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

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)