Научная статья на тему 'ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРОБИОТИЧЕСКОГО ШТАММА B. SUBTILIS GA24 - ПРОДУЦЕНТА КОРМОВЫХ ФЕРМЕНТОВ'

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРОБИОТИЧЕСКОГО ШТАММА B. SUBTILIS GA24 - ПРОДУЦЕНТА КОРМОВЫХ ФЕРМЕНТОВ Текст научной статьи по специальности «Агробиотехнологии»

CC BY
103
27
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КСИЛАНАЗЫ / ПРОТЕАЗЫ / БАКТЕРИИ ВИДА BACILLUS SUBTILIS

Аннотация научной статьи по агробиотехнологии, автор научной работы — Мухаммадиев Риш.С., Валиуллин Л.Р., Мухаммадиев Рин.С., Мухаммадиева А.С., Сайфуллин А.С.

Работа посвящена исследованию оптимизации состава питательной среды для повышения продукции кормовых ферментов штаммом B. subtilis GA24. Наибольшее повышение активности ксиланаз и протеаз бациллы отмечали при внесении в среду ксилана в концентрации 1,0 % и пептона в концентрации 0,75 % (9,9±0,3 и 51,3+1,3 Ед/мл, соответственно). Дальнейшее изучение способности данного штамма к продукции кормовых ферментов открывает перспективу создания биопрепарата, объединяющего свойства пробиотика и кормового фермента, для птицеводства.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по агробиотехнологии , автор научной работы — Мухаммадиев Риш.С., Валиуллин Л.Р., Мухаммадиев Рин.С., Мухаммадиева А.С., Сайфуллин А.С.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

OPTIMIZATION OF NUTRIENT MEDIUM COMPOSITION OF PROBIOTIC STRAIN B. SUBTILIS GA24 - PRODUCER OF FORAGE ENZYMES

The article presents the results of studies on optimizing the composition of the nutrient medium to increase the production of feed enzymes by the B. subtilis GA24 strain. The greatest increase in the activity of xylanases and proteases of bacilli was observed when xylan at a concentration of 1.0% and peptone at a concentration of 0.75% were added to the medium. Further study of the ability of this strain to produce feed enzymes opens up the prospect of creating a biological product that combines the properties of a probiotic and a feed enzyme for poultry farming.

Текст научной работы на тему «ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРОБИОТИЧЕСКОГО ШТАММА B. SUBTILIS GA24 - ПРОДУЦЕНТА КОРМОВЫХ ФЕРМЕНТОВ»

УДК 577.151.5: 577.152.3

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРОБИОТИЧЕСКОГО ШТАММА B. SUBTILIS GA24 - ПРОДУЦЕНТА КОРМОВЫХ ФЕРМЕНТОВ

Мухаммадиев Риш.С.1,2 - к.б.н., н.с., Валиуллин Л.Р.2,4 - к.б.н., зав. сектором, Мухаммадиев Рин.С.2 - к.б.н., н.с., Мухаммадиева А.С 3 - аспирант, Сайфуллин А.С.2 - к.б.н., н.с., Глинушкин А.П.1 - д.с.-х.н., член-корреспондент РАН,

директор

1ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт фитопатологии» 2ФГБНУ «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности» 3ФГБОУ ВО «Казанская государственная академия ветеринарной медицины

имени Н.Э. Баумана» 4ФГБОУ ВО «Казанский государственный аграрный университет»

Ключевые слова: ксиланазы, протеазы, бактерии вида Bacillus subtilis Keywords: xylanases, proteases, bacteria of species Bacillus subtilis

Эффективность отрасли сельского хозяйства, специализирующей на промышленном производстве яиц и мяса птицы, обусловливается многими факторами, основным из которых является полноценное кормление со

сбалансированным рационом питания и усвояемость питательных веществ кормов [1, 8]. В рацион сельскохозяйственной птицы преимущественно включают семена зерновых и зернобобовых культур, представляющие собой главные источники питательных соединений и энергии. Тем не менее, они в своем составе содержат антипитательные факторы -

некрахмалистые полисахариды, которые способны ухудшать перевариваемость корма, снижать его конверсию, а также негативно воздействовать на кишечную микробиоту, определяющих здоровье и продуктивность птицы, качество получаемой от них продукции [8, 12].

Для противодействия негативным свойствам структурных полисахаридов современные подходы безопасного кормления птицы включают применение биологически активных средств на основе экзогенных ферментов и микроорганизмов, действие которых нацелено на восполнение энзимной активности пищеварительных секретов желудочно-кишечного тракта и нормализацию микробного кишечного

баланса животных [12, 14]. Вследствие этого данные биопрепараты следует рассматривать в качестве альтернативы стимуляторам роста и продуктивности (кормовым антибиотикам)

сельскохозяйственных животных.

