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Acceso Abierto

Genómica y caracterización in vitro de actinobacterias de ambientes tropicales revela su potencial bioactivo


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Fecha
2022-08-23

Directores
Zambrano, Maria Mercedes

ISSN de la revista
Título del volumen
Editor
Universidad del Rosario

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Resumen
Las Actinobacterias de ambientes tropicales no intervenidos provenientes de los ecosistemas de páramo de Colombia, pueden ser novedosos en sus adaptaciones microbianas por la presencia de BGCs (clústers de genes biosintéticos), genes de resistencia y moléculas bioactivas. En este estudio se caracterizó el potencial funcional de siete Actinobacterias provenientes del Parque Nacional Natural (PNN) de los Nevados y PNN Chingaza en condiciones de laboratorio y a nivel genómico. 16 aislamientos fueron evaluados mediante pruebas de actividad antimicrobiana contra bacterias de importancia clínica como Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae y Pseudomonas aeruginosa. De estos, se seleccionaron siete del fílum Actinobacteria según clasificación por el gen 16S rRNA. Algunos de los sobrenadantes de estas Actinobacterias, pertenecientes a los géneros Arthrobacter sp., Streptomyces , Subtercola sp, Amycolatopsis sp. y Rhodococccus sp., inhibieron el crecimiento de E. coli en un 47%, K. pneumoniae en un 68%, S. aureus 15% y P. aeuruginosa 28%. Se secuenciaron siete genomas mediante MinION (NanoPore) y cinco mediante Illumina (Novaseq 6000). Tras ensamblaje, de novo de secuencias largas (ONT) e híbridos (ONT+Illumina), más anotación funcional, se encontraron BGCs de diversas rutas biosintéticas como terpenos, RiPP-like, NRPS, PKS, ectoina, sideróforos y oligosacáridos. Estos BGCs se asociaron a 33 posibles compuestos bioactivos con funciones antibióticas, antioxidantes, antitumorales, quelantes y de osmorregulación. Se encontraron 2557 genes de resistencia asociados a mecanismos de resistencia por expulsión del antibiótico, alteración y reemplazo del diana del antibiótico, inactivación del antibiótico y reducción de la permeabilidad del antibiótico. Tanto la actividad antimicrobiana in vitro de estos aislamientos, como la presencia de BGCs y de genes de resistencia a antibióticos indican diversidad genómica y capacidad funcional asociada a producción de metabolitos bioactivos en Actinobacterias de páramo. Este trabajo sienta las bases para caracterizar nuevos compuestos antimicrobianos y potencial funcional en microorganismos ambientales.
Abstract
Actinobacteria from pristine tropical environments such as the Colombian paramos could have novel adaptations in biosynthetic gene clusters (BGCs), resistance genes and bioactive compounds. In this study, the functional potential of seven Actinobacteria from the National Natural Park (NNP) of Nevados and the NNP of Chingaza was characterized under in vitro laboratory conditions and the genomic level. 16 isolates from these environments were tested for antimicrobial activity against clinically important bacteria such as Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas aeruginosa. Seven out of these 16 isolates were confirmed as Actinobacteria through 16S rRNA gene sequencing. The supernatants from some of these Actinobacterial isolates, such as Arthrobacter, Streptomyces, Subtercola, Amycolatopsis and Rhodococccus inhibited the growth of E. coli by 47%, K. pneumoniae by 68%, S. aureus by 15% and P. aeruginosa by 28%. The genomes of these seven Actinobacteria were sequenced through Nanopore (MinION) and five of these genomes were also sequenced through Illumina (Novaseq 6000). After long-read de novo assembly (for Nanopore) and hybrid assemblies (for Nanopore and Illumina), we found BGCs coding for various biosynthetic pathways such as terpenes, Ribosomally synthesized and post-translationally modified peptides (RiPP-like) products, Nonribosomal peptides (NRPS), Polyketide synthases (PKS), ectoine, siderophores and oligosaccharides. We found coding potential for 33 bioactive compounds with antibiotic, antioxidant, antitumor, chelating and osmoregulatory functions. Moreover, we found 2557 resistance genes associated with antibiotic expulsion, antibiotic target alteration and replacement, antibiotic inactivation, and reduced antibiotic permeability. The in vitro antimicrobial activity of these isolates, along with the presence of BGCs and antibiotic resistance genes, shows the genomic diversity and functional capacity associated with the production of bioactive metabolites by Actinobacteria from the paramos. This work lays the groundwork to characterize new antimicrobial compounds and functional potential in environmental microorganisms.
Palabras clave
Actinobacterias de ambientes tropicales , Actividad antimicrobiana , Ecosistemas de páramo de Colombia , Adaptaciones microbianas , Análisis microbianos , Antibacteriales
Keywords
Actinobacteria from tropical environments , Antimicrobial activity , Paramo Ecosystems of Colombia , Microbial adaptations , Microbial analysis , Antibacterial
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