Plataforma biotecnológica para prospecção metagenômica de metabólitos secundários bioativos oriundos de ambientes marinhos extremos

• Processo: 19/27306-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2020
• Data de Término da vigência: 31 de março de 2023
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Genética - Genética Molecular e de Microorganismos
• Acordo de Cooperação: Fundação de Amparo à Pesquisa e Inovação do Estado de Santa Catarina (FAPESC)
• Pesquisador responsável: Daniela Barretto Barbosa Trivella
• Beneficiário: Daniela Barretto Barbosa Trivella
• Instituição Sede: Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM). Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovação (Brasil). Campinas , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Amanda Gonçalves Bendia ; José Roberto Santin ; Leticia Veras Costa Lotufo ; Luiz Carlos Klein Júnior ; Marcus Adonai Castro da Silva ; Rafael de Felício ; Renata Sigrist ; Vivian Helena Pellizari
• Assunto(s): Biossíntese Anti-infecciosos Antiproliferativos Oceanos e mares Mineração de genoma
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Agentes Antimicrobianos E Antiproliferativos | ambientes marinhos extremos | biossíntese de produtos naturais | descoberta de fármacos | Microorganismos marinhos | Mineração De Genomas E Metagenomas | Biossíntese De Produtos Naturais

Resumo

As comunidades microbianas presentes no oceano representam um grande reservatório genético ainda pouco explorado. O ambiente marinho comporta diversos hábitats com condições únicas e muitas vezes extremas, que proporcionam a seleção de micro-organismos produtores de metabólitos secundários (produtos naturais) diferenciados. Estes são codificados por genes biossintéticos e apresentam grande potencial para a descoberta de novos fármacos. No entanto, a maior parte das espécies bacterianas não podem ser cultivadas em laboratório. Assim, o emprego da prospecção metagenômica de comunidades microbianas representa um novo caminho biotecnológico para a obtenção de metabólitos bioativos com características únicas. O presente projeto tem como objetivo a prospecção de clusters gênicos biossintéticos (BGCs) produtores de metabólitos secundários novos e bioativos, partindo de dados metagenômicos derivados de ambientes marinhos extremos. Os genomas serão extraídos e reconstruídos, a partir dos bancos de dados metagenômicos: "Ilha Deception" de Ilha vulcânica Antártica, e do "deep-sea whale-Atlantic", de carcaça de baleia em decomposição a 4 mil metros de profundidade. Será então realizada a busca por BGCs utilizando principalmente a ferramenta antiSMASH. Esta etapa fará a predição dos BGCs (conjunto de enzimas responsável pela biossíntese de um determinado metabólito secundário) e seus prováveis produtos (metabólitos secundários). Ferramentas para predição da estrutura e função de enzimas contidas nos BGCs serão utilizadas para auxiliar a validação in silico e seleção dos clusters prospectados. Da mesma forma, os produtos biossintéticos serão avaliados quanto à sua potencial novidade química e atividade biológica utilizando análises de componentes principais (PCA) baseadas nos descritores moleculares dos compostos preditos, em relação aos produtos naturais já reportados (UNPD-ISDB) e aos fármacos já aprovados (DrugBank). BGCs, potencialmente produtores de novos metabólitos bioativos, serão selecionados para produção experimental. Os clusters serão montados utilizando a abordagem de clonagem TAR (Transformação Associada a Recombinação) a partir de fragmentos amplificados em laboratório utilizando DNA ambiental, ou DNA sintético obtido comercialmente. A expressão heteróloga será realizada em hospedeiros dos gêneros Bacillus, Escherichia ou Streptomyces, dependendo das características do BGC selecionado. Por fim, os compostos obtidos serão avaliados quanto às suas atividades antimicrobianas e anti-câncer, utilizando ensaios de citotoxicidade. Tal abordagem de prospecção de BGCs a partir de dados metagenômicos, representa o mais recente avanço científico na procura por moléculas bioativas inéditas. Unindo grupos de pesquisa consolidados e de especialidade complementar, o presente projeto deve contribuir para consolidação desta plataforma biotecnológica no país, auxiliando também iniciativas focadas na descoberta de novos fármacos no Brasil. (AU)

Publicações científicas

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

VIEIRA, BRUNA DOMINGUES; NIERO, HENRIQUE; DE FELICIO, RAFAEL; ALVES, LUIZ FERNANDO GIOLO; BAZZANO, CRISTINA FREITAS; SIGRIST, RENATA; FURTADO, LUCIANA COSTA; PERSINOTI, GABRIELA FELIX; COSTA-LOTUFO, LETICIA VERAS; TRIVELLA, DANIELA BARRETTO BARBOSA. Production of Epoxyketone Peptide-Based Proteasome Inhibitors by Streptomyces sp. BRA-346: Regulation and Biosynthesis. FRONTIERS IN MICROBIOLOGY, v. 13, p. 17-pg., 2022-03-24. (20/08987-2, 17/18235-5, 19/27306-9, 15/17177-6)