flssebastianes 200801 seminario[1]

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LGN 5799 - SEMINÁRIOS EM GENÉTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas Programa de Pós-Graduação em Genética e Melhoramento de Plantas Departamento de Genética Avenida Pádua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - São Paulo - Brasil Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php Vias de Biossíntese de Antibióticos Vias de Biossíntese de Antibióticos Fernanda Luiza de Souza Sebastianes Profa. Dra. Aline Aparecida Pizzirani-Kleiner Seminário Pós Graduação – Vias de Biossíntese de Antibióticos

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Produção de antibióticos.

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  • LGN 5799 - SEMINRIOS EMGENTICA E MELHORAMENTO DE PLANTAS

    Programa de Ps-Graduao em Gentica e Melhoramento de Plantas

    Programa de Ps-Graduao em Gentica e Melhoramento de Plantas

    Departamento de GenticaAvenida Pdua Dias, 11 - Caixa Postal 83, CEP: 13400-970 - Piracicaba - So Paulo - Brasil

    Telefone: (0xx19) 3429-4250 / 4125 / 4126 - Fax: (0xx19) 3433-6706 - http://www.genetica.esalq.usp.br/semina.php

    Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de Biossntese de Antibiticos

    Fernanda Luiza de Souza SebastianesProfa. Dra. Aline Aparecida Pizzirani-Kleiner

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • SumrioSumrio

    Histrico

    Mecanismo de ao dos antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    Resistncia Microbiana

    Obteno de novos antibiticos

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Histria dos antibiticos

    Cientistas da segunda metade do sculo XIX (Tyndal, Lister, Huxley,Duchesne e Vuillemin) j observavam o fenmeno denominado porantibiose, o qual era resultado dos agentes antimicrobianos.

    Em 1860 Joseph Lister estudou o efeito inibitrio de substncias qumicas sobre as bactrias.

    Fenol Esteriliza instrumentoscirrgicos

    taxas de mortalidade associadas cirurgias

    Pasteur e Joubert em 1877 reconheceram o potencial clnicos dosprodutos microbianos como agentes teraputicos

    Bacillus antracisCrescia em urina estril

    Morte com a adio de bactrias junto com ele na mesma urina

    (Greenwood, 1997)Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Alexander Fleming1881 1955

    Nobel Medicina 1945

    1928 Alexander Fleming descobriu a penicilina

    Saint Marys Hospital de Londres

    (Bentley, 2005 )Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Histria dos antibiticos

    Colnias de Staphylococcus vizinhas do fungoPenicillium apresentavam-se translcidas (lise celular).

    Cresceu Penicillium em meio lquido e verificou que uma substncia antimicrobiana era secretada no meio.

    Contaminante inibia o crescimento de Staphylococcusmesmo diludo 800 vezes.

    Agente antibacteriano penicilina

    Penicillium chrysogenum

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    1941 incio do uso clnico da penicilina (estreptococos e pneumococo).

    Penicilina Primeiro antibitico usado para o tratamento de infeces em humanos

    13 anos da descoberta ao uso

    prtico. (Gomez & Lopez, 2006)

    Chain & Florey em 1940 analisaram o efeito antibacteriano da penicilina.

    No final da dcada de 1930, no auge da segunda guerra mundial, o elevado nmero de pacientes infectados exigia a descoberta de substncias efetivas para o tratamento de infeces bacterianas.

    Histria dos antibiticos

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    1944 Selman Abraham Waksman e colaboradores isolaram a estreptomicina de uma cepa Streptomyces, a primeira droga efetiva contra o bacilo da tuberculose.

    Em 1889 o nome antibitico foi criado por Vuillemim e, posteriormente, em 1942 foi redefinido por Waksman.

    Prmio Nobel de Medicina (1952)

    Antibitico: um composto qumico derivado de microrganismos (bactrias, fungos) que tm a capacidade de inibir o crescimento, inclusive chegando a destruir outros microrganismos em solues diludas antibacteriano, antifngico e antitumoral.

    (Greenwood, 1997)

    Histria dos antibiticos

  • Microrganismos apresentam dois tipos de metabolismo:

    Produo de Antibitico

    Microrganismos

    Biossntese de antibiticos em microrganismosSeminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Os produtos naturais isolados de actinomicetos e fungos tm sidoa principal fonte da maioria dos antibiticos comercializados.

