Investigadores descubren una vacuna para fortalecer el sistema inmunológico de las plantas
Descifrar el código del azúcar
Al igual que los animales y los humanos, las plantas poseen una especie de sistema inmunológico. Por ejemplo, puede reconocer los hongos patógenos por la quitina de sus paredes celulares, lo que desencadena la resistencia a la enfermedad. Algunos hongos se esconden del sistema inmunológico modificando algunos de los bloques de construcción de la quitina, convirtiendo la quitina en quitosano. Los investigadores de la Universidad de Münster han descubierto que las plantas pueden reaccionar a un determinado patrón de 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.
Los investigadores descubren una vacuna para fortalecer el sistema inmunológico de las plantas.
© Sruthi Sreekumar
Antecedentes
Los citosanos, llamados polisacáridos, son probablemente los biopolímeros funcionales más versátiles y prometedores. Los chitosanes pueden hacer que las plantas sean resistentes a las enfermedades, promover su crecimiento y protegerlas del calor o del estrés de la sequía. Bajo los apósitos de quitosano, incluso las grandes heridas pueden curarse sin cicatrices, las nanopartículas de quitosano pueden transportar los medicamentos a través de la barrera hematoencefálica y los chitosanos pueden sustituir a los antibióticos en el engorde de animales como aditivos antimicrobianos e inmunoestimulantes de los piensos. Pero por supuesto, los chitosanes tampoco son curas milagrosas. "Hay muchos chitosans diferentes y para cada aplicación individual, hay que encontrar exactamente el adecuado para que funcione. Hasta ahora, sabíamos muy poco acerca de sus efectos y de cómo se pueden utilizar eficazmente. Con nuestra investigación nos hemos acercado un paso más a este entendimiento", explica el profesor Bruno Moerschbacher del Instituto de Biología y Biotecnologías de Plantas de la Universidad de Münster.
Los chitosanes 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. Por lo tanto, los chitosanos se diferencian en tres factores: la longitud de la cadena y el número y distribución de los residuos de ácido acético a lo largo de la cadena de azúcar. Durante unos veinte años, los químicos han sido capaces de producir chitosanes de diferentes longitudes de cadena y con diferentes cantidades de residuos de ácido acético, y los biólogos han investigado entonces sus actividades biológicas. Por lo tanto, se desarrolló lentamente un entendimiento de cómo estos dos factores influyen en el efecto antimicrobiano o de fortalecimiento de las plantas de los chitosanes. Estos chitosanes tan bien caracterizados, ahora llamados chitosanes 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 el desarrollo de las plantas, y las fortalece contra las enfermedades y el estrés térmico.
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 del azúcar, también juega un papel decisivo en la determinación de las actividades biológicas. Sin embargo, esta hipótesis no pudo ser probada durante mucho tiempo porque los residuos de ácido acético se distribuyen aleatoriamente en todos los chitosanes producidos químicamente. Como bioquímicos y biotecnólogos, los miembros de su equipo han utilizado por lo tanto enzimas para la producción de chitosanos, es decir, las "herramientas" naturales que intervienen en la biosíntesis del quitosano en los hongos que contienen quitosano. Con su ayuda, han logrado producir cadenas cortas de quitosano, los llamados oligómeros, con una disposición definida de las moléculas de ácido acético, y han probado 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 consistían en cuatro unidades de azúcar (los llamados tetrámeros) con un solo residuo de ácido acético, descubrieron que el tetrámero con el residuo de ácido acético en la primera unidad de azúcar (la más a la izquierda) (el llamado extremo no reductor) tenía un fuerte efecto inmunoestimulante, mientras que los otros tres tetrámeros eran menos activos o inactivos. Así, se encontraron diferencias muy claras en la bioactividad entre los chitosanes con la misma longitud de cadena (cuatro) y el mismo número de residuos de ácido acético (uno) cuando se diferenciaban 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.
Outlook
Una dependencia tan clara de la bioactividad de un azúcar complejo en su estructura molecular casi nunca ha sido observada antes. El primer y único ejemplo hasta la fecha fue la heparina humana, cuyo efecto anticoagulante se basa en una cierta distribución de los residuos de ácido sulfúrico a lo largo de la cadena de azúcar. Ahora se sabe que la heparina logra este efecto al ligar un factor de coagulación a este sitio de unión específico, inactivándolo así. Y sobre la base de estos conocimientos, ha sido posible desarrollar anticoagulantes con efectos dosificados con precisión y sin efectos secundarios, que son una bendición para, por ejemplo, los pacientes de diálisis. "Ahora esperamos que los chitosanes definidos con precisión puedan utilizarse de forma similar para permitir, por ejemplo, la curación de heridas sin cicatrices bajo apósitos de chitosán", dijo Bruno Moerschbacher, cuyo grupo de investigación ya colabora con dermatólogos y otros expertos biomédicos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Basa S., M. Nampally, T. Honorato, S. N. Das, A. R. Podile, N. E. El Gueddari & B. M. Moerschbacher; "The Pattern of Acetylation Defines the Priming Activity of Chitosan Tetramers. Journal of the American Chemical Society"; 2020 (in press)
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