본 연구는 소맥 위주 사료에 xylanase 효소제의 첨가가 육성돈의 사양성적, 영양소 소화율, 혈액성상, 분 중 휘발 성 지방산 및 암모니아성 질소 농도에 미치는 영향을 알 아보기 위하여 실시하였다. 총 192두(4처리, 8반복, 반복당 6두)의 육성돈(25.14±0.11 kg)을 공시하여 xylanase 첨가수 준(0, 0.0125, 0.025, 0.0375%)으로 6주간 사양시험을 실시 하였다. xylanase의 첨가수준이 증가함에 따라 전체 사양 구간에서의 일당증체량(ADG), 일일사료섭취량(ADFI) 및 사료요구율(FCR)이 유의적으로 개선되는 효과를 나타냈 다(p<005). 영양소 소화율에 있어서, xylanase 첨가수준이 증가함에 따라 phase Ⅰ에서는 건물 및 에너지, phase Ⅱ 에서는 조단백질 소화율이 유의적으로 개선되었으며, 또 한 육성돈의 혈중 GLU 농도는 사료 내 xylanase의 첨가 수준이 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 효과를 보였 다(p<0.05). 반면에, 휘발성 지방산 및 암모니아성 질소 농 도에서 xylanase의 유의적인 첨가효과는 나타나지 않았다 (p>0.05). 결론적으로, 소맥 위주의 사료 내 xylanase의 첨 가는 육성돈의 사양성적, 영양소 소화율 및 혈중 GLU 농 도를 증가시키는데 긍정적인 효과를 보였으며, 육성돈 사 료내 소맥을 주원료로 사용할 경우 xylanse의 적정 첨가 수준은 0.0375%으로 사료된다.

Bacillus agaradhaerens 균주의 xylanase 최적 생산조건을 검토하고 효소를 정제하여 그 특성을 확인하였다. 본 균주 의 xylanase 최적 생산조건은 1% CMC, 2% polypeptone, 0.1% K2HPO4, 0.02% MgSO4, 1% Na2CO3, 1% NaCl, pH 9.0이었으며, 종배양액을 1% (w/w)농도로 접종하여 40oC 에서 24시간 동안 160 rpm의 속도로 진탕배양하였을 때 xylanase를 최대로 생산하였다.

A xylan-decomposing Gram-positive bacterium, Cellulosimicrobium cellulans DY-8, was isolated from the gut of a wood-feeding longicorn beetle, Moechotypa diphysis. To amplify a partial fragment of the GH 10 β-1,4- xylanase (XylC) gene of strain DY-8, two degenerated oligonucleotide primers were designed based on strictly conserved regions (WDVVNE and ITELLDV) in the GH family 10 xylanolytic enzymes. The full gene (1488-bp) of XylC, which was predicted to encode a protein consisting of 495 amino acids with a molecular mass of 52.0 kDa and a calculated pI of 6.49, was cloned by repeated DNA walking and nested PCR protocols. The results of a protein blast survey showed that XylC was a β -1,4-xylanase comprised of an N-terminal catalytic GH10 domain (from Ser48 to Leu338) and a C-terminal RICIN domain (from Tyr359 to Leu492). This overall structure of XylC was 57% identical to that of Actinoplanes sp. SE50/110 β -1,4-xylanase (Accession number: YP_006265966), which has not yet been biochemically characterized.

