Glutationa S-transferases em macrófitas aquáticas e potencial de biotransformação de biocidas

Abstract

Biocidas têm sido usados constantemente, seja para proteger a agricultura de pragas ou para controlar organismos marinhos na indústria naval, representando assim risco para o ambiente aquático. Estratégias para remediar esses compostos incluem a fitorremediação por plantas. Enzimas como a glutationa S-transferases (GSTs) formam uma superfamília de enzimas de detoxificação e podem ser encontradas em plantas. É possível relacionar a atividade das GSTs contidas em macrófitas com sua capacidade detoxificadora em nível ambiental. Assim, o presente estudo tem como objetivo investigar: (1) a atividade basal de GSTs na raiz, caule e folha de quatorze macrófitas aquáticas utilizando ensaios cinéticos de GST e CDNB como substrato; (2) padrões cinéticos de cinco compostos biocidas no extrato citosólico de origem vegetal, utilizando ensaios competitivos in vitro. Quatorze espécies de plantas foram coletadas nos seus respectivos habitats (n = 7 por espécie) para realizar uma triagem da atividade da GST em raiz, caule e folha. Em seguida, foram realizados ensaios competitivos onde a atividade da enzima foi avaliada na presença dos biocidas clorotalonil, DCOIT, diclofluanida, diuron e irgarol para estimar seus padrões de inibição bem como a afinidade pelas GSTs. As espécies de plantas Nothoscordum gracile, Spartina alterniflora e Sarcocornia ambigua apresentaram os maiores níveis de atividade da GST (p <0,05 em relação às demais plantas), sugerindo uma melhor capacidade de fitorremediação via GST. No ensaio competitivo cinético; o clorotalonil e o DCOIT apresentaram alta afinidade às enzimas GST, uma vez que apresentaram baixos níveis de IC20 (concentração necessária para causar 20% de inibição) e alta porcentagem de inibição da atividade enzimática. A diclofluanida, por outro lado, apresentou uma alta porcentagem de inibição, porém seu valor de IC20 foi três vezes maior do que o observado nos compostos que mostraram maior competição. Além disso, há compostos que apresentam baixa afinidade com as GSTs, assim como o diuron (com alto nível de IC20) e o irgarol, que não competiu com o CDNB, impossibilitando a estimativa dos resultados cinéticos. Todas as espécies demonstraram atividade da GST, logo potencial para uso na fitorremediação; nos ensaios in vitro quatro compostos biocidas inibiram a atividade das GSTs, indicando esta como a possível via de detoxificação das substâncias.

Biocides have been used constantly, whether to protect agriculture from pests or to control marine organisms on shipping industry, representing thus risk for the aquatic environment. Strategies to remediate those compounds include the phytoremediation by plants. Enzymes such as glutathione S-transferases (GSTs) form a superfamily of detoxication enzymes and can be found in plants. It is possible to relate the activity of the GSTs contained in macrophytes with their detoxifying capacity at environmental level. Thus, the present study aim to investigate: (1) basal activity of GSTs in the root, steam and leaf of fifteen aquatic macrophytes using kinetic assays of GST and CDNB as substrate; (2) kinetic patterns of five biocides compounds on plant GST cytosolic extract, using in vitro competitive assays. Fourteen species of plants were collected in their natural habitat (n=7 per specie) in order to do a screening of GST activity in roots, steam and leaves. In sequence, competitive assays were performed where activity of the enzyme was evaluated in the presence of biocides chlorothalonil, DCOIT, dichlofluanid, diuron, and irgarol to estimate inhibition patterns as well as their affinity with GSTs. Aquatic macrophytes Nothoscordum gracile, Spartina alterniflora and Sarcocornia ambigua showed the highest levels of GST activity (p<0.05 compared to other plants), suggesting a better GST-dependent phytoremediation capability. In the kinetic competitive assay; chlorothalonil and DCOIT presented high affinity to GST enzymes, since they have presented low IC20 levels (concentration needed to cause 20% of inhibition) and high inhibition percentage in a given concentration. dichlofluanid, in the other hand, has either presented a high inhibition percentage, however its IC20 value was three times greater than that shown in compounds with higher affinity. Besides that, there were compounds which presented low affinity with GST molecules, such as diuron (with high IC20 level) and irgarol which did not competed with CDNB making unable to estimate kinetic results. All species showed GST activity, thus potential for use in phytoremediation; in the in vitro tests, four biocides inhibited the activity of GSTs, signaling the possible the detoxification pathway of these substances.