Screening di batteri che degradano la chitina nell'ambiente dell'Arabia Saudita e caratterizzazione della più potente chitinasi da Streptomyces variabilis Am1

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11723 (2023) Citare questo articolo

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Quarantasei isolati chitinolitici promettenti sono stati recuperati durante uno screening per batteri chitinolitici nell'ambiente dell'Arabia Saudita. I primi tre isolati appartenevano al genere Streptomyces. Streptomyces variabilis Am1 è stato in grado di espellere la massima quantità di chitinasi, raggiungendo il massimo a 84 ore con lo 0,5% di estratto di lievito e fonte di azoto e il 2% di galattosio come fonte di carbonio. La purificazione della chitinasi mediante DEAE-cellulosa e Sephadex G75 ha migliorato l'attività specifica fino a 18,6 volte e il recupero fino al 23,8% e ha mostrato una massa a 56 kDa. La catalisi ottimale della chitinasi purificata era a 40 °C e pH 8 con elevata termostabilità e stabilità del pH, come evidenziato da un valore di temperatura medio di 66,6 °C e stabilità a pH 4–9. I reagenti proteici SDS, EDTA ed EGTA hanno inibito significativamente l'enzima e la chitinasi chelata con EDTA ha ripristinato la sua attività dopo l'aggiunta di ioni Fe2+ suggerendo un tipo di metallo-chitinasi con ioni ferrici come cofattori. La chitinasi ha esercitato un’elevata attività antifungina contro alcuni funghi fitopatogeni. È interessante notare che gli Streptomyces testati sono stati in grado di produrre nanocubi di chitosano insieme al chitosano dalla degradazione della chitina, che potrebbe rappresentare un potere aggiuntivo nella loro attività antifungina in natura. Questo lavoro rivela anche l’importanza degli ambienti inesplorati come pool di microrganismi promettenti con applicazioni biotecnologiche.

Uno dei biopolimeri più ricchi del mondo è la chitina. È costituito da N-acetil D-glucosammine (NAG) collegate da legami β-1,4-glicosidici. Supporta lo strato protettivo esterno di molti organismi tra cui insetti, funghi e altri crostacei1. Inoltre, i gusci d'uovo dei nematodi come Globodera rostochiensis e Meloidogyne javanica sono composti rispettivamente dal 9 e dal 30% di chitina2. La chitina protegge questi organismi patogeni, parassiti e patogeni dalle condizioni ambientali estreme e dai meccanismi difensivi dell'ospite, facilitando quindi il parassitismo e la diffusione di questi organismi ad altri ospiti e ad altre località. Per quanto riguarda i funghi fitopatogeni, le perdite di raccolto potrebbero variare fino al 5–25% nei paesi sviluppati, mentre nei paesi sottosviluppati le perdite di raccolto potrebbero raggiungere il 20–50%3.

Le chitinasi sono quegli enzimi che scompongono la chitina idrolizzando i legami β-1,4-glicosidici convertendola in chitooligosaccaride (COS), ulteriore azione delle chitobiasi che porta al NAG. A seconda della loro attività, le chitinasi possono essere classificate nei sottogruppi esochitinasi ed endochitinasi4. In generale, le chitinasi hanno una massa molecolare di 20–120 kDa5. Sono all'interno dei gruppi glicoside idrolasi (GH) GH18 e GH19. Si osserva che mammiferi, funghi e batteri ospitano le chitinasi della famiglia GH18. Mentre alcuni batteri e piante superiori contengono chitinasi della famiglia GH196.

È interessante notare che le chitinasi sono prodotte da tutti gli artropodi, comprese le specie patogene e non patogene, per svolgere un ruolo significativo nell'ecdisi o nel processo di muta della cuticola attuale e aiutano nella produzione di quella nuova. Inoltre, sono presenti nelle ghiandole salivari di diversi insetti e vengono utilizzati nella rottura della cuticola ospite7. Inoltre, diversi funghi possono produrre chitinasi da utilizzare per la loro nutrizione, morfogenesi, sviluppo e come meccanismo di difesa contro altri organismi contenenti chitina. Queste specie includono Saccharomyces cerevisiae e alcuni funghi filamentosi come Trichoderma sp., Penicillium sp., Lecanicillium sp., Aspergillus sp., Stachybotrys sp. e Agaricus sp. Inoltre, alcuni nematodi come Caenorhabditis elegans producono chitinasi come forma di difesa contro le specie competitive circostanti2.

Insetticidi chimici, fungicidi e nematocidi sono i principali strumenti per la gestione di questi agenti patogeni. Tuttavia, a causa del loro impatto dannoso sugli animali, sugli esseri umani e sull’ambiente, vengono introdotte nuove tecniche. Una delle strategie più importanti è colpire questi agenti patogeni con chitinasi prodotte da batteri come Bacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Serratia e Streptomyces8.