การวิเคราะห์เชิงคุณภาพการผลิตเอนไซม์ย่อยสลายไฟเบอร์ โดยบาซิลัสที่แยกจากมูลสุกรพื้นเมือง

Qualitative Analysis of Fibre-Degrading Enzymes Production by Bacillus Isolated from Native Swine Manures

Authors

  • กิตติยา คงกุล
  • เบญญาภา ประกิจ
  • รุ่งระวี ไชยยอด
  • ธัญชนก สิทธิบูลย์
  • มณฑล เลิศวรปรีชา

Keywords:

บาซิลัส , เซลลูเลส , ไซลาเนส , เพคติเนส , การคัดกรองการสร้างเอนไซม์, Bacillus, cellulase, xylanase, pectinase, enzyme production screening

Abstract

เอนไซม์ย่อยสลายเส้นใยมีบทบาทสำคัญในการย่อยเส้นใยไฟเบอร์พอลิแซ็กคาไรด์ที่ไม่ใช่แป้ง และพอลิแซ็กคาไรด์ ที่มีโครงสร้างอื่น ๆ โดยเฉพาะเส้นใยจากพืชที่เป็นส่วนประกอบในอาหารสัตว์ มีรายงานว่าจุลินทรีย์ในลำไส้ของสัตว์สามารถผลิตเอนไซม์เหล่านี้ได้ การศึกษานี้จึงทำการคัดแยกและคัดกรองเชื้อ Bacillusspp. ที่ผลิตเอนไซม์ย่อยสลายเส้นใย ได้แก่ เซลลูเลส ไซลาเนส และเพคติเนส จากมูลสุกรพื้นเมืองที่มีสุขภาพดี จำนวน 40 ตัวอย่าง พบแบคทีเรียที่คาดว่าเป็น Bacillusspp. จำนวน 103 ไอโซเลท และจากผลการคัดกรองความสามารถในการผลิตเอนไซม์เชิงคุณภาพโดยวิธี agar plate assay พบเชื้อ Bacillus spp. จำนวน 8 สายพันธุ์ได้ แก่ Bacillus albus NA11.3 Bacillus cereus NG3.6 Bacillus cereus NM1.1 Bacillus amyloliquefaciensNL1.2 Bacillus amyloliquefaciensNL1.3 BacillussubtilisNM1.5 BacillussubtilisNM1.7 และ Bacillus subtilisNM2.2 สามารถผลิตเอนไซม์เซลลูเลส ไซลาเนส และเพคติเนสได้ระดับสูงสุด ไอโซเลทที่แยกได้ใหม่เหล่านี้มีความเหมาะสมสำหรับการศึกษาเพิ่มเติมเพื่อประเมินระดับกิจกรรมของเอนไซม์ต่อไป  Fibre-degrading enzymes play an important role in fibre digestion, non-starch polysaccharides, and other structural polysaccharides in animal feed, especially in plant-based diets. It was reported that the microflora in an animal's gut could produce these enzymes. This study isolated and screenedBacillusspp. produces fibre-degrading enzymes (cellulase, xylanase, and pectinase) from native swine manures. One hundred and three isolates of the presumptive Bacillusspp. were isolated from 40faecal samples of healthy native pigs, and their qualitative ability to produce fibre-degrading enzymes was screened by agar plate assay. Eight isolates of Bacillusspp., namely, Bacillusalbus NA11.3, BacilluscereusNG3.6, Bacillus cereusNM1.1, Bacillus amyloliquefaciensNL1.2, Bacillus amyloliquefaciensNL1.3, Bacillus subtilisNM1.5, Bacillus subtilisNM1.7, andBacillus subtilisNM2.2, are the isolates that could produce cellulase, xylanase, and pectinase at the highest level. These newly isolated strains are the most suitable microorganisms for further studies to assess their quantitative enzyme production.

