Investigadores da Universidade do Kansas desempenharam um papel fundamental na decifração de um conjunto de genes anteriormente não identificados responsáveis ​​pela produção de sartorypironas, uma substância química produzida pelo fungo patogénico Aspergillus fumigatus, cuja família causa aspergilose em humanos.



Suas descobertas foram publicadas recentemente naChemical Science .

A aspergilose ameaça a vida de mais de 300.000 pessoas todos os anos. Uma melhor compreensão dos genes responsáveis ​​pelos produtos químicos – ou “metabolitos secundários” – produzidos pelo A. fumigatus e pelos seus primos fúngicos poderia ajudar os investigadores a desenvolver medicamentos antifúngicos mais eficazes.

"As infecções fúngicas representam um desafio significativo e têm atraído cada vez mais atenção na mídia, incluindo relatórios científicos", disse o autor correspondente Berl Oakley, Irving S. Johnson Distinguished Professor of Molecular Biology na KU.

"Entre os organismos problemáticos está um fungo conhecido como Aspergillus fumigatus. A maioria dos indivíduos que sofrem de infecções fúngicas patogénicas graves enquadram-se na categoria de imunocomprometidos, tais como indivíduos em tratamento de cancro ou aqueles que vivem na África Subsaariana, onde um número significativo de as pessoas afetadas pela AIDS não recebem medicação."

Oakley e seus coautores estavam interessados ​​em saber como o Aspergillus fumigatus produzia metabólitos secundários, que muitas vezes são considerados por seu potencial medicinal – embora possam ser difíceis de estudar em laboratório – porque são muito biologicamente ativos.

“Estudos identificaram numerosos agrupamentos de genes em fungos responsáveis ​​pela produção desses metabólitos”, disse ele.

"Mas esses compostos normalmente não são produzidos em condições laboratoriais padrão, deixando muitas de suas propriedades desconhecidas. Esses metabólitos, embora não sejam essenciais para o crescimento de um organismo, oferecem vantagens seletivas. Eles podem proteger contra fatores como a radiação UV e inibir espécies competitivas. Alguns destes metabólitos secundários exibem bioatividades benéficas para vários fins. Outros contribuem para efeitos patogênicos, incluindo a supressão do sistema imunológico”.

Para isolar e analisar os genes do Aspergillus fumigatus que expressam metabolitos secundários, a equipa transferiu um grupo destes genes – denominado cluster de genes biossintéticos (BGC) – para uma estirpe relacionada de Aspergillus, A. nidulans, e depois activou-os. A. nidulans foi modificado pelos pesquisadores para ser uma espécie de fungo modelo para esta técnica, apelidada de "expressão heteróloga".

“Podemos então observar os compostos que eles produzem em laboratório”, disse Oakley. “Em um caso, um agrupamento de genes revelou a síntese de sartorypironas, um grupo de compostos com conhecimento prévio limitado de sua produção”.

A equipe de pesquisa nomeou o agrupamento genético responsável por esses compostos de “espião BGC” (espião que significa sartorypironas). Eles analisaram os compostos produzidos pelo espião BGC usando espectrometria de massa de ionização por eletrospray de alta resolução, ressonância magnética nuclear e difração de elétrons microcristalinos (MicroED) para identificar 12 produtos químicos do espião BGC.

Oakley liderou o trabalho com o colaborador de longa data e autor correspondente Clay C.C. Wang, da Universidade do Sul da Califórnia. Na KU, Oakley conduziu a investigação com C. Elizabeth Oakley e o estudante de doutorado Cory Jenkinson. Outros coautores foram Shu-Yi Lin e Paul Seidler da USC; Yi-Ming Chiang, da Universidade Médica de Taipei; Ching-Kuo Lee, Christopher Jones e Hosea Nelson do Instituto de Tecnologia da Califórnia; e Richard Todd da Universidade Estadual do Kansas

Eles relatam que sete dos compostos não haviam sido isolados anteriormente.

“O BGC espião consiste em seis genes contíguos envolvidos na biossíntese das sartorypironas”, relatam. "Fomos capazes de propor uma via biossintética para esta família de compostos. Nossa abordagem de refatorar todo o agrupamento de genes no sistema hospedeiro desreplicado de A. nidulans nos fornece uma maneira direta de dissecar a via biossintética."

Oakley disse que a mesma técnica poderia levar a mais avanços na compreensão do A. fumigatus e de outros patógenos fúngicos. Os resultados podem levar a novas terapias para infecções fúngicas, bem como a usos industriais ecologicamente corretos. Por exemplo, uma das outras linhas de pesquisa da Oakley utilizou A. nidulans geneticamente modificado para converter plásticos oceânicos em matérias-primas para a indústria farmacêutica.

Ele disse que o artigo atual reflete uma prova de princípio.

“Gostaríamos de expressar os agrupamentos restantes de genes de metabólitos secundários para sabermos o que cada um produz”, disse ele. “Já sabemos o que cerca de 15 deles produzem. Sabemos que é um patógeno sério e conhecemos alguns dos metabólitos secundários que contribuem para a patogênese. para fora, então os pesquisadores podem usar essa informação terapeuticamente para compreender os mecanismos de infecção e descobrir maneiras de limitar a infecção."

No entanto, Oakley advertiu que a realidade económica do fabrico de medicamentos antifúngicos poderia dificultar o rápido desenvolvimento de novos medicamentos.

“Precisamos de mais antibióticos e mais antifúngicos”, disse ele. "Mas eles não são lucrativos. Um composto lucrativo é algo que eles podem dar às pessoas por 30 anos, não algo que você dá por uma semana que resolva o problema. Portanto, não há muito incentivo financeiro. Você pode encontrar o melhor antibiótico no mundo; eles vão deixá-lo na prateleira porque será o último recurso, e só vão usá-lo quando os outros não funcionarem."

Mais informações: Shu-Yi Lin et al, Uma plataforma de expressão heteróloga em Aspergillus nidulans para a elucidação de agrupamentos de genes biossintéticos do metabolismo secundário críptico:descoberta da via biossintética da sartorypirona de Aspergillus fumigatus, Chemical Science (2023). DOI:10.1039/D3SC02226A
Informações do diário: Ciência Química

Fornecido pela Universidade do Kansas