Insetos herbívoros utilizam diferentes sistemas de detoxificação para consumir plantas ricas em metabólitos especializados com ação tóxica ou deterrente. Entre os principais mecanismos aparecem enzimas capazes de modificar moléculas vegetais, aumentar sua solubilidade e favorecer a excreção. Parte desse processo também pode depender de microrganismos associados aos insetos.
A detoxificação é a estratégia mais estudada, mas não a única. Os herbívoros também recorrem à evitação comportamental, à excreção rápida, ao sequestro dos compostos e à insensibilidade do sítio-alvo. O peso relativo de cada uma dessas rotas permanece desconhecido, explicam os cientistas Kristina Kshatriya e Jonathan Gershenzon, do Max Planck Institute (doi 10.1016/j.pbi.2024.102577).
Ocorrência da detoxificação
A detoxificação ocorre por etapas semelhantes às descritas em outros animais. Na chamada fase I, enzimas promovem oxidação, redução ou hidrólise dos metabólitos. Essas reações formam derivados mais polares. Em muitos casos, os novos compostos apresentam menor toxicidade e maior facilidade de excreção.
Os citocromos P450 ocupam posição central nesse processo. Essas enzimas ocorrem em grandes famílias gênicas nos insetos. Sua reação mais comum envolve a hidroxilação de substratos lipofílicos. Estudos com lepidópteros mostram participação dos P450 na detoxificação de furanocumarinas produzidas por plantas da família Apiaceae.
A amplitude de substratos varia conforme o hábito alimentar do inseto, dizem os cientistas. Espécies generalistas costumam apresentar famílias de genes de detoxificação maiores em comparação com especialistas. O genoma de diferentes herbívoros pode reunir até cerca de duzentos genes em algumas dessas famílias. Poucos membros, porém, já passaram por caracterização funcional.
Segundo passo
Na fase II, os insetos ligam grupos polares aos metabólitos vegetais ou aos produtos formados na etapa anterior. As UDP-glicosiltransferases representam um dos principais grupos enzimáticos envolvidos. Essas proteínas adicionam açúcares a diferentes moléculas lipofílicas.
O ácaro-rajado, Tetranychus urticae, possui oitenta genes codificadores de UDP-glicosiltransferases. Uma dessas enzimas consegue glicosilar diferentes flavonoides. Segundo os estudiosos, essa diversidade pode contribuir para a capacidade do artrópode de se alimentar em mais de cento e cinquenta culturas.
Outro caso envolve a mosca-branca Bemisia tabaci. O inseto modifica flavonóis glicosilados do tomateiro por meio da adição de resíduos de malonato. A transformação reduz a toxicidade desses compostos para a mosca-branca e aumenta sua polaridade. O processo também facilita a excreção. O gene responsável pela maloniltransferase teria origem vegetal e chegado ao inseto por transferência horizontal de genes.
As glutationa S-transferases também participam da fase II, contam os cientistas. Essas enzimas conjugam glutationa a regiões eletrofílicas de determinadas moléculas. Entre os alvos aparecem isotiocianatos formados após a degradação de glucosinolatos.
Esse mecanismo apresenta custo fisiológico. Lagartas de Spodoptera littoralis receberam durante dez dias uma dieta com isotiocianatos em concentração semelhante à encontrada em folhas danificadas de Arabidopsis thaliana. O conteúdo de glutationa caiu em até noventa por cento. O nível de cisteína, precursora da glutationa, recuou em cinquenta por cento. Os insetos também apresentaram redução do conteúdo proteico e do peso corporal.
Defesas ativadas pelo dano
As plantas ainda contam com sistemas de defesa ativados pelo dano, explicam os cientistas. Alguns metabólitos permanecem armazenados como glicosídeos pouco tóxicos. A alimentação do herbívoro rompe compartimentos celulares e permite contato entre esses precursores e enzimas vegetais. O resultado pode gerar compostos tóxicos.
Glucosinolatos, benzoxazinoides, glicosídeos cianogênicos e glicosídeos iridoides integram esse grupo. Os insetos desenvolveram estratégias distintas para neutralizar essas defesas.
Lagartas da traça-das-crucíferas, Plutella xylostella, utilizam sulfatases de glucosinolatos. As enzimas retiram grupos sulfato dos glucosinolatos antes da formação de isotiocianatos tóxicos. Experimentos com silenciamento dessas sulfatases provocaram aumento de isotiocianatos. O resultado incluiu queda no crescimento, na sobrevivência e na reprodução do inseto.
Plutella xylostella possui três sulfatases de glucosinolatos, cada uma associada a diferentes grupos desses metabólitos. A expressão ocorre no intestino e nas glândulas salivares. Dessa forma, o processamento químico pode começar logo no início da alimentação.
Outros herbívoros permitem primeiro a ativação da defesa vegetal. Depois, neutralizam os produtos tóxicos. A conjugação de isotiocianatos com glutationa representa um dos exemplos mais estudados.
Caso dos insetos sugadores
Insetos sugadores também enfrentam compostos ativados, dizem os pesquisadores. Em Bemisia tabaci, glicosídeos cianogênicos podem receber uma molécula adicional de glicose. Essa modificação impede a liberação de cianeto de hidrogênio. Caso o composto tóxico se forme, a mosca-branca consegue convertê-lo em beta-cianoalanina.
A microbiota amplia o repertório de detoxificação. Um exemplo envolve a broca-do-café, Hypothenemus hampei. O inseto completa seu ciclo dentro de grãos ricos em cafeína. Indivíduos alimentados com dieta contendo antibiótico passaram a excretar níveis de cafeína semelhantes aos encontrados no próprio café. O resultado indicou participação de bactérias intestinais na degradação do alcaloide.
Pesquisadores isolaram Pseudomonas fulva do intestino da broca. A bactéria possui um gene para cafeína desmetilase. A inoculação de Pseudomonas fulva em insetos tratados com antibiótico restaurou a capacidade de degradar cafeína.
A microbiota também influenciou Plutella xylostella. Larvas mantidas sem bactérias intestinais apresentaram menor crescimento após consumo do flavonol kaempferol. A reintrodução da comunidade bacteriana, ou de uma linhagem de Enterobacter, melhorou o desenvolvimento. Essa bactéria conseguia degradar o composto.
Importância da microbiota
Apesar dos resultados, a importância relativa da microbiota ainda permanece incerta. Os cientistas apontam necessidade de estudos capazes de separar a contribuição dos microrganismos, das enzimas produzidas pelo próprio inseto e de outros mecanismos de resistência. Evidências disponíveis sugerem participação microbiana possivelmente maior em Coleoptera e Hymenoptera do que em Lepidoptera.
O avanço na caracterização dessas rotas também amplia o conhecimento sobre a defesa química vegetal. A identificação dos metabólitos mais facilmente degradados pode ajudar a prever a eficiência de determinadas defesas contra herbívoros. A ampla capacidade de detoxificação dos insetos também oferece uma possível explicação evolutiva para a elevada diversidade de metabólitos especializados encontrada nas plantas.
Os cientistas ponderam, porém, que boa parte dessas transformações ainda não foi confirmada como detoxificação de fato. A toxicidade dos compostos vegetais e a de seus produtos metabolizados pelo inseto raramente foi comparada de forma direta. Enquanto esse teste não acompanhar a caracterização química, genética e enzimática das rotas, permanece em aberto quanto da resistência dos herbívoros se explica pela detoxificação.
