image: Worker bee stinging target during aggressiveness assay. Stinger can be seen exiting hind gut next to glands and venom sac and piercing surface of leather target view more
Credit: Iago Bueno da Silva / UNESP
Pesquisadores brasileiros podem ter descoberto a razão pela qual as abelhas africanizadas são tão ferozes. Eles rastrearam substâncias químicas presentes em níveis mais elevados no cérebro de abelhas africanizadas, em comparação com abelhas melíferas e dóceis criadas por apicultores.
De acordo com estudo publicado no Journal of Proteome Research, tais compostos químicos podem fazer com que abelhas menos agressivas se tornem ferozes.
Os mesmos compostos haviam sido detectados no cérebro de moscas e camundongos, nos quais eles parecem regular a alimentação e a digestão. Esse é um exemplo de como o comportamento evolui em diferentes espécies usando mecanismos moleculares semelhantes.
A pesquisa foi feita pela equipe do professor Mario Sérgio Palma no Centro de Estudo dos Insetos Sociais do Instituto de Biociências da Universidade Estadual Paulista (Unesp), em Rio Claro, Brasil. O trabalho tem apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP por meio de um Projeto Temático.
"Estudamos a composição das proteínas dos sistemas glandulares de vespas, abelhas, formigas, aranhas e escorpiões. Determinamos as funções individuais de cada proteína e suas interações moleculares, além de suas estruturas moleculares. Isso inclui os venenos desses animais, bem como sistemas de comunicação química por compostos químicos e a neuroquímica da regulação do comportamento dos artrópodes via sistema nervoso", disse Palma.
O estudo visou investigar o mecanismo de produção de neuro-hormônios no cérebro de abelhas. Neuro-hormônios são compostos químicos responsáveis pela regulação do sistema nervoso, com implicações na mediação dos comportamentos sociais desses insetos.
A linha de pesquisa integra o Programa FAPESP de Pesquisas em Caracterização, Conservação, Restauração e Uso Sustentável da Biodiversidade (BIOTA-FAPESP), e está relacionada ao estudo do complemento de proteínas dos sistemas animais.
"Queríamos estudar a origem e o metabolismo das proteínas precursoras dos neuropeptídeos no cérebro de abelhas, para entender como eram produzidos tais hormônios. Desejávamos também identificar as regiões do cérebro responsáveis pelas ações daqueles compostos. Para isso, utilizamos o imageamento espectral por espectrometria de massas", explicou Palma.
A técnica permite identificar compostos químicos dentro de tecidos, sem necessidade de extratos celulares. O imageamento também permite conhecer a região do cérebro onde tais hormônios estão agindo. "Podemos conhecer a estrutura química dos neuropeptídeos e mapear as regiões do cérebro onde eles agem", disse.
Experimentos foram conduzidos no apiário do Instituto de Biociências da Unesp, em que favos foram levados ao laboratório para que indivíduos recém-emergidos fossem identificados e marcados com tintas não tóxicas. Após a devolução dos favos às colmeias no apiário, aguardou-se que as abelhas marcadas atingissem a idade desejada para a realização do experimento.
Quando isso ocorreu, os favos retornaram novamente ao laboratório e as abelhas marcadas com tintas coloridas foram coletadas e utilizadas em experimentos de agressividade.
As abelhas foram colocadas em arenas de observação. Alvos com o formato de esferas de 5 centímetros de diâmetro e recobertas de camurça negra foram penduradas por uma corda diante de cada arena, de modo que, ao serem balançadas, as esferas invadissem a arena onde se encontravam as abelhas marcadas.
"Vários comportamentos de alerta e agressão foram realizados pelas abelhas. Tais comportamentos foram observados e registrados pelos pesquisadores", disse Palma.
