Український антарктичний журнал

Том 23 № 1(30) (2025): Український антарктичний журнал
Articles

Колагенолітичні ферменти антарктичних гідробіонтів: перспективний біотехнологічний підхід для прискорення загоєння гнійно-некротичних ран

PDF (English)
  • Наталя Ракша,
  • Тетяна Галенова,
  • Тетяна Вовк,
  • Тетяна Коваль,
  • Наталя Нікітіна,
  • Людмила Степанова,
  • Тетяна Берегова,
  • Олексій Савчук
Наталя Ракша
Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Тетяна Галенова
Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Тетяна Вовк
Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Тетяна Коваль
Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Наталя Нікітіна
Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Людмила Степанова
Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Тетяна Берегова
Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
Олексій Савчук
Навчально-науковий центр «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка, м. Київ, 01601, Україна
DOI: https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2025.743
Опубліковано July 29, 2025
Ключові слова
  • морські організми,
  • протеїнази,
  • ускладнені рани
Як цитувати
Ракша, Н., Галенова, Т., Вовк, Т., Коваль, Т., Нікітіна, Н., Степанова, Л., Берегова, Т., & Савчук, О. (2025). Колагенолітичні ферменти антарктичних гідробіонтів: перспективний біотехнологічний підхід для прискорення загоєння гнійно-некротичних ран. Український антарктичний журнал, 23(1(30), 51-63. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2025.743

Авторське право (c) 2025 Український антарктичний журнал

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Анотація

Метою роботи було очистити з гідробіонтів Антарктичного регіону Sterechinus neumayeri та Odontaster validus фракції, збагачені на колагенолітичні ферменти, та оцінити їх потенційний ранозагоювальний ефект на моделі гнійно-некротичних ран у щурів. Процедура очищення включала осадження сульфатом амонію та іонообмінну хроматографію на Q-Sepharose. Ферменти з обох гідробіонтів виявляли схожу колагенолітичну активність (14 ум.од/мг білка), проте відрізнялися за молекулярною масою та специфічністю щодо окремих субстратів. Електрофоретичний аналіз з використанням желатину як субстрату виявив, що ферменти з S. neumayeri мали молекулярну масу понад 40 кДа, тоді як молекулярна маса ферментів з O. validus складала 15–35 кДа. Інгібіторний аналіз показав, що більшість ферментів з O. validus (67%) є металозалежними протеазами, тоді як у S. neumayeri було виявлено як серинові протеази (44%), так і металозалежні (34%). Така гетерогенність свідчить про широку субстратну специфічність, що є важливою перевагою для ефективного очищення ран. Максимальна ферментативна активність спостерігалася за лужних значень рН (pH 8,0–9,0), що відповідає умовам ранніх етапів хронічних ран. Для оцінки ранозагоювального ефекту було створено композицію, яка містила суміш колагенолітичних ферментів з S. neumayeri та O. validus. Аналіз площі ранової поверхні у динаміці гоєння підтвердив, що досліджувана композиція пришвидшувала процес загоєння ран. На 12-ий день площа ран у дослідній групі зменшилася до 24,4 ± 6,7 мм2, що було суттєво менше, ніж у контрольній групі (49,8 ± 6,9 мм2). Повна епітелізація ран спостерігалася на 27 добу у порівнянні з результатом у групі тварин без нанесення композиції, для яких повне загоєння мало місце на 30 добу. Отримані результати свідчать про певний терапевтичний потенціал колагенолітичних ферментів з гідробіонтів Антарктичного регіону. Поєднання серинових та металозалежних протеаз розширює спектр деградації білкових субстратів, підвищуючи ефективність очищення ран. Висока активність ферментів у лужного рН є перевагою при лікуванні гострих та хронічних ран, при цьому їхня активність поступово знижується в міру загоєння, що мінімізує потенційне ушкодження здорових тканин.

