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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE BIOCIÊNCIAS CURSO DE CIÊNCIAS BIOLÓGICAS - BACHARELADO PEDRO VÍTOR VALE BEZERRA ATIVIDADE LARVICIDA E INIBIÇÃO in vitro DE PROTEASES INTESTINAIS DE Aedes aegypti POR EXTRATOS DE SEMENTES DE PLANTAS DA CAATINGA NATAL 2022 PEDRO VÍTOR VALE BEZERRA ATIVIDADE LARVICIDA E INIBIÇÃO in vitro DE PROTEASES INTESTINAIS DE Aedes aegypti POR EXTRATOS DE SEMENTES DE PLANTAS DA CAATINGA Monografia apresentada ao curso de graduação em Ciências Biológicas, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Ciências Biológicas. Orientadora: Profa. Dra. Adriana Ferreira Uchôa Coorientador: Dr. Giulian César da Silva Sá NATAL 2022 Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Leopoldo Nelson - -Centro de Biociências - CB Bezerra, Pedro Vítor Vale. Atividade larvicida e inibição in vitro de proteases intestinais de Aedes aegypti por extratos de sementes de plantas da caatinga / Pedro Vitor Vale Bezerra. - 2022. 48 f.: il. Monografia (graduação) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Biociências, Graduação em Ciências Biológicas Bacharelado. Natal/RN, 2022. Orientadora: Profa. Dra. Adriana Ferreira Uchôa. Coorientador: Dr. Giulian César da Silva Sá. 1. Homogenato intestinal - Monografia. 2. Zimograma - Monografia. 3. Atividade aedicida - Monografia. 4. Proteases serínicas - Monografia. I. Uchôa, Adriana Ferreira. II. Silva, Giulian César da. III. Título. RN/UF/BSCB CDU 616.34-002 Elaborado por KATIA REJANE DA SILVA - CRB-15/351 PEDRO VÍTOR VALE BEZERRA ATIVIDADE LARVICIDA E INIBIÇÃO in vitro DE PROTEASES INTESTINAIS DE Aedes aegypti POR EXTRATOS DE SEMENTES DE PLANTAS DA CAATINGA Monografia apresentada ao curso de Graduação em Ciências Biológicas da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Ciências Biológicas. Aprovada em: 22/07/2022 BANCA EXAMINADORA ______________________________________ Profa. Dra. Adriana Ferreira Uchôa (Presidenta/Orientadora) UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE ______________________________________ Prof. Dr. Elizeu Antunes dos Santos (Examinador 1 - Membro interno) UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE ______________________________________ Dr. Cássio Lázaro Silva Inácio (Examinador 2 - Membro externo) Dedico este trabalho a minha avó Djandi de Medeiros Vale in memoriam e a todas as outras vítimas impactadas pelas arboviroses. Espero que a continuação desta pesquisa consiga futuramente contribuir para o controle dessas doenças. AGRADECIMENTOS O que consegui realizar até hoje, é fruto da contribuição de um número de relações que não consigo mensurar. Assim, de maneira geral, sou grato a todas as pessoas que contribuíram com um ou mais tijolos na construção pessoal e profissional que venho erguendo e que continuará em constante edificação. Sou imensamente grato à minha orientadora Dra. Adriana Uchôa, por ter me acolhido tão gentilmente a seu grupo de pesquisa, por ter acredito no meu potencial e alimentado uma centelha de curiosidade cuja chama continua crescendo até hoje, por ter me ensinado tanto desde a teoria até a bancada, e não somente sobre ciência e academia, mas sobre questões extra- acadêmicas que certamente trouxeram reflexão e me inspiraram a me tornar uma pessoa e um pesquisador melhor. Agradeço também ao meu coorientador Giulian Sá, que igualmente me acolheu com tanto carinho e investiu no meu potencial, me mostrou os caminhos a percorrer numa pesquisa e na escrita deste trabalho. Obrigado por acreditar em mim e tornar tudo mais leve e divertido com sua personalidade icônica. Destaco minha gratidão a toda minha família, pelo suporte, carinho e compreensão. Em especial, meus pais, que abdicaram de múltiplas coisas para investir na minha educação e viabilizar meu acesso a tanto conhecimento e toda a rica experiência que pude ter no curso de Ciências Biológicas da UFRN. Ao meu irmão Arthur e minha prima/irmã Isabelle, que cresceram junto comigo e representam grande influência do que sou hoje. Sou profundamente grato a Marina Rocha, que foi meu porto seguro durante toda a construção deste trabalho. A experiência foi recheada de ansiedade e insegurança e sua presença foi de suma importância para voltar a minha estabilidade e continuar. Obrigado pelo carinho, pelo apoio, por trazer tanto bem-estar, por acreditar no meu potencial e me ajudar a refletir e construir um Pedro melhor a cada dia. Agradeço a minhas amigas parceiras do Laboratório de Proteomas (UFRN) Melissa e Leidiane, por terem igualmente me acolhido tão bem ao grupo de pesquisa, por me ensinarem tanto, desde o básico até os experimentos mais complexos, o passo a passo que vocês fizeram comigo foi fundamental. Obrigado também por tornarem a rotina de pesquisa leve e divertida, nossas conversas, risadas e aprendizados estão eternizados nas minhas memórias. Agradeço ao novo integrante do laboratório, Dalmo, pela companhia e frequente ajuda nos experimentos que realizei neste trabalho, sem dúvida você contribuiu para que desse certo. Carrego muita gratidão por todas as amizades que construí ao longo da graduação Guilherme, Juan, João, Artur, Isabel, Saulo, Bianca, Suzanne, Carol, Letícia, Damila, Amanda, Andressa, Martina, Wandrel, Jorge, Jesus e muitos outros. A graduação foi recheada de desesperos, conquistas, perrengues, campos, práticas, experiências que se tornaram ainda mais especiais por serem compartilhadas com vocês, com um carinhoso toque de apoio mútuo. Agradeço ao professor Dr. Elizeu Antunes, por disponibilizar a estrutura, reagentes e equipamentos do Laboratório de Química e Função de Proteínas Bioativas (LQFPB-UFRN) indispensável para realização deste trabalho, pelos ensinamentos em laboratório e em aula, por aceitar participar da banca avaliadora do TCC e contribuir com meu trabalho. Aos demais membros do LQFPB, especialmente Geovanna, Igor, Rafael e Lídia, pela ajuda e orientação nas atividades e pela companhia. Agradeço à professora Dra. Fátima Ximenes, por disponibilizar a estrutura, os equipamentos e a colônia de Aedes aegypti do Laboratório de Pesquisa em Entomologia (LABENT- UFRN) essencial para a realização deste estudo. Agradeço a toda a equipe do LABENT, Cássio, Virgínia, Ayrton e demais, por consolidar o funcionamento e progressão da colônia, das atividades e do ambiente de trabalho, pelos ensinamentos e pelas maravilhosas companhia e conversas durante os intervalos, vocês tornaram a rotina de pesquisa leve e prazerosa. Destes, em especial, gostaria de agradecer profundamente a Dr. Cássio Lázaro, pela ajuda com os bioensaios, por ter me ensinado tudo sobre manutenção de colônia do Aedes, ter possibilitado a reativação da colônia pós-pandemia, o que tornou meu TCC possível de realizar, por ter me ensinado a dissecar os intestinos das larvas, e pelo ensinamento das demais atividades no LABENT. Em último, sou muito grato por aceitar participar da minha banca avaliadora e contribuir com seu conhecimento e sua experiência. Agradeço ao professor Dr. Hugo Alexandre, por disponibilizar a estrutura e equipamentos do Laboratório de Biotecnologia de Polímeros Naturais (BIOPOL-UFRN), e sua equipe de orientandos, pelapaciência, por serem tão prestativos e se disponibilizarem a orientar nas atividades do BIOPOL. Muito obrigado Weslley, Rony, Cynthia, Maylla, Leonardo e Lucas por toda a ajuda, em especial Cynthia e Maylla por terem me socorrido em um imprevisto durante uma eletroforese dos zimogramas. Agradeço a professora Dra. Selma Jerônimo e a todas as equipes de laboratórios do Instituto de Medicina Tropical, por disponibilizarem estrutura e equipamentos que necessitei nesta jornada. Muito obrigado a todos os professores e demais funcionários da UFRN por me ensinarem tanto, por manterem essa instituição grandiosa funcionando e por tudo que me proporcionaram. Agradeço ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) pelo financiamento e apoio das pesquisas que contribuo, incluindo a que gerou este trabalho. A vida é uma união simbiótica e cooperativa, permitindo triunfar aqueles que se associam. Lynn Margulis RESUMO Arboviroses são doenças epidemiologicamente relevantes transmitidas por artrópodes, afetando sobretudo países tropicais, como o Brasil. Atualmente o enfrentamento das arboviroses é realizado, principalmente, através do controle populacional do Aedes aegypti, principal mosquito vetor urbano. Recentemente, a busca por alternativas ecologicamente amigáveis para o controle vetorial tem sido incentivada, como o desenvolvimento de inseticidas botânicos. Nesse cenário, a Caatinga, centro de biodiversidade, representa uma fonte importante de espécies vegetais para