Vespas exploram actinobactérias em proveito próprio

A simbiose entre microrganismos e organismos superiores é considerada por alguns pesquisadores como sendo a chave para o sucesso da evolução biológica (Margulis e Fester, 1991). Tais relações estão amplamente distribuídas em todos os ambientes da Terra. Em particular, relações de simbiose entre insetos e microrganismos são importantes para a nutrição dos insetos bem como para a proteção dos alimentos dos insetos.

Uma espécie específica de vespa, Philanthus sp., estabelece relação de simbiose com uma actinobactéria (Candidatus Streptomyces philanthi) que protege tanto a vespa como seus ovos da infecção por patógenos. As fêmeas da vespa “cultivam” estas bactérias em suas antenas, e depositam uma secreção contendo estas bactérias nas células que darão origem a seus ovos. As larvas dos ovos incorporam tais bactérias em seus casulos, e as espalham pela superfície do casulo enquanto estes são formados, girando o casulo no local em que se encontram.

Uma vez isoladas, as actinobactérias dos casulos foram crescidas em meio de cultura em laboratório, para que, depois de crescidas suficientemente, fornecessem quantidade adequada de meio de cultura para o isolamento dos antibióticos que produzem. Estes foram identificados como sendo a estreptoclorina (1), a piericidina A1 (2), a piericidina B1 (3), a glucopiericidina A (4), a piericidina A5 (5), a piericidina C1 (6), a 9’-desmetil-piericidina A1 (7), a piericidina B5 (8) e a piericidina IT-143-B (8). Tais antibióticos já eram conhecidos e já haviam sido isolados de outras linhagens de actinobactérias, mas nunca todas estas substâncias juntas.

Após a remoção das actinobactérias da superfície dos casulos, nenhum dos antibióticos pôde ser detectado nestes. Os autores utilizaram uma técnica recentemente desenvolvida, chamada de espectrometria de massas de geração de imagens por dessorpção/ionização a laser acoplada a um analisador por tempo de vôo [(LDI)-TOF/MS imaging]. Esta técnica permite a visualização de substâncias em uma superfície. Desta maneira, conseguiram, literalmente, observar (ou não) a presença das substâncias na superfície dos casulos das larvas de Philanthus sp. A técnica permitiu detectar a piericidina A1 como sendo a substância majoritária presente na superfície dos casulos, além das substâncias piericidina B1 a estreptoclorina, com uma distribuição bastante uniforme destes três antibióticos em toda a superfície dos casulos. Porém, estas substâncias ocorrem em muito menor concentração no interior do casulo. A quantidade total média de todos os antibióticos em cada casulo pôde ser estabelecida: 130,5 +/- 209,7 µg.

(a) Fêmea da vespa Philanthus sp. secretando actinobactérias (listras brancas da antena); (b) micrografia de fluorescência por hibridização in situ das actinobactérias simbiontes de Philanthus sp.; (c) estruturas das substâncias químicas isoladas do meio de cultura da actinobactéria: estreptoclorina (1) e piericidinas (2-9); análise por LDI-TOF/MS da superfície do casulo de Philanthus sp. Mapas de intensidade de íons das substâncias piericidina A1 (figura d superior à esquerda), piericidina B1 (figura d superior à direita), estreptoclorina (inferior à esquerda). A figura d inferior à direita se refere ao casulo da vespa Philanthus sp. A intensidade dos íons de cada substância é indicada com pontos coloridos: pontos negros correspondem a 0 íons e pontos vermelhos correspondem a 255 íons.

Tanto o extrato bruto de metanol do casulo, como as substâncias individuais 1, 2, 3 e 4 , foram testadas contra uma série de microrganismos patogênicos (Figura 2b). O extrato do casulo apresentou atividade antibiótica contra todas as linhagens testadas (detalhe: Metarhizium anisopliae e Beauveria bassiana são fungos entomopatogênicos, ou seja, patógenos de insetos). Dentre as substâncias puras testadas, a piericidina A1 demosntrou ser o antibiótico de mais amplo espectro. As concentrações de atividade biológica para todos os antibióticos isolados da actinobactéria situaram-se na faixa de 0,24 a 24 nmol (1 nmol = 0,0000000001 mol).

