KR20110112730A - Thermostable xylanase purified from fomitopsis pinicola sp.and method of production thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 소나무잔나비버섯으로부터 분리한 자일라나제에 관한 것으로, 고온에서도 뛰어난 열안정성을 가지며 산성환경에서도 우수한 활성을 갖는 자일라나제를 제공한다.The present invention relates to xylanase isolated from pine zanabi mushrooms, and provides xylanase having excellent thermal stability even at high temperatures and having excellent activity even in an acidic environment.

Description

소나무잔나비버섯으로부터 분리된 열안정성 자일라나제 및 이의 생산방법{Thermostable xylanase purified from Fomitopsis pinicola sp.and method of production thereof}Thermostable xylanase isolated from pine beetle mushrooms and its production method {Thermostable xylanase purified from Fomitopsis pinicola sp.and method of production}

본 발명은 소나무잔나비버섯(Fomitopsis pinicola)으로부터 분리한 우수한 열안정성을 갖는 자일라나제 및 이를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention is a pine grass butterfly ( Fomitopsis) It relates to xylanase having excellent thermal stability isolated from pinicola ) and a method of producing the same.

자일란은 분화된 활엽수에서의 주요 헤미셀룰로스이다. 침염수가 15-25%의 헤미셀룰로스만을 포함하는데 반해 활엽수는 25-32%의 헤미셀룰로스로 구성되어 있어 바이오매스의 엄청난 보유고로 관심을 받고 있다. 자일란은 자연계에 존재하는 고정탄소의 중요한 보고로 여겨지고 있어, 이를 효과적이고 경제적으로 분해하기 위해 자일란 분해 효소인 자일라나제를 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있다. Xylan is the major hemicellulose in differentiated hardwoods. While saline contains only 15-25% of hemicellulose, hardwoods are made up of 25-32% of hemicellulose, which has attracted attention as a huge reserve of biomass. Xylan is considered to be an important report of fixed carbon in nature, and researches using xylanase, xylanase, are being actively conducted to effectively and economically decompose it.

현재 특성화되어있는 자일라나제 대부분은 대부분의 진균성 자일라나제에서는 약산성 pH 수치(pH 5.0-6.0)에서 최적의 활성을 보이는 반면 박테리아성 자일라나제의 pH 수치 최적조건은 일반적으로 약간 더 높다. 특성화된 자일라나제 대부분은 40℃ 내지 70℃의 온도에서 최적 활성을 보인다.Most of the currently characterized xylanases exhibit optimal activity at weakly acidic pH levels (pH 5.0-6.0) for most fungal xylanases, while the optimum pH level for bacterial xylanases is generally slightly higher. Most of the characterized xylanases exhibit optimal activity at temperatures between 40 ° C. and 70 ° C.

자일란은 4-O-메틸-글루코로노실, 4-O-아라비노실 및 아세트산 측쇄기를 포함하는 자일로피라노실 잔기의 β-1,4-결합 주쇄를 갖는 복합성 및 높은 가변성의 다당류이다. 엔도-1,4-β-D-자일라나제(EC 3.2.1.8)는 자일란 주쇄의 무작위 절단에 의한 것이므로 상업적으로 주목할만한 효소이다. 여러 엔도-1,4-β-D-자일라나제의 아미노산 서열 비교는 자일라나제가 주로 GH의 두 패밀리인 GH10 및 GH11로 분류됨을 나타낸다. 그러나, 다른 GH 패밀리인, 5, 7, 8 및 43 또한 증명된 엔도-1,4-β-D-자일라나제 활성을 갖는 별개의 촉매 도메인을 포함함이 발견되었다. 패밀리 GH11의 자일라나제는 낮은 pI 수치를 갖는 고분자량의 패밀리 GH10에 비해 pI 8-9.5를 갖는 저분자량을 나타낸다. Xylans are complex and highly variable polysaccharides with β-1,4-binding backbones of xylopyranosyl residues comprising 4-O-methyl-glucoronosyl, 4-O-arabinosyl and acetic acid side chains. Endo-1,4-β-D-xylanase (EC 3.2.1.8) is a commercially noteworthy enzyme because it is by random cleavage of the xylan backbone. A comparison of the amino acid sequences of various endo-1,4-β-D-xylanases indicates that xylanases are primarily classified into two families of GHs: GH10 and GH11. However, other GH families, 5, 7, 8 and 43, were also found to contain distinct catalytic domains with proven endo-1,4-β-D-xylanase activity. Xylanases of family GH11 exhibit low molecular weights with pi 8-9.5 compared to high molecular weight family GH10 with low pi levels.

현재 공지된 자일라나제 진균은 대부분 자낭균류(ascomycetes)이며, 아르페르길루스(Aspergillus)(de Vries and Visser 2001) 및 트리코데르마(Trichoderma)(Wong and saddler 1992)에 의해 생성된 효소가 승인된 것이 특히 주목받고 있다. 펙티나아제와 함께 자일라나제 및 셀룰라제는 세계 효소 시장의 약 20%를 차지하고 있으며, 기존의 자일라나제가 아닌 신규의 미생물 및 효소 시스템을 탐색하여 높은 온도 및 pH 조건 하에서도 활성도를 유지하는 자일라나제를 개발하기 위한 노력이 계속되고 있다.Currently known xylanase fungi are mostly ascomycetes, approved by enzymes produced by Aspergillus (de Vries and Visser 2001) and Trichoderma (Wong and saddler 1992). Is especially noteworthy. Xylanases and cellulase, together with pectinase, account for about 20% of the world's enzyme market, and explore new microbial and enzymatic systems that are not traditional xylanase and maintain their activity under high temperature and pH conditions. Efforts to develop Lanaze continue.

현재 알려진 국내의 자일라나제 관련 특허로는 자일라나제를 생산하는 신규한 스트렙토마이세스 속 WL-2 균주에 대한 특허(대한민국 등록특허 10-0411771), 신규한 셀룰로시미크로비움 sp.HY―12 균주 및이로부터 생산되는 자일라나제에 대한 특허(대한민국 등록특허 10-080561) 및 신규한 패니바실러스 sp. HY-8 균주의 자일라나제(대한민국 공개특허 2007-0082329), 자일라나아제를 생산하는 신규한 페니바실러스 sp. HPL-001 균주, 및 신규한 자일라나아제 효소에 대한 특허(대한민국 공개특허 2010-0021175) 등이 있으나 실제로 국내에서 여러 분야에 사용되지 못하고 있는 실정이며, 또한 산성 환경이나 고온에서 활성을 유지하는 자일라나제의 개발에 대해서는 미비한 실정이다.Currently known domestic xylanase-related patents include a patent for a novel Streptomyces genus VL-2 strain that produces xylanase (Korean Patent No. 10-0411771), a novel cellulose microbiium sp. Patent for the 12 strains and xylanase produced therefrom (Korea Patent Registration No. 10-080561) and the novel Fanibacillus sp. Xylanase (HK-8 2007-0082329) of the HV-8 strain, a novel penivacillus sp. That produces xylanase. HPP-001 strains, and patents for novel xylanase enzymes (Korean Patent Publication No. 2010-0021175), but are not actually used in many fields in Korea, and also the jyl to maintain the activity in an acidic environment or high temperature The development of lanase is inadequate.

