Chitin

Chitin je netoxický polysacharid složený z molekul N-acetyl-D-glukosaminu, které jsou spojeny 1,4-β-glykosidickou vazbou. Vedle celulózy je druhým nejrozšířenějším polysacharidem na Zemi.^{[1][2][3][4][5]} Chitin je hlavní složkou kutikuly členovců, která je u některých (např. u hmyzu, krabů, raků apod.) zpevněna a přeměněna pomocí minerálních látek (tzn. impregnována, inkrustována) v exoskelet (pevnou vnější kostru).^[6][2] Spolu s beta-glukany také tvoří buněčnou stěnu hub (říše Fungi) a je produkován i některými bakteriemi a hlísticemi.^[1][5]

Chemicky je velmi podobný celulóze, pouze má na uhlíku C₂ místo hydroxylové skupiny navázanou skupinu acetamidovou.^[2] Deacetylací chitinu vzniká chitosan, který je na rozdíl od chitinu rozpustný v kyselých vodných roztocích.^[7] Chitin se jako dlouhý polymer nerozpouští ve vodě, jeho rozklad je nutné katalyzovat hydrolytickými enzymy (chitináza) - ty produkují rostliny, houby i bakterie.^[5] Mezi rozkladače chitinu v půdě patří hlavně organismy ze skupiny Streptomyces a Nocardia.^[8][9]

Chitin i jeho deriváty mají slibné využití v lékařství, resp. biomedicíně, zemědělství, kosmetice a dalších odvětvích.^{[3][5][4][10][11][12]}

Chitin i chitosan jsou netoxické sloučeniny.^[12] V trávicím traktu obratlovců (tedy i člověka) nezpůsobuje chitin potíže, naopak studie naznačují jeho pozitivní vliv na střevní biotu (ve formě chitino-glukanových sloučenin ovlivňuje výskyt některých střevních symbiontů).^{[3][13][14][15]} Savci (včetně člověka) produkují enzymy zvané chitinázy, které umožňují rozklad chitinu, a to i přes to, že jejich tělo chitin neobsahuje a netvoří.^[16][17] Jde o přizpůsobení se k obraně proti parazitům chitin obsahujícím nebo konzumaci chitinu.^[18][19] U hmyzožravých netopýrů je chitináza produkována přímo v žaludku, což slouží jako přizpůsobení na jejich stravu.^[20]

Chitin může při velmi časté a opakované expozici vdechováním do plic fungovat i jako alergen (látka schopná vyvolat imunitní reakci a způsobit zánět v organismu bez toho, aby sama byla pro organismus nebezpečná).^[18][3][21] Pokud k rozvoji této reakce dojde, paradoxně se tak děje nejspíš z důvodu, že tělo nebylo látce vystaveno v dětství, například kvůli přílišné hygieně, a imunitní systém si na ni nezvykl.^[18] V závislosti na velikosti jeho mikromolekul může chitin v dýchacích cestách indukovat i potlačovat zánětlivou reakci organismu (testováno hlavně na myším modelu).^[18][3][22] Chitináza je tak využívána jako ukazatel (tzv. marker) některých autoimunitních zánětlivých onemocnění dýchacích cest, například pacienti s astmatem vykazují vyšší hladiny chitinázy v plicích.^[23][24][19]

V přírodě se chitin vyskytuje ve třech krystalických alomorfech (formách):^[2][5]

• α - nejčastější forma vyskytujících se u hub (téměř výhradně v buněčné stěně^[25]) včetně kvasinek,^[25] krillu a dalších korýšů (krabi, humři, krevety) a hmyzu (v jejich prokutikule vázaný ve vláknité struktuře spolu s proteiny^[6])
• β - v gladiu olihní (malá pevná část těla, zakrnělý zbytek původní vnitřní schránky olihní^[26])
• γ - u brouků rodu Ptinus a olihní rodu Loligo

