Caracterização de fungos endofíticos bioativos associados às espécies vegetais longínquas presentes em fragmento de Mata Atlântica do estado de Minas Gerais com potencial para aplicação contra doenças tropicais negligenciadas e de importância na agricultura
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Resumo
Fungos endofíticos tropicais, conhecidos por habitar diferentes tecidos vegetais sem causar
dano aparente aos seus hospedeiros, são considerados fontes promissoras de produtos naturais
biologicamente ativos, os quais podem ser aplicados em diferentes segmentos da biotecnologia.
Estes micro-organismos são estudados quanto a sua capacidade em produzir diferentes
metabólitos bioativos de interesse na medicina e agricultura. Entre as plantas alvos para estudos
da comunidade de fungos endofíticos, aquelas consideradas longínquas, endêmicas e com
adaptações particulares vem demonstrando representarem promissoras fontes para
caracterização de espécies produtoras de moléculas bioativas. Neste contexto, espécies vegetais
nativas da Mata Atlântica do Brasil representam alvos interessantes para bioprospecção de
fungos endofíticos associados produtores de metabólitos bioativos. A partir do exposto, essa
tese teve como objetivo conhecer o potencial dos fungos endofíticos associados às espécies
vegetais longínquas de um fragmento de Mata Atlântica de Minas Gerais Swietenia
macrophylla, Lecytis pisonis e Joannesia princeps capazes de produzir metabólitos secundários
bioativos de interesse na medicina e agricultura. Fragmentos das folhas e raízes adventícias das
plantas alvos foram amostrados e utilizados para isolamento dos fungos endofíticos. Um total
de 372 isolados de fungos filamentosos foram obtidos, dos quais 201 obtidos dos tecidos de S.
macrophylla, 52 de L. pisonis e 119 de J. princeps. Os fungos obtidos foram submetidos ao
processo de fermentação sólida para obtenção dos seus metabólitos secundários. Desses, 12
fungos se mostraram produtores de substâncias herbicidas. Os isolados Pyricularia sp.
UFMGCB 17499 e Diaporthe sp. UFMGCB 17510 exibiram atividade herbicida de amplo
espectro carcterizado pela inibição das sementes dos alvos Allium schoenoprasum
(monocotiledônea) e Lactuca sativa (dicotiledônea). Quatro extratos obtidos de táxons do
gênero Colletotrichum (UFMGCB 17500, 174511, 17482 e 18126) exibiram atividade seletiva
contra A. schoenoprasum, enquanto os isolados UFMGCB 17496 e 17485 exibiram efeito
herbicida apenas para L. sativa. Além disso, os fungos obtidos foram avaliados quanto à
produção de metabólitos capazes de inibir os parasitas Trypanosoma cruzi (doença de Chagas),
Leishmania amazonensis (leishmaniose) e Plasmodium falciparum (malária), reconhecidos
agentes causadores de doenças tropicais negligenciadas (DTNs). Sete fungos demonstraram ser
produtores de metabólitos ativos contra os parasitas causadores de DTN. O extrato fúngico
produzido a partir do fungo Fusarium sp. UFMGCB 17514 apresentou atividade
tripanossomicida com IC50 = 4,39 µg mL-1
. A substância ativa identificada no extrato do táxon
Fusarium sp. UFMGCB 17514 correspondeu a micotoxina beauvericina que exibiu atividade
(IC50 = 1,6 µg mL-1
). O extrato do fungo Fusarium sp. UFMGCB 18279 foi capaz de inibir P.
falciparum (IC50 = 5,1 µg mL-1
) e a análise putativa in sílico sugeriu que ciclosporina é a
substância antimalárica produzida pelo fungo. Já o extrato do fungo Colletotrichum sp.
UFMGCB 17511 inibiu formas amastigotas de L. amazonensis (IC50 =0,02 µg mL-1
) e as
análises in sílico sugeriram que a substância bioativa pertença a classe das glicerofosfocolinas.
Além disso, os fungos endofíticos obtidos das raízes de S. macrophylla foram avaliados quanto
a capacidade de estimular o desenvolvimento das plântulas de soja e feijão in vivo. Os isolados
Fusarium sp. UFMGCB 18289 e 18290 foram capazes de induzir o ganho de biomassa seca e
comprimento do caule das plântulas de Phaseolus vulgaris (feijão) por meio da adição do meio
líquido fermentado. Por outro lado, táxons identificados como espécies de Fusarium e
Dactylonectria foram capazes de inibir a geminação de sementes em plântulas de P. vulgaris
(feijão) e Glycine max (soja). A partir dos resultados obtidos, o presente trabalho contribuiu
para o conhecimento do potencial biotecnológico da comunidade de fungos endofíticos
associados a plantas longínquas da Mata Atlântica do estado de Minas Gerais, os quais se
mostram bons candidatos como produtores de metabólitos para uso contra DTNs e com
potencial aplicação na agricultura. Apesar dos metabólitos bioativos dos táxons dos gêneros
Fusarium e Colletotrichum serem conhecidos, os resultados dessa tese sugerem que os fungos
avaliados podem ser considerados promissoras “fábricas” eucarióticas produtoras de
metabólitos bioativos. Além disso, os fungos endofíticos das plantas longíquas também foram
capazes de produzir metabólitos de interesse na agricultura, seja pela sua atividade herbicida
ou pela capacidade de estimular o desenvolvimento de plântulas de interesse econômico. Ainda,
os resultados também demonstraram que alguns fungos presentes em equilíbrio na raíz de S.
macrophylla foram capazes de causar efeitos negativos em plântulas de feijão e soja in vivo, o
que chama a atenção para a não devastação de ecossistemas naturais, incluindo plantas nativas
que possuem uma comunidade endofítica em simbiose em seus tecidos.
