Com uma produção anual superior a 700 mil toneladas, o glifosato é o herbicida mais utilizado e o que gera maior demanda no mundo. A resistência das plantas daninhas e as potenciais ameaças ao meio ambiente e à saúde humana causadas pelo uso abusivo do glifosato têm atraído grande atenção.
Em 29 de maio, a equipe do Professor Guo Ruiting, do Laboratório Estatal de Biocatálise e Engenharia Enzimática, estabelecido em conjunto pela Escola de Ciências da Vida da Universidade de Hubei e pelos departamentos provinciais e ministeriais, publicou o mais recente artigo de pesquisa no Journal of Hazardous Materials, analisando pela primeira vez a aldo-ceto redutase AKR4C16 e AKR4C17, derivadas do capim-arroz (uma erva daninha invasora de arrozais), que catalisam o mecanismo de reação de degradação do glifosato. Além disso, a AKR4C17 apresentou um aumento significativo na eficiência de degradação do glifosato por meio de modificação molecular.
Crescente resistência ao glifosato.
Desde a sua introdução na década de 1970, o glifosato tornou-se popular em todo o mundo, consolidando-se gradualmente como o herbicida de amplo espectro mais barato, mais utilizado e mais eficaz. Ele causa distúrbios metabólicos em plantas, incluindo ervas daninhas, por meio da inibição específica da 5-enolpiruvilshiquimato-3-fosfato sintase (EPSPS), uma enzima chave envolvida no crescimento e metabolismo vegetal.
Portanto, o desenvolvimento de culturas transgênicas resistentes ao glifosato e a utilização deste herbicida no campo são uma forma importante de controlar ervas daninhas na agricultura moderna.
No entanto, com o uso generalizado e abusivo do glifosato, dezenas de ervas daninhas evoluíram gradualmente e desenvolveram alta tolerância a esse herbicida.
Além disso, as culturas geneticamente modificadas resistentes ao glifosato não conseguem decompor o glifosato, resultando no acúmulo e na transferência desta substância nas plantações, o que pode facilitar sua disseminação pela cadeia alimentar e colocar em risco a saúde humana.
Portanto, é urgente descobrir genes capazes de degradar o glifosato, a fim de cultivar culturas transgênicas altamente resistentes ao glifosato e com baixos resíduos dessa substância.
Determinação da estrutura cristalina e do mecanismo de reação catalítica de enzimas degradadoras de glifosato derivadas de plantas.
Em 2019, equipes de pesquisa chinesas e australianas identificaram, pela primeira vez, duas aldo-ceto redutases degradadoras de glifosato, AKR4C16 e AKR4C17, em capim-arroz resistente ao glifosato. Elas podem usar NADP+ como cofator para degradar o glifosato em ácido aminometilfosfônico e ácido glioxílico não tóxicos.
AKR4C16 e AKR4C17 são as primeiras enzimas degradadoras de glifosato relatadas, produzidas pela evolução natural das plantas. Para explorar ainda mais o mecanismo molecular da degradação do glifosato por essas enzimas, a equipe de Guo Ruiting utilizou cristalografia de raios X para analisar a relação entre elas e o cofator NADP+. A estrutura do complexo obtida revelou o modo de ligação do complexo ternário de glifosato, NADP+ e AKR4C17, e propôs o mecanismo da reação catalítica da degradação do glifosato mediada por AKR4C16 e AKR4C17.
Estrutura do complexo AKR4C17/NADP+/glifosato e mecanismo de reação da degradação do glifosato.
A modificação molecular melhora a eficiência da degradação do glifosato.
Após obter o modelo estrutural tridimensional preciso de AKR4C17/NADP+/glifosato, a equipe do Professor Guo Ruiting obteve ainda uma proteína mutante, AKR4C17F291D, com um aumento de 70% na eficiência de degradação do glifosato, através da análise da estrutura da enzima e do planejamento racional.
Análise da atividade de degradação do glifosato em mutantes de AKR4C17.
“Nosso trabalho revela o mecanismo molecular pelo qual AKR4C16 e AKR4C17 catalisam a degradação do glifosato, o que estabelece uma base importante para futuras modificações de AKR4C16 e AKR4C17, visando melhorar sua eficiência na degradação do glifosato.” O autor correspondente do artigo, Professor Associado Dai Longhai, da Universidade de Hubei, afirmou que eles construíram uma proteína mutante, AKR4C17F291D, com eficiência aprimorada na degradação do glifosato. Essa proteína fornece uma ferramenta importante para o cultivo de culturas transgênicas altamente resistentes ao glifosato, com baixos níveis de resíduos, e para o uso de bactérias geneticamente modificadas para degradar o glifosato no meio ambiente.
Segundo informações, a equipe de Guo Ruiting dedica-se há muito tempo à pesquisa sobre a análise estrutural e a discussão do mecanismo de enzimas de biodegradação, sintases de terpenoides e proteínas-alvo de fármacos para substâncias tóxicas e nocivas no meio ambiente. Li Hao, o pesquisador associado Yang Yu e a professora Hu Yumei, membros da equipe, são os primeiros autores do artigo, e Guo Ruiting e Dai Longhai são os autores correspondentes.
Data da publicação: 02/06/2022