Synthesis and Properties of Bombyx Mori Chitosan Nanoascorbate Complexes Based on Oligochitosan and High-molecular-weight Chitosan

En el silencioso mundo de la sericultura, donde los agricultores crían gusanos de seda para producir seda, persiste un desafío constante: mantener sanas y productivas a las delicadas larvas. Estos insectos son vulnerables a las enfermedades, y su crecimiento puede verse estancado por el estrés ambiental, lo que conduce a capullos menos numerosos y más ligeros. Los científicos han buscado durante mucho tiempo soluciones en la naturaleza, particularmente en el quitosano, un material natural derivado de los caparazones de los crustáceos o, en este caso, de las propias pupas del gusano de seda de la morera. El quitosano es conocido por ser seguro, biodegradable y capaz de combatir microbios dañinos. Sin embargo, en su forma bruta, no se disuelve fácilmente en agua, lo que limita su uso. Para hacerlo útil, los investigadores suelen mezclarlo con otras sustancias, como el ácido ascórbico, que es simplemente vitamina C. Cuando estos dos materiales interactúan, pueden formar estructuras diminutas y solubles en agua que podrían proteger mejor a los gusanos de seda que los ingredientes por sí solos. La pregunta para los científicos no es solo si estas mezclas funcionan, sino cómo construirlas de la manera más efectiva y si el tamaño o la estructura de estas diminutas partículas cambia qué tan bien ayudan a los gusanos de seda a sobrevivir y prosperar.

Un investigador del Instituto de Química y Física de Polímeros de Uzbekistán se propuso responder a estas preguntas creando y probando nuevas versiones de estas mezclas de quitosano y vitamina C. Se centraron en dos métodos diferentes para crear el material. El primer método consistió en tomar quitosano de alta calidad de las pupas del gusano de seda y descomponerlo en piezas más pequeñas, conocidas como oligochitosano, antes de mezclarlo con vitamina C. El segundo método utilizó las moléculas de quitosano originales, más grandes, y las combinó con vitamina C utilizando un agente de reticulación especial para mantener unida la estructura. El objetivo era ver qué método producía las partículas más efectivas y medir exactamente qué tan grandes eran estas partículas y cómo se comportaban en el agua.

El investigador descubrió que el método utilizado para crear la mezcla cambiaba significativamente el tamaño de las partículas resultantes. Cuando utilizaron el quitosano más pequeño y descompuesto sin ningún agente estabilizador adicional, las partículas resultantes fueron bastante pequeñas, con un tamaño promedio de unos 117 nanómetros. En contraste, cuando utilizaron el quitosano original, más grande, y añadieron un estabilizador para ayudar a la formación de las partículas, las estructuras resultantes fueron mucho más grandes, oscilando entre 360 y 380 nanómetros. Al observar las partículas bajo un potente microscopio llamado microscopio de fuerza atómica, el investigador pudo ver la forma física de estas estructuras. Las partículas más pequeñas aparecieron como objetos diminutos y planos en la superficie, algunos de menos de 50 nanómetros de ancho, mientras que las partículas más grandes formaron formas agregadas más complejas. Estas observaciones confirmaron que el investigador había creado con éxito dos tipos distintos de nanoestructuras, cada una con su propia huella física.

Más allá de solo medir el tamaño, el investigador quería saber si estos nuevos materiales funcionaban mejor que los ingredientes originales. Probaron la capacidad de estas mezclas para detener el crecimiento de un hongo común, Fusarium oxysporum, que puede dañar plantas y animales. Los resultados mostraron que la mezcla elaborada con los trozos de quitosano más pequeños era la más poderosa. Cuando se probó esta mezcla específica, creó una zona donde el hongo no podía crecer que era de 34 milímetros de ancho. Esto fue significamente mayor que las zonas creadas por el quitosano original, la vitamina C original o las partículas más grandes fabricadas con el estabilizador. Esto sugiere que descomponer el quitosano en piezas más pequeñas antes de mezclarlo con la vitamina C crea un escudo antimicrobiano más potente.

La prueba más práctica, sin embargo, tuvo lugar en el mundo real de la granja de gusanos de seda. El investigador aplicó estas nuevas mezclas a las hojas de morera que comen los gusanos de seda. Criaron dos grupos de gusanos de seda: un grupo comió hojas tratadas con la nueva nanomezcla, y el grupo de control comió hojas tratadas solo con agua. Los resultados fueron claros. Los gusanos de seda que se alimentaron de las hojas tratadas estaban más sanos y eran más resilientes. En el grupo que comía la nanomezcla, la tasa de enfermedad disminuyó significativamente, con solo alrededor del 4,5 por ciento de las larvas mostrando signos de enfermedad, en comparación con casi el 9 por ciento en el grupo de control. Además, los gusanos de seda tratados produjeron más capullos, y esos capullos eran ligeramente más pesados. El peso promedio de un solo capullo del grupo tratado aumentó en más del 5 por ciento en comparación con el grupo no tratado.

Este estudio demuestra que, al diseñar cuidadosamente el tamaño y la estructura de los materiales basados en quitosano, los científicos pueden crear un tratamiento natural y sencillo que mejora la salud y la productividad de los gusanos de seda. El trabajo destaca que las partículas más pequeñas, con una estructura específica, hechas de quitosano descompuesto y vitamina C, son más efectivas para combatir enfermedades y fomentar el crecimiento que las estructuras más grandes y complejas. Para la industria de la sericultura, esto ofrece una herramienta prometedora y respetuosa con el medio ambiente para proteger los cultivos y aumentar los rendimientos sin depender de productos químicos agresivos. Los hallazgos sugieren que la forma en que estos materiales naturales se ensamblan es tan importante como los materiales mismos, abriendo un camino para soluciones biológicas más efectivas en la agricultura.