KR19990084278A - Novel cyclodextrin glycosyltransferase with high conversion of gamma-cyclodextrin produced by Bacillus brevis CD162 162 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전분으로부터 감마-시클로덱스트린(γ-cyclodextrin)을 많이 생산하는 새로운 세균으로 국내토양으로부터 분리, 동정한 바실러스 브레비스(Bacillus brevis) CD162 및 이 균이 생산하는 신규한 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제(cyclodextrin glycosyltransferase)에 관한 것이다. 시클로덱스트린은 도넛 모양의 독특한 구조를 이루어 수용액에서 시클로덱스트린 분자내 공동의 내부면은 소수성이고 외부면은 친수성이어서 그 공동 내에 여러 유기 및 무기 화합 물질을 포접하는 성질을 갖고 있다(Szejtli, J. Carbohydrate Polymers.12:375∼392.1990). 이러한 포접작용을 이용하여 각종 물성을 개선하는 분자 캡슐로 주목되어온 시클로덱스트린은 냄새 가리움(odour masking), 맛 가리움 (taste masking) 및 고미 제거, 휘발성 물질의 안정화, 저칼로리 감미료의 감미증진 및 안정화, 광분해성 물질 및 산화물질의 보호, 유화작용, 불안정한 물질의 안정화, 난용성 물질의 가용화, 조해성·접착성 물질의 분말화 등의 효과가 있어 식품, 의약품, 화장품, 수지제품 및 농약 등에 폭넓게 이용되고 있다(Parrish, M. A. cyclodextrin-a review. 42. 1393. 1989). 시클로덱스트린 중 감마-시클로덱스트린은 알파-, 베타-시클로덱스트린에 비해 공동의 크기가 커서 포접량이 많아 용해도가 큰 특성을 가지고 있어 산업적으로 이용하기에 매우 유리하다.The present invention is a new bacterium that produces a lot of gamma-cyclodextrin from starch. Bacillus brevis CD162 isolated and identified from domestic soil and a novel cyclodextrin glycosyltransferase produced by the bacterium ( cyclodextrin glycosyltransferase). Cyclodextrin has a unique donut-like structure, so that the inner surface of the cyclodextrin molecular cavity in the aqueous solution is hydrophobic and the outer surface is hydrophilic so as to encapsulate various organic and inorganic compounds within the cavity (Szejtli, J. Carbohydrate). Polymers. 12: 375-392.1990). Cyclodextrins, which have been noted as molecular capsules for improving various physical properties by using these clathrates, are characterized by odour masking, taste masking and removal of gourds, stabilization of volatiles, sweetening and stabilizing low-calorie sweeteners, and photolysis. It is widely used in foods, medicines, cosmetics, resin products and pesticides because it has the effect of protecting the substances and oxides, emulsification, stabilization of unstable substances, solubilization of poorly soluble substances, and powdering of deliquescent and adhesive substances. Parrish, MA cyclodextrin-a review. 42. 1393. 1989). Gamma-cyclodextrin in cyclodextrin has a large solubility due to the larger size of the cavity than alpha- and beta-cyclodextrin, so it is very advantageous for industrial use.

그러나 감마-시클로덱스트린은 대량생산하기가 어렵고 단가도 알파-, 베타-시클로덱스트린보다 훨씬 높기 때문에 실용화에 많은 제약을 갖고 있다. 이에 본 발명에서 개발한 감마-시클로덱스트린을 많이 생산하는 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제는 이러한 문제를 해결하여 식품, 의약품, 화장품, 수지제품 및 농약 등에 폭넓게 이용될 수 있을 것으로 판단된다.However, since gamma-cyclodextrin is difficult to mass-produce and the unit cost is much higher than that of alpha- and beta-cyclodextrin, there are many limitations in practical use. Accordingly, cyclodextrin glycosyltransferase, which produces a large amount of gamma-cyclodextrin developed in the present invention, may be widely used in food, medicine, cosmetics, resin products, and pesticides by solving such problems.

