KR101236558B1 - A novel isolated Phoma sp. from rotten tangerine peel and cellulolytic enzymes and β-glucosidase produced by thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 포마 종 균주, 상기 균주에서 생산되는 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해 효소, 이를 유효성분으로 포함하는 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스에서 분리된 섬유소 분해용 조성물, 이를 이용한 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스에서 분리된 섬유소 분해 방법, 및 상기 방법에 의해 바이오 에탄올을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 상기 균주에서 분리 정제된 베타글루코시다아제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 신규한 균주는 홍조류인 겔리디움 아만시를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 고효율의 에탄올 발효를 위해 산 당화 후 잔존하는 섬유소를 효율적으로 가수분해할 수 있는 효소 분해 시스템을 개발할 수 있으므로 바이오 연료 산업에서 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다.The present invention is a novel forma species strain, a fibrinolytic enzyme derived from fibrin-based biomass including red algae produced in the strain, a composition for fibrin degradation isolated from fibrin-based biomass including red algae comprising the same as an active ingredient, using the same It relates to a method for breaking down cellulose separated from cellulose-based biomass including red algae, and a method for producing bioethanol by the above-described method. It also relates to beta glucosidase isolated and purified from the strain. Since the novel strain according to the present invention can develop an enzymatic digestion system capable of efficiently hydrolyzing the remaining fiber after acid saccharification for high efficiency ethanol fermentation from fibrous biomass including red algae gelium amansi, biofuel It can be very useful in industry.

Description

귤 표면에서 분리한 신규한 포마 종 균주 및 이로부터 생산되는 섬유소 분해 효소 및 베타글루코시다아제{A novel isolated Phoma sp. from rotten tangerine peel and cellulolytic enzymes and β-glucosidase produced by thereof}Novel strains of forma isolated from the surface of tangerines and fibrinolytic enzymes and betaglucosidases produced therefrom [A novel isolated Phoma sp. from rotten tangerine peel and cellulolytic enzymes and β-glucosidase produced by conjugate}

본 발명은 신규한 포마 종 균주, 상기 균주에서 생산되는 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해 효소, 이를 유효성분으로 포함하는 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스에서 분리된 섬유소 분해용 조성물, 이를 이용한 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스에서 분리된 섬유소 분해 방법, 및 상기 방법에 의해 바이오 에탄올을 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한 상기 균주에서 분리 정제된 베타글루코시다아제에 관한 것이다. 본 발명이 개발한 포마 종 (Phoma sp.)이 생산하는 섬유소 분해 효소는 홍조류인 모로코산 우뭇가사리 겔리디움 아만시 (Gelidium amansii, Morocco)를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 고효율의 에탄올 발효를 위해 산 당화 후 잔존하는 섬유소를 효율적으로 가수분해할 수 있는 효소분해 시스템 개발 및 효소의 대량 생산 기술을 개발하는데 있어 매우 유용하다.
The present invention is a novel forma species strain, a fibrinolytic enzyme derived from fibrin-based biomass including red algae produced in the strain, a composition for fibrin degradation isolated from fibrin-based biomass including red algae comprising the same as an active ingredient, using the same It relates to a method for breaking down cellulose separated from cellulose-based biomass including red algae, and a method for producing bioethanol by the above-described method. It also relates to beta glucosidase isolated and purified from the strain. The fibrinolytic enzyme produced by the Phoma sp. (Poma sp.) Developed by the present invention is a red algae, Moroccan loot, Galidium amansii , Morocco) are very useful for developing enzymatic digestion system and mass production technology of enzymes that can efficiently hydrolyze remaining cellulose after acid saccharification for high efficiency ethanol fermentation.

최근 화석연료의 고갈과 CO2 배출량의 증가로 인한 지구온난화 문제의 해결책으로서 수송용 바이오 에탄올 생산기술의 중요성이 전 세계적으로 급부상하고 있다. A recent solution to the problem of global warming due to exhaustion and an increase in CO 2 emissions from fossil fuels and the importance of transport bio-ethanol production technology for the emerging worldwide.

바이오 에탄올의 원료가 되는 탄소원(글루코스 등)으로 전분질계(옥수수, 감자, 고구마 등)는 비교적 용이하게 에탄올을 제조할 수 있으나 식량자원과 연관됨으로써 장기적인 관점에서 원료수급이 불안정하므로 원료비 상승과 원료확보에 문제가 많다. 당질계(사탕수수, 사탕무 등)의 경우 비교적 저렴하게 발효 가능한 탄소원인 글루코스 확보가 가능하여 수소용 에탄올을 저가에 제조할 수 있으나, 브라질과 같이 국토의 면적이 충분해 사탕수수 재배면적이 넓은 경우에만 적용할 수 있고 식물의 생장조건(온도 등)이 불리한 우리나라의 경우 대량생산이 어려워 국내 실정에 맞지 않는다. 한편, 원료 수급의 안정성을 확보할 수 있는 원료로서 목질계 바이오매스(나무, 볏짚, 폐지 등)는 리그닌의 제거 공정에 필요한 전처리 공정이 반드시 수반되어야하므로 공정비 상승 및 낮은 수율의 당화율로 인해 경제성이 낮다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 발효 가능한 탄소원 확보를 위해 새로운 자원의 탐색이 필요하다.
As a carbon source (glucose, etc.) that is a raw material of bioethanol, starch-based systems (corn, potato, sweet potato, etc.) can produce ethanol relatively easily, but since the supply and demand of raw materials is unstable in the long term because it is related to food resources, raw material cost increases and secures raw materials. There are a lot of problems. In the case of sugar-based sugar (sugar cane, sugar beet, etc.), it is possible to secure glucose, which is a carbon source that can be fermented at a relatively low cost, so that hydrogen ethanol can be manufactured at low cost. In case of Korea, which is applicable only to the plant growth conditions (temperature, etc.), it is not suitable for domestic situation because mass production is difficult. On the other hand, wood-based biomass (wood, rice straw, waste paper, etc.) must be accompanied by a pretreatment process required for the lignin removal process as a raw material that can ensure the stability of raw material supply and demand, due to an increase in process cost and a low yield of glycation. Low economic feasibility In order to solve these problems, it is necessary to explore new resources to secure fermentable carbon sources.

해양 바이오 매스인 홍조류는 그동안 연구가 거의 이루어지지 않았으나 저가의 생산, 용이한 처리가 가능하며 생장성이 우수할 뿐만 아니라(연안해역은 열대우림과 맞먹음) 가용 재배 면적이 넓으며 에너지 전환 수율이 매우 높아 기존의 당질계보다 경제적(우리나라 근해에서 연 4회 수확 가능하며, 동남아의 아열대 기후를 이용할 경우 연 6회까지 수확 가능함)일 것으로 기대된다. 또한, 목질계의 경우처럼 반드시 제거해야 하는 리그닌 성분이 없으므로 제조공정이 간단하며 양질의 탄수화물로 이루어져 있어 에탄올 생산 수율을 증가시키는 것이 가능하다.
Red algae, a marine biomass, has been rarely studied, but it can be produced inexpensively, easily processed, and has excellent growth potential (comparable to rainforests in the coastal waters). It is expected to be very economical than conventional sugar system (4 times a year can be harvested offshore of our country and up to 6 times a year using Southeast Asian subtropical climate). In addition, there is no lignin component that must be removed as in the case of the wood-based system, so the manufacturing process is simple and it is possible to increase the yield of ethanol because it is made of high quality carbohydrates.

홍조류의 주요 탄수화물 구성성분은 갈락탄과 섬유소이며, 갈락탄 성분은 당화에 의해 갈락토오스와 언하이드로 갈락토오스(3,6-anhydrogalactose, AHG)로 분해되고, 섬유소는 글루코오스로 분해된다.
The major carbohydrate constituents of red algae are galactan and fibrin, which are decomposed into galactose and unhydrogalactose (3,6-anhydrogalactose (AHG)) by saccharification, and fibrin is broken down into glucose.

홍조류의 섬유소는 β-1,4-결합을 형성하고 있는 글루코오스 폴리머로서 엔도-β-1,4-글루카나제(endo-β-1,4-glucanase; EG), 셀로비오하이드로라제(cellobiohydrolase; CBH) 및 β-글루코시다아제(β-glucosidase; BGL)와 같은 효소시스템에 의해 가수분해되며, 이러한 효소들이 상보적으로 기능할 경우 천연 섬유소를 효율적으로 가수분해할 수 있다.Fibrin of red algae is a glucose polymer that forms β-1,4- bonds, including endo-β-1,4-glucanase (EG) and cellobiohydrolase. Hydrolyzed by enzymatic systems such as CBH) and β-glucosidase (BGL), and these enzymes can efficiently hydrolyze natural fibrin if they function complementarily.

EG는 섬유소 내부 사슬의 β-1,4-결합을 무작위로 가수분해하고, CBH은 EG에 의해 가수분해되어 생성된 섬유소 중합체의 환원 말단 및 비환원 말단을 점진적으로 가수분해하여 2분자의 글루코오스가 결합한 셀로비오스를 생산한다. 셀로비오스는 EG와 CBH에 있어서 강력한 억제제로 작용하므로, BGL은 이러한 셀로비오스를 가수분해시켜 각각 EG와 CBH의 강한 억제를 제거시킨다(Wong, K.K. Y., L. U. L. Tan, J. N. Saddler. 1988. Multiplicity of β-1,4-xylanase in microorganisms: Functions and applications. Microbiological Reviews. 52: 305-317; Medve, J., J. Karlsson, D. Lee, and F. Tjerneld. 1998. Hydrolysis of microcrystalline cellulose by cellobiohydrolase I and endoglucanase II from Trichoderma reesei: Adsorption, sugar production pattern, and synergism of the enzymes. Biotechnology and Bioengineering. 59: 621-634). 일반적으로, EG는 섬유소 분자의 무결정 영역을 가수분해할 수 있고, CBH는 결정 영역에 결합하여 섬유소 사슬의 환원 및 비환원 말단으로부터 가용성 환원당을 생산시킬 수 있다(Enari, T. M. and M. L. Niku-Paavula. 1987. Enzymatic hydrolysis of cellulose: Is the current theory of mechanism of hydrolysis valid?. Critical Reviews in Biotechnology. 5: 67-87).
EG randomly hydrolyzes β-1,4-linkages of the fibrin inner chain, and CBH gradually hydrolyzes the reducing and non-reducing ends of the fibrillar polymer produced by hydrolysis by EG, thereby producing two molecules of glucose. Produce combined cellobiose. Since cellobiose acts as a potent inhibitor for EG and CBH, BGL hydrolyzes these cellobiose to eliminate the strong inhibition of EG and CBH, respectively (Wong, KKY, LUL Tan, JN Saddler. 1988. Multiplicity of β- 1,4-xylanase in microorganisms: Functions and applications.Microbiological Reviews. 52: 305-317; Medve, J., J. Karlsson, D. Lee, and F. Tjerneld. 1998. Hydrolysis of microcrystalline cellulose by cellobiohydrolase I and endoglucanase II from Trichoderma reesei : Adsorption, sugar production pattern, and synergism of the enzymes.Biotechnology and Bioengineering. 59: 621-634). In general, EG can hydrolyze amorphous regions of fibrin molecules and CBH can bind to the crystal regions to produce soluble reducing sugars from the reducing and non-reducing ends of the fibrin chain (Enari, TM and ML Niku-Paavula). 1987. Enzymatic hydrolysis of cellulose: Is the current theory of mechanism of hydrolysis valid? .Critical Reviews in Biotechnology. 5: 67-87).

한편, 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 효율적으로 에탄올을 생산하기 위해서는 섬유소의 효율적 당화가 이루어져야 한다. 그러나 홍조류로부터 분리한 섬유소는 결정성이 높고 단단한 구조를 이루고 있어 산에 의해 쉽게 분해되지 않는 문제점이 있다.
On the other hand, in order to efficiently produce ethanol from fibrous biomass including red algae, efficient glycosylation of fibrin should be made. However, the fibrin separated from red algae has a high crystallinity and a hard structure, so that it is not easily decomposed by acid.