    Secundrio: rotas biossintticas longas e complexas derivadas do metabolismo primrio

    Primrio: ativo durante todo o ciclo de vida

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Mais de 8000 antibiticos foram identificados

    200 novos antibiticos a cada ano

    Atualmente existem 90 antibiticos utilizados na prtica clnica.

    Antibiticos so produzidos principalmente por bactrias

    ou fungos:

    Antibiticos produzidos por fungos (principalmente pelosgneros Penicillium e Cephalosporium) Ex.: penicilina, cefalosporina, griseofulvina.

    Gnero Streptomyces produz 70% dos antibiticos do mercado

    (Pelez, 2006)

    Microrganismos produtores

  • Streptomyces tenebraeus1968TobramicinaMicromonospora purpurea1963GentamicinaStreptomyces lincolnensis1962LincomicinaStreptomyces kanamyceticus1957KanamicinaStreptomyces orientalis1956VancomicinaStreptomyces ambofaciens1954EspiramicinaStreptomyces erithreus1952EritromicinaStreptomyces noursei1950NistatinaStreptomyces rimosus1950OxitetraciclinaStreptomyces fradiae1949NeomicinaCephalosporium sp1948Cefalosporina C, N e PStreptomyces aureofaciens1948ClortetraciclinaStreptomyces lavendulae1947 53FramicetinaBacillus polymyxa1947PolimixinaStreptomyces venezuelae1947CloranfenicolBacillus lincheniformis1945BacitracinaStreptomyces griseus1944EstreptomicinaPenicilium griseofulvum1939 / 1945GriseofulvinaBacillus brevis1939TirotricinaPenicillium notatum1929 40Penicilina

    MicrorganismoData da descobertaNome

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos(Greenwood, 1997)

    Histria dos antibiticos

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Produo de antibiticos

    1. Preparao do inculo;

    2. Inoculao em meio de fermentao;

    3. Incubao em condies de fermentao controladas e aerao forada com ar esterilizado;

    4. Remoo do miclio por centrifugao e/ou filtrao;

    5. Extrao e purificao do antibitico.

    Esquema bsico de um processo fermentativo para produo comercial de um antibitico:

  • Porcentagem de empresas envolvidas com a pesquisa de metablitos de interesse industrial no Brasil

    Pesquisa

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Produo de antibiticos

    A cada ano so produzidos 100000 toneladas de antibiticos, o que corresponde a US$ 5 bilhes em vendas destinadas :

    medicina

    agricultura

    teraputica animal

    Biossntese de antibiticos em microrganismosSeminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Mecanismo de ao dos antibiticos

    Ex.: Penicilina,Cefalosporina, Vancomicina

    Inibio da sntese de protenas

    Ex.: EritromicinaRifampicinaEstreptomicina

    Inibidores da sntese da parede celular microbiana

    Interferem na sntese de nucleotdeos

    Interferem com a membrana celular bacteriana

    Ex.: SulfonamidasTrimetropina

    Ex.: Polimixina BColistina

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Vias de biossntese de antibiticos

    Peptdeos no ribossomais e policetdeos so as principais classes de antibiticos que apresentam ampla diversidade estrutural e funcional.

    Eles so sintetizados respectivamente por enzimas multifuncionais chamadas de peptdeo sintetase no ribossomal (NRPS) e policetdeosintetase (PKS).

    Estas enzimas apresentam similaridade na estrutura modular dosdomnios catalticos e no mecanismo de montagem linear.

    Peptdeos no ribossomais e policetdeos no so sintetizados com a participao direta dos ribossomos.

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    (Walsh, 2004)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    Enzima peptdeo sintetase no ribossomal (NRPS)

    As NRPSs so constitudas por mdulos que so responsveis pela incorporao de um resduo na cadeia de peptdeo nascente.

    Cada mdulo responsvel por: ativao, adenilao, tioesterificao, condensao e modificao de um substrato (aminocido) especfico.

    Ex.: Penicilina, vancomicina,ciclosporina.

    (Challis & Naismith, 2004)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    Os domnios apresentam stios catalticos distintos com motivosestruturais conservados importantes para a atividade cataltica.