A xylanolytic microorganism, strain DY-7, was isolated from the gut of the mole cricket, Gryllotalpa orientalis. The result of phylogenetic analysis based on its 16S rDNA sequence revealed that the isolate was a Gram-positive bacterium belonging to the genus Streptomyces. The cloned gene (1350-bp) encoding a GH family 10 β -1,4-xylanase (XylA) from Streptomyces sp. strain DY-7 was overexpressed in Escherichia coli BL21 and its gene products were characterized. The hydrolysis activities of rXylA and rXylAΔCBD II against xylosidic materials were maximum at pH 5.5 and 65oC. However, deletion of CBD II in the C-terminus region of XylA significantly increased the thermal stability of the enzyme at high temperatures above 50oC. The xylanolytic activity of rXylA was slightly enhanced in the presence of 1 mM Mn2+ and 5 mM sodium azide but it was completely inactivated by 1 mM Hg2+ and 5 mM N-bromosuccinimide. rXylA was capable of efficiently decomposing various xylosidic compounds, PNP-cellobioside, and PNP-xylopyranoside, whereas other hexose-based compounds were insensitive to the enzyme. The specific activities of rXylA toward oat spelts xylan and PNP-cellobioside were 649.8 U/mg and 328.1 U/mg, respectively. Enzymatic degradation of birchwood xylan and xylooligosaccharides (xylotriose to xylohexaose) resulted in the production of xylobiose (>75%) as the main hydrolysis product together with a small amount (4%<) of xylose as the final hydrolysis product.

본 연구는 도축장에서 폐기되는 도축 반추위 내용물을 사일리지 혹은 TMR (total mixed ration) 사료 첨가용 효소제로 개발하기 위한 목적으로 수행되었다. 도축 반추위 내용물에는 상당한 수분이 함유되어 있어, 적절한 건조과정을 거치지 않고서는 그 활용이 원활하지 않다. 그러나 효소는 열에 민감한 단백질로 구성되어 있기 때문에 적절한건조 조건의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 통계적 방법을 이용하여 가열온도 (60, 75, 90°C), 가열시간 (12, 30, 48시간) 및 부형제의 비율 (12, 22.5, 33%)이 도축 반추위 내용물에 함유된 다양한 효소활성에 미치는 효과를 분석하였다. 총 3가지 효소, xylan 분해효소, 셀룰로오스 분해효소및 전분 분해효소를 검토하였고, 각 효소활성들에 대한 각요인들의 효과가 매우 다양하게 나타났다 (p<0.05). 셀룰로오스 분해효소와 전분 분해효소의 활성은 가열온도가 증가함에 따라 감소하였으며 (p<0.05), xylan 분해해소는 열에대한 안전성이 다른 효소들에 비하여 우수하였다. 자일란,셀룰로오스, 전분 분해효소를 증가시키는 적정 부형제의비율은 22.5, 12 그리고 33%로 나타났다. 비록 3가지 효소들의 제형화에 있어 공통적으로 적용될 수 있는 최적점을도출하지는 못하였으나, 본 연구결과에서 얻어진 효소들의반응 값들을 이용하여 목적하는 효소에 따라서 다양한 방법으로 적용이 가능할 것으로 판단된다.

A xylanase bacteria, isolated from Waste Mushroom bed of Agaricus bisporus in Sukseong-myeon, Buyeo-gun, Chungcheongnam-do, was used to produce an xylanase in shaker buffle flask cultures containing oat spelt xylans. This strain was screen onto xylan agar congo-red plate by the xylanolysis method. The phylogenetic analysis using 16S rRNA sequence data showed that Bacillus subtilisstrain 55 had the highest homology (99.0%) with Bacillus subtilisand it was named Bacillus subtilisstrain 55. Bacteria grows and activity maximum during 2 days. The xylanase enzyme was purified by ammonium sulfate precipitation (50~80%), gel filtration on sephacryl S-300, and ion exchange chromatography on DEAE sepharose FF. The molecular weight determined by SDS-PAGE method. Enzyme size was 44kDa. The optimal pH of the xylanase activity was pH 7, and stability pH 6. The optimal temperature for the xylanase activity and stability was showed same temperature at 50℃. The purified xylnase had Kmvalue and Vmax of 20㎎/㎖ and 2500μM/min respectively. The enzyme was active on oat spelt xylan, beechwood xylan and little activity on starch substrate specificity. Enzyme activity was enhanced by Fe2+and Mn2+and strongly inhibited by Hg+.