본 발명은 상기와 같은 점들을 감안하여 예의 연구를 진행한 결과 안출한 것으로, 특히 소나무잔나비버섯(Fomitopsis pinicola)으로부터 분리한 우수한 열안정성을 갖는 자일라나제 및 이의 생산 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made as a result of earnest research in view of the above points, in particular pine Jang Butterfly ( Fomitopsis It is an object of the present invention to provide a xylanase having excellent thermal stability separated from pinicola ) and a method for producing the same.

본 발명의 상기 목적은 소나무잔나비버섯으로부터 자일라나제를 분리하고 이의 특이 활성, pH, 환원당 수치를 측정하고, 분자량을 결정하고, pH 또는 온도에 따른 활성을 측정하고, 열 불활성화를 평가함으로써 달성하였다.The above object of the present invention is achieved by separating xylanase from pine beetle mushroom, measuring its specific activity, pH, reducing sugar level, determining molecular weight, measuring activity according to pH or temperature, and evaluating heat inactivation It was.

본 발명의 소나무잔나비버섯으로부터 분리된 자일라나제는 산성 환경 및 고온에서도 우수한 활성을 나타내는 뛰어난 효과가 있다.Xylanase isolated from the pine needles mushroom of the present invention has an excellent effect showing excellent activity even in acidic environment and high temperature.

도 1은 볏짚에서 소나무잔나비버섯 KMJ812에 의한 자일라나제 생성시 시간 경과에 따른 특이 활성, pH 및 잔여 환원당 수치를 나타낸 것이다.
도 2a 및 도 2b는 소나무잔나비버섯으로부터 정제된 자일라나제의 PAGE 및 분자량 결정을 나타낸 것이다. 도 2a는 소나무잔나비버섯으로부터 정제된 자일라나제의 PAGE로서, 라인 1은 분자량 마커이고 라인 2는 세포 추출물이며 라인 3은, DEAE 이온-교환 분획이고 라인 4는 MonoQ 이온 교환 분획의 SDS-PAGE이다. 도 2b는 세파크릴 S-300 고해상도 컬럼 상의 겔 여과 크로마토그래피에 의한 소나무잔나비버섯 자일라나제의 분자량 결정을 나타낸 것이다. 컬럼을 알도스(168 kDa), 오브알부민(43 kDa), 키모트립시노겐(25 kDa) 및 리보누클레아제 A(13.7 kDa)와 같은 표준 분자량 단백질로 조정했다.
도 3은 소나무잔나비버섯 자일라나제의 활성에서 pH 및 온도의 효과를 나타낸 것이다. 도 3의 (A)는 소나무잔나비버섯 KMJ812로부터 정제된 자일라나제의 활성에서 pH의 효과를 나타낸 것이다. 효소 활성을 요구되는 pH를 얻기위해 버퍼를 바꾸면서 표준 검정 방법으로 측정하였다. 버퍼로는 시트르산염(pH 3.0 내지 4.5), 아세트산나트륨(pH 4.5 내지 6.0) 및 인산염(pH 6.0 내지 8.0)을 사용했다. 도 3의 (B)는 소나무잔나비버섯 KMJ812로부터 정제된 자일라나제의 활성에서 온도의 효과를 나타낸 것이다. 효소 활성을 표준 검정 방법을 사용하여 다양한 온도에서 검정했다. 각 수치는 3회 측정치의 평균이며 평균으로부터 15% 이상 변하지 않는다.
도 4는 소나무잔나비버섯 자일라나제의 열 불활성화를 나타낸 것이다. 효소를 40℃, 50℃, 60℃, 65℃ 및 70℃에서 시간을 달리하여 배양했다. 시료는 각 시간 간격에서 회수되었으며 상대적 활성도를 측정했다.
Figure 1 shows the specific activity, pH and residual reducing sugar values over time when xylanase production by pine straw butterfly KMJ812 in rice straw.
Figures 2a and 2b shows the PAGE and molecular weight determination of xylanase purified from pine needles mushrooms. FIG. 2A is a PAGE of xylanase purified from pine berry butterfly, line 1 is molecular weight marker, line 2 is cell extract, line 3 is DEAE ion-exchange fraction and line 4 is SDS-PAGE of MonoQ ion exchange fraction . Figure 2b shows the determination of the molecular weight of pine needles xylanase by gel filtration chromatography on Sephacryl S-300 high resolution column. The column was adjusted with standard molecular weight proteins such as aldose (168 kDa), ovalbumin (43 kDa), chymotrypsinogen (25 kDa) and ribonuclease A (13.7 kDa).
Figure 3 shows the effect of pH and temperature on the activity of pine needles xylanase. Figure 3 (A) shows the effect of pH on the activity of xylanase purified from pine needles butterfly KMJ812. Enzyme activity was measured by standard assay methods with varying buffers to achieve the required pH. Citrate (pH 3.0 to 4.5), sodium acetate (pH 4.5 to 6.0) and phosphate (pH 6.0 to 8.0) were used as the buffer. Figure 3 (B) shows the effect of temperature on the activity of xylanase purified from pine needles butterfly KMJ812. Enzyme activity was assayed at various temperatures using standard assay methods. Each number is the average of three measurements and does not change more than 15% from the mean.
Figure 4 shows the heat inactivation of pine needles xylanase. Enzymes were incubated at different times at 40 ° C, 50 ° C, 60 ° C, 65 ° C and 70 ° C. Samples were recovered at each time interval and relative activity was measured.

여러 균주로부터의 자일라나제의 정제 및 특성이 보고되었지만, 본 발명은 담자균류인 소나무잔나비버섯으로부터의 자일라나제의 정제 및 특성화에 대해 처음으로 보고한 것이다. 소나무잔나비버섯으로부터 정제된 세포외 자일라나제는 58 kDa의 분자량을 갖는 단량체이다. 소나무잔나비버섯 자일라나제의 분자량은 다른 진균류로부터 특성화된 많은 세포외 자일라나제와 동일하다. 일반적으로, 자일라나제를 포함하는 GH는 상대적으로 광범위한 기질 특이성을 갖는 것으로 특성화되었으며 소나무잔나비버섯 자일라나제 또한 상대적으로 광범위한 기질 특이성을 나타낸다.Purification and characterization of xylanase from several strains has been reported, but the present invention is the first to report on the purification and characterization of xylanase from basidiomycetes, pine needles. Extracellular xylanase purified from pine needles mushrooms is a monomer having a molecular weight of 58 kDa. The molecular weight of pine needles xylanase is the same as many of the extracellular xylanases characterized from other fungi. In general, GH comprising xylanase has been characterized as having a relatively broad substrate specificity, and pineapple butterfly xylanase also exhibits relatively broad substrate specificity.

본 발명의 자일라나제는 1) 소나무잔나비버섯 배양액을 원심분리한 후 세척하는 단계; 2) 세척액과 상청액을 혼합하고 농축한 후 여과하여 조효소액을 수득하는 단계; 및 3) 상기 조효소액을 컬럼 크로마토그래피로 정제하는 단계를 통해 생산된다.
The xylanase of the present invention comprises the steps of: 1) centrifuging and washing pine mushroom butterfly culture; 2) mixing the washing solution and the supernatant, concentrating and filtration to obtain a crude enzyme solution; And 3) purifying the crude enzyme solution by column chromatography.

