Efficient Bioconversion of Chitinous Waste to N-Acetylchitobiose and N-Acetylglucosamine Using a Novel Salt-Tolerant Chitinase from Bacillus clausii

几丁质酶 甲壳素 生物转化 化学 基质(水族馆) 水解 盐(化学) 生物高聚物 生物化学 食品科学 细菌 微生物学 壳聚糖 有机化学 生物 聚合物 生态学 发酵 遗传学
作者
Longgang Jia,Wei Qi,Kangning Wang,Zhaoting Yuan,Hongwei Kang,Jiayi Hou,Qinggang Li,Fuping Lu,Yihan Liu
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (31): 11470-11481 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.3c01291
摘要

Chitin, a highly insoluble and poorly degradable polymer derived from seafood industry waste, can be converted into value-added products including N-acetylchitobiose ((GlcNAc)2) and N-acetylglucosamine (GlcNAc) by chitinase, which can overcome the disadvantages of chemical degradation. Here, we identified a novel salt-tolerant chitinase (CHI) involved in chitin degradation from Bacillus clausii TCCC 11004. Recombinant CHI (rCHI) displayed a great tolerance against high concentrations of NaCl, maintaining 376% of its initial activity in a solution containing 0.6 M NaCl, which was about NaCl concentration in seawater. Chitin binding domain (ChBD) engineering demonstrated that rCHI's ChBD was beneficial for its NaCl resistance property. As a multifunctional chitinase, rCHI exhibited dual exochitinase activity and N-acetylglucosaminidase activity, but no hydrolytic activity toward (GlcNAc)2 when using colloidal chitin as a substrate, which made it different from the typical reported chitinases. As a result, (GlcNAc)2 and GlcNAc achieved the maximum yield ((GlcNAc)2: 25.73 mg/mL and GlcNAc: 3.25 mg/mL) by hydrolyzing colloidal chitin from crab shells using rCHI alone. This study reported a valuable chitinase with the above dual activities and provided an eco-friendly and sustainable approach for cost-effective bioconversion of chitin-containing biowastes to bioactive (GlcNAc)2 and GlcNAc.
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