Neste estudo foi acessada a diversidade taxonômica e potencial biológico de actinobactérias isoladas de três biomas brasileiros com atividade antagônica contra Sclerotinia sclerotiorum. No total, 354 isolados foram obtidos da Coleção de Microrganismos de Importância Agrícola e Ambiental (CMAA) da Embrapa - Meio Ambiente. A atividade antagônica contra S. sclerotiorum foi avaliada por meio de ensaio in vitro. Foram selecionados 55 isolados, que apresentaram alguma porcentagem de inibição do crescimento de S. sclerotiorum. A identificação e análise da diversidade dos isolados, usando o gene 16S rRNA, demonstrou que 49 isolados são pertences ao genêro Streptomyces, quatro ao genêro Micromonospora, um a Kocuria e um a Actinomadura. Todas as actinobactérias apresentaram compatibilidade com bactérias benéficas do solo, exceto o isolado Caat P8 35. Três isolados, 1AS2a, Caat P5 55 e Caat P8 79, inibiram tanto o crescimento micelial quanto a germinação de escleródios de S. sclerotiorum. Os isolados Bc V1 06 e 3AS4 apresentaram hidrólise dos meios de fósforo orgânico e inorgânico. Com a ideia de conhecer o possível mecanismo de ação para solubilização de fósforo, o extrato aquoso do isolado 3AS4 foi submetido à análise de HPLC e o perfil cromatográfico obtido foi similar ácido glucônico. A avaliação desse isolado em casa de vegetação evidenciou diferenças na altura das plantas de soja, após seis semanas, quando inoculadas com a 3AS4. A relação Parte-aérea/Raiz foi significativamente maior quando adicionado o fósforo junto com a actinobactéria. Plantas sem adição de fósforo e com o isolado 3AS4 evidenciaram desenvolvimento similar na Parte-aérea/Raiz quando comparadas com plantas inoculadas com 40 kg ha-1 de PR e SPT. A avaliação da atividade enzimática evidenciou nove isolados capazes de hidrolisar quitina e laminarina como único substrato, sendo que três deles, 1AS2a, Caat P5 55 e Caat P8 79, foram avaliados quantitativamente, para a atividade enzimática quitinase (β 1-4 -Nacetilglucosaminidase) os resultados foram 0.03, 0.22 e 0.16 UI respectivamente, e a atividade glucanase (β 1-3-glucanase) foi 0.23, 0.25 e 0.26 UI respectivamente. Extratos orgânicos das actinobacterias obtidos com diclorometano (26) e acetato de etila (15) demostraram inibição do crescimento do fungo, somente o isolado 1AS2a apresentou inibição na concentração de 165 μg.mL-1. Estudos espectrométricos revelaram a prescença de um composto da família das bafilomicinas como principal composto ativo. A anotação do genoma do isolado 1AS2a revelou a presença de 33 operons gênicos envolvidos em vias biossínteticas para produção de compostos antimicrobianos, nos quais um deles, apresentou 100% de similaridade para operon de sintese de bafilomicina. Estudos taxonômicos mostraram que as características filogenéticas, morfológicas e químicas do isolado 1AS2c são consistentes com o gênero Streptomyces. Entretanto, algumas diferenças no perfil taxonômico, Hibridização DNA:DNA e análise de Multilocus confirmou o isolado 1AS2cT como linhagem tipo para uma nova espécie de Streptomyces, para qual o nome Streptomyces rhizosphaericola sp. nov. Com os resultados obtidos podemos afirmar: 1. Biomas brasileros possuem uma grande diversidade taxonômica e funcional 2. Os isolados de Actinobacteria posuem capacidade antagonica contra o fungo S. sclerotiorum 3. O isolado 3AS4 posui a capacidade de solubilização de fósforo e estimulação de crescimento vegetal do em condições de casa de vegetação 4. A efetiva produção de compostos antifúngicos do isolado 1AS2a, revelados diante o uso combiando de ferramentas espectroscopicas e bioinformaticas. Considerando todo isso, existe um enorme potencial de biocontrole em isolados de Actinobactérias de diferentes biomas