Defesa bioquímica de plantas à insetos-praga - tecnologias utilizando-se inibidores de proteases para o controle de pragas agrícolas: identificação da eficiência de inibidores peptídicos de proteases, com potencial biopesticida, para o controle de lepidópteros

Abstract

Para controlar o conjunto de pragas lepidópteras, que atacam a produção agrícola brasileira, causando perdas significativas para o agronegócio, tem se usado diferentes métodos de controle, porém vem sendo observado o aumento da resistência dos insetos a alguns desses métodos. Neste contexto, o estudo das defesas bioquímicas das plantas aos ataques de insetos fitófagos tem ganhado importância ao longo das últimas décadas, para se entender os mecanismos envolvidos na defesa de plantas e suas biomoléculas inseticidas, como por exemplo os inibidores de proteases (IPs). Esses apresentam capacidade de prejudicar o desenvolvimento e/ou a sobrevivência dos insetos fitógafos e podem ser utilizados como ferramentas biotecnológicas. Atrelado a isso, estudos para compreender como a microbiota intestinal dos insetos está envolvida na capacidade desses organismos em contornar os efeitos de agentes xenobióticos, como os IPs, têm se mostrado fundamentais para avaliar novas estratégias de controle. O grupo de pesquisa Enzimologia, Bioquímica de Proteínas e Peptídeos (BIOAGRO- INCT-IPP/UFV) tem buscado estudar os mecanismos das defesas bioquímicas envolvidas nas interações inseto-planta a fim de desenvolver moléculas capazes de serem utilizadas no controle de pragas. Pequenos peptídeos foram patenteados e são objetos de análise no presente trabalho. GORE1 e GORE2 são os inibidores utilizados no presente estudo e foram desenhados a partir de substratos tripeptídicos de tripsina-like contra Anticarsia gemmatalis e avaliados através de estudos cinéticos in vitro e in vivo, docking e dinâmica molecular e ensaios biológicos. O presente estudo teve como objetivo avaliar a capacidade inibitória dos tripeptídeos GORE1 e GORE2 na atividade das tripsina-like presentes no intestino médio de três espécies de lagartas pragas em diferentes culturas, bem como a influência da microbiota intestinal na capacidade inibitória dos tripeptídeos. São elas: Anticarsia gemmatalis; Spodoptera frugiperda e Plutella xylostella. Análises in vitro e in vivo foram realizadas. Os tripeptídeos mostraram capacidade inibitória contra as proteases tripsina-like das três espécies avaliadas, bem como a microbiota não apresentou influência na eficiência inibitória dos peptídeos. Os resultados revelam que os peptídeos possuem capacidade inibitória contra as proteases tripsina-like de lagartas pragas aqui avaliadas e a microbiota não apresentou influência na sua eficiência inibitória. Os resultados obtidos indicam que os tripeptídeos podem ser candidatos à utilização no manejo de lagartas, por se apresentarem muito promissores. Essas pesquisas foram voltadas para a prospecção de biomoléculas, que tenham efeito inibitório nas atividades das proteases intestinais de insetos herbívoros, bem como no entendimento da fisiologia de resposta a estas moléculas, necessário para sua aplicabilidade como ferramenta no manejo de pragas para serem usadas como biopesticidas, evitando o uso de agroquímicos. Palavras-chave: Peptídeos; Microbiota intestinal; Lagartas; Enzimologia; Proteases.

To control the set of lepidopteran pests that attack Brazilian agricultural production, causing significant losses for agribusiness, various control methods have been used. However, an increase in insect resistance to some of these methods has been observed. In this context, the study of plants' biochemical defenses against phytophagous insect attacks has gained importance over the past decades to understand the mechanisms involved in plant defense and their insecticidal biomolecules, such as protease inhibitors (PIs). These inhibitors have the ability to harm the development and/or survival of phytophagous insects and can be used as biotechnological tools. Additionally, studies to understand how the intestinal microbiota of insects is involved in these organisms' ability to overcome the effects of xenobiotic agents, such as PIs, have proven fundamental for evaluating new control strategies. The research group Enzymology, Protein Biochemistry, and Peptides (BIOAGRO-INCT-IPP/UFV) has sought to study the mechanisms of biochemical defenses involved in insect-plant interactions in order to develop molecules that can be used for pest control. Small peptides have been patented and are the subject of analysis in this work. GORE1 and GORE2 are the inhibitors used in this study and were designed from trypsin-like tripeptide substrates against Anticarsia gemmatalis, evaluated through in vitro and in vivo kinetic studies, docking and molecular dynamics, and biological assays. The present study aimed to evaluate the inhibitory capacity of the tripeptides GORE1 and GORE2 on the activity of trypsin-like proteases present in the midgut of three pest caterpillar species in different crops, as well as the influence of the intestinal microbiota on the inhibitory capacity of the tripeptides. These species are: Anticarsia gemmatalis, Spodoptera frugiperda, and Plutella xylostella. In vitro and in vivo analyses were performed. The tripeptides showed inhibitory capacity against the trypsin-like proteases of the three evaluated species, and the microbiota did not influence the inhibitory efficiency of the peptides. The results reveal that the peptides have inhibitory capacity against the trypsin-like proteases of the pest caterpillars evaluated here, and the microbiota did not affect their inhibitory efficiency. The results obtained indicate that the tripeptides may be candidates for use in caterpillar management, as they appear very promising. These studies have focused on the prospecting of biomolecules with inhibitory effects on the activities of intestinal proteases of herbivorous insects, as well as understanding the physiology of response to these molecules, necessary for their applicability as tools in pest management to be used as biopesticides, avoiding the use of agrochemicals Keywords: Peptides; Intestinal microbiota; Caterpillars; Enzymology; Proteases.