prospecção de moléculas inseticidas. A presente pesquisa investigou a potencial atividade de extratos de sementes de 3 espécies vegetais da Caatinga, Amburana cearensis, Anadenanthera colubrina e Erythrina velutina, contra larvas de A. aegypti, e buscou avaliar, in vitro, suas capacidades de inibição das proteases intestinais das larvas deste mosquito. Bioensaios foram realizados expondo as larvas em diferentes concentrações dos extratos, sendo analisada a taxa de sobrevivência larval em 24h e 48h, para estimar as concentrações letais 50% (CL50). Homogenatos foram produzidos a partir dos intestinos médios das larvas para analisar in vitro a inibição pela exposição aos extratos, quantitativamente, através de ensaio de atividade enzimática, e qualitativamente, através de zimogramas. Os extratos aquosos de A. cearensis (EC), A. colubrina (EA) e E. velutina (EM) comprometeram a sobrevivência das larvas, apresentando CL50 iguais a 0,67 mg/mL, 0,28 mg/mL e 1,85 mg/mL, após 24h de exposição, e 0,24 mg/mL, 0,05 mg/mL e 0,91 mg/mL, após 48h de exposição, respectivamente. A caracterização inicial dos extratos sugere uma eficiência nas condições de extrações, com rendimento em peso seco entre 14,53 mg e 34,50 mg, rendimento total entre 7,56% e 54,16%, e teores de proteínas solúveis entre 1,16 mg/mL e 2,30 mg/mL. As proteínas solúveis nos extratos possivelmente favoreceram o comprometimento da atividade enzimática das proteases do homogenato intestinal das larvas de A. aegypti, com atividade inibitória específica em EC (662,65 UI/mg), EA (226,19 UI/mg) e EM (496,11 UI/mg). As análises dos zimogramas revelaram a presença de bandas proteolíticas de peso molecular relativo alto (acima de 66 kDa), médio (entre 45 kDa e 30 Kda) e baixo (abaixo de 30 kDa), e que os extratos afetaram grupos distintos de proteases do homogenato das larvas. Os resultados indicam que a inibição das proteases intestinais pode compreender um dos modos de ação para a atividade larvicida dos extratos, em especial para o extrato EC. Testes complementares estão em andamento para confirmar essa relação. Palavras-chave: Homogenato intestinal. Zimograma. Atividade aedicida. Proteases serínicas. ABSTRACT Arboviruses are epidemiologically relevant viruses transmitted by arthropods, affecting especially tropical countries, such as Brazil. Currently, the fight against arboviruses is carried out mainly through population control of Aedes aegypti, main urban vector mosquito. Recently, the search for eco friendly alternatives for vector control has been encouraged, such as the development of botanical insecticides. In this scenario, the Caatinga, a center of biodiversity, represents an important source of plant species for prospecting insecticidal molecules. The present research investigated the potential activity of seed extracts from 3 plant species from the Caatinga, Amburana cearensis, Anadenanthera colubrina and Erythrina velutina, against A. aegypti larvae, and sought to evaluate, in vitro, the ability to inhibit intestinal proteases of the mosquito larvae. Thus, bioassays were performed exposing the larvae to different extract concentrations, and the percentage of larval survival at 24 and 48 hours was analyzed in order to estimate the lethal concentrations 50% (LC50). For the in vitro tests, homogenates were produced from the larvae midguts, in order to analyze the inhibition by exposure to extracts quantitatively, through an enzyme activity assay, and qualitatively, through zymography. The aqueous extracts of A. cearensis (CE), A. colubrina (AE) and E. velutina (ME) compromised larval survival, presenting LC50 equal to 0.67 mg/mL, 0.28 mg/mL and 1, 85 mg/mL, after 24h of exposure, and 0.24 mg/mL, 0.05 mg/mL and 0.91 mg/mL, after 48h of exposure, respectively. The initial characterization of the extracts suggests an efficiency in the extraction conditions, with dry weight yield between 14.53 mg and 34.50 mg, total yield between 7.56% and 54.16%, and soluble protein contents between 1,16 mg/ml and 2,30 mg/ml. The extracts soluble proteins possibly contributed for the enzyme activity impairment of A. aegypti larvae intestinal homogenate proteases, with specific inhibitory activity in CE (662.65 IU/mg), AE (226.19 IU/mg) and ME (496.11 IU/mg). The zymography analysis revealed the presence of proteolytic bands of high relative molecular weight (above 66 kDa), medium (between 45 kDa and 30 kDa) and low (below 30 kDa), and that the extracts affected distinct proteases groups in the larval homogenate. The results indicate the inhibition of intestinal proteases may comprise one of the modes of action for the larvicidal activity of the extracts, especially for the CE extract. Complementary tests are underway to confirm this relationship. Keywords: Intestinal homogenate. Zymography. Aedicidal activity. Serine proteases. LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Ciclo de vida do Aedes aegypti e principais arboviroses transmitidas pela fêmea................................................................................................. 17 Figura 2 – Sementes de Amburana cearensis (Cumaru), Anadenanthera colubrina (Angico) e Erythrina velutina (Mulungu)................................................ 22 Figura 3 – Desenho experimental do teste in vitro para detecção de inibição das proteases do HIL pelos extratos............................................................... 26 Figura 4 – Atividade residual do homogenato intestinal de larvas nos tratamentos com extratos de Angico, Cumaru e Mulungu........................................... 31 Figura 5 – Atividade Inibitória Específica dos extratos de Angico, Cumaru e Mulungu................................................................................................... 32 Figura 6 – Perfil enzimático do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti em zimograma.......................................................................................... 33 Figura 7 – Zimogramas dos tratamentos do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti com os extratos de Angico, Cumaru e Mulungu.............. 34 Figura 8 – Comparação do gel-espelho e zimograma do homogenato intestinal delarvas de Aedes aegypti e do extrato de Angico, isolados e combinados. 35 Figura 9 – Comparação do gel-espelho e zimograma do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti e do extrato de Cumaru, isolados e combinados 36 Figura 10 – Comparação do gel-espelho e zimograma do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti e do extrato de Mulungu, isolados e combinados............................................................................................... 37 LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Extratos produzidos a partir das sementes de A. cearensis (Cumaru), A. colubrina (Angico) e E. velutina (Mulungu).............................................. 23 Tabela 2 – Determinação do peso seco, rendimento total e teor de proteínas solúveis totais dos extratos....................................................................................... 29 Tabela 3 – Concentrações letais encontradas após bioensaios dos extratos com larvas de Aedes aegypti............................................................................... 30 Tabela 4 – Inibição da atividade proteolítica do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti pelos extratos....................................................................... 30 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO.................................................................................................. 16 2 OBJETIVOS....................................................................................................... 21 2.1 Objetivo geral..................................................................................................... 21 2.2 Objetivos específicos.......................................................................................... 21 3 MATERIAL E MÉTODOS............................................................................... 21 3.1 Materiais biológicos............................................................................................ 21 3.1.1 Obtenção das sementes......................................................................................... 21 3.1.2 Obtenção das larvas de Aedes aegypti................................................................. 22 3.2 Produção dos extratos........................................................................................ 22 3.3 Caracterização inicial dos extratos................................................................... 