Ticks are implicated in serious economic losses to animal production worldwide in the order of billions of dollars. Although many antigens have been in vaccine tests, none has been effective in the control of ticks, which justifies the development of new antigens as well as new vaccine strategies. Phage Display techniques have been widely employed to map epitope structures, which have served as the basis for developing molecular vaccines. In the present study, we have applied this technique to map specific epitopes of Rhipichephalus (Boophilus) microplus and to validate the peptides as potential immunogens, we have adopted a process of selection prior to final field tests. This strategy was established in order to reduce the number of clones to be tested in the field. Six Phage -displayed random peptide libraries were selected with seven different strategies against the purified hyperimmune serum of chickens (IgY) that were immunized with total proteins of larvae and adults of Rhipicephalus (Boophilus) microplus. The selected Phage clones were sequenced, translated and analyzed through bioinformatics. To evaluate the potential of these phagotopes as effective candidate vaccines, ELISA assays, dot-blot, mice immunization (MI), humoral immune response (HIR) of cattle against the clones and a cutaneous hypersensitivity tests in cattle were performed. The selected Phage clones were analyzed through bioinformatics, generating 107 different peptides in a total of 281 sequences. Some selected phagotopes showed excellent matches with linear sequences of known proteins of the Rhipicephalus (Boophilus) microplus. Peptides that did not present significant matches with known proteins, but shared extensive homology among each other, were clustered and classified as conformational epitopes of Rhipicephalus (Boophilus) microplus, or considered as mimotopes of unknown proteic antigens. Among all clones tested by dot-blots, the 40 most reactive ones were further screened by HIR and MI. The mice sera raised against the Phage clones clearly recognized tick proteins indicating that the phagotope-induced immune responses were antigen-specific, but not all could be identified by the sera of naturally infested cattle (Bos taurus and Bos indicus). Four clones were then selected to go through the cutaneous hypersensitivity tests, and apparently all of them were effectives at diferent degrees. The stringent selection processes coupled with this schemes of validation assays allowed us to narrow down the number of peptides that should be tested in the field. One of the advantages of using whole recombinant M13 virus, carrying the recombinant peptide in fusion with the pIII protein of the virus, is that its capsid acts as adjuvant and could be tested directly without any further mixture. Additionally, we have finally used anergy skin tests (cutaneous hypersensitivity tests) once they are sometimes used to guide clinical decisions. We have assumed that cutaneous hypersensitivity tests measure a common property of cellular immune function relevant to the outcome, which together with the humoral response in naturally infested animals may provide us with sequences of peptides that may be relevant as vaccines. Finally, we have used those sequences to produce multiple antigen peptide system (MAPS), which will be used in future field tests. The present work demonstrates that the whole epitope profile can obtained through screening the Phage Displayed peptide libraries with the hyperimmune serum and reveals the potential of using epitopedisplaying Phage s as peptide vaccines against ticks. / Os carrapatos tem provocado significativas perdas econômicas na produção animal mundial na ordem de bilhões de dólares anuais. Embora vários antígenos específicos tenham sido empregados em testes vacinais, nenhum tem propiciado controle eficaz, sendo necessária a identificação de novos antígenos, bem como de novas estratégias vacinais. A tecnologia de Phage Display tem sido amplamente empregada no mapeamento de estruturas antigênicas as quais tem servido como base para o desenvolvimento de vacinas moleculares e representa uma alternativa as metodologias tradicionais. No presente trabalho, utilizou-se a tecnologia para o mapeamento de epítopos do Rhipicephalus (Boophilus) microplus e, para validar os peptídeos selecionados como potencial imunógenos, foi adotado um processo com múltiplas etapas de caracterização dos clones previamente aos ensaios clínicos. Esta estratégia foi estabelecida com o objetivo de reduzir o número de clones a ser testados em bovinos como imunógenos candidatos. Foram utilizadas para a seleção seis bibliotecas distintas de peptídeos randômicos expressados em bacteriófagos filamentosos e sete estratégias de seleção contra as imunoglobulinas (IgY) purificadas de soro hiperimune de galinhas imunizadas com proteínas totais de larvas e adultos de Rhipicephalus (Boophilus) microplus. As seqüências do DNA correspondente aos insertos dos fagos selecionados foram seqüenciados, traduzidos e analisados por análises in silico. Foram realizados testes de ELISA, Dot-Blot, imunização em camundongos, determinação da resposta imune humoral de bovinos naturalmente infestados, e a medição da hipersensibilidade cutânea com o objetivo de evoluir o potencial destes fagotopos como candidatos efetivos a novos imunógenos. Foram gerados 107 peptídeos distintos em um total de 281 seqüências, sendo alguns destes similares às seqüências protéicas lineares do Rhipicephalus (Boophilus) microplus. Os peptídeos sem similaridades significativas com proteínas conhecidas, mas que apresentaram seqüências consenso entre os peptídeos obtidos, foram agrupados e classificados como epítopos conformacionais ou considerados como mimetopos de antígenos protéicos desconhecidos do Rhipicephalus (Boophilus) microplus. Entre os clones testados por Dot-Blot, os 40 mais reativos foram posteriormente testados em ensaios de imunização em camundongos e também submetidos ao reconhecimento humoral de bovinos naturalmente infestados com carrapatos. Adicionalmente, utilizou-se o teste cutâneo de hipersensibilidade para a análise da imunidade celular. Os soros de camundongos imunizados com os clones de fagos foram reativos as proteínas de carrapato indicando que os fagotopos foram capazes de gerar resposta imune antígeno específica, embora nem todos os fagos fossem reconhecidos pelo soro de animais naturalmente infestados (Bos taurus e Bos indicus). Após a caracterização e validação, quatro fagotopos foram escolhidos para a realização dos testes cutâneos, os quais apresentaram graus variados de reatividade. Uma das vantagens da utilização do vírus M13 recombinante, contendo o peptídeo recombinante fusionado na proteína PIII do vírus, é que o próprio capsídio atua como adjuvante e pode ser testado diretamente após a seleção sem procedimentos adicionais de preparo do antígeno. Finalmente, as seqüências determinadas foram utilizadas para a produção e expressão de um sistema recombinante de múltiplos antígenos peptídicos (MAPS). Foram escolhidos 10 peptideos para a expressão na forma de multi-epitopos, os quais serão futuramente utilizados em ensaios clínicos. O presente trabalho demonstrou que um perfil geral dos epítopos pode ser obtido através da utilização de bibliotecas de peptídeos randômicos expressados em bacteriófagos filamentosos contra anticorpos obtidos de soro hiperimune e revela o potencial da seleção e utilização peptídeos epítopos específicos como potenciais vacinas recombinantes multiantigênicas para o controle do carrapato bovino. / Doutor em Genética e Bioquímica

