Study of the proteolytic activity of ficin associates with chitosan nanoparticles

Светлана Сергеевна Ольшанникова; Юлия Александровна Редько; Мария Сергеевна Лавлинская; Андрей Викторович Сорокин; Марина Геннадьевна Холявка; Николай Евгеньевич Юдин; Валерий Григорьевич Артюхов

doi:10.17308/kcmf.2022.24/10556

Светлана Сергеевна Ольшанникова Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0003-3381-2008
Юлия Александровна Редько Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
Мария Сергеевна Лавлинская Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация; Севастопольский государственный университет, ул. Университетская, 33, Севастополь 299053, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-9058-027X
Андрей Викторович Сорокин Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация; Севастопольский государственный университет, ул. Университетская, 33, Севастополь 299053, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5268-9557
Марина Геннадьевна Холявка Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация; Севастопольский государственный университет, ул. Университетская, 33, Севастополь 299053, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-1390-4119
Николай Евгеньевич Юдин Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0001-5667-0319
Валерий Григорьевич Артюхов Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

DOI: https://doi.org/10.17308/kcmf.2022.24/10556

Ключевые слова: наночастицы, фицин, хитозан, ассоциирование

Аннотация

Работа направлена на разработку и исследование биокатализаторов на основе ассоциатов фицина с наночастицами хитозана. Получены наночастицы среднемолекулярного и высокомолекулярного хитозанов без и с добавлением аскорбиновой кислоты. Дзета-потенциал всех типов наночастиц составил 0 мВ. Ассоциаты фицина и наночастиц хитозана, сформированные
с добавлением аскорбиновой кислоты, показали более высокие значения протеолитической активности. При определении стабильности ассоциатов наночастиц хитозана и фицина выявлялось снижение протеолитической активности образцов в течение семи суток. Установлено, что наночастицы средне- и высокомолекулярного хитозанов, полученные в присутствии аскорбиновой кислоты, существенно отличаются по размерам от наночастиц, созданных без аскорбиновой кислоты.

Скачивания

Данные скачивания пока не доступны.

Биографии авторов

Светлана Сергеевна Ольшанникова, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

аспирант
кафедры биофизики и биотехнологии Воронежского государственного университета (Воронеж, Российская Федерация)

Юлия Александровна Редько, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

бакалавр кафедры
биофизики и биотехнологии Воронежского государственного университета (Воронеж, Российская
Федерация)

Мария Сергеевна Лавлинская, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация; Севастопольский государственный университет, ул. Университетская, 33, Севастополь 299053, Российская Федерация

к. х. н., c. н. с. кафедры биофизики и биотехнологии Воронежского
государственного университета (Воронеж, Российская Федерация); c. н. с. НИЛ «Биоресурсный потенциал приморской территории» Севастопольского государственного университета (Севастополь, Российская Федерация)

Андрей Викторович Сорокин, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация; Севастопольский государственный университет, ул. Университетская, 33, Севастополь 299053, Российская Федерация

аспирант кафедры
высокомолекулярных соединений и коллоидной
химии, м. н. с. кафедры биофизики и биотехнологии
Воронежского государственного университета (Воронеж, Российская Федерация); м. н. с. НИЛ «Биоресурсный потенциал приморской территории»
Севастопольского государственного университета
(Севастополь, Российская Федерация)

Марина Геннадьевна Холявка, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация; Севастопольский государственный университет, ул. Университетская, 33, Севастополь 299053, Российская Федерация

д. б. н., доцент,
профессор кафедры биофизики и биотехнологии,
с. н. с. кафедры биохимии и физиологии клетки
Воронежского государственного университета
(Воронеж, Российская Федерация); профессор кафедры «Физика»; вед. н. с. центра коллективного
пользования «Молекулярная структура вещества»
Севастопольского государственного университета
(Севастополь, Российская Федерация)

Николай Евгеньевич Юдин, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

магистрант 1 года
обучения кафедры высокомолекулярных соедине-
ний и коллоидной химии Воронежского государ-
ственного университета (Воронеж, Российская
Федерация)

Валерий Григорьевич Артюхов, Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

д. б. н., профессор, заведующий кафедрой биофизики и биотехнологии, с. н. с. кафедры биохимии и физиологии клетки Воронежского государственного университета (Воронеж, Российская Федерация)

Литература

Murthy S. K. Nanoparticles in modern medicine: State of the art and future challenges. International Journal of Nanomedicine. 2007;2(2): 129–141. Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2673971/

Parak W. J., Gerion D., Pellegrino T., Zanchet D., Micheel C., Williams C. S., Boudreau R., Le Gros M. A., Larabell C. A., Alivisatos A. P. Biological applications of colloidal nanocrystals. Nanotechnology. 2003;14: R15-R27. https://doi.org/10.1088/0957-4484/14/7/201

Pankhurst Q. A., Connolly J., Jones S. K., Dobson J. Applications of magnetic nanoparticles in biomedicine. Journal of Physics Series D: Applied Physics. 2003;36: R167–R181. https://doi.org/10.1088/0022-3727/36/13/201

Whitesides G. M. The ‘right’ size in Nanobiotechnology. Nature Biotechnology. 2003;21: 1161–1165. https://doi.org/10.1038/nbt872

Xiong M.-H., Bao Y., Yang X.-Zh., Zhu Ya.-H., Wang J. Delivery of antibiotics with polymeric particles. Advanced Drug Delivery Reviews. 2014;78: 63–76. https://doi.org/10.1016/j.addr.2014.02.002

Danhier F., Ansorenav E., Silva J. M., Coco R., Le Breton A., Préat V. PLGA-based nanoparticles: An overview of biomedical applications. Journal of Controlled Release. 2012;161(2): 505–522. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2012.01.043

