Modelagem molecular voltada para a construção de um nanobiossensor para detecção do herbicida Imazaquin

In this study, our goal was develop and describe a molecular model of the enzyme-inhibiting interaction which can be used for an optimized projection of a Microscope Force Atomic nanobiosensor to detect pesticides molecules, used in agriculture, to evaluate its accordance with limit levels stipulated in valid legislation for its use. The studied herbicide (imazaquin) is a typical member of imidazolinone family and is an inhibitor of the enzymatic activity of Acetohydroxiacid Synthase (AHAS) enzyme that is responsible for the first step of pathway for the synthesis of side-chains in amino acids. The analysis of this enzyme property in the presence of its cofactors was made to obtain structural information and charge distribution of the molecular surface to evaluate its capacity of became immobilized on the Microscopy Atomic Force tip. The computational simulation of the system, using Molecular Dynamics, was possible with the force-field parameters for the cofactor and the herbicides obtained by the online tool SwissParam and it was implemented in force-field CHARMM27, used by software GROMACS; then appropriated simulations were made to validate the new parameters. The molecular orientation of the AHAS was defined based on electrostatic map and the availability of the herbicide in the active site. Steered Molecular Dynamics (SMD) Simulations, followed by quantum mechanics calculations for more representative frames, according to the sequential QM/MM methodology, in a specific direction of extraction of the herbicide from the active site. Therefore, external harmonic forces were applied with similar force constants of AFM cantilever for to simulate herbicide detection experiments by the proposed nanobiosensor. Force value of 1391 pN and binding energy of -14048.52 kJ mol-1 were calculated.

Hidropsia endolinfática experimental sob ação de inibidor da óxido nítrico sintase tipo II: avaliação com emissões otoacústicas e eletrococleografia

No modelo experimental de hidropsia endolinfática há redução na amplitude das emissões otoacústicas produtos de distorção (EOAPD) e elevação nos limiares eletrofisiológicos na eletrococleografia. Estudos mostraram que há expressão da óxido nítrico sintase tipo II (ONS II) na cóclea com hidropsia, sugerindo a participação do óxido nítrico (ON) na patogênese desta doença. O objetivo deste trabalho foi avaliar a ação de um inibidor da ONS II nas EOAPD e eletrococleografia em cobaias com hidropisia endolinfática experimental. MATERIAL E MÉTODOS: Foram estudadas 16 cobaias nas quais se induziu hidropsia endolinfática experimental por obliteração do ducto e saco endolinfático na orelha direita durante 16 semanas, divididas em dois grupos: oito cobaias recebendo um inibidor da ONS II, a aminoguanidina, por via oral e um grupo de oito cobaias como controle. Comparamos as amplitudes das EOAPD nas médias geométricas de freqüências de 1062, 2187, 4375 e 7000Hz, os limiares eletrofisiológicos nas freqüências de 1000, 2000, 4000 e 6000Hz e a relação entre os potenciais de somação e de ação (PS/PA) entre os grupos. RESULTADOS: Não houve diferença significante nas EOAPD e na relação PS/PA entre os grupos. O grupo que recebeu a aminoguanidina apresentou menor elevação nos limiares eletrofisiológicos nas freqüências de 2000 (p<0,05) e 6000 Hz (p<0,05) na 12ª semana e nas freqüências de 1000 (p<0,05), 2000 (p<0,001), 4000 (p<0,001) e 6000Hz (p<0,001) na 16ª semana. CONCLUSÕES: O inibidor da ONS II reduziu a elevação dos limiares eletrofisiológicos na eletrococleografia na hidropsia endolinfática experimental.

Efeito da deficiência de potássio sobre as atividades de glutamato desidrogenase e glutamato sintase em feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.)

Foi estudado o efeito da deficiência de potássio sobre as atividades da glutamato desidrogenase (EC. 1.4.1.2) e glutamato sintase (EC. 2.6.1.53) em folhas de feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.). Os resultados mostraram que a atividade específica da glutamato desidrogenase aumentou nas plantas deficientes em potássio nos dois cultivares estudados. Foi detectada redução na atividade de glutamato sintase nas plantas deficientes em potássio.

