Como animales y humanos, las plantas poseen una especie de sistema inmunológico. Puede, por ejemplo, reconocer hongos patógenos por la quitina en sus paredes celulares, desencadenando resistencia a enfermedades. Algunos hongos se esconden del sistema inmunológico modificando algunos de los componentes básicos de la quitina, convertir la quitina en quitosano. Investigadores de la Universidad de Münster ahora encontraron que las plantas pueden reaccionar a un cierto patrón en este quitosano, estimulando su sistema inmunológico. Ya están desarrollando un inmunoestimulante vegetal a base de quitosano para reducir el uso de pesticidas químicos en la agricultura. Sus resultados se publican en JACS ( Revista de la Sociedad Química Estadounidense ).

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Quitosanos los llamados polisacáridos, son probablemente los biopolímeros funcionales más versátiles y prometedores. Los quitosanos pueden hacer que las plantas sean resistentes a las enfermedades, promover su crecimiento, y protéjalos del estrés por calor o sequía. Bajo apósitos de quitosano, incluso las heridas grandes pueden curar sin dejar cicatrices, Las nanopartículas de quitosano pueden transportar fármacos a través de la barrera hematoencefálica. y los quitosanos pueden reemplazar a los antibióticos en el engorde de animales como aditivos alimentarios antimicrobianos e inmunoestimulantes. Pero por supuesto, los quitosanos tampoco son curas milagrosas. "Hay muchos quitosanos diferentes y para cada aplicación individual, se debe encontrar exactamente el correcto para que funcione. Hasta ahora, sabíamos muy poco sobre sus efectos y cómo se pueden utilizar de forma eficaz. Con nuestra investigación, ahora hemos dado un paso más hacia este entendimiento, "explica el profesor Bruno Moerschbacher del Instituto de Biología y Biotecnologías de Plantas de la Universidad de Münster.

Los quitosanos consisten en cadenas de diferentes longitudes de un azúcar simple llamado glucosamina. Algunas de estas moléculas de azúcar llevan una molécula de ácido acético, Otros no lo hacen. Por lo tanto, los quitosanos se diferencian en tres factores:la longitud de la cadena y el número y distribución de residuos de ácido acético a lo largo de la cadena de azúcar. Durante unos veinte años, los químicos han podido producir quitosanos de diferentes longitudes de cadena y con diferentes cantidades de residuos de ácido acético, y los biólogos han investigado luego sus actividades biológicas.

Por lo tanto, lentamente se desarrolló una comprensión de cómo estos dos factores influyen en el efecto antimicrobiano o fortalecedor de las plantas de los quitosanos. Quitosanos tan bien caracterizados, ahora llamados quitosanos de segunda generación, se utilizan actualmente como base para nuevos productos a base de quitosano, como el bioestimulante vegetal "Kitostim", que se desarrolló a partir de los resultados de la investigación del equipo de Münster. Promueve el crecimiento y desarrollo de las plantas, y los fortalece contra las enfermedades y el estrés por calor.

Bruno Moerschbacher sospechó desde el principio que el tercer factor estructural, la distribución de los residuos de ácido acético a lo largo de la cadena de azúcar, también juega un papel decisivo en la determinación de las actividades biológicas. Sin embargo, esta hipótesis no pudo probarse durante mucho tiempo porque los residuos de ácido acético se distribuyen aleatoriamente en todos los quitosanos producidos químicamente. Como bioquímicos y biotecnólogos, los miembros de su equipo han utilizado enzimas para la producción de quitosanos, es decir, las 'herramientas' naturales involucradas en la biosíntesis de quitosano en hongos que contienen quitosano. Con su ayuda ahora han logrado producir cadenas cortas de quitosano, los llamados oligómeros, con una disposición definida de moléculas de ácido acético, y probó su bioactividad.

Para esta prueba, los investigadores utilizaron células de arroz que trataron con oligómeros de quitosano para estimular su sistema inmunológico. Cuando utilizaron oligómeros de quitosano que constan de cuatro unidades de azúcar (los llamados tetrámeros) que llevan solo un residuo de ácido acético, encontraron que el tetrámero con el residuo de ácido acético en la primera unidad de azúcar ('más a la izquierda') (el llamado extremo no reductor) tenía un fuerte efecto inmunoestimulante, mientras que los otros tres tetrámeros fueron menos activos o inactivos. Por lo tanto, Se encontraron diferencias muy claras en bioactividad entre quitosanos con la misma longitud de cadena (cuatro) y el mismo número de residuos de ácido acético (uno) cuando diferían en la posición del residuo de ácido acético. Los investigadores dirigidos por Bruno Moerschbacher están probando actualmente el uso de este tetrámero como una especie de vacuna que estimula el sistema inmunológico natural de las plantas.

panorama

Casi nunca antes se había observado una dependencia tan clara de la bioactividad de un azúcar complejo en su estructura molecular. El primer y único ejemplo hasta la fecha fue la heparina humana, cuyo efecto anticoagulante se basa en una determinada distribución de residuos de ácido sulfúrico a lo largo de la cadena del azúcar. Ahora se sabe que la heparina logra este efecto al unir un factor de coagulación a este sitio de unión específico, inactivándolo así. Y sobre la base de este conocimiento, Ha sido posible desarrollar anticoagulantes con efectos dosificados con precisión y sin efectos secundarios, que son una bendición para los pacientes en diálisis, por ejemplo. "Ahora tenemos la esperanza de que los quitosanos definidos con precisión se puedan utilizar de manera similar para permitir, por ejemplo, cicatrización de heridas sin cicatrices bajo apósitos de quitosano, "dijo Bruno Moerschbacher, cuyo grupo de investigación ya colabora con dermatólogos y otros expertos biomédicos.