Chitinase

La chitine et la chitinase sont largement présentes dans la nature. La chitine, également connue sous le nom de chitine, est un polymère linéaire avec la β-1,4-N-acétylglucosamine comme unité de base, et sa teneur se classe au deuxième rang des polymères naturels. La chitine est également un composant majeur de la plupart des parois cellulaires fongiques et se trouve également dans la coquille externe et les intestins des insectes. La chitinase a été trouvée dans des microorganismes, des plantes et des animaux, et ses fonctions sont également différentes.

Distribution

Dès 1905, Benecke a isolé un microorganisme qui pourrait utiliser la chitine comme nutriment et l’a nommé Bacillus chitinovirous. Depuis lors, les gens ont isolé et purifié la chitinase à partir de plus de micro-organismes, de plantes et d’animaux.

Tableau 1 Distribution et caractéristiques de base de la chitinase

Classification

Il existe généralement trois méthodes de classification de la chitinase. Premièrement, le système de classification déterminé par le Comité de nomenclature de l’Union internationale de biochimie. Étant donné que la chitinase et la cellulose présentent de nombreuses similitudes et appartiennent toutes deux à la même hydrolase de glycosylation, la chitinase est nommée EC 3.2.1.14 par un système de classification des enzymes internationalement accepté. L’inconvénient de cette méthode de classification est qu’elle ne reflète pas la relation évolutive au sein de la chitinase. Deuxièmement, la chitinase et la N-acétylhexosaminidase sont classées en trois familles selon la séquence d’acides aminés de l’enzyme, à savoir la famille 18, 19 et 20. Les familles 18 et 19 sont composées de chitinase intracellulaire provenant de diverses sources telles que des virus, des bactéries, des champignons, des insectes et des plantes. La famille 19 est principalement composée de chitinase végétale. La famille 20 chitinase est relativement petite. Troisièmement, comme les plantes produisent une grande quantité de chitinase, la chitinase végétale est classée en six types en fonction de sa séquence génique, à savoir de type I-VI. La description de l’enzyme par cette méthode de classification comprend principalement les aspects suivants: Séquence N-terminale, localisation de l’enzyme, point isoélectrique, peptide signal et inducteur.

Fonctions biologiques

La chitinase a un rôle différent chez les micro-organismes, les animaux et les plantes. Chez les champignons, les protozoaires et les invertébrés, la chitinase joue un rôle dans leur croissance et leur morphogenèse. Chez certaines bactéries, la chitinase peut décomposer la chitine insoluble et l’utiliser comme nutriment, utilisant ainsi la chitine comme source de carbone et source d’énergie. Dans la levure (Saocharomyces), bien que la chitine ne constitue que 1% de sa paroi cellulaire, il y a une grande quantité de dépôt de chitine dans le séparateur entre les deux générations de cellules, indiquant que la chitinase est nécessaire au processus de prolifération et d’isolement des cellules de levure. En ce qui concerne les recherches actuelles, la chitinase est une protéine de défense chez les plantes supérieures et les vertébrés. La chitinase a un effet dégradant sur certains facteurs de nodulation. On suppose que la chitinase équilibre les plantes et le rhizobium en contrôlant le niveau des facteurs de nodulation, participant ainsi à la fixation symbiotique de l’azote.

Caractéristiques

La chitinase est inductible. De nombreuses études ont montré que la chitinase chez les vertébrés et les plantes est inductible. Après que les plantes supérieures sont induites par des agents pathogènes et leurs éliciteurs, l’éthylène, l’acide salicylique, la lumière ultraviolette, les métaux lourds, les dommages mécaniques, etc., l’activité de la chitinase augmente rapidement et les plantes sont protégées dans une certaine mesure. Certaines chitinases microbiennes et animales peuvent former une chitinase de plus faible poids moléculaire après dégradation. L’expression de la chitinase est également chronologique et spécifique aux tissus. Bien que la production de chitinase végétale soit liée à la résistance des plantes, la présence de chitinase a également été détectée à certains stades de développement et dans des tissus spéciaux de nombreuses plantes. Chez les plantes, presque aucune chitinase n’est détectée au sommet, mais elle est abondante dans les vieilles feuilles et les racines de la base. Par conséquent, la chitinase est un mécanisme de protection développé afin de s’adapter à l’environnement externe défavorable pendant certaines étapes de développement des plantes pour assurer la bonne fin du processus de développement. La chitinase produite par les nématodes parasites est spécifique et dépendante du temps, et joue un rôle important dans son développement et sa transmission.

Applications

• Application de la chitinase dans le contrôle des champignons phytopathogènes

Le composant principal de la paroi cellulaire de nombreux champignons phytopathogènes est la chitine. Des tests bactériostatiques in vitro ont montré que la chitinase peut inhiber la germination des spores et la croissance mycélienne de certains champignons pathogènes. Lorsque les plantes sont infectées par des agents pathogènes, elles produisent une série de réponses de défense actives, y compris une activité accrue de la chitinase. Par conséquent, la chitinase a longtemps été considérée comme une substance potentielle contre les maladies fongiques des plantes. Depuis les années 1980, les scientifiques ont transféré des gènes de chitinase à des plantes telles que le tabac, la tomate, le soja, la pomme de terre, la laitue, le raisin et la betterave à sucre, et ont obtenu des plantes transgéniques exprimant l’activité de la chitinase. Par rapport aux plantes non transgéniques, les plantes transgéniques sont non seulement résistantes aux champignons, mais également aux nématodes, aux insectes et à d’autres organismes pathogènes.

• Application de la chitinase dans la lutte biologique

Comme les parasites Brugia malayi et Wuchereria bancrofti ont la chitinase impliquée dans le processus de reproduction et de transmission, la chitinase peut être utilisée comme vaccin candidat pour contrôler ces deux nématodes parasites. En 1992, Furhman et coll. a rapporté que l’anticorps monoclonal MF1 peut dégrader les composants périphériques des microfilaires parasites dans les gerbilles, et que cet anticorps présente une homologie élevée avec plusieurs chitinases bactériennes et de levure. Certaines bactéries de biocontrôle, telles que Trichoderma harzianum, Rhizoctonia solani, Leishococcus, Bacillus, etc., l’un des mécanismes de biocontrôle est la production d’enzymes dégradant la paroi cellulaire telles que la chitinase et la glucanase. En outre, des études ont montré que la chitinase peut tuer ou prévenir les ravageurs et les moustiques à certains stades de développement, il est donc envisagé que la chitinase puisse être utilisée pour contrôler le nombre de moustiques et de ces ravageurs sans utiliser une grande quantité de pesticides.

• Application de produits de dégradation de la chitinase

L’oligosaccharide aminé, produit issu de l’hydrolyse de la chitine, joue un rôle très important dans la régulation du métabolisme vital des plantes et des animaux. La N-acétylglucosamine elle-même peut être utilisée comme médicament anti-inflammatoire et a des effets thérapeutiques sur les ulcères du gros intestin et les troubles ulcéreux gastro-intestinaux. De plus, les oligosaccharides aminés peuvent être utilisés comme inducteur immunitaire pour inciter les plantes à produire une réponse de défense. Chez les animaux, les oligosaccharides aminés ont également des activités physiologiques telles que l’amélioration de l’immunité et l’inhibition de la croissance des cellules tumorales.