Молекулярно-генетическая идентификация изолятов бактерий — продуцентов ксиланаз

Меню статьи

Скачать статью

Процитировать статью

See article in English

DOI:

10.5922/vestniknat-2024-4-9

Ключевые слова

ксиланаза лигноцеллюлозная биомасса молекулярно-генетическая идентификация Bacillus

Аннотация

Микробные ксиланазы широко примененяются в различных отраслях промышленности, что обусловливает актуальность поиска новых микроорганизмов, способных к их продукции. Источником для выделения штаммов, обладающих ксиланолитической активностью, является растительное сырьё с высоким содержанием гемицеллюлоз — лигноцеллюлозная биомасса. В Калининградской области к такому сырью относятся шрот семян конопли технической Cannabis sativa, оболочка семян и семена люпина белого Lupinus albus, оболочка семян сои нетостированная , оболочка семян сои тостированная, оболочка семян сои гранулированная, семена каштана конского обыкновенного Aesculus hippocastanum. Среди 23 бактериальных изолятов, выделенных из указанного лигноцеллюлозного сырья, наибольшая ксиланолитическая активность установлена для 9 штаммов, которые по морфологическим и тинкториальным признакам отнесены к грамположительным спорообразующим палочкам. Молекулярно-генетическая идентификация методом 16S рРНК изолятов с установленной ксиланазной активностью позволила выявить принадлежность штаммов к видам Peribacillus acanthi, Bacillus cereus, Bacillus zanthoxyli, Bacillus badius. Идентифицированные штаммы микроорганизмов потенциально могут использоваться в качестве промышленных продуцентов ксиланаз с высокой активностью, позволяющих осуществлять биодеструкцию лигноцеллюлозной биомассы с получением востребованной продукции.

1. Güler F., Ozçelik F. Screening of xylanase producing Bacillus species and optimization of xylanase process parameters in submerged fermentation // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2023. № 51. Р. 102801. doi: 10.1016/j.bcab.2023.102801.

2. Ammoneh H., Harba M., Akeed Y. et al. Isolation and identification of local Bacillus isolates for xylanase biosynthesis // Iran J Microbiol. 2014. № 6(2). Р. 127—132.

3. Dyshlyuk L., Ulrikh E., Agafonova S., Kazimirchenko O. Xylooligosaccharides from biomass lignocellulose: Properties, sources and production methods // Reviews in Agricultural Science. 2024. № 12. Р. 1—12. doi: 10.7831/ras.12.0_1.

4. Dong C.-D., Tsai M.-L., Nargotra P. et al. Bioprocess development for the production of xylooligosaccharide prebiotics from agro-industrial lignocellulosic waste // Heliyon. 2023. № 9 (7). Р. 18316. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e18316.

5. Калинина А. Н., Борщевская Л. Н., Гордеева Т. Л., Синеокий С. П. Скрининг и таксономическая характеристика бактериальных продуцентов ксиланаз // Биотехнология. 2017. № 33 (6) С. 37—41. doi: 10.21519/0234-2758-2017-33-6-37-41. EDN: YMVDYR.

6. PCR protocols — a guide to methods and applications // ed. by M. A. Innis, D. H. Gelfand, J. J. Sninsky, T. J. White. L., 1990. P. 482.

7. Каталог MBI Fermentas 1998/1999. P. 146—157.

8. Pavlicek A.,Hrdá S., Flegr J. Fre-Tree-freeware program for construction of phylogenetic trees on the basis of distance data and bootstrap / jackknife analysis of tree robustness. Application in the RAPD analysis of genus Frenkelia // Praha. 1999. № 45 (3). Р. 97—99.

9. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2001. № 51. Р. 1671—1679.

10. Ribosomal Database Project II. URL: http://www.cme.msu.edu (дата обращения: 05.07.2024).

11. Subhashbhai P. A. Isolation, identification and bioefficacy of native entomopathogenic Bacillus thuringiensis from soil : diss. Anand, 2013.

12. Vos P., Garrity G. M., Jones D. et al. Bergey’s manual of systematic bacteriology. Vol. 3 : The Firmicutes. Luxembourg, 2011.

