OSMaC strategies to discover new natural products

Resumo

As cianobactérias são microrganismos fotossintéticos capazes de produzir uma larga gama de produtos secundários, desde toxinas a outros compostos com aplicações biotecnológicas e farmacêuticas reconhecidas. Recentes avanços na Genómica e Bioinformática têm vindo a demonstrar que os genomas das cianobactérias codificam para mais conjuntos de genes biossintéticos (BGCs) do que os compostos identificados até agora, possivelmente porque, em condições de laboratório estes podem estar crípticos ou silenciados. Tendo em conta que os metabolitos secundários podem ser produzidos em resposta a condições de stress ambiental, estratégias OSMaC (One Strain, Many Compounds) podem ajudar a desvendar o potencial biossintético destes microrganismos. Esta abordagem baseia-se no facto de que, em diferentes condições de cultura, a mesma estirpe pode sintetizar diferentes moléculas. O CIIMAR alberga uma importante coleção de culturas de cianobactérias (LEGE-CC), que tem vindo a ser investigada para descoberta de novos compostos bioativos. Estudos anteriores guiados por bioatividade descobriram que as estirpes Lusitaniella coriacea LEGE 01767 e Leptothoe sp. LEGE 181152 produzem diferentes grupos de compostos cuja estrutura indica um possível papel ecológico de agentes quelantes de metais. Adicionalmente, o genoma de Leptothoe sp. LEGE 181152 contém um BGC cujo produto não foi identificado. O objetivo principal deste trabalho foi utilizar OSMaC em duas estirpes da Coleção de Culturas LEGE-CC (CIIMAR) para (i) estudar a produção de lusichelinas (1-5) na estirpe Lusitaniella coriacea LEGE 01767 e (ii) modulação do metabolismo secundário da estirpe Leptothoe sp. LEGE 181152 para indução da expressão de BGCs crípticos/silenciados. Para isto, uma metodologia foi seguida que envolveu exploração genómica, cultivo em diferentes condições de cultura e análises metabolómicas por espectroscopia de massa. A estirpe Lusitaniella coriacea LEGE 01767 foi cultivada em condições normais de cultura (Z8-TM), de ferro limitado e sem ferro, bem como em 0, 5, 200 e 450 nM de sulfato de cobre, para avaliar o seu efeito na produção de lusichelinas 1-5. Considerando a hipótese inicial de que estes compostos estariam envolvidos na quelação de ferro, era de esperar um aumento da sua presença nas condições sem ferro e com ferro limitado. No entanto, isto não se verificou e o auge da sua produção deu-se nas condições normais de cultura, o que aponta para a quelação de ferro não ser o seu principal papel biológico. As concentrações de 200 e 450 nM de sulfato parecem causar alguma toxicidade na cianobactéria. Nestas condições, foi identificado um potencial novo composto com a mesma massa exata da lusichelina 5. A estirpe Leptothoe sp. LEGE 181152 foi cultivada em diferentes condições de luz: luz branca, azul e vermelha em ciclos de 16/8h luz/escuridão e em 24h de luz contínua. Verificou-se uma grande modulação do metaboloma nas várias condições, sendo que a luz azul e vermelha parecem exercer um efeito mais pronunciado do que a luz branca. Adicionalmente, a luz contínua causou mais alterações metabolómicas do que o ciclo 16/8h luz/escuridão. Um novo grupo de compostos halogenados, predominante nas condições de luz azul, foi descoberto. Os extratos referentes às diferentes condições experimentais não revelaram bioatividade, quer anticancerígena, quer antibacteriana. No entanto, os extratos das condições de luz vermelha apresentaram atividade contra a adesão de larvas de mexilhão (Mytilus galloprovincialis). Concluindo, a manipulação das condições de cultura nestas duas estirpes provocou alterações nas suas capacidades biossintéticas, o que se refletiu no seu potencial bioativo e permitiu a identificação de potenciais novos compostos.

Data de atribuição	20 set. 2023
Idioma original	Inglês
Instituição de premiação	Universidade Católica Portuguesa
Supervisor	Mariana Alves Reis (Orientador), Ralph Urbatzka (Co-Orientador) & Joana Reis de Almeida (Co-Orientador)