Description

바실러스 브레비스 씨디162가 생산하는 감마-시클로덱스트린의 전환율이 높은 신규한 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제Novel cyclodextrin glycosyltransferase with high conversion of gamma-cyclodextrin produced by Bacillus brevis CD162 162

본 발명은 탐색된 바실러스 브레비스(Bacillus brevis)균이 생산하는 감마-시클로덱스트린(γ- cyclodextrin)의 전환률이 높은 신규한 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제 (cyclodextrin glycosyltransferase, CGTase)와 이 CGTase를 이용한 감마-시클로덱스트린의 전환방법에 관한 것이다. 시클로덱스트린는 α-1,4 글루코시드 결합에 의해 연결된 6개 이상의 글루코 피라노스 단위로 구성된 환상의 올리고당이다. 12개까지의 글루코스 잔기를 갖는 시클로덱스트린이 알려졌지만, 단지 글루코스가 6개에서 8개로 구성된 세 개의 시클로덱스트린만 현재 산업적으로 생산되고, 그 이용에 대한 연구가 많이 진척되고 있다. 시클로덱스트린은 글루코스 잔기수에 따라 글루코스가 6개이면 알파시클로덱스트린, 7개이면 베타시클로덱스트린, 8개이면 감마-시클로덱스트린으로 명명되고 각각의 공동 (cavity)의 크기가 174, 262 및 427Å3이다. 또한 시클로덱스트린은 도넛 모양의 독특한 구조를 이루어 수용액에서 시클로덱스트린 분자내 공동의 내부면은 소수성이고 외부면은 친수성이어서 그 공동 내에 여러 유기 및 무기 화합 물질을 포접하는 성질을 갖고 있다(Szejtli, J. Carbohydrate Polymers. 12:375∼392..(1990)). 이러한 포접작용을 이용하여 각종 물성을 개선하는 분자 캡슐로 주목되어온 시클로덱스트린은 냄새 가리움 (odour masking), 맛 가리움 (taste masking) 및 고미제거, 휘발성 물질의 안정화, 저 칼로리 감미료의 감미증진 및 안정화, 광분해성 물질 및 산화물질의 보호, 유화작용, 불안정한 물질의 안정화, 난용성 물질의 가용화, 조해성·접착성 물질의 분말화 등의 효과가 있어 식품, 의약품, 화장품, 수지제품 및 농약 등에 폭넓게 이용되고 있다(Parrish, M. A. Cyclodextrin-a review. 42. 1393. (1989)).The present invention provides a novel cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase) having high conversion rate of gamma-cyclodextrin produced by Bacillus brevis bacteria and gamma-cyclo using the CGTase. It relates to a method of converting dextrin. Cyclodextrins are cyclic oligosaccharides composed of six or more glucopyranose units linked by α-1,4 glucoside bonds. Cyclodextrins with up to 12 glucose residues are known, but only three cyclodextrins consisting of 6 to 8 glucoses are currently produced industrially, and much research is being conducted on their use. Cyclodextrins are termed alphacyclodextrins by 6 glucose, betacyclodextrins by 7 , and gamma-cyclodextrins by 8, with cavities of 174, 262 and 427Å3, depending on the number of glucose residues. . In addition, cyclodextrin has a unique donut-like structure, so that the inner surface of the cyclodextrin intramolecular cavity in the aqueous solution is hydrophobic and the outer surface is hydrophilic so as to enclose various organic and inorganic compounds in the cavity (Szejtli, J. Carbohydrate Polymers. 12: 375-392 .. (1990)). Cyclodextrins, which have been noted as molecular capsules for improving various physical properties by using such clathrate action, are characterized by odour masking, taste masking and deodorization, stabilization of volatile substances, enhancement of sweetness and stabilization of low calorie sweeteners, It is widely used in foods, pharmaceuticals, cosmetics, resin products and pesticides because it has the effect of protecting photodegradable substances and oxides, emulsifying, stabilizing unstable substances, solubilizing poorly soluble substances, and powdering deliquescent and adhesive substances. (Parrish, MA Cyclodextrin-a review. 42. 1393. (1989)).

