desenvolvimento de uma tecnologia para … · desgranulação destas células, enquadrando-se como...

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DESENVOLVIMENTO DE UMA TECNOLOGIA PARA DESATIVAR EPITOPOS ALERGÊNICOS DE ALBUMINAS 2S PRESENTES EM TORTA DE MAMONA (Ricinus communis L.). NATALIA DEUS DE OLIVEIRA UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY RIBEIRO – UENF CAMPOS DOS GOYTACAZES, RJ. FEVEREIRO - 2009.

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DESENVOLVIMENTO DE UMA TECNOLOGIA PARA DESATIVAR

EPITOPOS ALERGÊNICOS DE ALBUMINAS 2S PRESENTES EM

TORTA DE MAMONA (Ricinus communis L.).

NATALIA DEUS DE OLIVEIRA

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY

RIBEIRO – UENF

CAMPOS DOS GOYTACAZES, RJ.

FEVEREIRO - 2009.

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DESENVOLVIMENTO DE UMA TECNOLOGIA PARA DESATIVAR

EPITOPOS ALERGÊNICOS DE ALBUMINAS 2S PRESENTES EM

TORTA DE MAMONA (Ricinus communis L.).

NATALIA DEUS DE OLIVEIRA

Tese apresentada ao Centro de Biociências

e Biotecnologia da Universidade Estadual

do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como

parte das exigências para obtenção do título

de Mestre em Biociências e Biotecnologia.

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO NORTE FLUMINENSE DARCY

RIBEIRO – UENF

CAMPOS DOS GOYTACAZES, RJ.

FEVEREIRO - 2009.

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Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Química e

Função de Proteínas e Peptídeos (LQFPP), no Centro de Biociências e

Biotecnologia (CBB) da Universidade Estadual do Norte Fluminense

Darcy Ribeiro – UENF, sob a orientação da Professora Olga Lima

Tavares Machado.

Financiamentos:

- FAPERJ (Fundação Carlos Chagas Filho de Amparo à Pesquisa

do Estado do Rio de Janeiro).

- CAPES (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível

Superior)

- CNPq (Conselho Nacional de desenvolvimento Científico e

tecnológico)

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DESENVOLVIMENTO DE UMA TECNOLOGIA PARA DESATIVAR

EPITOPOS ALERGÊNICOS DE ALBUMINAS 2S PRESENTES EM

TORTA DE MAMONA (Ricinus communis L.).

NATALIA DEUS DE OLIVEIRA

Tese apresentada ao Centro de Biociências

e Biotecnologia da Universidade Estadual

do Norte Fluminense Darcy Ribeiro, como

parte das exigências para obtenção do título

de Mestre em Biociências e Biotecnologia.

Aprovada em 16 de fevereiro de 2009.

Comissão examinadora:

Drª Marílvia Dansa de Alencar Petretski (UENF)

Dr. Renato Augusto DaMatta (UENF)

Dr. Maurício Afonso Verícimo (UFF)

Dr.ª Olga Lima Tavares Machado (UENF) (Orientadora)

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Dedico este trabalho,

a todos que acreditaram que

era possível iniciar mais esta

etapa de minha vida.

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vi

AGRADECIMENTOS

A Deus, por estar sempre presente em todos os momentos de minha vida.

A minha orientadora Olga, pela dedicação ao conhecimento, pelo zelo com

seus alunos, pela companhia e força nas dificuldades e, principalmente, nas vitórias.

A revisora deste trabalho, professora Dr.ª Michelle Muzitano, pela atenção e

carinho dispensados, pela dedicação e profissionalismo dedicados a esta revisão.

Aos membros da banca, Dr.ª Marílvia Dansa de Alencar Petretski, Dr. Renato

Augusto DaMatta e Dr. Maurício Afonso Verícimo, pela atenção e profissionalismo já

dispensados.

A minha família, em especial meu pai Adão, que mesmo longe se faz

presente no meu dia-a-dia através dos ensinamentos plantados em minha vida.

Ao meu amigo e noivo Hélio Neto, pela companhia, compreensão, sabedoria

e paciência. Enfim, pela sua presença em minha vida.

Aos amigos do laboratório, a outros amigos da UENF, aos amigos do CEFET

Campos e a minha amiga de sempre Adriana Pacheco, pelo companheirismo, pelas

conversas e pela alegria nos encontros.

A família Crespo e a família Pepe por compartilhar comigo um pouquinho de

suas feições familiares e o aconchego de um lar.

A todos os funcionários do LQFPP e do LBCT pela disponibilidade.

Enfim, a todos que contribuíram para o término deste trabalho.

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"Se houver um general forte,

não haverá soldados fracos."

Provérbio chinês

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SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS.....................................................................................................x

LISTA DE TABELAS...................................................................................................xii

LISTA DE ABREVIAÇÕES.........................................................................................xiii

RESUMO...................................................................................................................xiv

ABSTRACT.................................................................................................................xv

1- INTRODUÇÃO.........................................................................................................1

1.1- Economia da mamona................................................................................2

1.2- Semente.....................................................................................................3

1.2.1- O óleo...........................................................................................4

1.2.1.1- Biodiesel....................................................................................5

1.2.2- A torta...........................................................................................9

1.3- Compostos tóxicos e alergênicos.............................................................10

1.3.1- Ricina..........................................................................................10

1.3.2- Alérgeno de mamona – Albumina 2S.........................................12

1.4- Hipersensibilidade....................................................................................16

1.4.1 - Imunoglobulina do tipo E (IgE)...................................................19

1.4.2 - Receptor FcЄRI.........................................................................21

1.4.3 – Mastócito...................................................................................22

1.4.4 – Epitopo......................................................................................24

1.4.5- Alergia desencadeada por albumina 2S.....................................26

1.5- Processos de destoxificação e desalergenização da torta de mamona...27

2- OBJETIVO..............................................................................................................32

3- MATERIAIS E MÉTODOS.....................................................................................33

3.1 - Obtenção do “pool” de albuminas 2S de sementes de mamona............33

3.2 - Obtenção de soro anti-albumina 2S........................................................33

3.3 - Tratamento químico do “pool” de albuminas 2S e da torta de mamona.34

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3.4 - Caracterização biológica – Avaliação da alergenicidade........................35

3.4.1 – Obtenção dos mastócitos de rato.............................................35

3.4.2 – Ensaios de desgranulação........................................................36

3.4.2.1 - Avaliação do percentual de desgranulação por

microscopia óptica.....................................................................36

3.4.2.2 – Quantificação de histamina.........................................37

3.4.3 - Obtenção das células RBL-2H3.................................................39

3.4.3.1- Quantificação de liberação da enzima β-

hexosaminidase.........................................................................39

3.5 - Análise estatística....................................................................................40

4- RESULTADOS.......................................................................................................41

4.1- Avaliação da atividade alergênica............................................................41

4.1.1- Morfologia celular - Microscopia óptica.......................................41

4.1.2- Quantificação da desgranulação de mastócitos.........................42

4.1.3- Quantificação de histamina.........................................................45

4.1.4- Quantificação de liberação da enzima β-hexosaminidase..........53

5- DISCUSSÃO..........................................................................................................56

6- CONCLUSÃO.........................................................................................................62

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...........................................................................63

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Partes da mamona, folhas, flor e fruto.........................................................1

Figura 2: Fluxograma do processo de extração do óleo da semente de mamona.....4

Figura 3: Estrutura secundária da ricina....................................................................11

Figura 4: Esquema do processamento do precursor das isoformas Ric c 3 e Ric c

1..................................................................................................................................14

Figura 5: Histórico das albuminas 2S de Ricinus communis L..................................15

Figura 6: Estrutura Primária do precursor das Albuminas 2S...................................16

Figura 7: Esquema da deflagração da alergia na presença do alérgeno..................19

Figura 8: Estrutura do receptor FcЄRI......................................................................21

Figura 9: Ativação celular do mastócito mediada pelo receptor FcЄRI.....................24

Figura 10: Estudo dos epitopos presentes nas albuminas 2S de mamona..............25

Figura 11: Fluxograma do tratamento proposto para desativar epitopos alergênicos

de albumina 2S de mamona utilizando diferentes compostos de cálcio....................34

Figura 12: Produto obtido a partir da reação química entre o-phthaldialdeido (OPA),

β-mercaptoetanol e a histamina proveniente dos grânulos liberados pelos mastócitos

do lavado peritoneal do rato.......................................................................................38

Figura 13: Microscopia eletrônica de transmissão de células RBL-2H3...................39

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Figura 14: Mastócitos do lavado peritoneal de rato corados por azul de toluidina,

após exposição à albumina 2S na presença de soros como fonte de IgE

específica...................................................................................................................42

Figura 15: Desgranulação de mastócitos do lavado peritoneal de rato (experimento

controle)......................................................................................................................43

Figura 16: Desgranulação de mastócitos do lavado peritoneal de rato frente as

amostras de albumina 2S tratadas.............................................................................44

Figura 17: Desgranulação de mastócitos do lavado peritoneal de rato frente as

amostras de torta de mamona tratadas......................................................................45

Figura 18: Padronização do método de dosagem de histamina...............................47

Figura 19: Perfil cromatográfico da histamina liberada pelos mastócitos de rato.....49

Figura 20: Sobreposição dos perfis cromatográficos da histamina liberada das

amostras de células incubadas com albumina 2S nativa e albumina 2S tratada com

hidróxido de cálcio a 4%, após cromatografia de troca catiônica..............................50

Figura 21: Sobreposição dos perfis cromatográficos da histamina liberada das

amostras de células incubadas com torta nativa e torta tratada com hidróxido de

cálcio a 4%, após cromatografia de troca catiônica...................................................52

Figura 22: Determinação da atividade biológica de albumina 2S de mamona pelo

ensaio de desgranulação com as células RBL-2H3...................................................54

Figura 23: Esquema da interação eletrostática entre o cálcio e as carboxilas dos

ácidos glutâmicos (epitopo) presentes na estrutura da albumina 2S de mamona ....59

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LISTA DE TABELAS

Tabela I: Principais oleaginosas cultivadas no Brasil para a produção de

biodiesel......................................................................................................................8

Tabela II: Porcentagem de desgranulação dos mastócitos e quantificação da

histamina liberada de seus grânulos após incubação com o “pool” de albumina 2S

nativa e, com a albumina 2S após o tratamento com hidróxido de cálcio a

4%.............................................................................................................................51

Tabela III: Porcentagem de desgranulação dos mastócitos e quantificação da

histamina liberada de seus grânulos após incubação com a torta de mamona nativa

e, com a torta de mamona após o tratamento com hidróxido de cálcio a

4%.............................................................................................................................53

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LISTA DE ABREVIAÇÕES

CB-1A Castor Bean Allergen

D-MEM Meio Eagle Modificado por Dubelcco’s

DIC Differential Interference Contrast

DNP dinitrofenol

DTH Hipersensibilidade do tipo tardio

EDTA Ácido Etilenodiamino Tetra-acético

HEPES Ácido N-2-Hidroxietilpiperazina-N'-2'-Etanossulfônico

HPLC Cromatografia Líquida de Alta Eficiência

IgA Imunoglobulina A

IgD Imunoglobulina D

IgE Imunoglobulina E

IgG Imunoglobulina G

IgM Imunoglobulina M

IL-10 Interleucina 10

IL-4 Interleucina 4

IL-5 Interleucina 5

MHC Complexo de Histocompatibilidade Principal

OPA o-phthaldialdeido

Ric c 1 Alérgeno 1 de Ricinus communis

Ric c 3 Alérgeno 3 de Ricinus communis

RBL-2H3 Rat Basophilic Leukemia Cells- Clone 2H3

TNP 2,4,6-trinitrofenol

TFA Ácido Trifluoracético

WRK Woodward´s Reagent

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RESUMO

Ricinus communis L. é uma planta da família Euphorbiaceae, conhecida no Brasil

como mamona, tendo grande importância econômica devido ao óleo extraído de sua

semente que pode ser utilizado para a síntese de biodiesel. Após a extração do óleo, obtém-

se a torta que possui alto teor protéico, porém, não pode ser utilizada para consumo animal

por possuir proteínas tóxicas (ricina) e alergênicas (albumina 2S). O reconhecimento de

epitopos de albuminas 2S através de IgEs ligadas na superfície dos mastócitos promove a

desgranulação destas células, enquadrando-se como hipersensibilidade do tipo I. O

presente estudo tem por objetivo realizar tratamento químico com albumina 2S purificada e

com a torta bruta de mamona, visando desativar os epitopos alergênicos. O método químico

utilizado consistiu de tratamento com compostos de cálcio adicionados às amostras de

albumina 2S e torta de mamona, em tratamentos separados. As amostras foram incubadas

com uma solução de hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio ou óxido de cálcio, a 4 e a 8%

na proporção de 1:1 (v/v), durante 12 horas, a temperatura ambiente. O ensaio biológico,

empregado a fim de avaliar a atividade alergênica destas amostras, consistiu da

quantificação da desgranulação dos mastócitos do lavado peritoneal de ratos e da histamina

liberada dessas células. Ensaios de desgranulação utilizando células RBL-2H3 foram

utilizados como outra metodologia empregada para confirmar a desativação dos epitopos

das amostras após o tratamento proposto. Verificou-se neste trabalho que os tratamentos

utilizando os compostos de cálcio apresentaram similaridades para modificar o alérgeno de

mamona, mostrando-se eficazes. Este fato foi avaliado pela redução da alergenicidade por

quantificação da desgranulação de mastócitos (redução de 70% para aproximadamente

30%, valor observado no controle negativo) e por dosagem de histamina. Os resultados

obtidos neste trabalho utilizando estes compostos contribuem para a obtenção de um

produto mais seguro para manipulação dos trabalhadores e com possibilidade de expansão

da aplicabilidade econômica, por exemplo, na alimentação animal. Por fim, de acordo com

os dados descritos sobre a existência de reação cruzada entre alérgenos de mamona e

alérgenos de outras fontes, os tratamentos propostos neste trabalho poderiam também ser

utilizados para modificar outras proteínas alergênicas.

Palavras-chave: albumina 2S, alérgenos, epitopos, tratamento químico.

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ABSTRACT

Ricinus communis L. is a plant of the Euphorbiaceae family, known in Brazil as

mamona. It has a great economical importance due to the extracted oil of its seeds that is

used for the synthesis of biodiesel. After oil extraction, a castor cake that contains high

protein level is obtained, however, it can not be used for animal consumption due to toxic

proteins (ricin) and allergenic (2S albumin). The recognition of epitopes of 2S albumin

through the reaction between IgEs connected on the surface of the mast cells promotes the

degranulation of these, which is defined as type I hypersensitivity. The present study has the

objective to carry out chemical treatments with purified 2S albumin and the crude castor cake

for to deactivate the allergenic epitopes. The chemical method used consisted of treatments

with compounds of calcium added to 2S albumin samples and castor cake, in treatments

separate. The samples were incubated with a solution of calcium hydroxide, calcium

carbonate or calcium oxide, 4 and 8% in the ratio of 1:1 (v/v), during 12 hours, at the room

temperature. The biological assay, used to assess the allergenic activity of these samples,

consisted of the quantification of mast cells degranulation of peritoneal fluid of rats and of

histamin released from these cells. Degranulation assay using the cells RBL-2H3 were used

as another method to confirm the deactivation of the epitope deactivation of the samples

after treatment. The treatments using compounds of calcium verified in this work showed

similarities to modify the allergen of castor bean and all they are effectives. This was valued

by reducing the allergenicity by quantification of mast cells degranulation (reduction of 70%

to approximately 30% value observed in the negative control) and histamine determination.

The results obtained in this work using these compounds contribute to get of a safer product

for manipulation of the workers and with the possibility of expanding the economical

applicability, for example, in animal feed. Finally, according to the data described about the

existence of cross-reactivity between castor bean allergens and allergens from others

sources, the treatments proposed in this work could also be used to modify other allergenic

proteins.

Keywords: 2S albumin, allergens, epitopes, chemical treatment.

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1- INTRODUÇÃO

A mamoneira (Ricinus communis L. – Figura 1) é uma oleaginosa conhecida

desde a Antiguidade por suas propriedades medicinais e como azeite para

iluminação (SANTOS et al., 2007; AZEVEDO & LIMA, 2001). É um vegetal

pertencente à família Euphorbiaceae e sua origem não é muito bem esclarecida,

devido a alguns autores divergirem, em sendo ora asiática, ora africana, e até

mesmo, como planta nativa da América. Sementes e outros objetos encontrados nos

túmulos comprovam que a mamona já era utilizada pelos egípcios há pelo menos

4000 anos (FELIX et al., 2008; SANTOS et al., 2007; FORNAZIERE JÚNIOR, 1986).

Figura 1: Partes da mamona, folhas, flor e fruto. Disponível em: http://www.vivercidades.org.br/publique222/media/florianas_mamona.jpg. Acesso em: 10/01/2009.

No Brasil a mamona é conhecida como carrapateira, rícino ou palma cristi.

Este vegetal cresce adequadamente em regiões que apresentam temperatura

temperada ou tropical, sendo uma espécie tolerante à seca e exigente em calor e

luminosidade, encontrada em diversas partes do mundo. Admite-se que essa

euforbiácea é conhecida no país desde a era colonial quando sua cultura foi

1

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introduzida durante a colonização portuguesa, devido à vinda dos escravos

africanos, onde nesta época, o óleo extraído de suas sementes era utilizado para

lubrificar eixos de carroças (SANTOS et al., 2007; AZEVEDO & LIMA, 2001).

