Como animais e humanos, as plantas possuem uma espécie de sistema imunológico. Pode, por exemplo, reconhecer fungos patogênicos pela quitina em suas paredes celulares, desencadeando resistência a doenças. Alguns fungos se escondem do sistema imunológico modificando alguns dos blocos de construção da quitina, conversão de quitina em quitosana. Pesquisadores da Universidade de Münster descobriram agora que as plantas podem reagir a um certo padrão nesta quitosana, estimulando seu sistema imunológico. Eles já estão desenvolvendo um imunoestimulante vegetal à base de quitosana para reduzir o uso de pesticidas químicos na agricultura. Seus resultados são publicados em JACS ( Jornal da American Chemical Society )

Fundo

Quitosanas, os chamados polissacarídeos, são provavelmente os biopolímeros funcionais mais versáteis e promissores. Quitosanas podem tornar as plantas resistentes a doenças, promover seu crescimento, e protegê-los do estresse do calor ou da seca. Sob curativos de quitosana, mesmo grandes feridas podem curar sem cicatrizes, nanopartículas de quitosana podem transportar drogas através da barreira sangue / cérebro, e os quitosanos podem substituir os antibióticos na engorda de animais como aditivos alimentares antimicrobianos e imunoestimulantes. Mas é claro, quitosanas também não são curas milagrosas. "Existem muitas quitosanas diferentes e para cada aplicação individual, exatamente o correto deve ser encontrado para fazê-lo funcionar. Até agora, sabíamos muito pouco sobre seus efeitos e como podem ser usados ​​com eficácia. Com nossa pesquisa, agora demos um passo mais perto desse entendimento, "explica o professor Bruno Moerschbacher, do Instituto de Biologia e Biotecnologias de Plantas da Universidade de Münster.

As quitosanas consistem em cadeias de diferentes comprimentos de um açúcar simples chamado glucosamina. Algumas dessas moléculas de açúcar carregam uma molécula de ácido acético, outros não fazem. Portanto, os quitosanos diferem em três fatores:o comprimento da cadeia e o número e distribuição dos resíduos de ácido acético ao longo da cadeia do açúcar. Por cerca de vinte anos, os químicos têm sido capazes de produzir quitosanas de diferentes comprimentos de cadeia e com diferentes quantidades de resíduos de ácido acético, e os biólogos investigaram suas atividades biológicas.

Assim, lentamente desenvolveu-se uma compreensão de como esses dois fatores influenciam o efeito antimicrobiano ou de fortalecimento das plantas das quitosanas. Quitosanas tão bem caracterizadas, agora chamados de quitosanas de segunda geração, são atualmente usados ​​como base para novos produtos à base de quitosana, como o bioestimulante vegetal "Kitostim", que foi desenvolvido com base nos resultados da pesquisa da equipe de Münster. Promove o crescimento e o desenvolvimento das plantas, e os fortalece contra doenças e estresse por calor.

Bruno Moerschbacher suspeitou desde o início que o terceiro fator estrutural, a distribuição de resíduos de ácido acético ao longo da cadeia de açúcar, também desempenha um papel decisivo na determinação das atividades biológicas. Contudo, esta hipótese não pôde ser testada por muito tempo porque os resíduos de ácido acético são distribuídos aleatoriamente em todas as quitosanas produzidas quimicamente. Como bioquímicos e biotecnologistas, os membros de sua equipe têm, portanto, usado enzimas para a produção de quitosanas, isto é, as 'ferramentas' naturais envolvidas na biossíntese de quitosana em fungos contendo quitosana. Com a ajuda deles, eles agora conseguiram produzir cadeias curtas de quitosana, os chamados oligômeros, com um arranjo definido de moléculas de ácido acético, e testou sua bioatividade.

Para este teste, os pesquisadores usaram células de arroz que trataram com oligômeros de quitosana para estimular o sistema imunológico. Quando eles usaram oligômeros de quitosana consistindo em quatro unidades de açúcar (os chamados tetrâmeros) carregando apenas um único resíduo de ácido acético, eles descobriram que o tetrâmero com o resíduo de ácido acético na primeira unidade de açúcar ('mais à esquerda') (a chamada extremidade não redutora) tinha um forte efeito imunoestimulante, enquanto os outros três tetrâmeros eram menos ativos ou inativos. Assim, diferenças muito claras na bioatividade foram encontradas entre quitosanas com o mesmo comprimento de cadeia (quatro) e o mesmo número de resíduos de ácido acético (um) quando diferiam na posição do resíduo de ácido acético. Os pesquisadores liderados por Bruno Moerschbacher estão testando atualmente o uso desse tetrâmero como uma espécie de vacina que estimula o sistema imunológico natural das plantas.

Panorama

Uma dependência tão clara da bioatividade de um açúcar complexo em sua estrutura molecular quase nunca foi observada antes. O primeiro e até agora único exemplo foi a heparina humana, cujo efeito anticoagulante é baseado em uma certa distribuição de resíduos de ácido sulfúrico ao longo da cadeia de açúcar. Sabe-se agora que a heparina atinge esse efeito ligando-se a um fator de coagulação a este sítio de ligação específico, assim, inativando-o. E com base neste conhecimento, tem sido possível desenvolver anticoagulantes com efeitos dosados ​​com precisão e sem efeitos colaterais, que são uma bênção para pacientes em diálise, por exemplo. "Agora, esperamos que as quitosanas definidas com precisão possam ser usadas de maneira semelhante para permitir, por exemplo, cicatrização de feridas sem cicatrizes sob curativos de quitosana, "disse Bruno Moerschbacher, cujo grupo de pesquisa já está colaborando com dermatologistas e outros especialistas biomédicos.