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Um fungo para salvar as plantas?

Parte do intestino de Caenorhabditis elegans ao microscópio, enriquecido com malpininas.

O fungo do solo “Mortierella alpina” tem potencial para tornar a agricultura mais verde e sustentável: o fungo produz moléculas bioativas chamadas malpininas, que poderiam proteger as plantas de vermes destrutivos. Uma equipa de investigação de Jena conseguiu agora compreender e descrever o seu modo de ação pela primeira vez. O estudo foi publicado no “Journal of the American Chemical Society” (JACS).

A história começa debaixo dos nossos pés: os solos não são apenas um habitat complexo, mas também um campo de batalha onde pequenos nemátodos lutam contra fungos e raízes de plantas. A agricultura, em particular, sofre com isso. Devido à preocupação com as perdas de colheitas, os vermes são convencionalmente controlados com pesticidas químicos. No entanto, estes são cada vez mais criticados por potencialmente danificarem o solo e a água. Tendo em vista o futuro, devem ser encontradas alternativas para uma agricultura sustentável.

Ao contrário de nós, humanos, o fungo do solo Mortierella Alpina há muito conhece um truque natural contra os nematóides: produz moléculas especiais que dificultam a vida de seus predadores. Esses produtos naturais tensoativos são chamados de malpininas e atuam como detergentes naturais. “Estudos anteriores já haviam demonstrado que o fungo pode combater nematóides, mas o mecanismo molecular de ação ainda era desconhecido. Queríamos elucidar isso“, diz a primeira autora, Dra. Hannah Büttner, do Instituto Leibniz de Pesquisa de Produtos Naturais e Biologia de Infecções – Instituto Hans Knöll (Leibniz-HKI).

A Mortierella alpina, encontrada principalmente em solos de regiões temperadas e frias, pode ser uma chave para uma agricultura sustentável. “Se descobrirmos exatamente como a Mortierella atua contra os nematóides, talvez possamos usar esse fungo especificamente como agente de controle biológico contra patógenos de plantas.”, diz Büttner, que acaba de concluir com sucesso sua tese de doutorado.

Malpininas atrapalham a digestão dos vermes

Para o estudo, os cientistas investigaram o efeito das malpininas em nematóides modelo. Para rastrear os produtos naturais vivos nos nematóides, eles usaram técnicas de imagem como microscopia de fluorescência e espectroscopia Raman em cooperação com Constanze Schultz do vizinho Instituto Leibniz de Tecnologia Fotônica. “Pudemos observar como as malpininas se acumulam especificamente no trato digestivo dos vermes“, explica Büttner.”No entanto, os nematóides não morreram imediatamente, mas pararam de se alimentar. Em última análise, isso levou a um controle lento, mas eficaz, dos vermes.

A estrutura química das malpininas é particularmente notável e torna possível, em primeiro lugar, o seu efeito destruidor de vermes. Um componente especial é crucial aqui: o incomum aminoácido desidrobutirina.

A desidrobutirina tem uma ligação dupla reativa e pode, portanto, reagir com moléculas essenciais para o funcionamento do intestino do nematóide“, explica o coautor Johannes Raßbach, do Instituto de Farmácia da Universidade Friedrich Schiller Jena. Essas reações poderiam, por exemplo, interromper processos enzimáticos importantes no trato digestivo das pragas ou prejudicar a estrutura da membrana. Experimentos mostraram que variantes de malpininas em qual o aminoácido foi substituído por uma estrutura menos reativa perdeu completamente o seu efeito “.Isto indica que precisamente esta estrutura é essencial para a atividade biológica. Sem ele, o composto é ineficaz“, diz Raßbach.

Os investigadores suspeitam que a sua estrutura única permite que as malpininas penetrem nos corpos dos nemátodos e tenham aí um efeito direccionado.

Uma alternativa ecológica aos pesticidas químicos?

As conclusões do estudo podem contribuir para uma agricultura sustentável. Os pesticidas químicos sempre apresentam certos riscos ambientais e de saúde. Alternativas naturais como as malpininas, por outro lado, poderiam ser soluções amigas do ambiente, especialmente porque os fungos Mortierella estão frequentemente associados a solos saudáveis. “A Mortierella é utilizada há muito tempo em biotecnologia, por exemplo, para a produção de alimentos para bebés. No entanto, para podermos utilizá-lo de forma segura e eficaz na agricultura, primeiro precisamos de investigar mais o fungo.“, enfatiza Raßbach.

O estudo foi realizado como parte do Centro de Pesquisa Colaborativa “ChemBioSys” e do Cluster de Excelência “Balance of the Microverse” da Universidade Friedrich Schiller Jena. O Cluster de Excelência investiga como as comunidades microbianas em diferentes habitats interagem entre si e com o seu ambiente. O projeto de investigação interdisciplinar visa compreender os princípios fundamentais do equilíbrio microbiano, a fim de aplicá-los na medicina, agricultura, ciências ambientais e biotecnologia e desenvolver soluções sustentáveis ​​para desafios globais, como as alterações climáticas, a escassez de alimentos e os problemas de saúde.

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