. Using this, the DNA fragment containing the gene to be searched by Southern hybridization was searched (FIG. 4). When chromosomes were cut with BamHI, HindIII, and XbaI, the size of the DNA containing the gene for the endo-β-1,4-glucanase enzyme as a result of Southern hybridization was about 20 to 23 kb, which was too large. The genes were searched for using the fragments cut with EcoRI of 2.5 kb and the fragments cut with SalI of about 5.5 kb. The penicillium pinopylum chromosome was digested with EcoRI, separated from the 2.5 kb DNA fragment and the 5.5 kb DNA fragment isolated from SalI, cloned into pUC18 and named pUC-EG (FIG. 5).

pUC-EG 라이브러리에서 앞서 만든 1.1kb 크기의 탐침자를 이용하여 콜로니 혼성화를 수행하여 원하는 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소의 유전자를 지닌 클론을 결정하였다. 그리고 결정한 클론을 이용하여 염기서열을 분석하여 엔도-β-1,4-글루카나아제의 전체 유전자 염기서열 1,426bp를 밝혔다 (도 6). 이는 앞서 예상한 바와 같이 다른 여러 버섯균에서 밝혀진 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소 유전자와 크기가 비슷하였다. 또한 페니실륨 피노필럼 엔도-β-1,4-글루카나아제 효소는 glycohydrolase family 5에서 공통적으로 나타나는 염기서열을 지니고 있음을 확인하였다. Colony hybridization was performed using the 1.1 kb sized probe prepared in the pUC-EG library to determine clones with genes of the desired endo-β-1,4-glucanase enzyme. And the base sequence was analyzed using the determined clone, and the total gene sequence of endo-β-1,4-glucanase was found to be 1,426 bp (FIG. 6). As expected, this was similar in size to the endo-β-1,4-glucanase enzyme genes found in several other fungi. It was also confirmed that the penicillium pinofilum endo-β-1,4-glucanase enzyme has a nucleotide sequence common to the glycohydrolase family 5.

보존된 서열 (conserved sequence)Conserved sequence

FGVMNEPH (서열목록 3)FGVMNEPH (SEQ ID NO: 3)

또한 진스캔 (http://genes.mit.edu/GENSCAN.html) 사이트와 NCBI의 blast 사이트를 이용하여 분석한 결과 인트론 부분이 페니실륨 피노필럼의 엔도-β-1,4-글루카나아제에는 포함되지 않음을 확인하였다.In addition, the gene scan ( http://genes.mit.edu/GENSCAN.html ) site and NCBI blast site showed that the intron portion of the penicillium pinofilum endo-β-1,4-glucanase It was confirmed that it was not included.

도 1은 1차 선별된 균주(S1부터 S7까지)와 대조군(C)으로 트리코더마 리제이 ZU-02를 이용하여, 카르복시메칠 셀룰로스를 첨가한 고체 한천배지에서 섬유소 분해능을 비교한 사진이다.1 is a photograph comparing fibrin degradability in a solid agar medium containing carboxymethyl cellulose using Trichoderma Reese ZU-02 as the first selected strain (S1 to S7) and the control (C).

도 2는 본 발명 균주의 ITS-5.8S rDNA 서열의 유사종과의 유연관계를 분석한 결과이다.Figure 2 shows the results of analyzing the soft relationship with the similar species of the ITS-5.8S rDNA sequence of the strain of the present invention.

도 3은 본 발명 균주의 최적 발현 조건에서의 엔도-β-1,4-글루카나아제의 활성을 대조군 트리코더마 리제이의 활성과 비교한 결과이다.Figure 3 is the result of comparing the activity of endo-β-1,4-glucanase in the optimal expression conditions of the strain of the present invention with the activity of the control Tricoderase.

도 4는 페니실륨 피노필럼 KMJ601 염색체(genomic DNA) 내에서 셀룰레이즈 EG 합성효소를 지닌 단편의 서어던 하이브리다이제이션(southern hybridization)을 통한 탐색을 나타낸 도면으로, lane 1은 페니실륨 피노필럼 KMJ601 염색체 (genomic DNA)에 아무런 제한효소도 처리하지 않은 것, lane 2, 3, 4, 5, 6은 각각 제한 효소 EcoRI, SalI, BamHI, HindIII, XbaI 등을 처리한 것이다.FIG. 4 shows the exploration of Southern hybridization of fragments with cellulose EG synthetase in the penicillium pinophyllum KMJ601 chromosome, where lane 1 is the penicillium pinocylum KMJ601 chromosome. No restriction enzyme was treated on genomic DNA, lanes 2, 3, 4, 5, and 6 were each treated with restriction enzymes EcoRI, SalI, BamHI, HindIII, and XbaI.