Caracterização genética de Euphorbia heterophylla resistente a herbicidas inibidores da acetolactato sintase

O aumento do número de plantas daninhas resistentes aos herbicidas inibidores da enzima acetolactato sintase é um tema abordado com freqüência por produtores e comunidade científica. No Brasil, nove espécies já foram documentadas por apresentarem tal problema. O objetivo deste trabalho foi determinar a diversidade genética de populações de leiteira (Euphorbia heterophylla L.) resistentes aos herbicidas inibidores da enzima acetolactato sintase. Quarenta populações de plantas oriundas de sementes coletadas em áreas do Estado do Rio Grande do Sul, Brasil, com suspeita de resistência, foram selecionadas, a partir da aplicação prévia de herbicidas com este mecanismo de ação em casa de vegetação. Vinte plantas de cada população serviram de amostra para a extração de DNA. Trinta marcadores de polimorfismo de DNA amplificado ao acaso (RAPD) foram selecionados, cada um com 10 oligonucleotídeos de seqüência arbitrária. Na análise de agrupamento, cujo coeficiente médio de similaridade foi de 40%, as populações foram separadas em sete grupos. As populações dos municípios de Pontão, Augusto Pestana e Não-me-Toque foram consideradas geneticamente diferentes. Há variabilidade genética relacionada à resistência do herbicida entre as populações de E. heterophylla que ocorrem no planalto do Estado do Rio Grande do Sul.

Distância genética e geográfica entre acessos de picão-preto suscetíveis e resistentes a herbicidas inibidores da acetolactato sintase

O objetivo deste trabalho foi avaliar o grau de similaridade genética entre acessos de picão-preto, suscetíveis e resistentes aos herbicidas inibidores da enzima acetolactato sintase (ALS) e a relação entre similaridade genética e distância geográfica desses acessos. Sementes dos acessos foram coletadas no Estado do Paraná e cultivadas em casa de vegetação, na Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, em outubro de 2004. Depois da confirmação da resistência ou suscetibilidade dos acessos aos inibidores da enzima ALS, realizou-se a extração de DNA. Por meio da técnica de RAPD, foi possível avaliar a similaridade genética entre os acessos de picão-preto. Na análise conjunta dos acessos, dos 20 iniciadores utilizados, 17 apresentaram-se polimórficos, amplificando um total de 94 bandas. A similaridade genética média foi baixa e equivalente a 37%. A análise de regressão evidenciou que não há relação entre distância genética e geográfica nos acessos de picão-preto avaliados. A baixa similaridade geral entre esses acessos evidencia que a resistência aos herbicidas na região se configura pela seleção de indivíduos resistentes preexistentes na população.

Soybean cultivar BR-16-AHAS tolerance to the herbicide imazapyr

The objective of this work was to evaluate the effect of the transgenic soybean BR-16-AHAS genetic constitution on the tolerance to the herbicide imazapyr. BR-16-AHAS was crossed with ten other genotypes. The experimental design was a complete randomized block, in a 2x12x3 factorial arrangement, with two sowing periods (winter and summer), twelve crossing groups and three plant positions (upper, mid and lower), with three replicates. The plants were treated with 100 g ha-1 a.i. of imazapyr at the V3/V4 stage. For each position of the plant (upper, mid and lower), the following variables were assessed: number of pods, number of seeds, seed weight, number of seeds per pod and the 100 seeds weight. The effect of the herbicide varied according to the more affected plant position (upper, mid and lower) of each genotype. The use of the same gene ahas of BR-16-AHAS, in various genotypes, results in materials with good tolerance to imazapyr; tolerance levels depend not only on the ahas gene, but also on the presence of other genes.

Inibidores seletivos de prostaglandina endoperóxido sintase-2 (PGHS-2): nova estratégia para o tratamento da inflamação

Prostaglandins (PG's), produced from arachidonic acid metabolism, are potent mediators of inflammation. Nonsteroidal anti-inflammatory (NSAIDs) exert their effects by inhibition of prostaglandin endoperoxide synthase (PGHS) enzyme, which catalyses the first committed step in arachidonic acid metabolism. Two isoforms of PGHS are known: PGHS-1, constitutively expressed in most tissues, and is responsible for physiological production of PG's. The second isoform, PGHS-2, is induced by cytokines, mitogens and endotoxins in inflammatory cells, and appears to be responsible for the elevated production of PG's during inflammation. With the recent discovery of the inducible PGHS (PGHS-2), the medicinal chemist now possesses a novel target for designing therapeutic agents that could provide suitable anti-inflammatory activity without the ulcerogenic and renal side effects associated with currently available NSAIDs, all of which inhibit both PGHS-1 and PGHS-2.

