Desenvolvimento de um sistema de expressão em Metarhizium anisopliae baseado no promotor homólogo do gene tef-1 α

Vetores de expressão são ferramentas moleculares úteis para investigar a função de genes tanto em sistemas procarióticos quanto eucarióticos. O fungo Metarhizium anisopliae, utilizado no controle biológico de artrópodes, é bem caracterizado em nível molecular. Genes candidatos a participar do processo de infecção de hospedeiros tem sido isolados utilizando estratégias em que o gene candidato é predefinido (enzimas hidrolíticas, por exemplo) ou estratégias mais globais como projetos de ESTs e a análise de bibliotecas de subtração. A superexpressão tem sido o método adotado para verificar a participação de genes isolados no processo de infecção. Esta estratégia tem sido baseada no promoter heterólogo PgpdA de Aspergillus nidulans. Neste trabalho, o gene que codifica o fator de alongamento de tradução tef-1 α de Metarhizium anisopliae foi clonado e a sua região promotora foi localizada e utilizada na construção de um vetor de expressão. Somente uma cópia do gene tef-1α está presente no genoma de M. anisopliae e o seu perfil de expressão foi analisado. Uma árvore filogenética foi construída baseada nos ortógos de tef-1 α e mostrou uma alta correlação com o fungo Cordyceps taii. A região de 639 pb à montante do codon de iniciação (ATG) foi utilizada com sucesso para a expressão do gene repórter sGFP e do gene bar, que confere resistência ao glifosinato de amônio, em M. anisopliae. Os transformantes construídos não apresentaram alteração na sua virulência em bioensaios com carrapatos, em relação a linhagem receptora. Além disso, demonstramos que o nível de expressão permite a detecção óptica da fluorescência de sGFP durante a infecção dos carrapatos. Desta forma, o vetor desenvolvido será uma ferramenta útil para a superexpressão em Metarhizium.

Caracterização de genes de quitanases do entomopatógeno e acaricida Metarhizium anisopliae

O fungo entomopatogênico e acaricida Metarhizium anisopliae é patógeno de uma vasta gama de insetos, sendo extensivamente utilizado em experimentos, bem como, no controle efetivo de alguns insetos-praga. Seu potencial uso para o controle de carrapatos como Boophilus microplus é também considerável. O processo de infecção de M. anisopliae é o melhor caracterizado entre os fungos entomopatogênicos, e combina pressão mecânica, por diferenciação do apressório, síntese e secreção de enzimas hidrolíticas altamente reguladas como proteases e, provavelmente, quitinases e lipases. As quitinases em fungos também são importantes em processos que requerem digestão celular, como germinação, crescimento e ramificação das hifas e autólise, visto que a quitina é o maior constituinte da parede celular desses organismos, sendo um sistema altamente regulado. Objetivamos neste trabalho, obter mais informações sobre o sistema quitinolitico do fungo M. anisopliae var. anisopliae linhagem E6 durante o processo de infecção do hospedeiro ou na morfogênese e crescimento. Com o objetivo de analisarmos o gene chi2 de M. anisopliae E6, clonamos e caracterizamos sua seqüência genômica, incluindo a região flanqueadora 5’. O gene chi2 é interrompido por dois pequenos íntrons típicos, de 210 pb e 75 pb, respectivamente. A ORF do gene chi2 apresenta 1.545 pb e codifica uma proteína predita de 419 aminoácidos (denominada CHI2), com massa molecular estimada de 44 kDa. Um peptídeo sinal característico com sítio de clivagem no aminoácido V19 está presente. A forma madura dessa proteína tem uma massa molecular estimada de 42 kDa e um pI teórico de 4,8. Análise por Southern de DNA genômico indica cópia única de chi2 no genoma de M. anisopliae. A seqüência de consenso SXGG, correspondendo ao sítio de ligação à quitina, foi identificada e a seqüência NGFDFDIE, que compõem o domínio catalítico de quitinases, está presente em CHI2. A construção de uma árvore filogenética determinou que a quitinase CHI2 pertence a um grupo diferente daquele da CHIT42 a qual provavelmente não está envolvida na patogenicidade. Uma análise in sílico da seqüência 5’ franqueadora do gene chi2 para determinação de possíveis elementos regulatórios foi efetuada. A regulação da transcrição dos genes chit1 e chi2 em M. ansisoplaie frente a diferentes fontes de carbono e em diferentes tempos de cultivo foi analisada. Os genes chit1 e chi2 apresentaram uma expressão tardia no fungo, a partir de 30 horas. O gene chi2 foi expresso majoritariamente em cultivos com quitina e sua expressão foi reprimida por glicose. O gene chit1 foi induzido em presença de fontes de carbono facilmente assimiláveis, como glicose e NAcGlc. Ambos os genes, chit1 e chi2, apresentaram alta expressão quando a fonte de carbono já estava exaurida e o fungo estava em autólise, sugerindo o requerimento dessas enzimas nessa fase. O cDNA do chit1 foi inserido em um vetor de expressão, em ambas orientações senso e antisenso, sob regulação do promotor do gene tef1α de M. anisopliae e o terminador do gene trpC de A. nidulans. Os transformantes com o gene chit1 na orientação senso mostraram superexpressão de atividade de quitinase e o transformante com o gene na orientação antisenso apresentou uma redução na atividade de quitinase. Também construímos quatro deleções na região flanqueadora 5’ do gene chit1 fusionadas com a proteína repórter SGFP, para localizar seqüências reguladoras no promotor e, destas construções, três foram transformadas em M. anisopliae.

