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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE BIOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM BIOQUÍMICA
TICIANA MARIA LÚCIO DE AMORIM
AVALIAÇÃO DA AÇÃO BIOINSETICIDA DE SBTI E VICILINA DE
Erythrina velutina EM ENZIMAS DIGESTIVAS E MEMBRANA
PERITRÓFICA DE LARVAS DE Plodia interpunctella
(LEPIDOPTERA: PYRALIDAE)
NATAL
2007
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TICIANA MARIA LÚCIO DE AMORIM
AVALIAÇÃO DA AÇÃO BIOINSETICIDA DE SBTI E VICILINA DE
Erythrina velutina EM ENZIMAS DIGESTIVAS E MEMBRANA
PERITRÓFICA DE LARVAS DE Plodia interpunctella
(LEPIDOPTERA: PYRALIDAE)
Dissertação presentada ao
Departamento de Bioquímica da
Universidade Federal do Rio Grande do
Norte como requisito parcial para
obtenção do título de Mestre em
Bioquímica.
Orientador: Maurício Pereira de Sales
NATAL
2007
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FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA BIBLIOTECA CENTRAL DA UFCG
A524a
2007 Amorim, Ticiana Maria Lúcio de.
Avaliação da ação bioinseticida de SBTI e vicilina de Erythrina velutina
em enzimas digestivas e membrana peritrófica de larvas de Plodia
interpunctella (Lepidoptera: Pyralidae) / Ticiana Maria Lúcio de Amorim. ņ
Natal, 2007.
81f. : il. color.
Dissertação (Mestrado em Bioquímica) ± Universidade Federal do Rio
Grande do Norte, Centro de Biociências.
Referências.
Orientador: Dr. Maurício Pereira de Sales.
1. Enzima. 2. Membrana Peritrófica. 3. Plodia interpunctella. 4.
Inibidores I. Título.
CDU- 577.15(043)
À minha mãe, Gisélia, pelo apoio e incentivo incondicionais, pelo carinho e
compreensão imensuráveis e pela força que sempre demonstrou e me mostrou,
dessa forma, como devo (e quero) ser.
Às minhas irmãs, Tatiana e Daniela, pelo incentivo e presença nos momentos de
tristeza e saudade.
A Leo, amor da minha vida, agradeço por todos os momentos de consolo, carinho,
compreensão, desde o início. Se termino esta fase da minha vida com sucesso,
devo muito a você, meu porto seguro.
AGRADECIMENTOS
Ao professor Maurício por todo o aprendizado e por ter me oferecido a oportunidade
de descobrir o que realmente gosto.
À Katya pelo teto, pela companhia, por compartilhar sua vida comigo e por me deixar
compartilhar a minha com ela; à Gigi, pelas gargalhadas, pelas madrugadas no lab
(esse vale para todos), pela grande demonstração de amizade no fim do mestrado,
pela companhia; a Léo, companheiro de horas e horas e horas de trabalho,
agradeço mesmo por ter me agüentado tanto tempo, obrigada pela calma e pelos
conselhos.
A vocês agradeço por ser uma família onde eu não tinha nenhuma.
À Joelma, minha aluna de graduação PDLVLQWHOLJHQWHSRUWHU³VDOYRPLQKDYLGD´
quando eu precisei (e muito). Muito obrigada pelos intestinos e pela companhia, pela
doçura e pela descontração.
À Virgínia e Ana Celly por terem aparecido na minha vida sem ser tarde demais pra
gente realmente se conhecer.
Aos meninos do lab: Ludo (apesar de tanta implicância), Rho (pelas gentilezas, na
maioria das vezes e pelas caronas), Beto (pelo carinho e altas horas de laboratório)
e Huguinho (pelo carinho).
Ao pessoal que está no laboratório e aos que não estão mais: Alexandre, Adeliana,
Danielle, Cley, Dayselene, Jan, Ibson, Leo (de Ana Celly), Gabi, Ju, Gil, Vitor, Kelma.
À melhor turma de mestrado, depois de tantas horas de leitura de artigos e provas
de BioMol.
Ao professor Elizeu pela calma e pela disponibilidade sempre que qualquer aluno,
não só eu, precisasse.
Ao professor Francisco Pepino por ter me cedido o Lab de moscas-das-frutas e pela
preocupação comigo e com o andamento do trabalho.
À professora Adriana Uchôa pela grande ajuda nos últimos experimentos.
Aos professores da banca de qualificação, Márcio Zikán e Fátima Ximenes, pelas
sugestões que só fizeram enriquecer este trabalho.
A Carlos Maia pelas fotos dos géis de atividade.
A Duda pelas cápsulas utilizadas nos bioensaios.
À professora Kátia Scortecci pela gentileza de ter disponibilizado o microscópio para
os últimos experimentos.
Aos professores e funcionários do Departamento de Bioquímica pela ajuda, direta ou
indireta, na realização deste trabalho.
Às agências de fomento: CAPES, CNPq e BNB.
"Quem tem um amigo, mesmo que um só, não importa onde se encontre,
jamais sofrerá de solidão; poderá morrer de saudades, mas não estará
só." (Amir Klink)
RESUMO
Plodia interpunctella (traça-indiana-da-farinha) é uma praga cosmopolita que ataca
não somente uma ampla gama de produtos armazenados, mas também outros
produtos alimentícios. Devido a sua importância econômica várias pesquisas têm
sido realizadas com o intuito de identificar um método capaz de controlar esta praga
sem danos ao ambiente. O estudo de inibidores de enzimas digestivas, lectinas e
proteínas que se ligam à quitina tem sido proposto como uma alternativa para
controlar o dano causado por estes insetos. Neste estudo alvos específicos para
inibidores de enzimas e proteínas ligantes à quitina foram identificados nas larvas
desta praga. Para isso, durante o desenvolvimento de larvas de P. interpunctella as
classes de enzimas digestivas alvos foram identificadas por ensaios de atividade in
vitro e SDS-PAGE, pH e temperatura ótimos avaliados para a indicação de possíveis
proteínas inibidoras para a principal classe de proteinase detectadas no intestino das
larvas. Outro alvo para proteínas deletérias foi indicado pela identificação da
membrana peritrófica por ensaios químicos de detecção de quitina e por microscopia
de luz. Durante o período de desenvolvimento as larvas de P. interpunctella,
alimentadas com uma dieta baseada em bagaço de cana, passaram por 5 ínstares e
pelo estágio pré-pupal. A maior atividade proteolítica (UA/intestino) foi detectada no
estágio pré-pupal, enquanto que a maior atividade proteolítica específica (UA/mg
proteína) foi observada no terceiro ínstar, utilizando azocaseína como substrato a pH
9,5 e a 50°C. A inibição das proteinases presentes no homogenato intestinal de
larvas de terceiro ínstar foi mais evidente quando inibidores de proteinases serínicas
(SBTI, TLCK e PMSF, com 96%, 89% e 20% de inibição, respectivamente) foram
utilizados nos ensaios. No estágio pré-pupal, a maior inibição observada foi com
SBTI (96%), TLCK (81 %) e TPCK (20%), indicando a predominância de atividade
enzimática de proteinases serínicas a pH 9,5 no intestino de Plodia interpunctella.
Por zimograma foi observada inibição de bandas de menor massa molecular por
TLCK e um atraso na corrida eletroforética dessas bandas causado por SBTI.
Quando avaliado o efeito in vivo de SBTI no desenvolvimento larval, não foi
observada mortalidade e nem efeito na massa das larvas sobreviventes.
Estabelecido o segundo alvo de atuação, baseado na ligação à quitina, bioensaios
usando a vicilina EvV foram realizados, onde um LD
50
de 0,23% e um WD
50
de
0,27% foram estabelecidos para esta proteína deletéria. O mecanismo de ação foi
verificado por ensaios de digestibilidade de EvV durante a passagem pelo trato
intestinal larval, sendo observado o envolvimento de um fragmento reativo,
observado por imunodetecção, no efeito deletério da vicilina. A ligação de EvV à
membrana peritrófica foi comprovada através de ensaios de imunohistoquímica.
Estes resultados apontam para uma vicilina ligante à quitina que pode vir a ser
utilizada como bioinseticida para Plodia interpunctella.
Palavras-chave: Plodia interpunctella, inibidores, membrana peritrófica, enzima.
ABSTRACT
Plodia interpunctella (Indian meal moth) is a cosmopolitan pest that attacks not only
a wide range of stored grain as well other food products. Due to its economic
importance several researches have focused in a method with ability to control this
pest with few or no damage to the environment. The study of digestive enzymes
inhibitors, lectins and chitin-binding proteins, has often been proposed as an
alternative to reduce insect damage. In this study we report the major classes of
digestive enzymes during larval growth in P. Interpunctella, being those proteinases
actives at pH 9.5 and optimum temperature of 50
o
C to both larvae of the 3
rd
instar
and pre-pupal stage of development. In vitro and zymogram assays presented the
effects of several inhibitors, such as SBTI, TLCK and PMSF to intestinal homogenate
of 3
rd
instar larvae of 62%, 92% and 87% of inhibition and In pre-pupal stage of 87%,
62 % and 55% of inhibition, respectively. Zymograms showed inhibition of two low
molecular masses protein bands by TLCK and that in presence of SBTI were
retarded. These results are indicative of predominance of digestive serine
proteinases in gut homogenate from Plodia interpunctella larvae. This serine
proteinase was then used as a target to evaluate the effect of SBTI on larvae in in
vivo assay. Effect of SBTI on mortality and larval mass was not observed at until 4%
of concentration (w/w) in diets. Chitin, another target to insecticidal proteins, was
observed by chemical method. Moreover, optic microscopy confirmed the presence
of a peritrophic membrane. Established this target, in vivo effect of EvV, a chitin
binding vicilin, evaluated during the larval development of P. interpunctella and was
obtained a LD
50
of 0,23% and WD
50
of 0,27% to this protein. Mechanism of action
was proposed through of the in vivo digestibility of EvV methodology. During the
passage through the larval digestive tract was observed that EvV was susceptible to
digestive enzymes and a reactive fragment, visualized by Western blotting, produced
by digestion was recovered after dissociation of the peritrophic membrane. The
bound of EvV to peritrophic membrane was confirmed by immunohystochemical
assays that showed strong immunofluorescent signal of EvV-FITC binding and
peritrophic membrane. These results are a indicative that vicilins could be utilized as
potential insecticide to Plodia interpunctella and a control methods using EvV as
bioinsecticide should be studied to reduce lost caused by storage insect pests.
Key words: Plodia interpunctella, inhibitors, peritrophic membrane, enzyme.
LISTA DE FIGURAS
Figura1. Larva de Plodia interpunctella .................................................................... 17
Figura 2. (VTXHPD GH PRQWDJHP GR ³VDQGXtFKH´ SDUD HOHWURWUDQVIHUrQFLD GH
proteínas de gel de poliacrilamida para membrana de nitrocelulose. ........................ 40
Figura 3. Detecção das atividades proteolíticas no homogenato intestinal durante o
desenvolvimento larval .............................................................................................. 45
Figura 4. Curva de pH para a detecção do pH ótimo para atividade das enzimas
proteolíticas presente no HI de larvas de terceiro e sexto ínstares de P.
interpunctella.... ......................................................................................................... 46
Figura 5. Curva de temperatura para a detecção da temperatura ótima de atividade
para enzimas proteolíticas presente no HI de larvas de terceiro e sexto ínstares de
P. interpunctella em pH 9,5.. ..................................................................................... 47
Figura 6. Efeito de inibidores específicos de classes mecanísticas de enzimas
proteolíticas sobre a atividade do homogenato intestinal de larvas de terceiro e sexto
ínstares de P. interpunctella ...................................................................................... 49
Figura 7. Zimograma do homogenato intestinal (HI) de larvas de P. interpunctella
utilizando azocaseína como substrato a pH 9,5 ........................................................ 50
Figura 8. Zimograma do homogenato intestinal (HI) de larvas de P. interpunctella
utilizando azocaseína como substrato a pH 9,5 ........................................................ 51
Figura 9. Efeito de SBTI adicionado à dieta durante o desenvolvimento larval de P.
interpunctella ............................................................................................................. 52
Figura 10. Efeito de SBTI sobre o número de ínstares de P. interpunctella ............. 53
Figura 11. Efeito de EvV adicionado à dieta durante o desenvolvimento larval de P.
interpunctella ............................................................................................................. 54
Figura 12. Efeito de EvV sobre o número de ínstares de P. interpunctella............... 55
Figura 13. Digestibilidade de EvV in vivo pelas larvas de P. interpunctella. ............. 56
Figura 14. Ensaio de afinidade in vivo de EvV pela Membrana peritrófica de larvas
de P. interpunctella visualizada por imunoblot .......................................................... 57
Figura 15. Fotomicrografia de fluorescência e óptica da membrana peritrófica de
larvas de P. interpunctella alimentados em dietas contendo EvV-FITC acrescida ou
não de N-acetil D-glicosamina. .................................................................................. 58
LISTA DE TABELAS
Tabela 1. Ordens e famílias de insetos que se alimentam de sementes .................. 13
Tabela 2. Classificação das Endopeptidases baseada nos aminoácidos do centro
ativo envolvidos na reação de catálise e a faixa de pH ótimo da reação enzimática
em que cada grupo de proteinase atua (STOREY & WAGNER, 1986)..................... 19
Tabela 3. Classificação das Exopeptidases .............................................................. 20
Tabela 4. Composição da dieta artificial de P. interpunctella .................................... 31
Tabela 5. Medida das cápsulas cefálicas durante o desenvolvimento larval de P.