Síntese e modificações de derivados heterocíclicos de D-arabinose: potenciais inibidores de glicose-6-fosfato isomerase e de glicosamina-6-fosfato sintase

The synthesis of -5-(D-arabino-1,2,3,4-tetrahydroxybutyl)tetrazole and -2-(D-arabino-1,2,3,4-tetra-acetoxybutyl)-5-methyl-1,3,4-oxadiazole from D-arabinose is described. Attempts at removing the protecting groups of the oxadiazole derivative were unsuccessful, leading to products resulting from the opening of the oxadiazole ring. The unprotected tetrazole derivative was selectively phosphorylated at the primary hydroxyl group with diethylphosphoryl chloride. The resulting 5-[D-arabino-4-(diethylphosphoryloxy)-1,2,3-trihydroxybutyl]tetrazole is a protected form of a potential inhibitor of the enzymes glucose-6-phosphate isomerase and glucosamine synthase.

Resistência de amendoim-bravo aos herbicidas inibidores da enzima acetolactato sintase

O controle contínuo de plantas daninhas através da aplicação de herbicidas que apresentam atividade em um único local de ação nas plantas favorece a seleção de biótipos resistentes a estes herbicidas, em certas espécies vegetais. Quatro experimentos foram conduzidos em condições casa-de-vegetação, na Faculdade de Agronomia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul, com os objetivos de avaliar a ocorrência de resistência aos herbicidas inibidores da enzima acetolactato sintase (ALS) em vários biótipos de leiteiro ou amendoim-bravo (Euphorbia heterophylla EPHHL) e avaliar a ocorrência de resistência múltipla a herbicidas com atividade em outros locais de ação. Biótipo oriundo de Passo Fundo foi resistente ao imazethapyr, enquanto biótipo oriundo de Porto Alegre foi suscetível. O biótipo de Passo Fundo apresentou resistência cruzada aos herbicidas imidazolinonas: imazapyr, imazaquin e imazethapyr; sulfoniluréias: chlorimuron, nicosulfuron e metsulfuron; e sulfonanilida: flumetsulan. Este biótipo não foi resistente aos herbicidas com os seguintes mecanismos de ação: inibidores de EPSPs, mimetizadores de auxina, inibidores dos fotossistemas I e II e inibidores de PROTOX. A confirmação de resistência aos inibidores de ALS em biótipos oriundos de Nãome-Toque, Passo Fundo e Rio Pardo sugere ampla dispersão no Rio Grande do Sul de resistência de E. heterophylla aos herbicidas deste mecanismo de ação.

Manejo de populações de plantas daninhas resistentes aos herbicidas inibidores da acetolactato sintase

Nas áreas produtoras de soja da região central do Brasil é comum a infestação da planta daninha picão-preto (constituída de uma mistura das espécies Bidens pilosa e Bidens subalternans). Da mesma forma, o caruru (Amaranthus quitensis) é infestante da cultura da soja na Argentina. Estas plantas daninhas são controladas normalmente por diversos herbicidas; dentre os mais utilizados encontram-se os inibidores da acetolactato sintase (ALS). O uso intensivo e repetitivo destes herbicidas em áreas cultivadas com soja no município de São Gabriel do Oeste (MS-Brasil) e nas províncias de Córdoba e Tucumã (Argentina) selecionou populações resistentes destas plantas daninhas. Assim, com o objetivo de estudar alternativas de manejo dessas populações resistentes, foram desenvolvidos ensaios em condições de campo e casa de vegetação, por meio da aplicação de herbicidas inibidores da ALS (chlorimuron-ethyl e imazethapyr) e com mecanismos de ação alternativos; como inibidores da protoporfirinogênio oxidase (PROTOX), que participa da biossíntese de porfirina e tetrapirroles (lactofen e fomesafen) e inibidores do fotossistema II (bentazon). O ensaio de campo foi instalado no município de São Gabriel do Oeste-MS, Brasil, onde se suspeitava que a população de picão-preto da área fosse resistente, pois os herbicidas inibidores da ALS aplicados nos últimos anos na área não apresentavam eficiência esperada e a área tinha um histórico de pelo menos oito anos de aplicação sucessiva destes herbicidas. Concluiu-se, deste ensaio, que os herbicidas chlorimuron-ethyl e imazethapyr, nas doses recomendadas, foram ineficientes no controle da população resistente, porém os herbicidas alternativos lactofen, fomesafen e bentazon, aplicados isoladamente ou em mistura com os inibidores da ALS, foram eficazes. No ensaio conduzido em casa de vegetação, onde foram utilizados picão-preto e caruru, provenientes das áreas com suspeita de resistência, bem como populações de áreas que não tinham histórico da aplicação de herbicidas inibidores da ALS, foram obtidos resultados que confirmaram a resistência destas populações e a eficácia dos herbicidas alternativos obtidos em condições de campo. Como conclusão geral da pesquisa, ressalta-se que as populações resistentes de picão-preto e caruru estudadas possuem resistência cruzada às sulfoniluréias e imidazolinonas, mas não possuem resistência múltipla aos herbicidas inibidores do fotossistema II e aos inibidores da PROTOX, sugerindo que estes herbicidas alternativos podem ser utilizados para prevenção e manejo da resistência aos herbicidas inibidores da ALS.