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:16Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-08-21Bitstream added on 2014-06-13T19:39:39Z : No. of bitstreams: 1 rodrigues_to_me_jabo.pdf: 708831 bytes, checksum: d0290b981ff3772231b28fddb042fed0 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Angus Bela Vista Pecuaria Ltda / Os prejuízos causados à pecuária brasileira pelo carrapato (Rhipicephalus (B.) microplus) são significativos e, uma das estratégias utilizadas para aumentar a produtividade dos rebanhos nas regiões tropicais tem sido a utilização de raças mais resistentes a esse ectoparasita. O objetivo desse projeto foi aplicar a tecnologia de microarray de DNA para a prospecção de genes relacionados com os mecanismos de resistência/tolerância ao carrapato, mediante a análise da expressão gênica diferencial em linfonodos de bovinos suscetíveis (Aberdeen Angus) e resistentes (Nelore) infestados artificialmente com este parasita. Os bezerros foram mantidos livres de carrapato desde o nascimento e foram infestados artificialmente com larvas de carrapato aos quatro meses de idade. As biópsias de linfonodo foram realizadas antes e após a infestação e mantidas a –80°C até o seu processamento. Essas amo stras foram submetidas a extração de RNA, síntese de cDNA e marcação . Depois elas foram submetidas a hibridização pela técnica de microarray. Foram identificados 341 genes diferencialmente expressos nos bovinos da Raça Angus e 254 para bovinos da Raça Nelore, os quais foram agrupados em categorias funcionais. Foram identificadas diferenças no padrão de expressão de genes de resposta imune entre as raças, tais como: Moléculas CD, Imunoglobulinas, Fator de Necrose tumoral, Integrinas e Interferon-γ. Para validação dos resultados de expressão diferencial foi empregada a técnica de PCR em tempo real, onde se verificou a expressão dos genes das citocinas IL-5 e IL12p40 nas duas Raças estudadas. / Significant losses are brought by ticks (Rhipicephalus (B.) microplus) to Brazilian beef farming. One of the strategies to increase yield in tropical regions is the use of resistant breeds. This study was undertaken to apply the DNA microarray technology for the prospection of genes related to tick resistance/tolerance mechanisms, through differential gene expression analysis in lymphonodes of susceptible (Aberdeen Angus) and resistant (Nelore) breeds artificially infested with the parasite. Calves were kept tick-free since birth and infested with tick larvae when they reached four months of age. Lymphonode biopsies were performed before and after infestation and kept at -80°C until analyses. Samples were subjected to RNA extraction, cDNA synthesis and labelling. Hybridization was then performed through the microarray technique. In Angus, 341 differentially expressed genes were found against 254 in Nelore, which were grouped in functional categories. Different expression patterns were identified immune response genes between breeds, such as: CD molecules, Immunoglobulines, Tumor Necrosis Factor, Integrins and Interferon-γ. Real-time PCR was used to validate results, which showed the expression of cytokines IL-5 and IL12p40 in both breeds.

O carrapato Riphicephalus (Boophilus) microplus é um ectoparasito hematófago que infesta os rebanhos bovinos de regiões tropicais e subtropicais, causando grandes prejuízos à pecuária. O principal método de controle baseia-se nos acaricidas. No entanto, o uso de vacinas tem sido estudado como um método de controle alternativo. A calreticulina (CRT) é uma proteína multifuncional presente em quase todas as células de animais. A secreção da CRT durante a alimentação pode estar relacionada a modulação da interação parasita hospedeiro. No presente estudo, as CRTs de R. microplus (rBmCRT) e do Haemophisalis longicornis (rHlCRT) foram expressas em Escherichia coli e purificadas por cromatografia. As propriedades imunogênicas e antigênicas da BmCRT e HlCRT foram analisadas por diferentes métodos. In silico, foram comparandos os epítopos das CRTs pelo índice de Jamerson-Wolf, que mostrou 6 regiões com potenciais epítopos antigênicos diferentes entre as CRTs. Enquanto, a análise in silico, da rBmCRT e rHlCRT mostraram 6 regiões que podem interagir com a proteína C1q. In vitro, por Western blot, a rBmCRT, mas não a rHlCRT, foi reconhecida pelo soro de bovino infestado experimentalmente com R. microplus. Em Western blot de extrato de larvas, os soros do coelho imunizado com rBmCRT e bovinos imunizados com rBmCRT ou rHlCRT reconheceram a BmCRT, sugerindo que os anticorpos direcionados às proteínas recombinantes também reconhecem a proteína nativa BmCRT. Também a rBmCRT mostrou um efeito anticoagulante no teste de recalcificação plasmática. In vivo, a rBmCRT e rHlCRT induziram reações de hipersensibilidade cutânea imediata em bovinos imunizados com rBmCRT ou rHlCRT, mas não foi possível detectar alterações na análise histopatológica. Juntos, estes resultados sugerem, que a rBmCRT e rHlCRT são imunogênicas e pode ter funções imunomoduladoras sobre o sistema imune do hospedeiro, mas não suficiente para prevenir o desenvolvimento da imunidade humoral. / The tick Riphicephalus (Boophilus) microplus is a blood-sucking ectoparasite of bovines from tropical and subtropical regions, causing serious damages to the livestock production. The main method of control is based on the acaricides. However, the use of vaccines has been studied as a promising control method. The calretirulin (CRT) is a multifunctional protein present in almost all cells of animals. The secretion of CRT during feeding might be linked to the modulation of the parasite-host interaction. In the present study, recombinant CRTs of R. microplus (rBmCRT) and of Haemaphysalis longicornis (rHlCRT) were expressed in Escherichia coli and purified by ion exchange chromatography. The immunogenic and antigenic capacities of BmCRT e HlCRT were analyzed by different methods. In silico, were comparisons of the CRTs epitopes, identified by Jameson-Wolf antigenic index, indicates that there are three different regions between the tick CRTs. While, in silico analysis showed 6 regions in rBmCRT and in rHlCRT that could interact with C1q protein. In vitro, by Western blot, rBmCRT, but not rHlCRT, was recognized by the serum of bovine experimentally infested with R. microplus. In Western blot with extracts of larvae, the sera of a rabbit immunized with rBmCRT and bovines immunized with rBmCRT or rHlCRT recognized BmCRT; this suggests that antibodies directed to recombinant proteins also recognize native BmCRT. Also, the rBmCRT showed an anticoagulant effect in recalcification time. In vivo, the rBmCRT and rHlCRT induced reactions of immediate cutaneous hypersensitivity in bovines immunized with rBmCRT and rHlCRT, but it was not possible to detect alterations in histopathologic test. Together, these results suggest that the rBmCRT and rHlCRT are immunogenic and could have immunomodulatory functions on the immunity system of the host, but not enough to prevent the development of humoral immunity.

