Evaluación del efecto de factores químicos y físicos en la activación de rutas biosintéticas para la producción de compuestos con actividad biológica bacterias halotolerantes potenciales productoras de compuestos citotóxicos.

Recientemente se ha incrementado la búsqueda de compuestos con actividad biológica tales como antibióticos, antivirales y agentes antitumorales. La búsqueda de nuevos antibióticos esta orientada al descubrimiento de moléculas que contrarresten la resistencia de organismos patógenos a los antibióticos existentes (Payne et al., 2007). La Organización Mundial de la Salud (OMS) publicó en Abril de 2014, el primer reporte global de resistencia antimicrobiana con datos proporcionados por 114 países, en el cual se evidencia que las infecciones comunes ya no son fácilmente tratables y están ocasionando víctimas fatales (http://www.wpro.who.int/mediacentre/releases/2014/AMR_factsheet_FINAL.pdf). Por otro lado, la búsqueda de agentes antitumorales se orienta a compuestos citotóxicos que presenten menos efectos secundarios y mayor eficiencia terapéutica (Olano et al., 2011) ya que la tasa de incidencia de cáncer en la población es alta y se estima que en el año 2020 el número de afectados alcanzará la cifra de 15 millones de personas (Padilla & Furlan, 2009). En América Latina y el Caribe, la OMS reportó que en el año 2008 murieron 1,2 millones de personas por esta causa y se registraron aproximadamente 2,5 millones de casos nuevos, indicando que el cáncer representa la segunda causa de muerte en la región (OMS, 2012 http://new.paho.org/hq/index.php?option=com_content&task= blogcategory&id=1866&Itemid=3904⟨=es). Por tanto, el requerimiento inmediato de nuevos antibióticos y compuestos anticancerígenos ha llevado al planteamiento de búsquedas sistemáticas de estos compuestos, sin embargo, un serio impedimento para el descubrimiento de nuevos compuestos naturales de interés clínico ha sido el continuo re-aislamiento de compuestos previamente identificados y caracterizados (Gontang et al., 2010). Es así como los esfuerzos se están centrando en el desarrollo de plataformas de detección rápida que aumentan el éxito de de-replicación, entendido como el proceso de revelar la identidad de analitos desconocidos tan pronto como sea posible para evitar la caracterización de un compuesto conocido (Krug & Müller, 2014). Gran parte de las plataformas para bioprospección de productos naturales se centran en la biodiversidad microbiana, especialmente de organismos aislados de ambientes poco explorados o extremos ya que la versatilidad de sus metabolitos bioactivos aún no ha sido completamente estudiada (Liu et al., 2012). Además, la genómica microbiana y el análisis de los datos de secuencias de genomas publicados sugiere que mas del 90% del potencial químico de los microorganismos aún no ha sido identificado (Nett et al., 2009), ese potencial se encuentra representando en aquellos clusters de genes biosintéticos que codifican productos que aún no son conocidos (crípticos) o en genes que tienen baja expresión o no se expresan, conocidos también como vías silenciosas (Gross, 2007; Winter et al., 2011). Teniendo en cuenta lo anterior, la Unidad de Saneamiento y Biotecnología Ambiental (USBA), lidera el proyecto financiado por Colciencias denominado ¿Identificación y evaluación de metabolitos con actividad citotóxica de microorganismos halófilos de ambientes salinos¿. Este proyecto se desarrolla en colaboración con investigadores de la línea de investigación en Quimioprevención y biomedicamentos antitumorales o inmunoreguladores del Departamento de Microbiología y la línea de investigación en Fitoquímica del Departamento de Química de la Pontificia Universidad Javeriana. También participa el doctor Julien Wist, de la Universidad del Valle (Departamento de Química), experto en análisis e interpretación de espectros de perfiles de Resonancia Magnética Nuclear (RMN). El objetico es ¿Evaluar e identificar metabolitos secundarios con actividad citotóxica de microorganismos halófilos y/o halotolerantes de ambientes salinos y suelos colombianos¿. Como resultados ya se cuenta con una colección bacteriana con potencial de producción de metabolitos secundarios con actividad biológica y se han identificado microorganismos que presentan actividad antimicrobiana y citotóxica frente a células cancerígenas humanas. Sin embargo, la producción de estos compuestos aún es baja y se requiere incrementar su producción para facilitar su purificación e identificación, así como, verificar el potencial de los microorganismos de expresar diferentes rutas biosintéticas bajo diferentes condiciones de cultivo. Por tal razón, en este estudio se buscará aumentar la expresión de compuestos antimicrobianos y citotóxicos y evaluar la expresión de diferentes rutas biosintéticas mediante el estudio del metaboloma secundario de microorganismos al implementar la estrategia ¿una cepa/muchos compuestos¿ (¿one strain/many compounds¿ OSMAC), en la cual se cambian condiciones de crecimiento (Ochi et al., 2013). Para llevar a cabo este estudio se han seleccionado dos de las cepas en las cuales se ha evidenciado la producción de compuestos con actividad antimicrobiana y citotóxica (USBA 36 y USBA 344). Los análisis preliminares de los genomas anotados de los organismos filogenéticamente relacionados con las cepas de estudio (Oceanibaculum indicum cepa USBA 36 y Shewanella algae cepa USBA 344) sugieren la presencia de nuevos genes biosintéticos asociados al metabolismo secundario, así como bacteriocinas, terpenoides y policétidos. Aunque los metabolitos secundarios son específicos a cada cepa, estos análisis previos sugieren que estos organismos son potenciales productores de metabolitos con actividad biológica. Por tanto, con este trabajo se buscará responder a las preguntas ¿Qué tipo de factores químicos y físicos potencializan la expresión de metabolitos con actividad biológica en dos bacterias halotolerantes seleccionadas de la colección de microorganismos de USBA? y ¿Cuántos compuestos con actividad biológica podrían ser expresados por un único microorganismo bajo condiciones diferentes de crecimiento?. Los resultados obtenidos en este trabajo serán usados para el desarrollo de una plataforma que favorezca los procesos de de-replicación planteada en el proyecto en el cual se enmarca esta propuesta.