Atualmente ela está disseminada por quase todo o território nacional, sobretudo no

nordeste, cujas condições climáticas são as mais adequadas ao seu

desenvolvimento (não deixando, porém, de existir em todo o país) (FORNAZIERE

JÚNIOR, 1986).

1.1 - ECONOMIA DA MAMONA:

Segundo o Banco de Desenvolvimento de Minas Gerais S. A., da mamona se

aproveita tudo, já que as folhas servem de alimento para uma espécie do bicho da

seda e a haste, além de celulose própria para a fabricação de papel, fornece

matéria-prima para a produção de tecidos grosseiros. Além dessas aplicações, as

hastes e as folhas podem ser utilizadas na melhoria das características físicas e

biológicas do solo, e a folha ainda serve para aumentar a secreção láctea das vacas

(AZEVEDO & LIMA, 2001).

A mamona é cultivada em várias partes do mundo; da industrialização de sua

semente obtém-se o óleo e a torta, sendo o primeiro, o principal produto, e o

segundo, um produto com capacidade de restaurar terras esgotadas (SANTOS et

al., 2007; AZEVEDO & LIMA, 2001). O óleo é extensivamente utilizado para fins

medicinais e industriais, podendo ser empregado em rotas de síntese de muitos

produtos, como cosméticos, lubrificantes, polímeros, etc (CHIERICE & NETO, 2007;

ANANDAN et al., 2005). Comparações entre temperatura e quantidade de óleo têm

demonstrado que o teor de óleo das sementes é proporcional à soma do calor

recebido pela planta em todo o seu ciclo vegetativo. Portanto, embora se adapte em

regiões subtropicais, se não houver bastante calor, a planta reduz a qualidade do

óleo e, conseqüentemente, a produtividade das sementes (FORNAZIERI JÚNIOR,

1986).

A mamona apresenta grande potencial para ser cultivada em amplas áreas do

território brasileiro, em razão de apresentar expressiva resistência à seca, exigência

em calor e luminosidade e, se adaptar perfeitamente ao clima semi-árido (CARTAXO

et al., 2004). A mamona pode ser considerada uma das oleaginosas tropicais mais

importantes devido a sua extraordinária capacidade de adaptação às condições

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3

adversas, à multiplicidade de aplicações industriais e medicinais de seu óleo (óleo

de rícino) e de seus produtos e, ao valor de sua torta (farelo restante das sementes

após a extração do óleo) utilizada como fertilizante (FORNAZIERI JÚNIOR, 1986).

No mercado mundial, no período compreendido entre 1978 e 2004, a Índia, a

China e o Brasil se mantiveram como principais produtores de mamona em baga

(semente descascada) (SANTOS et al., 2007). Na América do Sul, o Paraguai é o

produtor tradicional de mamona, com produção variável entre 10.000 e 25.000

toneladas anuais de mamona em baga (SAVY FILHO, 1999). No Brasil, a partir da

safra de 2001/2002, graças ao grande interesse mundial pelas fontes renováveis de

energia para substituição gradual das fontes minerais originárias do petróleo, tornou-

se evidente um programa nacional de estruturação da produção de mamona nos

estados do semi-árido brasileiro (BANDEIRA et al., 2004). No país, a produção em

escala comercial e tradicional da mamona no semi-árido é concentrada no estado da

Bahia, onde na safra de 2004/2005, foram colhidos 182.459 mil hectares com

produção estimada de 132.324 mil toneladas (SANTOS et al., 2007).

Com relação à produção mundial de biodiesel de mamona, no período

compreendido entre 2002 a 2003, 1,3 milhões de toneladas foram sintetizadas,

sendo deste total, aproximadamente 0.51 milhões de toneladas somente pela Índia

(BARNWAL & SHARMA, 2005). No Brasil, as indústrias de extração do óleo de

mamona em atividade estão instaladas na Bahia, em Minas Gerais, no Mato Grosso

e em São Paulo e, a capacidade destas empresas é suficiente para processar 440

mil toneladas/ano de mamona em baga, gerando, num período de 200 dias/ano, o

equivalente a 198 mil toneladas de óleo (SANTOS et al., 2007).

1.2 - SEMENTE:

A semente da mamoneira é muito variável, envolvendo cor, forma, tamanho,

peso, proporção do tegumento, presença ou ausência de carúncula e, maior ou

menor aderência do tegumento ao endosperma (FERNANDES, 2008). A

composição química das sementes de mamona varia com o cultivar e com a região

de cultivo, sendo que cerca de 90% do total de óleos presentes na semente

representam o ácido graxo ricinoléico (C17H32OHCOOH) que é extraído da semente

ou da baga por meio de máquinas apropriadas. A extração do óleo da semente ou

da baga é realizada por meio de máquinas apropriadas em que o método utilizado

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para se extrair o óleo pode ser por prensagem, a frio ou a quente, ou extração por

solvente, observe a Figura 2.

Figura 2: Fluxograma do processo de extração do óleo da semente de mamona (adaptado de FREIRE et al., 2007).

O óleo da mamona possui a capacidade de ser solúvel em álcool devido aos

três grupos hidroxílicos e à posição da dupla ligação na cadeia, o que o torna eficaz

para ser eficaz para a produção de biodiesel. Segundo dados da Embrapa de 2001

obtêm-se de cada 100 Kg de mamona em bagas, 45 Kg de óleo e 50 Kg de farelo e

torta (SANTOS et al., 2007). Alguns compostos, também encontrados nas sementes

da mamona, impedem a ampla aplicação de produtos originados de seu

processamento, como por exemplo, a proteína ricina (toxoalbumina) e o alcalóide

ricinina, que são produtos tóxicos, e uma fração alergênica que se trata de um

conjunto de glicoproteínas denominado CB-1A - Castor-bean allergen (BEWLEY &

BLACK, 1994).

1.2.1 - O óleo:

O óleo extraído das sementes de mamona abriga moléculas com

propriedades bastante flexíveis e estrutura, de certa forma incomum entre os ácidos

graxos existentes nos óleos vegetais. Segundo Vieira e colaboradores (1998) essas

características conferem, ao óleo da mamona, grande versatilidade química dentro

do ramo industrial, permitindo sua utilização em mais de 400 processos industriais.

A maior parte do óleo extraído da mamona é usada na fabricação de tintas,

vernizes, cosméticos e sabões. É utilizado também na produção de plásticos e de

fibras sintéticas, sendo essas últimas, antitóxicas e antialérgicas. Salienta-se

Semente Pré-limpeza

Aquecimento

Extração por prensagem

Óleo

Extração por solvente

Óleo

Torta

Farelo

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também que este óleo, devidamente processado, é um excelente lubrificante, sendo

ideal para motores de alta rotação, como foguetes espaciais e, os sistemas de freios

dos automóveis. O óleo desta oleaginosa pode ser utilizado na fabricação de

corantes, anilinas, desinfetantes, germicidas, óleos lubrificantes de baixa

temperatura, colas e aderentes, base para fungicidas, inseticidas, tintas de

impressão, vernizes, nylon e matéria-plástica. Outro uso deste óleo é na

biomedicina, na elaboração de próteses e implantes, substituindo o silicone, como

ocorre em cirurgias ósseas, de mama e de próstata (SANTOS et al., 2007;

OGUNNIY, 2006; MENEGHETTIA et al., 2006; AZEVEDO & LIMA, 2001).

Alguns pesquisadores admitem que o óleo de mamona seja o melhor óleo

vegetal para a produção de biodiesel, por ser o único solúvel em álcool e não

necessitar de calor, reduzindo o gasto de energia para sua transformação em

combustível (BELTRÃO & LIMA, 2007; OGUNNIY, 2006; MENEGHETTIA et al.,

2006; PARENTE, 2004). Uma série de estudos vem sendo realizados para tornar

viável o uso da mamona para a produção de biodiesel, que é um combustível

renovável, biodegradável, não corrosivo e ambientalmente correto, sucedâneo ao

óleo diesel mineral (FORNAZIERI JÚNIOR, 1986). Segundo estudos internacionais,

o Brasil, país que possui excelentes condições climáticas, com temperatura quente e

úmida e com precipitações pluviais regulares, tem potencialmente a capacidade de

abastecer o mercado com biodiesel, substituindo 60% do consumo mundial de óleo

diesel de petróleo. Neste contexto, sabe-se que a proporção de fabricação de

biodiesel é de 1.000 kg de óleo vegetal produzem 1.000 litros de biodiesel, sendo

que, 1.000 kg de sementes de mamona produzem 470 kg de óleo vegetal

(PARENTE, 2004).

1.2.1.1- Biodiesel:

A denominação de biodiesel para o novo combustível, composto basicamente

de um éster monoalquílico e com rendimento térmico equivalente ao diesel de

petróleo, foi usada pela primeira vez em 1988 por pesquisadores chineses

(KNOTHE, 2001). O Programa Nacional de Produção e Uso do Biodiesel (PNPB)

define biodiesel como um combustível obtido de uma mistura de diesel fóssil e

ésteres alcalinos de óleos vegetais ou gordura animal. Tecnicamente, biodiesel é um

éster álcali de ácidos graxos, feito por transesterificação catiônica de óleos ou

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gorduras, de plantas ou animais, com pequenas cadeias de álcoois tais como, o

metanol ou etanol (NASS, 2007).

O biodiesel substitui, total ou parcialmente, o óleo diesel de petróleo em

motores e pode ser usado puro ou misturado ao diesel em diversas proporções. A

mistura de 2% de biodiesel ao diesel de petróleo é chamada de B2 e assim

sucessivamente, até o biodiesel puro, denominado B100 (Disponível em

http://www.biodiesel.gov.br/. Acesso em 10/01/09).

Levando em consideração o meio ambiente, biodiesel é considerado “carbono

neutro” porque todo o dióxido de carbono liberado durante o consumo tem sido

seqüestrado para a atmosfera para o crescimento da safra das oleaginosas. Estudos

têm demonstrado que o consumo de biodiesel tem emitido menos poluente quando

comparado ao diesel (BARNWAL & SHARMA, 2005). Embora o interesse em óleos

vegetais como matéria-prima para combustíveis não seja recente, seu uso em

motores esbarrava na elevada viscosidade e na necessidade de manutenção

intensiva provocada pelo alto índice de resíduos de sua combustão. A solução para

tais limitações foi idealizada por Chavanne, cientista belga que, em 1937, misturou

álcool aos óleos vegetais e patenteou o processo de transesterificação (KNOTHE,

2001).

Muitos países estão buscando alternativas ao diesel derivado do petróleo por

causa do aumento do preço de petróleo, sua escassez e a preocupação mundial

com o meio ambiente (NASS et al., 2007). A União Européia é atualmente a líder

global na produção de biodiesel e o uso, com a Alemanha e França contabiliza 88%

da produção mundial, acompanhados pelos Estados Unidos, que produz 8% da

produção mundial. Nos Estados Unidos, a produção de biodiesel tem aumentado de

1.9 milhões de litros em 1999 para 284 milhões de litros em meados de 2007. No

Brasil, o progresso com relação ao biodiesel ocorreu em 2002, quando o ministro da

ciência e da tecnologia iniciou o Programa brasileiro para desenvolvimento

tecnológico do Biodiesel (ProBiodiesel). O Programa Nacional de Produção e Uso do

Biodiesel (PNPB) foi estabilizado (implantado) dois anos após, em dezembro de

2004 e, em 2005, a primeira planta de processamento de biodiesel foi estabelecida

no estado de Minas Gerais, usando a mamona como fonte de óleo vegetal. O PNPB

apresenta-se como um programa interministerial do Governo Federal que tem por

objetivo a implementação de forma sustentável, tanto técnica, como

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economicamente, a produção e uso do Biodiesel, com enfoque na inclusão social e

no desenvolvimento regional, via geração de emprego e renda (NASS et al., 2007).

O Brasil é o maior produtor de combustível de origem vegetal, além do

combustível 100% a base de álcool, adiciona-se 25% de álcool à gasolina

comercialmente vendida (CARVALHO, 1988). Quando o país começou o programa

de estudo e desenvolvimento de combustíveis alternativos e renováveis em 1930,

ele iniciou como pioneiro na pesquisa em biodiesel e, em 1980, a Universidade

Federal do Ceará obteve a primeira patente brasileira para o processamento do

biodiesel. O uso de espécies de plantas oleaginosas para a produção do biodiesel

no Brasil foi primeiramente proposto em 1975, coincidindo com o início do Pró-

álcool. A iniciativa do biodiesel resultou no programa intitulado Pró-óleo, ou

produção de óleos vegetais para propósito energético. O objetivo do Pró-óleo foi

gerar excedentes de óleos vegetais para a produção de biodiesel competitivo com o

petróleo. A meta inicial do Pró-óleo foi desenvolver um combustível baseado numa

mistura de 30% de óleo vegetal com o óleo diesel, com a eventual substituição do

diesel de petróleo por biodiesel. Porém, o Pró-Óleo não recebeu suporte financeiro

suficiente para crescer e desenvolver-se, sendo descontinuado no ano de 1980

(NASS, 2007).

O país atualmente tem em vista a necessidade de mudança para alcançar a

meta estabelecida em janeiro de 2005 pelo Programa Nacional de Produção e Uso

do Biodesel - PNPB (Lei #11.097/2005), e introduzir na matriz energética brasileira o

uso obrigatório de pelo menos 2% (B2) de biodiesel até 2008 e de 5% (B5) até 2013.

O PNPB tem por diretrizes implantar um programa sustentável, promovendo inclusão

social, garantir preços competitivos, qualidade e suprimento e, por fim, produzir o

biodiesel a partir de diferentes fontes oleaginosas e, em regiões diversas. A Agência

Nacional de Petróleo, Gás Natural e Biocombustíveis (ANP) está avaliando várias

solicitações para o financiamento do biodiesel, e com a abertura das novas fábricas

de biodiesel propostas, a capacidade de produção do país será suficiente para

alcançar a meta de 2008. Entretanto, um maior aumento no processamento será

necessário para alcançar o requerimento legal de 5% de biodiesel para 2013

(BELTRÃO & LIMA, 2007; NASS et al., 2007). Em fevereiro de 2009, o governo

brasileiro confirma a adição de 4% de biodiesel ao diesel para julho de 2009 e de 5%

em 2010 (Disponível em: http://www.biodieselbr.com/noticias/bio/governo-confirma-

b4-julho-b5-2010-27-02-09.htm. Acesso em 04/03/09).

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Várias matérias-primas e várias tecnologias têm sido usadas para produção

do biodiesel, contudo, para que sejam lucrativos, os biocombustíveis necessitam

fornecer um ganho de energia em rede, ser ambientalmente correto, ter um custo

competitivo, e ser produzido em quantidades suficientes, sem redução do

suprimento alimentício. A agricultura brasileira é facilitada pelo clima quente,

precipitação regular, muita energia solar, aproximadamente 13% da água potável do

planeta e, muitos hectares de terras férteis cultiváveis. Como mostrado na tabela I,

várias espécies de oleaginosas têm sido cogitadas como fontes para a produção do

biodiesel e outras ainda estão sob investigação com potenciais matérias-primas para

a produção de biodiesel, dentre elas o pinhão manso, cupuaçu, milho, murumu, etc.

As matérias-primas para a produção de biodiesel no Brasil variam grandemente

entre as regiões onde, a soja, o girassol, o algodão, a mamona, e a canola são

crescidas no sul, sudeste, e regiões centrais; a palma africana, o babaçu, a soja e a

mamona são encontrados nas regiões nordeste e norte (NASS et al., 2007).

Tabela I: Principais oleaginosas cultivadas no Brasil para a produção de biodiesel.

Cultivo Fonte botânica do óleo Teor de óleo (%)

Palma africana (Elaeis guineensis) Semente 22.0

Avocado (Persea americana) Fruto 7.0–35.0

Babaçu (Attalea speciosa) Semente 66.0

Mamona (Ricinus communis) Grão 45.0–48.0

Coco (Cocos nucifera) Fruto 55.0–60.0

Canola (Brassica spp.) Grão 40.0–48.0

Algodão (Gossypium hirsutum) Grão 15.0

Amendoim (Arachis hypogaea) Grão 40.0–43.0

Soja (Glycine max) Grão 18.0

Girassol (Helianthus annuus) Grão 38.0–48.0

Fonte: MAPA (2006b); Cadernos NAE (2005).

Com relação ao melhor cultivar de mamona para ser empregado para

produção de biodiesel, levando-se em consideração fatores como teor de óleo,

níveis de ricina e de alérgenos nas sementes de mamona, os estudos realizados por

Fernandes em 2008, objetivou verificar estes fatores em quatro cultivares de

mamona amplamente utilizada para o plantio no Brasil, e em cinco linhagens

utilizadas como intermediários na obtenção de novas cultivares pelo programa de

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melhoramento desta oleaginosa no país. Observou-se neste estudo que as

sementes dos cultivares IAC-226, BRS Nordestina e a linhagem SM Pernambucana

são as mais apropriadas para o cultivo, com teor de óleo superior a 45%, níveis de

ricina inferiores a 2% e concentrações de albumina 2S inferiores a 1,1%.

1.2.2 - A torta:

De acordo com Severino (2005), a torta é o principal produto da cadeia

produtiva da mamona, produzida a partir da extração do óleo das sementes na

proporção aproximada de 1,2 toneladas para cada tonelada de óleo extraída, ou

seja, corresponde a 55% de peso das sementes, valor que pode variar de acordo

com o teor de óleo da semente e do processo industrial de extração do óleo.

