Published September 29, 2014 | Version v1
Publication Open

Probing the Crucial Role of Leu31 and Thr33 of the Bacillus pumilus CBS Alkaline Protease in Substrate Recognition and Enzymatic Depilation of Animal Hide

  • 1. Centre of Biotechnology of Sfax
  • 2. University of Sfax
  • 3. National Center for Leather and Shoes
  • 4. Structural and Molecular Basis of Infectious Systems
  • 5. Claude Bernard University Lyon 1
  • 6. French National Centre for Scientific Research

Description

The sapB gene, encoding Bacillus pumilus CBS protease, and seven mutated genes (sapB-L31I, sapB-T33S, sapB-N99Y, sapB-L31I/T33S, sapB-L31I/N99Y, sapB-T33S/N99Y, and sapB-L31I/T33S/N99Y) were overexpressed in protease-deficient Bacillus subtilis DB430 and purified to homogeneity. SAPB-N99Y and rSAPB displayed the highest levels of keratinolytic activity, hydrolysis efficiency, and enzymatic depilation. Interestingly, and at the semi-industrial scale, rSAPB efficiently removed the hair of goat hides within a short time interval of 8 h, thus offering a promising opportunity for the attainment of a lime and sulphide-free depilation process. The efficacy of the process was supported by submitting depilated pelts and dyed crusts to scanning electron microscopic analysis, and the results showed well opened fibre bundles and no apparent damage to the collagen layer. The findings also revealed better physico-chemical properties and less effluent loads, which further confirmed the potential candidacy of the rSAPB enzyme for application in the leather industry to attain an ecofriendly process of animal hide depilation. More interestingly, the findings on the substrate specificity and kinetic properties of the enzyme using the synthetic peptide para-nitroanilide revealed strong preferences for an aliphatic amino-acid (valine) at position P1 for keratinases and an aromatic amino-acid (phenylalanine) at positions P1/P4 for subtilisins. Molecular modeling suggested the potential involvement of a Leu31 residue in a network of hydrophobic interactions, which could have shaped the S4 substrate binding site. The latter could be enlarged by mutating L31I, fitting more easily in position P4 than a phenylalanine residue. The molecular modeling of SAPB-T33S showed a potential S2 subside widening by a T33S mutation, thus suggesting its importance in substrate specificity.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تم التعبير بشكل مفرط عن جين ساب بي، الذي يشفر العصوية الخافقة CBS، وسبعة جينات متحولة (ساب بي- L31I، ساب بي- T33S، ساب بي- N99Y، ساب بي- L31I/T33S، ساب بي- L31I/N99Y، ساب بي- T33S/N99Y، وساب بي- L31I/T33S/N99Y) في العصوية الرقيقة DB430 التي تعاني من نقص البروتياز وتنقيتها إلى التجانس. أظهر SAPB - N99Y و rSAPB أعلى مستويات النشاط الكيراتيني وكفاءة التحلل المائي وإزالة الشعر الأنزيمي. ومن المثير للاهتمام، وعلى المستوى شبه الصناعي، قام rSAPB بإزالة شعر جلود الماعز بكفاءة في غضون فترة زمنية قصيرة مدتها 8 ساعات، مما يوفر فرصة واعدة لتحقيق عملية إزالة شعر خالية من الجير والكبريتيد. تم دعم فعالية العملية من خلال تقديم جلود مزالة الشعر وقشور مصبوغة لمسح التحليل المجهري الإلكتروني، وأظهرت النتائج حزم ألياف مفتوحة جيدًا وعدم وجود ضرر واضح لطبقة الكولاجين. كشفت النتائج أيضًا عن خصائص فيزيائية كيميائية أفضل وأحمال أقل من النفايات السائلة، مما أكد كذلك الترشيح المحتمل لإنزيم rSAPB للتطبيق في صناعة الجلود لتحقيق عملية صديقة للبيئة لإزالة جلد الحيوان. والأمر الأكثر إثارة للاهتمام هو أن النتائج المتعلقة بخصوصية الركيزة والخصائص الحركية للإنزيم باستخدام بارا نيترو أنيليد الببتيد الاصطناعي كشفت عن تفضيلات قوية للحمض الأميني الأليفاتي (فالين) في الموضع P1 للكيراتيناز والحمض الأميني العطري (فينيل ألانين) في المواضع P1/P4 للسبيتيليزين. اقترحت النمذجة الجزيئية المشاركة المحتملة لبقايا اليورانيوم منخفض التخصيب 31 في شبكة من التفاعلات الكارهة للماء، والتي كان من الممكن أن تشكل موقع ربط الركيزة S4. يمكن توسيع هذا الأخير عن طريق تحوير L31I، وتركيبه بسهولة في الموضع P4 أكثر من بقايا الفينيل ألانين. أظهرت النمذجة الجزيئية لـ SAPB - T33S احتمال اتساع S2 بواسطة طفرة T33S، مما يشير إلى أهميتها في خصوصية الركيزة.