23 3.3.1 Rendimento da extração....................................................................................... 23 3.3.2 Teor de proteínas solúveis totais.......................................................................... 24 3.4 Ensaio biológico larvicida contra Aedes aegypti com extratos das sementes 24 3.5 Investigação dos efeitos na atividade enzimática de proteases do intestino médio de larvas de Aedes aegypti pelos extratos de sementes......................... 24 3.5.1 Dissecação de intestinos das larvas de Aedes aegypti e obtenção do homogenato intestinal larval (HIL) .......................................................................................... 24 3.5.2 Teste in vitro para detecção de inibição das proteases do HIL pelos extratos..... 25 3.6 Zimograma.......................................................................................................... 27 3.7 Gel-espelho (SDS-PAGE) ................................................................................. 28 3.8 Análises estatísticas............................................................................................ 28 4 RESULTADOS................................................................................................... 28 4.1 Caracterização inicial dos extratos................................................................... 28 4.2 Ensaios larvicidas de A. aegypti com extratos das sementes.......................... 29 4.3 Detecção da atividade inibitória das proteases do homogenato intestinal de larvas de A. aegypti pelos extratos................................................................ 30 4.4 Zimograma: perfil enzimático do homogenato intestinal de larvas e inibição da proteólise pelos extratos................................................................. 32 4.5 Perfil eletroforético (SDS-POAGE 12%) dos géis-espelho............................. 34 5 DISCUSSÃO....................................................................................................... 37 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS............................................................................ 41 REFERÊNCIAS................................................................................................. 42 APÊNDICE A – PERFIL ELETROFORÉTICO DOS TRATAMENTOS DE HIL E EXTRATOS ISOLADOS E COMBINADOS............................... 47 16 1 INTRODUÇÃO Os arbovírus representam um grupo de vírus de RNA transmitidos aos seres humanos predominantemente por artrópodes hematófogos, principalmente mosquitos, flebotomíneos e carrapatos (SCHNEIDER; CALVO; PETERSON, 2021). Os arbovírus disseminados por mosquitos pertencem majoritariamente aos gêneros Alphavirus e Flavivirus (SCHNEIDER; CALVO; PETERSON, 2021), nos quais se enquadram as espécies virais responsáveis por arboviroses de grande relevância epidemiológica no Brasil e no mundo, a saber: dengue, febre amarela, zika e chikungunya (DE SOUZA et al., 2022; WHO, 2021). Essas arboviroses compartilham aspectos clínicos semelhantes, embora a febre amarela e a dengue possam induzir episódios de febre hemorrágica; a chikungunya pode se tornar debilitante pela artralgia grave; enquanto pessoas acometidas por zika estão predispostas ao desencadeamento da síndrome de Guillain-Barré, além de proporcionar alterações congênitas em fetos, como microcefalia e hidropisia fetal (NEVES, 2021; REIS et al., 2021). Em períodos epidêmicos sazonais, a porcentagem de casos graves de infecção por arbovírus tende a aumentar significativamente (DONALISIO; FREITAS; ZUBEN, 2017), sobretudo em países tropicais, como observado atualmente no Brasil com o elevado número de casos ocorridos em 2022 (BRASIL, 2022). Segundo o 21° boletim epidemiológico de arboviroses do Ministério da Saúde, até a 20ª semana de 2022, o Brasil apresentou 1.036.505 casos prováveis de dengue, 98.540 de chikungunya, 4.839 de zika e 575 casos suspeitos de febre amarela, estes últimos relacionados ao contato em áreas silvestres por pessoas não vacinadas, que representam risco para surtos do ciclo urbano (BRASIL, 2022). Dentre as regiões afetadas, a região Nordeste se sobressai por ser um centro hiperendêmico da dengue há mais de 30 anos e, ainda, sofrer as consequências da epidemia de Zika de 2015 (RODRIGUEZ- BARRAQUER et al., 2019). Estes dados evidenciam a necessidade de implementar estratégias que minimizem os impactos gerados pelas arboviroses. Quanto à prevenção baseada na imunização da população contra as arboviroses, apenas a febre amarela contempla a existência de uma vacina eficaz e disponível no sistema público de saúde, a YFV-17D (PETRAGLIA et al., 2020) incluída no Plano Nacional de Imunização em 2018, por maior circulação do vírus observado com o surto em 2017 (GOLDANI, 2017). Embora exista uma vacina para o manejo da dengue, CYD-TDV (Dengvaxia®), sua eficácia é relatada apenas para soropositivos e ainda não contempla os quatro sorotipos virais (DENG et al., 2020). Em relação à zika e à chikungunya, as vacinas continuam em fase de desenvolvimento (CASTANHA; MARQUES, 2020; REZZA; WEAVER, 2019). Essa 17 conjuntura, simultânea à inexistência de terapias específicas e aos quadros epidêmicos, direciona uma estrutura de combate às arboviroses centrada em medidas para controle populacional dos vetores dos agentes etiológicos (MARTINS; PRATA-BARBOSA; CUNHA,2020). O principal vetor reconhecido para a maioria das arboviroses prevalentes em ambientes urbanos é o mosquito Aedes aegypti (L.) (Diptera: Culicidae) (SEGURA et al., 2021). Seu ciclo de vida compreende duas fases, uma aquática, onde três estágios se desenvolvem (ovo, larva e pupa), e uma alada, representada pelo mosquito adulto (Figura 1) (IWAMURA; HOLST; MURRAY, 2020). Alguns fatores, como o clima (quente e úmido), diversidade e disponibilidade de criadouros, urbanização mal planejada, capacidade de dispersão do mosquito, mudanças climáticas e falhas nas ações de combate e controle das populações, tornam o combate às populações do mosquito vetor um desafio constante (LWANDE et al., 2020). Figura 1 – Ciclo de vida do Aedes aegypti e principais arboviroses transmitidas pela fêmea. Fonte: Modificado de Silvério et al. (2020, p.22). Estudos de vigilância entomológica conduzidos na região metropolitana de Natal-RN (XIMENES et al., 2020; BARBOSA et al., 2017; MEDEIROS et al., 2009), cenário em que essa pesquisa se insere, revelaram uma diversidade preocupante de espécies de mosquitos com 18 potencial de transmissão de arbovírus, dentre eles A. aegypti, apresentando alta densidade populacional. Adicionalmente, Ximenes et al. (2020) identificaram a ocorrência do arbovírus causador da chikungunya em mosquitos fêmeas e machos de Aedes albopictus (Skuse), e fêmeas das espécies A. aegypti, Aedes fluviatilis (Lutz) e Wyeomyia bourrouli (Lutz), sugerindo que a expansão dos arbovírus está associada à participação de diversas espécies de mosquitos nas áreas de transmissão. Zara e colaboradores (2016) relatam que as principais estratégias de controle de A. aegypti no Brasil consistem no controle mecânico, biológico e químico. O controle mecânico se baseia na eliminação dos criadouros e na utilização de barreiras físicas que evitem o contato com humanos, como a adoção de telas em portas e janelas. O controle biológico fundamenta- se na utilização de outros organismos vivos capazes de suprimir o desenvolvimento do inseto vetor ou de interferir na sua competência reprodutiva. Esses organismos podem ser animais predadores, como peixes e invertebrados, ou patógenos, como bactérias, fungos e protozoários. Já o controle químico, compreende o uso de compostos químicos sintéticos capazes de interferir na fisiologia do inseto, prejudicando seu desenvolvimento e sua sobrevivência. Embora o controle químico represente uma estratégia recorrente de controle do A. aegypti no Brasil, há solidificada uma falsa concepção de segurança quanto à sua eficácia (ARAÚJO; CARVALHO; CAPURRO, 2021). A grande problemática é o surgimento de populações de Aedes resistentes aos inseticidas químicos, facilitado pelo uso intensivo e irrestrito desses produtos (SILVA; COSTA; SANTOS, 2020). A resistência aos principais inseticidas sintéticos utilizados no manejo populacional de insetos vetores, como o temephos (organofosforado) e a deltametrina (piretróide), já foi observada em diferentes populações de Aedes no território brasileiro (BELLINATO et al., 2016). Somada à resistência, os inseticidas químicos apresentam baixa biodegradabilidade, alta toxicidade a organismos não-alvo e biomagnificação, podendo alcançar e afetar uma diversidade de ecossistemas (MAGALHÃES et al., 2021; SILVA; COSTA; SANTOS, 2020). Nas últimas décadas, o desenvolvimento