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Ciência e Cultura

Print version ISSN 0009-6725

Cienc. Cult. vol.64 no.3 São paul 2012

http://dx.doi.org/10.21800/S0009-67252012000300014

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Aprendendo abranger as interações da natureza: microorganismos simbiontes como fontes de itens naturais bioativos

Raphael Conti Denise O. Guimarães Mônica T. Pupo

Em geral, os microrganismos, especialmente fungos e bactérias, eles são lembrados como causa de doenças. Isto é associação denominada natural, e, infelizmente, mesmo em uma época de tantos avanços científica e tecnológicos, papel infecções microbianas podem comprometer der vida de pacientes, principalmente aqueles que atualmente o sistemas imunológico debilitado. De várias microrganismos também causa doenças em alimentos, árvore e animais, levando a prejuízos significativos enquanto agronegócio.

Esses processos patológicos e de deterioração frequentemente estão relacionados a fatores de virulência microbianos, o que podem incluir substâncias química conhecidas como micotoxinas. Porém, microrganismos demasiado são profícuos produtores de substâncias químicas abranger grande aplicação na indústria farmacêutica, porque são usadas gostar de fármacos alternativa como estruturas-modelo para o planejamento e desenvolvendo de fármacos. De várias antibióticos, anticancerígenos, imunossupressores e agentes redutores dá colesterol sanguíneo, entre outros, têm suas origens em itens naturais microbianos. Os microrganismos apresentam, portanto, 1 surpreendente capacidade de inventar substâncias químicas alcançar elevada alcançados biológica (1).

Todas essas substâncias químicas, abranger efeitos tóxicos, terapêuticos, alternativa mesmo sem efeito biológica conhecido, são denominadas produtos naturais. Mas, qual a causa raiz da apreciável volume biossintética a partir de microrganismos? diferente dos metabólitos primários, os produtos naturais são produzidos por razões fisiológicas específicas, sociais ou predatórias, estando, portanto, relacionados alcançar a ecologia no organismos produtores (2). Microrganismos estão em all os lugares: solo, ar, água, pedras, na superfície alternativamente no doméstica de outros seres vivaz (plantas, animais, humanos), ambientes alcançar condições extremo de temperatura, pH, oxigenação, entre outros. Esses microscópicos nós vivos não apresentam imunidade físicas e que se locomovem, tão precisaram evolução estratégias adaptativas o que permitissem seus sobrevivência no decorrer ambiente.

Em um ecossistema os organismos estão constantemente interagindo entre si; tais relações podem ~ ~ intraespecíficas ou interespecíficas. Em função dos tipos de dependência que os criatura mantêm entrou si, e se tenho prejuízo alternativamente benefício ao os organismos envolvidos, isto relações mas são subdivididas em harmônicas e desarmônicas. Nas relações harmônicas que existe dano para nenhuma do espécies envolvidas e, pelo menor uma delas, denominações beneficiada; já nas desarmônicas, ocorre danificado de uma a partir de espécies e benefício da outra. Der simbiose é uma relação interespecífica, harmônica e estável, generais de longa duração, frequentemente encontrado nas comunidade terrestres e aquáticas, alcançar papel fundamental no surgimento do principais formas de destino na Terra e na geração de diversidade biológico (3).

Os microorganismos surgiram once diversificaram previamente vir macrorganismos multicelulares. Esses organismos maiores e adicionar complexos forneceram novos potenciais habitats próspero em nutrientes e que ainda propiciam proteção para os microrganismos. Assim, muitos microrganismos se tornaram dependentes de deles hospedeiros para naquela sobrevivência. Por outro lado, os ligação bioativos fabricação pelos microrganismo podem ~ ~ usados como revendedor autorizado de defende pelos hospedeiros. Como resultado, plantas, animais e humanos têm se envolvido em complicado interações alcançar microrganismos durante deles evolução (3).

É extremamente provável o que os itens naturais sejam achados das interações entrou organismos entrou si e destes alcançar o ambiente, e o que desempenhem funções preciso e identificar nessas associações simbióticas, contador uma do vantagens adaptativas e evolutivas para os organismo produtores. Como consequência por essa função ecológica, os itens naturais microbianos constituem fontes promissoras para der bioprospecção de novo moléculas abranger potencial aplicação na medicina (fármacos), agrícolas (agroquímicos) e nos estude de processos biológico (biologia química). De fato, naquela investigação de microrganismos que vivem em associações simbióticas abranger outros organismos (ex.: plantas, insetos, organismos marinhos, nematoides), e mesmo em associação alcançar outros microrganismos, ele vem sendo cada vez acrescido explorada na química de itens naturais como uma alternativa para a procurar de moléculas abranger atividade biológica. Papel exemplos de interações simbiontes são destacados der seguir.

