Расшифровка кода сахара – хитозаны являются перспективными биополимерами для защиты растений.

Исследователи разрабатывают вакцину для укрепления иммунной системы растений, передает AgroXXI.ru.

Как и животные, растения обладают иммунной системой. Например, она может распознавать патогенные грибы по хитину в их клеточных стенках, вызывая устойчивость к болезням.

Некоторые грибы способны «спрятаться» от иммунной системы, модифицируя некоторые строительные блоки хитина, превращая хитин в хитозан. Исследователи из Университета Мюнстера обнаружили, что растения могут реагировать на определенный рисунок в этом хитозане, стимулируя ответ иммунной системы. Ученые уже разрабатывают растительный иммуностимулятор на основе хитозана, чтобы сократить использование химических пестицидов в сельском хозяйстве. Результаты работы опубликованы в JACS (Журнал Американского химического общества).

Хитозаны, так называемые полисахариды, являются, вероятно, наиболее универсальными и перспективными функциональными биополимерами. В медицине используют хитозановые повязки для заживления ран без рубцов, а в животноводстве хитозаны применяются для замены антибиотиков при откорме сельхозскота, выступая в качестве антимикробных и иммуностимулирующих кормовых добавок.

Хитозаны могут сделать и растения более устойчивыми к болезням, способствовать их росту и защитить от жары или стресса из-за засухи. Но, конечно же, не все они являются чудодейственными средствами.

«Существует много разных хитозанов, и для каждого отдельного применения следует определить именно тот, который нужен. До сих пор мы слишком мало знали об эффектах и ​​о том, как можно эффективно использовать хитозаны в растениеводстве. Благодаря нашим исследованиям мы теперь приблизились к этому пониманию», пишут ученые.

Хитозаны состоят из цепочек различной длины простого сахара, называемого глюкозамином.

Некоторые из этих молекул сахара несут молекулу уксусной кислоты, другие - нет.

Таким образом, хитозаны различаются по трем факторам: длина цепи и количество и распределение остатков уксусной кислоты вдоль сахарной цепи.

В течение примерно двадцати лет химики могли производить хитозаны с разной длиной цепи и с разным количеством остатков уксусной кислоты, а затем биологи исследовали их биологическую активность. Таким образом, постепенно развивалось понимание того, как эти два фактора влияют на антимикробное или укрепляющее растение действие хитозанов.

Такие хорошо охарактеризованные хитозаны, теперь называемые хитозанами второго поколения, в настоящее время используются в качестве основы для новых продуктов, как, например, растительный биостимулятор, создаваемый на основе результатов исследований команды Университета Мюнстера.

Бруно Мершбахер, возглавивший работу, с самого начала подозревал, что третий структурный фактор, распределение остатков уксусной кислоты вдоль сахарной цепи, также играет решающую роль в определении биологической активности.

Тем не менее, эту гипотезу нельзя было проверить в течение длительного времени, потому что остатки уксусной кислоты случайно распределены во всех химически продуцируемых хитозанах.

Будучи биохимиками и биотехнологами, члены команды Мершбахера использовали ферменты для производства хитозанов, то есть естественные «инструменты», участвующих в биосинтезе хитозана в грибах, содержащих хитозан. С их помощью удалось получить короткие хитозановые цепи, так называемые олигомеры, с определенным расположением молекул уксусной кислоты, и затем протестировать их биологическую активность.

Для этого теста ученые использовали клетки риса, которые они обработали олигомерами хитозана, чтобы стимулировать их иммунную систему.

Когда они использовали олигомеры хитозана, состоящие из четырех звеньев сахара (так называемые тетрамеры), несущие только один остаток уксусной кислоты, они обнаружили, что тетрамер с остатком уксусной кислоты в первом («крайнем левом») звене сахара оказывал самое сильное иммуностимулирующее действие, тогда как остальные три тетрамера были менее активными или неактивными.

Таким образом, были обнаружены очень четкие различия в биологической активности между хитозанами с одинаковой длиной цепи (четыре) и одинаковым количеством остатков уксусной кислоты (один), когда они отличались по положению остатка уксусной кислоты. Исследователи во главе с Бруно Мершбахером в настоящее время тестируют использование этого тетрамера в качестве вакцины, стимулирующей растения.

Такой четкой зависимости биологической активности сложного сахара от его молекулярной структуры почти никогда не наблюдалось ранее.

Первым и на сегодняшний день единственным примером был человеческий гепарин, антикоагулянтный эффект которого основан на определенном распределении остатков серной кислоты вдоль сахарной цепи. И на основе этих знаний стало возможным разрабатывать антикоагулянты с точно дозированными эффектами и без побочных эффектов.