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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Desenvolvimento direcionado de inibidores da enzima mitocondrial oxidase alternativa (AOX) com ação antifúngica contra "Moniliophthora perniciosa", fungo causador da vassoura de bruxa do cacaueiro
Title Alternative: Rational design of inhibitors of the mitochondrial enzyme alternative oxidase (AOX) with fungicide activity against "Moniliophthora perniciosa", causal agent of the witches' broom disease of cocoa
Author: Barsottini, Mario Ramos de Oliveira, 1987-
Advisor: Pereira, Gonçalo Amarante Guimarães, 1964-
Abstract: Resumo: A semente do cacaueiro (Theobroma cacao) é uma das matérias-primas da indústria chocolateira, contudo doenças fúngicas são uma ameaça à cacauicultura e geram perdas de até 30% na produção mundial. No Brasil, o patógeno mais relevante do cacaueiro é o fungo basidiomiceto Moniliophthora perniciosa, que causou enormes prejuízos após atingir as fazendas baianas em 1989. Além de perdas econômicas, a inviabilização da cacauicultura acarretou severos impactos sociais e ecológicos, tais como desemprego, êxodo rural, crescimento urbano desordenado e desmatamento de florestas nativas. M. perniciosa causa a doença denominada Vassoura de bruxa do cacaueiro (VDB), a qual é atualmente controlada pelo uso de variedades tolerantes de cacaueiro e práticas de manejo agronômico. Porém, ainda não é possível erradicar a VDB após instalada, o que limita a recuperação das fazendas afetadas. Estudos voltados a elucidar os mecanismos moleculares relacionados à patogenicidade de M. perniciosa apontaram para a importância da enzima mitocondrial oxidase alternativa (AOX). A AOX é uma oxidase terminal associada à membrana mitocondrial interna que cria uma ramificação na cadeia transportadora de elétrons no nível do ubiquinol. Apesar de a AOX reduzir a eficiência da síntese de ATP, esta enzima contribui para a homeostase celular em condições normais do desenvolvimento e frente a estresses abióticos e bióticos. Em M. perniciosa, a MpAOX atua como um mecanismo de escape frente à resposta de defesa do cacaueiro e a fungicidas comerciais inibidores da via principal da respiração celular, haja vista que a MpAOX permite o funcionamento parcial da mitocôndria e a sobrevivência do patógeno. Assim sendo, este trabalho teve como principal objetivo gerar informações relevantes para o desenvolvimento de novos inibidores da MpAOX com potencial ação fungicida. Os resultados alcançados são organizados em dois capítulos. No primeiro capítulo, apresenta-se o desenvolvimento de um novo modelo experimental baseado na levedura modelo Pichia pastoris para a triagem e caracterização funcional de derivados de N-fenilbenzamidas (NPD). Através de medições do consumo de oxigênio e da taxa de crescimento de P. pastoris, identificou-se ao menos um inibidor da AOX com ação antifúngica in vitro e in planta. O segundo capítulo aborda a expressão heteróloga, purificação e caracterização funcional da MpAOX. Inibidores do grupo da ascofuranona foram avaliados em ensaios de dose-resposta, permitindo a elucidação de relações estrutura-atividade. Coletivamente, estes resultados representam etapas iniciais para o desenvolvimento de um novo tratamento contra M. perniciosa e outros fungos dependentes da AOX, ultimamente contribuindo para o avanço científico-tecnológico do Brasil em áreas estratégicas, tais como a agricultura e a segurança alimentar

Abstract: The cacao tree seeds (Theobroma cacao) are the raw material used in the chocolate industry. However, fungal diseases endanger the world cocoa production and generate losses of 30%. In Brazil, the most important cocoa pathogen is Moniliophthora perniciosa, which devastated farms in the state of Bahia after an outbreak in 1989. In addition to economic losses, M. perniciosa caused severe social and ecological impacts, such as unemployment, rural exodus and uncontrolled urban growth. M. perniciosa is the causal agent of the witches¿ broom disease (WBD) of cocoa, which is currently controlled with tolerant cacao clones and agronomic management practices. Nonetheless, it is not possible to eradicate WBD, which greatly limits the potential for recovery of Brazilian cacao farms. It has been shown that the mitochondrial enzyme alternative oxidase (AOX) is a potential target for the development of new fungicides against M. perniciosa. AOX is a membrane-bound protein associated with the internal membrane in the mitochondria and a terminal oxidase. As such, AOX creates a branching point in the electron transport chain involved in the oxidative phosphorylation, which reduces ATP synthesis, but also confers metabolic plasticity to the cell to resist against a range of abiotic and biotic stresses. In M. perniciosa, MpAOX acts as an escape mechanism against the cacao defense response, as well as fungicides widely used in agriculture. Therefore, the main goal of this work was to generate relevant information for the directed development of MpAOX inhibitors with potential antifungal activity, which are presented in two chapters. The first chapter presents the development of a new experimental model based on the Pichia pastoris yeast for the functional characterization of N-phenylbenzamide derivatives (NPD). Oxygen consumption measurements and growth assays allowed the identification of at least one selective AOX inhibitor with antifungal activity in vitro and in planta. The second chapter addresses the heterologous expression, purification and functional characterization of MpAOX. Ascofuranone and structurally-related AOX inhibitors were subjected to dose-response assays, which led to the identification of key requirements for favorable ligand interaction with MpAOX and other isoforms. Collectively, those results will assist in the targeted development of a novel antifungal agent targeting M. perniciosa and other fungal pathogens dependent on AOX, which will contribute to Brazil's scientific and technological advancement in strategic areas such as agriculture and food security
Subject: Vassoura-de-bruxa (Fitopatologia)
Moniliophthora perniciosa
Proteínas mitocondriais
Fungicidas
Ensaios de inibição enzimática
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Citation: BARSOTTINI, Mario Ramos de Oliveira. Desenvolvimento direcionado de inibidores da enzima mitocondrial oxidase alternativa (AOX) com ação antifúngica contra "Moniliophthora perniciosa", fungo causador da vassoura de bruxa do cacaueiro. 2019. 1 recurso online (96 p.) Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia, Campinas, SP. Disponível em: http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/340292. Acesso em: 6 May. 2020.
Date Issue: 2019
Appears in Collections:IB - Tese e Dissertação

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