تنقية وتوصيف وخصائص إزالة الشعر لإنزيم كيراتيناز قاعدي ومقاوم للحرارة من Penicillium citrinum AUMC 14742

تحويل ريش النفايات إلى منتجات مفيدة

تنتج مزارع الدواجن الحديثة كميات هائلة من الريش وغيرها من الشظايا الشبيهة بالشعر الصعبة التحلل والتي غالبًا ما يتم حرقها أو رميها. تُظهر هذه الدراسة كيف يمكن لفطر طبيعي أن ينتج إنزيمًا قويًا يحول هذه النفايات العنيدة إلى شيء ذو قيمة، وفي الوقت نفسه يقدم طريقة أنظف لإزالة الشعر من جلود الحيوانات في صناعة الجلود.

لماذا يصعب التعامل مع الريش

يتكون الريش والصوف وشعر الحيوان من الكيراتين، وهو بروتين مُرتب مثل حبال مشدودة معززة بالعديد من "الجسور" الكيميائية. تجعل هذه البنية الريش خفيفًا وقويًا وشبه لا يقهر، لكنها أيضًا تعني أنه يقاوم التحلل العادي ومعظم الإنزيمات القاطعة للبروتين الشائعة. ونتيجة لذلك، يتراكم نفايات غنية بالكيراتين حول المزارع والمدرنات، مما يسبب تلوثًا ويهدر مصدرًا محتملاً من المغذيات والمواد الخام التي يمكن استخدامها في أعلاف الحيوان أو الأسمدة أو منتجات متخصصة.

فطر مفيد ينضم للفريق

ركز الباحثون على سلالة من الفطر Penicillium citrinum، جُمعت ووثِّقت في الأصل للتأكد من هويتها. تنتج هذه السلالة كيراتيناز، إنزيمًا مصممًا لمهاجمة البنية المتينة للكيراتين. باستخدام نهج تحسين إحصائي يُسمى تصميم بوكس-بهنكّن، عدّل الفريق بشكل منهجي درجة حرارة النمو والحموضة (pH) وكمية الببتون المضافة، وهو مغذٍ غني بالنيتروجين. واكتشفوا أن درجة حرارة معتدلة نسبياً تبلغ 26 °م، وظروف قلوية طفيفة (pH 8)، وتركيز منخفض من الببتون أعطت أعلى إنتاج للإنزيم. تحت هذه الظروف، أنتج الفطر كيراتينازًا نشطًا بشكل ملحوظ، تم تنقيته بعناية وأظهر أنه بروتين واحد ومُعرّف جيدًا.

إنزيم مُصمم للمهام القاسية

بعد التنقية كشفت خصائص الكيراتيناز مجموعة من الصفات التي تجعله واعدًا للاستخدام الصناعي. يعمل بأفضل شكل عند حموضة قوية قلوية بقيمة 10 وعند درجة حرارة مرتفعة معتدلة تبلغ 55 °م، مما يدل على قدرته على البقاء نشطًا في ظروف تفشل فيها العديد من البروتينات الأخرى. أظهرت الاختبارات مع أملاح ومطهرات ومذيبات مختلفة أن الإنزيم متسامح بشكل رائع مع ظروف مماثلة لتلك الموجودة في منتجات التنظيف وأحواض المعالجة. بعض الأيونات المعدنية والمضافات، وخاصة مادة مخفضة تساعد على فتح جسور الكيراتين الداخلية، زادت نشاطه بشكل ملحوظ. كما أظهر الإنزيم كفاءة تحفيزية عالية، ما يعني أنه يمكنه معالجة الكيراتين بسرعة عند تقابله معه.

من المختبر إلى ورشة الجلود

لاختبار ما إذا كانت هذه الخصائص المواتية تترجم إلى أداء في العالم الحقيقي، اختبر الفريق الخليط الخام من الإنزيم على جلود الماعز. بدلاً من استخدام مواد كيميائية قاسية ومنفرة تُستخدم عادة لإزالة الشعر، نقعوا الجلود ببساطة في محلول الكيراتيناز عند 30 °م. خلال 15 ساعة ارتفعت الشعرات بالكامل، تاركة جلدًا ناعمًا ومرنًا دون ضرر مرئي. هذه الإزالة اللطيفة والفعالة للشعر تُظهر أن الإنزيم يمكن أن يؤدي نفس وظيفة المواد الكيميائية التقليدية، لكن في ظروف أذهب معتدلة ومع آثار بيئية أقل بكثير.

مسار أكثر خضرة لنفايات البروتين القاسية

بعبارات بسيطة، تكشف هذه الدراسة عن إنزيم مُنتَج بفطر يتميز بقوة غير عادية في بيئات قلوية ودافئة، ويقاوم المطهرات والمذيبات، ويمكنه تفكيك الكيراتين بكفاءة. هذا المزيج يجعله أداة قوية لتحويل نفايات الريش والشعر العنيدة إلى منتجات مفيدة وللاستعاضة عن المواد الكيميائية السامة في معالجة الجلود. للخلاصة: ما نعتبره حالياً تيار نفايات مزعجًا يمكن أن يصبح موردًا ثمينًا بفضل شريك مجهري ومقصاته الجزيئية المصقولة.

الاستشهاد: Al-Bedak, O.A.M., Abdel-Latif, A.M.A., Abo-Dahab, N.F. et al. Purification, characterization, and dehairing properties of alkaline and thermo-stable keratinase by Penicillium citrinum AUMC 14742. Sci Rep 16, 13025 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-48471-w

الكلمات المفتاحية: كيراتيناز, نفايات ريش الدواجن, إنزيمات فطرية, معالجة الجلود صديقة البيئة, التحويل الحيوي