O gênero Streptomyces tem sido estudado nas últimas décadas, pela sua capacidade de produzir vários produtos naturais bioativos. Os microrganismos produtores de antibióticos exigem um ou mais mecanismos de resistência durante a produção destes. Streptomyces olindensis DAUFPE 5622 produz o antitumoral cosmomicina D que faz parte da família das antraciclinas. Neste estudo, se apresenta um modelo de resistência que é expresso conjuntamente com a biossíntese do antibiótico. Os três mecanismos incluem uma bomba de efluxo, um mecanismo enzimático envolvido na resposta a espécies reativas de oxigênio, e um mecanismo envolvido no reparo do DNA, pela ação da proteína homóloga UvrA. Os genes de resistência de S. olindensis foram clonados e expressos em S. albus, contendo o plasmídeo de expressão PEM4A com o promotor constitutivo ermE*p. Avaliou-se a capacidade de resistência à diferentes concentrações das antraciclinas cosmomicina D e doxorubicina. A expressão de cada um dos mecanismos de resistência incrementou a resposta às antraciclinas. / Streptomyces produce various bioactive natural products and possess resistance systems for these metabolites, which are co-regulated with antibiotic biosynthesis genes. Antibiotic producer microorganisms require one or more self-resistance determinants to survival during antibiotic production. Streptomyces olindensis DAUFPE 5622 produces the antitumoral Cosmomycin D, a member of the anthracycline family. In this study we show the resistance genes in Cosmomycin D biosynthetic cluster that provide self-resistance, including an ATP-dependent efflux pump, resistance to DNA damage through UvrA class IIa protein, and response to reactive oxygen species by the enzyme Glutathione peroxidase. We cloned and expressed the resistance genes from S. olindensis in <i.S. albus, containing the expression plasmid PEM4A with the constitutive promoter ermE*p. We evaluated the capacity of resistance to different concentrations of anthracyclines Cosmomycin D and the commercial Doxorubicin. The expression of each resistance component increment the response to anthracyclines.

O gênero Streptomyces tem sido estudado nas últimas décadas, pela sua capacidade de produzir vários produtos naturais bioativos. Os microrganismos produtores de antibióticos exigem um ou mais mecanismos de resistência durante a produção destes. Streptomyces olindensis DAUFPE 5622 produz o antitumoral cosmomicina D que faz parte da família das antraciclinas. Neste estudo, se apresenta um modelo de resistência que é expresso conjuntamente com a biossíntese do antibiótico. Os três mecanismos incluem uma bomba de efluxo, um mecanismo enzimático envolvido na resposta a espécies reativas de oxigênio, e um mecanismo envolvido no reparo do DNA, pela ação da proteína homóloga UvrA. Os genes de resistência de S. olindensis foram clonados e expressos em S. albus, contendo o plasmídeo de expressão PEM4A com o promotor constitutivo ermE*p. Avaliou-se a capacidade de resistência à diferentes concentrações das antraciclinas cosmomicina D e doxorubicina. A expressão de cada um dos mecanismos de resistência incrementou a resposta às antraciclinas. / Streptomyces produce various bioactive natural products and possess resistance systems for these metabolites, which are co-regulated with antibiotic biosynthesis genes. Antibiotic producer microorganisms require one or more self-resistance determinants to survival during antibiotic production. Streptomyces olindensis DAUFPE 5622 produces the antitumoral Cosmomycin D, a member of the anthracycline family. In this study we show the resistance genes in Cosmomycin D biosynthetic cluster that provide self-resistance, including an ATP-dependent efflux pump, resistance to DNA damage through UvrA class IIa protein, and response to reactive oxygen species by the enzyme Glutathione peroxidase. We cloned and expressed the resistance genes from S. olindensis in <i.S. albus, containing the expression plasmid PEM4A with the constitutive promoter ermE*p. We evaluated the capacity of resistance to different concentrations of anthracyclines Cosmomycin D and the commercial Doxorubicin. The expression of each resistance component increment the response to anthracyclines.

