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Praga nos EUA, formiga-de-fogo se espalha para Ásia

Desde os anos 1930, os Estados Unidos tentam combater a praga de formigas-de-fogo que se espalhou principalmente no sudoeste dos EUA. Agora, os invasores estão “usando” o país para invadir outra região. No caso, a Ásia.

Os insetos, da espécie Solenopsis invicta, também foram localizados em áreas da China, Taiwan, Austrália e Nova Zelândia nos últimos 20 anos. Testes realizados com as formigas que estão na Ásia mostram que elas vieram dos EUA. Pensava-se que elas vinham da América do Sul, de onde são originárias.

“Os controles biológicos podem ser melhor trabalhados se sabemos de onde as formigas-de-fogo vieram. Podemos também melhorar o monitoramento das áreas e as rotas de transporte”, comenta Marina Ascunce, do Museu de História Natural da Flórida.

Nos EUA, as formigas-de-fogo são responsáveis por um prejuízo anual de cerca de US$ 6 bilhões, entre danos à agricultura e gastos com o controle dos insetos.

Formigas do gênero Solenopsis injetam em suas vítimas um veneno constituído pelas solenopsinas, alcalóides 2,6-dialquilpiperidínicos isolados pela primeira vez no início dos anos 1970. Foram isolados tanto alcalóides de configuração absoluta 2R,6R–trans como 2R,6S–cis.

A biossíntese destas substâncias tem origem na condensação de uma cadeia policetídica, originária da condensação de unidades acetato, com uma fonte desconhecida de amônia. Os estudos de biossíntese foram realizados utilizando-se [¹⁴C-1]acetato, [¹⁴C-2]acetato e [¹⁴C-2]malonato como precursores marcados. O problema de se utilizar precursores marcados com ¹⁴C é que os produtos devem ser degradados quimicamente para se verificar a posição de incorporação dos átomos de carbono radioativos. Para que isso possa ser feito, é necessário se diluir o produto natural marcado isotopicamente (obtido após os experimentos de incorporação com os precursores radioativos) com o produto “frio”, ou seja, não marcado, obtido por síntese total. Porque isso? Porque a quantidade obtida do produto marcado isotopicamente é muito pequena (10 mg), além da taxa de incorporação dos precursores marcados ser também muito pequena (entre 0,027% para [¹⁴C-2]acetato e 0,0066% para [¹⁴C-2]malonato) nos alcalóides naturais.

Ou seja, antes de se iniciar os estudos de biossíntese, deve-se realizar os estudos de síntese total destas substâncias. Mas o que interessa aqui é a biossíntese.

A mistura de 10 mg dos estereoisômeros cis– e trans– da solenopsina A natural, isolada de Solenopsis geminata após os experimentos de incorporação com precursores marcados, foi diluída com 150 mg do produto de síntese total dos mesmos alcalóides. Em seguida a mistura foi submetida à degradação de Hoffman (quaternização do nitrogênio piperidínico, seguido da pirólise do mesmo anel, de maneira a originar um alceno terminal). O produto obtido foi hidrogenado para formar o alcano correspondente. O produto formado nesta reação foi submetido a uma segunda etapa de degradação de Hoffman, fornecendo uma mistura de alcenos. Esta mistura foi degradada por via oxidativa (KMnO₄/NaIO₄), formando ácidos carboxílicos com cadeias de diferentes extensões, os quais foram transformados em ésteres com o brometo de para-bromofenacila. A mistura de ésteres obtidos foi separada por cromatografia em coluna e os produtos puros foram recristalizados (a grande vantagem de se formar os ésteres com o reagente especificado, que favorece muito a formação de produtos cristalinos). Desta forma é possível se localizar atividade radioativa dos produtos obtidos em diferentes átomos de carbono das solenopsinas.

Medidas de atividade radioativa realizadas com os produtos obtidos confirmaram a hipótese que as solenopsinas são realmente  formadas pela condensação de unidades acetato. Os detalhes do trabalho experimental podem ser encontrados no pdf do artigo, aqui.

Quem realizou os estudos de síntese total foram Isabelle Thirionet e Sabine Leclercq, sendo que apenas a última fez os estudos de biossíntese. O trabalho de síntese orgânica foi iniciado em 1990 e publicado em 1994. O de biossíntese foi iniciado em 1991 e publicado em 1996. Pude acompanhar parte da investigação da rota de biossíntese das solenpsinas de formigas do gênero Solenopsis durante meu doutorado. Um trabalho bem legal, com um único problema: carbono-14 é radioativo, e emite partículas beta segundo a reação:

₆C¹⁴ à ₇N¹⁴ + oβ_-1

Apesar de carbono-14 não ser mutagênico, o tempo de meia vida do ¹⁴C é longo (cerca de 5730 anos). Ou seja, o resíduo de experimentos com compostos marcados com ¹⁴C deve ser descartado como resíduo radioativo. Por isso é que atualmente não se utiliza mais marcação isotópica com ¹⁴C em experimentos desta natureza, e sim marcação com ¹³C, que não é radioativo e tem uma segunda vantagem: pode ser detectado por ressonância magnética nuclear. Ou seja, não é mais necessário se diluir os produtos naturais marcados com ¹⁴C com o produto natural de síntese. Desta forma, os experimentos “clássicos” de biossíntese podem ser feitos de maneira mais segura, menos trabalhosa, e sem gerar resíduos radioativos, com uma desvantagem: aprende-se menos química.

Leclercq, S., Braekman, J., Daloze, D., Pasteels, J., & Meer, R. (1996). Biosynthesis of the Solenopsins, venom alkaloids of the fire ants Naturwissenschaften, 83 (5), 222-225 DOI: 10.1007/BF01143328

Categorias:química de produtos naturais

Tags:alcalóides, formigas-do-fogo, solenopsinas, Solenopsis invicta