이에, 본 발명자들은 상기와 같은 종래의 문제점을 극복하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 귤 껍질을 분해하는 곰팡이를 새롭게 분리하였으며, 상기 신규 한 곰팡이 균주가 섬유소 분해 효소 및 베타글루코시다아제를 생산할 수 있음을 확인함으로써 본 발명을 완성하게 되었다.
Thus, the present inventors conducted a thorough study to overcome the conventional problems as described above, as a result of the new separation of the fungus decomposing the tangerine peel, the new fungal strain can produce fibrinase and betaglucosidase By confirming that the present invention was completed, the present invention was completed.

본 발명의 하나의 목적은 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해 효소를 생산하는 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주 (Phoma sp.)를 제공하는 것이다.One object of the present invention is the deposition No. KCTC 11825BP poma strains producing fiber Subtotal cellulolytic enzyme of the biomass derived from red algae, including (Phoma sp.).

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 균주를 배양한 배양액의 상청액을 유효성분으로 포함하는 홍조류를 포함한 섬유소 유래의 섬유소 분해용 조성물을 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a fiber-derived composition for fibrin derivation including red algae containing the supernatant of the culture medium in which the strain is cultured as an active ingredient.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 균주를 배양하는 단계; 상기 균주 배양물을 여과하여 상청액을 수득하는 단계; 및 상기 상청액을 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 분리한 섬유소에 첨가하여 상기 섬유소를 분해하는 방법 및 섬유소를 분해하여 바이오 에탄올을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to culture the strain; Filtering the strain culture to obtain a supernatant; And it provides a method for decomposing the fiber by adding the supernatant to the fiber separated from the fiber-based biomass including red algae, and a method for producing bioethanol by decomposing the fiber.

본 발명의 또 하나의 목적은 포마 종 균주로부터 분리한 신규한 베타글루코시다아제, 상기 베타글루코시다아제를 코딩하는 핵산 및 상기 베타글루코시다아제를 유효성분으로 포함하는 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해용 조성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is derived from fibrin-based biomass including a novel beta glucosidase isolated from the forma species strain, nucleic acid encoding the beta glucosidase and red algae containing the beta glucosidase as an active ingredient It is to provide a composition for decomposition of cellulose.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 베타글루코시다아제를 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매르소부터 분리한 섬유소에 첨가하여 상기 섬유소 유래 셀로비오스를 분해하는 방법 및 셀로비오스를 분해하여 바이오 에탄올을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to add the betaglucosidase to fibrin isolated from fibrous biomass containing red algae to decompose the fibrin-derived cellobiose and to decompose cellobiose to produce bioethanol. To provide.

본 발명의 또 하나의 목적은 상기 포마 종 균주 유래의 섬유소 분해 효소 제조 방법을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing fibrinolytic enzyme derived from the forma species strain.

상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해 효소를 생산하는 균주인 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주 (Phoma sp.)에 관한 것이다.In some embodiments for achieving the above object, the present invention provides a strain producing the fiber sub-total cellulolytic enzyme of the biomass derived from red algae, including the deposit number KCTC 11825BP of poma strains (Phoma sp.).

본 발명자들은 썩은 귤 표면으로부터 하나의 곰팡이 균주를 분리하였으며, 상기 균주를 ITS (internal transcribed spccer) 서열분석을 통해 계통학적 관계를 분석한 결과, 포마 포모럼 바 설시네이타 (Phoma pomorum var.circinata CBS 286.76)와 99.4%, 포마 포모럼 바 시아네 (Phoma pomorum var. cyanea CBS 388.80), 포마 포모럼 바 포모럼 (Phoma pomorum var. pomorum CBS 539.66 )과 99.6%의 상동성을 나타내는 것을 확인하였다 (도 2). 그 결과 분리된 균은 포마 종 (Phoma sp.)으로 동정되어 한국생명공학연구원 생물자원센터(대한민국 대전시 유성구 과학로 111 한국생명공학연구원)에 2010년 12월 9일에 Phoma sp.로 명명하여 수탁번호 KCTC 11825BP로 기탁하였다.
The present inventors have separated the one from the fungal strain rotten tangerine surface, the strain of ITS (internal transcribed spccer) was analyzed for phylogenetic relationships using the sequence analysis, poma Formosan column bar sulfonic cine itaconic (Phoma pomorum var. circinata CBS 286.76) and 99.4%, Poma Pomorum Ba Cyane ( Phoma pomorum var. cyanea CBS 388.80), Phoma Pomorum Bar Pomorum pomorum var. pomorum CBS 539.66) and 99.6% homology was confirmed (Fig. 2). As a result, the isolated fungus is Phoma sp.) and was deposited with the KCTC 11825BP at the Korea Institute of Bioscience and Biotechnology Center (Korea Biotechnology Research Institute, 111, Sci-ro, Yuseong-gu, Daejeon, Korea) named Phoma sp. on December 9, 2010.

본 발명에서 용어, "섬유소계 바이오매스"란 크게 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 구성되어있고, 셀룰로오스는 대부분의 섬유소계 바이오매스 구성 성분의 35% 이상을 차지하는 자연계에 풍부하게 존재하는 바이오폴리머를 의미한다. 현재 다양한 농, 임, 수산물의 부산물로부터 얻을 수 있으며, 이와 같은 유기물성 폐기물은 바이오 에탄올 생산을 비롯한 에너지 자원으로 각광받고 있다. 이와 같은 섬유소계 바이오매스는 바이오 에탄올 등 에너지를 생산할 수 있는 물질은 제한 없이, 포함되나 본 발명의 목적상 섬유소를 분리할 수 있는 목조계, 홍조류등이 포함된다.As used herein, the term "fibrous biomass" is composed of cellulose, hemicellulose, and lignin, and cellulose refers to a biopolymer that is present in abundance in nature, which accounts for 35% or more of most fibrous biomass components. . It can be obtained from the by-products of various agricultural, forestry and aquatic products, and such organic waste is spotlighted as an energy source including bioethanol production. Such fibrin-based biomass includes a material capable of producing energy such as bioethanol, without limitation, but for the purposes of the present invention, wood-based, red algae, etc., which can separate fibrin.

본 발명에서 용어, "홍조류"는 조류 중 가장 깊은 곳에서 사는 가장 큰 무리의 하나로, 전세계에 약 600속의 2,000종 정도가 알려져 있으며 겔리디움 아만시 (Gelidium amansii), 꼬시래기, 코토니 등이 포함되며 가장 바람직하게 상기 홍조류는 겔리디움 아만시 (Gelidium amansii)이나 이에 한정되지 않는다.In the present invention, the term "red algae" is one of the largest groups living in the deepest of the algae, about 600 species of about 600 genera are known around the world, and include Gelidium amansii , snails , kotoni , and the like. Most preferably, the red alga is Gelidium amansii ), but is not limited thereto.

상기 "홍조류"의 주요 탄수화물 구성성분은 갈락탄과 섬유소이며, 갈락탄 성분은 당화에 의해 갈락토오스와 언하이드로 갈락토오스 (3,6-anhydrogalactose, AHG)로 분해되고, 섬유소는 글루코오스로 분해된다. 보다 구체적으로 홍조류의 화학적 구성성분은 하기 표 1과 같다.The major carbohydrate constituents of the "red algae" are galactan and fibrin, the galactan component is broken down into galactose and unhydrogalactose (3,6-anhydrogalactose (AHG)) by glycosylation, and fibrin is broken down into glucose. More specifically, the chemical components of red algae are shown in Table 1 below.

Figure 112010084067112-pat00001
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홍조류의 탄수화물 성분 중에 하나인 섬유소는 유용당류, 에탄올 그리고 산업적으로 유용한 화학물질로 변환시킬 수 있는 자원이다. 상기 섬유소는 β-1,4-결합을 형성하고 있는 글루코오스 폴리머이다. 홍조류로부터 분리한 섬유소는 결정성이 높고 단단한 구조를 이루고 있어 산에 의해 쉽게 분해되지않는 특성이 있다. 따라서, 이와 같은 홍조류로부터 분리한 섬유소를 이용하여 바이오 에탄올을 생산하기 위해서는 효율적인 효소 당화 공정이 필요하다. 홍조류의 섬유소는 β-1,4-결합을 형성하고 있는 글루코오스 폴리머로서 엔도-β-1,4-글루카나제 (endo-β-1,4-glucosidase), 엑소-β-1,4-글루카나제 (exo-β-1,4-glucosidase) 및 β-글루코시다아제 (β-glucosidase)와 같은 효소시스템에 의해 가수분해 되며, 이러한 효소들이 상보적으로 기능할 경우 천연 섬유소를 효율적으로 가수분해할 수 있다. 따라서, 엔도글루카나아제, 엑소글루카나아제, 베타글루코시다아제 활성을 갖는 효소군이 필요하며 본 발명자들은 이와 같은 효소군을 생산할 수 있는 균주인 포마 종을 새롭게 개발하였다.
Fiber, a carbohydrate component of red algae, is a resource that can be converted into useful sugars, ethanol and industrially useful chemicals. The fibrin is a glucose polymer that forms β-1,4-bonds. Fibrin isolated from red algae has high crystallinity and hard structure, so it is not easily decomposed by acid. Therefore, an efficient enzymatic saccharification process is required to produce bioethanol using the fibers isolated from such red algae. Fibrin of red algae is a glucose polymer that forms β-1,4-bonds, including endo-β-1,4-glucosidase and exo-β-1,4-glu. It is hydrolyzed by enzyme systems such as kinase (exo-β-1,4-glucosidase) and β-glucosidase, and if these enzymes function complementarily, they naturally hydrolyze natural cellulose. can do. Therefore, there is a need for a group of enzymes having endoglucanase, exoglucanase, and betaglucosidase activity, and the present inventors have newly developed a forma species, a strain capable of producing such a group of enzymes.

상기 포마 종으로부터 생산된 상청액에는 섬유소 분해 활성을 가진 효소군을 포함한다.The supernatant produced from the forma species includes a group of enzymes having fibrinolytic activity.

본 발명에서 용어, "섬유소 분해 활성"은 섬유소를 가수분해하여 포도당 (glucose, 글루코오스)의 생성을 촉매하는 활성을 의미하며, 엔도-베타-1,4-글루카나아제 (endo-β-1,4-glucanase, EC 3.2.1.4, endoglucanase), 셀로비오하이드로라제 (cellobiohydrolase; CBH) 및 β-글루코시다제(β-glucosidase; BGL) 활성을 포함하는 의미이다. 더욱 바람직하게는 엔도글루카나아제 활성, 엑소글루카나아제 활성, 베타글루코시다아제 활성을 의미한다.As used herein, the term "fibrinolytic activity" refers to an activity that catalyzes the production of glucose by hydrolyzing fibrin and endo-beta-1,4-glucanase (endo-β-1, 4-glucanase, EC 3.2.1.4, endoglucanase), cellobiohydrolase (CBH) and β-glucosidase (βGL) activity. More preferably, it means endoglucanase activity, exoglucanase activity, and betaglucosidase activity.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 균주를 배양한 후 상청액과 침전물로 분리한 후 상청액을 조효소액으로 사용하여 활성을 측정한 결과, 섬유소 분해 효소인 셀룰로오스 분해 효소군인 엔도글루카나아제 (실시예 4), 엑소글루카나아제 (실시예 5) 및 베타글루코시다아제 (실시예 5)를 생산한다는 것을 확인하였다. 특히 높은 베타글루코시다아제 활성을 나타내었으며, 배양 기간에 따라 그 활성이 증가하였다 (표 2). 따라서, 상기와 같이 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주 유래의 효소군이 홍조류 겔리디움 아만시 (Gelidium amansii, Morocco)를 포함한 섬유소계 바이오 매스의 효소당화가 일어나게 되며, 2 분자의 글루코오스가 결합한 셀로비오스로 분해시켜 결과적으로 바이오 에탄올의 제조가 가능하게 된다.
According to one embodiment of the present invention, after culturing the strain and separating the supernatant and sediment, the activity was measured using the supernatant as a coenzyme solution, endoglucanase group of cellulose degrading enzymes of fibrinase (Example 4), it was confirmed to produce exoglucanase (Example 5) and betaglucosidase (Example 5). In particular, it showed high betaglucosidase activity, and its activity increased with the incubation period (Table 2). Therefore, the enzyme group derived from the Forma species strain of Accession No. KCTC 11825BP as described above, the enzyme glycosylation of the fibrinous biomass including the algae gelidium amansi ( Gelidium amansii , Morocco) occurs, two molecules of glucose combined cellobiose It is possible to produce bioethanol as a result of the decomposition.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 균주를 배양한 배양액의 상청액을 유효성분으로 포함하는 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해용 조성물에 관한 것이다.As another aspect, the present invention relates to a fibrinolytic composition for fibrin degradation derived from fibrin-based biomass including red algae containing the supernatant of the culture medium cultured the strain as an active ingredient.