de métodos alternativos e ecologicamente corretos vem sendo incentivado, com o intuito de contribuir para uma maior diversidade de ferramentas para o controle de insetos do gênero Aedes (BENELLI; JEFFRIES; WALKER, 2016). Em revisão recente Sá et al. (2022) discutiu a relevância dos bioinseticidas derivados de plantas no manejo integrado de mosquitos dos gêneros Aedes, Anopheles e Culex. Estes, apresentam vantagens quando comparados aos compostos sintéticos como: a biodegradabilidade, segurança ambiental e baixa ou nenhuma toxicidade a organismos não- alvos (incluindo insetos polinizadores e animais homeotérmicos). Além disso, as plantas 19 concentram um vasto repertório de moléculas com potencial inseticida, em especial proteínas, as quais podem ser empregadas de forma combinada para afetar o desenvolvimento dos insetos de maneiras distintas, com baixa ocorrência de episódios de resistência nessas populações (SÁ et al., 2022; PAVELA et al., 2019; CASTILLO; STASHENKO; DUQUE, 2017). As plantas coevoluíram com os insetos desenvolvendo mecanismos distintos para lidar com a herbivoria, partindo de alterações morfológicas para proteção física dos órgãos até um arsenal bioquímico de moléculas com atividade inseticida (WAR et al., 2018). Nesse contexto, a Caatinga, um bioma de condições edafoclimáticas sazonalmente desfavoráveis (ALVES, 2007), pode ser uma fonte interessante de moléculas vegetais com atividade inseticida, tendo em vista a eficiência das espécies da flora em defender seus recursos nos períodos de seca. Além disso, apesar de ter sido negligenciada por décadas, inclusive na esfera científica, a Caatinga compreende uma grande e riqueza de espécies vegetais endêmicas que valida tal bioprospecção (SANTOS et al., 2011). Atualmente são registradas nas florestas e matas secas sazonais da Caatinga brasileira a ocorrência de 3.347 espécies de plantas, agrupadas em 962 gêneros e 153 famílias de angiospermas, das quais, 526 espécies são endêmicas, ratificando sua biodiversidade vegetal ímpar (FERNANDES; CARDOSO; DE QUEIROZ, 2020). Pesquisas recentes destacam o potencial inseticida da flora ocorrente nos biomas da região Nordeste do Brasil como fonte de moléculas bioativas contra as fases do desenvolvimento do A. aegypti, sobretudo na larval (DA SILVA et al., 2022; FELIX et al., 2021; MARQUES et al., 2021; MOURÃO et al., 2021; DE OLIVEIRA et al., 2019; SILVA et al., 2019; PEREIRA et al., 2018; SANTOS et al., 2012). A exemplo disso, Barbosa et al. (2014) observou a atividade bioinseticida contra A. aegypti em diversas espécies da flora presentes na Caatinga do Rio Grande do Norte. A atividade larvicida é a mais recorrente em estudos deste tipo, visto que além de representar uma fase mais vulnerável do ciclo de vida do inseto é ideal para ações de controle antropogênico. A eliminação das larvas atua interrompendo o ciclo biológico do inseto, fazendo com que este não alcance a fase adulta, responsável pela transmissão de arbovírus. Nas larvas de A. aegypti, um dos principais alvos dos inseticidas botânicos é o intestino médio do inseto, órgão responsável pelo fornecimento de proteínas essenciais à nutrição e morfogênese da larva (SÁ et al., 2022). O efeito deletério desses bioinseticidas pode decorrer da inibição de proteases intestinais, enzimas que catalisam a clivagem hidrolítica das ligações peptídicas de proteínas ingeridas pelo inseto (HABIB; FAZILI, 2007). Essas enzimas são essenciais para o processo inicial da decomposição de proteínas derivadas da dieta, transformando macromoléculas em porções peptídicas menores que serão novamente 20 degradadas, fornecendo aminoácidos essenciais à fisiologia do inseto (ZHU-SALZMAN; ZENG, 2015). A ingestão de inibidores de proteases (IPs) pela larva do mosquito, pode afetar a atividade catalítica destas enzimas, impedindo ou minimizando sua atividade proteolítica (HABIB; FAZILI, 2007) e comprometendo o desenvolvimento do inseto (DIAS et al., 2017). Os IPs vegetais, em especial, são metabólitos primários (proteínas e peptídeos) presentes em altas concentrações principalmente em órgãos de armazenamento, como sementes (VOLPICELLA et al., 2011), e estão envolvidos em vários processos fisiológicos e ontogenéticos da planta, incluindo a defesa contra herbivoria (GROSSE-HOLZ; HOORN, 2016; VOLPICELLA et al., 2011). A ocorrência desses inibidores é amplamente relatada em espécies da família Fabaceae (CLEMENTE et al., 2019), o grupo vegetal investigado nestapesquisa. Dentre a vasta diversidade vegetal ocorrente na região Nordeste do Brasil, três espécies da família Fabaceae, Amburana cearensis (Allemão) A.C.Sm. (cumaru), Anadenanthera colubrina (Vell.) Brenan (angico) e Erythrina velutina Willd. (mulungu) têm despertado o interesse de pesquisadores devido ao seu uso na medicina popular para o tratamento de inúmeras complicações de saúde (GUARNEIRE et al., 2021; SILVA et al., 2016; SILVEIRA et al., 2022). Recentemente, extratos salinos dessas três espécies foram investigados quanto ao seu potencial inseticida, sendo confirmado o uso potencial no controle populacional de larvas de A. aegypti (BARBOSA et al., 2014). Considerando a bioatividade dessas formulações naturais, a necessidade de ofertar novas estratégias ao manejo integrado de insetos vetores e a maior facilidade de sistemas de extração aquosos, torna-se interessante a verificação da potencialidade do efeito larvicida em extratos aquosos de A. cearensis, A. colubrina e E. velutina, além da busca pelo entendimento dos possíveis modos de ação desses extratos frente aos processos fisiológicos das larvas de A. aegypti. 21 2 OBJETIVOS 2.1 Objetivo geral Investigar em extratos aquosos de Amburana cearensis, Anadenanthera colubrina e Erythrina velutina a atividade larvicida contra larvas de Aedes aegypti e a presença de atividade inibitória, in vitro, em proteases totais do homogenato intestinal das larvas. 2.2 Objetivos específicos • Obter e caracterizar extratos aquosos de sementes de A. cearensis, A. colubrina e E. velutina quanto ao seu rendimento e teor de proteínas solúveis totais; • Examinar a presença de atividade larvicida dos extratos obtidos; • Verificar o efeito in vitro dos extratos na atividade proteolítica total do homogenato intestinal de larvas de A. aegypti; • Detectar, por zimograma, a atividade de proteases intestinais de larvas de A. aegypti e a interferência dos extratos no padrão de bandas proteolíticas. 3 MATERIAIS E MÉTODOS 3.1. Materiais biológicos 3.1.1 Obtenção das sementes As sementes de Amburana cearensis (Cumaru - Figura 2A), Anadenanthera colubrina (Angico - Figura 2B) e Erythrina velutina (Mulungu - Figura 2C) foram cedidas pelo banco de sementes da Floresta Nacional (Flona) de Nísia Floresta, Unidade de Conservação gerida pelo Instituto Chico Mendes de Conservação da Biodiversidade (ICMBio), localizada no município de Nísia Floresta (6°04'56.7"S 35°11'08.3"W), estado do Rio Grande do Norte. A utilização dos espécimes esteve em conformidade com o Sistema Nacional de Gestão do Patrimônio Genético e do Conhecimento Tradicional Associado, sob registro SisGen n. A3104E7. 22 Figura 2 – Sementes de Amburana cearensis (Cumaru), Anadenanthera colubrina (Angico) e Erythrina velutina (Mulungu) Fonte: Autoria própria (2022). 3.1.2 Obtenção das larvas de Aedes aegypti As larvas de Aedes aegypti foram provenientes de uma colônia de insetos estabelecida no Laboratório de Pesquisa em Entomologia do Departamento de Microbiologia e Parasitologia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), Natal-RN, Brasil. Os insetos adultos foram coletados no Campus Universitário da UFRN e mantidos em gaiolas de criação (30 cm x 30 cm) sob temperatura constante de 28 °C, umidade de 50%-70% e fotoperíodo natural; os mosquitos, machos e fêmeas foram alimentados com solução açucarada (10%). Para as fêmeas realizarem a postura de ovos, foi oferecido um hamster (Mesocricetus auratus) para o repasto sanguíneo a cada 48 h. O repasto sanguíneo é necessário para a obtenção de proteínas essenciais no desenvolvimento dos ovos. Para a obtenção das larvas, mini ovitrampas foram instaladas no interior da gaiola de criação de A. aegypti. As palhetas com ovos foram submersas em solução de água e fermento biológico (2,5 mg/L) para eclosão das larvas, tal processo acelera e busca padronizar o processo de eclosão e desenvolvimento larval (ANJOLETTE; MACORIS, 2016). Em seguida, as larvas foram monitoradas até o desenvolvimento do estádio L4, quando então foram utilizadas nos bioensaios e nas dissecações para produção do homogenato intestinal. 