Chitosan in Plant Protection
El Quitosano exhibe una variedad de actividades
antimicrobianas, que dependen del tipo de quitosano (nativo o modificado), su
grado de polimerización, el anfitrión, el producto químico y / o composición de
nutrientes de los sustratos, y las condiciones ambientales. En algunos
estudios, se ha informado de quitosanos oligoméricos (pentámeros y heptameros)
para exhibir una mejor actividad antifúngica que en las unidades más grandes.
En otros, la actividad antimicrobiana se incrementó con el aumento en el peso molecular
quitosano, y parece ser más rápido en hongos y algas que en las bacterias.
Contra las bacterias
El quitosano inhibe
el crecimiento de una amplia gama de bacterias.
Las concentraciones inhibidoras mínimas de crecimiento varían entre las
especies de 10-1.000 ppm.
Las sales de amonio
cuaternario del quitosano, tales como N, N, N-trimetilquitosano, N-propil-N,
N-dimetilquitosano mostraron ser eficaces en la inhibición del crecimiento y
desarrollo de Escherichia coli, especialmente en medios ácidos.
Del mismo modo,
varios derivados de quitina y quitosano se muestran para inhibir la E. coli,
Staphylococcus aureus.
Contra hongos
La actividad fungicida del quitosano se ha documentado
contra diversas especies de hongos. Las concentraciones inhibidoras mínimas de
crecimiento variaron entre 10 y 5000 ppm . La máxima actividad antifúngica del
quitosano se observa a menudo alrededor de su pKa (pH 6,0).
Recientemente, dos investigadores Palma y Guerrero
demostraron que el quitosano es capaz de permeabilizar la membrana plasmática
de Neurospora crassa y mata a las células de una manera dependiente de la
energía.
En general, el quitosano, aplicado a una tasa de 1 mg / ml,
es capaz de reducir el crecimiento in vitro de un gran número de hongos, que
tienen al quitosano como un componente de sus paredes celulares. Otra categoría
de hongos que parece ser resistente al efecto antifúngico del quitosano, son
los hongos entomopatógenos nematopatógenos que poseen actividad extracelular quitosanolitica
Contra insectos
A medida que más y más derivados de quitosano (es decir,
N-alquilo, N-bencilquitosano) están disponibles a través de síntesis química,
sus actividades insecticidas se reportan . Veinticuatro nuevos derivados
mostraron tener actividad insecticida significativa cuando se administra a una
velocidad de 5 g · kg-1 en una dieta artificial.
El derivado más
activo, N- (2-cloro-6-fluorobencil) quitosano, causó 100% de mortalidad de las
larvas y su LC50 se estimó en 0,32 g.kg-1.
Aunque el mecanismo de acción del quitosano en la reducción
de enfermedades de las plantas no esta determinado con exactitud, hay evidencia
que muestra su acción de quelación de nutrientes y minerales de los patógenos.
Debido a sus
propiedades de biopolímero, este compuesto también puede formar barreras
físicas alrededor de los sitios de penetración de patógenos, evitando que se
propague a los tejidos sanos.
Sus derivados bioactivos puede activar H + -ATPasas,
despolarizante membranas biológicas y la inducción de otra serie de eventos.
El quitosano se sabe que inducen reacciones a nivel local y
sistémico, unas cascadas de
señalizaciones, activación y acumulación de compuestos y proteínas
antimicrobianas relacionados con la defensa.
Actividad directa
contra los patógenos
La actividad directa de quitosano contra los
virus y los viroides se demostro que varía según el peso molecular. Sin
embargo, ninguno de los estudios que investigaron este efecto ha demostrado
claramente la capacidad de quitosano en la inactivación de virus o viroides
La mayoría informó sobre la inactivación de la
replicación, que conduce a la interrupción de la multiplicación y propagación.
Esto podría estar relacionado con el hecho de que tras la penetración en los
tejidos vegetales, las nanopartículas de quitosano se unen fuertemente a los
ácidos nucleicos y causan una variedad de daños e inhibiciones selectivas.
Contra bacterias,
hongos y otras plagas, es probable que el quitosano pueda operar indirectamente
a través de otros medios tales como la mejora de la resistencia del huésped.
Sin embargo, un número de estudios han demostrado que el quitosano, a
concentraciones definidas, presenta propiedades antimicrobianas.
El quitosano se
utiliza a menudo en el control de enfermedades de las plantas como un elicitor
potente en lugar de un agente antimicrobiano o tóxico directo. Su toxicidad
directa sigue dependiendo de las propiedades tales como la concentración
aplicada, el peso molecular, el grado de acetilación, disolvente, pH y
viscosidad.
El grado de
acetilación define los sitios con los cuales los grupos nucleófilos podrían reaccionar y la
viscosidad proporciona un ambiente que podría extender la duración y la
intensidad de las reacciones.
Barrera física alrededor de los sitios de
penetración de patógenos
El quitosano cuando
se aplica en los tejidos de las plantas, a menudo se aglutina alrededor de los
sitios de penetración y tiene dos efectos importantes.
El primero es el
aislamiento del sitio de penetración a través de la formación de una barrera
física para la prevención de la propagación de patógenos e invadir otros
tejidos sanos. Este fenómeno se asemeja a las zonas de abscisión observadas a
menudo en las hojas que impiden que varios patógenos necrotróficos se propaguen
más.
Quelación de
nutrientes y minerales
Los quitosanos son muy utilizados en el proceso de purificación
de agua dulce y salada como quelantes de minerales y metales. Estas habilidades
también son estudiadas cuando se aplica quitosano a las plantas para prevenir
las enfermedades, ya que pueden secuestrar nutrientes y minerales de organismo patógenos (por ejemplo, Fe,
Cu).
También se
informó que estas moléculas de polisacáridos ligan micotoxinas, lo que
puede reducir el daño de los tejidos del huésped debido a las toxinas.
Efecto sobre la Bomba (H +)-ATPasa y la despolarización de las membranas biológicas
Amborabé y colaboradores informaron sobre los primeros eventos que
ocurren durante la estimulación de las defensas vegetales utilizando quitosano.
Ellos mostraron que esta molécula era capaz de desencadenar, de una manera
dependiente de la dosis, una despolarización rápida y transitoria de las membranas plasmáticas de células motoras. Estas modificaciones también fueron
acompañadas por un aumento transitorio en el pH.
El uso de vesículas de
membrana de plasmáticas le permitieron a los autores determinar que este
polisacárido tiene un efecto inhibitorio sobre la bomba ( H +) -ATPasa observado en el bombeo de protones y la actividad catalítica de la
enzima.
Se demostró que el quitosano también altera muchos otros procesos
mediados por H +.
Por ejemplo, la absorción de ciertos hidratos de carbono
y aminoácidos fue alterado a causa de su dependencia de contransporte con los protones.
