Net als dieren en mensen, planten hebben een soort immuunsysteem. Het kan b.v. pathogene schimmels herkennen aan de chitine in hun celwanden, ziekteresistentie teweegbrengen. Sommige schimmels verbergen zich voor het immuunsysteem door enkele van de chitine-bouwstenen te wijzigen, chitine omzetten in chitosan. Onderzoekers van de Universiteit van Münster ontdekten nu dat planten kunnen reageren op een bepaald patroon in deze chitosan, het stimuleren van hun immuunsysteem. Ze ontwikkelen al een op chitosan gebaseerde plant immuunstimulans om het gebruik van chemische bestrijdingsmiddelen in de landbouw te verminderen. Hun resultaten zijn gepubliceerd in JACS ( Tijdschrift van de American Chemical Society ).

Achtergrond

Chitosanen, zogenaamde polysachariden, zijn waarschijnlijk de meest veelzijdige en veelbelovende functionele biopolymeren. Chitosanen kunnen planten resistent maken tegen ziekten, hun groei bevorderen, en ze te beschermen tegen hitte of droogtestress. Onder chitosanverbanden, zelfs grote wonden kunnen genezen zonder littekens, chitosan nanodeeltjes kunnen medicijnen door de bloed/hersenbarrière transporteren, en chitosanen kunnen antibiotica in het vetmesten vervangen als antimicrobiële en immuunstimulerende toevoegingsmiddelen. Maar natuurlijk, chitosanen zijn ook geen wondermiddelen. "Er zijn veel verschillende chitosanen en voor elke individuele toepassing, precies de juiste moet worden gevonden om het te laten werken. Tot nu, we wisten veel te weinig over hun effecten en hoe ze effectief kunnen worden gebruikt. Met ons onderzoek, we zijn nu een stap dichter bij dit begrip gekomen, " legt prof. Bruno Moerschbacher van het Instituut voor Biologie en Biotechnologie van Planten van de Universiteit van Münster uit.

Chitosanen bestaan ​​uit ketens van verschillende lengtes van een enkelvoudige suiker, glucosamine genaamd. Sommige van deze suikermoleculen dragen een azijnzuurmolecuul, anderen doen niet. Chitosanen verschillen daarom in drie factoren:de ketenlengte en het aantal en de verdeling van azijnzuurresten langs de suikerketen. Ongeveer twintig jaar lang, chemici hebben chitosanen met verschillende ketenlengtes en met verschillende hoeveelheden azijnzuurresten kunnen produceren, en biologen hebben vervolgens hun biologische activiteiten onderzocht.

Dus, langzaam ontwikkelde zich inzicht in hoe deze twee factoren het antimicrobiële of plantversterkende effect van chitosanen beïnvloeden. Zulke goed gekarakteriseerde chitosanen, nu chitosanen van de tweede generatie genoemd, worden momenteel gebruikt als basis voor nieuwe producten op basis van chitosan, zoals de plantenbiostimulant "Kitostim", die is ontwikkeld op basis van de onderzoeksresultaten van het Münster-team. Het bevordert de groei en ontwikkeling van planten, en het versterkt ze tegen ziekte en hittestress.

Bruno Moerschbacher vermoedde al vroeg dat de derde structurele factor, de verdeling van azijnzuurresten langs de suikerketen, speelt ook een beslissende rol bij het bepalen van biologische activiteiten. Echter, deze hypothese kon lange tijd niet worden getest omdat de azijnzuurresiduen willekeurig zijn verdeeld in alle chemisch geproduceerde chitosanen. Als biochemici en biotechnologen, de leden van zijn team hebben daarom enzymen gebruikt voor de productie van chitosanen, d.w.z. de natuurlijke 'tools' die betrokken zijn bij de biosynthese van chitosan in chitosan-bevattende schimmels. Met hun hulp, ze zijn er nu in geslaagd korte chitosanketens te produceren, zogenaamde oligomeren, met een gedefinieerde rangschikking van azijnzuurmoleculen, en testten hun biologische activiteit.

Voor deze toets is de onderzoekers gebruikten rijstcellen die ze behandelden met chitosan-oligomeren om hun immuunsysteem te stimuleren. Toen ze chitosan-oligomeren gebruikten die bestonden uit vier suikereenheden (zogenaamde tetrameren) die slechts een enkel azijnzuurresidu droegen, ze vonden dat het tetrameer met het azijnzuurresidu aan de eerste ('meest linkse') suikereenheid (het zogenaamde niet-reducerende uiteinde) een sterk immunostimulerend effect had, terwijl de andere drie tetrameren minder actief of inactief waren. Dus, zeer duidelijke verschillen in biologische activiteit werden gevonden tussen chitosanen met dezelfde ketenlengte (vier) en hetzelfde aantal azijnzuurresiduen (één) wanneer ze verschilden in de positie van het azijnzuurresidu. De onderzoekers onder leiding van Bruno Moerschbacher testen momenteel het gebruik van dit tetrameer als een soort vaccin dat het natuurlijke afweersysteem van de plant stimuleert.

Outlook

Een dergelijke duidelijke afhankelijkheid van de biologische activiteit van een complexe suiker van zijn moleculaire structuur is bijna nooit eerder waargenomen. Het eerste en tot nu toe enige voorbeeld was menselijke heparine, waarvan de anticoagulerende werking is gebaseerd op een bepaalde verdeling van zwavelzuurresiduen langs de suikerketen. Het is nu bekend dat heparine dit effect bereikt door een stollingsfactor aan deze specifieke bindingsplaats te binden, dus inactiveren. En op basis van deze kennis, het is mogelijk geweest anticoagulantia te ontwikkelen met nauwkeurig gedoseerde effecten en zonder bijwerkingen, die een zegen zijn voor dialysepatiënten, bijvoorbeeld. "Het is nu onze hoop dat de nauwkeurig gedefinieerde chitosanen op een vergelijkbare manier kunnen worden gebruikt om, bijvoorbeeld, littekenvrije wondgenezing onder chitosanverbanden, " zei Bruno Moerschbacher, wiens onderzoeksgroep al samenwerkt met dermatologen en andere biomedische experts.