PDF (English)

Посилання

  1. Anjum, K., Abbas, S. Q., Akhter, N., Shagufta, B. I., Shah, S. A. A., & Hassan, S. S. U. (2017). Emerging biopharmaceuticals from bioactive peptides derived from marine organisms. Chemical Biology & Drug Design, 90(1), 12–30. https://doi.org/10.1111/cbdd.12925
  2. Bennison, L. R., Miller, C. N., Summers, R. J., Minnis, A. M. B., Sussmann, G., & McGuiness, W. (2017). The pH of wounds during healing and infection: a descriptive literature review. Wound Practice and Research, 25(2), 63–69.
  3. Bradford, M. M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Analytical Biochemistry, 72(1–2), 248–254. https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3
  4. Carroll, A. R., Copp, B. R., Davis, R. A., Keyzers, R. A., & Prinsep, M. R. (2022). Marine natural products. Natural Product Reports, 39(1), 1122–1171. https://doi.org/10.1039/D1NP00076D
  5. Cavicchioli, R., Charlton, T., Ertan, H., Mohd Omar, S., Siddiqui, K.S., & Williams, T. J. (2011). Biotechnological uses of enzymes from psychrophiles. Microbial Biotechnology, 4(4), 449–460. https://doi.org/10.1111/j.1751-7915.2011.00258.x
  6. Gethin, G. (2007). The significance of surface pH in chronic wounds. Wounds UK, 3(3), 52–56.
  7. Han, G., & Ceilley, R. (2017). Chronic wound healing: A review of current management and treatments. Advances in Therapy, 34, 599–610. https://doi.org/10.1007/s12325-017-0478-y
  8. Hoyoux, A., Jennes, I., Dubois, P., Genicot, S., Dubail, F., François, J. M., Baise, E., Feller, G., & Gerday, C. (2001). Cold-adapted β-galactosidase from the Antarctic psychrophile Pseudoalteromonas haloplanktis. Applied and Environmental Microbiology, 67(4), 1529–1535. https://doi.org/10.1128/AEM.67.4.1529-1535.2001
  9. Huang, Y.-Z., Jin, Z., Wang, Z.-M., Qi, L.-B., Song, S., Zhu, B.-W., & Dong, X.-P. (2021). Marine bioactive compounds as nutraceutical and functional food ingredients for potential oral health. Frontiers in Nutrition, 8, 686663. https://doi.org/10.3389/fnut.2021.686663
  10. Kusampudi, S., Meganathan, V., Keshava, S., & Boggaram, V. (2023). Purification and characterization of a serine protease from organic dust and elucidation of its inductive effects on lung inflammatory mediators. American Journal of Physiology – Lung Cellular and Molecular Physiology, 325(1), L74–L90. https://doi.org/10.1152/ajplung.00309.2022
  11. Martins, A., Vieira, H., Gaspar, H., & Santos, S. (2014). Marketed marine natural products in the pharmaceutical and cosmeceutical industries: Tips for success. Marine Drugs, 12(2), 1066–1101. https://doi.org/10.3390/md12021066
  12. Mayer, A. M. S., Rodríguez, A. D., Taglialatela-Scafati, O., & Fusetani, N. (2013). Marine pharmacology in 2009–2011: Marine compounds with antibacterial, antidiabetic, antifungal, anti-inflammatory, antiprotozoal, antituberculosis, and antiviral activities; affecting the immune and nervous systems, and other miscellaneous mechanisms of action. Marine Drugs, 11(7), 2510–2573. https://doi.org/10.3390/md11072510
  13. Moore, S., & Stein, W. H. (1954). A modified ninhydrin reagent for the photometric determination of amino acids and related compounds. Journal of Biological Chemistry, 211(2), 907–913. https://doi.org/10.1016/S0021-9258(18)71178-2
