Chitinase

Chitin og Chitinase findes i vid udstrækning i naturen. Chitin, også kendt som chitin, er en lineær polymer med en basisenhed, der har en basisenhed med en ren-1,4-N-acetylglucosamin, og dens indhold er nummer to i naturlige polymerer. Chitin er også en vigtig komponent i de fleste svampecellevægge og findes også i den ydre skal og tarme af insekter. Chitinase er fundet i mikroorganismer, planter og dyr, og dets funktioner er også forskellige.

Distribution

allerede i 1905 isolerede Benecke en mikroorganisme, der kunne bruge chitin som næringsstof og kaldte den Bacillus chitinovirous. Siden da har folk isoleret og renset chitinase fra flere mikroorganismer, planter og dyr.

tabel 1 fordeling og grundlæggende egenskaber ved chitinase

klassificering

der er generelt tre metoder til klassificering af chitinase. For det første klassifikationssystemet bestemt af Nomenklaturudvalget for International Union of Biochemistry. Da chitinase og cellulose har mange ligheder, og begge hører til den samme glycosyleringshydrolase, kaldes chitinase EC 3.2.1.14 af et internationalt accepteret klassificeringssystem. Ulempen ved denne klassificeringsmetode er, at den ikke afspejler det evolutionære forhold inden for chitinasen. For det andet klassificeres chitinase og n-acetylheksosaminidase i tre familier i henhold til aminosyresekvensen, nemlig familien 18, 19 og 20. Familien 18 og 19 er sammensat af intracellulær chitinase fra forskellige kilder såsom vira, bakterier, svampe, insekter og planter. Familien 19 består hovedsageligt af plantechitinase. Familien 20 chitinase er relativt lille. For det tredje, da planter producerer en stor mængde chitinase, klassificeres plantechitinase i seks typer i henhold til dens gensekvens, nemlig type I-VI.

biologiske funktioner

Chitinase har en anden rolle i mikroorganismer, dyr og planter. I svampe, protosoer og hvirvelløse dyr spiller chitinase en rolle i deres vækst og morfogenese. I nogle bakterier kan chitinase nedbryde uopløseligt chitin og bruge det som næringsstof og derved anvende chitin som kulstofkilde og energikilde. I gær (Saocharomyces), selvom chitin kun udgør 1% af dets cellevæg, er der en stor mængde chitinaflejring i separatoren mellem de to generationer af celler, hvilket indikerer, at chitinase er påkrævet i processen med gærcelleproliferation og isolering. For så vidt angår den nuværende forskning er chitinase et forsvarsprotein i højere planter og hvirveldyr. Chitinase har en nedværdigende virkning på visse nodulationsfaktorer. Det spekuleres i, at chitinase afbalancerer planter og jordstængler ved at kontrollere niveauet af noduleringsfaktorer og således deltage i symbiotisk nitrogenfiksering.

egenskaber

Chitinase er inducerbar. Mange undersøgelser har vist, at chitinase hos hvirveldyr og planter er inducerbar. Efter de højere planter induceres af patogener og deres elicitors, ethylen, salicylsyre, ultraviolet lys, tungmetaller, mekaniske skader osv. er chitinaseaktiviteten hurtigt forøget, og planterne er beskyttet til en vis grad. Visse mikrobielle og animalske chitinaser kan danne chitinase med en lavere molekylvægt efter nedbrydning. Udtrykket af chitinase er også tidsserier og vævsspecifik. Selvom produktionen af plantechitinase er relateret til plantebestandighed, er tilstedeværelsen af chitinase også fundet i visse udviklingsstadier og specielle væv fra mange planter. I planter opdages næsten ingen chitinase øverst, men det er rigeligt i basens gamle blade og rødder. Derfor er chitinase en beskyttelsesmekanisme udviklet for at tilpasse sig det ugunstige ydre miljø i nogle udviklingsstadier af planter for at sikre en jævn afslutning af udviklingsprocessen. Chitinasen produceret af parasitære nematoder er specifik og tidsafhængig og spiller en vigtig rolle i dens udvikling og transmission.

applikationer

• anvendelse af chitinase til kontrol af plantepatogene svampe

hovedkomponenten i cellevæggen i mange fytopatogene svampe er chitin. In vitro bakteriostatiske tests har vist, at chitinase kan hæmme sporespiring og mycelial vækst af nogle patogene svampe. Når planter er inficeret af patogener, producerer de en række aktive forsvarsresponser, herunder øget aktivitet af chitinase. Derfor har chitinase længe været betragtet som et potentielt stof mod plantesvampesygdomme. Siden 1980 ‘ erne har forskere overført chitinasegener til planter som tobak, tomat, sojabønne, kartoffel, salat, drue og sukkerroer og opnået transgene planter, der udtrykker chitinaseaktivitet. Sammenlignet med ikke-transgene planter er transgene planter ikke kun resistente over for svampe, men også resistente over for nematoder, insekter og andre patogene organismer.

• anvendelse af chitinase i biologisk kontrol

da parasitterne Brugia malayi og Vuchereria bancrofti har chitinase involveret i reproduktions-og transmissionsprocessen, kan chitinase bruges som kandidatvaccine til at kontrollere disse to parasitære nematoder. I 1992 Furhman et al. rapporterede, at det monoklonale antistof MF1 kan nedbryde de perifere komponenter i parasitiske mikrofilariae i gerbils, og dette antistof har høj homologi med flere bakterielle og gærchitinaser. Nogle biokontrolbakterier, såsom Trichoderma harsianum, jordstængel solani, Leishococcus, Bacillus osv. en af mekanismerne ved biokontrol er produktionen af cellevægsnedbrydende stoffer, såsom chitinase og glucanase. Derudover har undersøgelser vist, at chitinase kan dræbe eller forhindre skadedyr og myg i visse udviklingsstadier, så det forventes, at chitinase kan bruges til at kontrollere antallet af myg og disse skadedyr uden at bruge en stor mængde pesticider.

• anvendelse af chitinase nedbrydningsprodukter

Amino oligosaccharid, produktet produceret ved hydrolyse af chitin, spiller en meget vigtig rolle i reguleringen af livsmetabolismen hos planter og dyr. N-acetylglucosamin i sig selv kan bruges som et antiinflammatorisk lægemiddel og har terapeutiske virkninger på tyktarmssår og gastrointestinale mavesår. Derudover kan amino-oligosaccharider anvendes som en immuninducer til at inducere planter til at producere et forsvarsrespons. Hos dyr har amino-oligosaccharider også fysiologiske aktiviteter, såsom forbedring af immunitet og hæmning af tumorcellevækst.