Cyclodextrin는 여러 종류의 CGTase로 생산할 수 있지만 지금까지 알려진 효소는 극히 좁은 pH 범위, 낮은 온도 안정성, 낮은 시클로덱스트린의 생산성과 같은 다양한 결점을 가지고 있다. 이런 단점을 극복하기 위해서 연구자들은 많은 연구를 수행하고 있다. Horikoshi(Horikoshi, K. United States US Pat. 3923598. 1975)는 Bacillus sp. No 135, Bacillus sp. No 169, Bacillus sp. No 13, Bacillus sp. No 17-1 같은 호알카리성 세균으로부터 넓은 pH 범위 (pH 6.0∼10.5)에서도 시클로덱스트린을 생산할 수 있는 효소를 얻었다. Yu등( Yu, E. K. C., H. Aoki, and M. Misawa. Appl. Microbiol. Biotechnol. 28. 377. 1988)은 Bacillus amyloliquefaciens AL 35를 분리해, 젤라틴화된 전분을 전체 시클로덱스트린 생산물의 95% 까지 알파-시클로덱스트린으로 우세하게 전환할 수 있는 알파-시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제를 분리하였다. 감마-시클로덱스트린 생산형 효소를 Kato등( Kato, T., and K. Horikoshi. Denpun Kagaku.33.137.1986)이 Bacillus subtilis No. 313으로 부터 분리하였다. 이 효소는 감마-시클로덱스트린 만을 생산했고 알파-시클로덱스트린과 베타-시클로덱스트린은 전혀 생산하지 않았으나, 아밀로오스로부터 5%, 전분으로부터는 2∼3%의 감마-시클로덱스트린 전환율을 보였다. 다방면에서 쓰이고 있는 시클로덱스트린의잠재력이 잘 입증되었음에도 불구하고 시클로덱스트린 시장은 여전히 두 가지의 중요한 인자로 인해 고전을 면치 못하고 있다. 첫째는, 시클로덱스트린의 생산 가격이 높아서 실용화에 많은 제약을 받고 있고, 둘째는, 알파-, 베타-시클로덱스트린에 비해 공동이 커서 포접량이 많아 용해도가 크므로 이용상 가장 유리한 감마-시클로덱스트린을 대량 생산 하기가 어렵다. 실제로 감마-시클로덱스트린만을 생산하는 감마-시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제 분비미생물에 대한 보고는 많지 않다. 따라서 감마-시클로덱스트린을 저렴한 가격으로 생산 공급하기 위해서는 감마-시클로덱스트린 생산형 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제를 대량 생산하는 우수균주의 분리와 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제 생산성 향상에 관한 연구가 큰 관건이라 하겠다. 이러한 문제를 해결하기 위해 많은 연구자들이 감마-시클로덱스트린을 고수율로 생산하는 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제 생산 균주의 분리, 유전자의 클로닝과 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제의 고발현, 시클로덱스트린 생산을 위한 경제적인 공정의 개발등 시클로덱스트린의 산업적 응용을 만족시킬 수 있는 방법을 모색하기위해 계속해서 연구하고 있다.Cyclodextrin can be produced with several types of CGTases, but the enzymes known to date have various drawbacks such as extremely narrow pH ranges, low temperature stability, and low cyclodextrin productivity. To overcome these shortcomings, researchers are conducting a lot of research. Horikoshi (Horikoshi, K. United States US Pat. 3923598. 1975) is described in Bacillus sp. No 135, Bacillus sp. No 169, Bacillus sp. No 13, Bacillus sp. An enzyme capable of producing cyclodextrin from a wide range of pHs (pH 6.0 to 10.5) was obtained from alkalophilic bacteria such as No 17-1. Yu et al. (Yu, EKC, H. Aoki, and M. Misawa.Appl. Microbiol. Biotechnol. 28. 377. 1988) isolate Bacillus amyloliquefaciens AL 35, allowing gelatinized starch to be up to 95% of the total cyclodextrin product. An alpha-cyclodextrin glycosyltransferase was isolated that can predominantly convert to alpha-cyclodextrin. Gamma-cyclodextrin-producing enzymes are described by Kato et al. (Kato, T., and K. Horikoshi. Denpun Kagaku. 33.137.1986). Separated from 313. This enzyme produced only gamma-cyclodextrin and no alpha-cyclodextrin and beta-cyclodextrin, but showed a gamma-cyclodextrin conversion of 5% from amylose and 2-3% from starch. Despite the well-established potential of cyclodextrin in many respects, the cyclodextrin market is still struggling with two important factors. First, the production cost of cyclodextrins is high, and there is a lot of limitations in practical use. Second, the large amount of inclusions is large and the solubility is large compared to alpha- and beta-cyclodextrins. Difficult to do In fact, there are not many reports on gamma-cyclodextrin glycosyltransferase secreting microorganisms that produce only gamma-cyclodextrin. Therefore, in order to produce and supply gamma-cyclodextrin at a low price, studies on separation of excellent strains that mass-produce gamma-cyclodextrin-producing cyclodextrin glycosyltransferase and improvement of cyclodextrin glycosyltransferase productivity are important. . To solve this problem, many researchers have isolated the isolates of cyclodextrin glycosyltransferase producing strains producing high yield of gamma-cyclodextrin, cloning of genes and high expression of cyclodextrin glycosyltransferase, and economical for the cyclodextrin production. In order to satisfy the industrial applications of cyclodextrins, such as the development of phosphorus processes, we continue to research.