The extracellular GH11 β-1,4-xylanase (XylY) gene (633-bp) of Paenibacillus sp. strain KYJ-16 was molecularly cloned by repeated DNA walking and nested PCR method. The xylY gene was predicted to encode an extracellular protein consisting of 611 amino acids with a nesuced molecular mass of 23 kDa and a calculated pI of 9.55. Protein blast search revealed that the enzyme consisted of a putative catalytic domain, which is homologous to a catalytic GH11 domain. The highest sequence identity (92%) was obtained as the catalytic GH11 domain of XylY was compared to that of Paenibacillus sp. strain HGF5 (GenBank accession number: EGG35584) that has not yet been characterized. Enzymatic properties of the recombinant His-tagged enzyme (rXylY) overexpressed in E. coli BL21 harboring pET-28a(+)/xylY will be also presented.

The gene (2,304-bp) encoding a novel xylanolytic enzyme (XylD) with a catalytic domain, which is 70% identical to that of Cellulomonas flavigena DSM 20109 GH6 β-1,4-cellobiohydrolase, was identified from an earthworm (Eisenia fetida)-symbiotic bacterium, Cellulosimicrobium sp. strain HY-13. The enzyme consisted of an N-terminal catalytic GH6-like domain, a fibronectin type 3 (Fn3) domain, and a C-terminal carbohydrate-binding module 2 (CBM 2). XylDΔFn3-CBM 2 displayed high transferase activity (788.3 IU mg-1) toward p-nitrophenyl (PNP) cellobioside, but did not degrade xylobiose, glucose-based materials, or other PNP-sugar derivatives. Birchwood xylan was degraded by XylDΔFn3-CBM 2 to xylobiose (59.2%) and xylotriose (40.8%). The transglycosylation activity of the enzyme, which enabled the formation of xylobiose (33.6%) and xylotriose (66.4%) from the hydrolysis of xylotriose, indicates that it is not an inverting enzyme but a retaining enzyme. The endo-β-1,4-xylanase activity of XylDΔFn3-CBM 2 increased significantly by approximately 2.0-fold in the presence of 50 mM xylobiose.

Xylanase를 생산하는 호알칼리성 균주를 토양으로부터 분리하여 동정하였다. 토양으로부터 분리한 호알칼리성 균주 3000여종 중 xylanase 활성이 가장 높은 균주인 strain DK-2386 균주를 선별하였다. Gram 염색과 SEM을 통한 형태학적 특성을 관찰하였으며, Methods for General and Molecular Bacteriology와 Bergey's manual of systematic bacteriology, 그리고 Biochemical tests for identification of medical bacteria에 준하여 생화학적 특성을 확인한 결과 배양액의 색은 붉은 빛을 나타내었으며, Gram양성 간균, 내생포자형성, catalase 양성, oxidase 양성, 혐기성 양성, glucose로부터 gas 형성 양성, casein 가수분해 양성, starch 가수분해 양성, CMC 가수분해 양성, xylan 가수분해 양성, nitrate 환원능 양성이며 10% NaCl 농도에서도 생육하는 것을 확인하였다. 균체의 지방산 조성 분석 결과 C15:0 ISO 27.35%와 C15:0 ANTEISO 31.54%, C16:0 9.70%로 이루어져 Bacillus속으로 동정되었으며, 16S rDNA 염기서열 분석결과 B. agaradhaerens와 100%의 유사성을 갖는 것을 확인하였다. (사)한국종균협회로부터 분양받은 Bacillus agaradhaerens 40952, B. alcalophilus와 strain DK-2386 균주사이의 생화학적 특성을 비교한 결과 B. agaradhaerens와 속과 종이 같으나 미세하게 특성이 다른 균주로 판단되어 B. agaradhaerens DK-2386이라 명명하였다.

From the course of screening of useful xylanase producing microorganism from a phytophagous longicorn beetle, we isolated an extra-cellular xylanase producing strain, Paenibacillus sp. HY-8 from the intestine of Moechotypa diphysis adult. On the basis of morphological, biochemical and phylogenetic studies of the new isolate was identified as a Paenibacillus species. Production of xylanase in this strain was strongly induced by adding xylan to the growth medium and repressed by glucose or xylose. The highest xylanase production was attained in the M9 media containing 1% yeast extract and 0.5% birchwood xylan when cultured at 25℃ for 24 hrs. HY-8 producing xylanase showed superior hydrolytic activities against various plant source feedstuff than control xylanase produced by Tricoderma sp. at pH 6.0.