  14. Munilla-Morán, R., & Stark, J. R. (1989). Protein digestion in early turbot larvae, Scophthalmus maximus (L.). Aquaculture, 81(3–4), 315–327. https://doi.org/10.1016/0044-8486(89)90156-7
  15. Ni, X., Chi, Z., Ma, C., & Madzak, C. (2008). Cloning, characterization, and expression of the gene encoding alkaline protease in the marine yeast Aureobasidium pullulans 10. Marine Biotechnology, 10(3), 319–327. https://doi.org/10.1007/s10126-007-9067-4
  16. Ostapchenko, L., Savchuk, O., & Burlova-Vasilieva, N. (2011). Enzyme electrophoresis method in analysis of active components of haemostasis system. Advances in Bioscience and Biotechnology, 2(1), 20–26. https://doi.org/10.4236/abb.2011.21004
  17. Park, P.-J., Lee, S.-H., Byun, H.-G., Kim, S.-H., & Kim, S.-K. (2002). Purification and characterization of a collagenase from the mackerel, Scomber japonicus. Korean Society for Biochemistry and Molecular Biology – BMB Reports, 35(6), 576–582. https://doi.org/10.5483/BMBRep.2002.35.6.576
  18. Raksha, N., Halenova, T., Vovk, T., Beregova, T., Maievska, T., Tomchuk, V., Savchuk, O., & Ostapchenko, L. (2023). Isolation and partial characterization of serine proteases from jellyfish of the Antarctic region. Journal of Applied Biology and Biotechnology, 11(2), 144–150. https://doi.org/10.7324/JABB.2023.110214
  19. Raksha, N., Udovychenko, I., Halenova, T., Vovk, T., Savchuk, O., & Ostapchenko, L. (2020). Purification and biochemical characterization of fibrino(geno)lytic enzymes from tissues of Antarctic hydrobionts. Ukrainian Antarctic Journal, (1), 69–81. https://doi.org/10.33275/1727-7485.1.2020.380
  20. Robbins, K. C., & Summaria, L. (1970). Human plasminogen and plasmin. Methods in Enzymology, 19, 184–199. https://doi.org/10.1016/0076-6879(70)19013-6
  21. Saggu, S. K., Bala, R., Hora, R., & Mishra, P. C. (2023). Purification and characterization of a high molecular weight serine protease from Microbacterium paraoxydans sp. SKS10. Biotechnology and Applied Biochemistry, 70(5), 1741–1753. https://doi.org/10.1002/bab.2472
  22. Sarmiento, F., Peralta, R., & Blamey, J. M. (2015). Cold and hot extremozymes: Industrial relevance and current trends. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 3, 148. https://doi.org/10.3389/fbioe.2015.00148
  23. Stricklin, G. P., & Hibbs, M. S. (1988). Biochemistry and Physiology of Mammalian Collagenases. In M. E. Nimni (Ed.), Collagen (1st ed., pp. 20). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781351070799-8
  24. Thomas, D. C., Tsu, C. L., Nain, R. A., Arsat, N., Fun, S. S., & Lah, N. A. S. N. (2021). The role of debridement in wound bed preparation in chronic wound: A narrative review. Annals of Medicine and Surgery, 71 (Suppl. 1), 102876. https://doi.org/10.1016/j.amsu.2021.102876
  25. Vijay Kumar, E., Srijana, M., Kiran Kumar, K., Harikrishna, N., & Reddy, G. (2011). A novel serine alkaline protease from Bacillus altitudinis GVC11 and its application as a dehairing agent. Bioprocess and Biosystems Engineering, 34(4), 403–409. https://doi.org/10.1007/s00449-010-0483-x
  26. Wanderley, M. C. A., Wanderley Duarte Neto, J. M., de Lima Filho, J. L., de Albuquerque Lima, C., Teixeira, J. A. C., & Porto, A. L. F. (2017). Collagenolytic enzymes produced by fungi: a systematic review. Brazilian Journal of Microbiology, 48(1), 13–24. https://doi.org/101016/j.bjm.2016.08.001