본 발명에서 새롭게 분리 동정한 균주인 KCTC 11825BP 균주는 엔도글루카나아제, 엑소글루카나아제, 또는 베타글루코시다아제를 생산할 수 있으므로, 상기 균주를 배양한 배양액의 상청액은 홍조류 유래의 섬유소 또는 섬유소계 바이오매스를 분해할 수 있는 조성물로 이용될 수 있다. 상기 조성물에는 효소의 활성을 증가시킬 수 있는 물질을 제한 없이 포함할 수 있다.
KCTC 11825BP strain, a strain newly identified in the present invention can produce endoglucanase, exoglucanase, or betaglucosidase, so the supernatant of the culture cultured the strain is a fibrin or fibrin-based biomass derived from red algae. It can be used as a composition capable of decomposing the mass. The composition may include without limitation a substance capable of increasing the activity of the enzyme.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 (a) 상기 균주를 배양하는 단계; (b) 상기 균주 배양물을 여과하여 상청액을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 상청액을 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 분리한 섬유소에 첨가하여 상기 섬유소를 분해하는 방법에 관한 것이다.As another aspect, the present invention provides a method for producing a culture, comprising the steps of: (a) culturing the strain; (b) filtering the strain culture to obtain a supernatant; And (c) adding the supernatant to the fiber separated from the fibrous biomass including red algae to decompose the fiber.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 균주의 배양액의 상청액에는 엔도글루카나아제, 엑소글루카나아제, 또는 베타글루코시다아제가 분비되어 있으므로, 상기 배양액의 상청액을 수득하여 홍조류로부터 분리한 결정형 및 비결정형의 섬유소에 첨가하면 유용하게 섬유소를 분해할 수 있다.
As described above, since the supernatant of the culture solution of the strain of the present invention is secreted endoglucanase, exoglucanase, or betaglucosidase, the supernatant of the culture solution was obtained to obtain a crystalline form and an amorphous form separated from red algae It is useful to decompose the fiber if it is added to the fiber of the.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 (a) 상기 균주를 배양하는 단계; (b) 상기 균주 배양물을 여과하여 상청액을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 상청액을 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 분리한 섬유소에 첨가하여 상기 섬유소를 분해함으로써 바이오 에탄올을 제조하는 방법에 관한 것이다.
As another aspect, the present invention provides a method for producing a culture, comprising the steps of: (a) culturing the strain; (b) filtering the strain culture to obtain a supernatant; And (c) adding the supernatant to cellulose separated from cellulose-based biomass including red algae to decompose the cellulose.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 포마 종 균주 (Phoma sp.)의 배양에 의해 얻어지는 정제된 베타글루코시다아제에 관한 것이다.In yet one aspect, the invention poma strains (Phoma to purified betaglucosidase obtained by culturing sp.).

본 발명에서 용어, "포마 종(Phoma sp.)"은 아스코마이코타 (Ascomycota)에 속하는 것으로, 본 발명자들에 의해 상기 포마 종에서 새롭게 섬유소 분해 효소인 엔도글루카나아제, 엑소글루카나아제 또는 베타글루코시다아제를 분리하였고, 특히 활성이 높은 베타글루코시다아제를 정제하였다. 상기 포마 종은 포마 종에 속하는 균주는 제한 없이 포함되나, 바람직하게는 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주 (Phoma sp.)일 수 있다.As used herein, the term "poma species (Phoma sp.)" Is ascorbyl MY to be within the cotta (Ascomycota), by the inventors of endo-glucanase newly cellulolytic enzymes in the poma species, exo-glucanase or beta Glucosidase was isolated and particularly high activity beta glucosidase was purified. The strain belonging to the species poma poma species include, but without limitation, and preferably the deposit number KCTC 11825BP of poma strains (Phoma sp.).

바람직하게 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주의 배양에 의해 (a) GIQDAGVIA (서열번호 2), AGTGSIM (서열번호 3) 및 IMAAYYLVGR (서열번호 4)의 아미노산 서열을 포함; (b) 최적 pH 3.5 내지 6.5; (c) 최적온도 40℃ 내지 70℃; (d) 30℃ 내지 60℃에서 한 달 이상 안정함; 및 (e) 소듐 도데실 술페이트-폴리아크릴아미드 겔 전기영동법 (SDS-PAGE) 측정 분자량 105 내지 115 kDa의 특징을 가지는 정제된 베타글루코시다아제를 얻을 수 있다.(A) comprising the amino acid sequences of GIQDAGVIA (SEQ ID NO: 2), AGTGSIM (SEQ ID NO: 3) and IMAAYYLVGR (SEQ ID NO: 4), by culturing a Forma species strain having Accession No. KCTC 11825BP; (b) optimum pH 3.5 to 6.5; (c) an optimum temperature of 40 ° C. to 70 ° C .; (d) stable for at least one month at 30 ° C. to 60 ° C .; And (e) Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE) measurement Purified betaglucosidase having characteristics of 105 to 115 kDa can be obtained.

본 발명자들은 신규한 균주인 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주를 분리하였을 뿐만 아니라, 이로부터 효소 활성이 우수한 베타 글루코시다아제를 분리 및 정제하여 상기 정제된 효소의 특성을 밝혀내었다. 또한 본 정제 효소의 유전자를 확보하기 위해 부분 아미노산 서열을 결정하였다.The inventors of the present invention not only isolated a strain of Forma species, which is a novel strain Accession No. KCTC 11825BP, but also isolated and purified beta glucosidase having excellent enzymatic activity, thereby revealing the characteristics of the purified enzyme. In addition, the partial amino acid sequence was determined to secure the gene of the present enzyme.

본 발명의 베타글루코시다아제는 부분적 아미노산 서열로 서열번호 2, 3 및 4를 포함할 수 있다. 또한 최적 pH로는 pH 3.5 내지 6.5를 가질 수 있으며, 바람직하게는 pH 4.0 내지 5.0이며, 가장 바람직하게는 pH 4.5이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, pH 4.5에서 가장 높은 활성을 나타냈으며, pH 4.0과 5.0에서 각각 효소 활성이 97% 및 81%로 측정되었다 (도 5).Betaglucosidase of the present invention may comprise SEQ ID NOs: 2, 3 and 4 as partial amino acid sequences. In addition, the optimum pH may have a pH of 3.5 to 6.5, preferably pH 4.0 to 5.0, most preferably pH 4.5. According to one embodiment of the present invention, the highest activity was shown at pH 4.5, and the enzyme activity was measured to be 97% and 81% at pH 4.0 and 5.0, respectively (FIG. 5).

본 발명의 베타글루코시다아제는 활성에 대한 최적 온도로 40℃ 내지 70℃일 수 있으며, 바람직하게는 60℃ 내지 70℃일 수 있으며, 가장 바람직하게는 65℃일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 65℃에서 가장 최적 활성을 나타내는 것을 확인하였다 (도 6).The betaglucosidase of the present invention may be 40 ° C to 70 ° C as the optimum temperature for the activity, preferably 60 ° C to 70 ° C, and most preferably 65 ° C. According to one embodiment of the present invention, it was confirmed that the most optimal activity at 65 ℃ (Fig. 6).

본 발명의 베타글루코시다아제는 온도 안정성으로 30℃ 내지 60℃에서 한 달 이상 안정할 수 있으며, 바람직하게는 30℃ 내지 50℃에서 반감기는 3629, 2776 시간이며, 60℃에서는 반감기가 53시간일 수 있으며, 이는 기존에 보고된 곰팡이 유래 베타글루코시다아제의 온도 안정성보다 우수한 것으로 바이오 에탄올을 제조하는 데 더 효율적일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 30℃ 내지 60℃에서 한달 이상 안정함을 확인하였다 (도 7).Beta glucosidase of the present invention may be stable for more than one month at 30 ℃ to 60 ℃ by temperature stability, preferably the half life at 30 ℃ to 50 ℃ 3629, 2776 hours, half life 53 hours at 60 ℃ This may be better than the previously reported temperature stability of fungal derived betaglucosidase and may be more efficient in producing bioethanol. According to one embodiment of the present invention, it was confirmed that it is stable for at least one month at 30 ℃ to 60 ℃ (Fig. 7).

본 발명의 베타글루코시다아제는 소듐 도데실 술페이트-폴리아크릴아미드 겔 전기영동법 (SDS-PAGE) 측정 분자량 105 내지 115 kDa일 수 있으며, 바람직하게는 110 kDa일 수 있다. 또한 본 발명의 베타글루코시다아제는 분자량 440 kDa을 가지는 테트라머일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소듐 도데실 술페이트-폴리아크릴아미드 겔 전기영동으로 분석한 결과 약 110 kDa의 크기를 갖는 단백질임을 확인하였으며 (도 3a), 겔 여과 크로마토 그래피로 측정한 결과, 분자량 440 kDa을 갖는 테트라머임을 확인하였다 (도 3b).The betaglucosidase of the present invention may be sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) measurement molecular weight 105 to 115 kDa, preferably 110 kDa. In addition, the betaglucosidase of the present invention may be a tetramer having a molecular weight of 440 kDa. According to one embodiment of the present invention, sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis analysis confirmed that the protein having a size of about 110 kDa (FIG. 3a), as measured by gel filtration chromatography, It was confirmed that it was a tetramer having a molecular weight of 440 kDa (FIG. 3B).