De acordo com Horton e Williams apud Chierice e Neto (2007) a torta da

mamona é uma massa orgânica que fica retida nos filtros após a extração do óleo

por prensagem; as características típicas deste produto, obtido em processos de

prensagem a quente, apresentam após terem sido retiradas as toxinas e os

alérgenos, dentre vários constituintes, 43% de proteínas, 35% de fibras, 10% de

umidade, 8% de cinzas, 2% de óleo, 1% de fósforo, 0,5% de cálcio e 0,5% de

magnésio.

Na Índia, o principal país produtor de mamona, cerca de 85% da torta são

utilizados como fertilizante orgânico (KONNUR & SUBBARAO, 2004) por ser

excelente fonte de nitrogênio e apresentar propriedades inseticidas e nematicidas

(DIRECTORATE OF OILSEEDS RESEARCH, 2004); além disso, a torta pode ser

usada como matéria-prima para a produção de aminoácidos, plásticos, em especial

os biodegradáveis, colas e outros produtos (CHIERICE & NETO, 2007).

O principal uso da torta residual da extração do óleo de mamoneira é como

adubo orgânico, que se constitui em um excelente fertilizante. A adição de torta de

mamona no solo, com dosagens variando de acordo com a cultura e o tipo de solo e

da riqueza ou não de nutrientes, além de suprir as necessidades nutricionais das

plantas, aumenta o pH do solo, eleva o conteúdo de carbono e promove a melhoria

geral na parte física do solo. A utilização da torta no solo, além de reduzir os

nematóides e elevar o poder tampão e a capacidade de troca de cátions do solo,

tem propriedade de reduzir a densidade aparente do ambiente em todos os tipos de

solos, o que interfere positivamente no crescimento e no desenvolvimento radicular,

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devido a melhor porosidade do solo, com rápida renovação adequada do oxigênio

(FORNAZIERI JÚNIOR, 1986).

As indústrias processadoras da semente preferem comercializar a torta

somente como fertilizante orgânico do solo, devido aos altos custos com os

processos de desintoxicação, destacando seu uso na lavoura canavieira, desde as

gerações passadas. Antes do conhecimento dos processos de desintoxicação, a

utilização da torta se limitava à adubação do solo, entretanto, os avanços científicos

neste ramo, poderão contribuir para aumentar sua utilização como ração animal

(AZEVEDO & LIMA, 2001). A torta pode obter maior valor comercial se utilizada

como alimento animal, mas esse emprego não tem sido possível até o momento, em

virtude da presença de fatores tóxicos e alergênicos em sua composição e da

inexistência de tecnologia industrial viável para seu processamento (FREIRE et al.,

2007).

Apesar de apresentar um alto teor de proteínas dentre elas 60% são

globulinas (solúveis somente em soluções salinas), 20% glutelinas (solúveis em

ácidos e álcalis diluídos), 16% são albuminas (solúveis em água e tampões diluídos

em pH neutro) e 4% são proteases (SILVA JR. et al., 1996), não se recomenda o

uso da torta para ração animal, pois é tóxica devido à presença da proteína ricina

(toxoalbumina), do alcalóide ricinina e do complexo alergênico, denominado de CB-

1A (Castor-bean allergen) que é uma mistura de proteínas de baixo peso molecular

e polissacarídeos. Atualmente sabe-se que o complexo alergênico CB-1A representa

cerca de 12,5% do peso da torta, como determinado pelo teste de precipitação de

antígenos diluídos. Este complexo é formado por cerca de 20 isoformas de proteínas

com massa molecular entre 10 e 14 kDa, sendo pertencentes à classe das

albuminas 2S. Duas isoformas alergênicas, Ric c1 e Ric c3 já se encontram

seqüenciadas e com características biológicas bem determinadas (FELIX et al.,

2008; SILVA JR. et al., 1996).

1.3 – COMPOSTOS TÓXICOS E ALERGÊNICOS DA MAMONA:

1.3.1 - Ricina:

A ricina é uma proteína encontrada exclusivamente no endosperma das

sementes de mamona, não sendo detectada em outras partes da planta, como

raízes, folhas ou caules. Representa de 1,5 a 2% do peso total da semente

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(ANADAN et al., 2005; COOK et al., 2006). Ela é a principal responsável pela toxidez

da torta de mamona e, está entre as proteínas de maior toxidez conhecida pelo

homem (MOSHKIN, 1986).

Trata-se de uma proteína heterodimérica, Figura 3, com massa molecular de

aproximadamente 65 KDa. Consiste de uma cadeia A (RTA), que exibe atividade

catalítica, unida por uma única ponte dissulfeto a uma cadeia B (RTB), que possui

propriedades lectina, sendo capaz de ligar-se à superfície de glicoproteínas

contendo resíduos de galactose e N-acetil-galactosamina (BRANDT et al., 2005). A

ricina é uma potente toxina que mata as células eucarióticas por inibir a síntese

protéica. Assim, ela é uma proteína da classe de toxinas conhecidas como proteínas

inativadoras de ribossomos, RIPs (COOK et al., 2006).

Figura 3: Estrutura secundária da ricina (BRANDT et al., 2005).

As RIPs podem ser do tipo 1 (monoméricas) e do tipo 2 (diméricas). As RIPs

tipo 1 apresentam apenas a cadeia A, que é uma glicosidase que remove um

resíduo de adenina do RNA ribossomal 28S. O RNA então depurinado fica

susceptível à hidrólise em pH alcalino, e em pH ácido na presença de anilina. A

região do RNA ribossômico modificada é essencial para ligação do fator de

alongamento, e os ribossomos modificados não podem dar suporte à síntese

protéica (OLSNES et al., 1975). No entanto, RIPs tipo 1 não são tóxicas pois não

possuem a cadeia B que é necessária para a ligação da toxina a célula alvo e para o

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direcionamento intracelular da cadeia A (OLSNES, 2004). Quando estão presentes

ambas as cadeias A e B, a toxina é classificada como RIP tipo 2, que é o caso da

ricina (COOK et al, 2006).

A cadeia A da ricina é muito eficiente dentro da célula, apenas uma molécula

inativa milhares de ribossomos por minuto. Assim, uma molécula pode inativar

ribossomos mais rapidamente que a célula pode sintetizar novos ribossomos e,

portanto, a mata (OLSNES & KOZLOV, 2001). Os estudos conduzidos por Brito &

Tokarnia (1996) demonstram que a dose letal de sementes administradas por sonda

intragástrica para coelhos seria de 2g/Kg.

Na área médica, a ricina tem se destacado entre um grupo de proteínas

tóxicas que vêm sendo usadas como imunotoxinas, isto é, agentes terapêuticos

empregados no tratamento de câncer e doenças auto-imunes (BRANDT et al., 2005;

WOO et al., 1998; LORD et al., 1994).

A ricina é o principal empecilho para uso alimentar da torta da mamona para

animais (NA et al., 2004). Neste contexto, a destoxicação da torta de mamona diz

respeito, principalmente, a eliminação de ricina e, muitos grupos de pesquisa têm

trabalhado a fim de alcançar esse objetivo. Anadan e colaboradores em 2005

obtiveram êxito utilizando processos físicos, baseados no calor – fervura, autoclave,

forno de ar quente - e químicos baseados em álcalis – NaOH, Ca(OH)2, amônia.

Todos os métodos de destoxicação de torta de mamona para sua aplicação como

ração animal devem garantir eficiência, sem gerar efluentes ou resíduos sólidos, não

utilizar agentes químicos perigosos ou que causem riscos aos animais, além do

mais, a tecnologia empregada deve ser economicamente viável. O uso da torta

destoxicada como insumo para ração animal agrega valor a este outro produto

obtido a partir do processamento da semente para síntese do biodiesel (Empresa

Bombrasil, 2005).

1.3.2 – Alérgeno de mamona - Albumina 2S:

O termo alérgeno é utilizado para identificar substâncias que possuem a

capacidade de promover duas ou três propriedades moleculares distintas: i) a

propriedade para sensibilizar (isto é, induzir a produção de anticorpos de alta

afinidade, particularmente da classe IgE, pelo sistema imune); ii) a propriedade de

se ligar aos anticorpos IgE; e ainda, iii) a propriedade para ativar uma reação

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alérgica (isto é, desencadear sintomas alérgicos em uma pessoa sensibilizada)

(AALBERSE, 2000).

Os alérgenos vegetais em geral, são proteínas de defesa, que permitem a

planta resistir aos estresses bióticos e abióticos. Muitos tecidos de plantas, que são

consumidos por humanos, contêm milhares destas proteínas alergênicas.

Aproximadamente 0.5% da população dos Estados Unidos é afetada por vários

estágios da alergia alimentar mediada por imunoglobulina do tipo E (EL-AGAMY,

2007; BREITENEDER & RADAUER, 2004).

Os alérgenos de plantas são classificados dentro de famílias e superfamílias,

baseados na estrutura e função. Elas são agrupadas dentro de uma mesma família

se possuírem 30% (ou mais) de resíduos idênticos ou ainda se tiverem baixa

homologia, mas apresentarem função e estrutura muito similares. Os alérgenos de

origem vegetal mais abundante pertencem às superfamílias Cupin e Prolamina,

sendo que as albuminas 2S pertencem à família das prolaminas. Existem também

outros alérgenos pertencentes aos grupos das “proteínas relacionadas à

patogênese” e profilinas (BREITENEDER & RADAUER, 2004). Adicionalmente

tornou-se evidente que o nível de exposição e, as propriedades do alérgeno em si

são importantes para a determinação do potencial alergênico (BREITENEDER &

MILLS, 2005).

A existência da família prolamina é baseada na presença de um esqueleto

conservado de oito resíduos de cisteína. Todas as proteínas dessa superfamília são

de baixo peso molecular, além de serem ricas em cisteínas e apresentarem estrutura

tridimensional semelhante e rica em α-hélice. Nesta família estão incluídas as

proteínas transportadoras de lipídeo não específico (nsLTPs), os inibidores de α-

amilase e de proteases, a prolamina de cereais e as albuminas 2S (BREITENEDER

& RADAUER, 2004).

A família das albuminas 2S é um grupo de proteínas de reserva presente nas

dicotiledôneas ou magnoliopsidas, além de serem os principais alérgenos da

mamona. Estas proteínas são heterodiméricas e, apresentam massa molecular de

10.000 - 18.000 Da e altos teores de arginina, serina e glutamina. Sabe-se que

algumas delas são inibidoras de proteases e outras podem ainda apresentar

propriedades alergênicas (MACHADO & SILVA, 1992).

As albuminas 2S são sintetizadas em tempos específicos durante o

desenvolvimento da semente e depositadas dentro dos vacúolos (corpúsculos

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protéicos) durante o desenvolvimento da semente, para então serem degradadas

durante a germinação, dando suporte ao crescimento da semente (AHN & CHEN,

2007; REGENTE & LA CANAL, 2001). Elas são sintetizadas no retículo

endoplasmático rugoso, como um precursor protéico de alto peso molecular, Figura

4. Posteriormente este precursor é clivado proteoliticamente, gerando um peptídeo

ligante e outros pequenos peptídeos (JOLLIFFE et al., 2004; SHEWRY et al., 1995).

A glicosilação dessas proteínas pode ocorrer durante a síntese protéica e os

carboidratos incorporados são, em sua maioria, manose e glicosamina (JOLLIFFE

et al., 2004; BEWLEY & BLACK, 1994).

Figura 4: Esquema do processamento do precursor das isoformas Ric c 3 e Ric c 1. A) Precursor intacto com Peptídeo sinal em bege, pontes de enxofre em amarelo, Ric c 3 e Ric c 1 respectivamente em vermelho (cadeias leves) e em marrom (cadeias pesadas), peptídeos de ligação em azul; B) Perda do peptídeo sinal; C) Perda dos peptídeos de ligação com conseqüente separação das duas isoformas (Gomes da Silva, L).

Acreditava-se que as albuminas 2S fossem inativas metabolicamente, mas

atualmente, devido à sua capacidade inibidora de proteinases, às propriedades

alergênicas (MACHADO & SILVA, 1992), e à ação antifúngica (AGGIZIO et al.,

2003), acredita-se que elas estejam envolvidas em funções de defesa constitutivas

da planta (REGENTE & LA CANAL, 2001).

As propriedades alergênicas das albuminas 2S são resistentes à

desnaturação térmica e química, podendo, mesmo após os tratamentos de

desintoxicação, desencadear alergia por contato bem como por inalação

(MACHADO & SILVA, 1992; SILVA JR. et al., 1996).

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Historicamente (Figura 5), no ano de 1943, Spies e Coulson isolaram da

semente de mamona uma fração protéica de baixo peso molecular, estável ao calor,

que foi denominada CB-1A (castor bean allergens). No ano de 1947 a

hipersensibilidade desencadeada por mamona foi descrita pela primeira vez e em

1977, Li e colaboradores isolaram e caracterizaram uma proteína das sementes de

Ricinus communis L. de baixo peso molecular com alto “teor” de glutamina que

mostrou propriedades similares àquelas da proteína anteriormente isolada de

mamona. Posteriormente, no ano de 1978, Youle e Huang concluíram que CB-1A

era a mesma proteína de reserva caracterizada por Li et al. em 1977. Em 1982,

Sharief e Li isolaram e sequenciaram uma proteína das sementes de Ricinus

communis L. (Ric c 1), com coeficiente de sedimentação 2S, constituída de duas

subunidades unidas por pontes de enxofre. A menor contendo 34 aminoácidos (Ric c

1 cadeia leve) com massa molecular aparente de 4 kDa e a subunidade maior

composta de 61 aminoácidos (Ric c 1 cadeia pesada) com massa molecular de 7

kDa.

Figura 5: Histórico das albuminas 2S de Ricinus communis L. 1943 - Spies e Coulson, (CB-1A); 1977 - Li e colaboradores, isolaram e caracterizaram uma “outra”; 1978 – Youle e Huang; 1982- Sharief e Li, sequenciaram Ric c1; 1992 – Machado e Silva isolaram e sequenciaram Ric c3 (~11 KDa); Atualmente: ~ 20 isoformas de albuminas 2S já foram isoladas e parcialmente caracterizadas.

No ano de 1992, Machado e Silva isolaram e seqüenciaram um segundo

alérgeno da semente de mamona, denominado de Ric c 3, tendo peso molecular em

torno de 11 kDa, presente no mesmo precursor de 29 kDa de Ric c 1, como

mostrado na Figura 6; este alérgeno teve sua estrutura completamente elucidada no

ano de 1996. Desde 2003, muitas outras proteínas alergênicas, pertencentes à

classe das albuminas 2S, têm sido identificadas nas sementes de mamona por

Machado e colaboradores (FELIX et al., 2008; FREIRE et al., 2007).

1943 1977

1978

1982 1992

CB-1A Ric c1 Ric c3

Atualmente

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16

Figura 6: Estrutura Primária do precursor das Albuminas 2S. Verde = cadeia leve e cadeia pesada de Ric c 3; Marrom= cadeia leve e cadeia pesada de Ric c 1; Cinza = peptídeos que são eliminados durante o processamento (SILVA JR., 1996).

Muitos alérgenos de sementes pertencem a classe das albuminas 2S e, estes

podem também ser encontrados no pólen de plantas como girassol, gergelim,

amendoim e castanha; alérgenos semelhantes estão também presentes em algumas

fontes animais como peixe e camarão. Tais proteínas possuem estruturas

semelhantes o que poderia promover reações cruzadas entre tais alérgenos. Alguns

exemplos de alérgenos dessa família são: Ber e1, de castanha do Maranhão

(Bertholletia excelsa), Jug r1, de noz (Juglans regia) (BREITENEDER & RADAUER,

2004).

1.4 – HIPERSENSIBILIDADE:

O termo alergia ou hipersensibilidade refere-se a um estado alterado ou

anormal do sistema imune no qual, se o antígeno estiver presente e, o estado

imunológico humoral (anticorpos) ou celular se encontrar em nível intensificado,

pode ocorrer uma reação excessiva que conduzirá a grandes danos aos tecidos.

Relembrando que, o organismo que teve uma pré-exposição a um determinado

antígeno e, subseqüentemente, tem contato com o mesmo antígeno, a resposta

imunológica é reforçada (EL-AGAMY, 2007). As células do organismo previamente

sensibilizado, ao entrar em contato com o alérgeno, são atraídas para o local de

inoculação do antígeno e, estas, orquestram mecanismos celulares para tentar

eliminar e/ou proteger o corpo de maiores danos, contribuindo assim, para exacerbar

os sintomas nos indivíduos alérgicos (SICHERER & LEUNG, 2008).

De acordo com a classificação de Coombs e Gell (apud ROITT et al., 2003),

quatro tipos de reação de hipersensibilidade são descritas (I, II, III, IV), dentre as

quais, as três primeiras dependem da interação do antígeno com o anticorpo

humoral e são denominadas reação de tipo “imediato”; e o quarto tipo de reação

SSFFAAYYRRRRIITTTTIIEEIIDDEESSKKGGEERREEGGSSSSSSQQQQRRQQEEVVQQRRKKDDLLSSSSCCEERRYYLLRRQQSSSSSSRRSSTTGGEEEEVVLLRRMMPPGGDDEENNQQQQEESSQQQQLLQQQQCCCCNNQQVVKKQQVVRRDDEECCQQCCEEAAIIKKYYIIAAEEDDQQIIQQQQGGQQLLHHGGEEEESSEEVVAAQQRRAAGGEEIIVVSSSSCCGGVVRRCCMMRRQQTTRRTTNNSSQQGGCCRRGGQQIIQQEEQQQQNNLLRRQQCCQQEEYYIIKKQQQQVVSSGGQQGGPPRRRRSSDDNNQQEERRSSLLRRGGCCCCDDHHLLKKQQMMQQSSQQCCRRCCEEGGLLRRQQAAIIEEQQQQQQSSQQGGQQLLQQGGQQDDVVFFEEAAFFRRTTAAAANNLLLLPPSSMMCCGGVVSSPPTTSSRRFF

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envolve receptores ligados à superfície do linfócito, apresentando maior duração,

sendo, por isso, denominada de hipersensibilidade do tipo tardio (EL-AGAMY, 2007;

SICHERER & LEUNG, 2008).

