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http://hdl.handle.net/1843/80124
Type: | Tese |
Title: | Potencial herbicida e antifúngico de compostos isolados de fungos obtidos em ecossistemas tropicais e antárticos |
Other Titles: | Herbicidal and antifungal potential of compounds isolated from fungi obtained in tropical and antarctic ecosystems |
Authors: | Debora Luiza Costa Barreto |
First Advisor: | Luiz Henrique Rosa |
Abstract: | Com o aumento da população mundial e, consequentemente, o aumento da demanda por alimentos, as produções agrícolas vêm sendo sobrecarregadas em todo o mundo. A escassez de pesticidas eficazes, aliada à evolução e disseminação contínua de espécies resistentes a esses produtos, apresenta um potencial problema para a segurança alimentar em escala global, o qual precisa ser enfrentado com urgência. O uso intensivo de pesticidas pode ter efeitos adversos nos ecossistemas terrestres e aquáticos, consequentemente contaminando a cadeia alimentar. Inúmeros estudos têm ressaltado os impactos negativos dos pesticidas na saúde humana, tanto em exposições de curto quanto de longo prazo. Assim, a busca por substâncias pesticidas mais seguras torna-se crucial para mitigar os impactos adversos no meio ambiente e na saúde humana. Pesquisas recentes têm evidenciado o potencial dos metabólitos secundários produzidos por fungos como uma fonte promissora para o desenvolvimento de novos pesticidas. Esses produtos naturais apresentam uma gama de atividades biológicas, o que os tornam alvos atrativos para estudos visando o desenvolvimento de pesticidas mais eficientes e amigáveis ao meio ambiente. A partir do exposto acima, o objetivo deste estudo foi selecionar fungos produtores de metabólitos com potencial herbicida e isolar e caracterizar as substâncias responsáveis por sua atividade fitotóxica e avaliar a atividade antifúngica dessas substâncias contra o patógeno agrícola Colletotrichum fragariae. Inicialmente foram produzidos extratos diclorometânicos, por meio de fermentação sólida, a partir de 47 isolados fúngicos oriundos de ecossistemas tropicais e da Antártica, os quais foram testados na concentração de 1 mg mL-1 em sementes dos modelos de monocotiledônea (Allium schoenoprasum - cebolinha) e dicotiledônea (Lactuca sativa - alface) para avaliar seu potencial fitotóxico. Doze fungos apresentaram atividade no ensaio pela inibição da germinação de pelo menos um dos modelos alvos; seis demonstraram atividade seletiva contra A. schoenoprasum; e seis foram ativos frente ambos os modelos testados. Os fungos ativos foram identificados como pertencentes aos gêneros Xylaria, Fusarium, Penicillium, Lasiodiplodia e Diaporthe. Estes fungos foram cultivados em escala ampliada e então submetidos a um processo de fracionamento químico biomonitorado para isolar os metabólitos fitotóxicos. Nesse processo, foram identificados nove substâncias: patulina (1), penienona (2), palitantina (3) gramicina (4), éster metílico do ácido xilarico (5), anidrofusarubina (6), 5,10-dihidroxi-1,7-dimetóxi-3-metil-1H-benzo[g]isocromeno-6,9-diona (7), javanicina (8) e lasiodiplodina (9). Todas as substâncias, exceto (9), apresentaram atividade fitotóxica. As concentrações inibitórias a 50% (CI50) dessas substâncias foram avaliadas frente a planta Lemna paucicostata, revelando valores quer variaram de 28 a 88 µM; por outro lado, o herbicida glifosato demonstrou um valor de 388 µM no mesmo ensaio. Em relação à atividade antifúngica contra o fungo fitopatogênico Colletotrichum fragariae, o composto (2) demonstrou atividade com zonas de inibição de 12 mm a 100 µg spot-1 e 6,3 mm a 10 µg spot-1; por sua vez, (7) apresentou atividade com zonas de inibição de 12 mm a 100 µg spot-1 e 5 mm a 10 µg spot-1, enquanto (8) exibiu atividade com zonas de inibição de 8 mm a 100 µg spot-1 e 4 mm a 10 µg spot-1. Entre os metabólitos isolados, a gramicina (4) destacou-se como o candidato mais promissor para o desenvolvimento de um herbicida natural. Ela demonstrou atividade fitotóxica significativa contra L. paucicostata, com uma CI50 de 88 µM. Além disso, apresentou atividade citotóxica com uma concentração efetiva (CE50) de 170 µM para HepG2, 200 µM para LLC-PK1 e não exibiu citotoxicidade relevante na linhagem celular VERO até uma concentração de 250 µM. A notável estabilidade de gramicina, seu alto rendimento no extrato bruto, atividade fitotóxica potente e baixa citotoxicidade a destacam como uma substância de grande interesse. Por conseguinte, investigações direcionadas para maximizar sua produção no extrato bruto e elucidar seu mecanismo de ação tornam-se de extrema relevância para sua utilização como bioherbicida. Os resultados deste estudo ressaltam a importância de explorar os metabólitos secundários produzidos por fungos, uma vez que representam fontes de substâncias com elevado valor biotecnológico e industrial. Além disso, enfatizam a versatilidade dos fungos, já que um mesmo isolado pode produzir metabólitos com diferentes atividades, como fitotóxicas e antifúngicas. |
