BioC:Biochemische Charakterisierung von Chitinasen aus Pilzen

Chitin ist das zweithäufigste Biopolymer und wird in der Natur enzymatisch durch Chitinasen (E.C. 3.2.1.14) abgebaut. Alle Organismen besitzen Chitinasen die zur Glykosid Hydrolase (GH)-Familie 18 gehören, sogar Menschen. Filamentöse Pilze (Schimmelpilze) haben im Durchschnitt zwischen zehn und 20 verschiedene Gene für GH-Familie 18 Proteine. In filamentösen Pilzen die Chitin-hältige Organismen angreifen können, z.B. Parasiten von Insekten oder Mykoparasiten (Pilze die andere Pilze parasitieren), kann man weit über 30 GH 18 Chitinasen- Gene finden, und diese Proteine sind damit sogar die größte Gruppe von Kohlehydrat-abbauenden Enzymen in diesen Pilzen. Chitinasen spielen jedoch nicht nur bei der Verwertung von Chitin zu Nahrungszwecken eine wichtige Rolle, sondern sie sind auch maßgeblich an der Umstrukturierung der eigenen Pilzzellwand beteiligt. Bisher liegen keine Erkenntnisse darüber vor, wie der Pilz bzw. die Chitinasen zwischen der eigenen Zellwand und der von anderen Pilzen unterscheiden können. Pilzchitinasen können in drei Untergruppen (A, B und C) eingeteilt werden. C-Chitinasen unterscheiden sich stark von den anderen Pilzchitinasen, da sie neben ihrer katalytischen Proteindomäne mehrere Kohlehydrat-Bindungsdomänen besitzen. Außerdem kann man anhand der Gene von C- Chitinasen sehen, dass die Proteine zwischen drei und fünf Mal grösser als andere Chitinasen sind. Bisher wurde jedoch keine C-Chitinase biochemisch charakterisiert, obwohl z.B. der Mykoparasit Trichoderma virens 15 verschiedene C-Chitinasen Gene besitzt. In diesem Projekt ist daher die erste biochemische Analyse von C-Chitinasen geplant, um ihre Proteinformen, Substratspezifitäten und enzymatischen Schnittstellenmuster zu charakterisieren. Ein besseres Verständnis der enzymatischen Eigenschaften und der Proteine von C-Chitinasen wird ein wichtiger Beitrag zum Verständnis des komplexen Chitin-abbauenden Enzymsystems in Pilzen und zum generellen Verständnis der enzymatischen Eigenschaften von GH-Familie 18 Chitinasen sein.

Chitin ist nach Zellulose das zweithäufigste Biopolymer in der Natur, wird jedoch bisher biotechnologisch relativ wenig genutzt obwohl es verschiedenste Produkte gibt die aus Grundsubstanzen aufgebaut sind die chemisch mit Chitin nahe verwandt sind. Chitin kommt in den Zellwänden von Pilzen vor, ist aber auch ein Bestandteil der Schalen von Krebstieren und der und Exoskelette von Insekten. In der Natur wird Chitin durch Mikroorganismen wie z.B. Bakterien und Pilze recycelt, die es als Nahrungsquelle benutzen und mit Hilfe von Enzymen, sogenannten Chitinasen, abbauen. Die Sequenzierung der Genome von unzähligen Mikroorganismen in den letzten Jahren ermöglichte erstmals eine großflächige Erfassung der Gene für Chitinasen in diesen Mikroorganismen. Die Ergebnisse zeigten dass insbesondere (Schimmel)pilze eine erstaunliche Vielfalt von Chitinasen-Genen besitzen. Die Klassifizierung von Pilzchitinasen in drei Untergruppen, basierend auf Arbeiten von meiner Forschungsgruppe, ist bereits weitgehend wissenschaftlich akzeptiert und bestätigt worden. Die bestehenden Bemühungen gehen nun dahin, die Wirkungsspektren von verschiedensten Chitinasen genauer zu untersuchen. Besonders interessant in diesem Zusammenhang sind bestimmte Bereiche in Chitinasen, sogenannte Chitin-bindende Domänen, die es den Chitinasen ermöglichen sich am Chitin festzuklammern. In diesem Projekt konnte nun gezeigt werden, dass Pilze eine erhöhte Vielfalt dieser Chitin-bindenden Domänen aufweisen und dass sich diese signifikant von denen die man in Bakterien oder Pflanzen findet unterscheiden. Das könnte darauf hinweisen, dass Chitin-bindende Domänen in Pilzen spezifische und einzigartige Funktionen besitzen. Ein tiefgehendes Verständnis dieser Prozesse wird nicht nur zu einem besseren Verständnis der biologischen Chitin-Abbauwege beitragen, sondern auch neue biotechnologische Anwendungsmöglichkeiten aufzeigen.