Integración de la minería genómica y la metabolómica para descifrar el potencial de producción de metabolitos bioactivos en cepas de Streptomyces de Uruguay

Abstract

El género Streptomyces es reconocido por su versatilidad metabólica y capacidad de producción de metabolitos bioactivos. A pesar de décadas de investigación, se siguen descubriendo nuevos productos naturales derivados de Streptomyces, lo que destaca la importancia de continuar explorando este género en busca de compuestos con potencial terapéutico y aplicaciones biotecnológicas. El presente trabajo de tesis permitió la caracterización de una colección de 235 cepas de Streptomyces aisladas en Uruguay en cuanto a su potencial de producción de metabolitos bioactivos. En primer lugar, se determinaron los compuestos fitotóxicos responsables de la patogenicidad en papa de diferentes especies de Streptomyces a partir de los perfiles metabolómicos por 1H RMN de los sobrenadantes de cultivo de algunas cepas de Streptomyces de la colección. Se estableció un modelo metabolómico capaz de clasificar las cepas en función de su fitotoxicidad, estableciendo correlaciones entre los perfiles metabólicos y las relaciones filogenéticas de las especies de Streptomyces patógenas. Por otro lado, se evaluaron otras actividades de interés para lo cual se optimizaron nuevas metodologías de screening como la actividad nematicida y de promoción de crecimiento vegetal. Se identificaron 17 cepas de Streptomyces con actividad nematicida frente a C. elegans. Por otra parte, se identificaron varias cepas con propiedades de actividad promotora de crecimiento vegetal, como la producción de compuestos que solubilizan el fósforo, de sideróforos y de hormonas vegetales. Posteriormente, se profundizó en la determinación de los metabolitos responsables de estas actividades en cinco de estas cepas abordando un enfoque genómico y metabolómico.En cuanto a los estudios de minería genómica, se encontraron varios grupos de genes biosintéticos (BGCs) de diversos tipos entre las cepas analizadas, donde la mayoría presentan nula o muy baja similitud con otros BGCs reportados, evidenciando la existencia de BGCs desconocidos. El estudio metabolómico se basó en el uso de cromatografía líquida acoplada a detector de masas en tándem y plataformas de análisis asociadas a bases de datos para determinar los compuestos presentes en las muestras. Los resultados obtenidos permitieron contar con posibles candidatos, y además revelaron una alta proporción de estructuras químicas desconocidas. Por último, se realizó un análisis genético funcional en una de las cepas con actividad nematicida para evaluar el rol de la antimicina como compuesto responsable de su actividad. Para ello, se construyó un mutante knock out del gen antC mediante la estrategia CRISPR-Cas9. No se detectaron diferencias claras entre el fenotipo nematicida de la cepa salvaje y mutante, por lo que se sugiere la presencia de otros compuestos responsables de la actividad. La ejecución de esta tesis fue clave para la implementación de nuevas herramientas de análisis metabolo genómicos que serán de gran utilidad para futuros proyectos. Además, se cuenta con un repertorio de cepas bioactivas caracterizadas y con un gran volumen de datos sobre sus perfiles metabólicos y genómicos que sugieren la existencia de nuevas moléculas sobre las cuales continuar profundizando.