Комплексное использование отходов ракообразных для получения олигосахаридов и мономеров хитина и хитозана

Настоящее исследование посвящено изучению хитинолитических ферментов из гепатопанкреаса двух промысловых крабов в Северо-Западном регионе – камчатского краба (Paralithodes camtschaticus) и краба-стригуна опилио (Chionoecetes opilio). Результаты исследований демонстрируют присутствие эндо- и экзохитназной активности в ферментных препаратах, позволяющих осуществлять различные виды биотрансформации хитина. Используя данные ферменты, можно проводить как деполимеризацию хитина до низкомолекулярного хитина и олигомеров хитина, так и получать мономер – N-ацетилглюкозамин. Авторами показано, что гепатопанкреас крабов может являться сырьем для получения хитинолитических ферментов, позволяющих проводить ферментативную трансформацию природного хитина в низкомолекулярные олигосахариды и N-ацетилглюкозамин.

1. Khiari Z. (2022). Sustainable upcycling of fisheries and aquaculture wastes using fish-derived coldadapted proteases // Front. Nutr. Vol. 9. 875697. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.875697

2. Khiari Z. (2024). Enzymes from fishery and aquaculture waste: Research trends in the era of artificial intelligence and circular bio-economy // Mar. Drugs. Vol. 22, No. 9. 411. https://doi.org/10.3390/md22090411

3. Valimaa A.L., Makinen S. et al. (2019). Fish and fish side streams are valuable sources of high-value components // Food Qual. Saf. Vol. 3, No. 4. Pp. 209-226. https://doi.org/10.1093/fqsafe/fyz024

4. Verissimo N. V., Mussagy C. U. et al. (2021). From green to blue economy: Marine biorefineries for a sustainable ocean-based economy // Green Chem. Vol. 23. Pp. 9377-9400. https://doi.org/10.1039/D1GC03191K

5. Khiari Z., Rico D., Martin-Diana A.B., Barry-Ryan C. (2014). Structure elucidation of ACE-inhibitory and antithrombotic peptides isolated from mackerel skin gelatine hydrolysates // J. Sci. Food Agric. Vol. 94, No. 8. Pp. 1663-1671. https://doi.org/10.1002/jsfa.6476

6. Singh S., Negi T. et al. (2022). Sustainable processes for treatment and management of seafood solid waste // Sci. Total Environ. Vol. 817. 152951. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.152951

7. Ponomareva T., Timchenko M. et al. (2021). Prospects of red king crab hepatopancreas processing: fundamental and applied biochemistry // Recycling. ol. 6. No. 1. 3. https://doi.org/10.3390/recycling6010003.

8. Novikov V.Yu., Rysakova K.S. et al. (2023). King crab gills as a new source of chitin/chitosan and protein hydrolysates // Int. J. Biol. Macromol. Vol. 232. 123346. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.123346

9. Mukhin V.A., Novikov V.Yu. (2001). Enzymatic hydrolysis of proteins from Crustaceans of the Barents Sea // Appl. Biochem. Microbiol. Vol. 37, No. 5. Pp. 538542. https://doi.org/10.1023/A:1010218712622

10. Мелентьев А.И., Актуганов Г.Э. Ферменты деградации хитина и хитозана // Хитозан / Под ред. К. Г. Скрябина, С. Н. Михайлова, В. П. Варламова. – М.: Центр «Биоинженерия» РАН. 2013. С. 71-114

11. Melentyev A.I., Aktuganov G.E. (2013). Enzymes of chitin and chitosan degradation // Chitosan / Edited by K. G. Scriabin, S. N. Mikhailov, V. P. Varlamov. Moscow: Center "Bioengineering" RAS. Pp. 71-114. (In Russ)

12. Salma U., Uddowla Md. H. et al. (2012). Five hepatopancreatic and one epidermal chitinases from a pandalid shrimp (Pandalopsis japonica): Cloning and effects of eyestalk ablation on gene expression // Comp. Biochem. Physiol. B Biochem. Mol. Biol. Vol. 161, No. 3. Pp. 197-207. https://doi.org/10.1016/j.cbpb.2011.11.005.

13. Ye C., Lu Z. et al. (2019). Cloning and expression analysis of chitinase-3B from giant freshwater prawn (Macrobrachium rosenbergii) during molting cycle // J. Fish. China. Vol. 43, No. 4. Pp. 751-762. https://doi.org/10.11964/jfc.20180511272.

14. Liu M., Chen C. et al. (2021). Chitinase involved in immune regulation by mediated the toll pathway of crustacea Procambarus clarkii // Fish Shellfish Immunol. Vol. 110. Pp. 67-74. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2020.12.015.

15. Lv J., Liu P. et al. (2013). Transcriptome analysis of Portunus trituberculatus in response to salinity stress provides insights into the molecular basis of osmoregulation // PLoS ONE. Vol. 8, No. 12. e82155. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0082155.

