Recovery of fibrinolytic and collagenolytic enzymes from fish and shrimp byproducts: potential source for biomedical applications / Recuperação de enzimas fibrinolíticas e colagenolitícas de resíduos de peixes e camarões: fonte potencial para aplicações biomédicas

Fish and shrimp industries generate a significant amount of by-products. These by-products can be used for the extraction of enzymes of biomedical interest, such as fibrinolytic and collagenolytic. Thus, this work aimed to perform a screening of fish and shrimp byproducts as sources of enzymes with fibrinolytic and collagenolytic activities and to characterize the biochemical properties of crude extracts with collagenolytic activity from Cichla ocellaris residues. Fibrinolytic enzymes were recovered with activities between 5.51 ± 0.02 U.mL-1 (Caranx crysos) and 56.16 ± 0.42 U.mL-1 (Litopenaeus vannamei), while collagenolytic enzymes were detected in a range between 6.79 ± 0.00 U.mg-1 (Trachurus lathami) and 94.35 ± 0.02 U.mg-1 (C. ocellaris). After collagenolytic screening, the selected species was C. ocellaris, being subjected to a preheating, which culminated with an increase of enzymatic activity of 35.07% (up to 127.44 ± 0.09 U.mg-1). The optimal collagenolytic activity recovered from C. ocellaris byproducts was 55 °C (thermostable between 25 and 60 °C) and 7.5 (stable between 6.5 and 11.5) for temperature and pH evaluations, respectively. The kinetic parameters were determined, obtaining Km of 5.92 mM and Vmax of 294.40 U.mg-1. The recovered enzyme was sensitive to the Cu2+, Hg2 and Pb2+ ions, being partially inhibited by phenylmethylsulphonyl fluoride (PMSF), N-p-tosyl-L-lysin chloromethyl ketone (TLCK) and Benzamidine. Furthermore, it was able to cleave native type I collagen, the most important type for industry. Thus, the recovery of biomolecules, besides offering to the industry an alternative source of active molecules, contributes to the reduction of the environmental impact, adding value to the fish product and providing a new source of income.

As indústrias de peixe e camarão geram uma quantidade significativa de subprodutos. Estes subprodutos podem ser utilizados para a extração de enzimas de interesse biomédico, como fibrinolítica e o colagenolítica. Assim, este trabalho teve como objetivo realizar uma triagem de subprodutos de peixes e camarões como fontes de enzimas com atividade fibrinolítica e colagenolítica e caracterizar as propriedades bioquímicas do extrato bruto com atividade colagenolítica a partir de resíduos de Cichla ocellaris. Enzimas fibrinolíticas foram recuperadas com atividades entre 5,51 ± 0,02 U.mL-1 (Caranx crysos) e 56,16 ± 0,42 U.mL-1 (Litopenaeus vannamei), enquanto enzimas colagenolitícas foram detectadas numa variação entre 6,79 ± 0,00 U.mg-1 (Trachurus lathami) e 94,35 ± 0,02 U.mg-1 (C. ocellaris). Após a triagem colagenolítica, a espécie selecionada foi a C. ocellaris, sendo submetida a um pré-aquecimento, o que culminou com um aumento de atividade enzimática de 35.07% (127.44 ± 0.09 U.mg-1). A atividade colagenolítica ótima recuperada de resíduos de C. ocellaris foi a 55°C (termoestável entre 25 a 60°) e 7,5 (estável entre 6,5 a 11,5) para avaliações de temperatura e de pH, respectivamente. Os parâmetros cinéticos foram determinados, obtendo-se Km de 5,92 mM e Vmax de 294,40 U.mg-1. A enzima recuperada foi sensível aos íons de Cu2+, Hg2+ e Pb2+, sendo parcialmente inibida por Fluoreto de Fenilmetilsulfonil (PMSF), N-α-tosil-L-lisina clorometil cetona (TLCK) e Benzamidina. Ainda, foi capaz de clivar o colágeno nativo tipo I, o tipo mais desejável pela indústria. Assim, a recuperação de biomoléculas, além de oferecer à indústria uma fonte alternativa de moléculas ativas, contribui para a redução do impacto ambiental, agregando valor ao produto pesqueiro e proporcionando nova fonte de renda.