Chitin tak umožňuje organismům růst i vykonávat další základní životní funkce.^[25] Koncentrace chitinu v těle organismů kolísá, například klesá v období hibernace u slimáků.^[27] U skupiny Gastropoda (plži) je vysoká koncentrace chitinu v jejich operkulu (víčko umožňující zapouzdření k hibernaci).^[27] Během evoluce klesá množství chitinu v tělech organismů s nárůstem kalcifikace (budování pevné vápenité vnější schránky) a naopak.^[27]

Chitin je obsažen v používaných surovinách z cca 40-50 %. Výrobní proces sestává v podstatě z odstraňování proteinů, minerálií, pigmentů a tuků. Známé a vyzkoušené jsou tři různé technologie:

• Chemická extrakce (nejpoužívanější) se základními stupni: deproteinizace – demineralizace – dekolorizace
• Enzymatická metoda s proteolitickými enzymy
• Biologická metoda za pomoci mikrobů

K technologii (všech tří metod) průmyslové výroby patří jako poslední stupeň přeměna chitinu deacetylací na derivát chitosan, protože rozpouštění a oddělení čistého chitinu v základní formě od příměsí je jen těžko proveditelné.^[28]

Chitosan se odvádí k dalšímu zpracování jako vlákenný útvar, fólie (film), houba, tekutina, prášek a v několika dalších formách.^[29] V odborné literatuře se uvádí až 200 různých možností použití látek vyrobených na bázi chitinu.^[30]

Ve výzkumné fázi je mnoho potenciálních využití chitinu, chitosanu i enzymu chitinázy, které byly již úspěšně otestovány, nicméně stále nejsou dostatečně komerčně využívány.^[11]

Díky své netoxicitě, houževnatosti, mechanické odolnosti, flexibilitě a snadné biodegradaci má využití v některých chirurgických pomůckách jako jsou obvazy a další typy krytí ran.^[3][31][5] Chitin a jeho deriváty mohou také sloužit jako nosiče léčivých látek, včetně lépe cílené léčby rakoviny.^[7][3][31]

Chitin, chitosan i chitináza mají potenciální využití v ekologickém zemědělství díky schopnostem zlepšovat kvalitu půdy, toleranci rostlin vůči stresu a jejich odolnost proti mikroorganismům a rostlinným onemocněním bez toho, aby docházelo k nebezpečné kontaminaci ke konzumaci určených produktů z nich vyráběných, jako se tomu děje při užívání běžných pesticidů.^[4][32]

Stejně jako celulózu je možné využít i chitin a chitosan k výrobě biologicky rozložitelných obalů potravin a částečně jimi tak nahradit spotřebu plastů vyráběných z ropných produktů. K výrobě takových obalů je možné použít odpadu ze zpracování mořských plodů (krevet apod.). Kombinace celulózy a chitinu je možné použít k výrobě filmů s antibakteriálními vlastnostmi.^[33] Takové filmy je pak možné používat i jako bezpečnou variantu konzervace potravin.^[5]

Objeven byl v roce 1823 francouzským botanikem Henri Braconnotem při jeho výzkumu jedlých hub.^[2][5] Jeho struktura byla popsána v roce 1930 švýcarským biochemikem Albertem Hofmannem. V roce 1970 přišel z Japonska první průmyslově vyrobený chitin,^[34] v roce 1986 vyrábělo v Japonsku chitin (a derivát chitosan) už 15 průmyslových závodů.^[35] Na začátku 21. století byla zaznamenána celosvětová roční produkce 8 100 tun látek na bázi chitinu.^[36]

V roce 2023 se udával celosvětový výnos z prodeje chitinu s 1,3 miliardami USD^[37] (s cenami od 5 USD do 120 USD/kg za čistý chitin).^[38] Největšími výrobci s podílem asi 35 % zůstávají japonské firmy.^[28]

• Polysacharidy
• Exoskelet
• Kutikula
• Inkrustace
• Chitosan

• Obrázky, zvuky či videa k tématu chitin na Wikimedia Commons
• Slovníkové heslo chitin ve Wikislovníku