interpunctella ............................................................................................................. 44
Tabela 6. Detecção de quitina em intestinos de larvas de P. interpunctella através de
teste de Von Wisseling .............................................................................................. 57
LISTA DE ABREVIATURAS/SIGLAS
DMSO ± Dimetilsulfóxido
EDTA ± ácido etilenodiaminotetracético
E-64 ± L-trans-epoxisuccinil-leucilamida (4-guanidino)-butano
EvV ± Vicilina de Erythrina velutina
FITC ± Fluoresceína-5-isotiocianato
kDa - quilodaltons
LD
50
± dose letal
HI ± Homogenato intestinal
NaCl ± Cloreto de Sódio
NaOH ± Hidróxido de Sódio
nm - nanômetros
PAGE ± eletroforese em gel de poliacrilamida
PMSF ± fenilmetilsulfonilfluoreto
SBTI ± inibidor de tripsina de soja
SDS ± dodecil sulfato de sódio
TEMED ± 111¶1¶-tetrametiletilenodiamino
TLCK ± N-p-tosil-lisina clorometilcetona
TPCK ± tosil-L-fenilalanina clorofenilcetona
Tris ± tris hidroximetil aminometano
UA/mg prot ± unidades de atividade por proteína
UA/int - unidades de atividade por intestino
WD
50
± quantidade de inibidor que reduz em 50% o peso das larvas
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 13
1.1 - Considerações gerais .................................................................................... 13
1.2 - Plodia interpunctella (Traça indiana da farinha) ............................................ 14
1.3 - Sistema digestório dos insetos ...................................................................... 17
1.4 - Enzimas proteolíticas de insetos ................................................................... 19
1.5 - Proteínas relacionadas à defesa de plantas contra pragas e patógenos ...... 22
1.5.1- Inibidores de proteinases ......................................................................... 22
1.5.2- Lecti nas .................................................................................................... 24
1.5.3 ± Vicilinas .................................................................................................. 25
2. OBJETIVOS .......................................................................................................... 28
3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................... 29
3.1. Materiais ......................................................................................................... 29
3.1.1 ± Insetos .................................................................................................... 29
3.1.2 ± Proteínas utilizadas nos bioensaios ....................................................... 29
3.1.3 ± Animais .................................................................................................. 29
3.1.4 ± Reagentes .............................................................................................. 29
3.1.5 ± Equipamentos ........................................................................................ 30
3.2 - Métodos ......................................................................................................... 31
3.2.1 - Criação de Plodia interpunctella .............................................................. 31
3.2.2 - Determinação do número de ínstares larvais .......................................... 31
3.2.3 - Dissecação das larvas ............................................................................ 32
3.2.4 ± Preparo de extratos intestinais de larvas ............................................... 32
3.2.5. ± Ensaios de atividade proteolítica de homogenato intestinal de larvas de
P. interpunctella.................................................................................................. 33
3.2.5.1 - Preparo de Solução de Azocaseína a 1,5% ..................................... 33
3.2.5.2 - Determinação da Atividade Azocaseinolítica .................................... 33
3.2.5.3 - Preparo de Solução de Hemoglobina a 1% ...................................... 33
3.2.5.4 - Determinação da Atividade Hemoglobinásica .................................. 34
3.2.6 ± Efeito do pH sobre a atividade azocaseinolítica do homogenato intestinal
de larvas de terceiro e sexto ínstares................................................................. 34
3.2.7 ± Efeito da temperatura sobre a atividade azocaseinolítica a pH 9,5 ........ 35
3.2.8 ± Determinação das classes mecanísticas das enzimas proteolíticas de
homogenato intestinal de larvas de terceiro e sexto ínstares ............................. 35
3.2.9 - Ensaio da Atividade em Gel de Poliacrilamida com SDS ........................ 35
3.2.10 - Detecção de quitina no intestino médio de larvas de P. interpunctella . 36
3.2.11 ± Efeito de SBTI e EvV sobre larvas de Plodia interpunctella em um
sistema de dieta artificial .................................................................................... 37
3.2.12 - Mecanismo de ação de vicilinas de Erythrina velutina .......................... 37
3.2.12.1. - Digestibilidade in vivo de EvV pelas larvas de P. interpunctella .... 37
3.2.13 ± Detecção de EvV-FITC em membrana peritrófica de larvas de P.
interpunctella ...................................................................................................... 41
3.2.13.1 - Conjugação covalente de EvV-FITC .............................................. 42
3.2.13.2 ± Localização fluorescente de EvV-FITC na membrana peritrófica de
larvas de P. interpunctella e ensaio de inibição de ligação com N-acetil D-
glicosamina ..................................................................................................... 42
3.2.14 - Análi ses estatísticas .............................................................................. 43
4. RESULTADOS ...................................................................................................... 44
4.1. Detecção e caracterização das classes mecanísticas das enzimas
proteolíticas alvos envolvidas nos processos digestórios durante o
desenvolvimento larval de P. interpunctella ........................................................... 44
4.1.1 - Determinação do número dos estágios larvais ....................................... 44
4.1.2 - Detecção das atividades proteolíticas no homogenato intestinal (HI)
durante o desenvolvimento larval ....................................................................... 44
4.1.3 - Determinação do pH ótimo das atividades proteolíticas presentes no
Homogenato intestinal (HI) de larvas de terceiro ínstar e pré-pupa ................... 46
4.1.4 - Determinação da temperatura ótima das atividades proteolíticas
presentes no HI de larvas de terceiro e sexto ínstares ...................................... 47
4.1.5 - Efeito de inibidores específicos de classes de enzimas proteolíticas sobre
a atividade do homogenato intestinal de larvas de terceiro ínstar e pré-pupa ... 48
4.1.6 - Caracterização por Zimograma das enzimas presentes no homogenato
intestinal de larvas do terceiro e sexto ínstar ..................................................... 48
4.2. Efeito do inibidor de tripsina de soja (SBTI) sobre as enzimas serínicas alvos
do HI de larvas de P. interpunctella ....................................................................... 51
4.3. Efeito da vicilina de E. velutina (EvV) sobre as larvas de P. interpunctella ..... 53
4.4. Modelo de ação de vicilinas de E. velutina para larvas de P. interpunctella ... 55
4.4.1 - Digestibilidade in vivo de vicilina de E. velutina pelas larvas de P.
interpunctella ...................................................................................................... 55
4.4.2 - Associação in vivo de EvV por constituintes de membrana peritrófica de
larvas de P. interpunctella .................................................................................. 56
4.4.2.1 - Detecção de quitina em membrana peritrófica de larvas de P.
interpunctella .................................................................................................. 56
4.4.2.2 ± Ensaio de afinidade, in vivo, de EvV à membrana peritrófica de
larvas de P. interpunctella .............................................................................. 56
4.4.2.3 - Detecção da associação EvV-FITC em membrana peritrófica de
larvas de P. interpunctella por fluorescência .................................................. 57
5. DISCUSSÃO ......................................................................................................... 60
6. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 68
7. REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 70
13
1. INTRODUÇÃO
1.1 - Considerações gerais
Um grande número de ordens da classe Insecta compreende espécies que
atacam sementes, sejam elas imaturas, maduras ou armazenadas. Os insetos que
se alimentam de sementes verdes são denominados sugadores e os que se
alimentam de sementes maduras são denominados mastigadores (PANIZI &
PARRA, 1991; XAVIER-FILHO, 1993) e compreendem famílias de várias ordens
(Tabela 01), dentre os quais destacam-se os bruquídeos (Coleoptera: Bruchidae) e
as traças (Lepidoptera: Pyralidae) que se especializaram na atividade predatória de
sementes maduras armazenadas (PANIZI & PARRA, 1991; XAVIER-FILHO, 1993).
Tabela 1. Ordens e famílias de insetos que se alimentam de sementes
Hábito alimentar
Ordem
Famílias
Mastigadores Coleoptera Anobiidae
Bruchidae
Cerambycidae
Curculionidae
Scolytidae
Bostrichidae
Tenebrionidae
Lepidoptera Incurvariidae
Noctuidae
Olethreutidae
Pyralidae
Tortricidae
Gelechiidae
Hymenoptera Agaonidae
Eurytomidae
Formicidae
Torymidae
Orthoptera Tettigoniidae
Diptera Agromyzidae
Cecidomyiidae
Tephritidae
Tabela adaptada de Xavier-Filho J., Sementes e suas defesas contra insetos, 1993.
14
A estrita associação dos insetos com sementes de plantas se deu através de
processos co-evolucionários (SALES et al., 2000). O desenvolvimento de respostas
como, por exemplo, a detoxificação ou a excreção da toxina presentes nas
sementes, os capacitava a utilizar a planta alvo através de um processo de
adaptação e contra-adaptação (ERLICH & RAVEN, 1964; CHRISPEELS et al., 1998;
MELO et al., 1999). Esses insetos resistentes rapidamente se tornam dominantes na
população, por usarem como fonte exclusiva de alimento aquela planta que, outrora,
lhes foi tóxica (HARBONE, 1982; HOWE & WESTLEY, 1988; CHRISPEELS et al.,
1998). Por exemplo Sitophilus sp. (Bruchidae) que infesta grãos de cereais, têm
níveis tão altos de D-amilase que é capaz de superar os inibidores daquela enzima
presentes nos grãos (GROSSI-DE-SÁ & CHRISPEELS, 1997).
As larvas de várias espécies de traças, como Plodia interpunctella, são
consideradas as principais predadoras de grãos armazenados, responsáveis por
grandes perdas, no período pós-colheita (GATEHOUSE et al., 1995; LE BERRE-
ANTON et al., 2000). Dentre os grãos atacados, os de leguminosas e cereais são
considerados produtos básicos na alimentação humana, sendo importantes fontes
de proteínas, carboidratos, vitaminas do complexo B e minerais (MALDONADO et
al., 1996; ISHIMOTO & CHRISPEELS, 1996).
1.2 - Plodia interpunctella (Traça indiana da farinha)
P. interpunctella (Figura 1) é considerada a principal praga de produtos
armazenados no mundo (REES, 2004; MOHANDASS et al., 2006). Os principais
alimentos consumidos pela larva deste inseto são sementes (NA & RYOO, 2000),
amendoim (MBATA, 1987), amêndoas (COX & BELL, 1991), nozes (JOHNSON et
al., 1992), e alimentos processados (SIMMONS & NELSON, 1975) como passas e
15
ameixas secas (JOHNSON et al., 1995; COX & BELL, 1991). A infestação por larvas
não causa, somente, danos ao produto como também pode servir de entrada para
fungos e bactérias.
Os ovos de P. interpunctella são pequenos, com excrescências arredondadas
e carenas proeminentes. O comportamento de oviposição é estimulado pelo odor do
alimento (PHILLIPS & STRAND, 1994) onde as fêmeas depositam entre 100 a 500
ovos isolados ou em grupos, sobre os produtos que ataca
(MULLEN & ARBOGAST,
1977, ARBOGAST & MULLEN, 1978).
Quando completamente desenvolvidas, as
larvas medem cerca de 13 mm de comprimento e possuem 3 pares de pernas
verdadeiras e 4 de pernas falsas nos 3º, 4º, 5º e 6º segmentos abdominais. São
muito ativas e à medida que se alimentam vão deixando uma fiação sedosa, à qual
vão se acumulando dejetos e partículas de grãos, acabando por formar uma manta
característica, que pode chegar a cobrir toda a superfície de contato com o alimento
(MOHANDASS et al., 2006). A diapausa geralmente acontece no 5º ínstar, depois
que o período de alimentação cessou, mas interferências ambientais podem fazer
com que este evento aconteça mais cedo no desenvolvimento. O inseto adulto é
uma mariposa de hábitos noturnos, com cerca de 18 a 20 mm de envergadura. O
ciclo de vida de P. interpunctella varia em função da temperatura e umidade relativa
do ar e também pelo tipo de alimento consumido durante o desenvolvimento larval.
O número de ínstares também é influenciado pelos mesmos fatores, variando entre
5 a 7 (ALLOTEY & GOSWAMI ,1990).
O controle de P. interpunctella é feito principalmente através de agentes
químicos, entretanto o inseto vem demonstrando resistência aos compostos
utilizados pelos produtores, como organofosfatos (ARTHUR & PHILLIPS, 2003). A
fumigação, uma forma de controle amplamente utilizada, é uma técnica empregada
16
para eliminar qualquer infestação de pragas nos grãos, mediante uso de gás. Outra
forma de controle se dá através da utilização da bactéria Bacillus thuringiensis
(CANDAS et al., 2003), bem como de Manejo Integrado de Pragas (MIP). O manejo
integrado de pragas consiste em conhecer e integrar todas as técnicas e medidas
disponíveis, para manter a qualidade do grão durante todo o período de
armazenamento. Para realizar o controle de pragas, é de extrema importância que
se faça o manejo adequado dos diversos fatores que podem influenciar na eficiência
do controle, dentre elas pode-se citar a identificação correta da praga; tipo de
unidade armazenadora; condições de aplicação de inseticida; eficiência de
inseticidas empregados; monitoramento das pragas e da sua resistência aos
inseticidas utilizados (MAIA & DOURADO, 2004). Estes fatores levam à adoção de
práticas mais eficazes no controle de pragas de armazenamento, menos agressivas
ao meio ambiente e não prejudiciais à saúde do produtor e do consumidor.
