Properties of Priestia megaterium 035 Keratinase
In the modern world, the problem of the disposal of animal husbandry waste is very acute, because the growing volume of production leads to an increase in the amount of waste, which, if handled improperly, can pose a threat to the environment. Poultry factories, slaughterhouses, the leather, fur, an...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine
2025
|
| Online Access: | https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/288 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Microbiological Journal |
Institution
Microbiological Journal| id |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-288 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Microbiological Journal |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-10-07T08:53:27Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic_facet |
keratinase activity thermal optimum pH-optimum thermal stability pH-stability substrate specificity кератиназна активність термооптимум рН-оптимум термостабільність рН-стабільність субстратна специфічність |
| format |
Article |
| author |
Avdiyuk, K.V. Varbanets, L.D. Shtenikov, M.D. Ivanytsia, V.O. Авдіюк, К.В. Варбанець, Л.Д. Штеников, М.Д. Іваниця, В.О. |
| spellingShingle |
Avdiyuk, K.V. Varbanets, L.D. Shtenikov, M.D. Ivanytsia, V.O. Авдіюк, К.В. Варбанець, Л.Д. Штеников, М.Д. Іваниця, В.О. Properties of Priestia megaterium 035 Keratinase |
| author_facet |
Avdiyuk, K.V. Varbanets, L.D. Shtenikov, M.D. Ivanytsia, V.O. Авдіюк, К.В. Варбанець, Л.Д. Штеников, М.Д. Іваниця, В.О. |
| author_sort |
Avdiyuk, K.V. |
| title |
Properties of Priestia megaterium 035 Keratinase |
| title_short |
Properties of Priestia megaterium 035 Keratinase |
| title_full |
Properties of Priestia megaterium 035 Keratinase |
| title_fullStr |
Properties of Priestia megaterium 035 Keratinase |
| title_full_unstemmed |
Properties of Priestia megaterium 035 Keratinase |
| title_sort |
properties of priestia megaterium 035 keratinase |
| title_alt |
Властивості кератинази Priestia megaterium 035 |
| description |
In the modern world, the problem of the disposal of animal husbandry waste is very acute, because the growing volume of production leads to an increase in the amount of waste, which, if handled improperly, can pose a threat to the environment. Poultry factories, slaughterhouses, the leather, fur, and wool industries, and hairdressing plants constantly produce millions of tons of keratin-containing waste in the form of feathers, pig bristles, hooves, horns, leather, wool, and hair. The development of methods for their environmentally friendly processing using enzymes of microorganisms, in particular proteases, to obtain valuable products such as amino acids and oligopeptides is an important task of modern biotechnology. The purpose of this work was to investigate some physicochemical properties (pH- and thermooptimum, pH- and thermostability, substrate specificity) of the Priestia megaterium 035 enzyme preparation with keratinase activity. Methods. The object of investigation was P. megaterium 035 isolated from the bottom sediments of the Black Sea. The culture was grown under conditions of submerged cultivation at 28 °C, with a nutrient medium stirring rate of 232 rpm for 5–7 days. For growth, a basic nutrient medium containing 0.5% defatted chicken feathers as the only source of carbon and nitrogen was used. Keratinase activity was assessed by UV absorption at 280 nm of the hydrolysis products of keratin-containing materials. The degree of substrate hydrolysis was estimated by the ratio of the initial and final weights of the substrate. To investigate the substrate specificity, the P. megaterium 035 culture was grown in 50 ml test tubes with such substrates as white and black chicken feathers, sheep, rabbit, cat, and dog wool, pig bristles, and children's nails and hair. Results. The culture of P. megaterium 035 was grown for 5–7 days on a nutrient medium with the addition of white chicken feathers as the only source of carbon and nitrogen, the degree of hydrolysis of which was 84%. A partially purified enzyme preparation with keratinase activity was obtained by the method of 90% saturation of the supernatant of the P. megaterium culture liquid with ammonium sulfate. The studied enzyme preparation was active in a wide pH range (7.0–12.0) with three activity optima (7.0, 10.0, and 12.0). It was found that the enzyme was completely stable at pH 11.0 and retained 78% of the initial activity at pH 10.0 after 24 h of incubation. At neutral and slightly alkaline pH values, the enzyme preparation was less stable: its activity at pH 7.0–9.0 was maintained for 3 h. A temperature of 50 °C was