Metabolismo do nitrogênio de Streptomyces clavuligerus e seus efeitos sobre a produção de compostos bioativos

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Baptista, Amanda Salvador
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Estadual Paulista (Unesp)
• Palavras-chave em Português: Streptomyces clavuligerus; Bioprocesso; Metabólito secundário; Modelagem matemática e simulação; Fluxos metabólicos
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/11449/181926

Streptomyces clavuligerus produz uma diversidade de compostos de interesse terapêutico, com destaque para os beta-lactâmicos ácido clavulânico (um inibidor de beta-lactamases) e o antibiótico cefamicinaC, e os não beta-lactâmicos holomicina e tunicamicina. A produção destes metabólitos secundários é extremamente influenciada pela natureza e/ou concentração da(s) fonte(s) de nitrogênio do meio. Por exemplo, lisina é precursor dos antibióticos beta-lactâmicos e sua presença em culturas de S.clavuligerus estimula, principalmente, a produção de cefamicinaC. Por outro lado, lisina também é consumido no metabolismo primário, gerando duas moléculas de glutamato. O presente trabalho propôs explorar as atuações individuais de lisina e glutamato exógenos no processo em batelada de produção de compostos bioativos. Para isto, realizaram-se cultivos submersos em batelada em meios quimicamente definidos contendo maltose como principal fonte de carbono e energia e lisina ou lisina+glutamato como fonte(s) de nitrogênio. Realizaram-se cultivos preliminares em frascos agitados iniciados em pH 6,8 ou pH 7,2. Independente do pH inicial, nos meios contendo somente lisina obtiveram-se as maiores concentrações de cefamicinaC (~140 mg.L-1) e nos meios lisina+glutamato, além de cefamicina C (55 a 85 mg.L-1) também houve a produção de holomicina (15 a 35 mg.L-1). Esta última foi inesperada e inédita, pois a literatura tem afirmado que a produção de holomicina pela linhagem selvagem de S.clavuligerus é indetectável. Outra particularidade dos cultivos em lisina+glutamato foi o aumento acentuado de pH até 8,0, impedindo, assim, avaliar a atuação dos aminoácidos na produção de bioativos. Para eliminar a variação de pH e ao mesmo tempo investigar se a produção de holomicina havia sido desencadeada pela presença de glutamato e/ou justamente pelo aumento de pH, conduziram-se cultivos em biorreator convencional (5L vol. útil) com pH controlado em 6,8, valor usual em culturas submersas de S.clavuligerus, ou em pH 7,4, valor próximo do início da produção de holomicina em frascos agitados. Na condição lisina+glutamato em pH 6,8 obteve-se ca.400 mg.L-1 de cefamicinaC, um valor de gt3 a 4 vezes maior que o obtido nas demais condições. Uma concentração de cefamicinaC desta ordem de grandeza obtida em meio sintético nunca foi relatada na literatura. Este resultado também sustenta a ideia de que glutamato exógeno pode promover maior disponibilização da lisina presente no meio no sentido do aumento da produção de cefamicinaC. Holomicina foi produzida somente nos meios controlados em pH 7,4 (50 a 100 mg.L-1), independente da presença de glutamato. Concentrações desta ordem de grandeza têm sido reportadas apenas para mutantes de S.clavuligerus melhores produtores deste composto que apresentam, geralmente, danos genéticos associados à síntese de ácido clavulânico. Os dados obtidos em biorreator também foram comparados entre si por meio de estudos de modelagem e simulação, tanto do ponto de vista cinético como de distribuição de fluxos metabólicos. O modelo cinético refletiu bem o comportamento dos cultivos e as simulações do modelo metabólico indicaram que a produção de holomicina juntamente com a utilização de lisina como única fonte de nitrogênio, exigiu maior demanda energética. Os presentes resultados somam-se às evidências de que é possível configurar um ambiente artificial que simule condições necessárias e suficientes do ambiente natural do micro-organismo capazes de desencadear a produção de metabólitos secundários específicos.