O sistema digestório dos insetos é a região interna de maior exposição deste
com o meio ambiente, dessa forma, estratégias que visem interferir na bioquímica e
fisiologia desta região, buscando a redução da absorção de nutrientes, seriam
eficientes no manejo de pragas. A bioprospecção de moléculas capazes de interferir
nos processos digestórios dos insetos, via inibição das enzimas digestórias e ou
utilizando moléculas capazes de romper ou ligar-se à membrana peritrófica, que
serve de proteção ao epitélio intestinal de insetos pode fornecer ferramentas para o
MIP. Uma outra abordagem empregada no manejo de pragas seria a produção de
plantas transgênicas que expressem proteínas bioativas (inibidores de enzimas e/ou
ligantes/degradadoras de membrana peritrófica) contra insetos pragas.
17
Reino: Animal
Filo: Artropoda
Classe: Insecta
Ordem: Lepidoptera
Família: Pyralidae
Subfamília: Phycitinae
Gênero: Plodia
Espécie: Plodia interpunctella
Figura1. Larva de Plodia interpunctella
1.3 - Sistema digestório dos insetos
O aparelho digestório é um tubo que percorre todo o corpo do inseto, desde a
boca até ânus. O canal alimentar é composto pelo estomodeu (intestino anterior),
mesêntero (intestino médio) e proctodeu (intestino posterior), onde o principal local
de absorção e digestão é o intestino médio (TERRA & FERREIRA, 1994). Em muitos
insetos o intestino médio contém uma membrana semipermeável não celular, a
matriz peritrófica (ou membrana peritrófica) que separa esta região em duas partes:
o espaço endoperitrófico e o espaço ectoperitrófico. Esta membrana isola o
conteúdo do lúmen do intestino das células digestivas epiteliais que revestem o
intestino médio formando, assim, uma estrutura protetora ao longo da região do
intestino (TELLAM, WIJFFELS, WILLADSEN, 1999). Esta membrana é
aparentemente ausente nos insetos pertencentes às seguintes ordens: Phthiraptera,
Psocoptera, Thysanoptera, Diploglossata, Zoraptera, Strepsiptera, Rhaphidioptera,
and Megaloptera (PETERS, 1992).
A membrana peritrófica desempenha diversas funções relacionadas à
digestão em insetos, tais como a facilitação do processo digestivo no intestino,
compartimentalização de eventos digestivos agindo como uma barreira permeável
para enzimas digestivas (TERRA 1990), bem como envolvimento na defesa do
inseto contra infecção por vírus e parasitas (TELLAM, WIJFFELS, WILLADSEN
1999), prevenção de danos ou obstrução das microvilosidades do intestino médio
18
pelo conteúdo do lúmen (BERNER; RUDIN & HECKER, 1983; SECUNDINO, EGER-
MANGRICH et al., 2005).
Dois tipos de membrana peritrófica foram definidos com base no local de sua
síntese (PETERS, 1992). O tipo 1 é sintetizado por todas as células epiteliais do
intestino médio e forma uma estrutura semelhante a uma ³bolsa´ que contém o
alimento ingerido. Tipicamente, a membrana do tipo 1 é produzida em resposta
direta à ingestão do alimento mas, também, pode ser constitutivamente produzida,
por exemplo em gafanhotos (BAINES, 1978; RAMOS; MAHOWALD &
JACOBSLORENA, 1994; LEHANE, 1997). O tipo 2 de membrana peritrófica é
constitutivamente produzido pela cardia, situada na região do intestino médio
anterior, sendo freqüentemente mais estruturada que o tipo 1 (LEHANE, 1997). As
proteínas que compõem a membrana são determinantes de sua estrutura e a
ligação destas proteínas à quitina desempenha um importante papel para a
formação da membrana (TELLAM, WIJFFELS, WILLADSEN 1999; GUO et al.,
2005).
A quitina é a estrutura formadora das microfibrilas da membrana peritrófica
(LEHANE, 1997). Este carboidrato é um polímero constituído por uma seqüência
linear de ß-(1Æ4) 2-acetoamido-2-deoxi-D-glicose (ou N-acetilglicosamina) e sua
síntese é ativada por tripsina e outras proteases serínicas na maioria dos insetos,
sugerindo que a enzima responsável pela síntese da quitina, a quitina-sintase, é
sintetizada como um zimogênio. Em insetos, a quitina-sintase é uma grande proteína
transmembrana com massa molecular de cerca de 170 kDa e ponto isoelétrico
levemente ácido. A formação da quitina pode ser dividida em três passos distintos,
onde no primeiro passo, as enzimas com domínio catalítico se aproximam do sítio
citoplasmático e forma o polímero, o segundo passo envolve a translocação do
19
polímero que está sendo formado através da membrana e sua liberação no espaço
extracelular e por fim no terceiro passo, o polímero forma microfibrilas cristalinas
(MERZENDORFER, 2006).
1.4 - Enzimas proteolíticas de insetos
As enzimas proteolíticas (proteases) estão divididas em duas classes
principais: endopeptidases e exopeptidases. As primeiras hidrolisam ligações
peptídicas internas, ao passo que as outras hidrolisam ligações N-terminais ou C-
terminais. As endopeptidases (ou proteinases) são classificadas de acordo com a
União Internacional de Bioquímica, em quatro grandes grupos, baseando-se em
comparação entre sítios ativos, mecanismos de ação e estrutura tridimensional
destas (Tabela 2).
Tabela 2. Classificação das Endopeptidases baseada nos aminoácidos do centro
ativo envolvidos na reação de catálise e a faixa de pH ótimo da reação enzimática
em que cada grupo de proteinase atua (STOREY & WAGNER, 1986).
Endopeptidases ou Proteinases
Serínica Cisteínica
Aspártica
Metaloproteinase
Centro
ativo
Serina e
Histidina
Cisteína
Asparagina e
Tirosina
Íon metálico
Faixa de
pH
7,0 ± 9,0 4,0 ± 7,0
Abaixo de 5,0
7,0 ± 9,0
Inibidores
TPCK, TLCK,
PMSF, SBTI
E-64,
Iodoacetamida
Compostos
diazo
EDTA,
Fenantrolina
As exopeptidases são classificadas em seis grupos, de acordo com sua
ação hidrolítica na extremidade amino ou carboxi terminal e o tamanho da cadeia
(Tabela 3) (STOREY & WAGNER, 1986).
20
Tabela 3. Classificação das Exopeptidases
Exopeptidases Atividades Alvo Local
Aminopeptidases Remoção Aminoácidos Porção N-terminal
Carboxipeptidases Remoção Aminoácidos Porção C-terminal
Dipeptil peptidases Remoção Dipeptídeos Porção N-terminal
Peptil dipeptidases Remoção Dipeptídeos Porção C-terminal
Dipeptidases Clivagem Dipeptídeos Porções N e C-terminais
Tripeptidases Clivagem Tripeptídeos Porções N e C--terminais
As proteinases serínicas compõem a classe mais comum das enzimas
proteolíticas em muitas espécies de insetos (APPLEBAUM, 1985; TERRA &
FERREIRA, 1994; TERRA & CRISTOFOLETTI, 1996) e dominam o ambiente
intestinal larval, contribuindo com aproximadamente 95% da atividade digestiva total
(SRINIVASAN; GIRI & GUPTA, 2006). Segundo Terra et al. (1996), enquanto as
tripsinas degradam ligações internas de cadeias polipeptídicas no lado carboxil dos
aminoácidos básicos (arginina e lisina), as quimotripsinas clivam os substratos no
lado carboxil dos aminoácidos hidrofóbicos (tirosina, triptofano, leucina e
fenilalanina). Essas enzimas são mais ativas em pH alcalino, não são ativadas por
íons cálcio, e são sensíveis a inibidores naturais de tripsina (VOLPICELLA et al.,
2006). Algumas quimotripsinas foram purificadas e caracterizadas de alguns insetos
da ordem Lepidoptera (CHRISTELLER et al., 1992). Estas quimotripsinas têm
atividade ótima em pH alcalino, em acordo com as condições alcalinas dos intestinos
médios da maioria dos insetos (MUHARSINI et al., 2001). Como em lepidópteros:
Lacanobia oleracea (GATEHOUSE et al., 1999), Ostrinia nubilalis (BERNARDI et al.,
1996); nos hemípteros: Nilaparvata lugens (FOISSAC et al., 2002); Creontiades
dilutus (COLEBATCH; EAST & COOPER, 2001); Lygus hesperus (ZENG; ZHU &
COHEN, 2002); em coleópteros: Tenebrio molitor, Pyrearinus termitilluminans e
Pheropsophus aequinoctialis (TERRA & CRISTOFOLETTI, 1996); Prostephanus
truncatus (VASQUEZ-ARISTA et al., 1999); Melolontha melolontha (WOLFGANG;
21
MÖHRLEN; SCHNETTER, 2002); e na ordem Diptera: Chrysomya bezziana
(MUHARSINI et al., 2001), Phlebotomus papatasi (RAMALHO-ORTIGÃO et al.,.
2003), Stoxomys calcitrans (MOFFAT; BLAKEMORE & LEHANE, 1995), Lucilia
cuprina (CASU et al., 1994), Anopheles gambiae (MULLER et al., 1993) e Ceratitis
capitata (SILVA et al., 2006).
Proteinases aspárticas são encontradas no intestino de insetos,
especialmente em bruquídeos, que se alimentam de grãos armazenados (SILVA,
2006) e em insetos hematófagos (TERRA & FERREIRA, 1994). Já proteinases
cisteínicas são comumente encontradas no intestino médio de Hemíptera,
Heteroptera e em coleópteras da família Bruchidae (TERRA & FERREIRA, 1994;
XAVIER-FILHO & COELHO, 1980; WIEMAN & NIELSEN, 1988).
Poucos trabalhos relatam atividade enzimática de exopeptidases em insetos.
Mittapalli et al. (2006) identificaram a presença de carboxipeptidases na saliva de
Sitodiplosis mosellana (Diptera: Cecidomyiidae). Esta enzima foi expressa em todas
as fases de desenvolvimento e detectada na glândula salivar e tecidos gordurosos,
mas não em tecidos do intestino médio. Todas as carboxipeptidases isoladas foram
caracterizadas pela presença de uma tríade catalítica conservada de Serina-
Asparagina-Histidina semelhante às proteinases serínicas (LEHFELDT et al., 2000;
MITTAPALLI et al 2006).
Detecção de carboxipeptidases no intestino de Lepidópteros tem sido
dificultada devido à falta de um sistema de ensaio sensível e específico (BOWN et
al., 1998). Apesar disso foi detectada esta atividade, usando substratos sintéticos,
em larvas de Helicoverpa armigera (Lepidoptera: Noctuidae). Extrato de intestino de
larvas de quarto ínstar deste inseto exibiu atividade in vitro contra o substrato
22
sintético, com atividade máxima a pH 8,0 (BOWN; WILKINSON & GATEHOUSE,
1998).
1.5 - Proteínas relacionadas à defesa de plantas contra pragas e patógenos
Mais de cem milhões de anos de coevolução permitiram às plantas adquirir
vários mecanismos efetivos que as protegem do ataque por fitopatógenos e
herbívoros. Dentre os mecanismos químicos destacam-se os baseados em
proteínas que mostram efeito tóxico ou antimetabólico. Entre estas proteínas
destacam-se os inibidores de enzimas digestivas, as lectinas, as proteínas ligantes à
quitina, enzimas relacionadas à patogênese, tais como as proteínas inativadoras de
ribossomos, quitinases, lipoxigenases, acilhidrolases (CARLINI & GROSSI-DE-SÁ,
2002; DUNAEVSKY, 2004). Dentre estas proteínas bioativas, os inibidores, lectinas
e mais recentemente as vicilinas ligantes à quitina têm sido muito analisadas em
ensaios in vitro e in vivo contra pragas/patógenos a fim de indicar estas moléculas
como potenciais biopraguicidas e/ou biofungicidas.
1.5.1- Inibidores de proteinases
Os inibidores protéicos reduzem a atividade de enzimas digestivas impedindo
a absorção de nutrientes. Estes são classificados de acordo com as enzimas que
inibem: inibidores de enzimas serínicas, cisteínicas, aspárticas e inibidores de
metaloproteinases (STOREY & WAGNER, 1986). Os inibidores de proteinases
serínicas são, em geral, proteínas pequenas, estáveis e abundantes, que mostram
especificidade à quimotripsina e/ou tripsina (BODE & HUBER, 2000). Inibidores
serínicos foram detectados e purificados em órgãos de reserva de plantas (por
exemplo, sementes e tubérculos) bem como em folhas e frutos (XAVIER±FILHO,
23
1992; ARAÚJO et al., 2004). Muitos destes inibidores se ligam a enzimas cognatas
de acordo com o mecanismo padrão comum tipo substrato (GRUTTER et al., 1990;
MELO et al., 2002). Estes inibidores demonstram várias funções putativas como
reguladores endógenos de atividades proteolíticas (RYAN, 1990), como proteínas de
armazenamento (XAVIER-FILHO, 1992) e como um fator importante em resposta a
estresses abióticos (FRANCO & MELO, 2000) e bióticos (GATEHOUSE et al., 1979).