3.2 Produção dos extratos As sementes de A. cearensis, A. colubrina e E. velutina foram trituradas em moinho elétrico modelo STAR FT-50 (Fortinox, Brasil) e tamisadas até obtenção de um pó com peneira 23 com trama de 40 mesh. A extração aquosa a quente foi realizada através da homogeneização do pó de cada semente em água destilada, na relação de hidromódulo de 1:10 (p/v), mantido em banho maria a 80 °C por 3h30. A cada 30 minutos, os extratos foram agitados mecanicamente, posteriormente submetidos à centrifugação (10.000 x g, 4 °C, 15 min) (Centrífuga modelo 5810R, Eppendorf, Alemanha). Em seguida o sobrenadante foi filtrado em papel de filtro quantitativo de poro médio (20-25 µm, Whatman™). Os precipitados foram submetidos à reextração sob as mesmas condições. Os precipitados finais foram descartados e os sobrenadantes de ambas as extrações foram unidos, armazenados a frio (–20°C) e liofilizados (Liofilizador FreeZone 4.5, USA). Após as extrações, os três extratos aquosos foram identificados conforme a Tabela 1. Tabela 1 – Extratos produzidos a partir das sementes de A. cearensis (Cumaru), A. colubrina (Angico) e E. velutina (Mulungu). Sigla Extrato EA Extrato de angico aquoso EC Extrato de cumaru aquoso EM Extrato de mulungu aquoso Fonte: Autoria própria (2022). 3.3 Caracterização inicial dos extratos 3.3.1 Rendimento da extração O rendimento da massa extraída nas extrações (mg/mL) foi determinado pelo cálculo de peso seco (expresso em mg) a partir de volumes conhecidos dos extratos brutos. Em separado e em triplicata, um volume padrão (5,0 mL) de extratos foi disposto em tubos de fundo cônico tipo Falcon, com peso conhecido, e submetido à liofilização com posterior pesagem. A diferença entre os pesos pré e pós liofilização foi calculada, sendo o resultado dividido pelo volume inicial da liofilização (5,0 mL), estimando, desse modo, a quantidade de massa extraída por mL de solvente. Já o rendimento total (expresso em %), compreendeu a relação da massa 24 total de pó de semente (g) investida na extração e a massa total de cada extrato (g) obtido após a liofilização. 3.3.2 Teor de proteínas solúveis totais A quantificação de proteínas solúveis totais de cada extrato foi realizada pelo método de Bradford (1976), com adaptações para microensaio em placas de 96 poços. A albumina sérica bovina (ASB; Sigma-Aldrich, EUA) foi a proteína referência utilizada para obtenção de uma curva padrão (0,05 a 0,5 mg/mL). Após o ensaio, realizou-se a leitura em espectrofotômetro a 595 nm (Espectrofotômetro Epoch-Biotek, EUA). 3.4 Ensaio biológico larvicida contra Aedes aegypti com extratos das sementes Os ensaios larvicidas foram desenvolvidos seguindo diretrizes da Organização Mundial da Saúde para larvicidas de origem natural (WHO, 2005). Um total de 20 larvas de A. aegypti em 4° ínstar (L4) foi exposto a 10 mL de diferentes concentrações de cada extrato, para obtenção das CL50 24 h e 48 h, ou seja, concentrações mínimas capazes de matar 50% das larvas após 24 h e 48 h de exposição aos extratos, respectivamente, expressas em mg/mL de peso seco. O ensaio foi desenvolvido em quintuplicata (n=5) com controle negativo representado pela exposição de larvas apenas à água destilada. As larvas foram monitoradas durante 48 h, sendo quantificado o número de larvas mortas a cada 24 h. A morte larval foi constatada pela ausência de resposta motora aos estímulos mecânicos empregados contra as larvas. 3.5 Investigação dos efeitos na atividade enzimática de proteases do intestino médio de larvas de Aedes aegypti pelos extratos de sementes3.5.1 Dissecação de intestinos das larvas de Aedes aegypti e obtenção do homogenato intestinal larval (HIL) Intestinos íntegros das larvas de A. aegypti foram dissecados adaptando a metodologia descrita em Barbosa (2014). Larvas de quarto instar (L4) foram imobilizadas em gelo e mantidas em solução Tris-HCl 0,05 M, pH 8,0. Em seguida, com auxílio de um microscópio estereoscópico e bisturi (Lâmina N23, Med Goldman, Brasil), os apêndices terminais e cabeça 25 foram destacados do tórax das larvas para facilitar a remoção do intestino com pinças entomológicas. Os intestinos excisados foram transferidos imediatamente para um microtubo resfriado contendo uma solução tampão de Tris-HCl 0,05 M, pH 8,0, CaCl2 0,02 M, NaCl 0,15 M. Foram dissecados 100 intestinos para cada microtubo contendo 500 µL de solução tampão. Ao final, o tubo foi armazenado em freezer (-20°C) para posterior produção do homogenato intestinal larval (HIL). A homogeneização dos intestinos seguiu a metodologia de Almeida Filho e colaboradores (2017). Com auxílio de pistilo em polipropileno cônico para microtubos (80 mm x 5 mm; Axygen, Brasil), os intestinos armazenados em solução tampão foram macerados em banho de gelo e submetido à centrifugação (10.000 x g, 4 °C, 10 min). O sobrenadante foi recolhido, identificado como HIL e conservado a -20 °C até sua utilização nos ensaios. Alíquotas do HIL (0,5 mL) foram reservadas para dosagem de proteínas solúveis totais conforme descrito na seção 3.3.2. 3.5.2 Teste in vitro para detecção de inibição das proteases do HIL pelos extratos Para verificar a capacidade inibitória dos extratos contra as proteases do HIL de A. aegypti, foi empregado o método adotado por Almeida Filho e colaboradores (2017), considerando algumas modificações. Inicialmente, 15 µL (equivalente a 24 µg de proteína) de HIL foram individualmente incubados, durante 15 min a 37 °C, contendo os extratos solubilizados em Tris-HCl 0,05 M, pH 8,0, CaCl2 0,02 M. Em seguida, foram adicionados 100 µL do substrato azocaseína a 1% (Sigma-Aldrich, Brasil). A reação enzimática foi mantida durante 30 min, sendo interrompida pela adição de 150 µL de ácido tricloroacético (TCA) a 20% (Sigma-Aldrich, Brasil). Os tubos foram centrifugados a 10000 x g a 4 °C, durante 10 min. Os sobrenadantes resultantes foram transferidos para uma placa de 96 poços e alcalinizados com NaOH 2,0 M na proporção de 1:1 (v/v), com posterior análise espectrofotométrica a 440 nm (Espectrofotômetro Epoch-Biotek, EUA). A atividade proteolítica total do HIL foi utilizada como controle negativo de inibição, sendo realizada sob as mesmas condições descritas anteriormente, mas na ausência de extrato, de modo que a incubação ocorreu apenas com Tris-HCl 0,05 M, pH 8,0, CaCl2 0,02 M. O teste foi realizado em triplicata (n=3) com controles de interferência da cor (do homogenato e do extrato) na leitura de absorbância, identificados como “branco” da amostra, em que a azocaseína (1%) foi adicionada somente após o TCA (20%). O desenho experimental do teste pode ser verificado na Figura 3. 26 Figura 3 - Desenho experimental do teste in vitro para detecção de inibição das proteases do HIL pelos extratos Legenda: Cada tubo possui três réplicas (n=3). Os asteriscos (*) destacam a ausência de azocaseína (substrato) na respectiva etapa do ensaio para separação dos testes e dos brancos. Fonte: Autoria própria (2022). Os resultados das absorbâncias dos testes com os extratos foram tratados para obter três tipos de dados: a atividade inibitória percentual (AIP), a unidade inibitória (UI), a atividade inibitória específica (AIE) e a atividade residual (AtR), calculadas pelas equações 1, 2, 3 e 4 respectivamente. A (AIP) corresponde à porcentagem de atividade do HIL reduzida na presença do extrato em comparação ao controle negativo. A unidade inibidora (UI) foi definida como a quantidade de inibidor capaz de diminuir em 0,01 o valor de absorbância no ensaio. A atividade inibitória específica (AIE) representa a relação entre UI e a quantidade de proteína do extrato utilizada no ensaio. A AIE é um dado importante para realizar a comparação da atividade inibitória dos extratos, uma vez que foram aplicadas quantidades diferentes de proteína para cada extrato no teste. A atividade residual (AtR) consiste na atividade proteolítica percentual restante do HIL no tratamento com extrato, em comparação à atividade proteolítica total do HIL (controle negativo). 𝐴𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑖𝑏𝑖𝑡ó𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 (%) = 100% − 𝐴𝑡𝑅 (1) 𝑈𝑛𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑖𝑏𝑖𝑡ó𝑟𝑖𝑎 (𝑈𝐼) = [(𝐴𝑒 − 𝐴𝑏𝑒) − (𝐴𝑎 − 𝐴𝑏𝑎)]/0.01 (2) 𝐴𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑖𝑏𝑖𝑡ó𝑟𝑖𝑎 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐í𝑓𝑖𝑐𝑎 (𝑈𝐼/𝑚𝑔) = 𝑈𝐼/𝑞𝑝𝑎 (3) 𝐴𝑡𝑖𝑣𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙 (%) = [ (𝐴𝑎 − 𝐴𝑏𝑎) ∗ 100/𝐴𝑒 − 𝐴𝑏𝑒] (4) 27 A legenda dos elementos presentes nas equações anteriores está disposta a seguir: Ae = Absorbância da atividade proteolítica total do HIL; Abe = Absorbância do branco da atividade proteolítica total do HIL; Aa = Absorbância da atividade proteolítica na presença do extrato; Aba = Absorbância do branco da atividade proteolítica na presença do extrato; qpa = Quantidade de proteína empregada no ensaio. 