Lipopeptídeos: armas poderosas produzidas por Bacillus

 Neste material, você vai conhecer um pouco mais sobre:

• A importância do gênero Bacillus
• Principais lipopeptídeos
•  Função dos lipopeptídeos

É cada vez maior o número de produtores que buscam no controle biológico, não somente economia em defensivos agrícolas, mas também mais eficiência no manejo integrado de doenças nas plantas cultivadas. A premissa básica do controle biológico é diminuir a população de pragas, a partir do uso de inimigos naturais e antagonistas, que podem ser insetos benéficos, predadores, parasitoides, e microrganismos, como vírus, bactérias e fungos.

Dentre os microrganismos, as bactérias são as mais utilizadas no biocontrole de doenças de plantas. Entre as bactérias, o gênero Bacillus possui características ideais quanto a sua atividade biocontroladora. Vários estudos têm demonstrado a eficácia do gênero Bacillus no controle de doenças pela produção de uma variedade de compostos que podem ser usados para o manejo de fitopatógenos, além disso, são capazes de formar esporos, os quais são tolerantes a condições extremas de temperaturas e pH, pesticidas e fertilizantes. Estas vantagens permitem a utilização deste microrganismo na formulação de produtos mais estáveis e viáveis, que podem ser armazenados por longos períodos, com aplicação via aérea e no solo. Outras vantagens do gênero Bacillus são o seu rápido crescimento em meio líquido, e a ausência de patogenicidade da maioria das espécies cultivadas.

Atualmente várias espécies novas de Bacillus têm sido descritas e outras renomeadas de acordo com as novas classificações taxonômicas baseadas no material genético. Grande parte dos trabalhos sobre o controle biológico pelo gênero Bacillus enfatiza a espécie B. subtilis (Imagem 1), tipicamente uma rizobactéria, que se associa às raízes formando biofilmes com características ecológicas de simbiose. Bacillus subtilis é uma das espécies biocontroladoras mais estudadas por apresentar atividade biológica contra uma série de microrganismos causadores de doenças de plantas, que pode ser atribuído, em grande parte, à produção de lipopeptídeos ativos, e outros compostos com atividade biológica, bem como à habilidade de colonizar a planta e promover o crescimento de plantas.

 

 Lipopeptídeos são moléculas de baixa massa molecular, formadas por peptídeos cíclicos ou lineares e curtos ligados a um anel com cauda lipídica ou a outra molécula lipofílica. Os principais grupos de lipopeptídeos produzidos por Bacillus são as surfactinas, as iturinas e as fengicinas. As atividades relacionadas aos lipopeptídeos têm conferido uma importância às indústrias agrícola, biotecnológica e farmacêutica. 

A família da surfactina atua produzindo poros na membrana de algumas bactérias e fungos, além disso, sabe-se que as surfactinas interagem com as células da planta, resultando na indução de resposta sistêmica das defesas da planta, que por sua vez causa um aumento de resistência aos patógenos. As iturinas são um grupo de lipopeptídeos com forte atividade antifúngica, apresentando amplo espectro de ação sobre diversos fungos. As fengicinas apresentam, principalmente, propriedades antifúngicas, e também são capazes de induzir uma resposta de defesa sistêmica das plantas.

O papel das três famílias de lipopeptídeos não é somente controlar fitopatógenos pela ação direta, mas algumas dessas moléculas também facilitam a motilidade (movimentação das bactérias) de Bacillus, além da já relatada capacidade de induzir a resistência sistêmica das plantas.

Os lipopeptídeos produzidos por Bacillus causam poros na membrana após a formação de ligações oligoméricas na mesma. Estes poros podem causar influxo de íons transmembrana (incluindo Na+ e K+), destruindo a membrana e, consequentemente, causando a morte celular do patógeno. Estes lipopeptídeos podem ainda formar, nas bicamadas lipídicas das células, agregados micelares com organização lamelar ou pequenas vesículas fechadas que solubilizam a membrana biológica, atuando como um detergente nesta estrutura. 

Além disso, os lipopeptídeos podem causar inibição na formação da parede celular fúngica, através da inibição específica e não competitiva de determinadas enzimas que são essenciais para a integridade da parede da célula, como, por exemplo, a enzima ?-(1,3)-D-glucana sintase. No entanto, os lipopeptídeos também podem causar apoptose pela ligação da ATPase na membrana mitocondrial, como ocorre quando há altas concentrações de um lipopetídeo antifúngico. A ocorrência de resistência de fungos e bactérias fitopatogênicas aos lipopeptídeos é extremamente rara. 

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Os lipopeptídeos produzidos por Bacillus têm desempenhado um papel importante como responsáveis pela eficácia dos Bacillus contra uma ampla gama de fitopatógenos.

Além disso, eles são termotolerantes e estáveis, características importantes para serem usados no campo e em armazenamento por longos períodos. Embora avanços tenham proporcionado uma compreensão útil do mecanismo de lipopeptídeos em interação com fitopatógenos, ainda faltam estudos baseados, principalmente, em atividades físico-químicas, e uma visão mais ampla dos mecanismos. 

Referências

Borriss, R. (2017). Phytostimulation and biocontrol by the plant-associated Bacillus amyloliquefaciens FZB42: an update. In Bacilli and Agrobiotechnology

Islam, M. T, Rahman, M. M., Pandey, P., Boehme, M. H., and Haesaert, G. (2019). Bacilli and Agrobiotechnology: Phytostimulation and Biocontrol, Vol. 2. Berlin: Springer, doi: 10.1007/978-3-030-15175-1.