Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/45720
Type: Dissertação
Title: Clogmia albipunctata: a hematofagia sob uma perspectiva exaptativa
Authors: Luccas Gabriel Ferreira Malta
First Advisor: Nelder de Figueiredo Gontijo
First Co-advisor: Mauricio Roberto Viana Sant'Anna
First Referee: Renato Santana de Aguiar
Second Referee: Thiago de Castro Gomes
Third Referee: Vânia Cristina dos Santos
Abstract: Clogmia albipunctata é um inseto pertencente à ordem Diptera e à família Psychodidae, que possui ciclo de vida holometábolo com larvas vivendo em ambientes semiaquáticos. Apesar de não serem hematófagos, alguns estudos atribuem a esses insetos o papel de vetores mecânicos, fato que se torna preocupante dado seu alto grau de sinantropia. Na subordem “Nematocera” se observam múltiplos eventos independentes de surgimento do processo de hematofagia, fato que desperta curiosidade sobre quais seriam as características que favoreceram seu aparecimento. Uma adaptação evolutiva é vista sob duas perspectivas: a primeira diz respeito a uma característica moldada pela seleção natural para sua atual função; a segunda diz respeito a uma característica que vem agregar valor adaptativo em determinada função, não necessariamente tendo relação com as pressões evolutivas a partir das quais ela foi selecionada. Esta segunda perspectiva é o que se conhece por exaptação. É sabido que insetos hematófagos controlam de maneira eficiente sua fisiologia intestinal, fato relacionado com sua capacidade de digestão de sangue. Além disso, certas características morfológicas são de extrema valia durante o processo de alimentação, como a forma do intestino. Uma vez que C. albipunctata pertence à mesma família de insetos hematófagos vetores de espécies de Leishmania conhecidos como flebotomíneos, e por não realizarem hematofagia, tais insetos mostramse um excelente modelo para o estudo de exaptações fisiológicas e morfológicas relacionadas com a hematofagia. Com isso, o presente projeto tem por objetivo determinar e analisar aspectos da fisiologia intestinal de C. albipunctata que se relacionem com aqueles já descritos para outros insetos “Nematocera” hematófagos, realizando desde análises fisiológicas como comparações morfológicas, apontando para características de cunho exaptativo. Análises de diferenças morfológicas do tubo digestivo foram realizadas entre machos e fêmeas de C. albipunctata, bem como entre estes e indivíduos de espécies diferentes que são hematófagas, tais como Lutzomyia longipalpis, Aedes aegypti e Culex quinquefasciatus. A fim de determinarmos o pH intestinal do inseto em diferentes condições de alimentação, fizemos uso de corantes indicadores de pH (Azul de Bromotimol e Púrpura de Bromocresol). Para estudo da produção de tripsina após ingestão de proteínas, foram realizados ensaios de cinética enzimática com o substrato sintético BApNA. Para o estudo da atividade da enzima catalase foi utilizado H2O2 como substrato. A fim de verificar a capacidade do extrato bruto de intestino de C. albipunctata de inibir a cascata do completo humano, foram realizados ensaios para inibição da via clássica do sistema complemento humano. Para estudo da atividade de α-glicosidase, foram realizados ensaios enzimáticos utilizando o substrato p-nitrofenil-α-D-glicopiranosídeo. Finalmente, foram também selecionadas proteínas sabidamente relacionadas com o sucesso da hematofagia em outros dípteros “Nematocera”, a partir das quais foi realizada análise do genoma de C. albipunctata, passando por análises de ortologia. Nossos resultados mostraram que não há diferença entre o intestino médio de machos e fêmeas de C. albipunctata, porém o intestino médio de machos das espécies hematófagas analisadas, mostraram-se morfologicamente diferentes do intestino das fêmeas. Em condições normais, tanto machos quanto fêmeas, de C. albipunctata apresentaram pH intestinal ácido (pH = ~6,0), condição semelhante aoencontrado para flebotomíneos e outros insetos hematófagos da subordem “Nematocera”. Quando submetidos à alimentação proteica, observamos alcalinização da região do intestino médio desses insetos, com alcalinização mais evidente e mais pronunciada entre as fêmeas. Além disso, fêmeas de C. albipunctata mostraram-se responsivas aos hormônios alcalinizantes presentes na hemolinfa de fêmeas ingurgitadas de L. longipalpis. Não existe diferença na atividade de tripsina entre machos e fêmeas de C. albipunctata, com a menor atividade sendo encontrada nos insetos alimentados com soro humano inativado. A atividade de catalase encontrada em machos de duas espécies hematófagas se assemelha a atividade encontrada para machos e fêmeas de C. albipunctata. Somente L. longipalpis apresentou diferença entre a atividade de α- glicosidase no intestino de machos e fêmeas. Para todas as espécies analisadas, observase regionalização enzimática de α-glicosidase, sendo a maior atividade encontrada na porção anterior do intestino médio. A tripsina de C. albipunctata apresenta homologia com a tripsina do tipo 2 de L. longipalpis. A enzima catalase está presente em um gene de cópia única no genoma de C. albipunctata. Não foram identificados genes correspondentes a enzima 4-HPPD no genoma de C. albipunctata. Nossos resultados confirmam a hipótese inicial de que algumas adaptações relacionadas à hematofagia já se encontram presentes em organismos não hematófagos, o que dá suporte a nossa ideia de que a maior parte das adaptações ao processo de hematofagia, tratam-se na verdade de exaptações, ou seja, modificações evolutivas que não necessariamente alteram a função de determinado caráter. Em conjunto, esse pensamento pode explicar pelo menos em parte os múltiplos eventos independentes de surgimento da hematofagia dentro dos dípteros “Nematocera”.
