Charakterystyka i możliwości zastosowania bakterii z rodzaju Bacillus wyizolowanych z gleby

• Autorzy: Pietraszek P. , Walczak P.

Warianty tytułu

EN

Characteristic and applications of Bacillus strains isolated from soil

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Bakterie reprezentujące rodzaj Bacillus stosowane są do produkcji wielu komercyjnych biopreparatów. Mikroorganizmy te charakteryzują się dużą szybkością wzrostu, a także wydajnym systemem syntezy i sekrecji białek. Szczególne znaczenie mają syntetyzowane przez nie α-amylazy, które posiadają szerokie spektrum zastosowań począwszy od przemysłu spożywczego, będącego głównym odbiorcą enzymu, skończywszy na przemyśle farmaceutycznym. W związku z różnorodnością potrzeb poszczególnych gałęzi przemysłu istnieje konieczność produkcji preparatów amylolitycznych charakteryzujących się zróżnicowanymi optymalnymi parametrami kinetycznymi, szczególnie w odniesieniu do pH oraz temperatury. Celem badań była izolacja środowiskowych szczepów bakterii należących do rodzaju Bacillus wykazujących aktywność amylolityczną oraz określenie wpływu czynników środowiskowych na katalityczne działanie syntetyzowanych przez nie enzymów. Analizowano pięć białek produkowanych przez trzy szczepy B. subtilis oraz przez jeden szczep B. pumilus i B. licheniformis. Przeprowadzone badania wykazały, iż wszystkie α-amylazy zachowywały aktywność w pH 3,6–10,0 i w szerokim przedziale temperatur 25–100oC. Aktywność poszczególnych enzymów podano w postaci ich aktywności właściwej. Ustalono, iż największą aktywność amylolityczną wykazywało białko syntetyzowane przez szczep B. pumilus P2 (188 U·mg-1), najmniejszą aktywnością charakteryzował się natomiast enzym produkowany przez B. subtilis S10 (77 U·mg-1).

EN

Bacillus species are source of commercial enzymes, including amylases, proteases, glucose isomerase or pullulanase. Especially important are α-amylases, enzymes hydrolyzing α-1,4- glucosidic bonds in starch molecule, which have wide range of applications. Analyzing diverse needs of various industries, there is a need for production of amylolytic enzymes with different properties, with emphasis on temperature and pH. The aim of the study was isolation of environmental strains belonging to genus Bacillus, as well as determination of the influence of physicochemical factors on the catalytic activity of synthesized enzymes. During analysis five α-amylases produced by three strains of B. subtilis, one of B. pumilus and one amylase secreted by B. licheniformis strain were analyzed. Activity of tested amylases at pH from 3.6 to 10.0, and at wide range of temperatures (25–100oC) was determined. In the present study, 22 strains belonging to Bacillus subtilis group (16 B. subtilis strains, 3 B. licheniformis and 3 B. pumilus strains) were isolated, while 21 of them were able to synthesize of amylolytic enzymes. Two of isolates, B. subtilis S10 and B. licheniformis L1 synthesized amylases with optimal activity at pH 3.6. Enzymes secreted by B. pumilus P2 had the high estactivity at pH 7.5, whereas B. subtilis S3 at pH 5.0. Amylase isolated from B. subtilis S1 strain, contrary to bacteria mentioned above, possessed optimum activity at pH 10. Three among synthesized enzymes S10, L1, and P2 showed the highest activity at 70oC (77 U mg-1, 115.2 U mg-1 and 188.2 U mg-1, respectively), whereas the optimum temperature for amylases isolated from S1 and S3 was 50oC (131 U mg-1, 108.4 U mg-1 respectively). All of tested enzymes remained activity at 100˚C. It is assumed that, the analyzed enzymes may be an alternative for the current amylolytic preparates used in food, paper and textile industry.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Polish Journal of Agronomy
• Rocznik: 2014
• Numer: 16
• Opis fizyczny: s.37-44,rys.,tab.,wykr.,bibliogr.

Twórcy

autor

Pietraszek P.

• Instytut Technologii Fermentacji i Kikrobiologii, Wydział Biotechnologii i Nauki o Żywności, Politechnika Łódzka, ul.Wólczańska 171/173, 90-924 Łódź

autor

Walczak P.

• Instytut Technologii Fermentacji i Kikrobiologii, Wydział Biotechnologii i Nauki o Żywności, Politechnika Łódzka, ul.Wólczańska 171/173, 90-924 Łódź

