No rastro da lagarta

Pesquisadores identificam proteínas usadas por vírus para infectar praga de lavouras de soja

RODRIGO DE OLIVEIRA ANDRADE | Edição Online 13:11 13 de março de 2014

© EMBRAPA/SZEWCZYK ET AL., 2006

A lagarta Anticarsia gemmatalis se alimentando e causando danos à plantação de soja

Quase dez anos após o sequenciamento do genoma de um vírus que causa doenças em insetos, um grupo de pesquisadores identificou as proteínas produzidas por esse microrganismo, o Anticarsia gemmatalis múltiplo nucleopoliedrovírus (AgMNPV), em suas duas formas — ou fenótipos — assumidas durante o ciclo viral. A identificação dessas proteínas pode ajudar a complementar o entendimento que os pesquisadores tinham do vírus, pois revela quais dos seus genes estão realmente ativos. Além disso, entender os mecanismos pelos quais essas proteínas interagem com o organismo dos insetos infectados poderá auxiliar pesquisadores a desenvolver novas estratégias para o controle biológico da principal praga das culturas de soja no Brasil, a lagarta-da-soja, cujo nome científico, Anticarsia gemmatalis, é usado para denominar o vírus.

A capacidade de formar dois tipos de estruturas é rara e típica dessa família de vírus, os baculovírus. A primeira estrutura é responsável por manter o vírus no ambiente tempo suficiente para que seja ingerido pela lagarta. A partir daí, ele se desloca para o intestino do inseto e, dentro das células dessa região, produz a segunda forma capaz de infectar todos os tecidos do bicho. Essas características o tornam mais eficaz que outros vírus no ataque à lagarta-da-soja, de modo que, há anos, o AgMNPV tem sido usado em lavouras como um agente de controle biológico específico contra ela.
Por meio de diferentes tecnologias de espectrometria de massa, disponíveis no Laboratório Nacional de Biociências (LNBio), em Campinas, São Paulo, o grupo, que inclui pesquisadores do Instituto de Ciências Biomédicas da Universidade de São Paulo (USP), do Departamento de Biologia Celular da Universidade de Brasília e do Laboratório de Virologia de Insetos da Universidade da Flórida, nos Estados Unidos, pôde identificar proteínas já conhecidas e também outras 13 proteínas inéditas, todas produzidas pelo vírus nas duas estruturas.

Cada proteína tem um papel específico, auxiliando o AgMNPV em cada etapa do processo de infecção. Segundo a bióloga Carla Torres Braconi, autora principal do estudo, cujos resultados foram publicados na edição de janeiro da revista Journal of General Virology, algumas das proteínas identificadas interferem na resposta celular da lagarta diante da infecção. Outras estão ligadas ao processo de metamorfose do inseto. “Essas proteínas forçam a lagarta a continuar no estágio de alimentação, impedindo-a de formar casulo e se transformar em borboleta”, conta. “Com isso, a lagarta acaba se expondo mais a predadores, como pássaros e insetos maiores”, explica Carla, que foi bolsista de doutorado da FAPESP sob orientação do virologista Paolo Zanotto, da USP.

© EMBRAPA/SZEWCZYK ET AL., 2006

Foto de microscopia eletrônica ilustrando o poliedro que protege o vírus no meio ambiente com vários fenótipos oclusos – responsáveis por mantê-lo no ambiente – em seu interior.

Algumas proteínas desempenham um papel ainda mais estratégico. As chamadas antiapoptóticas anulam o mecanismo de morte programada das células infectadas. “Ao penetrar o organismo da lagarta, o baculovírus se instala nas células, que automaticamente acionam esse mecanismo de autodestruição”, explica a pesquisadora. “Mas o vírus carrega proteínas que desativam esse sistema.” A partir de então, ele pode se replicar livremente, completando seu ciclo viral. Essa infecção chega a tal ponto que qualquer atrito externo sobre a lagarta— como o impacto das gotas da chuva, por exemplo — é capaz de romper sua cutícula, a armadura que a envolve. A hospedeira, então, morre e o vírus volta a ser liberado no ar, onde permanece até ser ingerido por outra lagarta, repetindo o ciclo.

Por muito tempo a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (Embrapa) usou esse baculovírus contra a lagarta-da-soja. Nas safras de 2003-2004, seu programa de controle biológico atingiu cerca de 2 milhões de hectares de plantações, representando uma economia de mais de R$ 20 milhões, graças à substituição dos pesticidas químicos pelo vírus. Sua utilização como controle biológico começou a cair a partir de 2007, quando perdeu eficácia.