do Brasil que podem ser uma nova opcão para uso na agricultura. / In this study, the taxonomic diversity and biological potential of actinobacteria isolated from different Brazilian biomes with antagonistic activity against Sclerotinia sclerotiorum were accessed. In total, 354 isolates were obtained from the Embrapa - Environment Collection of Microorganisms of Agricultural and Environmental Importance (CMAA). The antagonistic activity against S. sclerotiorum was evaluated by in vitro assay. In total, 55 isolates were obtained, all isolates showed some percentage of visible growth inhibition against S. sclerotiorum. The identification and analysis of the diversity of the isolates using the 16S rRNA gene showed that 49 isolates belong to the Streptomyces genus, 4 isolates belonging to the genus Micromonospora, 1 isolated to the genus Kocuria and 1 isolated to the genus Actinomadura. All the actinobacteria showed compatibility with the soil beneficial bacteria evaluated except the isolate Caat P8 35. Three isolates, 1AS2a, Caat P555 and Caat P8 79 inhibited both mycelia and S. sclerotiorum sclerotia. The isolates Bc V1 06 and 3AS4 showed hydrolysis using organic and inorganic phosphorus media. In order to know the possible mechanism of action for solubilization of phosphorus, the aqueous extract of the 3AS4 isolate was submitted to HPLC analysis, the chromatographic profile obtained was similar to gluconic acid. Greenhouse evaluation showed differences in height of soybean plants after 6 weeks when inoculated with 3AS4. The Shoot/Root ratio was significantly higher when the phosphorus was added along with the actinobacteria. Plants with no phosphorus addition and with 3AS4 showed similar development in the Shoot/Root when compared to inoculated plants with 40 kg.ha-1 of PR and SPT. The evaluation of the enzymatic activity evidenced nine isolates efficient of hydrolyzing chitin and laminarin as the only carbon substrate, three of them; 1AS2a, Caat P5 55 e Caat P8 79 isolates (β-1-4-N-acetylglucosaminidase) was 0.03, 0.22 and 0.16 IU respectively, however, glucanase activity (β-1-3-glucanase) was 0.23, 0.25 and 0.26 IU respectively. Organic extracts of the actinobacteria obtained with dichloromethane (26) and ethyl acetate (15) demonstrated inhibition of fungus growth, only the 1AS2a isolate presented inhibition at the concentration of 165 μg.mL-1. Spectrometric studies have revealed the presence of a compound of the bafilomycins family as the main active compound. The annotation of the genome of the 1AS2a isolate revealed the presence of 33 gene operons involved in biosynthetic pathways for the production of antimicrobial compounds, in which one of them presented 100% similarity to the bafilomycin synthesis cluster. Taxonomic studies have shown that the phylogenetic, morphological and chemical characteristics of the 1AS2c isolate are consistent with the genus Streptomyces. However, some differences in the taxonomic profile, DDH and Multilocus analysis confirmed the isolated 1AS2cT as a type strain for Streptomyces, for which the name Streptomyces rhizosphaericola sp. Nov. With the results obtained we can corroborate: 1. Brazilian biomes possess a great taxonomic and functional diversity 2. Detection of the antagonism of Actinobacteria isolates against S. sclerotiorum fungus 3. Phosphorus solubilization and plant growth stimulation of 3AS4 isolate under conditions of greenhouse 4. The effective antifungal compounds production of the 1AS2a isolate, revealed in the combining use of spectroscopic and bioinformatics tools. Considering all this, there is an enormous potential for biocontrol in isolates of Actinobacteria from different Brazilian biomes that may be a new option for use in agriculture.

