Universidade Federal Da Paraíba Edson Alexandre
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA EDSON ALEXANDRE DO NASCIMENTO SILVA ANÁLISE GENÔMICA E METABOLÔMICA DE UMA LINHAGEM DE STREPTOMYCES GALBUS ISOLADA DO SEMIÁRIDO PARAIBANO JOÃO PESSOA 2020 EDSON ALEXANDRE DO NASCIMENTO SILVA ANÁLISE GENÔMICA E METABOLÔMICA DE UMA LINHAGEM DE STREPTOMYCES GALBUS ISOLADA DO SEMIÁRIDO PARAIBANO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Biotecnologia pela Universidade Federal da Paraíba. ORIENTADOR: SAMUEL PAULO CIBULSKI JOÃO PESSOA – PB 2020 EDSON ALEXANDRE DO NASCIMENTO SILVA ANÁLISE GENÔMICA E METABOLÔMICA DE UMA LINHAGEM DE STREPTOMYCES GALBUS ISOLADA DO SEMIÁRIDO PARAIBANO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à disciplina de Trabalho de Conclusão de Curso como requisito parcial para obtenção do grau de Bacharel em Biotecnologia pela Universidade Federal da Paraíba. JOÃO PESSOA, 31 DE JULHO DE 2020. BANCA EXAMINADORA ________________________________________________ Professor Dr. Samuel Paulo Cibulski Orientador e presidente da banca _____________________________________________ Professora Dra. Adna Cristina Barbosa de Souza _____________________________________________ Professor Dr. Ulrich Vasconcellos da Rocha Gomes DEDICATÓRIA Dedico este trabalho à Deus, amigos e a minha família, em especial meus pais Djalma Vicente da Silva e Maria das Graças do Nascimento Silva. AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente a Deus, que mesmo com as minhas contínuas falhas tem me perdoado e continuado ao meu lado. Com tua mão, leve como uma pena quando caí tu me aconchegaste e quando não quis continuar a minha jornada, tu me levantaste. És rocha minha a qual construirei minha morada. Agradeço aos meus pais pelo amor, apoio e dedicação. À minha mãe que tem me dado carinho e atenção e ao meu pai, agradeço-te por ter me passado tanta sabedoria ao longo do tempo e nas ações que devo tomar em relação a vida e o quanto tenho que aprender. Aos meus tios, Marcos e Elizabete que na minha pequenez, tem me feito maior do que pude imaginar e tem me ajudado nas horas em que mais preciso. A todos da minha família que me ajudaram a ser quem eu sou e que não me importasse com que os outros digam a meu respeito. Agradeço aos professores do CBIOTEC pelo conhecimento passado contribuindo na formação do profissional que me tornarei. Em especial: À professora Tatiane que me aceitou em seu estágio e que aconselhou ao meu professor de PIBIC a me acolher na minha área de interesse. Ao professor Ian e Tatiane Santi Gadelha pelas discussões sobre ciência que me fizeram ter mais ânimo e interesse. Agradeço aos meus amigos Danilo Tibiriçá, Fernando Moraes, Janderson Mateus, Williams Silva, Wilembergson Alfredo, Maurício Júnior, Gustavo Eraldo e Francielle Maria pela amizade, suporte e atenção dada nos momentos em que precisei. Ao grupo e companheiros de laboratório do LBCM que me ajudaram a me ambientar e compreender várias técnicas de diversas áreas. Agradeço ao laboratório Multiusuário de análises clínicas pela colaboração. Agradeço a banca examinadora, que mesmo não recebendo nenhum presente material por minha parte, aceitaram avaliar meu trabalho de conclusão de curso. Desejo um especial agradecimento a Alex e toda a equipe do site Biorender pela autorização de direitos das imagens para o meu TCC. Desejo a vocês o melhor e sucesso. Agradeço ao Instituto Nacionais de Ciência e Tecnologia (INCT), pelo fomento para a pesquisa, assim como, a UFPB pelo espaço cedido para a pesquisa e o laboratório LAPOA/CCA do Campus de Areias da UFPB que sequenciou o genoma da bactéria objeto deste estudo. E por último agradeço aos meus professores de PIBIC, Pink e Cérebro, mais conhecidos como Samuel e Valnês, pela alegria nunca antes vista no laboratório, pela amizade e muita paciência que me confortaram. Nasci nu, hoje estou vestido. Djalma Vicente RESUMO A resistência antimicrobiana vem alertando entidades governamentais e a Organização Mundial da Saúde (OMS) com uma iminente crise global provocada pelo aumento gradativo da ineficácia de antibióticos frente a patógenos multirresistentes. As actinobactérias têm sido a maior fonte dos antibióticos utilizados clinicamente. Membros desse filo estão presentes em vários ambientes, inclusive, ambientes considerados extremos (como o bioma Caatinga), os quais têm sido o foco de exploração de novos antibióticos. Com isso, modernas abordagens começam a ser adotadas, em adição da exploração desses ambientes inexplorados. Entre eles, o sequenciamento genético juntamente com a aplicação de ferramentas da bioinformática na mineração de genomas tem ajudado a conhecer a diversidade de bactérias e os metabólitos secundários que estas produzem. Como também, métodos analíticos como cromatografia associada a