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Metabolism analysis of streptomyces leeuwenhoekii C34 with a genome scale model and identification of Biosynthetic genes of specialized metabolites by genome mining
Doctor en Ciencias de la Ingenier铆a, Menci贸n Ingenier铆a Qu铆mica y Biotecnolog铆aStreptomyces leeuwenhoekii C34 es una nueva cepa que fue aislada desde la laguna Chaxa ubicada
en el Desierto de Atacama, Chile. Esta cepa produce metabolitos especializados con actividad
contra Staph. aureus resistente a meticilina (MRSA): chaxamicinas y chaxalactinas. La secuencia
gen贸mica de S. leeuwenhoekii C34 se obtuvo mediante las tecnolog铆as de Illumina Miseq y PACbio
RS II SMRT. El genoma se utiliz贸 para identificar cl煤sters de genes biosint茅ticos (BGCs) que
codifican para metabolitos especializados a trav茅s de miner铆a de genomas, y para desarrollar un
modelo a escala gen贸mica (GSM) para estudiar las rutas de bios铆ntesis de producci贸n de metabolitos
especializados.
Se encontraron 34 BGCs en el genoma de S. leeuwenhoekii C34, m谩s un BGC ubicado en el
pl谩smido pSLE2. Se encontr贸 tres BGCs para lazo-p茅ptidos. Espec铆ficamente, se identific贸 el producto
del BGC del lazo-p茅ptido 3 en el sobrenadante de S. leeuwenhoekii C34 cultivado en medio
TSB/YEME y se expres贸 exitosamente en el hu茅sped heter贸logo S. coelicolor M1152. Se confirm贸
que este lazo-p茅ptido era el mismo que la chaxapeptina, recientemente descrita para S. leeuwenhoekii
C58. Por otra parte, se identific贸 un BGC de 64 kb (locus 1083651 a 1147687) que codifica
para un h铆brido trans-AT PKS/NRPS. Es probable que el producto de este BGC sea un compuesto
halogenado debido a la presencia de un gen, sle09470, que codifica para una enzima cloradora.
Para estudiar este cl煤ster de genes, se desarrollaron diferentes cepas derivadas de S. leeuwenhoekii.
Tambi茅n, el BGC se clon贸 en hu茅spedes heter贸logos: S. coelicolor M1152, M1154 and S. albus. A
trav茅s de an谩lisis de HPLC MS/MS y comparaci贸n de perfiles de metabolitos, se identific贸 un grupo
de compuestos con patr贸n clorado, sin embargo se descartaron como posibles productos del BGC
ya que adem谩s de encontrarse en las cepas de S. leeuwenhoekii tambi茅n se encontraron en muestras
de S. coelicolor M1152. Por otra parte, se detecto un metabolito con una se帽al de m/z 611.53
[M + H]+ solamente en las muestras de S. leeuwenhoekii M1614 ( chaxamycin BGC) y M1619
( chaxamycin BGC; sle09560). Se requieren ms谩 estudios para confirmar si los metabolitos
expresados diferencialmente corresponden a un producto del h铆brido transAT-PKS/NRPS BGC.
Para construir el GSM de S. leeuwenhoekii C34 se desarroll贸 una interfaz basada en python, que
permite: buscar genes de Streptomyces asociados a reacciones en la base de datos KEGG, realizar
BLAST local contra S. leeuwenhoekii C34, comparar los dominios de prote铆nas, descargar informaci贸n
de los metabolitos, construir el GSM y realizar simulaciones usando COBRApy. Las rutas
biosint茅ticas de chaxamicinas, chaxalactinas, desferrioxaminas, ectoina y el producto del h铆brido
transAT-PKS/NRPS BGC (h铆brido PK-NP) se incluyeron en el modelo. El modelo, iVR1007,
consiste de 1722 reacciones, 1463 metabolitos y 1007 genes, y se valid贸 usando informaci贸n experimental
de crecimiento en diferentes fuentes de carbono, nitr贸geno y f贸sforo, mostrando un 83.7
% de precisi贸n. El modelo se us贸 para encontrar deleci贸n y sobre-expresi贸n de genes no intuitivas
que predicen un aumento en la producci贸n de precursores de chaxamicinas, chaxalactinas e h铆brido
PK-NP. Las modificaciones predichas podr谩n ser usadas para realizar ingenier铆a metab贸lica de S.
leeuwenhoekii C34 para incrementar la producci贸n de metabolitos especializados