Effects of essential oils on native and recombinant acetylcholinesterases of Rhipicephalus microplus / Efeito de óleos essenciais sobre acetilcolinesterases nativa e recombinante de Rhipicephalus microplus

Abstract This study reports the action of essential oils (EO) from five plants on the activity of native and recombinant acetylcholinesterases (AChE) from Rhipicephalus microplus. Enzyme activity of native susceptible AChE extract (S.AChE), native resistant AChE extract (R.AChE), and recombinant enzyme (rBmAChE1) was determined. An acetylcholinesterase inhibition test was used to verify the effect of the EO on enzyme activity. EO from Eucalyptus globulus, Citrus aurantifolia, Citrus aurantium var.dulcis inhibited the activity of S.AChE and R.AChE. Oils from the two Citrus species inhibited S.AChE and R.AChE in a similar way while showing greater inhibition on R.AChE. The oil from E. globulus inhibited native AChE, but no difference was observed between the S.AChE and R.AChE; however, 71% inhibition for the rBmAChE1 was recorded. Mentha piperita oil also inhibited S.AChE and R.AChE, but there was significant inhibition at the highest concentration tested. Cymbopogon winterianus oil did not inhibit AChE. Further studies are warranted with the oils from the two Citrus species that inhibited R.AChE because of the problem with R. microplus resistant to organophosphates, which target AChE. C. winterianus oil can be used against R. microplus populations that are resistant to organophosphates because its acaricidal properties act by mechanism(s) other than AChE inhibition.

Resumo Este estudo relata a ação de óleos essenciais de cinco plantas na atividade de acetilcolinesterases (AChE) nativas e recombinantes de Rhipicephalus microplus. A atividade enzimática do extrato de acetilcolinesterase nativa suscetível (S.AChE) e resistente (R.AChE) e da enzima recombinante (rBmAChE1) foi determinada. Um teste de inibição da AChE foi utilizado, para verificar o efeito dos óleos essenciais sobre a atividade enzimática. Óleos essenciais de Eucalyptus globulus, Citrus aurantifolia, Citrus aurantium var. dulcis inibiram a atividade de S.AChE e R.AChE. Os óleos das duas espécies de Citrus inibiram S.AChE e R.AChE de maneira semelhante, mas mostraram maior inibição sobre R.AChE. O óleo de E. globulus inibiu a AChE nativa, mas sem diferença entre a S.AChE e a R.AChE; no entanto, 71% de inibição para rBmAChE1 foi observada. O óleo de Mentha piperita também inibiu S.AChE e R.AChE, mas houve inibição significativa apenas nas concentrações mais altas testadas. O óleo de Cymbopogon winterianus não inibiu a AChE. Estudos adicionais são necessários com os óleos das duas espécies de Citrus que inibiram a R.AchE, devido ao problema de R. microplus resistente aos organofosforados ter como alvo AChE. O óleo de C. winterianus pode ser usado contra populações de R. microplus, que são resistentes a organofosforados, porque suas propriedades acaricidas agem por mecanismos diferentes.

The potential of plant and fungal proteins in the control of gastrointestinal nematodes from animals / Potencial de proteínas de plantas e fungos no controle de nematoides gastrintestinais de animais

Abstract Gastrointestinal nematode infection is an important cause of high economic losses in livestock production. Nematode control based on a synthetic chemical approach is considered unsustainable due to the increasing incidence of anthelmintic resistance. Control alternatives such as the use of natural products are therefore becoming relevant from an environmental and economic point of view. Proteins are macromolecules with various properties that can be obtained from a wide range of organisms, including plants and fungi. Proteins belonging to different classes have shown great potential for the control of nematodes. The action of proteins can occur at specific stages of the nematode life cycle, depending on the composition of the external layers of the nematode body and the active site of the protein. Advances in biotechnology have resulted in the emergence of numerous protein and peptide therapeutics; however, few have been discussed with a focus on the control of animal nematodes. Here, we discuss the use of exogenous proteins and peptides in the control of gastrointestinal.