As actinobactérias simbiontes “cultivadas” nas antenas da fêmea da vespa Philanthus sp. produzem um “coquetel de antibióticos” que protege o casulo d
as larvas da vespa contra agentes infeciosos (fungos e bactérias patogênicos). A localização dos antibióticos na superfície do casulo permite estabelecer a sua real função e o significado ecológico das substâncias produzidas pela actinobactéria. A proteção por antibióticos confere às larvas da vespa uma vantagem adaptativa, uma vez que vespas são insetos solitários, desprovidos de formas de defesa adquiridas por insetos sociais.

Atividade biológica das substâncias produzidas pela actinobactéria isolada de Philanthus sp. (a) Placa de Petri do fungo Penicillium avellaneum sobre o qual foram aplicados o extrato metanólico do casulo (i) e as substâncias estreptoclorina (ii), piericidina A1 (iii), piericidina B1 (iv), e glucopiericidina A1 (v). (b) Padrão de inibição de vários micro-organismos patogênicos pelas substâncias isoladas da actinobactéria simbionte de Philanthus sp. Círculos vermelhos indicam o máximo de inibição de crescimento microbiano; círculos laranja indicam 76 a 99% de inibição do crescimento microbiano; círculos amarelos, 51 a 75% de inibição do crescimento microbiano; círculos verdes indicam 26 a 50% de inibição do crescimento microbiano; círculos verdes indicam 1 a 25% de inibição do crescimento microbiano.

A “terapia de antibióticos” produzida pela actinobactéria e utilizada pela vespa corresponde à utilização de coquetéis de antibióticos ou de antivirais, cada vez mais utilizada em medicina. Tal forma de tratamento explora a ação sinergística que vários compostos juntos podem apresentar, e resulta em uma maior eficácia contra um maior número de agentes patogênicos, fazendo com que estes não desenvolvam mecanismos de resistência aos antibióticos. Tal “modelo de tratamento” é extremamente importante para a larva da vespa Philanthus, que pode ficar em estágio de transformação ovo-larva-pupa-adulto por até 9 meses, e exposta a diversos tipos de micro-organismos. A estratégia adquirida pelas vespas da espécie Philanthus sp. representa uma “inovação adaptativa” de um mecanismo de ação de defesa efetivo que atua a longo prazo. Certamente tal estratégia deve ser utilizada por outros macro-organismos, uma vez que este mundo é dominado por seres invisíveis, os micro-organismos.

Referências

Margulis, L. e Fester, R. (1991) Symbiosis as a source of evolutionary innovation, The MIT Press (ISBN 0-262-13269-9).

ResearchBlogging.orgKroiss, J., Kaltenpoth, M., Schneider, B., Schwinger, M., Hertweck, C., Maddula, R., Strohm, E., & Svatoš, A. (2010). Symbiotic streptomycetes provide antibiotic combination prophylaxis for wasp offspring Nature Chemical Biology, 6 (4), 261-263 DOI: 10.1038/nchembio.331

As figuras foram obtidas com autorização do Grupo de Publicações Nature (NGP).

Discussão - 2 comentários

  1. Luís Brudna disse:

    Beleza! Mais um dos belos nomes de técnicas… “espectrometria de massas de geração de imagens por dessorpção/ionização a laser acoplada a um analisador por tempo de vôo [(LDI)-TOF/MS imaging]”
    🙂

  2. Sibele disse:

    Eita vespas espertas! Sucesso adaptativo é mesmo isso aí! Cultive sua própria “terapia de antibióticos”, sem precisar pagar uma fábula por coquetéis da Big Pharma! 😀

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