본 발명에서는 시클로덱스트린의 생산의 문제점을 능동적으로 해결하기 위해서 기존에 보고된 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제의 감마-시클로덱스트린 전환율을 기초로 감마-시클로덱스트린 전환율이 높은 균주를 전국의 각지의 토양을 시료로 하여 특수한 선별 배지를 이용하여 탐색하고, 이 중 감마-시클로덱스트린 전환율이 가장 높은 균주를 선별하여 분리 동정하였다. 또한, 선별된 균주의 효소 생산 조건을 검토하여 생산된 효소를 분리 정제하여 효소 특성을 밝히고, 이 제반의 조사된 효소 특성을 활용해서 현재까지 보고된 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제와 비교하여 신규성이 있다고 판단하여 이 효소를 이용한 시클로덱스트린의 생산방법을 확립하여 본 발명을 완성하게 되었다.In the present invention, in order to actively solve the problem of the production of cyclodextrin, a strain having high gamma-cyclodextrin conversion rate based on the previously reported gamma-cyclodextrin conversion rate of cyclodextrin glycosyltransferase was sampled in soils from all over the country. As a special screening medium was searched for, the strain with the highest gamma-cyclodextrin conversion was selected and identified. In addition, by examining the enzyme production conditions of the selected strains, the produced enzymes are separated and purified to reveal the enzyme characteristics, and utilizing these investigated enzyme characteristics, there is a novelty compared to the cyclodextrin glycosyltransferase reported to date. Judging, the method for producing cyclodextrin using this enzyme was established to complete the present invention.

상기의 식별자 및 내용이 없습니다.There is no identifier and content above.

본 발명은 바실러스 브레비스 CD162(Bacillus brevis CD162 : KCTC8885P)를 그 특징으로 하고 이 균이 생산하는 전분으로부터 감마-시클로덱스트린을 많이 생산하는 신규 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 신규효소에 의해서 생산된 시클로덱스트린에 관한 것을 포함한다.The present invention relates to a novel cyclodextrin glycosyltransferase characterized by Bacillus brevis CD162 (KCTC8885P) and producing a lot of gamma-cyclodextrin from starch produced by the bacterium. The present invention also includes those relating to cyclodextrins produced by novel enzymes.

이와같은 본 발명을 더옥 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.

본 발명은 전분으로부터 감마-시클로덱스트린의 전환률이 9.7%에 달하는 신규효소 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제와 신균주 바실러스 브레비스 CD162에 관한 것이다. 또한 본 발명은 상기한 신균주 바실러스 브레비스 CD162(Bacillus brevis CD162)가 생산한 효소를 이용한 전분으로부터 감마-시클로덱스트린을 저렴하게 생산하는데 적용할 수 있다.The present invention relates to a novel enzyme cyclodextrin glycosyltransferase and the new strain Bacillus brevis CD162, wherein the conversion of gamma-cyclodextrin from starch reaches 9.7%. In addition, the present invention can be applied to the low-cost production of gamma-cyclodextrin from starch using the enzyme produced by the above-described bacterium Bacillus brevis CD162.

우선, 본 발명에 따른 신균주 바실러스 브레비스 CD162(Bacillus brevis CD162)의 분리 및 동정과정은 다음과 같다.First, the isolation and identification of Bacillus brevis CD162 (Bacillus brevis CD162) according to the present invention is as follows.

