Caring about the future

Coli4Lan - Sistemas melhorados para a produção totalmente in vivo em Escherichia coli de lantibióticos de dois componentes com estruturas diversificadas e investigação do seu modo de acção.
Investigador Responsável - Tânia Caetano
Programa - EXPL/BBB-BEP/0496/2012
Período de Execução - 2013-05-01 - 2014-10-31 (18 Meses)
Entidade Financiadora - Fundação para a Ciência e Tecnologia
Financiamento para o CESAM - 44.856 €
Financiamento Total - 44.856 €
Instituicão Proponente - Universidade de Aveiro
Instituições Participantes
Tecnhical University of Berlin
University of Bonn

Descrição do Projecto




O aumento progressivo da disseminação de microrganismos patogénicos resistentes a antibióticos tais como, Staphylococcus aureus resistentes à meticilina (MRSA) e Staphylococcus aureus com resistência intermedia à vancomicina (VISA), torna a identificação de novos antibióticos com novos alvos de actuação uma prioridade. Os lantibióticos são uma classe diversificada e promissora de péptidos antimicrobianos produzidos por bactérias de diferentes grupos. Possuem um amplo espectro de atividade, incluindo MRSA, VISA e Enterocccus vancomicina resistentes (VRE), entre outros. Assim, os lantibióticos são candidatos promissores para o desenvolvimento de agentes terapêuticos contra esses microrganismos. Para melhor conhecer o potencial destes compostos, é fundamental caracterizar a sua biologia, especialmente ao nível da sua biosíntese (regulação, imunidade), modo de acção e estrutura dos péptidos. Estudos in vivo, com modelos animais, têm demonstrado o sucesso dos lantibióticos no tratamento de infeções causadas por Streptococcus pneumoniae e MRSA, assim como na prevenção de cáries e gengivite. Um dos lantibióticos mais estudados é a nisina, que tem sido amplamente usada na indústria como conservante de alimentos. É produzida por Lactococcus lactis e possui um amplo espectro de atividade contra bactérias patogénicas de Gram+, incluindo S. pneumoniae. O desenvolvimento de metodologias para a produção de novas variantes destes péptidos permitiu a realização de estudos de estrutura­atividade destes compostos e, portanto, o melhor conhecimento desta, até então pouco explorada, classe de produtos naturais como potenciais novos fármacos. Bacillus licheniformis I89 é produtora de lichenicidina, um lantibiótico de dois components. Nestes lantibióticos os péptidos alfa(α) e beta(β) atuam sinergisticamente para exercer a sua atividade antibacteriana contra bactérias de Gram+, nomeadamente, MRSA, Enterococcus faecium, Haemophilus influenza e Listeria monocytogenes. A lichenicidina foi o primeiro lantibiótico a ser produzido totalmente in vivo em E.coli. Este feito foi de extrema importância uma vez que o sistema desenvolvido permite a manipulação destes péptidos usando metodologias mais rápidas e simples do que as requeridas para a estirpe produtora original. Por exemplo, com este sistema foi possível a produção in vivo de algumas variantes do péptido α contendo amino ácidos não proteinogénicos na sua estrutura. Coli4Lan irá explorar os aspetos necessários à compreensão da relação estrutura­atividade e função dos lantibióticos de dois péptidos, explorando também a sua bioengenharia, usando como modelo o lantibiótico lichenicidina. Para tal, serão testados vários sistemas de expressão em E. coli. O melhor sistema para a sua produção será então usado para gerar novas moléculas por mutagénese ao acaso. As novas variantes sem atividade e/ou com atividade antimicrobiana aumentada serão selecionadas para sequenciação de nucleótidos e para análises por LC­-ESI­MS/MS. Para além disso, a diversidade da estrutura dos péptidos da lichenicidina será também enriquecida pela introdução de amino ácidos não proteinogénicos recorrendo a uma metodologia que será otimizada no decurso deste projeto. Quer a bioatividade dos péptidos modificados quer o impacto das substituições de amino ácidos na sua estrutura serão sempre investigadas através de bioensaios em placa de agar e análise por LC-­ESI-­MS/MS, respetivamente. Numa segunda fase do projeto, será elucidado o mecanismo de ação da lichenicidina. Pensa­se que o seu modo de ação seja semelhante ao do lantibiótico de dois componentes lacticina 3147, apesar das suas estruturas serem distintas. Neste último, o péptido α e péptido β formam um complexo que interage com o lípido II inibindo a síntese da parede celular e o péptido β forma poros na membrana. O péptido α da lichenicidina é muito semelhante ao lantibiótico mersacidina. Apesar disso, é necessária uma quantidade 13 vezes superior do péptido α (sem péptido β) para inibir o crescimento da estirpe indicadora M. luteus. Este será outro aspeto a esclarecer durante o desenvolvimento do projeto. O projecto será desenvolvido por uma equipa de reconhecido mérito científico, possuindo o "know-how" e as sinergias necessárias para garantir o sucesso do desenvolvimento das tarefas propostas: na microbiologia, bioquímica e biologia molecular (S. Mendo e T. Caetano, UA e G. Bierbaum, da Universidade de Bonn) e na química analítica e bioquímica (R. Sussmuth , TUBerlin UA). 










Membros do CESAM neste projecto

BI
Sónia Mendo
Investigador
Tânia Caetano
Investigador Principal

Financiamento do CESAM: UIDP/50017/2020 + UIDB/50017/2020 + LA/P/0094/2020