실시예Example 1.  One. 자일라나제Xylanase 생성 균주의 스크리닝 Screening of Producing Strains

모든 진균류 균주들은 KACC(Korean Agricultural Culture Collection)로부터 입수했다. 자일라나제를 생성하는 112개 진균류의 초기 스크리닝을 0.4% 레마졸 브릴리언트 블루(Remazol Brillinat Blue) 자일란을 포함하는 한천 평면배지에서 실시했다. 관찰된 클리어런스(clearance) 부분을 기초로, 15개 균주를 선택했다. 15개 균주 이외에, 효과적인 자일라나제-생성 소나무잔나비버섯(Fomitopsis pinicola) KMJ812(KACC로부터 입수)을 추가 연구를 위해 선택했다. 15개 균주를 8 g/l의 펩톤, 2 g/l의 이스트 추출물, 5 g/l의 KH2PO4, 5g/l의 K2HPO4, 3 g/l의 MgSO4ㆍ7H2O, 0.005 g/l의 티아민ㆍHCl 및 오트 스펠트 자일란(Sigma, MO, USA)을 포함하는 3 ml 성장 배지에 접종하고 28 ℃에서 7일간 200 rpm으로 교반하면서 배양했다. 배양액의 자일라나제 활성을 1% 오트스펠트 자일란을 기질로 사용하여 분석했다. 분석 후에, 가장 높은 자일라나제 활성을 갖는 균주를 선택했다.
All fungal strains were obtained from the Korean Agricultural Culture Collection (KACC). Initial screening of 112 fungi producing xylanase was performed in agar flat medium containing 0.4% Remazol Brillinat Blue xylan. Based on the observed clearance portion, 15 strains were selected. In addition to fifteen strains, an effective xylanase-producing pine needle butterfly ( Fomitopsis pinicola ) KMJ812 (obtained from KACC) was selected for further study. 15 strains were 8 g / l peptone, 2 g / l yeast extract, 5 g / l KH 2 PO 4 , 5 g / l K 2 HPO 4 , 3 g / l MgSO 4 .7H 2 O, It was inoculated in 3 ml growth medium containing 0.005 g / l thiamine-HCl and haute-spell xylan (Sigma, MO, USA) and incubated with stirring at 200 rpm for 7 days at 28 ° C. The xylanase activity of the culture was analyzed using 1% oatsfeldt xylan as substrate. After the analysis, the strain with the highest xylanase activity was selected.

실시예Example 2.  2. 소나무잔나비버섯의Pine needles 배양 culture

플라스크 배양에서, 소나무잔나비버섯 KMJ812의 균사를 100 ml의 포테이토 덱스트로스 배양액에 접종했다. 전배양체(5 ml)를 1L 발효조 내에서 200 ml 자일란 배지에 접종했다. 이 배양 배지는 8 g/l의 펩톤, 2 g/l의 이스트 추출물, 5 g/l의 KH2PO4, 5g/l의 K2HPO4, 3 g/l의 MgSO4ㆍ7H2O, 0.005 g/l의 티아민ㆍHCl 및 오트스펠트 자일란을 포함한다. 자일라나제 생성에서 탄소원 또는 질소원의 효과를 50 g/l의 탄소원 및 다양한 질소원으로 구성된 배지를 함유하는 플라스크에서 17일간 배양한 후 조사했다. 질소원의 농도는 Kjeldahl 방법을 사용하여 질소의 동일 함량으로 조절했다. 자일라나제 생산에 사용된 배지는 8 g/l의 펩톤, 2 g/l의 이스트 추출물, 5 g/l의 KH2PO4, 5g/l의 K2H PO4, 3 g/l의 MgSO4ㆍ7H2O, 0.005 g/l의 티아민ㆍHCl 및 20 g/l의 볏짚을 포함한다.
In the flask culture, the mycelium of pine needles butterfly KMJ812 was inoculated into 100 ml of potato dextrose culture. Precultures (5 ml) were inoculated into 200 ml xylan medium in a 1 L fermenter. This culture medium contains 8 g / l peptone, 2 g / l yeast extract, 5 g / l KH 2 PO 4 , 5 g / l K 2 HPO 4 , 3 g / l MgSO 4 .7H 2 O, 0.005 g / l thiamine.HCl and oatsfeld xylan. The effect of carbon or nitrogen sources on xylanase production was investigated after 17 days of incubation in a flask containing 50 g / l of carbon and a medium consisting of various nitrogen sources. The concentration of nitrogen source was adjusted to the same content of nitrogen using the Kjeldahl method. The medium used for xylanase production was 8 g / l peptone, 2 g / l yeast extract, 5 g / l KH 2 PO 4 , 5 g / l K 2 H PO 4 , 3 g / l MgSO 4 .7H 2 O, 0.005 g / l thiamine.HCl and 20 g / l rice straw.

실시예Example 3.  3. 자일라나제Xylanase 생성을 위한  For produce 탄소원Carbon source 및 질소원의 최적화 Of nitrogen and nitrogen sources

자일라나제 생성을 위한 적합한 탄소원을 선택하기 위해, 소나무잔나비버섯 KMJ812을 효모 추출물(10 g/L) 및 다양한 탄소원(셀룰로스, 볏짚, 밀기울, 자일란, 아비셀, CMC, 셀로바이오스, 글루코스, 말토스, 락토스, 수크로스 또는 나무 섬유)를 포함하는 배지에 배양했다. 실험된 탄소원 중에서, 볏짚이 자일라나제 생성에 가장 적합한 탄소원임을 발견하였으며, 이는 플라스크 배양액 내에서 5.1 U mg-단백질-1의 자일라나제-특이 활성을 이끌어낸다(표 1 참조).To choose a suitable carbon source for xylanase production, pine grass butterfly KMJ812 was incubated in a medium containing yeast extract (10 g / L) and various carbon sources (cellulose, rice straw, bran, xylan, avice, CMC, cellobiose, glucose, maltose, lactose, sucrose or wood fiber). Among the carbon sources tested, rice straw was found to be the most suitable carbon source for xylanase production, leading to xylanase-specific activity of 5.1 U mg-protein- 1 in flask culture (see Table 1).

세포외 효소의 형성을 좌우하는 메가니즘이 단백질 합성을 위한 전구체의 유효성에 의해 영향을 받으므로, 자일라나제 합성에서 무기 및 유기 질소원의 효과 또한 실험했다(표 1 참조). 볏짚(20 g/l)을 탄소원으로 사용했다. 다양한 질소원(펩톤, 옥수수 침출 분말, 효모 추출물, 요오드, 황산암모늄, 질산칼륨 및 질산나트륨) 중에서, 효모 추출물(5 g/l) 및 펩톤(5 g/l)의 조합에서 자일라나제 생성이 최대였고(5.4 U mg-단백질-1) 그 다음이 효모 추출물이었으며, 그외 다른 질소원은 pH 조절이 없는 조건 하에서 적합하지 못했다. 볏짚, 효모 추출물 및 펩톤에서 성장한 소나무잔나비버섯에 의한 자일라나제 생성의 시간 경로를 실험했다(도 1 참조). 자일라나제 활성은 17일까지 증가한 후 차츰 감소했다.Since the mechanisms governing the formation of extracellular enzymes are affected by the effectiveness of the precursors for protein synthesis, the effects of inorganic and organic nitrogen sources on xylanase synthesis have also been tested (see Table 1). Rice straw (20 g / l) was used as the carbon source. Among various nitrogen sources (peptone, corn leach powder, yeast extract, iodine, ammonium sulfate, potassium nitrate and sodium nitrate), xylanase production is maximized in combination of yeast extract (5 g / l) and peptone (5 g / l) (5.4 U mg-protein- 1 ) followed by the yeast extract, and other nitrogen sources were not suitable under conditions without pH control. The time course of xylanase production by pine straw butterfly grown on rice straw, yeast extract and peptone was examined (see FIG. 1). Xylanase activity increased up to 17 days and then gradually decreased.

