Dekryptering af sukkerkoden

Ligesom dyr og mennesker, planter besidder en slags immunsystem. Det kan f.eks. genkender patogene svampe af kitinet i deres cellevægge, udløser sygdomsresistens. Nogle svampe gemmer sig for immunsystemet ved at ændre nogle af kitin -byggestenene, konvertering af kitin til kitosan. Forskere ved universitetet i Münster fandt nu ud af, at planter kan reagere på et bestemt mønster i denne chitosan, stimulere deres immunsystem. De udvikler allerede en chitosanbaseret planteimmunstimulerende plante for at reducere brugen af ​​kemiske pesticider i landbruget. Deres resultater offentliggøres i JACS ( Journal of the American Chemical Society ).

Baggrund

Kitosaner, såkaldte polysaccharider, er nok de mest alsidige og lovende funktionelle biopolymerer. Kitosaner kan gøre planter resistente over for sygdomme, fremme deres vækst, og beskytte dem mod varme eller tørke stress. Under kitosanforbindinger, selv store sår kan helbrede uden ar, chitosan nanopartikler kan transportere lægemidler hen over blod/hjernebarrieren, og kitosaner kan erstatte antibiotika i dyrefedning som antimikrobielle og immunstimulerende fodertilsætningsstoffer. Men selvfølgelig, kitosaner er heller ikke mirakelkure. "Der er mange forskellige kitosaner og for hver enkelt applikation, præcis den rigtige skal findes for at få det til at fungere. Indtil nu, vi vidste alt for lidt om deres virkninger, og hvordan de kan bruges effektivt. Med vores forskning, vi er nu kommet et skridt tættere på denne forståelse, "forklarer prof. Bruno Moerschbacher fra Institute for Biology and Biotechnologies of Plants ved Münster University.

Kitosaner består af kæder i forskellige længder af et simpelt sukker kaldet glucosamin. Nogle af disse sukkermolekyler bærer et eddikesyremolekyle, andre gør det ikke. Kitosaner adskiller sig derfor fra tre faktorer:kædelængden og antallet og fordelingen af ​​eddikesyrerester langs sukkerkæden. I omkring tyve år, kemikere har været i stand til at producere kitosaner i forskellige kædelængder og med forskellige mængder af eddikesyrerester, og biologer har derefter undersøgt deres biologiske aktiviteter.

Dermed, der udviklede sig langsomt en forståelse af, hvordan disse to faktorer påvirker den antimikrobielle eller planteforstærkende effekt af kitosaner. Sådanne velkarakteriserede chitosaner, nu kaldet anden generations chitosaner, bruges i øjeblikket som grundlag for nye kitosan-baserede produkter, såsom plantebiostimulanten "Kitostim", der blev udviklet baseret på forskningsresultaterne fra Münster-teamet. Det fremmer vækst og udvikling af planter, og det styrker dem mod sygdom og varmestress.

Bruno Moerschbacher formodede tidligt, at den tredje strukturelle faktor, fordelingen af ​​eddikesyrerester langs sukkerkæden, spiller også en afgørende rolle ved bestemmelse af biologiske aktiviteter. Imidlertid, denne hypotese kunne ikke testes i lang tid, fordi eddikesyreresterne er tilfældigt fordelt i alle kemisk producerede kitosaner. Som biokemikere og bioteknologer medlemmerne af hans team har derfor brugt enzymer til produktion af kitosaner, dvs. de naturlige 'værktøjer' involveret i biosyntesen af ​​kitosan i kitosanholdige svampe. Med deres hjælp, det er nu lykkedes dem at producere korte kitosankæder, såkaldte oligomerer, med et defineret arrangement af eddikesyremolekyler, og testet deres bioaktivitet.

Til denne test, forskerne brugte risceller, som de behandlede med chitosanoligomerer til at stimulere deres immunsystem. Når de brugte chitosanoligomerer bestående af fire sukkerenheder (såkaldte tetramerer), der kun bærer en enkelt eddikesyrerest, de fandt ud af, at tetrameren med eddikesyreresten i den første ('til venstre') sukkerenhed (den såkaldte ikke-reducerende ende) havde en stærk immunstimulerende effekt, mens de tre andre tetramerer var mindre aktive eller inaktive. Dermed, Der blev fundet meget klare forskelle i bioaktivitet mellem kitosaner med den samme kædelængde (fire) og det samme antal eddikesyrerester (en), når de var forskellige i placeringen af ​​eddikesyreresten. Forskerne under ledelse af Bruno Moerschbacher tester i øjeblikket brugen af ​​denne tetramer som en slags vaccine, der stimulerer planternes naturlige immunsystem.

Outlook

En så klar afhængighed af bioaktiviteten af ​​et komplekst sukker af dets molekylære struktur er næsten aldrig blevet observeret før. Det første og hidtil eneste eksempel var humant heparin, hvis antikoagulerende virkning er baseret på en vis fordeling af svovlsyrerester langs sukkerkæden. Det er nu kendt, at heparin opnår denne effekt ved at binde en koagulationsfaktor til dette specifikke bindingssted, dermed inaktiverer den. Og på grundlag af denne viden, det har været muligt at udvikle antikoagulantia med præcist doserede virkninger og uden bivirkninger, som er en velsignelse for dialysepatienter, for eksempel. "Det er nu vores håb, at de præcist definerede kitosaner kan bruges på en lignende måde for at muliggøre, for eksempel, ar-fri sårheling under kitosanforbindinger, "sagde Bruno Moerschbacher, hvis forskningsgruppe allerede samarbejder med hudlæger og andre biomedicinske eksperter.