ANTIBIOSE NA RIZOSFERA

RESUMO

O ambiente rizosférico envolve diversas relações ecoflsiológlcas. A antibiose é parte desse contexto, servindo inclusive como mecanismo de seleção para as espécies mais adaptadas. Substâncias biológicamente ativas podem ser exudadas pelas raízes de algumas espécies vegetais ou extraídas através de solventes orgânicos, quando existe o interesse farmacológico. Raízes obtidas através de transformação genética de plantas de Agrobacterium rhizogenes abrem caminho para a obtenção de compostos bioativos sem as variações impostas pelo ambiente. Microorganismos, simbiontes ou não, tais como bactérias, actinomicetos e fungos também produzem substâncias de potencial atividade biológica. No vegetal a existência de tais metabólitos parece estar ligada a sua defesa química contra o ataque de patógenos enquanto nos microorganismos estas parecem servir também a uma melhor sobrevivência quando em ambientes competitivos.

Palavras chave:
antibiose; rizosfera; metabólitos secundários

ABSTRACT

The rhizospheric ambient is coupled to several echophysiologic systems. The antibiosis is part of this context, serving as a selective mechanism owned by the more adapted species. Biologically active substances, exuded by roots of some plant species, can be extracted with organic solvents, generating products with pharmacological regard. Roots, obtained by genetic transformation of plants with Agrobacterium rhizogenes, potentially open the way to the obtention of such bioactive compounds, without having the variations imposed by the ambient. Microorganisms, symbionts or not, like bacteria, actinomicets and fungi can also produce potentially bioacteive substances. In the vegetable, the existence of such metabolites seems to be related to its chemical defense against the pathogens attack. In like fashion, microorganisms produce similar substances in order to help a better surviving, when the ambient conditions are hostile or accentingly competitive.

Key words:
antibiosis; rhizosfere; secondary metabolites

INTRODUÇÃO

Os microorganismos fitopatogênicos, ao invadirem uma planta, necessitam atravessar barreiras físicas e que reduzem a velocidade do ataque microbiano, sem contudo proporcionar uma proteção efetiva contra a invasão. Uma vez vencidas as barreiras físicas, restam às barreiras químicas o papel de conferir resistência â recuperação de plantas infectadas. Não se pode descartar também aspectos relativos as interações químicas entre microorganismos simbiontes e os mecanismos de proteção das plantas.

Segundo GOTTLIEB, (1982), as famílias vegetais são classificadas em termos de evolução com base na diversificação das suas via metabólicas e na oxidação dos metabólitos delas originados. Entre os vários tipos de compostos conhecidos, os compostos fenólicos e polifenólicos distribuídos universalmente nas plantas superiores são notadamente tóxicos para microorganismos patogênicos. Entretanto essas atividades foram determinadas "in vitro" e carecem de estudos mais intensos para serem aplicadas a campo.

Certas substâncias químicas denominadas fitoalexinas sâo produzidas pelo vegetal no momento em que ocorre a infecção. O papel preciso dessas substâncias nessas enfermidades ainda precisa ser esclarecido, embora aceite-se a existência de tais compostos como componentes de barreiras químicas pré-infecciosas. Até o presente, as substâncias resultantes do metabolismo secundário (especializado) originaram 119 drogas com estruturas conhecidas, extraídas de cerca de 90 espécies de plantas superiores (BRAZ-FILHO, 1994).

Pode-se dizer que microorganismos fitopatogênicos são capazes de também romper as barreiras químicas desencadeando diferentes reações bioquímicas, com alterações no consciente respiratório do metabolismo primário vegetal. Estes são compensados por interações com a microbiota simbionte. Uma prova disto é que a susceptibilidade a enfermidades é frequentementemente maior em plantas cultivadas. Aquelas que crescem em comunidades naturais são resistentes ao ataque microbiano ou coexistem em relação simbionte com os parásitos sem apresentar sintomas visíveis (HARBORNE, 1982).

A região em torno das raízes dos vegetais possui características particulares que a difere de outras regiões do solo. Várias interações ecofisiológicas podem ocorrer a nível de rizosfera, envolvendo: as raizes e o solo; as raízes de diferentes populações da comunidade vegetal; a microbiota e o solo; as comunidades animais; as populações microbianas entre si e interações entre microorganismos e a vegetação (CARDOSO & FREITAS, 1992).