Alguns indivíduos também ferroaram os alvos e, por consequência, ficaram presos por meio do ferrão, que possui fisgas e não pode ser retirado. Esses indivíduos foram coletados, imediatamente congelados em nitrogênio líquido e dissecados. Seus cérebros foram retirados e fatiados. As fatias foram utilizadas nos estudos de análise proteômica - área de biotecnologia que estuda o conjunto de proteínas expressas em uma célula ou tecido.
A equipe da Unesp também coletou abelhas operárias que permaneceram dentro das colmeias durante os ataques, para poder compará-las às outras operárias mais agressivas.
Hormônios e agressão
Sobre a diferença encontrada entre as abelhas capturadas fora da colmeia e as que permaneceram lá dentro, Palma ressalta que não se trata de local, mas de diferenças observadas entre as abelhas operárias que realizam os vários comportamentos de alarme e agressão (principalmente ferroar o alvo) e aquelas que não se tornam agressivas (mesmo quando estimuladas).
"O cérebro das abelhas não agressoras apresentou proteínas precursoras intactas, na sua forma não ativa, isto é, que não está estimulando comportamentos agressivos", disse.
Por outro lado, o cérebro das abelhas agressoras apresentou somente as formas maduras dessas proteínas. São pedaços menores e ativos das proteínas precursoras, gerados pela ação de enzimas conhecidas como proteases. Esses pedaços menores ainda passam por processo de modificações químicas para se tornarem neuropeptídeos ativos, ou seja, hormônios agindo no cérebro para adaptar o organismo de acordo com um padrão comportamental - nesse caso, determinando o comportamento agressivo nas abelhas.
"Os neuropeptídeos que encontramos existem com pequenas diferenças estruturais em vários insetos, mas até então eram pouco caracterizados química e funcionalmente. Nas abelhas agressoras, as funções de tais neuropeptídeos foram regular o metabolismo energético, ativar os mecanismos de vigilância e coordenação espacial de voo e estimular a produção de feromônios de alarme", disse Palma.
Quando os pesquisadores observaram que os neuropeptídeos estimulavam o comportamento agressivo, eles resolveram sintetizar esses compostos em laboratório, para então injetá-los em operárias jovens - abelhas que supostamente ainda não estavam preparadas para executar comportamentos agressivos.
"O resultado foi que algum tempo após terem recebidos aplicações dos neuropeptídeos essas operárias passaram a executar comportamentos agressivos. Elas passaram inclusive a ferroar os alvos", disse o coordenador do Projeto Temático FAPESP.
Origem da ferocidade
Os precursores dos neuropeptídeos estão prontos no cérebro das operárias adultas. Mas enquanto elas ainda são jovens tais precursores não são clivados, não podendo resultar em neuropeptídeos maduros ou ativos.
No entanto, quando as operárias alcançam entre 15 e 20 dias de idade, elas já contam com ferramentas moleculares para catalisar a maturação dos precursores. Daí que, na presença de estímulos físico-químicos ameaçadores, os neuropeptídeos em seus cérebros serão instantaneamente ativados, e as operárias passarão a demonstrar comportamento agressivo.
"Quando injetamos os neuropeptídeos sintéticos em suas formas maduras, as operárias jovens passaram a dispor de neuropeptídeos maduros, que em poucos minutos passaram a ativar as transformações metabólicas e fisiológicas, tornando tais indivíduos aptos a exercer comportamentos agressivos", disse Palma.
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Sobre a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
A Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) é uma das principais agências públicas brasileiras de fomento à pesquisa. A FAPESP apoia a pesquisa científica e tecnológica por meio de Bolsas e Auxílios a Pesquisa que contemplam todas as áreas do conhecimento. Em 2016, a FAPESP desembolsou R$ 1,137 bilhão, custeando 24.685 projetos, dos quais 53% com vistas à aplicação de resultados, 39% para o avanço do conhecimento e 8% em apoio à infraestrutura de pesquisa. Saiba mais em: http://www.fapesp.br.
Journal
Journal of Proteome Research