Produção e purificação de β-1,3 glicanases em Metarhizium anisopliae

Metarhizium anisopliae é um fungo cosmopolita com capacidade de infectar uma grande variedade de hospedeiros, estando entre eles o carrapato Boophilus microplus. A penetração de M. anisopliae em seus hospedeiros ocorre de forma ativa onde a cutícula constitui a principal barreira. A penetração é um processo multifatorial, porém, o emprego de pressão mecânica e a secreção de enzimas hidrolíticas parecem ser fundamentais para o seu sucesso. M. anisopliae, quando cultivado em meios com fontes de carbono que mimetizam a cutícula de seus hospedeiros, secreta enzimas como proteases, quitinases e lipases. Atualmente, o emprego de técnicas que identificam genes diferencialmente expressos (RDA) mostrou o possível envolvimento de outras enzimas, como as β-glicanases, durante o processo de penetração. A descoberta da ocorrência de modificações morfológicas como espessamento e perda da definição da parede celular nas extremidades das hifas que penetram na cutícula do carrapato sustentam ainda mais o possível envolvimento de enzimas que degradam as β-glicanas nas etapas iniciais da infecção. Neste trabalho, foi investigada a produção de β-1,3- glicanases pela linhagem E6 de M. anisopliae como também, buscou-se purificar as enzimas produzidas. A síntese e secreção de β-1,3-glicanases foram verificadas em meio contendo diferentes fontes de carbono sendo a secreção diferenciada dependendo da condição testada. A utilização de glicose em determinadas concentrações pareceu inibir a secreção enzimática. Duas das condições testadas, N-acetilglicosamina (NAG) 0,5% e parede celular de Rizoctonia solani 0,5%, foram utilizadas para a produção enzimática em larga escala. O sobrenadante dos cultivos em fermentador foi submetido ao processo de purificação que constou de três etapas: concentração por ultrafiltração com membrana de celulose regenerada, aplicação em coluna de troca iônica QSepharose Fast Flow e aplicação em coluna de filtração em gel Superdex 75. O emprego deste protocolo permitiu a purificação parcial de uma β-1,3-glicanase com aproximadamente 95kDa, secretada durante a fermentação em presença de parede celular de Rizoctonia solani, e de outra, com aparentemente a mesma massa molecular secretada em fermentação utilizando NAG 0,5% como fonte de carbono. Durante este trabalho, também foi confirmada a presença de pelo menos um gene que codifica uma exo-β-1,3-glicanase no genoma da linhagem E6 de M. anisopliae. Por fim, o estudo das β-1,3 glicanases em M. anisopliae é justificado pela importância destas enzimas em variados aspectos do desenvolvimento do fungo bem como, pelo seu possível envolvimento na infecção de hospedeiros.

