サウジアラビア環境におけるキチン分解細菌のスクリーニングと、Streptomyces variabilis Am1 由来の最も強力なキチナーゼの特性評価

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11723 (2023) この記事を引用

368 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

サウジアラビア環境におけるキチン分解菌のスクリーニング中に、46 個の有望なキチン分解菌分離株が回収されました。 上位 3 つの分離株は Streptomyces 属に属していました。 Streptomyces variabilis Am1 は最高量のキチナーゼを排泄することができ、0.5% 酵母抽出物と窒素源、および炭素源として 2% ガラクトースを使用すると 84 時間で最大量に達しました。 DEAE-セルロースおよびセファデックス G75 によるキチナーゼの精製により、比活性が 18.6 倍、回収率が 23.8% に向上し、56 kDa の質量が示されました。 精製キチナーゼの最適な触媒作用は 40 °C、pH 8 であり、中間温度値 66.6 °C と pH 4 ～ 9 での安定性に反映されるように、高い熱安定性と pH 安定性を示しました。 タンパク質試薬であるSDS、EDTA、EGTAはこの酵素を有意に阻害し、EDTAキレートキチナーゼはFe2+イオンの添加後に活性を回復したことから、補因子として第二鉄イオンを含むメタロキチナーゼタイプであることが示唆された。 キチナーゼは、いくつかの植物病原性真菌に対して高い抗真菌活性を発揮しました。 興味深いことに、試験したストレプトミセス属は、キチン分解によりキトサンとともにキトサンナノキューブを生成することができ、これが自然界の抗真菌活性の追加の力となる可能性があります。 この研究はまた、バイオテクノロジーの応用に有望な微生物のプールとして未踏の環境の重要性を明らかにしています。

世界で見つかっている最も豊富な生体高分子の 1 つはキチンです。 これは、β-1,4-グリコシド結合によって結合された N-アセチル D-グルコサミン (NAG) で構成されています。 昆虫、菌類、その他の甲殻類を含む多くの生物の外側の保護層を支えています1。 さらに、Globodera rostochiensis や Meloidogyne javanica などの線虫の卵殻は、それぞれ 9% と 30% のキチンで構成されています2。 キチンは、これらの病原性、寄生性、病気の原因となる生物を極端な環境条件や宿主の防御機構から保護するため、寄生や他の宿主や他の地域へのこれらの生物の拡散を促進します。 植物病原性真菌に関しては、先進国では作物の損失が最大 5 ～ 25% に及ぶ可能性があるのに対し、発展途上国では作物の損失が 20 ～ 50% に達する可能性があります3。

キチナーゼは、β-1,4-グリコシド結合を加水分解してキチンをキトオリゴ糖（COS）に変換することによってキチンを分解し、キトビアーゼのさらなる作用によりNAGが引き起こされる酵素です。 キチナーゼは、その活性に応じて、エキソチナーゼとエンドキチナーゼのサブグループに分類できます4。 一般に、キチナーゼの分子量は 20 ～ 120 kDa5 です。 それらは、グリコシド加水分解酵素グループ (GH) GH18 および GH19 内にあります。 哺乳類、真菌、細菌は、GH18 ファミリーのキチナーゼを受け入れることが観察されています。 一方、一部の細菌や高等植物には GH19 ファミリーのキチナーゼが含まれています6。

興味深いことに、キチナーゼは病原性種と非病原性種を含むすべての節足動物によって産生され、現在の表皮の脱皮または脱皮プロセスに重要な役割を果たし、新しい表皮の生成を助けます。 さらに、それらはいくつかの昆虫の唾液腺に存在し、宿主のクチクラの破壊に使用されます7。 また、いくつかの真菌は、栄養、形態形成、発生、およびキチンを含む他の生物に対する防御機構として利用されるキチナーゼを生産できます。 これらの種には、Saccharomyces cerevisiae、およびトリコデルマ属、ペニシリウム属、レカニシリウム属、アスペルギルス属、スタキボトリス属などのいくつかの糸状菌が含まれます。 およびアガリクス属。 さらに、Caenorhabditis elegans などの一部の線虫は、周囲の競合種に対する防御手段としてキチナーゼを産生します 2。

化学殺虫剤、殺菌剤、殺線虫剤は、これらの病原体を管理するための主なツールです。 しかし、それらは動物や人間、環境に悪影響を与えるため、新しい技術が導入されています。 最も重要な戦略の 1 つは、バチルス、シュードモナス、エンテロバクター、セラチア、ストレプトミセスなどの細菌が産生するキチナーゼでこれらの病原体を標的にすることです8。