O uso potencial de inibidores de proteinases para proteção de plantas contra pragas
é, porém, complicado pela habilidade dos insetos em driblar as defesas das plantas
(ZHU-SALZMAN et al., 2003).
Fitocistatinas são inibidores de proteinases cisteínicas isolados de sementes
de plantas. Estes inibidores têm sido identificados em uma grande variedade de
espécies de plantas, tais como milho, arroz, batata, soja e maçã (ABE et al., 1991,
1996; KONDO et al., 1990; BOTELLA et al., 1996; GRUDEN et al., 1997; RYAN;
LAING & MCMANUS, 1998).
Os insetos respondem in vivo aos inibidores de proteinases com uma
variedade de mecanismos compensatórios, incluindo a produção aumentada de
proteinases, produção de novas proteinases, ou a neutralização de inibidores por
meio de degradação proteolítica. Em vários casos, esta estratégia provou ter êxito,
como, por exemplo, para Helicoverpa spp. e outras pragas, como Leptinotarsa
decemlineata Say (BOLTER & JONGSMA, 1995), Spodoptera exigua (JONGSMA et
al., 1995), Heliothis zea (BROADWAY, 1995) e Helicoverpa armigera (BOWN;
WILKINSON & GATEHOUSE, 1997). Estas respostas adaptativas são um resultado
evolutivo da competição constante de insetos por fontes de alimento e a produção
de compostos de defesa em plantas (OPPERT & JOHNSON, 2004).
24
Embora inibidores de proteinases pareçam bloquear uma parte principal da
atividade proteolítica do intestino de Helicoverpa armigera, e cause retardo no
crescimento (JOHNSON et al., 1989; SRINIVASAN et al., 2005), nenhum inibidor foi
identificado que impeça as larvas de crescer e atingir a maturidade (HARSULKAR et
al., 1999; BOWN; WILKINSON & GATEHOUSE 1997; VOLPICELLA et al., 2006). A
baixa efetividade de inibidores de proteinases demonstrada em ensaios in vivo para
este inseto provavelmente está relacionada a uma adaptação de Helicoverpa spp. e
de vários outros insetos polífagos a inibidores de proteinases (VOLPICELLA, 2006).
1.5.2- Lectinas
Lectinas são uma classe de proteínas de origem não-imune que possuem,
pelo menos, um domínio não-catalítico que se liga especificamente e
reversivelmente a mono ou oligosacarídeos. O mecanismo de ação das lectinas em
insetos ainda é desconhecido.
As lectinas são amplamente distribuídas na natureza e várias destas
moléculas já foram isoladas em plantas, vírus, bactérias, invertebrados e
vertebrados, inclusive mamíferos (CARLINI & GROSSI-DE-SÁ, 2002). Várias
lectinas de plantas mostraram efeito entomotóxico quando foram utilizadas como
alimentos para insetos pertencentes às ordens Coleoptera, Homoptera e
Lepidoptera. Foi demonstrado que algumas lectinas se ligam à membrana das
células epiteliais intestinais ou à membrana peritrófica dos insetos, dependendo da
especificidade de ligação da proteína ao carboidrato (CHRISPEELS & RAIKHEL,
1991; PEUMANS & VAN DAMME, 1995).
25
1.5.3 ± Vicilinas
Um outro grupo de proteínas de defesa são as vicilinas, proteínas de natureza
globulínica presente, principalmente, em sementes de leguminosas. Essas vicilinas
apresentam uma propriedade peculiar de ligar-se à membrana peritrófica de insetos
(MOTA et al., 2003)
As vicilinas são proteínas de armazenamento da classe das globulinas 7S,
caracterizadas como oligômeros de 150-170 kDa, formadas por três a cinco
subunidades de 40 a 70 kDa e não possuem pontes dissulfeto (DERBYSHARE et
al., 1976; CASEY et al., 1986). As vicilinas purificadas de sementes de leguminosas
são altamente heterogêneas e consistem de muitos tipos de subunidades diferentes,
exibindo um alto grau de polimorfismo dentro de cada espécie (HIGGINS, 1984).
Estas incluem uma bem estudada classe de proteínas de armazenamento e podem
constituir até 70-80% da proteína total das sementes (BEWLEY & BLACK, 1994). As
vicilinas são, como outras proteínas de armazenamento, gradualmente degradadas
durante a germinação e o crescimento das plântulas. Estudos recentes indicaram
que as vicilinas desempenham um papel defensivo em sementes, como as vicilinas
de sementes de Vigna unguiculata resitentes a bruquídeos, que se ligam fortemente
à estruturas quitinosas presentes no intestino de larvas de Callosobruchus
maculatus (FIRMINO et a.l, 1996; SALES et al., 1996, 2001).
Recentemente, Rose et al. (2003) observaram que vicilinas de Vigna
unguiculata resistentes, com propriedades de ligação à quitina, se ligavam à N-
acetilglicosamina, glicosamina e triacetil-quitotriose, e que a associação de vicilinas
a organismos que contêm quitina e outros glicoconjugados, podia ser revertida
quando estes carboidratos eram colocados na dieta das larvas. Uchôa et al. (2006)
mostraram que vicilinas permaneciam intactas em diferentes órgãos internos de
26
larvas e adultos do gorgulho Calosobruchus maculatus, quando estes foram
alimentados com sementes de Vigna unguiculata resistente ao bruquídeo, o que
provocava os efeitos deletérios observados anteriormente por Macedo et al. (1993) e
Sales et al. (2001). Mota et al., (2003) mostraram que vicilinas de Vigna unguiculata
resistentes também foram eficazes contra larvas de Diatraea saccharalis, uma praga
da cana-de-açúcar.
Estas propriedades observadas em vicilinas oriundas de sementes resistentes
de Vigna unguiculata foram estendidas a outras vicilinas de sementes de
leguminosas selvagens por Moura et al. (2007). Estes autores purificaram vicilinas
de sementes de Enterolobium contortisiliquum, que apresentaram uma massa
molecular de 151 kDa, e observaram o efeito desta proteína como bioinseticida
contra Zabrotes subfasciatus e Callosobruchus maculatus e atividade antifúngica
contra Fusarium solani e Colletrichum lindemuntianum. A vicilina foi eficaz como
bioinseticida e foi mais resistente à degradação pelas enzimas digestivas de Z.
subfasciatus, bem como inibiu a germinação de F. solani, provavelmente devido à
ligação da quitina da parede do fungo.
Vicilinas e inibidores de enzimas digestórias são proteínas bioativas
importantes nos processos de defesa de muitas espécies de plantas. Essas
proteínas possuem atividades diversas sobre pragas e patógenos, ou inibindo
enzimas ou se associando à estruturas do epitélio e membranas peritróficas
presentes no intestino de vários insetos. Essas proteínas podem ser usadas como
aleloquímicos no controle de pragas importantes, seja como constituinte tóxico de
iscas ou nos programas de melhoramento de plantas cultivadas por meio de
técnicas de transgenia.
27
Neste estudo, o sistema digestório do Lepidoptera Plodia interpunctella (praga
de grãos armazenados) foi avaliado quanto a presença e classes mecanísticas de
enzimas proteolíticas e quanto a presença de membrana peritrófica (quitina). Estes
potenciais alvos foram usados para estabelecer estratégias de controle desta praga,
utilizando sementes artificiais contendo: (1) vicilinas de sementes de Erythrina
velutina (mulungu) e (2) Inibidor de tripsina de soja (SBTI), como modelos de
controle da população destes insetos.
28
2. OBJETIVOS
Objetivo geral:
² Investigar alvos para proteínas bioativas vegetais em ensaios in vitro e
in vivo em larvas de Plodia interpunctella.
Objetivos específicos:
² Detectar e caracterizar mecanisticamente as enzimas proteolíticas
digestórias durante o desenvolvimento larval de P. interpunctella;
² Avaliar o efeito, in vivo, de vicilina de sementes de E. velutina e SBTI
sobre o desenvolvimento larval de P. interpunctella;
² Identificar o mecanismo de ação da vicilina isolada (EvV) através de
ensaios de imunohistoquímica.
29
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1. Materiais
3.1.1 ± Insetos
As larvas de Plodia interpunctella (Figura 1) foram obtidas da criação mantida
no Laboratório de Moscas-das-frutas do Departamento de Biologia Celular e
Genética da UFRN.
3.1.2 ± Proteínas utilizadas nos bioensaios
Sementes Erythrina velutina (mulungu) foram adquiridas no IBAMA localizado
na cidade de Nísia Floresta (Rio Grande do Norte). Vicilina purificada foi cedida por
Leonardo Lima Pepino de Macêdo. SBTI (tipo Kunitz) foi adquirido comercialmente
(Sigma).
3.1.3 ± Animais
Foram utilizados coelhos da raça Nova Zelândia brancos para a produção de
anticorpos contra vicilina de mulungu.
3.1.4 ± Reagentes
$FULODPLGDH1¶1¶-metilenobisacrilamida (Amersham Biosciences);
Albumina sérica bovina (Sigma, USA);
Azocaseína e Hemoglobina (Sigma, USA);
Ácido tricloroacético (Sigma, USA);
Coomassie Brilliant Blue ± R250 (BioRad)
TEMED (Merck)
SDS - Dodecil sulfato de sódio (Reagen)
30
Inibidores (Sigma, USA)
Os demais reagentes foram de grau analítico e adquiridos comercialmente.
3.1.5 ± Equipamentos
Agitador magnético Tecnal TE-081
Balança analítica eletrônica Tecnal
Banho-maria Tecnal TE 56
Bomba Pump-1 Amersham Biosciences
Centrífuga Hitachi CR 21
Coletor de frações Radifrac Pharmacia Biotech
Especrofotômetro Ultrospec 2100
Microcentrífuga Eppendorf 5410
Lupa Olympus
Microscópio de fluorescência
Sistema de eletroforese vertical BioRad
Sistema de eletroforese vertical Amersham Biosciences
Sistema de transferência para Western blot BioRad
31
3.2 - Métodos
3.2.1 - Criação de Plodia interpunctella
A criação de P. interpunctella foi mantida no Laboratório de Moscas-das-frutas
do Departamento de Biologia Celular e Genética da Universidade Federal do Rio
Grande do Norte em um fotoperíodo de 12:12 horas, temperatura de ± 25 ºC e
umidade relativa de 60-70%. As larvas foram alimentadas com dieta artificial (Tabela
4), adicionada de bagaço de cana-de-açúcar a fim de se obter uma consistência
pastosa sendo submetida, em seguida, a um processo de desidratação,
permanecendo nesta até o período de pré-pupa em recipientes plásticos com
abertura superior. A abertura encoberta com tecido e lacrada com elásticos de
borracha. Após a emergência as mariposas foram alojadas em garrafas plásticas, de
onde os ovos foram retirados com o auxílio de uma tela e colocados em contato com
a dieta.
Tabela 4. Composição da dieta artificial de P. interpunctella
Componente
(g)
Farinha de trigo
380
Açúcar branco
360
Açúcar mascavo
120
Levedura
400
Benzoato de sódio
12
Água destilada
2276
HCl
36
3.2.2 - Determinação do número de ínstares larvais
O início da coleta de larvas para a construção da curva de ínstares se deu a
após 24 horas posteriores ao início da oviposição. As larvas foram coletadas a cada
24 horas e terminando no início do empupamento, com o auxílio de uma lupa e
pinças entomológicas e armazenadas em tubos de microcentrífuga contendo
solução fixadora (Solução de Pampel: 420 mL Água destilada; 440 mL álcool; 80 mL
32
Formaldeído a 5%; 60 mL Ácido acético). Após término da coleta, iniciou-se a
medição das cápsulas cefálicas das larvas fixadas usando o programa Image Tool
(3.0). Em seguida foi construída uma curva de ínstares e determinado o número e a
duração dos estágios larvais.
3.2.3 - Dissecação das larvas
As larvas de primeiro e segundo ínstares foram decapitadas e armazenadas
em tubos de microcentrífuga contendo 200 µL de solução salina. As larvas de
terceiro, quarto, quinto e sexto ínstares foram mergulhadas em solução salina,
dissecadas a frio, com o auxílio de uma lupa, e o trato intestinal das larvas
seccionado foi exposto utilizando pinças e transferido para tubos de microcentrífuga
contendo solução salina. Todos os materiais coletados foram mantidos a -20
°
C, até a
extração do homogenato intestinal e utilização nos ensaios de atividade enzimática.
3.2.4 ± Preparo de extratos intestinais de larvas
O homogenato intestinal foi preparado seguindo a metodologia estabelecida
por Terra et al. (1977), com algumas modificações. Os intestinos das larvas dos
insetos foram homogeneizados com auxílio de um pistilo em tubos de
microcentrífuga, em banho de gelo, por aproximadamente 10 minutos, usando-se
como extrator 800 µL de seus respectivos tampões. Em seguida, os homogenatos
foram centrifugados a 10000xg durante 15 minutos à temperatura de 4ºC. Os
sobrenadantes obtidos foram utilizados posteriormente nos ensaios de atividade
enzimática e inibitória.