Translated Description (French)

Le gène sapB, codant pour la protéase CBS de Bacillus pumilus, et sept gènes mutés (sapB-L31I, sapB-T33S, sapB-N99Y, sapB-L31I/T33S, sapB-L31I/N99Y, sapB-T33S/N99Y et sapB-L31I/T33S/N99Y) ont été surexprimés dans le Bacillus subtilis DB430 déficient en protéase et purifiés jusqu'à homogénéité. SAPB-N99Y et rSAPB présentaient les plus hauts niveaux d'activité kératinolytique, d'efficacité d'hydrolyse et d'épilation enzymatique. Fait intéressant, et à l'échelle semi-industrielle, rSAPB a efficacement enlevé les poils des peaux de chèvre dans un court intervalle de temps de 8 h, offrant ainsi une opportunité prometteuse pour la réalisation d'un processus d'épilation sans chaux et sans sulfures. L'efficacité du procédé a été confirmée en soumettant des peaux épilées et des croûtes teintes à une analyse microscopique électronique à balayage, et les résultats ont montré des faisceaux de fibres bien ouverts et aucun dommage apparent à la couche de collagène. Les résultats ont également révélé de meilleures propriétés physico-chimiques et moins de charges d'effluents, ce qui a confirmé la candidature potentielle de l'enzyme rSAPB pour une application dans l'industrie du cuir afin d'atteindre un processus écologique d'épilation des peaux animales. Plus intéressant encore, les résultats sur la spécificité du substrat et les propriétés cinétiques de l'enzyme à l'aide du peptide synthétique para-nitroanilide ont révélé de fortes préférences pour un acide aminé aliphatique (valine) en position P1 pour les kératinases et un acide aminé aromatique (phénylalanine) en positions P1/P4 pour les subtilisines. La modélisation moléculaire a suggéré l'implication potentielle d'un résidu Leu31 dans un réseau d'interactions hydrophobes, ce qui aurait pu façonner le site de liaison du substrat S4. Ce dernier pourrait être agrandi par mutation de L31I, s'adaptant plus facilement en position P4 qu'un résidu phénylalanine. La modélisation moléculaire de SAPB-T33S a montré un élargissement potentiel de la sous-face S2 par une mutation T33S, suggérant ainsi son importance dans la spécificité du substrat.

