Saccharopolyspora spinosa

Saccharopolyspora spinosa é uma bactéria do solo popularmente conhecida por ser a fonte original de espinosinas, metabólitos secundários amplamente utilizados na agricultura como bioinseticidas.

Embora não tenha um nome comum amplamente difundido fora da literatura científica, produtos derivados de S. spinosa são frequentemente rotulados como "espinosina" ou "espinosade".

Taxonomia

• Domínio: Bacteria

• Filo: Actinobacteria

• Classe: Actinomycetia

• Ordem: Pseudonocardiales

• Família: Pseudonocardiaceae

• Gênero: Saccharopolyspora

• Espécie: Saccharopolyspora spinosa

Etiologia

Saccharopolyspora spinosa foi inicialmente isolada em amostras de solo coletadas nas Ilhas das Antilhas em 1982.

Sua descoberta marcou a microbiologia aplicada, pois revelou uma nova classe de compostos bioativos: as espinosinas.

Desde então, estudos demonstraram que espécies do gênero Saccharopolyspora são amplamente distribuídas em solos tropicais e subtropicais, especialmente em ambientes ricos em matéria orgânica.

Esses microrganismos desempenham papéis importantes na ciclagem de nutrientes e na supressão natural de patógenos.

As espinosinas produzidas por S. spinosa são metabólitos secundários com propriedades inseticidas. O mecanismo de ação desses compostos é altamente específico para insetos, o que os torna úteis no controle de pragas agrícolas sem causar danos significativos a organismos não-alvo.

As principais características do modo de ação incluem:

• Interação com canais de cálcio dependentes de glutamato: as espinosinas ligam-se a canais de cálcio dependentes de glutamato presentes no sistema nervoso central de insetos. Essa interação causa um aumento descontrolado da liberação de neurotransmissores, levando à hiperativação dos neurônios. Como resultado, os insetos-alvo experimentam tremores (convulsões) seguidos de paralisia e morte.

• Seletividade para insetos: os canais de cálcio dependentes de glutamato são exclusivos de artrópodes, o que explica a baixa toxicidade das espinosinas para mamíferos, aves e outros vertebrados. Além disso, as espinosinas têm pouca ou nenhuma atividade contra organismos benéficos, como polinizadores (abelhas) e inimigos naturais (predadores e parasitoides), desde que utilizadas conforme as recomendações.

• Efeito sinérgico entre espinosina A e D: as espinosinas A e D são os principais componentes bioativos produzidos por S. spinosa. Quando combinadas, essas moléculas exibem um efeito sinérgico, aumentando a eficácia do controle de pragas.

Saccharopolyspora spinosa e suas espinosinas apresentam um perfil ambiental favorável quando comparadas a muitos outros inseticidas.

• Biodegradabilidade: as espinosinas são rapidamente degradadas por processos microbianos e fotoquímicos no ambiente, reduzindo o risco de acumulação no solo ou na água. Isso minimiza os impactos negativos sobre ecossistemas aquáticos e terrestres.

• Persistência limitada: embora a rápida degradação seja uma vantagem ambiental, ela também limita a persistência das espinosinas no campo, exigindo reaplicações regulares para manter o controle de pragas.

• Baixa toxicidade para não-alvos: estudos toxicológicos demonstram que as espinosinas têm baixa toxicidade para humanos, animais domésticos e organismos benéficos. No entanto, algumas formulações comerciais podem conter aditivos ou solventes que podem aumentar o risco ambiental, destacando a importância do uso responsável.

• Resistência cruzada limitada: devido ao seu modo de ação único, as espinosinas apresentam baixa resistência cruzada com inseticidas químicos convencionais, como piretroides e organofosforados. Isso faz delas uma ferramenta valiosa no manejo integrado de pragas (MIP), ajudando a retardar o desenvolvimento de resistência em populações de insetos.

Biologia

Saccharopolyspora spinosa apresenta morfologia típica das actinobactérias, caracterizada por filamentos ramificados semelhantes a fungos. Esses filamentos são compostos por células cilíndricas ou irregulares, dispostas em cadeias lineares ou ramificadas.

Durante o crescimento em meios de cultura sólidos, a bactéria forma colônias compactas com texturas variáveis, geralmente amareladas, alaranjadas ou avermelhadas, dependendo das condições de cultivo.

Os filamentos de S. spinosa podem fragmentar-se em esporos durante estágios avançados de crescimento. Esses esporos são altamente resistentes a condições ambientais adversas, como dessecação, calor e radiação ultravioleta, permitindo que a bactéria sobreviva em solos pobres ou expostos a intempéries.

Saccharopolyspora spinosa é uma bactéria aeróbia estrita, o que significa que requer oxigênio para crescer e realizar suas funções metabólicas. Seu metabolismo é baseado na degradação de compostos orgânicos presentes no solo, como carboidratos, proteínas e lipídios. A bactéria utiliza esses substratos para gerar energia (ATP) e precursores necessários para a biossíntese de biomoléculas, incluindo as espinosinas.

O crescimento ótimo ocorre em temperaturas entre 25°C e 30°C, com um pH neutro ou ligeiramente alcalino (6,5–8,0). No entanto, S. spinosa demonstra certa tolerância a condições extremas, como pH ácido ou básico e baixa disponibilidade de nutrientes, características que refletem sua adaptabilidade a diferentes habitats.

A biossíntese de espinosinas envolve vias metabólicas complexas, mediadas por enzimas codificadas por clusters de genes específicos no genoma de S. spinosa. Esses clusters incluem genes responsáveis pela síntese de poliketídeos e peptídeos não ribossomais, dois dos principais mecanismos de produção de metabólitos secundários em microrganismos.

O genoma de Saccharopolyspora spinosa foi sequenciado e analisado, revelando uma organização genética complexa típica de actinobactérias produtoras de metabólitos secundários. O genoma contém múltiplos clusters de genes dedicados à biossíntese de compostos bioativos, incluindo aqueles responsáveis pelas espinosinas.

Um cluster específico, conhecido como spn, codifica as enzimas necessárias para a produção de espinosinas. Esse cluster inclui genes para sintetases de poliketídeos (PKS) e peptídeo sintetases não ribossomais (NRPS), que catalisam reações químicas sequenciais para formar as moléculas precursoras das espinosinas. A compreensão dessas vias metabólicas tem sido fundamental para o desenvolvimento de derivados semi-sintéticos, como o spinetoram, que apresenta maior eficácia e estabilidade.

Além disso, o genoma de S. spinosa contém genes relacionados à resistência a antibióticos, tolerância a metais pesados e adaptação a condições ambientais desafiadoras. Esses genes fornecem insights sobre os mecanismos pelos quais a bactéria sobrevive em ecossistemas competitivos.

Saccharopolyspora spinosa é predominantemente encontrada em solos tropicais e subtropicais, onde prospera em ambientes ricos em matéria orgânica. Sua distribuição global sugere que ela é amplamente adaptada a diferentes tipos de solo, desde argilosos até arenosos, embora prefira solos bem drenados e com boa aeração.

Características

As principais características de Saccharopolyspora spinosa incluem:

• Morfologia: apresenta-se como filamentos ramificados, semelhantes a fungos, mas com estrutura celular bacteriana.

• Metabolismo: produz uma variedade de metabólitos secundários, sendo as espinosinas os mais notáveis.

• Adaptação ao solo: altamente adaptada a habitats terrestres, onde desempenha papéis ecológicos importantes, como decomposição de matéria orgânica e supressão de organismos patogênicos.

• Temperatura ótima: cresce melhor em temperaturas entre 25°C e 30°C, embora seja capaz de sobreviver em condições mais extremas.

Usos no controle de pragas agrícolas

O principal uso de Saccharopolyspora spinosa está relacionado à produção de espinosinas, metabólitos secundários que têm aplicações significativas no manejo integrado de pragas (MIP).

As espinosinas atuam como neurotoxinas específicas para insetos, interferindo na transmissão de sinais nervosos por meio da modulação de canais de cálcio dependentes de glutamato.

• Lepidópteros: espinosinas são eficazes contra lagartas de várias espécies, como a traça-do-tomateiro (Tuta absoluta) e a lagarta-da-soja (Anticarsia gemmatalis).

• Moscas: produtos à base de espinosinas são usados no controle de moscas-das-frutas (Ceratitis capitata).

• Pulgões e cochonilhas: também demonstram eficácia contra pequenos insetos sugadores, como pulgões e cochonilhas.