Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 101-120.

Alkaline proteases are valuable industrial enzymes, but their large-scale application is often limited by low production efficiency and thermal stability. This study addresses these challenges. A novel Bacillus amyloliquefaciens strain (NRC-IB-11, GenBank: PP034178.1) isolated from Red Sea water was optimized for high-yield alkaline protease (AL-PR) production. Statistical methods (Plackett-Burman, Box-Behnken) identified optimal conditions: peptone 10 g/L, glucose 12.5 g/L, pH 11, temperature 35°C, and incubation time 24 h, achieving 580 U/mL yield. AL-PR showed mesophilic traits, with peak activity at 45–50°C and t₁/₂ = 70.95 min at 53°C. The enzyme was partially purified (2.55-fold at 60% ammonium sulfate saturation) and demonstrated robust stability across a wide pH and temperature range. The enzyme, identified as a Zn-dependent metalloprotease based on complete inhibition by EDTA and 1,10-phenanthroline,. Functionally, it exhibited potent antimicrobial activity against Bacillus cereus, Pseudomonas aeruginosa, Candida albicans, Escherichia coli, Proteus mirbalillus and Staphyllococus aureus , notable antioxidant capacity (DPPH IC₅₀ = 0.059 mg/mL), and effective wound-healing potential, supporting its applicability in therapeutic and biotechnological contexts. Among the tested polysaccharide conjugates, oxidized carboxymethyl cellulose (CMC) provided the most effective stabilization, extending the enzyme’s half-life at 60°C from 65.52 min to 391.49 min and increasing the D-value from 217.66 min to 1300.52 min — a 5.97-fold enhancement in thermal stability. Utilization of soybean waste as a low-cost fermentation substrate significantly enhanced enzyme yield to 590 U/mL under optimized conditions: 10 g/100 mL soybean concentration, 10% (v/v) inoculum, pH 10, incubation at 35°C, and agitation at 160 rpm — highlighting its potential for sustainable, large-scale industrial production.

تُعد إنزيمات البروتييز القلوية من الإنزيمات الصناعية الهامة، إلا أن تطبيقها على نطاق واسع غالبًا ما يواجه تحديات تتعلق بانخفاض كفاءة الإنتاج وعدم الاستقرار الحراري. تهدف هذه الدراسة إلى معالجة هذه التحديات من خلال عزل سلالة جديدة Bacillus amyloliquefaciens NRC-IB-11، رقم الانضمام في بنك الجينات GenBank: PP034178.1 من مياه البحر الأحمر، وتحسين إنتاجها لإنزيم البروتييز القلوى AL-PR. تم تحديد الظروف المثلى باستخدام الطرق الإحصائية (تصميم بلاكيت-بورمان وتصميم بوكس-بنكن)، وشملت: بيبتون 10 جم/لتر، جلوكوز 12.5 جم/لتر، درجة حموضة 11، درجة حرارة 35 درجة مئوية، وزمن حضانة 24 ساعة، مما أدى إلى تحقيق إنتاجية بلغت 580 وحدة/مل. أظهر الإنزيم خصائص محبة للحرارة المعتدلة، حيث بلغ النشاط الأقصى عند 45–50 درجة مئوية ، ونصف عمر (t₁/₂) قدره 70.95 دقيقة عند 53 درجة مئوية تم تصنيف الإنزيم كإنزيم ميتالوبروتييز معتمد على الزنك، بناءً على التثبيط الكامل بواسطة EDTA و1,10-فينانثرولين. وقد تم تنقيته جزئيًا (بمقدار 2.55 مرة) باستخدام تشبع 60% من كبريتات الأمونيوم، وأظهر ثباتًا قويًا عبر نطاق واسع من درجات الحموضة ودرجات الحرارة. وظيفيًا، أظهر البروتيز القلوى AL-PR نشاطًا مضادًا قويًا للميكروبات ضد Bacillus cereus Pseudomonas aeruginosa و C. albicansو Escherichia coliو P. mirbalillus Staphyllococus aureus وبالإضافة إلى قدرة الانزيم AL-PRكمضادة للأكسدة معdpph ملحوظة (IC₅₀ = 0.059) ملغم/مل ، كما أظهر فعالية في تعزيز التئام الجروح، مما يدعم إمكانياته في التطبيقات العلاجية والبيوتكنولوجية. من بين السكريات العديدة المؤكسدة التي تم اختبارها، أظهر كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC) المؤكسد أفضل تأثير تثبيتي، حيث زاد نصف عمر الإنزيم عند 60 درجة مئوية من 65.52 دقيقة إلى 391.49 دقيقة، وارتفعت قيمة D من 217.66 دقيقة إلى 1300.52 دقيقة — أي تحسن بمقدار 5.97 مرة في الثبات الحراري. كما أدى استخدام مخلفات فول الصويا كركيزة تخمير منخفضة التكلفة إلى تعزيز إنتاجية الإنزيم بشكل كبير لتصل إلى 590 وحدة/مل تحت ظروف مثلى: تركيز الركيزة 10 جم/100 مل، حجم اللقاح 10% (حجم/حجم)، درجة حموضة 10، حضانة عند 35 درجة مئوية ، وتحريك بسرعة 160 دورة/دقيقة — مما يبرز إمكانياته للإنتاج الصناعي المستدام على نطاق واسع.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.