또한 본 발명의 베타글루코시다아제는 p-니트로페닐글루코피라노사이드와 셀로비오스 대해 가장 높은 활성을 보이며, 다른 pNP-글라이코사이드 계열과 카복시메틸셀룰로오스, 자일란, 아비셀에 대해서는 거의 활성을 나타내지 않으며, 이러한 특성은 본 발명의 효소가 오직 p-니트로페닐글루코피라노사이드와 셀로비오스에 대해 높은 기질 특이성을 갖는 것을 뒷받침한다. 또한 본 발명의 베타글루코시다아제는 셀로비오스 보다 p-니트로페닐글루코피라노사이드에 대해 친화도가 10배 더 높아서, 정제된 베타글루코시다아제는 셀로비아제 (cellobiase) 활성을 가진 아릴-베타글루코시다아제일 수 있다. 아울러, Mg2 +를 첨가한 경우 본 발명의 효소의 활성이 증가될 수 있으므로, 본 발명의 베타글루코시다아제의 활성을 증가시키기 위해 Mg2 +를 첨가할 수 있다.In addition, the beta glucosidase of the present invention exhibits the highest activity against p -nitrophenyl glucopyranoside and cellobiose, and shows little activity against other p NP-glycosides and carboxymethylcellulose, xylan, and avicel. This property supports that the enzymes of the present invention have high substrate specificity only for p -nitrophenylglucopyranoside and cellobiose. In addition, the beta glucosidase of the present invention has a 10-fold higher affinity for p -nitrophenylglucopyranoside than cellobiose, and thus the purified beta glucosidase has an aryl-betaglucose having cellobiase activity. It may be a cedase. Further, if the addition of Mg 2 +, because the enzyme activity of the present invention can be increased, it can be added to the Mg 2 + in order to increase the beta-glucosidase activity of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에서 분리한 베타글루코시다아제가 p-니트로페닐글루코피라노사이드와 셀로비오스에 대한 K m 값은 각각 0.31 mM과 3.24 mM였고, 글루코오스와 글루코노-δ-락톤에 대한 저해 실험 결과, 두 물질은 베타글루코시다아제의 경쟁적 저해자임을 확인하였다. 각각의 저해 상수는 1.69 mM와 0.09 mM였다 (표 4). 또한 여러 금속 이온이 베타글루코시다아제에 미치는 영향을 분석한 결과, Mg2 +는 효소의 활성을 120% 증가시키는 반면, Cu2 +는 효소 활성을 58% 감소시켰으며, Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ca2 + 이온은 효소 활성에 큰 영향을 끼치지 않은 것을 확인하였다 (도 8). 또한 여러 가지 기질에 대한 가수분해의 상대적 비율을 분석한 결과, p-니트로페닐글루코피라노사이드와 셀로비오스 대해 가장 높은 활성을 보였으며, 다른 pNP-글라이코사이드 계열과 카복시메틸셀룰로오스, 자일란, 아비셀에 대해서는 거의 활성을 나타내지 않는 것을 확인하여, 오직 p-니트로페닐글루코피라노사이드와 셀로비오스에 대해 높은 기질 특이성을 갖고 있음을 규명하였다 (표 5).According to an embodiment of the present invention, the beta glucosidase isolated in the present invention is K m for p -nitrophenyl glucopyranoside and cellobiose The values were 0.31 mM and 3.24 mM, respectively. Inhibition of glucose and glucono-δ-lactone confirmed that the two substances were competitive inhibitors of betaglucosidase. Each inhibition constant was 1.69 mM and 0.09 mM (Table 4). Also stylized various metal ions are a result of analyzing the effects on beta-glucosidase, Mg 2 +, on the other hand to increase the activity of the enzyme 120%, Cu 2 + decreases the enzyme activity 58%, Mn 2 +, Fe 2 It was confirmed that the + , Co 2 + , Ca 2 + ions did not significantly affect the enzyme activity (FIG. 8). In addition, as a result of analyzing the relative ratio of hydrolysis to various substrates, the highest activity was shown for p -nitrophenylglucopyranoside and cellobiose, and other p NP-glycosides, carboxymethyl cellulose, xylan, It confirmed that it showed little activity with Avicel, and it was confirmed that it has high substrate specificity only for p -nitrophenyl glucopyranoside and cellobiose (Table 5).

본 발명의 베타글루코시다아제는 상기에서 설명한 바와 같이, 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 셀로비오스를 분해하는 특성을 가지고 있으며, 홍조류는 상기에서 설명한 바와 같다.
As described above, the betaglucosidase of the present invention has a characteristic of degrading cellobiose derived from fibrin-based biomass including red algae, and the red algae is as described above.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 베타글루코시다아제를 코딩하는 핵산 분자에 관한 것이다.As another aspect, the present invention relates to a nucleic acid molecule encoding the betaglucosidase.

본 발명에서 용어 "핵산 분자"는 DNA 그리고 RNA 분자를 포괄적으로 포함하는 의미를 갖으며, 핵산 분자에서 기본 구성 단위인 뉴클레오타이드는 자연의 뉴클레오타이드뿐만 아니라, 당 또는 염기 부위가 변형된 유사체 (analogue)도 포함한다.
As used herein, the term "nucleic acid molecule" is meant to encompass DNA and RNA molecules inclusive, and the nucleotides that are the basic structural units in nucleic acid molecules are not only natural nucleotides but also analogs in which sugar or base sites are modified. Include.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 베타글루코시다아제를 유효성분으로 포함하는 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해용 조성물에 관한 것이다.
As another aspect, the present invention relates to a fibrinolytic composition for fibrin degradation derived from fibrin-based biomass including red algae containing the beta glucosidase as an active ingredient.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 베타글루코시다아제를 홍조류로부터 분리한 섬유소계 바이오매스로부터 분리한 섬유소에 첨가하여 상기 섬유소 유래 셀로비오스를 분해함으로써 바이오 에탄올을 제조하는 방법에 관한 것이다.
As another aspect, the present invention relates to a method for producing bioethanol by decomposing the fiber-derived cellobiose by adding the betaglucosidase to the fiber separated from the fibrous biomass separated from the red algae.

또 하나의 양태로서, 본 발명은 (a) 포마 종 균주를 배양하는 단계; 및 (b) 상기 배양물을 여과하여 상청액을 수득하는 단계를 포함하는, 포마 종 균주 유래의 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 분리한 섬유소 분해 효소의 제조 방법에 관한 것이다.In another aspect, the present invention provides a method for producing a cell, comprising: (a) culturing a forma species strain; And (b) filtrating the culture to obtain a supernatant, and a method for producing fibrinolytic enzyme isolated from fibrin-based biomass including red algae from forma species strains.

상기 제조 방법은 바람직하게는 (c) 상기 상청액을 농축시키는 단계; (d) 상기 농축물을 컬럼에 흡착시키는 단계; 및 (e) 상기 흡착물을 용출시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 (c) 단계의 상청액을 농축시키는 단계는 상청액을 농축시킬 수 있는 공지의 방법을 제한 없이 사용할 수 있으나, 바람직하게는 상청액을 10kDa의 폴리에테르설폰 막 (polyethersulfone membrane)이 장착된 환외여과 장치를 이용하여 농축시키는 방법을 사용할 수 있다.The preparation method preferably comprises the steps of (c) concentrating the supernatant; (d) adsorbing said concentrate to a column; And (e) eluting the adsorbate. The step of concentrating the supernatant of step (c) may be any known method for concentrating the supernatant, without limitation. Preferably, the supernatant is equipped with an extrafiltration apparatus equipped with a polyethersulfone membrane of 10 kDa. Can be used to concentrate.

상기 포마 종 균주는 상기에서 설명한 바와 같으며, 바람직하게는 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주일 수 있다.The forma species strain is as described above, preferably may be a forma species strain with accession number KCTC 11825BP.

상기 컬럼은 16/10 DEAE FF, Sephacryl 300S HR, 및 MonoQ HR5/5 컴럼을 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않고 당업계에 공지된 다양한 컬럼을 사용할 수 있고 이들 컴럼에 1번 이상 흡착시키는 과정을 거칠 수 있다.
The column may use 16/10 DEAE FF, Sephacryl 300S HR, and MonoQ HR5 / 5 comum, but is not limited thereto. Various columns known in the art may be used, and the column may be adsorbed at least once. have.

본 발명에 따르면 홍조류인 모로코산 우뭇가사리 겔리디움 아만시 (Gelidium amansii, Morocco)를 포함한 다양한 섬유소계 바이오매스로부터 고효율의 에탄올 발효를 위해 산 당화 후 잔존하는 섬유소를 효율적으로 가수분해할 수 있으므로 바이오 연료 산업에서 매우 유용하게 활용될 수 있을 것이다.
According to the present invention, the biofuel industry can be efficiently hydrolyzed after acid saccharification for high-efficiency ethanol fermentation from various cellulose-based biomass, including red algae, Gelidium amansii and Morocco. This can be very useful in.

도 1은 썩은 귤 표면으로부터 분리된 신규한 곰팡이의 ITS 영역의 염기 서열을 나타낸 도이다.
도 2는 ITS 영역 염기 서열을 바탕으로 계통학적 관계를 나타낸 도이다.
도 3은 정제된 단백질의 분자량 측정 결과를 나타낸 도이다. (a) 소듐 도데실 술페이트-폴리아크릴아미드 겔 전기영동 결과 (SDS-PAGE)이고 (M : 표준분자량 마커, 1번 : 정제 전의 효소 농축액, 2번 : MonoQ 이온교환 컬럼 HR5/50 적용 후 농축액), (b) Sephacryl S-300 HR 16/60을 이용한 네이티브 분자량 측정 결과이다.
도 4는 정제된 효소와 등록된 곰팡이 유래 단백질과의 아미노산 서열을 비교 분석한 도이다.
도 5는 정제된 효소의 최적 pH를 나타낸 도이다.
도 6은 정제된 효소의 최적 온도를 나타낸 도이다.
도 7은 각기 다른 온도에서 정제된 효소의 안정성을 나타낸 도이다.
도 8은 금속이온의 영향이 정제된 효소 활성에 미치는 영향을 나타낸 도이다.
1 is a diagram showing the nucleotide sequence of the novel fungi ITS region isolated from the rotting tangerine surface.
2 is a diagram showing a systematic relationship based on the ITS region nucleotide sequence.
Figure 3 is a diagram showing the result of measuring the molecular weight of the purified protein. (a) Sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis result (SDS-PAGE) and (M: standard molecular weight marker, No. 1: enzyme concentrate before purification, No. 2: concentrate after application of MonoQ ion exchange column HR5 / 50 ), (b) Native molecular weight measurement using Sephacryl S-300 HR 16/60.
4 is a diagram comparing and analyzing amino acid sequences of purified enzymes and registered fungal derived proteins.
5 is a diagram showing the optimum pH of the purified enzyme.
6 is a diagram showing the optimum temperature of the purified enzyme.
7 is a diagram showing the stability of purified enzymes at different temperatures.
8 is a diagram showing the effect of the effect of metal ions on the purified enzyme activity.

이하, 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 더 구체적으로 설명하고자 하나, 이들 실시예는 본 발명의 예시적인 기재일뿐 본 발명의 범위가 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention, as claimed.

실시예Example 1 : 썩은 귤 표면으로부터 분리된 곰팡이의 동정 1: Identification of Mold Isolated from Rotten Tangerine Surfaces

썩은 귤 표면의 곰팡이를 감자 덱스트로스 아가 (potato dextrose agar) 플레이트에 도말하여 28℃에서 7일 동안 배양한 후, 계속적인 계대 배양을 통해 순수한 한 종류의 곰팡이를 분리하였다. 분리된 곰팡이로부터 디옥시리보핵산 (deoxyribonucleic acid)을 추출 (AccuPrep Genomic DNA extraction kit)하여 ITS 염기서열을 프라이머 ITS5 (5'-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3', 서열번호 5)와 ITS4 (5'-TCCTCCGCTATATGATATGC-3', 서열번호 6)를 사용하여 중합효소연쇄반응 (polymerase chain reaction, primer pair ITS4 & ITS5 ; White et al., 1990)으로 증폭하였다. 중합효소연쇄반응의 조건은 다음과 같다. 초기 변성 (initial denaturation); 95 ℃, 5분, 변성 (denaturation); 95 ℃, 30분, 결합 (annealing); 48 ℃, 30초, 중합반응 (extension); 72 ℃, 80초, 최종 중합반응 (final extension); 72 ℃, 7분 (변성-결합-중합반응 과정을 40회 반복). 중합효소연쇄반응으로 얻은 산물은 1% 에틸브로마이드 (ethidium bromide)가 포함된 1% 아가로오스 겔 (agarose gel)을 사용하여 전기영동 (electrophoresis)을 수행하고 디옥시리보핵산 단편을 정제 (AccuPrep PCR Purification kit) 하였다. 서열 분석을 마크로젠 (Macrogen, 서울)에 의뢰하였다. 그 결과는 [도 1, 서열번호 1]과 같다.The mold on the rotten tangerine surface was plated on a potato dextrose agar plate and incubated at 28 ° C. for 7 days, followed by continuous subculture to isolate one pure mold. Deoxyribonucleic acid was extracted from the isolated mold (AccuPrep Genomic DNA extraction kit) and the ITS sequence was identified by primers ITS5 (5'-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3 ', SEQ ID NO: 5) and ITS4 (5'-TCCTCCGCTATATGATATGC-3', SEQ ID NO: 6) was used to amplify the polymerase chain reaction (polymerase chain reaction, primer pair ITS4 &ITS5; White et al., 1990). The conditions of the polymerase chain reaction are as follows. Initial denaturation; 95 ° C., 5 minutes, denaturation; 95 ° C., 30 minutes, annealing; 48 ° C., 30 seconds, polymerization; 72 ° C., 80 seconds, final extension; 72 ° C., 7 minutes (40 cycles of denaturation-bond-polymerization). The product obtained by the polymerase chain reaction was subjected to electrophoresis using a 1% agarose gel containing 1% ethyl bromide and purification of deoxyribonucleic acid fragments (AccuPrep PCR Purification kit). ). Sequence analysis was submitted to Macrogen (Macrogen, Seoul). The result is shown in [Fig. 1, SEQ ID NO: 1].

