Revisão analisa estudos de 25 anos sobre as espinosinas

Desde a sua introdução em 1997, os inseticidas espinosinas transformaram o controle de pragas agrícolas. Spinosad e spinetoram atuam sobre o sistema nervoso dos insetos. Ambos pertencem ao Grupo 5 da classificação do Comitê de Ação à Resistência a Inseticidas (IRAC), caracterizados como moduladores alostéricos do receptor nicotínico de acetilcolina (nAChR), atuando especificamente no chamado “Site I”.

Revisão científica realizada por cientistas da Corteva e publicada recentemente sintetiza 25 anos de pesquisa sobre o modo de ação das moléculas. Também destaca descobertas sobre sua eficácia e o surgimento de resistência.

Origem e aplicação das espinosinas

As espinosinas são produtos obtidos da fermentação do microrganismo Saccharopolyspora spinosa, isolado originalmente em amostras de solo nas Ilhas Virgens.

A modificação química semissintética de duas dessas moléculas — spinosinas J e L — levou ao desenvolvimento do spinetoram, mais potente e estável à luz ultravioleta. Spinosad e spinetoram apresentam amplo espectro de ação contra insetos mastigadores das ordens Coleoptera, Diptera, Lepidoptera e Thysanoptera.

Hoje, são utilizadas em mais de 250 culturas agrícolas, espalhadas por 130 países. Sua aceitação global também se deve ao perfil ambiental e à baixa toxicidade em mamíferos, características que renderam aos dois compostos prêmios de Química Verde concedidos pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA.

Efeitos neurofisiológicos e sintomatologia

A ação das espinosinas sobre os insetos começa com excitação neural, resultando em contrações musculares involuntárias, extensão das pernas, batimento de asas e perda de coordenação motora. Os produtos provocam paralisia, mesmo em insetos decapitados, como demonstrado em Periplaneta americana.

Ao contrário de inseticidas tradicionais as espinosinas induzem sintomas que mantêm os indivíduos nas folhas. Isso é relevante para programas de manejo integrado de pragas, pois afeta a dinâmica de exposição a predadores naturais.

Alvo molecular: o subtipo alfa-6 do receptor nAChR

Os nAChRs são canais iônicos pentaméricos ativados por acetilcolina. As espinosinas atuam como moduladores alostéricos de uma combinação específica desses receptores contendo a subunidade alfa-6. Essa subunidade se mostrou altamente conservada entre diferentes ordens de insetos. Estudos com mutações de perda de função (LOF) na subunidade alfa-6 em Drosophila melanogaster revelaram resistência superior a 100 vezes ao spinosad, efeito replicado em outras espécies como Plutella xylostella e Frankliniella occidentalis.

A mutação mais frequente em campo é a substituição G275E, localizada na terceira hélice transmembrana do receptor. Essa modificação confere resistência superior a 350 mil vezes em populações de F. occidentalis e foi validada via edição gênica com CRISPR/Cas9.

Expressão funcional e os desafios técnicos

Para estudar as interações das spinosinas com os receptores alfa-6, cientistas empregaram sistemas de expressão heteróloga usando oócitos de Xenopus laevis. A funcionalidade do receptor exigiu a coexpressão de proteínas auxiliares, como RIC3, UNC-50 e TMX-3. Mesmo com esses chaperones, os níveis de resposta permanecem inconsistentes, o que sugere a existência de cofatores desconhecidos.

A expressão funcional de receptores a;fa-6 em espécies como Rhipicephalus microplus (carrapato bovino) e Apis mellifera foi obtida sem necessidade de chaperones exógenos.

Curiosamente, os receptores de R. microplus exibem resposta forte à acetilcolina, com ação moduladora das spinosinas. E correntes de despolarização do tipo fast-desensitizing, contrastando com os efeitos persistentes em Drosophila spp.

Especificidade e ausência de resistência cruzada

Estudos com mutantes nAChR em D. melanogaster indicam que apenas a subunidade α6 está diretamente envolvida na ação das espinosinas. Mutações em subunidades como alfa-1, beta-1 ou alfa-7 não conferem resistência. Nem mesmo a deleção simultânea das subunidades alfa-5 e alfa-7, que compartilham similaridade estrutural com α6, modifica a eficácia do spinosad.

Comparações entre diferentes mecanismos de resistência — mutações pontuais como G275E e mutações LOF — revelam efeitos semelhantes em termos de resistência, o que reforça a importância funcional da subunidade α6 como único alvo.

Estudos com edição gênica em pragas agrícolas

Além de D. melanogaster, estudos com edição gênica confirmaram a função essencial da alfa-6 em diversas pragas agrícolas. Knockouts dessa subunidade em Helicoverpa armigera, Spodoptera exigua, Aedes aegypti e P. xylostella conferiram resistências entre 320 e 1760 vezes maiores. Já mutações G275E introduzidas em S. exigua replicaram o padrão de resistência.

Em F. occidentalis, experimentos com populações simuladas em laboratório mostraram que o alelo knockout da alfa-6 desaparece rapidamente devido a custos de adaptação, enquanto o alelo G275E persiste. A perda da função alfa-6, além de provocar resistência, também afeta funções visuais nos insetos, interferindo em sinapses do sistema óptico.

Modo de ação

A singularidade das espinosinas fica evidente pela ausência de resistência cruzada com outros inseticidas que também agem sobre nAChRs, como neonicotinoides (grupo 4A), sulfoximinas (4C), mesoiônicos (4E) e peptídeos como o ω-Hexatoxin-Hv1a (grupo 32). Radioligandos confirmaram que o sítio de ligação das espinosinas é distinto, sem sobreposição com outros compostos.

Apesar de um estudo inicial sugerir interação secundária com receptores GABA, análises posteriores refutaram essa hipótese. A resistência observada em campo e os resultados de ligação molecular demonstram que a ação das espinosinas concentra-se exclusivamente em receptores nAChR com α6 funcional.

Pesquisas recentes com indicadores de cálcio intracelular (GCaMP) e proteínas fluorescentes sugerem que a exposição ao spinosad induz degradação seletiva da subunidade alfa-6, interferindo no balanço de sinalização neuronal. Embora o mecanismo exato ainda não esteja elucidado, essas descobertas indicam que o impacto das espinosinas vai além da modulação alostérica.

A expansão do uso de ferramentas genômicas e a melhoria dos sistemas de expressão heteróloga poderão revelar novos detalhes sobre os efeitos da ligação das espinosinas ao receptor alfa-6, incluindo possíveis interações conformacionais e implicações na montagem pentamérica do canal. A obtenção da estrutura cristalográfica da subunidade alfa-6 seria um avanço crucial para compreender essas interações com precisão atômica.

Outras informações em doi.org/10.1016/j.pestbp.2025.106575