Аннотация

Введение. Перопуховые отходы являются перспективным источником кормового белка. По химическому составу перопуховое сырье является ценным источником питательных веществ и актуально как компонент кормовых добавок. Цель работы заключалась в скрининге бактерий с высокой кератинолитической активностью для снижения антропогенной нагрузки на экосистему путем применения биопрепарата на основе консорциума штаммов для утилизации сложных органических отходов птицефабрик.
Объекты и методы исследования. Лиофилизированные штаммы микроорганизмов и перопуховые отходы. В работе были использованы современные биоинформатические методы обработки данных: филогенетическая идентификации ферментов, алгоритм поиска ортологичных генов InParanoid 8, а также стандартные биотехнологические методы: электрофоретический анализ в полиакриламидном геле, анализ аминокислотного состава, микроскопия, высокоэффективная жидкостная хроматография.
Результаты и их обсуждение. Произведен скрининг кератинолитических штаммов с использованием баз данных белковых последовательностей. Доказано, что гомологичные (гомология более 98 %) по кератиназам штаммы относятся к родам Streptomyces и Bacillus. Обозначены группы ферментов, потенциально участвующих в деградации кератина. Для выделенных ферментов была проведена филогенетическая идентификации, которая основывалась на анализе с использованием специализированного алгоритма поиска ортологичных генов InParanoid 8.
Выводы. На основании совокупной оценки отобраны четыре штамма микроорганизмов, обладающих максимальной ферментативной активностью по отношению к кератину. К данным штаммам были отнесены бактерии рода Bacillus, а именно Bacillus licheniformis B-740, Bacillus pumilus B-508 и Bacillus subtilis ATCC 6051, а также бактерия Streptomyces albidoflavus ATCC 25422. Перечисленные штаммы использовались для создания биосовместимого консорциума по переработке отходов птицефабрик (перопуховые сырье) в кормовую добавку. Было подтверждено наличие биологически ценных веществ, содержащихся в полученных гидролизатах, а также возможность их использования в качестве высокобелкового компонента кормовой добавки для сельскохозяйственных животных.

Ключевые слова

Кератинолитическая активность, кератиназа, перопуховые отходы, переработка отходов, скрининг микроорганизмов, кормовой белок

