Mikrobiol. Z. 2021; 83(6):32-40.
doi: https://doi.org/10.15407/microbiolj83.06.032

Підбір оптимальних умов культивування Bacillus megaterium УКМ В-5710 –
продуцента кератинази

К.В. Авдіюк, А.О. Рой

Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України
вул. Академіка Заболотного, 154, Київ, 03143, Україна

З кожним роком об’єм виробництва продуктів птахівництва в усьому світі неухильно зростає. Це призводить до постійного зростання кількості побічних продуктів переробки птиці у вигляді пухо-пір’яних відходів, які становлять небезпеку для оточуючого середовища за рахунок білка кератину, що важко піддається деградації, і великої кількості мікробних патогенів. Тому використання екологічно чистих методів деструкції кератинових субстратів за рахунок кератиназ мікроорганізмів є актуальною областю дослідження. Метою даної роботи був підбір оптимальних умов культивування штаму Bacillus megaterium УКМ В-5710 для підвищення активності синтезованої кератинази. Методи. Культуру B. megaterium УКМ В-5710 вирощували при 28°С, 201 об/хв протягом 7 діб на базовому живильному середовищі, що містить в якості єдиного джерела вуглецю і азоту знежирене куряче пір’я. Підбір оптимальних умов культивування проводили за такими параметрами: температура (21°С, 28°С, 42°С), швидкість перемішування (201 об/хв, 212 об/хв), кількість посівного матеріалу (5%, 10%, 15%, 20%, 25%), початкове значення рН живильного середовища (4.0–11.0), концентрація кератинвмісного субстрату (0,1%, 0,2%, 0,5%, 1,0%, 1,5%, 2,0%), додаткове джерело вуглецю (глюкоза, галактоза, лактоза, мальтоза, сахароза, маніт, картопляний і кукурудзяний крохмаль, розчинний крохмаль, соєве борошно) і азоту (NH₄Cl, NH₄NO₃, (NH₄)₂SO₄, NaNO₃, сечовина, пептон, триптон, дріжджовий екстракт та соєве борошно) у концентрації 1%. Кератиназну активність оцінювали за поглинанням в УФ при 280 нм продуктів гідролізу кератинвмісної сировини. Білок визначали методом Лоурі. Результати. Динаміка синтезу ферменту показала, що найвищу кератиназну активність культура B. megaterium УКМ В-5710 виявляла на 3 добу, а повне розщеплення пір’я спостерігалося на 4–5 добу. Підбір концентрації кератинвмісного субстрату показав, що 0,5% є оптимальною концентрацією. Вивчення впливу вихідного значення рН живильного середовища свідчить про те, що культура добре росла при рН 6,0–7,0 і рН 9,0–11,0, однак при рН 8,0 її ріст був дуже слабким. Максимальну кератиназну активність культура проявляла при рН 10,0. Крім того, при даному значенні рН візуально спостерігалося повне розщеплення пір’я. Вплив такого ключового фактору як температура на ріст і синтез ферменту культурою B. megaterium УКМ В-5710 продемонстрував повне розщеплення пір’я вже на 2 добу культивування при 42°С. При 21°С культура дуже погано розщеплювала пір’я. Внесення інокулюму до складу живильного середовища в кількості 15% від об’єму середовища і інтенсивність перемішування 212 об/хв виявилися оптимальними параметрами. Крім того, було показано, що додавання додаткового джерела вуглецю або азоту неоднозначно впливало на рівень кератиназної активності культури B. megaterium УКМ В-5710. Повне інгібування синтезу ферменту спостерігалося при внесенні у живильне середовище сульфату амонію, а часткове – у випадку глюкози, лактози і мальтози. Картопляний, кукурудзяний і розчинний крохмаль стимулювали синтез кератинази. Більшість неорганічних джерел азоту (хлорид і нітрат амонію) не впливала на синтез кератинази B. megaterium УКМ В-5710, а органічні (сечовина, пептон, триптон, дріжджовий екстракт) підвищували рівень кератиназної активності на 20–50%. Однак найефективніший результат був отриманий при використанні соєвого борошна, додавання якого до складу живильного середовища сприяло підвищенню кератиназної активності у 2,5 рази. Висновки. У результаті проведених досліджень підібрано оптимальні умови культивування штаму B. megaterium УКМ В-5710: оптимальна температура для росту і розвитку культури − 42°С, початкове значення рН −10,0, швидкість перемішування − 212 об/хв і кількість внесеного інокуляту – 15%, додаткове джерело вуглецю та азоту у вигляді соєвого борошна у концентрації 0,5%. Це дозволило в 4 рази підвищити активність кератинази.

Ключові слова: Bacillus megaterium УКМ В-5710, кератиназа, куряче пір’я, додаткове джерело вуглецю та азоту.

Повний текст (PDF, англ)