사우디아라비아 환경에서 키틴 분해 박테리아에 대한 스크리닝 및 Streptomyces variabilis Am1의 가장 강력한 키티나제 특성 규명

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 11723(2023) 이 기사 인용

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사우디아라비아 환경에서 키틴분해 박테리아를 스크리닝하는 동안 46개의 유망한 키틴분해 분리균이 회수되었습니다. 상위 3개 분리균은 Streptomyces 속에 속했습니다. Streptomyces variabilis Am1은 가장 많은 양의 키티나제를 배설할 수 있었으며, 0.5% 효모 추출물과 질소 공급원 및 탄소 공급원인 2% 갈락토스를 사용하여 84시간에 최대치에 도달했습니다. DEAE-Cellulose 및 Sephadex G75를 사용한 키티나제 정제는 비활성을 18.6배, 회수율을 23.8%로 향상시켰으며 56 kDa의 질량을 나타냈습니다. 정제된 키티나제의 최적 촉매작용은 40°C 및 pH 8에서 이루어졌으며 중간점 온도 값은 66.6°C이고 pH 4-9의 안정성은 높은 열안정성과 pH 안정성을 나타냅니다. 단백질 시약인 SDS, EDTA 및 EGTA는 효소를 상당히 억제했으며 EDTA 킬레이트화 키티나제는 Fe2+ 이온을 첨가한 후 활성을 회복했는데, 이는 철 이온을 보조 인자로 사용하는 메탈로-키티나제 유형을 암시합니다. Chitinase는 일부 식물병원성 진균에 대해 높은 항진균 활성을 나타냈습니다. 흥미롭게도, 테스트된 스트렙토마이세스는 키틴 분해로부터 키토산과 함께 키토산 나노큐브를 생산할 수 있었으며 이는 자연에서 항진균 활동에 추가적인 힘이 될 수 있습니다. 이 연구는 또한 생명공학 응용이 가능한 유망한 미생물 집단으로서 미개척 환경의 중요성을 보여줍니다.

세계에서 가장 풍부한 생체고분자 중 하나는 키틴입니다. 이는 β-1,4-글리코시드 결합으로 연결된 N-아세틸 D-글루코사민(NAG)으로 구성됩니다. 이는 곤충, 곰팡이, 기타 갑각류를 포함한 많은 유기체의 외부 보호층을 지원합니다1. 또한 Globodera rostochiensis 및 Meloidogyne javanica와 같은 선충류의 알껍질은 각각 9%와 30%의 키틴으로 구성되어 있습니다2. 키틴은 극한의 환경 조건과 숙주의 방어 메커니즘으로부터 이러한 병원성, 기생충 및 질병 유발 유기체를 보호하므로 기생충과 이러한 유기체가 다른 숙주 및 다른 지역으로 확산되는 것을 촉진합니다. 식물병원성 진균과 관련하여, 선진국에서는 작물 손실이 최대 5~25%에 이를 수 있는 반면, 개발도상국에서는 작물 손실이 20~50%에 달할 수 있습니다3.

키티나제는 β-1,4-글리코시드 결합을 가수분해하여 키토올리고당(COS)으로 전환시켜 키틴을 분해하고, 키토비아제의 추가 작용으로 NAG를 유발하는 효소입니다. 활동에 따라 키티나제는 엑소키티나제와 엔도키티나제 하위 그룹으로 분류될 수 있습니다4. 일반적으로 키티나아제의 분자 질량은 20~120kDa5입니다. 이들은 배당체 가수분해효소 그룹(GH) GH18 및 GH19 내에 있습니다. 포유류, 곰팡이 및 박테리아는 GH18 계열의 키티나제를 수용하는 것으로 관찰됩니다. 일부 박테리아와 고등 식물에는 GH19 계열의 키티나제가 포함되어 있습니다6.

흥미롭게도, 키티나제는 병원성 및 비병원성 종을 포함한 모든 절지동물에 의해 생산되어 현재 큐티클의 탈피 또는 탈피 과정에서 중요한 역할을 하며 새로운 큐티클의 생성을 돕습니다. 또한, 이들은 숙주 표피를 분해하는 데 사용되는 여러 곤충의 타액선에 존재합니다7. 또한 몇몇 곰팡이는 영양, 형태 형성, 발달 및 키틴을 함유한 다른 유기체에 대한 방어 메커니즘으로 활용되는 키티나제를 생산할 수 있습니다. 이러한 종에는 Saccharomyces cerevisiae 및 Trichoderma sp., Penicillium sp., Lecanicillium sp., Aspergillus sp., Stachybotrys sp.와 같은 일부 사상균이 포함됩니다. 및 아가리쿠스 sp. 또한 Caenorhabditis elegans와 같은 일부 선충은 주변 경쟁 종에 대한 방어 형태로 키티나제를 생산합니다.

화학 살충제, 살균제, 살선충제는 이러한 병원체를 관리하는 주요 도구입니다. 그러나 동물과 인간, 환경에 해로운 영향을 미치기 때문에 새로운 기술이 도입되고 있습니다. 가장 중요한 전략 중 하나는 Bacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Serratia 및 Streptomyces8와 같은 박테리아가 생산하는 키티나제를 사용하여 이러한 병원체를 표적으로 삼는 것입니다.