Patologia dos baculovírus : efeito da ação de enzimas heterólogas e análise da resposta transcricional do hospedeiro durante a infecção viral

Abstract

Os baculovírus compreendem o maior grupo de vírus de insetos estudados no mundo, principalmente pela eficiência em matar pragas da agricultura. Neste trabalho, três baculovírus recombinantes contendo os genes ScathL (Catepsina L) de Sarcophaga peregrina (vSynScathL), Kerat (Queratinase) do fungo Aspergillus fumigatus (vSynKerat) e Quit (Quitinase) do fungo Metarhizium anisopliae (vSynQuit) foram construídos e suas propriedades bioinseticidas analisadas em larvas de Spodoptera frugiperda. Bioensaios em larvas neonatas e de 3º ínstar de S. frugiperda infectadas com os baculovírus vSynScathL, vSynKerat e vSynQuit mostraram uma diminuição no tempo necessário para matar os insetos infectados quando comparado ao vírus selvagem. O vSynScathL apresentou uma TL50 e TD de 47 horas e 2,62 dias, respectivamente, enquanto o AcMNPV, uma TL50 de 136 horas e TD de 5,37 dias, respectivamente para larvas de S. frugiperda de 3º ínstar. Isso representa uma diminuição significativa de 65,5% para TL50 e 50,09% para TD, no tempo necessário para o vírus matar os insetos infectados quando comparado ao vírus selvagem. A TL50 e TD para o vírus vSynKerat foi de 91 horas e 3,70 dias, respectivamente, com uma redução de 32,8% para TL50 e 30,21% para TD, no tempo necessário para o vírus matar os insetos infectados quando comparado ao vírus AcMNPV. Já, o vírus recombinante vSynQuit apresentou uma TL50 de 110,67 horas, o que foi 23,6% menor do que o vírus selvagem (TL50 de 144,97). Já em larvas neonatas de S. frugiperda o vSynScathL mostrou uma TL50 de 77 horas comparado ao AcMNPV de 104 horas quando inoculado com 102 corpos de oclusão/nL, já o TD foi de 3,46 dias para o vírus recombinante e 4,16 dias para o AcMNPV. Isso representa uma redução de 26% na TL50 e 16,82% para TD no tempo necessário para matar os insetos infectados quando comparado ao vírus selvagem AcMNPV. A TL50 do vírus vSynKerat foi de 54 horas, com uma redução de xx 48% comparado ao vírus AcMNPV e o TD de 3,87 dias, reduzindo 6,97% no tempo necessário para matar os insetos; já a TL50 do vírus vSynQuit foi de 86 horas, com uma redução de 45,2% comparado ao vírus selvagem e o TD de 3,75 dias comparado com o vírus selvagem de 4,43 dias, representando uma redução de 15,34% no tempo necessário para matar os insetos. Também mostramos que os vírus vSynScathL e vSynKerat foram capazes de aumentar a atividade de fenoloxidase na hemolinfa de larvas de S. frugiperda em relação ao vírus selvagem e à larva não infectada. A expressão de proteases em larvas infectadas resulta na destruição dos tecidos internos em estágios tardios da infecção, podendo ser uma das razões para o aumento da velocidade para matar as larvas de S. frugiperda, como observado na microscopia eletrônica de varredura para os vírus vSynScathL e vSynKerat em relação ao vírus selvagem e à larva não infectada. O ensaio enzimático com quitina regenerada mostrou também uma diferença quitinolítica significativa em relação aos corpos de oclusão do vírus vSynQuit em comparação ao vírus selvagem. A transcrição de genes celulares em hemócitos derivados de larvas de Anticarsia gemmatalis infectados (12 h p.i.) pelos baculovírus Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) e/ou Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV) também foram analisados neste trabalho pela técnica análise de diferença representacional (RDA). Os trancritos mais abundantes encontrados foram para proteases celulares, que estão provavelmente envolvidas na resposta do inseto à infecção viral. Outros genes, como por exemplo, hsp70 e hsc70, proteínas ribossomais, aminopeptidase, beta 1,3 glicanase, proteína induzida pelo hormônio juvenil, lipase também foram detectados. Todos esses transcritos podem de alguma maneira ter um papel na defesa celular e/ou estabelecimento da infecção viral. Para confirmação dos dados obtidos pela RDA, a transcrição do gene hsc70 foi analisada por PCR em tempo real e confirmou sua expressão diferencial. