Скрининг и идентификация термофильных разлагающих целлюлозу бактерий, выделенных из компостированных опилок

Процесс компостирования в основном зависит от метаболических путей микроорганизмов и включает в себя активность различных ферментов. Термофильные бактерии – продуценты целлюлазы, изоляты компоста из опилок исследовали на образование видимых зон вокруг колоний на чашках с агаром. Среда содержала карбоксиметилцеллюлозу при 50°C. Кроме того, дальнейший скрининг изолятов, продуцирующих карбоксиметилцеллюлазу, на жидкой среде был проведен с использованием метода DNS. Среди 29 исследованных образцов изоляты V1 и V11 показали максимальную ферментативную активность – 1.9 и 2.3 eд./мл соответственно. Данные изоляты были отобраны для морфологических, физиологических и биохимических исследований и анализа последовательности гена 16S rRNA. Это оказались грамположительные палочковидные спорообразующие бактерии. На основании клеточной морфологии, гомологии нуклеотидных последовательностей и филогенетического анализа изоляты были идентифицированы как штаммы Bacillus megaterium (V1) и Bacillus subtilis (V11). Оптимальная температура активности эндоглюканазы (CMCase) составляла от 35 до 45°C (штамм V1) и от 40 до 50°C (штамм V11). Наши результаты показали, что целлюлазы Bacillus megaterium (V1) и Bacillus subtilis (V11) демонстрировали термофильность в широком диапазоне температур и соответствовали требованиям коммерческих ферментов.

1. Acharya A., Joshi D. R., Shrestha K., Bhatta D. R. Isolation and screening of thermophilic cellulolytic bacteria from compost piles. Scientific World, 2012, vol. 10, pp. 43–46.

2. Alfreider A., Peters S., Tebbe C. C., Rangger A., Insam H. Microbial community dynamics during composting of organic matter as determined by 16S ribosomal DNA analysis. Compost Science & Utilization, 2002, vol. 10, iss. 4, pp. 303–312. https://doi.org/10.1080/1065657X.2002.10702094

3. Amin M., Rakhisi Z., Ahmady A. Z. Isolation and identification of Bacillus species from soil and evaluation of their antibacterial properties. Avicenna Journal of Clinical Microbiology and Infection, 2015, vol. 2, iss. 1, pp. e23233. https://doi.org/10.17795/ajcmi-23233

4. Amore A., Pepe O., Ventorino V., Alberti A., Feraco V. Cellulolytic Bacillus strains from natural habitats – A review. Chimica Oggi – Chemistry Today, 2013 a, vol. 31, iss. 2, pp. 49–52.

5. Amore A., Pepe O., Ventorino V., Birolo L., Giangrande C., Feraco V. Industrial waste based compost as a source of novel cellulolytic strains and enzymes. FEMS Microbiology Letters, 2013 b, vol. 339, iss. 2, pp. 93–101.

6. Baharuddin A. S., Razak M. N. A., Hock L. S., Ahmad M. N., Abd-Aziz S., Rahman N. A. A., Shah U. K. M., Hassan M. A., Sakai K., Shirai Y. Isolation and characterization of thermophilic cellulase-producing bacteria from empty fruit bunches-palm oil mill effluent compost. American Journal of Applied Sciences, 2010, vol. 7, iss. 1, pp. 56–62.

7. Balouiri M., Sadiki M., Ibnsouda S. K. Methods for in vitro evaluating antimicrobial activity: A review. Journal of Pharmaceutical Analysis, 2016, vol. 6, iss. 2, pp. 71–79. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2015.11.005

8. Bhattacharya A., Pletschke B. Thermophilic Bacilli and their enzymes in composting. Composting for Sustainable Agriculture. Cham, Springer, 2014, pp. 103–124. https://doi.org/10.1007/978-3-319-08004-8_6

9. Chu J., Wang Y., Zhao B., Zhang X., Liu K., Mao L., Kalamiyets E. Isolation and identification of new antibacterial compounds from Bacillus pumilus. Applied Microbiology and Biotechnology, 2019, vol. 103, iss. 20, pp. 8375–8381.