O tipo I de hipersensibilidade, ou também conhecida como hipersensibilidade

imediata, depende da reação entre um antígeno com o anticorpo específico IgE

ligado na superfície dos mastócitos e/ou basófilos através do fragmento Fc,

conduzindo a liberação do conteúdo dos grânulos (histamina, leucotrienos e fator de

ativação de plaquetas, fatores quimiotáticos de eosinófilos e neutrófilos) (MAINTZ &

NOVAK, 2007). As moléculas de IgE específicas se ligam, através do receptor

FcЄRI de alta afinidade, na superfície de mastócitos teciduais e basófilos circulantes

(primeira sensibilização).

A hipersensibilidade citotóxica envolve a morte de células que possuem o

anticorpo ligado a um antígeno de superfície; este tipo de hipersensibilidade é do

tipo II e a morte celular se processa pelas células fagocíticas que se ligam através

do reconhecimento com IgG ou C3b, ou por lise mediada pelo sistema complemento

que é constituído de um conjunto de proteínas presentes no sangue que

complementam a ação dos anticorpos (GIERAS et al., 2007).

Outros tipos de anticorpos podem formar complexos imunes na circulação

que podem se depositar, principalmente, nos vasos sanguíneos, levando a lesão

mediada pela ativação do complemento, atração dos leucócitos e agregação

plaquetária, sendo esta reação, admitida como do tipo III de hipersensibilidade

(SICHERER & LEUNG, 2008).

Por fim, o tipo IV de hipersensibilidade é caracterizado como sendo celular ou

do tipo tardio (DTH) e é baseada na interação do antígeno com células T pré-

sensibilizadas. Estas são produzidas no timo e possuem receptores específicos em

sua superfície que quando estimuladas pelo contato com o antígeno apresentado

por APCs, elas internalizam o mesmo, o processam e posteriormente apresentam-no

em associação com moléculas do MHC de classe II à linfócitos CD4+ (ROITT et al.,

2003).

Em processos alérgicos ocorre a tendência ao desenvolvimento de fortes

respostas de hipersensibilidade imediata, e neste mecanismo estão envolvidos

reações imunes humorais (hipersensibilidade do tipo I) e mediadas por células

(hipersensibilidade do tipo IV). Numa reação alérgica, o epitopo ou determinante

antigênico, que é a menor porção do antígeno com potencial de gerar a resposta

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imune é reconhecido pelas imunoglobulinas do tipo E, desencadeando todo o

processo alérgico. Estes epitopos são compostos por resíduos de aminoácidos

seqüenciais ao longo da cadeia polipeptídica (epitopo linear ou contínuo) ou por

resíduos não-sequenciais oriundos de segmentos linearmente afastados, que após a

montagem da conformação da proteína permanecem unidos (epitopo

conformacional ou descontínuo) (GIERAS et al., 2007; ALEKSEEVA et al., 2007;

SCHEIN et al., 2005; WOLFF et al., 2004). Os epitopos contínuos são mantidos

após uma desnaturação, contudo, os epitopos conformacionais são perdidos

(ABBAS, 2003).

Sabe-se que as manifestações das respostas alérgicas acontecem de

maneira diferente de um organismo para outro, porém, todas estas respostas se

iniciam por um processo silencioso, conhecido como sensibilização

(LICHTENSTEIN, 1993). A sensibilização de um organismo se inicia com um

primeiro contato de um antígeno, normalmente uma proteína, que induz alergia,

sendo denominado alérgeno. Esta substância, ao penetrar no organismo por vias

aéreas ou por outros tecidos, é encontrada por células apresentadoras de antígenos

(APCs), como macrófagos e/ou células dendríticas, que endocitam esta substância

estranha que sofre clivagem proteolítica; os fragmentos peptídicos gerados, também

conhecidos como ‘epitopos de célula T” são direcionados para a membrana externa

da APC pelo complexo de histocompatibilidade principal de classe II (MHC II), na

forma de um complexo, peptídeo – MHC de classe II (ALEKSEEVA et al., 2007;

LICHTENSTEIN, 1993). Os linfócitos T auxiliares (TH 1 e/ou TH 2) reconhecem

esses epitopos expostos e juntamente com os linfócitos B iniciam a resposta

imunológica. A ativação de clones de células TH 2, específicas para o antígeno, é

essencial para o desenvolvimento de doenças atópicas, pois estas células ativadas

pelo contato com APCs produzem quantidades relativamente grandes de citocinas,

interleucinas 4 (IL-4) e 5 (IL-5), que podem, dentre outras funções, atuar como sinais

para a biossíntese de IgE pelos linfócitos B, que se associam aos receptores FcЄRI

que estão ligados na superfície dos mastócitos e basófilos (KAMBAYASHI &

KORETZKY, 2007).

Numa subseqüente exposição ao mesmo antígeno, conhecida como

segunda sensibilização, expressiva resposta alérgica é observada. Após a interação

do alérgeno com o tecido humano, ocorrerá ligação cruzada entre os segmentos

específicos do antígeno (epitopo de IgE) e as IgEs anteriormente ligadas aos

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receptores FcЄRI nos mastócitos e/ou basófilos, promovendo a ativação de

mensageiros intracelulares e posterior liberação de mediadores celulares, como

histaminas e prostaglandinas, que por sua vez induzirão mudanças fisiológicas e

anatômicas que desencadearão os sintomas alérgicos da hipersensibilidade

imediata, conforme o esquema da Figura 7 (KAMBAYASHI & KORETZKY, 2007;

ABBAS et al., 2003).

Figura 7: Esquema da deflagração da alergia na presença do alérgeno. (1) Primeiro contato do antígeno com células apresentadoras de antígenos (APCs) do organismo do indivíduo; (2) Apresentação do peptídeo pata linfócitos T via complexo peptídeo – MHC de classe II; (3) Linfócito T produz citicinas estimulatórias; (4) Linfócito B estimulado produzindo IgEs específicas; (5) e (6) IgEs específicas se ligam, através do receptor FcεRI, a superfície de mastócitos teciduais e basófilos circulantes, respectivamente; (7) Segunda sensibilização do organismo e ligação-cruzada; (8) Liberação do conteúdo dos grânulos celulares (por exemplo histamina).

1.4.1 - Imunoglobulina do tipo E (IgE):

A IgE é uma imunoglobulina dimérica, que possui peso molecular de 188 kDa

e que possui nível sérico (média em adulto mg ml-1) de 5 x 10-5 (JANEWAY et al.,

2002). É diferente das outras imunoglobulinas porque possui um domínio extra de

região constante, uma estrutura diferente para a região da dobradiça e sítios de

ligação diferentes para ambos os receptores de alta e baixa afinidade, FcЄRI e

FcЄRII, respectivamente (ROITT, 2003).

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O isotipo de imunoglobulina IgE contém a cadeia pesada Є, está presente em

baixas concentrações no plasma (1µg/ml) e circula como um anticorpo bivalente. As

regiões variáveis (V) da cadeia pesada e leve da IgE são as mesmas que de outras

imunoglobulinas. O gene épsilon (Є) codifica as regiões constantes (C) para esta

imunoglobulina e a IgE é produzida devido a alteração de isotipo da cadeia pesada

que é uma mudança sofrida pelos linfócitos B ativados que começam a expressar

outras classes de cadeias pesadas de imunoglobulinas, que não µ para IgM e δ para

IgD, e sim cadeias γ para IgG, α para IgA ou Є para IgE (ABBAS, 2003).

A biosíntese de IgE é realizada pelo linfócito B e, esta produção é regulada

por diferentes fatores como, a herança biológica, a exposição ao antígeno e as

citocinas de células T (ALEKSEEVA et al., 2007).

O anticorpo IgE proporciona o reconhecimento do antígeno para as reações

de hipersensibilidade imediata, na qual um antígeno é reconhecido por linfócitos B,

que se diferenciam em plasmócitos que sintetizam IgE específicas. Estes anticorpos

se ligam na superfície de mastócitos ou basófilos através de receptores FcЄRI de

alta afinidade e, com adjacente exposição a este mesmo antígeno, desencadeia-se

uma reação por ligação cruzada das moléculas de IgE, com posterior ativação dos

mastócitos e, subseqüente liberação de seus mediadores (KAMBAYASHI &

KORETZKY, 2007; ABBAS et al., 2003).

Como mencionado anteriormente, esta imunoglobulina é reconhecida

somente pelas células que expressam o receptor específico (FcЄRI) de alta

afinidade em condições de repouso, como é o caso de mastócitos, nos tecidos, e

basófilos na circulação (KAMBAYASHI & KORETZKY, 2007; ALEKSEEVA et al.,

2007; GIERAS et al., 2007; RIVERA & GILFILLAN, 2006; SCHEIN et al., 2005). O

mastócito e o basófilo são células que possuem a capacidade de liberar substâncias

mediadoras que afetam a permeabilidade vascular quando ativados, participando,

deste modo, na proteção das superfícies de mucosas contra patógenos (JANEWAY

et al., 2002).

O processo que atrai as células que contém histamina para o local de entrada

do alérgeno no organismo, é uma das razões para que os indivíduos alérgicos

tornem-se mais sensíveis (ROITT, 2003). Observa-se também, que indivíduos

atópicos, ou seja, aqueles pré-dispostos a hipersensibilidade imediata, possuem

maiores títulos de IgEs no sangue que os não atópicos, aumentando portanto o

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reconhecimento do antígeno pelo organismo e, desencadeando os sintomas da

alergia (ALEKSEEVA et al., 2007).

1.4.2 - Receptor FcЄRI:

Os FcЄRI são receptores que se ligam na IgE na superfície dos mastócitos e

basófilos, Figura 8. Esses receptores são expressos na superfície de mastócitos e

basófilos e se apresentam como um receptor tetramérico composto de uma cadeia

α, uma cadeia β e duas cadeias γ que são compartilhados com outros receptores

imunes (KAMBAYASHI AND KORETZKY, 2007; RIVERA AND GILFILLAN, 2006).

Figura 8: Estrutura do receptor FcЄRI compreendido de uma cadeia α que se liga a IgE, uma cadeia β transmenbrana e um homodímero de cadeia γ. Ambas cadeias β e γ contém ITAM. (RIVERA AND GILFILLAN, 2006).

A cadeia α é responsável pela ligação a molécula de IgE e as cadeias β e γ

participam na transdução de sinais na célula. Na ligação-cruzada do FcЄRI com

complexos de antígenos/IgE, a agregação de múltiplos complexos resulta na

transfosforilação de regiões do tipo ITAM (Immunoreceptor Tyrosine-based

Activation Motif) da cadeia β e γ por Lyn (proteína da família Src – tirosino quinases

que não são receptores) que está constitutivamente associada a cadeia β

(KAMBAYASHI AND KORETZKY, 2007; RIVERA AND GILFILLAN, 2006).

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Os mastócitos e basófilos expressam em sua superfície grande número de

receptores Fc de alta afinidade para IgE (FcЄRI). Em conseqüência, a superfície de

cada célula mostra-se recoberta por moléculas de IgE que foram produzidas pelos

plasmócitos, estas moléculas foram absorvidas da circulação e atuam como

receptores para antígenos específicos (ABBAS, 2003).

1.4.3 – Mastócito:

Os mastócitos foram primeiramente identificados por Paul Ehrlich que assim

os denominou (mast, bem nutridos ou saciados, do alemão) devido a seus grânulos

característicos que são densamente compactados (KAMBAYASHI AND KORETZKY,

2007; ROITT, 2003). Esta célula possui a capacidade de liberar substâncias que

afetam a permeabilidade vascular quando ativados, orquestrando as respostas

alérgicas e, acredita-se, que tenham um papel na proteção das superfícies de

mucosas contra patógenos (JANEWAY et al., 2002).

O precursor dos mastócitos se origina a partir de células sem grânulos

citoplasmáticos na medula óssea. Quando seus precursores migram para o tecido

conjuntivo ou para a lâmina basal própria da mucosa, há a sua proliferação e o

acúmulo de grânulos citoplasmáticos. Ambos, mastócitos e basófilos contêm

grânulos e derivam do mesmo progenitor na medula óssea (KIERSZEMBAUM,

2004). Na circulação, os mastócitos nos diferentes tecidos não podem ser

identificados, mas estas células são distintas tanto do ponto de vista morfológico

quanto citogenético, nos diferentes tecidos (ROITT, 2003). Basófilos e mastócitos

humanos, localizados respectivamente, na circulação e nos tecidos, têm sua origem

a partir de uma mesma população progenitora de células mielóides humanas

expressando CD34+ (KIRSHENBAUM, 1991).

Os mastócitos estão localizados predominantemente nas proximidades dos

vasos sanguíneos e nervos, abaixo dos epitélios e mucosas, estando presentes

também em órgãos linfóides. São caracterizados pela extrema abundância de

grânulos, os quais preenchem todo o citoplasma a ponto de, freqüentemente,

impedir a visibilidade do núcleo (DA SILVA & MOTA, 2003). Esses grânulos são

constituídos principalmente por glicoproteínas e coram-se metacromaticamente

devido ao seu conteúdo em proteoglicanos, destacando-se facilmente em cortes

corados por azul de toluidina (JUNQUEIRA & CARNEIRO, 2004). Na maioria das

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espécies, os mastócitos são extremamente ricos em histamina e heparina, e, no rato

e no camundongo, são, além disso, ricos em serotonina (DA SILVA & MOTA, 2003).

A ativação dos mastócitos se dá pela ligação cruzada das moléculas do

receptor FcЄRI, causada pela ligação de antígenos multivalentes às moléculas IgE

ligada ao receptor (ABBAS, 2003). Essa ativação resulta em três respostas

biológicas: secreção dos conteúdos pré-formados dos grânulos; síntese e secreção

de mediadores lipídicos; e secreção de citocinas. As funções efetoras dos

mastócitos são mediadas por estas moléculas solúveis liberadas das células sob

ativação.

As moléculas liberadas pelos mastócitos e basófilos após ativação (Figura 9)

podem ser divididas em mediadores pré-formados, que incluem as aminas

biogênicas, ou vasoativas e as macromoléculas dos grânulos, e os mediadores

recém-sintetizados, que incluem mediadores derivados de lipídeos e citocinas. Nos

mastócitos humanos o único mediador da classe das aminas biogênicas presentes

em quantidades significantes é a histamina (ABBAS, 2003). Os mais importantes

mediadores lipídicos são produtos do metabolismo do ácido araquidônico, tais como

prostaglandina D2, leucotrienos, especialmente o leucotrieno C4 (LTC4) e o

leucotrieno B4 (LTB4) que é um potente estimulador de neutrófilos, induzindo

quimiotaxia, adesão e degranulação, sendo estas reações envolvidas na

hipersensibilidade do tipo I, e o fator ativador de plaquetas (PAF) (BOYCE, 2003). A

histamina, a prostaglandina D2 e o leucotrieno C4 contribuem para a modulação da

mucosa pela indução de edema e da secreção de muco e, no caso de asma,

broncoconstrição. Mastócitos também secretam citocinas pró-inflamatórias incluindo,

IL-4, IL-5 e IL-13, que regulam a síntese de IgE pelo linfócito B e o desenvolvimento

de inflamação eosinofílica (BRADDING,1999).

Os mediadores vasoativos liberados em um processo alérgico são

provenientes dos grânulos citoplasmáticos contidos nestas células, Figura 9

(KAMBAYASHI & KORETZKY, 2007; MAINTZ & NOVAK, 2007). Esses grânulos

secretados são elétron-densos e heterogêneos, contêm histamina, heparina e

mediadores quimiotáticos que atraem outras células, como monócitos, neutrófilos e

eosinófilos circulantes do sangue, para os locais de ativação dos mastócitos

(KAMBAYASHI & KORETZKY, 2007; GIERAS et al., 2007; KIERSZEMBAUM et al.,

2004).

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Figura 9: Ativação celular do mastócito mediada pelo receptor FcЄRI. A interação do receptor ligado a IgE, realizando ligação cruzada com um antígeno que inicia diversas vias de ativação intracelular, culminando na liberação dos mediadores inflamatórios (adaptado de KAMBAYASHI & KORETZKY, 2007).

Os mastócitos são historicamente conhecidos pelo seu envolvimento na

hipersensibilidade do tipo I, mas possuem funções protetoras e homeostáticas. Eles

reconhecem diretamente os produtos de infecções bacterianas através de várias

proteínas receptoras na superfície, liberando proteases, citocinas e mediadores que

recrutam neutrófilos, limitando o alcance da infecção bacteriana e facilitando o

reparo do tecido (BOYCE, 2003).