Non-starch polysaccharide in diets for hybrid surubim: effects on metabolism plasticity / Polissacarídeos não amiláceos em dietas para híbrido de surubim: efeitos sobre a plasticidade do metabolismo

This study aimed to analyze the effect of mango meal, a non-starch polysaccharide, as a carbohydrate source on the metabolism plasticity and performance indicators for hybrid surubim (Pseudoplatystoma fasciatum x P. corruscans), a tropical carnivorous fish. Juveniles (±14.5g initial weight) were fed 3% of total biomass for 60 days in four experimental diets replacing 0, 33, 66 and 100% of the cornmeal. Growth by final weight was evaluated, but statistical differences (p<0.05) were not observed among the treatments. The activity of total alkaline protease was statistically lower in the fish group fed 100% cornmeal substitution. However, trypsin levels also decreased when 100% of the cornmeal was replaced by mango meal, but without statistical significance. Zymograms showed bands of protease and amylase activities for all treatments. Cholesterol (0%- 141.83±46.10; 100%- 71.36±14.40 mg.dL-1) and total protein (0%- 3.98±0.94; 100%- 1.70±1.03 mg.dL-1) in the plasma decreased as mango meal levels increased in the feed. On the other hand, glucose (0%- 105.08±31.24; 100%- 128.11±24.51 mg.dL-1) and free amino acids (0%- 24.51±2.62; 100%- 38.13±8.94 nmoles.ml-1) in the plasma increased. Although growth was not affected, the carbohydrate source affected fish metabolism, which showed metabolic adaptation by the species. The result suggests that mango meal can replace up to 33% of the cornmeal in diets for Pseudoplatystoma sp.

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da farinha de manga, um polissacarídeos não amiláceo, como fonte de carboidrato na plasticidade do metabolismo e indicadores de desempenho no surubim híbrido (Pseudoplatystoma fasciatum x P. corruscans) um peixe carnívoro tropical. Juvenis (±14.5g peso inicial) foram alimentados com 3% da biomassa total durante 60 dias, com 4 dietas experimentais substituindo 0, 33, 66 e 100% do farelo de milho. O crescimento final foi avaliado, mas diferenças significativas (p<0.05) não foram observadas entre os tratamentos. A atividade da protease total alcalina foi significativamente menor no tratamento onde houve 100% de substituição do farelo de milho. Entretanto, níveis de tripsina também diminuíram quando 100% do farelo de milho foi substituído por farinha de manga, mas sem diferença significativa. O zimograma mostrou bandas de atividade de protease e amilase em todos os tratamentos. Colesterol (0%- 141.83±46.10; 100%- 71.36±14.40 mg.dL-1) e proteína total (0%- 3.98±0.94; 100%- 1.70±1.03 mg.dL-1) plasmáticos, diminuíram à medida que os níveis de farinha de manga aumentaram nas dietas. Por outro lado, glicose (0%- 105.08±31.24; 100%- 128.11±24.51 mg.dL-1) e aminoácidos livres (0%- 24.51±2.62; 100%- 38.13±8.94 nmoles.ml-1) no plasma, aumentaram. Embora o crescimento não foi aumentado, a fonte de carboidrato afetou o metabolismo do animal, o que mostra adaptação metabólica do híbrido. O resultado sugere que farinha de manga pode substituir até 33% de farelo de milho em dietas para Pseudoplatystoma sp.

Recovery of fibrinolytic and collagenolytic enzymes from fish and shrimp byproducts: potential source for biomedical applications / Recuperação de enzimas fibrinolíticas e colagenolitícas de resíduos de peixes e camarões: fonte potencial para aplicações biomédicas