[신규 미생물의 분리][Isolation of New Microorganisms]

신규한 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제를 대량으로 생산하는 미생물을 분리하기위해 전국 각지의 토양으로부터 얻은 수천종의 균주중에서 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제를 대량으로 생산하는 신규 미생물을 분리하였다.In order to isolate microorganisms producing large amounts of novel cyclodextrin glycosyltransferases, new microorganisms producing large amounts of cyclodextrin glycosyltransferase were isolated from thousands of strains obtained from soils throughout the country.

[신규 미생물의 동정 및 명명][Identification and Naming of New Microorganisms]

1) 형태 및 배양학적 특성1) Morphology and Culture Characteristics

최적 생육배지에서 배양한 균주를 그람염색(Gram staining)을 행한 결과 그람 양성균으로 나타났고, 도 1에서와 같이 전자현미경으로 조사한 결과 세포의 크기가 0.4 ∼ 0.5 X 1.5 ∼ 2 ㎛ 크기의 간상 (rod)형으로 관찰되어 Bacillus sp.가 갖는 형태학적 특징과 일치하였다.As a result of Gram staining, the strains cultured in the optimal growth medium were found to be Gram-positive bacteria. As shown in FIG. 1, the cell size was 0.4-0.5 X 1.5-2 μm. ), Which is consistent with the morphological characteristics of Bacillus sp.

2) 생리학적 특성2) Physiological Characteristics

균주의 생리학적 특성은 카타라제(catalase) 실험결과 양성반응을 보였으며 카제인(casein), 젤라틴(gelatin), 전분(starch)을 가수분해하였다.The physiological characteristics of the strains were positive in catalase experiments and hydrolyzed casein, gelatin, and starch.

3) 균체의 화학적 특징3) Chemical Characteristics of Cells

이상과 같은 특성분석에서 나타난 결과인 바실러스 종(Bacillus sp.)이 갖는 일반적인 특성을 기초로 하여 바실러스 종을 결정하기 의해 균체의 세포벽 지방산 조성을 분석한 결과 바실러스 브레비스와 가장 유사하였다.Based on the general characteristics of Bacillus sp. (Bacillus sp.), Which is the result of the above characteristics analysis, the cell wall fatty acid composition of the cell was analyzed to determine the Bacillus sp.

4)신균주 CD162의 동정 및 명명4) Identification and Naming of Mycobacteria CD162

형태적, 배양학적 및 생리적 특성을 분석한 결과 분리된 특허균주는 바실러스(Bacillus sp.)에 속하는 미생물임을 버기스 메뉴얼[Bergey's Manua1 Systematic Bacteriology Vol 2( William & Wilkins Co.,1989)]에서 확인할 수 있었지만, 세포벽의 지방산 조성을 분석한 결과인 MIDI의 데이타와 대사 다양성을 비교한 결과가 정확하게 일치되는 균주는 없고, 다만 바실러스 브레비스(Bacillus brevis)와 가장 비슷한 결과를 가지는 것으로 보아 바실러스 브레비스(Bacillus brevis)의 변종으로 판단된다. 따라서, 분리된 미생물을 바실러스 브레비스CD162(Bacillus brevis CD162)로 명명하고,1998년 4월 22일부로 대한민국 특허균주 기탁기관인 한국과학기술연구소 생명공학연구소내 유전자원센터에 기탁하고 수탁번호 KCTC8885P를 부여받았다.As a result of analyzing the morphological, cultural and physiological characteristics, the isolated patent strain can be confirmed in the buggy's manual [Bergey's Manua1 Systematic Bacteriology Vol 2 (William & Wilkins Co., 1989)]. However, there was no strain that accurately matched the results of analyzing the fatty acid composition of the cell wall with the data of MIDI and the metabolic diversity. However, the bacterium of Bacillus brevis was found to have the most similar result to Bacillus brevis. It is considered a variant. Therefore, the isolated microorganisms were named Bacillus brevis CD162, and as of April 22, 1998, they were deposited in the Genetic Resource Center of the Korea Institute of Science and Technology Biotechnology Research Institute, which is a depository institution for Korean patent strains, and received accession number KCTC8885P.