O carrapato bovino Boophilus microplus está presente em áreas tropicais e subtropicais no mundo e é um ectoparasito hematófago que causa inúmeras perdas à bovinocultura, através da espoliação ao bovino ou das doenças que transmite como vetor. Atualmente, o principal método de controle empregado baseia-se em produtos químicos, que são onerosos e contaminam o ambiente. Estudos a respeito da ecologia, comportamento e fisiologia de B. microplus são importantes para o desenvolvimento de novos métodos de controle do carrapato. A resposta ao estresse oxidadivo e a morte celular programada, examinadas neste estudo, permitem compreender melhor os mecanismos fisiológicos usados pelo carrapato adulto e seus ovos e larvas para sobreviver no ambiente. A resposta a estresse oxidativo foi analisada em ovos e larvas. A atividade de GST e outras moléculas envolvidas em mecanismos de proteção contra estresse oxidativo variaram dependendo do tempo transcorrido após a postura e eclosão. A cinética do consumo de oxigênio apresentou correlação positiva com o aumento na atividade de GST durante a embriogênese. Um alto conteúdo de substâncias reativas ao ácido tiobarbitúrico foi observado em extratos de ovos e larvas, indicando que carrapatos apresentam alto estresse oxidativo durante a embriogênese e desenvolvimento larval. Além disso, a atividade de GST apresentou forte correlação com peroxidação de lipídeos, uma indicação de seu papel na defesa antioxidante em ovos. Com o objetivo de melhor caracterizar o processo de morte celular, que elimina tecidos não mais necessários e leva à degeneração de glândulas salivares, ovários e singânglios, foi feita uma investigação usando ensaios de visualização de fragmentação de DNA em gel de agarose, teste cometa e TUNEL e a ativação da via apoptótica foi analisada usando ensaio de caspase. A fragmentação de DNA e a atividade enzimática de caspase-3 foram observadas em glândulas salivares e ovários 48 e 72 h após a remoção do carrapato do hospedeiro; em singânglios estes parâmetros foram mantidos em baixos níveis após 48 h. Estes resultados obtidos sugerem que há um controle refinado de manutenção de tecido através de apoptose. / The cattle tick Boophilus microplus is present in tropical and subtropical areas in the world and it is a haematophagous ectoparasite that causes several losses to cattle breeding, through the bovine exploiting and diseases transmitted. Currently, the main control method is based on chemicals, which are expensive and contaminate the environment. Studies about ecology, behavior and physiology of B. microplus are important to develop new methods for the tick control. The data examined in this study allow understanding the physiologic mechanisms used by the tick, eggs and larvae to survive in the environment. For this, the oxidative stress response in eggs and larvae and the cell death in different tissues of adult tick females during the pre-oviposition period were analyzed. The oxidative stress response was analyzed in eggs and larvae and the results showed that the GST activity and other molecules involved in mechanism of protection against oxidative stress varied depending on the time elapsed after oviposition and eclosion. A positive correlation was observed between the oxygen consumption kinetics and the increase in GST activity during embryogenesis. A high content of thiobarbituric acid reactive substances were observed in egg and larva extracts, indicating that ticks face high oxidative stress during embryogenesis and aging. In addition, GST activity presented strong positive correlation with lipid peroxidation, an indication that it plays a role in oxidant defences in eggs. In order to better characterize the cell death process that eliminates unnecessary tissues, the degeneration of salivary glands, ovaries and synganglia was investigated using DNA fragmentation in agarose gel, comet and TUNEL assays, and apoptosis activation pathway by the caspase assay. DNA fragmentation and enzymatic activity of caspase-3 were observed in salivary glands and ovaries at 48 and 72 h after tick removal from the host; in synganglia these parameters were maintained at low levels upon 48 h. These results obtained suggest that there is a refined control of tissue maintenance through apoptosis.

