Triagem de bactérias degradadoras de quitina no ambiente da Arábia Saudita e caracterização da quitinase mais potente de Streptomyces variabilis Am1

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 11723 (2023) Citar este artigo

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Quarenta e seis isolados quitinolíticos promissores foram recuperados durante uma triagem de bactérias quitinolíticas no ambiente da Arábia Saudita. Os três primeiros isolados pertenciam ao gênero Streptomyces. Streptomyces variabilis Am1 foi capaz de excretar a maior quantidade de quitinases, atingindo o máximo em 84 h com 0,5% de extrato de levedura e fonte de nitrogênio e 2% de galactose como fonte de carbono. A purificação da quitinase por DEAE-Celulose e Sephadex G75 melhorou a atividade específica para 18,6 vezes e a recuperação para 23,8% e apresentou massa de 56 kDa. A catálise ideal da quitinase purificada foi a 40 °C e pH 8, com alta termoestabilidade e estabilidade de pH, conforme refletido por um valor de temperatura de ponto médio de 66,6 °C e estabilidade em pH 4–9. Os reagentes proteicos SDS, EDTA e EGTA inibiram significativamente a enzima e a quitinase quelatada com EDTA restaurou sua atividade após a adição de íons Fe2+ sugerindo um tipo de metaloquitinase com íons férricos como cofatores. A quitinase exerceu alta atividade antifúngica contra alguns fungos fitopatogênicos. Curiosamente, os Streptomyces testados foram capazes de produzir nanocubos de quitosana juntamente com a quitosana a partir da degradação da quitina, o que pode ser um poder adicional na sua atividade antifúngica na natureza. Este trabalho também revela a importância de ambientes inexplorados como um conjunto de microrganismos promissores com aplicações biotecnológicas.

Um dos biopolímeros mais ricos encontrados no mundo é a quitina. Consiste em N-acetil D-glucosaminas (NAG) conectadas por ligações β-1,4-glicosídicas. Suporta a camada protetora externa de muitos organismos, incluindo insetos, fungos e outros crustáceos1. Além disso, as cascas dos ovos de nematóides como Globodera rostochiensis e Meloidogyne javanica são compostas por 9 e 30% de quitina, respectivamente2. A quitina protege esses organismos patogênicos, parasitários e causadores de doenças, de condições ambientais extremas e dos mecanismos de defesa do hospedeiro, facilitando, portanto, o parasitismo e a disseminação desses organismos para outros hospedeiros e outras localidades. No que diz respeito aos fungos fitopatogénicos, as perdas de colheitas podem variar até 5-25% nos países desenvolvidos, enquanto nos países subdesenvolvidos as perdas de colheitas podem atingir 20-50%3.

As quitinases são aquelas enzimas que decompõem a quitina hidrolisando as ligações β-1,4-glicosídicas, convertendo-a em quitooligossacarídeo (COS), ação adicional das quitobiases que levam ao NAG. Dependendo da sua atividade, as quitinases podem ser categorizadas em subgrupos de exoquitinases e endoquitinases4. Em geral, as quitinases possuem massa molecular de 20–120 kDa5. Eles estão dentro dos grupos glicosídeo hidrolase (GH) GH18 e GH19. Observa-se que mamíferos, fungos e bactérias acomodam quitinases da família GH18. Considerando que algumas bactérias e plantas superiores contêm quitinases da família GH196.

Curiosamente, as quitinases são produzidas por todos os artrópodes, incluindo espécies patogênicas e não patogênicas, para desempenhar um papel significativo na ecdise ou processo de muda da cutícula atual e ajudar na produção de uma cutícula mais nova. Além disso, estão presentes nas glândulas salivares de diversos insetos para serem utilizados na quebra da cutícula do hospedeiro7. Além disso, vários fungos podem produzir quitinases para serem utilizadas em sua nutrição, morfogênese, desenvolvimento e como mecanismo de defesa contra outros organismos que contêm quitina. Estas espécies incluem Saccharomyces cerevisiae e alguns fungos filamentosos como Trichoderma sp., Penicillium sp., Lecanicillium sp., Aspergillus sp., Stachybotrys sp. e Agaricus sp. Além disso, alguns nematóides, como Caenorhabditis elegans, produzem quitinase como forma de defesa contra espécies competitivas vizinhas2.

Inseticidas químicos, fungicidas e nematicidas são as principais ferramentas para o manejo desses patógenos. No entanto, devido ao seu impacto prejudicial nos animais, nos seres humanos e no ambiente, estão a ser introduzidas novas técnicas. Uma das estratégias mais importantes é atingir esses patógenos com quitinases produzidas por bactérias como Bacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Serratia e Streptomyces8.