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Bactérias anaeróbicas, que prosperaram em ambientes sem oxigênio muito antes das formas de vida dependentes de oxigênio, são vitais para a saúde humana e o ecossistema, influenciando tudo, desde a saúde intestinal até as doenças. O projeto AnoxyGen liderado por Christian Hertweck visa explorar os potenciais biossintéticos inexplorados dessas bactérias para descobrir novos compostos, melhorando a compreensão e as aplicações médicas, ecológicas e biotecnológicas. Crédito: SciTechDaily
O projeto AnoxyGen, liderado por Christian Hertweck e financiado pelo ERC Advanced Grant, explora o potencial de bactérias anaeróbicas em biotecnologia, medicina e ecologia, com o objetivo de descobrir novos compostos bioativos.
A Terra foi povoada por numerosos organismos muito antes fotossíntese trouxeram oxigênio livre ao mundo. Como o oxigênio era tóxico para eles, eles desenvolveram vias metabólicas completamente diferentes das formas de vida dependentes de oxigênio, como humanos, animais e plantas.
Bactérias anaeróbicas sobreviveram às eras em nichos especiais, livres de oxigênio, alguns deles muito próximos de nós: como parte essencial do microbioma intestinal, onde são de enorme importância para o bem-estar do organismo. No entanto, certos anaeróbios também podem desencadear doenças fatais, como tétano ou botulismo. Essas bactérias, portanto, têm uma influência considerável na qualidade de vida na Terra e ocupam uma posição-chave no meio ambiente. Seu metabolismo especial também as torna ferramentas procuradas em biotecnologia.
Micrografia eletrônica de varredura de Ruminiclostridium cellulolyticum. Christian Hertweck e sua equipe descobriram clostioamida na bactéria anaeróbica degradadora de celulose – o primeiro composto natural secundário neste grupo de organismos. Crédito: S. Nietzsche/EMZ Jena
Liberando o potencial anaeróbico por meio do projeto AnoxyGen
O projeto “AnoxyGen” de Christian Hertweck visa desbloquear o imenso potencial biossintético, até então inexplorado, dos anaeróbios. Apesar de sua capacidade codificada no genoma de formar novos compostos, a maioria desses genes biossintéticos são inativos em laboratório, então os produtos permaneceram até agora desconhecidos.
Hertweck e sua equipe agora querem mudar isso. Usando ferramentas de biologia molecular e sintética recentemente desenvolvidas, os pesquisadores querem decodificar e aproveitar as vias metabólicas desconhecidas dessas bactérias. O projeto abrange várias áreas de trabalho nas quais um poderoso sistema de expressão é usado para identificar e modificar novos compostos ativos. Isso também permitirá que a equipe produza e pesquise as toxinas e fatores de virulência de anaeróbios patogênicos sem ter que cultivar grandes quantidades dos próprios patógenos.
Micrografia eletrônica de varredura de bactérias anaeróbicas da espécie Clostridium puniceum em uma fatia de batata. As clostrubinas foram descobertas neste sistema modelo por uma equipe liderada por Christian Hertweck. As clostrubinas têm um efeito antibiótico e protegem as bactérias do oxigênio enquanto infectam o tubérculo da batata e o usam como fonte de alimento. Crédito: Gulimila Shabuer / Leibniz-HKI e EMZ Jena
Reconhecimento e Perspectivas Futuras do Projeto AnoxyGen
“Com este projeto, queremos fornecer novos métodos e ferramentas para a comunidade científica. Esperamos que o 'AnoxyGen' seja de grande benefício, particularmente para a medicina, mas também para a ecologia e a biotecnologia”, explica Hertweck. “As bactérias anaeróbicas ainda são pouco pesquisadas, mas seus processos metabólicos oferecem grande potencial para a descoberta de novos compostos ativos. Também podemos obter novos insights sobre seu papel como patógenos.”
O Prof. Dr. Christian Hertweck, chefe do Departamento de Química Biomolecular no Leibniz-HKI e professor de Química de Produtos Naturais na Friedrich Schiller University Jena, recebeu uma das prestigiosas Bolsas Avançadas ERC do Conselho Europeu de Pesquisa. Crédito: Anna Schroll/Leibniz-HKI
Hertweck, que já recebeu o Prêmio Gottfried Wilhelm Leibniz e o Prêmio Ernst Jung de Medicina por sua grande criatividade científica na identificação de novos compostos ativos de microrganismos negligenciados, também está fortalecendo o Equilíbrio do Microverso Cluster of Excellence, que estuda a formação e o equilíbrio de comunidades microbianas, com este projeto. Bactérias anaeróbicas até agora desempenharam um papel subordinado lá, em parte porque eram difíceis de acessar metodologicamente. O pesquisador agora quer fechar essa lacuna.
Hannah Büttner da equipe de Christian Hertwecks está fazendo experimentos com bactérias sensíveis ao oxigênio do gênero Clostridium em uma atmosfera protegida em uma chamada caixa anaeróbica. Crédito: Anna Schroll/Leibniz-HKI
O ERC Advanced Grant, um dos mais prestigiados subsídios da União Europeia, reconhece a excelência e a inovação dos principais pesquisadores. O projeto “AnoxyGen” de Christian Hertweck foi selecionado devido às suas grandes perspectivas de expandir nossa compreensão da biossíntese microbiana e desenvolver novas aplicações biotecnológicas. Com recursos financeiros confortáveis, o pesquisador e sua equipe interdisciplinar abordarão esse tópico nos próximos cinco anos.