33
3.2.5. ± Ensaios de atividade proteolítica de homogenato intestinal de
larvas de P. interpunctella
3.2.5.1 - Preparo de Solução de Azocaseína a 1,5%
Cerca de 1,5 g de azocaseína foi adicionada a 100 mL dos tampões Tris-HCl
0,05 M pH 7,5; Tris-HCl 0,05 M pH 9,5 e Acetato de Sódio 0,01 M pH 5,5. A mistura
foi aquecida por 10 min a 100 ºC. Após o resfriamento o volume foi ajustado com
água destilada e armazenado a -20°C até o momento de sua utilização.
3.2.5.2 - Determinação da Atividade Azocaseinolítica
A atividade azocaseinolítica foi detectada por incubação de 50 Pl de
homogenato intestinal com 450 Pl de tampão Tris-HCl 0,05 M pH 7,5; Tris-HCl 0,05
M pH 9,5 e Acetato de Sódio 0,01 M pH 5,5, respectivamente, e 500 Pl de solução
de azocaseína 1,5% por 30 min, a 37 °C. A reação foi paralisada com 150 Pl de
TCA 20%. Transcorridos 30 min, a suspensão foi centrifugada por 15 min, a 12000 x
g à temperatura ambiente. Alíquotas de 800 Pl do sobrenadante foram alcalinizadas
com 800 Pl de NaOH 2N. Todos os ensaios foram feitos em triplicata e provas em
branco foram realizadas. A atividade azocaseinolítica foi medida pela absorbância
dos peptídeos diazotizados produzida a 440 nm. Essa atividade foi considerada
como sendo uma unidade de atividade correspondente à quantidade de enzima que
produz uma absorbância de 0,01 D.O. a 440 nm em um volume de 1 ml nas
condições do ensaio.
3.2.5.3 - Preparo de Solução de Hemoglobina a 1%
Pesou-se 1g de hemoglobina, que foi dissolvida em 50 ml de HCl 0,06 N,
adicionando-se em seguida 40 ml de tampão acetato de sódio 0,1 M pH 3,5. O pH
34
da solução foi ajustado e o volume completado para 100 ml com o mesmo tampão.
Esta solução foi mantida em geladeira por um período máximo de uma semana.
3.2.5.4 - Determinação da Atividade Hemoglobinásica
A atividade hemoglobinásica foi determinada seguindo o método descrito por
Coelho (1980), com algumas modificações. Alíquotas de 100 Pl de homogenato
intestinal, 50 Pl de tampão Acetato de Sódio 0,2 M pH 3,5 e 500 Pl de hemoglobina
1% foram incubados por uma hora a 40°C. A reação foi parada com 100 Pl de
solução de TCA 40%, deixada em repouso por 30 min e, em seguida, centrifugada
por 15 minutos a 12000xg, à temperatura ambiente. Alíquotas de 500 Pl do
sobrenadante foram alcalinizadas com 500 Pl de NaOH 2N. O método de Folin
modificado por Lowry (1951) foi adotado para determinação dos peptídeos solúveis
em TCA. Todos os ensaios foram feitos em triplicata e provas em branco foram
realizadas A atividade hemoglobinásica foi definida como a quantidade de enzima
que produz uma leitura de 0,01 D.O. a 750 nm em um volume de reação de 650 Pl
nas condições do ensaio.
3.2.6 ± Efeito do pH sobre a atividade azocaseinolítica do homogenato
intestinal de larvas de terceiro e sexto ínstares.
O efeito do pH foi avaliado utilizando os seguintes tampões: Tampão Acetato
de Sódio 0,2 M pH 4,5; Tampão Acetato de Sódio 0,1 M cisteína 1 mM, EDTA 3 mM
pH 5,5; Tampão Acetato de Sódio 0,2 M pH 6,5; Tampão Tris-HCl pH 7,5 ± 11,5. As
soluções de azocaseína 1,5% foram preparadas de acordo com o pH utilizado no
ensaio. Os ensaios foram realizados de acordo como descrito anteriormente.
35
3.2.7 ± Efeito da temperatura sobre a atividade azocaseinolítica a pH 9,5
Os ensaios de atividade enzimática foram realizados de acordo com o
descrito anteriormente. As temperaturas de incubação utilizadas foram 5, 10, 20, 30,
40, 50, 60, 70, 80 e 90°C.
3.2.8 ± Determinação das classes mecanísticas das enzimas
proteolíticas de homogenato intestinal de larvas de terceiro e sexto ínstares
Inibidores de proteinases serínicas (SBTI 1 mM, PMSF 1 mM, TPCK 0,1 mM
e TLCK 0,1 mM), cisteínicas (E-64 0,01 mM e Iodoacetamida 0,1 mM) e
metaloproteinases (EDTA 0,01 M e 1,10-Fenantrolina 0,1 mM) foram utilizados para
determinação das classes mecanísticas das enzimas presentes nos homogenatos
intestinais de P. interpunctella. Para a avaliação da inibição para proteinases
serínicas o pH de ensaio foi 7,5. Os ensaios de inibição de atividade cisteínica foram
realizados em pH 5,5 e os inibidores de metaloproteinase foram ensaiados a pH 9,5.
No ensaio, 20 µL de homogenato de larvas de terceiro ínstar e 5µL de larvas
de sexto ínstar foram incubados juntamente com os inibidores na concentração
especificada. Enzima e inibidor permaneceram em contato durante 15 minutos a 37
ºC, logo após foram realizados os ensaios, seguindo a metodologia descrita acima.
3.2.9 - Ensaio da Atividade em Gel de Poliacrilamida com SDS
A metodologia desenvolvida por Laemmli (1970) foi utilizada para caracterizar
o perfil eletroforético das enzimas do homogenato intestinal de larvas de P.
interpunctella. Foram utilizadas placas de vidro com dimensões 8,3 x 10,1cm e 7,3 x
10,1cm, e espaçadores de 0,75 mm. O gel de separação foi preparado com 3,75 ml
de acrilamida-bisacrilamida 30%; 1,875 ml de tampão Tris-HCl 1,5M pH 8,8; água
36
destilada (1,762 ml), 75 Pl de SDS 10%; 3,5 Pl de TEMED concentrado e 37,5 Pl de
solução de persulfato de amônio 30%. O gel de concentração continha 0,267 ml de
acrilamida-bisacrilamida 30%; 501 Pl de tampão Tris-HCl 0,5 M pH 6,8; 1,2 ml de
água destilada; 20 Pl de SDS 10%; 2 Pl de TEMED concentrado e 10 Pl de persulfato
de amônio 30%. As amostras foram misturadas com Tampão de amostra (azul de
bromofenol 0,002%, SDS 2% e sacarose 10%). O tampão de corrida continha 0,025
M de trizma-base, 0,192 M de glicina, SDS 1,0%. Os zimogramas foram realizados
de acordo com García-Carreño & Haard (1993), onde a corrida eletroforética foi
processada a 5ºC, sob corrente constante de 30 mA, por aproximadamente 2 horas.
Após o marcador de corrida atingir o final do gel a eletroforese foi interrompida. O
gel de poliacrilamida foi submetido a uma lavagem com Triton x-100 a 2,5% por 30
minutos e três lavagens com água destilada por 2 minutos. Em seguida, o gel foi
imerso em 30 mL de uma solução de azocaseína 2,5 % dissolvida em Tris-HCl 0,05
M no pH apropriado incubado por 30 minutos a 4 ºC. Em seguida, foi incubado com
Tampão Tris-HCl 0,05 M no pH apropriado a 37 ºC. Após 30 minutos o gel foi
submetido a uma rápida lavagem com água destilada e, em seguida, ao coramento
com Coomassie Blue R-250 para visualização das bandas.
3.2.10 - Detecção de quitina no intestino médio de larvas de P.
interpunctella
O intestino de larvas foi perfurado, o conteúdo do lúmen foi aspirado e
reservado. O intestino foi então lavado para a remoção de conteúdos luminais
remanescentes. A presença de quitina foi verificada através do teste de von
Wisselingh (ROGER & PERKINS, 1968). Este teste qualitativo detecta quitosana
produzida após tratamento térmico do material contendo quitina, com NaOH
37
saturado por 15 min a 160°C. Resíduos foram lavados com diferentes concentrações
de álcool etílico: 10, 20, 30, 40, 80 e 95%. Após a reação, a presença de quitina foi
observada com solução de lugol e, em seguida, ácido sulfúrico a 1%. Controle
positivo foi feito utilizando quitina de lagosta e para o negativo foi utilizado celulose.
3.2.11 ± Efeito de SBTI e EvV sobre larvas de Plodia interpunctella em
um sistema de dieta artificial
SBTI e vicilina de E. velutina foram avaliadas separadamente quanto ao seu
efeito tóxico ou deletério sobre larvas de P. interpunctella em um sistema de dieta
artificial. A dieta com a adição das proteínas testadas neste bioensaio, somando um
peso de 800 mg, foi alojada no interior de cápsulas gelatinosas transparentes de
tamanho 0,3. Três larvas neonatas foram transferidas para o interior das cápsulas.
Os tratamentos consistiram de seis tubos contendo três cápsulas cada. As proteínas
foram adicionadas à dieta nas seguintes proporções 0,2; 0,5; 1; 2; 4 e 8% do peso
total da dieta para o bioensaio utilizando vicilina e de 0,2; 0,5; 1; 2 e 4% quando foi
utilizado SBTI. A WD
50
e a LD
50
dos inibidores foram mensurados por curva de
regressão.
3.2.12 - Mecanismo de ação de vicilinas de Erythrina velutina
3.2.12.1. - Digestibilidade in vivo de EvV pelas larvas de P. interpunctella
x Ensaio de digestibilidade in vivo de EvV pelas larvas
Aproximadamente 300 larvas em quinto ínstar de P. interpunctella foram
alimentadas com uma dieta composta de amido e açúcar acrescida de vicilina de E.
velutina em uma concentração de 0,5% em relação ao peso total da dieta. As larvas
foram mantidas durante 4 horas nesta dieta e, em seguida, removidas para uma
38
dieta sem vicilina. As fezes foram coletadas por peneiração e as proteínas presentes
foram extraídas utilizando Tampão Tris-HCl 0,05 M pH 7,5 através de centrifugações
consecutivas (12000 xg), por fim, o precipitado foi descartado. O sobrenadante foi
utilizado em SDS-PAGE e western blotting. As larvas utilizadas como controle foram
alimentadas unicamente com dieta composta por amido, açúcar e albumina sérica
bovina.
x Produção de anticorpos contra EvV
Um coelho de três meses de idade foi imobilizado e sangrado através de corte na
extremidade da orelha feito com bisturi cirúrgico, para obtenção do soro pré-imune.
Após a coleta de 5ml de sangue este material foi deixado em repouso por toda a
noite a 5°C. O soro foi separado do coágulo formado, centrifugado para clarificar e
reservado a -20°C.
Após a obtenção do soro pré-imune, amostras de EvV foram preparadas a
uma concentração de 1mg/mL em solução salina, NaCl 150 mM. Este material foi
emulsificado em adjuvante completo de Freund (ACF) na proporção 1:1 (solução de
EvV: adjuvante). Após 30 dias, novas aplicações de antígenos emulsificados em
adjuvante incompleto de Freund (AIF) foram realizadas regularmente. O protocolo
utilizado para imunização do coelho segue abaixo:
1° dia ± imunização subcutânea do antígeno + ACF (0,4 mL)
30° dia ± imunização subcutânea do antígeno + AIF (0,4 mL)
60° dia ± imunização subcutânea do antígeno + AIF (0,4 mL) + 1° sangria
90° dia ± imunização subcutânea do antígeno + AIF (0,4 mL) + 2° sangria
120° dia ± imunização subcutânea do antígeno + AIF (0,4 mL) + 3° sangria
39
A obtenção e estocagem do soro após imunização seguiram o mesmo procedimento
do soro pré-imune. Reforços foram aplicados semanalmente e antissoros obtidos
regularmente.
As amostras de soros obtidas foram passadas em uma coluna de proteína A-
Sepharose previamente equilibrada com tampão NaH
2
PO
4
0,02 M pH 8,0, 150 mM
NaCl. O material não adsorvido foi eluído com tampão de equilíbrio. A eluição de
IgGs adsorvidos na coluna foi realizada com tampão Na
2
HPO
4
50 mM, ácido cítrico
25 mM, pH 3,0. As IgG isoladas foram neutralizados com NaOH 0,1 M, dialisadas
contra água destilada e liofilizados. Soluções estoques de IgG foram preparadas em
PBS pH 7,5, BSA 2% na concentração de 10 mg/mL. Os anticorpos assim obtidos
foram utilizados para o western blotting. O título do anticorpo foi estabelecido pela
WpFQLFDGH³GRt-EORW´
x Detecção por imunoblot de vicilinas ou produtos da hidrólise de EvV
pelas larvas
2 PpWRGR GH ³LPXQREORWWLQJ´ UHSUHVHQWD XPD FRPELQDomR GDV WpFQLFDV GH
eletroforese e imunodetecção de proteínas, com o objetivo de visualizar a
especificidade de interação antígeno/anticorpo por meio de uma imunoreação
(TOWBIN et al., 1979).