Figure pat00001
Figure pat00001

실시예Example 4.  4. 자일라나제Xylanase 효소 검정 Enzyme assay

본 발명의 자일라나제 활성을 1 % (w/v) 오트스펠트 자일란을 기질로 사용하여 검정했다. 자일란을 100 mM 아세트산나트륨 버퍼(pH 5.0)에 용해시켰다. 10 ㎍의 효소 및 2.5 mg의 기질을 포함하는 반응 혼합물을 50 ℃에서 30분간 배양했다. 자유 환원당의 양을 3, 5-디니트로살리실산(dinitrosalicylic acid; DNS) 방법(Miller GL (1959) Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar. Anal Chem 31: 426-428)에 따라 측정했다. 자일로스를 표준으로 사용했다. 자일라나제 활성의 한 유닛을 상기 조건 하에서 1분간 방출된 환원당(자일로스 등가물)의 μmol로 나타냈다. 셀룰로스 활성을 자일란 대신 낮은 점성의 카르복시메틸셀룰로스(1 %)를 사용하여 상기와 같이 검정했다.
The xylanase activity of the present invention was assayed using 1% (w / v) oatsfeld xylan as substrate. Xylan was dissolved in 100 mM sodium acetate buffer (pH 5.0). The reaction mixture containing 10 μg of enzyme and 2.5 mg of substrate was incubated at 50 ° C. for 30 minutes. The amount of free reducing sugar was determined according to the 3, 5-dinirosalicylic acid (DNS) method (Miller GL (1959) Use of dinitrosalicylic acid reagent for determination of reducing sugar.Anal Chem 31: 426-428). Xylose was used as a standard. One unit of xylanase activity is expressed in μmol of reducing sugar (xylose equivalent) released for 1 minute under the above conditions. Cellulose activity was assayed as above using low viscosity carboxymethylcellulose (1%) instead of xylan.

실시예Example 5.  5. 자일라나제의Xylanase 정제 refine

모든 과정을 4℃에서 실시했으며 다르게 언급되지 않는 한 1 mM 디티오트레이톨(dithiothreitol; DTT)을 포함하는 50 mM 인산칼륨 버퍼(pH 7.0)를 정제 과정에 사용했다. 단백질을 우혈청 알부민을 표준으로 사용하여 Bradford 방법(Bradford MM (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem 72: 248-254)으로 측정했다. 컬럼 유출물 내의 단백질을 280 nm에서 흡광도를 측정하여 찾아냈다. 모든 크로마토그래피 분리는 AKTA FPLC 시스템(AKTA, Sweden)을 사용하여 실시했다.All procedures were carried out at 4 ° C. and 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 1 mM dithiothreitol (DTT) was used for purification unless otherwise noted. Proteins measured by Bradford MM (1976) A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding.Anal Biochem 72: 248-254 did. Proteins in the column effluent were found by measuring absorbance at 280 nm. All chromatographic separations were performed using an AKTA FPLC system (AKTA, Sweden).

1단계: 조효소의 제조. 30분간 10,000 x g으로 원심분리하여 배양액으로부터 세포를 회수했다. 20 mM 아세트산나트륨 버퍼(pH 5.0)로 세척한 후, 세척액과 상청액을 혼합하고 농축한 후 교반 셀(Amicon, Beverly, MA, USA)에서 폴리에스테르 술폰 맴브레인(30kDa 컷오프)를 통한 한외여과로 탈염시켰다. Step 1: Preparation of Coenzyme. Cells were recovered from the culture by centrifugation at 10,000 xg for 30 minutes. After washing with 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0), the washing solution and the supernatant were mixed, concentrated and desalted by ultrafiltration through a polyester sulfone membrane (30 kDa cutoff) in a stirred cell (Amicon, Beverly, MA, USA). .

2단계: DEAE 세파로스 크로마토그래피. 투석된 효소 용액을 pH 5.0의 20 mM 아세트산나트륨 버퍼로 평형화시킨 DEAE SepharoseTM 패스트 플로우(Fast Flow) 컬럼 (1.6 x 10 cm, Amersham Biosciences)에 충진시킨 후 1.0 ml/분의 유속에서 동일한 버퍼 내의 0-0.5 M NaCl의 180-분 선형 구배로 단백질을 용출시켰다. 각각 1 mL의 구획을 모아 자일라나제 활성에 대해 검정했다. 활성 구획을 모아 동일한 버퍼에 대해 투석한 후 추가 정제를 위해 한외여과로 농축시켰다. Step 2: DEAE Sepharose Chromatography. The dialyzed enzyme solution was charged to a DEAE Sepharose Fast Flow column (1.6 × 10 cm, Amersham Biosciences) equilibrated with 20 mM sodium acetate buffer at pH 5.0 and then zero in the same buffer at a flow rate of 1.0 ml / min. The protein was eluted with a 180-minute linear gradient of -0.5 M NaCl. 1 mL of each compartment was pooled and assayed for xylanase activity. The active compartments were combined and dialyzed against the same buffer and then concentrated by ultrafiltration for further purification.

3 단계: 세파크릴(Sephacryl)겔 여과 크로마토그래피. 농축된 효소 용액을 pH 5.0의 100 mM NaCl을 포함하는 20 mM 아세트산나트륨 버퍼로 평형화시킨 HiPrep 16/60 세파크릴 S-300 HR 컬럼(1.0 cm x 120 cm, Amersham Biosciences)에 충진시키고 0.5 ml/분의 유속으로 동일한 버퍼로 단백질을 용출시켰다. 활성 분획을 모아 동일한 버퍼에 대해 투석시키고 한외여과하여 농축시켰다. Step 3: Sephacryl gel filtration chromatography . The concentrated enzyme solution was charged to a HiPrep 16/60 Sephacryl S-300 HR column (1.0 cm x 120 cm, Amersham Biosciences) equilibrated with 20 mM sodium acetate buffer containing 100 mM NaCl at pH 5.0 and 0.5 ml / min. The protein was eluted with the same buffer at the flow rate of. The active fractions were combined, dialyzed against the same buffer and concentrated by ultrafiltration.