본 발명은 신규한 특성을 갖는 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제를 생산하는 균주와 이 미생물이 생산하는 효소에 관한 것으로 본 발명을 실시예를 통해서 상세히 설명하면 아래와 같다.The present invention relates to a strain for producing a cyclodextrin glycosyltransferase having a novel characteristic and an enzyme produced by the microorganism.

실시예 1 : 바실러스 브레비스 CD162에 의한 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제생산Example 1 Cyclodextrin Glycosyltransferase Production by Bacillus Brevis CD162

본 특허의 미생물을 효소 생산배지로 2.O% 가용성 전분, O.5% yeast extract, O.5% peptone, O.1% K2HPO4, 0.O2% MgSO4·7H2O, 1.O% Na2CO3를 포함한 배지를 pH 10.2로 조정하고 121℃에서 15분간 멸균한 후 동일한 배지 조성으로 30℃에서 3일동안 플라스크에서 배양한 종배양액을 1% 접종하여 효소를 생산하였다. 생산된 효소의 역가는 효소액 0.1㎖에 pH 8.0의 0.1 M KH2PO4-0.2 M Na2B4O7완충액 0.4㎖과 1O% 가용성 전분 O.5㎖를 넣고 4O℃에서 6O분간 반응한 후 0.025M BCG액 O.1㎖와 pH 4.2의 0.2M 구연산염 완충액을 첨가하여 630 nm에서 흡광도를 측정한 후 표준곡선에 의거하여, 생성된 감마-시클로덱스트린의 량을 산출하는 방법으로 하였고, 효소의 역가는 1 분당 1 μmol의 감마-시클로덱스트린를 생산하는 효소량을 1단위로 하였다. 효소생산은 30℃에서 96시간 배양하였을 때 가장 높은 효소량을 얻었고 이때 최고 효소 생산량을 0.9 unit/㎖을 얻을 수 있었다.The microorganism of this patent is enzymatic production medium. 2.O% soluble starch, O.5% yeast extract, O.5% peptone, O.1% K 2 HPO 4 , 0.O2% MgSO 4 7H 2 O, 1 Enzyme was produced by adjusting the medium containing .0% Na 2 CO 3 to pH 10.2 and sterilizing for 15 minutes at 121 ° C. and then inoculating 1% of the seed culture in a flask at 30 ° C. for 3 days with the same medium composition. The titer of the enzyme produced was 0.1 ml of 0.1 M KH 2 PO 4 -0.2 M Na 2 B 4 O 7 buffer with pH 8.0 and 0.5 ml of 10% soluble starch in 0.1 ml of enzyme solution. 0.11 mL of 0.025M BCG solution and 0.2M citrate buffer of pH 4.2 were added to measure absorbance at 630 nm, and then the amount of gamma-cyclodextrin produced was calculated based on the standard curve. The titer was 1 unit of the amount of enzyme which produces 1 mol of gamma-cyclodextrin per minute. The highest enzyme yield was obtained when the enzyme was incubated at 30 ° C for 96 hours, and the highest enzyme yield was 0.9 unit / ml.

실시예 2 : 효소의 분리정제와 효소적 특성Example 2 Purification and Enzyme Properties of Enzymes

상기의 실시예 1에 따라 생산된 바실러스 브레비스 CD162의 배양액을 12,00Og에서 15 분간 원심분리한 상징액을 4℃에서 암모니움 설페이트(Ammonium sulfate)를 75% 포화시켜 단백질을 침전시킨 후 투석막을 통한 조효소액을 Phenyl Superose HR 515(Phamacia 제품, Sweden) column을 사용하여 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제만 순수 분리하였고 도 2와 같이 분자량은 74,000달톤 정도로 밝혀졌다. 이 순수 분리된 효소 단백질을 이용하여 아래의 실험예를 통해서 효소적 특성을 조사하였다.The supernatant obtained by centrifuging the culture solution of Bacillus brevis CD162 produced according to Example 1 for 15 minutes at 12,00 g for 15 minutes was saturated with ammonium sulfate (Ammonium sulfate) at 4 ° C. to precipitate the protein, followed by dialysis. Cyclodextrin glycosyltransferase was purely separated using the Phenyl Superose HR 515 (manufactured by Phamacia, Sweden) column. The molecular weight was found to be about 74,000 Daltons as shown in FIG. This purely isolated enzyme protein was used to examine the enzymatic properties through the following experimental example.