1.4.4 – Epitopo:

A seqüência de aminoácidos reconhecida pela molécula de anticorpo é muito

menor que a macromolécula imunogênica. Por isso, a ligação do anticorpo ocorre

somente numa porção específica do antígeno. Esta região é chamada de epitopo ou

determinante antigênico. Os antígenos podem ter múltiplos epitopos e cada um pode

se ligar a uma molécula de anticorpo (ABBAS, 2003).

Com relação aos epitopos presentes na molécula de albumina 2S de mamona

(Figura 10), Vieira em 2002 observou que ambas as isoformas isoladas do “pool” de

albuminas 2S, Ric c 1 e Ric c 3, mesmo após serem submetidas à desnaturação,

são capazes de desencadear a desgranulação de mastócitos, indicando a presença

de epitopos contínuos nas duas isoformas. Mayerhoffer em 2004 verificou que após

a clivagem enzimática dessas isoformas, dois peptídeos presentes na cadeia

pesada de Ric c 3, induziram uma resposta significativa quanto a desgranulação dos

Núcleo

Leucotrienos

Citocinas Quemocinas

Histamina Leucotrienos Citocinas Quemocinas

Grânulos

Desgranulação

Antígeno

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mastócitos. Neste mesmo trabalho, Mayerhoffer caracterizou um epitopo linear, cuja

seqüência peptídica está presente também em outros alérgenos. Felix em 2006

caracterizou cinco epitopos lineares alergênicos nas isoformas de albumina 2S, Ric

c 1 e Ric c 3, de mamona. Na seqüência de todos os peptídeos identificados por

Felix em 2006 e Mayerhoffer em 2004 era possível observar a presença de pelo

menos dois resíduos de aminoácidos dicarboxílicos (ácido glutâmico e/ou aspártico).

Esta característica suporta a hipótese de que os grupamentos carboxílicos laterais

destas cadeias podem ser importantes na interação com as moléculas de IgE. Desta

forma, Carriello-Gama em 2006, tratou as albuminas 2S, bem como os peptídeos

sintéticos, identificados como epitopos ligantes de IgE, com o reagente Woodward`s

Reagent K (WRK - N-etil-5-fenilisoxazolium-3`-sulfonato), específico para ácidos

glutâmicos. Este trabalho obteve resultados satisfatórios para modificar a proteína

alergênica ao nível dos ácidos glutâmicos e, foi fundamental para provar que este

aminoácido participa, de modo direto, no reconhecimento pela IgE. Sendo assim,

Oliveira em 2008, passou a utilizar outras substâncias, menos específicas, no

entanto mais econômicas, que poderiam modificar o grupamento lateral deste

aminoácido.

Figura 10: Estudo dos epitopos presentes nas albuminas 2S de mamona. 2002 – Vieira demonstra a presença de epitopos contínuos Ric c1 e Ric c3; 2004 – Mayerhoffer identifica 1 epitopo (Desgranulação de mastócitos); 2006 – Felix demonstra a participação de resíduos de aminoácidos ácidos (ácido glutâmico e aspártico) nos 5 epitopos; 2006 – Carrielo-Gama confirma da participação do glutâmico no epitopo, com o tratamento utilizando WRK; 2008 – Oliveira propõe modificações no grupamento lateral deste aminoácido utilizando compostos de cálcio.

Conhecendo o envolvimento de ácidos glutâmicos na ligação à IgE , testes in

vitro foram propostos utilizando aminoácidos livres como agente bloqueadores de

IgE, neste modelo, os experimentos empregaram os aminoácidos dicarboxilícos, os

quais protegeram os mastócitos de rato, já sensibilizados com IgE contra albuminas

2S de R. communis L. Nesses experimentos, ficou evidente que este medicamento

impediu a resposta cruzada entre alérgenos de mamona e alérgenos alimentares e

2002 2004 2006 2006 2008

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inalantes (patente depositada em 2005). Nesse sentido, além do desenvolvimento

de agentes farmacêuticos bloqueadores na molécula de IgE, a produção de vacinas

anti-alérgicas baseada nos peptídeos específicos, anteriormente descritos, poderia

ser realizada de forma mais consciente através do reconhecimento dos epitopos

presentes no alérgeno.

1.4.5- Alergia desencadeada por albumina 2S:

A alergia desencadeada pela albumina 2S de mamona é causada

principalmente pela inalação da poeira da torta, representando um problema para os

trabalhadores das usinas de extração quanto para a população que habita as

proximidades da fábrica (GARCÍA-GONZÁLEZ, et al., 1999). Cabe salientar também

que Thorpe e colaboradores em 1988 demonstraram que os alérgenos de mamona

poderiam estar presentes também no pólen, uma vez que as pessoas que moravam

próximo às áreas de plantio apresentavam anticorpos específicos contra estas

proteínas (FREIRE et al., 2007).

Além da poeira da torta, como dito anteriormente, o pólen também representa

outro fator a ser considerado quando se trata de alergia desencadeada por mamona.

A mamona é um vegetal que possui flores que podem ter mais de 60 mil grãos de

pólen/flor que contém substâncias alergênicas, semelhantes às encontradas nas

sementes. As condições para dispersão desses grãos são: temperatura de 26 ºC a

29 ºC e umidade relativa do ar de 60%, variando de acordo com o cultivar

(BELTRÃO & AZEVEDO, 2007). A mamona apresenta longo período de floração e

seu pólen pode ser encontrado em algumas estações do ano, apresentando-se com

uma estrutura de tamanho médio e oval com 20 µm a 22 µm de largura e 29 µm a 33

µm de comprimento (BELTRÃO & AZEVEDO, 2007; GARCÍA-GONZÁLEZ, et al.,

1999).

Como descrito anteriormente, os alérgenos presentes na semente de

mamona são bem conhecidos, mas observam-se poucos relatos quanto ao papel

desempenhado pelos alérgenos presentes em seu pólen. Na Índia uma pesquisa

desenvolvida por Singh e colaboradores em 1992 demonstrou que existe variação

no perfil protéico de extratos de pólen de mamona em diferentes anos e lugares

deste país. No ano de 1997, a reação cruzada e a presença de epitopos comuns

entre as sementes e os extratos de pólen de mamona foram confirmadas (Singh et

al., 1997). Neste mesmo ano, alguns trabalhos demonstraram a reação cruzada de

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pólen de mamona com pólen de outras espécies vegetais como, Mercurialis annua

(Vallverdu et al., 1997), Putranjiva roxburghii (Singh et al., 1997). Em 1999, estudos

desenvolvidos por Garcia-Gonzalez e colaboradores demonstraram que o pólen de

mamona provoca sintomas de alergia respiratória. Nesse sentido, Parui e

colaboradores em 1999 propuseram uma nova abordagem para identificação e

caracterização parcial das proteínas alergênicas do pólen de Ricinus communis L.

No ano de 2002, Palosuo e colaboradores evidenciaram a reação cruzada entre

alérgenos de mamona e outros vegetais da família Euforbiácea, ratificando a

importância de estudos de reação cruzada como uma pesquisa diagnóstica.

Sabe-se que as doenças alérgicas têm aumentado muito nos últimos anos e

que, mais de 30% da população sofre de uma ou outra doença alérgica, tendo como

principais agentes causadores grãos de pólen, esporos fúngicos, os ácaros, epitélios

animais, etc. Os trabalhos de Singh & Kumar em 2003 demonstraram, de forma

quantitativa e qualitativa a prevalência de pólens na região da Índia, verificando que,

além de outros aeroalégenos, existe uma distribuição significativa de pólen de

mamona nesta área. Conhecendo também que a poluição do ar tem sido descrita

como um fator importante para o recente aumento na incidência de doenças

respiratórias e, que o ar transporta muitos grãos de pólen, o trabalho desenvolvido

por Bist e colaboradores, em 2004, observou uma variabilidade protéica do pólen de

mamona antes e após a exposição a poluentes atmosféricos. Outro recente estudo

desenvolvido por Felix em 2007 demonstra que mastócitos primeiramente

sensibilizados com imunoglobulinas do tipo E anti-albuminas 2S de mamona podem

sofrer desgranulação quando expostos a aeroalérgenos tais como poeira do ar,

fungos e tabaco e, a componentes alergênicos presentes em diversos alimentos tais

como camarão, peixe, glúten, trigo, soja, amendoim e milho. Estes estudos alertam

para a importância das exposições ao pólen desta oleaginosa, indicando a cautela

com relação à exposição a este antígeno para minimizar os riscos de reações

cruzadas.

1.5 - PROCESSOS DE DESTOXICAÇÃO E DESALERGENIZAÇÃO DA TORTA DE

MAMONA:

Visando agregar valores a torta, produto da extração do óleo da semente, e

aumentando o número de possíveis utilizações, dentre elas a alimentação animal,

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muitas pesquisas estão sendo realizadas em todas as partes do mundo visando

eliminar fatores que impedem a sua plena utilização, como a toxina ricina e o

alérgeno CB-1A.

A literatura (Perrone e colaboradores em 1966 e Kling em 1974) apresenta

algumas metodologias, já testadas e patenteadas em diversos países,

demonstrando a possibilidade de destoxificar à torta de mamona pelo seu

cozimento. Em 1940, Pertrozyan e Ponomarev (citados por Kling, 1974) apontaram

um processo de destoxicação que consistia em ferver a torta repetidamente, por

curtos períodos de tempo, com mudança de água após cada fervura. Do mesmo ano

até 1942 algumas patentes foram concedidas para processos de destoxicação da

torta de mamona em diferentes partes do mundo.

Em 1960, Gardner e colaboradores testaram diferentes processos para

destoxicação da torta de mamona combinando diferentes temperaturas, adição de

produtos químicos e outros processos, desde a adição de produtos alcalinos à

fermentação aeróbia, não levando em consideração a viabilidade industrial nem

econômica e tampouco as características nutricionais e a palatabilidade do produto

obtido. Este foi um primeiro relato sobre a tentativa de desenvolver um método para

destoxificação e, ao mesmo tempo, a desalergenização da torta de mamona,

combinando diferentes temperaturas e adição de produtos químicos. As

metodologias desenvolvidas por estes pesquisadores eram eficazes, mas ainda

precisavam de avaliação quanto ao custo e a palatividade do produto obtido.

Freitas, em 1974, avaliou a destoxicação e desalergenização da torta de

mamona pelo uso de radiação ionizante, concluindo que o processo foi capaz de

eliminar ambos os fatores anti-nutricionais.

Gandhi e colaboradores em 1994 propuseram um novo método para

destoxificação que consistia na mistura da torta de mamona com a torta da planta

Shorea robusta que também é tóxica devido ao alto teor de tanino o qual precipita a

ricina.

Segundo Kling em 1974, os métodos de destoxificação referidos na literatura

não possuem aplicabilidade industrial em virtude do alto custo e por prejudicarem a

qualidade do produto. Um dos primeiros requisitos para que a indústria possa operar

uma unidade de destoxificação e desalergenização é o desenvolvimento de métodos

confiáveis e de fácil execução.

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29

A alergenicidade não é tão grave quanto a toxidez, pois dificilmente causa

morte de animais ou seres humanos, porém a sua eliminação é bem mais difícil que

a inativação da ricina. A preocupação com a alergenicidade da torta de mamona

refere-se aos trabalhadores das indústrias de extração do óleo e os moradores dos

arredores das indústrias ou áreas de plantio, os quais estão expostos à poeira

levada pelo vento; outro fator a ser analisado é o risco de reações alérgicas dos

trabalhadores de campo que utilizam a torta como adubo e ficam submetidos à

poeira. O primeiro relato de alergia causada em uma comunidade por uma indústria

de extração de mamona foi feito no ano de 1928 em Toledo, Ohio, USA. Após este

caso, diversos relatos foram feitos: Alemanha (1942), Figline Valdarno, Itália (1949),

Tchecoslováquia (1949), Hungria (1950), Bauru, no estado de São Paulo (1953),

África do Sul (1953) e outros (ICOA, 1989).

Verifica-se que, ainda não existem processos industriais viáveis de

destoxicação da torta de mamona, porém em processos experimentais de pequena

escala, como na área acadêmica, a destoxicação é obtida por tratamento térmico,

como a autoclavagem (FREIRE et al., 2007). Poucas metodologias visando à

desativação dos alérgenos presentes na torta de mamona foram propostas, e

nenhuma delas realmente atingiu resultados satisfatórios que possibilitasse o

emprego industrial.

Em 2006, a inativação do alérgeno de mamona (CB-1A) foi descrita por KIM,

pela da utilização de aquecimento conjugado a tratamentos químicos (NaOH e

NaOCl). Segundo o autor, o alérgeno mostrou um decréscimo drástico em sua

atividade antigênica, desaparecimento de bandas na eletroforese, quando a

temperatura (70ºC) foi associada aos compostos químicos. No ano de 2008,

GODOY promoveu estudos experimentais das condições de cultivo do fungo

Penicillium simplicissimum para produção de lipases em rejeito de mamona e, de

forma indireta, obteve, após a fermentação em estado sólido submetida ao rejeito,

um produto destoxicado, ou seja, sem a presença da ricina.

Pesquisas visando reconhecer os epitopos presentes em albumina 2S de

mamona foram iniciadas no nosso grupo de pesquisa. Nesse sentido, Vieira em

2002 observou a presença de epitopos contínuos nas duas isoformas alergênicas

(Ric c 1 e Ric c 3) de albuminas 2S de mamona. No ano de 2004, Mayerhoffer

identifica um desses epitopos presentes no alérgeno de mamona através de ensaios

de desgranulação de mastócitos, caracterizando, neste trabalho, um epitopo linear,

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30

cuja seqüência peptídica está presente também em outros alérgenos. Dando

prosseguimento aos trabalhos realizados por Mayerhoffer, Felix e colaboradores,

mapeou quais seriam os aminoácidos responsáveis pela ligação da proteína

alergênica de mamona nas IgEs, identificando, deste modo, epitopos de ligação a

IgE contínuos em Ric c1 e Ric c3, sendo estes, mais resistentes a desnaturação

térmica, química e a proteólise (FELIX et al., 2008). Uma característica observada na

sequência dos epitopos alergênicos identificados em 2004 e em 2006 é a presença

de pelo menos dois resíduos de aminoácidos dicarboxílicos (ácido glutâmico e/ou

aspártico). Esta informação suporta a hipótese de que os grupamentos carboxílicos

laterais destas cadeias podem ser importantes na interação com as moléculas de

IgE.

No ano de 2006, em nosso grupo de pesquisa, Carrielo-Gama propôs

metodologias para o tratamento químico da albumina 2S de mamona. O tratamento

químico proposto modifica a estrutura da proteína ao nível dos ácidos glutâmicos,

epitopos contínuos anteriormente caracterizados, impedindo a ligação da proteína

modificada às IgEs ligadas nos mastócitos. Neste trabalho foi utilizado um reagente

específico contra os ácidos glutâmicos, muito empregado para modificações de

ácidos dicarboxílicos, conhecido como Woodward´s Reagent (WRK) que em sua

estrutura possui um átomo de N (nitrogênio) carregado positivamente em um

isozaxolium adjacente a um grupo fenilsulfonato aromático. Os resultados obtidos

por Carrielo-Gama, utilizando este tratamento químico, foram satisfatórios para a

modificação da proteína alergênica e, fundamentais para a confirmação da

participação dos glutâmicos na formação dos epitopos das albuminas 2S de

mamona, porém o WRK é um reagente caro e inviável para uso em escala industrial.

A proposta deste trabalho é baseada no tratamento químico da amostra do

alérgeno isolado e do alérgeno presente na torta de mamona, utilizando compostos

de cálcio, hidróxido, carbonato e óxido de cálcio. Estes compostos químicos já são

amplamente utilizados como suplementos alimentares e, se constituem reagentes

baratos para serem utilizados em escala industrial. Sabe-se também que o

tratamento da torta de mamona com hidróxido de cálcio já havia sido proposto por

Anandan em 2005 e, o mesmo, mostrou-se eficaz para desativar a proteína tóxica

ricina. Desta forma, nossa meta é comprovar a desalergenização das amostras

submetidas aos tratamentos com compostos de cálcio propostos neste trabalho.

Para a reação entre os compostos de cálcio e o alérgeno, acreditamos que o íon

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31

cálcio (Ca++) seja capaz de interagir eletrostaticamente com os ácidos glutâmicos,

epitopos anteriormente identificados, presentes na molécula de albumina 2S de

mamona e, desta forma, ocupando o local de interação com a IgE.

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32

2- OBJETIVO

O objetivo geral deste trabalho é desenvolver uma metodologia capaz de

desativar epitopos alergênicos presentes na torta de mamona (Ricinus communis L.)

utilizando tratamento químico com compostos de cálcio.

Os objetivos específicos são:

• Avaliar a eficiência dos compostos Ca(OH)2, CaCO3 e CaO em

desativar epitopos alergênicos de albumina 2S de Ricinus communis L.

através de testes de desgranulação de mastócitos;

• Avaliar a possibilidade de utilização de células RBL-2H3 para

determinação da atividade alergênica;

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3- MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 - OBTENÇÃO DO “POOL” DE ALBUMINAS 2S DE SEMENTES DE MAMONA:

As albuminas 2S foram extraídas de sementes de Ricinus communis L.

cultivar IAC-226 segundo a metodologia descrita por Thorpe et al. (1988), com

adaptações propostas por Machado e colaboradores em 2003. Cerca de 140 gramas

de sementes foram descascadas e, após a retirada das casacas, a massa livre do

tegumento foi registrada. Esta massa foi macerada com grau e pistilo e,

posteriormente embebida em hexano (300 mL) visando a extração do óleo. Esta

suspensão foi mantida sob agitação, à temperatura ambiente, durante 18 horas.