Resumo A infecção por nematoides gastrintestinais é uma importante causa de grandes perdas econômicas na pecuária. O controle de nematoides com compostos químicos sintéticos é considerado insustentável devido ao aumento da resistência anti-helmíntica. Alternativas de controle, como o uso de produtos naturais, estão se tornando relevantes do ponto de vista ambiental e econômico. As proteínas são macromoléculas com várias propriedades que podem ser obtidas de uma ampla gama de organismos, incluindo plantas e fungos. Proteínas pertencentes a diferentes classes têm mostrado grande potencial para o controle de nematoides. A ação das proteínas pode ocorrer em estágios específicos do ciclo de vida do nematoide, dependendo da composição das camadas externas do parasito e do sítio ativo da proteína. Avanços na biotecnologia resultaram no surgimento de numerosas terapias de proteínas e peptídeos; no entanto, pouco foi discutido com foco no controle de nematoides parasitos de animais. Na presente revisão foi discutido o uso de proteínas exógenas e peptídeos no controle de nematoides gastrintestinais, os mecanismos sugeridos de ação, e os desafios e perspectivas para o uso dessas biomoléculas como uma classe de anti-helmínticos.

A cysteine protease from the latex of Ficus benjamina has in vitro anthelmintic activity against Haemonchus contortus / Atividade anti-helmíntica in vitro de uma protease cisteínica do látex de Ficus benjamina contra Haemonchus contortus

Abstract Haemonchus contortus is a gastrointestinal nematode that is responsible for high mortality rates in ruminant herds. The resistance of nematodes to synthetic anthelmintics is widespread and requires a continuous search for new bioactive molecules, such as proteins. The objective of this study was to evaluate the anthelmintic potential of a protease purified from the latex of Ficus benjamina against H. contortus . Fresh latex was collected from plants via small incisions in the green stems, the rubber was removed by centrifugation, and the latex protein extract (LPE) was obtained. After LPE fractionation with ammonium sulfate and chromatography of the fraction containing the highest proteolytic activity on CM-cellulose, a cysteine protease (FbP) was purified. FbP has a molecular mass of approximately 23.97 kDa, and its proteolytic activity was stable between pH 6.0 and pH 10 and over a broad temperature range, with optimum activity at 60 °C. FbP inhibited both the development and exsheathment of H. contortus larvae, with 50% effective concentrations of 0.26 and 0.79 mg/mL, respectively. We conclude that this cysteine protease from F. benjamina latex with anthelmintic activity against H. contortus could be a promising alternative for the development of products for use in parasite control programmes.

Resumo Haemonchus contortus é um nematoide gastrintestinal, responsável por altas taxas de mortalidade em rebanhos de pequenos ruminantes. A resistência dos nematoides aos anti-helmínticos sintéticos está generalizada e requer uma busca contínua por novos compostos bioativos, como as proteínas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial anti-helmíntico da protease purificada do látex de Ficus benjamina contra H. contortus . O látex fresco foi coletado das plantas por pequenas incisões nas hastes verdes e o extrato proteico de látex (EPL) foi obtido. Após o fracionamento do EPL com sulfato de amônio e cromatografia da fração contendo a maior atividade proteolítica da CM-Celulose, uma protease cisteínica (FbP) foi purificada. A FbP tem massa molecular de cerca de 23,97 kDa, a atividade proteolítica foi estável entre pH 6,0 e pH 10 e ao longo de uma ampla faixa de temperatura, com atividade ótima a 60 °C. A FbP inibiu tanto o desenvolvimento quanto o desembainhamento das larvas de H. contortus, com 50% de inibição nas concentrações de 0,26 e 0,79 mg/mL, respectivamente. Concluímos que esta protease cisteínica do látex de F. benjamina, com ação anti-helmíntica contra H. contortus, pode ser uma alternativa promissora para o desenvolvimento de produtos a serem utilizados em programas de controle de parasitos.

