Starting Anti-COVID-19 Drug Discovery with Natural Products

COVID-19 was characterized as a pandemic regarding its rapid international spread and severity on March 2020. The Coronaviridae family receives this name regarding the organization of the spike glycoprotein located in the envelope, which resembles a stellar corona when observed under a microscope. Coronaviruses undergo frequent mutations in their genome due to errors made by RNA-dependent RNA polymerase (RdRp). The SARS-CoV-2 was characterized by high infectivity and person to person transmission, with an incubation period of up to fourteen days. Potent antiviral activities of several natural products such as alkaloids, chalcones, triterpenoids have been reported but with unconfirmed efficacy or safety in the clinic as well as the complete underlying mechanisms. Also, CQ, HCQ and Ivermectin, remdesivir, lopinavir, ritonavir, favipiravir and pegylated interferon with ribavirin have been tested to develop both an effective therapy and a vaccine to treat COVID-19.  This study presents the antiviral effects of the natural products against SARS-CoV, HCoV-NL63, HCoV-229E and HCoV-OC43 showing that Lycorine, Emodin, Promazine, Saikosaponins B2, Silvestrol, Cepharanthine, Fangchinoline, Tetrandrine, Caffeic acid, Chlorogenic acid, Gallic acid and Emetine are a good candidates on treatment of coronaviruses infections.La COVID-19 se caracterizó como una pandemia debido a su rápida propagación y severidad en marzo de 2020. La familia Coronaviridae recibe su nombre de la organización de la glucoproteína 'espigas' ubicada en el sobre, en forma de corona cuando se observa al microscopio. . Los coronavirus sufren mutaciones frecuentes en su genoma debido a errores cometidos por la ARN polimerasa dependiente de ARN (RdRp, RDR). El SARS-CoV-2, el agente causal del COVID-19, es un virus altamente infeccioso y puede transmitirse de persona a persona. Se han informado actividades antivirales potentes de varios productos naturales, como alcaloides, chalcones, triterpenoides, pero sin eficacia ni seguridad clínicamente confirmadas, así como con los mecanismos subyacentes completos. Este artículo de revisión presenta los efectos antivirales de los productos naturales contra el SARS-CoV, HCoV-NL63, HCoV-229E y HCoV-OC43, mostrando que el licorino, emodina, promazina, saikosaponinas B2, silvestrol, la cefarantina, fangchinolina, tetrandrina, el ácido cafeico, el ácido clorogénico, el ácido gálico y la emetina son buenos candidatos para el tratamiento de las infecciones por coranavirus.Le COVID-19 a été caractérisé comme une pandémie en raison de sa propagation internationale rapide et de sa gravité en mars 2020. La famille des Coronaviridae reçoit ce nom concernant l'organisation de la glycoprotéine 'pointes' située dans l'enveloppe, en forme une couronne lorsqu'elle est observée au microscope. Les coronavirus subissent de fréquentes mutations dans leur génome en raison d'erreurs commises par l'ARN polymérase ARN-dépendante (RdRp, RDR). Le SARS-CoV-2 a un pouvoir infectieux élevé et une transmission d'une personne à l'autre. De puissantes activités antivirales de plusieurs produits naturels tels que les alcaloïdes, les chalcones, les triterpénoïdes ont été signalées mais avec une efficacité ou une sécurité non confirmée en clinique ainsi que les mécanismes sous-jacents complets. Cette étude présente les e ets antiviraux des produits naturels contre le SARS-CoV, le HCoV-NL63, le HCoV-229E et le HCoV-OC43 montrant que la lycorine, l'émodine, la promazine, les saikosaponines B2, le silvestrol, la cépharanthine, la fangchinoline, la tétrandrine, l'acide caféique, l'acide chlorogénique , L'acide gallique et l'émétine sont de bons candidats pour le traitement de l'infection par le coranaviruses infections.A COVID-19 foi caracterizada como uma pandemia devido à sua rápida disseminação e severidade em março de 2020. A família Coronaviridae recebe esse nome em relação à organização da glicoproteína 'spikes' localizada no envelope, em forma de uma coroa quando vista sob um microscópio. Os coronavírus sofrem mutações frequentes em seu genoma devido a erros cometidos pela RNA polimerase dependente de RNA (RdRp, RDR). O SARS-CoV-2, agente causador da COVID-19, é um vírus altamente infeccioso e pode ser transmitido de pessoa para pessoa. Foram relatadas atividades antivirais potentes de vários produtos naturais, como alcalóides, chalconas, triterpenóides, mas com eficácia ou segurança não confirmada clinicamente, bem como com os mecanismos subjacentes completos. O presente artigo de revisão apresenta os efeitos antivirais de produtos naturais contra SARS-CoV, HCoV-NL63, HCoV-229E e HCoV-OC43, mostrando que a licorina, emodina, promazina, saikosaponinas B2, silvestrol, la cefarantina, fangchinolina, tetrandrina, ácido cafeico, ácido clorogênico, ácido gálico e emetina são bons candidatos ao tratamento de infecções por coranavírus