Segundo Carla, na última safra (2012-2013), uma nova espécie de lagarta foi identificada nos campos brasileiros de soja, milho e feijão: a lagarta-comilona (Helicoverpa armigera). Acontece que o baculovírus é eficaz apenas contra a lagarta-da-soja. Resultado: os agricultores brasileiros usaram três vezes mais agrotóxicos do que antes do controle biológico, já que em alguns casos, além da lagarta-comilona, algumas lavouras foram infestadas por até três espécies diferentes ao mesmo tempo. Ainda assim, os prejuízos dos produtores de soja em Mato Grosso com a lagarta-comilona chegaram a R$ 1 bilhão.

O grupo, também responsável pelo sequenciamento do genoma do vírus, em 2006, agora pretende tentar entender os mecanismos que fazem com que a lagarta-da-soja seja vulnerável ao vírus enquanto outras espécies não são. “Sabendo quais proteínas são usadas pelo baculovírus para infectar a lagarta-da-soja é possível desenharmos as vias que essas proteínas usam para interagir com as células do hospedeiro”, explica Carla. Com isso, os pesquisadores pretendem verificar quais vias poderiam ser alteradas nessas novas espécies, de modo a facilitar a infecção pelo baculovírus.

Projeto

Estudo das proteínas estruturais do Nucleopoliedrovírus Anticarsia gemmatalis (AgMNPV-2D) em linhagens de células de inseto distintas e comparação da GP64 em variantes geográficos (09/16740-8); Modalidade Bolsa no Brasil – Doutorado Direto; Pesquisador responsável Paolo Marinho de Andrade Zanotto (ICB-USP; Bolsista Carla Torres Braconi; Investimento R$ 118.592,76 (FAPESP).

Artigo científico

BRACONI C. T. et al. Proteomic analyses of baculovirus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus budded and occluded virus. Journal of General Virology. 21 jan 2014.

Soja transgênica apresenta alterações nutricionais e bioquímicas

18/02/2014

Por Karina Toledo
Agência FAPESP – Ao comparar a variedade de soja transgênica mais cultivada no Brasil com um equivalente natural, pesquisadores do Instituto de Química da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) observaram que as sementes geneticamente modificadas apresentam teores mais elevados e mais biodisponíveis dos micronutrientes cobre e ferro.

As análises também indicaram diferença na concentração de proteínas e nos níveis de enzimas antioxidantes, como catalase, superóxido dismutase, ascorbato peroxidase e glutationa redutase. Os resultados foram apresentados em dezembro, na sede da FAPESP, durante o Workshop on Interdisciplinary Plant Science.

Pesquisa feita na Unicamp comparou a variedade geneticamente modificada mais produzida no Brasil com um equivalente natural e encontrou maior teor de ferro, cobre e cobalto (foto: Wikimedia)

 

URL: agencia.fapesp.br/18644

“Os dados sugerem que a transgenia induz na planta um estado de estresse oxidativo. Ela então passa a produzir mais enzimas antioxidantes na tentativa de encontrar um novo equilíbrio e isso parece acelerar todo o seu metabolismo”, contou Marco Aurelio Zezzi Arruda, professor do Instituto de Química da Unicamp, coordenador do estudo apoiado pela FAPESP e pesquisador do projeto temático "Estresse oxidativo induzido por metais: novas abordagens", coordenado por Ricardo Antunes de Azevedo, da Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz (Esalq), da Universidade de São Paulo (USP).
Zezzi ressalta que os impactos dessas alterações para o ambiente e para a saúde de quem se alimenta da soja transgênica não foram objeto da pesquisa e ainda precisam ser mais bem estudados. Mas, no que se refere ao desenvolvimento da planta, o estresse oxidativo e a cascata de efeitos bioquímicos que ele desencadeia parecem ser benéficos.
“A soja transgênica tem uma taxa de suce
sso mais alta na germinação, desenvolve maior teor de matéria orgânica e cresce mais rapidamente. A planta responde de forma mais exacerbada a qualquer estímulo externo que é dado, como elevação na temperatura ou na quantidade de água. Se há alguma resposta negativa também aumentada, ainda não sabemos”, afirmou Zezzi.
Os pesquisadores compararam sementes do cultivar natural MSOY 7501 com a variedade geneticamente modificada MSOY 7575 RR, conhecida como Roundup Ready (RR) e desenvolvida pela Monsanto em meados dos anos 1980.

Essa variedade transgênica foi liberada para o cultivo pela primeira vez nos Estados Unidos, em 1994. No Brasil, a liberação ocorreu em 2003 e, atualmente, ela corresponde a mais de 90% dos grãos produzidos no país.