3.6 Zimograma Para a construção do zimograma e corrida eletroforética, foi empregada a metodologia descrita por Rodrigues e colaboradores (2011). O gel de separação foi produzido na concentração de 12% de poliacrilamida em tampão Tris-HCl 1,5 M, pH 8,8, sendo copolimerizado com gelatina suína a 0,1% (Sigma Aldrich). O gel de empilhamento foi preparado a 3,5% de poliacrilamida em tampão Tris-HCl 1,0 M, pH 6,8. Nos zimogramas produzidos, foram aplicados, em separado, o HIL (equivalente a 20 µg de proteína), os extratos (equivalente a 30 µg de proteína), e a combinação de ambos, extrato e HIL. Inicialmente, os tratamentos (HIL, extrato e sua associação) foram incubados em Tampão Tris-HCl 0,05 M, pH 8,0, CaCl2 0,02 M durante 20 min, a 37 °C, conforme descrito por Napoleão e colaboradores (2011). A corrida eletroforética (Eletroforese em gel de poliacrilamida com dodecil-sulfato de sódio, SDS-PAGE) foi desenvolvida a 50 V no gel de empilhamento e 150 V no gel de separação, sob temperatura de aproximadamente 4 °C. Após corrida eletroforética, o gel foi lavado com Triton X-100 (Sigma-Aldrich, EUA) duas vezes, durante 30 min em cada lavagem, a 4 °C. Em seguida, o gel foi incubado em tampão Tris-HCl 0,1 M, pH 7,5, durante 60 min para reativação da atividade proteolítica e digestão do substrato gelatina incorporado no gel. Por fim, a coloração foi realizada com uma solução de Coomassie Brilliant Blue R-250 (Sigma-Aldrich, EUA), metanol 40% (Merck, Alemanha) e ácido acético glacial 10% (Merck, Alemanha). Após 12 h, o gel foi descorado com uma solução de ácido acético glacial a 10% (Merck, Alemanha) até visualização das bandas de gelatina hidrolisadas. As massas moleculares das proteases foram estimadas comparando com os padrões de massa molecular (14,4-97 kDa; Amersham™) de um gel-espelho SDS-PAGE, sem gelatina. 28 3.7 Gel-espelho (SDS-PAGE) A estimativa da massa molecular das proteínas presentes nos géis de eletroforese foi realizada por SDS-PAGE, conforme descrito por Laemmli (1970), com algumas modificações. O gel de separação foi produzido na concentração de 12% de poliacrilamida em tampão Tris- HCl 1,5 M, pH 8,8. O gel de empilhamento foi preparado a 3,5% de poliacrilamida em tampão Tris-HCl 1,0 M, pH 6,8. Os compostos (HIL, extrato e sua associação) foram administrados ao sistema igualmente ao apresentado no método do zimograma (seção 3.6). Após corrida eletroforética, a coloração foi realizada conforme descrito por Neuhoff e colaboradores (1988), por uso de uma solução coloidal de Coomassie Brilliant Blue G-250 (Sigma-Aldrich,EUA), mantendo a coloração até a visualização adequada das bandas, sendo o excesso de corante removido por imersões em água destilada. Os géis foram digitalizados e a estimativa das massas moleculares das proteínas foi realizada comparando com a mobilidade eletroforética relativa do marcador de massas moleculares entre 14,4 e 97 kDa (Amersham™). 3.8 Análises estatísticas As análises foram realizadas em replicatas biológicas e experimentais a partir de dados reunidos nos ensaios de dosagens (n=3) e ensaios larvicidas (n=5). As concentrações letais (CL50) foram calculadas a partir da correlação dose-mortalidade por meio da análise Probit, com intervalo de confiança de 95%, usando o software Microsoft Excel 2016.. Para os testes de inibição, como os dados apresentaram-se paramétricos e não pareados pelos testes de normalidade Shapiro-Wilk e Kolmogorov-Smirnov, foi empregado o teste One-Way ANOVA, seguido do teste de múltiplas comparações de Bonferroni para identificar diferenças significativas entre os grupos. O nível de significância considerado para as diferenças foi P < 0,05. As análises foram desenvolvidas no programa GraphPad Prism 9.4.0 (Graphpad Software Inc, EUA). 4 RESULTADOS 4.1 Caracterização inicial dos extratos As concentrações dos extratos brutos, calculadas a partir das medidas de peso seco de cada extrato variaram entre 14,53 mg e 34,50 mg, enquanto o rendimento total das extrações 29 variou entre 7,56% e 54,16%, com destaque para o extrato aquoso de angico (EA), que apresentou o maior rendimento total (Tabela 2). Os extratos EM e EA se destacaram por concentrar (respectivamente, 2,30 mg/mL e 2,02 mg/mL) os maiores teores de proteínas solúveis, quando comparados ao EC (1,16 mg/mL). Tabela 2 - Determinação do peso seco, rendimento total e teor de proteínas solúveis totais dos extratos. Extrato Peso seco (mg)* Rendimento total (%) Proteínas solúveis totais (mg/mL)* EA** 34,50 54,16% 2,02 EC 14,53 7,56% 1,16 EM 21,93 14,91% 2,30 Fonte: Autoria própria (2022). Nota: (*) Os dados são apresentados como resultado da média dos valores, com três repetições (n=3). (**) Os dados para EA fazem parte da dissertação de mestrado da pesquisadora Leidiane Barbosa, sendo gentilmente permitida a referência dos dados gerados em colaboração com este trabalho. (EA) Extrato de angico aquoso; (EC) Extrato de cumaru aquoso; (EM) Extrato de mulungu aquoso. 4.2 Ensaios larvicidas de A. aegypti com extratos das sementes Todos os extratos apresentaram atividade larvicida contra as larvas L4 de A. aegypti, conforme observado na Tabela 3, com concentrações letais CL50 de 24 h que variaram entre 0,28 mg/mL e 1,85 mg/mL, e CL50 48 h entre 0,05 mg/mL e 0,91 mg/mL. Em destaque, o extrato EA apresentou a menor CL50 (0,28 mg/mL para 24 h e 0,05 mg/mL para 48 h). Os dados derivados da Tabela 3 permitem construir o seguinte ranqueamento dos extratos quanto à atividade larvicida mais promissora: EA > EC > EM, correspondendo a uma ordem crescente das concentrações letais 50%. 30 Tabela 3 - Concentrações letais encontradas após bioensaios dos extratos com larvas de Aedes aegypti Extrato CL50 24 h CL50 48 h EA* 0,28 0,05 EC 0,67 0,24 EM 1,85 0,91 Fonte: Autoria própria (2022). Nota: Os dados representam a concentração letal, expressa em mg/mL, capaz de matar 50% das larvas (CL50) em 24 h e 48 h. (EA): Extrato de angico aquoso; (EC): Extrato de cumaru aquoso; (EM): Extrato de mulungu aquoso. (*): Os dados para EA fazem parte da dissertação de mestrado da pesquisadora Leidiane Barbosa, sendo gentilmente permitida a referência dos dados gerados em colaboração com este trabalho. 4.3 Detecção da atividade inibitória das proteases do homogenato intestinal de larvas de A. aegypti pelos extratos Os descritores de inibição calculados estão compilados na Tabela 4. Os dados de AIP e UI destacam o EM com maior atividade inibitória percentual e unidade inibitória (AIP=78,73%; UI=23,25) e revelam o seguinte ranking de atividade inibitória entre os extratos EM > EC > EA. Enquanto isso, nos dados de AIE o EC se sobressai (AIE=662,65 UI/mg) e outro ranking de atividade inibitória é estimado (EC > EM > EA). Tabela 4 - Inibição da atividade proteolítica do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti pelos extratos . Descritores de inibição Extratos EA EC EM AIP (%) 42,24 69,02 78,73 UI 12,52 20,45 23,25 AIE (UI/mg) 226,20 662,65 496,11 Fonte: Autoria própria (2022). Nota: Os dados são apresentados como resultado da média dos valores, com três repetições (n=3). (AIP): Atividade inibitória percentual, expressa em %; (UI): Unidade inibitória; (AIE): Atividade inibitória específica, expressa em UI/mg; (EA): Extrato de angico aquoso; (EC) Extrato de cumaru aquoso; e (EM) Extrato de mulungu aquoso. 31 A atividade das proteases do HIL foi reduzida em todos os tratamentos do homogenato com os extratos (Figura 4), podendo ser observada a atividade residual do HIL nos tratamentos com extratos, em comparação ao controle. Não foram observadas diferenças estatísticas significativas (p = 0,068) entre os valores da atividade residual das combinações de HIL com EC e com EM. No entanto, consoante ao representado na Figura 5, para os dados de atividade inibitória específica a análise estatística revelou valores de AIE significativamente distintos entre todos os extratos, com destaque para EC. Figura 4 – Atividade residual do homogenato intestinal de larvas nos tratamentos com extratos de Angico, Cumaru e Mulungu. Fonte: Autoria própria (2022). Legenda: Os dados (n=3) são apresentados como média ± desvio padrão. Letras iguais representam atividades residuais resultantes sem diferença estatística e letras diferentes representam dados significativamente distintos. (HIL): Homogenato intestinal das larvas; (HIL+EA): Associação do HIL com extrato de angico aquoso; (HIL+EC): Associação do HIL com extrato de cumaru aquoso; e (HIL+EM): Associação do HIL com extrato de mulungu aquoso. 