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Baculovirus comprise the largest group of insect viruses most studied worldwide, mainly because they efficiently kill agricutural insect pests. In this study, tree recombinant baculoviruses containing the ScathL gene (Cathepsin L) from Sarcophaga peregrina (vSynScathL), the Kerat gene (Keratinase) from the fungus Aspergillus fumigatus (vSynKerat) and Quit gene (Chitinase) from the fungus Metarhizium anisopliae (vSynQuit) were constructed and their insecticidal properties analysed against Spodoptera frugiperda larvae. Bioassays of third-instar and neonate S. frugiperda larvae with vSynScathL,vSynKerat and vSynQuit showed a decrease in the time needed to kill the infected insects when compared to the wild type virus. The vSynScathL showed LT50 and TD of 47 hours and 2.62 days respectively, while AcMNPV, a LT50 of 136 hours and TD of 5.37 days, respectively for third-instar S. frugiperda.larvae. This represents a significant decrease (from 65.5% for LT50 and 50.09% for TD) in the time required to kill the virus infected insects compared to wild virus. The LT50 and TD for vSynKerat was 91 hours and 3.70 days, respectively, showing also a reduction (32.8% for LT50 and 30.21% for TD), in the time required to kill the virus infected insects compared to AcMNPV. Also, the vSynQuit in another bioassay, showed a LT50 of 110.67 hours, which was 23.6% lower than the wild type virus (LT50 of 144.97 hours). Using neonate larvae of S.frugiperda, the vSynScathL showed a LT50 77 hours compared to 104 hours of AcMNPV when inoculated with 102 occlusion bodies/nL, since the TD was 3.46 days for the recombinant virus and 4.16 days for AcMNPV. This represents a 26% reduction in LT50 and 16.82% for TD compared to wild type virus AcMNPV. The LT50 of the virus vSynKerat was 54 hours with a 48% reduction compared to AcMNPV and in the TD of 3.87 days, 6.97%; with vSynQuit the LT50 was 86 hours, with a reduction of 45.2% compared to the wild virus and TD of 3.75 days compared with 4.43 days for wild type virus, a reduction of 15.34%. We have also shown that vSynScathL and vSynKerat were able to increase phenoloxidase activity in the hemolymph of S. frugiperda larvae compared with the wild type virus and with larvae not infected. The expression of proteases in infected larvae resulted in destruction of internal tissues late in infection, which could be the reason for the increased viral speed of kill, as observed in scanning electron microscopy for viruses vSynScathL and vSynKerat compared to the wild type virus and uninfected larvae. The enzyme assay with regenerated chitin also showed a significant chitinolytic difference with occlusion bodies of the vSynQuit compared to wild type virus . The transcription of cellular genes in hemocytes derived from infected larvae of Anticarsia gemmatalis (12 h p.i.) by Anticarsia gemmatalis multiple nucleopolyhedrovirus (AgMNPV) and/or Autographa californica multiple nucleopolyhedrovirus (AcMNPV) were also analyzed in this work by the representational difference analysis (RDA). Transcrits more abundants were cellular proteases, which are probably involved in insect response to viral infection. Other genes, such as hsc70 and hsp70, ribosomal proteins, aminopeptidase, beta 1.3 glucanase, protein induced by juvenile hormone, lipase were also detected. All of these transcripts can somehow play a role in cellular defense and/or establishment of viral infection. To confirm the data obtained by RDA, the hsc70 gene transcription was analyzed by real time PCR and confirmed their differential expression.