The first assessment of the stress inducible defense of Leucaena leucocephala with acaricidal potential effect against Rhipicephalus (Boophilus) microplus (Acari: Ixodidae) / Primeira avaliação de extratos proteicos de Leucaena leucocephala induzidos por injúria mecânica com atividade carrapaticida sobre Rhipicephalus (Boophilus) microplus (Acari: Ixodidae)

Abstract Plants respond to wounding caused by mechanical stress or herbivory by synthesizing defense proteins. There are no studies reporting the action of induced plant proteins against ticks. The aim of this study was to investigate the effect of mechanically wounded Leucaena leucocephala leaves against Rhipicephalus (Boophilus) microplus. Initially, we carried out time course experiments to evaluate the impact of mechanical wounding on the protein content and the peroxidase, catalase and protease inhibitor activities in L. leucocephala. We then evaluated the acaricidal activity on R. (B.) microplus from protein extract collected from L. leucocephala after mechanical wounding. L. leucocephala leaves were artificially wounded, and after 6, 12, 24 and 48h, the leaves were collected for protein extraction. Quantitative and qualitative analyses of the proteins were performed. The protein content and peroxidase and protease activities increased 12h after wounding, and the acaricidal activity of this protein extract was evaluated using engorged R. (B.) microplus females. The protein extract obtained after wounding reduced egg production (8.5%) compared to those without wounding. Furthermore, the extract reduced egg hatching by 47.7% and showed an overall efficacy of 56.3% at 0.1 mgP/mL of the protein. We demonstrated that L. leucocephala defensive proteins could be effective against R. (B.) microplus.

Resumo As plantas respondem a injúria causada por estresse mecânico ou por ataque de herbívoros através da síntese de proteínas de defesa. Não há estudos de proteínas induzidas de plantas contra carrapatos. O objetivo deste estudo foi verificar a atividade acaricida de extratos protéicos de folhas Leucaena leucocephala após injúria mecânica, sobre Rhipicephalus (Boophilus) microplus. Inicialmente foram conduzidos experimentos em diferentes intervalos de tempo para avaliar o impacto da injúria mecânica no conteúdo de proteína, atividade de peroxidase, catalase e inibidor de protease de L. leucocephala. Em seguida foi avaliada a atividade acaricida sobre R. (B.) microplus de um extrato protéico após injúria mecânica. Folhas de L. leucocephala foram artificialmente feridas e após 6, 12, 24 e 48h, as folhas foram coletadas para extração de proteínas. Análises quantitativas e qualitativas das proteínas foram realizadas. A quantidade de proteína e atividades de peroxidase e protease aumentaram 12h após a injúria. O extrato proteico obtido após injúria (12h) reduziu a produção de ovos (8,5%) em comparação com extratos de plantas sem injúria. O extrato reduziu 47,7% a eclosão de ovos e apresentou eficácia geral de 56,3% a 0,1 miligrama de proteína por mL (mgP/mL). Apresentamos que proteínas de defesa de L. leucocephala podem ter atividade sobre R. (B.) microplus.

Assessment of different Lippia sidoides genotypes regarding their acaricidal activity against Rhipicephalus (Boophilus) microplus / Avaliação da atividade carrapaticida do óleo essencial de diferentes genótipos de Lippia sidoides sobre Rhipicephalus (Boophilus) microplus

Abstract The aim of this study was to select different genotypes of Lippia sidoides with the highest activity against larvae and engorged females of the tick Rhipicephalus (Boophilus) microplus. The germplasms studied were LSID006, LSID102, LSID103 and LSID104. The LSID104 genotype, that presented carvacrol as a major constituent, was the germplasm with the worst larvicide effect (LC50 2.99 mg/mL). The LSID006 genotype was the least effective against engorged females (LC50 12.46 mg/mL), and it was chemically similar to the LSID102 genotype, which presented the highest acaricide activity (LC50 2.81 mg/mL). We conclude that chemical similarity of the germplasms was not correlated with acaricide activity against R. (B.) microplus. The essential oil of L. sidoides is a potent natural agent. However, the findings of this work provide a better understanding for product development based on this natural product, which must consider synergic effects or the action of minor compounds.

