Dépistage des bactéries dégradant la chitine dans l'environnement de l'Arabie Saoudite et caractérisation de la chitinase la plus puissante de Streptomyces variabilis Am1

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 11723 (2023) Citer cet article

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Quarante-six isolats chitinolytiques prometteurs ont été récupérés lors d'un dépistage des bactéries chitinolytiques dans l'environnement de l'Arabie saoudite. Les trois principaux isolats appartenaient au genre Streptomyces. Streptomyces variabilis Am1 était capable d'excréter la plus grande quantité de chitinases, atteignant le maximum après 84 h avec 0,5 % d'extrait de levure et de source d'azote et 2 % de galactose comme source de carbone. La purification de la chitinase par DEAE-Cellulose et Sephadex G75 a amélioré l'activité spécifique à 18,6 fois et la récupération à 23,8 % et a montré une masse à 56 kDa. La catalyse optimale de la chitinase purifiée était à 40 °C et à pH 8 avec une thermostabilité et une stabilité du pH élevées, comme en témoigne une valeur de température médiane de 66,6 °C et une stabilité à un pH de 4 à 9. Les réactifs protéiques SDS, EDTA et EGTA ont inhibé de manière significative l'enzyme et la chitinase chélatée par l'EDTA a restauré son activité après l'ajout d'ions Fe2+, suggérant un type métallo-chitinase avec des ions ferriques comme cofacteurs. La chitinase a exercé une activité antifongique élevée contre certains champignons phytopathogènes. Il est intéressant de noter que les Streptomyces testés ont pu produire des nanocubes de chitosane ainsi que du chitosane à partir de la dégradation de la chitine, ce qui pourrait constituer un pouvoir supplémentaire dans leur activité antifongique dans la nature. Ces travaux révèlent également l’importance des environnements inexplorés comme réservoir de micro-organismes prometteurs ayant des applications biotechnologiques.

L’un des biopolymères les plus riches au monde est la chitine. Il se compose de N-acétyl D-glucosamines (NAG) reliées par des liaisons β-1,4-glycosidiques. Il soutient la couche protectrice externe de nombreux organismes, notamment les insectes, les champignons et autres crustacés1. De plus, les coquilles d’œufs de nématodes tels que Globodera rostochiensis et Meloidogyne javanica sont composées respectivement de 9 et 30 % de chitine2. La chitine protège ces organismes pathogènes, parasitaires et pathogènes des conditions environnementales extrêmes et des mécanismes de défense de l'hôte, facilitant ainsi le parasitisme et la propagation de ces organismes à d'autres hôtes et d'autres localités. En ce qui concerne les champignons phytopathogènes, les pertes de récoltes pourraient atteindre 5 à 25 % dans les pays développés, tandis que dans les pays sous-développés, les pertes de récoltes pourraient atteindre 20 à 50 %3.

Les chitinases sont ces enzymes qui dégradent la chitine en hydrolysant les liaisons β-1,4-glycosidiques, la convertissant en chitooligosaccharide (COS), action supplémentaire des chitobiases conduisant au NAG. En fonction de leur activité, les chitinases peuvent être classées en sous-groupes d’exochitinases et d’endochitinases4. En général, les chitinases ont une masse moléculaire de 20 à 120 kDa5. Ils font partie des groupes glycoside hydrolase (GH) GH18 et GH19. On observe que les mammifères, les champignons et les bactéries hébergent les chitinases de la famille GH18. Alors que certaines bactéries et plantes supérieures contiennent des chitinases de la famille GH196.

Il est intéressant de noter que les chitinases sont produites par tous les arthropodes, y compris les espèces pathogènes et non pathogènes, pour jouer un rôle important dans le processus d'ecdysis ou de mue de la cuticule actuelle et contribuer à la production d'une nouvelle. De plus, ils sont présents dans les glandes salivaires de plusieurs insectes pour être utilisés dans la dégradation de la cuticule de l'hôte7. En outre, plusieurs champignons peuvent produire des chitinases qui seront utilisées pour leur nutrition, leur morphogenèse, leur développement et comme mécanisme de défense contre d'autres organismes contenant de la chitine. Ces espèces comprennent Saccharomyces cerevisiae et certains champignons filamenteux tels que Trichoderma sp., Penicillium sp., Lecanicillium sp., Aspergillus sp., Stachybotrys sp. et Agaricus sp. De plus, certains nématodes tels que Caenorhabditis elegans produisent de la chitinase comme forme de défense contre les espèces compétitives environnantes2.

Les insecticides chimiques, les fongicides et les nématicides sont les principaux outils de gestion de ces agents pathogènes. Cependant, en raison de leur impact néfaste sur les animaux, les humains et l’environnement, de nouvelles techniques sont introduites. L’une des stratégies les plus importantes consiste à cibler ces agents pathogènes avec des chitinases produites par des bactéries telles que Bacillus, Pseudomonas, Enterobacter, Serratia et Streptomyces8.