Beijerinckia SP株B1によるビフェニルおよびM-キシレン分解に関与する2つのメタ切断ジオキシゲナーゼの分子および生化学的特性評価

Beijerinckia sp。B1株は、炭素の唯一の供給源としてビフェニルまたはM-キシレンのいずれかで成長することができ、多くの多環式芳香族炭化水素を酸化することができます。ビフェニルおよびM-キシレン分解の異化経路は共存し、一般的な下流の酵素反応を共有しています。ビフェニル分解の異化経路には、2,3-ジヒドロキシビフェニルとカテコールの2つのメタ切断ステップが含まれます。M-キシレンの異化経路には、3-メチルカテコールの1つのM溶解ステップが含まれます。2つのメタ切断ジオキシゲナーゼの遺伝子は、Beijerinckia sp。からクローン化されました。ゲノムDNAの単一の断片にB1株。2つの遺伝子は、互いに約5.5 kb離れています。大腸菌における各遺伝子の発現と生成されたメタ切断ジオキシゲナーゼの分析は、1つの酵素が2,3-ジヒドロキシビフェニルに対してより特異的であり、2番目はカテコールに対してより特異的であることを示しました。したがって、2つのメタ切断酵素の遺伝子は、2,3-ジヒドロキシビフェニル1,2-ジオキシゲナーゼとカテコール2,3-ジオキシゲナーゼのBPHCおよびXyleと標識されました。非変性ポリアクリルアミドゲル電気泳動とそれに続く酵素活性染色により、2つのメタ切断ジオキシゲナーゼが互いに簡単に分離できることが示されました。Beijerinckia sp。の同様の分析コハク酸塩、ビフェニル、またはM-キシレンで成長した株B1株は、細胞がビフェニルまたはM-キシレンのいずれかで成長すると、両方のメタ切断酵素が誘導されることを示しています。ヌクレオチド配列は、BPHCとXyleの両方で決定されました。2つの遺伝子は反対方向に転写され、少なくとも2つのオペロンがBeijerinckia sp。によるビフェニル分解に関与しなければならないことを示しています。株B1。推定されたアミノ酸配列の分析は、2,3-ジヒドロキシビフェニル1,2-ジオキシゲナーゼ（BPHC）がジヒドロキシル化多環式芳香族ハイドロカルボンに作用するメタ切断ジオキシゲナーゼのクラスに分類され、メタ菌のダイオキクシェンジェッゼの主要グループとは多少異なることを示しています。2,3-ジヒドロキシビフェニルに作用します。カテコール2,3-ジオキシゲナーゼ（XYIE）は、ジヒドロキシル化モノサイクリック芳香族炭化水素に作用するメタ切断酵素のクラスに分類されますが、標準的なTOLプラスミドエンコードカテコール2,3-ジオシゲナーゼとはほとんど類似していません。

Beijerinckia sp. strain B1 is able to grow on either biphenyl or m-xylene as the sole source of carbon and is capable of cooxidizing many polycyclic aromatic hydrocarbons. The catabolic pathways for biphenyl and m-xylene degradation are coinduced and share common downstream enzymatic reactions. The catabolic pathway for biphenyl degradation involves two meta-cleavage steps, one for 2,3-dihydroxybiphenyl and a second for catechol. The catabolic pathway for m-xylene involves one m-cleavage step for 3-methylcatechol. The genes for two meta-cleavage dioxygenases were cloned from Beijerinckia sp. strain B1 on a single fragment of genomic DNA. The two genes are located approximately 5.5 kb away from one another. Expression of each gene separately in Escherichia coli and analysis of the meta-cleavage dioxygenase produced showed that one enzyme was more specific for 2,3-dihydroxybiphenyl while the second was more specific for catechol. The genes for the two meta-cleavage enzymes were thus labeled bphC and xylE for 2,3-dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase and catechol 2,3-dioxygenase, respectively. Nondenaturing polyacrylamide gel electrophoresis followed by enzyme activity staining showed that the two meta-cleavage dioxygenases could be easily separated from each other. Similar analyses of Beijerinckia sp. strain B1 grown on succinate, biphenyl, or m-xylene indicate that both meta-cleavage enzymes are induced when cells are grown on either biphenyl or m-xylene. The nucleotide sequence was determined for both bphC and xylE. The two genes are transcribed in opposite directions, demonstrating that at least two operons must be involved in biphenyl degradation by Beijerinckia sp. strain B1. Analysis of the deduced amino acid sequence indicates that 2,3-dihydroxybiphenyl 1,2-dioxygenase (BphC) falls into the class of meta-cleavage dioxygenases acting on dihydroxylated polycyclic aromatic hydrocarbons and is somewhat distinct from the main group of meta-cleavage dioxygenases acting on 2,3-dihydroxybiphenyl. Catechol 2,3-dioxygenase (XyIE) falls into the class of meta-cleavage enzymes acting on dihydroxylated monocyclic aromatic hydrocarbons but shows little similarity to the canonical TOL plasmid-encoded catechol 2,3-dioxygenase.