Análise in silico e funcional do cluster gênico biossintético de esclerotiorina e derivados em Penicillium sp.

Abstract

Fungos do gênero Penicillium sect. sclerotiora possuem como principal característica a presença de pigmentação laranja no micélio, que foi associada ao metabólito secundário clorado da classe das azafilonas, denominado de esclerotiorina. Este metabólito possui diversas atividades biológicas, tais como antidiabete, antioxidante, anti-inflamatório, antialzheimer, antiviral e antimicrobiana. Moléculas da classe das azafilonas são produzidas via policetídeos sintases e posteriormente modificadas por enzimas chamadas de “enzimas pós-PKS”, que são codificadas por genes que estão presentes em clusters gênicos biossintéticos (BGCs). Com os avanços do sequenciamento de nova geração (NGS), hoje é possível investigar os genes envolvidos na biossíntese de produtos naturais por meio de mineração genômica, análise funcional em conjunto com dados de metabolômica. Contudo, no caso da esclerotiorina, embora sua estrutura tenha sido identificada há mais de 80 anos, até o presente momento a via de biossíntese está sendo descrita pela primeira vez neste trabalho em um isolado do gênero Penicillium MMSRG058. A mineração genômica de Penicillium sp. MMSRG058 permitiu a identificação do putativo cluster de esclerotiorina contendo duas PKS e 11 genes localizado no scaffold 28, para determinar se este BGC é o responsável pela via de síntese de esclorotiorina, foi realizado com sucesso o knockout das duas PKSs (genes core) e a análise comparativa do perfil metabolômica de mutantes e selvagem. Essas abordagens permitiram ainda a identificar outros metabólitos que são produzidos por esta mesma via, tais como: Isocromofilonas I e VI, esclerotioramina, ocrefilona A e clorogeumsanol. Os resultados aqui obtidos abrem portas para trabalhos visando à engenharia metabólica para superexpressão ou modificações estruturais para obtenção de novas moléculas. Palavras-chave: Esclerotiorina. Azafilonas. Deleção de genes.

Fungi of the genus Penicillium section Sclerotiora have as main characteristic the presence of orange pigmentation in the mycelium, which was associated with the chlorinated secondary metabolite of the azaphilone class, sclerotiorin. This metabolite has several biological activities, such as anti-diabetes, antioxidant, anti-inflammatory, anti-alzheimer, antiviral and antimicrobial. Molecules of the azaphilone class are produced via polyketide synthases and later modified by enzymes called “post-PKS enzymes”, which are encoded by genes that are present in biosynthetic gene clusters (BGCs). With advances in next generation sequencing (NGS), it is now possible to investigate the genes involved in the biosynthesis of natural products through genomic mining, functional analysis in conjunction with metabolomics data. However, in the case of sclerotiorin, although its structure has been identified more than 80 years ago, until now the biosynthesis pathway is being described for the first time in this work in an isolate of the genus Penicillium MMSRG058. The genomic mining of Penicillium sp. MMSRG058 allowed the identification of the putative sclerotiorin cluster containing two PKS and 11 genes located in scaffold 28, to determine whether this BGC is responsible for the sclerotiorin biosynthesis pathway, was realized the knockout of the two PKSs (core genes) and comparative analysis of the metabolomic profile of mutants and wild type. These approaches also allowed us to identify other metabolites that are produced by this same pathway, such as: Isochromofilones I and VI, sclerotioramine, ocrefilone A and chlorgeumsanol. the results obtained in this work can serve as a basis for metabolic engineering to obtain bioactive molecules based on the structure of sclerotiorin and new sclerotiorin derivatives. Keywords: Sclerotiorin. Azaphilones. Gene knouckout.