Investigadores chinos lograron un gran avance en la producción de pesticidas verdes con inhibición de la quitina sintasa.
Dado que no hay quitina en plantas y mamíferos, a diferencia de las plagas y patógenos de los cultivos agrícolas, los pesticidas capaces de inhibir la quitina sintasa son inofensivos para las plantas y los humanos y son pesticidas verdes seguros y efectivos.
Un equipo de científicos dirigido por el profesor Yang Qing de la Academia China de Ciencias Agrícolas en un estudio analizó la estructura de la quitina sintasa del hongo patógeno Phytophthora sojae bajo un microscopio crioelectrónico, revelando quitina por primera vez. Por lo tanto, la comprensión del proceso completo de quitina en el que los investigadores han estado trabajando durante años se completó y sentó las bases para el desarrollo de pesticidas biológicos seguros y efectivos en el futuro.
Por qué el descubrimiento es tan importante, escribe el reportero de Beijing News, Zhou Huaizong.
“La quitina es el aminoglicano más abundante en la Tierra y se encuentra ampliamente en hongos, artrópodos, moluscos, anélidos, celenterados y protozoos, y en varias otras especies. Las conchas de camarones, cangrejos, insectos y otros artrópodos están compuestas principalmente de quitina, algunas paredes celulares de hongos también contienen grandes cantidades de quitina.
La quitina es un biopolímero natural que consiste en N-acetilglucosamina. Los hongos, artrópodos, etc. pueden sintetizar automáticamente esta sustancia en el organismo para su supervivencia y reproducción.
Extraído de los caparazones de los camarones y utilizado en la industria y los productos farmacéuticos, la quitina también tiene un lado oscuro. Tomemos como ejemplo Phytophthora sojae , seleccionada en el transcurso del estudio. Este patógeno causa la pudrición de la raíz de la soja y genera una pérdida económica de más de mil millones de dólares estadounidenses cada año y depende en gran medida de la síntesis de quitina. Lo mismo se aplica a la papa phytophthora, que anualmente daña el cultivo.
“Si desarrollamos pesticidas de molécula pequeña activos apropiados, podemos inhibir de manera más efectiva la síntesis de quitina de Phytophthora .para proteger cultivos importantes como la soja y las papas”, explicó Yang Qing. – Desde la década de 1970, los científicos han desarrollado constantemente compuestos activos de molécula pequeña capaces de inhibir la síntesis de quitina, que han demostrado una amplia aplicación y perspectivas en el mercado como fungicidas e insecticidas. Por ejemplo, la nikomicina, descubierta por Bayer en 1976, mostró una buena actividad bactericida contra varios patógenos agrícolas, incluida la fitoftora de la patata, y entró en la práctica médica como fármaco antifúngico para humanos. En 1978, las pruebas de benzoilureas sintéticas mostraron una prevención eficaz de la síntesis de quitina en insectos. Estos compuestos representan actualmente el 3% del mercado de plaguicidas, con ventas anuales de US$441 millones.
En los últimos 50 años, los investigadores de todo el mundo han invertido una gran cantidad de mano de obra, recursos materiales y entusiasmo para tratar de desarrollar más tipos y pesticidas verdes más efectivos que se dirijan a la quitina sintasa, pero la realidad siempre ha sido un progreso lento. Una de las razones importantes es la falta de información precisa sobre la estructura tridimensional de la quitina sintasa. La relación estructural-funcional de la quitina sintasa no estaba clara, lo que obstaculizó seriamente el desarrollo de nuevas variedades de plaguicidas dirigidos a esta enzima.
En el transcurso del trabajo, el equipo eligió una quitina sintasa de Phytophthora sojae , llamada PsChs1, y la tomó como objeto de estudio utilizando métodos biológicos avanzados, que incluyen criomicroscopía electrónica, microscopía electrónica de barrido, difracción de rayos X, etc. Fue posible analizar la estructura tridimensional de PsChs1 en cuatro estados diferentes de la reacción catalítica e identificar tres procesos importantes de la quitina sintasa para lograr la biosíntesis de quitina. Esta es la primera vez que se demuestra a nivel atómico un proceso dirigido de varios pasos de biosíntesis de quitina”.
Gran parte de quince años de investigación se dedicó a experimentos iterativos. Luego, habiendo descubierto el proceso de síntesis de la quitina, el grupo de Yang Qing estudia el trabajo de una pequeña molécula activa, la comecina, como modelo.
“Una vez que entendamos el mecanismo de la síntesis de quitina, será más fácil para nosotros averiguar exactamente dónde funcionan algunas pequeñas moléculas activas que pueden inhibir la síntesis de quitina y a través de qué mecanismo”, dijo el científico.
Qian Xuhong, académico de la Academia de Ingeniería de China y presidente de la Universidad Normal del Este de China, señaló que los resultados de la investigación del profesor Yang Qing han superado el cuello de botella en el desarrollo de pesticidas de quitina durante casi 50 años. La investigación proporciona una plataforma para hacer realidad el sueño de los pesticidas verdes, es decir, el diseño preciso de pesticidas verdes basados en la estructura de la quitina sintasa.
“La aceleración del desarrollo de plaguicidas con mecanismos de acción seguros y novedosos es lo que necesita el complejo agroindustrial moderno. En la actualidad, el 70 % de los plaguicidas de uso generalizado en el mundo tienen como objetivo solo 5 objetivos moleculares, y el 60 % de los fungicidas de uso común tienen como objetivo solo 3. El uso prolongado de pesticidas de un solo objetivo puede conducir fácilmente a la resistencia a plagas y enfermedades”, dijo Yang. Qing.
«El descubrimiento de la estructura de la quitina sintasa proporciona un nuevo objetivo para los pesticidas biológicos», agregó Song Bao’an, académico de la Academia China de Ingeniería y presidente de la Universidad de Guizhou. – Hoy en día, el desarrollo y uso de blancos moleculares verdes para plaguicidas se ha convertido en una importante necesidad nacional. Un nuevo objetivo puede dar lugar no solo a docenas o incluso cientos de variedades de pesticidas, sino también a aliviar en gran medida el problema de la resistencia a los medicamentos de los organismos nocivos a las variedades de pesticidas existentes. La estructura tridimensional de la quitina sintasa es, sin duda, un objetivo molecular verde para los pesticidas”.
(Fuente: www.bjnews.com.cn. Autor: Zhou Huaizong.
