Novos fatores anti-lipopolissacarídeos em camarões peneídeos: uma família multigênica de peptídeos antimicrobianos com potencial biotecnológico

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia e Biociências, Florianópolis, 2022.Os fatores anti-lipopolissacarídeos (ALFs) compõem uma importante família de peptídeos antimicrobianos (AMPs), apresentando um amplo espectro de atividade antimicrobiana. Esses peptídeos possuem dois resíduos de cisteína conservados formando uma estrutura em ß-hairpin essencial para sua atividade antimicrobiana. O presente estudo propôs, inicialmente, investigar a diversidade molecular dos ALFs em camarões peneídeos. Desta análise, conclui-se que em camarões peneídeos existem sete grupos distintos de ALFs (Grupos A a G) e pelo menos dois outros grupos de peptídeos relacionados aos ALFs, aqui denominados ALFs-like. Esses peptídeos são codificados por genes distintos que compartilham a mesma estrutura gênica e codificam peptídeos com propriedades bioquímicas distintas. As implicações biológicas dessa diversidade foram avaliadas na espécie de camarão mais cultivada no mundo, Litopenaeus vannamei. Os ALFs de L. vannamei (Litvan ALF-A a -G) mostraram-se expressos em hemócitos e diferencialmente regulados mediante infecções experimentais bacterianas e virais. Os ALFs-like (Litvan ALF-3cys e Litvan ALF-4cys) mostraram-se majoritariamente expressos nas gônadas e sua expressão não modulou durante os desafios com bactérias e vírus. Peptídeos sintéticos derivados do ß-hairpin dos novos ALFs identificados em L. vannamei (Litvan ALF-E a -G) apresentaram espectros de atividade antimicrobiana distintos indicando sua divergência funcional. Em conjunto, esses resultados demonstram que os ALFs de L. vannamei compõem uma família altamente diversa de AMPs, tanto em nível de sequência, como de expressão gênica e funcionalidade. Por fim, avaliou-se o potencial uso biotecnológico dos novos ALFs identificados (Litvan ALF-E a -G), analisando peptídeos sintéticos derivados da região entre cisteínas. Esses peptídeos apresentaram uma estrutura em a-hélice, diferente daquela observada na molécula nativa e se mostraram capazes de formar poros em membranas bacterianas. Ademais, esses peptídeos apresentaram um amplo espectro de atividade antibacteriana e uma baixa citotoxicidade para células de mamíferos, reforçando o potencial biotecnológico de ALFs de camarões marinhos para o desenvolvimento futuro de novos antibióticos.Abstract: Anti-lipopolysaccharide factors (ALFs) comprise an important family of antimicrobial peptides (AMPs) with a broad spectrum of antimicrobial activity. These peptides display two conserved cysteine residues holding a central ß-hairpin structure responsible for their antimicrobial activity. First, this study aimed to investigate the diversity of ALFs in penaeid shrimp. Seven distinct groups of ALFs and at least two groups of ALF-like peptides were identified in penaeid shrimp. Distinct genes sharing a similar gene structure encode these peptides displaying distinct biochemical features. The biological implications of such diversity was investigated in the most cultivated species worldwide, Litopenaeus vannamei. L. vannamei ALFs genes (Litvan ALF-A to -G) showed to be expressed in hemocytes and differentially regulated in response to experimental infections. L. vannamei ALF-like genes (Litvan ALF-3cys and Litvan ALF-4cys) showed to be expressed mainly in gonads and their expression were not affected by microbial challenges. Synthetic peptides based on the central ß-hairpin of the novel ALFs identified in L. vannamei (Litvan ALF-E to -G) showed distinct antimicrobial activity suggesting the functional divergence of these peptides. Altogether, these results confirm that ALFs comprise a diverse multigene family of AMPs, from sequence to expression regulation and function. Furthermore, the application of synthetic peptides derived from the region between cysteines of the novel ALFs (Litvan ALF-E to -G) was evaluated as potential novel antibiotics. These peptides displayed an a-helix secondary structure, distinct from what is observed in the native peptide, and were able to form pores in bacteria membranes. These peptides showed a broad antimicrobial spectrum and no cytotoxicity to mammal cells, indicating that ALFs represent an interesting family of bioactive molecules whose studies can contribute to the discovery of novel antibiotics based on AMPs