4 단계: MonoQ 이온 교환 크로마토그래피. 미리 20 mM 아세트산나트륨(pH 5.0)으로 평형화시킨 MonoQ 이온 교환 크로마토그래피 컬럼 5/50 GL (1.0 x 10 cm, Amersham Biosciences)로 효소를 추가 정제하였다. 효소를 0.5 ml/분의 유속으로 동일한 버퍼 내의 0-0.5 M NaCl 의 180-분 선형 구배로 단백질을 용출시켰다. 결합된 활성 분획을 모아 농축하고 동일한 버퍼에 대해 투석하고 30 kDa 분자량 컷오프의 센트리온(Centricon) (Millipore, Bedford, MA, USA) 한외여과 장치로 농축시킨 후 다음 실험에서 정제된 효소로서 사용했다. Step 4: MonoQ Ion Exchange Chromatography . The enzyme was further purified by MonoQ ion exchange chromatography column 5/50 GL (1.0 × 10 cm, Amersham Biosciences) previously equilibrated with 20 mM sodium acetate (pH 5.0). The enzyme was eluted with a 180-minute linear gradient of 0-0.5 M NaCl in the same buffer at a flow rate of 0.5 ml / min. Bound active fractions were combined and concentrated, dialyzed against the same buffer and concentrated with a Centrion (Millipore, Bedford, Mass., USA) ultrafiltration apparatus of 30 kDa molecular weight cut off and used as purified enzyme in the next experiment.

상기와 같이 정제한 후 그 결과를 표 2에 나타냈다.After the purification as described above, the results are shown in Table 2.

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한외여과에 의한 분획화는 자일라나제 활성의 13% 회수율로, 특이 활성이 약 2배 증가했다. 활성 분획을 DEAE 세파로스 컬럼에 적용시키고 자일라나제를 대략 0.1 M NaCl로 용출시켰다. 그 후의 겔 여과 단계로 단백질을 함유하는 3개의 피크를 생성했다; 두 번째 피크가 자일라나제 활성을 나타냈다. 0.5 M NaCl을 수반하는 MonoQ 이온 교환 크로마토그래피 컬럼의 FPLC 용출로 활성 자일라나제 단백질 피크를 생성했다. 이러한 크로마토그래피 방법으로 0.1%의 회수율을 갖는 14배 정제된 자일라나제를 산출했다. SDS의 존재 하에 겔 전기영동에 의한 정제 효소의 분석(도 2a-4 레인)은 57,000의 M r 을 갖는 하나의 밴드를 나타낸다. 세파크릴 S-300 고해상도 컬럼(high resolution column) 상의 크기 배제 크로마토그래피로 대략 58,000의 M r 에 상응하는 대칭 피크로서 효소 활성의 용출을 실시했다(도 2b). 이러한 결과들은 효소가 온화한 조건 하에서 겔 여과시 단량체로서 이동하므로 또한 용액 내에서 단량체로 존재하고 활성화될 수 있음을 나타낸다.
Fractionation by ultrafiltration resulted in a 13% recovery of xylanase activity, with an approximately 2-fold increase in specific activity. The active fractions were applied to a DEAE Sepharose column and xylase was eluted with approximately 0.1 M NaCl. The subsequent gel filtration step produced three peaks containing protein; The second peak showed xylanase activity. FPLC elution of a MonoQ ion exchange chromatography column with 0.5 M NaCl produced an active xylanase protein peak. This chromatography method yielded 14-fold purified xylanase with a recovery of 0.1%. Analysis of the purified enzyme by gel electrophoresis in the presence of SDS (lanes 2A-4) shows one band with M r of 57,000. Size exclusion chromatography on Sephacryl S-300 high resolution column eluted the enzyme activity as a symmetric peak corresponding to M r of approximately 58,000 (FIG. 2B). These results indicate that the enzyme migrates as a monomer upon gel filtration under mild conditions and can therefore also be present and activated as a monomer in solution.

실시예Example 6. 최적  6. Optimal pHpH 및 온도 결정 And temperature determination

본 발명의 자일라나제의 최적pH를 50 ℃에서 상이한 버퍼(시트르산염(100 mM, pH 3-4.5), 아세트산나트륨(100 mM, pH 4.5-5.5), 인산염(100 mM, pH 5.5-8)) 내에 15분간 정제된 효소를 배양하여 결정했다. 최적 온도를 결정하기 위해, 효소를 25 내지 100 ℃의 상이한 온도에서 15분간 아세트산나트륨 버퍼(100 mM, pH 5)에서 배양했다. 자일라나제의 열안정성을 결정하기 위해, 정제된 효소를 기질 없이 상이한 온도(40℃ - 80℃)에서 배양시켰다. 일정 시간 동안(0-25d) 동안 유지시킨 후, 잔여 자일라나제 활성을 상기와 같이 결정했다.Optimum pH of the xylanase of the present invention was changed to different buffers (citrate (100 mM, pH 3-4.5), sodium acetate (100 mM, pH 4.5-5.5), phosphate (100 mM, pH 5.5-8) at 50 ° C. It was determined by incubating the purified enzyme within 15 minutes). To determine the optimum temperature, the enzymes were incubated in sodium acetate buffer (100 μmM, pH 5) for 15 minutes at different temperatures of 25-100 ° C. To determine the thermal stability of xylanase, purified enzymes were incubated at different temperatures (40 ° C.-80 ° C.) without substrate. After holding for a period of time (0-25d), residual xylanase activity was determined as above.

자일라나제의 최적 pH는 4.5로, pH 4.0 및 5.0에서 각각 98% 및 98%의 최대 활성을 나타낸다(도 3의 A). 등전점(pI)은 4.7로 결정되었으며, 이는 세포외 자일라나제에서 일반적인 것이다. 가수분해 작용을 위한 최적 온도는 70 ℃이며 50 및 80 ℃에서 각각 94% 및 96%의 최대 활성을 나타낸다(도 3의 B). 90 ℃에서는 대략 50%의 상대적 활성을 유지한다.
The optimal pH of xylanase is 4.5, showing a maximum activity of 98% and 98% at pH 4.0 and 5.0, respectively (FIG. 3A). The isoelectric point (pI) was determined to be 4.7, which is common for extracellular xylanase. The optimum temperature for the hydrolysis action is 70 ° C. with a maximum activity of 94% and 96% at 50 and 80 ° C., respectively (FIG. 3B). At 90 ° C., approximately 50% of the relative activity is maintained.

실시예Example 7. 7. 소나무잔나비버섯Pine Butterfly Mushroom 자일라나제의Xylanase 열안정성Thermal stability

정제된 자일라나제의 열안정성을 40℃ 내지 80℃의 다양한 온도에서 실험했다. 정제된 소나무잔나비버섯 자일라나제는 40℃에서 25일간 배양했을 때 매우 안정하고 100%까지의 활성을 유지한다. 60℃에서 60시간 배양한 후 약 90%의 활성을 유지했다. 80℃ 이상의 온도에서, 자일라나제 활성은 배양 시간에 따라 급격하게 감소한다. 효소는 50℃, 60℃ 및 70℃에서 각각 410 시간, 96 시간 및 33 시간의 t1 /2 수치를 나타낸다(도 4).
The thermal stability of the purified xylanase was tested at various temperatures from 40 ° C. to 80 ° C. Purified pine beetle xylanase is very stable and maintained up to 100% when incubated at 40 ° C. for 25 days. After incubation at 60 ° C. for 60 hours, activity of about 90% was maintained. At temperatures above 80 ° C., xylanase activity decreases rapidly with incubation time. Enzymes are each an 410 times, 96 times and 33 times of t 1/2 levels in 50 ℃, 60 ℃ and 70 ℃ (Fig. 4).