도 5는 벡터 pUC-EGdml 구조로서 페니실륨 피노필럼의 염색체에서 엔도-β-1,4-글루카나아제 생산효소 유전자를 지니고 있는 단편을 찾아 대장균에서 이용되는 벡터에 클로닝 한 것이다.Figure 5 is a vector pUC-EGdml structure containing the endo-β-1,4-glucanase synthase gene on the chromosome of the penicillium pinopylum and cloned into a vector used in E. coli.

도 6은 셀룰레이즈 엔도-β-1,4-글루카나아제 생산효소의 전체 유전자의 핵산 염기서열이다.Figure 6 is a nucleic acid sequence of the entire gene of cellulose endo-β-1,4-glucanase production enzyme.

도 7은 셀룰레이즈 엔도-β-1,4-글루카나아제 생산효소의 전체 유전자의 단백질 염기서열이다.Figure 7 is a protein sequence of the entire gene of cellulose endo-β-1,4-glucanase production enzyme.

도 8은 페니실륨 피노필럼 엔도-β-1,4-글루카나아제의 단백질 염기서열을 이미 알려진 페니실륨 디컴벤스의 엔도-β-1,4-글루카나아제의 단백질 염기서열과 비교한 것이다.FIG. 8 compares the protein sequence of penicillium pinopylum endo-β-1,4-glucanase to the protein sequence of endo-β-1,4-glucanase of known penicillium decompens.