Os compostos de origem microbiana tem readquirido interesse pela biodisponibilidade, especificidade de alvo e diversidade química, mas as vias biosintéticas permanecem crípticas em condições de cultura. Uma estratégia para expressa-las é a super-expressão de genes ativadores. O laboratório de Bio-Produtos no ICB na USP tem trabalhado com Streptomyces olindensis produtor da Cosmomicina D uma molécula com atividade antitumoral de interesse devido ao padrão de glicosilação. O genoma de S. olindensis foi sequenciado e submetido ao NCBI (JJOH00000000) e utilizando o software antiSMASH foram identificados 33 clusters envolvidos na produção de metabolitos secundários. Encontraram-se clusters gênicos para a produção de metabolitos como Melanina, Geosmina, entre outros. Além, foi realizada uma analise de genômica comparativa para caracterizar e anotar as 22 vias biossintéticas desconhecidas em S. olindensis. Finalmente, escolheram-se a via do aminociclitol e um Policetídeo Tipo I para a super-expressão de genes reguladores levando a detecção do composto sob condições de cultura. / Microbial metabolites regain interest due to its bioavailability, target specificity and chemical diversity, but the biosynthetic pathways remain silenced under culture conditions. A strategy to obtain them is the over expression of regulatory genes. Bio-products laboratory at USP has been working with Streptomyces olindensis, products of Cosmomycin D, an antitumoral molecule with a distinctive glycosylation pattern. S. olindensis genome was sequenced and submitted to NCBI (JJOH00000000) and employing antiSMASH server 33 secondary metabolite related clusters were identified. Known pathways were found such as genes for melanin production, Geosmin and others. Additionally, a comparative genomic approach was used to characterize the 22 biosynthetic unknown pathways described in S. olindensis. Subsequently, Aminocyclitol and Polyketide Type I were chosen to evaluated, over expressing the regulatory genes, leading to the compound detection in regular culture conditions.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:01:50Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AnaKCL_TESE.pdf: 1692215 bytes, checksum: a7d6bf1b824b71e2d8f2ccfcbbe55015 (MD5) Previous issue date: 2010-04-09 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / Metabolic flux analysis (MFA) is a powerful tool for analyzing cellular metabolism. In order to control the growth conditions of a specific organism, it is important to have a complete understanding of its MFA. This would allowed us to improve the processes for obtaining products of interest to human and also to understand how to manipulate the genome of a cell, allowing optimization process for genetic engineering. Streptomyces olindensis ICB20 is a promising producer of the antibiotic cosmomycin, a powerful antitumor drug. Several Brazilian researchers groups have been developing studies in order to optimize cosmomycin production in bioreactors. However, to the best of our knowledge, nothing has been done on metabolic fluxes analysis field. Therefore, the aim of this work is to identify several factors that can affect the metabolism of Streptomyces olindensis ICB20, through the metabolic flux analysis. As a result, the production of the secondary metabolite, cosmomycin, can be increased. To achieve this goal, a metabolic model was developed which simulates a distribution of internal cellular fluxes based on the knowledge of metabolic pathways, its interconnections, as well as the constraints of microorganism under study. The validity of the proposed model was verified by comparing the computational data obtained by the model with the experimental data obtained from the literature. Based on the analysis of intracellular fluxes, obtained by the model, an optimal culture medium was proposed. In addition, some key points of the metabolism of Streptomyces olindensis were identified, aiming to direct its metabolism to a greater cosmomycin production. In this sense it was found that by increasing the concentration of yeast extract, the culture medium could be optimized. Furthermore, the inhibition of the biosynthesis of fatty acids was found to be a interesting strategy for genetic manipulation. Based on the metabolic model, one of the optimized medium conditions was experimentally tested in order to demonstrate in vitro what was obtained in silico. It was found that by increasing the concentration of yeast extract in the culture medium