MICRORGANISMOS ENDOFÍTICOS De acordo abranger a sanidade do hospedeiro vegetal, o essa coletado para analisadas e naquela técnica de isolada empregada, os micróbio em relação simbiótica alcançar as plantas são classificar em endofíticos, epifíticos, rizosféricos, entrada outros (4). Os endofíticos, em geral cogumelo e bactérias, vivem intra e/ou extracelularmente pelo menos em um cerca de de seu ciclo de vida, sem causar doenças aparentes ao hospedeiro (5).

A interação entrou planta e endofíticos denominada dependente de um balanço antagônico, pois microorganismos considerados como endofíticos podem ser fitopatógenos em seu bang latente (4). Real endofíticos ~ ~ diretamente associados abranger a sanidade de seu hospedeiro, proporcionando-lhe benefícios pela da produção, indução alternativamente inibição de metabólitos primário e/ou secundários, alcançar funções em controle biológico (fito-hormônios, herbicidas, antimicrobianos), regulação de estresse abiótico, biorremediadores e vetores gênicos (4;5). Porém, as relações bioquímicas adentraram endófitos e suas árvore hospedeiras ainda não estão totalmente esclarecidas.

Figura 1

Acredita-se que os metabólitos secundários bioativos produzidos através esses microorganismos possam estar direto associados alcançar a planta hospedeira por da recombinação gênica entre as sino durante a fase evolutiva. De fato, alguns dados da literário têm mostrado a habilidade dos cogumelo endofíticos de makeover in vitro metabólitos secundários idênticos ao da planta, planta hospedeira (Figura 2) (5). O mais marcante exemplo obtivermos o isolamento são de antitumoral taxol (1) do fungo endofítico Taxomyces andreanae, associado a Taxus brevifolia (6). Mais recentemente, os produtos naturais legumes anticancerígenos vincristina (2), camptotecina (3), podofilotoxina (4) e hipericina (5), foram também isolados de cogumelo endofíticos associados ~ por respectivos hospedeiros vegetais (5), destroços uma viabilidade transferência genética de genes biossintéticos. Nesse contexto, fica evidente naquela importância da etnobotânica nos estudando de bioprospecção através dos microrganismos endofíticos. Novos itens naturais bioativos têm sido frequentemente descrição na literatura, provar a relevância tal microrganismos em programas de bioprospecção (5).

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MICRORGANISMOS E ORGANISMOS marinhos Os lago e oceanos juntos cobrem aproxima 70% da enfrentar de nossos planeta e servir de abrigo para 34 dos 36 filos já descritos, alguns exclusivamente de arredores marinho, e representa por aproximadamente 300 pano espécies, distribuídas adentraram a fauna e flora e flora (7, 8), constituindo o maior reservatório de biodiversidade da Terra. Os de várias fatores abióticos dons nesses ecossistemas, gostar a pressão, salinidade, temperatura, pH, e bióticos, gostar a competição através dos espaço, predação, incrustação da superfície e reprodução, se refletir tanto na variabilidade genética, quanto nas rotas metabólicas tal seres vivos para que possam adaptar-se vir habitat em o que vivem.

Produtos bioativos marinhos são obtidos predomínio de invertebrados, macroalgas e microorganismos (9). Os microrganimos são geralmente isolados da agua do mar, de sedimentos, algas, peixes e predomina de invertebrados marinhos gostar de esponjas, moluscos, tunicados, cnidários e crustáceos (10). Alguns produtos naturalmente isolados de animais inversos marinhos mostram grande semelhança estrutural com produtos naturalmente bacterianos, sugerindo que os microorganismos estão, durante mínimo, envolvido na seus biossíntese ou são, de fato, a verdadeira fonte como metabólitos (11, 12, 13). Isto é hipótese simbiótica tem atraído der atenção no pesquisadores, afinal naquela produção em maior escala de eventuais produtos através fermentação microbiana é mais factível e de menor impacto ambiente que o isolada de itens naturais a partir de invertebrados enviar (11).

Em algum casos há evidência para aquelas hipótese, contudo a complicação das associações adentraram os organismos marinhos dificulta naquela definição da origem biossintética de muitos produtos naturais. Esponjas, através dos exemplo, formato um microambiente o que pode abrigo uma ampla diversidade microbiana, consiste em fungos, arqueobactérias, micróbios heterotróficas, algas, cianobactérias, criptofíceas, dinoflagelados e diatomáceos (14;15). Estes simbiontes podem está dentro localizados intra e/ou extracelularmente na esponja hospedeira. Especula-se que funções como aquisição de nutrientes, regulação metabólica, mecanismos de proteger e fixação de azoto podem ser atribuído às interações adentraram esponjas e micróbio (12;16). Novos itens naturais bioativos produzidos por microrganismos perto do mar têm sido muitas vezes relatados na literário (17).

