Identificación de genes codificantes para sintetasas de péptidos no ribosomales sideróforas y sus potenciales metabolitos en el hongo Antártico Pseudogymnoascus 131209-E2A-C5II-EB

Abstract

Entre todos los metabolitos secundarios fúngicos, los sideróforos destacan por ser un grupo de compuestos con gran diversidad estructural y aplicabilidad en diversas industrias biotecnológicas. Es por ello que la búsqueda de nuevos compuestos de esta familia de péptidos no ribosomales supone gran interés científico. Particularmente, el estudio de compuestos sideróforos producidos por hongos de ambientes extremos se ha enfocado en levaduras o en géneros fúngicos ampliamente conocidos como, por ejemplo, Aspergillus. Así, el estudio de otros géneros que habitan ambientes extremos y que son mucho menos conocidos, como Pseudogymnoascus, alberga un gran potencial interesantemente desconocido. En nuestro laboratorio se está estudiando como cepa modelo, la cepa fúngica antártica Pseudogymnoascus sp. 131209-E2A-C5II-EB. En ella se ha identificado un fragmento de 528 nucleótidos cuya secuencia evidenció un 63% de identidad con la de una sintetasa de péptidos no ribosomales (NRPS) productora de sideróforos de Aspergillus flavus. En base a este antecedente, el objetivo de este trabajo fue identificar en Pseudogymnoascus 131209-E2A-C5II-EB genes codificantes de sintetasas de péptidos no ribosomales y determinar si alguno de estos genes pertenece a la ruta de biosíntesis de algún potencial compuesto sideróforo producido por este organismo. El análisis bioinformático realizado determinó la presencia de dos genes que potencialmente codifican NRPSs sideróforas: gymA y gymE. El gen gymA se sitúa en un potencial cluster con sidA, un gen clave para la biosíntesis de sideróforos intracelulares de tipo ferricromo. Por otro lado, gymE se organiza entorno a un cluster conteniendo genes similares a sidJ, sidF, sidH, mirB y sit1, todos ellos potencialmente implicados en el metabolismo de sideróforos extracelulares, y cuyo producto sideróforo resultante pertenece a la familia de las fusarininas. En condiciones de cultivo deficientes en hierro se consiguió inducir la expresión del gen gymE, la cual se correlacionó con la presencia de compuestos sideróforos en el medio de cultivo. Finalmente, se purificaron 4 de estos compuestos de naturaleza siderófora que fueron caracterizados mediante espectrometría de masas y que no se encuentran registrados en las bases de datos, por lo que constituyen potenciales nuevos sideróforos de origen fúngico. Como trabajo futuro, se espera realizar la determinación estructural de los sideróforos purificados en este trabajo, y correlacionar la presencia de compuestos en los perfiles metabólicos con la expresión del gen gymA.

Among all the fungal secondary metabolites, the siderophores stand out as a group of compounds with great structural diversity and applicability in various biotechnological industries. Thus the search for new compounds from this family of non-ribosomal peptides is of great scientific interest. In particular, the study of siderophore compounds produced by fungi in extreme environments has been focused on yeasts or on widely known fungal genera such as Aspergillus. Therefore, the study of other genera that inhabit extreme environments and that are much less known, such as Pseudogymnoascus, harbors a great and interestingly unknown potential. In our laboratory, the Antarctic fungal strain Pseudogymnoascus sp. 131209-E2A-C5II-EB is being studied as a model. In this strain, a fragment of 528 nucleotides has been identified whose sequence showed 63% identity with an NRPS that produces siderophores from Aspergillus flavus. Based on this background, the goal of this work was to identify non-ribosomal peptide synthetases encoding genes in Pseudogymnoascus 131209-E2A-C5II-EB and to determine if any of them could be involved in the biosynthesis pathway of any potential siderophore compound produced by this organism. The bioinformatic analysis carried out determined the presence of two genes that encode potential siderophore NRPSs; gymA and gymE. The gymA gene is located in a potential cluster with sidA, a key gene for the biosynthesis of intracellular ferrichrome-type siderophores. On the other hand, gymE is organized around a cluster containing genes similar to sidJ, sidF, sidH, mirB and sit1, all of them potentially involved in the metabolism of extracellular siderophores, and whose resulting siderophore product belongs to the fusarinin family. Under iron-deficient culture conditions, the expression of the gymE gene was induced, which was correlated with the presence of siderophore compounds in the culture medium. Finally, four siderophore compounds were purified and characterized by mass spectrometry, which are not registered in the databases, thus constituting potential new siderophores of fungal origin. In future work, it is expected to carry out the structural determination of the purified siderophores in this work, and also to correlate the presence of compounds in the metabolic profiles with the expression of the gymA gene.