Abstract: Clogmia albipunctata is an insect belonging to the order Diptera, family Psychodidae, which has a holometabolous life cycle with immature stages living in semi-aquatic environments. Although this species is not hematophagous, previous studies have shown that this insect can mechanically transmit pathogens, which is an important feature considering its high synanthropy. The suborder Nematocera is a paraphyletic group, encompassing insects that share morphological and physiological features, including dipterans with medical and veterinary importance, allowing phylogenetic analysis among them. As hematophagy emerged several times within the Nematocera group, this instigated studies to understand basic features or adaptations to its development. An evolutive adaptation can be analyzed under two perspectives: the first one concerns about one features shaped by natural selection for your current function. The second concerns about one feature that gives adaptive value to one characteristic, which is not necessarily related to the evolutionary pressures which selected this attribute. This second is known by exaptation. Hematophagous insects have a tight gut physiology control through intestinal pH control and gut enzyme production. Some morphological features are extremely important for the feeding of these insects, such as gut shape and the mouthparts. As C. albipunctata belongs to the Psychodidae family (same family as sandflies, vectors of Leishmania species), these insects are excellent models for physiological and morphological studies about adaptations and exaptations to hematophagy. The aim of this work is to study aspects of C. albipunctata intestinal physiology in comparison to previous studies done with other nematoceran Diptera, through physiological and morphological comparisons, showing exaptative features. Midgut morphological analyses between male and female C. albipunctata and L. longipalpis, A. aegypti and Culex quinquefasciatus was performed by dissection and visual comparison under optic microscopy. In order to determine the gut pH of C. albipunctata maintained in different dietary conditions, we used the vital pH indicators dye Bromothymol Blue and Bromocresol Purple. To study trypsin production after protein ingestion, we performed kinetic assays using the BApNA substrate. To study catalase enzymatic activity we performed a kinetic assay using H2O2 as substrate. To study α-glucosidase activity in the male and female midgut of C. albipunctata, L. longipalpis, A. aegypti and C. quinquefasciatus, we used p-nitrophenyl-α-Dglucopyranoside as substrate. To test the capacity of C. albipunctata gut contents to inhibit the human complement, we performed classic pathway inhibitory assays. We selected proteins that are widely related to hematophagy, from which we performed gene orthology analyzes using the C. albipunctata genome . Our results showed that there is no morphological difference between male and female C. albipunctata midguts, despite. the midguts of males and females of some hematophagous species show morphological differences. There is no difference between trypsin activity in midguts of male and female C. albipunctata , the lowest activity found in the midgut of insects that fed on human inactivated serum. The catalase activity found in males of two hematophagous species is similar to the activity found in male and female C. albipunctata. Among all insects analysed, only L. longipalpis showed a difference between male and female α-glycosidasemidgut activity. For all species analyzed, we observed α-glycosidase enzymatic regionalization, with the greatest activity found in the anterior portion of the midgut. In normal conditions, male and female C. albipunctata exhibit acidic intestinal pH (pH = ~ 6), same condition observed for sandflies and other hematophagous insects. When fed with a protein-rich solution, we observed midgut alkalinisation, with more evident alkalinisation for females. Females of C. albipunctata was responsive to hemolymph of engorged female L. longipalpis. The trypsin gene obtained from C. albipunctata whole genome shows homology with the trypsin type 2 from L. longipalpis. The catalase enzyme is present as a single copy gene in the C. albipunctata genome. No genes corresponding to the 4-HPPD enzyme were identified in the C. albipunctata genome. Our results confirm the initial hypothesis that some adaptations related to hematophagy are already present in non-hematophagous organisms, which supports our idea that most adaptations to the hematophagy process are exaptations, which represent evolutionary changes that do not necessarily change the function of a given character. This concept explains, at least in part, the multiple independent events related to hematophagy in “Nematocera” throughout the evolution process.
Subject: Parasitologia
Insetos
Psychodidae
Fenômenos fisiológicos do sistema digestório
adaptação biológica
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - INSTITUTO DE CIÊNCIAS BIOLOGICAS
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Parasitologia
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/45720
Issue Date: 16-Apr-2021
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