Avaliação do potencial antimicrobiano e síntese de glucosilglicerato em streptacidiphilus jiangxiensis sob diferentes condições de stress

Abstract

Os antibióticos tiveram uma enorme relevância na modernização da medicina, sendo hoje difícil imaginar a prática da medicina sem eles. Contudo, a resistência a estes compostos antimicrobianos tornou-se um problema de saúde pública que ameaça o controlo das doenças infeciosas bacterianas. A descoberta sistemática de antibióticos deveu-se a estudos de análise da atividade antimicrobiana de culturas de organismos de solos, tais como fungos (p. ex. do género Penicillium) e bactérias (p. ex. do género Streptomyces), importantes produtores de antibióticos (Arias & Murray, 2015; Ikeda et al., 1999). Sendo os antibióticos “armas” químicas utilizadas por microrganismos para a sua defesa, estes metabolitos secundários são muitas vezes produzidos em condições específicas de stress (Rutledge & Challis, 2015). A produção de certos metabolitos como o soluto orgânico glucosilglicerato (GG) está também relacionado com determinadas condições de stress, nomeadamente limitação de azoto ou stress osmótico, sendo que, nas micobactérias, este metabolito seja o precursor essencial de um lipopolissacárido de metilglucose implicado na resposta a stress térmico (Kaur et al., 2009). Nestas condições a via biossintética de GG, liderada pela enzima responsável pelo primeiro passo de síntese deste metabolito (GpgS), pode também estar ativa. Algumas actinobactérias contêm no seu genoma um operão raro que inclui genes com homologia com outros envolvidos na biossíntese de antibióticos. Um dos objetivos deste trabalho visa uma avaliação preliminar de potenciais propriedades antimicrobianas de Streptacidiphilus jiangxiensis isolado de solo (Huang et al., 2004), através de estudos experimentais de competição inter-específica (co-culturas bactéria-bactéria e bactéria-fungo) em condições definidas e exposição de bactérias tipo selecionadas a extratos de S. jiangxiensis. Um segundo objectivo deste trabalho é a caracterização da atividade da glucosil-3- fosfoglicerato sintase (GpgS) de S. jiangxiensis, uma enzima envolvida na síntese de GG cuja função em alguns microrganismos está associada à resposta a diferentes tipos de stress (Empadinhas & Da Costa, 2011). Neste trabalho foi clonado o gene que codifica a GpgS de S. jiangxiensis e a enzima recombinante responsável pela produção de GPG, o metabolito intermediário do soluto GG, foi produzida, purificada e as suas propriedades determinadas, permitindo concluir que é uma GpgS típica de actinobactérias. Nas condições de stress testadas não foi detetada a acumulação de GG por S. jiangxiensis. Os ensaios para avaliação do potencial antimicrobiano de S. jiangxiensis nas condições testadas não confirmaram a hipótese, possivelmente devido ao número insuficiente de parâmetros de crescimentos selecionados e condições de stress testadas. A elucidação da fisiologia e metabolismo de microrganismos pouco explorados como Streptacidiphilus jiangxiensis, especialmente das vias de produção de metabolitos secundários de interesse biomédico, pode contribuir para o combate a doenças infeciosas, de relevância acrescida num momento em que a Humanidade enfrenta um aumento significativo de fenómenos de resistência aos antibióticos disponíveis.

Antibiotics had an important impact in the modernization of medicine and it is difficult to imagine medicine without them. However, resistance to these amimicrobial compounds has become a global health hazard endangering the control of bacterial infectious diseases. Systematic analytical studies of the antimicrobial activity of soil organisms allowed the discovery of antibiotics produced by fungi (p. ex. the genus Penicillium) and bacteria (such as Streptomyces genus), which are important antibiotic producers (Arias & Murray, 2015; Ikeda et al. 1999). In vivo, antibiotics are chemicals used as a defense mechanisms and these metabolites are often produced in specific stress conditions (Rutledge & Challis, 2015). The production of certain secondary metabolites, such as the organic solute glucosylglycerate (GG), is also related to stress conditions, in particular nitrogen limitation or osmotic stress, in mycobacteria this metabolite is also the primer for a lipopolysaccharide methylglucose which has been linked to thermal stress endurance (Alarico et al., 2014). In these conditions the enzyme responsible for the first step of this metabolite synthesis (GpgS) should also be active. Some actinobacteria contain in their genome a rare operon that includes homologs to genes involved in antibiotic biosynthesis. This work aims at a preliminary assessment of the potential antimicrobial properties of Streptacidiphilus jiangxiensis isolated from soil (Huang et al., 2004), by conducting inter-specific competition studies (bacteria-bacteria and bacteriafungi), by generating co-cultures under defined conditions and exposing slected bacteria to S. jiangxiensis extracts. One other objective of this study is to characterize the activity of glycosyl- 3-phosphoglycerate synthase (GpgS) of S. jiangxiensis, an enzyme involved in stress resistance pathways in some organisms (Empadinhas & Da Costa, 2011). In this work, we cloned the gene codifying for GpgS of S. jiangxiensis, the recombinant enzyme responsible for the production of GPG, the intermediate metabolite in GG’s synthetic route. The enzyme was produced, purified and its properties determined leading to the conclusion that it is a typical actinobactrial GpgS. However, under the tested stress conditions S. jiangxiensis does not accumulate GG. Under the tested conditions, the evaluation assays of the S. jiangxiensis antimicrobial properties did not confirm the hypothesis posed above, possibly due to the insufficient number of growth parameters and stress conditions analyzed. Elucidating the physiology and metabolism of underexplored microorganisms such as Streptacidiphilus jiangxiensis, especially the production pathways of secondary metabolites of biomedical interest, may contribute to combating relevant infectious diseases especially now that humanity is facing a rising surge in the menacing phenomena of antibiotic resistance.