32 Figura 5 – Atividade Inibitória Específica dos extratos de Angico, Cumaru e Mulungu. Fonte: Autoria própria (2022). Legenda: Os dados (n=3) são apresentados como média ± desvio padrão. Letras iguais representam atividades inibitórias específicas resultantes sem diferença estatística e letras diferentes representam dados significativamente distintos. (EA): Extrato de angico aquoso; (EC) Extrato de cumaru aquoso; e (EM) Extrato de mulungu aquoso. 4.4 Zimograma: perfil enzimático do homogenato intestinal de larvas e inibição da proteólise pelos extratos A atividade manifestada pelas proteases do HIL no zimograma (Figura 6B) sugere a presença de bandas proteicas que variaram em regiões de massa molecular relativa alta (acima de 66 kDa), média (entre 45 kDa e 30 kDa) e baixa (abaixo de 30 kDa). Demarcou-se três bandas proteicas mais evidentes (setas amarelas), localizadas na região de média massa molecular; ao passo que as bandas menos intensas ocorreram abaixo de 30 kDa. O perfil enzimático dos zimogramas foi confrontado ao demarcado em Rodrigues et al. (2011) (Figura 6A). 33 Figura 6 – Perfil enzimático do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti em zimograma Fonte: Autoria própria (2022). Legenda: (A): Zimograma das proteases de A. aegypti, de acordo com Rodrigues et al. (2011); (B): Zimograma das proteases do HIL de A. aegypti. As setas, em amarelo, destacam as bandas proteolíticas do HIL mais proeminentes. Os zimogramas revelam diferentes perfis de inibição entre os extratos (Figura 7). No tratamento do HIL com EA, as bandas proteicas de média massa molecular (próximas a 45 kDa) apresentaram-se menos intensas, indicando a inibição da hidróliseda gelatina nessa região (Figura 7A). No tratamento com EC, visualiza-se a inibição das bandas proteicas de média massa molecular, similar ao tratamento com EA, e de bandas próximas com massa molecular abaixo de 30 kDa (Figura 7B). O tratamento com EM ganha destaque pelo amplo espectro de inibição entre as bandas proteicas, cujas baixas intensidades das bandas de alta, média e baixa massa molecular sugerem a ocorrência de inibição da atividade proteolítica em amplo espectro. Em especial, as bandas abaixo de 30 kDa apresentam apagamento indicando alta ação inibitória dos extratos nessas entidades moleculares (Figura 7C). 34 Figura 7 – Zimogramas dos tratamentos do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti com os extratos de Angico, Cumaru e Mulungu Fonte: Autoria própria (2022). Legenda: Os retângulos em tons de amarelo destacam as principais bandas proteicas inibidas no tratamento do HIL (homogenato intestinal de larvas) com os extratos. (EA): Extrato de angico aquoso; (EC) Extrato de cumaru aquoso; (EM): Extrato de mulungu aquoso; (HIL+EA): Associação do HIL com extrato de angico aquoso; (HIL+EC): Associação do HIL com extrato de cumaru aquoso; e (HIL+EM): Associação do HIL com extrato de mulungu aquoso. 4.5 Perfil eletroforético (SDS-PAGE 12%) dos géis-espelho Todos os tratamentos (HIL, extratos e sua associação) investigados nos zimogramas foram similarmente investigados por técnicas de eletroforese (SDS-PAGE 12%) para visualização do perfil proteico. Foi possível observar uma diversidade de bandas proteicas do HIL, com massas moleculares entre 13,3 kDa e 108,1 kDa (Figuras 8, 9 e 10). A Figura 8 destaca a concentração de isoformas de proteínas em EA resistentes à ação proteolítica das proteases do HIL, com massas moleculares superiores a 97 kDa. A Figura 9 evidencia um arraste de bandas proteicas em EC com massas moleculares entre 13,3 kDa e 44,7 kDa e , , , , , , 35 concentração próxima ao intervalo de 14,4 kDa. A Figura 10, por sua vez, revela a ocorrência de uma banda proteica em EM proeminente, destacada entre o intervalo de massa molecular de 66 kDa e 45 kDa que, aparentemente, sofre hidrólise em associação com o HIL. Além de bandas proteicas intensas, com massas moleculares entre 14,7 kDa e 22,7 kDa. Em geral, nos tratamentos dos extratos com o HIL, nota-se o surgimento de novas bandas proteicas e o desaparecimento de outras, quando investigados em separado, decorrente da associação ou ação das proteases sobre as proteínas vegetais (setas coloridas nas Figuras 8A, 9A e 10A). Um detalhamento das massas moleculares estimadas dos extratos e HIL, combinados ou isolados, pode ser acompanhado nos apêndices desta obra (Apêndice A). Figura 8. Comparação do gel-espelho e zimograma do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti e do extrato de Angico, isolados e combinados Fonte: Autoria própria (2022). Legenda: A - Compostos aplicados em SDS-PAGE 12%; B - Compostos aplicados em zimograma. As setas brancas apontam bandas do HIL (homogenato intestinal de larvas) que desaparecem no tratamento do HIL com EA (extrato de angico aquoso). A seta amarela aponta uma banda do extrato EA não visível, quando combinado ao HIL. A seta vermelha indica uma banda inédita formada no tratamento do HIL com EA. (MM): Marcador de massa molecular: Fosforilase b, 97 kDa; Albumina, 66 kDa; Ovoalbumina, 45 kDa; Anidrase Carbônica, 30 kDa; Inibidor de Tripsina, 20,1 kDa; α-Lactalbumina, 14,4 kDa; e (HIL+EA): Associação do HIL com EA. , , , , , , 36 Figura 9. Comparação do gel-espelho e zimograma do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti e do extrato de Cumaru, isolados e combinados Fonte: Autoria própria (2022). Legenda: A - Compostos aplicados em SDS-PAGE 12%; B - Compostos aplicados em zimograma. A seta vermelha indica uma banda inédita formada no tratamento do HIL (homogenato intestinal de larvas) com EC (extrato de cumaru aquoso). (MM): Marcador de massa molecular: Fosforilase b, 97 kDa; Albumina, 66 kDa; Ovoalbumina, 45 kDa; Anidrase Carbônica, 30 kDa; Inibidor de Tripsina, 20,1 kDa; α-Lactalbumina, 14,4 kDa; e (HIL+EC): Associação do HIL com EC. , , , , , , 37 Figura 10. Comparação do gel-espelho e zimograma do homogenato intestinal de larvas de Aedes aegypti e do extrato de Mulungu, isolados e combinados Fonte: Autoria própria (2022). Legenda: A - Compostos aplicados em SDS-PAGE 12%; B - Compostos aplicados em zimograma. As setas amarelas apontam bandas do EM (extrato de mulungu aquoso) não visíveis quando combinado ao HIL (homogenato intestinal de larvas). As setas vermelhas indicam bandas inéditas formadas no tratamento do HIL com EM. (MM): Marcador de massa molecular: Fosforilase b, 97 kDa; Albumina, 66 kDa; Ovoalbumina, 45 kDa; Anidrase Carbônica, 30 kDa; Inibidor de Tripsina, 20,1 kDa; α-Lactalbumina, 14,4 kDa; e (HIL+EM): Associação do HIL com EM. 5 DISCUSSÃO A presente pesquisa identificou a ocorrência de atividade inseticida em larvas (L4) de A. aegypti por extratos aquosos de sementes de A. cearensis, E. velutina e A. colubrina, este último, configurando-se como os mais promissores, em termos de eficiência de extração e atividade inseticida (menor CL50). A análise dos dados sugere o estudo aprofundado dos extratos para uso no desenvolvimento de formulações destinadas ao controle de populações de A. aegypti. Considerando que as extrações realizadas foram desenvolvidas a quente (80 °C), , , , , , , 38 pode-se inferir que os compostos proteicos são termoresistentes, uma característica importante para a estabilidade e continuidade de sua atividade nas aplicações em campo, levando em consideração as altas temperaturas alcançadas em regiões tropicais, onde há alta infestação do mosquito. A utilização de espécies vegetais ocorrentes na Caatinga na obtenção de inseticidas botânicos representa uma estratégia extremamente relevante para o Nordeste brasileiro, que compreende uma região hiperendêmica da dengue há mais de 30 anos e representou o epicentro da Zika em 2015 (RODRIGUEZ-BARRAQUER et al., 2019). Compreende também uma estratégia eficaz para a melhoria na qualidade de vida e renda das comunidades nordestinas, através do uso sustentável de espécies endêmicas no desenvolvimento de formulações adjuvantes ao manejo integrado de insetos vetores de arboviroses (LUCENA; ARAÚJO; DE ALBUQUERQUE, 2007; PHILLIPS; GENTRY, 1993). A competência vetorial do A. aegypti associada aos quadros epidemiológicos preocupantes das arboviroses demanda esforços para disponibilizar uma diversidade de tecnologias que auxiliem o controle populacional do vetor (PEPE et al., 2021). O desenvolvimento de produtos inseticidas botânicos, em especial extratos botânicos, vêm se tornando uma alternativa de controle populacional promissora, diante das vantagens já conhecidas, como a biodegradabilidade, associada ao baixo impacto ambiental, e a concentração de uma diversidade de compostos bioativos, conferindo-lhes inúmeros modos de ação (SÁ et al., 2022). Extratos botânicos podem ser obtidos por uma variedade de sistemas de extração; e os extratos aquosos configuram-se como uma opção encorajadora devido à facilidade de sua formulação (PAVELA et al., 2019). Assim, as potencialidades do método de extração associadas aos resultados obtidos fortalecem a hipótese de que os extratos aquosos de sementes de A. cearensis, E. velutina e A. colubrina são uma estratégia com grande potencial ao controle de populações de A. aegypti. Uma das fases essenciais para a obtenção de um produto inseticida é a caracterização dos seus modos de ação (WHO, 2005). A inibição de proteases intestinais compreende um dos possíveis modosde ação dos inseticidas botânicos (SÁ et al., 2022). Nesta pesquisa, foi investigada, in vitro, a inibição das proteases intestinais das larvas de A. aegypti pelos extratos obtidos, considerando quatro pontos relevantes: (1) a existência de atividade larvicida dos extratos; (2) a ocorrência majoritária de proteases serínicas no intestino médio de larvas de A. aegypti (RODRIGUES et al., 2011); (3) a composição de 1 a 10% das proteínas totais de órgãos de armazenamento, como as sementes, ser representada por inibidores de proteases serínicas (IPS) (CLEMENTE et al., 2019); e (4) o fato de a maioria dos IPS ocorrer em fabáceas (CLEMENTE et al., 2019). 