O carrapato Riphicephalus (Boophilus) microplus é um ectoparasito hematófago que infesta os rebanhos bovinos de regiões tropicais e subtropicais, causando grandes prejuízos à pecuária. O principal método de controle baseia-se nos acaricidas. No entanto, o uso de vacinas tem sido estudado como um método de controle alternativo. A calreticulina (CRT) é uma proteína multifuncional presente em quase todas as células de animais. A secreção da CRT durante a alimentação pode estar relacionada a modulação da interação parasita hospedeiro. No presente estudo, as CRTs de R. microplus (rBmCRT) e do Haemophisalis longicornis (rHlCRT) foram expressas em Escherichia coli e purificadas por cromatografia. As propriedades imunogênicas e antigênicas da BmCRT e HlCRT foram analisadas por diferentes métodos. In silico, foram comparandos os epítopos das CRTs pelo índice de Jamerson-Wolf, que mostrou 6 regiões com potenciais epítopos antigênicos diferentes entre as CRTs. Enquanto, a análise in silico, da rBmCRT e rHlCRT mostraram 6 regiões que podem interagir com a proteína C1q. In vitro, por Western blot, a rBmCRT, mas não a rHlCRT, foi reconhecida pelo soro de bovino infestado experimentalmente com R. microplus. Em Western blot de extrato de larvas, os soros do coelho imunizado com rBmCRT e bovinos imunizados com rBmCRT ou rHlCRT reconheceram a BmCRT, sugerindo que os anticorpos direcionados às proteínas recombinantes também reconhecem a proteína nativa BmCRT. Também a rBmCRT mostrou um efeito anticoagulante no teste de recalcificação plasmática. In vivo, a rBmCRT e rHlCRT induziram reações de hipersensibilidade cutânea imediata em bovinos imunizados com rBmCRT ou rHlCRT, mas não foi possível detectar alterações na análise histopatológica. Juntos, estes resultados sugerem, que a rBmCRT e rHlCRT são imunogênicas e pode ter funções imunomoduladoras sobre o sistema imune do hospedeiro, mas não suficiente para prevenir o desenvolvimento da imunidade humoral. / The tick Riphicephalus (Boophilus) microplus is a blood-sucking ectoparasite of bovines from tropical and subtropical regions, causing serious damages to the livestock production. The main method of control is based on the acaricides. However, the use of vaccines has been studied as a promising control method. The calretirulin (CRT) is a multifunctional protein present in almost all cells of animals. The secretion of CRT during feeding might be linked to the modulation of the parasite-host interaction. In the present study, recombinant CRTs of R. microplus (rBmCRT) and of Haemaphysalis longicornis (rHlCRT) were expressed in Escherichia coli and purified by ion exchange chromatography. The immunogenic and antigenic capacities of BmCRT e HlCRT were analyzed by different methods. In silico, were comparisons of the CRTs epitopes, identified by Jameson-Wolf antigenic index, indicates that there are three different regions between the tick CRTs. While, in silico analysis showed 6 regions in rBmCRT and in rHlCRT that could interact with C1q protein. In vitro, by Western blot, rBmCRT, but not rHlCRT, was recognized by the serum of bovine experimentally infested with R. microplus. In Western blot with extracts of larvae, the sera of a rabbit immunized with rBmCRT and bovines immunized with rBmCRT or rHlCRT recognized BmCRT; this suggests that antibodies directed to recombinant proteins also recognize native BmCRT. Also, the rBmCRT showed an anticoagulant effect in recalcification time. In vivo, the rBmCRT and rHlCRT induced reactions of immediate cutaneous hypersensitivity in bovines immunized with rBmCRT and rHlCRT, but it was not possible to detect alterations in histopathologic test. Together, these results suggest that the rBmCRT and rHlCRT are immunogenic and could have immunomodulatory functions on the immunity system of the host, but not enough to prevent the development of humoral immunity.

O carrapato Rhipicephalus (Boophilus) microplus é um ectoparasito hematófago que infesta os rebanhos bovinos de regiões tropicais e subtropicais, e é um dos principais causadores de prejuízos econômicos à pecuária. O principal método de controle baseia-se no uso de acaricidas. No entanto, devido à crescente preocupação com os problemas criados pela poluição química do meio ambiente, ao alto custo e toxicidade das drogas e ao aparecimento de carrapatos resistentes aos acaricidas, métodos alternativos para o controle do R. microplus devem ser encontrados. Um dos métodos alternativos estudados é o uso de vacinas. As glutationa S-transferases (GST) são enzimas que estão presentes em organismos animais e vegetais e entre suas funções podem-se destacar transporte intracelular, participação em processos digestivos, síntese de prostaglandinas, e detoxificação de substâncias tóxicas e proteção contra estresse oxidativo. Neste estudo foi analisada a resposta imunológica comparativa de camundongos para a GST de R. microplus (GST-Bm) e para a GST de Haemaphysalis longicornis (GST-Hl). Ambas as proteínas foram expressas em Escherichia coli linhagem AD494, e purificadas por cromatografia de afinidade por glutationa utilizando a coluna GSTrap FF. Para verificar a imunogenicidade das proteínas, foram utilizados 25 camundongos Balb/c divididos em 12 grupos. As condições testadas foram as inoculações das proteínas GST-Bm e GST-Hl com os adjuvantes Montanide, saponina ou sem adjuvantes. Camundongos controle foram inoculados com extrato de E. coli ou somente com os adjuvantes. Foi coletado sangue de todos os animais com intervalos de sete dias durante 70 dias. Os soros foram analisados por ELISA para acompanhar a cinética da produção de anticorpos de todos os animais imunizados. Os camundongos inoculados com GST-Hl emulsificada com Montanide mostraram aumento dos níveis de anticorpos a partir do dia 21. O nível máximo de anticorpos foi detectado no dia 42, e diminuiu após o dia 56. Todos os outros animais não apresentaram aumento nos níveis de anticorpos. / Rhipicephalus (Boophilus) microplus tick is a hematophagous ectoparasite that infests cattle in tropical and subtropical regions and is one of the principal causes of economic losses in the cattle farm. The principal method of control is the use of acaricides. However, due to increased worry about environmental chemical pollution, high costs and drugs toxicity and the selection of ticks resistant to acaricides, alternative methods for R. microplus control should be developed. One of these methods is vaccination. Glutathione S-transferases (GSTs) enzymes are present in animal and vegetal organisms and the functions are intracellular transport, participation in digestive process, synthesis of prostaglandins and detoxification of toxic substances and protection against oxidative stress. In this study the immunological response of mice inoculated with R. microplus GST (GST-Bm) and with Haemaphysalis longicornis GST (GST-Hl) was analysed. Both proteins were expressed in Escherichia coli strain AD494 and were purified by affinity chromatography using GSTrap FF columm. To verify the protein immunogenicity, 25 Balb/c mice divided into 12 groups were used. The tested conditions were inoculation of GST-Bm, GST-Hl proteins with Montanide and saponin adjuvants or without adjuvant. Control mice were inoculated with E. coli extract or the adjuvant alone. Blood from all animals were collected with intervals of seven days during seventy days, the sera were analyzed by ELISA to verify the kinetic of antibodies production of all immunized animals. Mice inoculated with GST-Hl emulsified with Montanide showed an increase in the antibodies levels from day 21. The maximum level of antibodies was detected on day 42 and decreased after day 56. The other animals did not show an increase in antibodies levels.

