Os biopesticidas são derivados de organismos vivos, como bactérias ou plantas, com exemplos de uso comum que datam da década de 1950. Por exemplo, Bacillus thuringiensis é uma bactéria Gram-positiva popularmente utilizada como inseticida desde então, exercendo essa atividade por meio da formação de proteínas cristalinas.
Após a ingestão dessas proteínas, o trato digestivo alcalino dos insetos desnatura as proteínas cristalinas insolúveis em uma forma solúvel, permitindo que sofram proteólise por enzimas encontradas no intestino. A toxina liberada então danifica o trato digestivo localmente, geralmente fazendo com que o inseto morra de fome.
O gene para a produção das proteínas cristalinas desde então foi incorporado às plantações por modificação genética, proporcionando um certo grau de imunidade contra pragas de insetos. Os humanos e a maioria dos outros insetos não-alvo carecem do receptor que ativa o mecanismo da toxina, tornando as safras seguras para consumo e potencialmente evitando o uso de pesticidas químicos mais tóxicos e prejudiciais ao meio ambiente.
Fungos como pesticidas
Muitas outras bactérias com utilidade no controle de pragas foram descobertas e implantadas, agindo por meio de uma ampla gama de mecanismos que podem ter como alvo preferencialmente um posto em vez de outro. Além da bactéria, alguns fungos também exercem toxicidade explorável para uma população de pragas.
Phoma macrostoma Montagne é um fungo usado como herbicida contra uma ampla gama de ervas daninhas de folha larga, como dente-de-leão e erva-de-bico, causando sintomas de fotodegradação pela inibição da síntese de carotenóides. O fungo produz diversos produtos químicos do grupo conhecido como macrocidinas, que são responsáveis ??pela interrupção da síntese de carotenóides nas folhas e posterior morte, à semelhança do modo de ação geral de vários tipos de herbicidas sintéticos.
No entanto, o mecanismo de ação das macrocidinas é mais complexo, com estudos recentes sugerindo que os produtos químicos inibem as enzimas fitoeno-dessaturase, possivelmente sequestrando cátions de ferro e magnésio em sua macroestrutura e, subsequentemente, facilitando a transferência de elétrons, embora isso ainda não esteja totalmente claro. Esses produtos químicos e o fungo de que derivam parecem ser seguros para consumo humano e animal e, portanto, podem substituir alternativas mais tóxicas.
Manejo de doenças de cultivo
Bacillus subtilis é uma bactéria Gram-positiva capaz de tolerar condições ambientais extremas e tem sido usada como parte de uma estratégia mais ampla de biopesticida para o manejo de doenças em plantações. A bactéria pode fazer a transição de uma célula para um esporo de longa duração altamente resistente quando os nutrientes se esgotam, permitindo que ela reviva assim que as condições melhorarem ou o esporo for removido.
Na natureza, as bactérias competem com outros microrganismos e formam um biofilme nas raízes das plantas, secretando metabólitos que são tóxicos para os patógenos vegetais: outras bactérias, fungos, etc. Bacillus subtilis também promove o crescimento das plantas sequestrando nutrientes, produzindo fitormônios e promovendo o resistência sistêmica da própria planta. Portanto, a colonização sustentada de campos de cultivo por Bacillus subtilis é benéfica para muitas plantas, agindo como um pesticida geral e promotor de crescimento que pode ser usado sinergicamente com outras abordagens de controle de pragas.
Um grande número de peptídeos antimicrobianos foi isolado da bactéria, notadamente sintetizado por uma rota de síntese de peptídeo não ribossômica ou ribossômica. A primeira rota gera, entre outras formas, lipopeptídeos, que são anfifílicos e, portanto, rompem a membrana celular de bactérias e fungos patógenos de plantas, enquanto a última gera bacteriocinas modificadas pós-tradução que são capazes de atividade de amplo espectro contra bactérias Gram-positivas e um espectro mais estreito de Gram-negativos.
Vírus de insetos
Patógenos antimicrobianos de insetos também têm sido propostos como uma possível estratégia de controle, particularmente atrativa devido à estreita gama de insetos hospedeiros afetados, evitando assim a eliminação de pragas predadoras e outros organismos não-alvo que está associada ao uso de produtos químicos de amplo espectro inseticidas.
Os baculovírus são um grupo de grandes vírus de DNA conhecidos por infectar insetos que produzem grandes cristais de proteína em sua superfície chamados corpos de oclusão, tornando-os facilmente identificáveis ??usando um microscópio. Esses cristais de proteína tornam os vírus muito estáveis ??em ambientes extremos e, quando digeridos no intestino alcalino do inseto, geram vírions que infectam as células locais e propagam a infecção.
O vírus não produz toxinas e, portanto, é mais lento para matar a infecção infectada, mas se replica com alta carga viral e é altamente transmissível, sendo extremamente persistente em uma população de insetos. A morte é causada pelo desvio de nutrientes e comandando o ciclo metabólico para a produção do vírus, embora o vírus também influencie o inseto hospedeiro específico de várias outras maneiras, induzindo a muda e outros efeitos degradantes.
Curiosamente, larvas de insetos infectadas com baculovírus mostram uma maior propensão para vagar e escalar, aumentando a dispersão do vírus por todo o ambiente do hospedeiro. Os cadáveres infectados parecem “derreter” devido à produção de enzimas pelo vírus na fase final da infecção, aumentando ainda mais a disseminação.
Referências:
Schepf et al . (1998) Bacillus thuringiensis and Its Pesticidal Crystal Proteins. Revisões de microbiologia e biologia molecular . https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC98934/
Hubbard et al . (2016) Os modos de ação dominantes das macrocidinas, metabólitos bioherbicidas de Phoma macrostoma, diferem entre as espécies de plantas suscetíveis. Botânica Ambiental e Experimental . https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0098847216301678?via%3Dihub
Hubbard et al. (2014) A bioquímica por trás da eficácia dos biopesticidas. Processos Químicos Sustentáveis
Por Michael Greenwood, M.Sc. original neste link
