Скрининг бактерий, разлагающих хитин, в окружающей среде Саудовской Аравии и характеристика наиболее мощной хитиназы Streptomyces variabilis Am1.

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 11723 (2023) Цитировать эту статью

368 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Сорок шесть перспективных хитинолитических изолятов были выделены в ходе скрининга хитинолитических бактерий в окружающей среде Саудовской Аравии. Три лучших изолята принадлежали к роду Streptomyces. Streptomyces variabilis Am1 был способен выделять наибольшее количество хитиназ, достигая максимума через 84 часа при использовании 0,5% дрожжевого экстракта и источника азота и 2% галактозы в качестве источника углерода. Очистка хитиназы DEAE-целлюлозой и сефадексом G75 улучшила удельную активность в 18,6 раз, а извлечение - до 23,8% и показала массу 56 кДа. Оптимальный катализ очищенной хитиназы осуществлялся при 40 °C и pH 8 с высокой термостабильностью и стабильностью pH, о чем свидетельствует среднее значение температуры 66,6 °C и стабильность при pH 4–9. Белковые реагенты ДСН, ЭДТА и ЭГТА значительно ингибировали фермент, а ЭДТА-хелатная хитиназа восстанавливала свою активность после добавления ионов Fe2+, что указывает на тип металлохитиназы с ионами трехвалентного железа в качестве кофакторов. Хитиназа проявляла высокую противогрибковую активность в отношении некоторых фитопатогенных грибов. Интересно, что протестированные Streptomyces были способны производить нанокубы хитозана вместе с хитозаном в результате деградации хитина, что может быть дополнительным преимуществом их противогрибковой активности в природе. Эта работа также раскрывает важность неизведанной окружающей среды как пула многообещающих микроорганизмов, имеющих биотехнологическое применение.

Одним из самых богатых биополимеров, обнаруженных в мире, является хитин. Он состоит из N-ацетил-D-глюкозаминов (НАГ), соединенных β-1,4-гликозидными связями. Он поддерживает внешний защитный слой многих организмов, включая насекомых, грибы и другие ракообразные1. Кроме того, яичная скорлупа нематод, таких как Globodera rostochiensis и Meloidogyne javanica, на 9 и 30% состоит из хитина соответственно2. Хитин защищает эти патогенные, паразитические и болезнетворные организмы от экстремальных условий окружающей среды и защитных механизмов хозяина, тем самым способствуя паразитизму и распространению этих организмов на других хозяев и в другие места. Что касается фитопатогенных грибов, потери урожая могут составлять до 5–25% в развитых странах, тогда как в слаборазвитых странах потери урожая могут достигать 20–50%3.

Хитиназы — это ферменты, расщепляющие хитин путем гидролиза β-1,4-гликозидных связей с превращением его в хитоолигосахарид (COS), дальнейшее действие хитобиаз приводит к образованию НАГ. В зависимости от активности хитиназы можно разделить на подгруппы экзохитиназ и эндохитиназ4. В целом хитиназы имеют молекулярную массу 20–120 кДа5. Они входят в группы гликозидгидролаз (GH) GH18 и GH19. Млекопитающие, грибы и бактерии обнаруживают хитиназы семейства GH18. В то время как некоторые бактерии и высшие растения содержат хитиназы семейства GH196.

Интересно, что хитиназы продуцируются всеми членистоногими, включая патогенные и непатогенные виды, и играют значительную роль в процессе шелушения или линьки текущей кутикулы и помогают в образовании новой. Кроме того, они присутствуют в слюнных железах некоторых насекомых и используются для разрушения кутикулы хозяина7. Кроме того, некоторые грибы могут вырабатывать хитиназы, которые используются для их питания, морфогенеза, развития и в качестве защитного механизма против других организмов, содержащих хитин. К этим видам относятся Saccharomyces cerevisiae и некоторые нитчатые грибы, такие как Trichoderma sp., Penicillium sp., Lecanicillium sp., Aspergillus sp., Stachybotrys sp. и Agaricus sp. Более того, некоторые нематоды, такие как Caenorhabditis elegans, вырабатывают хитиназу как форму защиты от окружающих конкурирующих видов2.

Химические инсектициды, фунгициды и нематициды являются основными средствами борьбы с этими патогенами. Однако из-за их пагубного воздействия на животных, людей и окружающую среду внедряются новые методы. Одной из наиболее важных стратегий является воздействие на эти патогены с помощью хитиназ, продуцируемых такими бактериями, как Bacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Serratia и Streptomyces8.