Evaluation of extracellular proteases from Chryseobacterium sp. Kr6 strain and purification and characterization of a keratinolytic metalloprotease

A linhagem queratinolítica Chryseobacterium sp. Kr6 mostrou-se com possibilidade de aplicação em processos envolvendo queratinólise, principalmente na hidrólise de penas de frango e depilação de couro bovino. No presente trabalho avaliou-se o efeito da composição do meio sobre o crescimento e atividade proteolítica deste isolado e uma protease queratinolítica (queratinase) foi purificada e caracterizada. O microrganismo mostrou-se adaptado à utilização de queratina como substrato durante o crescimento, produziu diferentes proteases dependendo do meio utilizado e a maior atividade proteolítica foi atingida quando utilizado meio de cultivo com penas como única fonte de carbono e nitrogênio. A adição de fonte extra de nutrientes resultou em uma parcial repressão catabólica. Uma protease extracelular (Q1) foi purificada cerca de 14 vezes utilizando cromatografia de interação hidrofóbica em Phenyl-Sepharose CL 4B e gel filtração em Superose H12R. Q1 mostrou ser uma proteína monomérica com peso molecular de 64 KDa determinado por SDS-PAGE e pH e temperatura ótimos de 8,5 e 50°C respectivamente. O perfil de inibição indica tratar-se uma metaloprotease e as seqüências internas dos peptídeos resultantes de digestão tríptica mostraram homologia ao sítio ativo e de ligação ao Zn da família M14 (Carboxipeptidase). A atividade proteolítica foi estimulada pela presença de íons Ca2+ e Mg2+ e inibida por Cu2+, Zn2+, Al2+, Hg 2+ e agentes redutores. Q1 apresentou atividade queratinolítica sobre o substrato keratin azure, mas não foi capaz de hidrolisar penas de frango sugerindo a necessidade de outras enzimas durante o processo de degradação de penas. Utilizando os iniciadores degenerados desenhados com base na seqüência dos peptídeos, foi amplificado um fragmento de 470 pb correspondente a uma região do possível gene desta metaloproteína utilizando DNA e cDNA como molde. A seqüência do fragmento pode estar sendo expressa, mas não apresentou similaridade e homologia a proteínas conhecidas e portando, indicativa de uma nova metaloprotease.The strain Chryseobacterium sp. kr6 shown to be useful for biotechnological purposes such as hydrolysis of poultry feathers and de-hairing of bovine pelts. The effect of media composition on the protease production and growth by this strain was studied and a keratinolytic protease (keratinase) was purified and characterized. The strain was adapted to use keratin as substrate to growth, produced different proteases in different media composition and the higher proteolytic activity was reached when used feather as only source of carbon and nitrogen. The addition of sources of nutrients has resulted in partially repressed catabolism. An extracellular protease Q1) was purified 14-fold by chromatography using the hydrophobic interaction Phenyl-Sepharose CL 4B column and gel filtração in Superose 12HR. SDS-PAGE indicated that the Q1 is a monomeric protein with molecular mass of 64 KDa. and optima pH and temperature were 8,5 e 50°C, respectively. The inhibition profile indicates to be a Zn-metalloprotease and analysis of tryptic peptides sequence revealed sequence homology to the conserved active site and Zn binding site, which may characterize keratinase Q1 as a member of M14 metalloprotease family (Carboxipeptidase). The activity was stimulated by of Ca2+ and Mg2+ and inhibited by Cu2+, Zn2+, Al2+, Hg 2+ and reducing agents. Q1 presented keratinolytic activity under substrate keratin azure, but was unable to hydrolyze poultry feather, suggesting the requirement by other enzymes in the feather hydrolysis mechanism. Degenerate primers amplified a 470 bp, corresponding to a probable gene region of this metalloprotein, with DNA and cDNA. The sequence is being expressed but do not showed similarity and homology to known proteins, thus indicating a new metalloprotease