Bioactivity of essential oils of Curcuma longa and Mentha villosa and their major compounds for myiasis control: histological, ultrastructural and biochemical biomarkers assessment

Abstract

Resumo: infestação do tecido vivo por larvas de dípteros (miíases) ainda é uma das principais ectoparasitoses que acometem animais de produção. Entretanto, o controle convencional através da aplicação de inseticidas sintéticos trouxe consequências negativas nas últimas décadas, tais como: aumento da seleção de ectoparasitos resistentes, riscos para a segurança alimentar através do acúmulo de resíduos em produtos de origem animal, contaminação ambiental e principalmente o comprometimento do bem-estar animal. Neste sentido, os metabólitos secundários produzidos por plantas, principalmente os óleos essenciais (OE), vêm ganhando destaque como uma nova alternativa de controle. Os OE são de origem natural, sustentáveis e de baixa toxicidade aos animais e ao meio ambiente. O objetivo deste estudo foi avaliar a bioatividade de dois OE e seus compostos majoritários sobre moscas causadoras de miíases, para selecionar novos candidatos a biopesticidas. Neste sentido, a presente tese está dividida em cinco capítulos, seguido de um material suplementar, apresentados em formato de Introdução, Manuscritos, Material suplementar e as Considerações Finais. O primeiro manuscrito acessou a atividade inseticida do OE extraído das folhas de Curcuma longa e de seu composto majoritário; ?-felandreno sobre larvas de terceiro instar (L3) de Lucilia cuprina. O OE extraído das folhas de C. longa e ?-felandreno inibiram a emergência de adultos em 96,22 e 100%, utilizando as doses de 1,59 e 1,47 ?L/cm2, respectivamente. Ainda, danos morfológicos em órgãos alvo foram observados através da observação macroscópica, ultraestrutural e histopatológica. O segundo manuscrito avaliou a atividade inseticida do OE extraído das folhas de C. longa e de seu composto majoritário; ?-felandreno sobre L3 de Cochliomyia macellaria acessando também os biomarcadores de toxicidade larval. Valores de mortalidade de 96,66% foram observados utilizando a dose de 1,27 e 1,47 ?L/cm2 do OE de C. longa e ?- felandreno, respectivamente. Além disso, alterações histológicas e ultraestruturais foram observadas. O objetivo do terceiro manuscrito seguiu a mesma abordagem, utilizando C. macellaria e L. cuprina como modelo biológico, acessando lesões histológicas. Os valores da concentração letal de 50% (CL50) para o OE de M. villosa e carvone, 24 h após o contato, foi de 1,64 e 0,63?L/cm2 para C. macellaria, e 1,1 and 0,3?L/cm2 para L. cuprina, respectivamente. Citotoxicidade significativa também foi observada em órgãos alvo, como túbulos de Malpighi, trato digestivo, corpo gorduroso, músculo e cérebro das L3 tratadas (p<0,05). O objetivo do material suplementar foi avaliar bioquímicamente biomarcadores após contato com doses sub-lethais dos OE de C. longa, M. villosa e seus compostos majoritários, ?- felandreno e carvone. O marcador de neurotoxicidade (AChE), a resposta de lipoperoxidação (LPO) e os marcadores de estresse oxidativo (CAT e SOD) foram mensurados após contato com doses sub-letais dos extratos utilizados após 6 h de exposição. Os resultados encontrados sugerem que os extratos avaliados induziram estresse oxidativo. De modo geral, resultados superiores foram observados utilizando o OE de M. villosa e seu composto majoritário carvone quando comparados aos resultados obtidos nos ensaios biológicos com o OE de C. longa e ?-felandreno. Em conclusão, todos os extratos avaliados apresentaram significativa atividade inseticida em baixas doses, demonstrando seu potencial como candidatos a novos biopesticidas

Abstract: The infestation of live tissue by dipterous larvae (myiasis) is still one of the main ectoparasitosis that affect animal production. However, the conventional control through the application of synthetic insecticides brought negative consequences in recent decades, such as: increased selection of resistant parasites, food security risks through the accumulation of residues in animal products, environmental contamination and mainly the commitment of animal welfare. In this sense, secondary metabolites produced by plants, especially essential oils (EO), have been gaining prominence, shedding light on new alternative controls for being natural and sustainable, having low toxic risk to animals and to the environment. The aim of this study was to evaluate the bioactivity of two EO and their major compounds on fly causing myiasis, to select new biopesticides candidates. In this sense, the present Thesis is divided in five Chapters, presented in the format of Introduction, Manuscripts, Supplementary Material and Final remarks. The first manuscript investigated the insecticidal activity of EO extracted from leaves of Curcuma longa and its major compound ?-phellandrene against third instar larvae (L3) of Lucilia cuprina. EO and ?-phellandrene inhibited adult emergence by 96.22 and 100%, using the dose of 1,59 and 1,47 ?L/cm2, respectively. Still, morphological and anatomical damages in target organs were observed through macroscopic, ultrastructural and histological assessment. The second manuscript evaluated the insecticidal activity of EO and ?-phellandrene over L3 of Cochliomyia macellaria, accessing the biomarkers for larval toxicity. Mortality values of 96.66% were reported using the dose of 1.27 and 1.47 ?L/cm2 of EO and ?-phellandrene, respectively. In addition, histological and ultrastructural changes were observed. The aim of the third manuscript followed the same approach of the previous, using C. macellaria and L. cuprina as biological models, with a thorough approach for histological lesions. The lethal concentration of 50% (LC50) for EO and carvone 24 h after contact were 1.64 and 0.63?L/cm2 to C. macellaria, whereas for L. cuprina the LC50 values were 1.1 and 0.3?L/cm2, respectively. Significant cytotoxicity was also observed in target organs such as Malpighian tubules, digestive tract, fat body, muscle and brain of treated larvae. Finally, the objective of the supplementary material was to assess the biochemical biomarkers after contact with sub-lethal doses of the EO and their major compounds, ?-phellandrene and carvone, respectively. The neurotoxicity marker (AChE), the lipoperoxidation response (LPO) and the oxidative stress markers (CAT and SOD) were measured in L3, 6 h after exposure. The results suggest that the extracts evaluated induced oxidative stress. In general, the best results of biological assays were observed using EO of M. villosa and carvone when compared to the results obtained with EO of C. longa and its main constituent, ?-phellandrene. In conclusion, all the evaluated extracts presented significant insecticidal activity in low doses, demonstrating their potential as candidates for new biopesticides.