<110> Konkuk University Industrial Cooperation Corp. <120> Optimization of endo-beta-1,4-glucanase production by a novel strain Penicillium pinophilum KMJ601 and its gene cloning <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 cagcarackg yytggggmca rtg 23 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 acgttrccrc caccrgtytc kg 22 <210> 3 <211> 8 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> conserved sequence <400> 3 Phe Gly Val Met Asn Glu Pro His 1 5 <210> 4 <211> 411 <212> PRT <213> Penicillium pinophilum <400> 4 Met Thr Ile Ile Ser Lys Phe Gly Ile Gly Val Leu Ile Ala Met Val 1 5 10 15 Ser Glu Ala Thr Ala Gln Gln Thr Val Trp Gly Gln Cys Gly Ile Gly 20 25 30 Trp Thr Gly Pro Val Ser Cys Val Ser Gly Ser Tyr Cys Ala Pro Gly 35 40 45 Asn Ala Tyr Tyr Ser Gln Cys Leu Pro Gly Ala His Leu Asn Gly Pro 50 55 60 Ser Thr Thr Thr Ala Arg Thr Thr Ile Thr Thr Ser Ser Ser Phe Thr 65 70 75 80 Thr Ser Val Ser Thr Thr Ala Ile Pro Thr Ser Thr Gly Lys Val Gln 85 90 95 Phe Ala Gly Val Asn Ile Ala Gly Phe Asp Phe Gly Met Val Thr Ser 100 105 110 Gly Thr Gln Asp Leu Thr Gln Ile Val Asp Glu Ser Val Asp Gly Val 115 120 125 Thr Gln Ile Lys His Phe Val Asn Asp Asp Thr Phe Asn Met Phe Arg 130 135 140 Leu Pro Thr Gly Trp Gln Tyr Leu Val Asn Asn Asn Leu Gly Gly Gln 145 150 155 160 Leu Asp Ala Thr Asn Phe Gly Gln Tyr Asp Lys Leu Val Gln Gly Cys 165 170 175 Leu Ser Thr Gly Ala His Cys Ile Val Asp Ile His Asn Tyr Ala Arg 180 185 190 Trp Asn Gly Ala Ile Ile Gly Gln Gly Gly Pro Ser Asp Ala Gln Phe 195 200 205 Val Asp Leu Trp Thr Gln Leu Ala Thr Lys Tyr Lys Ala Asp Ser Lys 210 215 220 Val Val Phe Gly Val Met Asn Glu Pro His Asp Leu Thr Ile Ser Thr 225 230 235 240 Trp Ala Ala Thr Val Gln Lys Val Val Thr Ala Ile Arg Asn Ala Gly 245 250 255 Ala Thr Ser Gln Met Ile Leu Leu Pro Gly Thr Asp Tyr Thr Ser Ala 260 265 270 Ala Asn Phe Val Glu Asn Gly Ser Gly Ala Ala Leu Ala Ala Val Val 275 280 285 Asn Pro Asp Gly Ser Thr His Asn Leu Ile Phe Asp Val His Lys Tyr 290 295 300 Leu Asp Ser Asp Asn Ser Gly Thr His Ala Glu Cys Val Thr Asn Asn 305 310 315 320 Val Asp Ala Phe Ser Ser Leu Ala Thr Trp Leu Arg Ser Val Gly Arg 325 330 335 Gln Ala Leu Leu Ser Glu Thr Gly Gly Gly Asn Val Gln Ser Cys Ala 340 345 350 Thr Tyr Met Cys Gln Gln Leu Asp Phe Leu Ser Ala Asn Ser Asp Val 355 360 365 Tyr Leu Gly Trp Thr Ser Trp Ser Ala Gly Gly Phe Gln Ala Ser Trp 370 375 380 Asn Tyr Ile Leu Thr Glu Val Pro Asn Gly Asn Thr Asp Gln Tyr Leu 385 390 395 400 Val Gln Gln Cys Phe Val Pro Lys Trp Lys Asn 405 410 <210> 5 <211> 1426 <212> DNA <213> Penicillium pinophilum <400> 5 atgacaatca tctcaaaatt cggtattggc gtgttgatcg caatggtcag tgaggccact 60 gcgcaacaga ctgtttgggg acaatgtcag cttacaacat atttctgaac caaatgaatt 120 ggcttctaat ctttattttc taaaggtggt ggtatcggct ggactggacc agttagttgt 180 gtttctggct cctactgcgc gcctggaaat gcctactact cgcagtgtct tccaggatct 240 ggtaggtgtt ttactctcaa taatgtccga atatctcaat cgctcacttg aactaaggac 300 cgtcaacgac cacggcaaga acgacaataa ccacgtcgag cagctttacg acaagtgtca 360 gcacgacggc aattcccacg agtaccggta aggtacagtt cgccggagtg aacattgccg 420 gcttcgactt tggcatggtt accagtggca cacaggatct aactcagatt gtcgatgagt 480 ccgtcgacgg cgtcacacaa atcaagcatt tcgttaatga tgataccttc aacatgttcc 540 gcttgcctac tgggtggcag tatctcgtca acaataacct aggtggccag cttgacgcga 600 caaatttcgg ccagtacgat aagctcgttc agggttgcct ttctacgggt gcgcactgca 660 tcgttgacat ccacaactat gcccgctgga atggagccat cattggccaa ggtggtccgt 720 cggatgcaca attcgtggat ttgtggactc agcttgcgac caaatataag gctgatagca 780 aggtagtctt