Identificação e caracterização de genes de resistência à antibióticos por diferentes abordagens metagenômicas em amostras biológicas do cerrado

Abstract

As bactérias possuem a capacidade de se adaptar a situações de estresse, expressando genes específicos que conferem resistência. No entanto, além dos genes responsáveis pela sobrevivência do microrganismo, é possível que outros genes assumam esse papel fisiológico na ausência dessa classe específica. A complexidade da fisiologia microbiana ainda não está totalmente compreendida. Certos genes, que expressam enzimas responsáveis pelo metabolismo de compostos aromáticos, podem adaptar-se a condições de estresse e conferir resistência a antibióticos. Nesse estudo, foram estudadas duas amostras do Bioma Cerrado identificando enzimas com interesse biotecnológico, sendo a primeira amostra o solo e a segunda intestino de cupim do Cerrado. Para a amostra de solo do Cerrado, foi identificado um clone metagenômico, em cepa de bactéria Escherichia coli EPI300, que conferiu resistência ao antibiótico carbenicilina, usada como biblioteca metagenômica, expressando uma dioxigenase, nomeada como CRB2(1)(1). Em relação a CRB2(1)(1), a enzima apresentou atividade ótima em pH 7 e temperatura de 30°C, utilizando íons de ferro como cofator para a clivagem do substrato ácido gentísico. A dinâmica catalítica do CRB2(1), o nome da dioxigenase estudada nesse trabalho, demonstrou valores de Vmax = 0,02281 µM/min e KM = 97,6. O modelo tridimensional revelou a ligação do substrato ao domínio cupina, onde o sítio ativo está localizado. Os substratos analisados interagem diretamente com o íon ferro, coordenado por três resíduos de histidina. Alternativamente, a modificação da carga do íon de ferro pode alterar a ligação entre o sítio ativo e os substratos. Em se tratando de amostras do Cerrado, vale ressaltar que artrópodes são fontes naturais de uma complexidade de relações ecológicas entre microrganismos. Portanto, em um segundo momento, foram analisados o metagenoma de intestinos de cupim identificando assim novos genes de beta-lactamase. Para a amostra de intestino de cupim, a anotação do genoma revelou também genes envolvidos no metabolismo da hemicelulose, na produção de glicerol e um possível gene da β-lactamase. A taxonomia baseada nos genes scaffolds do metagenoma revelou que os membros do gênero Acholeplasma são mais abundantes em um determinado segmento intestinal do cupim. Dentro desse de Acholeplasma a análise computacional revelou beta-lactamases ainda não descritas em banco de dados. A metagenômica permite analisar o potencial genômico e suas aplicações biotecnológicas de vários organismos simultaneamente, com base na análise do metagenoma da amostra e atividade funcional. Atualmente, há uma demanda por enzimas com atividades oxidativas, principalmente em compostos considerados recalcitrantes, uma vez que são de difícil conversão para moléculas menores.