Levan synthesis during associated action of levansucrase and Candida cacaoi DSM 2226 yeast

• Autorzy: Szwengiel A. , Czarnecka M. , Czarnecki Z.

Warianty tytułu

PL

Synteza lewanu podczas skojarzonego dzialania lewanosacharazy i dozdzy Candida cacaoi DSM 2226

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Levan – as a fructose homopolymer – because of its physicochemical properties as well as physiological effect on the human organism, has been the subject of numerous research. The aim of this study was to investigate the course of the synthesis of this polymer with the addition of crude enzymatic preparation isolated from the cell-free culture liquid of the Bacillus subtilis DSM 347 bacterium. Saccharose was the donor of fructofuranosyl residues. The effects of some metal ions during synthesis were determined. The innovation in these experiments was the usage of Candida cacaoi DSM 2226 yeasts which were introduced into the dialysing membrane (situated in reaction mixture). The yeasts selectively removed glucose from the reaction media because this mono-sugar is considered as an inhibitor of levansucrase. It was found that the decrease of glucose concentration in the medium by 16-19% resulted in the increased degree of levan polymerisation (by 6 to 9%) and efficiency of levan synthesis (by 9 to 11%). The isolated preparation of levansucrase showed high stability during 140 h synthesis at 37°C which allowed to achieve a compromise between the quantity of released glucose in time and the possibilities of Candida cacaoi DSM 2226 yeast to utilise that free glucose. The Mn2+ ions (at a concentration of 2.5 mmol/L) activated levansucrase (twice increased the initial transferase rate of enzyme) and in reaction medium supplemented with that metal ions the efficiency of levan synthesis increased up to 39%. Associated action of levansucrase and yeasts in the presence of Mn2+ effected in the increase of levan synthesis efficiency to 64%.

PL

Lewan jako homopolimer fruktozy ze względu na swoje właściwości zarówno fizykochemiczne, jak i fizjologiczne oddziaływanie na organizm człowieka jest przedmiotem wielu rozpraw naukowych. W pracy podjęto badania nad syntezą tego polimeru przez pozakomórkową lewanosacharazę, wytwarzaną przez Bacillus subtilis DSM 347. W badaniach wykorzystano surowy preparat, otrzymany przez wytrącenie białka enzymatycznego etanolem. Substratem w reakcji transfruktozylacji była sacharoza. Sprawdzano wpływ jonów metali w mieszaninie reakcyjnej na wydajność syntezy lewanu. Innowacją w prowadzonych badaniach było użycie drożdży, umieszczonych w worku dializacyjnym, zanurzonym w mieszaninie reakcyjnej, których zadaniem było selektywne zużywanie glukozy, uważanej za inhibitor lewanosacharazy. Stwierdzono, że obniżenie stężenia glukozy o 16–19% powoduje 6–9% wzrost stopnia polimeryzacji oraz 9–11% wzrost wydajności syntezy lewanu (tab. 3 i 4). Izolowany preparat lewanosacharazy wykazywał wysoką stabilność w ciągu 140 godzin syntezy w 37°C, co pozwoliło osiągnąć kompromis między ilością uwalnianej w czasie glukozy, a możliwościami utylizacji jej przez drożdże Candida cacaoi DSM 2226 (rys. 2 i 4). Jony Mn2+ (w stężeniu 2.5 mmol/L) aktywowały lewanosacharazę (dwukrotnie zwiększały początkową aktywność transferyczną enzymu) i w ich obecności uzyskiwano wzrost wydajności syntezy lewanu o 39% (tab. 4). Skojarzone działanie lewanosacharazy i drożdży w obecności jonów Mn2+ skutkowało wzrostem wydajności syntezy lewanu o 64%.

Słowa kluczowe

EN

levan; synthesis; levansucrase; Bacillus subtilis; Candida cacaoi; yeast; physicochemical property; homopolymer

• Wydawca: -
• Czasopismo: Polish Journal of Food and Nutrition Sciences
• Rocznik: 2007
• Tom: 57
• Numer: 4
• Opis fizyczny: p.433-440,fig.,ref.

Twórcy

autor

Szwengiel A.

