Scoperto un tesoro biosintetico di batteri marini / Biosynthetic Treasure Trove of Marine Bacteria Discovered

Scoperto un tesoro biosintetico di batteri marini / Biosynthetic Treasure Trove of Marine Bacteria Discovered

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Un'analisi dei genomi microbici raccolti da oltre 1.000 campioni di acqua di mare in tutto il mondo ha rivelato una nuova famiglia di batteri ricchi di cluster di geni biosintetici (BGC). Questa nuova famiglia potrebbe fungere da serbatoio di nuovi enzimi, metaboliti e percorsi per applicazioni biotecnologiche e terapeutiche.

I microrganismi sono fisiologicamente ed ecologicamente diversi, essendosi adattati ad una vasta gamma di ambienti terrestri e acquatici sulla terra. Tuttavia, poiché la maggior parte di questi microrganismi non è stata coltivata o studiata in laboratorio, questa diversità funzionale è rimasta poco esplorata.

"Solo negli ultimi anni, grazie a diverse campagne di circumnavigazione oceanica ed all'uso di nuovi metodi molecolari, abbiamo iniziato a sapere quali organismi, quali geni e quale potenziale biotecnologico si nasconde sotto la pelle dell'oceano", ha affermato Josep Gasol, PhD , ricercatore dell'Institut de Ciències del Mar e uno degli autori dello studio, che è stato pubblicato su Nature .

Utilizzando metodi molecolari e computazionali all'avanguardia, i ricercatori hanno scoperto più di 2.700 specie microbiche non descritte. Hanno quindi integrato i genomi di queste specie con genomi pubblicamente disponibili per creare l' Ocean Microbiomics Database.

L'estrazione di questo database ha rivelato circa 40.000 BGC, gruppi di geni previsti per codificare percorsi per la sintesi di circa 7.000 composti biochimici. È probabile che più della metà di questi composti siano nuovi.

Oltre ai loro ruoli ecologici, molti di questi composti recentemente identificati potrebbero avere proprietà simili a farmaci. "Alcuni di essi potrebbero essere utilizzati in nuove terapie, mentre altri potrebbero aiutare a migliorare alcuni processi biotecnologici e, per estensione, la nostra qualità di vita in futuro", afferma Silvia Acinas, PhD, membro del gruppo che coordina la campagna Tara Oceans, che ha raccolto campioni di acqua di mare utilizzati nello studio.

Lo studio ha anche definito una nuova famiglia di batteri con molti BGC diversi. Gli scienziati hanno chiamato la nuova famiglia " Candidatus Eudoremicrobiaceae", in onore di Eudore, la ninfa marina dei doni raffinati nella mitologia greca.

Per estendere il loro lavoro, i ricercatori hanno espresso due dei BGC, quelli per le vie della fospeptina e della pitonamide, negli ospiti batterici. Questi percorsi hanno prodotto peptidi con strutture ed attività insolite che potrebbero essere utili nelle applicazioni biotecnologiche.

Ma questi sono solo due delle migliaia di percorsi previsti nel set di dati. Ciò significa che molti nuovi enzimi biosintetici e composti chimici devono ancora essere caratterizzati. "Invitiamo scienziati di tutto il mondo ad unirsi a noi nell'esplorazione della diversità microbica marina per scoprire nuovi enzimi, percorsi e metaboliti specializzati e per chiarire le loro funzioni ecologiche e potenziali usi", hanno scritto Lucas Paoli e Serina Robinson, PhD, in un briefing che ha accompagnato la ricerca dell'articolo.

ENGLISH

An analysis of microbial genomes collected from more than 1,000 seawater samples from around the world has revealed a new family of bacteria rich in biosynthetic gene clusters (BGCs). This new family could serve as a reservoir of new enzymes, metabolites, and pathways for biotechnological and therapeutic applications.

Microorganisms are physiologically and ecologically diverse, having adapted to a range of terrestrial and aquatic environments on earth. However, because most of these microorganisms have not been cultured or studied in the laboratory, this functional diversity has remained underexplored.

“Only in recent years, thanks to several ocean circumnavigation campaigns and the use of new molecular methods, we have begun to know what organisms, what genes, and what biotechnological potential is hidden under the skin of the ocean,” said Josep Gasol, PhD, a researcher from Institut de Ciències del Mar and one of the authors of the study, which was published in Nature.

Using state-of-the-art molecular and computational methods, the researchers uncovered more than 2,700 undescribed microbial species. They then integrated the genomes of these species with publicly available genomes to create the Ocean Microbiomics Database.

Mining this database revealed approximately ~40,000 BGCs, groups of genes predicted to encode pathways for the synthesis of ~7,000 biochemical compounds. More than half of these compounds are likely to be new.

In addition to their ecological roles, many of these newly identified compounds could have drug-like properties. “Some of them could be used in new therapies, while others could help to improve certain biotechnological processes and, by extension, our quality of life in the future,” says Silvia Acinas, PhD, a member of the team coordinating the Tara Oceans campaign, which collected seawater samples used in the study.

The study also defined a new family of bacteria with many diverse BGCs. The scientists named the new family “Candidatus Eudoremicrobiaceae,” after Eudore, the sea nymph of fine gifts in Greek mythology.

To extend their work, the researchers expressed two of the BGCs—those for the phospeptin and pythonamide pathways—in bacterial hosts. These pathways produced peptides with unusual structures and activities that could be useful in biotechnological applications.

But these are only two of the thousands of predicted pathways in the dataset. This means that many new biosynthetic enzymes and chemical compounds have yet to be characterized. “We invite scientists worldwide to join us in exploring marine microbial diversity to uncover new enzymes, pathways and specialized metabolites, and to elucidate their ecological functions and potential uses,” wrote Lucas Paoli and Serina Robinson, PhD, in a briefing that accompanied the research article.

Da:

https://www.genengnews.com/topics/omics/biosynthetic-treasure-trove-of-marine-bacteria-discovered/?fbclid=IwAR0EemCxsw0kBi1kS-LEZrr2fIGMsmzebuPaRZq1P2u0vXppjyc7gInfQLA