espectrometria de massas para análises de extratos têm surgido como formas de mudar o panorama frente à pesquisa de novas moléculas com potencial antibiótico. Nesse estudo, uma linhagem de actinomiceto isolado na região do Cariri paraíbano que apresenta uma excelente atividade antimicrobiana e antitumoral, teve seu genoma sequenciado, anotado e estimado in silico quanto à produção de metabólitos secundários de interesse. A partir de análises genômicas, o isolado apresenta tamanho do genoma de 7 548 406 pares de bases e um alto conteúdo de guanina e citosina de 73,16%. Com análises filogenéticas, a linhagem I339 foi classificada como pertencente à espécie Streptomyces galbus e mostrou uma relação íntima com a S. galbus DSM 40089 e um distanciamento com a S. longwoodensis DSM 41677, a qual pôde ser visualizada através de análises de genômica comparativa entre as espécies. A análise de agrupamentos de genes relacionados a síntese de metabólitos mostrou a presença de 47 agrupamentos para S. galbus I339, sendo alguns destes, relacionados à produção de moléculas com atividade antimicrobiana e antitumoral. Através de análises de cromatografia gasosa acoplada a espectrometria de massas (GC-MS) e por ionização em eletrospray seguido de espectrometria de massas (ESI- ToF-MS) foram identificados compostos com potencial antimicrobiano e anticancerígeno como as dicetopiperazinas e o grupo das actinomicinas. Além do mais, foram identificadas diversas massas que não puderam ser associados a compostos já descritos, os quais podem estar relacionadas a novas moléculas. As predições in silico associadas aos métodos de análise físico-química demonstram uma notável capacidade da linhagem I339 de S. galbus para a produção de metabólitos secundários, sendo uma grande candidata a produção de novas moléculas com propriedades antibióticas. Palavras-chave: Resistência antimicrobiana. Actinobactéria. Metabólitos secundários. Desreplicação. Mineração de genomas. ABSTRACT The antimicrobial resistance has been alarming government entities and World Health Organization to an imminent global health crisis caused by a gradual increase in antibiotics ineffectiveness to multiresistant phatogens. Actinobacteria have been the most source of antibiotics in clinical use. Members of this phylum are present in many environments, including, extreme ones (as Caatinga) that had been the focus of new antibiotics research. Thereby, news approachs were adopted beyond the exploration of these inexplored environments. Among them, the genome sequencing coupled to bioinformatic tools in genome mining has aided the knowledge of the diversity of bacteria and their secondary metabolites. Also, analytical methods as gas chromatography and dereplication for metabolic compound analyses have emerged as a path to change the perpectives in research of new molecules with antibiotic potential. In this research, an actinomycete strain isolated in the region of Cariri from Paraíba State that showed a remarkable antimicrobial and antitumoral activity, had its genome sequenced, annotated and estimatives in silico were made to its production of secondary metabolites of interest. From genomics analyses, the isolated shows a genome length of 7,548,406 bp and a high guanine and cytosine content (73.16%). Phylogenetically, the I339 strain was classificated as belong to Streptomyces galbus species and showed a closelly relationship with S. galbus DSM 40089 and distance related with S. longwoodensis DSM 41677, that was could be seen through comparative genomic approach between the species. The biossinthetic genes clusters in silico analyses exhibited the presence of 47 clusters to S. galbus I339, which some of them are realted to secondary metabolites with antimicrobial and anticancer activity. Through gas chromatography/mass spectrometry (GC-MS) and electrospray ionization analyses (ESI-ToF-MS), compounds with antimicrobial and anticancer potential as diketopyperazines and actinomycins group were identified. Moreover, many mass profiles were not associated to any known compound, which could be associated to new molecules. The in silico prediction associated to physical- chemical methods, shows a great capacity of secondary metabolite production of S. galbus strain I339 and it’s a great candidate to production of new molecules with functional properties. Keywords: Antimicrobial resistance. Actinobacteria. Secondary metabolites. Dereplication. Genome Mining. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1- Linha do tempo da pesquisa dos antibióticos. ........................................................ 25 Figura 2- Principais representantes das classes de antibióticos. ........................................... 32 Figura 3- Mecanismos de ação dos principais antibióticos utilizados na atualidade.