    Trs domnios so necessrios na estrutura de um mdulo como:

    1. Domnio A (adenilao) - selecionae ativa os aminocidos (seqncia primria);

    3. Domnio C (condensao) - catalisa a formao das ligaes peptdicas

    (Challis & Naismith, 2004)

    2. Domnio PCP (protena carreadorpeptidil) - liga o resduo de serinado grupo tiol do cofator com o aminocido ativado

  • Vias de biossntese de antibiticos

    Enzima PKS (policetdeo sintase)

    Policetdeos so cadeias de cidos graxos que apresentamatividade farmacolgica. Ex.: antibiticos, antitumorais, fitoalexinas;

    Enzimas PKS atuam sobre o substrato acil CoA (cidos graxos) para sintetizar os policetdeos;

    So organizados tambm em unidades funcionais (mdulos);

    Cada mdulo de PKS catalisa as diferentes etapas das reaes qumicas para a formao da estrutura do antibitico.

    (Lal et al., 2000)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    A biossntese de policetdeo:

    Ex.: Eritromicina, tetraciclina.

    (Lal et al., 2000)

    PKS I

    Modificaes Ps-PKS

    Eritromicina A 6-Deoxieritronolide B

  • Vias de biossntese de antibiticos

    A biossntese de policetdeo:

    Um mdulo de PKS tambm pode ser subdividido em domnios

    c) Domnio KS (cetosintase) - catalisa a reao de elongao;

    d) Domnio Te (tioesterase) - liberao do produto (policetdeo).

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Os quatros domnios essenciais so:

    a) Domnio AT (acetiltransferase): ativao de cidos graxos;

    b) Domnio ACP (protena carreadoraacil) - transporta os substratos participando da elongao;

    Domnio AT

    Domnio KS

    Domnio Te

    Reconhecimento do substrato e transferncia para domnio ACP

    Formao da ligao cetide (ligao C-C)

    Liberao do produto

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    As PKSs so classificadas em tipo I, II, III

    PKS I - uma nica cadeia polipeptdica multifuncional apresenta todas as atividades enzimticas necessrias para um ciclo de elongao e processamento;

    PKS II - a atividade enzimtica para a elongao e processamento da cadeia de policetdeos esto presentes em polipeptdeos separados;

    PKS III cadeia elongada e processada em um nico stio ativo multifuncional.

    (Castoe et al., 2007)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    Fitoalexinas so compostos antimicrobianos que so sintetizados durante a infeco no tecido lesado via econmica;

    Estes compostos so sintetizados pela via PKS III;

    A sntese de fitoalexina induzida por microrganismos, radiao ultravioleta, compostos qumicos - sais de metais pesados, componentes da parede celular de fungos quitina;

    Os agentes que podem induzir a sntese de fitalexinas so chamados de elicitores.

    (Jeandet et al., 2002)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    Os policetdeos so sintetizados por bactrias, fungos, animais e plantas;

    Em plantas os policetdeos apresentam diversas funes: pigmentao de flores, resposta a exposio de luz UV, defesa contra patgeno (fitoalexinas);

    PKS especficos de plantas so chalcona sintase (CHS) e 2-pirona sintase (2-PS);

    Estas enzimas apresentam 74% de seqncia idntica de aminocidos. Entretanto, elas diferem no substrato selecionado e no nmero de reaes de condensao.

    (Jez et al., 2000)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    Anlise da estrutura tridimensional das PKSs de plantas mostraram que a cavidade de iniciao e elongao da enzima 2-pirona sintase menor do que a da chalcona sintase

    A variao de aminocidos que compem a cavidade do stio ativo altera a preferncia ao substrato e o comprimento da cadeia de policetdeo

    (Jez et al., 2000)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Vias de biossntese de antibiticos

    (Jez et al., 2000)

    A manipulao do volume do stio ativo uma estratgia para aumentar a diversidade molecular de policetdeos.

    Para demonstrar este princpio o stio ativo da CHS foi modificada para parecer-se com a 2-PS por mutagnese stio dirigida;

    Identificao dos produtos da reao confirmaram que a modificao na CHS alterou a preferncia do substrato de p-coumaroyl-CoA por acetyl-CoA e o produto formado foi um tricetdeo em vez de tetracetdeo;

  • Vias de biossntese de antibiticos

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Enzimas ps PKSs

    Enzimas ps PKSs alteram a estrutura de policetdeos sendoimportantes para a atividade biolgica dos mesmos;

    Oxidao, metilao, alquilao e glicosilao;

    A funo das enzimas ps PKSs testada por meio da inativao de genes, seguido por caracterizao dos metablitos resultantes;

    possvel avaliar a seqncia de modificaes at chegar ao composto bioativo final.