would induce to an increase of the cosmomycin production / A an?lise de fluxos metab?licos (AFM) ? uma importante ferramenta de an?lise do metabolismo celular. O seu conhecimento ? de extrema import?ncia para entender como deve ser conduzido ?s condi??es de cultivo de um organismo, no sentido de melhorar os processos de obten??o de produtos de interesse do homem, bem como para entender como deve ser manipulado o genoma de uma c?lula possibilitando a otimiza??o do processo para engenharia gen?tica. Streptomyces olindensis ICB20 ? um promissor produtor do antibi?tico cosmomicina, uma potente droga antitumoral, sendo de extrema relev?ncia estudar os fluxos metab?licos deste micro-organismo com o prop?sito de otimizar a s?ntese deste produto do metabolismo secund?rio. V?rios grupos de pesquisa brasileiros v?m desenvolvendo estudos na tentativa de otimizar esta produ??o em biorreatores. Entretanto, nada foi realizado ainda relativo ? an?lise de fluxos metab?licos. Este trabalho teve como objetivo verificar os fatores que afetam o metabolismo de Streptomyces olindensis ICB20, atrav?s da an?lise de fluxos metab?licos de forma que possa ser aumentada a produ??o do metab?lito secund?rio, cosmomicina. Para alcan?ar esse objetivo foi desenvolvido um modelo metab?lico que simula uma distribui??o dos fluxos internos celulares com base no conhecimento das vias metab?licas, de suas interliga??es, como tamb?m das restri??es do micro-organismo em estudo. A validade do modelo proposto foi verificada atrav?s da compara??o dos dados obtidos pelo modelo com dados experimentais da literatura. A partir da an?lise dos fluxos intracelulares, obtidos pelo modelo, foi proposto um meio de cultivo ?timo, como tamb?m, identificado pontos chaves do metabolismo com o direcionando o metabolismo de Streptomyces olindensis para uma maior produ??o de cosmomicina. Nesse sentido foi verificado que o incremento na concentra??o de extrato de levedura ? uma proposta de otimiza??o do meio de cultivo e que a inibi??o da via biossint?tica de ?cidos graxos ? uma estrat?gia interessante para manipula??o gen?tica. Com o objetivo de comprovar in vitro o que foi obtido in silico foi testada uma das condi??es de otimiza??o de meio proposta pelo modelo metab?lico atrav?s de ensaios experimentais em incubador rotativo onde foi constatado que o incremento na concentra??o de extrato de levedura no meio de cultivo induziu a um aumento na produ??o de cosmomicina

Os compostos de origem microbiana tem readquirido interesse pela biodisponibilidade, especificidade de alvo e diversidade química, mas as vias biosintéticas permanecem crípticas em condições de cultura. Uma estratégia para expressa-las é a super-expressão de genes ativadores. O laboratório de Bio-Produtos no ICB na USP tem trabalhado com Streptomyces olindensis produtor da Cosmomicina D uma molécula com atividade antitumoral de interesse devido ao padrão de glicosilação. O genoma de S. olindensis foi sequenciado e submetido ao NCBI (JJOH00000000) e utilizando o software antiSMASH foram identificados 33 clusters envolvidos na produção de metabolitos secundários. Encontraram-se clusters gênicos para a produção de metabolitos como Melanina, Geosmina, entre outros. Além, foi realizada uma analise de genômica comparativa para caracterizar e anotar as 22 vias biossintéticas desconhecidas em S. olindensis. Finalmente, escolheram-se a via do aminociclitol e um Policetídeo Tipo I para a super-expressão de genes reguladores levando a detecção do composto sob condições de cultura. / Microbial metabolites regain interest due to its bioavailability, target specificity and chemical diversity, but the biosynthetic pathways remain silenced under culture conditions. A strategy to obtain them is the over expression of regulatory genes. Bio-products laboratory at USP has been working with Streptomyces olindensis, products of Cosmomycin D, an antitumoral molecule with a distinctive glycosylation pattern. S. olindensis genome was sequenced and submitted to NCBI (JJOH00000000) and employing antiSMASH server 33 secondary metabolite related clusters were identified. Known pathways were found such as genes for melanin production, Geosmin and others. Additionally, a comparative genomic approach was used to characterize the 22 biosynthetic unknown pathways described in S. olindensis. Subsequently, Aminocyclitol and Polyketide Type I were chosen to evaluated, over expressing the regulatory genes, leading to the compound detection in regular culture conditions.