В последнее время наибольший интерес представляют пробиотические штаммы споровых бактерий вида Bacillus subtilis, которые способны активно секретировать широкий спектр

внеклеточных ферментов

гидролитического действия (ксиланаз, целлюлаз, амилаз, пектиназ, фитаз, протеаз и липаз) в связи с перспективами создания на их основе энзимно-пробиотических комплексов [5, 6]. Так, способностью продуцировать гидролитические ферменты характеризуется пробиотический штамм B. subtilis 945, составивший основу добавки к корму бацелл [2]. Различные штаммы B. subtilis - продуценты

экстрацеллюлярных гидролаз изучаются как основа препаратов, которые направлены на снижение вязкости содержимого желудочно-кишечного тракта сельскохозяйственных птиц и

ингибирования роста вызывающих некротический энтерит Clostridium perfringens [8].

Эффективность процесса

расщепления структурных полисахаридов

индивидуальными штаммами

микроорганизмов, главным образом, обусловлена уровнем активности образуемых ими гидролазных комплексов [2, 7]. В связи с этим энзимологами постоянно проводятся исследования, ориентированные на поиск наиболее продуктивных микробных штаммов и разработку эффективных стратегий повышения образования ими кормовых ферментов.

Цель исследования - оптимизация состава питательной среды для повышения продукции кормовых ферментов глубинной культуры В. жЪШ$ GA24.

Материал и методы исследований. В работе применяли пробиотический штамм В. зпЫШз GA24 из коллекции микроорганизмов Всероссийского научно-исследовательского института

фитопатологии (ФГБНУ ВНИИФ). Культуру бациллярного штамма поддерживали пересевами на мясо-пептонной агаризованной среде (МПА). Хранение бациллы осуществляли в пробирках со скошенной питательной средой при температуре 4°С, пересев -через 6-8 недель.

Пробиотический штамм В. жЪШ$ GA24 выращивали на жидкой минеральной питательной среде [7, 9]. В качестве индукторов синтеза кормовых ферментов использовались ксиланаза и пептон. Исследуемый продуцент культивировали в конической колбе на качалке (180 об./мин) в аэробных условиях при 36°С в течение 36 ч. Биомассу бациллы отделяли путем центрифугирования (10 тыс. g) в течение 8 мин [10]. Культуральный супернатант применяли для оценки ее на активность ксиланаз и протеаз.

Установление активности

ксиланазы пробиотического штамма проводили согласно калориметрическому методу, который основан на определении восстанавливающих углеводов,

образующихся при их воздействии на субстрат ксилан [11, 12]. При этом за единицу гидролазной активности принимали определенное количество ферментов, которое в стандартных условиях катализирует процесс

расщепления субстрата с образованием 1 мкмоли восстанавливающих сахаров. Активность протеазы устанавливали согласно универсальной методике с применением в качестве субстрата казеина [8]. При этом за 1 единицу активности фермента принимали определенное его количество, катализирующее отщепление 1 мкмоль тирозина в опытных условиях. Гидролазную активность ферментов выражали в Ед./мл.

Статистическую обработку

экспериментальных данных проводили стандартным методом вариационной статистики с использованием программы Microsoft Office Excel 2010.

Результат исследований. Согласно современным представлениям, продукция внеклеточных ферментов в условиях глубинного культивирования

микроорганизмов представляет собой процесс, регуляция которого обусловлена источниками их питания [9, 12]. При этом химическая природа источников, их соотношение в культуральной среде способны оказывать существенное влияние на уровень и спектр (состав) синтезируемых микроорганизмами

экзоферментов. Анализ данных литературы показывает, что лучшими источниками углеродного и азотного питания, которые могут способствовать наибольшей секреции ксиланаз и протеаз штаммами споровых бактерий вида Bacillus subtilis, служат ксилан и пептон [9, 13]. В связи с этим, нами были проведены исследования влияния различных концентраций вышеуказанных углерод- и

азотсодержащего субстратов на синтез кормовых ферментов пробиотического штамма B. subtilis GA24 в условиях его глубинного культивирования.

Результаты исследования показали, что наибольшее повышение активности ксиланаз и протеаз пробиотического штамма B. subtilis GA24 отмечается при внесении в культуральную среду ксилана в концентрации 1,0 % и пептона в концентрации 0,75 % (Таблица 1).