optimal for the studied preparation. The enzyme retained 100% activity at 50 °C after 30 min of incubation, 91% and 25% after 60 min and 120 min of incubation, and at 60 °C it showed 80% of the initial activity only after 15 min of incubation. It was shown that P. megaterium effectively decomposed only white chicken feathers (84%), worse – black chicken feathers (45%), and practically did not affect the other studied substrates. The degree of hydrolysis of cat, dog, and pig bristles and children's nails did not exceed 3–6%. Conclusions. Among the investigated keratin-containing substrates, the P. megaterium 035 culture is able to intensively degrade only chicken feathers, which consist mainly of β-keratin. |
| publisher |
PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/288 |
| work_keys_str_mv |
AT avdiyukkv propertiesofpriestiamegaterium035keratinase AT varbanetsld propertiesofpriestiamegaterium035keratinase AT shtenikovmd propertiesofpriestiamegaterium035keratinase AT ivanytsiavo propertiesofpriestiamegaterium035keratinase AT avdíûkkv propertiesofpriestiamegaterium035keratinase AT varbanecʹld propertiesofpriestiamegaterium035keratinase AT štenikovmd propertiesofpriestiamegaterium035keratinase AT ívanicâvo propertiesofpriestiamegaterium035keratinase AT avdiyukkv vlastivostíkeratinazipriestiamegaterium035 AT varbanetsld vlastivostíkeratinazipriestiamegaterium035 AT shtenikovmd vlastivostíkeratinazipriestiamegaterium035 AT ivanytsiavo vlastivostíkeratinazipriestiamegaterium035 AT avdíûkkv vlastivostíkeratinazipriestiamegaterium035 AT varbanecʹld vlastivostíkeratinazipriestiamegaterium035 AT štenikovmd vlastivostíkeratinazipriestiamegaterium035 AT ívanicâvo vlastivostíkeratinazipriestiamegaterium035 |
| first_indexed |
2025-09-24T16:41:17Z |
| last_indexed |
2025-10-08T01:12:36Z |
| _version_ |
1851774478854389760 |
| spelling |
oai:ojs2.ojs.microbiolj.org.ua:article-2882025-10-07T08:53:27Z Properties of Priestia megaterium 035 Keratinase Властивості кератинази Priestia megaterium 035 Avdiyuk, K.V. Varbanets, L.D. Shtenikov, M.D. Ivanytsia, V.O. Авдіюк, К.В. Варбанець, Л.Д. Штеников, М.Д. Іваниця, В.О. keratinase activity thermal optimum pH-optimum thermal stability pH-stability substrate specificity кератиназна активність термооптимум рН-оптимум термостабільність рН-стабільність субстратна специфічність In the modern world, the problem of the disposal of animal husbandry waste is very acute, because the growing volume of production leads to an increase in the amount of waste, which, if handled improperly, can pose a threat to the environment. Poultry factories, slaughterhouses, the leather, fur, and wool industries, and hairdressing plants constantly produce millions of tons of keratin-containing waste in the form of feathers, pig bristles, hooves, horns, leather, wool, and hair. The development of methods for their environmentally friendly processing using enzymes of microorganisms, in particular proteases, to obtain valuable products such as amino acids and oligopeptides is an important task of modern biotechnology. The purpose of this work was to investigate some physicochemical properties (pH- and thermooptimum, pH- and thermostability, substrate specificity) of the Priestia megaterium 035 enzyme preparation with keratinase activity. Methods. The object of investigation was P. megaterium 035 isolated from the bottom sediments of the Black Sea. The culture was grown under conditions of submerged cultivation at 28 °C, with a nutrient medium stirring rate of 232 rpm for 5–7 days. For growth, a basic nutrient medium containing 0.5% defatted chicken feathers as the only source of carbon and nitrogen was used. Keratinase activity was assessed by UV absorption at 280 nm of the hydrolysis products of keratin-containing materials. The degree of substrate hydrolysis was estimated by the ratio of the initial and final weights of the substrate. To investigate the substrate specificity, the P. megaterium 035 culture was grown in 50 ml test tubes with such substrates as white and black chicken feathers, sheep, rabbit, cat, and dog wool, pig bristles, and children's nails and hair. Results. The culture of P. megaterium 035 was grown for 5–7 days on a nutrient medium with the addition of white chicken feathers as the only source of carbon and nitrogen, the degree of hydrolysis of which was 84%. A partially purified enzyme preparation with keratinase activity was obtained by the method of 90% saturation of the supernatant of the P. megaterium culture liquid with ammonium sulfate. The studied enzyme preparation was active in a wide pH range (7.0–12.0) with three activity optima (7.0, 10.0, and 12.0). It was found that the enzyme was completely stable