Aisla, caracteriza y determina la capacidad antimicrobiana de actinomicetos asociados a hormigas cortadoras de hojas frente a bacterias (Escherichia coli ATCC 25922, Klebsiella pneumoniae ATCC 700603, Staphylococcus aureus ATCC 25923, S.aureus ATCC 6538, Bacillus subtilis ATCC 6633, Enterococcus faecalis ATCC 51922) y levaduras (Candida albicans ATCC 98028, C.albicans ATCC 7516, C.albicans ATCC 10231, C.tropicalis ATCC 7206, C.parapsilosis ATCC 7307). Se aislan 30 actinomicetos, en su mayoría caracterizadas fenotípicamente como Streptomyces sp. Los actinomicetos HAA-16 y HAA-17 presentaron porcentajes de inhibición significativos (87% y 86% respectivamente) frente a C. albicans ATCC 10231. Asimismo, el actinomiceto HAA-4 presenta actividad inhibitoria de amplio espectro frente a bacterias (S. aureus ATCC 25923 y E. faecalis ATCC 51922) y la levadura (C. albicans ATCC 7516). Los extractos orgánicos de la cepa HAA-17 obtenidos con acetato de etilo y diclorometano presentan la mayor actividad antifúngica frente a las levaduras del género Candida. Asimismo, la Concentración Mínima Inhibitoria (CMI) del extracto de acetato de etilo de HAA-17 fue de 3,25 mg/mL frente a C. albicans ATCC 7516 y C. parapsilosis ATCC 7307. El análisis de la región parcial ADNr 16S revela la presencia de cepas pertenecientes al género Streptomyces. En conclusión, los actinomicetos asociados a hormigas cortadoras de hojas Atta cephalotes son excelentes productores de compuestos bioactivos capaces de inhibir microorganismos patógenos de importancia clínica, confirmando su potencialidad de producir compuestos bioactivos de interés biotecnológico. / Tesis

Há uma simbiose quadripartida no ecossistema das formigas cultivadoras de fungos entre três mutualistas (Formiga da tribo Attini, jardim fúngico e actinomicetos simbiontes) e um parasita (fungo patogênico especializado Escovopsis sp). As actinobactérias associadas à formiga hospedeira produzem metabólitos secundários para inibir este patógeno, mas não o fungo mutualista. Produtos naturais interessantes foram relatados a partir destas bactérias com um amplo espectro de atividades biológicas. Portanto, várias actinobactérias foram isoladas do exoesqueleto e do jardim das formigas agricultoras para isolar compostos ativos contra diferentes alvos como Leishmania donovani e Escovopsis. Os antibióticos e compostos citotóxicos conhecidos griseorhodina A (1), griseorhodina C (2), griseorhodina G (3) e a dinactina (4) foram produzidos em cultivo sólido de ISP-2 por Streptomyces puniceus AB10, que foi isolada da formiga cortadeira Acromyrmex rugosus rugosus. As configurações absolutas de 1 e 2 foram inequivocamente estabelecidas como 6S,6aS,7S,8S e 6R,6aS,7S,8R, respectivamente, usando dicroísmo circular vibracional (VCD) e cálculos da Teoria do Funcional de Densidade (DFT). A bactéria Streptomyces puniceus AB10 produziu em meio-A líquido apenas uma familia de antibióticos como a dinactina (4). O composto 4 mostrou inibição contra Escovopsis e uma atividade maior contra L. donovani em promastigota e amastigota intracelular que a miltefosina. Dois estereoisômeros, strepchazolina A (5) e strepchazolina B (6), os antibióticos streptazolina (7), seu isômero-E (8), e o composto inorgânico octa-enxofre (9) foram produzidos em cultivo sólido de ISP-2 por Streptomyces chartreusis AC70, que foi isolada do jardim fúngico da formiga cortadeira Acromyrmex subterraneus brunneus. O composto 9 mostrou atividade antagonista contra o fungo patogênico especializado Escovopsis sp. Este é o primeiro relato de 8 como produto natural. As configurações absolutas de 5 e 6 foram inequivocamente estabelecida como 5S,6S,9R e 5S,6S,9S, respectivamente, usando dicroísmo circular vibracional (VCD) e cálculos da Teoria do Funcional de Densidade (DFT). A bactéria Candidatus Streptomyces philanthi ICBG292, isolada do exoesqueleto de operária de colônia de formiga Cyphomyrmex, produziu os antibióticos Mer-A2026B (10), piericidina-A1 (11) e nigericina (12). Os compostos 10-12 mostraram atividade contra Escovopsis sp e contra L. donovani. O composto 12 mostrou uma atividade maior contra L. donovani em promastigota e amastigota intracelular que a miltefosina. O composto 10 também foi ativo contra o fungo Trichoderma sp. Streptomyces sioyaensis ICBG311, isolada de machos alados de colônia de formiga Cyphomyrmex, produziu uma nova naftoquinona chamada cyphoquinona (13), dois novos compostos antifúngicos denominados cyphomycina (14) e epoxicyphomycina (15), e o antifúngico conhecido GT-35 (16). Os compostos 14-16 mostraram atividade contra diferentes linhagens de Escovopsis sp e Candida albicans K1 com MIC de 1.0, 0.5 e 0.25 ?g/mL, e uma atividade maior contra L. donovani em promastigota e amastigota intracelular que a miltefosina, enquanto 13 