    (Weissman & Leadlay, 2005)

  • Vias de biossntese de antibiticos

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Enzimas ps PKSs

    Outra tcnica alternativa expressar um gene ps-PKS em hospedeiro heterlogo na presena de uma cadeia de policetdeo;

    Glicosiltransferases (GTs) tm sido estudadas para avaliar a tolerncia delas a outros acares alternativos;

    Estes experimentos so realizados em hospedeiros heterlogos usando a combinao de GTs nativas e exgenas,genes da via PKSs e de accares.

    (Weissman & Leadlay, 2005)

  • Vias de biossntese de antibiticos

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Ex.: Genes que codificam GTs e o acar desosamina foram coexpressos em uma biblioteca gnica codificando diferentes macrolactonas.

    (Weissman & Leadlay, 2005)

    Narbomicina

  • Algumas ps PKSs so especficas a um determinado substrato, enquanto que outras so mais flexveis permitindo a produo de novos compostos bioativos;

    Vias de biossntese de antibiticos

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    A flexibilidade destas enzimas pode ser conseguida com mutagnese stio dirigida ou evoluo dirigida.

    (Weissman & Leadlay, 2005)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Evoluo

    A via de biossntese de cidos graxos (FAS) est presente em todos os organismos;

    A via de FAS e PKS usam o mesmo ncleo de atividade enzimtica, portanto, acredita-se que exista uma conexo evolutiva entre estas vias.

    (Kodama et al., 2005)

    FAS

    PKS

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Evoluo

    Para provar essa hiptese, foram estudadas as seqncias do domnio KS presentes em classes de FASs e PKSs encontrados em bactrias, fungos, animais e vegetais;

    A rvore filogentica derivada destas seqncias reflete um processo evolutivo longo e compartilhado destas vias (PKS e FAS).

    (Kodama et al., 2005)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Evoluo

    Protenas KS de plastdios e mitocndrias esto localizados prximo das bactrias, consistente com a origem procaritica destas organelas.

    (Kodama et al., 2005)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Evoluo

    (Kodama et al., 2005)

    FAS I micobacteriana agrupou com FAS I de fungos -arquitetura muito similar destas duas enzimas;

    Eventos evolucionrios independentes podem ter levado ao desenvolvimento do sistema de FAS em fungos e animais.

    PKSI bacteriano divide um ancestral comum com FAS I animal e PKS I de fungos

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Evoluo

    (Kodama et al., 2005)

    Reconstrues da rvore indicaram que o PKSI bacteriano apresenta um papel central, sendo que ele pode ser derivado de FAS bacterianas.

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Evoluo

    (Kodama et al., 2005)

    Seqncias dos domnios KSsrevelaram que duplicaes mltiplas de genes, perda de genes, e transferncia horizontal de genes tem contribudo para a evoluo de PKS em bactrias

  • Vias de biossntese de antibiticos

    A biossntese de PKS-NRPS:

    Existem tambm antibiticos que so sintetizados por um sistema hbrido NRPS-PKS.

    A Leinamicina um antibitico hbrido peptdeo-policetdeo.

    Caracterizao bioqumica dos genes da biossntese da leinamicina em Streptomyces atroolivaceus S-140 revelou que este antibitico (antitumoral) sintetizado por um sistema hbrido NRPS-PKS (2-NRPS e 6-PKS).

    (Tang et al., 2006) Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Mdulos

    Enzimas NRPS-PKS

  • Vias de biossntese de antibiticos

    Peptdeos antimicrobianos so sintetizados com a participao direta de ribossomos em animais, plantas e microrganismos;

    A maioria destes peptdeos so catinicos e lipoflicos provocando a morte de bactrias atravs do rompimento na membrana celular;

    A carga positiva destes peptdeos facilita a interao com a carga negativa da membrana bacteriana que contm fosfolipdios. O carter lipoflico permite a permeabilizao na membrana bacteriana;

    Nos animais, os peptdeos antimicrobianos so a primeira linha de defesa do sistema imunolgico.

    (Pelez, 2006)Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Vias de biossntese de antibiticos

    (Pelez, 2006)

    Uma ampla variedade de peptdeos antimicrobianos produzida por bactrias como bacteriocinas;

    Os peptdeos antimicrobianos sintetizados nos ribossomos das bactrias so conhecidos como bacteriocinas;

    Entretanto, os antibiticos no esto includos nesse grupo, pois so sintetizados por meio do metabolismo secundrio, ou seja, sem o envolvimento direto dos ribossomos.