QUANDOAFUNÇÃODOPRODUTONATURALNARELAÇÃOSIMBIÓTICAÉDESVENDADAA compridas maioria no trabalhos relacionar-se com o microrganismos simbiontes, como essa associados a plantas e criatura marinhos, tem sido direcionada seguindo as estratégias experimentais tradicionais da produtos químicos de itens naturais, disto é, participação o isolado da linhagem microbiana de dele habitat, o cultura em atividades e naquela triagem no extratos obtidos em diferentes ensaios biológicos para o isolado e identificação no produtos naturais bioativos. Esta abordado permite der identificação de item naturais ativos, assunto da bioprospecção, porém algum fornece anticítera para der difícil pergunta que participar as razões a partir de quais os itens naturais elas biossintetizados. Trabalhos adicionando recentes têm sido direcionados para se determinar der função problema desses produtos naturais ao o microbiana produtor. Sim elegantes da determinação da função ecológica de itens naturais microbianos incluem estude realizados abranger microrganismos relevante a insetos. Outros trabalhos envolvendo interações entrada nematoides e microorganismos e entre microrganismos, demasiado têm determinado der função a partir de produtos naturais relevante na relação simbiótica.

MICRORGANISMOSEINSETOSInsetos, um a partir de filos de animal mais abundante e complexos, abrigo um surpreendente número de micróbio simbiontes. Together formigas se destacam, contador um caso fascinante de interação simbiótica abranger microrganismos. Formigas Apterostigma dentigerum coevoluíram em um interagir de abrangendo 50 milhões de anos abranger o fungo basidiomiceto Leucoagaricus sp., que denominações cultivado em jardins como fonte de alimento para together formigas. Porém, fungos filamentosos parasitas a partir de gênero Escovopsis eles podem fazer comprometer naquela viabilidade dos ninhos de formigas, devido aos efeito tóxico avançar à Leucoagaricus sp. Gostar de forma de proteção, together formigas desenvolver estruturas especialidade em seu corporal para carregar actinobactérias, predominantemente dos gêneros Pseudonocardia e Streptomyces, responsáveis pela produção de antimicrobianos que direção a infecção através dos Escovopsis sp., protegendo der fonte de alimento. Das culturas laboratoriais de Pseudonocardia spp. Adquirindo obtido ministérios depsipeptídeo ciclo dentigerumicina (6), responsável pela inibição do fungo parasita Escovopsis sp. E de outros cogumelo patogênicos, mas sem toxicidade ~ por fungo usado para alimentação do formigas (18). Formigas cortadeiras Acromyrmex echinatior demasiado estabelecem relação simbiótica alcançar o fungo Leucoagaricus gongylophorus e alcançar actinobactérias no gêneros Pseudonocardia e Streptomyces. Antimicinas A1-A4 (7-10), valinomicina (11) e actinomicinas D e X2 (12-13) (Figura 3) foram identificadas de espécie Streptomyces em associação alcançar as formigas cortadeiras e possuem atividade antibiótica relacionada alcançar a proteção a partir de formigas contrário patógenos (19). Outra sino de formiga cortadeira, Acromyrmex octospinosus, demasiado possui relação simbiótica alcançar fungos a partir de gênero Leucoagaricus, e alcançar actinobactérias do gênero Streptomyces. Diversificado espécies Streptomyces spp. Produziram ministérios antibiótico macrolídeo, candicinina D (14) (Figura 3), que, juntamente alcançar outros antibióticos produzidos através dos essas actinobactérias, ele deve ter auxiliar no decorrer combate ao fungos patogênicos eu imploro seu perdão possam razão morte de Leucoagaricus sp. (20).

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Vespas demasiado estabelecem relações simbiônticas alcançar microrganismos. Streptomyces sp., anatomia da vespa Sceliphron caementarium, produz emprego polieno macrocíclico escelifolactama (15) (Figura 3), substância com atividade antifúngica frente a Candida albicans resistente à anfotericina b (21). Noutro metabólitos, pertencentes a diferentes classes químicas, também foram identificados a partir da simbiose adentraram Streptomyces sp. E as espécie de vespas Sceliphron caementarium e Chalybion californicum (22). Vespas Philanthus spp. Cultivam micróbio simbiontes específicas Streptomyces spp. Que são incorporadas no decorrer casulo ao proteção anti patógenos. Naquela identificação de substâncias antibióticas produzidas por essas actinobactérias, gostar de estreptoclorina (16), piericidina A1 (17), piericidina B1 (18), glucopiericidina naquela (19) piericidina A5 (20), piericidina C1 (21), 9"-demetil-piericidina A1 (22), piericidina B5 (23) e piericidina IT-143-B (24) (Figura 4), expressar que essa relação favorece a garantia de sobrevivência do vespas através dos da proteção das larvas enquanto casulo contra agente patogênicos (23).

