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Biotransformation of Ginsenoside Rc to Rd by a Novel α-L-arabinofuranosidase, HM22-3, from Leuconostoc sp. 22-3 : Identification, Characterization and Expression in Escherichia coli = Leuconostoc sp. 22-3에서 분리한 새로운 α-L-arabinofuranosidase HM22-3을 이용한 진세노사이드 Rc로부터 Rd의 생물학적 전환 연구
서명 / 저자 Biotransformation of Ginsenoside Rc to Rd by a Novel α-L-arabinofuranosidase, HM22-3, from Leuconostoc sp. 22-3 : Identification, Characterization and Expression in Escherichia coli = Leuconostoc sp. 22-3에서 분리한 새로운 α-L-arabinofuranosidase HM22-3을 이용한 진세노사이드 Rc로부터 Rd의 생물학적 전환 연구 / Hae-min Jung.
저자명 Jung, Hae-Min ; 정해민
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2011].
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Ginseng saponin, the most important secondary metabolite of ginseng, has various pharmacological activities. To obtain minor ginsenoside from major ginsenoside by using microbial biotransformation, a great number of lactic acid bacteria, which have strong ginsenosidase activity, were screened from kimchi, the korean traditional fermented food. Through four round screenings, nine strains were found to be able to transform major ginsenosides into minor ginsenosides. The optimum conditions of transformation pathways from major ginsenosides to minor ginsenosides by the isolates were investingated. One of these isolates, designated as 22-3, was selected for further study due to its high, specific activity towards the terminal glucose linkage in the hydrolysis of ginsenoside Rb1. Novel α-L-arabinofuranosidase from Leuconostoc sp. 22-3 was cloned and characterized. The gene was designated as abf HM22-3 (1527bp, 509 aa). The enzyme catalyzed the conversion of ginsenoside Rc to Rd. A BLAST search of the sequence of HM22-3 revealed significant homology to family 51 glycoside hydrolase. The enzyme catalyzed the hydrolysis of arabinofuranose moiety attached to the C-20 position of ginsenoside Rc at pH 8.0 and 30°C. These results indicated that abf HM22-3 selectively converts ginsenoside Rc to Rd. This is the first report of the cloning and characterization of a novel ginsenoside-transforming α-L-arabinofuranosidase of the glycoside hydrolase family 51 which convert ginsenoside Rc to Rd. Finally, one novel bacterial strain designated strain EMML 3041T was taxonomically classified. The gram-reaction-positive, facultatively anaerobic, non-motile, non-spore-forming, and rod-shaped bacterial strain EMML 3041T was isolated and its taxonomic position was investigated using a polyphasic approach. Strain EMML 3041T grew optimally at 25-30 °C and at pH 7.0 in the absence of NaCl on MRS agar. Strain EMML 3041T displayed β-glucosidase (=esculinase) activity that was responsible for its ability to transform ginsenoside Rb1 (one of the dominant active components of ginseng) to F2 via gypenoside 17, ginsenoside Rc to compound Mc via compound Mc1, and ginsenoside Rb2 to compound Y via compound O. On the basis of 16S rRNA gene sequence similarity, strain EMML 3041T was shown to belong to the family Lactobacillaceae and was related to Lactobacillus versmoldensis KU-3T (98.3% sequence similarity), L. nodensis IZ4B-1T (97.7%) and L. tucceti R 19cT (97.6%). The G+C content of the genomic DNA was 38.3%. DNA and chemotaxonomic data supported the affiliation of strain EMML 3041T to the genus Lactobacillus. The DNA-DNA relatedness values between strain EMML 3041T and its closest phylogenetically neighbours were below 15%. Strain EMML 3041T could be differentiated genotypically and phenotypically from the recognized species of the genus Lactobacillus. The novel isolate therefore represents a novel species, for which the name Lactobacillus ginsenosidimutans sp. nov. is proposed, with the type strain EMML 3041T (= KACC 14527T = JCM 16719T).

인삼사포닌인 진세노사이드는 인삼의 가장 중요한 이차 대사산물로써 여러가지 약리효과를 보인다. 미생물학적 생물전환법을 이용하여 메이저 진세노사이드로부터 마이너 진세노사이드를 얻기 위해서 수많은 종류의 유산균들의 진세노시다제 활성여부를 스크리닝하였다. 4단계의 스크리닝을 거쳐 마지막으로 9 균주가 메이저 진세노사이드를 마이너 진세노사이드로 전환할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 이 중 균주 22-3은 진세노사이드 Rb1의 말단 글루코오스 결합을 가수분해하는 강력하고 특이적인 활성 때문에 이후의 연구를 위해 선택되었다. 대전 재래시장에서 채취한 김치로부터 분리된 류코노스탁 균주 22-3으로부터 새로운 알파-L-아라비노퓨라노시다제가 클론되었고 그 특성 연구가 진행되었다. abf HM22-3 으로 명명된 유전자 (1527bp, 509 aa)는 아라비노퓨라노시다제 패밀리 51 그룹에 속했으나 염기서열 상동성은 매우 낮았다. Abf HM22-3은 pH 8.0과 섭씨 30도의 환경에서 진세노사이드 Rc의 20번 탄소 위치의 아라비노퓨라노실기의 가수분해를 촉매한다. 이 결과는 Abf HM22-3이 선택적으로 진세노사이드 Rc를 Rd로 전환한다는 것을 의미한다. 이 보고는 아라비노퓨라노시다제 패밀리 51그룹의 진세노사이드 Rc를 Rd로 전환하는 신규 효소를 클로닝하고 특성연구한 최초의 리포트이다. 마지막으로 균주 EMML 3041T 가 새로운 종의 미생물로서 분류학적으로 연구되었다. 균주 EMML 3041T의 세포들은 그람 반응 양성, 통성 혐기성, 비운동성, 간균 형태였으며 포자 형성은 하지 못하였다. 16S rRNA 유전자 유사성을 비교분석한 결과, 균주 EMML 3041T는 Firmicutes 목, Lactobacillaceae 과의 Lactobacillus (락토바실러스) 속에 속했으며, 가장 가까운 균주로는 Lactobacillus versmoldensis KU-3T (98.3% 상동성), Lactobacillus nodensis IZ4b-1T (97.7%),와 Lactobacillus tucceti R 19cT (97.6%) 였다. 그 이외의 대표균주들과는 97% 이하의 상동성을 보여주었다. 균주 EMML 3041T와 가장 분류학적으로 가까운 균주 사이의 DNA-DNA 관계도 값은 15% 밑이었다. 균주 EMML 3041T의 유전체 G+C 비율은 38.3% 였다. 생리, 생화적 테스트 결과들은 EMML 3041T가 같은 속 다른 종들과 표현형적, 유전학적으로 구분되어진다는 것을 보여주었다. 그래서, 균주 EMML 3041T는 Lactobacillus 속의 새로운 종을 대표할 수 있고 그 이름을 Lactobacillus ginsenosidimutans 로 명명하기를 제안하는 바이다. 그 대표균주는 EMML 3041T 이며, 다음 두 기관(= KACC 14527T = JCM 25806T)에 기탁되었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DBS 11103
형태사항 viii, 94 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 정해민
지도교수의 영문표기 : Sung-Taik Lee
지도교수의 한글표기 : 이성택
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 생명과학과,
서지주기 References : p.73-88
주제 α-L-arabinofuranosidase
major ginsenoside
Rc
Rd
production
알파-아라비노퓨라노시다제
메이저 진세노사이드
Rc
Rd
생산
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