As diferentes populações microbianas interagem através de mecanismos de competição e amensalismo de forma a selecionar biológicamente os mais competitivos. A modificação genética de exudados radiculares podem, também tornar algumas espécies vegetais mais resistentes ao ataque de fitopatógenos.

INTERAÇÕES ENTRE MICROORGANISMOS DA RIZOSFERA

Diversos pesquisadores tem estudado o potencial antibiótico de vários microorganismos simbiontes, com o objetivo de caracterizar reações primárias, assim como a significância da antibiose e da resistência induzida na proteção das raizes.

Segundo BELLEI & CARVALHO, (1992), fungos ectomicorrízicos podem intervir no controle biológico de doenças provocadas por agentes patogênicos radiculares, reduzindo as doenças causadas por Phytophthora, Pythium ou Rhizoctonia.

SYLVIA (1983), estudando a influência de Laccaria laccata na resistência de raízes primárias de Douglas-fir à infecção por Fusarium oxysporium verificou que metabólitos extracelulares de L. laccata inibiam o desenvolvimento de hifas, ao mesmo tempo que retardavam a germinação de microconídios e clamidosporos. Compostos fenólicos acumulados no córtex radicular, separados por diálise, indicavam que metabólitos exógenos induziram a proteção radicular. A invasão do córtex radicular foi significativamente reduzida, de modo inverso à concentração dos compostos fenólicos produzidos por L. lacatta nas células corticais.

Da mesma forma, diversos microorganismos produtores de antibióticos tem sido isolados da rizosfera de diversas plantas à partir de habitats silvestres. KEMPF & WOLF (1989), na Alemanha verificaram atividade antibiótica em 15 isolados bacterianos e 54 actinomicetos simbiontes da rizosfera e do rizoplano de gramíneas. Nesta oportunidade, a atividade antibiótica "in vitro" contra Fusarium culmorum foi correlacionada com a capacidade de antibiose "in vivo". O tratamento de radículas e solos com os isolados microbianos, realizados em em casas de vegetação originou mutantes incapazes de produzir substâncias antibióticas, entretanto capazes de inibir o desenvolvimento do fitopatógeno. Estes agentes, sem atividade antibiótica e não produtores de sideróforos, aparentemente competem por nutrientes, fornecendo uma barreira pré-infeccrosa relativa. Os simbiontes produtores de antibióticos produziram uma inibição de 75% de infecção por F. culmorum, sugerindo que a antibiose foi o principal mecanismo de proteção radicular.

Estudo semelhante foi desenvolvido no Brasil (MOTOMURA et al, 1994), onde 51 isolados de solo e raizes de milho mostraram-se ativos contra Fusarium moniliforme, produtor de Fumonisinas B1 e B2. Os sobrenadantes de cultivos axênicos mostraram que 34 produziram substâncias antibióticas. Os dezessete isolados restantes, ao contrário talvez tenham suas atividades relacionadas à competição no ambiente rizosférico.

Entre os vários simbiontes radiculares os gêneros Rhizobium e Bradyrhizobium são de especial interesse por serem amplamente estudados e por apresentarem, ao lado da capacidade de fixação do nitrogênio, grande potencial antibiótico, tanto para plantas leguminosas quanto para não leguminosas (EHTESHAMUL-HAQUI & GHAFFAR, 1993). Os exudatos, tanto de leguminosas quanto de não leguminosas, têm a capacidade de estimular quimiotáticamente estes gêneros microbianos, independentemente de suas especificidades por leguminosas. Estes gêneros de simbionte migram, então e colonizam a rizosfera, protegendo-a de agentes fitopatogênicos.

