Browsing by Author "Frias, Jorge Miguel Vieira de"
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- Development of novel insecticidal nanoformulations for plant protectionPublication . Frias, Jorge Miguel Vieira de; Simões, Nelson José de Oliveira; Reis, Rui Luís Gonçalves dosDurante vários anos, as pragas foram responsáveis por perdas nos produtos hortícolas, o que, consequentemente, teve um impacto significativo na oferta e qualidade dos alimentos e na evolução da sociedade humana. Embora os recentes avanços na ciência e na tecnologia tenham reduzido consideravelmente a incidência e a severidade causadas por pragas, uma grande parte da produção real ainda é perdida todos os anos. Por esta razão, a proteção das culturas agrícolas exige o controle de vários insetos praga de forma segura, eficaz e de baixo custo. Esse desafio pode ser uma oportunidade para os agentes de controle biológico uma vez que são alternativas mais seguras do que os pesticidas químicos usados atualmente. Desta forma, o objetivo desta tese foi produzir e formular moléculas biológicas conhecidas como fatores de virulência do nematode entomopatogénico da espécie Steinernema carpocapsae, para avaliar seu potencial uso como novos bioinseticidas contra insetos-praga. Esta investigação iniciou-se com a clonagem e a expressão heteróloga de duas proteínas putativas tóxicas do nematode, conduzidas em Escherichia coli, sendo estas um domínio proteico, designado de péptido ScK1 e a proteína Sc-CAP. A primeira referida assemelha-se aos bloqueadores de canais de potássio das anémonas do mar e a segunda faz parte de uma extensa família de proteínas que recebe o nome de CAP (Proteínas secretoras ricas em cisteína, antígeno 5 e proteínas 1 relacionadas à patogénese). Devido à complexidade dessas proteínas ricas em cisteína, só foi possível a produção bem-sucedida das recombinantes em fusão com a proteína chaperone designada por isomerase de ligação dissulfeto (DsbC). A estrutura secundária do péptido ScK1 que apresentou um tamanho molecular de 5.7-kDa, cujo a purificação indicou ser redox-sensível, exibiu um espectro de dicroísmo circular far-UV consistente com uma estrutura secundária alfa-helicoidal. A desnaturação térmica do péptido ScK1 permitiu estimar uma temperatura de desnaturação de 59,2 ± 0,1 ºC. A análise de interação proteína-proteína in silico revelou uma forte afinidade para com os canais de potássio dos insetos. Os resultados dos ensaios de toxicidade usando Drosophila melanogaster como modelo mostraram que a injeção deste péptido é letal contra insetos de forma dose-dependente, com uma dose letal média (LD50) de 52,29 ng por adulto. A administração oral da proteína de fusão reduziu significativamente a atividade locomotora dos insetos tratados após 48 horas do ensaio. A estrutura terciária predita da proteína Sc-CAP revelou uma conformação de alfa-beta-alfa com grande homologia com proteínas de outros nematodes parasitas de vertebrados, conhecidos por terem capacidade de ligação a esteróis. A versão recombinante apresentou um tamanho molecular estimado de 50 kDa e apesar da proteína não apresentar toxicidade por injeção ou administração oral, os experimentos de interação revelaram uma forte capacidade de ligação de esteróis. A análise de interação ligandoproteína mostrou uma alta afinidade do colesterol e do palmitato para diferentes motivos de ligação da proteína com uma energia de ligação de -6,3 e -4,5 kcal/mol, respetivamente. Estes resultados foram confirmados pelo ensaio in vitro, onde a proteína recombinante apresentou, de forma dose-dependente, grande afinidade de ligação ao colesterol. A Nanoencapsulação destas duas proteínas toxicas foi conseguida através da preparação de nanopartículas de quitosano pelo método de gelificação iónica. A caracterização geral das nanopartículas revelou um tamanho nanométrico para as formulações NanoScK e NanoCAP, com um tamanho médio de 182,0 e 676,9 nm, respetivamente, e uma liberação rápida inicial seguida por um perfil de liberação mais lento para ambas as formulações. Estas nanoformulações permitiram a libertação destas proteínas em insetos. Além disso, foi notável a acumulação dessas moléculas em diferentes tecidos do inseto, nomeadamente, no sistema digestivo e no sistema nervoso. A formulação NanoScK causou efeitos imediatos em insetos, induzindo uma evidente redução da atividade locomotora, paralisia e mortalidade, ao contrário do NanoCAP, onde se observou baixa mortalidade. Por fim, foram avaliados os efeitos dessas formulações sobre a progenia do inseto. NanoScK desencadeou uma redução significativa no número de ovos depositados por insetos tratados, enquanto o NanoCAP causou uma redução significativa na taxa de emergência de adultos. Os resultados desta tese conferem um estatuto de prova de conceito em relação ao uso de proteínas do secretado do nematode para o desenvolvimento de novas formulações inseticidas. Esta nova classe de biomoléculas pode dar origem à próxima geração de inseticidas biológicos visto que são específicos para as pragas alvo, biodegradáveis, não tóxicos, amigos do ambiente e de baixo custo de produção.