Desvendando a química ecológica de captura de presas pela teia das aranhas Trichonephila clavipes e Trichonephila plumipes através de abordagens ômicas

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Data

2021-09-10

Autores

Esteves, Franciele Grego

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

A aranha Trichonephila clavipes pertence ao grupo das aranhas construtoras de teia orbital, que constroem teias grandes e circulares para capturar suas presas. Através de uma glândula produtora de seda denominada de agregada, essas aranhas depositam gotículas oleosas que recobrem os fios da espiral de captura. Essas gotículas oleosas contêm muitas vesículas lipídicas que aprisionam em seu interior soluções de proteínas, peptídeos e compostos de baixas massas moleculares. Dentre essas moléculas muitas são toxinas de natureza proteica e de baixas massas moleculares, as quais podem, por exemplo, paralisar as presas no momento em que as mesmas entram em contato com a teia. Especula-se que quando um inseto-presa é aprisionado pela teia, as gotículas e vesículas lipídicas desempenham um papel importante em penetrar, armazenar, transportar, e por fim, liberar as toxinas para o interior do corpo da presa. Considerando isso, utilizando análises de espectrometria de massas, foi possível identificar seis classes de lipídios que compõem as gotículas e vesículas lipídicas da teia. Dentre elas, principalmente os ácidos e ésteres graxos, além de fosfolipídios do tipo glicerofosfolipídio e esfingolipídios, e também glirecerolipídios e esterolipídios. Posteriormente, através da análise quantitativa do extrato vesicular da teia, foi possível estimar que para uma única teia, o extrato vesicular apresentou em média 14.709.800 vesículas lipídicas, com um valor expresso em massa de 700µg de proteínas/peptídeos; de forma que cada vesícula possivelmente aprisiona em seu interior ≅ 47 pg de proteínas/peptídeos que provavelmente correspondem às toxinas que paralisam o inseto-presa no momento em que as mesmas são liberadas para o interior do corpo do inseto. Até o momento não se sabe muito sobre a composição peptídica da teia, dessa forma, através da análise do perfil de peptídeos por LC-MS/MS, foram identificados um total de 729 peptídeos presentes na seda da teia e nas glândulas produtoras de seda da aranha T. clavipes, sendo que 13 peptídeos foram selecionados e sintetizados em fase sólida, para que posteriormente o potencial tóxico dos mesmos fossem avaliados em ensaios de inseto-toxicidade. Foi observado que tanto o extrato vesicular da teia como os peptídeos Trichonephiline-1, -2, -3, -4, -8, 10 e 13 apresentaram efeitos tóxicos quando injetados na hemocele de abelhas. O extrato vesicular da teia apresentou valor de DL50 = 0,323 ng/mg enquanto os peptídeos Trichonephiline-1, -2, -3 apresentaram valor de de DL50 = 1,06 ng/mg, 0,846 ng/mg e 1,06 ng/mg, respectivamente. Além disso, quando submetidos a ensaios de Fluorescence Imaging Plate Reader (FLIPR), os peptídeos Trichonephiline-1, -2, -3, -4, -8, 10 e 13 também apresentaram ação inibitória em canais de íons sódio (Nav) e cálcio (Cav2.2). O peptídeo Trichonephiline-8 também inibiu canais de íons cálcio (Cav1.3) e o receptor nicotínico de acetilcolina alfa 7 (nAChRα7), enquanto o peptídeo Trichonephiline-10 inibiu apenas o receptor nAChRα7. Além dos peptídeos potenciais inseticidas envolvidos na captura de presas, o peptídeo Trichonephiline-6 foi identificado com ação antibiótica (MIC <= 0,25 ug/mL) para a bactéria Gram+ Staphylococcus aureus. O extrato total da teia também apresentou ação antibiótica com valor de MIC ≤ 2 µg/mL para a bactéria Gram- Pseudomonas aeruginosa. Tanto a seda da teia quanto o peptídeo Trichonephiline-6 podem estar contribuindo no mecanismo de defesa da teia para que a seda, ou até os ovos da aranha em desenvolvimento, resistam à decomposição microbiana. Finalmente, foi realizada pela primeira vez a análise de imageamento químico por espectrometria de massas (IMS-MALDI) da seda da teia da aranha T. plumipes, a qual evidenciou que a distribuição dos peptídeos na teia ocorre de forma heterogênea. Dessa forma, os resultados obtidos na presente tese forneceram uma melhor compreensão químico-ecológica da captura de presas pelas teias das aranhas do gênero Trichonephila, além de servir de inspiração para o desenvolvimento de novos inseticidas-seletivos e/ou antibióticos.