Fish and shrimp industries generate a significant amount of by-products. These by-products can be used for the extraction of enzymes of biomedical interest, such as fibrinolytic and collagenolytic. Thus, this work aimed to perform a screening of fish and shrimp byproducts as sources of enzymes with fibrinolytic and collagenolytic activities and to characterize the biochemical properties of crude extracts with collagenolytic activity from Cichla ocellaris residues. Fibrinolytic enzymes were recovered with activities between 5.51 ± 0.02 U.mL-1 (Caranx crysos) and 56.16 ± 0.42 U.mL-1 (Litopenaeus vannamei), while collagenolytic enzymes were detected in a range between 6.79 ± 0.00 U.mg-1 (Trachurus lathami) and 94.35 ± 0.02 U.mg-1 (C. ocellaris). After collagenolytic screening, the selected species was C. ocellaris, being subjected to a preheating, which culminated with an increase of enzymatic activity of 35.07% (up to 127.44 ± 0.09 U.mg-1). The optimal collagenolytic activity recovered from C. ocellaris byproducts was 55 °C (thermostable between 25 and 60 °C) and 7.5 (stable between 6.5 and 11.5) for temperature and pH evaluations, respectively. The kinetic parameters were determined, obtaining Km of 5.92 mM and Vmax of 294.40 U.mg-1. The recovered enzyme was sensitive to the Cu2+, Hg2 and Pb2+ ions, being partially inhibited by phenylmethylsulphonyl fluoride (PMSF), N-p-tosyl-L-lysin chloromethyl ketone (TLCK) and Benzamidine. Furthermore, it was able to cleave native type I collagen, the most important type for industry. Thus, the recovery of biomolecules, besides offering to the industry an alternative source of active molecules, contributes to the reduction of the environmental impact, adding value to the fish product and providing a new source of income.(AU)

As indústrias de peixe e camarão geram uma quantidade significativa de subprodutos. Estes subprodutos podem ser utilizados para a extração de enzimas de interesse biomédico, como fibrinolítica e o colagenolítica. Assim, este trabalho teve como objetivo realizar uma triagem de subprodutos de peixes e camarões como fontes de enzimas com atividade fibrinolítica e colagenolítica e caracterizar as propriedades bioquímicas do extrato bruto com atividade colagenolítica a partir de resíduos de Cichla ocellaris. Enzimas fibrinolíticas foram recuperadas com atividades entre 5,51 ± 0,02 U.mL-1 (Caranx crysos) e 56,16 ± 0,42 U.mL-1 (Litopenaeus vannamei), enquanto enzimas colagenolitícas foram detectadas numa variação entre 6,79 ± 0,00 U.mg-1 (Trachurus lathami) e 94,35 ± 0,02 U.mg-1 (C. ocellaris). Após a triagem colagenolítica, a espécie selecionada foi a C. ocellaris, sendo submetida a um pré-aquecimento, o que culminou com um aumento de atividade enzimática de 35.07% (127.44 ± 0.09 U.mg-1). A atividade colagenolítica ótima recuperada de resíduos de C. ocellaris foi a 55°C (termoestável entre 25 a 60°) e 7,5 (estável entre 6,5 a 11,5) para avaliações de temperatura e de pH, respectivamente. Os parâmetros cinéticos foram determinados, obtendo-se Km de 5,92 mM e Vmax de 294,40 U.mg-1. A enzima recuperada foi sensível aos íons de Cu2+, Hg2+ e Pb2+, sendo parcialmente inibida por Fluoreto de Fenilmetilsulfonil (PMSF), N-α-tosil-L-lisina clorometil cetona (TLCK) e Benzamidina. Ainda, foi capaz de clivar o colágeno nativo tipo I, o tipo mais desejável pela indústria. Assim, a recuperação de biomoléculas, além de oferecer à indústria uma fonte alternativa de moléculas ativas, contribui para a redução do impacto ambiental, agregando valor ao produto pesqueiro e proporcionando nova fonte de renda.(AU)

Non-starch polysaccharide in diets for hybrid surubim: effects on metabolism plasticity / Polissacarídeos não amiláceos em dietas para híbrido de surubim: efeitos sobre a plasticidade do metabolismo

