Regulación de la producción de macrólidos antifúngicos

Resumen

Streptomyces son un grupo de bacterias del suelo conocido por su capacidad de producir una gran variedad de metabolitos secundarios de interés industrial. Entre ellos, destacan los macrólidos poliénicos, potentes antifúngicos que son comúnmente empleados en la industria alimentaria para prevenir la contaminación de carnes y quesos, y en la práctica clínica para el tratamiento de micosis superficiales y sistémicas. A pesar del indudable interés de los macrólidos polienos como agentes antifúngicos, no existe un esquema establecido que permita entender la red de elementos reguladores que gobiernan la producción de este tipo de moléculas. El objetivo central de este trabajo fue desvelar el papel de distintos elementos reguladores en el control de la biosíntesis de polienos. De manera general, existen dos niveles en el control transcripcional del metabolismo secundario: el ejercido por los reguladores que se encuentran dentro de la agrupación génica del metabolito al que regulan, y el ejercido por aquellos reguladores globales o pleiotrópicos, que afectan a multitud de procesos celulares. La pimaricina es el paradigma de los polienos glicosilados y es producida por S. natalensis, el cual presenta una agrupación génica de gran tamaño dedicada a su biosíntesis. Esta agrupación contiene dos reguladores específicos de ruta, PimM y PimR, que actúan como activadores transcripcionales de los genes biosintéticos y constituyen el prototipo de los reguladores de tipo PAS-LuxR y SARP-LAL respectivamente. En este trabajo se ha profundizado en la caracterización de los operadores de dichos reguladores. La validación experimental de la secuencia de unión de PimM ha mostrado que la mayor afinidad del regulador se produce con el consenso inalterado y cualquier cambio ya supone una disminución considerable en la afinidad, lo que indica que las secuencias diana del regulador han evolucionado de manera que se han optimizado para la unión del mismo. Por su parte, el operador reconocido por PimR contiene un doblete y un triplete de heptanucleótidos, cuya caracterización ha mostrado que el triplete es esencial para la unión del regulador, mientras que el doblete es prescindible. El hecho de que reguladores ortólogos de PimR presenten operadores conservados sugiere que los resultados observados podrían ser extrapolables a la producción de compuestos por otras especies. La filipina, por su parte, es el modelo de los macrólidos poliénicos no glicosilados y por ello resultó interesante estudiar los mecanismos reguladores de su producción. La biosíntesis de este pentaeno por S. filipinensis es el resultado de una compleja ruta biosintética en la que hay dos reguladores ortólogos a pimM y pimR, filF y filR respectivamente, cuya funcionalidad se encuentra conservada. Sin embargo, poco se sabe del efecto de reguladores globales sobre su producción. Por ello, en este trabajo hemos estudiado el papel del regulador PhoP y de las γ-butirolactonas sobre la biosíntesis del antifúngico. La producción de filipina resultó ser altamente sensible a la presencia de fosfato inorgánico en el medio de crecimiento y este efecto está mediado, al menos parcialmente, por el sistema de dos componentes PhoRP. La caracterización de este sistema en S. filipinensis ha mostrado que se encuentra conservado y que PhoP actúa como un represor del metabolismo secundario y un activador del metabolismo primario. Por otro lado, la caracterización de una región cromosómica de S. filipinensis nos llevó a identificar un posible receptor y un posible pseudor-receptor de γ-butirolactonas así como una posible enzima biosintética (sfbR, sfbR2 y sfbA respectivamente). La inactivación de dichos genes desveló que presentan papeles diferenciales sobre la biosíntesis de filipina y la diferenciación morfológica. El estudio de la expresión de estos genes mostró que sfbR y sfbR2 presentan una regulación cruzada y sugiere que mantienen un equilibrio responsable del fino control del metabolismo secundario y la diferenciación morfológica en S. filipinensis. Por último, cabe destacar que durante la biosíntesis de la filipina por S. filipinensis se forman tres intermediarios de la misma: filipina I, 1’-hidroxifilipina I y filipina II. El estudio de la actividad biológica de dichos intermediarios (actividades antifúngica y hemolítica) mostró que la filipina II presenta propiedades similares a la filipina III, mientras que la filipina I resultó ser la menos activa. Sin embargo, el derivado 1’-hidroxifilipina I presentó propiedades mejoradas. Estos resultados la sitúan como un polieno con posible aplicación médica aunque otros parámetros han de ser evaluados para confirmarlo.