16. Zhou K., Zhou F. et al. (2017). Characterization and expression analysis of a chitinase gene (PmChi-4) from black tiger shrimp (Penaeus monodon) under pathogen infection and ambient ammonia nitrogen stress // Fish Shellfish Immunol. Vol. 62. Pp. 31-40. https://doi.org/10.1016/j.fsi.2017.01.012

17. Fujimori K., Fukushima H., Matsumiya M. (2018). Molecular cloning and phylogenetic analysis of a chitin deacetylase isolated from the epidermis of the red snow crab Chionoecetes japonicas // Advances in Bioscience and Biotechnology. Vol. 9, No. 1. Pp. 52-62. https://doi.org/10.4236/abb.2018.91005

18. Li X., Diao P. et al. (2021). Molecular characterization and function of chitin deacetylase-like from the Chinese mitten crab, Eriocheir sinensis // Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Biochemistry and Molecular Biology. Vol. 256. P. 110612. https://doi.org/10.1016/j.cbpb.2021.110612

19. Proespraiwong P., Tassanakajon A., Rimphanitchayakit V. (2010). Chitinases from the black tiger shrimp Penaeus monodon: Phylogenetics, expression and activities // Comp. Biochem. Physiol. B Biochem. Mol. Biol. Vol. 156, No. 2. Pp. 86-96. https://doi.org/10.1016/j.cbpb.2010.02.007.

20. Dahiya N., Tewari R., Hoondal G. S. (2006). Biotechnological aspects of chitinolytic enzymes: a review // Appl. Microbiol. Biotechnol. Vol. 71, No. 6. Pp. 773-782. https://doi.org/10.1007/s00253-005-0183-7

21. Affes S., Aranaz I. et al. (2019). Preparation of a crude chitosanase from blue crab viscera as well as its application in the production of biologically active chito-oligosaccharides from shrimp shells chitosan // Int. J. Biol. Macromol. Vol. 139. Pp. 558-569. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2019.07.116

22. Рысакова К. С., Новиков В. Ю., Мухин В. А., Серафимчик Е. М. Гликолитическая активность ферментного препарата из гепатопанкреаса камчатского краба Paralithodes camtschaticus // Прикл. биохим. микробиол. 2008. Т. 44, № 3. С. 281-286. https://doi.org/10.1134/S0003683808030046

23. Rysakova K. S., Novikov V. Yu., Mukhin V. A., Serafimchik E. M. (2008). Glycolytic activity of an enzyme preparation from the hepatopancreas of the Kamchatka crab Paralithodes camtschaticus. biochim. microbiol. vol. 44, No. 3. Pp. 281-286. https://doi.org/10.1134/S0003683808030046. (In Russ)

24. Westermeier R. (2016). Electrophoresis in Practice. A Guide to Methods and Applications of DNA and Protein Separations / Fifth Edition. – Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. 471 p.

25. Reissig J. L., Strominger J. L., Leloir L. F. (1955). A modified colorimetric method for the estimation of N-acetylamino sugars // J. Biol. Chem. Vol. 217, No. 2. Pp. 959-966. https://doi.org/10.1016/S00219258(18)65959-9.

26. Decleire M., De Cat W. et al. (1996). Determination of endo- and exochitinase activities of Serratia marcescens in relation to the culture media composition and comparison of their antifungal properties // Chitin Enzymology. Vol. 2 / Ed. by A. A. Muzzarelli. Grottammare, Italy: Atec Edizioni. Pp. 165-169.

27. Лисицын А.Б., Иванкин А.Н., Неклюдов А.Д. Методы практической биотехнологии. Анализ компонентов и микропримесей в мясных и других пищевых продуктах. – М.: ВНИИМП. 2001. 408 с.

28. Lisitsyn A.B., Ivankin A.N., Neklyudov A.D. (2001). Methods of practical biotechnology. Analysis of components and micro-admixtures in meat and other food products. Moscow: VNIIMP. 408 p. (In Russ)

29. Новиков В.Ю., Рысакова К.С., Шумская Н.В., Мухортова А.М. (2024). Экстракция и фракционирование ферментов с разной субстратной специфичностью из гепатопанкреаса Paralithodes camtschaticus // Наука и образование. Материалы Всерос. науч.-практ. конф., Мурманск, 1-9 декабря 2022 г. В 2 ч. Ч. 2. – Мурманск: Издво МАУ. С. 260-268. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=62683084.

30. Novikov V.Yu., Rysakova K.S., Shumskaya N. V., Mukhortova A.M. (2024). Extraction and fractionation of enzymes with different substrate specificity from the hepatopancreas Paralithodes camtschaticus // Science and Education. Proceedings of the All-Russian Scientific and Practical Conference, Murmansk, December 1-9. 2022 At 2 p.m. Part 2. – Murmansk: Publishing House of MAU. Pp. 260-268. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=62683084. (In Russ)

31. Klimova O. A., Borukhov S. I. et al. The isolation and properties of collagenolytic proteases from crab hepatopancreas // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1990. Vol. 166, No. 3. Pp. 1411-1420. https://doi.org/10.1016/0006-291X(90)91024-M. (In Russ)

32. Sakharov I. Yu., Litvin F. E., Artyukov A. A. (1994). Purification and characterization of two serine collagenolytic proteases from crab Paralithodes camtschatica // Comp. Biochem. Physiol. B: Biochem. Mol. Biol. Vol. 108, No. 4. Pp. 561-568. https://doi.org/10.1016/0305-0491(94)90110-4