10. Cihan A. C., Tekin N., Ozcan B., Cokmus C. The genetic diversity of genus Bacillus and the related genera revealed by 16S rRNA gene sequences and ardra analyses isolated from geothermal regions of Turkey. Brazilian Journal of Microbiology, 2012, vol. 43, iss. 1, pp. 309–324.

11. De Marco É. G., Heck K., Martos E. T., van der Sand S. T. Purification and characterization of a thermostable alkaline cellulase produced by Bacillus licheniformis 380 isolated from compost. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 2017, vol. 89, pp. 2359–2370.

12. Dees P. M., Ghiorse W. C. Microbial diversity in hot synthetic compost as revealed by PCRamplified rRNA sequences from cultivated isolates and extracted DNA. FEMS Microbiology Ecology, 2001, vol. 35, iss. 2, pp. 207–216.

13. Do T. T., Le V. T., Ngo C. C., Do T. T. H., Dang T. H. P. Biological characteristics and classification of thermophilic actinomycetes showed extracellular hydrolytic enzymes producing ability isolated from compost. E3S Web of Conferences, 2021, vol. 265, article number 04008.

14. Hammer O., Harper D. A. T., Ryan P. D. PAST: Palaeontological statistics software packege for education and data analysis. Palaeontological Electronica, 2001, vol. 4, no. 1, pp. 1–9.

15. Islam F., Roy N. Screening, purification and characterization of cellulase from cellulase producing bacteria in molasses. BMC Research Notes, 2018, vol. 11, article number 445. https://doi.org/10.1186/s13104-018-3558-4

16. Kim Y. K., Lee S. C., Cho Y. Y., Oh H. J., Ko Y. H. Isolation of cellulolytic Bacillus subtilis strains from agricultural environments. ISRN Microbiology, 2012, vol. 2012, article number 650563.

17. Li D., Feng L., Liu K., Cheng Y., Hou N., Li C. Optimization of cold-active CMCase production by psychrotrophic Sphingomonas sp. FLX-7 from the cold region of China. Cellulose, 2016, vol. 23, iss. 2, pp. 1335–1347.

18. Maheshwari D. K., ed. Composting for Sustainable Agriculture. Cham, Springer, 2014. 300 p.

19. Meng F., Ma L., Ji S., Yang W., Cao B. Isolation and characterization of Bacillus subtilis strain BY-3, a thermophilic and efficient cellulase-producing bacterium on untreated plant biomass. Letters in Applied Microbiology, 2014, vol. 59, iss. 3, pp. 306–312.

20. Partanen P., Hultman J., Paulin L., Romantschuk M. Bacterial diversity at different stages of the composting process. BMC Microbiology, 2010, vol. 10, article number 94.

21. Siu-Rodas Y., de los Angeles Calixto-Romo M., Guillén-Navarro K., Sánchez J. E., ZamoraBriseño J. A., Amaya-Delgado L. Bacillus subtilis with endocellulase and exocellulase activities isolated in the thermophilic phase from composting with coffee residues. Revista Argentina de Microbiología, 2018, vol. 50, iss. 3, pp. 234–243.

22. Xie Y. D., Peng Q. J., Ji Y. Y., Xie A. L., Yang L., Mu S. Z., Li Z., He T. X., Xiao Y., Zhao J. Y., Zhang Q. Y. Isolation and identification of antibacterial bioactive compounds from Bacillus megaterium L2. Frontiers in Microbiology, 2021, vol. 12, article number 645484.

23. Zhang X., Zhong Y., Yang S., Zhang W., Xu M., Ma A., Zhuang G., Chen G., Liu W. Diversity and dynamics of the microbial community on decomposing wheat straw during mushroom compost production. Bioresource Technology, 2014, vol. 170, pp. 183–195.