Herramientas y estrategias de biología molecular para la ingeniería de la biosíntesis de ácido clavulánico en Streptomyces clavuligerus ATCC27064

Abstract

RESUMEN : La resistencia a los antibióticos es actualmente una de las mayores amenazas para la salud mundial, la seguridad alimentaria y el desarrollo socioeconómico, según la OMS al menos 700.000 personas mueren cada año por esta causa. Un número creciente de bacterias se han vuelto resistentes a los antibióticos, por ejemplo, a través de la producción de β-lactamasas. El ácido clavulánico (AC) es uno de los compuestos capaces de inhibir las β-lactamasas, sin embargo, este tiene un alto costo en el mercado, en parte debido a los bajos niveles de producción obtenidos con la cepa de tipo salvaje, Streptomyces clavuligerus (S. clavuligerus). Con el fin de generar estrategias que permitan mejorar la producción del AC, en el presente trabajo de investigación, se aplicaron herramientas de biología molecular para generar un organismo recombinante de S. clavuligerus ATCC27064 con el gen bldD sobreexpresado. El gen bldD, es un regulador global asociado con la formación de hifas aéreas y la esporulación durante el crecimiento en algunas especies de Streptomyces, sin embargo, se desconoce su efecto regulador sobre la producción del AC en S. clavuligerus. La sobreexpresión del gen bldD en el plásmido integrativo pIB139, permitió evaluar su efecto sobre la biosíntesis del compuesto de interés (AC), el crecimiento de la biomasa y el efecto fisiológico sobre el fenotipo morfológico. La medición del AC se realizó mediante cromatografía líquida (HPLC) y los datos obtenidos mostraron una mayor producción del AC en las bacterias recombinantes con el gen bldD sobreexpresado cuando se comparó con el control durante las primeras fases de crecimiento. Así mismo, la sobreexpresión del gen bldD afectó la morfología de la bacteria, favoreciendo la formación de hifas aéreas asociadas con la producción de metabolitos secundarios en Streptomyces spp.

ABSTRACT : Antibiotic resistance is currently one of the greatest threats to global health, food security and socioeconomic development, according to the WHO at least 700,000 people die each year from this cause. An increasing number of bacteria have become resistant to antibiotics, for example, through the production of β lactamases. Clavulanic acid (CA) is one of the compounds capable of inhibiting β-lactamases, however, it has a high cost in the market, partly due to the low production levels obtained with wild-type strain, Streptomyces clavuligerus (S. clavuligerus). In order to generate strategies to improve CA production, in the present research work, molecular biology tools were applied to generate a recombinant organism of S. clavuligerus ATCC27064 with the bldD gene overexpressed. The bldD gene is a global regulator associated with formation of aerial hyphae and sporulation during growth in some species of Streptomyces, however, its regulatory effect on CA production by S. clavuligerus is unknown. The bldD overexpression in the integrative plasmid pIB139, allowed to evaluate its effect on the biosynthesis of the compound of interest (CA), the growth of the biomass and the physiological effect on the morphological phenotype. Measurement of CA was carried out by liquid chromatography (HPLC) and the data obtained showed a higher CA production by the recombinant strain with the bldD gene overexpressed compared the control strain during the first growth phases. Likewise, the overexpression of the bldD gene affected the bacteria morphology, favoring the formation of aerial hyphae associated with production of secondary metabolites in Streptomyces spp.