Transcript Microrganismos na produção de bioinseticidas

Graduação em Biotecnologia
Disciplina de Biotecnologia Microbiana II
Microrganismos na produção de
bioinseticidas
Michele Pepe Cerqueira
[email protected]
17 de maio de 2011
Controle biológico
Técnica utilizada para combater espécies que são nocivas,
reduzindo os prejuízos causados por estas. Comumente,
esse método consiste em introduzir no ecossistema um
inimigo natural (predador ou parasita) da espécie nociva,
para manter a densidade populacional dessa espécie em
níveis compatíveis com os recursos do meio ambiente.
Bioinseticidas
Substância que mata organismos indesejados (insetos) de
modo seletivo. Substituto dos pesticidas convencionais,
pois tende a ser mais seletivo e biodegradável.
Entomopatógeno
Organismo capaz de causar doenças em insetos.
Insetos vetores de doenças
Insetos
Agentes patogênicos
Anopheles sp.
Plasmodium sp.
Culex sp.
Wuchereria bancrofti
Aedes sp.
Vírus da dengue, febre
amarela
Trypanosoma sp.
Triatoma sp
Bacillus thuringiensis: agem contra larvas de Aedes, de Anopheles e
de Culex.
Malária no mundo
Inseticidas convencionais
Agentes microbianos no controle
biológico
• Bactérias entomopatogênicas
• Fungos entomopatogênicos
• Fungos fitopatogênicos
• Vírus entomopatogênicos
Vantagens dos inseticidas de
entomopatógenos
• Inseticidas específicos
• Apresentam baixa ou nenhuma toxidez para
vertebrados e insetos benéficos
• Ocorrência
em
campos
criadouros naturais
• Alternativa a resistência
cultivados
e
Inseticidas bacterianos
•
•
•
•
•
•
•
Bactérias: Esporulantes e Não- esporulantes
Bacillus thuringiensis
Bacillus sphaericus
Bacillus cereus
Bacillus laterosporus
Bacillus lentimorbus
Bacillus larvae
• Wolbachia sp
• Clostridium bifermentans sorovar malaysia
• Pseudomonas sp.
Bacillus entomopatogênicos
• Bastonete
• Gram positivo
• Flagelos peritríquios
• Formadores de esporos
• Aeróbias ou anaeróbias facultativas
Bacillus thuringiensis
• Bastonete, gram positivo, geralmente móvel
• Célula vegetativa de 1,0 a 1,2 μm de largura por 3,0 a
5,0 μm de comprimento
• Aeróbia não estrita, com faixa de temperatura de
crescimento entre 10 e 45 °C
• Apresenta um amplo complexo enzimático, o que lhe
permite utilizar uma variedade de substratos
• Formador de esporo  elipsoidal central/paracentral
• Capaz de produzir inclusões cristalinas durante a
esporulação – proteínas Cry
Bacillus thuringiensis - Cristais
• Cristais
formados
principalmente
por
proteínas - Cristal (Cry), também conhecidas
como δ-endotoxinas
• Ao final da esporulação, o cristal protéico
corresponde a cerca de 20% a 30% do peso
seco da célula, sendo liberado no momento
da lise celular
Proteínas Cry
• Restrições de nutrientes ou acúmulo de
metabólicos  esporulação (fase estacionária)
• Início da esporulação  grande quantidade
de proteínas  acumulação e formação de
corpo de inclusão cristalino  Cry
– Genes Cry
• Toxicidade: ligada a região N-terminal das
cadeias polipeptídicas
Proteínas Cry
• Genes Cry localizados no cromossomo e em
grandes plasmídeos
• Regulação da expressão:
– Dependente de fatores da esporulação (maioria)
– Independente da esporulação, mas de fatores da
fase de crescimento vegetativo (gene vip3)
• Quantidade de proteínas para formar o
cristal: 106 a 2x106
Gene
Forma do
cristal
Proteína
kDa)
cry I [vários
subgrupos:
bipiramidal
A(a), A(b), A(c),
B, C, D, E, F, G]
cry II [subgroups A,
cubóide
B, C]
cry III [subgroups A,
chata
B, C]
cry IV [subgroups A,
bipiramidal
B, C, D]
cry V-IX
várias
Atividade
inseticida
130-138
lepidóptera
larva
69-71
lepidóptera e
díptera
73-74
coleóptera
73-134
díptera
35-129
Vários
gêneros
Atividade tóxica de B.
thuringiensis
Ingestão de bactérias Bt pelo inseto
Solubilização dos cristais em pH alcalino
Liberação de protoxinas; + enzimas digestivas
δ-endotoxinas
Atividade tóxica de B.
thuringiensis
δ-endotoxinas atravessa a membrana peritrófica
Ligação a receptores da membrana apical das células
do intestino médio
Formação de poros – aumento da permeabilidade da
membrana
Lise celular e desintegração das células
intestinais
Larvas de Culex
Conseqüências e sintomas
•
•
•
•
Inchaço da parte posterior do intestino médio
Vacúolos nas células epiteliais do intestino
Expansão mitocondrial
Inibição da captação do oxigênio por
mitocôndrias
• Lise celular
• Sintomas: interrupção da alimentação;
tremores; dificuldades de locomoção; morte
entre 4-48 horas
Fisiologia e toxicidade
Elevado pH do intestino  evita germinação de esporos
δ-endotoxinas paralisam intestino  destruição da parede
do intestino
Conteúdo intestinal e da hemocele  redução do pH 
germinação dos esporos
Inseto morto como fonte de alimento para crescimento
vegetativo da bactéria
Cepas acristalogênicas
• Mtx toxinas (Mtx, Mtx2,Mtx3)
• Localização
vegetativo
desconhecida;
crescimento
• Mtx: causa o bloqueio da síntese proteíca 
inibição da translocação do peptídeo no
ribossoma
• Mtx 2 e 3: agem sobre a adenilato-ciclase,
degradando o ATP em ADP  desequilíbrio
eletrolítico
Bacillus sphaericus
Vantagens do uso de B. sphaericus:
• ambientes poluídos
• reciclagem
• especificidade
Vantagens e desvantagens do uso
de Bacillus entomopatogênicos
• Vantagens:
– Produção de esporos (resistência)
– Curto espectro - especificidade
– Biodegradáveis
– Facilmente cultiváveis
– Resistência do inseto alvo é reversível
– Custo inferior
Vantagens e desvantagens do uso
de Bacillus entomopatogênicos
• Desvantagens:
– Ação residual das toxinas
– Ação
restringe-se
a
desenvolvimento do inseto
um
estágio
de
– Vida de prateleira curta
– Existe possibilidade de resistência do mosquito
(Bs)
Principais alvos - Vegetal
Lagartas
Carunchos
Alguns produtos BT
Batata
Milho
Algodão
Soja