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Genes da biossntese de antibiticos em procariotos

    Os genes responsveis pela biossntese de antibiticos encontram-se agrupados em clusters contguos.

    Cluster do cido clavulmico em Streptomyces clavuligerus

    Nestes agrupamentos gnicos encontram-se tambm genes reguladores e de resistncia ao antibitico.

    Os genes podem estar organizados em operon (gramicidina S, surfactina e tirocidina).

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Genes da biossntese de antibiticos em fungos filamentosos

    Genes de fungos filamentosos que atuam na biossntese de antibiticos esto organizados em clusters

    Genes da biossntese de antibiticos organizados em clustersem Penicillium chrysogenum, Aspergillus nidulans e Acremoniumchrysogenum.

    (Gutirrez et al., 1999)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Genes da biossntese de antibiticos em fungos filamentosos

    Genes agrupados em um nico cromossomo ou em cromossomos diferentes

    Genes da biossntese de Cefalosporina em clusters diferentes no fungo Acremonium chrysogenum

    Genes da biossntese de penicilina agrupados em um nico cromossomo cluster em Penicillium chrysogenum e Aspergillus nidulans

    (Gutirrez et al., 1999)

  • Genes da biossntese de antibiticos em fungos filamentosos

    Organizao dos genes em cluster

    Facilita a expresso coordenada de genes da biossntese de antibiticos, a identificao e o sequenciamento de novos clusters de PKSs

    Biossntese de antibiticos em microrganismosSeminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos(Weissman & Leadlay, 2005)

  • Estratgias gerais de resistncia s drogas:

    Os patgenos podem:

    Produzir uma enzima que destri a droga;

    Alterar o alvo molecular da droga;

    Diminuio do acmulo do antibitico nabactria.

    Genes de resistncia so transportados em plasmdeos e so encontrados em transposons

    Mutao cromossmica

    Genes de resistncia em plasmdeos

    Por meio do uso abusivo e indiscriminado dos antibiticos ocorreu a seleo de microrganismos resistentes as drogas.

    Resistncia microbiana

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos(Rang et al., 1997)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    A resistncia a antibiticos nos microrganismosdissemina-se em trs nveis:

    Transferncia de bactrias entre pessoas;

    Transferncia de genes de resistncia entre bactrias (geralmente em plasmdios);

    Transferncia de genes de resistncia entre elementos genticos no interior das bactrias, por meio de transposons.

    Resistncia microbiana

    (Rang et al., 1997)

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Novos antibiticos

    e) Necessidade de estudo e identificao de novos antibiticos na rea de agricultura, que podero substituir os produtos agroqumicos, os quais apresentam alta toxicidade, custo e agressividade ao meio ambiente.

    (Strobel et al., 2004)

    As pesquisas que visam ao desenvolvimento de novos antibiticos so prioritrias devido a vrios fatores:

    a) Aparecimento de novos patgenos e a seleo de resistentes;

    b) Aquisio de mltiplos nveis de resistncia pelas bactrias;

    c) Variados efeitos colaterais indesejveis dos antibiticos existentes, que devem ser eliminados;

    d) Escassez de tratamento efetivo para mltiplas doenas tropicais como malria, doena de Chagas, leishmaniose e diversos tipos de diarrias;

  • Microrganismos endofticos e alguns de seus produtos

    Endfito Composto qumico Referncia

    Acremonium sp. Leucinostatina A Strobel & Hess(1999)

    Conoplea elegantula Isocumarinas Findlay et al. (1995)

    C. cf. quercina Criptocina Li et al. (2000)

    Cryptoriopsis cf. quercina

    Criptocandina Strobel (2003)

    Streptomyces sp. Kakadumicina Castillo et al. (2003)

    Streptomyces sp. Munumbicina A, B, C e D

    Strobel (2003)

    Streptomyces sp. Metilalbonoursina Strobel (2003)

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Novas Aplicaes

    Aspergillus fumigatus Endfito Cynodon dactyron Produo de novos compostos bioativos

    Asperfumide, asperfumina Separados por CLAE e identificados por EM

    Atividade contra 3 patgenos C. albicans, Tricophyton rubrum e A. niger

    (Liu et al., 2004)Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Biossntese de antibiticos em microrganismos

    Novos antibiticos

    Entretanto, os novos antibiticos podem apresentar alta toxicidade e propriedades farmacocinticas indesejveis como baixa absoro por via oral e instabilidade da droga.