at pH 11.0 and retained 78% of the initial activity at pH 10.0 after 24 h of incubation. At neutral and slightly alkaline pH values, the enzyme preparation was less stable: its activity at pH 7.0–9.0 was maintained for 3 h. A temperature of 50 °C was optimal for the studied preparation. The enzyme retained 100% activity at 50 °C after 30 min of incubation, 91% and 25% after 60 min and 120 min of incubation, and at 60 °C it showed 80% of the initial activity only after 15 min of incubation. It was shown that P. megaterium effectively decomposed only white chicken feathers (84%), worse – black chicken feathers (45%), and practically did not affect the other studied substrates. The degree of hydrolysis of cat, dog, and pig bristles and children's nails did not exceed 3–6%. Conclusions. Among the investigated keratin-containing substrates, the P. megaterium 035 culture is able to intensively degrade only chicken feathers, which consist mainly of β-keratin. У сучасному світі проблема утилізації відходів тваринництва стоїть дуже гостро, оскільки зростання обсягів виробництва призводить до збільшення кількості відходів, які, за неправильного поводження, можуть становити загрозу навколишньому середовищу. Птахофабрики, бойні, шкіряна, хутряна і вовняна промисловість, перукарні постійно виробляють мільйони тон кератиновмісних відходів у вигляді пір'я, свинячої щетини, копит, рогів, шкіри, вовни і волосся. Розробка методів їх екологічно чистої переробки з використанням ферментів мікроорганізмів, зокрема протеаз, для отримання таких цінних продуктів, як амінокислоти та олігопептиди, є важливим завданням сучасної біотехнології. Метою роботи було дослідити ряд фізико-хімічних властивостей (рН- і термооптимум, рН- і термостабільність, субстратну специфічність) ферментного препарату Priestia megaterium 035 з кератиназною активністю. Об’єктом дослідження була культура P. megaterium 035, виділена з донних відкладень Чорного моря. Методи. Культуру вирощували в умовах глибинного культивування при 28 °С зі швидкістю перемішування живильного середовища 232 об/хв протягом 5–7 діб. Для росту використовували основне живильне середовище, яке містило 0.5% знежиреного курячого пір’я як єдиного джерела вуглецю та азоту. Активність кератинази оцінювали за УФ-поглинанням при 280 нм продуктів гідролізу кератиновмісних матеріалів. Ступінь гідролізу субстрату оцінювали за співвідношенням початкової та кінцевої маси субстрату. Для дослідження субстратної специфічності культуру P. megaterium 035 вирощували в пробірках об’ємом 50 мл з такими субстратами, як біле та чорне куряче пір’я, вовна овець, кроликів, котів, собак, щетина свиней, дитячі нігті та волосся. Результати. Культуру P. megaterium 035 вирощували протягом 5–7 діб на живильному середовищі з додаванням білого курячого пір’я як єдиного джерела вуглецю та азоту, ступінь гідролізу якого становив 84 %. Методом 90% насичення супернатанту культуральної рідини P. megaterium 035 сульфатом амонію отримано частково очищений ферментний препарат із кератиназною активністю Досліджуваний ферментний препарат був активним у широкому діапазоні рН (7.0–12.0) з трьома оптимумами активності (7.0, 10.0 і 12.0). Було Виявлено, що фермент був повністю стабільним при рН 11.0 і зберігав 78% початкової активності при рН 10.0 після 24 год інкубації. При нейтральних і слаболужних значеннях рН ферментний препарат був менш стабільним, оскільки його активність при рН 7.0–9.0 зберігалася протягом 3 год. Оптимальною для досліджуваного препарату була температура 50 °С. Фермент зберігав 100%-ну активність при 50 °С протягом 30 хв інкубації, 91% і 25% після відповідно 60 хв і 120 хв інкубації, а при 60 °С виявляв 80% початкової активності лише протягом 15 хв інкубації. Показано, що культура P. megaterium 035 ефективно розкладала лише біле куряче пір’я (84 %), гірше – чорне куряче пір’я (45 %) і практично не впливала на інші досліджувані субстрати. Ступінь гідролізу котячої і собачої шерсті, свинячої щетини та дітячих нігтів не перевищував 3–6%. Висновки. Серед досліджених кератиновмісних субстратів культура P. megaterium 035 здатна інтенсивно деградувати лише куряче пір’я, яке складається переважно з β-кератину. PH "Akademperiodyka" of the NAS of Ukraine 2025-10-07 Article Article application/pdf https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/288 10.15407/microbiolj87.04.003 Mikrobiolohichnyi Zhurnal; Vol. 87 No. 4 (2025): Mikrobiolohichnyi Zhurnal; 3-11 Мікробіологічний журнал; Том 87 № 4 (2025): Мікробіологічний журнал; 3-11 2616-9258 1028-0987 10.15407/microbiolj87.04 en https://ojs.microbiolj.org.ua/index.php/mj/article/view/288/132 Copyright (c) 2025 Mikrobiolohichnyi Zhurnal https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |