Inibidores vegetais desafiam digestão de insetos

Pesquisadores mapeiam o potencial dos inibidores de α-amilase de plantas no controle biotecnológico de pragas. Essas proteínas, presentes em sementes e tecidos vegetativos, interferem na digestão de amidos por insetos, reduzindo sua capacidade de se alimentar e se desenvolver. O estudo de um consórcio internacional liderado pela Embrapa detalhou os mecanismos moleculares desses compostos e apontou sua aplicação.

Insetos fitófagos utilizam enzimas do tipo α-amilase para degradar amido e glicogênio presentes nas plantas. Essas enzimas pertencem à família GH13 e atuam no intestino médio ou anterior, e em alguns casos também na saliva.

A atividade da alfa-amilase varia conforme o pH e o estágio de vida do inseto. Em muitos casos, o número de genes codificadores da enzima reflete adaptações dietéticas e evolução conjunta com as plantas hospedeiras.

O ataque de pragas como gorgulhos, brocas e percevejos causa perdas significativas em grãos e sementes. Inibidores de alfa-amilase produzidos por plantas agem bloqueando essas enzimas. A interação ocorre principalmente por ligações iônicas e de hidrogênio, afetando diretamente o sítio catalítico da enzima ou os subsítios de ligação ao amido.

Classes de inibidores vegetais

O estudo classificou os inibidores em sete famílias com base em estrutura tridimensional e função:

• Knottins (ICK): proteínas pequenas e extremamente estáveis. Exemplo: AAI do amaranto.

• gama-Tioninas: defensinas vegetais com forte atividade antienzimática e toxicidade contra insetos.

• CM-Proteínas: inibidores comuns em cereais, formam estruturas estáveis com várias ligações dissulfeto.

• Kunitz-type: proteínas bifuncionais que inibem alfa-amilases e proteases em mamíferos e insetos.

• Thaumatin-like: inibidores com atividade antifúngica e entomotóxica, como a zeamatina do milho.

• Lectin-like: inibidores como alfaAI-1 do feijão comum, que bloqueiam enzimas por mimetismo do substrato.

• Actinobactérias (Streptomyces): embora não sejam vegetais, produzem compostos similares, com aplicação potencial em biotecnologia.

Interação molecular

A eficácia dos inibidores depende da compatibilidade estrutural entre a proteína vegetal e a enzima do inseto.

Pequenas variações nos aminoácidos de ligação, loops estruturais e grau de glicosilação determinam a força da inibição. O inibidor alfaAI-1, por exemplo, bloqueia com eficiência alfa-amilases de Callosobruchus chinensis e C. maculatus, mas não afeta Zabrotes subfasciatus. Já o alfaAI-2 inibe esta última espécie, mas tem baixa eficácia contra as anteriores.

Além disso, fatores como pH, temperatura, concentração relativa entre enzima e inibidor e tempo de exposição influenciam a estabilidade e eficiência do complexo formado.

Aplicações em plantas

Genes que codificam essas proteínas vêm sendo testados em plantas geneticamente modificadas. Ensaios com feijão e ervilha demonstraram aumento significativo da resistência a pragas. Em alguns casos, a mortalidade larval ocorreu ainda nos primeiros estágios de desenvolvimento.

Os pesquisadores alertam para a importância da seleção correta do gene, considerando a praga-alvo, a estabilidade da proteína e a possibilidade de coevolução. Também destacam a necessidade de evitar efeitos antinutricionais para humanos e animais, comuns em alguns inibidores.

Conservação evolutiva

A análise filogenética revelou que os domínios funcionais são altamente conservados dentro de cada família de inibidores. Isso sugere uma forte pressão seletiva por eficiência no combate a pragas. Mesmo com essa conservação, os inibidores apresentam especificidades diferentes, permitindo aplicações direcionadas conforme a cultura e o inseto.

Modelagens feitas com AlphaFold2 mostram grande similaridade estrutural entre os inibidores vegetais e seus alvos enzimáticos. Essas representações ajudam a prever interações e orientar o design de novas proteínas mais eficazes.

Outras informações em doi.org/10.1002/biot.70098