Comme les animaux et les humains, les plantes possèdent une sorte de système immunitaire. Il peut par ex. reconnaître les champignons pathogènes par la chitine dans leurs parois cellulaires, déclencher une résistance aux maladies. Certains champignons se cachent du système immunitaire en modifiant certains des éléments constitutifs de la chitine, convertir la chitine en chitosane. Des chercheurs de l'Université de Münster ont maintenant découvert que les plantes peuvent réagir à un certain schéma dans ce chitosane, stimuler leur système immunitaire. Ils développent déjà un immunostimulant végétal à base de chitosane afin de réduire l'utilisation de pesticides chimiques en agriculture. Leurs résultats sont publiés dans JACS ( Journal de l'American Chemical Society ).

Fond

Chitosans, les polysaccharides, sont probablement les biopolymères fonctionnels les plus polyvalents et les plus prometteurs. Les chitosanes peuvent rendre les plantes résistantes aux maladies, favoriser leur croissance, et les protéger du stress dû à la chaleur ou à la sécheresse. Sous pansements au chitosan, même les grandes plaies peuvent guérir sans cicatrices, les nanoparticules de chitosane peuvent transporter des médicaments à travers la barrière hémato-encéphalique, et les chitosanes peuvent remplacer les antibiotiques dans l'engraissement des animaux en tant qu'additifs alimentaires antimicrobiens et immunostimulants. Mais bien sûr, les chitosanes ne sont pas non plus des remèdes miracles. "Il existe de nombreux chitosanes différents et pour chaque application individuelle, exactement le bon doit être trouvé pour le faire fonctionner. Jusqu'à maintenant, nous en savions trop peu sur leurs effets et sur la manière dont ils peuvent être utilisés efficacement. Avec nos recherches, nous avons maintenant fait un pas de plus vers cette compréhension, " explique le professeur Bruno Moerschbacher de l'Institut de biologie et de biotechnologie des plantes de l'Université de Münster.

Les chitosanes sont constitués de chaînes de différentes longueurs d'un sucre simple appelé glucosamine. Certaines de ces molécules de sucre portent une molécule d'acide acétique, D'autres ne le font pas. Les chitosanes diffèrent donc par trois facteurs :la longueur de la chaîne et le nombre et la répartition des résidus d'acide acétique le long de la chaîne des sucres. Depuis une vingtaine d'années, les chimistes ont pu produire des chitosanes de différentes longueurs de chaîne et avec différentes quantités de résidus d'acide acétique, et les biologistes ont ensuite étudié leurs activités biologiques.

Ainsi, une compréhension s'est lentement développée de la façon dont ces deux facteurs influencent l'effet antimicrobien ou de renforcement des plantes des chitosanes. Des chitosanes si bien caractérisés, maintenant appelés chitosanes de deuxième génération, sont actuellement utilisés comme base pour de nouveaux produits à base de chitosane tels que le biostimulant végétal "Kitostim" qui a été développé sur la base des résultats de recherche de l'équipe de Münster. Il favorise la croissance et le développement des plantes, et il les renforce contre les maladies et le stress thermique.

Bruno Moerschbacher soupçonna très tôt que le troisième facteur structurel, la répartition des résidus d'acide acétique le long de la chaîne des sucres, joue également un rôle déterminant dans la détermination des activités biologiques. Cependant, cette hypothèse n'a pas pu être testée pendant longtemps car les résidus d'acide acétique sont distribués de manière aléatoire dans tous les chitosanes produits chimiquement. En tant que biochimistes et biotechnologues, les membres de son équipe ont donc utilisé des enzymes pour la production de chitosanes, c'est-à-dire les « outils » naturels impliqués dans la biosynthèse du chitosane dans les champignons contenant du chitosane. Avec leur aide, ils ont maintenant réussi à produire des chaînes courtes de chitosane, dits oligomères, avec un arrangement défini de molécules d'acide acétique, et testé leur bioactivité.

Pour cet essai, les chercheurs ont utilisé des cellules de riz qu'ils ont traitées avec des oligomères de chitosane pour stimuler leur système immunitaire. Lorsqu'ils ont utilisé des oligomères de chitosane constitués de quatre unités de sucre (appelées tétramères) ne portant qu'un seul résidu d'acide acétique, ils ont découvert que le tétramère avec le résidu d'acide acétique au niveau de la première unité de sucre ("la plus à gauche") (l'extrémité dite non réductrice) avait un fort effet immunostimulant, tandis que les trois autres tétramères étaient moins actifs ou inactifs. Ainsi, des différences très nettes de bioactivité ont été trouvées entre les chitosanes ayant la même longueur de chaîne (quatre) et le même nombre de résidus d'acide acétique (un) lorsqu'ils différaient par la position du résidu d'acide acétique. Les chercheurs dirigés par Bruno Moerschbacher testent actuellement l'utilisation de ce tétramère comme une sorte de vaccin qui stimule le système immunitaire naturel des plantes.

Perspectives

Une dépendance aussi claire de la bioactivité d'un sucre complexe sur sa structure moléculaire n'a presque jamais été observée auparavant. Le premier et unique exemple à ce jour était l'héparine humaine, dont l'effet anticoagulant repose sur une certaine répartition des résidus d'acide sulfurique le long de la chaîne des sucres. On sait maintenant que l'héparine atteint cet effet en liant un facteur de coagulation à ce site de liaison spécifique, l'inactivant ainsi. Et sur la base de cette connaissance, il a été possible de développer des anticoagulants aux effets précisément dosés et sans effets secondaires, qui sont une bénédiction pour les patients dialysés, par exemple. "Nous espérons maintenant que les chitosanes définis avec précision puissent être utilisés de la même manière pour permettre, par exemple, cicatrisation sans cicatrice sous pansement au chitosan, " a déclaré Bruno Moerschbacher, dont le groupe de recherche collabore déjà avec des dermatologues et d'autres experts biomédicaux.