Chitosanase

Chitosan

Chitosan ist das Produkt der Deacetylierung von Chitin. Es ist das einzige alkalische Polysaccharid, das in der Natur vorkommt. Es ist biologisch abbaubar, ungiftig für Tiere, in sauren Lösungen löslich, in vielen physikalischen Formen erhältlich und leichter zu handhaben. Chitosanase wurde erstmals 1973 eingeführt. Es ist ein spezifisches Enzym, das eine Zersetzung von linearem Chitosan bewirkt. Es kann selektiv und spezifisch β- (1-4) -glykosidische Bindungen schneiden, wobei Chito-Oligosaccharide mit einem spezifischen Molekulargewichtsbereich erhalten werden.

Abbildung 1. Struktur von Chitosan.

Vorkommen und Verbreitung von Chitosanasen

Chitosanase wird von Mikroben und Pflanzen produziert, wo sie eine wichtige Rolle in der Ernährung und Verteidigung spielen. Chitosanase wurde erstmals 1973 aus verschiedenen Bodenmikroorganismen beschrieben. In den letzten 40 Jahren wurden mehrere Forschungsarbeiten über das Vorkommen, die Produktion, die Reinigung und die Charakterisierung von Chitosanase aus verschiedenen Mikroorganismen, einschließlich Bakterien, Pilzen und Cyanobakterien, sowie Pflanzen veröffentlicht.

Abbildung 2. Proteinstruktur von Chitosanase.

Pflanzen-Chitosanasen

Chitosanasen kommen hauptsächlich in Mikroben (Bakterien und Pilze) vor, jedoch wurden nur sehr wenige von ihnen in Pflanzen berichtet. Chitosanase-Aktivität wurde in vesikulär-arbuskulär mykorrhizierten Lauch- und Zwiebelwurzeln sowie in chemisch oder pathogen gestressten Blättern verschiedener Pflanzenarten nachgewiesen. Darüber hinaus wurde Chitosanase-Aktivität in verschiedenen Teilen gesunder Pflanzen nachgewiesen. Chitosan und COS können Abwehrreaktionen in Pflanzen induzieren, einschließlich der Induktion von Chitosanase- und 1,3-Glucanase-Isoformen. Die endogene Funktion von Pflanzen-Chitosanasen ist jedoch noch nicht aufgeklärt.

Chitosanase-Fermentationsproduktion

Chitosanase wird als krankheitsresistentes Protein in Pflanzen angesehen. Daher haben einige versucht, das Gen, das Chitosanase kodiert, durch Gentechnologie in feine Pflanzen zu klonen, um die Qualität der Pflanzen zu verbessern. Die Substratspezifität von Chitosanase kann verwendet werden, um die Zellwandzusammensetzung und spezielle physiologische Prozesse einiger spezieller Pilze und Algen zu untersuchen. Chitosanase ist ein spezifisches Enzym, das Chitosan abbaut. Es ist weit verbreitet in Bakterien, Pilzen, Viren und Pflanzen sowie in der Biota. Da die meisten Mikroorganismen eine niedrige Chitosanase-Aktivität aufweisen, sind die Produktionskosten relativ hoch, was die enzymatische Produktion von Chitosan immer beeinträchtigt hat. Die meisten mikrobiellen Chitosanasen sind induzierbare Enzyme. Das Hinzufügen von kolloidalem Chitosan zum Kulturmedium, um die Expression von Chitosanase zu induzieren, ist eine gängige Strategie. Es hat einen induzierenden Effekt auf die Produktion vieler Chitosanasen. Darüber hinaus können Chitosanpulver, Chitin, Tintenfischpenpulver und Garnelenschalenpulver ebenfalls die Produktion von Chitosanase induzieren. Um Chitosanase in großen Mengen zu produzieren, um den Bedürfnissen der Kommerzialisierung gerecht zu werden, ist es im Fermentationsprozess von Chitosanase normalerweise erforderlich, verschiedene Parameter zu optimieren. Ein geeignetes und kostengünstiges Medium ist die Grundlage für die Optimierung des Produktionsprozesses. Daher besteht die erste Optimierung der Fermentation in der Forschung und Entwicklung des Mediums, einschließlich der Auswahl verschiedener Nährstoffe und der Optimierung der entsprechenden Konzentration.

Anwendung

Die Anwendung von Chitosanase steht in engem Zusammenhang mit ihren eigenen Eigenschaften. Die Anwendung von Chitosanase ist ebenfalls vielfältig und wird hauptsächlich in den folgenden Aspekten untersucht:

a. Herstellung von Pilzprotoplasten

Chitosan baut Chitosan spezifisch ab. Einige Forscher verwenden Chitosanase zur Herstellung von Pilzprotoplasten, die direkt in genetischen Hybridisierungsexperimenten von Stämmen verwendet werden, insbesondere für die Zellwände von Zygomyceten, deren Bestandteil Chitosan ist, was effektiver ist.

b. Hemmung von pflanzenpathogenen Bakterien

Die Hauptkomponente der meisten Pilzzellwände ist Chitosan. Studien haben gezeigt, dass Chitosanase verwendet werden kann, um die Zellwand von pflanzenpathogenen Pilzen abzubauen, die Zellwandzusammensetzung von pathogenen Pilzen zu analysieren und die Pathogenese einiger Pilze bei Pflanzenkrankheiten zu spekulieren. Weiterhin kann sie effektiv pathogene Bakterien verhindern und kontrollieren sowie den Ertrag von Pflanzen, insbesondere von wirtschaftlichen Pflanzen, erhöhen.

c. Herstellung von Chitooligosacchariden

Eine weitere wichtige Anwendung von Chitosanase besteht darin, Chitosan abzubauen, um Chitosan-Oligosaccharide mit großem wirtschaftlichem Nutzen und spezifischem Polymerisationsgrad zu produzieren. Chitosan-Oligosaccharide haben nicht nur die Vorteile einer guten Wasserlöslichkeit und einer einfachen Absorption, sondern auch Funktionen wie antibakterielle, fungizide, immunregulierende und krebsbekämpfende Eigenschaften. Sie finden breite Anwendung in funktionellen Lebensmitteln, Gesundheitsmedikamenten und anderen Industrien. Da die Stabilität von Chitosan die großflächige Anwendung von Chitosanase einschränkt, wird die Anwendungsforschung von Chitosanase hauptsächlich in zwei Bereichen durchgeführt: einerseits die Verbesserung der katalytischen Aktivität von Chitosanase selbst und andererseits die Verbesserung der Stabilität von Chitosanase. Die Verbesserung der katalytischen Aktivität von Chitosanase umfasst hauptsächlich die Verbesserung von Stämmen und den Aufbau von Chitosan-Rekombinase. Die Forschung zur Stabilität von Chitosanase nutzt hauptsächlich Immobilisierungstechnologien zur Immobilisierung von Chitosanase.

Referenz