• August Cieszkowski Agricultural University of Poznan, Wojska Polskiego 31, 60-624 Poznan, Poland

autor

Czarnecka M.

autor

Czarnecki Z.

Bibliografia

• 1. Ammar Y.B., Takayoshi M., Ito K., Iizuka M., Limpaseni T., Pongsawasdi P., Minamiura N., Characterization of a thermostable levansucrase from Bacillus sp TH-2 capable of producing high molecular weight levan at high temperature. J. Biotechnol., 2002, 99, 111–119.
• 2. Aydogan N., Gurkan L., Yilmaz L., Effect of operating parameters on the separation of sugars by nanofiltration. Sep. Sci. Technol., 1998, 33, 1767–1785.
• 3. Barnett J.A., Payne R.W., Yarrow D., Yeasts: Characteristics and identification. 1983, 1st ed., Cambridge University Press, Melbourne, pp. 40, 41,106.
• 4. Burbianka M., Pliszka A., Burzyńska H., Detecting and defining moulds and yeast quantitatively., 1983, in: Food Microbiology, 5th ed. (ed. K. Niecikowska-Jastrzębska). State Enterprise of Medical Publications, Warsaw, p. 349 (in Polish).
• 5. Calazans G.M.T., Lima R.C., de França F.P., Lopes C.E., Molecular weight antitumour activity of Zymomonas mobilis levans. Int. J. Biol. Macromol., 2000, 27, 245-247.
• 6. Chambert R., Gonzy-Teboul G., Levansucrase of Bacillus subtilis. Eur. J. Biochem., 1976, 71, 493–508.
• 7. Chambert R., Haddaoui E.A., Petit-Glatron M-F., Bacillus subtilis levansucrase: the efficiency of the second stage of secretion is modulated by external effectors assisting folding. Microbiology, 1995, 141, 997–1005.
• 8. Chambert R., Petit-Glatron M-F., Reversible thermal unfolding of Bacillus subtilis levansucrase is modulated by Fe3+ and Ca2+. FEBS Lett., 1990, 275, 61–64.
• 9. Chambert R., Treboul G., Dedonder R., Kinetic studies of levansucrase of Bacillus subtilis. Eur. J. Biochem., 1974, 41, 285–300.
• 10. Dedonder R., Levansucrase from Bacillus subtilis. Methods Enzymol., 1966, 8, 500–506.
• 11. Dodonder R., Péaud-Lenoël C., The levansucrase of Bacillus subtilis. Production of levan and levansucrase by culture of Bacillus subtilis. Bull. Soc. Chim. Biol., 1957, 39, 483–497.
• 12. Elisashvili V.I., Levan synthesis by Bacillus sp. Appl. Biochem. Microbiol., 1984, 20, 82–87.
• 13. Euzenat O., Guibert A., Combes D., Production of fructo-oligosaccharides by levansucrase from Bacillus subtilis C4. Process Biochem., 1997, 32, 237–243
• 14. Hernandez L., Arrieta J., Menendez C., Vazquez R., Coego A., Suarez V., Selman G., Petit-Glatron M.F., Chambert R., Isolation and enzymic properties of levansucrase secreted by Acetobacter diazotrophicus SRT4, a bacterium associated with sugar cane. Biochem. J., 1995, 309, 113–118.
• 15. Hettwer U., Gross M., Rudolph K., Purification and characterization of an extracellular levansucrase from Psedomonas syringae pv. phaseolicola. J. Bacteriol. 1995, 177, 2834–2839.
• 16. Jang K.H., Song K.B., Kim J.S., Kim C.H., Chung B.H., Rhee S.K., Production of levan using recombinant levansucrase immobilized on hydroxyapatite. Bioprocess. Eng., 2000, 23, 89–93.
• 17. Kim M.G., Kim C.H., Lee J.S., Song K.B., Rhee S.K., Synthesis of methyl b-D-fructoside catalyzed by levansucrase from Rahnella aquatilis. Enzyme Microb. Technol., 2000, 27, 646–651.
• 18. Kunst F., Rapoport G., Salt stress is an environmental signal affecting degradative enzyme synthesis in Bacillus subtilis. J. Bacteriol., 1999, 177, 2403–2407.
