إنتاج وتوصيف أنزيم البروتييز القاعدي من الفطر Metarhizium anisopliae كعامل من عوامل السيطرة الحيوية تجاه عثة الشمع الكبرى Galleria mellonella

اطروحة دكتوراه

اسم الباحث : منى ابراهيم جاسم الموسوي

الكلية : كلية التربية للعلوم الصرفة

الاختصاص : علوم الحياة/علم الحيوان-المقاومة الأحيائية

سنة نشر البحث : 2015

تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث

أشتمل البحث الحالي على محورين أساسين تمثل الأول بتقييم كفاءة عزلة محلية للفطر Metarhizium anisopliae في مكافحة عثة الشمع الكبرى Galleria mellonella بأستعمال معلق وراشح الفطر المذكور ، وفي المحور الثاني تم أنتاج و توصيف انزيم البروتييز القاعدي كعامل من عوامل الضراوة من هذه العزلة وتم التوصل الى النتائج الأتية :-

  • وجد أن للمعلق البوغي تأثيرا في ادوار حياة عثة الشمع الكبرى ، فقد بلغت أعلى نسبة هلاك للبيوض 88 % عند معاملتها  بالتركيز 1× 710 بوغ\مل. بينما بلغت أقل نسبة هلاك  31.78 % عند التركيز 410×1 بوغ/مل، أما بالنسبة لليرقات فقد كانت أعلى نسبة هلاك (100 و 96.99  و 90.97 )% ليرقات الطور الأول والرابع والسابع على التوالي بعد 120 ساعة عند التركيز 1× 710 بوغ/مل وكانت قيم الجرع الأوطأ هي (62.90 و 58.88  و 50.86 ) % للأطوار المذكورة وعلى نفس الترتيب عند التركيز 1× 10 4 بوغ/ مل بعد مرورالمدة ذاتها .أما بخصوص العذارى فقد سجلت أعلى نسبة هلاك 54.89 % عند التركيز1× 710 بوغ/مل واوطأ نسبة هلاك 36.85 % عند التركيز 410×1 بوغ/مل. وبالنسبة للبالغات فقد سببت المعاملة بالتركيز الأعلى أقصى نسب هلاك( 69.95  و 63.94 ) %  للذكور والأناث على التوالي خلال 168 ساعة. بينما كانت أدنى نسبة هلاك (41.91 و  43.91 ) %  للذكور والأناث على التوالي عند معاملتها بالتركيز 1×10 4 بوغ / مل وبالمدة ذاتها .

     وجد أن لراشح المزرعة تأثيرا في ادوار حياة العثة ايضاً ، اذ سبب التركيز 100% أقصى نسبة هلاك في البيوض بلغت 60.91 % , بينما سجل التركيز 25% أوطأ نسبة هلاك بلغت 26.82 % . وعند التركيز 100% هلك ( 100 و 97  و 91.99 ) % من يرقات الطور الأول والرابع والسابع على التوالي خلال 72 ساعة .  وانخفضت نسبة الهلاك إلى (67.96 و 64.96 و 54.95) % للأطوار المذكورة وعلى نفس الترتيب عند التركيز 25% بعد مرور المدة ذاتها.اما بخصوص العذارى فقد كانت نسبة الهلاك 50.96 % عند التركيز 100 % و 32.95 % عند التركيز 25 % . أما البالغات فقد أوضحت النتائج أن أعلى نسبة هلاك كانت (68.90 و 58.98) % للذكور والأناث على التوالي بعد 72 ساعة عند التركيز 100% ، في حين كانت اوطأ نسبة هلاك (37.98  و 32.97 )% للذكور والأناث على التوالي وبالمدة نفسها عند التركيز 25%.

2- في تجارب التحري عن عوامل الضراوة للفطر المذكور اظهرت العزلة الفطرية قدرة على انتاج انزيمات البروتييز والكايتنيز واللايبيز فضلاً عن بعض مضادات الأحياء المجهرية .  و وجد أن أقصى انتاجية كانت لأنزيم البروتييز في وسط الحد الأدنى المدعم بالكازائين اذ بلغت الفعالية النوعية 41.12  وحدة/ ملغم بروتين .أما فيما يخص انتاج بعض مضادات الأحياء المجهرية فقد وجد أن أكبر قطر للتثبيط هو  5.3 ملم لمضاد الأحياء المجهرية المأخوذ من وسط انتاج مضادات الأحياء المجهرية وضد بكتريا  S. aureus  .

3- درس أنزيم البروتييز كعامل ضراوة بالتفصيل ، فوجد أن  الظروف المثلى لإنتاج انزيم  البروتيز تتمثل  بعصير التمر بنسبة 0.05 % المدعم بـ 0.5 % من الجيلاتين برقم هيدروجيني ابتدائي 5.5 وحجم لقاح مقداره  %16، في الحاضنة الهزازة بدرجة حرارة 30 مْ بسرعة رج 100 دورة / دقيقة ولمدة 72 ساعة .

  تم تنقية الإنزيم  جزئياً وقد إشتملت خطوات التنقية على الترسيب بالايثانول (60) % ثم التبادل الأيوني بطريقة الوجبة  باستعمال المبادل DEAE-Cellulose ثم بالترشيح الهلامي باستعمال الهلام Sephadex G-150  ، اذ حققت الخطوة الأخيرة عدد مرات تنقية بلغ 28.726  مرة بحصيلة إنزيمية 11.97 % .

