Análise de fluxos metabólicos para otimização da síntese do antibiótico cosmomicina por Streptomyces olindensis ICB20

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

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

A análise de fluxos metabólicos (AFM) é uma importante ferramenta de análise do metabolismo celular. O seu conhecimento é de extrema importância para entender como deve ser conduzido às condições de cultivo de um organismo, no sentido de melhorar os processos de obtenção de produtos de interesse do homem, bem como para entender como deve ser manipulado o genoma de uma célula possibilitando a otimização do processo para engenharia genética. Streptomyces olindensis ICB20 é um promissor produtor do antibiótico cosmomicina, uma potente droga antitumoral, sendo de extrema relevância estudar os fluxos metabólicos deste micro-organismo com o propósito de otimizar a síntese deste produto do metabolismo secundário. Vários grupos de pesquisa brasileiros vêm desenvolvendo estudos na tentativa de otimizar esta produção em biorreatores. Entretanto, nada foi realizado ainda relativo à análise de fluxos metabólicos. Este trabalho teve como objetivo verificar os fatores que afetam o metabolismo de Streptomyces olindensis ICB20, através da análise de fluxos metabólicos de forma que possa ser aumentada a produção do metabólito secundário, cosmomicina. Para alcançar esse objetivo foi desenvolvido um modelo metabólico que simula uma distribuição dos fluxos internos celulares com base no conhecimento das vias metabólicas, de suas interligações, como também das restrições do micro-organismo em estudo. A validade do modelo proposto foi verificada através da comparação dos dados obtidos pelo modelo com dados experimentais da literatura. A partir da análise dos fluxos intracelulares, obtidos pelo modelo, foi proposto um meio de cultivo ótimo, como também, identificado pontos chaves do metabolismo com o direcionando o metabolismo de Streptomyces olindensis para uma maior produção de cosmomicina. Nesse sentido foi verificado que o incremento na concentração de extrato de levedura é uma proposta de otimização do meio de cultivo e que a inibição da via biossintética de ácidos graxos é uma estratégia interessante para manipulação genética. Com o objetivo de comprovar in vitro o que foi obtido in silico foi testada uma das condições de otimização de meio proposta pelo modelo metabólico através de ensaios experimentais em incubador rotativo onde foi constatado que o incremento na concentração de extrato de levedura no meio de cultivo induziu a um aumento na produção de cosmomicina