Atividade da acetolactato sintase de plantas de milho e de amendoim-bravo (Euphorbia heterophylla) resistentes e suscetíveis ao imazaquin

O amendoim-bravo, (Euphorbia heterophylla) é uma importante planta daninha em mais de 56 países, inclusive no Brasil, onde tem sido relatado o aparecimento de populações resistentes aos herbicidas inibidores da acetolactato sintase (ALS). O objetivo do trabalho foi avaliar o efeito do herbicida imazaquin na atividade da ALS extraída das plantas de milho e amendoim-bravo, resistentes e suscetíveis ao produto. Sementes de dois genótipos de milho e vários biótipos de amendoim-bravo provenientes de diferentes regiões agrícolas brasileiras foram cultivadas em casa de vegetação por 21 dias. A atividade da ALS extraída das folhas das plantas foi determinada na presença de doses de imazaquin. A etapa de purificação da enzima foi substituída por uma centrifugação de 2.800 rpm por dois minutos. Equações de regressão linear para absorbância em função do log da concentração de imazaquin foram ajustadas para cada população, visando obtenção do I50. A dose de imazaquin necessária para inibir 50% da atividade da ALS (I50) na variedade de milho Pioneer 3162 IR (I50 260 µM) foi 4.333 vezes maior que a dose requerida pela BRS 473 (0,06 µM), a qual é suscetível ao imazaquin. Os biótipos de amendoim-bravo provenientes do Rio Grande do Sul apresentaram valores de I50 de 1.961,3 e 13,8 mM para os biótipos resistentes e suscetíveis, respectivamente. Os biótipos provenientes de Cafelândia e Maringá (PR) e Viçosa (MG) apresentaram valores de I50 maiores que 5.000 mM para os biótipos resistentes e maiores que 1.000 mM para os suscetíveis. O amendoim-bravo coletado na Embrapa Milho e Sorgo, em área que nunca foi tratada com herbicidas inibidores da ALS, apresentou I50 de 12,2 mM. Conclui-se que a medida in vitro da atividade da ALS é um método sensível para determinação da presença de biótipos resistentes à ação do herbicida imazaquin. A etapa de purificação da ALS pode ser substituída por um método que envolve uma rápida centrifugação.

Resistência de plantas aos herbicidas inibidores da acetolactato sintase

A resistência de plantas aos herbicidas é conseqüência, na maioria das vezes, de mutação ou da preexistência de genes que conferem resistência à população. No caso dos herbicidas inibidores da acetolactato sintase (ALS) ocorreram casos de resistência tanto em plantas daninhas quanto em culturas. Essa revisão foi realizada com o objetivo de discutir aspectos bioquímicos, genéticos e moleculares da resistência de plantas aos herbicidas inibidores da ALS, sendo destacados também os efeitos na ecofisiologia das plantas daninhas e em mutações que conferem resistência em plantas daninhas e a possibilidade de utilizá-las para o desenvolvimento de culturas resistentes aos inibidores da ALS. Em plantas daninhas, a resistência aos herbicidas inibidores da ALS resulta de uma ou mais mutações no gene que codifica a ALS; quando a herança desse gene é monogênica, ele possui característica dominante a semidominante. As substituições em uma única seqüência nucleotídica ocasionam alteração na ALS, conferindo resistência aos herbicidas inibidores dessa enzima. Embora o biótipo resistente apresente alteração genética e enzimática quando comparado com biótipo suscetível, o comportamento ecofisiológico dos biótipos resistentes e suscetíveis é similar. Essa característica tem implicações muito importantes no estabelecimento das populações resistentes. Já foram desenvolvidos cultivares resistentes para diversas culturas, incluindo arroz e milho, as quais variam no nível de resistência aos diferentes grupos químicos de herbicidas inibidores da ALS.