Исследована зависимость динамики накопления кормовых ферментов и микробной биомассы в условиях

глубинного культивирования штамма ксилан 10,0 г/л и пептон 7,5 г/л. Результаты

B. subtilis GA24 на среде, содержавшей исследования представлены на рисунке 1.

Таблица 1 - Влияние состава культуральной среды на продукцию кормовых ферментов

пробиотического штамма B. subtilis GA24

Ксилан, г/л Пептон, г/л Активность ксиланаз, Ед/мл Активность протеазы, Ед/мл

5,0 2,5 4,6+0,1 30,3+0,7

5,0 5,0 5,0+0,1 40,5+1,0

5,0 7,5 5,3+0,1 46,2+1,2

10,0 2,5 8,7+0,2 33,6+0,8

10,0 5,0 9,4+0,2 44,9+1,1

10,0 7,5 9,9+0,3 51,3+1,3

*Различия между вариантами статистически значимы (Р<0,05). Установление активности ферментов проводили на первые сутки культивирования

Рисунок 1 - Динамика накопления ксиланаз (КсЗ) и протеаз (ПрЗ) (слева), микробной биомассы (справа) в условиях глубинного культивирования штамма В. suЪtilis GA24 на среде, содержавшей ксилан 10,0 г/л и пептон 7,5 г/л (различия между значениями протеазной активности и роста бациллы на 12-е и 24-е ч культивирования не значимы)

Как видно из рисунка, активная секреция протеаз изучаемым штаммом в культуральную среду происходит в первые 12 часов его роста и к 24 часам выращивания достигает значения гидролазной активности (51,3+1,3) Ед/мл. Ферментативная активность ксиланаз возрастала в первые 24 часа выращивания бациллярного штамма, параллельно с повышением выхода микробной биомассы культуры. При этом ксиланазная активность составила (9,9+0,3) Ед/мл.

Результаты нашего исследования согласуются с данными зарубежных авторов, установившие максимальные значения активности ксиланаз в культуральной жидкости бактерий рода Bacillus в конце экспоненциальной фазы и достаточно высокий уровень активности данного фермента во время стационарной фазы роста культуры [13, 14]. В литературе

также имеются сведения, что в условиях глубинного выращивания бацилл активное накопление протеолитических ферментов происходит в конце фазы

экспоненциального роста [9].

Заключение. Результаты по оптимизации содержания углерод- и азотсодержащего субстратов в условиях глубинного культивирования

пробиотического штамма В. suЪtilis GA24 показали, что наибольшее повышение активности ксиланаз и протеаз бациллы отмечается при внесении в среду ксилана в концентрации 1,0 % и пептона в концентрации 0,75 % - (9,9+0,3) и (51,3+1,3) Ед/мл, соответственно. Дальнейшее изучение способности данного штамма к продукции кормовых ферментов открывает возможности применения его в биотехнологических исследованиях, а также для создания биопрепарата,

объединяющего свойства пробиотика и кормового фермента.

Исследование выполнено при поддержке гранта Президента Российской Федерации № МК-2439.2022.5 («Новые подходы с использованием пробиотиков, метабиотиков и бактериальных ферментов для коррекции вызванных действием патогенных факторов микроэкологических нарушений кишечника молодняка сельскохозяйственной птицы»).

ЛИТЕРАТУРА:

1. Артемьева, Е. А. Определение анатомической активности Биоспорина на штаммах возбудителей особо опасных болезней / Е. А. Артемьева, Л. А. Мельникова, А. П. Родионов, А. К. Галиуллин // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии. -2021. - № 3. - С. 36-39.

2. Валиуллин, Л. Р. Бактерии -антагонисты возбудителей кишечных инфекций и продуценты комплекса целлюлаз как основа для создания добавок, объединяющих функции пробиотика и кормового фермента / Л. Р. Валиуллин, С. Риш. Мухаммадиев, Рин. С. Мухаммадиев [и др.] // Достижения науки и техники АПК. - 2021. - Т. 35. - № 9. - С. 60-66.

3. Гибадуллин А. Р. Нормирование биологических контаминантов при выращивании сельскохозяйственных культур, определение острой токсичности микотоксина из группы трихотеценов / А. Р. Гибадуллин // В сборнике: студенческая наука - аграрному производству. материалы 79-ой студенческой (региональной) научной конференции. - Казань. - 2021. - С. 39-43.

4. Егоров В. И. Эффективность применения сорбентов при хронической интоксикации цыплят имидаклопридом / В. И. Егоров, Д. В. Алеев, К. Ф. Халикова [и др.] // Ветеринария. -2021. - № 3. - С. 5558.

5. Маланьев А. В. Клинико-гематологические и биохимические показатели крови на фоне отравления цианопиретроидами и лечении / А. В. Маланьев, К. Ф. Халикова, Г. Р. Ямалова [и др.] // Ветеринарный врач. -

2020. - № 5. - С. 46-53.

