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Descifrando el código del azúcar

enero 25, 2020
Redaccion

Al igual que los animales y los humanos, las plantas poseen un tipo de sistema inmunitario. Puede, por ejemplo, reconocer hongos patógenos por la quitina en sus paredes celulares, provocando resistencia a enfermedades.

por la Universidad de Münster

Algunos hongos se esconden del sistema inmune al modificar algunos de los componentes básicos de la quitina, convirtiendo la quitina en quitosano. Investigadores de la Universidad de Münster ahora descubrieron que las plantas pueden reaccionar a un 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 la agricultura. Sus resultados se publican en JACS ( Journal of the American Chemical Society ).

Antecedentes

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 calor o del estrés por sequía. Bajo los apósitos de quitosano, incluso las heridas grandes pueden sanar sin 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 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 acerca de sus efectos y cómo se pueden usar de manera efectiva. Con nuestra investigación, ahora tenemos acércate un paso más a este entendimiento «

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. Por lo tanto, los quitosanos difieren 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 sus actividades biológicas.

Por lo tanto, se desarrolló lentamente una comprensión de cómo estos dos factores influyen en el efecto antimicrobiano o de fortalecimiento 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 en base a 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 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 probaron 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 un solo residuo de ácido acético, descubrieron que el tetrámero con el residuo de ácido acético en la primera unidad de azúcar (el « más a la izquierda ») llamado extremo no reductor) tuvo un fuerte efecto inmunoestimulador, mientras que los otros tres tetrámeros fueron menos activos o inactivos. Por lo tanto, se encontraron diferencias muy claras en la 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 un tipo de vacuna que estimula el sistema inmunológico natural de las plantas.

panorama

Tal dependencia clara de la bioactividad de un azúcar complejo en su estructura molecular casi nunca se ha observado antes. El primer ejemplo y hasta la fecha fue la heparina humana, cuyo efecto anticoagulante se basa en una cierta distribución de residuos de ácido sulfúrico a lo largo de la cadena 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 precisos y sin efectos secundarios, que son una bendición para los pacientes de diálisis, por ejemplo. «Ahora esperamos que los quitosanos definidos con precisión se puedan utilizar de manera similar para permitir, por ejemplo, la cicatrización de heridas sin cicatrices con quitosano apósitos «, dijo Bruno Moerschbacher, cuyo grupo de investigación ya está colaborando con dermatólogos y otros expertos biomédicos.

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