Exploração e expansão do terpenoma de Streptomyces sp. CBMAI 2042 via genome mining

• Processo: 22/03936-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2022
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2023
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Química - Química Orgânica
• Pesquisador responsável: Ljubica Tasic
• Beneficiário: Douglas Cunha Sachito
• Supervisor: Rudolf Konrad Allemann
• Instituição Sede: Instituto de Química (IQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Cardiff University, País de Gales
• Vinculado à bolsa: 19/04855-7 - Exploração e expansão do terpenoma de Streptomyces sp. CBMAI 2042 via genome mining, BP.DD
• Assunto(s): Streptomyces Terpenos Produtos naturais Mineração de genoma
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Bacterial terpene | Streptomyces | terpene cyclase | Produtos Naturais, biotecnologia

Resumo

Terpenos são a classe mais abundante de produtos naturais na natureza. Esses metabólitos têm uma variedade de aplicações, incluindo produtos farmacêuticos, perfumes e aromas, produtos químicos a granel e combustíveis. Esta classe de produtos naturais é estruturalmente diversa e derivada de moléculas precursoras, isopentenil pirofosfato (IPP) e dimetilalil pirofosfato (DMAPP). Essas moléculas precursoras são unidas por enzimas conhecidas como preniltransferases (PTs) para produzir poliisoprenos alongados. Outro grupo de enzimas fundamentais para a diversificação estrutural dos terpenóides são as terpeno ciclases (TCs), que catalisam a conversão de oligoprenil pirofosfato linear via intermediários catiônicos em uma variedade de moléculas de hidrocarbonetos (poli)cíclicas. No entanto, estudos com terpeno ciclases bacterianas (TCBs) mostraram que as sequências gerais de aminoácidos dessas enzimas não têm semelhança significativa com terpeno ciclases de origem vegetal ou fúngica e apenas baixa semelhança de sequência de aminoácidos com outros BTCs. Portanto, estudos nesta área apresentam um desafio ainda maior para a caracterização bioquímica de BTCs e atribuição do produto (poli)cíclico. Para superar esse desafio na busca por TCs bacterianos crípticos, Yamada Y. e colaboradores aplicaram uma técnica alternativa de mineração de genoma conhecida como Hidden Markov Models, que, além de alinhar regiões conservadas em proteínas, também realiza uma busca em bancos de dados de proteínas, em seguida, correlaciona a estrutura terciária com ciclases bacterianas conhecidas. Essa nova abordagem possibilitou ampliar a quantidade de informações sobre enzimas dessa classe que estavam escondidas no genoma de Streptomyces. Este método expandiu o número de 140 anteriormente conhecidos para 262 TCs. Em estudos prévios dos compostos orgânicos voláteis de Streptomyces sp. CBMAI 2042, um endófito isolado de Citrus sinensis, revelou pelo menos 28 sesquiterpenos cíclicos. Além disso, a mineração do genoma de S. sp. O CBMAI 2042 revelou três genes que codificam sesquiterpeno ciclases. Estes genes são doravante referidos como ts-1, ts-2 e ts-3.Neste estudo guiado pelo genoma, três ciclases bacterianas recombinantes foram produzidas em E. coli Rosetta (DE3), purificadas e incubadas com farnesil pirofosfato (FPP). Ensaios de substrato enzimático mostraram que todas as três enzimas recombinantes estavam ativas e sua incubação produtos foram sesquiterpenos cíclicos. Além disso, uma das terpeno ciclases estudadas neste projeto apresentou alta promiscuidade para a formação de produtos cíclicos, uma enzima alvo adequada e promissora para aplicações biotecnológicas. Para aumentar o conhecimento das ciclases bacterianas, neste projeto BEPE propomos explorar a maquinaria dessas enzimas realizando experimentos de incubação com precursores não naturais e as enzimas TCs recombinantes. (AU)