Bibliografia

• Abosereh N.A., Haggran A.H.A., Soliman E.A.M. Abo-Aba S.E.M., 2013. Genetic modification of new Bacillus strains for enhanced α-amylase production by interspecific protoplast fusion. Austral. J. Basic Appl. Sci., 7: 531-536.
• Aiyer P.V., 2005. Amylases and their applications. Afric. J. Biotechnol., 4: 1525-1529.
• Amutha K., Priya K.J., 2011. Effect of pH, temperature and metal ions on amylase activity from Bacillus subtilis kcx 006. Internation. J. Pharma BioSci., 2: 407-413.
• Anthrin R.L., Solheim B.A., Solheim L., Autherinen A.L., Ginefare J., Karppelin S., 1990. A new Bacillus licheniformis alpha-amylase capable of low pH liquefaction. Starch, 43: 355-360.
• Bailey J.M., Whelan W.J., 1961. Physical properties of starch. J. Biol. Chem., 236: 969-973.
• Bradford M., 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dyebinding”. Analytic. Biochem.,72: 248-254.
• Deb P., Talukdar S.A., Mohsina K., Sarker P.K., Sayem S.M.A., 2013. Production and partial characterization of extracellular amylase enzyme from Bacillus amyloliquefaciens P-001. SpringerPlus., 2: 154.
• Gerhardt P., Murray R.G.E., Castilow R.N., Nester E.W., Wood W.A., Krieg N.R., Philips G.B., 1994. Methods for General and Molecular Bacteriology. ASM Press, Washington, D.C.
• Harwood C.R., Cranenburgh R., 2008. Bacillus protein secretion: anunfolding story. Trends Microbiol., 16: 73-79.
• Kwon G.-H., Lee H.A., Park J.Y., Kim J.S., Lim J., Park C.S., Kwon D.Y., Kim Y.S., Kim J.H., 2009. Development of RAPD-PCR method for identification of Bacillus species isolated from Cheonggukjang. Internation. J. Food Microbiol., 129: 282-287.
• Mahdavi A., Sajedi R.H., Rassa M., Jafarian V., 2010. Characterization of an α-amylase with broad temperature activity from anacid-neutralizing Bacillus cereus strain. Iran. J. Biotechnol., 8: 103-111.
• Oguntimehin G.B., 1998. Growth of and amylase production by Bacillus licheniformis isolated from cassava processing waste. Niger. Food J.,11:58-67.
• Oseni O.A., Ekperigin M.M., 2013. Isolation and activity of alpha-amylase from selected bacteria strains in the forest soil. Global J. Biosci. Biotechnol., 2: 17-20.
• Oyeleke S.B., Oduwole A.A., 2009. Production of amylase by bacteria isolated from a cassava dumpsite in Minna, Niger State, Nigeria. Afric. J. Microbiol. Res., 4: 143-146.
• Reddy N.S., Nimmagadda A., SambasivaRao K.R.S., 2003. An overview of the microbial α-amylase family. Afric. J. Biotechnol., 2: 645-648.
• Rooney A.P., Price N.P.J., Ehrhardt C., Swezey J.L., Bannan J.D., 2009. Phylogeny and molecular taxonomy of the Bacillus species complex and description of Bacillus subtilis subsp. inaquosorum subsp. nov. Internation. J. System. Evolution. Microbiol., 59: 2429-2436.
• Sailas B., Smitha R.B., Jisha V.N., Pradeep S., Sajith S., Sreedevi S., Priji P., Unni K.N., Sarath Josh M.K., 2013. A monograph on amylase from Bacillus spp. Adv. Biosci. Biotechnol., 4: 227-241.
• Schallmey M., Singh A., Ward O.P., 2004. Developments in the use of Bacillus species for industrial production. Canad. J. Microbiol., 50: 1-17.
• Slepecky R.A., Hemphill H.E., 2006. The Genus Bacillus-Nonmedical. ss. 530-562. Dworkin M., Falkow S., Rosenberg E., Schleifer K.-H., Stackebrandt E. Procaryotes. Springer Science+BusinessMedica, LLC, NY, USA.
• Souza P.M., Magalhaes P.O., 2010. Application of microbial α-amylase in industry. Brazil. J. Microbiol., 41: 850-861.
• Szczęsna-Antczak M., Trzmiel T., 2008. Bakterie rodzaju Bacillus. ss. 91-119. W: Mikrobiologia techniczna. Mikroorganizmy w biotechnologii, ochronie środowiska i produkcji żywności; Libudzisz Z., Kowal K., Żakowska Z,. PWN, Warszawa.
• Tomazic S.J., Klibanov A.M., 1988a. Why is one Bacillus alpha-amylase more resistant against irreversible thermoinactivation than another? J. Biol. Chem., 263: 3092-3096.
• Tomazic S.J., Klibanov A.M., 1988b. Mechanisms of irreversible thermal inactivation of Bacillus amylases. J. Biol. Chem., 263: 3086-3091.
• Vaseekaran S., Balakumar S., Arasaratnam V., 2010. Isolation and identification of a bacterial strain producing thermostable α-amylase. Tropic. Agric. Res., 22: 1-11.
• Wang L.-T., Lee F.-W., Tai C.-J., Kasai H., 2007. Comparison of gyrB sequences, 16S rRNAgene sequences and DNA-DNA hybridization in Bacillus subtilis group. Internation. J. System. Evolution. Microbiol., 57: 1846-1850.
• Yasouri F.N., Rasa M. Sariri R., 2003. Extraction and purification of thermostable α-amylase from Bacillus cougulans found in Iranian soil samples. Internation. J. Chem. Sci., 1:332-340.
• Zgirski A., 1999a. Cukry i proteoglikany. ss. 260-305. W: Ćwiczenia z biochemii; Kłyszejko-Stefanowicz L., PWN, Warszawa.
• Zgirski A., 1999b. Enzymy. ss. 471-573. W: Ćwiczenia z biochemii; Kłyszejko-Stefanowicz L., PWN, Warszawa.