Inovação e Biotecnologia na Biodiversidade do Cerrado

Biotechnology and biotechnology innovation play an important and fundamental role in a daily life, and also in the economies of the countries. The research on environmental processes through the mechanisms of the interaction between biodiversity and environment, throughout the structural molecular biotechnology, is a capable methodology to increase the understanding of the properties of the molecular compounds and directing the acquisition of new products. Quantification of Cerrado biodiversity with potential use in biotechnology, based on available literature, indicates 151 species, mainly from plants and microorganisms. There is a broad field in the generation of basic knowledge regarding the biodiversity of the Cerrado, given the small number of species evaluated by the scientific community in relation to the total estimated biodiversity, which can be used in biotechnology and thus stimulate innovation in this area of the knowledge.A biotecnologia e a inovação biotecnológica exercem um papel importante e fundamental na vida cotidiana das pessoas e na economia dos países. A investigação dos processos ambientais através dos mecanismos da interação entre biodiversidade e ambiente, por meio da biotecnologia molecular estrutural, é uma metodologia capaz de ampliar o entendimento das propriedades dos compostos e direcionar a obtenção de novos produtos. A quantificação da biodiversidade do Cerrado com potencial uso em biotecnologia, realizada a partir da literatura disponível, indica 151 espécies, oriundas principalmente de plantas e microrganismos. Existe um amplo campo na geração de conhecimento de base em se tratando da biodiversidade do Cerrado, visto a reduzida quantidade de espécies avaliadas pela comunidade científica em relação ao total da biodiversidade estimada, que podem ser utilizados em biotecnologia e assim estimular a inovação nesta área do conhecimento

The effect of water molecules on paraquat salts: from physicochemical properties to environmental impact in the Brazilian Cerrado

Introduction: The green revolution model that is followed in the Brazilian Cerrado is dependent on mechanization, chemical fertilization for soil dressing and correction, and the use of herbicides. Paraquat is a methyl viologen herbicide marketed as bipyridylium dichloride salts and used (in low doses) to combat weeds in their post-emergence stage. It is a non-selective pesticide that causes the peroxidation of the lipids that make up the cell membrane, and when it comes into contact with foliage, it results in the death of the plant.Methods: The effect of water molecules co-crystallized in Paraquat salt structures was analyzed in anhydrous, dihydrate, and trihydrate forms to understand those physicochemical properties in its redox activity. The frontier molecular orbitals were also carried out using DFT to obtain the chemical reactivity of the bipyridylium cation. Finally, the supramolecular arrangements were evaluated to analyze the physicochemical stability and acquire insights on superoxide anions.Results and discussion: The electronic structure indicated that the BP cation presents an acidic character due to its low ELUMO value, while the salt has a more basic character due to its high EHOMO value. For this reason, the BP ion is more susceptible to reduction during the weeds’ photosynthesis process. During the process of plant photosynthesis, PQ is reduced to form a stable radical cation. In the supramolecular arrangement, the presence of water molecules increases the number of strong H-bonds, while the weak/moderate H-bonds are stabilized. PQ’s toxic effects are observed in wildlife, domesticated animals, human populations, and ecosystems. The influence of PQ on the terrestrial environment is limited because of the soil adsorption capacity associated with good agricultural practices. The current use of good agricultural practices in the Cerrado seems not to prevent the environmental impacts of herbicides like PQ because it aims for the expansion and profitability of large-scale farming based on input-intensive practices instead of sustainable agriculture processes

Biological and structure-activity evaluation of chalcone derivatives against bacteria and fungi