References

Ahlawat, S., Battan, B., Dhiman, S. S., Sharma, J., & Mandhan, R. P. (2007). Production of thermostable pectinase and xylanase for their potential application in bleaching of kraft pulp. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology, 34(12), 763-770.

Ahmad, R., Bashir, S., & Tabassum, R. (2019). Evaluation of cellulases and xylanases production from Bacillus spp. isolated from buffalo digestive system. Kafkas Üniversitesi Veteriner Fakültesi Dergisi, 25(1), 39-46.

Apun, K., Jong, B. C., & Salleh, M. A. (2000). Screening and isolation of a cellulolytic and amylolytic Bacillus from sago pith waste. The Journal of general and applied microbiology, 46(5), 263-267.

Archana, A., & Satyanarayana, T. (1997). Xylanase production by thermophilic Bacillus licheniformis A99 in solid-state fermentation. Enzyme and Microbial Technology, 21(1), 12-17.

Ariffin, H., Abdullah, N., Umi Kalsom, M., Shirai, Y., & Hassan, M. (2006). Production and characterization of cellulase by Bacillus pumilus EB3. International Journal of Engineering and Technology, 3(1), 47-53.

Barbosa, T. M., Serra, C. R., La Ragione, R. M., Woodward, M. J., & Henriques, A. O. (2005). Screening for Bacillus isolates in the broiler gastrointestinal tract. Applied and Environmental Microbiology, 71(2), 968-978.

Basit, A., Jiang, W., & Rahim, K. (2020). Xylanase and Its Industrial Applications. In T. P. Basso, T. O. Basso, & L. C. Basso (Eds.), Biotechnological Applications of Biomass. IntechOpen. https://doi.org/10.5772/intechopen.92156.

Burlacu, A., Cornea, C., & Israel-Roming, F. (2016). Screening of xylanase-producing microorganisms. Research Journal of Agricultural Science, 48(2), 8-15.

Chaiyawan, N., Taveeteptaikul, P., Wannissorn, B., Ruengsomwong, S., Klungsupya, P., Buaban, W., & Itsaranuwat, P. (2010). Characterization and probiotic properties of Bacillusstrains isolated from broiler. The Thai Journal of Veterinary Medicine, 40(2), 207-214.

Charoensook, R., Knorr, C., Brenig, B., & Gatphayak, K. (2013). Thai pigs and cattle production, genetic diversity of livestock and strategies for preserving animal genetic resources. MaejoInternational Journal of Science and Technology, 7(1), 113-132.

Dominguez-Moñino, I., Jurado, V., Gonzalez-Pimentel, J. L., Miller, A. Z., Hermosin, B., & Saiz-Jimenez, C. (2018). Bacillus onubensissp. nov., isolated from the air of two Andalusian caves. Systematic and Applied Microbiology, 41(3), 167-172.

Hong, H. A., Khaneja, R., Tam, N. M., Cazzato, A., Tan, S., Urdaci, M., & Cutting, S. M. (2009). Bacillus subtilisisolated from the human gastrointestinal tract. Research in Microbiology,160(2), 134-143.

Kasana, R. C., Salwan, R., Dhar, H., Dutt, S., & Gulati, A. (2008). A rapid and easy method for the detection of microbial cellulases on agar plates using Gram’s iodine. Current Microbiology, 57(5), 503-507.

Kerr, B. J., & Shurson, G. C. (2013). Strategies to improve fiber utilization in swine. Journal of Animal Science and Biotechnology, 4(1), 11.https://doi:10.1186/2049-1891-4-11.

Lan, P. T. N., Sakamoto, M., & Benno, Y. (2004). Effects of two probiotic Lactobacillusstrains on jejunal and cecal microbiota of broiler chicken under acute heat stress condition as revealed by molecular analysis of 16S rRNA genes. Microbiology and Immunology, 48(12), 917-929.

Logan, N. A., & Vos, P. D. (2015). Bacillus. In Bergey's Manual of Systematics of Archaea and Bacteria, 1-163.