Após a agitação, a amostra foi centrifugada a 2250 x g por 30 minutos e, os lipídeos

que formaram uma camada na superfície do líquido puderam ser removidos. Essa

metodologia foi repetida por duas vezes. Após a extração do óleo, as proteínas

foram solubilizadas em tampão fosfato de sódio 0,2 M (pH 7,0) na proporção de 1:4

e, os resíduos insolúveis foram eliminados por centrifugação a 30.000 x g durante 15

minutos a 4°C. As proteínas do sobrenadante foram precipitadas com sulfato de

amônio a 90% de saturação durante 18 horas sob agitação. Após a precipitação, a

amostra foi centrifugada a 15.000 x g durante 15 minutos e o precipitado, contendo

as proteínas, foi recolhido e o sobrenadante descartado. O material recolhido foi

fervido durante 15 minutos, em banho-maria, visando flocular a ricina e,

subseqüentemente, submetido a uma nova centrifugação e, o sobrenadante

recolhido. Para separar a albumina 2S das outras proteínas presentes na amostra, a

mesma foi submetida a filtração em gel utilizando resina Sephadex-G-50

previamente equilibrada em TFA (ácido trifluoracético) 0,1%. A amostra foi eluída

com TFA 0,1% sob um fluxo de 1,0 mL/min e, frações de 1 mL foram coletadas e

detectadas a 280 nm. As frações correspondentes as albuminas 2S, foram

acumuladas, liofilizadas e guardadas a 4 ºC, em pequenas alíquotas.

3.2 - OBTENÇÃO DE SORO ANTI-ALBUMINA 2S:

O soro policlonal de rato anti-albumina 2S de mamona foi produzido na

Universidade Federal Fluminense, em colaboração com o Dr. Maurício Afonso

Verícimo. Para tanto, 10 ratos RA/Thor foram imunizados por injeção intraperitoneal

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de 0.5 mL de salina contendo 0.01 mg do “pool” de albumina 2S e 5.0 mg de

hidróxido de alumínio. Um mês, após a 1ª imunização, os animais receberam uma

dose reforço de antígeno. Neste caso, a mesma quantidade do antígeno foi

misturada com 2.5 mg de hidróxido de alumínio. Os animais foram anestesiados e

sangrados, por punção cardíaca, 7 dias após o reforço, volumes de soro iguais de

cada animal foram recolhidos, reunidos e guardados em alíquotas de 0.1 mL. Essas

alíquotas representam o “pool” de IgE anti-albumina 2S.

3.3 - TRATAMENTO QUÍMICO DO “POOL” DE ALBUMINAS 2S E DA TORTA DE

MAMONA:

O tratamento químico consistiu da adição de 100 µL de diferentes soluções de

compostos de cálcio (hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio ou óxido de cálcio) nas

concentrações de 4 e de 8% a 100 µL de “pool” de albumina 2S (1mg/mL). O meio

reacional (200 µL) foi deixado sob agitação por 12 horas, a temperatura ambiente,

figura 11.

Figura 11: Fluxograma do tratamento proposto para desativar epitopos alergênicos de albumina 2S de mamona utilizando diferentes compostos de cálcio.

A torta de mamona utilizada nos experimentos foi cedida pela EMBRAPA

(Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuária) e o tratamento químico com a torta

de mamona também consistiu da adição de 100 µL de diferentes soluções de

Ca(OH)2 CaO CaCO3

Alb 2S Torta

4%

8%

4%

8%

4%

8%

Caracterização Biológica

Amostras Tratadas

Microscopia óptica Ensaio de desgranulação Dosagem de histamina

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compostos de cálcio (hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio ou óxido de cálcio) nas

concentrações de 4 e de 8% a 100 µL de amostra de torta de mamona (0,3 g/mL). O

meio reacional (200 µL) foi mantido sob agitação por 12 horas, a temperatura

ambiente.

3.4 - CARACTERIZAÇÃO BIOLÓGICA – AVALIAÇÃO DA ALERGENICIDADE:

Para analisar as propriedades alergênicas das amostras empregamos ensaio

de desgranulação de mastócitos obtidos de lavado peritoneal de rato, o qual foi

avaliado por análise da morfologia celular por microscopia óptica e pela dosagem de

histamina liberada das mesmas. Como avaliação complementar, utilizamos ensaios

de desgranulação utilizando células RBL-2H3 por meio de quantificação da enzima

lisossomal β-hexosaminidase.

3.4.1 – Obtenção dos mastócitos de rato:

Ratos da linhagem Wistar (não imunizados), de aproximadamente 250 g cada

foram empregados como fonte de mastócitos. Três ratos foram sacrificados, um de

cada vez, por asfixia em CO2 e, posteriormente submetidos a uma incisão na

cavidade peritoneal, de aproximadamente 5 cm. Nesta abertura, foram inseridos 20

mL de meio de cultura DMEM (meio mínimo essencial de Eagle modificado por

Dulbecco) contendo 12 U.I./ mL de heparina para realizar a lavagem. O conteúdo

recolhido do primeiro rato foi utilizado para realizar a lavagem do segundo e assim

sucessivamente, objetivando enriquecer o conteúdo do lavado com mastócitos. O

lavado obtido dos animais foi retirado da cavidade peritoneal com o auxílio de uma

pipeta Pasteur e armazenado em tubo cônico tipo Falcon.

O conteúdo final recolhido do peritôneo dos ratos, aproximadamente 15 mL,

foi transferido para uma placa de Petri, permanecendo por 30 minutos em estufa à

37°C, visando separar os mastócitos dos macrófagos. Após esse período de tempo,

2/3 do meio de cultura foi retirado cuidadosamente da superfície da placa com

auxílio da pipeta Pasteur e descartado. O líquido remanescente (cerca de 4 - 5 mL)

contendo os mastócitos foi transferido para um tubo cônico tipo Falcon e essa

suspensão final de células, dividida em alíquotas de 100 µL, para posterior

sensibilização.

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3.4.2 – Ensaios de desgranulação:

Avaliamos a ativação dos mastócitos mediada ou não por imunoglobulinas. As

alíquotas de 100 µL da preparação enriquecida em mastócitos foram submetidas ao

tratamento com 1 µL de soro total anti-albumina 2S e com 10 µL da amostra a ser

testada (10 µg/mL). A mistura foi incubada por 1 hora a 37 oC. Nos controles de

ativação inespecífica, o soro foi omitido do ensaio. Para a avaliação da

desgranulação, uma alíquota de 10 µL foi utilizada para a contagem de mastócitos

por microscopia óptica, o remanescente foi reservado para a dosagem de histamina.

Para a detecção do percentual de desgranulação em todos os testes

realizados, o “pool” de IgE anti-albumina 2S obtido após imunização de ratos

RA/Thor foi diluído a uma proporção de 1:100 na suspensão de células. As amostras

foram preparadas para que se tivesse 1 µg/mL na mesma solução. Esta mistura foi

incubada por 1 hora na estufa de cultura de células a 37o C.

A desgranulação dos mastócitos foi avaliada por microscopia óptica e pela

quantificação da histamina liberada.

3.4.2.1 - Avaliação do percentual de desgranulação por microscopia

óptica:

A suspensão de células contendo os mastócitos (10 µL), após os diversos tipos

de incubação, foram misturadas e incubadas durante 15 minutos com 10 µL de

solução aquosa contendo 0,1% de azul de toluidina, 10% de formaldeído e 1% de

ácido acético, pH 2,8 para evidenciar a desgranulação. A contagem diferencial dos

mastócitos, íntegros e desgranulados, foi realizada em câmara de Neubauer, nos

quatro quadrantes, sendo visualizados em microscopia de contraste de interferência

diferencial de Normarski (DIC) utilizando o microscópio óptico Zeiss Axioplan.

Como controle negativo de sensibilização induzida, mastócitos sem

tratamento prévio foram também incubados com o corante nas condições citadas e,

observados ao microscópio óptico. A contagem destas células, íntegras e

desgranuladas, permitiu uma avaliação do procedimento de obtenção. Cada

experimento foi feito em duplicata e, foram empregados mastócitos do mesmo

animal. Os gráficos apresentando os resultados dos ensaios de desgranulação

foram construídos utilizando o programa GraphPad Prism 4.

O restante do material celular (90 µL) foi utilizado para a determinação da

histamina liberada, como descrito no item 3.4.2.2.

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Para verificar as mudanças morfológicas sofridas pelas células ao serem

incubadas com albumina 2S de mamona ao longo do tempo, os mastócitos do

lavado peritoneal de rato expostos ao alérgeno de mamona foram incubados em

diferentes tempos, variando de 0 a 1 hora. Transcorrido o tempo de cada amostra,

as células foram coradas por azul de toluidina, como descrito anteriormente e,

observadas através do microscópio óptico acoplado a uma filmadora para a captura

das imagens.

3.4.2.2 – Quantificação de histamina:

Para esta dosagem empregamos um processo de cromatografia de troca

catiônica, seguido por derivatização pós-coluna. A histamina presente no meio

reagiu com o-phthaldialdeido (OPA), produzindo um composto fluorescente. Vários

gradientes de eluição foram testados e o processo utilizado baseou-se na eluição

isocrática empregando-se NaOH 0,2M. Uma curva padrão foi feita empregando-se

de 1pmol a 1 nmol de histamina fornecida pela r-Biopharm.

Para este ensaio foram utilizados os 90 µL restantes da suspensão de células

do lavado peritoneal, pré-incubadas com soro e amostras de albuminas 2S ou torta

de mamona submetidas ao tratamento descrito no item 3.4.2.1. Neste caso, a

suspensão de células foi sedimentada através de uma centrifugação (4000 g) e por

um curto período de tempo (10 minutos). Vinte microlitros do sobrenadante foram

aplicados na coluna de troca catiônica para quantificação da histamina liberada, por

processos cromatográficos. O restante da amostra (70 µL) foi sonicado por 30

segundos para rompimento da membrana dos mastócitos. Uma alíquota de 20 µL da

amostra sonicada também foi analisada por cromatografia para dosagem da

histamina total. O processo de sonicação provocava o rompimento de praticamente

todas as células e os valores da quantificação de histamina foram tomados como

100%.

Os valores de histamina liberada pela incubação com o soro de cada uma das

amostras foram expressos em porcentagem. A construção de uma planilha de

valores (programa excel) foi realizada para corrigir os valores de histamina liberada

pelo número de células contadas por microscopia óptica.

A histamina foi dosada após separação dos componentes do meio reacional

(DMEM) por cromatografia de troca catiônica, empregando um sistema HPLC (High

Performance Liquid Chromatography). A eluição da histamina retida foi feita com

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NaOH 0,2 M empregando um fluxo de 0,6 mL/min. A histamina foi detectada após

associação com OPA, seguindo a reação apresentada na figura 12. A detecção foi

feita por derivatização pós-coluna, utilizando o reagente o-phthaldialdeido*.

Inicialmente o eluato foi neutralizado com a solução A (Na2CO3, H3BO3; K2SO4) e

depois reagia com a solução B (OPA 0,08%). Utilizamos um detector de

fluorescência da Shimatzu, modelo RF 535, sendo que, o produto da reação quando

excitado a 375 nm, emite no comprimento de onda de 460 nm.

Figura 12: Produto obtido a partir da reação química entre o-phthaldialdeido (OPA), β-mercaptoetanol e a histamina proveniente dos grânulos liberados pelos mastócitos do lavado peritoneal do rato.

* Preparo de reagente o-phthaldialdeído (OPA):

- Solução A:

Preparo de 1L do tampão com a seguinte composição química:

40,7 g de Na2CO3 (0,384M); 13,6 g de H3BO3 (0,216M); 18,8 g de K2SO4

(0,108M)

Os reagentes foram dissolvidos em água até um volume final de 1L. Ficando

o pH da solução próximo a 10, sem ajuste necessário.

- Solução B – OPA 0,08%:

400 mg de OPA foi dissolvido em 7 mL de etanol e em seguida foi adicionado

1 mL de 2-mercaptoetanol. O volume foi ajustado a 500 mL com a solução A.

CH

O

CH

O

+ HO-CH2-CH2-SH +

OPA

ββββ- mercaptoetanol

N – CH2 – CH2

C

C

H

S-CH2-CH2-OH

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3.4.3 - Obtenção das células RBL-2H3:

As células RBL-2H3 (Rat Basophilic Leukemia Cells- Clone 2H3) foram

gentilmente cedidas pela professora Dr.ª Maria Célia Jamur da USP- Ribeirão Preto.

Estas células pertencem a uma linhagem celular primeiramente isolada e clonada

em 1978 de basófilos de ratos Wistar que foram mantidas como tumor no Laboratory

of Immunology do National Institute of Dental Research, nos Estados Unidos da

América. Estas células possuem a morfologia característica de fibroblastos, com

propriedade de crescimento aderente e expressa o receptor FcЄRI (MORENO,

2003). As células RBL-2H3 (Figura 13) foram cultivadas em meio mínimo essencial

de Eagle modificado por Dulbecco (DMEM) suplementado com 15% de soro fetal

bovino, 0,434 mg/mL de glutamina, 100 U/mL de penicilina, 100 µg/mL de

estreptomicina e 0,25 µg/mL de anfotericina B, como previamente descrito

(BASCIANO et al., 1986; PIERINI et al., 1996) e mantidas em atmosfera úmida

contendo 5% de CO2 a 37ºC.

As células foram monitoradas com auxílio de um microscópio invertido e,

quando confluentes, foram removidas dos frascos de cultivo utilizando-se Tripsina a

0,5% contendo EDTA – 4Na (incubação de 15 minutos a 37 ºC, em atmosfera úmida

contendo 5% de CO2). Após a centrifugação a 1000 rpm/ 5 minutos, o sobrenadante

foi descartado e o sedimento ressuspendido em meio de cultura para subcultivos

destas células.

Figura 13: Microscopia eletrônica de transmissão de células RBL-2H3. (A) não estimuladas, (B) após estimulação (MORENO, 2003).

3.4.3.1- Quantificação de liberação da enzima ββββ-hexosaminidase:

Os ensaios de desgranulação utilizando as células RBL-2H3 foram conduzidos

e realizados no laboratório de Biologia Celular e Molecular de Mastócitos do

Departamento de Biologia Celular e Molecular e Bioagentes Patogênicos da

Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo - Campus de Ribeirão Preto.

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Para avaliar a desgranulação das células RBL-2H3, a quantificação de

liberação da enzima lisossomal β-hexosaminidase (% de desgranulação), um

mediador pré-formado, foi realizada. Um volume de 25 µL do sobrenadante ou 25 µL

do solubilizado de células, obtido com tampão Tyrode*, pH 7.3, em Triton 100-X 1%,

foi misturado com 25 µL do substrato sintético p-nitrofenol-N-acetil-β-D-glucosamida

(NAG; Sigma) preparado em tampão citrato-acetato* 0,1M, pH 4,5. As amostras

foram incubadas por 30 minutos a 37ºC e a reação foi parada pela adição de 50 µL

de NaCl 0,2M, NaOH 0,2M e glicina 0,2M. A reação da enzima celular com o

substrato foi detectada a 405 nm utilizando o leitor de microplacas (MORENO,

2003).

A preparação dos tampões utilizados nos ensaios de quantificação de liberação

da enzima β-hexosaminidase das células RBL-2H3 é descrita abaixo:

- Tampão Tyrodes - 3X (100 mL de água):

0,057g de CaCl2 2H2O

0,060g de KCl

0,302g de NaHCO3

2,402g de NaCl

0,013g de NaH2PO4

6,12 uL (4,9M) de MgCl2

0,300g de Sacarose

0,715g de HEPES

- Tampão citrato-acetato:

23,5 mL de ácido cítrico (2,44g + 116,0mL de H2O)

26,5 mL de citrato de sódio (3,32g + 112,9 mL de H2O)

3.5- ANÁLISE ESTATÍSTICA:

Os dados obtidos nos ensaios de desgranulação utilizando mastócitos de rato

foram analisados estatisticamente pelo one way ANOVA, utilizando o teste de

comparação múltipla de Tukey (P<0,001). Esta análise foi realizada pelo programa

GraphPad Prism 4.

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4- RESULTADOS

4.1- AVALIAÇÃO DA ATIVIDADE ALERGÊNICA:

4.1.1- Morfologia celular - Microscopia óptica:

A atividade alergênica foi investigada por ensaios de ativação dos mastócitos e,

a desgranulação foi desencadeada por albumina 2S e, posteriormente, avaliada por

visualização e contagem das células íntegras e desgranuladas no microscópio óptico

e/ou por quantificação da histamina liberada. As figuras 14 (A, B e C) mostram

mastócitos sem qualquer tratamento para ativação e as figuras 14 (D e E e F)

ilustram mastócitos sensibilizados por soro de albuminas 2S de R. communis L. e na

presença do alérgeno.

Para verificar as mudanças morfológicas sofridas pelas células ao serem

incubadas com albumina 2S de mamona, as mesmas foram observadas e

monitoradas durante diferentes tempos de incubação (0, 15, 30, 45, 55 e 60

minutos).

As células obtidas da cavidade peritoneal do rato foram mantidas inicialmente

na presença de DMEM e, posteriormente, expostas ao “pool” de albumina 2S de

mamona. Nestes ensaios utilizou-se como fonte de IgE específica o “pool” anti-

albumina 2S produzidos em ratos (RA/Thor) que foram imunizados contra albumina

2S de mamona.