침엽수와 활엽수 펄프내의 리그닌(lignin) 제거 효과를 개선하기 위해 호알칼리성 균류인 Cephalospotium sp. RYM-202의 xylanase를 표백 전처리하고 이에 의한 펄프의 표백 증진 효과를 조사하였다. 두 종류의 펄프 모두 50℃에서 효소반응을 수행하였을 때 펄프내 xylan의 가수분해가 가장 높게 나타났다. 펄프내 xylan의 가수분해를 위한 효소의 최적 pH는 8.0이었으며, pH 9.0에서도 최대활성의 90%

농산폐자원으로부터 기능성물질인 xylooligo당을 생산하기 위해서 내열성 균주인 S. thermocyaneoviolaceus가 생산하는 xylanase의 생산최적조건을 검토한 결과 0.8% 밀기울, 0.06% yeast extract, 0.06% bactopeptone, 0.05% , 0.005% , 0.05% 및 0.2% 를 함유한 배지(pH7.0)에서 , 24시간 배양시 최고효소활성(2.47 unit/ml)의 배양상징액을 얻을 수 있었다. 효소의 최적반응조건은 pH5.5, 였다. 또한 pH안정성을 조사한 결과 pH 4.5~9.5사이에서 에서 12시간후에도 80% 이상의 효소활성을 유지하였고, 열 안정성은 에서 1시간 처리후 94%이상의 효소활성을 유지하는 내열성이 있는 효소였다. 생산된 xylanase birchwood xylan 반응생성물을 TLC 및 HPLC로 확인해 본 결과, pH가 낮을수록(pH 5.0~6.0) xylobiose와 xylotriose및 소량의 xylose의 양이 증가하였고, pH가 높을수록(pH8.0~9.0) 이상의 각종 xylooligo당의 양이 상대적으로 증가하였다. 또한 24 시간후에는 xylan의 상대량이 25% 이하로 감소하면서 주분해산물로 xylobiose가 생산되었으며 xylotriose와 xylose 및 이상의 각종 xylooligo당이 생산되었다.

Bacillus sp. DSNC 101은 탄소원으로 2.0% oat spelts xylan, 질소원으로 2.0% yeast extract, 그리고 인산염으로 0.4% K_2HPO_4를 함유한 pH 8.0의 xylanase 생산 배지에서 40℃에서 3일간 배양하였을 때 305.0 unit/ml의 xylanase 활성도를 나타내었다. 본 균주는 xylan, 가용성 전분, 볏짚 분말, Avicel, maltose, 그리고 lactose를 유일한 탄소원으로 사용하였을 때 xylanase를 생산하였으나 glucose, xylose, 그리고 arabinose를 사용하였을 때는 xylanase를 생산하지 않았다. 여러 가지 기질들에 대한 배양 상징액의 분해 활성을 조사한 바, xylan 분해 활성 외에 Avicel, carboxymethyl cellulose, 그리고 전분 및 PNPX에 대한 분해 활성은 나타내지 않았다. Xylanase 합성은 glucose에 의해서는 억제되었으나 xylose에 의해서는 억제되지 않았다. 배양 상징액을 이용한 xylan 분해 산물은 xylobiose를 포함한 소당류들이었으며 xylose는 거의 생성되지 않았다.

