В останнє десятиріччя медицина і промисловість дедалі більше потребують продуктів мікробного синтезу, зокрема ферментів різної специфічності, що, в своєю чергою, стимулює розвиток біотехнології – науки, яка вивчає можливості практичного використання біологічних процесів.
Відомо, що під час переробки продуктів птахівництва і тваринництва, утворюється чимало побічних продуктів, які містять білок, – це пір’я, копита, роги, вовна тощо. Наприклад, на Вінницькій птахофабриці за добу накопичується близько 400 т м’яких відходів (кишок, шкіри, лап, голів) і 180 т пір’я. Для більшості підприємств утилізація таких побічних продуктів є однією з головних проблем. Водночас, ці відходи на 85–90% складаються з кератину – структурного фібрилярного білка, який посідає друге місце за міцністю серед матеріалів природнього походження (після хітину). Тому утилізація відходів, які містять кератин, – це складний технологічний процес, що потребує використання високих температур і тиску. Сьогодні найпоширенішими є методи гідротермальної та хімічної обробки (кислотний і лужний гідроліз). Але вони енерговитратні та призводять до втрати деяких незамінних амінокислот (метіоніну, лізину та триптофану) в отриманому продукті, що негативно впливає на ступінь його засвоюваності. Тому найперспективнішим, найекологічнішим і найбезпечнішим є біотехнологічний спосіб переробки кератиновмісної сировини. Цей метод ґрунтується на здатності мікроорганізмів перетворювати вихідні речовини субстрату на нові корисні метаболіти за рахунок синтезу специфічних ферментів кератиназ. Кератинази – позаклітинні протеолітичні ензими, що каталізують гідроліз важкодоступного для розщеплення білка кератину. Кератинази широко застосовують у шкіряній промисловості (на стадії зневолошування), харчовій промисловості (для пом’якшення м’яса та риби), у виробництві харчового та кормового білка, добрив для рослин, створенні косметичних продуктів (поживних кремів, лосьйонів), засобів очищення стічних вод, а також у медицині (для приготування діагностичних середовищ, лікувальних сироваток і вакцин).
Науковці Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України довели, що позаклітинний фермент Вacillus megaterium УКМ В-5710 – кератиназа – здатен розщеплювати різні кератиновмісні субстрати, зокрема різні види пір’я (біле та чорне куряче, біле індиче, синє пір’я папуги), а також білу овечу вовну як єдине джерело вуглецю і азоту. Виконані в Інституті дослідження показали, що найефективніше ензим B. megaterium УКМ В-5710 розщеплював біле куряче (66%) та індиче (60%) пір’я, трохи повільніше – чорне куряче пір’я (43%) та синє пір’я папуги (39%), а також білу овечу вовну (28%). Найгірше розщеплювалася свиняча щетина (12%).
Цікаві результати вдалось отримати під час вивчення здатності мікроорганізму розщеплювати пташине пір’я різних кольорів. Науковці вирішили з’ясувати, чи дійсно ступінь розщеплення пір’я залежить від наявного у цьому пір’ї пігменту. Вважається, що пігменти можуть знижувати ступінь мікробного ушкодження пір’я, а біле пір’я розщеплюється швидше, ніж чорне, синє, зелене й червоне. В Інституті мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України підтвердили цю гіпотезу, дослідивши розщеплення білого і чорного курячого пір’я, білого індичого, синього й жовтого пір’я хвилястого папуги, а також червоного пір’я папуги ара. Виявилося, що культура B. megaterium УКМ В-5710 розкладала біле та жовте пір’я за одну-півтори доби, а чорне, синє та червоне – вдвічі довше. Отже, культура B. megaterium УКМ В-5710 має високий потенціал у переробці кератиновмісних субстратів (особливо білого і кольорового курячого пір’я та овечої вовни), і її можна використовувати як ефективний деструктор цих субстратів.
 На малюнку зображено розщеплення білого курячого пір’я культурою Bacillus megaterium УКМ В-5710 за 72 години інкубації (дослідна колба праворуч). Ліворуч – контрольна колба (без внесення культури) |
Отже, біоутилізація відходів пір’я за допомогою протеолітичних ензимів (кератиназ) мікробного походження є дуже привабливою як з екологічного, так і з біотехнологічного погляду, оскільки її можна використовувати для переробки відходів птахівництва, що забруднюють довкілля.
За інформацією Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України