6. Мухаммадиев, Р. С. Ферментативная активность гидролаз штаммов микроорганизмов, перспективных для создания на их основе кормовых добавок и биологических консервантов / Р. С. Мухаммадиев, Р. С. Мухаммадиев, И. Г. Каримуллина [и др.] // Сборник научных трудов национальной научно-практической конференции «Состояние, проблемы и перспективы развития современной науки». - 2021. - С. 127-133.

7. Семёнов Э. И. Случаи массового отравления животных, птиц и рыб в некотор ых регионах российской федерации и стран СНГ / Э. И. Семёнов, А. М. Тремасова, Л. Е. Матросова, И. Р. Кадиков [и др.] // Ветеринария. - 2021.

- № 8. - С. 39-44.

8. Феоктистова, Н. В. Биопрепараты микробного происхождения в птицеводстве / Н. В. Феоктистова, А. М. Марданова, М. Т. Лутфуллин [и др.] // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. - 2018. - Т. 160

- С. 395-418.

9. Хайр уллин Д. Д. Влияние увмк "лизунец" на интерьерные показатели молочных коз / Д. Д. Хайруллин, Ш. К. Шакиров, А. Р. Кашаева [и др.] // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. - 2020. - Т. 243. - № 3. - С. 273-276.

10. Abo-State, M. Optimization of cellulase(s) and xylanase production by thermophilic and alkaliphilic Bacillus isolates / M. Abo-State, M. Ghaly, E. Abdellah // American-Eurasian J. Ari. & Environ. Sci. -2013. - Vol. 13. - № 4. - Р. 553-564.

11. Ho, H. L. Xylanase production by Bacillus subtilis using carbon source of inexpensive agricultural wastes in two different approaches of submerged fermentation (SmF) and solid state fermentation (SsF) / H. L. Ho // Journal of Food Processes & Technology. - 2015. - Vol. 6. - № 4. - Р. 1-9.

12. Kiarie, E. The role of added feed e n z y m e s in promoting gut health in swine and poultry / E. Kiarie, L. F. Romero, C. M. Nyachoti // Nutr. Res. Rev. - 2013. -

Vol. 26. - № 1. - P. 71-88.

336.

13. Matos, M. Production of xylanases by Bacillus subtilis E44 under submerged fermentation conditions / M. Matos, A. Valdivia, Z. Rodríguez [et al.] // Cuban J. Agric. Sci. - 2018. - Vol. 52. - № 3. - P. 329-

14. Park, Y. H. Application of probiotics for the production of safe and highqual ity poultry meat / Y. H. Park, F. Hamidon, Ch. Rajangan // Korean J. Food Sci. Anim. Resour. - 2016. - Vol. 36. - № 5. - P. 567-576.

ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВА ПИТАТЕЛЬНОЙ СРЕДЫ ПРОБИОТИЧЕСКОГО ШТАММА B. SUBTILIS GA24 - ПРОДУЦЕНТА КОРМОВЫХ ФЕРМЕНТОВ

Мухаммадиев Риш.С., Валиуллин Л.Р., Мухаммадиев Рин.С., Мухаммадиева А.С.,

Сайфуллин А.С., Глинушкин А.П.

Резюме

Работа посвящена исследованию оптимизации состава питательной среды для повышения продукции кормовых ферментов штаммом B. subtilis GA24. Наибольшее повышение активности ксиланаз и протеаз бациллы отмечали при внесении в среду ксилана в концентрации 1,0 % и пептона в концентрации 0,75 % (9,9+0,3 и 51,3+1,3 Ед/мл, соответственно). Дальнейшее изучение способности данного штамма к продукции кормовых ферментов открывает перспективу создания биопрепарата, объединяющего свойства пробиотика и кормового фермента, для птицеводства.

OPTIMIZATION OF NUTRIENT MEDIUM COMPOSITION OF PROBIOTIC STRAIN B.

SUBTILIS GA24 - PRODUCER OF FORAGE ENZYMES

Mukhammadiev Rish.S., Valiullin L.R., Mukhammadiev Rin.S., Mukhammadieva A.S.,

Saifullin A.S., Glinushkin A.P.

Summary

The article presents the results of studies on optimizing the composition of the nutrient medium to increase the production of feed enzymes by the B. subtilis GA24 strain. The greatest increase in the activity of xylanases and proteases of bacilli was observed when xylan at a concentration of 1.0% and peptone at a concentration of 0.75% were added to the medium. Further study of the ability of this strain to produce feed enzymes opens up the prospect of creating a biological product that combines the properties of a probiotic and a feed enzyme for poultry farming.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.