Outros microorganismos simbiontes da rizosfera combatividade antibiótica relevante pertencem ao gênero Pseudomonas. Neste gênero, ressalta-se a P. cepacia, reclassificada como Burkhalderia cepacia, com reconhecida capacidade para antagonizar e reprimir fitopatógenos do solo, além de degradação de pesticidas (HEBBAR et al, 1992). Sua utilização a campo, de outro modo, é comprometida porque várias espécies semelhantes foram isoladas de casos clínicos humanos. Soma-se a isto, o fato de ser B. cepacia extremamente resistente a antibióticos. Amostras de B. cepacia isoladas de plantas, solos e humanos foram estudadas e diferenciadadas de acordo com as diferenças na produção de bacteriocidina, efeitos sobre a cebola, hidrólise de agar-pectato e tamanho de plasmidios residentes. BEVIVINO et al, (1994) estudaram as características fenotípicas de B. cepacia que a distinguia daquelas responsáveis por doenças em humanos. Estes autores verificaram que B cepacia isolada da rizosfera é bastante diferente daquelas que causam doença. As amostras da rizosferam fixam nitrogênio (BALDANI et al, 1996), têm elevada ação antibiótica contra fitopatógenos, não aderem às células uro-epiteliais humanas e sintetizam um síderóforo semelhante a hidroxamato.

EXUDATOS RADICULARES

Em estudos realizados com plantas cultivadas, verificou-se que a colonização por bactérias poderia implicar na limitação do crescimento de cultivares. Muitas destas rizobactérias foram identificadas como pertencentes aos gêneros Pseudomonas, Enterobacter, Flavobacterium, Citrobacter e Achromobacter.KREMER et al, (1990), estudando rizobactérias isoladas a partir de ervas daninhas, na américa do Norte, determinaram seus efeitos sobre o desenvolvimento de cultivares e potencial antibiótico. Estes autores verificaram que a antibiose predomina entre isolados de Pseudomonas spp fluorescentes. Setenta e cinco por cento dos isolados induziram, através de sideróforos, a exudação de substâncias com atividade antibiótica à partirdas ervas daninhas. As substâncias que compõem os exudatos radiculares desempenham papel de destaque no desenvolvimento dos vegetais, especialmente nos primeiros estágios de desenvolvimento (ROVIRA, 1962). Este efeito da rizosfera envolve equilíbrio da microbiota residente. O metabolismo do ácido-indol-acético no solo, por exemplo, desempenha papel de significativa importância tanto ecológica quanto microbiológicamente. A decomposição do ácido-indol-acético ocorre primeiramente na região radicular e parece ser decorrente a ação de microorganismos que ali colonizam. Entre os microorganismos que degradam esse ácido, predominam os bacilos gram-negativos nos solos não rizosféricos como as floresas de Pinnus. Na região rizosférica de Pinnus as bactérias predominam. Dentre estas, as bactérias do gênero Arthrobacter, que representam trinta a cinquenta por cento das bactérias do solo, utilizam o ácido-indol -acético como única fonte de carbonoe nitrogênio e podem seros agentes de maíor importância na detoxicação da rizosfera (RACZKOWSKA-BLACH et al, 1995).

COMPOSTOS LIBERADOS POR EXTRATOS DE RAÍZES

O estudo dos compostos liberados pelas plantas originou ensaios de extração química de produtos vegetais tanto com atividades agroindustriais como terapêuticas, aplicadas às enfermidades que causam agravos em humanos e animais.

Espécies vegetais pertencentes às famílias Compositae e Leguminosae compreendem a maioria das plantas estudadas até o presente com atividade biológica, sendo utilizadas como anti-inflamatórias, bactericidas, antifungicas, antioxidantes entre outras (ALICE et al, 1991; BRITO et al, 1993; HAMMER & JOHNS. 1993, CHANG, 1995).

MANDAL et al (1993), estudando extratos de raizes de Mikania cordata, amplamente distribuída nas regiões tropicais da India e África, verificaram intensa atividade regeneradora das atividades hepática e reticuloendotelial em animais experimentalmente intoxicados com clorofórmio.

Da mesma forma, conseguiu-se produzir escopolarmina (droga de elevada atividade anticolinérgica) à partir de cultivares artificiais de raízes de Hyoscyamus niger (WOO et al, 1995).

Os estudos oriundos da utilização tradicional de extratos aquosos, ou chás de raizes têm originado grande número de compostos com atividades ainda nâo completamente conhecidas. A decocçâo de Acácia nilótica, por exemplo, oferece substâncias desconhecidas com ação neuro-estimulante e antibiótica (ELNABI et al, 1992).