    Portanto, alguns pesquisadores se dirigem a tecnologias como a biossntese combinatria e produo de antibiticos hbridos para conseguir novos compostos bioativos.

    (Rodriguez & McDaniel, 2001)Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Antibiticos hbridos

    O princpio da produo de antibiticos hbridos baseado na clonagem de genes heterlogos da biossntese de antibiticos, em uma cepa que produz um composto similar.

    So clonados genes que codificam enzimas utilizadas em reaes estruturais de modificao como metiltransferases, hidroxilases, redutases, glicosiltransferases e oxidases.

    (Hutchinson, 1997)Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Novos antibiticos

    Produo de 11-hidroxiaclacinomicina A pela expresso do gene dnrF de Streptomyces peucetius (produtor de aclacinomicina). As setas indicam o stio de ao de DnrF; o asterisco indica o novo grupo hidroxila.

    (Salas & Mendez, 1998)Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Biossntese combinatria

    O princpio da produo de biossntese combinatria baseado na clonagem ou mistura de ncleos de enzimas biossintticas produzindo novos ncleos moleculares.

    Os experimentos com esta PKSs e NRPS geralmente envolvem a deleo, a substituio ou a adio de mdulos, ou a criao de mdulos hbridos de diferentes PKS-NRPS.

    Assim, novos metablitos podem ser gerados a partir da formao de protenas com novas propriedades enzimticas.

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos(Hutchinson, 1997)

  • Biossntese combinatria

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Biossntese combinatria com sintases aromticas policetnicas.

    A) Combinando o PKS da actinorodina (act min) e aaromatase/ciclase(ARO/CYC) da tetracenomicina (tcm).

    B) Combinando o PKS da tetracenomicina, act KR e griseusin (gris) ARO/CYC.

    Estas combinaes resultaram em novas molculas.

  • Biossntese combinatria

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Rifampicina B: no ativa via oral Rifampicina: ativa via oral

    Geldanamicina: antitumoral txico 17-DMAG: menos txico

  • Biossntese combinatria

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    A biossntese combinatria compreende a manipulao biossinttica que tenta acelerar o processo de evoluo;

    A evoluo dirigida por mutao, recombinao e seleo. A biossntese combinatria acelera o processo de mutao e recombinao entre os genes presentes em diferentes espcies;

    A seleo ocorre primeiro com a escolha de mdulos e por fim so escolhidas as molculas ativas farmacologicamente.

  • Os requerimentos para a obteno de antibiticos hbridos tm sido analisados por Hutchinson (1997) e Salas & Mendes (1998):

    Escolha do organismo produtor do antibitico;

    Conhecimento qumico e bioqumico da via biossinttica;

    Conhecimento gentico de sntese do antibitico;

    Determinao do novo antibitico produzido por um microrganismo hbrido.

    Novos antibiticos

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Novos antibiticos

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Descoberta de novos genes da via de biossntesede antibiticos

    Sequenciamento do genoma microbiano permite a identificao de todos os clusters de PKSs e a rede regulatria. Ex.: Streptomyces coelicolor e Streptomyces avermitilis;

    Rastreamento de uma biblioteca de cosmdeo de uma determinada bactria para os genes de PKSsmodulares;

    Metagenmica: biblioteca de DNA obtida de amostras do ambiente.

    (Weissman & Leadlay, 2005)

  • Indstria Farmacutica

    Fases de P & D

    aquisio das amostras extrao testes iniciais isolamento e caracterizao testes in vitro estrutura testes pr-clnicos * testes clnicos*

    * alto investimento

    Ten Kate & Laird,1999Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Concluso

    Os produtos naturais apresentam uma grande fatia dos produtos que so utilizados na medicina e agricultura.

    Atualmente tm sido foco de ateno os trabalhos com microrganismos produtores de compostos bioativos, os quais apresentam um grande potencial para a descoberta de novos metablitos secundrios - antibiticos.

    O desenvolvimento de tcnicas para a descoberta de novas biomolculas, atravs de biossntese combinatria e antibiticos hbridos, contribuiu para melhorar efeitos farmacocinticos como absoro e ao da droga, e ainda diminuiu possveis efeitos colaterais.

    Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

  • Seminrio Ps Graduao Vias de Biossntese de Antibiticos

    Referncias

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  • Fim

    Obriga

    da!