Transcorrido o tempo de cada amostra, as células foram coradas por azul de

toluidina e observadas através do microscópio óptico acoplado a uma filmadora para

a captura das imagens. Os mastócitos demonstrados na figura 14 abaixo, fotos (A),

(B) e (C) foram utilizados como padrões de células íntegras e, os mastócitos das

fotos (D), (E) e (F) foram utilizados como exemplos de células desgranuladas.

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Figura 14: Mastócitos do lavado peritoneal de rato corados por azul de toluidina, após exposição à albumina 2S na presença de soros como fonte de IgE específica. Mastócitos sem ativação: A) tempo 0; B) após 30 minutos; C) após 60 minutos; Mastócitos ativados: D) tempo 0; E) após 30 minutos; F) após 60 minutos; Aumento de 400X.

Após contagem dos mastócitos íntegros e desgranulados, observamos que a

fração enriquecida com os mastócitos (controle negativo) apresentou cerca de 30%

de desgranulação, tanto na ausência, como na presença de soro total, indicando que

este percentual de desgranulação é inerente ao processo empregado para o

isolamento dos mastócitos ou reflete as condições fisiológicas do animal. Valores

similares foram encontrados quando albumina 2S foi incubada com os mastócitos na

ausência de soro total. No entanto, quando os mastócitos foram sensibilizados com

o soro total e a albumina 2S de mamona foi adicionada, observamos uma

desgranulação de cerca de 70% das células.

Em todos os ensaios de desgranulação, após a visualização e contagem das

células no microscópio óptico, uma alíquota foi retirada para quantificação de

histamina.

4.1.2- Quantificação da desgranulação de mastócitos:

Antes de iniciarmos os tratamentos propriamente ditos com as amostras de

albumina 2S e torta de mamona tratadas, primeiramente avaliamos o percentual de

desgranulação promovido pelos compostos propostos para o tratamento químico.

Nesse sentido, os compostos de cálcio, hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio e

óxido de cálcio, nas concentrações de 4 e de 8%, foram incubados com os

mastócitos provenientes do lavado peritoneal de rato. A figura 15 apresenta os

resultados obtidos após estas incubações. Podemos observar que esses compostos

A B C

D E F

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43

na presença ou na ausência de IgE específica anti-albumina 2S são incapazes de

ativar as células ao nível do controle positivo (albumina 2S + IgE específica) e

desencadear uma resposta celular. A desgranulação das células frente aos

compostos de cálcio foi de, aproximadamente, 40%. Esta etapa foi fundamental para

podermos afirmar que o tratamento químico proposto e, conseqüentemente, o

produto obtido não interfere biologicamente nos mastócitos de rato utilizados nos

ensaios in vitro.

Figura 15: Desgranulação de mastócitos do lavado peritoneal de rato (experimento controle). (1): Células-controle não estimuladas; (2): Albumina 2S + soro anti-albumina 2S; (3): Ca(OH)2 4%; (4): Ca(OH)2 8%; (5): CaCO3 4%; (6): CaCO3 8%; (7) CaO 4%; (8): CaO 8% (n=3, média ± D.P.; * P<0,001 em comparação com o controle positivo, pelo one way ANOVA, teste de comparação múltipla de Tukey).

A desgranulação dos mastócitos ao serem incubados com as amostras de

albumina 2S e torta de mamona tratadas com os compostos de cálcio como descrito

no item 3.3, também foi avaliada. Para tanto, as células obtidas do lavado peritoneal

de rato foram submetidas a incubação com as amostras tratadas na presença de

soro anti-albumina 2S de mamona. A Figura 16 abaixo evidencia a atividade

alergênica das amostras de albumina 2S após os tratamentos com os compostos de

cálcio. Pode-se observar que todos os tratamentos, hidróxido de cálcio, carbonato

de cálcio ou óxido de cálcio, nas duas concentrações, promoveram a redução da

alergenicidade das amostras de albumina 2S. Esta redução, demonstrada pelos

ensaios de desgranulação de mastócitos de rato, mostrou-se significativa,

apresentando-se próxima aos valores observados no controle negativo.

1 2 3 4 5 6 7 80

10

20

30

40

50

60

70

Amostras

*

*

** *

*

Po

rcen

tag

em d

e d

esg

ran

ula

ção

(%

)

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44

Figura 16: Desgranulação de mastócitos do lavado peritoneal de rato frente as amostras de albumina 2S tratadas, na presença do soro anti-albumina 2S. (Ct -) controle negativo: células não-estimuladas; (Ct +) controle positivo: células + albumina 2S sem tratamento; (A) Albumina 2S tratada com Ca(OH)2 a 4 ou 8%; (B) Albumina 2S tratada com CaCO3 a 4 ou 8%; (C) Albumina 2S tratada com CaO a 4 ou 8%; (n=3, média ± D.P.; * P<0,001 em comparação com o controle positivo, pelo one way ANOVA, teste de comparação múltipla de Tukey).

A figura 17 evidencia a atividade alergênica das amostras de torta de

mamona após os tratamentos com os compostos de cálcio. Pode-se observar que

todos os tratamentos, hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio ou óxido de cálcio,

nas duas concentrações, promoveram a redução da alergenicidade das amostras

de torta de mamona, assim como observado nas amostras do alérgeno isolado

(dado mostrado anteriormente – Figura 16). Esta redução, demonstrada pelos

ensaios de desgranulação de mastócitos de rato, também se mostrou significativa,

apresentando-se próxima aos valores observados no controle negativo.

Ct - Ct + 4% 8%0

10

20

30

40

50

60

70

Ca(OH)2

(A)

Po

rcen

tag

em d

e d

esg

ran

ula

ção

(%

)

* *

Ct - Ct + 4% 8%0

10

20

30

40

50

60

70

CaCO3

(B)

Po

rcen

tag

em d

e d

esg

ran

ula

ção

(%

)

* *

Ct - Ct + 4% 8%0

10

20

30

40

50

60

70

CaO

(C)

Po

rcen

tag

em d

e d

esg

ran

ula

ção

(%

)

**

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45

Figura 17: Desgranulação de mastócitos do lavado peritoneal de rato frente as amostras de torta de mamona tratadas, na presença do soro anti-albumina 2S. (Ct -) controle negativo: células não-estimuladas; (Ct +) controle positivo: células + albumina 2S sem tratamento; (T.N.) Torta Nativa: células + torta de mamona sem tratamento; (A) Torta de mamona tratada com Ca(OH)2 a 4 ou 8%; (B) Torta de mamona tratada com CaCO3 a 4 ou 8%; (C) Torta de mamona tratada com CaO a 4 ou 8%; (n=3, média ± D.P.; * P<0,001 em comparação com o controle positivo, pelo one way ANOVA, teste de comparação múltipla de Tukey).

4.1.3- Quantificação de histamina:

Para dosagem de histamina, empregamos inicialmente um processo de

cromatografia de troca catiônica, em que o material foi fixado em uma coluna Shim-

pack – amino – Na+ da Shimadzu, normalmente utilizada para a separação de

componentes de fluídos fisiológicos. O material ligado foi eluído por dois tampões

(Tampão citrato - ácido perclórico pH 3,2 e citrato - ácido bórico, pH 10,0) e

posteriormente por NaOH 0,2M. A histamina foi eluída com cerca de 5 minutos de

lavagem com este último eluente. Este processo durava cerca de 150 minutos e,

baseado nesta observação, aperfeiçoamos os processos cromatográficos, ajustando

a cromatografia para um método isocrático, de 10 minutos. Neste processo

cromatográfico, foi utilizado somente o hidróxido de sódio (NaOH 0,2 M), num fluxo

de 0,6 mL por minuto como eluente. Esta nova condição permitiu que os vários

Ct - Ct + T. N. 4% 8%0

10

20

30

40

50

60

70

Ca(OH)2

(A)

* *P

orc

enta

gem

de

des

gra

nu

laçã

o (

%)

Ct - Ct + T. N. 4% 8%0

10

20

30

40

50

60

70

CaCO3

(B)

**

Po

rcen

tag

em d

e d

esg

ran

ulç

ão (

%)

Ct - Ct + T. N. 4% 8%0

10

20

30

40

50

60

70

CaO

(C)P

orc

enta

gem

de

des

gra

nu

laçã

o (

%)

**

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46

componentes do meio DMEM utilizado nos ensaios de desgranulação fossem

eluídos logo no início do processo, separando-se da histamina.

A padronização do método de dosagem de histamina mostrou-se linear para

concentrações entre 1pmol e 125 pmols de histamina. Estes experimentos de

padronização foram realizados em co-participação com FELIX, no nosso grupo de

pesquisa, no ano de 2007. A Figura 18A mostra a sobreposição dos cromatogramas

de histamina na concentração de 12,5 pmols com a histamina na concentração de

125 pmols preparados em 20 µL de DMEM. A Figura 18B mostra uma ampliação da

sobreposição destes cromatogramas. Podemos observar que há uma boa resolução

entre os componentes do DMEM e a histamina. A Figura 18C mostra a sobreposição

dos cromatogramas de histamina a 1 pmol com a histamina na concentração de 12,5

pmols. A sobreposição realizada na Figura 18C demonstra que há uma boa

resolução do método, mesmo em quantidades pequenas de histamina.

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47

Figura 18: Padronização do método de dosagem de histamina. (A) Sobreposição do perfil cromatográfico da histamina 12,5 pmols com histamina 125 pmols. A linha azul delimita o DMEM; (B) Ampliação da sobreposição do perfil cromatográfico da histamina 12,5 pmols com histamina 125 pmols; (C) Sobreposição do perfil cromatográfico da histamina 1 pmol com histamina 12,5 pmols (FELIX, 2007).

C

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48

Após a padronização do método, verificando sua sensibilidade, iniciamos os

procedimentos para avaliar o percentual de liberação de histamina das células

obtidas do lavado peritoneal de rato. Nesta etapa, foi necessário, inicialmente,

ajustarmos uma metodologia para romper os mastócitos a fim de liberar

completamente o conteúdo de histamina contido nos seus grânulos. Deste modo,

tempos gradativos de exposição ao ultrassom (10 a 60 segundos) foram

empregados, sendo observado que 30 segundos foi a condição mais adequada para

liberação total de histamina.

Como controle do processo de sonicação, uma solução contendo 125 pmol de

histamina padrão por mL de DMEM foi submetida ao processo de sonicação por 30

segundos. Uma alíquota de 10 µL desta solução, após a sonicação, foi submetida ao

processo cromatográfico e, foi observado que o processo da sonicação não foi

destrutivo para histamina neste período de tempo.

Após as devidas padronizações para a quantificação da histamina, os ensaios

de desgranulação utilizando mastócitos de rato foram conduzidos. As células foram

observadas por microscopia óptica e 20µL do sobrenadante foi fracionado por

cromatografia de troca catiônica para quantificação da histamina liberada. O volume

remanescente foi sonicado, por 30 segundos, e uma alíquota de 20µL foi,

novamente, submetida ao fracionamento cromatográfico para quantificação da

histamina total.

A Figura 19A mostra a sobreposição dos cromatogramas referente a

histamina liberada das células dos lavado de rato obtidos após a incubação dos

mastócitos com albumina 2S na ausência de soro total e quando, os mesmos, foram

sensibilizados na presença do soro total anti-albumina 2S e também, na presença do

alérgeno (albuminas 2S). No experimento conduzido com albumina 2S de mamona

em presença de IgE específica, podemos observar a liberação de histamina

correspondente a desgranulação de mastócitos.

A Figura 19B mostra a sobreposição dos cromatogramas obtidos para a

quantificação de histamina liberada no ensaio de desgranulação com os mastócitos

de rato para histamina total (suspensão de células após sonicação). Neste

experimento, as células foram ativadas com albumina 2S de mamona em presença

de IgE específica.

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49

Figura 19: Perfil cromatográfico da histamina liberada pelos mastócitos de rato. (A) Incubação das células com albumina 2S na presença de IgE específica (rosa) e na presença de albumina 2S sem o soro (preto). (B) Incubação das células com albumina 2S na presença de IgE específica antes (rosa) e, após a sonicação (histamina total) (preto) (FELIX, 2007).

A Figura 20 apresenta a sobreposição dos perfis cromatográficos das

amostras de albumina 2S de mamona nativa e após o tratamento com hidróxido de

cálcio a 4%. Podemos observar que este tratamento com o Ca(OH)2 foi eficiente ao

modificar os epitopos alergênicos presentes na amostra de albumina 2S e, deste

modo, reduzir a alergenicidade desta amostra. Nesta figura podemos verificar que o

nível de histamina liberada dos grânulos das células quando incubadas com

A

B

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50

albumina 2S submetida ao tratamento com o hidróxido de cálcio foi menor quando

comparado ao de histamina liberada dos grânulos celulares após incubação com

albumina 2S nativa. A dosagem de histamina confirma os resultados provenientes

do ensaio de desgranulação dos mastócitos de rato.

Figura 20: Sobreposição dos perfis cromatográficos da histamina liberada das amostras de células incubadas com albumina 2S nativa e albumina 2S tratada com hidróxido de cálcio a 4%, após cromatografia de troca catiônica. Seta indica tempo de retenção da histamina.

Para a determinação do percentual de histamina liberada, associou-se os

valores quantificados pelo método cromatográfico, com o número de células

empregadas em cada ensaio, correlacionando esses valores com o total de

histamina liberada após o processo de sonicação (Tabela II). Podemos observar que

durante o processo de isolamento dos mastócitos ocorre cerca de 30% de

desgranulação, o que implica na detecção de 2% de histamina. Quando as células

são sensibilizadas com albuminas 2S na presença de IgE específica, a

desgranulação foi superior a 60% e o percentual de liberação de histamina é maior

que 50%. A histamina liberada dos grânulos dos mastócitos quando os mesmos

foram incubados com a albumina 2S tratada com hidróxido de cálcio a 4% na

presença de IgE específica encontrou-se, após detecção e quantificação, valores

próximos aos níveis observados no controle negativo. Este resultado ratifica os

dados obtidos nos ensaios de desgranulação, utilizando amostras de albumina 2S

Legenda:

__ Alb 2S tratada

__ Alb 2S nativa

Tempo de retenção (min)

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tratada com hidróxido de cálcio a 4%, já que a desgranulação resulta na liberação de

mediadores, dentre eles a histamina (Figura 16A).

Tabela II: Porcentagem de desgranulação dos mastócitos e quantificação da histamina liberada de seus grânulos após incubação com o “pool” de albumina 2S nativa e, com a albumina 2S após o tratamento com hidróxido de cálcio a 4%.

Amostra Desgranulação dos

mastócitos (%)

Histamina

detectada

(pmol)

Histamina

Sonicada

(pmol)

Histamina

liberada (%)

Controle negativo 33 0,2 10,6 2

Albumina 2S nativa sem

soro

34 0,3 9,4 3

Albumina 2S nativa + soro

(controle positivo)

61 1,5 2,7 56

Albumina 2S tratada + soro 40 0,4 5,6 7

A Figura 21 apresenta a sobreposição dos perfis cromatográficos das

amostras de torta de mamona nativa e após o tratamento com hidróxido de cálcio a

4%. Podemos observar que este tratamento foi eficiente ao modificar os epitopos

alergênicos presentes na amostra de torta e, deste modo, reduzir a sua

alergenicidade. Nesta figura podemos verificar que o nível de histamina liberada dos

grânulos das células quando incubadas com torta de mamona submetida ao

tratamento com o hidróxido de cálcio foi significantemente menor quando comparado

ao de histamina liberada dos grânulos celulares após incubação com torta nativa. A

dosagem de histamina confirma os resultados provenientes do ensaio de

desgranulação dos mastócitos de rato.

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52

Figura 21: Sobreposição dos perfis cromatográficos da histamina liberada das amostras de células incubadas com torta nativa e torta tratada com hidróxido de cálcio a 4%, após cromatografia de troca catiônica. A seta indica tempo de retenção da histamina.

Assim como realizado para os experimentos utilizando albumina 2S, os

ensaios para determinação do percentual de histamina liberada dos mastócitos

utilizando a incubação com a torta de mamona também foram submetidos a uma

associação entre os valores quantificados pelo método cromatográfico e o número

de células empregadas em cada ensaio, correlacionando esses valores com o total

de histamina liberada após o processo de sonicação (Tabela III). Quando as células

foram incubadas com concentrações elevadas da torta de mamona nativa ou tratada

(1 mg/mL), 100 vezes acima da concentração utilizada para o alérgeno isolado, não

foi possível observar de forma quantitativa a desgranulação dos mastócitos devido a

presença de resíduos da torta que mascaravam a contagem. No entanto, podemos

observar que o tratamento da torta com hidróxido de cálcio a 4% reduziu os níveis

de liberação de histamina em cerca de 20%, ratificando os resultados obtidos nos

ensaios de desgranulação utilizando amostras de torta de mamona tratada com

hidróxido de cálcio a 4% (Figura 17A).

Legenda __ Torta nativa

__ Torta tratada

Tempo de retenção (min)

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Tabela III: Porcentagem de desgranulação dos mastócitos e quantificação da histamina liberada de seus grânulos após incubação com a torta de mamona nativa e, com a torta de mamona após o tratamento com hidróxido de cálcio a 4%. (*N.d.: não determinado em função dos resíduos da torta no meio reacional).

