Caracterización De La Agrupación Génica De Biosíntesis Del Inmunosupresor Tacrolimus En Dos Especies Del Género Streptomyces
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Departamento de Biología Molecular Area de Microbiología Caracterización de la agrupación génica de biosíntesis del inmunosupresor tacrolimus en dos especies del género Streptomyces. Estudio de su regulación. TESIS DOCTORAL Elena Solera Segura León, 2014 Agradecimientos El desarrollo de esta tesis doctoral no hubiera sido posible sin el apoyo personal, técnico y académico de un gran número de personas que han facilitado de manera inestimable la realización de este trabajo. En primer lugar agradecer al Dr. Juan Francisco Martín, director de esta tesis, por creer en mí ya desde mi época de estudiante, por permitirme desarrollar este proyecto bajo su tutela. A Alberto Sola, codirector de esta Tesis, por introducirme y guiarme en el mundo de la investigación, por mostrarme su brillantez, por su supervisión tolerante con margén para la experimentación bajo iniciativa propia y por su meticulosa corrección de la memoria. Al Ministerio de Educación y Ciencia por la concesión de una beca predoctoral asociada al proyecto Bio2006-14853-c02-01, en el cual se enmarca este trabajo. A Patricia por su gran eficacia y eficiencia en la secuenciación de los cósmidos. Por estar siempre con una sonrisa en la cara y por ser una gran AMIGA. A Maite por su ayuda con las extracciones de ARN, por ser de esas amigas que sabes que nunca te fallan, sin duda lo mejor de la recta final de la Tesis. A Claudia por su ayuda en el análisis de las qRT-PCR, por ser una gran compañera de viaje y por estar siempre dispuesta a ayudar. A Javi por su ayuda con cualquier duda de laboratorio, por las charlas infinitas a última hora y por su estima. A Rubén por los buenos momentos compartidos. A Angelina por su calided y amistad. A Lara por ayudarme en los comienzos, aunque separadas los lazos siguen ahí. A Silvia por su siempre disposición y por su asistencia técnica con el HPLC. A Miriam y Zahara por su ayuda con el cultivo de Streptomyces tacrolimicus, hicimos lo que pudimos con nuestra querida cepa. A Carlos Barreiro por contar conmigo para participar en el proyecto de secuenciación y demás colaboraciones. A Antonio por su siempre paciencia y disposición. A Rosma por su claridad y buena conversación. Al resto de compañeros de INBIOTEC que habéis ayudado a crear un inmejorable ambiente de trabajo especialmente a Clara, Mar, Maria, Nuria y Tamara por vuestras amenas charlas. A Andrea, Bea, Alcira, Berna y Josefina por su profesionalidad y apoyo administrativo y técnico. A mis padres, mi referencia de esfuerzo y trabajo duro, gracias por proporcionarme un ambiente estable en el que poder desarrollarme, gracias por vuestro apoyo incondicional, soy lo que soy gracias a vosotros. A Rubenin, un claro ejemplo de que los límites no vienen impuestos sino que los marcamos nosotros mismos, eres nuestro orgullo. A Rubén y Vladi gracias por vuestro cariño. A la pequeña Sofía gracias por inundar la familia de alegría. A mis padres y hermanos Abreviaturas y acrónimos Se presentan a continuación las abreviaturas y acrónimos empleados a lo largo de esta memoria. Se excluyen en general las soluciones y medios descritos en el capítulo “Materiales y métodos”. AcNa: Acetato sódico HK: histidina quinasa ACP: proteína trasportadora de grupos HPLC: Cromatografía líquida de alta acilo resolución ADNc: ADN complementario HTH: hélice-vuelta-hélice ADNg: ADN total o genómico IPTG: 1-isopropil-β-D-galactopiranósido antibióticoR: resistente a un determinado kb: kilopares de bases antibiótico KCTC: colección de cultivos tipo koreana antibióticoS: sensible a un determinado Kn: kanamicina antibiótico KR: cetoreductasa Apr: apramicina KS: cetosintasa ARNr: ARN ribosomal LAL: proteína de gran tamaño de unión a ARNt: ARN de transferencia ATP de la familia LuxR AT: aciltransferasa M: molar. ATCC: colección americana de cultivos tipo MCS: sitio de clonación múltiple AU: unidades de absorbancia MMF: micofenolato de mofetilo AZA: azatioprina MTBE: metilterbutileter CIA: cloroformo-alcohol isoamílico nm: nanómetro CoA: coenzima A NRPS: péptido sintasa no ribosomal CsA: ciclosporina A Nt: N-terminal Ct: C-terminal nt: nucleótido CTAB: bromuro de cetil-trimetil amonio ORF: marco de lectura abierto DH: deshidratasa pb: pares de bases DCDC: 4,5 dihidroxi-1,5-dienocarboxílico PKS(s): policétido sintasa(s) DHCHC: ácido 4,5 dihidroxiciclohex-1- PT: proteínas terminales enecarboxílico qRT-PCR: PCR cuantitativa a tiempo real DMSO: dimetilsulfóxido QS: quórum sensing dNTPs: desoxinucleótidos trifosfato RIN: número de integridad del ARN EDTA: ácido etilendiaminotetraacético rpm: revoluciones por minuto ER: enoil reductasa RR: Regulador de respuesta FAS: sintasa de ácidos grasos SDS: docedil sulfato sódico FDA: agencia del medicamento de los EEUU Tª: Temperatura GlcNAc: N-acetil glucosamina TE: tioesteresa HK: Histidina quinasa TFA: ácido trifluoro acético TFR: familia reguladores transcripcionales TetR vol / v: volumen TIR: Repeticiones terminales invertidas WT: fenotipo salvaje (wild type). Tm: temperatura de fusión X-Gal: 5-bromo-4-cloro-3-indolil- Tris: tris-hidroximetil-aminometano -β-D-galactopiranósido Glosario de términos coloquiales en medicina pero que no están recogidos en la RAE: Sintenia Clado Índice Índice I 1. INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................. 