Explorando um mecanismo molecular que facilita a adaptação fúngica termofílica às mudanças de temperatura
As funções multifacetadas dos genes P450 na modificação química de alcalóides prenil indol e na adaptação de fungos termofílicos ao estresse pelo frio. Crédito:Professor Xuemei Ni, Laboratório Estatal Chave para Conservação e Utilização de Biorrecursos em Yunnan, Universidade de Yunnan, Kunming, China Os fungos termofílicos são os principais componentes da micoflora em uma variedade de sistemas de compostagem naturais e artificiais, incluindo feno podre, grãos armazenados, cobertura morta de madeira, material de nidificação de pássaros e animais, lixo municipal e matéria orgânica acumulada com autoaquecimento. Os fungos termofílicos também são uma fonte potencial de produtos naturais, que complementam as bibliotecas de metabólitos de fungos e bactérias mesofílicos.
A equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Xuemei Niu (Laboratório Estadual Chave para Conservação e Utilização de Biorrecursos em Yunnan, Universidade de Yunnan) tem trabalhado na descoberta de metabólitos secundários em fungos termofílicos e suas atividades biológicas e funções naturais desde 2007.
No início de 2010, a equipe relatou que um fungo termofílico predominante, Thermomyces dupontii, produziu uma nova classe de alcalóides indólicos prenilados (PIAs), apresentando as características estruturais impressionantes de um suposto precursor versátil chave que tem sido proposto há muito tempo para os bem conhecidos PIAs complexos em fungos mesófilos.
Em seu último estudo publicado na revista Mycology , a equipe procurou determinar por que T. dupontii produziu tal classe de PIAs. Eles visaram dois genes P450 no cluster de genes responsáveis pelos PIAs, porque o P450 pode modificar e transformar metabólitos secundários para gerar metabólitos diversos e complexos.
Além do mais, a importância ecológica dos genes P450 permanece pouco compreendida até hoje. Inesperadamente, a análise bioinformática indicou que um dos genes P450 é um gene de fusão único P450L que codifica dois domínios funcionais que foram codificados separadamente por dois genes independentes em outros fungos.
Eles estabeleceram um sistema CRISPR/Cas9 termofílico e construíram duas deficiências mutantes em dois genes P450. A equipe realizou análises metabólicas e investigações químicas detalhadas e descobriu que dois genes P450 têm multifunções na formação de quelantes de ferro simples derivados de PIA, reforçando PIAs simples em PIAs complexos e produzindo quelantes de ferro eficazes. Surpreendentemente, observaram que o gene de fusão P450L tem um papel adicional na formação de quelantes de ferro mais complexos derivados de novos PIAs complexos.
Os pesquisadores também avaliaram os níveis de ferro nos mutantes e descobriram que as modificações do metabólito mediadas pelo P450 estavam envolvidas na elevação do Fe
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níveis, mas atenuando Fe
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níveis, levando assim a altas proporções de Fe
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/Fe
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no fungo termofílico sob estresse pelo frio, que regulou o conteúdo mitocondrial e a formação de lipídios no micélio e contribuiu para conidióforos fortes e robustos, facilitando assim a sobrevivência dos conídios fúngicos termofílicos sob estresse pelo frio.
Sendo um dos fatores físicos básicos e limitantes do meio ambiente, a temperatura desempenha um papel muito importante e até decisivo na sobrevivência e distribuição dos organismos na superfície terrestre. Com a intensificação das alterações climáticas extremas globais, a investigação sobre adaptação e combate às alterações de temperatura tem atraído cada vez mais atenção.
Os resultados deste estudo podem explicar por que as espécies de Thermomyces com um grande genoma reduzido podem sobreviver na biosfera, onde as temperaturas estão frequentemente abaixo das temperaturas de crescimento. Eles sugerem que o fungo não precisa de muitos genes centrais biossintéticos para famílias distintas de metabólitos. As modificações estruturais mediadas pelo P450 podem atender às necessidades de tolerância fúngica a baixas temperaturas e capacidade de sobrevivência.
“Este estudo irá encorajar os cientistas que trabalham na diversidade estrutural a descobrir as funções naturais da modificação de genes e a revelar todos os segredos moleculares desconhecidos que a diversidade química possui”, disse o Prof.