This study aimed to analyze the effect of mango meal, a non-starch polysaccharide, as a carbohydrate source on the metabolism plasticity and performance indicators for hybrid surubim (Pseudoplatystoma fasciatum x P. corruscans), a tropical carnivorous fish. Juveniles (±14.5g initial weight) were fed 3% of total biomass for 60 days in four experimental diets replacing 0, 33, 66 and 100% of the cornmeal. Growth by final weight was evaluated, but statistical differences (p<0.05) were not observed among the treatments. The activity of total alkaline protease was statistically lower in the fish group fed 100% cornmeal substitution. However, trypsin levels also decreased when 100% of the cornmeal was replaced by mango meal, but without statistical significance. Zymograms showed bands of protease and amylase activities for all treatments. Cholesterol (0%- 141.83±46.10; 100%- 71.36±14.40 mg.dL-1) and total protein (0%- 3.98±0.94; 100%- 1.70±1.03 mg.dL-1) in the plasma decreased as mango meal levels increased in the feed. On the other hand, glucose (0%- 105.08±31.24; 100%- 128.11±24.51 mg.dL-1) and free amino acids (0%- 24.51±2.62; 100%- 38.13±8.94 nmoles.ml-1) in the plasma increased. Although growth was not affected, the carbohydrate source affected fish metabolism, which showed metabolic adaptation by the species. The result suggests that mango meal can replace up to 33% of the cornmeal in diets for Pseudoplatystoma sp.(AU)

O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da farinha de manga, um polissacarídeos não amiláceo, como fonte de carboidrato na plasticidade do metabolismo e indicadores de desempenho no surubim híbrido (Pseudoplatystoma fasciatum x P. corruscans) um peixe carnívoro tropical. Juvenis (±14.5g peso inicial) foram alimentados com 3% da biomassa total durante 60 dias, com 4 dietas experimentais substituindo 0, 33, 66 e 100% do farelo de milho. O crescimento final foi avaliado, mas diferenças significativas (p<0.05) não foram observadas entre os tratamentos. A atividade da protease total alcalina foi significativamente menor no tratamento onde houve 100% de substituição do farelo de milho. Entretanto, níveis de tripsina também diminuíram quando 100% do farelo de milho foi substituído por farinha de manga, mas sem diferença significativa. O zimograma mostrou bandas de atividade de protease e amilase em todos os tratamentos. Colesterol (0%- 141.83±46.10; 100%- 71.36±14.40 mg.dL-1) e proteína total (0%- 3.98±0.94; 100%- 1.70±1.03 mg.dL-1) plasmáticos, diminuíram à medida que os níveis de farinha de manga aumentaram nas dietas. Por outro lado, glicose (0%- 105.08±31.24; 100%- 128.11±24.51 mg.dL-1) e aminoácidos livres (0%- 24.51±2.62; 100%- 38.13±8.94 nmoles.ml-1) no plasma, aumentaram. Embora o crescimento não foi aumentado, a fonte de carboidrato afetou o metabolismo do animal, o que mostra adaptação metabólica do híbrido. O resultado sugere que farinha de manga pode substituir até 33% de farelo de milho em dietas para Pseudoplatystoma sp.(AU)

Collagenase from smooth weakfish: extraction, partial purification, characterization and collagen specificity test for industrial application / Colagenase de pescada branca: extração, purificação parcial, caracterização e teste de especificidade ao colágeno para aplicação industrial

Fish processing residues are rich sources of biomolecules with industrial potential, such as enzymes with collagenolytic properties applied in the pharmaceutical, textile and leather sectors. Here, collagenolytic serine proteases were partially purified from the waste (viscera) of smooth weakfish Cynoscion leiarchus and characterized for the purpose of obtaining a value-added product from fisheries resources. The higher activity of the enzyme (72.5 U mL-1) was verified in optimal temperature and pH of 55oC and 8.0, respectively. The enzyme was stable in wide ranges of temperature (25-60oC) and pH (6.5 to 11.5). The ions Ca2+ and Mg2+ increased the protease activity, whilst Pb2+, Al3+ and Cu2+ had an inhibitory effect, as observed in the presence of Benzamidine and TLCK (inhibitors of serine proteases). Hydrolysis was detected after 48 hours, when the enzyme and bovine collagen type I were incubated together. Thus, digestive viscera of C. leiarchus is suggested as an alternative source of enzymes capable of cleaving type I collagen, with similar biochemical properties to bacterial collagenases commonly employed in industrial processes, reducing costs, adding value to the fisheries product and minimizing the environmental impact caused by its waste.(AU)