Resistência de Bidens subalternans aos herbicidas inibidores da enzima acetolactato sintase utilizados na cultura da soja

O uso contínuo e prolongado de produtos com o mesmo mecanismo de ação pode provocar a manifestação de biótipos resistentes. Para verificar possíveis novos casos de resistência, bem como alternativas para prevenção e manejo, foram coletadas sementes de Bidens subalternans na região de São Gabriel D' Oeste-MS, em plantas que sobreviveram a tratamentos em que inibidores da ALS foram sistematicamente utilizados. Em experimento conduzido em vasos em casa de vegetação, o biótipo com histórico de resistente foi comparado ao suscetível quando submetido aos diversos herbicidas com diferentes mecanismos de ação usados em pós-emergência, os quais foram aplicados nas doses de zero, uma, duas, quatro e oito vezes a recomendada. Decorridos 20 dias, foram avaliadas a porcentagem de controle e a produção da fitomassa verde, visando estabelecimento de curvas de dose-resposta e obtenção dos fatores de resistência. O biótipo oriundo de área com histórico de aplicações repetidas de inibidores da ALS apresentou elevado nível de resistência aos herbicidas chlorimuron-ethyl e imazethapyr, demonstrando ser portador de resistência cruzada aos inibidores da ALS dos grupos das sulfoniluréias e imidazolinonas. Entretanto, esse biótipo foi eficientemente controlado pelos herbicidas fomesafen, lactofen, bentazon, glufosinato de amônio e glyphosate.

Manejo de Bidens subalternans resistente aos herbicidas inibidores da acetolactato sintase

A extensão das áreas com seleção de populações de plantas daninhas resistentes a herbicidas tem aumentado rapidamente no Brasil nos últimos anos, sendo citado como causa principal desta seleção a recomendação inadequada de produtos. Com o objetivo de avaliar a eficácia de controle de plantas daninhas através de herbicidas, com diferentes mecanismos de ação, sobre plantas de Bidens subalternans, foi conduzido o presente trabalho, que envolveu um experimento de casa de vegetação e dois de campo, com as culturas de milho e soja. A pesquisa foi realizada a partir de populações de plantas de Bidens subalternans com suspeita de resistência aos herbicidas inibidores da ALS encontradas em área de produção comercial nas quais ocorriam falhas de controle através desses herbicidas. Os resultados permitiram confirmar a seleção de populações resistentes aos herbicidas inibidores da acetolactato sintase (ALS) e encontrar alternativas para o manejo destas populações, por meio do uso de produtos com mecanismo de ação diferenciado, tanto para a cultura da soja quanto para a do milho. Produtos inibidores da protoporfirinogênio oxidase (PROTOX), da fotossíntese e da divisão celular, aplicados isoladamente ou em misturas, controlaram adequadamente o biótipo resistente.

Resistência cruzada da losna-branca (Parthenium hysterophorus) aos herbicidas inibidores da enzima acetolactato sintase

A aplicação de um mesmo herbicida, ou de herbicidas com o mesmo mecanismo de ação, durante anos consecutivos, numa mesma área, pode resultar na seleção de biótipos de plantas daninhas resistentes a herbicidas. O objetivo deste trabalho foi confirmar a resistência de um biótipo da planta daninha losna-branca (Parthenium hysterophorus) aos herbicidas inibidores da enzima acetolactato sintase (ALS), proveniente de uma propriedade rural no município de Mandaguari, norte do Estado do Paraná. Plantas com suspeita de resistência foram tratadas com diversos herbicidas e doses e comparadas com plantas de uma população suscetível. Os tratamentos foram as doses recomendadas dos herbicidas, duas e quatro vezes superiores à dose recomendada. Os produtos e as doses aplicadas foram cloransulam-methyl a 0,0; 33,6; 67,2; e 134,4 g i.a. ha-1 mais o adjuvante Agral a 0,2% v/v, chlorimuron-ethyl a 0,0; 20,0; 40,0; e 80,0 g i.a. ha-1, imazethapyr a 0,0; 100,0; 200,0; e 400,0 g i.a. ha-1 e iodosulfuron-methyl-sodium mais foramsulfuron a 0,0; 3,0 + 45,0 g i.a. ha-1 (150,0 g p.c. ha¹); 6,0 + 90,0 g i.a. ha-1 (300,0 g p.c. ha-1); e 12,0 + 180,0 g i.a. ha-1 (600,0 g p.c. ha-1). Foi acres centado um tratamento com o herbicida 2,4-D na dose de 536,0 g e.a. ha-1. As curvas de doseresposta do biótipo resistente foram inferiores às do biótipo suscetível em todas as doses e herbicidas estudados. O biótipo de losna-branca foi confirmado como resistente aos herbicidas inibidores da ALS. A ocorrência de resistência cruzada foi observada em relação aos herbicidas pertencentes aos grupos químicos das imidazolinonas (imazethapyr), triazolopirimidinas (cloransulam-methyl) e sulfoniluréias (chlorimuron-ethyl e iodosulfuron-methyl-sodium mais foramsulfuron). O herbicida 2,4-D, apresentou alto índice de controle de ambos os biótipos de losna-branca avaliados, confirmando que esse mecanismo de ação do herbicida é uma importante alternativa para manejar áreas com problemas de resistência.