apresentou atividade baixa contra L. donovani. A cyphomycina (14) também mostrou uma potente atividade in vitro contra os patógenos humanos resistentes Aspergillus fumigatus 11628 (resistente à equinocandina), C. glabrata 4720 (resistente ao triazol), e C. auris B11211 (resistente à echinocandina, ao triazol, e à anfotericina B), com MIC de 0.5, 0.5 e 4 ?g/mL, respectivamente. Um estudo de dose única de cyphomycina (14) no modelo de camundongos neutropênicos de candidíase disseminada exibiu uma dose-resposta iv com um log de redução de 0.56 e 0.66 do carga infecciosa quando é tratado com 20 e 40 mg/kg da cyphomycina (14), respectivamente, e epoxicyphomycina (15) exibiu um log de redução de 0.53 com 40 mg/kg, demonstrando relevância clínica e eficácia de 14 e 15 neste modelo padrão da indústria de infecção por Candida. Por outro lado, GT-35 (16) matou os ratos 1 hora após a dose de 40 mg/kg. / There is a quadripartite symbiosis in the fungus-growing ant ecosystem between three mutualist (Attine ant, fungal garden and symbiotic actinomycetes) and one parasite (specialized pathogenic fungus Escovopsis sp). The actinobacteria associated to the ant host produce secondary metabolites to inhibit this pathogen but not the crop fungus. Interesting natural products have been reported from these bacteria with a wide spectrum of biological activities. In this thesis, several actinobacteria were isolated from the exoskeleton and garden of fungus-growing ants to isolate active compounds against different targets such as Leishmania donovani and Escovopsis. The known antibiotic and cytotoxic compounds griseorhodin A (1), griseorhodin C (2), griseorhodin G (3) and dinactin (4) were produced in solid ISP-2 culture by Streptomyces puniceus AB10, which was isolated from the leaf-cutter ant Acromyrmex rugosus rugosus. The absolute configurations of 1 and 2 were unambiguously established as 6S,6aS,7S,8S and 6R,6aS,7S,8R, respectively, using vibrational circular dichroism (VCD) and density functional theory (DFT) calculations. The bacterium Streptomyces puniceus AB10 produced in broth A-medium only one family of antibiotics as dinactin (4). Compound 4 showed inhibition against Escovopsis and a higher activity against L. donovani promastigotes and intracellular amastigotes than miltefosine. Two stereoisomers strepchazolin A (5) and strepchazolin B (6), the antibiotic streptazolin (7), its E-isomer (8), and the inorganic compound cyclooctasulfur (9) were produced in solid ISP-2 culture by Streptomyces chartreusis AC70, which was isolated from the fungal garden of the leaf-cutter ant Acromyrmex subterraneus brunneus. Compound 9 showed antagonist activity against the specialized pathogenic fungus Escovopsis sp. This is the first report of 8 as natural product. The absolute configurations of 5 and 6 were unambiguously established as 5S,6S,9R and 5S,6S,9S, respectively, using vibrational circular dichroism (VCD) and density functional theory (DFT) calculations. The bacterium Candidatus Streptomyces philanthi ICBG292, isolated from the exoskeleton of a worker of a Cyphomyrmex colony, produced the antibiotics Mer-A2026B (10), piericidin-A1 (11) and nigericin (12). Compounds 10-12 showed activity against Escovopsis sp and against L. donovani. Compound 12 showed higher activity against L. donovani promastigotes and intracellular amastigotes than miltefosine. Compound 10 was also active against the fungus Trichoderma sp. Streptomyces sioyaensis ICBG311, isolated from winged male ants of Cyphomyrmex colonies, produced a new naphtoquinone named cyphoquinone (13), two new antifungal compounds named cyphomycin (14) and epoxycyphomycin (15), and the known antifungal GT-35 (16). Compounds 14-16 displayed activity against several strains of Escovopsis sp and Candida albicans K1 with a MIC of 1.0, 0.5 and 0.25 ?g/mL, and a higher activity against L. donovani promastigotes and intracellular amastigotes than miltefosine, while 13 a weak activity against L. donovani. Cyphomycin (14) also showed potent in vitro activity against the resistant human pathogens Aspergillus fumigatus 11628 (echinocandin resistance), C. glabrata 4720 (triazole resistance), and C. auris B11211 (echinocandin, triazole, and amphotericin B resistance), with MIC of 0.5, 0.5 and 4 ?g/mL, respectively. A single-dose study of cyphomycin (14) in a neutropenic mouse disseminated candidiasis model exhibited a dose-like response with 0.56 and 0.66 log reduction of infectious burden when treated with 20 and 40 mg/kg cyphomycin (14), respectively, and epoxycyphomycin (15) exhibited 0.53 log ii reduction with 40 mg/kg, demonstrating clinical relevance and effectiveness of 14 and 15 in this industry-standard model of Candida infection. On the other hand, GT-35 (16) killed the mice 1 hr post dose at 40 mg/kg.