Streptomyces chibaensis J-59 xylanase는 CSL 배지(1% corn steep liquor, 0.15% glucose, 0.1% , pH 7.0)에서 1% xylan을 효소생산 유도물질로 첨가하였을 경우에 생산(0.83 unit/ml) 되었으나, xylose를 비롯한 각 종 탄소원을 포함하는 배지에서는 효소가 생산되지 않았다. S. chibaensis로 부터 생산된 세포외 xylanase를 분획침전, DEAE-Sephadex A-50 column chromatography, Sephadex G-200 gel filtration 과정으로 약 29%의 수율로 20배 정제하였다. 정제한 xylanase는 SDS-PAGE 및 Sephadex G-200 gel filtraion에서 분자량이 모두 25,000 Da으로 나타나 monomenc enzyme으로 확인되었다. 금속이온에 대한 영향은 , , , sodium dodecyl sulfate, N-bromosuccinide 등에서는 아주 강한 저해를 받았고, , 에서는 약간의 저해를 받았다. 반면에 는 효소활성을 증가시켰다. Xylanase에 의한 xylooligo 당의 생산양상을 TLC로 조사한 결과 xylobiose, xylotriose 및 xylotetrose가 주 생산물이었으며, 반응 1시간 이후부터 소량의 xylose가 생성되었다. 따라서 본 효소는 전형적인 endotype xylanase로 확인되었으며 새로운 기능성식품인 자일로 올리고당(xylooligo-saccharides)의 제조에 이용할 수 있을 것이다.

Bacillus sp. GS가 생산하는 xylanase를 DEAE-Sephadex A-50 ion chromatography DEAE-Sephadex G-100 gel filtration을 통하여 정제한 후 그 특성을 조사 하였다. 최적 반응 온도와 pH는 각각 40℃, 6.5이었으며 50℃ 이하에서는 안정하였으나 그 이상이 되면 급격히 불활성화 되는 것으로 보아 열 안정성은 좋지 않음을 알 수 있었다. pH 안정성을 조사한 결과 pH 5.5에서 8.0까지는 안정하였고, 금속이온에 의한 영향을 살펴본 결과 Co^++, Cu^++에 의하여 효소의 활성이 현저히 증가함을 알 수 있었고, Hg^+에 의해서는 거의 완전히 효소의 활성이 저해됨을 알 수 있었다. 분리된 효소는 birchwood xylan을 기질로 하여 분해 산물을 분석한 결과 xylobiose가 주성분인 xylooligosaccharide를 생산하는 endo형의 효소임을 알 수 있었다. 따라서 본 효소는 xylan으로부터 bifidogenic factor인xylooligosaccharide를 생산하기에 적당한 효소라고 생각된다.

D-xylan은 최근 대체 에너지원인 알콜 생산의 기질로서 주목받고 있을 뿐만 아니라 butanol과 butandiol과 같은 유기 용매와 xylitol과 같은 감미료, xylooligosaccharide와 같은 bifidogenic factor 등의 원료로 사용된다. 본 논문에서는 발효된 톱밥으로부터 xylanase 강력 생산성 균주를 분리하고 제 특성을 확인하여 Bacillus sp. GS로 동정하였다. Xylanase 생산성을 높이기 위해 효소 생산 배지 성분과 배양 조건을 최적화 하였는데, 각각 xylan 1.25%, yeast extract 0.1%, NaNO_3 1.2%, K_2HPO_4 0.1%, MgSO_4 0.02%, mineral salt 0.005%와 pH 6.5, 배양 온도 37℃였다.

P. verruculosum의 xylanase는 iodine, NBS, DEP, 그리고 2, 3-butanedione에 의해 실활되는 것으로 보아 활성중심에 tyrosine, histidine, tryptophan 및 arginine 잔기가 존재함으로서 효소활성에 직접적으로 또는 간접적으로 관여하는 것으로 생각된다. 금속이온들 중 Hg^2+와 Mn^2+에 의해서 현저히 활성이 저해되었으나 Cu^2+에 의해서는 반대로 활성이 크게 증가되었으며 Hg^2+에 의한 활성의 저해효과는 β-mercaptoethanol의 첨가에 의해 보호되었다. P. verruculosum으로부터 분리한 β-xylosidase는 NBS와 SDS에 의해 효소활성이 크게 저해되는 반면 실험에 사용된 다른 수식제들에 의해서는 별 영향을 받지 않았으며 금속이온들 중 Hg^2+에 의해서 크게 활성이 저해됨으로써 효소활성에 tryptophan잔기가 관여할 것으로 생각된다.