Al igual que los animales y los humanos, las plantas poseen un tipo de sistema inmunitario. Por ejemplo, puede reconocer hongos patógenos por la quitina en sus paredes celulares, desencadenando la resistencia a enfermedades. Algunos hongos se esconden del sistema inmunitario modificando algunos de los componentes básicos de la quitina, convirtiendoquitina en quitosano. Investigadores de la Universidad de Münster ahora descubrieron que las plantas pueden reaccionar a cierto patrón en este quitosano, estimulando su sistema inmunológico. Ya están desarrollando un inmunoestimulante a base de quitosano para reducir el uso de pesticidas químicos.en agricultura. Sus resultados se publican en JACS Revista de la Sociedad Americana de Química .
fondo
Los 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 protegerlas del estrés por calor o sequía. Bajo los apósitos de quitosano, incluso las heridas grandes pueden curarse sinLas cicatrices, las nanopartículas de quitosano pueden transportar medicamentos a través de la barrera hematoencefálica y los quitosanos pueden reemplazar 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 individuoaplicación, se debe encontrar exactamente la correcta para que funcione. Hasta ahora, sabíamos muy poco acerca de sus efectos y cómo se pueden usar de manera efectiva. Con nuestra investigación, hemos llegado un paso más cerca de esta comprensión ", explicaProf 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, otras no. Los quitosanos por lo tanto difieren en tres factores: la longitud de la cadena y el número y distribución de residuos de ácido acéticoa lo largo de la cadena del 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 sus actividades biológicas. Por lo tanto, poco a poco se desarrolló una comprensión de cómo estos dos factoresinfluyen en el efecto antimicrobiano o fortalecedor de las plantas de los quitosanos. Estos quitosanos bien caracterizados, ahora llamados quitosanos de segunda generación, se utilizan actualmente como base para nuevos productos a base de quitosano, como el bioestimulante de plantas "Kitostim", que se desarrolló a partir deResultados de la investigación del equipo de Münster: promueve el crecimiento y el desarrollo de las plantas y las fortalece contra enfermedades y enfermedades.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 se pudo probar durante mucho tiempo debido a que el ácido acéticolos residuos 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.ayuda, ahora han logrado producir cadenas cortas de quitosano, los llamados oligómeros, con una disposición definida de moléculas de ácido acético, y han probado su bioactividad.
Para esta prueba, los investigadores usaron células de arroz que trataron con oligómeros de quitosano para estimular su sistema inmunológico. Cuando usaron oligómeros de quitosano que consisten en cuatro unidades de azúcar los llamados tetrámeros que transportan un solo residuo de ácido acético, descubrieron queel tetrámero con el residuo de ácido acético en la primera unidad de azúcar "extremo izquierdo" el llamado extremo no reductor tuvo un fuerte efecto inmunoestimulante, mientras que los otros tres tetrámeros fueron menos activos o inactivos.Se encontraron diferencias en la bioactividad entre los 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 liderados por Bruno Moerschbacher están probando el uso deeste tetrámero como un tipo de vacuna que estimula el sistema inmunológico natural de las plantas.
Outlook
Tal dependencia clara de la bioactividad de un azúcar complejo en su estructura molecular casi nunca se ha observado antes. El primer y hasta la fecha solo el ejemplo fue la heparina humana, cuyo efecto anticoagulante se basa en una cierta distribución de residuos de ácido sulfúrico a lo largo delcadena de 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 de dosificación precisa y sin efectos secundarios, que son una bendición para, por ejemplo, pacientes en diálisis. "Ahora esperamos que los quitosanos definidos con precisión puedan usarse de manera similar para permitir, por ejemplo, la cicatrización de heridas sin cicatrices con apósitos de quitosano", dijo Bruno Moerschbacher, cuya investigaciónEl grupo ya está colaborando con dermatólogos y otros expertos biomédicos.
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Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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