Laboratoryjne badania skuteczności szczepionki bakterii Bacillus Subtilis B172 w degradacji natywnego pierza odpadowego

• Autorzy: Sobolczyk-Bednarek Justyna , Choińska-Pulit Anna , Łaba Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0053.7789

Warianty tytułu

EN

Laboratory studies of the effectiveness of the Bacillus Subtilis B172 inoculum in the degradation of native waste feathers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Kumulacja pierza drobiowego jako surowca odpadowego w środowisku naturalnym stanowi problem ekologiczny i sanitarny z uwagi na wysoką odporność na degradację oraz na możliwość występowania patogennych mikroorganizmów. Prezentowane badania przybliżają możliwość wykorzystania szczepionki bakterii z rodzaju Bacillus do degradacji keratyny piór natywnych. Pióra szczepione bakteriami B. subtilis B172 w wyższym stopniu podlegały biodegradacji zarówno w hodowli wgłębnej jak również w solid state, w stosunku do odpowiednika nieinokulowanego. Przejawiało się to w ubytku masy o 30% wyższym w hodowli inokulowanej, wizualnym obrazie oraz w parametrach biochemicznych keratynolizy, np. ilość białka rozpuszczalnego wyższa o 71% w stosunku do hodowli nieinokulowanej. Ponadto wykazano zdolność bakterii do tworzenia biofilmów na substracie keratynowym, co jest dodatkowym czynnikiem mogącym intensyfikować proces keratynolizy. Przeprowadzone badania wskazują alternatywną i ekologiczną metodę degradacji pierza kurzego z zastosowaniem szczepionki keratynolitycznych bakterii B. subtilis B172.

EN

Accumulation of chicken feathers waste in natural environment presents an ecological and sanitary issue due to the high resilience of keratin against degradation and possible occurrence of pathogenic microorganisms. The presented research highlight the possible application bacterial inoculum from the genus Bacillus for biodegradation of native feather keratin. Feathers inoculated with B. subtilis B172 underwent advanced decomposition in liquid cultures, as well as in soild-state conditions, as compared with an uninoculated control. It was manifested by the substrate loss increased by 30%, visual changes in the substrate and biochemical indicators of keratinolysis, e.g. concentration of soluble proteins increased by 71%, in comparison to a control. In addition, capability of the tested bacteria to formation of a biofilm structure on the keratinic substrate was demonstrated, as an additional factor to intensify the process of keratinolysis. The conducted research allowed to propose an alternative and environment-friendly method for waste feathers degradation with an application of B. subtilis B172 keratinolytic bacteria.

Słowa kluczowe

PL

Bacillus subtilis; biofilm; pióra kurze; keratynaza; biodegradacja

EN

Bacillus subtilis; biofilm; chicken feathers; keratinase; biodegradation

• Wydawca: Instytut Górnictwa Odkrywkowego "Poltegor-Instytut"
• Czasopismo: Górnictwo Odkrywkowe
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 64, nr 1
• Strony: 28--35
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz.

Twórcy

autor

Sobolczyk-Bednarek Justyna

• „Poltegor – Instytut” Instytut Górnictwa Odkrywkowego, Wrocław

autor

Choińska-Pulit Anna

• „Poltegor – Instytut” Instytut Górnictwa Odkrywkowego, Wrocław

autor

Łaba Wojciech

• Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, Katedra Biotechnologii i Mikrobiologii Żywności