실험예1) 효소단백질 분자량 및 N-말단 아미노산 서열 결정Experimental Example 1 Determination of enzyme protein molecular weight and N-terminal amino acid sequence

순수분리된 효소단백질을 SDS-PAGE 전기영동법으로 분자량을 측정한 결과 74,000달톤의 분자량이었고, 또한 분리된 효소단백질을 Protein/peptide Sequencer(Applied Biosystems, USA)을 이용해서 N-말단 아미노산 서열을 결정한 결과 표2와 같이 나타났다. 표 2에서 보는 바와 같이 기존의 밝혀진 바실러스 유래 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제 효소들과 N-말단 아미노산 서열을 비교한 결과 높은 상동성을 보였지만 본래 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제의 N-말단은 효소의 일치영역(consensus region)중에 하나이기 때문에 본 발명의 바실러스 브레비스CD162가 생산하는 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제는 신규 효소인 것으로 판단하였다.The molecular weight of the purified enzyme protein was determined to be 74,000 Daltons by SDS-PAGE electrophoresis, and the N-terminal amino acid sequence was determined using the Protein / peptide Sequencer (Applied Biosystems, USA). As shown in Table 2. As shown in Table 2, the N-terminal amino acid sequence of the existing Bacillus-derived cyclodextrin glycosyltransferase enzymes showed high homology, but the N-terminus of the original cyclodextrin glycosyltransferase was identical to that of the enzyme. Since it is one of the consensus regions, the cyclodextrin glycosyltransferase produced by the Bacillus brevis CD162 of the present invention was determined to be a novel enzyme.

실험예 2) 신규 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제의 열과 pH에 대한 활성 및 안정성Experimental Example 2) Activity and Stability of Novel Cyclodextrin Glycosyltransferases Against Heat and pH

온도 및 pH가 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제의 활성과 안정성에 미치는 영향을 조사하기 위해서 순수분리된 효소를 이용해서 조사한 경우, 최적온도는 55℃로 나타났다. 열에 대한 안정성을 측정하기 위해 각온도에서 30분간 방치 후 잔존활성을 측정한 결과, 50℃까지는 매우 안정한 활성을 보였으나 55℃ 이상에서는 급격하게 활성이 감소하다가 60℃ 이상에서는 거의 활성을 상실하는 열 안정성을 나타냈다.In order to investigate the effect of temperature and pH on the activity and stability of cyclodextrin glycosyltransferase, the optimum temperature was 55 ° C. In order to measure the stability to heat, the residual activity was measured after 30 minutes at each temperature. As a result, the activity was very stable up to 50 ° C, but the activity suddenly decreased above 55 ° C, but almost lost at 60 ° C or higher. Stability was shown.

시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제의 활성을 pH를 달리하면서 측정한 결과 최적 pH가 8.0으로 나타났으며 pH에 대한 안정성을 측정하기 위해 여러 가지 pH에서 30분간 방치한 후 효소의 잔존활성을 측정한 결과 pH5.5∼9.0 범위에서 매우 안정한 활성을 나타냈고 pH 10에서 83%의 활성을 보이다가 pH 11에서는 급격히 감소하여 33%의 활성을 보이는 pH 안정성을 나타냈다.As a result of measuring the activity of cyclodextrin glycosyltransferase at different pHs, the optimum pH was 8.0, and the remaining activity of the enzyme was measured after standing at various pHs for 30 minutes to measure stability against pH. It showed very stable activity in the range of .5∼9.0 and showed 83% of its activity at pH 10, but it rapidly decreased at pH 11, showing pH stability of 33%.

[효소를 이용한 시클로덱스트린의 생산][Production of Cyclodextrins Using Enzymes]

실시예 3 : 전분을 이용한 시클로덱스트린의 생산Example 3 Production of Cyclodextrins Using Starch

신규한 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제에 의해 생산되는 시클로덱스트린을 분석하기 위해 1O% 가용성 전분 2.5㎖에 정제된 효소액 O.1㎖을 첨가하여 40℃에서 24시간 반응시킨후 글루코아밀라제(glucoamylase)로 처리하여 생성된 시클로덱스트린 이외의 당을 완전히 글루코스(glucose)로 가수분해한 후 HPLC로 분석하였다.In order to analyze cyclodextrin produced by the novel cyclodextrin glycosyltransferase, 0.1 ml of purified enzyme solution was added to 2.5 ml of 10% soluble starch, reacted at 40 ° C for 24 hours, and then treated with glucoamylase. Sugars other than the cyclodextrin produced by the complete hydrolysis with glucose (glucose) and analyzed by HPLC.