실시예Example 8.  8. 자일라나제의Xylanase PAGEPAGE 및 분자 질량 결정 And molecular mass determination

서브유닛 분자량의 결정에서, Laemmli(Laemmli UK (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature 227(5259): 680-5)의 문헌에 기재된 바와 같이 10% 겔에서 SDS-PAGE(sodium dodecylsulfate-polyacrylamide gel electrophoresis)를 실행했다. 단백질 밴드를 쿠마시 브리릴언트 블루 R-250 (Sigma)로 발색시켰다. 정제된 효소의 분자 질량을 AKTA FPLC 시스템(GE health care)에 수반된 SuperoseTM 12 (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden) 컬럼을 사용하여 크기 배제 크로마토그래피하여 결정했다. 효소를 0.5 ml/분의 유속으로 20 mM 아세트산나트륨(pH 5.0)으로 용출시켰다.
In the determination of the subunit molecular weight, SDS- in a 10% gel as described in Laemmli (Laemmli UK (1970) Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4.Nature 227 (5259): 680-5). Sodium dodecylsulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (PAGE) was performed. Protein bands were developed with Coomassie Brilliant Blue R-250 (Sigma). The molecular mass of the purified enzyme was determined by size exclusion chromatography using a Superose 12 (Amersham Pharmacia Biotech, Uppsala, Sweden) column accompanying the AKTA FPLC system (GE health care). The enzyme was eluted with 20 mM sodium acetate (pH 5.0) at a flow rate of 0.5 ml / min.

실시예Example 9. 9. 자일라나제의Xylanase 기질 특이성Substrate specificity

정제된 효소의 기질 특이성을 하기 기질을 동일 농도(1%; w/v)로 포함하는 표준 검정 시스템에서 실험했다: 오트스펠트 자일란, 버치우드(birchwood) 자일란, 비치우드(beechwood) 자일란, 아비셀(avicel), 카르복실메틸 셀룰로스, pNP-β-D-자일로피라노사이드, p-니트로페닐-β-d-셀로비오사이드, pNP-β-갈락토피라노사이드, pNP-β-D-락토피라노사이드, p-니트로페닐-α-L-아라비노푸라노사이드.Substrate specificity of the purified enzyme was tested in a standard assay system containing the following substrates at the same concentration (1%; w / v): Oatsfeld xylan, Birchwood xylan, Beechwood xylan, Avicel (avicel), carboxymethyl cellulose, p-NP β-d- xylene in pyrano side, p - nitrophenyl -β-d- cell lobby O side, p-NP β- galactosidase-pyrano side, p NP- β-D-lactopyranoside, p -nitrophenyl-α-L-arabinofuranoside.

다양한 기질을 수반한 소나무잔나비버섯 자일라나제의 활성을 표 3에 나타냈다. 버치우드 자일란에서 가장 높은 활성(105%)이 관찰되었으며 그 다음으로는 오트스펠트 자일란에서의 활성(100%)이 높았다. 효소는 아비셀(11 %) 및 CMC (7.2 %)와 같은 셀룰로스 기질에 대해 낮은 활성을 나타냈다.Table 3 shows the activity of pine needles xylanase with various substrates. The highest activity (105%) was observed in Birchwood xylan, followed by the highest activity (100%) in hautesfeld xylan. The enzyme showed low activity against cellulose substrates such as Avicel (11%) and CMC (7.2%).

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실시예Example 10.  10. 자일라나제의Xylanase 동역학적 파라미터 및 저해 상수의 결정 Determination of Kinetic Parameters and Inhibition Constants

본 발명의 자일라나제의 미카엘리스 상수(Michaelis constant) (Km) 및 최대 속도(maximum velocity) (Vmax)의 수치를 0.5 내지 5 mg/ml 범위 농도의 오트스펠트 자일란과 함께 50 ℃에서 100 mM 아세트산나트륨 버퍼(pH 5) 내에 배양시켜 결정했다. 자일로스에 의한 자일라나제의 저해를 오트스펠트 자일란을 기질로서 사용하여 결정했다. Km 및 Vmax 및 Ki 의 수치를 표준 선형 회귀 기술을 사용하여 라인위버-버크 플롯(Lineweaver-Burk plots)으로부터 결정했다. 이에 따른 결과로서 Km은 3.4 mM이고, Vmax는80.2 mol min-1 mg-1이며 Ki은 13.4 mM의 수치를 나타낸다.
The values of the Michaelis constant (K m ) and maximum velocity (V max ) of the xylanase of the present invention were measured at 50 ° C. with hautesfeld xylan in concentrations ranging from 0.5 to 5 mg / ml. It was determined by incubation in 100 mM sodium acetate buffer (pH 5). Inhibition of xylanase by xylose was determined using oatsfeld xylan as substrate. The values of K m and V max and K i were determined from Lineweaver-Burk plots using standard linear regression techniques. As a result, K m was 3.4 mM, V max was 80.2 mol min −1 mg −1, and K i was found to be 13.4 mM.

실시예Example 11. 금속 및 시약의 효과 11.Effects of Metals and Reagents

본 발명의 자일라나제 활성에서 1 mM의 다양한 금속 이온 및 시약의 효과를 30℃에서 20 mM 아세트산나트륨 버퍼(pH 5.0) 내에 개별 시약과 함께 효소를 30분간 미리 배양하여 결정했다. 그런 다음 활성을 금속 이온 또는 시약의 존재 하에 50℃에서 15분간 측정했다. 금속 이온 및 시약 없이 검정된 활성을 100%로 기록했다. 자일라나제 활성을 금속 이온, 금속 킬레이트제 (EDTA) 및 그외 다양한 화합물의 존재 및 부재시에 대해 검정한 결과를 표 4에 나타냈다.The effect of various metal ions and reagents of 1 μmM on the xylanase activity of the present invention was determined by 30 minutes pre-incubation of the enzyme with individual reagents in 20 mM sodium acetate buffer (pH 5.0). Activity was then measured at 50 ° C. for 15 minutes in the presence of metal ions or reagents. Assayed activity was reported as 100% without metal ions and reagents. The results of assaying xylanase activity for the presence and absence of metal ions, metal chelating agents (EDTA) and various other compounds are shown in Table 4.

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자일라나제 활성은 활성을 강하게 저해하는 BaCl2, NaCl. CuCl2, HgCl2 및 MnCl2에 의해 약간 활성화되며 CaCl2, CoCl2, FeCl2, MgCl2 및 ZnCl2 은 훨씬 더 제한된 저해 효과를 갖는다. 1 내지 10 mM 범위의 농도에서 EDTA에 의해 저해된다.Xylanase activity strongly inhibits the activity of BaCl 2 , NaCl. Slightly activated by CuCl 2 , HgCl 2 and MnCl 2 , CaCl 2 , CoCl 2 , FeCl 2 , MgCl 2 and ZnCl 2 have a much more limited inhibitory effect. Inhibited by EDTA at concentrations ranging from 1-10 mM.