Egebro Birk S., Boisen A., Hagner Nielsen L. Polymeric nano- and microparticulate drug delivery systems for treatment of biofilms. Advanced Drug Delivery Reviews. 2021;174: 30–52. https://doi.org/10.1016/j.addr.2021.04.005

Misra R., Acharya S., Dilnawaz F., Sahoo S. K. Sustained antibacterial activity of doxycycline-loaded poly(D,L-lactide-co-glycolide) and poly(e-caprolactone) nanoparticles. Nanomedicine. 2009;4(5): 519–530. https://doi.org/10.2217/nnm.09.28

Cheung R., Ng T., Wong J., Chan W. Chitosan: an update on potential biomedical and pharmaceutical applications. Marine Drugs. 2015;13: 5156–5186. https://doi.org/10.3390/md13085156

Osman R., Kan P. L., Awad G., Mortada N., El-Shamy A. E., Alpar O. Spray dried inhalable ciprofloxacin powder with improved aerosolisation and antimicrobial activity. International Journal of Pharmaceutics. 2013;449: 44–58. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2013.04.009

Lehr C. M., Bouwstra J. A., Schacht E. H., Junginger H. E. In vitro evaluation of mucoadhesive properties of chitosan and some other natural polymers. International Journal of Pharmaceutics.1992;78: 43–48. https://doi.org/10.1016/0378-5173(92)90353-4

Siar E.-H., Arana-Peña S., Barbosa O., Zidoune M. N., Fernandez-Lafuente R. Immobilization/stabilization of ficin extract on glutaraldehyde-activated agarose beads. Variables that control the final stability and activity in protein hydrolyses. Catalysts. 2018;8: 149. https://doi.org/10.3390/catal8040149

Olshannikova S., Koroleva V., Holyavka M., Pashkov A., Artyukhov V. Covalent immobilization of thiol proteinases on chitosan. Chemistry Proceedings. 2020;2(1):7. https://doi.org/10.3390/ECCS2020-07527

Silva-López R. E., Gonçalves R. N. Therapeutic proteases from plants: biopharmaceuticals with multiple applications. Journal of Applied Biotechnology & Bioengineering. 2019;6(2): 101–109. https://doi.org/10.15406/jabb.2019.06.00180

Hu R., Chen G., Li Y. Production and characterization of antioxidative hydrolysates and peptides from corn gluten meal using papain, ficin, and bromelain. Molecules. 2020;25(18): 4091. https://doi.org/10.3390/molecules25184091

Holyavka M., Pankova S., Koroleva V., Vyshkvorkina Yu., Lukin A. Kondratyev M., Artyukhov V. Influence of UV radiation on molecular structure and catalytic activity of free and immobilized bromelain, ficin and papain. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. 2019;201: 111681. https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2019.111681

Ribeiro J. S., Barboza A. d. S., Cuevas-Suárez C. E., Silva A. F., Piva E., Lund R. G. Novel in-office peroxide-free tooth-whitening gels: bleaching effectiveness, enamel surface alterations, and cell viability. Scientific Reports. 2020;10: 8. https://doi.org/10.1038/s41598-020-66733-z

Aider M. Potential applications of ficin in theproduction of traditional cheeses and protein hydrolysates. JDS Communications. 2021;2(5): 233–237. https://doi.org/10.3168/jdsc.2020-0073

Morellon-Sterling R., El-Siara H., Tavano O. L., Berenguer-Murcia A., Fernández-Lafuente R. Ficin: A protease extract with relevance in biotechnology and biocatalysis. International Journal of Biological Macromolecules. 2020;162: 394–404. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2020.06.144

Szeto Y. S., Hu Z. Method for preparing chitosan nano-particles. Patent No US2008/0234471 A1. Publication Date: 25.09.2008.

Ol’shannikova S. S., Red’ko Y. A., Lavlinskaya, M. S. Sorokin A. V., Holyvka M. G., Artyukhov V. G. Preparation of papain complexes with chitosan microparticles and evaluation of their stability using the enzyme activity level. Pharmaceutical Chemistry Journal. 2022;55: 1240–1244. https://doi.org/10.1007/s11094-022-02564-8

Koroleva V. A., Holyavka M. G., Olshannikova S. S., Artukhov V. G. Formation of ficin complexes with chitosan nanoparticles with a high level of proteolyticactivity. Russian Journal of Biopharmaceuticals. 2018;10(4): 36–40. (In Russ., abstract in Eng.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=36834674

Garcìa-Carreño F. L. The digestive proteases of langostilla (pleuroncodes planipes, decapoda): their partial characterization, and the effect of feed on their compositionю Comparative Biochemistry and Physiology Part B: Comparative Biochemistry. 1992;103: 575–578. https://doi.org/10.1016/0305-0491(92)90373-Y

Sabirova A. R., Rudakova N. L., Balaban N. P., Ilyinskaya O. N., Demidyuk I. V., Kostrov S. V., Rudenskaya G. N., Sharipova M. R. A novel secreted metzincin metalloproteinase from Bacillus intermedius. FEBS Lett. 2010;584 (21): 4419–4425. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2010.09.049

Burri B., Jacob R. Human metabolism and the requirement for vitamin C. In: Vitamin C in health and disease. Packer L., Fuchs J. (eds.). New York: Marcel Dekker Inc., 1997; 25-58.

Arrigoni O., De Tullio M. C. Ascorbic acid: much more than just an antioxidant. Biochimica et Biophysica Acta. 2002;1569: 1–9. https://doi.org/10.1016/s0304-4165(01)00235-5