Sobreexpresión de genes en streptomyces leeuwenhoekii C34 para aumentar la producción de agentes terapéuticos

Abstract

Para prevenir que las enfermedades causadas por infecciones bacterianas se vuelvan intratables, debido a la generación de resistencia bacteriana contra los antibióticos, los científicos buscan nuevos metabolitos especializados producidos por microorganismos geográfica y taxonómicamente aislados, que habitan en ambientes extremos. Uno de esos microorganismos es Streptomyces leeuwenhoekii C34 del desierto de Atacama, que produce chaxamicinas y chaxalactinas. Dichos metabolitos especializados poseen bioactividad contra Staphylococcus aureus y Escherichia coli, y que inhiben la actividad ATPasa de la proteína Hsp90, siendo posibles agentes antitumorales. Con el fin de aumentar la producción de estos metabolitos especializados en S. leeuwenhoekii C34, se utilizó el modelo de escala genómica del microorganismo, iVR1007, para predecir genes cuya sobreexpresión o deleción podría lograr dicho propósito. En este proyecto se estudia el efecto de sobrexpresar los genes Sle39830 y Sle27500 que, en conjunto, codifican para las cadenas alfa y beta de la enzima propanoil-CoA carboxilasa. Esta enzima cataliza la reacción de producción de (S)-2-metilmalonil-CoA a partir de propanoil-CoA, el cual es un precursor clave para la producción de chaxamicinas. Se comparó la bioactividad contra M. luteus y el análisis de perfil metabólico de ambas cepas para determinar la efectividad de la sobreexpresión de genes realizada. Los resultados indican que la sobreexpresión de los dos genes mencionados es insuficiente para aumentar la producción de metabolitos especializados, ya que no implica una mayor producción de chaxamicinas y chaxalactinas que la cepa nativa. Adicionalmente, se plantea la necesidad de sobreexpresar conjuntamente los genes asociados a la producción de los otros precursores clave, AHBA y malonil-CoA, para provocar un aumento en la producción de chaxamicinas y chaxalactinas. Un estudio de las rutas metabólicas de S. leeuwenhoekii C34 reveló que la reacción potenciada por la sobreexpresión de los genes sle39830 y sle27500 está presente en varias rutas metabólicas y tiene un efecto directo sobre el TCA, por lo que se cuenta con una posible explicación a la merma del efecto del aumento de (S)-2-metilmalonil-CoA sobre la producción de chaxamicinas y chaxalactinas. Se proponen variadas estrategias, de forma no excluyente, para aumentar la producción de metabolitos especializados, tales como deleciones complementarias, ingeniería ribosomal, o el co-cultivo con otros microorganismos.