계통학적 관계를 분석하기 위해, 상기 서열을 블라스트 (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST)에서 검색하였고, 네이버-조이닝 분석 (Neighbor-joining analysis) 법으로 계통수 (phylogenetic tree)를 정립하였다. 그 결과, 귤 표면으로부터 분리된 곰팡이가 포마 포모럼 바 설시네이타 (Phoma pomorum var.circinata CBS 286.76)와 99.4%, 포마 포모럼 바 시아네 (Phoma pomorum var. cyanea CBS 388.80), 포마 포모럼 바 포모럼 (Phoma pomorum var. pomorum CBS 539.66 )과 99.6%의 상동성을 나타내는 것을 확인하였다 (도 2). 그 결과 분리된 균은 포마 종 (Phoma sp.)으로 동정되었다. 이는 기존의 균주와 동일하지 않은, 처음으로 귤 표면에서 분리된 포마 종 (Phoma sp.)으로 확인되어 한국생명공학연구원 생물자원센터(대한민국 대전시 유성구 과학로 111 한국생명공학연구원)에 2010년 12월 9일에 Phoma sp.로 명명하여 수탁번호 KCTC 11825BP로 기탁하였다.
To analyze the phylogenetic relationship, the sequence was retrieved from blast (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST) and phylogenetic tree by the neighbor-joining analysis method. ) Was established. As a result, the separation from the mold surface tangerine poma Formosan Rum Bar Cine stand Ita (Phoma pomorum var. Circinata CBS 286.76) and 99.4%, Phoma pomorum var. cyanea CBS 388.80), Phoma Pomorum Bar Pomorum pomorum var. pomorum CBS 539.66) and 99.6% homology was confirmed (FIG. 2). As a result, the isolated fungus is Phoma sp.). This is not the same as the existing strain, for the first time isolated from tangerine surface poma species (Phoma sp.) and the Korea Institute of Bioscience and Biotechnology, Korea Biotechnology Center, Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, Phoma on December 9 It was named sp. and deposited under accession number KCTC 11825BP.

실시예Example 2 : 섬유소 분해효소 생산을 위한 배지 조성 및 배양 2: Media composition and culture for fibrinase production

28℃에서 7일 동안 감자 덱스트로스 아가 플레이트 상에서 배양한 상기 실시예 1에서 분리된 곰팡이를 200 ㎖ 감자 덱스트로스 브로스 (potato dextrose broth)가 들어가 있는 플라스크에 접종하고 이를 회전식 진탕 배양기에서 150 rpm으로 28 ℃에서 7일 동안 배양하여 전배양액을 만들었다. 전배양액 200 ㎖을 무균상태로 2 ℓ의 본 배양액이 들어가 있는 4 ℓ 생물반응기 (bio-reactor)에 접종하여 28℃, pH 4.5에서 14일간 배양하였다. 본 배양 배지의 배지조성은 1% (w/v) 펩톤, 0.005% (w/v) NaCl, 0.1% (w/v) KH2PO4, 0.05% (w/v) MgSO47H2O, 1% (w/v) 덱스트로스이며, 10% (w/v)의 셀룰로오스 분말을 상기 균류의 배양용 탄소 공급원으로 사용하였다.
The fungus isolated in Example 1, incubated on a potato dextrose agar plate for 7 days at 28 ° C., was inoculated into a flask containing 200 ml potato dextrose broth and subjected to 150 rpm in a rotary shake incubator. Incubation was carried out at 7 ° C. for 7 days to form a preculture. 200 ml of the preculture was inoculated into a 4 L bioreactor containing 2 L of the main culture aseptically and incubated at 28 ° C. and pH 4.5 for 14 days. The medium composition of this culture medium was 1% (w / v) peptone, 0.005% (w / v) NaCl, 0.1% (w / v) KH 2 PO 4 , 0.05% (w / v) MgSO 4 7H 2 O, 1% (w / v) dextrose and 10% (w / v) cellulose powder were used as a carbon source for culturing the fungus.

실시예Example 3 : 섬유소 분해 관련 효소 단백질의 농도 측정 3: Measurement of Enzyme Protein Concentration Related to Fibrin Degradation

섬유소 분해 관련 효소 단백질의 농도를 조사하기 위하여 실시예 2의 배양액을 3, 6, 10일 간격으로 채취하여 원심분리기를 사용하여 상청액과 침전물을 분리한 후, 상청액을 조효소액으로 사용하였다.In order to investigate the concentration of enzymes related to cellulose degradation, the culture solution of Example 2 was taken at intervals of 3, 6, and 10 days, and the supernatant and the precipitate were separated using a centrifuge, and the supernatant was used as a coenzyme solution.

효소 용액 중의 단백질 농도는 표준 단백질로 소혈청알부민 (bovine serum albumin)을 사용하여 브래드포드 방법(Bradford, M. M. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry. 72: 248-254)으로 측정하였다.
Protein concentration in the enzyme solution is the standard protein using bovine serum albumin (Bradford, MM 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding) Analytical Biochemistry.72: 248-254).

실시예Example 4 :  4 : 엔도글루카나아제Endoglucanase 효소 활성 측정 Enzyme activity measurement

엔도글루카나아제 효소 활성 측정에 사용한 기질은 100 mM 아세트산나트륨 완충액 (pH 4.5)에 1.0% 카복시메틸 셀룰로오스 (Carboxylmethylcellulose, Sigma/Aldrich)를 용해시킨 것을 사용하였다. 효소반응은 45 ㎕의 기질 용액과 5 ㎕의 정제효소가 포함된 100 mM 아세트산나트륨 완충용액 (pH 4.5)을 사용하여 60 ℃에서 30분 동안 반응시킨 후, 100 ℃에서 10분간 가열하여 효소 반응을 정지시켰다. 반응 혼합물은 소모기-넬슨 법(Somogyi, M. 1952. Notes on sugar determination. Journal of biological chemistry. 195: 19-23)에 의해 생성된 환원당을 측정하였다. 엔도글루카나아제 효소 활성 1 단위 (U)는 분 당 글루코오스 1 μmol 당량의 방출을 촉진시키는 효소의 양으로 정의한다.
As a substrate used for endoglucanase enzyme activity measurement, 1.0% carboxymethyl cellulose (Carboxylmethylcellulose, Sigma / Aldrich) dissolved in 100 mM sodium acetate buffer (pH 4.5) was used. Enzymatic reaction was performed by using a 100 mM sodium acetate buffer solution (pH 4.5) containing 45 μl of substrate solution and 5 μl of purified enzyme for 30 minutes at 60 ° C., followed by heating at 100 ° C. for 10 minutes. Stopped. The reaction mixture was used in Sobiegyi, M. 1952. Notes on sugar determination.Journal of biological chemistry. 195: 19-23), the reducing sugar produced was measured. One unit (U) of endoglucanase enzyme activity is defined as the amount of enzyme that promotes the release of 1 μmol equivalent of glucose per minute.

실시예Example 5 :  5: 엑소글루카나아제Exoglucanase 효소 활성 측정 Enzyme activity measurement

엑소글루카나아제 효소 활성을 측정하기 위하여 10 mM p-니트로페닐락토사이드 (p-nitrophenyl-D-lactoside, pNPL)를 포함하는 100 mM 아세트나트륨 완충액 (pH 4.5) 900 ㎕의 기질용액에 100 ㎕의 조효소액을 넣고, 60 ℃에서 30분간 반응시켰다. 그 후에 100 ㎕의 2M Na2CO3를 첨가하여 405 nm에서 엑소글루카나아제 효소 활성을 측정하였다. 효소활성단위는 일정 조건하에서 1분간 반응용액 1 ㎖ 당 p-nitrophenol 1 μmol을 방출하는데 필요한 효소의 양을 1 unit(U)로 표시하였다.
In order to measure the exo-glucanase activity 10 mM p - nitrophenyl galactosyl side (p -nitrophenyl-D-lactoside, pNPL) of 100 ㎕ a substrate solution of 100 mM sodium phosphate buffer solution acetamide (pH 4.5) containing 900 ㎕ The crude enzyme solution was added and reacted at 60 ° C for 30 minutes. Thereafter, 100 μl of 2M Na 2 CO 3 was added to measure exoglucanase enzyme activity at 405 nm. The enzyme activity unit was expressed as 1 unit (U) the amount of enzyme required to release 1 μmol of p -nitrophenol per 1 ml of the reaction solution for 1 minute under certain conditions.

실시예Example 6 :  6: 베타글루코시다아제Betaglucosidase 효소 활성 측정 Enzyme activity measurement

베타글루코시다아제의 활성을 측정하기 위하여 10 mM p-니트로페닐글루코피라노사이드 (p-nitrophenyl-D-glucopyranoside, pNPG)를 포함하는 100 mM 아세트나트륨 완충액 (pH 4.5) 900 ㎕의 기질용액에 100 ㎕의 조효소액을 넣고 60 ℃에서 30분간 반응시켰다. 그 후에 100 ㎕의 2M Na2CO3를 첨가하여 405nm에서 베타글루코시다아제의 효소활성을 측정하였다. 효소활성단위는 일정 조건하에서 1분간 반응용액 1 ㎖ 당 p-nitrophenol 1 μmol을 방출하는데 필요한 효소의 양을 1 unit(U)로 표시하였다.
Nitrophenyl glue nose Llano side (p -nitrophenyl-D-glucopyranoside, pNPG) 100 mM sodium phosphate buffer solution acetamide (pH 4.5) 100 in a substrate solution containing 900 ㎕ - 10 mM p to measure the beta-glucosidase activity in Put the co-enzyme solution of ㎕ was reacted for 30 minutes at 60 ℃. Thereafter, 100 μl of 2M Na 2 CO 3 was added to measure the enzyme activity of betaglucosidase at 405 nm. Enzyme activity unit was expressed as 1 unit (U) the amount of enzyme required to release 1 μmol of p-nitrophenol per 1 ml of the reaction solution for 1 minute under certain conditions.

그 결과, 상기 실시예 4 내지 6에서 측정한 배양기간에 따른 각각의 효소 활성 변화를 하기 표 2에 나타냈다.As a result, the changes in enzyme activity according to the culture period measured in Examples 4 to 6 are shown in Table 2 below.


