Chitosan là hợp chất tự nhiên có khả năng phân huỷ sinh học cao, không độc hại và được ứng dụng đa dạng trong nông nghiệp, trong đó vấn đề được quan tâm nhất là khả năng kiểm soát các bệnh gây ra bởi nấm ở cây trồng, đây là một vấn đề được chú trọng hàng đầu trong ngành sản xuất nông nghiệp.
Chitosan và oligochitosan không những ức chế các vi khuẩn gram dương, gram âm mà cả nấm men và nấm mốc . Khả năng kháng khuẩn của chúng phụ thuộc vào một vài yếu tố như loại chitosan sử dụng (độ DD, khối lượng phân tử), pH môi trường, nhiệt độ, sự có mặt của một số thành phần thực phẩm . Khả năng kháng khuẩn của chitosan và dẫn xuất của nó đã được nghiên cứu bởi một số tác giả, trong đó cơ chế kháng khuẩn cũng đã được giải thích trong một số trường hợp. Mặc dù chưa có một giải thích đầy đủ cho khả năng kháng khuẩn đối với tất cả các đối tượng vi sinh vật, nhưng hầu hết đều cho rằng khả năng kháng khuẩn liên quan đến mức độ hấp phụ chitosan lên bề mặt tế bào . Trong đó, chitosan hấp phụ lên bề mặt vi khuẩn gram âm tốt hơn vi khuẩn gram dương . Một số cơ chế đã được giải thích như sau:
- Nhờ tác dụng của những nhóm NH3+ trong chitosan lên các
vị trí mang điện âm ở trên màng tế bào vi sinh vật, dẫn tới sự
thay đổi tính thấm của màng tế bào.
- Quá trình trao đổi chất qua màng tế bào bị ảnh hưởng. Lúc này, vi sinh vật không thể nhận các chất dinh dưỡng cơ bản cho sự phát triển bình thường như glucose dẫn đến mất cân bằng giữa bên trong và bên ngoài màng tế bào. Cuối cùng dẫn đến sự chết của tế bào.
- Điện tích dương của những nhóm NH3+ của glucosamine
bào của vi khuẩn, dẫn đến sự rò rỉ các phần tử ở bên trong màng tế bào. Đồng thời gây ra sự tương tác giữa sản phẩm của quá trình thuỷ phân có khả năng khuếch tán bên trong tế bào vi sinh vật với AND dẫn đến sự ức chế mARN và sự tổng hợp protein tế bào.
- Chitosan có khả năng phá huỷ màng tế bào thông qua
tương tác của những nhóm NH3+ với những nhóm phosphoryl
của thành phần phospholipid của màng tế bào vi khuẩn.
Đối với các tế bào nấm, chitosan không những có khả năng tác dụng ở mức độ ngoại bào mà còn tác dụng lên chúng ở mức độ nội bào.
Tác dụng của chitosan trên các loại nấm gây bệnh đã được đánh giá ở các nghiên cứu khác nhau. Nhưng nhìn chung, mức độ ảnh hưởng của polymer này có thể thay đổi và phụ thuộc vào đặc điểm của tế bào nấm. Những nghiên cứu trước đây cho thấy rằng các bào tử nhạy cảm hơn so với sợi nấm dưới tác dụng của chitosan.
Một số nghiên cứu cho thấy rằng chitosan có khả năng trung hòa điện tích ở bề mặt tế bào và làm thay đổi tính thấm của màng. Do đó tương tác này chính là nguyên nhân làm cho màng tế bào mất điện tích và gây nên hiện tượng rò rỉ các vật chất bên trong.
Năm 1992, tác giả El Ghaouth và cộng sự đã đưa ra kết luận rằng chitosan có khả năng làm thay đổi thành phần amino axit và protein của tế bào nấm
Rhizopus stolonifer .
Chitosan tác động đến màng tế bào của bào tử nấm, gây tổn thương và làm cho màng tế bào không còn nguyên vẹn. Ngoài ra, chitosan còn làm pH của môi trường bên trong tế bào thay đổi và giải phóng các phân tử protein, đó là nguyên nhân gây ra sự tổn thương lớn đến màng tế bào của bào tử nấm. Năm 2010, trong nghiên cứu về tác động của chitosan có khối lượng phân tử khác nhau đến việc kiểm soát bệnh thối quả cà chua do nấm Rhizopus gây hại, tác giả Hernández-Lauzardo và cộng sự đã cho biết rõ về tác động này của chitosan. Hiệu quả ảnh hưởng của chitosan tới màng tế bào của bào tử nấm phụ thuộc vào độ deacetyl, loại chitosan và nồng độ chitosan sử dụng .
màng tế bào khiến cho các thành phần cấu tạo nên tế bào thoát ra ngoài. Bên cạnh đó, chitosan còn gây ảnh hưởng đến đặc tính của màng tế bào. Nhóm các tác giả García-Rincón J, Vega-Pérez J, Guerra-Sánchez MG đã chứng minh polymer này có khả năng làm giảm hoạt động của phức hợp H+- ATPase ở ngoại bào. Hiệu ứng này có thể gây tích lũy các proton bên trong tế bào dẫn đến ức chế khả năng trao đổi của ion H+/K+, ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tổng hợp ATP của tế bào .