Trichonephila clavipes spider belongs to the group of orb-web weaving spiders, which build large and circular webs to capture their prey. Through aggregate silkproducing gland, these spiders deposit oily droplets that coat the threads of the capture spiral. These oily droplets contain many lipid vesicles that trap solutions of proteins, peptides, and low molecular weight compounds. Among these molecules, many are low molecular weight toxins and toxic proteins which can, for example, paralyze prey at the moment they come in contact with the web. It is further speculated that when an insect-prey is trapped by the web, droplets and lipid vesicles play an important role in penetrating, storing, transporting, and ultimately releasing the toxins into the prey's body. Considering this, using mass spectrometry analyses, it was possible to identify six classes of lipids that constitute the web droplets and vesicles lipids. Those classes include mainly fatty acids and esters, as well as glycerophospholipids and sphingolipids, and also glycerolipids and sterolipids. Furthermore, through the quantitative analysis of the web vesicular extract, it was possible to estimate that, for a single web, the vesicular extract presented an average of 14,709,800 lipid vesicles, with a value expressed in mass of 700µg of protein/peptides; so that each vesicle possibly traps inside ≅ 47 pg of protein/peptides, probably corresponds to the toxins that paralyze the insect-prey at the time they are released into the insect body. So far, not much is known about the peptide composition of this web. Thus, through the peptide profile analysis by LC-MS/MS, a total of 729 peptides were identified in the T. clavipes spider web silk and in its silk-producing glands. Thirteen peptides were selected and synthesized in solid phase, and their toxic potential could be evaluated in insect-toxicity assays. It was observed that both the web vesicular extract and the peptides named Trichonephiline-1, -2, -3, -4, -8, 10 and 13 showed toxic effects when injected into the bee hemocele. Web vesicular extract showed LD50 value = 0.323 ng/mg while Trichonephiline-1, -2, -3 peptides showed LD50 value = 1.06 ng/mg, 0.846 ng/mg and 1.06 ng/mg, respectively. Furthermore, when subjected to Fluorescence Imaging Plate Reader (FLIPR) assays, Trichonephiline-1, -2, -3, -4, -8, 10 and 13 peptides also showed inhibitory action on sodium (Nav) and calcium (Cav2.2) ion channels. The Trichonephiline-8 peptide also inhibited calcium ion channels (Cav1.3) and the nicotinic acetylcholine receptor alpha 7 (nAChRα7), while the Trichonephiline10 peptide inhibited only the nAChRα7 receptor. In addition to potential insecticidal peptides involved in prey capture, the peptide Trichonephiline-6 was identified with antibiotic action (MIC <= 0.25 ug/mL) for Gram+ Staphylococcus aureus bacteria. The total web extract also showed antibiotic action with MIC value ≤ 2 µg/mL for GramPseudomonas aeruginosa bacteria. Both web silk and Trichonephiline-6 peptide may be contributing to the defense mechanism of the web, or even the developing spider eggs, resist microbial decay. Finally, chemical imaging analysis by mass spectrometry (IMS-MALDI) of T. plumipes spider web was performed for the first time, which showed that the distribution of peptides in the web occurs heterogeneously. Thus, this chapter provides a better chemical-ecological understanding of prey capture by the webs of the genus Trichonephila spiders, and serves as inspiration for the development of new insecticide-selectives and/or antibiotics.

Descrição

Palavras-chave

Seda de aranha, Glândulas de seda, Caracterização do perfil lipídico, Abordagem peptidômica, Imagemaneto químico, Spider silk, Silk glands, Lipid profile characterization, Peptidomic approach, Chemical imaging

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