 وعند توصيف الإنزيم  ، أظهرت النتائج ما يأتي :

 -Aأن قيم ثابت ميكالس (Km) للأنزيم تبلغ (0.178 و0.179 و0.182) ملي مولر حيال الجيلاتين و البومين المصل البقري و الكازائين كمواد تفاعل و على التوالي . في حين بلغت قيم السرعة القصوى (Vmax) (0.465 و0.339 و0.364) ملغم / مل . دقيقة حيال البروتينات الثلاثة المستخدمة في الدراسة و على التوالي أيضاَ .

-Bكان الرقم الهيدروجيني 8.0 هو الأمثل لفعالية الإنزيم ، في حين تراوح الرقم الهيدروجيني للثبات بين (7.0  و 9.0)  .

-Cأظهر الإنزيم  ثباتاً حرارياً بين (20-30 ) مْ لمدة 30 دقيقة  .

-Dتباين تأثير الأيونات المعدنية والمواد الكيمياوية المستخدمة في هذه الدراسة في فعالية الإنزيم, إذ أدى استعمال مادة الـ PMSF بالتركيز (5) ملي مولر إلى تثبيط فعالية الإنزيم بالكامل مما يدل على أن الإنزيم يعود إلى مجموعة البروتييز السيريني ، بينما كان لكلوريد الحديدوز (FeCl2) تأثيراً حاثاً في فعالية الإنزيم .

Production and Characterization of Alkaline protease from Metarhizium anisopliae as abiological control agent against Greater wax moth Galleria mellonella

This studying consist of  two main axis , the first was carried out to evaluation the efficiency of local isolate of fungus Metarhizium anisopliae  for control Grater wax moth Galleria mellonella L.  by using fungal suspension and secondary metabolites concentrations , and in the second axis the study  was focused on  production and  characterization of  an effective  biological control agent from this fungus . The results showed as later :

1- (A) The different concentration of fungal spore suspension have affected the life stages of G. mellonella . The mortality percentages of eggs was  62.88 % at the concentration of 1×107 spore/ml and decreased to 31.78 % at the concentration of 1×104  spore/ml  . The larval  instars have showed highest mortality rate reached (100 , 96.99 and  90.97  ) %  for 1st  , 4th and 7th larval instars respectively , during 120 h at the concentration of  1×107 spore/ml . The values of  lowest mortality rate when treated with  1×104 spore /ml  during  120 h  were (62.90 , 58.88 , 50.86 ) % for 1st  , 4th and 7th larval instars respectively  .  54.89 %  the highest mortality rate  for the pupae was recorded when treated with  1×710 spore /ml  while  36.85 % were found to be dead when exposed to 1×410 spore /ml. for the adults , and the treatment with highest concentration of spore suspension caused  a high adult mortality, i.e  69.95 %  and  63.94 % for adult males and for females after 168 hours. While the lowest mortality percentages were 41.91 %  and 43.91 % when treated with 1×10 4 spore/ml for the same time .

(B) The relationship between cultural filtrate which contain different secondary metabolites  and  percentage of mortality of  egg ,larvae, pupa  and adult were positive. 60.91 %  of egg dead  at a concentration 100%  , and 26.82 % were dead at the concentration 25% . The full cultural filtrate caused a mortality at  a rate  ( 100  , 97  and 91.99 )  %  from  1st  , 4th and 7th larval instars respectively  during 72 h . Decline to ( 67.96  , 64.96   and 54.95 ) % mortality was found for the same instar respectively  when treated with concentration 25 % at 72 hours . This indicates  that  the secondary metabolites of the fungal were more effective on 1st larval instars than  the 7th  instars . that highest mortality was 50.96 % at the concentration 100%  and  32.95 % with concentration 25 %  for pupa  . As for adults the results revealed that the highest mortality was ( 68.90 and 58.98 ) % for male and female respectively at a concentration 100%  while the lowest rate of mortality were (37.98 and 32.97 ) %  for male and female at aconcentration of 25% respectively.

2– Display the isolate of  fungus ability on the production enzymes protease , chitinase and lipase but the optimum production recorded for protease in minimal media supported with casein where the specific activity was 41.12 units / mg protein . The largest inhibitor diameter for resistant organisms was 5.3 mm which taken from destroxins media against S. aureus .

3- The optimal conditions for the enzyme production from the fungus used  in this study were found using medium composed of  Date syrup (DS)  at concentration 0.05 % supplemented with 0.5 % gelatin , at initial pH 5.5 with an inoculum size 16 % , and incubation  at 30 ˚C on a rotary shaker at 100 rpm for 72 h.

4- Protease from culture filtrate of M. anisopliae  , were partially purified by precipitation with 60% ethanol and Ion exchange chromatography using DEAE- Cellulose (Batch wise ) then by gel filtration chromatography using Sephadex G-150 . Fold purification  was 28.726  with 11.97 %  yield for the enzyme at the final step of this purification procedure.

5- The purified Protease  was characterized . The results showed the following :

  • The Km values for protease were (0.178 , 0.179 and 0.182 ) mg/ml , against gelatin , BSA and  casein  as substrates , respectively . While the Vmax values were (0.465 , 0.339 and 0. 465) mg/min  for the three substrates  respectively too .

B-  The optimum pH for the Protease  activity was pH 8.0 ,  and it

        was stable in the pH ranged between (7.0 – 9.0)  .

C-The Protease  showed heat stability at (20-30) ˚C for 30 minutes .

D-The efects of protease inhibitors and various metal ions on the

    enzyme activity were determined. Only in the presence of PMSF

    at (5) mM  the enzyme activity was strongly inhibited, indicating that

    protease enzyme belongs to the serine-type peptidase group,  While iron

    chloride (FeCl2) had stimulated effect on the enzyme activity  .