Orientador: Angelo Pires do Prado / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-05T17:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Mendes_MarciaCristina_D.pdf: 1282171 bytes, checksum: b6fcf8f3ba4709b8f115eb5ced83bcf8 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Entre os ectoparasitos dos animais bovinos, o carrapato ¿ Boophilus microplus (Acari: Ixodidae) - continua sendo uma das principais causas das perdas econômicas na pecuária do Estado de São Paulo. A situação atual do controle do carrapato caracteriza-se por uma crise na produção de novas moléculas de parasiticidas e o desenvolvimento acelerado da resistência dos parasitas aos produtos usados. O presente trabalho teve por objetivo verificar o perfil de sensibilidade do carrapato B. microplus nas fazendas localizadas em alguns municípios do Vale do Ribeira e no município de Pindamonhangaba e propor um sistema de tratamento carrapaticida com base na infestação de paternóginas. Foram realizados testes de larvas - LPT (larval packet test) adotado pela FAO - teste de imersão com a fêmea adulta e o levantamento sobre as práticas de controle adotadas nas duas regiões. Os resultados de resistência para as fazendas de Pindamonhangaba mostraram que, para cipermetrina 15,4% das fazendas foram classificadas como sensível; 7,7% com resistência nível I; 69,2% com resistência nível II e 7,7% com resistência nível III. Para a deltametrina 23% sensível; 38,5% com resistência nível II e 38,5% com resistência nível III. Para o organofosforado clorpirifós 54% mostraram-se sensível; 38,4% com resistência nível I e 7,6% com resistência nível II. A região do Vale do Ribeira apresenta uma média de eficácia inferior a 20% para os piretróides; eficácia entre 49% e 72% para as associações piretróides e organofosforados; 66,83% para o amitraz e acima de 90% para as associações entre os organosfosforados. Para o teste de larvas a cipermetrina apresentou uma porcentagem de 42,85% de amostras sensível; 14,3% com resistência nível I e 42,85% com resistência nível II. Deltametrina, 50% sensível; 25% com resistência nível II e 25% com resistência nível III. O organofosforado clorpirifós mostrou uma porcentagem de 50% de amostras sensível; 25% com resistência nível I e 25% com resistência nível II. Constatouse, para as duas regiões estudadas, a falta de conhecimento dos principais grupos químicos usados no controle dos carrapatos. O produto amitraz é o mais usado e a maioria das fazendas usam o método de pulverização na aplicação dos carrapaticidas. Experimento realizado no ano de 2001 a 2003 num sítio localizado no município de Ibiúna mostrou que a avaliação de infestação de paternóginas do carrapato B. microplus na área do úbere ou escroto e baixo períneo é um critério que pode ser empregado para se determinar a aplicação de carrapaticidas. Quando se realiza a aplicação de carrapaticidas nos animais infestados com bastante paternóginas diminui a infestação de larvas no campo. Testes de bioensaios, usando fêmeas adultas, realizados num intervalo de três meses, e teste de larvas no período de seis meses servem como orientação para o proprietário na avaliação da sensibilidade dos carrapatos aos produtos químicos / Abstract: The cattle tick - Boophilus microplus (Acari: Ixodidae) ¿ is one of the principal causes of economic losses in the cattle farms in São Paulo state. The current situation of the tick control is characterized by a crisis in the production of new molecules with acaricidal properties and by an increasing in the parasites resistance to the products used to control them. The current study aimed to verifying the sensibility profile of tick B. microplus in farms located in the municipalities of Vale do Ribeira and in the region of Pindamonhangaba, and propose a tick control treatment system based on nymph infestation. The resistance diagnosis tests have been carried by the larval bioassay (Larval packet test), adult immersion test and the survey of the tick control practices applied in both regions. The results for the farms at Pindamonhangaba show that to Cypermethrin 15,4% of the farms were classified as sensible, 7,7% resistance level I, 69,2% resistance level II and 7,7% resistance level III. To deltamethrin 23% were considered sensible, 38,5% Resistance level II, and 38,5% resistance level III. To organophosphate chlorpyriphos 54% presented a sensible frame, 38,4% resistance level I and 7,6% resistance level II. The Vale do Ribeira region presents an average efficacy lower than 20% for all pyrethroids; efficacy between 49% and 72% to associations with pyrethroids and organophosphates; 66,83% to amitraz, and over 90% to organophosphates associations. For the larval test, the cypermethrin presented a percentage of 42,85% from samples sensible; 14,3% resistance level I and 42,85% resistance level II. Deltamethrin, 50% sensible; 25% resistance level II and 25% resistance level III. The organophosphate chlorpyriphos presented a percentage of 50% from samples sensible; 25% resistance level I and 25% resistance level II. It has been proved, that for both regions under this study, there is a lack of knowledge concerning the main chemical groups used in the tick control. The amitraz is the most used and most farms apply the pulverization method when performing the tick control. An experiment taken from 2001 to 2003 in a little farm located in the municipality of Ibiúna has shown the evaluation in the infestation of tick B. microplus in the udder area or escrotum and low perineum is a good criteria to be applied in order to determine the application of anti-ticks. When the application of anti-ticks is undertaken on infested animals full of pathenogens, the field larvae infestation is diminished. Bioassay, using engorged female ticks, undertaken at three months intervals and larval packet test undertaken at six months intervals serve as orientation for the owners for the evaluation of ticks¿ sensibility to the chemical products / Doutorado / Entomologia / Doutor em Parasitologia