The present work describes the antibacterial and antifungal activities of several chalcones obtained by a straight Claisen-Schmidt aldol condensation determined by the minimal inhibitory concentration against different microorganisms (Gram-positive and Gram-negative bacteria and fungi). Solid state crystal structures of seven chalcones were determined by X-ray diffraction (XRD) analysis. Chemometric studies were carried out in order to identify a potential structure-activity relationship.O presente trabalho descreve as atividades antibacterianas e antifúngicas de diversas chalconas obtidas diretamente através da condensação aldólica tipo Claisen-Schmidt das quais se determinou a concentração inibitória mínima frente a diferentes microrganismos (bactérias Gram-positivas e Gram-negativas e fungos). Estruturas no estado sólido cristalino de sete chalconas foram determinadas por análise de difração de raios X (XRD). Estudos quimiométricos foram realizados com intuito de identificar uma potencial relação entre estrutura e atividade

Microscopic Image Segmentation to Quantification of Leishmania Infection in Macrophages

The determination of infection rate parameter from in vitro macrophages infected by Leishmania amastigotes is fundamental in the study of vaccine candidates and new drugs for the treatment of leishmaniasis. The conventional method that consists in the amastigotes count inside macrophages, normally is done by a trained microscope technician, which is liable to misinterpretation and sampling. The objective of this work is to develop a method for the segmentation of images to enable the automatic calculation of the infection rate by amastigotes. Segmentation is based on mathematical morphology in the context of a computer vision system. The results obtained by computer vision system presents a 95% accuracy in comparison to the conventional method. Therefore, the proposed method can contribute to the speed and accuracy of analysis of infection rate, minimizing errors from the traditional methods, especially in situations where exhaustive repetitions of the procedure are required from the technician.A determinação de parâmetros como taxa de infecção em monocultura de macrófagos cultivados in vitro com Leishmania é fundamental no estudo de candidatos vacinais e novos fármacos para o tratamento de leishmanioses. O método convencional que consiste na contagem de amastigotas no interior de macrófagos, normalmente é realizada por um especialista treinado em microscopia óptica, o que está sujeito a erros de interpretação e amostragem. O objetivo do trabalho é desenvolver um método para a segmentação de imagens como etapa preliminar para o cálculo automático da taxa de infecção por amastigotas. A segmentação é baseada em morfologia matemática no contexto de um sistema de visão computacional. Os resultados obtidos pelo método computacional demonstraram acerto de 95% quando comparados ao método convencional. Conclui-se que a metodologia computacional baseada na segmentação de imagem como pré-requisito para o cálculo de taxa de infecção, pode contribuir para a rapidez e a precisão na obtenção dos resultados e na minimização de erros cometidos no método tradicional, especialmente em situações em que exaustivas repetições do procedimento são exigidas ao observador

Development of Computational Models for Predictive Evaluation of Ecotoxicity in Bees: Current Challenges

Os produtos químicos perigosos, especialmente os agrotóxicos e produtos químicos industriais, vem sendo considerados responsáveis por uma queda dramática no número das abelhas. Consequentemente, a avaliação de risco ecológico de novos produtos químicos é vital e necessária. Uma vez que os ensaios experimentais em abelhas são caros, demorados e apresentam um problema ético, existe uma necessidade muito urgente de desenvolver métodos alternativos para avaliar a ecotoxicidade em abelhas. Na presente revisão, nós apresentamos os principais avanços tecnológicos utilizados para identificar e filtrar com segurança, compostos potencialmente tóxicos para abelhas. Em seguida, nós destacamos os principais esforços e armadilhas na integração, preparo e padronização de dados necessários para construção de modelos computacionais e sugerimos roteiros que possam contribuir para otimizar os resultados da pesquisa e conduzir a construção de modelos computacionais mais eficientes e preditivos.The hazardous chemicals, especially pesticides and industrial chemicals, have been responsible for a dramatic drop in number of bees. Therefore, ecological risk assessment of novel chemicals is vital and necessary. Since experimental assays on bees are costly, time-consuming, and poses an ethical problem; there is a very urgent need to develop alternative methods for assess ecotoxicity on bees. In this review, we summarize current technological development efforts to reliably identify and filter out compounds potentially toxic for bees. Furthermore, we highlighted the recent strengths and pitfalls in the integration, preparation and standardization of data needed to build computational models, and suggest possible roadmaps, which may contribute for optimizing research outputs and led to more successful and predictive computational models