소나무잔나비버섯으로부터의 자일라나제에서 설프히드릴 화합물의 효과 또한 실험했다(표 4). 10 mM 2-머캅토에탄올(mercaptoethanol) 및 시스테인을 반응 혼합물에 첨가하여 효소 활성이 각각 135.3 및 119.3% 증가했다. 이러한 결과는 설프히드릴 화합물이 감소된 스테이트에서 활성 효소를 유지시킴을 제시한다. 이는 다만 쉽게 감소되는 이황화 결합에 자일라나제가 쉽게 접근할 수 있음을 나타낸다.
The effect of sulfhydryl compounds on xylanase from pine needles mushrooms was also tested (Table 4). 10 mM 2-mercaptoethanol and cysteine were added to the reaction mixture to increase the enzyme activity by 135.3 and 119.3%, respectively. These results suggest that sulfhydryl compounds retain active enzymes in reduced states. This only indicates that xylanase can easily access disulfide bonds which are readily reduced.

실시예Example 12.  12. 자일라나제의Xylanase 내부 아미노산 서열 Internal amino acid sequence

본 발명의 정제된 단백질을 SDS-PAGE로 분해시킨 후 폴리비닐리덴 트리플루오라이드 맴브레인(Bio-Rad) 상에 일렉트로블롯팅시켰다(electroblotted). 펩티드 맴핑을 위해 100 ng 의 엔도프로테나제 Asp-N 또는 엔도프로테나제 Lys-C 또는 트립신(Promega, Madison, WI, USA)과 함께 37 ℃에서 4시간 동안 단백질 절단을 실시하여 50 ㎕의 100 mM (NH4)2CO3 (pH 8.5) 내의 20 ㎍의 정제된 효소를 분해했다. 결과적으로 생성된 펩티드 단편을 SDS-PAGE (15% 폴리아크릴아미드)로 분리하고, 분리된 펩티드를 일렉트로블롯팅하여 폴리비닐리덴 트리플루오라이드 맴브레인 상으로 옮겼다. 펩티드 밴드를 40% 메탄올 내의 0.1% 쿠마시 브릴리언트 블루 R-250 염색으로 발색시켰다. 부분 아미노산 서열을 농업과학공동기기센터(The National Instrumentation Center for Environmental Management; Seoul, Korea)에서 자동 단백질 서열기(model 491A; Applied Biosystems, Division of Perkin-Elmer)를 사용하여 에드만 분해로 결정했다. 부분 아미노산 서열을 논리던던트 단백질 데이터베이스(nonredundant protein database)의 BLAST 검색을 통해 유사 단백질을 확인하는데 사용했다.
Purified protein of the present invention was digested by SDS-PAGE and then electroblotted onto polyvinylidene trifluoride membrane (Bio-Rad). 50 μl of 100 μl of the protein was cleaved at 37 ° C. for 4 hours with 100 ng of endoproteinase Asp-N or endoproteinase Lys-C or trypsin (Promega, Madison, WI, USA) for peptide mapping. mM (NH 4 ) 2 CO 3 20 μg of purified enzyme in pH 8.5 was digested. The resulting peptide fragment was separated by SDS-PAGE (15% polyacrylamide) and the separated peptides were electroblotted and transferred onto polyvinylidene trifluoride membrane. Peptide bands were developed by 0.1% Coomassie Brilliant Blue R-250 staining in 40% methanol. Partial amino acid sequences were determined by Edman degradation using an automatic protein sequencer (model 491A; Applied Biosystems, Division of Perkin-Elmer) at The National Instrumentation Center for Environmental Management (Seoul, Korea). Partial amino acid sequences were used to identify similar proteins through BLAST searches of nonredundant protein databases.

실시예Example 13. 부분적 펩티드 단편의 동정 13. Identification of Partial Peptide Fragments

본 발명의 정제된 효소(1.5-mg)를 10% SDS-PAGE로 분리하고 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride; PVDF) 맴브레인으로 블로팅시켰다. 효소 단백질의 자동화 에드만 분해가 실패하였는데 이는 효소의 N-말단이 차단되었음을 의미한다. 자일라나제를 트립신, 엔도프로테나제 Asp-N 및 엔도프로테나제 Lys-C로 부분적으로 절단한 후, 12.5% SDS-PAGE로 분리하고 PVDF 맴브레인 상에 블롯팅했다. Lys-C 단편(LYS), Asp-N 단편(ASP) 및 트립신 단편(TRY)의 3개 단편을 자동화 단백질 서열결정기로 서열결정했다. LYS 단편은 YKEFFKIGAAVTVK 절편을 포함한다. TRY 및 ASP 단편은 각각 LSDVEEAIRIVR 및 NNESLICTNSDGTLD 절편을 포함한다.
Purified enzyme (1.5-mg) of the present invention was isolated by 10% SDS-PAGE and blotted with polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane. Automated Edman degradation of the enzyme protein failed, indicating that the N-terminus of the enzyme was blocked. Xylanase was partially cleaved with trypsin, endoproteinase Asp-N and endoproteinase Lys-C, then separated by 12.5% SDS-PAGE and blotted onto PVDF membranes. Three fragments of Lys-C fragment (LYS), Asp-N fragment (ASP) and trypsin fragment (TRY) were sequenced with automated protein sequencing. LYS fragments include the YKEFFKIGAAVTVK fragment. TRY and ASP Fragments include LSDVEEAIRIVR and NNESLICTNSDGTLD fragments, respectively.

실시예Example 14.다양한  14.Various 자일라나제의Xylanase 특성 비교 Property comparison

표 5는 많은 상이한 미생물로부터의 다양한 자일라나제의 특성을 비교한 것이다. 본 발명의 소나무잔나비버섯 자일라나제는 오트스펠트 자일란에 대해 74.4 U mg-단백질-1의 주목할만한 특이 활성을 갖는다. 이에 비해, 다른 진균류로부터 정제된 자일라나제의 특이 활성 수치는 7.4 내지 894 U mg-단백질-1 범위이다(표 5). 최적 온도에 따라, 효소는 중온성(40-60℃), 호열성(50-80℃) 및 초고온성(>80℃)으로 분류될 수 있다. 최근에, 호열성 미생물 및 심지어는 극한 미생물이 우수한 안정성을 갖는 효소를 생산하므로 이들로부터 효소를 분리하려는 많은 노력이 있어왔다. 탈라로마이세스 에멀소나이(Talaromyces emersonii), 터모마이세스 라누기노서스(Thermomyces lanuginosus) 및 터모아수스 아우라티아쿠스(Thermoascus aurantiacus)와 같은 호열성 균주로부터의 자일라나제는 60 내지 80℃의 최적 온도를 가지며 이 범위에서 매우 안정하다. 호열성 미생물로부터의 많은 엔도자일라나제(endoxylanases)는 중온성 미생물로부터의 엔토자일라나제와 같은 정도의 구조 상동성을 갖는다. 중온성 미생물인 소나무잔나비버섯으로부터의 자일라나제는 고온에서 상당한 안정성을 보인다. 본 발명의 소나무잔나비버섯 자일라나제 효소는 70oC에서 33시간의 반감기를 갖는 가장 높은 열안정성을 나타낸다(표 5).Table 5 compares the properties of various xylanases from many different microorganisms. Pine needle butterfly xylanase of the present invention has a remarkable specific activity of 74.4 U mg-protein- 1 against oatsfeld xylan. In comparison, specific activity levels of xylanase purified from other fungi range from 7.4 to 894 U mg-protein −1 (Table 5). Depending on the optimum temperature, enzymes can be classified into mesophilic (40-60 ° C.), thermophilic (50-80 ° C.) and ultra high temperature (> 80 ° C.). Recently, many efforts have been made to isolate enzymes from thermophilic and even extreme microbes as they produce enzymes with good stability. Talaromyces emersonii ), Thermomyces xylanase from thermophilic strains such as lanuginosus ) and Thermoascus aurantiacus have an optimum temperature of 60-80 ° C. and are very stable in this range. Many endoxylanases from thermophilic microorganisms have the same degree of structural homology as entozylanase from mesophilic microorganisms. Xylanases from the mesophilic microbial pine butterfly show considerable stability at high temperatures. The pine needles xylanase enzyme of the present invention exhibits the highest thermal stability with a half-life of 33 hours at 70 ° C. (Table 5).

