Identification of a novel tailor-made chitinase from white shrimp fenneropenaeus merguiensis

Resumen

Fenneropenaeus merguiensis (comúnmente llamado camarón bananero) es una de las especies de crustáceos de cultivo más importantes a escala mundial para la industria pesquera y acuícola. Además de su valor nutritivo, es una buena fuente de quitinasa, una enzima con excelentes propiedades biológicas y catalíticas para muchas aplicaciones industriales. En el presente estudio, se sintetizó un ADNc putativo codificador de quitinasa a partir de ARNm de tejido del hepatopáncreas de F. merguiensis. Posteriormente, el ADNc correspondiente se clonó, secuenció y expresó funcionalmente en Escherichia coli, y la quitinasa recombinante de F. merguiensis (rFmCHI) se purificó mediante cromatografía de afinidad His-tag. El análisis bioinformático de la secuencia de aminoácidos de la rFmCHI mostró una arquitectura multidominio canónica en las quitinasas que pertenece a la familia 18 de las glucósido hidrolasas (quitinasa GH18). La caracterización bioquímica reveló que la rFmCHI es una enzima monomérica con un peso molecular de 52 kDa y una actividad máxima a 40 °C y pH 6,0. Además, la enzima recombinante es estable hasta 60 °C y en el intervalo de pH 5,0-8,0. Los estudios cinéticos en estado estacionario para la quitina coloidal revelaron valores de KM, Vmax y kcat de 78,18 μM, 0,07261 μM. min-1 y 43,37 s-1, respectivamente. En conjunto, nuestros resultados pretenden demostrar el potencial de rFmCHI como catalizador adecuado para la bioconversión de residuos de quitina.

Descripción

Abstract

Fenneropenaeus merguiensis (commonly named banana shrimp) is one of the most important farmed crustacean worldwide species for the fisheries and aquaculture industry. Besides its nutritional value, it is a good source of chitinase, an enzyme with excellent biological and catalytic properties for many industrial applications. In the present study, a putative chitinase-encoding cDNA was synthesized from mRNA from F. merguiensis hepatopancreas tissue. Subsequently, the corresponding cDNA was cloned, sequenced and functionally expressed in Escherichia coli, and the recombinant F. merguiensis chitinase (rFmCHI) was purified by His-tag affinity chromatography. The bioinformatics analysis of aminoacid sequence of rFmCHI displayed a cannonical multidomain architecture in chitinases which belongs to glycoside hydrolase family 18 (GH18 chitinase). Biochemical characterization revealed rFmCHI as a monomeric enzyme of molecular weight 52 kDa with maximum activity at 40 °C and pH 6.0 Moreover, the recombinant enzyme is also stable up to 60 °C, and in the pH range 5.0-8.0. Steady-state kinetic studies for colloidal chitin revealed KM, Vmax and kcat values of 78.18 μM, 0.07261 μM. min−1 and 43.37 s−1, respectively. Overall, our results aim to demonstrate the potential of rFmCHI as suitable catalyst for bioconversion of chitin waste.

Palabras clave

Caracterización bioquímica, Enzimas quitinolíticas, Organismos marinos, Clonación molecular, Purificación de proteínas

Keywords

Biochemical characterization, Chitinolitic enzymes, Marine organisms, Molecular cloning, Protein purification

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