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

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Lins, Philippe De Castro
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Metagenômica
Dioxigenase
Beta-lactamase
Resistência microbiana
Link de acesso: http://repositorio.unb.br/handle/10482/51403
Resumo: Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2024.
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spelling Identificação e caracterização de genes de resistência à antibióticos por diferentes abordagens metagenômicas em amostras biológicas do cerradoMetagenômicaDioxigenaseBeta-lactamaseResistência microbianaTese (doutorado) — Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2024.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.Bacteria have the ability to adapt to stressful situations, expressing specific genes that confer resistance. However, in addition to the genes responsible for the survival of the microorganism, it is possible that other genes assume this physiological role in the absence of this specific class. The complexity of microbial physiology is still not fully understood. Certain genes, which express enzymes responsible for the metabolism of aromatic compounds, can adapt to stress conditions and confer resistance to antibiotics. In this study, two samples from the Cerrado Biome were studied, identifying enzymes with biotechnological interest, the first sample being the soil and the second intestine of termite from the Cerrado. For the Cerrado soil sample, a dioxigenase was identified, which conferred resistance to a strain of bacteria expressing the antibiotic carbenicillin, a beta-lactam. In addition, new beta-lactamase genes were isolated from the termite intestine. In the study, a new dioxigenase was characterized through metagenomic isolation of Cerrado soil. The enzyme showed optimal activity at pH 7 and temperature of 30°C, using iron ions as a cofactor for substrate cleavage. The catalytic dynamics of CRB2(1) demonstrated values of Vmax = 0.02281 µM/min and KM = 97.6. The threedimensional structure revealed substrate binding to the termite domain, where the active site is located. The analyzed substrates interact directly with the iron ion, coordinated by three histidine residues. Alternatively, modifying the iron ion charge can change the binding between the active site and substrates. For the termite intestine sample, genome annotation also revealed genes involved in hemicellulose metabolism, glycerol production and a possible β-lactamase gene. Taxonomy based on scaffold genes from the metgenome revealed that members of Acholeplasma are more abundant in the intestinal segment P3 than in P1. Within that of Acholeplasma, the computational analysis revealed betalactamases not yet described in the database. Metagenomics allows analyzing the biotechnological potential of several organisms simultaneously, based on sequence analysis and functional activity. Currently, there is a demand for enzymes with biotechnological activities of interest.Instituto de Ciências Biológicas (IB)Departamento de Biologia Celular (IB CEL)Programa de Pós-Graduação em Biologia MolecularKruger, Ricardo HenriqueLins, Philippe De Castro2025-01-16T20:26:35Z2025-01-16T20:26:35Z2025-01-162024-08-30info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfLINS, Philippe de Castro. Identificação e caracterização de genes de resistência à antibióticos por diferentes abordagens metagenômicas em amostras biológicas do cerrado. 2024. 72 f. Tese (Doutorado em Biologia Molecular) — Universidade de Brasília, Brasília, 2024.http://repositorio.unb.br/handle/10482/51403porA concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2025-01-16T20:26:35Zoai:repositorio.unb.br:10482/51403Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2025-01-16T20:26:35Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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