Defesa de Tese de Doutorado — Henrique Niero

Programa de Pós-Graduação em Ciências Farmacêuticas

Henrique Niero

Mineração genômica aplicada à descoberta de produtos naturais

Integralmente à distância

Presidente
Drª Daniela Barretto Barbosa Trivella — LNBio / CNPEM

Membros titulares
Prof. Dr. Diego Veras Wilke — FAMED / UFC
Prof. Dr. Célio Fernando Figueiredo Angolini — CCNH / UFABC
Drª Valeria Maia Merzel — CPQBA / Unicamp
Prof. Dr. Pedro Milet Meirelles — IB / UFBA

Membros suplentes
Prof. Dr. Alexandre José Macedo — FF / UFRGS
Drª Gabriela Felix Persinoti — LNBR / CNPEM
Prof. Dr. Rafael Azevedo Baraúna — CGBS / UFPA

Resumo
Introdução: Ambientes marinhos comportam hábitats únicos que favorecem a proliferação de bactérias produtoras de metabólitos especializados de relevante interesse. Este trabalho buscou novas moléculas bioativas pela abordagem “de genes para moléculas”, focando na biossíntese de produtos naturais bacterianos. Inicialmente, foram selecionadas duas bactérias isoladas do mar profundo, Psychrobacter nivimaris LAMA639 e Nesterenkonia sp. LAMA754, devido atividade antimicrobiana previamente demonstrada. Seus genomas foram sequenciados, montados e anotados, e prospectados os agrupamentos de genes biossintéticos (BGCs). Um BGC de P. nivimaris LAMA639 tem potencial para produzir uma substância contendo um anel β-lactona, além de abrigar genes de resistência antimicrobiana. Avaliações filogenéticas deste BGC indicaram que é distribuído em Psychrobacter, porém ainda não havia sido estudado. Análises de similaridade sugeriram semelhança com BGCs da biossíntese dos lipopeptídeos cíclicos fengicina e plipastatina, e de moléculas com anel β-lactona cistargolida e belactosina. O BGC foi clonado com sucesso na hospedeira Pseudomonas putida KT2440, sendo o primeiro BGC já clonado de Psychrobacter. Análises de metabolômica não direcionada por LC-MS/MS nos extratos dos cultivos dos organismos hospedeiros e heterólogo indicaram potenciais moléculas produzidas exclusivamente pelo heterólogo, anotadas como novas ou semelhantes a dipeptídeos. Análises de atividade biológica in vitro em cepas de E. coli e B. subtilis mostraram inibição do crescimento bacteriano em frações cromatográficas preparadas a partir dos extratos da cultura do heterólogo. Entretanto, algumas validações experimentais ainda são necessárias, incluindo o isolamento e caracterização do produto biossintético. Em uma segunda abordagem, foi desenvolvida a plataforma de bioprospecção “Krill”, que unifica ferramentas de mineração genômica em um fluxo de análise de Genomas Montados a partir de Metagenomas (MAGs). Foram detectados 5993 BGCs de MAGs oriundos de ambientes oceânicos do Projeto TARA Oceans, de coluna de água do Mar Negro, amostras de solo do Vulcão Llaima e Ilha Deception (Antárctica), e microbiota de carcaça de baleia em decomposição no fundo marinho. Foi verificado um vasto reservatório de BGCs inéditos, distribuídos em 45 tipos de domínios de produção biossintética. Relações entre o potencial biossintético dos MAGs e nichos ecológicos apontaram a seleção de BGCs adaptados a condições ambientais específicas. Foram evidenciados genes de regulação e mecanismos de resistência nas regiões dos BGCs em todos os ambientes, destacando bombas de efluxo e enzimas de inativação. Um BGC híbrido PKS-NRPS, contendo uma glicosiltransferase e uma cópia de Proteína de Ligação à Penicilina (PBP), foi detectado em um MAG da Ilha Deception. Este BGC foi clonado no organismo recombinante Streptomyces coelicolor M1154. A bactéria heteróloga foi cultivada e seus metabólitos foram extraídos e fracionados. A análise do metaboloma indicou a produção de peptídeos-policetídeos e substâncias glicosiladas. Foi observada atividade antimicrobiana em amostras do organismo recombinante, embora a bactéria hospedeira também tenha apresentado este efeito em algumas amostras analisadas. Em conclusão, os resultados demonstram o racional e esforços na descoberta de produtos naturais empregando mineração genômica e metagenômica associadas a tecnologias emergentes, obtendo avanços importantes para promover a inovação farmacêutica e biotecnológica.