Produção e caracterização de quitooligossacarídeos produzidos pelo fungo Metarhizium anisopliae e avaliação da citotoxicidade em células tumorais

Chitosan is a natural polymer, biodegradable, nontoxic, high molecular weight derived from marine animals, insects and microorganisms. Oligomers of glucosamine (GlcN) and N-acetylglucosamine (GlcNAc) have interesting biological activities, including antitumor effects, antimicrobial activity, antioxidant and others. The alternative proposed by this work was to study the viability of producing chitooligosaccharides using a crude enzymes extract produced by the fungus Metarhizium anisopliae. Hydrolysis of chitosan was carried out at different times, from 10 to 60 minutes to produce chitooligosaccharides with detection and quantification performed by High Performace Liquid Chromatography (HPLC). The evaluation of cytotoxicity of chitosan oligomers was carried out in tumor cells (HepG2 and HeLa) and non-tumor (3T3). The cells were treated for 72 hours with the oligomers and cell viability investigated using the method of MTT. The production of chitosan oligomers was higher for 10 minutes of hydrolysis, with pentamers concentration of 0.15 mg/mL, but the hexamers, the molecules showing greater interest in biological properties, were observed only with 30 minutes of hydrolysis with a concentration of 0.004 mg/mL. A study to evaluate the biological activities of COS including cytotoxicity in tumor and normal cells and various tests in vitro antioxidant activity of pure chitosan oligomers and the mixture of oligomers produced by the crude enzyme was performed. Moreover, the compound with the highest cytotoxicity among the oligomers was pure glucosamine, with IC50 values of 0.30; 0.49; 0.44 mg/mL for HepG2 cells, HeLa and 3T3, respectively. Superoxide anion scavenging was the mainly antioxidant activity showed by the COS and oligomers. This activity was also depending on the oligomer composition in the chitosan hydrolysates. The oligomers produced by hydrolysis for 20 minutes was analyzed for the ability to inhibit tumor cells showing inhibition of proliferation only in HeLa cells, did not show any effect in HepG2 cells and fibroblast cells (3T3)

Sensibilidade de Metarhizium anisopliae à temperatura e umidade em três tipos de solos

Este trabalho teve como objetivo investigar o efeito da temperatura e do teor de umidade do solo na sobrevivência de Metarhizium anisopliae (Metsch.) Sorok. em três tipos de solos. Foram utilizados o Latossolo Vermelho textura argilosa, Latossolo Vermelho textura média e Argissolo Vermelho Amarelo textura arenosa média. As temperaturas empregadas foram 21,5; 26,8 e 31,5°C, e os teores de umidade foram 35, 65 e 100% de saturação. A sobrevivência do fungo foi avaliada após zero, 20, 40, 60, 80, 100 e 120 dias de incubação em cada temperatura estudada. Na análise do efeito do teor de umidade, a sobrevivência foi avaliada após zero, 14, 28, 42, 56, 70, 84, 98 e 112 dias de incubação à temperatura de 27,0±1,0°C. em ambos os ensaios, foi determinado o número de unidades formadores de colônias (UFC) em placa de Petri. Houve influência significativa da temperatura e do teor de umidade na sobrevivência do fungo. O maior crescimento e a maior sobrevivência ocorreram nas temperaturas de 21,5 e 26,8°C, enquanto que, no solo incubado a 31,5°C, o fungo cresceu pouco, e a população declinou rapidamente. No teor de 65% de umidade, houve rápido crescimento do fungo, mas no 112° dia foi observado um declínio da população nos três tipos de solos. Nos teores de 35 e 100% de umidade, o crescimento foi menor, mas obteve-se maior sobrevivência do fungo no solo.