Mohandas, A., Raveendran, S., Parameswaran, B., Abraham, A., Athira, R. S., Kuruvilla Mathew, A., & Pandey, A. (2018). Production of pectinase from Bacillus sonorensisMPTD1. Food Technology and Biotechnology, 56(1), 110-116.

Ojha, B. K., Singh, P. K., & Shrivastava, N. (2019). Chapter 7 - Enzymes in the Animal Feed Industry. In M. Kuddus (Ed.), Enzymes in Food Biotechnology (pp. 93-109): Academic Press.

Patel, A. K., Ahire, J. J., Pawar, S. P., Chaudhari, B. L., & Chincholkar, S. B. (2009). Comparative accounts of probiotic characteristics of Bacillus spp. isolated from food wastes. Food Research International, 42(4), 505-510.

Ravindran, V. (2013). Feed enzymes: The science, practice, and metabolic realities. Journal of Applied Poultry Research, 22(3), 628-636.

Santos, R. A., Oliva-Teles, A., Pousão-Ferreira, P., Jerusik, R., Saavedra, M. J., Enes, P., & Serra, C. R. (2021). Isolation and Characterization of Fish-Gut Bacillus spp. as Source of Natural Antimicrobial Compounds to Fight Aquaculture Bacterial Diseases. Marine Biotechnology, 23(2), 276-293.

Singh, S., Moholkar, V. S., & Goyal, A. (2013). Isolation, identification, and characterization of a cellulolytic Bacillus amyloliquefaciensstrain SS35 from rhinoceros dung. International Scholarly Research Notices Microbiology, 728134. https://doi:10.1155/2013/728134.

Su, Y., Liu, C., Fang, H., & Zhang, D. (2020). Bacillus subtilis: a universal cell factory for industry, agriculture, biomaterials and medicine. Microbial Cell Factories, 19(1), 1-12.

Tamura K., Stecher G., and Kumar S. (2021). MEGA 11: Molecular Evolutionary Genetics Analysis Version 11. Molecular Biology and Evolution,https://doi.org/10.1093/molbev/msab120.

Taylor, A. E., Bedford, M. R., & Miller, H. M. (2018). The effects of xylanase on grower pig performance, concentrations of volatile fatty acids and peptide YY in portal and peripheral blood. Animal, 12(12, 2499-2504. https://doi:10.1017/s1751731118000277.

Toushik, S. H., Lee, K.-T., Lee, J.-S., & Kim, K.-S. (2017). Functional applications of lignocellulolytic enzymes in the Fruit and Vegetable Processing Industries. Journal of Food Science, 82(3), 585-593. doi:https://doi.org/10.1111/1750- 3841.13636.

Ugwuanyi, J. (2016). Enzymes for nutritional enrichment of agro-residues as livestock feed. In Agro-Industrial Wastes as Feedstock for Enzyme Production (pp. 233-260): Elsevier.

van Dijl, J., & Hecker, M. (2013). Bacillus subtilis: from soil bacterium to super-secreting cell factory. Microbial Cell Factories.12, 3. https://doi.org/10.1186/1475-2859-12-3.

Wang, Y., & McAllister, T. (2002). Rumen microbes, enzymes and feed digestion-a review. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 15(11), 1659-1676.

Yoon, J.-H., Kim, I.-G., Kang, K. H., Oh, T.-K., & Park, Y.-H. (2003). Bacillus marisflavisp. nov. and Bacillus aquimarissp. nov., isolated from seawaterof a tidal flat of the Yellow Sea in Korea. Journal of Medical Microbiology, 53(5), 1297-1303.

Yu, P., Yu, S., Wang, J., Guo, H., Zhang, Y., Liao, X., & Xue, L. (2019). Bacillus cereusisolated from vegetables in China: incidence, genetic diversity, virulence genes, and antimicrobial resistance. Frontiers in Microbiology, 10, 948.

Downloads

Published

2023-03-10