39 Na análise quantitativa da inibição in vitro, devido à administração de massas (mg) diferentes de proteínas de cada extrato no ensaio, os valores de AIE foram considerados mais apropriados para realizar a comparação da capacidade inibitória entre os extratos, uma vez que o cálculo equaliza os valores de inibição em relação a massa de proteína do extrato aplicado no teste. Na análise qualitativa, as proteases intestinais das larvas de A. aegypti apresentaram um perfil de atividade proteolítica em zimograma visível (Figura 6) semelhante ao encontrado por Rodrigues et al. (2011), o que confirma a reprodutibilidade do método para análise qualitativa em zimograma das proteases de A. aegypti. O tempo de incubação do HIL com os extratos foi semelhante ao descrito por Napoleão et al. (2011) (20 min), caracterizado como suficiente para induzir a formação dos complexos enzima-inibidor. A extração aquosa de A. colubrina (EA) foi capaz de solubilizar os IPS de suas sementes, consoante à inibição in vitro apresentada para o HIL em termos quantitativos (AIE = 226,20 UI/mg, Tabela 4) e qualitativos (Figura 8B). Lima; Sartori; Rodrigues (2016) registraram a ocorrência de inibidores de tripsina em extratos de sementes de A. colubrina com massas moleculares entre 18 kDa e 24 kDa, similares às observadas nesta pesquisa (Figura 8A), indicando que possivelmente, tais inibidores podem ser solubilizados em EA. Além destes, outras classes de proteína compõem o “pool” proteico do extrato. França e colaboradores (2021) demarcaram a ocorrência de isoformas de vicilina com atividade pesticida contra Callosobruchus maculatus em um intervalo de massa molecular superior a 97 kDa, semelhante a banda proteica proeminente em EA (Figura 8A), a qual se apresentou resistente a atividade proteolítica do HIL. Apesar de EA ter apresentado os valores de CL50 mais eficazes (Tabela 3), sua AIE foi a menor dentre os extratos (Tabela 4), o que pode indicar uma contribuição parcial ou baixa para este modo de ação na compreensão da atividade larvicida do extrato, estando provavelmente outras classes de moléculas além dos inibidores de proteases implicadas na atividade. Em relação ao extrato aquoso de A. cearensis (EC), a AIE (662,65 UI/mg) se sobressaiu entre as observadas para os demais extratos (Tabela 4), indicando a possibilidade de a inibição das proteases contribuir em maior grau na atividade larvicida do extrato contra larvas de A. aegypti. Desse modo, apesar das condições de extração terem concentrado os menores teores de proteínas solúveis (Tabela 2), EC foi considerado o extrato com probabilidade de possuir maior concentração de IPS solúveis em sistemas de extração aquosa. O zimograma de EC (Figura 9B) também revelou a inibição das proteases do HIL, devido a redução da nitidez das bandas proteicas com massas moleculares inferiores a 45 kDa, principalmente as inferiores a 30 kDa. Farias et al. (2010) também detectaram inibição da atividade de proteases por extratos 40 aquosos de semente de A. cearensis, atribuindo a ação à presença de um inibidor de tripsina, com massa molecular equivalente a 13,6 kDa, previamente descrito por Tanaka et al. (1997). É provável que as condições de extração de EC também tenham contribuído para a solubilização desse inibidor, uma vez que nos géis eletroforéticos (Figura 9A) é registrada um arraste de bandas proteicas com migração até o intervalo de massa molecular de 13,3 kDa. A alta AIE (496,11 UI/mg; Tabela 4) do extrato de E. velutina (EM) também sugere uma contribuição significativa da inibição de proteases intestinais como componente no modo de ação na atividade larvicida do extrato. O zimograma (Figura 7C) revelou que o extrato EM solubilizou IPS capazes de inibir uma maior diversidade de bandas proteolíticas do HIL. Machado et al. (2013) e Lima et al. (2017) purificaram inibidores de tripsina das sementes de E. velutina com massas moleculares entre 19 kDa e 20 kDa. Esses inibidores não somente podem ter ocorrido em EM como também podem igualmente contribuir com a inibição das proteases do HIL, pois as eletroforeses do extrato (Figura 10A) revelam a ocorrência de agregados proteicos com massas moleculares próximas a 20 kDa. Torna-se importante destacar que as relações discutidas nesta pesquisa entre a atividade inibitória dos extratos contra HIL e a atividade larvicida não são conclusivas, uma vez que a investigação desenvolvida aborda testes in vitro. No entanto, espera-se que tais hipóteses sejam confirmadas com testes in vivo, realizados a partir da coleta dos intestinos das larvas após tratamento com os extratos. A investigação de outros modos de ação também deve ser considerada, tais como: a análise do comprometimento do desenvolvimento do inseto pela presença de proteínas de ligação à quitina; a realização de ensaios enzimáticos com mediadores de neurotransmissão dos insetos; e ensaios de avaliação da resistência da matriz peritrófica das larvas pela interação com extratos. A realização desses ensaios auxiliará na melhor compreensão de como o extrato age na larva, podendo haver uma contribuição majoritária de um modo de ação, ou ocorrência de eventos que contribuem de forma simultânea e sinérgica se somando para conferir a atividade larvicida. Os achados desta pesquisa contribuem para o surgimento de mais perguntas: Quais seriam as classes dos inibidores de proteases presentes nos extratos? Os homogenatos intestinais obtidos das larvas expostas aos extratos apresentam o mesmo padrão de atividade proteolítica em zimograma? O padrão de expressão de proteases pode mudar após exposição das larvas aos extratos? Quais outras moléculas e modos de ação podem estar contribuindo com a atividade larvicida dos extratos? Essas e outras perguntas deverão ser respondidas posteriormente em novos estudos, de modo a ampliar a compreensão de como os extratos 41 botânicos com ação larvicida funcionam, além de avançar uma etapa importante e necessária para viabilizar sua utilização em formulações derivadas no controle do A. aegypti. 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os sistemas de extração aquosa a quente das sementes de A. cearensis (EC), A. colubrina (EA) e E. velutina (EM) foram eficazes quanto ao rendimento, concentração de proteínas solúveis e potencialidade para o comprometimento da sobrevivência das larvas (L4) de A. aegypti, com ênfase para o extrato EA, que apresentou as concentrações letais (CL50) menores, sendo o mais promissor. O sistema de extração empregado foi eficaz para solubilização de moléculas termorresistentes até 80 °C com atividade inibitória para proteases. Os extratos manifestaram diferentes índices de inibição da atividade enzimática das proteases do homogenato intestinal de larvas de A. aegypti, com destaque para o extrato EC, o qual apresentou a maior atividade inibitória específica. A análise dos resultados sugere uma contribuição da inibição proteolítica no modo de ação dos extratos inseticidas investigados nesta pesquisa, principalmente para os extratos aquosos das sementes de A. cearensis e E. velutina. . 42 REFERÊNCIAS ALMEIDA FILHO, L. C. P. et al. Trypsin inhibitorfrom Leucaena leucocephala seeds delays and disrupts the development of Aedes aegypti, a multiple‐disease vector. Pest Management Science, v. 73, n. 1, p. 181-187, 2017. ALVES, J. J.. Geoecologia da caatinga no semi-árido do nordeste brasileiro. CLIMEP- Climatologia e Estudos da Paisagem, v. 2, n. 1, 2007. ANJOLETTE, A. F. 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