• 19. LeBrun E., Van Rapenbusch R., The structure of Bacillus subtilis levansucrase at 3.8 Å resolution. J. Biol. Chem., 1980, 255, 12034–12036.
• 20. Lowry O.H., Rosebrough N.J., Farr A.L., Randall R.J., Protein measurement with the Folin phenol reagent. J. Biol. Chem., 1951, 193, 265–275.
• 21. Marx S.P., Winkler S., Hartmeier W., Metabolization of b-(2,6)- -linked fructose-oligosaccharides by different bifidobacteria. FEMS Microbiol. Lett., 2000, 182, 163–169.
• 22. McKellar R.C., Modler H.W., Mullin J., Characterization of growth and inulinase production by Bifidobacterium spp. on fructooligosaccharides. Bifidobacteria Microflora, 1993, 12, 75–86.
• 23. Miller G.L., Use of dinitrosalicylic acid for determination of reducing sugar. Anal. Chem., 1959, 31, 426–428.
• 24. Monsan P., Paul K., Enzymatic synthesis of oligosaccharides. FEMS Microbiol. Rev., 1995, 16, 187–192.
• 25. Muramatsu K., Onodera S., Kikuchi M., Shiomi N., Substrate specificity and subsite affinities of b-fructofuranosidase from Bifidobacterium adolescentis G1. Biosci., Biotechnol., Biochem., 1994, 58, 1642–1645.
• 26. Muro A.C., Rodríguez E., Abate C.M., Siňeriz F., Levan production using mutant strain of Zymomonas mobilis in different culture conditions. Biotechnol. Lett., 2000, 22, 1639–1642.
• 27. Ohtsuku K., Hino S., Fukushima T., Ozawa O., Kanematsu T., Uchida T., Characterization of levansucrase from Rahnella aquatilis JMC-1683. Biosci., Biotechnol., Biochem., 1992, 56, 1373–1377.
• 28. Online catalogue – DSMZ - Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH, Mascheroder Weg 1b, 38124 Braunschweig, Germany; [http://www.dsmz.de/].
• 29. Oseguera M.A.P., Guereca L., Lopez-Munguia A., Properties of levansucrase from Bacillus circulans. Appl. Microbiol. Biotechnol., 1996, 45, 465–471.
• 30. Petit-Glatron M-F., Benyahia F., Chambert R., Secretion of Bacillus subtilis levansucrase: a possible two-step mechanism. Eur. J. Biochem., 1987, 163, 379–387.
• 31. Scotti P.A., Chambert R., Petit-Glatron M-F., Kinetics of the unfolding-folding transition of Bacillus subtilis levansucrase precursor. FEBS Lett., 1995, 360, 307–309.
• 32. Szwengiel A., Czarnecka M., Roszyk H., Czarnecki Z., Levan production by Bacillus subtilis DSM 347 strain. EJPAU 2004, 7 (2), [http:// http://www.ejpau.media.pl/].
• 33. Tajima K., Uenishi N., Fujiwara M., Erata T., Munekata M., Takai M., The production of new water-soluble polysaccharide by Acetobacter xylinum NCI 1005 and its structural analysis by NMR spectroscopy. Carbohydr. Res., 1998, 305, 117–122.
• 34. Vigants A., Kruce R., Bekers M., Zikmanis P., Response of Zymomonas mobilis levansucrase activity to sodium chloride. Biotechnol. Lett., 1998, 20, 1017–1019.
• 35. Vatanasuchart N., Naivikul O., Charoenrein S., Sriroth K., Molecular properties of cassava starch modified with different UV irradiations to enhance baking expansion. Carbohydr. Polym., 2005, 61, 80-87.
• 36. Yamamoto S., Iizuka M., Tanaka T., Yamamoto T., The mode of synthesis of levan by Bacillus subtilis levansucrase. Agric. Biol. Chem., 1985, 49, 343–349.
• 37. Zikmanis P., Shakirova L., Baltkalne M., Andersone I., Auzina L., The effect of amphiphilic compounds on the secretion of levansucrase by Zymomonas mobilis. Process Biochem., 2005, 40, 3723–3731.