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UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS – RIO CLARO unesp
CURSO DE ESPECIALIZAÇÃO EM ENTOMOLOGIA URBANA: TEORIA E PRÁTICA
MECANISMOS DE RESISTÊNCIA TOXICOLÓGICA EM POPULAÇÕES DE Cimex lectularius : UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Márcio William Braga de Souza
MECANISMOS DE RESISTÊNCIA TOXICOLÓGICA
Monografia apresentada ao Instituto de Biociências do Campus de Rio Claro, Universidade Estadual Paulista, como parte dos requisitos para obtenção do título de Especialista em Entomologia Urbana .
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS – RIO CLARO unesp
EM POPULAÇÕES DE Cimex lectularius : UMA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Márcio William Braga de Souza
Orientador: Prof. Dr. José Maria Soares Barata Faculdade de Saúde Pública - USP
Co-orientadora: Profa. Dra. Ana Eugênia de Carvalho
Instituto Biológico - SP
São Paulo 2013
RESUMO
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS – RIO CLARO unesp
Percevejos de cama (Cimex lectularius) são uma praga sinantrópica reemergente
na atualidade, de importância em saúde pública. A pesquisa científica a respeito
dos mecanismos de resistência à inseticidas, especialmente piretróides, nesta
espécie, é escassa ou quase nula no Brasil e exige maior aprofundamento. Os
mecanismos de resistência a inseticidas mais comumente abordados na literatura
são: resistência a sítios-alvo, resistência comportamental, resistência à penetração
cuticular e resistência metabólica. Nesta revisão bibliográfica, buscou-se o que há
de mais relevante e recente nos últimos 10 anos, sobre este tema afim de suprir
esta lacuna e inspirar novos trabalhos.
SUMÁRIO
UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO”
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I.INTRODUÇÃO
II.OBJETIVO
III. MATERIAIS E MÉTODOS
• TIPO DE PESQUISA
• COLETA DE DADOS
IV RESULTADOS E DISCUSSÃO
• DEFINIÇÃO DE RESISTÊNCIA
• RESISTÊNCIA COMPORTAMENTAL
• RESISTÊNCIA NA PENETRAÇÃO
CUTICULAR
• RESISTÊNCIA METABÓLICA
1. Citocromo P-450
2. Glutationa S-transferases
3. Carboxilesterases
4. Endosimbiontes
5. Heme-detoxificação
6. RNAi
V CONCLUSÕES
VI REFERÊNCIAS
I. INTRODUÇÃO
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Percevejos de cama (Cimex lectularius) são insetos hematófagos sinantrópicos e
tornaram-se novamente um problema de saúde pública mundial na última década.
Desde a Segunda Guerra Mundia o uso repetitivo de inseticidas com longo poder
residual, como o DDT, organofosforados e carbamatos reduziram drasticamente as
populações de percevejos de cama.
Entretanto desde 1990, observa-se o ressurgimento desta praga sinantrópica em
diversos países, incluindo a Ásia Oriental, Austrália, América do Norte, e também de
forma crescente nas grandes capitais do Brasil.
Fatores importantes para este fenômeno são o aumento das viagens áreas, o
incremento do comércio de mobílias, o uso de inseticidas de amplo espectro e o
desenvolvimento de mutações genéticas em populações de Cimex lectularius conferindo
resistência aos inseticidas atuais.
O sucesso para o controle eficaz desta praga sinantrópica diz respeito ao
conhecimento dos mecanimos de resistência que estão envolvidos. Assim teremos
condições de desenvolvermos novas estratégias de manejo integrado.
II. OBJETIVO
O presente trabalho é realizar uma revisão bibliográfica referente aos mecanismos
de resistência toxicológica que diversas populações de percevejos de cama (Cimex
lectularius) tem apresentado nas mais diversas regiões do mundo.
III. MATERIAIS E MÉTODOS
TIPO DE PESQUISA
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Realizou-se uma pesquisa descritiva, exploratória e bibliográfica, buscando analisar os
mecanismos de resistência toxicológica em percevejos de cama, onde não ocorre a
interferência do pesquisador no contexto da pesquisa.
Segundo Sampiere, Collado e Lucio (2006, p.99):
Realizam-se estudos exploratórios, normalmente quando o objetivo é
examinar um tema ou um problema de pesquisa pouco estudado, do qual se
tem muitas dúvidas ou não foi abordado antes.
COLETA DE DADOS
A presente revisão buscou a literatura científica nacional e internacional ultilizando os
bancos de dados BVS, Pubmed, Scifinder e Google Academics; sendo selecionadas as
publicações científicas dos últimos 10 anos, abordando o tema. Os seguintes termos de
pesquisa foram utilizados, em diversas combinações:
1) Cimex lectularius;
2) Bed bug;
3) Resistance;
4) Mechanismis;
5) Insects;
6) pesticide;
7) pyretroid;
8) insecticides;
9) toxicology.