Resíduos do processamento do pescado são fontes ricas em biomoléculas com potencial industrial, como as enzimas com propriedades colagenolíticas empregadas nos segmentos farmacêuticos, têxteis e de couro. No presente trabalho, serino-proteases colagenolíticas dos resíduos (vísceras) do processamento de pescada-branca, Cynoscion leiarchus, foram parcialmente purificadas e caracterizadas, visando à obtenção de um produto de valor agregado, maximizando o aproveitamento de recursos pesqueiros. A atividade da melhor etapa de extração foi 72,5 U mL- 1 , com temperatura e pH ótimos de 55oC e 8.0, respectivamente. A enzima manteve-se estável em faixas amplas de temperatura (25-60oC) e pH (6,5-11,5). Os íons Ca2+ e Mg2+ aumentaram a atividade proteolítica, ao passo que Pb2+, Al3+ e Cu2+ inibiram essa atividade assim como os inibidores de serino-proteases (Benzamidina e TLCK). A hidrólise foi detectada após 48h de incubação com colágeno bovino tipo I. Assim, sugere-se vísceras digestivas de C. leiarchus como fonte alternativa para o fornecimento de enzimas com capacidade de clivar o colágeno do tipo I e com propriedades bioquímicas semelhantes às colagenases bacterianas já empregadas nas etapas de processamento industrial, como forma de redução de custo, agregação de valor ao produto pesqueiro e contribuindo para minimizar o impacto ambiental deste tipo de resíduo.(AU)

Collagenase from smooth weakfish: extraction, partial purification, characterization and collagen specificity test for industrial application / Colagenase de pescada branca: extração, purificação parcial, caracterização e teste de especificidade ao colágeno para aplicação industrial

Fish processing residues are rich sources of biomolecules with industrial potential, such as enzymes with collagenolytic properties applied in the pharmaceutical, textile and leather sectors. Here, collagenolytic serine proteases were partially purified from the waste (viscera) of smooth weakfish Cynoscion leiarchus and characterized for the purpose of obtaining a value-added product from fisheries resources. The higher activity of the enzyme (72.5 U mL-1) was verified in optimal temperature and pH of 55oC and 8.0, respectively. The enzyme was stable in wide ranges of temperature (25-60oC) and pH (6.5 to 11.5). The ions Ca2+ and Mg2+ increased the protease activity, whilst Pb2+, Al3+ and Cu2+ had an inhibitory effect, as observed in the presence of Benzamidine and TLCK (inhibitors of serine proteases). Hydrolysis was detected after 48 hours, when the enzyme and bovine collagen type I were incubated together. Thus, digestive viscera of C. leiarchus is suggested as an alternative source of enzymes capable of cleaving type I collagen, with similar biochemical properties to bacterial collagenases commonly employed in industrial processes, reducing costs, adding value to the fisheries product and minimizing the environmental impact caused by its waste.

Resíduos do processamento do pescado são fontes ricas em biomoléculas com potencial industrial, como as enzimas com propriedades colagenolíticas empregadas nos segmentos farmacêuticos, têxteis e de couro. No presente trabalho, serino-proteases colagenolíticas dos resíduos (vísceras) do processamento de pescada-branca, Cynoscion leiarchus, foram parcialmente purificadas e caracterizadas, visando à obtenção de um produto de valor agregado, maximizando o aproveitamento de recursos pesqueiros. A atividade da melhor etapa de extração foi 72,5 U mL- 1 , com temperatura e pH ótimos de 55oC e 8.0, respectivamente. A enzima manteve-se estável em faixas amplas de temperatura (25-60oC) e pH (6,5-11,5). Os íons Ca2+ e Mg2+ aumentaram a atividade proteolítica, ao passo que Pb2+, Al3+ e Cu2+ inibiram essa atividade assim como os inibidores de serino-proteases (Benzamidina e TLCK). A hidrólise foi detectada após 48h de incubação com colágeno bovino tipo I. Assim, sugere-se vísceras digestivas de C. leiarchus como fonte alternativa para o fornecimento de enzimas com capacidade de clivar o colágeno do tipo I e com propriedades bioquímicas semelhantes às colagenases bacterianas já empregadas nas etapas de processamento industrial, como forma de redução de custo, agregação de valor ao produto pesqueiro e contribuindo para minimizar o impacto ambiental deste tipo de resíduo.