Quitinasa de papaya, biofungicida potencial para combatir enfermedades causadas por hongos en las plantas
Por Juan A. Osuna Castro*
Las quitinasas son enzimas que degradan la quitina, es decir, catalizan la hidrólisis de enlaces glicosídicos β-(1,4) entre los monómeros de N-acetil-β-D-glucosamina (GlcNAc), que constituyen el polímero de quitina. La quitina es un carbohidrato polimérico, componente principal de la pared celular de la mayoría de los hongos. También se encuentra en el caparazón de crustáceos como el camarón y las jaibas, y en la cutícula de los insectos, constituyendo uno de los polisacáridos más abundantes en la naturaleza, con gran potencial biotecnológico.
Sin embargo, este carbohidrato es de difícil degradación y solubilización, por lo que se recurre a su hidrólisis para generar compuestos más simples, llamados quitooligosacáridos (COS). Estos compuestos presentan una amplia variedad de aplicaciones biológicas en la agricultura y en la salud humana, debido a sus propiedades antibacterianas, antifúngicas, antitumorales, antivirales, inmunorreguladoras y antioxidantes, lo que los convierte en compuestos altamente valorados por la industria farmacéutica, agroalimentaria y biotecnológica.
Para la hidrólisis de la quitina se utilizan principalmente métodos químicos y físicos, tales como la hidrólisis ácida (aunque esta puede provocar contaminación ambiental) y la radiación de bajas frecuencias con ultrasonido. Ambas estrategias son poco convenientes, ya que generan compuestos secundarios indeseables que son difíciles de remover o pueden generar una mezcla compleja de COS difíciles de purificar. Por esta razón, es necesario encontrar y optimizar alternativas de uso y producción de COS de formas más naturales, amigables con el medio ambiente, que garanticen su implementación segura y eficaz en las diferentes industrias. En este sentido, el empleo de quitinasas vegetales puede ser una alternativa ambientalmente amigable a los métodos químicos tradicionales empleados en la obtención de COS para su uso industrial y para el control de enfermedades causadas por hongos e insectos fitopatógenos.
Nuestro grupo de investigación ha logrado la purificación y caracterización de la quitinasa (CpM-Chi) proveniente de frutos de papaya (Carica papaya L. Maradol). Este cultivo de origen mesoamericano es ampliamente apreciado por el peculiar aroma y sabor de sus frutos, además de su valor nutracéutico. México es uno de los principales países exportadores de papaya.
También hemos demostrado la inhibición in vitro del crecimiento de hongos fitopatógenos como Colletotrichum gloeosporioides, Rhizopus stolonifer y Fusarium oxysporum. Estos hongos son responsables de la degradación nutricional y de pérdidas cuantiosas en la postcosecha de frutos de papaya, por lo que su control mediante el efecto antifúngico de CpM-Chi puede ser una opción viable para aminorar los efectos perjudiciales a la salud humana y ambiental del uso indiscriminado de fungicidas sintéticos, además de evitar la resistencia de algunas cepas a los insumos antimicrobianos.
Por otra parte, la biocatálisis y la inmovilización de enzimas son herramientas prometedoras para solucionar el problema de la obtención de mezclas complejas de COS durante la hidrólisis de quitina, debido a que estas proteínas tienen funciones catalíticas específicas y pueden obtenerse abundantemente de forma nativa o recombinante. En análisis realizados en colaboración con el Centro de Innovación y Desarrollo Agroalimentario de Michoacán (CIDAM) en Morelia, Michoacán, bajo la supervisión del Dr. José Juan Virgen Ortiz, se demostró que CpM-Chi degradó la quitina de camarón, generando únicamente el monómero GlcNAc y el dímero quitobiosa como productos de reacción. Estos productos tienen precios en el mercado de $930 y $11,750 pesos mexicanos por 10 mg, respectivamente. Adicionalmente, se determinaron las condiciones óptimas (pH y temperatura) y las cinéticas de reacción y termoestabilidad de CpM-Chi en su versión libre e inmovilizada.
En resumen, el uso de quitinasas vegetales, como las de papaya, puede ser una alternativa ambientalmente amigable a los métodos químicos tradicionales empleados en la obtención de COS y para el control de enfermedades causadas por hongos e insectos fitopatógenos.
Lo previamente expuesto forma parte de la tesis de Doctorado en Ciencias Químicas de la Bióloga Acilegna Janette Castillo Sánchez, desarrollada en el Laboratorio de Biotecnología de la Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias de la Universidad de Colima, y en el CIDAM.
*Profesor investigador de la Facultad de Ciencias Biológicas y Agropecuarias de la Universidad de Colima.
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