Foram selecionados artigos originais ou de revisão publicados em língua inglesa e
portuguesa. Algumas das fontes citadas não são dos últimos 10 anos porém foram
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relevantes para complementar o trabalho. Outros documentos, como livros e sites
científicos foram utilizados como referências também.
IV. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A partir da análise de uma lista de 56 referências relevantes, foram selecionados 14
trabalhos. Os artigos abordavam mecanismos de resistência em insetos em geral e
especificamente em percevejos de cama, e também prefencialmente se referiam ao uso
de piretrórides.
DEFINIÇÃO DE RESISTÊNCIA
De acordo com a Organização Mundial de Saúde, a resistência é definida como a
"capacidade herdada por uma estirpe de algum organismo para sobreviver à doses de
uma substância tóxica que matariam a maioria dos indivíduos em uma população normal
de uma mesma espécie.”
Os insetos desenvolvem resistência aos inseticidas através de quatro modos diferentes:
resistência ao sítio-alvo, resistência comportamental, resistência à penetração e
resistência metabólica.
RESISTÊNCIA AOS SÍTIOS-ALVOS
Alterações de aminoácidos responsáveis pela ligação da molécula inseticida em seu local
de ação fazem com que o inseticida torne-se menos eficaz, ou mesmo ineficaz. O alvo
dos organofosforados e carbamatos é a acetilcolinesterase nas sinapses nervosas; para
os organoclorados (DDT) e piretróides sintéticos são os canais de sódio na bainha do
nervo sináptico.
Os piretróides e o DDT produzem seus efeitos tóxicos principalmente por sua ligação com
o canal de sódio, alterando as suas propriedades de propagação e mantendo o canal de
sódio aberto por mais tempo, provocando assim um fluxo de corrente prolongada de
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sódio. Esta corrente prolongada de sódio aumenta a fase de despolarização do potencial
da ação da membrana neuronal, que inicia a descarga repetitiva e impede a sua
repolarização (Narahashi 1988). No entanto, modificações na estrutura do canal de sódio
(ou seja, uma mutação resultante do polimorfismo de um único nucleótido) podem causar
a insensibilidade ao DDT e piretróides em canais de sódio do sistema nervoso do inseto.
Através de uma redução ou eliminação da afinidade de ligação das proteínas às
moléculas inseticidas ocorre esse tipo de resistência.
Da mesma forma, a resistência aos ciclodienos (organoclorados) é conferida por uma
mudança em único nucleotídeo dentro do mesmo códon de um gene do receptor γ -
aminobutírico (GABA). Pelo menos cinco mutações pontuais na ligação da
acetilcolinesterase com a molécula inseticida foram identificados, que isoladamente ou
em conjunto casam vários graus de redução da sensibilidade aos organofosforados e
carbamatos.
RESISTÊNCIA COMPORTAMENTAL
A resistência comportamental é a capacidade de determinadas espécies em sobreviver a
aplicações de inseticidas através da adaptação comportamental, e é é muito menos
comum do que a resistência fisiológica.
Este tipo de resistência depende da capacidade de aprendizado do inseto e de
modificações genéticas nos receptores periféricos de estímulos ou no sistema central de
processamento de processamento dos estímulos. Os mecanismos envolvidos podem ser
classificados em estímulo-dependente, quando ocorre a irritabilidade, ou estímulo-
independente, quando ocorre a xenofobia.
As respostas comportamentais já foram estudadas em certos insectos que se
alimentam de sangue. No entanto, a pesquisa é escassa no caso da resistência
comportamental em percevejos de cama. Num estudo recente, demonstrou-se que os
percevejos colocados sobre um papel de filtro tratado com deltametrina, exibem um tipo
de resistência comportamental mantendo distância do insecticida.
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Apesar de muitas pesquisas documentarem as respostas comportamentais aos
inseticidas, pouco se sabe sobre o nível funcional dos genes envolvidos em
características comportamentais associadas com toxinas em comparação com o que se
sabe a respeito dos genes relacionados à resistência metabólica. No entanto, com as
modernas tecnologias tem-se buscado a identificação de genes pontuais que seriam
responsáveis pelo comportamento do inseto e a compreensão de seus mecanismos
moleculares. Essa elucidação da base genética da resistência comportamental é crucial
para uma compreensão das respostas comportamentais dos insectos aos inseticidas.