A modificação genética envolvida no presente estudo teve o objetivo de tornar a planta resistente a herbicidas à base de glifosato – os mais vendidos em todo o mundo por serem de fácil manejo e oferecerem vantagens econômicas ao produtor. Para isso, foi inserido no DNA original o gene cp4EPSPS, extraído de uma agrobactéria.
Na soja natural, o glifosato bloqueia a produção da enzima EPSPS e, com isso, bloqueia toda a produção de aminoácidos aromáticos, como a fenilalanina, a tirosina e o triptofano – essenciais à sobrevivência da planta. Por meio da transgenia, a soja passa a produzir uma enzima ligeiramente modificada sobre a qual o glifosato não tem efeito.
“De alguma forma que ainda precisa ser esclarecida, a inserção do gene altera mecanismos bioquímicos secundários relacionados à produção de aminoácidos aromáticos e isso induz uma maior produção de espécies reativas de oxigênio, como radical superóxido, peróxido de hidrogênio, radical hidroxila e oxigênio singlete. Quando há excesso dessas substâncias, ocorre o que chamamos de estresse oxidativo. A planta então passa a produzir em maior quantidade enzimas antioxidantes”, explicou Zezzi.
As análises por espectrofotometria (que permitem identificar substâncias pela absorção ou transmissão de luz) mostraram que nas sementes transgênicas os níveis de enzimas antioxidantes chegaram a ser até 35% maior em comparação à variedade natural. Ao analisar as folhas da planta transgênica, a diferença chegou a 70%.

Também no caso da análise proteômica – cujo objetivo é identificar todo o conjunto de proteínas da planta – a diferença foi bem maior nas folhas após o cultivo do que nas sementes.
Ao todo, o grupo identificou dezenas de proteínas diferentes nas sementes ou folhas das duas variedades de soja. Com auxílio de um software específico, os cientistas buscaram as chamadas “proteínas diferenciais”, cuja abundância diferia em pelo menos 90% para mais ou para menos de uma variedade para outra.
“Ao comparar as sementes, encontramos apenas quatro proteínas diferenciais. Depois que cultivamos essas sementes e analisamos as folhas, o número saltou para 77. O estresse oxidativo também foi maior nas folhas após o cultivo do que nas sementes. Agora, pretendemos estudar as próximas gerações da planta para ver se essa escalada de alterações bioquímicas continua crescendo e, em algum momento, torna-se prejudicial à planta ou se ela se interrompe”, disse Zezzi.

De acordo com o pesquisador, parte das proteínas diferenciais encontradas na folhas está relacionada ao fotossistema II – um dos complexos proteicos envolvidos no processo de fotossíntese.
“A atividade das reações envolvidas no fotossistema II, assim como tudo na planta transgênica, parece estar aumentada. A maneira de captar a luz solar está alterada, mas ainda não temos dados suficientes para concluir se isso é bom ou ruim”, contou Zezzi.
O metabolismo acelerado também faz com que a planta capte maior quantidade de nutrientes do solo. As análises nutricionais indicaram que as sementes transgênicas tinham 39% mais cobalto, 40% mais cobre e 20% mais ferro do que as sementes naturais. A variedade natural ganhou apenas no nível de estrôncio, 34% maior que o da transgênica.

“Simulamos em laboratório, com auxílio de reagentes químicos, um processo de digestão gástrica e outro de digestão intestinal e verificamos que esses micronutrientes estão mais biodisponíveis na soja transgênica. Na variedade natural esses metais costumam estar ligados a diferentes compostos, o que torna sua absorção mais difícil”, explicou Zezzi.

De acordo com o pesquisador, todas as análises foram feitas com plantas cultivadas nas mesmas condições de solo, temperatura e irrigação. “Não posso afirmar que todas as diferenças verificadas sejam resultado da transgenia, mas acredito que boa parte delas é”, avaliou Zezzi.

Os resultados obtidos nas análises enzimáticas e proteômicas foram divulgados em artigo publicado na revista Analytical and Bioanalytical Chemistry e em artigos publicados no Journal of Proteomics em 2010 e em 2013.

Os resultados relativos à concentração de metais nas sementes foram divulgados em artigos na revista Metallomics e no Journal of Analytical Atomic Spectrometry.

O projeto “Estudos metalômicos aplicados a espécies geneticamente modificadas de soja [Glycine max (L.) Merrill] e Arabidopsis thaliana” teve início em abril de 2013 e segue até março de 2015.