Abstract: | With the increase in the world's population and, consequently, the rising demand for food, agricultural production has been overloaded worldwide. The shortage of effective pesticides, coupled with the continuous evolution and spread of species resistant to these products, presents a potential problem for global food security that needs to be urgently addressed. Intensive use of pesticides can have adverse effects on terrestrial and aquatic ecosystems, consequently contaminating the food chain. Numerous studies have highlighted the negative impacts of pesticides on human health, both in short-term and long-term exposures. Thus, the search for safer pesticide substances becomes crucial to mitigate adverse impacts on the environment and human health. Recent research has evidenced the potential of secondary metabolites produced by fungi as a promising source for developing new pesticides. These natural products exhibit a range of biological activities, making them attractive targets for studies aiming at the development of more efficient and environmentally friendly pesticides. Based on the above, the goal of this study was to select fungi capable of producing metabolites with herbicidal potential, isolate and characterize the substances responsible for their phytotoxic activity and evaluate the antifungal activity of these substances against the agricultural pathogen Colletotrichum fragariae. Initially, dichloromethane extracts were produced through solid fermentation from 47 fungal isolates originating from tropical and Antarctic ecosystems, which were tested at a concentration of 1 mg mL-1 on seeds of the monocotyledon model (Allium schoenoprasum - chives) and the dicotyledon model (Lactuca sativa - lettuce) to evaluate their phytotoxic potential. Twelve fungi showed activity in the assay by inhibiting the germination of at least one of the target models; six demonstrated selective activity against A. schoenoprasum; and six were active against both tested models. The active fungi were identified as belonging to the genera Xylaria, Fusarium, Penicillium, Lasiodiplodia, and Diaporthe. These fungi were cultivated on large scale and then subjected to a biomonitored chemical fractionation process to isolate the phytotoxic metabolites. In this process, nine substances were identified: patulin (1), penienone (2), palitantin (3) grammicin (4), methyl ester of xylaric acid (5), anhydrofusarubin (6), 5,10-dihydroxy-1,7-dimethoxy-3-methyl-1H-benzo[g]isocoumarin-6,9-dione (7), javanicin (8), and lasiodiplodin (9). All substances, except (9), exhibited phytotoxic activity. The 50% inhibitory concentrations (IC50) of these substances were evaluated against the plant Lemna paucicostata, revealing values ranging from 28 to 88 µM; on the other hand, the herbicide glyphosate demonstrated a value of 388 µM in the same assay. Regarding the antifungal activity against the phytopathogenic fungus Colletotrichum fragariae, compound (2) exhibited activity with inhibition zones of 12 mm at 100 µg spot-1 and 6.3 mm at 10 µg spot-1; (7) showed activity with inhibition zones of 12 mm at 100 µg spot-1 and 5 mm at 10 µg spot-1, while (8) exhibited activity with inhibition zones of 8 mm at 100 µg spot-1 and 4 mm at 10 µg spot-1. Among the isolated metabolites, grammicin (4) stood out as the most promising candidate for the development of a natural herbicide. It demonstrated significant phytotoxic activity against L. paucicostata, with an IC50 of 88 µM. Furthermore, it exhibited cytotoxic activity with an effective concentration (EC50) of 170 µM for HepG2, 200 µM for LLC-PK1, and did not exhibit relevant cytotoxicity in the VERO cell line up to a concentration of 250 µM. The notable stability of grammicin, its high yield in the crude extract, potent phytotoxic activity, and low cytotoxicity highlight it as a substance of great interest. Consequently, investigations aimed at maximizing its production in the crude extract and elucidating its mechanism of action become extremely relevant for its use as a bioherbicide. The results of this study highlight the importance of exploring secondary metabolites produced by fungi, as they represent sources of substances with high biotechnological and industrial value. Moreover, they emphasize the versatility of fungi, as a single isolate can produce metabolites with different activities, such as phytotoxic and antifungal. |
Subject: | Microbiologia Fungos Agricultura Herbicidas Antifúngicos Produtos Biológicos |
language: | por |
metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
Publisher Initials: | UFMG |
metadata.dc.publisher.department: | ICB - DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA |
metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Microbiologia |
Rights: | Acesso Restrito |
metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/ |
URI: | http://hdl.handle.net/1843/80124 |
Issue Date: | 6-Aug-2024 |
metadata.dc.description.embargo: | 6-Aug-2026 |
Appears in Collections: | Teses de Doutorado |
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