RESISTÊNCIA NA PENETRAÇÃO CUTICULAR
Muitos insetos possuem a capacidade de superar os efeitos dos inseticidas através da
diminuição da penetração cuticular. Em termos simples, quanto mais espessa a cutícula
(com maior teor de proteína e lípidos), menor será sua absorção de determinada molécula
inseticida.
As propriedades da cutícula dos insetos incluem rigidez, flexibilidade e permeabilidade
são determinadas não apenas pela esclerotização, construção e hidratação da quitina,
mas também pelas combinações de diferentes proteínas cuticulares em diversos arranjos.
Este tipo de resistência à penetração é geralmente associada a outras formas de
resistência e, portanto, podem intensificar o efeito de outros mecanismos de resistência.
Vários estudos já identificaram um número elevado de genes cuticulares em análises
relacionadas a caracterização de proteínas envolvidas na detoxificação metabólica.
Deste modo, comparações de proteínas cuticulares em percevejos de cama resistentes e
suscetíveis podem foronecer mais pistas para este tipo de resistência.
Koganemaru (2013) pequisou uma população de Richmond (EUA), onde inoculou
internamente os indíviduos com deltametrina e ciflutrina, comparando com outro grupo
que recebeu o inseticida sobre sua cutícula. Pesquisou separadamente o mecanismo de
resistência cuticular e na análise dos proteínas cuticulares por técnicas de biologia
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molecular descobriu mutações o que indica que este mecanismo de resistência está
presente nas populações modernas de Cimex lectularius.
RESISTÊNCIA METABÓLICA
A resistência metabólica é basicamente a transformação bioquímica de uma molécula
tóxica em outra molécula, menos tóxica. As reações de biotransformação são
classificadas como sendo de Fase I ou Fase II de acordo com seu modo de ação sobre
os compostos tóxicos.
A Fase I inclui reações de oxidação, redução e hidrólise, que são envolvidas na
detoxificação de xenobióticos. As reações da Fase II são um processo de conjugação, em
que enzimas ligam-se com os produtos primários da Fase I convertendo-os em
compostos mais solúveis em água, para que sejam excretados do corpo.
Deste modo, a resistência metabólica está relacionada ao aumento de destoxificação
metabólica, tornando a molécula inseticida mais solúvel em água pela adição de um grupo
polar e tornando-a um substrato mais adequado as reações de fase II.
A detoxificação de inseticidas sintéticos por insetos está associada principalmente com o
citocromo P450 e com grandes famílias multigênicas como esterases, oxidases e
transferases. Entre estes sistemas enzimáticos de detoxificação, o citocromo P450 está
envolvido no metabolismo de piretróides; GSTs desintoxicam compostos organoclorados
e esterases e oxidases atuam principalmente sobre carbamatos.
Citocromo P450
O Citocromo P450 (CYP) é uma das maiores superfamílias de proteínas que se
encontram em todos os organismos vivos. A reação mais comum catalisada pelo
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citocromo P450 é uma reação de monooxigenase, isto é, inserção de um átomo de
oxigênio em um substrato orgânico enquanto o outro átomo oxigênio é reduzido à água.
As características originais das proteínas do citocromo P450 (diversidade genética, uma
ampla especificidade de substrato, versatilidade catalítica) fizeram-no capaz de lidar com
quase todos os tipos de insecticidas.
Embora os CYPs apresentem alta diversidade em suas sequências de aminoácidos, é
relatado que estas proteínas conservam uma certa sequência estrutural no circuito de
ligação ao grupo heme. Os P450, em particular CYP4, CYP6 e CYP9, são bem estudados
e tem sido caracterizados em muitos insetos onde eles desempenham um papel vital no
metabolismo de xenobióticos.
O sequenciamento recente do genoma de vários insetos que se alimentam de sangue
revelaram a ocorrência de 37 à 102 genes P450, sendo provavelmente cada codificação
para diferentes enzimas P450. A família CYP6 tem sido bem estudada como sendo
envolvida na resistência aos insecticida em insetos hematófagos. O primeiro inseto que
demostrou que o CYP6 estava envolvido na detoxificação de inseticidas foi a Musca
domestica [61]. Desde então, vários tipos de CYP6 foram bem identificados e
caracterizados quanto à sua participação no metabolismo xenobiótico.
É interessante notar que os padrões de expressão dos tipos de P450 em insetos podem
variar com o tecido, o desenvolvimento e o sexo. Em estudos recentes, relatou-se altos
níveis de transcrição para CYP9 nos primeiros estágios de exposição de uma população
de percevejos de cama à inseticidas.
