Inibidores de urease derivados de produtos naturais e seus efeitos sobre a microbiota do solo, desenvolvimento de cenchrus americanus e crescimento de bactérias patogênicas
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Resumo
Urease inhibitors constitute an option to mitigate ammonia volatilization in the use of
urea as a fertilizer, resulting in increased agricultural productivity and the mitigation of
environmental impacts. Likewise, urease inhibitors have emerged as an alternative for
the treatment of infections caused by Helicobacter pylori, as the urease is one of the
virulence factors for such a bacterium. This work reports the effect of new urease
inhibitors derived from amino acids on soil ureases, soil microbiota and metabolism
and growth of millet plants. It is also shown evidence of the potential of some lapachol
and lawsone glucoderivatives to inhibit the Canavalia ensiformis urease in vitro and
the growth of H. pylori and proliferation of gastric tumor cells. Four out of 13 amino acid
derivatives were as efficient as NBPT towards soil ureases (inhibition from 49 to 75%).
Two amino acid derivatives stimulated the accumulation of biomass in millet roots
grown for 35 days in a greenhouse and the accumulation of mineral nutrients in millet
shoot. The increment in millet performance caused by some amino acid derivatives
was accompanied of an increase in the soil microbiome sensitivity, due to the
stimulation of the fragmentation of the microbiota network interaction in the millet
rhizosphere. Five out of 30 lapachol and/or lawsone glucoderivatives completely
inhibited the activity of Canavalia ensiformis urease in vitro, the H. pylori growth (MIC
in the range from 64 to 256 µg/mL) and IC50 values equals or lower than 68.8 µg/mL
toward gastric cancer cells. The increase in plant performance triggered by amino acid
derivatives was accompanied by a fragmentation of the microbial interaction network
in millet rhizosphere. However, at the end of the experiment, the bacterial community
proved to be resilient to the treatment, indicating that amino acid derivatives are not
deleterious to the bacterial population present in the soil. Derivatives of lapachol and
lausone are promising molecules for future investigations for the treatment of gastric
carcinoma and Helicobacter pylori infection.
Abstract
Inibidores de urease constituem uma opção para atenuar a volatização da amônia no
uso da ureia como fertilizante com consequente aumento da produtividade agrícola e
a mitigação dos impactos ambientais. Inibidores de urease têm também emergido
como alternativa para o tratamento de infecção por Helicobacter pylori, já que a urease
é um dos fatores de virulência desta bactéria. O presente trabalho descreve os efeitos
de novos inibidores de urease derivados de aminoácidos nas ureases do solo, na
microbiota do solo e no metabolismo e desenvolvimento de milheto. Além disso, é
relatado o potencial de 30 derivados do produto natural lapachol e lausona para inibir
in vitro a urease de Canavalia ensiformis, o crescimento de H. pylori e citotoxicidade
contra células de tumores gástricos. Quatro de 13 derivados de aminoácidos avaliados
apresentaram porcentagem de inibição na mesma faixa que o inibidor referência
NBPT (49 - 75%). Dois derivados estimularam o acúmulo de biomassa em raízes de
milheto cultivados por 35 dias em casa de vegetação e o acúmulo de nutrientes
minerais na parte aérea. O aumento da performance vegetal desencadeado pelos
derivados de aminoácidos foi acompanhado de um aumento da fragilidade do
microbioma, uma vez que ambos os compostos promoveram uma fragmentação da
rede de interação microbiana na rizosfera de milheto. Cinco dos 30 derivados do
lapachol e da lausona inibiram completamente a atividade da urease de Canavalia
ensiformis, inibiram o crescimento de H. pylori (64 - 256 µg/mL) e apresentaram IC50
menores ou iguais a 68.8 µg/mL quanto ao crescimento de células de tumores
gástricos. O aumento da performance vegetal desencadeado pelos derivados de
aminoácidos foi acompanhado de uma fragmentação da rede de interação microbiana
na rizosfera de milheto. Contudo, ao final do experimento, a comunidade bacteriana
mostrou-se resiliente ao tratamento, indicado que os derivados de aminoácidos não
são deletérios à população bacteriana presente no solo. Derivados do lapachol e da
lausona são moléculas promissoras para futuras investigações para tratamento de
carcinoma gástrico e de infecção por Helicobacter pylori.
Assunto
Desenvolvimento Vegetal, Helicobacter pylori, Urease / antagonistas e inibidores, Milhetes
Palavras-chave
Millet development, Helicobacter pylori, Urease inhibitors, Urea, Plant metabolism, Metagenomics, Edaphic microbiota