13. Ho L. H., Heng K. L. Xylanase production by Bacillus subtilis in cost-effective medium using soybean hull as part of medium composition under submerged fermentation (SmF) and solid state fermentation (SsF) // Journal of Biodiversity, Bioprospecting and Development. 2015. № 2 (1). doi: 10.4172/2376-0214.1000143.

14. Naz S., Irfan M., Farooq M. U. Xylanase production from Bacillus subtilis in submerged fermentation using Box-Behnken design // Pakistan J. Biotechnol. 2017. № 14. Р. 151—156.

15. Raj A., Kumar S., Singh S. K., Prakash J. Production and purification of xylanase from alkaliphilic Bacillus licheniformis and its pretreatment of eucalyptus kraft pulp // Biocatal. Agric. Biotechnol. 2018. № 15. Р. 199—209. doi: 10.1016/j.bcab.2018.06.018.

16. Yardimci G. O., Cekmecelioglu D. Assessment and optimization of xylanase production using co-cultures of Bacillus subtilis and Kluyveromyces marxianus // 3 Biotech. 2018. № 8 (7). Р. 290. doi: 10.1007/2Fs13205-018-1315-y.

17. Zhang Z. Raza M. F., Zheng Z. et al. Complete genome sequence of Bacillus velezensis ZY-1-1 reveals the genetic basis for its hemicellulosic/cellulosic substrate-inducible xylanase and cellulase activities // 3 Biotech. 2018. № 8. Р. 465. doi: 10.1007/2Fs13205-018-1490-x.

18. Ghosh A., Sutradhar S., Baishya D. Delineating thermophilic xylanase from Bacillus licheniformis DM5 towards its potential application in xylooligosaccharides production // World J. Microbiol. Biotechnol. 2019. № 35 (2). Р. 34. doi: 10.1007/s11274-019-2605-1.

19. Dutta P. D., Neog B., Goswami T. Xylanase enzyme production from Bacillus australimaris P5 for prebleaching of bamboo (Bambusa tulda) pulp // Mater. Chem. Phys. 2020. № 243. Р. 122227. doi: 10.1016/j.matchemphys.2019.122227.

20. Malhotra G., Chapadgaonkar S. S. Taguchi optimization and scale up of xylanase from Bacillus licheniformis isolated from hot water geyser // Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. 2020. № 18. Р. 0—8. doi: 10.1186/s43141-020-00084-0.

21. Patel K., Dudhagara P. Optimization of xylanase production by Bacillus tequilensis strain UD-3 using economical agricultural substrate and its application in rice straw pulp bleaching // Biocatal. Agric. Biotechnol. 2020. № 30. Р. 101846. doi: 10.1016/j.bcab.2020.101846.

22. Roy N., Rowshanul Habib M. Isolation and characterization of xylanase producing strain of Bacillus cereus from soil // Iranian Journal of Microbiology. 2009. № 1 (2). Р. 49—53.

23. Zhang G., Li Z., Chen G., et. al Purification and characterization of the low molecular weight xylanase from Bacillus cereus L-1 // Braz J Microbiol. 2023. № 54 (4). Р. 2951—2959. doi: 10.1007/s42770-023-01129-5.

24. Ayishal Begam M., Annu A., Shameera Banu S., Vishnu Priya D. Comparison and optimization of thermostable xylanase production by Bacillus pumilus and Bacillus cereus using corn husk // International Advanced Research Journal in Science, Engineering and Technology. 2015. № 2 (9). Р. 30—35. doi: 10.17148/IARJSET.2015.2907.

25. Bhuvnesh Y., Khushboo C. Isolation, purification, and characterization of xylanase produced by three species of bacillus under submerged fermentation conditions // Journal of Applied and Natural Science. 2016. № 8 (3). Р. 1210—1213. doi: 1031018/jans.v8i3.942.

26. Masngut N., Rajandran P., Damanhuri N. A. Ultrasonic assisted fermentation for production of xylanase enzyme using locally isolated strain of Bacilus badius // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2020. № 991. Р. 012008. doi: 10.1088/1757-899X/991/1/012008.