Após a eletroforese em gel de poliacrilamida com SDS, os géis foram retirados
das placas e equilibrados em tampão de transferência (Tris 25 mM, glicina 192 mM,
metanol 20%, pH 8,0 v/v). Membranas de nitrocelulose e papéis de filtros Whatman
3 mm foram cortados no tamanho dos géis. As membranas foram também
equilibradas com tampão de transferência por 5 minutos. Em uma bandeja de vidro
IRLPRQWDGRXP³sanduíche´TXHWLQKDDVHJXLQWHRUGHPGHHPSLOKDPHQWRSULPHLUR
40
foi colocado o suporte plástico do aparelho de transferência, seguido de uma
esponja, três folhas de papel de filtro, o gel de eletroforese, a membrana de
nitrocelulose e por último, mais três folhas de papel de filtro, esponja e outro suporte
de plástico (Figura 2). Entre o gel e a membrana teve-se o cuidado de retirar bolhas
de ar que poderiam interferir na transferência das proteínas. 2 ³sanduíche´ IRL
comprimido pelos suportes plásticos que se conectavam, colocado em uma cuba de
eletrotransferência (célula comercial Transblot) e imerso em tampão de
transferência. A eletrotransferência foi feita por 90 minutos com uma corrente
constante GH  P$ D & $SyV WUDQVIHUrQFLD R ³sanduíche´ IRL GHVIHLWR H D
membrana, retirada cuidadosamente, foi corada com Vermelho de Ponceau 2%,
para se verificar a eficiência da transferência.
Figura 2. (VTXHPD GH PRQWDJHP GR ³VDQGXtFKH´ SDUD HOetrotransferência de proteínas de gel de
poliacrilamida para membrana de nitrocelulose.
A imunodetecção das proteínas seguiu o procedimento descrito por Towbin et
al., 1979:
Suporte plástico
Esponja
Papel Whatman
Gel
Nitrocelulose
Papel Whatman
Esponja
Suporte plástico
41
1. Bloqueio dos sítios não específicos na membrana com tampão bloqueador
(tampão fosfato 0,1 M, NaCI 0,15 M, leite desnatado 2%, pH 7,4) permanecendo
nesta solução por 1 hora;
2. Lavagem da membrana com tampão fosfato 0,1 M, NaCI 0,15 M, pH 7,4 por 6
vezes, cada lavagem com duração de 10 minutos;
3. Reação com o anticorpo primário. Os anticorpos anti-EvV foram utilizados na
titulação 1:2000. Todos os anticorpos foram diluídos em bloqueador, e as
membranas imersas nestas soluções por 1 hora;
4. Repetição do ítem 2;
5. Reação com o anticorpo secundário. HRP-anti-lgG de coelho foi diluído em
tampão bloqueador (1:5000) e a membrana imersa nesta solução por 1 hora;
6. Repetição do ítem 2;
7. Visualização da reação imunológica. As bandas protéicas imunoreativas para EvV
foram reveladas por uma reação com o cromógeno diaminobenzidina (DAB). As
membranas foram imersas em uma solução contendo 5mg de DAB dissolvidos em
4,9 mL de água destilada, 0,3 mL de imidazol 0,1M, 0,1mL de tampão Tris-HCl 2M
pH 7,5 e 5 mL de H
2
O
2
a 30% (4°C). As membranas ficaram imersas nesta solução
por 10 minutos ou até aparecerem bandas coradas em marrom.
8. Provas em branco com soro pré-imune foram incluídas.
3.2.13 ± Detecção de EvV-FITC em membrana peritrófica de larvas de P.
interpunctella
42
3.2.13.1 - Conjugação covalente de EvV-FITC
Para a conjugação da proteína com FITC, 200 mg de EvV foram dissolvidos
em tampão carbonato 0,5 M, pH 9,5, numa concentração final de 2 mg/mL. A
conjugação foi realizada de acordo com Johnston et al. (1973). Um mililitro da
solução de FITC (20 mg/mL em DMSO) foi adicionado à solução de vicilina em uma
proporção final de 0,1 mg FITC/ mg de EvV. A mistura foi armazenada em um frasco
escuro e agitada levemente por 1 hora à temperatura ambiente. O FITC não reativo
foi removido por precipitação da vicilina com sulfato de amônio 0-90% de saturação.
O precipitado foi dialisado exaustivamente contra água e liofilizado.
3.2.13.2 ± Localização fluorescente de EvV-FITC na membrana peritrófica de
larvas de P. interpunctella e ensaio de inibição de ligação com N-acetil D-
glicosamina
Para verificar a ligação de EvV em estruturas quitinosas de P. interpunctella, o
EvV-FITC foi adicionado à dieta dos insetos a uma concentração de 0,5% (m/m). As
larvas foram alimentadas com a dieta contendo vicilina marcada por 3 horas, e por
mais 3 horas em dieta sem vicilina. Após esse período as larvas foram dissecadas
para a separação das membranas peritróficas. As membranas peritróficas foram
submetidas a 10 lavagens em tampão tetraborato de sódio 50 mM pH 7,5; 5 minutos
cada; para a retirada de EvV-FITC livre remanescente. Para o ensaio de inibição da
ligação, a dieta contendo EvV-FITC foi complementada com 2,5% (m/m) de N-acetil
D-glicosamina. Os controles foram feitos utilizado BSA na mesma concentração de
EvV-FITC, controles contendo somente EvV não marcada, N-acetil D-glicosamina e
FITC também foram realizados.
43
3.2.14 - Análises estatísticas
Para as análises estatísticas foi utilizado o software STATISTICA 7.0. Este
programa foi empregado para a realização de teste ANOVA e teste de Tukey.
44
4. RESULTADOS
4.1. Detecção e caracterização das classes mecanísticas das enzimas
proteolíticas alvos envolvidas nos processos digestórios durante o
desenvolvimento larval de P. interpunctella
4.1.1 - Determinação do número dos estágios larvais
Para a determinação do número de estágios, as larvas foram coletadas a
partir da eclosão e armazenadas em tubos de microcentrífuga, contendo solução
fixadora. As larvas foram coletadas desde a fase neonata até o início da fase de
pupa. Em seguida, as cápsulas cefálicas foram medidas através do programa
ImageTool (Versão 3.0). Os resultados obtidos permitiram que se estabelece-se o
número de fases larvais (ínstares) que esse inseto-praga passa até atingir o estado
de pré-pupa (Tabela 5). Nas condições de temperatura de ± 25 ºC, umidade relativa
de 70% e fotoperíodo de 12:12 (L:E), as larvas de P. interpunctella apresentaram
cinco ínstares bem diferenciados.
Tabela 5. Medida das cápsulas cefálicas durante o desenvolvimento larval de P.
interpunctella
Número de ínstares
Média (mm)
1º
0,16 ±0,02
2º
0,25 ±0,05
3º
0,40 ±0,09
4º
0,59 ±0,03
5º
0,87 ± 0,03
6º (Pré-pupa)
0,87 ± 0,03
4.1.2 - Detecção das atividades proteolíticas no homogenato intestinal
(HI) durante o desenvolvimento larval
Estabelecido os ínstares larvais, as atividades proteolíticas presentes nos
homogenatos intestinais das larvas foram detectadas, utilizando os substratos
azocaseína e hemoglobina a diferentes pHs. As atividades enzimáticas detectadas
por intestino sobre azocaseína foi maior a pH 9,5, seguido pela atividade a pH 7,5,
sendo detectado atividade residual a pH 5,5. O pico de atividade por intestino a pH
7,5 foi observado nas larvas do quinto ínstar e a pH 9,5 nas larvas do pré-pupa
45
(Figura 3A). Essas atividades foram também mensuradas por proteína intestinal e foi
observado que a atividade específica a pH 7,5 foi baixa e o pico detectado nas
larvas do quarto ínstar. A atividade específica sobre azocaseína a pH 9,5 foi a mais
alta e detectada em larvas do terceiro ínstar (Figura 3B). Utilizando hemoglobina a
pH 3,5 pode ser observada a ocorrência de um pico de atividade ácida específica no
primeiro estágio larval, no entanto uma atividade residual foi detectada por intestino
durante o desenvolvimento larval.
.
Figura 3. Detecção das atividades proteolíticas no homogenato intestinal durante o desenvolvimento
larval. (A) Atividade proteolítica por intestino larval; (B) Atividade proteolítica específica por intestino
larval. Atividade azocaseinolítica a pH 5,5; (Ƈ), pH 7,5 (Ŷ), pH 9,5 (Ÿ); Atividade hemoglobinásica a
pH 3,5 (*).
A
B
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
123456
Ínstares
UA/int
0
100
200
300
400
500
600
700
800
123456
Ínstares
UA/mg prot
46
4.1.3 - Determinação do pH ótimo das atividades proteolíticas presentes
no Homogenato intestinal (HI) de larvas de terceiro ínstar e pré-pupa
As curvas de atividades enzimáticas das larvas de terceiro e sexto ínstares
foram semelhantes mostrando que as enzimas presentes nos homogenatos
intestinais foram ativas na faixa de pH básico e mostraram um pH ótimo a 9,5 e
atividade estável entre pHs 10 a 11,5 (Figuras 4A e 4B).
Figura 4. Curva de pH para a detecção do pH ótimo para atividade das enzimas proteolíticas
presente no HI de larvas de (A) terceiro e (B) sexto ínstares de P. interpunctella. Nos ensaios foram
utilizadas alíquotas de 50 µL de homogenato intestinal.
A
B
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12
pH
UA/int
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 1.5 3 4.5 6 7.5 9 10.5 12
pH
UA/mg prot
47
4.1.4 - Determinação da temperatura ótima das atividades proteolíticas
presentes no HI de larvas de terceiro e sexto ínstares
As enzimas presentes nos homogenatos intestinais de ambos os instares
foram ativas na faixa de temperatura 40 a 60
°
C, com temperatura ótima de 50
°
C
(Figuras 5A e 5B).
Figura 5. Curva de temperatura para a detecção da temperatura ótima de atividade para enzimas
proteolíticas presente no HI de larvas de (A) terceiro e (B) sexto ínstares de P. interpunctella em pH
9,5. Alíquotas de 50 µL de homogenato intestinal foram utilizadas nos ensaios.
0
50
100
150
200
250
300
350
0 20 40 60 80 100
Temperatura
UA/mg prot
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0 20 40 60 80 100
Temperatura
UA/int
A
B
48
4.1.5 - Efeito de inibidores específicos de classes de enzimas
proteolíticas sobre a atividade do homogenato intestinal de larvas de terceiro
ínstar e pré-pupa
Inibidores de diferentes classes de enzimas proteolíticas foram utilizados para
determinar as classes mecanísticas das enzimas presentes no homogenato
intestinal das larvas. Os ensaios revelaram que enzimas presentes nos
homogenatos intestinais foram fortemente inibidas a pH 9,5 por SBTI e TLCK e
moderadamente inibidas por Iodoacetamida, E-64, EDTA e fenantrolina em larvas do
terceiro e sexto ínstares. Esses resultados sugerem que larvas de P. interpunctella
utilizam preponderantemente enzimas serínicas do tipo tripsina para digerirem as
proteínas presentes em suas dietas. A contribuição, em menor escala, de enzimas
do tipo cisteínicas e metaloproeinases sugere que estas são também encontradas
nos homogenatos intestinais destas larvas (Figuras 6A e 6B).
4.1.6 - Caracterização por Zimograma das enzimas presentes no
homogenato intestinal de larvas do terceiro e sexto ínstar
Nos zimogramas dos homogenatos intestinais de larvas de ambos os
ínstares, utilizando azocaseína como substrato e inibidores de proteinases serínicas
(Figuras 7A e 7B) foram observados diferentes padrões de atividade enzimática em
número de bandas de atividades no gel. Larvas do terceiro ínstar apresentaram 2
grupos formado por duas bandas de atividade cada: um grupo de alta massa
molecular e outro na faixa de baixa massa molecular. As duas atividades de baixa
massa molecular foram totalmente inibidas por TLCK e apresentaram retardo nas
atividades quando inibidas por SBTI. As larvas de sexto ínstar apresentaram 3 faixas
de bandas de atividade, alta, média e baixa massas moleculares, contendo cada
faixa cerca de 3 a 4 bandas de atividades enzimáticas para azocaseína a pH 9,5.
Apenas TLCK inibiu 2 bandas de atividade enzimáticas no grupo de baixa massa
molecular e essas atividades foram também retardadas pelo SBTI. Nos zimogramas
onde os homogenatos foram incubados com inibidores de enzimas cisteínicas e
metaloproteinases, não foram observados desaparecimento e nem retardo das
bandas de atividades (Figura 8A e 8B).