Translated Description (Spanish)

El gen sapB, que codifica la proteasa CBS de Bacillus pumilus, y siete genes mutados (sapB-L31I, sapB-T33S, sapB-N99Y, sapB-L31I/T33S, sapB-L31I/N99Y, sapB-T33S/N99Y y sapB-L31I/T33S/N99Y) se sobreexpresaron en Bacillus subtilis DB430 con deficiencia de proteasa y se purificaron hasta homogeneidad. SAPB-N99Y y rSAPB mostraron los niveles más altos de actividad queratinolítica, eficiencia de hidrólisis y depilación enzimática. Curiosamente, y a escala semi-industrial, rSAPB eliminó eficientemente el pelo de las pieles de cabra en un corto intervalo de tiempo de 8 h, ofreciendo así una oportunidad prometedora para la consecución de un proceso de depilación libre de cal y sulfuros. La eficacia del proceso se vio respaldada por la presentación de pieles depiladas y cortezas teñidas al análisis de microscopía electrónica de barrido, y los resultados mostraron haces de fibras bien abiertos y sin daños aparentes en la capa de colágeno. Los hallazgos también revelaron mejores propiedades fisicoquímicas y menos cargas de efluentes, lo que confirmó aún más la posible candidatura de la enzima rSAPB para su aplicación en la industria del cuero para lograr un proceso ecológico de depilación de pieles de animales. Más interesante aún, los hallazgos sobre la especificidad del sustrato y las propiedades cinéticas de la enzima utilizando el péptido sintético para-nitroanilida revelaron fuertes preferencias por un aminoácido alifático (valina) en la posición P1 para las queratinasas y un aminoácido aromático (fenilalanina) en las posiciones P1/P4 para las subtilisinas. El modelado molecular sugirió la posible participación de un residuo de Leu31 en una red de interacciones hidrófobas, lo que podría haber dado forma al sitio de unión del sustrato S4. Este último podría agrandarse mutando L31I, encajando más fácilmente en la posición P4 que un residuo de fenilalanina. El modelado molecular de SAPB-T33S mostró un posible ensanchamiento de la disminución de S2 por una mutación T33S, lo que sugiere su importancia en la especificidad del sustrato.

Files

journal.pone.0108367&type=printable.pdf

Files (9.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:63a6e4df381b90ca31974a6d299b27be
9.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
التحقق من الدور الحاسم لـ Leu31 و Thr33 لعصيات البوميلوس CBS القلوية في التعرف على الركائز وإزالة الأنزيمات من جلد الحيوان
Translated title (French)
Sondage sur le rôle crucial de Leu31 et Thr33 de la protéase alcaline CBS de Bacillus pumilus dans la reconnaissance des substrats et l'épilation enzymatique de la peau d'animal
Translated title (Spanish)
Sondeo del papel crucial de Leu31 y Thr33 de la proteasa alcalina CBS de Bacillus pumilus en el reconocimiento de sustratos y la depilación enzimática de la piel animal

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2017948732
DOI
10.1371/journal.pone.0108367

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Tunisia

References

  • https://openalex.org/W1964869614
  • https://openalex.org/W1969569392
  • https://openalex.org/W1983624837
  • https://openalex.org/W1985917720
  • https://openalex.org/W1996493865
  • https://openalex.org/W1996936181
  • https://openalex.org/W2000572816
  • https://openalex.org/W2012633264
  • https://openalex.org/W2024337254
  • https://openalex.org/W2029807612
  • https://openalex.org/W2032643517
  • https://openalex.org/W2038958830
  • https://openalex.org/W2041768492
  • https://openalex.org/W2045204647
  • https://openalex.org/W2048846412
  • https://openalex.org/W2053219999
  • https://openalex.org/W2060501494
  • https://openalex.org/W2062349254
  • https://openalex.org/W2070603799
  • https://openalex.org/W2073813931
  • https://openalex.org/W2082917043
  • https://openalex.org/W2083167797
  • https://openalex.org/W2088291604
  • https://openalex.org/W2089880098
  • https://openalex.org/W2090407461
  • https://openalex.org/W2093586540
  • https://openalex.org/W2100837269
  • https://openalex.org/W2101501929
  • https://openalex.org/W2102628698
  • https://openalex.org/W2130171775
  • https://openalex.org/W2168019180
  • https://openalex.org/W4252143621
  • https://openalex.org/W4293247451