배양기간
(일)

Incubation period
(Work)

엔도글루카나아제
(Unit/㎎ 단백질)

Endoglucanase
(Unit / mg protein)

엑소글루카나아제
(Unit/㎎ 단백질)

Exoglucanase
(Unit / mg protein)

베타글루코시다아제
(Unit/㎎ 단백질)

Betaglucosidase
(Unit / mg protein)
33 58.258.2 1.31.3 25.525.5 66 24.324.3 1.71.7 108.9108.9 1010 10.310.3 2.02.0 163.3163.3

실시예Example 7 :  7: 신규하게Newly 분리된  Isolated 포마Poma 종 ( Bell ( PhomaPhoma spsp .)으로부터 생성된 Generated from.) 베타글루코시다아제의Betaglucosidase 정제  refine

본 발명자들은 셀룰로오스가 포함된 배지에서 성장한 상기 실시예 1에서 분리한 곰팡이의 배양액으로부터 셀로비오스 (cellobiose) 또는 셀로테트로오스 (cellotetrose)와 같은 올리고당 (oligosaccharide) 기질에 대해 높은 활성을 갖는 베타글루코시다아제를 정제하였다.The present inventors are betaglucosids having high activity against oligosaccharide substrates such as cellobiose or cellotetrose from the culture medium of the fungus isolated in Example 1 grown in a medium containing cellulose. The aze was purified.

10일간 배양시킨 배양액을 원심분리기를 이용하여 상청액과 침전물을 분리시킨 후 상청액을 10 kDa의 폴리에테르설폰 막 (polyethersulfone membrane)이 장착된 한외여과 장치에서 농축하여, 20 mM의 트리스 완충액 (Tris-HCl buffer, pH7.0)에 최소 부피로 용해시켰다. 이 용액은 동일한 완충액으로 평형화시킨 DEAE SepharoseTM Fast Flow 컬럼 (GEhealthcare, Sweden)에 흡착시키고 염화나트륨으로 단계 농도 구배 (step gradient, 1 mM-500 mM)를 적용하여 1차적으로 베타글루코시다아제를 정제하였다. 이 후 베타글루코시다아제 활성을 갖는 분획 (fraction)을 모아 농축한 다음 0.15 M의 염화나트륨이 포함된 50 mM의 소디움 아세트산 완충액 (sodium acetate buffer, pH 5.0)에 용해시켰다. 상기 용액을 HiPrep 16/60 Sephacry S-300 HR 컬럼 (GEhealthcare, Sweden)이 장착된 단백질정제장치 (Fast Protein Liquid Chromatography, FPLC)를 사용하여 단백질을 용출시켰다. 이 중 베타글루코시다아제 활성이 나타나는 분획을 다시 한 번 더 모아서 농축시키고 20 mM의 소디움 아세트산 완충액 (sodium acetate buffer, pH 4.5)에 용해시켰다. 이 용액을 같은 완충액으로 평형화시킨 MonoQ 이온 교환 컬럼 5/50 (GEhealthcare, Sweden)에 흡착시키고, 0.5 M의 염화나트륨으로 선형 구배 (linear gradient)를 적용하여 베타글루코시다아제 활성을 함유한 분획을 회수하여 농축하였다.The culture solution incubated for 10 days was separated from the supernatant and the precipitate using a centrifuge, and the supernatant was concentrated in an ultrafiltration apparatus equipped with a 10 kDa polyethersulfone membrane, and 20 mM Tris buffer solution (Tris-HCl) was used. buffer, pH7.0). This solution was adsorbed on a DEAE Sepharose Fast Flow column equilibrated with the same buffer (GEhealthcare, Sweden) and purified primarily betaglucosidase by applying a step gradient (1 mM-500 mM) with sodium chloride. . Thereafter, fractions having betaglucosidase activity were collected, concentrated, and dissolved in 50 mM sodium acetate buffer (pH 5.0) containing 0.15 M sodium chloride. The solution was eluted with protein using Fast Protein Liquid Chromatography (FPLC) equipped with a HiPrep 16/60 Sephacry S-300 HR column (GEhealthcare, Sweden). Among them, the fractions showing betaglucosidase activity were once again collected, concentrated and dissolved in 20 mM sodium acetate buffer (pH 4.5). The solution was adsorbed onto MonoQ ion exchange column 5/50 (GEhealthcare, Sweden) equilibrated with the same buffer, and a fraction containing betaglucosidase activity was recovered by applying a linear gradient with 0.5 M sodium chloride. Concentrated.

각 정제 단계에서의 수율을 하기 표 3에 나타내었다.The yield at each purification step is shown in Table 3 below.

Figure 112010084067112-pat00002
Figure 112010084067112-pat00002

실시예Example 8 : 정제된  8: refined 베타글루코시다아제Betaglucosidase 효소의 분자량 측정 Determination of the molecular weight of enzyme

상기 실시예 7에서 정제된 효소의 서브유닛 분자량을 측정하기 위해 Laemmli 법 (Laemmli, U.K., 1970, Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 227: 680-685)에 따라 소듐 도데실 술페이트-폴리아크릴아미드 겔 전기영동 (SDS-PAGE)을 수행하였다. 네이티브 효소의 분자량 측정은 표준 단백질로 티로글로불린 (thyroglobulin (669 kDa)), 아포페리틴 (apoferritin (443 kDa)), β-아밀라아제 (200 kDa) 그리고 알부민 (66 kDa)을 사용하여 Sephacry S-300 HR 컬럼으로 측정하였다.Sodium according to the Laemmli method (Laemmli, UK, 1970, Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature. 227: 680-685) to determine the subunit molecular weight of the enzyme purified in Example 7. Dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) was performed. Molecular weight measurements of native enzymes were performed with Sephacry S-300 HR using thyroglobulin (669 kDa), apoferritin (443 kDa), β-amylase (200 kDa) and albumin (66 kDa) as standard proteins. Measured by column.

[도 3]의 (a)는 컬럼 크로마토그래피 시스템을 이용하여 정제된 단백질의 분자량 측정을 위해 소듐 도데실 술페이트-폴리아크릴아미드 겔 전기영동을 실시한 결과로, 약 110 kDa의 분자량을 갖는 단백질임을 보여주고 있다 (M : 표준분자량 마커, 1번 : 정제 전의 효소 농축액, 2번 : MonoQ 이온교환 컬럼 HR5/50 적용 후 농축액). (b)는 겔 여과 크로마토 그래피 장치인 Sephacryl S-300 HR 16/60을 이용하여 네이티브 분자량을 측정한 결과로서 정제된 효소는 분자량 440 kDa을 갖는 테트라머 (tetramer) 임을 확인하였다.
3 shows a protein having a molecular weight of about 110 kDa as a result of conducting sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis to measure molecular weight of a purified protein using a column chromatography system. (M: standard molecular weight marker, No. 1: enzyme concentrate before purification, No. 2: concentrate after MonoQ ion exchange column HR5 / 50 application). (b) was a result of measuring the native molecular weight using a gel filtration chromatography device Sephacryl S-300 HR 16/60 as a result of the purified enzyme was confirmed that the tetramer (tetramer) having a molecular weight of 440 kDa.

실시예Example 9 : 아미노산 서열 분석에 의한 정제 효소 동정 9: Identification of Purified Enzyme by Amino Acid Sequence Analysis

상기 실시예 7에서 정제된 효소를 동정하기 위하여 SDS-PAGE 겔 상에 나타난 베타글루코시다아제로 추측되는 단백질 밴드를 잘라 탈색한 후, 단백질의 N-말단 및 부분 아미노산 서열을 분석하기 위하여 프로바이온 (Probiond, 서울)에 의뢰하였다. 정제 효소는 트립신 (trypsine) 처리로 잘린 펩타이드 단편들을 MS 데이터 분석 프로그램인 SEQUEST (ThermoFinnigan, 미국)을 사용하여 서열을 밝혀내었고, NCBI에 등록된 곰팡이의 단백질 데이터 베이스를 토대로 다른 단백질과의 상동성을 확인하였다.In order to identify the enzyme purified in Example 7, the protein band supposed to be beta glucosidase shown on the SDS-PAGE gel was cut and decolorized, and then the probion was analyzed to analyze the N-terminal and partial amino acid sequences of the protein. (Probiond, Seoul). The purified enzyme sequenced peptide fragments cut by trypsine treatment using the MS data analysis program SEQUEST (ThermoFinnigan, USA), and homologous to other proteins based on the protein database of fungi registered with NCBI. It was confirmed.

그 결과, 정제 효소와 NCBI에 등록된 곰팡이 유래 단백질과의 아미노산 서열을 비교 분석하여 Phaeosphaeria nodorum, Aspergillus aculeatus로부터 생산되는 글리코실 가수분해효소 3번 계열 (Glycosyl hydrolase family 3)인 베타-1,4-글루코시다아제와 높은 상동성을 보이는 것을 확인하였다 (도 4).
As a result, the amino acid sequence between the purified enzyme and the fungal-derived protein registered in the NCBI was analyzed and compared to Phaeosphaeria. nodorum , Aspergillus It was confirmed that the homology with the beta-1,4-glucosidase of glycosyl hydrolase family 3 (Glycosyl hydrolase family 3) produced from aculeatus (Fig. 4).

실시예Example 10 : 정제 효소의 최적  10: Optimal Purification Enzyme pHpH , 온도 및 온도 안정성, Temperature and temperature stability

<10-1> 정제 효소의 최적 <10-1> Optimal Purification Enzyme pHpH

상기 실시예 7에서 정제된 효소 활성에 대한 최적 pH에 대한 실험은 pH 3 내지 pH 10 범위 내에서 각각 다른 종류의 100 mM 완충액을 사용하였다; pH 3~6 소듐아세트산 완충액, pH 6~8 인산 완충액, pH 8~10 트리스 완충액.Experiments on the optimum pH for the enzyme activity purified in Example 7 used different types of 100 mM buffers in the range of pH 3 to pH 10; pH 3-6 sodium acetate buffer, pH 6-8 phosphate buffer, pH 8-10 Tris buffer.

그 결과 정제된 효소는 pH 4.5에서 가장 높은 활성을 나타냈다. pH 4.0과 5.0에서 효소의 활성은 최대 활성의 97%와 81%로 측정되었으며, pH 3.0 이하와 7.0 이상에서는 활성을 나타내지 않았다 (도 5). 일반적으로 자연 상에 존재하는 곰팡이 유래 베타글루코시다아제의 최적 pH의 범위는 4.0에서 6.5으로 (Leite RSR, Gomes E, Da-Silva R, 2007. Characterization and comparison of thermostability of purified β-glucosidases from a mesophilic Aureobasidium pullulans and a thermophilic Thermoascus aurantiacus. Process Biochemistry. 42:1101; Saha BC, Bothast RJ, 1996. Production, purification, and characterization of a highly glucose-tolerant novel β-glucosidase from Candida peltata. Applied and Environmental Microbiology. 62:3165-3170; Yoon JJ, Kim KY, Cha CJ, 2008. Purification and characterization of thermostable β-glucosidase from the brown-rot basidiomycete Fomitopsis palustris grown on microcrystalline cellulose. Journal of Microbiology. 46:51-55). 이는 본 발명에서 분리한 효소가 베타글루코시다아제임을 시사하는 것이다.
As a result, the purified enzyme showed the highest activity at pH 4.5. The enzyme activity at pH 4.0 and 5.0 was measured to be 97% and 81% of the maximum activity, and showed no activity below pH 3.0 and above 7.0 (FIG. 5). In general, the optimal pH range of fungal-derived betaglucosidase in nature ranges from 4.0 to 6.5 (Leite RSR, Gomes E, Da-Silva R, 2007. Characterization and comparison of thermostability of purified β-glucosidases from a mesophilic Aureobasidium pullulans and a thermophilic Thermoascus aurantiacus .Process Biochemistry.42: 1101; Saha BC, Bothast RJ, 1996. Production, purification, and characterization of a highly glucose-tolerant novel β-glucosidase from Candida peltata.Applied and Environmental Microbiology. 62: 3165-3170; Yoon JJ, Kim KY, Cha CJ, 2008. Purification and characterization of thermostable β-glucosidase from the brown-rot basidiomycete Fomitopsis palustris grown on microcrystalline cellulose.Journal of Microbiology. 46: 51-55). This suggests that the enzyme isolated in the present invention is betaglucosidase.