49
Figura 6. Efeito de inibidores específicos de classes mecanísticas de enzimas proteolíticas sobre a
atividade do homogenato intestinal de larvas de terceiro e sexto ínstares de P. interpunctella. Nos
ensaios foram utilizadas alíquotas de 50 µL de homogenato intestinal, realizado a 37 °C, pH 9,5. (A)
Larvas do terceiro ínstar; (B) larvas do sexto ínstar. Proteinases serínicas: SBTI 1 mM (S), TPCK 0,1
mM (TP), TLCK 0,1 mM (TL) e PMSF 1 mM (PM); proteinases cisteínicas: E-64 0,01 mM (E) e
Iodoacetamida 0,1mM (IA); metaloproteinases: EDTA 0,01 M (ED) e Fenantrolina 0,1 mM (Fn).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
STPTLPMEDFnE IA
Inibidores
Inibição %
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
STPTLPMEDFnE IA
Inibidores
Inibição %
A
B
50
Figura 7. Zimograma do homogenato intestinal (HI) de larvas de P. interpunctella utilizando
azocaseína como substrato a pH 9,5. Homogenato intestinal pré-incubado com diferentes inibidores
de proteinases serínicas: SBTI, TPCK; TLCK e PMSF. (A) HI de larvas de terceiro ínstar; (B) HI de
larvas de sexto ínstar.
TPCK
PMSF
TLCK
HI
SBTI
SBTI
HI
TPCK
TLCK
PMSF
A
B
51
Figura 8. Zimograma do homogenato intestinal (HI) de larvas de P. interpunctella utilizando
azocaseína como substrato a pH 9,5. Homogenato intestinal pré-incubado com diferentes inibidores
de proteinases cisteínicas: IA (iodoacetamida);Metaloproteinases: Fn (Fenantrolina) e EDTA. (A) HI
de larvas de terceiro ínstar; (B) HI de larvas de sexto ínstar.
4.2. Efeito do inibidor de tripsina de soja (SBTI) sobre as enzimas serínicas
alvos do HI de larvas de P. interpunctella
Foi observado o efeito da incorporação de SBTI à dieta de P. interpunctella
sobre o desenvolvimento das larvas. Dois parâmetros foram avaliados, a quantidade
EDTA Fn
HI
IA
Fn
EDTA
IA
HI
A
B
52
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
SBTI (%)
S obrevivência (% )
de SBTI que reduzia o peso das larvas pela metade (WD
50
) e a quantidade que
reduzia a população das larvas pela metade (LD
50
). As curvas doses-efeitos de SBTI
indicaram que esta proteína de defesa não afetou a massa das larvas e nem o
número de indivíduos durante o desenvolvimento desta praga (Figura 9A e 9B).
Figura 9. Efeito de SBTI adicionado à dieta durante o desenvolvimento larval de P. interpunctella. (A)
Curva dose resposta para determinação do WD50; (B) Curva dose resposta para determinação do
LD50. Letras iguais representam que não houve diferença significativa entre as concentrações para o
Teste de Tukey, onde, p<0,05.
Quando analisado, após o bioensaio, o efeito de SBTI sobre os ínstares
larvais de P. interpunctella foi observada redução no desenvolvimento, onde
houveram larvas que se desenvolveram até o terceiro ínstar quando alimentadas
y = -0,4248x + 13,298
R
2
= 0,1072
0
5
10
15
20
25
01234
SBTI (%)
Peso (mg)
A
B
53
com dieta contendo 4% de SBTI, o que diferiu para as outras concentrações (Figura
10).
Figura 10. Efeito de SBTI sobre o número de ínstares de P. interpunctella. Controle ( ); 0,2%
( ); 0,5% ( ); 1% ( ); 2% ( ); 4% ( ).
4.3. Efeito da vicilina de E. velutina (EvV) sobre as larvas de P. interpunctella
EvV foi incorporado à dieta de P. interpunctella e observado seu efeito sobre
o desenvolvimento das larvas. Dois parâmetros foram avaliados, a quantidade de
EvV que reduzia o peso das larvas pela metade (WD
50
) e a quantidade que reduzia
a população das larvas pela metade (LD
50
). As curvas doses-efeitos de EvV
indicaram que esta proteína de defesa afetou a massa das larvas com WD
50
de
0,27% e o número de indivíduos com LD
50
de 0,23% durante o desenvolvimento
desta praga (Figura 11A e 11B).
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
543
Ínstares
Quantidade de larvas (%)
54
y = -32,677x + 19,171
R
2
= 0,9448
0
5
10
15
20
25
30
35
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
% EvV
peso/mg
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
% EvV
S obrevivência (% )
Figura 11. Efeito de EvV adicionado à dieta durante o desenvolvimento larval de P. interpunctella. (A)
Curva dose resposta para determinação do WD50; (B) Curva dose resposta para determinação do
LD50. Letras diferentes representam diferença significativa entre as concentrações para o Teste de
Tukey, onde, p<0,05.
Quando analisado o efeito de EvV em relação aos ínstares em que se
encontravam as larvas de P. interpunctella, após o bioensaio, observamos que
houve redução do número de ínstares, onde, as larvas alimentas com dieta
adicionada de 1% de EvV alcançaram maior desenvolvimento até o segundo ínstar
(Figura 12)
A
a
b
bc
B
a
b
bc
55
Figura 12. Efeito de EvV sobre o número de ínstares de P. interpunctella. Controle ( ); 0,2%
( ); 0,5% ( ); 1% ( ).
4.4. Modelo de ação de vicilinas de E. velutina para larvas de P. interpunctella
4.4.1 - Digestibilidade in vivo de vicilina de E. velutina pelas larvas de P.
interpunctella
O efeito da digestibilidade de EvV para larvas foi observado in vivo. As larvas
de quinto ínstar foram alimentadas com dieta adicionada de EvV (0,5%, p/p). Após o
ensaio as fezes de larvas alimentadas com vicilina foram coletadas e as proteínas
extraídas com tampão Tris-HCl 0,05 M pH 7,5. Essa amostra foi então submetida à
eletroforese e depois as proteínas foram transferidas para membrana de
nitrocelulose utilizando a técnica de imunoblot. Para detecção de vicilinas ou
fragmentos gerados da degradação de EvV (Figura 13 A), foram utilizados os
anticorpos anti-EvV. As bandas reativas, provenientes da degradação da vicilina
pelas enzimas proteolíticas intestinais das larvas de P. interpunctella, encontraram-
se na faixa de massa molecular de 116 a 66,2 kDa e de 35 a 25 kDa (Figura 13 B).
0
10
20
30
40
50
60
70
5432
Ínstares
Quantidade de larvas (%)
56
Figura 13. Digestibilidade de EvV in vivo pelas larvas de P. interpunctella. (A): Visualização por SDS-
PAGE, onde, M: Marcador de massa molecular (E-galactosidase 116.0 kDa; albumina sérica bovina
66.2 kDa; ovoalbumina 45.0 kDa; lactato desidrogenase 35.0 kDa; enzima de restrição Bsp98 25.0
kDa; E-lactoalbumina 18.4 kDa, lisozime 14.4kDa); A: Albumina sérica bovina; EvV: Vicilina de E.
velutina; Ad: Albumina digerida pelas enzimas digestivas de P. interpunctella; EFL: Extrato de fezes
de larvas de P. interpunctella; (B): Revelação por imunoblot, onde: EvV: Vicilina de E. velutina; EFL:
Extrato de fezes de larvas de P. interpunctella.
4.4.2 - Associação in vivo de EvV por constituintes de membrana
peritrófica de larvas de P. interpunctella
4.4.2.1 - Detecção de quitina em membrana peritrófica de larvas de P.
interpunctella
Utilizando o método químico qualitativo de von Wisselingh foi detectado a
presença de quitina em membranas peritróficas de larvas de P. interpunctella
(Tabela 6).
4.4.2.2 ± Ensaio de afinidade, in vivo, de EvV à membrana peritrófica de larvas
de P. interpunctella
Através de imunoblot foi visualizada a presença de um fragmento, com
aproximadamente 35 kDa, que se ligou à membrana peritrófica de larvas
alimentadas com EvV (Figura 14).
A B
M
A EvV
EFL
Ad
EvV
EFL
57
Tabela 6. Detecção de quitina em intestinos de larvas de P. interpunctella através de
teste de Von Wisseling
Material testado
Coloração
marrom
(lugol)
Coloração violeta
(H
2
SO
4
)
Intestinos de larvas +
+
Quitina +
+
Algodão ND
ND
(ND) não detectado; (+) detecção. Controle positivo: quitina de lagosta; Controle negativo: algodão.
C EvV EFL F
Figura 14. Ensaio de afinidade in vivo de EvV pela Membrana peritrófica de larvas de P.
interpunctella visualizada por imunoblot. Dieta controle sem EvV (C); Vicilina de E. velutina (EvV);
Extrato de fezes de larvas de P. interpunctella (EFL); Fragmento ligado à MP de larvas de P.
interpunctella (F).
4.4.2.3 - Detecção da associação EvV-FITC em membrana peritrófica de larvas
de P. interpunctella por fluorescência
Na figura 15 F foi observado fluorescência em toda extensão da membrana
peritrófica das larvas, indicando que houve interação da vicilina com a membrana.
Essa associação foi inibida com a adição de N-acetil D-glicosamina na dieta das
larvas alimentadas com EvV-FITC (painel H). Os resultados indicaram que quitina
58
F
H
(polímero de N-acetil-glicosamina) presente na membrana peritrófica podem ser os
possíveis sítios de interação.
Figura 15. Fotomicrografia de fluorescência e óptica da membrana peritrófica de larvas de P.
interpunctella alimentados em dietas contendo EvV-FITC acrescida ou não de N-acetil D-glicosamina.
Painel A: Microscopia óptica da membrana peritrófica de larvas alimentadas em dieta padrão sem
EvV.
Painel B: Microscopia de fluorescência da membrana peritrófica de larvas alimentadas em dieta
padrão sem EvV.
Painel C: Microscopia óptica da membrana peritrófica de larvas alimentadas em dieta padrão com
N-acetil D-glicosamina.
Painel D: Microscopia de fluorescência da membrana peritrófica de larvas alimentadas em dieta
padrão com N-acetil D-glicosamina.
F
D
G
E
C
A
B
H
59
Painel E: Microscopia óptica da membrana peritrófica de larvas alimentadas em dieta padrão com
FITC-EvV.
Painel F: Microscopia de fluorescência da membrana peritrófica de larvas alimentadas em dieta
padrão com FITC-EvV.
Painel G: Microscopia de óptica da membrana peritrófica de larvas alimentadas em dieta padrão
com FITC-EvV e N-acetil D-glicosamina.
Painel H: Microscopia de fluorescência da da membrana peritrófica de larvas alimentadas em dieta
padrão com FITC-EvV e N-acetil D-glicosamina.
60
5. DISCUSSÃO
O desenvolvimento de larvas de P. interpunctella alimentadas com diferentes
dietas pode ser influenciado por fatores físicos, químicos e biológicos do próprio
alimento. Por exemplo, larvas de P. interpunctella se desenvolvem mais rapidamente
em dietas verdes do que em dietas secas, além disso, o período de desenvolvimento
diminui significantemente de acordo com o aumento da temperatura (NA & RYOO,
2000). Em nosso estudo as larvas de P. interpunctella apresentaram cinco ínstares
durante o seu desenvolvimento quando alimentadas com uma dieta artificial
baseada em bagaço de cana seca. Este resultado está em acordo com os estudos
de Allotey e Goswami (1990) e Mohandass et al. (2006) que afirmaram que as larvas
de P. interpunctella, alimentadas com uma dieta padrão diferente, atingiram o
máximo desenvolvimento no quinto ínstar, o que também foi observado por Perez-
Mendoza e Aguilera-Peña (2004) quando larvas foram alimentadas com alho.
Estabelecidos os ínstares das larvas de P. interpunctella, alimentadas com a
dieta artificial, os homogenatos intestinais de cada estágio foram preparados e
atividades proteolíticas ácida e básica foram detectadas, durante todo o período de
desenvolvimento. O maior índice de atividade enzimática básica por intestino foi
detectado no estágio de pré-pupa, usando azocaseína como substrato a pH 9,5.
Entretanto um padrão diferente se revelou quando os resultados foram expressos
em atividade específica (UA/mg proteína), onde o maior índice de atividade
enzimática básica foi encontrado no terceiro ínstar. Segundo Alarcón et al. (2002) a
apresentação dos dados de atividade enzimática na forma de UA por mg proteína
pode não fazer sentido do ponto de vista fisiológico, porque as variações da
atividade específica são altamente influenciadas por variações da concentração de
outras proteínas solúveis sem atividade proteolítica, que estariam também presentes
61
durante o desenvolvimento larval. Ainda de acordo com o mesmo autor, uma forma
de evitar este efeito é a representação da atividade enzimática em relação a um
único indivíduo (UA/intestino). Neste estudo, pode-se observar a predominância de
atividade proteolítica a pHs básicos em ambas as formas de expressão das
atividades enzimáticas. Esta atividade enzimática foi fortemente inibida por SBTI e
TPCK, inibidores específicos de enzimas proteolíticas do tipo serínicas, indicando a
predominância desta atividade enzimática no trato digestório das larvas de P.
interpunctella. Atividade proteolítica básica do tipo serínica parece ser comum em
lepidóptera, onde atividades do tipo tripsina e quimotripsina são as maiores
detectadas nos homogenatos intestinais destes insetos (XAVIER-FILHO, 1993). No
gênero Plodia, como observado por Oppert et al. (1996) também a predominância de
atividade quimotripsínica, seguido de atividade tripsínica, foram detectadas em
extrato luminal de larvas infectadas com Bacillus thuringiensis.
