Avanço em doenças de plantas: nova enzima pode levar a pesticidas antibacterianos
Doenças de plantas representam desafios significativos para a produtividade agrícola, apresentando obstáculos formidáveis que exigem atenção urgente. Se não forem controladas, essas doenças podem se espalhar rapidamente, causando danos generalizados às plantações e levando à redução de rendimentos e perdas econômicas substanciais. Portanto, identificar com precisão os patógenos responsáveis por essas doenças é crucial. Essa identificação permite intervenções direcionadas que minimizam os riscos e efetivamente mitigam os impactos agrícolas.
Xanthomonas espécies são patógenos de plantas notórios que afetam um amplo espectro de hospedeiros, incluindo culturas importantes como arroz, trigo e tomate. Esses patógenos aumentam sua patogenicidade utilizando α-1,6-ciclizada β-1,2-glucohexadecaose (CβG16α) para suprimir mecanismos essenciais de defesa da planta, como a expressão de proteínas relacionadas à patogênese e o acúmulo de calose.
Em um avanço recente publicado em 19 de junho de 2024, no Jornal da Sociedade Química Americana, uma equipe de pesquisadores liderada pelo Professor Associado Masahiro Nakajima da Universidade de Ciências de Tóquio revelou uma descoberta significativa. Eles identificaram XccOpgD, uma hidrolase glicosídica (GH186) encontrada em X. campestris pv campestris que desempenha um papel fundamental na biossíntese de CβG16α. A equipe de pesquisa também incluiu o Sr. Sei Motouchi da Universidade de Ciência de Tóquio, o Cientista Principal Shiro Komba do Instituto de Pesquisa de Alimentos, NARO, e Hiroyuki Nakai da Universidade de Niigata.
“As estruturas de glicanos são intrincadas e multifacetadas e cumprem diversos papéis cruciais na natureza e nos organismos. As enzimas sintetizam e degradam glicanos, exibindo diversas estruturas e funções que correspondem à diversidade de glicanos. No entanto, nossa compreensão dessas enzimas ainda é limitada, o que impulsiona a busca por novas enzimas com novos potenciais variados”, explica o Prof. Nakajima, elaborando a justificativa do estudo.
A equipe conduziu análises bioquímicas para elucidar o papel de XccOpgD na biossíntese de CβG16α. Técnicas avançadas como cristalografia de raios X foram empregadas como análise estrutural para desvendar o mecanismo catalítico da enzima e a especificidade do substrato.
Esses esforços renderam insights profundos. XccOpgD pertence à família GH186, essencial para regular os componentes da parede celular bacteriana. Diferentemente das primeiras enzimas GH186 identificadas, XccOpgD exibe um mecanismo enzimático sem precedentes conhecido como transglicosilação invertida de anômero.
Cientistas identificaram o composto cíclico como CβG16α. Crédito da imagem: Masahiro Nakajima da Universidade de Ciência de Tóquio
“Reações de enzimas GH típicas são classificadas em quatro tipos por combinação de retenção ou inversão, e reação com água (hidrólise) ou açúcar (transglicosilação) teoricamente. No entanto, uma classificação está faltando de alguma forma em uma longa história de pesquisas sobre enzimas associadas a carboidratos e descobrimos a classificação ausente. Essa descoberta foi possível devido ao ambiente estrutural único, abrindo novas possibilidades para a glicosilação baseada em enzimas”, explica o Prof. Nakajima. Além disso, as cadeias de açúcar sintetizadas por esse mecanismo não são meramente componentes menores, mas sim estruturas essenciais utilizadas por várias bactérias Gram-negativas na natureza para fins patogênicos.
Estudos detalhados revelaram que o β-1,2-glucano linear foi convertido em composto cíclico e o composto foi identificado como CβG16α usando ressonância magnética nuclear. A análise estrutural do complexo de Michaelis identificou resíduos cruciais de ligação ao substrato, elucidando ainda mais interações específicas ao longo da cadeia de glucano. Notavelmente, XccOpgD utiliza um mecanismo de transglicosilação de inversão de anômero, com D379 e D291 desempenhando papéis essenciais como catalisadores.
Essas descobertas aprofundam nossa compreensão e abrem caminhos para o desenvolvimento de estratégias direcionadas contra doenças de plantas induzidas por Xanthomonas. “Estamos esperando um conceito de pesticida visando esse homólogo de enzima no futuro. Ao contrário dos fungicidas que promovem o surgimento de bactérias resistentes a medicamentos no solo, atingir essa enzima poderia potencialmente inibir a patogenicidade sem causar esterilização. Os homólogos de enzimas identificados neste estudo podem servir como alvos promissores de medicamentos baseados em estrutura, oferecendo uma solução potencial para o problema de bactérias resistentes a medicamentos”, diz um esperançoso Prof. Nakajima.
A descoberta de XccOpgD e seu papel na biossíntese de CβG16α marca um grande avanço na agricultura. Ele promete maior resiliência e segurança alimentar, ao mesmo tempo em que atenua os impactos ambientais ligados a pesticidas convencionais. No geral, esse avanço oferece soluções sustentáveis para os desafios agrícolas globais, promovendo a administração ambiental e a viabilidade econômica para agricultores em todo o mundo.
Cientistas descobrem o papel do XccOpgD no aumento da patogenicidade da Xanthomonas. Crédito da imagem: Masahiro Nakajima da Universidade de Ciências de Tóquio
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