<10-2> 정제 효소의 최적 온도<10-2> Optimum Temperature of Purified Enzyme

최적 온도를 확인하기 위해, 정제된 효소를 기질로서 10 mM p-니트로페닐글루코피라노사이드가 포함된 100mM 소듐아세트산 완충액 (pH 4.5) 안에서 다른 온도 범위 (30℃ 내지 90℃)에 반응시켜 활성을 측정하였고, 그 결과는 [도 6]에 나타내었다.To determine the optimum temperature, the purified enzyme was reacted at different temperature ranges (30 ° C. to 90 ° C.) in 100 mM sodium acetic acid buffer (pH 4.5) containing 10 mM p -nitrophenylglucopyranoside as substrate. It measured and the result is shown in [FIG. 6].

그 결과, 최적 활성은 65℃로 확인되었으며 (도 6), 최적온도 40℃에서 65℃는 다양한 곰팡이로부터 유래된 베타글루코시다아제의 일반적인 특징이다 (Daroit DJ, Simonetti A, Hertz PF, Brandelli A, 2008. Purification and characterization of an extracellular β-glucosidase from Monascus purpureus. Journal of microbiology and Biotechnology. 18:933-941; Decker CH, Visser J, Schreier P, 2000. β-glucosidases from five black Aspergillus species: study of their physico-chemical and biocatalytic properties. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 48:4929-4936; Murray P, Aro N, Collins C, Grassick A, Penttila M, Saloheimo M, Tuohy M, 2004. Expression in Trichoderma reesei and characterisation of a thermostable family 3 β-glucosidase from the moderately thermophilic fungus Talaromyces emersonii. Protein Expression and Purification. 38:248-257; Yoon JJ, Kim KY, Cha CJ, 2008. Purification and characterization of thermostable β-glucosidase from the brown-rot basidiomycete Fomitopsis palustris grown on microcrystalline cellulose. Journal of Microbiology. 46:51-55).
As a result, the optimum activity was found to be 65 ° C. (FIG. 6), and the optimum temperature of 40 ° C. to 65 ° C. is a general feature of betaglucosidase derived from various fungi (Daroit DJ, Simonetti A, Hertz PF, Brandelli A, Purification and characterization of an extracellular β-glucosidase from Monascus purpureus.Journal of microbiology and Biotechnology.18: 933-941; Decker CH, Visser J, Schreier P, 2000.β-glucosidases from five black Aspergillus species: study of their physico-chemical and biocatalytic properties.Journal of Agricultural and Food Chemistry.48: 4929-4936; Murray P, Aro N, Collins C, Grassick A, Penttila M, Saloheimo M, Tuohy M, 2004.Expression in Trichoderma reesei and characterization of a thermostable family 3 β-glucosidase from the moderately thermophilic fungus Talaromyces emersonii .Protein Expression and Purification.38: 248-257; Yoon JJ, Kim KY, Cha CJ, 2008. Purification and characterization of thermostable β-glucosidase from the brown-rot basidiomycete Fomitopsis palustris grown on microcrystalline cellulose. Journal of Microbiology. 46: 51-55).

<10-3> 정제 효소의 온도 안정성<10-3> Temperature Stability of Purified Enzyme

온도 안정성을 실험하기 위해서 실시예 7에서 정제된 효소를 30℃, 40℃, 50℃ 그리고 60℃에서 다양한 기간 동안 보관한 후 그 활성을 측정하였다.In order to test the temperature stability, the enzyme purified in Example 7 was stored at 30 ° C., 40 ° C., 50 ° C. and 60 ° C. for various periods of time, and then its activity was measured.

그 결과, 각각의 온도에서 정제된 효소는 한 달 이상 안정함을 확인하였다 (도 7). 각 온도에서의 반감기 (half-lives)는 3629, 2776 그리고 53 시간으로 이는 기존에 보고된 곰팡이 유래 베타글루코시다아제의 온도 안정성보다 높다 (Montero MA, Romeu A, 1992. Kinetic study on the β-glucosidase catalysed reaction of Trichoderma viride cellulase. Applied Microbiology and Biotechnology. 38:350-353; Parry NJ, Beever DE, Owen E, Vandenberghe I, Van BJ, Bhat MK, 2001. Biochemical characterization and mechanism of action of a thermostable β-glucosidase purified from Thermoascus aurantiacus. Biochemical Journal. 353:117-127; Riou C, Salmon J-M, Vallier M-J, GZ, Barre P, 1998. Purification, characterization, and substrate specificity of a novel highly glucose-tolerant β-glucosidase from Aspergillus oryzae. Applied and Environmental Microbiology. 64:3607-3614). Thichoderma virided의 베타글루코시다아제 또한 60℃에서 안정성을 보이지만, 본 발명의 균주가 생산하는 베타글루코시다아제와 비교하였을 때 반감기가 2.3시간으로 낮다.As a result, it was confirmed that the purified enzyme at each temperature was stable for at least one month (FIG. 7). The half-lives at each temperature are 3629, 2776 and 53 hours, which is higher than the previously reported temperature stability of fungal derived betaglucosidase (Montero MA, Romeu A, 1992. Kinetic study on the β-glucosidase. catalysed reaction of Trichoderma viride cellulase.Applied Microbiology and Biotechnology. 38: 350-353; Parry NJ, Beever DE, Owen E, Vandenberghe I, Van BJ, Bhat MK, 2001.Biochemical characterization and mechanism of action of a thermostable β-glucosidase purified from Thermoascus aurantiacus . Biochemical Journal. 353: 117-127; Riou C, Salmon JM, Vallier MJ, GZ, Barre P, 1998. Purification, characterization, and substrate specificity of a novel highly glucose-tolerant β-glucosidase from Aspergillus oryzae . Applied and Environmental Microbiology. 64: 3607-3614). Thichoderma The virided beta glucosidase also shows stability at 60 ° C., but has a half-life of 2.3 hours when compared to the beta glucosidase produced by the strain of the present invention.

이와 같이, 본 발명에서 분리한 베타글루코시다아제는 기존의 베타글루코시다아제보다 온도 안정성이 높아서 바이오 에탄올을 제조하는데 더 효율적으로 사용될 수 있을 것이다.As such, the beta glucosidase isolated from the present invention may have higher temperature stability than the conventional beta glucosidase, and thus may be more efficiently used to prepare bioethanol.

실시예Example 11 : 정제 효소의 반응 속도 이론 및 효소 반응의 저해 11: Kinetics of Purification Enzyme and Inhibition of Enzyme Reaction

실시예 7에서 정제된 효소의 반응 속도론 (K mK cat)을 실험하기 위해 다양한 농도의 p-니트로페닐글루코피라노사이드 (0.05 mM 내지 1 mM)와 셀로비오스 (0.05 mM 내지 1 mM)를 100 mM 소듐아세트산 완충액 (pH 4.5) 상에서 60℃, 30분 동안 반응을 수행하였다. 글루코오스와 글루코노-δ-락톤 (glucono-δ-lactone)에 대한 저해 상수 (inhibition constant, K i)는 기질로써 p-니트로페닐글루코피라노사이드와 함께 0~10 mM의 글루코오스와 0~1 mM의 글루코노-δ-락톤을 첨가하여 실험하였다.To test the kinetics ( K m and K cat ) of the purified enzyme in Example 7, various concentrations of p -nitrophenylglucopyranoside (0.05 mM to 1 mM) and cellobiose (0.05 mM to 1 mM) were added. The reaction was carried out at 60 ° C. for 30 minutes on 100 mM sodium acetic acid buffer (pH 4.5). Inhibition constant ( K i ) for glucose and glucono-δ-lactone is 0-10 mM glucose and 0-1 mM with p -nitrophenylglucopyranoside as substrate. The experiment was performed by adding glucono-δ-lactone.

그 결과인 정제된 효소의 반응 속도 상수 및 저해 상수를 하기 표 4에 나타냈다.The reaction rate constants and inhibition constants of the resulting purified enzymes are shown in Table 4 below.

Figure 112010084067112-pat00003
Figure 112010084067112-pat00003

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, p-니트로페닐글루코피라노사이드와 셀로비오스에 대한 K m 값은 각각 0.31 mM과 3.24 mM였다. 이는 본 발명의 베타글루코시다아제가 셀로비오스 보다 p-니트로페닐글루코피라노사이드에 대해 친화도가 10배 더 높다는 것을 설명한다. 상기 결과로서 정제된 베타글루코시다아제는 셀로비아제 (cellobiase) 활성을 가진 아릴-베타글루코시다아제 (aryl-BGL)로 분류할 수 있음을 시사하는 것이다.As shown in Table 4 above, K m for p -nitrophenylglucopyranoside and cellobiose Values were 0.31 mM and 3.24 mM, respectively. This demonstrates that the betaglucosidase of the present invention has a 10-fold higher affinity for p -nitrophenylglucopyranoside than cellobiose. The results suggest that the purified betaglucosidase can be classified as aryl-betaglucosidase (aryl-BGL) with cellobiase activity.

글루코오스와 글루코노-δ-락톤에 대한 저해 실험 결과, 두 물질은 베타글루코시다아제의 경쟁적 저해자임을 확인하였다. 각각의 저해 상수는 1.69 mM와 0.09 mM로 (표 4), 이는 다른 곰팡이들처럼 글루코오스가 글루코노-δ-락톤보다 베타글루코시다아제에 강력한 저해자로 작용한다는 것을 의미한다 (Gueguen Y, Chemardin P, Arnaud A, Galzy P, 1995. Purification and characterization of an intracellular β-glucosidase from Botrytis cinerea . Enzyme and microbial technology. 17:900-906; Lymar ES, Li B, Renganathan V, 1995. Purification and Characterization of a Cellulose-Binding β-Glucosidase from Cellulose-Degrading Cultures of Phanerochaete chrysosporium. Applied and Environmental Microbiology. 61:2976-2980).
Inhibition experiments on glucose and glucono-δ-lactone confirmed that the two substances are competitive inhibitors of betaglucosidase. Each inhibition constant is 1.69 mM and 0.09 mM (Table 4), which means that glucose acts as a stronger inhibitor of betaglucosidase than glucono-δ-lactone (Gueguen Y, Chemardin P, Arnaud A, Galzy P, 1995. Purification and characterization of an intracellular β-glucosidase from Botrytis cinerea . Enzyme and microbial technology. 17: 900-906; Lymar ES, Li B, Renganathan V, 1995. Purification and Characterization of a Cellulose-Binding β-Glucosidase from Cellulose-Degrading Cultures of Phanerochaete chrysosporium . Applied and Environmental Microbiology. 61: 2976-2980).

실시예Example 12 : 금속 이온에 대한 영향 분석 12: Analysis of the effect on metal ions

다양한 종류의 금속이온이 실시예 7에서 정제된 효소 활성에 미치는 영향을 확인하기 위하여 5 mM과 10 mM의 MgCl2, MnCl2, ZnCl2, FeCl2, CuCl2, CoCl2, CaCl2를 정제된 효소와 미리 반응시킨 후 그 활성을 최적 온도와 pH에서 측정하였다.In order to confirm the effect of various kinds of metal ions on the enzyme activity purified in Example 7, 5 mM and 10 mM of MgCl 2 , MnCl 2 , ZnCl 2 , FeCl 2 , CuCl 2 , CoCl 2 , and CaCl 2 were purified. After reacting with the enzyme in advance, its activity was measured at the optimum temperature and pH.

그 결과, Mg2 +는 효소의 활성을 120% 증가시키는 반면, Cu2 +는 효소 활성을 58% 감소 시켰다. 또한 Mn2 +, Fe2 +, Co2 +, Ca2 + 이온은 효소 활성에 큰 영향을 끼치지 않았다 (도 8).
The result was Mg 2 +, on the other hand to increase the activity of the enzyme 120%, Cu 2 + decreases the enzyme activity 58%. In addition, Mn 2 + , Fe 2 + , Co 2 + , Ca 2 + ions did not significantly affect the enzyme activity (FIG. 8).