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No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23898 bytes, checksum: e363e809996cf46ada20da1accfcd9c7 (MD5) Dissertacao_ProspeccaoBiocidaPlantas.pdf: 388713 bytes, checksum: 5acdbc208e312e02f6935962693c2e34 (MD5) Previous issue date: 2009 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / PPG7 - Programa Piloto para a Proteção das Florestas Tropicais do Brasil / O principal método de controle do carrapato bovino Boophilus microplus é o uso de carrapaticidas sintéticos. Entretanto, o rápido desenvolvimento de resistência ao princípio ativo, os riscos de resíduo nos produtos de origem animal e a contaminação ambiental tem incentivado a busca por fontes alternativas de controle desse parasita. Dentro desse contexto, o uso de fitoterápicos aponta como uma alternativa no controle do carrapato, podendo reduzir os impactos econômicos e ambientais ao uso de produtos químicos sintéticos. Assim, o objetivo deste trabalho foi avaliar “in vitro” o efeito dos óleos essenciais de capim-salsar (Cymbopogon interanius Jowitt) e priprioca (Cyperus articulatus L.), substâncias químicas isoladas do timbó (Derris nicou; Derris urucu): rotenona, rotenolona e deguelina e óleos de andiroba (Carapa guianensis Aublet.) e nim (Azadirachta indica A. Juss.), no controle do carrapato. As pesquisas foram desenvolvidas nas instalações da Unidade de Pesquisa Animal “Sen. Álvaro Adolpho”, da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária – Embrapa Amazônia Oriental, no município de Belém, estado do Pará, no período de março a julho de 2008. As fêmeas ingurgitadas de Boophilus microplus foram colhidas manualmente, de bovinos naturalmente infestados, em propriedade particular localizada à uma hora de Belém. Após a coleta, foram transportadas para o laboratório em vasilhames plásticos, identificados, limpos e aerados. No laboratório, foram lavadas em água corrente, secas em papel absorvente e pesadas em balança analítica (precisão de 0,0001g). A metodologia utilizada foi a imersão de teleóginas por tempo de cinco minutos. Após a imersão, os carrapatos foram secos em papel absorvente, fixados em placas de Petri e mantidos em temperatura ambiente para realização da postura. Durante todo período experimental a temperatura e umidade relativa do ar em laboratório foi aferida com auxílio de um termohigrometro. O delineamento experimental utilizado foi o inteiramente casualizado. Os percentuais de mortalidade de fêmeas ingurgitadas de B. microplus ,no dia 5 e 15, variaram de: 45% a 90%; 37% a 90% e 60 a 90%; 60% a 90%, para capim-salsar e priprioca, respectivamente. Os resultados referentes a postura não evidenciaram diferença estatística entre as concentrações 2% e 10%, em relação ao controle (água + etanol). Entretanto, houve diferença na concentração 50%, tanto para capim-salsar quanto priprioca. Para capim-salsar, nesta concentração, foi observada postura de ovos inférteis. Com relação aos percentuais de eficiência do produto, os valores obtidos foram de: 100%; 95,63%; 98,77%; 100% e 99,30%; 96,97%; 99,85% e 100%, para os efeitos do óleo essencial de capim-salsar e priprioca nas concentrações 2%, 5%, 10%, 50%, respectivamente. As taxas de mortalidade, no dia 5, variaram de 37% a 41%, 49% a 64% e 52% a 41% para rotenona, rotenolona e deguelina, da menor para maior concentração, respectivamente. Todas as substâncias testadas apresentaram taxa de mortalidade significativamente maior do que as obtidas pelo grupo controle (água + etanol). Os melhores resultados de percentual da postura foram de 49% e 26% para rotenona e deguelina a 200ppm, respectivamente e 34% para rotenolona a 100ppm. Os percentuais de eficiência nos testes com rotenona foram de 95,24% e 98,68%, para rotenolona da ordem de 97,29%; 98,08%; 100% e deguelina 95,45%; 98,23% e 100%, em 100ppm, 200ppm e 300ppm, respectivamente. Para andiroba e nim, o percentual de mortalidade foi observado no dia 15 e demonstrou um comportamento natural do ciclo biológico dos carrapatos, pois não houve diferença estatística significativa entre o controle (água + etanol) e os tratamentos nas diferentes concentrações. Para andiroba e nim a maior eficiência obtida foi de 98,01% e 100%, na concentração de 50%, respectivamente. / The main method of controlling the cattle tick Boophilus microplus is the use of chemical acaricides during the parasite phase. However, the intense use of this method is causing economic damage and promoting the rapid selection of resistant ticks. Besides the risk of residues in milk, in meat and environmental contamination. Within this context, the use of herbal points out as an alternative to control the tick and can reduce the economic and environmental impacts of the use of synthetic chemicals. On this way, the purpose of this study was to evaluate "in vitro" the effect of essential oils of grass-salsa (Cymbopogon winteranius Jowitt) and priprioca (Cyperus articulatus L.), chemicals isolated substances from timbó (Derris nicou; Derris urucu): rotenone, rotenolone and degueline and Andiroba’s oil (Carapa guianensis Aublet.) and neem (Azadirachta indica A. Juss.) in the control of ticks. The searches were conducted on the premises of the Animal Research Unit "Sen. Álvaro Adolpho, of "the Brazilian Enterprise for Agricultural Research - Embrapa Eastern Amazon, in the city of Belém, state of Pará, in the period from March to July of 2008. The engorged females of Boophilus microplus were collected manually, from naturally infected cattle on private property located within an hour of Belém. After collection, they were transported to the laboratory in plastic containers, marked, cleaned and aerated. In the laboratory, they were rinsed in running water, dried on absorbent paper and weighed on analytical balance (accuracy of 0.0001 g). The methodology used was the immersion of teleogines by time of five minutes. After soaking, the ticks were dried on absorbent paper, set