tggcgtcatg aatgagcccc atgatctaac tatcagcaca tgggctgcca 840 ctgtacaaaa ggtcgttaca gcaattcgta atgctggcgc aacttcacag atgatcttgc 900 tccctggtac agactacaca agtgccgcaa acttcgtgga aaatggatcc ggtgcagccc 960 tggcggcagt ggtaaaccca gatggatcta ctcataactt gatcttcgat gttcataagt 1020 acctggattc tgacaatagt ggcacccatg ccgagtgtgt caccaacaat gtcgacgctt 1080 tctcaagtct cgcaacctgg ctgcgatctg ttggtcgcca ggctctgctc tctgaaaccg 1140 gcggcggtaa cgttcagagt tgtgcaacgt acatgtgcca acagcttgat tttctcaagt 1200 aagtatacat ctacttctct gaaaatttgc attgaaaaat gcgtcatgcc atatctgata 1260 tgctgatatt gcctgtagtg cgaactctga tgtctatctc ggatggactt cctggtcagc 1320 tggtggcttt caggcatcat ggaactatat tttgacggaa gtgccaaatg gcaataccga 1380 tcagtactta gttcagcagt gcttcgtccc caagtggaag aactaa 1426 <210> 6 <211> 526 <212> DNA <213> 5.8s rDNA sequence <400> 6 cctgcggaag gatcattacc gagtgcgggc ctcgcggccc aacctcccac ccttgtctct 60 ctacccctgt tgctttggcg ggcccaccgg ggccacctgg tcgccggggg acgcacgtcc 120 ccggacccgc gcccgccgaa gcgctctgtg aaccctgatg aagatgggct gtctgagtac 180 gatgaaaatt gtcaaaactt tcaacaatgg atctcttggt tccggcatcg atgaagaacg 240 cagcgaaatg cgataagtaa tgtgaattgc agaattccgt gaatcatcga atctttgaac 300 gcacattgcg ccccctggca ttccgggggg catgcctgtc cgagcgtcat ttctgccctc 360 aagcacggct tgtgtgttgg gtgtggtccc cccggggacc tgcccgaaag gcagcggcga 420 cgtccgtctg gtcctcgagc gtatggggct ctgtcactcg ctcgggaagg acctgcgggg 480 gttggtcacc accatatttt accacggttg acctcggatc aggtag 526 <110> Konkuk University Industrial Cooperation Corp. <120> Optimization of endo-beta-1,4-glucanase production by a novel          strain Penicillium pinophilum KMJ601 and its gene cloning <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 cagcarackg yytggggmca rtg 23 <210> 2 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 acgttrccrc caccrgtytc kg 22 <210> 3 <211> 8 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> conserved sequence <400> 3 Phe Gly Val Met Asn Glu Pro His   1 5 <210> 4 <211> 411 <212> PRT <213> Penicillium pinophilum <400> 4 Met Thr Ile Ile Ser Lys Phe Gly Ile Gly Val Leu Ile Ala Met Val   1 5 10 15 Ser Glu Ala Thr Ala Gln Gln Thr Val Trp Gly Gln Cys Gly Ile Gly              20 25 30 Trp Thr Gly Pro Val Ser Cys Val Ser Gly Ser Tyr Cys Ala Pro Gly          35 40 45 Asn Ala Tyr Tyr Ser Gln Cys Leu Pro Gly Ala His Leu Asn Gly Pro      50 55 60 Ser Thr Thr Thr Ala Arg Thr Thr Ile Thr Thr Ser Ser Ser Phe Thr  65 70 75 80 Thr Ser Val Ser Thr Thr Ala Ile Pro Thr Ser Thr Gly Lys Val Gln                  85 90 95 Phe Ala Gly Val Asn Ile Ala Gly Phe Asp Phe Gly Met Val Thr Ser             100 105 110 Gly Thr Gln Asp Leu Thr Gln Ile Val Asp Glu Ser Val Asp Gly Val         115 120 125 Thr Gln Ile Lys His Phe Val Asn Asp Asp Thr Phe Asn Met Phe Arg     130 135 140 Leu Pro Thr Gly Trp Gln Tyr Leu Val Asn Asn Leu Gly Gly Gln 145 150 155 160 Leu Asp Ala Thr Asn Phe Gly Gln Tyr Asp Lys Leu Val Gln Gly Cys                 165 170 175 Leu Ser Thr Gly Ala His Cys Ile Val Asp Ile His Asn Tyr Ala Arg             180 185 190 Trp Asn Gly Ala Ile Ile Gly Gln Gly Gly Pro Ser Asp Ala Gln Phe         195 200 205 Val Asp Leu Trp Thr Gln Leu Ala Thr Lys Tyr Lys Ala Asp Ser Lys     210 215 220 Val Val Phe Gly Val Met Asn Glu Pro His Asp Leu Thr Ile Ser Thr 225 230 235 240 Trp Ala Ala Thr Val Gln Lys Val Val Thr Ala Ile Arg Asn Ala Gly                 245 250 255 Ala Thr Ser Gln Met Ile Leu Leu Pro Gly Thr Asp Tyr Thr Ser Ala             260 265 270 Ala Asn Phe Val Glu Asn Gly Ser Gly Ala Ala Leu Ala Ala Val Val         