실시예Example 13 : 여러 가지 기질에 대한 가수분해의 상대적 비율 분석 13: Relative Ratio Analysis of Hydrolysis of Various Substrates

pNP-글라이코사이드 계열, 셀로비오스, 카복시메틸셀룰로오스, 자일란 (xylan), 아비셀 (avicel)을 사용하여 여러 가지 기질에 대한 상기 실시예 7에서 정제된 효소의 가수분해 활성을 측정하였다. pNP 계열의 활성은 100 mM 소듐아세트산 완충액 (pH 4.5)에서 60℃, 30분 동안 반응시켜 방출되는 pNP 측정하였고, 셀로비오스 가수분해 활성은 5 ㎕의 정제 효소와 10 mM의 셀로비오스를 100 mM 소듐 아세트산 완충용액 (pH 4.5)에서 반응시켜 셀로비오스로부터 글루코오스가 생성되는 양을 글루코오스 키트 (Wakp Pure Chem., 일본)를 사용하여 505 nm에서 측정하였다. 셀로비오스 가수분해 활성에서 1 unit은 반응 조건아래 1분당 1 μmol의 글루코오스가 방출되는 양으로 나타내었다. 카복시메틸셀룰로오스, 자일란과 아비셀은 환원당 정량법인 디니트로살리실산 (3,5-dinitrosalicylic acid, DNS) 법에 따라 환원당을 측정하여 활성을 나타내었다. p NP-glycoside family, cellobiose, carboxymethylcellulose, xylan (avilan) was used to measure the hydrolytic activity of the enzyme purified in Example 7 on various substrates. activity of p NP series is 100 mM sodium acetate buffer (pH 4.5) at 60 ℃, was reacted measurement p NP that is released during the 30 minutes, the cellobiose hydrolysis activity of 100 to cellobiose in the 5 ㎕ enzyme and 10 mM The amount of glucose produced from cellobiose by reaction in mM sodium acetate buffer (pH 4.5) was measured at 505 nm using a glucose kit (Wakp Pure Chem., Japan). One unit of cellobiose hydrolysis activity was expressed as the amount of 1 μmol of glucose released per minute under reaction conditions. Carboxymethyl cellulose, xylan and Avicel showed activity by measuring reducing sugars according to dinitrosalicylic acid (3,5-dinitrosalicylic acid, DNS) method.

그 결과인 정제 효소에 의해 가수분해되는 다양한 기질의 상대적인 활성을 하기 표 5에 나타냈다.The relative activity of the various substrates hydrolyzed by the resulting purification enzymes is shown in Table 5 below.

Figure 112010084067112-pat00004
Figure 112010084067112-pat00004

상기 표 5에 나타낸 바와 같이, 정제된 베타글루코사다아제는 p-니트로페닐글루코피라노사이드와 셀로비오스 대해 가장 높은 활성을 보였으며, 다른 pNP-글라이코사이드 계열과 카복시메틸셀룰로오스, 자일란, 아비셀에 대해서는 거의 활성을 나타내지 않았다. 이러한 결과는 본 발명의 효소가 오직 p-니트로페닐글루코피라노사이드와 셀로비오스에 대해 높은 기질 특이성을 갖고 있음을 보여주며, 이는 자연상에 존재하는 베타글루코시다아제의 일반적인 특징이다 (Woodward J, Lima M, Lee NE, 1988. The role of cellulase concentration in determining the degree of synergism in the hydrolysis of microcrystalline cellulose. Biochemical Journal. 255:895-899).
As shown in Table 5, purified beta glucosidase showed the highest activity against p -nitrophenylglucopyranoside and cellobiose, and other p NP-glycosides, carboxymethylcellulose, xylan, and avicel. It showed little activity for. These results show that the enzyme of the present invention has high substrate specificity only for p -nitrophenylglucopyranoside and cellobiose, which is a general feature of betaglucosidase in nature (Woodward J, Lima M, Lee NE, 1988.The role of cellulase concentration in determining the degree of synergism in the hydrolysis of microcrystalline cellulose.Biochemical Journal.255: 895-899).

이와 같은 결과는 본 발명의 정제된 효소가 베타글루코시다아제로서 작용하며, 기존에 존재하던 베타글루코시다아제보다 반감기가 더 길어서 안정적으로 바이오 에탄올을 생성할 수 있음을 시사하는 것이다.
These results suggest that the purified enzyme of the present invention acts as a betaglucosidase, and has a longer half-life than the existing betaglucosidase, thereby stably producing bioethanol.

한국생명공학연구원Korea Biotechnology Research Institute KCTC11825BPKCTC11825BP 2010120920101209

<110> KOREA INSTITUTE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY <120> A novel isolated Phoma sp. from rotten tangerine peel and cellulolytic enzymes and beta-glucosidase produced by thereof <130> PA100794/KR <150> KR10-2009-0127178 <151> 2009-12-18 <160> 6 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 485 <212> DNA <213> ITS of KCTC11825BP <400> 1 atcattacct agagttgtag gctttgcctg ctatctctta cccatgtctt ttgagtacct 60 tcgtttcctc ggcgggtccg cccgccgatt ggacaattta aaccatttgc agttgcaatc 120 agcgtctgaa aaaacttaat agttacaact ttcaacaacg gatctcttgg ttctggcatc 180 gatgaagaac gcagcgaaat gcgataagta gtgtgaattg cagaattcag tgaatcatcg 240 aatctttgaa cgcacattgc gccccttggt attccatggg gcatgcctgt tcgagcgtca 300 tttgtacctt caagctctgc ttggtgttgg gtgtttgtct cgcctctgcg cgtagactcg 360 cctcgaaaca attggcagcc ggcgtattga tttcggagcg cagtacatct cgcgctctgc 420 actcataacg acgacgtcca aaagtacatt tttacactct tgacctcgga tcaggtaggg 480 atacc 485 <210> 2 <211> 9 <212> PRT <213> part of Beta-glucosidase derived from KCTC11825BP <400> 2 Gly Ile Gln Asp Ala Gly Val Ile Ala 1 5 <210> 3 <211> 7 <212> PRT <213> part of Beta-glucosidase derived from KCTC11825BP <400> 3 Ala Gly Thr Gly Ser Ile Met 1 5 <210> 4 <211> 10 <212> PRT <213> part of Beta-glucosidase derived from KCTC11825BP <400> 4 Ile Met Ala Ala Tyr Tyr Leu Val Gly Arg 1 5 10 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ITS5 primer for ITS <400> 5 ggaagtaaaa gtcgtaacaa gg 22 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ITS4 primer for ITS <400> 6 tcctccgcta tatgatatgc 20 <110> KOREA INSTITUTE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY <120> A novel isolated Phoma sp. from rotten tangerine peel and          cellulolytic enzymes and beta-glucosidase produced by <130> PA100794 / KR <150> KR10-2009-0127178 <151> 2009-12-18 <160> 6 <170> Kopatentin 1.71 <210> 1 <211> 485 <212> DNA <213> ITS of KCTC11825BP <400> 1 atcattacct agagttgtag gctttgcctg ctatctctta cccatgtctt ttgagtacct 60 tcgtttcctc ggcgggtccg cccgccgatt ggacaattta aaccatttgc agttgcaatc 120 agcgtctgaa aaaacttaat agttacaact ttcaacaacg gatctcttgg ttctggcatc 180 gatgaagaac gcagcgaaat gcgataagta gtgtgaattg cagaattcag tgaatcatcg 240 aatctttgaa cgcacattgc gccccttggt attccatggg gcatgcctgt tcgagcgtca 300 tttgtacctt caagctctgc ttggtgttgg gtgtttgtct cgcctctgcg cgtagactcg 360 cctcgaaaca attggcagcc ggcgtattga tttcggagcg cagtacatct cgcgctctgc 420 actcataacg acgacgtcca aaagtacatt tttacactct tgacctcgga tcaggtaggg 480 atacc 485 <210> 2 <211> 9 <212> PRT <213> part of Beta-glucosidase derived from KCTC11825BP <400> 2 Gly Ile Gln Asp Ala Gly Val Ile Ala   1 5 <210> 3 <211> 7 <212> PRT <213> part of Beta-glucosidase derived from KCTC11825BP <400> 3 Ala Gly Thr Gly Ser Ile Met   1 5 <210> 4 <211> 10 <212> PRT <213> part of Beta-glucosidase derived from KCTC11825BP <400> 4 Ile Met Ala Ala Tyr Tyr Leu Val Gly Arg   1 5 10 <210> 5 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ITS5 primer for ITS <400> 5 ggaagtaaaa gtcgtaacaa gg 22 <210> 6 <211> 20 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> ITS4 primer for ITS <400> 6 tcctccgcta tatgatatgc 20

Claims (16)

홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해 효소를 생산하는 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주 (Phoma sp.)로서, 상기 섬유소 분해 효소는 엔도글루카나아제 또는 베타글루코시다아제 활성을 갖는 효소인 것인 균주.
Phoma sp. Sp., Which is an accession number KCTC 11825BP that produces fibrinase derived from fibrinous biomass including red algae, the fibrinase being an enzyme having endoglucanase or betaglucosidase activity Phosphorus strains.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 균주는 귤 껍질에서 분리한 것인 균주.
The strain of claim 1, wherein the strain is isolated from a tangerine peel.
기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주 (Phoma sp.)를 배양한 배양액의 상청액을 유효성분으로 포함하는, 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스 유래의 섬유소 분해용 조성물.
Accession No. KCTC 11825BP of poma strains (Phoma A composition for fibrin degradation derived from fibrin-based biomass including red algae, comprising the supernatant of the culture solution in which sp.) is cultured.
(a) 제1항 또는 제3항의 균주를 배양하는 단계;
(b) 상기 균주 배양물을 여과하여 상청액을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 상청액을 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 분리한 섬유소에 첨가하여 상기 섬유소를 분해하는 방법.
(a) culturing the strain of claim 1;
(b) filtering the strain culture to obtain a supernatant; And
(c) adding the supernatant to the fiber separated from the fibrous biomass including red algae to decompose the fiber.
(a) 제1항 또는 제3항의 균주를 배양하는 단계;
(b) 상기 균주 배양물을 여과하여 상청액을 수득하는 단계; 및
(c) 상기 상청액을 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 분리한 섬유소에 첨가하여 상기 섬유소를 분해함으로써 바이오 에탄올을 제조하는 방법.
(a) culturing the strain of claim 1;
(b) filtering the strain culture to obtain a supernatant; And
(c) a method for producing bioethanol by adding the supernatant to the fibers separated from the fibrous biomass including red algae to decompose the fibers.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (a) 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주를 배양하는 단계; 및
(b) 상기 배양물을 여과하여 상청액을 수득하는 단계를 포함하는 포마 종 균주 유래의 엔도글루카나아제, 또는 베타글루코시다아제의 제조 방법.
(a) culturing the forma species strain having accession number KCTC 11825BP; And
(b) filtering the culture to obtain a supernatant, a method for producing an endoglucanase or betaglucosidase from a forma species strain.
삭제delete (a) 기탁번호 KCTC 11825BP인 포마 종 균주를 배양하는 단계;
(b) 상기 배양물을 여과하여 상청액을 수득하는 단계;
(c) 상기 상청액에서 베타글루코시다아제를 분리하는 단계; 및
(d) 상기 분리된 베타글루코시다아제를 홍조류를 포함한 섬유소계 바이오매스로부터 분리한 섬유소에 첨가하여 상기 섬유소 유래 셀로비오스를 분해하는 단계를 포함하는 바이오 에탄올을 제조하는 방법.
(a) culturing the forma species strain having accession number KCTC 11825BP;
(b) filtering the culture to obtain a supernatant;
(c) separating betaglucosidase from the supernatant; And
(d) adding the isolated betaglucosidase to the fibers separated from the fibrous biomass including red algae to decompose the fibrin-derived cellobiose.
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