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Efficient keratinase expression via promoter engineering strategies for degradation of feather wastes / J.-S. Gong, J.-P. Ye, L.-Y. Tao [et al.] // Enzyme and Microbial Technology. – 2020. – Vol. 137. https://doi.org/10.1016/j.enzmictec.2020.109550.
2. Abdel-Naby, M. A. Catalytic, kinetic and thermodynamic properties of Bacillus pumilus FH9 keratinase conjugated with activated pectin / M. A. Abdel-Naby, M. H. El-Araby, H. A. El-Refai // International Journal of Biological Macromolecules. – 2016. – Vol. 85. – P. 238–245. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2015.12.078.
3. Combining pro-peptide engineering and multisite saturation mutagenesis to improve the catalytic potential of keratinase / C. Su, J.-S. Gong, Y.-X. Sun [et al.] // ACS Synthetic Biology. – 2019. – Vol. 8, № 2. – P. 425–433. https://doi.org/10.1021/acssynbio.8b00442.
4. Biodegradation of feather waste keratin by the keratin-degrading strain Bacillus subtilis 8 / Z. He, R. Sun, Z. Tang [et al.] // Journal of Microbiology and Biotechnology. – 2018. – Vol. 28, № 2. – P. 314–322. https://doi.org/10.4014/jmb.1708.08077.
5. Bhari, R. Thermostable and halotolerant keratinase from Bacillus aerius NSMk2 with remarkable dehairing and laundary applications / R. Bhari, M. Kaur, R. S. Singh // Journal of Basic Microbiology. – 2019. – Vol. 59, № 6. – P. 555–568. https://doi.org/10.1002/jobm.201900001.
6. Molecular and biochemical characterization of a thermostable keratinase from Bacillus altitudinis RBDV1 / V. A. Pawar, A. S. Prajapati, R. C. Akhani [et al.] // 3 Biotech. – 2018. – Vol. 8, № 2. https://doi.org/10.1007/s13205-018-1130-5.
7. Identification of two new keratinolytic proteases from a Bacillus pumilus strain using protein analysis and gene sequencing / S. Fellahi, A. Chibani, E. Feuk-Lagerstedt [et al.] // AMB Express. – 2016. – Vol. 6, № 1. https://doi.org/10.1186/s13568-016-0213-0.
8. Identification and characterization of a novel antioxidant peptide from feather keratin hydrolysates / M.-Y. Wan, G. Dong, B.-Q. Yang [et al.] // Biotechnology Letters. – 2016. – Vol. 38, № 4. – P. 643–649. https://doi.org/10.1007/s10529-015-2016-9.
9. Yang, Y. Utilizing discarded plastic bags as matrix material for composites reinforced with chicken feathers / Y. Yang, N. Reddy // Journal of Applied Polymer Science. – 2013. – Vol. 130, № 1. – P. 307–312. https://doi.org/10.1002/app.39173.
10. Biodegradation of feather waste by keratinase produced from newly isolated Bacillus licheniformis ALW1 / A. M. Abdel-Fattah, M. S. El-Gamal, S. A. Ismail [et al.] // Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. – 2018. – Vol. 16, № 2. – P. 311–318. https://doi.org/10.1016/j.jgeb.2018.05.005.
11. Effective biodegradation of chicken feather waste by co-cultivation of keratinase producing strains / Z. Peng, X. Mao, J. Zhang [et al.] // Microbial Cell Factories. – Vol. 2019. – Vol. 18, № 1. https://doi.org/10.1186/s12934-019-1134-9.
12. Huang, M. Secretory expression and purification of Bacillus licheniformis keratinase in insect cells / M. Huang, R. Chen, G. Ren // PLoS ONE. – 2017. – Vol. 12, № 8. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0183764.
13. Пискаева, А. И. Оптимизация параметров культивирования консорциума микроорганизмов-деструкторов кератина в биотехнологических целях / А. И. Пискаева, А. Ю. Просеков // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. – 2016. – Т. 16. – С. 53–61.
14. Научно-методические подходы к развитию технологии белковых гидролизатов для специального питания. Часть 1. Технология производства и технические характеристики гидролизатов / Ю. Я. Свириденко, Д. С. Мягконосов, Д. В. Абрамов [и др.] // Пищевая промышленность. – 2017. – № 5. – С. 48–51.
15. Пискаева, А. И. Получение высокобелковой кормовой добавки из перопуховых отходов: дис. … канд. техн. наук: 03.01.06 / Пискаева Анастасия Игоревна. – Кемерово, 2020. – 172 с.
16. Effective feather degradation and keratinase production by Bacillus pumilus GRK for its application as bio-detergent additive / M. Ramakrishna Reddy, K. Sathi Reddy, Y. Ranjita Chouhan [et al.] // Bioresource Technology. – 2017. – Vol. 243. – P. 254–263. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.06.067.
17. Abdel-Naby, M. A. Structural characterization, catalytic, kinetic and thermodynamic properties of Keratinase from Bacillus pumilus FH9 / M. A. Abdel-Naby, H. A. El-Refai, M. H. A. Ibrahim [et al.] // International Journal of Biological Macromolecules. – 2017. – Vol. 105. – P. 973–980. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.07.118.
18. Nnolim, N. E. Bacillus sp. FPF-1 produced keratinase with high potential for chicken feather degradation / N. E. Nnolim, A. I. Okoh, U. U. Nwodo // Molecules. – 2020. – Vol. 25, № 7. https://doi.org/10.3390/molecules25071505.
19. Егоров, А. М. Бактериальные ферменты и резистентность к антибиотикам / А. М. Егоров, М. М. Уляшова, М. Ю. Рубцова // Acta Naturae. – 2018. – Т. 10, № 4 (39). – С. 33–48.