275 280 285 Asn Pro Asp Gly Ser Thr His Asn Leu Ile Phe Asp Val His Lys Tyr     290 295 300 Leu Asp Ser Asp Asn Ser Gly Thr His Ala Glu Cys Val Thr Asn Asn 305 310 315 320 Val Asp Ala Phe Ser Ser Leu Ala Thr Trp Leu Arg Ser Val Gly Arg                 325 330 335 Gln Ala Leu Leu Ser Glu Thr Gly Gly Gly Asn Val Gln Ser Cys Ala             340 345 350 Thr Tyr Met Cys Gln Gln Leu Asp Phe Leu Ser Ala Asn Ser Asp Val         355 360 365 Tyr Leu Gly Trp Thr Ser Trp Ser Ala Gly Gly Phe Gln Ala Ser Trp     370 375 380 Asn Tyr Ile Leu Thr Glu Val Pro Asn Gly Asn Thr Asp Gln Tyr Leu 385 390 395 400 Val Gln Gln Cys Phe Val Pro Lys Trp Lys Asn                 405 410 <210> 5 <211> 1426 <212> DNA <213> Penicillium pinophilum <400> 5 atgacaatca tctcaaaatt cggtattggc gtgttgatcg caatggtcag tgaggccact 60 gcgcaacaga ctgtttgggg acaatgtcag cttacaacat atttctgaac caaatgaatt 120 ggcttctaat ctttattttc taaaggtggt ggtatcggct ggactggacc agttagttgt 180 gtttctggct cctactgcgc gcctggaaat gcctactact cgcagtgtct tccaggatct 240 ggtaggtgtt ttactctcaa taatgtccga atatctcaat cgctcacttg aactaaggac 300 cgtcaacgac cacggcaaga acgacaataa ccacgtcgag cagctttacg acaagtgtca 360 gcacgacggc aattcccacg agtaccggta aggtacagtt cgccggagtg aacattgccg 420 gcttcgactt tggcatggtt accagtggca cacaggatct aactcagatt gtcgatgagt 480 ccgtcgacgg cgtcacacaa atcaagcatt tcgttaatga tgataccttc aacatgttcc 540 gcttgcctac tgggtggcag tatctcgtca acaataacct aggtggccag cttgacgcga 600 caaatttcgg ccagtacgat aagctcgttc agggttgcct ttctacgggt gcgcactgca 660 tcgttgacat ccacaactat gcccgctgga atggagccat cattggccaa ggtggtccgt 720 cggatgcaca attcgtggat ttgtggactc agcttgcgac caaatataag gctgatagca 780 aggtagtctt tggcgtcatg aatgagcccc atgatctaac tatcagcaca tgggctgcca 840 ctgtacaaaa ggtcgttaca gcaattcgta atgctggcgc aacttcacag atgatcttgc 900 tccctggtac agactacaca agtgccgcaa acttcgtgga aaatggatcc ggtgcagccc 960 tggcggcagt ggtaaaccca gatggatcta ctcataactt gatcttcgat gttcataagt 1020 acctggattc tgacaatagt ggcacccatg ccgagtgtgt caccaacaat gtcgacgctt 1080 tctcaagtct cgcaacctgg ctgcgatctg ttggtcgcca ggctctgctc tctgaaaccg 1140 gcggcggtaa cgttcagagt tgtgcaacgt acatgtgcca acagcttgat tttctcaagt 1200 aagtatacat ctacttctct gaaaatttgc attgaaaaat gcgtcatgcc atatctgata 1260 tgctgatatt gcctgtagtg cgaactctga tgtctatctc ggatggactt cctggtcagc 1320 tggtggcttt caggcatcat ggaactatat tttgacggaa gtgccaaatg gcaataccga 1380 tcagtactta gttcagcagt gcttcgtccc caagtggaag aactaa 1426 <210> 6 <211> 526 <212> DNA 5.8 s rDNA sequence <400> 6 cctgcggaag gatcattacc gagtgcgggc ctcgcggccc aacctcccac ccttgtctct 60 ctacccctgt tgctttggcg ggcccaccgg ggccacctgg tcgccggggg acgcacgtcc 120 ccggacccgc gcccgccgaa gcgctctgtg aaccctgatg aagatgggct gtctgagtac 180 gatgaaaatt gtcaaaactt tcaacaatgg atctcttggt tccggcatcg atgaagaacg 240 cagcgaaatg cgataagtaa tgtgaattgc agaattccgt gaatcatcga atctttgaac 300 gcacattgcg ccccctggca ttccgggggg catgcctgtc cgagcgtcat ttctgccctc 360 aagcacggct tgtgtgttgg gtgtggtccc cccggggacc tgcccgaaag gcagcggcga 420 cgtccgtctg gtcctcgagc gtatggggct ctgtcactcg ctcgggaagg acctgcgggg 480 gttggtcacc accatatttt accacggttg acctcggatc aggtag 526  

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 서열번호 4에 기재된 아미노산 서열을 가지는 엔도-β-1,4-글루카나아제.An endo-β-1,4-glucanase having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4. 제 6항의 엔도-β-1,4-글루카나아제를 코딩하는 서열번호 5에 기재된 염기서열을 가지는 유전자.A gene having the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 encoding endo-β-1,4-glucanase of claim 6. 삭제delete
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