A casca de raízes de Erythrina abyssinica tem ampla utilização no leste da África em vários remédios populares para doenças tais como sífilis e malária. Desta éspécie foram isolados quatro pterocarpanos, cinco flavanonas e uma chalcona, todas com uma fraca atividade antimicrobiana. Entretanto, os flavonóides ativos apresentaram importante ação de defesa da planta contra o ataque de microorganismos do solo (BRAZ-FILHO, 1994).

RAÍZES TRANGÊNICAS

De todas as partes das plantas, a raiz é a menos estudada. Uma vez que muitos compostos que têm origem na rizosfera são ativos contra patógenos do solo, a compreensão de sua biossíntese e regulação irá permitir o futuro desenvolvimento de sistemas biológicos resistentes à pragas (FLORES, 1992).

O interesse por cultura de células para produção de metabólitos ativos, com poucas exceções, visa a utilização comercial de fármacos pela população. Esse potencial é amplamente reconhecido e sendo estudado ao longo dos últimos trinta anos (SAITO et al, 1992). Entretanto, a cultura de células de tecidos desorganizados gera problemas devido as variações somáticas das culturas vegetais, que podem induzir perda de produtividade ao longo do tempo e instabilidade das vias bioquímicas. A utilização de tecidos vegetais, como as raízes obtidas por transformação genética de plantas através de Agrobacterium rhizogenes representam, então, uma excelente fonte de produção de metabólidos bioativos (ILLG, 1991).

A obtenção de metabólito especiais à partir de raízes transformadas de Cephaelis ipecacuanha com amostra de Agrobacterium rhizogenes (FLORES 1987,1992) reforça essa possibilidade. Compostos bioativos são produzidos de maneira constante e uniforme, já que nestes casos não ocorrem as variações climáticas, químicas e microbiológicas encontradas na natureza.

Entretanto, a manipulação do metabolismo secundário à partir de técnicas de trangênese, embora ofereça perspectivas avançadas de pesquisa, necessitam de conhecimentos bastante detalhados da biologia molecular e celular da planta estudada, com informações consistentes de aspectos químicos, bioquímicos e moleculares dos componentes a serem obtidos(SAITO et al, 1992, BERBARA et al, 1995).

CONSIDERAÇÕES FINAIS

Agentes nocivos produzidos por diversos organismos patogênicos podem determinar doenças importantes que afetam a qualidade dos vegetais nas colheitas e de grãos comestíveis. Embora seja difícil remover tais agentes deletéricos a saúde das plantas, é possível diminuir o risco de exposição através de seu controle. Neste caso substâncias neutralizantes além de fornecerem vegetais mais saudáveis, são também seguras, prevenindo o espalhamento de agentes patogênicos e substâncias tóxicas no ecossistema. O ambiente rizosférico, com seu número e diversidade de organismos é uma fonte em potencial para produção de futuros ambibióticos de utilização comercial. O estudos das relações ecofisiológicas que ali ocorrem abrem as portas para esse conhecimento.

A maior vantagem na utilização desses antibióticos naturais está no fato de que estes não causam impacto no ambiente e de que sua produção nos vegetais, para isolamento em larga escala, pode ser alcançado por manipulação genética (trangênese).

Sendo o vegetal um organismo vivo, os fatores bióticos e abióticos podem interferir na síntese das substâncias resultantes do seu metabolismo. Fatores tais como: nível de fertilidade dos solos, umidade, radiação solar, vento, temperatura, a biota e a microbiota associadas. Nesse ponto, principalmente, os conhecimentos a cerca da rizosfera e das relações ecofisiológicas envolvidas são de extrema relevância. A pesquisa científica de caráter interdisciplinar, onde haja contribuição de diferentes grupos profissionais (químicos, botânicos, famacêuticos, engenheiros florestais, biólogos, médicos, entre outros) trabalhando de forma integrada, mostra-se como um caminho promissora ser seguido para o uso racional da natureza como fonte de produtos antibióticos.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  26 Fev 2024
• Data do Fascículo
  1996