Bibliografia

• [1.] A. GRAZZIOTIN, F.A. PIMENTEL, E.V. JONG, A. BRANDELLI: Nutritional improvement of feather protein by treatment with microbial keratinase, Animal Feed Science and Technology 2006, Vol. 126, pp. 135-144.
• [2.] DANIEL J. DAROIT, A. P. F. CORREˆA, A. BRANDELLI: Keratinolytic potential of a novel Bacillus sp. P45 isolated from the Amazon basin fish Piaractus mesopotamicusq, International Biodeterioration & Biodegradation 2009, Vol. 63, pp. 358-363.
• [3.] R. GUPTA, P. RAMNANI, Microbial keratinases and their prospective applications: an overview. Appl Microbiol Biotechnol 2006, Vol.70. pp. 21-33.
• [4.] A. RODZIEWICZ, W. ŁABA: Keratyny i ich biodegradacja, Biotechnologia 2006 vol. 2 nr 73, ss. 130-147.
• [5.] J. M. ICHIDA, L. KRIZOVA, A. LEFEVRE, H. M. KEENER, D. ELWELL, JR. E. H. BURTT: Bacterial inoculum enhances keratin degradation and biofilm formation in poultry compost. Journal of Microbiological Methods 2001, Vol. 47, pp. 199-208.
• [6.] C. CAI, B. LOU, X. ZHENG: Keratinase production and keratin degradation by a mutant strain of Bacillus subtilis, Journal of Zhejiang University 2007, Vol. 9 No.1, pp. 60-67.
• [7.] E. VASILEVA-TONKOWA, A. GOUSTEROVA, G. NESHEV: Ecologically safe method for improved feather wastes biodegradation. International Biodeterioration & Biodegradation 2009, Vol. 63, pp. 1008-1012.
• [8.] C.BERNAL, J. CAIRÓ, N. CELLO: Purification and characterization of a novel exocellular keratinase from Kocuria rosea. Eznyme and Microbial Technology 2006 Vol. 38, pp. 49-54.
• [9.] A. BRANDELLI, D.J. DAROIT, A. RIFFEL: Biochemical features of microbial keratinases and their production and applications, Appl. Microbiol. Biotechnol 2010, Vol. 85, pp. 1735-1750.
• [10.] A. RODZIEWICZ, K. BARANOWSKA, W. ŁABA, J. SOBOLCZYK: Właściwości keratynolityczne oraz tworzenie biofilmu przez bakterie Bacillus subtilis. Biotechnologia 2006, vol. 5 nr 1-2, ss. 61-73.
• [11.] J. P. M. LANGEVELD, J-J. WANG, D. F. M. VAN DE WIEL, G. C. SHIH, G. J. GARSSEN, A. BOSSERS, J. C. H. SHIH: Enzymatic Degradation of Prion Protein in Brain Stem from Infected Cattle and Sheep. The Journal of Infectious Diseases 2003, Vol. 188, pp. 1782-1789.
• [12.] E. TIWARY, R. GUPTA: Rapid conversion of chicken feather to feather meal using dimeric keratinase from Bacillus licheniformis ER-15. J. Bioprocess. Biotech 2012., Vol. 2, nr 123
• [13.] J.L. Giogno, F.S. Lucas, F. Casarin, P. Heeb, A. Brandelli: Keratinolytic proteases of Bacillus species isolated from the Amazon basin showing remarkable de-hairing activity. World J Microbiol Biotechnol 2007, Vol. 23, pp. 375-382.
• [14.] H.-J. SON, H.-C. PARK, H.-S. KIM: Nutritional regulation of keratinolytic activity in Bacillus pumilus. Biotechnol Lett 2008, Vol. 30, pp. 461-465.
• [15.] P. PILLAI, G. ARCHANA: Hide depilation ad feather disintegration studiem with keratinolytic serie protease from a novel Bacillus subtilis isolate. Appl. Microbiol. Biotechnol 2008, Vol. 78, pp. 643-650.
• [16.] WEI-HUA CHU: Optimization of extracellular alkaline protease production from species of Bacillus. J Ind Microbiol Biotechnol 2007, Vol. 34, pp. 241-145.
• [17.] M.C. VARGAS –GARCÍA, M.J. LÓPEZ, F. SUÁREZ, J. MORENO: Laboratory study of inocula production for com- posting processes. Bioresource Technology 2005, Vol. 96, pp. 797-803.
• [18.] K. WAWRZKIEWICZ, J. ŁOBARZEWSKI, T. WOLSKI: Intracellular keratinase of Trichophyton gallinae. Journal of Medical and Veterinary Mycology 1987, vol. 25, ss. 261-268.
• [19.] O. H. LOWRY, N. J. ROSEBROUGH, A. L. FARR, R. J. RANDALL: Protein measurement with the Folin – Phenol reagent. J. Biol. Chem. 1951, Vol. 193, pp. 256 – 275.
• [20.] CH. K. RIENER, G. KADA, H. J. GRUBER: Quick measurement of protein sulfhydryls with Ellman’s reagent and with 4,4’ – dithiodipyridine. Anal Bioanal Chem. 2002, Vol. 373, pp. 266 – 276.
• [21.] S. L. SNYDER, P. Z. SOBOCIŃSKI: An Improved 2,4,6 – trinitrobenzenesulfonic amid method for the determination of Amines. Analytical Biochemistry 1975, vol. 64, pp. 284 – 288.
• [22.] M. L. J. ANSON. Gen. Physiol. 1939, Vol. 22, pp. 79.
• [23.] P.O. WERLANG, A. BRANDELLI: Characterization of a Novel Feather-Degrading Bacillus Strain. Applied Bioche- mistry and Biotechnology 2005, Vol. 20, pp. 71-79.
• [24.] A. GESSESSE, R. HATTI- KAUL, B.A. GASHE, B. MATTIASSON: Novel alkaline proteases from alkaliphilic bacteria grown on chicken feather. Enzyme and Microbial Technology 2003, Vol. 32, pp. 519-524.
• [25.] A. RIFFEL, A. BRANDELLI: Keratinolytic Bacteria Isolated from feather waste. Brazilian Journal of Microbiology 2006, Vol. 37, pp. 395-399.
• [26.] G-T. PARK, H-J. SON: Keratinolytic activity of Bacillus megaterium F7-1, a feather-degrading mesophilic bacterium. Microbiological Research 2009, Vol. 164, pp. 478-485.
• [27.] W. SUNTORNSUK, L. SUNTORNSUK: Feather degradation by Bacillus ssp. FK 46 in submerged cultivation. Biore- source Technology 2005, Vol. 86, pp. 239 – 243.
• [28.] O.H. HADDAR, T.I. ZAGHLOUL, H.M. SAEED: Biodegradation of native feather keratin by Bacillus subtilis recom- binant strains. Biodegradation 2009, Vol. 20,pp. 687-694.
• [29.] H.A. EL-REFAI, M.A. NABY, A. GABALLA, M.H. EL- ARABY, A.F.A. FATTAH: Improvement of the newly isolated Bacillus pumilus FH9 keratinolytic activity. Process Biochemistry 2005, Vol. 40, pp. 2325- 2332.
• [30.] A. GHOSH, K. CHAKRABARTI, D. CHATTOPADHYAY: Degradation of raw feather by novel high molecular weight extracellular protease from newly isolated Bacillus cereus DCUW. J. Ind. Microbial. Biotechnol. 2008, Vol. 35, pp. 825-834.
• [31.] S.M. TIQUIA, J.M. ICHIDA, H.H. KEENER, D.L. ELWELL, E.H. BURTT, F.C. MICHEL: Bacterial community profiles on feathers during composting as determined by terminal restriction fragment length polymorphism analysis of 16S rDNA genes. Appl. Microbiol Biotechnol 2005, Vol. 67, pp. 412-419.
• [32.] S. WIERZBA, M. NABDRALIK: Biocomposite for organic waste degradation. Physicochemical Problems of Mineral Processing 2005, vol. 39, ss. 249-256.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).