Abstract
Tropical endophytic fungi, known to inhabit different plant tissues without causing apparent damage
to their hosts, are considered promising sources of biologically active natural products, which can
be applied in different segments of biotechnology. These microorganisms are studied as to their
ability to produce different bioactive metabolites of interest in medicine and agriculture. Among the
plants targeted for studies of the community of endophytic fungi, those considered distant, endemic
and with “particular biology” have shown to represent promising sources for the characterization of
species producing bioactive molecules. In this context, plant species native to the Atlantic Forest of
Brazil represent interesting targets for bioprospecting of associated endophytic fungi producing
bioactive metabolites. From the above, this thesis aimed to know the potential of endophytic fungi
associated with distant plant species of an Atlantic Forest fragment of Minas Gerais Swietenia
macrophylla, Lecytis pisonis and Joannesia princeps capable of producing bioactive secondary
metabolites of interest in medicine and agriculture. Fragments of leaves and adventitious roots of
the target plants were sampled and used to isolate endophotic fungi. A total of 372 isolates of
filamentous fungi were obtained, of which 201 were obtained from the tissues of S. macrophylla,
52 of L. pisonis and 119 of J. princeps. The fungi obtained were submitted to the solid fermentation
process to obtain their secondary metabolites. Of these, 12 fungi were shown to be producers of
herbicide substances. Pyricularia sp. isolates UFMGCB 17499 and Diaporthe sp. UFMGCB 17510
exhibited broad-spectrum herbicide activity by inhibiting the seeds of the targets Allium
schoenoprasum (monocotyledon) and Lactuca sativa (dicotyledonea). Four extracts obtained from
taxa of the genus Colletotrichum (UFMGCB 17500, 174511, 17482 and 18126) exhibited selective
activity against A. schoenoprasum, while the isolates UFMGCB 17496 and 17485 exhibited
herbicide effect only for L. sativa. In addition, the fungi obtained were evaluated to produce
metabolites capable of inhibiting the parasites Trypanosoma cruzi (Chagas disease), Leishmania
amazonensis (leishmaniasis) and Plasmodium falciparum (malaria), recognized agents causing
neglected tropical diseases (NTD). Seven fungi have been shown to be producers of active
metabolites against the parasites causing NTD. The fungal extract produced from the fungus
Fusarium sp. UFMGCB 17514 showed trypanosyactivity with IC50 = 4.39 μg mL-1. The active
substance identified in Fusarium sp. UFMGCB 17514 corresponded to the mycotoxin beauvericin
that exhibited activity (IC50 = 1.6 μg mL-1). The extract of the fungus Fusarium sp. UFMGCB 18279
was able to inhibit P. falciparum (IC50 = 5.1 μg mL-1) and the putative analysis in syl suggested
that cyclosporine is the antimalarial substance produced by the fungus. The extract of the fungus
Colletotrichum sp. UFMGCB 17511 inhibited amastigote forms of L. amazonensis (IC50 = 0.02 μg
mL-1) and in syphilic analyses suggested that the bioactive substance belongs to the
glycerophosphocholine class. In addition, the endophytic fungi obtained from the roots of S.
macrophylla were evaluated for the ability to stimulate the development of soybean seedlings and
beans in vivo. The isolates Fusarium sp. UFMGCB 18289 and 18290 were able to induce the dry
biomass gain and stem length of Phaseolus vulgaris (beans) seedlings by adding the fermented
liquid medium. On the other hand, lints identified as Fusarium and Dactylonectria species were
able to inhibit seed towning in seedlings of P. vulgaris (beans) and Glycine max (soybean). Based
on the results obtained, the present work contributed to the knowledge of the biotechnological
potential of the community of endophytic fungi associated with distant plants of the Atlantic Forest
of the state of Minas Gerais, which are shown to be good candidates as producers of metabolites for
use against NTDs and with potential application in agriculture. Although the bioactive metabolites
of the Fusarium and Colletotrichum are known, the results of this thesis suggest that the evaluated
fungi can be considered promising eukaryotic "factories" producing bioactive metabolites. In
addition, endophytic fungi of distant plants were also able to produce metabolites of interest in
agriculture, either by their herbicide activity or by the ability to stimulate the development of
seedlings of economic interest. Furthermore, the results also demonstrated that some fungi present
in equilibrium at the root of S. macrophylla were able to cause negative effects in bean and soybean
seedlings in vivo, this draws attention to the non-devastation of natural ecosystems, including native
plants that have an endophytic community in symbiosis in their tissues.
Assunto
Microbiologia, Endófitos, Bioprospecção
Palavras-chave
Fungos endofíticos, Metabólitos secundários