Resumo O objetivo deste trabalho foi selecionar genótipos de Lippia sidoides que apresentem maiores atividades em larvas e fêmeas ingurgitadas do carrapato Rhipicephalus (Boophilus) microplus. Os genótipos estudados foram LSID006, LSID102, LSID103 e LSID104. O genótipo LSID104, o único a conter o monoterpeno carvacrol como um dos principais constituintes, foi o que apresentou o menor efeito larvicida (CL50 2,99 mg/mL). O genótipo LSID006 apresentou menor efeito sobre fêmeas ingurgitadas (CL50 12,46 mg/mL), entretanto foi quimicamente similar ao genótipo LSID102, que apresentou a maior atividade carrapaticida (CL50 2,81 mg/mL). Conclui-se que a semelhança química dos genótipos não se correlaciona com a atividade carrapaticida contra R. (B.) microplus. O óleo essencial de L. sidoides é um agente natural potente e os resultados deste trabalho proporcionam um melhor entendimento para o desenvolvimento de produtos com base neste produto natural, devendo ser considerado os efeitos sinérgicos ou a ação de compostos presentes em menores concentrações.

Anthelmintic activity of Leucaena leucocephala protein extracts on Haemonchus contortus / Atividade anti-helmíntica de extratos proteicos de Leucaena leucocephala sobre Haemonchus contortus

Abstract The objective of this study was to evaluate the effects of protein extracts obtained from the plant Leucaena leucocephala on the nematode parasite Haemonchus contortus. The seeds, shell and cotyledon of L. leucocephala were separated and their proteins extracted using a sodium phosphate buffer, and named as TE (total seed extract), SE (shell extract) and CE (cotyledon extract). Soluble protein content, protease, protease inhibitory and chitinase activity assays were performed. Exsheathment inhibition of H. contortus larvae were performed at concentrations of 0.6 mg mL–1, and egg hatch assays were conducted at protein concentrations of 0.8, 0.4, 0.2, 0.1 and 0.05 mg mL–1. The effective concentration for 50% hatching inhibition (EC50) was estimated by probit. Different proportions of soluble proteins, protease and chitinase were found in TE and CE. Protease inhibitory activity was detected in all extracts. The EC50 of the CE and TE extracts were 0.48 and 0.33 mg mL–1, respectively. No ovicidal effects on H. contortus were detected in SE extracts, and none of the protein extracts demonstrated larvicidal effects on H. contortus. We therefore conclude that protein extracts of L. leucocephala had a detrimental effect on nematode eggs, which can be correlated with the high protease and chitinase activity of these extracts.

Resumo O objetivo deste estudo foi avaliar a atividade anti-helmíntica de extratos proteicos de leucena (Leucaena leucocephala) sobre Haemonchus contortus. As sementes, as cascas e os cotilédones foram moídos separadamente e as proteínas extraídas com tampão fosfato de sódio e denominados: TE (extrato total), SE (extrato casca) e CE (extrato cotilédone). O teor de proteínas, atividade proteolítica, inibitória de protease e quitinolítica dos extratos foram verificados, além da ação sobre a eclosão de ovos e desembainhamento larvar de H. contortus. A concentração efetiva para inibição de 50% da eclosão dos ovos (EC50) foi calculada através do probit. Foi demonstrado que TE e CE possuem, em diferentes proporções, proteínas solúveis, protease e quitinase. Atividade inibitória de protease foi encontrada em todos os extratos. A EC50 dos extratos CE e TE foram 0,48 e 0,33 mg de proteína mL–1, respectivamente. O extrato SE não apresentou atividade sobre a eclosão dos ovos. Os extratos proteicos não apresentaram efeito larvicida sobre H. contortus. Conclui-se que a ação de extratos proteicos de L. leucocephala afetam negativamente a eclodibilidade dos ovos, correlacionando-se com a alta atividade de protease e quitinase dos extratos testados.