Come gli animali e gli esseri umani, le piante possiedono una sorta di sistema immunitario. Può ad es. riconoscere i funghi patogeni dalla chitina nelle loro pareti cellulari, innescando la resistenza alle malattie. Alcuni funghi si nascondono dal sistema immunitario modificando alcuni dei mattoni della chitina, convertire la chitina in chitosano. I ricercatori dell'Università di Münster hanno scoperto che le piante possono reagire a un certo schema in questo chitosano, stimolando il loro sistema immunitario. Stanno già sviluppando un immunostimolante vegetale a base di chitosano per ridurre l'uso di pesticidi chimici in agricoltura. I loro risultati sono pubblicati in JACS ( Giornale della Società Chimica Americana ).

Sfondo

chitosani, cosiddetti polisaccaridi, sono probabilmente i biopolimeri funzionali più versatili e promettenti. I chitosani possono rendere le piante resistenti alle malattie, promuovere la loro crescita, e proteggerli dallo stress da caldo o siccità. Sotto le medicazioni al chitosano, anche grandi ferite possono guarire senza cicatrici, le nanoparticelle di chitosano possono trasportare farmaci attraverso la barriera ematoencefalica, e i chitosani possono sostituire gli antibiotici nell'ingrasso animale come additivi per mangimi antimicrobici e immunostimolanti. Ma certo, neanche i chitosani sono cure miracolose. "Esistono molti chitosani diversi e per ogni singola applicazione, deve essere trovato esattamente quello giusto per farlo funzionare. Fino ad ora, sapevamo troppo poco dei loro effetti e di come possono essere usati efficacemente. Con la nostra ricerca, ora abbiamo fatto un passo avanti verso questa comprensione, " spiega il prof Bruno Moerschbacher dell'Istituto di biologia e biotecnologie delle piante dell'Università di Münster.

I chitosani sono costituiti da catene di diverse lunghezze di uno zucchero semplice chiamato glucosamina. Alcune di queste molecole di zucchero trasportano una molecola di acido acetico, altri no. I chitosani si differenziano quindi per tre fattori:la lunghezza della catena e il numero e la distribuzione dei residui di acido acetico lungo la catena dello zucchero. Da circa vent'anni, i chimici sono stati in grado di produrre chitosani di diverse lunghezze di catena e con diverse quantità di residui di acido acetico, e i biologi hanno quindi studiato le loro attività biologiche.

Così, lentamente si è sviluppata una comprensione di come questi due fattori influenzino l'effetto antimicrobico o di rafforzamento delle piante dei chitosani. Chitosani così ben caratterizzati, ora chiamati chitosani di seconda generazione, sono attualmente utilizzati come base per nuovi prodotti a base di chitosano come il biostimolante vegetale "Kitostim", sviluppato sulla base dei risultati della ricerca del team di Münster. Promuove la crescita e lo sviluppo delle piante, e li rafforza contro le malattie e lo stress da caldo.

Bruno Moerschbacher sospettò fin dall'inizio che il terzo fattore strutturale, la distribuzione dei residui di acido acetico lungo la catena dello zucchero, svolge anche un ruolo decisivo nella determinazione delle attività biologiche. Però, questa ipotesi non ha potuto essere verificata per molto tempo perché i residui di acido acetico sono distribuiti casualmente in tutti i chitosani prodotti chimicamente. Come biochimici e biotecnologi, i membri del suo team hanno quindi utilizzato enzimi per la produzione di chitosani, ovvero gli "strumenti" naturali coinvolti nella biosintesi del chitosano nei funghi contenenti chitosano. Con il loro aiuto, ora sono riusciti a produrre brevi catene di chitosano, cosiddetti oligomeri, con una disposizione definita di molecole di acido acetico, e testato la loro bioattività.

Per questa prova, i ricercatori hanno utilizzato cellule di riso trattate con oligomeri di chitosano per stimolare il loro sistema immunitario. Quando si usavano oligomeri di chitosano costituiti da quattro unità zuccherine (i cosiddetti tetrameri) portanti un solo residuo di acido acetico, hanno scoperto che il tetramero con il residuo di acido acetico nella prima unità di zucchero ("più a sinistra") (la cosiddetta estremità non riducente) aveva un forte effetto immunostimolante, mentre gli altri tre tetrameri erano meno attivi o inattivi. Così, differenze molto evidenti nella bioattività sono state trovate tra chitosani con la stessa lunghezza di catena (quattro) e lo stesso numero di residui di acido acetico (uno) quando differivano nella posizione del residuo di acido acetico. I ricercatori guidati da Bruno Moerschbacher stanno attualmente testando l'uso di questo tetramero come una sorta di vaccino che stimola il sistema immunitario naturale delle piante.

Veduta

Una dipendenza così chiara della bioattività di uno zucchero complesso dalla sua struttura molecolare non è stata quasi mai osservata prima. Il primo e fino ad oggi unico esempio è stato l'eparina umana, il cui effetto anticoagulante si basa su una certa distribuzione dei residui di acido solforico lungo la catena dello zucchero. È ormai noto che l'eparina ottiene questo effetto legando un fattore della coagulazione a questo specifico sito di legame, così inattivandolo. E sulla base di questa conoscenza, è stato possibile sviluppare anticoagulanti con effetti dosati con precisione e senza effetti collaterali, che sono una benedizione per i pazienti in dialisi, Per esempio. "Ora è nostra speranza che i chitosani definiti con precisione possano essere utilizzati in modo simile per consentire, Per esempio, guarigione delle ferite senza cicatrici sotto medicazioni al chitosano, " disse Bruno Moerschbacher, il cui gruppo di ricerca sta già collaborando con dermatologi e altri esperti biomedici.