キトサナーゼ

キトサン

キトサンは、キチンの脱アセチル化の産物です。自然界に存在する唯一のアルカリ性多糖類です。生分解性であり、動物に対して無毒で、酸性溶液に溶解し、多くの物理的形態で利用可能で、取り扱いが容易な特徴があります。キトサナーゼは1973年に初めて紹介されました。これは、線状キトサンに対して分解効果を持つ特異的な酵素です。β- (1-4) -グリコシド結合を選択的かつ特異的に切断することができます。特定の分子量範囲を持つキトオリゴ糖が得られます。

図1. キトサンの構造。

キトサナーゼの発生と分布

キトサナーゼは微生物や植物によって生成され、栄養と防御において重要な役割を果たします。キトサナーゼは1973年に異なる土壌微生物から初めて記述されました。過去40年間、細菌、真菌、シアノバクテリア、植物を含むさまざまな微生物からのキトサナーゼの発生、生成、精製、特性に関するいくつかの研究論文が発表されています。

図2. キトサナーゼのタンパク質構造。

植物キトサナーゼ

キトサナーゼは主に微生物（細菌と真菌）に見られますが、植物においては非常に少数しか報告されていません。キトサナーゼ活性は、膨圧性アーバスキュラー菌根に感染したリーキやタマネギの根、さまざまな植物種の化学的または病原体によるストレスを受けた葉で検出されています。さらに、健康な植物のさまざまな部分でもキトサナーゼ活性が検出されています。キトサンとCOSは、キトサナーゼや1,3-グルカナーゼアイソフォームの誘導を含む植物の防御反応を誘発することができます。しかし、植物キトサナーゼの内因性機能はまだ解明されていません。

キトサナーゼ発酵生産

キトサナーゼは植物における病気抵抗性タンパク質と考えられています。したがって、一部の人々は遺伝子工学技術を通じてキトサナーゼをコードする遺伝子を優れた作物にクローニングし、作物の品質を向上させようとしました。キトサナーゼの基質特異性は、特定の真菌や藻類の細胞壁の組成や特別な生理的プロセスを研究するために使用できます。キトサナーゼはキトサンを分解する特異的な酵素です。細菌、真菌、ウイルス、植物および生物に広く分布しています。ほとんどの微生物は低いキトサナーゼ活性を持っているため、生産コストは比較的高く、常にキトサンの酵素的生産に影響を与えています。ほとんどの微生物キトサナーゼは誘導酵素です。培養基にコロイダルキトサンを加えてキトサナーゼの発現を誘導することは一般的な戦略です。これは多くのキトサナーゼの生産に誘導効果を持っています。さらに、キトサン粉、キチン、イカのペン粉、エビの殻粉もキトサナーゼの生産を誘導することができます。商業化のニーズを満たすためにキトサナーゼを大量生産するためには、キトサナーゼの発酵プロセスでさまざまなパラメータを最適化する必要があります。適切で安価な培地は生産プロセスを最適化するための基盤です。したがって、発酵の最初の最適化は、さまざまな栄養素の選択と対応する濃度の最適化を含む培地の研究開発です。

応用

キトサナーゼの応用は、その特性と密接に関連しています。キトサナーゼの応用は多様であり、主に以下の側面で研究されています。

a. 真菌プロトプラストの調製

キトサンは特異的にキトサンを分解します。一部の研究者は、キトサナーゼを使用して真菌プロトプラストを生成し、これを株の遺伝的交配実験に直接使用します。特に、成分がキトサンである接合菌の細胞壁に対しては、より効果的です。

b. 植物病原細菌の抑制

ほとんどの真菌の細胞壁の主成分はキトサンです。研究により、キトサナーゼは植物病原真菌の細胞壁を分解し、病原真菌の細胞壁の組成を分析し、植物病害に対する一部の真菌の病原性を推測するために使用できることがわかりました。さらに、病原細菌を効果的に防止・制御し、作物の生産量を増加させ、特に経済作物の生産を増加させます。

c. キトオリゴ糖の調製

キトサナーゼのもう一つの主要な応用は、キトサンを分解して経済的利益と特定の重合度を持つキトサンオリゴ糖を生成することです。キトサンオリゴ糖は、良好な水溶性や吸収の容易さなどの利点を持つだけでなく、抗菌、真菌、体の免疫調整、抗癌などの機能も持っています。機能性食品、健康管理薬、その他の産業に広く応用されています。キトサンの安定性がキトサナーゼの大規模な応用を制限しているため、キトサナーゼの応用研究は主に2つの側面に焦点を当てています。一つはキトサナーゼ自体の触媒活性を向上させること、もう一つはキトサナーゼの安定性を向上させることです。キトサナーゼの触媒活性を向上させることは、主に株の改良やキトサンリコンビナーゼの構築を含みます。キトサナーゼの安定性に関する研究は、主に固定化技術を使用してキトサナーゼを固定化することに焦点を当てています。

参考文献