Amostra Desgranulação dos

mastócitos (%)

Histamina

detectada

(pmol)

Histamina

Sonicada

(pmol)

Histamina

liberada (%)

Controle negativo 33 0,2 10,6 2

Albumina 2S nativa sem

soro

33,9 0,3 9,4 3

Torta de mamona nativa +

soro (controle positivo)

N.d.* 14,3 16,3 87

Torta de mamona tratada +

soro

N.d.* 28,6 44,8 64

Os outros tratamentos propostos com hidróxido de cálcio a 8%, carbonato de

cálcio e óxido de cálcio a 4 e a 8%, para a desativação de epitopos alergênicos

presentes nas amostras de albumina 2S e de torta de mamona somente foram

avaliados biologicamente através de ensaios de desgranulação de mastócitos de

rato, como mostrado anteriormente nas Figuras 16 e 17.

4.1.4- Quantificação de liberação da enzima ββββ-hexosaminidase:

A enzima lisossomal β-hexosaminidase foi quantificada a partir das células

RBL-2H3, como descrito no item 3.4.3.1. A Figura 22 apresenta os resultados do

ensaio de desgranulação utilizando esta linhagem celular. Estes experimentos foram

conduzidos e realizados na Universidade de São Paulo - Campus de Ribeirão Preto

e, para tanto, as concentrações de albumina 2S (amostra: 10 µg/mL) e de soro

específico (soro total anti-albumina 2S: diluição 1:100), foram as mesmas utilizadas

nos ensaios de desgranulação com as células do lavado peritoneal de rato, como

descrito no item 3.4.2.

Neste experimento, o controle positivo, ou seja, as células quando estimuladas

(EST) na presença do antígeno TNP (2,4,6-trinitrofenol) e da molécula de IgE anti-

DNP (IgE anti-dinitrofenol), resulta num percentual total de liberação celular da

enzima β-hexosaminidase de aproximadamente 30%, Figura 22 (barra 2). Com

relação ao alérgeno de mamona, primeiramente, realizamos a comprovação de que

ele necessita de moléculas de IgE específica para ativar e desgranular os

mastócitos. Desta forma, foram utilizados dois tipos de incubação com

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imunoglobulinas do tipo E, uma com IgE não-específica (IgE anti-DNP) e, outra com

a IgE específica (IgE anti-albumina 2S) na presença das albuminas 2S de mamona.

Como pode ser observado na figura 22 (barra 3), a incubação com a IgE inespecífica

não desencadeou a ativação e liberação da enzima comprovando, desta forma, que

a albumina 2S de mamona é dependente de moléculas de IgE específica. Outro tipo

de incubação realizada neste experimento foi somente a adição da amostra de

albumina 2S de mamona as células RBL-2H3 (barra 5), ensaio que não resultou na

liberação enzimática.

Quando a amostra de albumina 2S de mamona (Figura 22 - barra 3) foi testada

nas concentrações acima descritas e, na presença da molécula de IgE específica,

observou-se baixa ativação e desgranulação das células, acontecimento

quantificado pela liberação da enzima. Este evento pode ser explicado pela

necessidade do teste com a linhagem celular requerer maior concentração de soro

total e/ou de albumina 2S para ativar a desgranulação e, ensaios mais detalhados

são requeridos.

Figura 22: Determinação da atividade biológica de albumina 2S de mamona pelo ensaio de desgranulação com as células RBL-2H3. Barra 1: (NE) não estimulado, controle negativo; Barra 2: (EST) estimulado, controle positivo; Barra 3: Albumina 2S + IgE não específica; Barra 4: Albumina 2S + IgE específica; Barra 5: Albumina 2S. (n= 3, média± D.P.)

Os dados obtidos após a incubação das células RBL-2H3 com as amostras de

albumina 2S (barras 3, 4 e 5) mostraram-se, através da quantificação de liberação a

enzima β-hexosaminidase, não tão significativos quando em relação ao controle

positivo, células estimuladas (EST). Estes resultados podem ser explicados pela

necessidade de ajustes destes experimentos utilizando o alérgeno de mamona com

0

5

10

15

20

25

30

35

NE EST IgEantiDNP+A2S IgE espc+A2S A2S

% d

e lib

era

ção

de

b-h

exo

sam

inid

ase

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55

esta linhagem celular, já que as concentrações utilizadas nestes ensaios foram as

mesmas utilizadas para os ensaios de desgranulação com as células do lavado

peritoneal de rato anteriormente descritas no item, 3.4.2. Outro fator a ser

considerado, é que estes ensaios foram conduzidos na cidade de Ribeirão Preto-SP

e, as amostras de albumina 2S e soro anti-albumina 2S foram transportadas da

UENF-RJ até o campus da USP daquela cidade. Durante este transporte, o soro

pode ter se desnaturado e, desta forma, interferido nos resultados dos experimentos

com as células RBL-2H3.

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5- DISCUSSÃO

A crise mundial do petróleo e a adesão de alguns países ao protocolo de

Kyoto refletem a preocupação mundial com relação à falta de combustíveis e, com a

proteção do meio ambiente. A busca de alternativas para minimizar o uso de

combustíveis fósseis, como os derivados do petróleo, e a tentativa de reduzir a

emissão de gás carbônico na atmosfera, levou o mundo à pesquisa de combustíveis

renováveis (BARNWAL & SHARMA, 2005).

Estudos sobre o emprego de diversas fontes de biomassa na produção de

biodiesel têm sido intensificados no início deste novo milênio, tendo como proposta a

transformação de matéria-prima renovável em combustíveis alternativos aos

clássicos combustíveis derivados do petróleo, com baixo custo de produção e,

sobretudo de menor impacto ambiental (KHALIL, 2004).

Uma das propostas de desenvolvimento de combustíveis alternativos é a

síntese de biodiesel a partir de gorduras animais ou óleos extraídos de vegetais e,

como exemplo, pode-se citar o óleo de rícino, extraído da mamona. Sabe-se que o

elevado teor de óleo na semente de mamona, a precocidade de produção da

mamoneira e o rendimento de colheita por área plantada tornam a aplicação desta

oleaginosa altamente atrativa como matéria-prima no processo industrial de

produção de biodiesel (KHALIL, 2004). Além disto, o cultivar desta planta se ajusta

bem ao clima semi-árido da região nordeste do Brasil e torna seu plantio atrativo

para a fixação e desenvolvimento de famílias nesta região.

No ano de 2005, houve a aprovação da Lei n 11.097 que introduziu o biodiesel

na matriz energética nacional, tornando obrigatória a adição de 2% de biodiesel ao

diesel de petróleo a partir de janeiro de 2008 e de 5% a partir de 2013 (BELTRÃO &

LIMA, 2007; NASS et al., 2007). Devido a este crescente interesse nacional e,

mundial, na produção de biodiesel é de se esperar que o plantio desta oleaginosa

cresça de forma exponencial, aumentando enormemente o risco de sensibilização da

população exposta a substâncias alergênicas desta planta (FORNAZIERI JÚNIOR,

1986).

A alergenicidade não é tão grave quanto a toxidez, pois dificilmente causa

morte de animais ou seres humanos, porém a sua eliminação é bem mais difícil que

a inativação da ricina. A preocupação com a alergenicidade da torta de mamona

refere-se aos trabalhadores das indústrias de extração do óleo e os moradores dos

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arredores das indústrias ou áreas de plantio, os quais estão expostos à poeira

levada pelo vento e ao pólen desta oleaginosa. Outro fator a ser analisado é o risco

de reações alérgicas dos trabalhadores de campo que utilizam a torta como adubo e

ficam submetidos à poeira.

Alguns processos industriais foram sugeridos para a desalergenização da

torta de mamona, no entanto estes processos são empíricos, pois foram propostos

sem o prévio conhecimento dos epitopos alergênicos.

Em 1971, Mottola e colaboradores avaliaram o processo de desalergenização

pelo uso de vapor em diversas pressões e tempos de exposição. Em 1972, Mottola e

colaboradores (citado por ICOA, 1989) apresentaram um método mais próximo da

viabilidade técnica, utilizando o tratamento da torta adicionada de óxido de cálcio a

4%, submetida a 120ºC com vapor durante 15 minutos, no qual se obteve relativa

redução da alergenicidade.

No ano de 1977, Bom demonstrou a possibilidade de degradar as proteínas

da torta de mamona utilizando diversas enzimas proteolíticas (papaína, pepsina,

pancreatinina, etc.), para serem adicionadas a torta.

Em 1985, a UNIDO (United Nations Industrial Development Organization) em

parceria com a “Texas A&M University” conduziu um grande projeto com o objetivo

de tornar viável um processo industrial conjugado para destoxicação e

desalergenização da torta de mamona, visando a economia e a viabilidade técnica

(HORTON E WILLIAMS, 1989). O presente projeto obteve sucesso e, em 1988, foi

apresentado um processo em escala piloto no qual se utilizou um extrusor para

aumentar a temperatura e a pressão e, promover um processo contínuo. Embora o

projeto tenha sido relatado como bem sucedido, por razões desconhecidas, as

indústrias de óleo de mamona ainda não realizam a destoxicação e

desalergenização da torta de mamona (SEVERINO, 2005).

Verifica-se que, ainda não existem processos industriais viáveis de

destoxicação da torta de mamona, porém em processos experimentais de pequena

escala, como na área acadêmica, a destoxicação é obtida por tratamento térmico,

como a autoclavagem (FREIRE et al., 2007). Em 2008, um processo foi proposto,

onde Godoy promovendo estudos experimentais das condições de cultivo do fungo

Penicillium simplicissimum para produção de lipases em rejeito de mamona, obteve,

indiretamante, após a fermentação em estado sólido ao qual o rejeito foi submetido,

um produto destoxicado, ou seja, sem a presença da ricina.

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Com relação a desativação de alérgenos em escala experimental, em 2006, a

inativação do alérgeno de mamona (CB-1A) foi descrita por Kim, pela da utilização

de aquecimento e de tratamentos químicos (NaOH e NaOCl). Segundo o autor, o

alérgeno mostrou um decréscimo drástico em sua atividade antigênica,

desaparecimento de bandas na eletroforese, quando a temperatura (70ºC) foi

associada aos compostos químicos. Através de levantamentos bibliográficos,

observamos que poucas metodologias visando à desativação dos alérgenos

presentes na torta de mamona foram propostas, e nenhuma delas realmente atingiu

resultados satisfatórios que possibilitasse o emprego industrial.

Nesse sentido, no ano de 2006, tendo conhecimento dos trabalhos realizados

no nosso grupo de pesquisa por Felix, nos quais os epitopos alergênicos foram

caracterizados, Carrielo-Gama propôs metodologias para o tratamento químico das

albuminas 2S de mamona para que o alérgeno fosse modificado na estrutura da

proteína, ao nível dos seus ácidos glutâmicos, impedindo a ligação da proteína

modificada, às IgEs dos mastócitos. Desta forma, foi utilizado um reagente

específico contra esses aminoácidos, muito empregado para modificações de ácidos

carboxílicos, conhecido como Woodward´s Reagent (WRK). Este reagente possui

em sua estrutura um átomo de N carregado positivamente em um isozaxolium

adjacente a um grupo fenilsulfonato aromático. Carrielo-Gama obteve resultados

satisfatórios para a redução da alergenicidade das amostras tratadas com este

reagente e, comprovou a participação efetiva deste aminoácido na formação do

epitopo na molécula de albumina 2S.

Sabendo que este reagente é caro e inviável para uso em escala industrial,

novos tratamentos foram propostos e iniciados pelo nosso grupo de pesquisa. Neste

trabalho utilizamos reagentes economicamente mais viáveis, sendo eles, soluções

de hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio ou óxido de cálcio nas concentrações de

4 e de 8%, visando promover modificações químicas nos resíduos de ácidos

glutâmicos e, desta forma, reduzir e/ou impedir a capacidade destes epítopos de se

ligarem as moléculas de IgE.

Nestes tratamentos, o alérgeno purificado, ou presente na torta de mamona,

foi tratado quimicamente com os compostos de cálcio (hidróxido de cálcio, carbonato

de cálcio ou óxido de cálcio) e, posteriormente testado biologicamente, através de

ensaios de desgranulação de mastócitos de rato, dosagem de histamina e, também

pelo ensaio de desgranulação utilizando as células RBL-2H3. Vale à pena destacar

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que uma metodologia para determinação do potencial alergênico, baseada em

ativação de mastócitos, quantificada por visualização através de microscopia óptica

e dosagem de histamina foi desenvolvida pelo nosso grupo de pesquisa.

Sabendo que o tratamento com hidróxido de cálcio já havia sido proposto por

Anandan em 2005 para desativação da proteína tóxica ricina, nossa meta era

comprovar a desalergenização das amostras, de albumina 2S e torta de mamona,

submetidas ao tratamento com os compostos de cálcio. Para a reação de

modificação do alérgeno (Figura 23), acreditamos que o íon cálcio (Ca++) presente

nos compostos químicos testados seja capaz de interagir eletrostaticamente com o

ácido glutâmico (epitopos anteriormente identificado) presente na molécula de

albumina 2S. Esta interação promove a ocupação dos radicais dos ácidos

carboxílicos e, desta forma, impede a ligação-cruzada entre o alérgeno e as

moléculas de IgE específicas pré-fixadas e, assim, impede a ativação e

desgranulação de mastócitos e basófilos.

Figura 23: Esquema da interação eletrostática entre o cálcio e as carboxilas dos ácidos glutâmicos (epitopo) presentes na estrutura da albumina 2S de mamona.

Os tratamentos utilizando compostos de cálcio propostos neste trabalho

foram eficazes para a modificação da proteína alergênica. Neste trabalho podemos

verificar que os tratamentos com esses compostos a 4 e a 8% promoveram a

redução da alergenicidade das amostras. Este fato foi observado utilizando os

ensaios de desgranulação de mastócitos de rato e, também por dosagem de

histamina destas células. Observou-se que as amostras do alérgeno isolado

(albuminas 2S) ou de torta de mamona, após os tratamentos, quando incubados

com mastócitos de rato, apresentaram redução na desgranulação destas células de

70% para valores observados no controle negativo, aproximadamente 30%. A

COO- COO- Ca+2

Interação eletrostática

Albumina 2S

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quantificação de histamina liberada destas células comprovou a redução de ativação

celular pelas amostras de albumina 2S e torta de mamona tratadas, e consequente

liberação do conteúdo dos grânulos.

Outra metodologia iniciada neste trabalho foi a quantificação de ativação de

células RBL-2H3 através da dosagem da enzima lisossomal β-hexosaminidase.

Nesses ensaios, foram utilizadas as mesmas concentrações de alérgeno

anteriormente descrita para os ensaios de desgranulação com as células do lavado

peritoneal de rato anteriormente descritas no item, 3.4.2. Cabe salientar que, estes

ensaios foram conduzidos na cidade de Ribeirão Preto-SP e, as amostras de

albumina 2S e soro anti-albumina 2S foram transportadas da UENF-RJ até o campus

da USP daquela cidade. Os resultados utilizando esta linhagem celular foram

preliminares e não satisfatórios, porém, foram importantes para iniciar uma nova

metodologia de avaliação da atividade alergênica mediada por alérgenos de mamona

no nosso grupo de pesquisa.

Os dados apresentados neste trabalho assinalam para uma nova metodologia

a ser aplicada em escala industrial, por se basear em compostos baratos e, também,

por consistir numa metodologia já testada e confirmada experimentalmente neste

trabalho para modificar a proteína alergênica ao nível dos epitopos presentes na

molécula de albumina 2S de mamona. O produto tratado e modificado permite uma

manipulação mais segura por parte dos trabalhadores rurais que utilizam a torta

como adubo, bem como dos trabalhadores das usinas de processamento da

semente e, agrega maior valor e aplicabilidade a este outro artigo da produção do

biodiesel.

Uma expansão deste trabalho está baseada nos dados obtidos no ano de

2007 por Felix, que relatam a ocorrência de possíveis reações cruzadas entre

alérgenos alimentares e, também de alérgenos inalantes, com as albuminas 2S de

mamona. Com base nesses resultados, o tratamento com os compostos de cálcio

proposto para modificação da proteína alergênica de mamona poderia ser utilizado

também para modificar outras proteínas alergênicas que apresentaram a reação

cruzada descrita por Felix e, que também contenham o epitopo formado por

aminoácidos ácidos.

A proposta desse trabalho resume-se no desenvolvimento de uma tecnologia

capaz de modificar o alérgeno (albumina 2S) presente na torta de mamona, obtendo

desse modo um produto mais seguro para manipulação dos trabalhadores e com

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possibilidade de maior aplicabilidade econômica, por exemplo, na alimentação

animal. Para complementar nossos estudos, o desenvolvimento de tratamentos

preventivos contra a deflagração e os sintomas da alergia devem ser desenvolvidos,

permitindo então uma maior segurança na manipulação da mesma e, agrega valores

a este produto. Os tratamentos utilizando os compostos de cálcio apresentaram

similaridades para modificar o alérgeno de mamona, mostrando-se eficazes. Desta

forma, novas pesquisas se tornam necessárias a fim de avaliar outros parâmetros

necessários, como a palatividade do produto obtido, os custos dos tratamentos, etc.,

para avaliar qual tratamento seria o mais vantajoso e promissor e, deste modo,

inserir o melhor em escala industrial.

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6- CONCLUSÃO

• Os tratamentos com hidróxido de cálcio, carbonato de cálcio ou óxido de

cálcio a 4 e a 8% promoveram uma redução na reatividade dos epitopos

alergênicos presentes na albumina 2S purificada ou presentes na torta de

mamona, como evidenciado pelos ensaios de atividade biológica de

desgranulação de mastócitos.

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