Glutationa S-transferases
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As Glutationa-S-transferases (GSTs) são um dos principais componentes da
destoxificação em organismos vivos. As GSTs desempenham um papel importante no
metabolismo de xenobióticos através da s reações redox de catálise e das reações de
conjugação, que por sua vez facilitam a solubilidade dos compostos, promovendo a
excreção destes compostos tóxicos pelo organismo.
Vários GSTs já foram identificadas em insetos hematófagos e demonstraram maior
expressão quando os insetos foram expostos a vários inseticidas. Essas insetos
hematófagos absorvem uma série de substâncias reativas ao oxigênio, devido ao grupo
heme presente no sangue, de modo que as GSTs desempenham um papel importante
na proteção das células contra o stress oxidativo.
As GSTs são classificados em três grupos com base na sua localização celular:
citosólicas, microssômicas, e mitocondriais. Os insetos que se alimentam de sangue
apresentam tanto GSTs citosólicas e microssômicas. A família GST em insetos é
codificada em um conjunto diverso de proteínas, incluindo Delta, Epsilon, Sigma, Theta,
Omega, e Zeta. Entre essas classes, Delta e Epsilon foram relatados como sendo
altamente expressas em insetos que estão em contato com inseticidas.
Carboxilesterases
Carboxilesterases são proteínas multifuncionais, envolvidas principalmente na
detoxificação de insecticidas, e isso já foi relatado para muitas pragas. Em particular,
estas enzimas estão envolvidas na degradação de organofosfatos, carbamatos e
piretróides. A alteração genômica entre as carboxilesterases, como o aumento do número
de cópias e mutações em sequências de codificação, é um dos principais factores
subjacentes ao desenvolvimento de resistência à inseticidas.
Endosimbiontes
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Os microrganismos endosimbiontes têm um papel importante na capacidade de
adaptação de insetos. A microbiota dos insectos estão envolvidos na síntese de
aminoácidos essenciais e vitaminas, processos digestivos, reprodução e detoxificação de
compostos nocivos para produtos mais seguros dentro do inseto hospedeiro.
Estudos recentes sobre bactérias associadas com a nutrição em percevejos revelou a
papel de Wolbachia na síntese de vitaminas B. Curiosamente, a eliminação destes
micróbios resultou no crescimento retardado e esterilidade de percevejos.
Muitas pesquisas tem-se centrado agora sobre a influência da endosimbiontes
microbianos na homeostase nutricional do hospedeiro, no entanto, o modo como esses
endosimbiontes estão envolvidos na detoxificação de inseticidas permanece indefinida.
Heme-detoxificação
O grupo heme das hemoglobinas está envolvido em reações bioquímicas, tais como o
transporte de oxigênio e da respiração. Os percevejos de cama requerem uma refeição de
sangue durante todos os estágios de desenvolvimento. O grupo heme é uma molécula
tóxica devido à sua capacidade de geração de substâncias oxidativas reativas, que
danificam e perturbam a bicamada fosfolipídica da membrana da célula.
Os sistemas enzimáticos que poderiam transformar estas substâncias oxidativas
produzidas incluem o superóxido dismutase, a catalase, a glutationa peroxidase, a
glutationa-redutase, etc..
Insetos que se alimentam de sangue parecem ter se adaptado contra a toxicidade do
heme, durante o curso da evolução, mas há um escasso conhecimento existente sobre
esse assunto a respeito dos percevejos de cama. O desenvolvimento deste tipo de
pesquisa permitiria a identificação de alvos metabólicos potenciais que influenciam o
crescimento e desenvolvimento desta espécie.
RNAi
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O RNAi (RNA interferente, ou RNA de interferência) é um mecanismo realizado por
moléculas de RNA complementares a RNAs mensageiros, o qual inibe a expressão
gênica na fase de tradução ou dificulta a transcrição de genes específicos.
A uso da biotecnologia envolvida no RNAi revolucionou os campos da medicina e da
agricultura na passado recente. Para além da sua utilização em estudos funcionais, o
RNAi pode ser usado como uma potencial ferramenta para o desenvolvimento de novas
medidas de controle de pragas urbanas. O uso desta biotecnologia tem sido estudada
para várias insetos de importância agrícola e em insetos hematófagos de importância em
saúde pública e realmente pode fornecer novos caminhos para estratégias de controle
mais eficazes.
V. CONCLUSÕES
O desenvolvimento desta revisão bibliográfica procurou trazer maior esclarecimento sobre
os mecanismos de resistência atualmente já reconhecidos e cientificamente analisados
em populações de Cimex lectularius expostas à ação de piretróides e outros inseticidas.
Com isto pretendemos trazer a reflexão quanto as estratégias de manejo integrado de
pragas realizados pelas empresas controladoras no Brasil, bem como suscitar o interesse
de pesquisadores e autoridades sanitárias pelo tema.
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