Pathogenicity of Metarhizium anisopliae for Ceratitis capitata (Wied.) (Diptera: Tephritidae) in soil with different pesticides

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Distribuição volumétrica de calda contendo Metarhizium anisopliae

O controle microbiano de Mahanarva fimbriolata é de suma importância para o manejo dessa praga em cana-de-açúcar, porém carece de melhorias quanto à tecnologia de aplicação. O trabalho teve como objetivo definir um modelo de bico de pulverização adequado para o controle de M. fimbriolata, com base no padrão de distribuição de calda aspergida e espaçamento entre bicos. Utilizaram-se os bicos TF4, TTI e AIUB11004VS e caldas a base de fungo Metarhizium anisopliae sem adjuvante e com Agral a 2% e 4%. Avaliou-se o espaçamento entre bicos baseado na construção de curvas de deposição, considerando CV máximo de 10%; ângulo de abertura e vazão dos bicos. Os maiores espaçamentos foram de 85cm em calda com 2% de adjuvante para o bico TF4, 70cm para AIUB11004VS sem adição de adjuvante e 55cm para o bico TTI, independente da calda. Em relação ao ângulo de abertura, houve apenas diferença entre os bicos testados em uma mesma calda. A vazão foi maior para a calda com 4% de adjuvante para os bicos TF4 e TTI, sendo que AIUB11004VS apresentou menores vazões em relação aos outros modelos para calda com 2% e 4% de adjuvante. Conclui-se que o modelo AIUB11004VS é uma importante ferramenta operacional, visando o controle de M. fimbriolata, por apresentar menor consumo de calda e bons resultados de distância entre bicos.

Colonização e lesão em fêmeas ingurgitadas do carrapato Rhipicephalus sanguineus causadas pelo fungo Metarhizium anisopliae

O presente trabalho teve como objetivo verificar a forma de penetração do fungo Metarhizium anisopliae [METSCH. (SOROKIN, 1883)] em carrapatos da espécie Rhipicephalus sanguineus (LATREILLE, 1806), assim como as lesões infringidas nos tecidos internos do ácaro. A forma de aderência e penetração do fungo foi estudada através da microscopia eletrônica de varredura e a ação do fungo nos tecidos internos avaliada em secções histológicas convencionais. Para observação destes eventos, realizaram-se infecções experimentais em 11 grupos de fêmeas ingurgitadas do carrapato R. sanguineus contendo 12 fêmeas ingurgitadas cada. Para tal, as fêmeas ingurgitadas foram banhadas durante 3 minutos, sob agitação manual, em suspensão com concentração 108 conídios/mL. No caso dos grupos controle o banho foi realizado apenas no veículo da suspensão. Os carrapatos foram processados para histopatologia e microscopia eletrônica em diversos tempos após a infecção, a saber: 1 e 18h, e um, dois, três, quatro, cinco, seis, sete, nove e onze dias. Observou-se que a maior parte dos conídios germinou em até 18h após a inoculação e que o fungo penetrou no ácaro através do tegumento 48h após a infecção. Após a penetração, o fungo invadiu o corpo do hospedeiro promovendo uma colonização difusa, sem preferência aparente por tecidos específicos. Dentre as lesões nos tecidos internos do ácaro, ressalta-se o rompimento da parede intestinal e vazamento do conteúdo para a hemocele. A morte do hospedeiro ocorreu entre 96 e 120h pós-infecção, e a esporulação do patógeno sobre o cadáver do ácaro iniciou-se em torno de 120 a 144h pós-infecção. Espera-se, com este trabalho, contribuir para o desenvolvimento e viabilização de técnicas de controle biológico dos carrapatos por fungos como alternativa ao uso de acaricidas.

Controle de larvas de Boophilus microplus por Metarhizium anisopliae em pastagens infestadas artificialmente

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Eventos externos e internos da infecção de larvas e ninfas de Rhipicephalus sanguineus por Metarhizium anisopliae