in petri dishes and kept at room temperature for completion of the posture. Throughout the trial period the temperature and relative humidity was measured in the laboratory using a termohigrometer. The experimental design used was completely randomized. The percentage of mortality of engorged females of B. microplus, on 5 and 15, varied: 45% to 90%, 37% to 90% and 60 to 90%, 60% to 90% for grass-salsa and priprioca respectively. The results for the stance showed no statistical difference between the concentrations 2% and 10% on the control (water + ethanol). However, there was a difference in the concentration 50% for both grass-salsa as priprioca. For grass-salsa, this concentration was observed egg laying infertile. Regarding the percentage of efficiency of the product, the values obtained were: 100%; 95.63%, 98.77%, 100% and 99,30%, 96,97%, 99,85% and 100% to the effects of essential oil of salsa and grass-priprioca concentrations 2%, 5%, 10%, 50%, respectively. Mortality rates, on the 5th , ranged from 37% to 41%, 49% to 64% and 52% to 41% for rotenone, rotenolone and degueline from low to high concentration, respectively. All substances tested showed significantly higher mortality rate than those obtained by the control group (water + ethanol). The best results were posture of percentage of 49% and 26% for the rotenone degueline and 200ppm, respectively and 34% for rotenolone at 100ppm. The percentage of efficiency in tests with rotenone were 95.24% and 98.68% for rotenolone the order of 97.29%, 98.08%, 100% and degueline 95.45%, 98.23% and 100 %, from 100ppm, 200ppm and 300ppm, respectively. To andiroba and neem, the percentage of mortality was observed on 15 and has a natural behavior of the life cycle of ticks because there was no statistical difference between the control (water + ethanol) and treatments in different concentrations. To andiroba and neem the higher efficiency obtained was 98,01% and 100%, at concentration 50%, respectively.

A oviposição é um estágio vulnerável do ciclo de vida de carrapatos. Rhipicephalus microplus, como todos Ixodidae e Argasidae, possui uma glândula especializada, o órgão de Gené, que produz uma cera que é depositada na superfície do ovo durante a oviposição. Além de restringir a perda excessiva de água, a cera atua como uma barreira contra o ataque de organismos invasores. Em R.microplus, como em outros carrapatos, há poucos estudos demonstrando atividade antimicrobiana em ovos. Ainda mais, não há na literatura relato de atividade antibiofilme em ovos de carrapatos e nem mesmo em qualquer outro artrópode. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a hipótese da existência de mecanismos de defesa em ovos de R. microplus contra biofilmes bacterianos. O extrato água/metanol da cera dos ovos apresentou atividade contra o biofilme de Pseudomonas aeruginosa sem afetar a sua viabilidade. Esse extrato também demonstrou efeito antibiótico contra Staphylococcus epidermidis. Nós identificamos a molécula com ambas atividades (antibiofilme e antibiótica) como N-(3-sulfooxy-25-cholest-5-en-26-oyl)-L-isoleucina (boophiline). Na busca por possíveis mecanismos responsáveis pelo efeito antibiofilme de boophiline contra P. aeruginosa, 14 genes foram analisados por qRT-PCR. Boophiline inibe a expressão de fliC (flagelo) e cdrA (componente estrutural da matriz), cujos produtos são necessários para a formação do biofilme de P. aeruginosa. Monosfosfato de guanosina dimérico cíclico (c-di-GMP) é um importante segundo mensageiro característico de bactérias Gram-negativas. Altos níveis intracelulares de c-di-GMP promovem o estilo de vida séssil enquanto baixos níveis induzem o comportamento móvel. De acordo com essa afirmação, nós encontramos que boophiline aumenta a motilidade swarming de P. aeruginosa. Desta forma, nos questionamos se o mecanismo de ação de boophiline estaria envolvido com c-di-GMP já que o sistema quorum sensing não foi afetado pela molécula. Interessantemente, quando os níveis de c-di-GMP foram aumentados pela superexpressão de uma diguanilato ciclase, boophiline não inibiu efetivamente a formação de biofilme. Uma explicação para esse resultado é que boophiline interfere em uma via específica regulada por c-di-GMP, o que explicaria não termos obtido um decréscimo no nível total deste segundo mensageiro. Contrariamente, boophiline foi bactericida contra S. epidermidis. Mudanças morfológicas significativas foram observadas em células tratadas com a molécula, as quais foram severamente danificadas. Boophiline levou a formação anormal de septo, rompimento da membrana bacteriana e extravasamento do material intracelular. Adicionalmente avaliamos o potencial antibiofilme e anti-protozoário de filtrados de cultura obtidos de bactérias isoladas de tecidos de R. microplus. Quatorze filtrados de cultura bacteriano apresentaram notável atividade contra o biofilme de P. aeruginosa e S. epidermidis e foram citotóxicos contra Tritrichomonas foetus. Nosso trabalho é pioneiro em demonstrar a existência de proteção contra biofilmes em ovos de carrapatos bem como de bactérias associadas a carrapatos como produtoras de moléculas bioativas. Além disso, nós demonstramos que boophiline é uma nova molécula antibiofilme, sendo a primeira vez relatado na literatura que um composto age inibindo cdrA. Os dados obtidos em nosso estudo poderiam estimular novas abordagens em áreas como fisiologia e controle de artrópodes, genética e fisiologia de microrganismos e controle de biofilmes. / The oviposition is a vulnerable stage of the tick life cycle. Rhipicephalus microplus, as all Ixodidae and Argasidae, has a specialized gland, the Gene’s organ, which produce a wax that is smeared on egg surface during oviposition. In addition to restricting excessive water loss, wax acts as a barrier to attack by invading organisms. In R. microplus, as in other ticks, there are few studies showing antimicrobial activity in eggs. Moreover, there is no report of antibiofilm activity in tick eggs nor