본 발명펀 효소에 의해 생성된 알파-시클로덱스트린: 베타-시클로덱스트린 : 감마-시콜로덱스트린의 생성비율은 0.2: 4.1: 1.0으로 나타났고 가용성 전분으로부터 시클로덱스트린으로의 전환율은 알파-시클로덱스트린은 1.3%, 베타-시클로덱스트린은 33.9%, 감마-시클로덱스트린은 9.7%였다. 시클로덱스트린의 전환률중 특히 고가의 감마-시클로덱스트린의 전환율은 기질을 가용성전분으로 할 때 고초균 No. 313(Bacillus subtilis No.313) (Kato, T., K. Horikoshi. Denpun Kagaku.33(2),137(1986))이 생산하는 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제에 의한 감마- 시클로덱스트린의 전환율은 2∼3%이었고, 바실러스 오우벤시스(Bacillus ohbensis)(Sin, K. A., A. Nakamura, K. Kobayashi, H. Masaki, T. Uozumi. Appl. Microbiol. Biotechnol. 35, 600(1991))이 생산하는 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제에 의한 감마-시클로덱스트린의 전환율은 5%로 감마-시클로덱스트린으로의 전환률을 비교했을 때 본 발명된 신규 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제에 의한 감마-시클로덱스트린 전환율이 높았다.The production ratio of alpha-cyclodextrin: beta-cyclodextrin: gamma-cyclodextrin produced by the present enzyme was found to be 0.2: 4.1: 1.0, and the conversion rate from soluble starch to cyclodextrin was 1.3. %, Beta-cyclodextrin was 33.9%, gamma-cyclodextrin was 9.7%. Among the conversion rates of cyclodextrin, especially the conversion rate of gamma-cyclodextrin, which is expensive, is high when the substrate is soluble starch. The conversion of gamma-cyclodextrin by cyclodextrin glycosyltransferase produced by Bacillus subtilis No.313 (Kato, T., K. Horikoshi. Denpun Kagaku. 33 (2), 137 (1986)) was 2 ˜3%, produced by Bacillus ohbensis (Sin, KA, A. Nakamura, K. Kobayashi, H. Masaki, T. Uozumi. Appl. Microbiol. Biotechnol. 35, 600 (1991)) The conversion of gamma-cyclodextrin by cyclodextrin glycosyltransferase was 5%, and the gamma-cyclodextrin conversion by the novel cyclodextrin glycosyltransferase of the present invention was high when the conversion to gamma-cyclodextrin was compared.

상술한 바와 같이 본 발명은 신균주 바실러스 브레비스 CD162(Bacillus brevis CD162)가 생산하는 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제를 이용하여 전분으로부터 용이하게 알파-시클로덱스트린과 베타-시클로덱스트린 및 고가의 감마-시클로덱스트린을 생산할 수 있어 산업적으로 유용하게 이용될 수 있는 것으로 판단된다.As described above, the present invention utilizes a cyclodextrin glycosyltransferase produced by the new strain Bacillus brevis CD162 to easily convert alpha-cyclodextrin, beta-cyclodextrin and expensive gamma-cyclodextrin from starch. As it can be produced, it can be usefully used industrially.

Claims (2)

바실러스 브레비스 (Bacillus brevis) CD162 (KCTC 8885P)Bacillus brevis CD162 (KCTC 8885P) 청구항 1에 의해서 생산되는 감마-시클로덱스트린의 전환율이 높은 신규 시클로덱스트린 글리코실트랜스퍼라제Novel cyclodextrin glycosyltransferase with high conversion of gamma-cyclodextrin produced by claim 1
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100800506B1 (en) * 2006-02-01 2008-02-04 경북대학교 산학협력단 Novel cyclodextrin glycosyltransferase specific for intermolecular transglycosylation of L-ascorbic acid-alpha-glycoside from Bacillus sp BL-12 and its application

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