1 1.1. GÉNERO STREPTOMYCES ................................................................................................................................... 3 1.1.1. TAXONOMÍA DEL GÉNERO ....................................................................................................................................... 3 1.1.2. CARACTERÍSTICAS BIOLÓGICAS DEL GÉNERO STREPTOMYCES ........................................................................................... 4 1.1.3. ECOLOGÍA DEL GÉNERO STREPTOMYCES ..................................................................................................................... 6 1.1.3.1. Importancia ecológica de Streptomyces ....................................................................................................... 7 1.1.4. CICLO DE VIDA DEL GÉNERO STREPTOMYCES ............................................................................................................... 8 1.1.5. CARACTERÍSTICAS GENÉTICAS DEL GÉNERO STREPTOMYCES .......................................................................................... 13 1.1.5.1. El cromosoma ............................................................................................................................................. 13 1.1.5.2. Estructura cromosómica ............................................................................................................................. 13 1.1.5.3. Organización del cromosoma ..................................................................................................................... 15 1.1.5.4. Cromosoma lineal e inestabilidad génica: ventaja adaptativa ................................................................... 16 1.1.5.5. Elementos genéticos extracromosomales .................................................................................................. 17 1.2. FÁRMACOS INMUNOSUPRESORES: TACROLIMUS............................................................................................ 19 1.2.1. HISTORIA DE LOS INMUNOSUPRESORES .................................................................................................................... 19 1.2.2. INDUSTRIA FARMACÉUTICA: IMPORTANCIA ECONÓMICA DE TACROLIMUS........................................................................ 23 1.2.3. BIOSÍNTESIS DE TACROLIMUS ................................................................................................................................. 25 1.2.3.1. Policétido sintasa de tacrolimus: síntesis de pre-tacrolimus ...................................................................... 25 1.2.3.2. Modificaciones post-PKS: Funcionalización de tacrolimus ......................................................................... 27 1.2.3.3. Tacrolimus y sus análogos .......................................................................................................................... 27 1.2.3.4. Rutas metabólicas implicadas en la biosíntesis de tacrolimus ................................................................... 28 1.2.4. ESPECIES PRODUCTORAS DE TACROLIMUS ................................................................................................................. 33 1.2.4.1. Streptomyces tsukubaensis ......................................................................................................................... 33 1.2.4.2. Streptomyces tacrolimicus .......................................................................................................................... 34 1.3. METABOLISMO SECUNDARIO Y SU REGULACIÓN ............................................................................................ 36 1.3.1. GÉNERO STREPTOMYCES: GRAN PRODUCTOR DE METABOLITOS SECUNDARIOS ................................................................ 36 1.3.2. REGULACIÓN DEL METABOLISMO SECUNDARIO EN STREPTOMYCES ................................................................................ 38 1.3.2.1. Reguladores globales .................................................................................................................................. 39 1.3.2.1.1. Reguladores globales de la diferenciación morfológica y la producción