Examinaram-se a adesão, a germinação, a penetração e a colonização de larvas e ninfas de Rhipicephalus sanguineus por Metarhizium anisopliae, assim como as lesões infringidas pelo fungo nas respectivas fases do ciclo de vida do ácaro. Realizaram-se infecções experimentais em 11 grupos contendo 250 larvas e 11 grupos contendo 75 ninfas de R. sanguineus, por meio de banho, durante três minutos sob agitação manual, em suspensão contendo 10(8) conídios/ml do fungo. Nos grupos-controles, o banho foi realizado usando o veículo da suspensão. Larvas e ninfas foram processadas para um estudo histopatológico e de microscopia eletrônica de varredura nos seguintes tempos após a infecção: uma e 18 horas, e um, dois, três, quatro, cinco, seis, sete, nove e 11 dias. A germinação dos conídios ocorreu em até 18 horas pós-inoculação, e o fungo penetrou nas larvas e ninfas através do tegumento, dois e três dias após a infecção, respectivamente. Após penetração, o fungo invadiu o corpo das larvas e ninfas, promovendo uma colonização difusa, sem preferência aparente por tecidos específicos. Lesões significativas não foram observadas. A morte das larvas e ninfas ocorreu no terceiro e quarto dias pós-infecção, e a esporulação do patógeno sobre o cadáver foi iniciada no sexto dia pós-infecção.

Susceptibility of adult and larval stages of the horn fly, Haematobia irritans, to the entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae under field conditions

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Effect of Metarhizium anisopliae fungus on off-host Rhipicephalus (Boophilus) microplus from tick-infested pasture under cattle grazing in Brazil

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Otimização do meio de cultura para a produção de quitosanase por metarhizium anisopliae em cultivo descontínuo submerso

In this work a Plackett-Burman Design with 8 factors and 12 trials in 2 levels with 3 repetitions at the center point was used in order to investigate the influence of the concentration of chitosan, peptone, yeast extract, NaNO3, K2HPO4, KCl, MgSO4.7H2O and FeSO4 on chitosanase production by Metarhizium anisopliae. Runs were carried out using submerged discontinuous cultivation for enzyme production. The results of the Plackett & Burman Design showed that only two factors, chitosan concentration as well as FeSO4 had influence on chitosanolytic activity, while the increase in concentration of other factors not contributed significantly to the quitosanolítica activity. Cultivation medium optimization for enzyme production was carried out using a Composite Central Design, with the most important factors for chitosanolytic activity (chitosan and FeSO4), in accordance with Plackett & Burman Design, and keeping the other nutrients in their minimum values. On this other design, it was taken the highest limit in Plackett & Burman Design as the lowest limit (-1) to FeSO4 factor. The results showed that the enzyme production was favoured by increasing the chitosan concentration and by decreasing FeSO4. Maximum production for chitosanolytic activity was about 70.0 U/L and was reached in only 18 h of fermentation, a result about twenty-eight times greater than a former study using the same microorganism (about 2.5 U/L at 48 h)

Bioassay assessment of metarhizium anisopliae (metchnikoff) sorokin (deuteromycota: hyphomycetes) against Oncometopia facialis (signoret) (hemiptera: cicadellidae)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Metodologia para produção de Metarhizium anisopliae (METSCH.) sorokin em cultivo submerso: esporulação da biomassa, efeito da concentração de açúcar e custo do inoculant

Desenvolveram-se um método de cultivo e um meio de cultura para produção massal do fungo Metarhizium anisopliae (Metsch.) Sorokin, 1883, com maior pureza e concentração de conídios. Este método envolveu o cultivo submerso da linhagem M-61 do entomopatógeno em meio líquido de arroz parboilizado, extrato de levedura, extrato do percevejo da soja (Nezara viridula (L., 1758) Hemiptera, Pentatomidae), sob seis diferentes níveis de concentração de açúcar (0, 2, 4, 6, 8, 10g l-1), além do meio convencional sólido de arroz em grão. As biomassas obtidas foram separadas através de tela de nylon (63 mesh) e dispostas em estufa para a esporulação. Os efeitos dos tratamentos foram avaliados pelos parâmetros pesos fresco e seco do micélio, número de conídios por grama de substrato, viabilidade e patogenicidade dos conídios sobre o percevejo. Observou-se que 2.0g l-1 de açúcar em meio de cultura de extrato de N. viridula produziu o dobro do número de conídios por grama de substrato em relação à concentração de 10.0g l-1, a um custo 51 vezes inferior ao obtido no processo convencional de produção do fungo. A viabilidade não foi afetada nos diferentes meios utilizados. Não ocorreram diferenças significativas na patogenicidade em função dos meios de cultura e métodos de cultivo.