Characterization of antitumor molecules production by Streptomyces sp. BRB081, guided by genome mining

Há quase um século, metabólitos secundários microbianos têm sido ponto de partida para o desenvolvimento de fármacos, e o gênero Streptomyces, do filo Actinobacteria, destaca-se como a mais proeminente fonte de bioativos. Embora amplamente estudado, o conhecimento sobre sua diversidade metabólica não foi exaurido e muitas novas moléculas continuam a ser descobertas a partir deste táxon. A literatura relata a citotoxicidade do extrato de Streptomyces sp. BRB081 contra a linhagem celular HCT- 16, atribuindo-a sobretudo às surugamidas, bem como a uma profusão de outras moléculas não identificadas por abordagens metabolômicas. Empregando a mineração genômica, pois, este trabalho teve como objetivo caracterizar mais profundamente o repertório metabólico deste isolado marinho para a biossíntese de antitumorais. O DNA genômico de Streptomyces sp. BRB081 foi sequenciado (Illumina HiSeq System) e um pipeline de montagem foi executado através das plataformas Geneious R11, MEGA X, MeDuSa 1.6 e gVolante 1.2.1. O software AntiSMASH 5.0 foi utilizado para a anotação de agrupamentos gênicos biossintéticos (BGCs). Como resultado, 27 BGCs foram anotados, sendo 4 destes associados a desferrioxaminas, surugamidas, ectoína e sibiromicina, bioativos antitumorais. Este é o primeiro relato da biossíntese de sibiromicina por Streptomyces. Por meio de uma rede de similaridade de sequências (SSN) e de diagramas de vizinhança do genoma (GNDs), localizamos este agrupamento putativo em outros 11 membros da classe Actinomycetia. Diversos outros BGCs fracamente compatíveis a agrupamentos gênicos conhecidos foram identificados em BRB081, e muito possivelmente codificam vias ainda não descritas. Nossos resultados demonstram a relevância da incorporação de análises genômicas à triagem de produtos naturais, sobrepujando reveses como a dependência das condições de cultivo e extração. Além disso, descrevemos um genoma bacteriano notadamente especializado na produção de moléculas com atividade antitumoral, o que assevera as condições encontradas em ambientes marinhos como catalisadoras da produção de metabólitos citotóxicos.For almost a century, microbial secondary metabolites have been the starting point for drug development, and the genus Streptomyces, from the phylum Actinobacteria, stands out as the most prominent source of bioactives. Although widely studied, knowledge about its metabolic diversity has not been exhausted and many new molecules continue to be discovered from this taxon. The literature reports the cytotoxicity of Streptomyces sp. BRB081 against the HCT-116 cell line, attributing it mainly to surugamides, as well as a profusion of other molecules not identified by metabolomics approaches. Employing genome mining, therefore, this work aimed to characterize in more detail the metabolic repertoire of this marine isolate for the biosynthesis of antitumors. The genomic DNA of Streptomyces sp. BRB081 was sequenced (Illumina HiSeq System) and an assembly pipeline was run through Geneious R11, MEGA X, MeDuSa 1.6 and gVolante 1.2.1 platforms. AntiSMASH 5.0 software was used to annotate biosynthetic gene clusters (BGCs). As a result, 27 BGCs were noted, 4 of which were associated with desferrioxamines, surugamides, ectoine and sibiromycin, antitumor bioactives. This is the first report of sibiromycin biosynthesis by Streptomyces. Using a sequence similarity network (SSN) and genome neighborhood diagrams (GNDs), we located this putative cluster in 11 other members of the Actinomycetia class. Several other BGCs that are weakly compatible with known gene clusters were identified in BRB081, and quite possibly encode pathways not yet described. Our results demonstrate the relevance of incorporating genomic analysis into the screening of natural products, overcoming setbacks such as dependence on cultivation and extraction conditions. Furthermore, we describe a bacterial genome notably specialized in the production of molecules with antitumor activity, which asserts the conditions found in marine environments as catalysts for the production of cytotoxic metabolites