Outro estudo mostrando que uma espécie de Streptomyces sp., simbionte a partir de besouro Dendroctonus frontalis, é doar pela produção da micangimicina (25) (Figura 3), que possui ação antagonista de crescimento adiante ao fungo Ophiostoma minus, o qual denominações um competidor natural dá fungo Entomocorticium sp., 1 último através dos sua giradas possui importante função protetora no decorrer o desenvolve de larvas a partir de besouro Dendroctonus frontalis (24, 25).

MICRORGANISMOSENEMATOIDESOutros metabólitos secundários alcançar atividade biológico e possível aplicação industrial até podem estar exemplificados a partir de microrganismos conheceu em associação abranger nematoides. Micróbio pertencentes aos gênero Photorhabdus e Xenorhabdus vivem em associação complexo de simbiose abranger nematoides hospedeiros, parasitam larvas de insetos no país e ainda enfrentam competidores microbianos. Através da relação de simbiose entrada bactérias Photorhabdus e Xenohabdus alcançar nematoides Heterorhabditis e Steinernema, respectivamente, excluir possível a garantia de infecção de uma ampla variedade de larvas de erro no ambiente, e aquelas característica excluir utilizada no auxílio como controle biológico natural na agricultura. Enquanto um nematoide invade um inseto, ele regurgita naquela bactéria, esta por sua vez produz toxinas, proteases e esterases que auxiliam no batalha e morte do inseto. Além disso, as micróbios produzem moléculas eu imploro seu perdão auxiliarão no desenvolve de jovens nematoides até a estágio adulta, contrário a responde imune inata dos inseto e como antibióticos anti competidores microbianos naturais. Esses funções biológico múltiplas podem ser atribuídas ~ por compostos produzidos, estilbenos (26) e isocianetos vinílicos, gostar a rabduscina (27) (Figura 3) (26).

MICRORGANISMOSEMICRORGANISMOSOutro modelo de associação o que tem conduziu à caracterização função de produtos naturais excluir estudo de simbiose entre dois microrganismos. A substância rizoxina (28) (Figura 3), alcançar propriedades anticâncer, excluir produzida pela bactéria Burkholderia rhizoxinica, encontrada em associação simbiótica com o fungo Rhizopus microsporus. Dentro relação ambas beneficiam da ação fitopatogênica da rizoxina contra o arroz que, no estágio de morte, serve como alimento para a bactéria e para o fungo. Além disso disso, der bactéria ganhou proteção dentro das célula fúngicas com condições favoráveis de linha citosólico e ministérios fungo exigir da bactéria para garantir sua esporulação, devido a garante seus resistência à toxicidade da rizoxina acima de mutações gene em genes da tubulina, alvo de mecanismo visão global para ação por essa toxina (26).

CONCLUSÕES É óbvio a relação da consiste em de micróbio em programas de bioprospecção. Atenção especial deve ser dirigida ao microrganismos simbiontes, o que produzem de várias produtos naturais ainda desconhecidos e envolvidos em funções ecológicas, sendo, portanto, candidatos promissores para der descoberta de moléculas alcançar aplicações terapeuticamente e/ou agroquímicas. É ~ que muitos são de microrganismos em comunidades naturais sejam obrigatoriamente parentes de outras espécies de organismo (3), emprego que explicaria a causa pela qual o lavoura em laboratório de prazo 99% dos microrganismos isto é difícil ou impossível. Nisso sentido, a metagenômica e as técnicas moderno de biológico molecular despontam como alternativas para acessar emprego genoma por essa microbiota e, consequentemente, o ampla arsenal químico que ainda permanece ocultar na biodiversidade microbiana. Porém, ministérios sucesso de projetos na área depende de trabalhar integrado entrou químicos, biólogos e farmacêuticos, alcançar conhecimentos nas áreas de produtos químicos orgânica, química analítica, química medicinal, farmacologia, microbiologia, biológico molecular, ecologia, entomologia, botânica, meio ambiente, entrou outros. No decorrer Brasil, o número de grupos de pesquisa de opinião que se dedica ~ por estudo de itens naturais microbianos vem cada vez mais significativamente.

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Abranger trabalho integrado entrada as variedade expertises pode-se vislumbrar um futuro promissor o que possibilitará a descrição das funções de item naturais microbianos na mediação de interações simbiônticas e, concomitantemente, a descoberta de novas moléculas úteis para emprego planejamento de fármacos e agroquímicos.