Em Choristoneura occidentalis foi observada alta atividade tipo-tripsina (82%),
seguida por quimotripsina (75%) no fluido intestinal de larvas (VALAITIS;
AUGUSTIN; CLANCY,1999). Outros resultados se mostraram semelhantes quanto à
predominância de atividade tríptica no trato intestinal de larvas, como encontrado em
Spodoptera frugiperda (FERREIRA et al., 1994); Sesamia nonagrioides (ORTEGO;
NOVILLO; CASTANERA, 1996), Spodoptera littoralis (MARCHETTI et al., 1998),
Diatraea saccharalis (LOPES et al., 2006). Embora na maioria dos insetos da ordem
Lepidoptera, inclusive em P. interpunctella, ocorra a predominância de enzimas do
tipo serínicas, a presença de outras enzimas proteolíticas, como carboxipeptidades
foram reportadas (BOWN et al., 1998; ORTEGO; NOVILLO; CASTANERA, 1996;
CHRISTELLER et al., 1992). O pH ótimo de atividade enzimática durante o
desenvolvimento de larvas de P. interpunctella foi a pH 9,5 mantendo-se
62
praticamente constante até o pH 11,5. Segundo Applebaum (1985) o elevado pH
básico é uma característica de proteinases serínicas do tipo tripsina em Lepidoptera,
devido ao alto pH do intestino, em torno de pH 10 e 11. Um alto conteúdo de
arginina em tripsina de lepidópteros pode também contribuir para a sua estabilidade
em elevados valores de pH (PETERSON, FERNANDO, WELLS, 1995). As
atividades básicas a pH 9,5 presentes no homogenato intestinal de larvas de terceiro
ínstar e pré-pupa correspondem a duas bandas protéicas de baixa massa molecular
que são inibidas e desaparecem dos zimogramas contendo azocaseína. Essas
bandas de atividades desapareceram quando o homogenato foi pré-incubado com
TLCK e retardadas quando incubadas com SBTI. As inibições das atividades das
bandas protéicas com TLCK e SBTI provaram que duas enzimas serínicas do tipo
tripsina poderiam ser potenciais alvos para o uso desse tipo de inibidor no controle
dessa praga. Para comprovar a eficácia in vitro dos inibidores de tripsina, ensaios in
vivo foram montados em que SBTI foi adicionado à dieta das larvas e mostrado seu
efeito sobre o retardo do crescimento, a massa das larvas e sobre a mortalidade.
Diversos trabalhos relatam o efeito de SBTI quando adicionado à dieta de
diferentes pragas. Larvas de Spodoptera litura sofreram redução no crescimento do
primeiro ínstar, indicando que estas larvas são mais susceptíveis à ação de SBTI
quando neonatas (McMANUS & BURGESS, 1995). Sagili et al. (2005) observaram o
efeito do inibidor de tripsina de soja (SBTI) sobre abelhas alimentadas com pólen
adicionado do inibidor e concluíram que ocorre uma maior mortalidade a partir da
adição de 1% de SBTI à dieta. Em insetos da ordem Coleoptera também foi relatado
efeito de SBTI no desenvolvimento e mortalidade. Em larvas de Anthonomus grandis
SBTI causou uma redução de 64% no peso, bem como redução na sobrevivência.
Várias deformidades no corpo das larvas, de pupas e de insetos adultos foram
63
também observadas (FRANCO et al., 2003). Em nosso estudo, no entanto, não foi
detectado efeito da adição de SBTI à dieta na massa das larvas nem na mortalidade.
Isto pode ter acontecido devido à expressão de outras enzimas menos susceptíveis
à presença do inibidor, ou superexpressão de enzimas susceptíveis, fazendo com
que essa maior quantidade expressa supere a presença do inibidor na dieta, uma
característica dos insetos desta ordem (BROADWAY, 1994; PAULILLO et al., 2000).
A membrana peritrófica (composta por proteínas e quitina) que reveste
internamente o intestino de vários insetos vem sendo bastante estudada
recentemente como alvo para ação de proteínas bioinseticidas. Estas proteínas
agem, principalmente, através de ligação à quitina presente na membrana peritrófica
de muitos insetos. Em vista desta propriedade, estudos recentes propõem lectinas,
quitinases e vicilinas, como possíveis formas de defesa contra insetos que possuem
membrana peritrófica. O efeito deletério de lectinas, como a WGA (aglutinina de
gérmen de trigo), foi observado para larvas de Ostrinia nubilalis, e visualizada
através de ensaios imunohistoquímicos, a qual estava asssociada à membrana
peritrófica do inseto (HARPER, HOPKINS & CZAPLA, 1998). Bioensaios
empregados para a avaliação do efeito entomotóxico de lectinas purificadas de
sementes de Glycine max, Artocarpus heterophyllus, Triticum aestivum e Pisum
sativum foram feitos com larvas de Helicoverpa armigera e foi observado que uma
lectina ligante à quitina de Pisum sativum foi mais efetiva (GUPTA, BIRA & RANI,
2005). Larvas de Eoreuma loftini (inseto da ordem Lepidóptera) sofreram redução no
seu desenvolvimento causada pela adição de outra lectina ligante à quitina de
Galanthus nivalis à dieta (SETAMOU, MIRKOV & LEGASPI, 2003).
Vicilinas 7S são os componentes mais recentes desta família de proteínas de
defesa de plantas. A propriedade de ligação à quitina das vicilinas foi primeiramente
64
descrita por Sales et al., (1996) que mostraram os efeitos deletérios para C.
maculatus, observados in vivo, por Macedo et al. (1993). Esse efeito foi depois
associado à propriedade de ligação desta proteína à matrizes compostas por quitina
(FIRMINO et al., 1996; SALES et al., 2001, UCHÔA et al., 2006). Outros estudos
mostraram que vicilinas de Vigna unguiculata foram deletérias para lepidópteros
como o inseto adulto de Diatraea saccharalis (MOTA et al., 2003).
Este modelo de ação, utilizando proteínas ligantes à quitina, foi testado para
P. interpunctella, pois este inseto possui membrana peritrófica durante o estágio
larval. Este é o período de desenvolvimento do inseto de maior impacto para a
agricultura, onde a perda de grãos armazenados é mais acentuada. A membrana
peritrófica de P. interpunctella foi identificada pela microscopia de luz e pelo teste
químico de von Wisselingh que detectou a presença de quitina.
A EvV causou mortalidade a partir da adição de 0,5% quando adicionada à
dieta. Baixíssimos WD
50
de 0,27% e LD
50
de 0,23% foram calculados por meio das
curvas construídas para EvV versus diminuição da massa de larvas e versus
mortalidade. Trabalhos realizados utilizando vicilinas purificadas de sementes de
outras espécies de plantas mostraram padrão semelhante contra diferentes insetos.
Em trabalho realizado por Moura et al. (2007) foi verificado o efeito da ação de
vicilina purificada de sementes de Enterolobium contortisiliquum sobre
Callosobruchus maculatus e Zabrotes subfasciatus, no qual foi observado LD
50
1,11% e 0,43%, respectivamente. Valores bastante reduzidos de LD
50
, em
comparação ao presente estudo,
foram encontrados quando larvas de Helicoverpa
armigera foram alimentadas com lectinas de diferentes plantas, onde a mais
deletéria para o inseto foi a de Pisum sativum, obtendo um LD
50
de 0,0008%
(GUPTA, BIRA & RANI, 2005). O valor de LD
50
encontrado no bioensaio utilizando
65
larvas de P. interpunctella alimentadas com EvV foi menor do que o observado para
Anagasta kuehniela, quando lectina de sementes de Koelreuteria paniculata foi
adicionada à dieta, sendo para este inseto de 0,65% (MACEDO et al., 2003).
Trabalhos realizados indicam que esta mortalidade é provavelmente causada pela
ligação da proteína bioativa à quitina encontrada na membrana peritrófica das
larvas, comprometendo a passagem de moléculas através da mesma ou pela
indigestibilidade dessas proteínas (Sales et al., 1992; HIGGINS et al., 1998;
CZAPLA et al., 1990; MOURA et al., 2007).
Após a comprovação da ação inseticida de EvV sobre larvas de P.
interpunctella foram avaliados os modelos de ação dessa proteína. Primeiramente
um ensaio de digestibilidade in vivo foi realizado para mostrar se a proteína era
degradada, ou não, durante a passagem pelo trato digestório das larvas. Após
alimentação com dieta adicionada de EvV, fezes de larvas de quinto ínstar foram
coletadas. Por meio de técnicas de imunodetecção foi observado que houve
degradação da vicilina durante a passagem pelo trato intestinal das larvas. Este
resultado difere do observado para vicilina de E. contorsiliquum, quando avaliada a
digestão in vivo, onde não foi observada degradação por enzimas digestivas de C.
maculatus e Z. subfasciattus (MOURA et al., 2007). Entretanto, este resultado está
de acordo com o encontrado por Mota et al. (2003) onde vicilinas de Vigna
unguiculata foram degradadas quando em contato com as proteinases associadas à
membrana peritrófica de Diatraea saccharalis. A identificação de um fragmento
imunoreativo nos ensaios de imunodetecção indicou que esta banda resultante da
degradação da vicilina que se liga à membrana peritrófica, possivelmente estaria
envolvida na mortalidade das larvas de P. interpunctella. Este modelo de liberação
de fragmentos deletérios pode ser observado nos modelos de ação de Bacillus
66
thuringiensis , onde um fragmento liberado após ação das enzimas digestivas da
larva hospedeira, provoca a mortalidade do inseto contaminado com a bactéria
(Johnson, 1994). Segundo Wang e Granados (2001) a alta afinidade na ligação de
proteínas da membrana peritrófica às fibras de quitina desempenha um papel crucial
na formação da membrana sendo este um passo crítico que pode ser alvo em
potencial para bloquear a formação da membrana. Portanto, moléculas que
interfiram nesta ligação podem impedir a formação da membrana, resultando no
retardamento do desenvolvimento larval, mortalidade das larvas e susceptibilidade à
infecções (WANG & GRANADOS, 2000).
Após a verificação da ligação da vicilina de E. velutina à membrana peritrófica
de larvas de P. interpunctella, por imunobloting, foram realizados ensaios in vivo
para corroborar os resultados obtidos neste ensaio. Para isso, larvas foram
alimentados com dieta contendo EvV-FITC, sendo observada marcação na
membrana peritrófica isolada. Esta associação foi desfeita pela introdução na dieta
de N-acetilglicosamina, que é a unidade monossacarídica formadora da quitina.
Resultado semelhante foi encontrado por Eiseman et al. (1994) quando verificou a
ligação de diferentes lectinas de plantas à estruturas do intestino médio de Lucilia
cuprina. Este autor observou que lectinas com especificidade para N-
acetilglicosamina sofriam uma maior inibição de sua ação quando na presença deste
monossacarídeo. Firmino et al. (1996) observaram a ligação de vicilinas de Vigna
unguiculata à estruturas quitinosas de C. maculatus e Z. subfasciatus através de
western blotting. Sales et al. (2001) também observaram ligação de vicilinas de V.
unguiculata à estruturas quitinosas do sistema digestório de C. maculatus utilizando
ferramentas de imunohistoquímica.
67
Este trabalho é um dos primeiros a propor um mecanismo de ação efetivo
contra P. interpunctella baseado nas propriedades tóxicas de proteínas de origem
vegetal. Isto evidencia a grande potencialidade de proteínas antimetábolicas
encontradas em sementes de leguminosas de vários ecossistemas, tanto regionais
como nacionais, tornando-as candidatas a serem usadas como bioinseticidas, em
programas de manejo integrado de pragas ou mesmo nos programas de
melhoramento de plantas cultivadas.
68
6. CONCLUSÕES
- Duas possíveis proteinases serínicas alvo do tipo tripsina foram detectadas em
homogenato intestinal de P. interpunctella, durante o desenvolvimento larval;
- O uso de SBTI como bioinseticida não causou mortalidade e nem redução no peso
das larvas durante o desenvolvimento. Não sendo indicada para o controle
alternativo desta praga.
- Membrana peritrófica em larvas de P. interpunctella foi detectada por testes
químicos de detecção à quitina (componente principal da matriz) e por microscopia
óptica. Tornando um provável alvo para uso de proteínas inseticidas ligantes à
quitina.
- EvV, vicilina isolada por cromatografia de afinidade em uma coluna de quitina,
quando adicionada à dieta (m/m), provocou 50% de mortalidade e 50% na redução
do peso de larvas com uma na concentração de 0,23% (LD
50
) e 0,27% (WD
50
)
respecxtivamente;
- EvV é degradada pelas enzimas digestórias das larvas durante a passagem pelo
trato intestinal. Um fragmento imunoreativo, produto da digestão de EvV, foi liberado
da membrana peritrófica, indicando que o efeito deletério observado no bioensaio
pode ser causado por este fragmento protéico ligante à quitina ;
- A ligação da vicilina de E. velutina à membrana peritrófica de larvas de P.
interpunctella foi confirmada por imunoquímica e ligação de EvV-FITC indicando que
69
o sítio de acoplagem da proteína reside nesta estrutura. Desta forma, após ligação e
digestão de EvV um fragmento protéico exerce a ação bioinseticida desta proteína.
70
7. REFERÊNCIAS
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