in any other arthropod. The objective of our study was to evaluate the hypothesis of the existence of defense mechanisms against bacterial biofilms in R. microplus eggs. The eggs wax water/methanol extract showed activity against Pseudomonas aeruginosa biofilm without affecting its viability. This extract also presented an antibiotic effect against Staphylococcus epidermidis. We have identified the molecule anti-biofilm and antibiotic as N-(3-sulfooxy-25-cholest-5-en-26-oyl)-L-isoleucine (boophiline). In the search for possible mechanisms responsible by antibiofilm effect of boophiline against P. aeruginosa, 14 genes were evaluated by qRT-PCR. We showed that boophiline inhibits the expression of fliC (flagellum) and cdrA (matrix structural component), whose products are necessary for biofilm formation in P. aeruginosa. Bis-(3’–5’)-cyclic dimeric guanosine monophosphate (c-di-GMP) is an important second messenger, characteristic of Gram-negative bacteria. High intracellular levels of c-di-GMP promote a sessile mode of growth, while low levels promote motile behavior. In line with this, we found that boophiline increases swarming motility, which raised the question whether it acts by altering c-di-GMP levels. Interestingly, when c-di-GMP levels were increased by overexpression of a diguanilate cyclase, boophiline no longer inhibited biofilm formation. One explanation for these results is that boophiline interferes with a specific c-di-GMP-regulated pathway, which would explain we have not obtained a decrease in the total level of this second messenger. Conversely, boophiline had a bactericidal effect against S. epidermidis. Significant morphological changes were observed in the boophiline-treated cells, which appeared to be severely damaged. Boophiline was found to cause abnormal septum formation, bacterial membrane disruption, and extravasation of intracellular material. Additionally, our work also aimed to evaluate the potential antibiofilm and anti-protozoa of culture filtrates obtained from bacteria isolated of R. microplus tissues. Fourteen bacterial culture filtrates showed remarkable activity against of P. aeruginosa and S. epidermidis biofilms, and were cytotoxic against Tritrichomonas foetus. Our work is pioneer in demonstrating the existence of protection mechanisms in tick eggs against biofilms, and ticks-associated bacteria as producers of bioactive molecules. Furthermore, we demonstrated that boophiline is a new antibiofilm molecule, and is the first reported in the literature that a molecule inhibits cdrA. The data obtained in our study could stimulate new approaches in areas such as the physiology and control of arthropods, the genetics and physiology of microorganisms, and biofilm control.

O carrapato Rhipicephalus (Boophilus) microplus é o principal ectoparasita bovino e causa importantes perdas econômicas nas criações de bovino. O controle imunológico é estudado como um método alternativo para seu controle, no entanto, uma vacina eficaz ainda necessita ser desenvolvida. A proteína BYC (Boophilus Yolk Pro-Cathepsin) é uma aspártico proteinase presente no ovo do carrapato e envolvida na embriogênese, já tendo sido testada como imunógeno vacinal. O propósito deste estudo foi avaliar se a inoculação de plasmídeos para expressão em células eucarióticas (BYCr-PC e BYCr-PME) contendo a região codificante para a proteína BYC poderiam gerar uma resposta imune específica. A região codificante da proteína BYC foi amplificada por PCR e clonada em dois vetores de expressão eucariotos (pcDNA3 e pME18Neo). Os clones, BYCr-PC e BYCr-PME foram utilizados para testes de inoculação de camundongos BALB/C por via intramuscular. Os camundongos receberam duas inoculações de 100 μg das construções (BYCr-PC ou BYCr-PME) e os controles negativos receberam somente PBS, pcDNA3 ou pME18Neo. A produção de anticorpos, após a inoculação, foi avaliada por Western Blotting e ELISA, sendo detectados anticorpos contra a proteína BYC nos camundongos inoculados com a construção BYCr-PC. A imunolocalização da proteína BYC nas amostras de músculo no local da inoculação foram realizadas com o monoclonal BrBm5 (anti-BYC). Estes resultados mostraram que a inoculação com o plasmídeo BYCr-PC induz a produção de anticorpos específicos e possibilita testar o uso de uma vacina de DNA como um método alternativo para o controle de carrapatos. / The Rhipicephalus (Boophilus) microplus tick is the major bovine ectoparasite and causes important economical losses on cattle breeding. The immunologic control has been studied as an alternative method for the tick control. However, an effective vaccine remains to be developed. BYC (Boophilus Yolk Pro-Cathepsin) is an aspartic proteinase found in eggs that is involved in the embryogenesis of Rhipicephalus (Boophilus) microplus, and it has been proposed as a probable antigen in vaccine development. The purpose of this study was to evaluate whether the immunization containing rBYC (rBYC-PC and rBYC-PME) could elicit a specific anti-BYC immune response in vivo. The cDNA of BYC was amplified by PCR and it was cloned into two eukaryotic expression vectors (pcDNA3 and pME18Neo). The clones, rBYC-PC and rBYC-PME, were produced in large scale for immunoassays. To evaluate the immunogenicity of BYC, BALB/c mice were immunized with DNA vaccine by intramuscular injection. The mice received two intramuscular inoculations of 100μg plasmids DNA (rBYCPC or rBYC-PME) and the negative controls received only PBS, pcDNA3 or pME18Neo. The production of antibody after the immunizations was evaluated by Western Blotting and ELISA. Antibodies against BYC in mice inoculated with rBYC-PC were detected. Immunolocalization of the rBYC protein in muscle samples from the injection site with rBYCPC was detected with monoclonal BrBm5 anti-BYC. These results show that DNA immunization produced specific anti-BYC antibodies and suggest that a DNA vaccine could prove useful to develop an alternative method for tick control.