Figure pat00005
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실시예Example 15.  15. 소나무잔나비버섯Pine Butterfly Mushroom 자일라나제의Xylanase 분류 Classification

패밀리 10 자일라나제는 (β/α)8 배럴 구조를 갖는 것으로 알려져 있으며 소위 GH의 4/7 슈퍼패밀리에 속한다. 패밀리 10 자일라나제의 천연 및 복합 형태의 촉매 도메인 구조는 수도모나스 플루오레센스(Pseudomonas fluorescens)(Pell G, Taylor EJ, Gloster TM, Turkenburg JP, Fontes CMGA, Ferreira LMA, Nagy T, Clark SJ, Davies GJ, Gilbert HJ ( 2004a) The mechanisms by which family 10 glycoside hydrolases bind decorated substrates. J Biol Chem. 279: 9597-9605), 스트렙토마이세스 올리바세오비리디스(Streptomyces olivaceoviridis)(Fujimoto Z, Kaneko S, Kuno A, Kobayashi H, Kusakabe I, Mizuno H (2004) Crystal structures of decorated xylooligosaccharides bound to a family 10 xylanase from Streptomyces olivaceoviridis E-86. J Biol Chem 279: 9606-9614) 및 게오바실루스 스테아로터모필루스(Geobacillus stearothermophilus)(ZZolotnitsky G, Cogan U, Adir N, Solomon V, Shoham G, Shoham Y (2004). Mapping glycoside hydrolase substrate subsites by isothermal titration calorimetry. Proc Natl Acad Sci USA 101: 11275-11280)를 포함하는 다수의 미생물로부터 입수할 수 있다. 소나무잔나비버섯 자일라나제의 내부 아미노산 서열은 GH 패밀리 10 자이라나제에 유사성을 보인다. 소나무잔나비버섯 자일라나제의 다른 단편 YKEFFKIGAAVTVK, SDVEEAI 및 ESLICTNSDGTLD은 각각 아나에로셀룸 터모필룸(Anaerocellum thermophilum),박테로이데스 프라길리스(Bacteroides fragilis) 및 스핑고박테리움 스피리티보룸(Sphingobacterium spiritivorum)과 유사하다. 효소학 및 생물정보학 실험으로부터의 증거들이 소나무잔나비버섯 자일라나제가 GH 패밀리 10의 맴버로 분류될 수 있음을 제시하고 있다.Family 10 xylanase is known to have a (β / α) 8 barrel structure and belongs to the so-called 4/7 superfamily of GH. The catalytic domain structure of the natural and complex forms of family 10 xylanase is Pseudomonas fluorescens ) (Pell G, Taylor EJ, GlosterTM, Turkenburg JP, Fontes CMGA, Ferreira LMA, Nagy T, Clark SJ, Davies GJ, Gilbert HJ (2004a) The mechanisms by which family 10 glycoside hydrolases bind decorated substrates.J Biol Chem 279: 9597-9605), Streptomyces olivaceoviridis ) (Fujimoto Z, Kaneko S, Kuno A, Kobayashi H, Kusakabe I, Mizuno H (2004) Crystal structures of decorated xylooligosaccharides bound to a family 10 xylanase from Streptomyces olivaceoviridis E-86.J Biol Chem 279: 9606-9614) And Geobacillus stearotermophilus ( Geobacillus) stearothermophilus ) (ZZolotnitsky G, Cogan U, Adir N, Solomon V, Shoham G, Shoham Y (2004). It can be obtained from microorganisms. The internal amino acid sequence of Pinus pinococcus xylanase shows similarity to GH family 10 xylanase. The other fragments of pine needles xylanase, YKEFFKIGAAVTVK, SDVEEAI and ESLICTNSDGTLD, respectively, were shown in Anaerocellum thermophilum ) , Bacteroides fragilis ) And Sphingobacterium spiritivorum . Evidence from enzymatic and bioinformatics experiments suggests that pine beetle xylanase can be classified as a member of GH family 10.

본 발명의 자일라나제는 뛰어난 열안정성 및 산성 환경에서의 우수한 활성을 갖는 특징이 있어 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.Xylanase of the present invention is characterized by excellent thermal stability and excellent activity in an acidic environment.

Claims (3)

소나무잔나비버섯 균사를 100 ml의 포테이토 덱스트로스 배양액에 접종하는 단계; 및
1L 발효조 내에서 전배양체 5 ml를 8 g/l의 펩톤, 2 g/l의 이스트 추출물, 5 g/l의 KH2PO4, 5g/l의 K2HPO4, 3 g/l의 MgSO4ㆍ7H2O, 0.005 g/l의 티아민ㆍHCl 및 오트스펠트 자일란으로 구성된 자일란 배지에 접종하는 단계
를 포함하는 소나무잔나비버섯 균사체의 생산방법.
Inoculating pine needles mycelium hyphae in 100 ml of potato dextrose broth; And
In a 1 L fermentor, 5 ml of preculture was added to 8 g / l peptone, 2 g / l yeast extract, 5 g / l KH 2 PO 4 , 5 g / l K 2 HPO 4 , 3 g / l MgSO 4 Inoculating xylan medium consisting of 7H 2 O, 0.005 g / l thiamine.HCl and oatsfeld xylan
Production method of pine myrtle mushroom mycelium comprising a.
1) 소나무잔나비버섯 배양액을 원심분리한 후 세척하는 단계;
2) 세척액과 상청액을 혼합하고 농축한 후 여과하여 조효소액을 수득하는 단계; 및
3) 상기 조효소액을 컬럼 크로마토그래피로 정제하는 단계
를 포함하는 자일라나제 생산 방법.
1) centrifugation and washing the pine grass butterfly culture medium;
2) mixing the washing solution and the supernatant, concentrating and filtration to obtain a crude enzyme solution; And
3) Purifying the crude enzyme solution by column chromatography
Xylanase production method comprising a.
50℃ 내지 80℃ 및 pH 4.0 내지 5.0에서 최대 활성을 나타내며 KEFFKIGAAVTVK 절편을 포함하는 Lys-C(LYS) 단편, NNESLICTNSDGTLD 절편을 포함하는 Asp-N(ASP) 및 LSDVEEAIRIVR 절편을 포함하는 트립신 단편을 포함하는, 소나무잔나비버섯으로부터 분리된 자일라나제.Lys-C (LYS) fragments containing KEFFKIGAAVTVK fragments and trypsin fragments containing Asp-N (ASP) and LSDVEEAIRIVR fragments, showing maximal activity at 50 ° C. to 80 ° C. and pH 4.0 to 5.0. , Xylanase isolated from pine twig butterfly.
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