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Charakterisierung neuartiger insektenassoziierter Peptidasen für die Lebensmittelbiotechnologie

Mika, Nicole Jeanette - Justus-Liebig-Universität Gießen (2016)


Mit mehr als 1 Million verschiedener Spezies verfügen Insekten über die weltweit größte Artenvielfalt. Durch ihre Anpassungsfähigkeit kommen sie in nahezu jeder ökologischen Nische vor und können zudem fast jedes organische Substrat als Nahrungsquelle nutzen. Hierfür nutzen sie spezielle enzymatische Systeme, über die sie entweder selbst verfügen oder welche durch mikrobielle Symbionten bereitgestellt werden. Im Bereich der Lebensmittelbiotechnologie könnte dieses biochemische Potential für den peptidolytischen Abbau diverser Pflanzenproteine, wie z.B. von Gluten oder Reisprotein, verwendet werden.

Die insektenassoziierten Pilze Candida pseudorhagii, Mucor fragilis, Penicillium commune, Penicillium echinolatum, Amylostereum areolatum, Amylostereum chailletii sowie Stereum sanguinolentum wurden anhand photometrischer Assays hinsichtlich ihrer Peptidaseaktivität getestet. Darüber hinaus wurde das Potential der pilzlichen Peptidasen zur Hydrolyse von diversen lebensmittelbiotechnologisch relevanten Proteinen überprüft. Im photometrischen Assay zeigten die Pilze eine eher geringe Peptidaseaktivität. Eine schwache peptidolytische Aktivität gegenüber den Substraten Gluten, Casein und Reisprotein zeigten nur die Pilze A. areolatum und A. chailletii.

Im weiteren Verlauf wurde die Peptidaseaktivität der Getreideschädlinge Tenebrio molitor (Mehlkäfer), Rhizopertha dominica (Getreidekapuziner), Oryzaephilus surinamensis (Getreideplattkäfer), Sitophilus granarius (Kornkäfer), Alphitobius diaperinus (Getreideschimmelkäfer) und Tribolium castaneum (rotbrauner Reismehlkäfer) überprüft. Peptidasen der Käfer R. dominica und O. surinamensis zeigten eine effiziente Hydrolyse aller eingesetzten Substrate. Ein Vergleich von kompletten und entdarmten Käfern belegte, dass die Peptidasen im Gastrointestinaltrakt der Käfer lokalisiert sind.

Aus dem Käferextrakt von R. dominica wurde eine Serin-Peptidase mittels FPLC gereinigt. Die Charakterisierung dieser Peptidase erfolgte auf molekularer Ebene anhand gewonnener Transkriptomdaten aus R. dominica. Nach heterologer Expression zeigte die Serin-Peptidase in zymographischen Applikationstests einen Abbau von Gluten und zeichnete sich zusätzlich durch eine hohe thermische Stabilität aus. Mittels HPLC wurde die Hydrolyse allergierelevanter Gliadin-Epitope nachgewiesen. Bevorzugte Hydrolysestellen wurden hierbei nach Prolin (P) und Glutamin (Q) ermittelt.


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